Brevet FR2532290A1 — publié le 19840302

PROCEDE ET DISPOSITIF D'HYDROGENATION EN CONTINU DU LITHIUI DANS UN MELANGE DE SELS FONDUS, La présente invention concerne un procédé et un dispositif permettant l'hydrogénation, en continu du lithium dans un mélange de sels fondus, en vue de préparer de l' hydrure de lithium dans' ledit mélange. Dans un certain nombre de réactions chimiques on utilise de l'hydrure de lithium C'est en particulier le cas de la préparation du silane par réaction entre des chlorosilanes et l'hydrure de lithium. On a déjà décrit dans le cadre d'un tel procédé, l'hydro- génation du lithium pour former l'hydrure de lithium Par exemple, le brevet français N'2 365 518 décrit un procédé de production de silane dans un dispositif dans lequel on effectue l'hydrogénation du lithium surnageant sur un mélange de sels fondus de composition eutectique, l'hydrure de lithium formé étant mélangé avec la masse fondue grâce à des moyens de circulation de façon à obtenir un mélange homogène Selon ce procédé, on opère en discontinu, c'est- à-dire que le lithium provenant d'un électrolyseur est hydrogéné puis mis en réaction avec les chlorosilanes, le réacteur est ensuite alimenté avec une nouvelle charge de lithium qui est à son tour hydrogénée. Un tel procédé ne permet donc pas une hydrogénation en continu du lithium Par ailleurs, l'hydrogénation complète du lithium s'avère très longue et nécessite des conditions d'agitation et de température sévères quant à la corrosion et à la tenue mécanique des matériaux. La demanderesse a trouvé un procédé et un dispositif qui permettent d'hydrogéner en continu le lithium dans des conditions de mise en oeuvre notamment de température particulièrement intéressantes De plus, et c'est un autre but visé par la présente invention l'hydrure de lithium obtenu qui est dissous dans le mélange de sels fondus est exempt de lithium métallique ce qui rend son utilisation ultérieure notamment dans le cadre d'un procédé de fabrication de silane très attrayante Enfin, le procédé de l'invention permet d'hydrogéner le lithium avec une excellente productivité dans un dispositif de taille réduite. Lorsque l'on veut réaliser en continu la réaction d'hydro- génation du lithium dans les conditions et avec les avantages décrits cidessus, il a été trouvé, et c'est là l'objet de la présente invention, que ladite réaction peut très avantageusement s'effectuer dans un réacteur de contact gaz-liquide agité, ledit réacteur étant couplé avec un décanteur présentant une surface de décantation S exprimée en m 2 telle que de préférence - Q soit comprise entre 0,1 et 0,3 m 2/m 3/h, Q étant le débit liquide exprimé en m 3/h entrant dans le décanteur, la phase légère surnageante étant recyclée dans ledit réacteur alors que la phase lourde restante est évacuée. Le dispositif pour l'hydrogénation en continu du lithium dans un mélange de sels fondus selon l'invention est schématisé sur la figure unique il est caractérisé en ce qu'il comporte: un réacteur d'hydrogénation ( 1) agité ( 4) alimenté en continu par le mélange de sels fondus contenant le lithium ( 2) et par l'hydrogène ( 3) nécessaire à ladite hydrogénation un décanteur ( 7) alimenté ( 6) avec un débit Q par le mélange provenant du réacteur d'hydrogénation, ledit décanteur comportant une zone de décantation ( 8) de surface S, un dispositif d'évacuation de la phase légère par débordement ( 11), * un dispositif d'évacuation de la phase lourde comportant un puits ( 9) et un déversoir ( 10); la phase légère qui comporte essentiellement du lithium est recyclée ( 11) dans le réacteur ( 1). Le procédé mettant en oeuvre le dispositif de l'invention est caractérisé en ce que: le réacteur d'hydrogénation est alimenté en continu par de l'hydrogène et le mélange de sels fondus véhiculant le lithium l'hydrogénation est effectuée à une température comprise de préfé- rence entre 470 'C et 5100 C, le mélange provenant du réacteur d'hydrogénation qui contient de l'hydrure de lithium, du lithium métallique n'ayant pas réagi et le mélange de sels fondus est introduit en continu dans le décanteur, t 532290 dans le décanteur le lithium qui surnage est séparé et recyclé en continu dans le réacteur d'hydrogénation tan- dis que l'hydrure de lithium formié dissous dans le mélan- ge de sels fondus est évacué. Le mélange de sels fondus mis en oeuvre selon l'invention est constitué de chlorure de lithium et d'au moins un autre chlorure alcalin et/ou alcalino-terreux Le mélange est de préférence utilisé au voisinage de la composition eutectique On utilise de préférence un mélange de composition eutectique chlorure de lithium chloruxe de potassium. Par ailleurs, le mélange introduit dans le réacteur d'hydrogé- nation contient de préférence au plus 21 moles de lithium pour 100 moles de mélange de sels fondus, ceci afin de conserver la fluidité nécessaire au bon fonctionnement du dispositif - Selon une variante de l'invention il est également possible dans le dispositif d'hydrogénation de l'invention et selon un procédé similaire d'opérer l'hydrogénation d'alliages lithium- calcium contenant au