Brevet FR2551428A1 — publié le 19850308

Procédé pour la préparation d'une solution aqueuse de chlorure de sodium et procédé de fabrication de bicarbonate de sodium La présente invention est relative à un procédé pour la préparation d'une solution aqueuse de chlorure de sodium à partir d'une solution aqueuse de bicarbonate de sodium. On connatt une technique pour la fabrication de bicarbonate de 5 sodium, selon laquelle on mélange une solution aqueuse de chlorure de sodium et une solution organique d'une amine insoluble dans l'eau, on traite le mélange résultant avec un gaz contenant de l'anhydride carbonique, puis le soumet à une décantation pour séparer une suspension aqueuse de bicarbonate de sodium et une solution organique de chlorhydrate d'amine, et on traite la suspension aqueuse de bicarbonate de sodium pour séparer le bicarbonate de sodium solide qu'elle contient et une eau mère (brevet GB-A-1 082 436 (KAISER ALUMINUM & CHEMICAL CORPORATION), page 2, ligne 105 à page 3, ligne 5; Central Patents Index, Basic Abstracts 15 Journal, Section E, Week T 49, Derwent Publication Ltd, Londres, abrégé 78430 T-E: demande de brevet JP-A-7241237 (ISRAEL MINING IND INST RES & DEV)). Dans la suite de la description, l'expression "technique aux amines" désignera cette technique connue de fabrication de bicarbo20 nate de sodium. Dans la technique aux amines, on ajoute habituellement du chlorure de sodium à l'eau mère de la cristallisation du bicarbonate de sodium, pour reconstituer la solution aqueuse de chlorure de sodium de départ Cette pratique permet de récupérer la totalité 25 du sodium et des ions carbonate et bicarbonate de l'eau mère et assure ainsi un taux maximum d'utilisation du sodium mis en oeuvre. Elle a toutefois imposé, jusqu'à présent, la mise en oeuvre de chlorure de sodium de grande pureté et interdit notamment l'utilisation de sel gemme En effet, la présence d'impuretés dans le sel -2 gemme et, plus spécialement, de sulfate de calcium a pour résultat de précipiter les ions carbonate et bicarbonate de l'eau mère, à l'état de carbonate de calcium et de former du sulfate de sodium qui passe en solution; il s'ensuit, d'une part, une perte en ions carbonate et bicarbonate et, d'autre part, un enrichissement progressif de la solution aqueuse de chlorure de sodium, en sulfate de sodium, ce qui conduit à une diminution de la solubilité du chlorure de sodium et à des réactions parasites avec l'amine, nuisibles à la bonne marche de la technique de fabrication du bicarbonate de 10 sodium. L'invention vise à fournir un procédé pour la préparation de solutions aqueuses de chlorure de sodium, à partir de solutions aqueuses de bicarbonate de sodium, qui s'accomode de l'utilisation de sel gemme tout en évitant les inconvénients précités. L'invention concerne dès lors un procédé pour la préparation d'une solution aqueuse de chlorure de sodium à partir d'une solution aqueuse de bicarbonate de sodium, selon lequel on traite la solution aqueuse de bicarbonate de sodium avec du chlorure d'un cation organique pour décomposer le bicarbonate de sodium, on évacue l'anhy20 dride carbonique qui se forme et on ajoute du sel gemme à la solution aqueuse résultante. Dans le procédé selon l'invention, la solution aqueuse de bicarbonate de sodium peut être par exemple une eau mère de la cristallisation de bicarbonate de sodium tel qu'on l'obtient par 25 carbonatation de solutions aqueuses d'hydroxyde de sodium ou dans la technique aux amines définie plus haut. Le cation organique est, par définition, tout cation organique qui, à l'état de chlorure, est capable de réagir avec le bicarbonate de sodium pour former du chlorure de sodium, de l'anhydride carbo30 nique et une base organique Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, on sélectionne le chlorure de cation organique parmi ceux pour lesquels ladite base présente un caractère basique suffisant pour qu'elle puisse reconstituer le chlorure de cation organique par réaction avec du chlorure d'hydrogène Dans cette forme de réalisation de