moins 50 % en mole de lithium Dans ce cas on met en oeuvre un mélange de sels fondus de composition eutectique à base de chlorure de lithium et de chlorure de calcium et d'au moins un autre chlorure alcalin et/ou alcalino-terreux. Selon une autre variante, il doit bien 9 tre entendu que la présente invention couvre également les dispositifs intégrés réalisant les mimes opérations dans un nombre différent d'enceintes 1 ô, 2, 3 On décrit ciaprès en faisant référence à la figure unique le dispositif d'hydrogénation préféré-selon l'invention O. Sur cette figure on a schématisé en ( 1) le réacteur d'hydrogénation proprement dits, ce réacteur comporte une alimentation ( 2) par laquelle arrive le mélange de sels fondus contenant le lithium à hydrogéner, une arrivée ( 3) d'hydrogène et une agitation intense formée d'un agitateur proprement dit ( 4) et de contrepales ( 5) fixées à la paroi du réacteur. un décanteur ( 7) est alimenté ( 6) avec un débit Q par le mélange en cours de réaction provenant du réacteur ( 1); ce mélange en cours de réaction comporte le mélange de sels fondus, du lithium et de l'hydrure de lithium qui est dissous dans les sels, ledit décanteur comporte: une zone de décantation ( 8) de surface S, À un dispositif d'évacuation de la phase légère par débordement ( 11), un dispositif d'évacuation de la phase lourde comportant un puits ( 9) et un déversoir ( 10); la partie décantation est réalisée de façon qu'on y effectue la séparation physique (décantation) du lithium présent dans le mélange d'avec le reste de ce mélange, la surface S de cette partie de décantation est telle que 0,1 réacteur ( 1). On donne ci-après un exemple d'utilisation du dispositif selon l'invention. L'alimentation du réacteur ( 1) est réalisée d'une part ( 2) avec 2,31 (k mole/heure) d'un mélange contenant 1,07 (k mole/heure) de Li Cl, 0,84 k mole/h de K Cl et 0,4 (k atome gramme/h) de Li et d'autre part ( 3) avec 0,2 (k mole/h) d'hydrogène. Le débit d'alimentation ( 6) du décanteur est d'environ 120 kg/h dont environ 10 kg/h de lithium non hydrogéné qui après décantation dans la partie ( 8) dudit décanteur est recyclé ( 11) vers le réacteur. Le débit de sortie ( 10) du décanteur sera identique au débit d'entrée, le mélange ne contenant plus de lithium mais contenant 0,4 kg mole/h d'hydrure de lithium. La surface de la partie ( 8) du décanteur est de 10 m 2; la hauteur, dans cette partie ( 8) de la bande de coalescence est d'environ 10 m. d'environ 10 M. t 532290 REVENDICATIONS 1) Dispositif pour l'hydrogénation en continu du lithium dans un mélange de sels fondus caractérisé en ce qu'il comporte: un réacteur d'hydrogénation ( 1) agité ( 4) alimenté en continu par le mélange de sels fondus contenant le lithium ( 2) et par l'hydrogène ( 3) nécessaire à ladite hydrogénation un décanteur ( 7) alimenté ( 6) avec un débit Q par le mélange provenant du réacteur d'hydrogénation, ledit décanteur comportant une zone de décantation ( 8) de surface S, un dispositif d'évacuation de la phase légère par débordement, * un dispositif d'évacuation de la phase lourde comportant un puits ( 9) et un déversoir ( 10)0 - 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte un réacteur d'hydrogénation ( 1) proprement dit; ce réacteur comporte une alimentation ( 2) par laquelle arrive le mélange de sels fondus contenant le lithium à hydrogéner, une arrivée ( 3) d'hydrogène et une agitation intense formée d'un agitateur proprement dit ( 4) et de contrepales ( 5) fixées à la paroi du réacteur. un décanteur ( 7) alimenté ( 6) avec un débit-Q par le mélange en cours de réaction provenant du réacteur ( 1); ce mélange en cours de réaction comporte le mélange de sels fondus, du lithium et de l'hydrure de lithium qui est dissous dans les sels, ledit décanteur comporte une zone de décantation ( 8) de surface S, un dispositif d'évacuation de la phase légère par débordement ( 11), un dispositif d'évacuation de la phase lourde compor- tant un puits ( 9) et un déversoir ( 10); la partie décantation est réalisée de façon qu'on y effectue la séparation physique (décantation) du lithium présent dans le mélange d'avec le reste de ce mélange, la surface S de cette partie décantation est telle que 0,1 4 M 52290 séparation physique du lithium n'ayant pas été hydrogéné d'avec le reste du mélange, ce lithium est renvoyé, par la canalisation ( 11) dans le réacteur ( 1). 3) Procédé mettant en oeuvre le dispositif de l'un quelconque des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que le réacteur d'hydrogénation est alimenté en continu par de l'hydrogène et le mélange de sels fondus véhiculant le lithium; l'hydrogénation est effectuée à une température comprise de préférence entre 470 'C et 5100 C, le mélange provenant du réacteur d'hydrogénation qui contient de l'hydrure de lithium, du lithium métallique n'ayant pas réagi et le mélange de sels fondus est introduit en continu dans le décanteur, dans le décanteur le lithium qui surnage est séparé et recyclé en continu dans le réacteur d'hydrogénation tandis que l'hydrure de lithium formé dissous dans le mélange de sels fondus est évacué.