l'invention, on sélectionne avantageusement -3 des chlorures de cations organiques azotés, et plus spécialement ceux dérivés de bases organiques azotées insolubles dans l'eau telles que, par exemple, les imines insolubles dans l'eau et leurs dérivés, les sels d'ammonium quaternaire insolubles dans l'eau et les amines et les dérivés aminés insolubles dans l'eau Des chlorures de cations organiques qui conviennent spécialement bien dans le cadre de l'invention sont les chlorhydrates d'amines primaires, secondaires et tertiaires; les chlorhydrates d'amines primaires sont spécialement avantageux, notamment les chlorhydrates d'alkyl10 amines primaires. Le chlorure de cation organique est mis en oeuvre en quantité suffisante pour décomposer au moins une partie substantielle de bicarbonate de sodium de la solution de bicarbonate de sodium On utilise de préférence une quantité de chlorure de cation organique 15 au moins suffisante pour décomposer la totalité du bicarbonate de sodium de ladite solution. Dans le procédé selon l'invention, le chlorure de cation organique est généralement mis en oeuvre à l'état d'une solution organique, de manière qu'à l'issue de la réaction entre le bicarbo20 nate de sodium et le chlorure de cation organique, on recueille séparément une solution aqueuse diluée de chlorure de sodium et une solution organique contenant la base organique précitée résultant de ladite réaction Le choix de la nature et de la quantité de solvant organique à mettre en oeuvre est dès lors conditionné par 25 la nécessité qu'il forme, avec ladite base, une solution organique insoluble dans les solutions aqueuses de chlorure de sodium La séparation entre la solution aqueuse de chlorure de sodium et la solution organique de la base peut alors être opérée par tout moyen approprié, généralement une décantation par gravité ou une centrifu30 gation. Le traitement de la solution aqueuse de bicarbonate de sodium avec le chlorure de cation organique peut gtre opéré dans tout réacteur chimique adéquat, conçu pour assurer une évacuation régulière de l'anhydride carbonique formé L'évacuation de l'anhydride 35 carbonique au fur et à mesure qu'il se forme, et réglée de manière -4 à maintenir en permanence une pression partielle d'anhydride carbonique suffisamment faible dans le réacteur, pour promouvoir la réaction de décomposition du bicarbonate de sodium par le chlorure de cation organique La sélection de la pression partielle optimum d'anhydride carbonique dans le réacteur dépend de divers facteurs, notamment de la température dans le réacteur, de la concentration de la solution aqueuse de bicarbonate de sodium et du chlorure de cation organique mis en oeuvre On réalise généralement dans le réacteur une température d'au moins 15 C et une pression partielle en anhydride carbonique inférieure à 3 bars Des températures d'au moins 40 C et des pressions partielles en anhydride carbonique n'excédant pas 0,9 bar sont préférées, les températures comprises entre 30 et 90 C et les pressions partielles en anhydride carbonique, comprises entre 1 et 0,3 bar étant spécialement avantageuses. Tout moyen connu approprié peut être mis en oeuvre pour évacuer l'anhydride carbonique du réacteur et réaliser dans celui-ci la pression partielle d'anhydride carbonique souhaitée Un moyen qui convient bien consiste à faire barbotter un gaz inerte dans le mélange réactionnel, par exemple de l'azote ou de l'argon On peut 20 aussi, en variante, soumettre le réacteur à une dépression réglée. Le moyen mis en oeuvre pour ajouter le sel gemme à la solution aqueuse résultant du traitement de la solution de bicarbonate de sodium avec le chlorure de cation organique, n'est pas critique. On peut par exemple, à cet effet, utiliser un dissolveur à fonction25 nement continu, alimenté de manière réglée par du sel gemme solide et par ladite solution aqueuse Des exemples de dissolveurs utilisables dans la mise en oeuvre du procédé selon l'invention sont décrits dans le brevet FR-A-2 471 350 (SOLVAY & Cie). Selon une forme de réalisation spécialement avantageuse du procédé selon l'invention, pour ajouter le sel gemme à la solution aqueuse résultant du traitement de la solution de bicarbonate de sodium avec le chlorure de cation organique, on fait percoler ladite solution à travers un gisement souterrain de sel gemme; à cet effet, on enfonce deux canalisations dans le gisement de sel gemme, au voisinage l'une de l'autre (habituellement une canalisation tubulaire et une canalisation annulaire coaxiales), on injecte la solution aqueuse sous pression dans l'une des canalisations et on soutire une solution aqueuse de chlorure de sodium par l'autre canalisation (Dale W KAUFMANN "Sodium Chloride", American Chemical Society Monograph Series, 1960, Reinhold Publishing Corporation, Chapman & Hall, Ltd, London, pages 142 à 185). Les solutions aqueuses de chlorure de sodium obtenues par le procédé selon l'invention sont utilisables dans toute industrie 10 nécessitant la mise en oeuvre de solutions aqueuses concentrées, généralement saturées, de chlorure de sodium, et tout spécialement dans la technique de fabrication de la soude à l'ammoniaque, dans la technique aux amines définie plus haut et dans les techniques d'électrolyse pour la production de chlore et de solutions aqueuses 15 d'hydroxyde de sodium. Le procédé selon l'invention trouve une application intéressante dans la technique aux amines définie plus haut, pour y régénérer simultanément la solution aqueuse de chlorure de sodium et la solution organique d'amine L'invention concerne dès lors aussi un 20 procédé pour la fabrication de bicarbonate de sodium, selon lequel on mélange une solution aqueuse de chlorure de sodium et une solution organique d'une amine insoluble dans l'eau, on traite le mélange résultant avec un gaz contenant de l'anhydride carbonique pour former une suspension aqueuse de bicarbonate de sodium et une solution organique de chlorhydrate d'amine, on traite la suspension aqueuse de bicarbonate de sodium pour séparer le bicarbonate de sodium solide qu'elle contient et une eau mère, on traite l'eau mère avec une partie au moins de la solution organique de chlorhydrate d'amine, on évacue l'anhydride carbonique formé et on recueille séparément une solution aqueuse diluée de chlorure de sodium et une solution organique d'amine, on ajoute du sel gemme à la solution diluée de chlorure de sodium et on recycle la solution aqueuse concentrée de chlorure de sodium résultante et la solution organique d'amine dans le mélange précité. Des particularités et détails de l'invention ressortiront de la description suivante de la figure unique du dessin annexé, qui représente le schéma général d'une installation pour la fabrication de bicarbonate de sodium par la technique aux amines décrite plus haut, qui incorpore une forme de réalisation préférée du procédé selon l'invention. L'installation représentée à la figure comprend une chambre de cristallisation 1 qui est alimentée, de manière continue, avec une solution aqueuse sensiblement saturée de chlorure de sodium 2, une solution organique d'amine primaire 3 insoluble dans la solution aqueuse de chlorure de sodium et un gaz contenant de l'anhydride carbonique 4 La solution organique d'amine primaire peut par exemple être une solution à 50 % en poids d'alkylamine primaire dans du xylène Le gaz 4 est de préférence un gaz enrichi, contenant 15 60 à 80 % en poids d'anhydride carbonique, obtenu par exemple en mélangeant en proportions adéquates un gaz de four à chaux avec un gaz résiduaire de la calcination du bicarbonate de sodium en monocarbonate de sodium La quantité de gaz mise en oeuvre doit être suffisante pour convertir une partie substantielle du chlorure de 20 sodium de la solution 2 en bicarbonate de sodium En variante, on peut faire précéder le traitement dans la chambre de cristallisation 1 par une carbonatation partielle du mélange au moyen d'un gaz pauvre en anhydride carbonique, tel qu'un gaz de four à chaux. On soutire de la chambre de cristallisation 1, un liquide 5 constitué d'un mélange de solution aqueuse et de solution organique et contenant des cristaux de bicarbonate de sodium en suspension. Ce liquide 5 est transféré dans une chambre de décantation 6, o on sépare, par gravité, une solution organique de chlorhydrate d'amine 7 et un brouet aqueux 8 de cristaux de bicarbonate de sodium Ce 30 dernier est envoyé dans un dispositif d'essorage ou de filtration 9, o on recueille séparément du bicarbonate de sodium solide 10 et une eau mère 11. Selon l'invention, on scinde la solution organique de chlorhydrate d'amine primaire 7 en deux fractions 12 et 13, on introduit 35 une fraction 12 et l'eau mère 11 dans une chambre de réaction 14 et 255 '1428 -7 les y soumet à un brassage énergique pour engendrer une réaction entre le bicarbonate de sodium et le chlorhydrate d'amine, conduisant à la formation de chlorure de sodium qui passe en solution aqueuse, d'amine primaire qui passe en solution organique et d'anhydride 5 carbonique L'importance de la fraction 12 est suffisante pour décomposer la totalité du bicarbonate de sodium de l'eau mère. Pour promouvoir la réaction entre le bicarbonate de sodium et le chlorhydrate d'amine, on chauffe la chambre de réaction 14, par exemple à une température de l'ordre de 60 C, et on en évacue l'anhydride carbonique qui s'y forme, au moyen d'une pompe à vide L'anhydride carbonique 28 soutiré de la chambre de réaction 14 par la pompe 15 est avantageusement refoulé dans la chambre de cristallisation 1. On soutire hors de la chambre de réaction 14 un liquide 16 15 formé d'un mélange d'une solution aqueuse diluée de chlorure de sodium et d'une solution organique d'amine; on envoie ce liquide 16 dans une chambre de décantation 17 de laquelle on recueille séparément la solution aqueuse diluée de chlorure de sodium 18 et la solution organique d'amine 19. La solution aqueuse diluée de chlorure de sodium 18 est ensuite introduite dans un gisement de sel gemme 20, duquel on soutire un débit équivalent d'une solution aqueuse saturée de chlorure de sodium 21, que l'on réunit au courant 2 de chlorure de sodium de départ. La solution organique d'amine 19 recueillie de la chambre de décantation 17 peut être réunie en totalité à la solution organique d'amine 3 de départ et introduite avec elle dans la chambre de cristallisation 1. En variante, la solution organique d'amine 19 recueillie de la 30 chambre de décantation 17, ou une partie 22 de celle-ci, peut être réunie à la fraction 13 de la solution organique de chlorhydrate d'amine. La fraction 13 de la solution organique de chlorhydrate d'amine (éventuellement mélangée à la solution organique d'amine 22) est 35 ensuite traitée de manière connue en soi dans la technique aux -8 amines, pour régénérer l'amine A cet effet, elle est envoyée dans une chambre de réaction 23, ou on la soumet à un brassage avec une suspension aqueuse d'hydroxyde de calcium 24, et le mélange réactionnel résultant 25 est envoyé dans une chambre de décantation 26 de laquelle on recueille séparément une solution aqueuse de chlorure de calcium 27 et une solution organique d'amine 3 que l'on recycle dans le cristalliseur 1. L'intérêt de l'invention ressort de la description des exemples qui suivent. Exemple 1 On a introduit dans une chambre de réaction: 315 g d'une solution aqueuse de bicarbonate de sodium, et 700 g d'une solution organique de chlorhydrate d'alkylamine primaire comprenant de 18 à 24 atomes de carbone, dans un solvant 15 organique aromatique connu sous la marque SHELLSOL AB (SHELL). La solution aqueuse de bicarbonate de sodium avait la composition pondérale suivante: Na HCO: 20,0 g/kg Na Cl: 173,9 g/kg La solution organique contenait, par kg, 1,115 mole de chlorhydrate d'amine et 0,246 mole de l'amine correspondante. Dans la chambre de réaction, les deux solutions ont été brassées par un agitateur mécanique et traversées par un courant ascendant d'azote au débit de 8 1/h; la température dans la chambre de réaction 25 a été maintenue en permanence à 40 'C. Après 90 minutes de réaction, 98,7 % du poids initial de bicarbonate de sodium avaient été convertis en Na CI A l'issue de minutes de réaction, on a vidangé la chambre de réaction et recueilli séparément la phase organique et la phase aqueuse La phase aqueuse recueillie s'est révélée être une solution aqueuse de chlorure de sodium exempte de bicarbonate de sodium; la phase organique recueillie contenait, par kg, 0,356 mole d'amine et 1,014 mole de chlorhydrate d'amine. A la solution aqueuse de chlorure de sodium recueillie, on a 35 ajouté du sel gemme, jusqu'à la saturer en chlorure de sodium. -9 Exemple 2 On a répété l'essai de l'exemple 1 en reproduisant les mêmes conditions de travail, à l'exception de la température, qui a été fixée à 60 C Il a suffi de 60 minutes de réaction pour que la totalité du bicarbonate de sodium soit converti en chlorure de sodium. Exemple 3 On a brassé, dans une chambre de réaction, les solutions aqueuse et organique mises en oeuvre dans l'essai de l'exemple 1. 10 La chambre de réaction a été maintenue en permanence à la température de 50 C et on y a créé une dépression de 0,1 bar, au moyen d'une pompe à vide. A l'issue de 60 minutes de réaction, on a vidangé la chambre de réaction et recueilli séparément la phase organique et la phase aqueuse La phase aqueuse recueillie s'est révélée être une solution aqueuse de chlorure de sodium, exempte de bicarbonate de sodium; elle a été saturée en chlorure de sodium par addition de sel gemme. La phase organique recueillie contenait, par kg, 0,358 mole d'amine et 1, 015 mole de chlorhydrate d'amine. 20 Exemple 4 Reprenant la chambre de réaction de l'essai de l'exemple 3, on y a introduit: 642 g d'une solution aqueuse de bicarbonate de sodium, et 168 g d'une solution organique de chlorhydrate d'alkylamine primaire comprenant de 18 à 24 atomes de carbone, dans le solvant organique aromatique SHELLSOL AB précité. La solution aqueuse de bicarbonate de sodium avait la composition suivante: Na HCO 3: 18,6 g/kg Na Cl: 170 g/kg La solution organique contenait, par kg, 1,090 mole de chlorhydrate d'amine et 0,258 mole de l'amine correspondante. La température, dans la chambre de réaction, a été fixée à C et la dépression à 0,4 bar. -10 A l'issue de 60 minutes de réaction, on a vidangé la chambre de réaction et recueilli séparément la phase organique et la phase aqueuse La phase aqueuse recueillie s'est révélée être une solution aqueuse de chlorure de sodium, exempte de bicarbonate de sodium; on l'a par la suite saturée en chlorure de sodium en y ajoutant du sel gemme. La phase organique recueillie contenait, par kg, 1,214 mole d'amine et 0,211 mole de chlorhydrate d'amine. -11 R E V E N D I C A T IONS 1 Procédé pour la préparation d'une solution aqueuse de chlorure de sodium à partir d'une solution aqueuse de bicarbonate de sodium, caractérisé en ce qu'on traite la solution aqueuse de bicarbonate de sodium avec du chlorure de cation organique, pour décomposer le bicarbonate de sodium, on évacue l'anhydride carbonique qui se forme et on ajoute du sel gemme à la solution aqueuse résultante. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on sélectionne un chlorure de cation organique, insoluble dans les 10 solutions aqueuses de chlorure de sodium. 3 Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on sélectionne un chlorure de cation organique pouvant être obtenu par réaction d'une base organique avec du chlorure d'hydrogène. 4 Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le chlorure de cation organique est sélectionné parmi les chlorures de cations organiques azotés. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le chlorure de cation organique est sélectionné parmi les chlorhydrates 20 d'amines primaires. 6 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'on met le chlorure de cation organique en oeuvre à l'état d'une solution organique insoluble dans l'eau. 7 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, 25 caractérisé en ce qu'on traite la solution aqueuse de bicarbonate de sodium et le chlorure de cation organique à une température d'au moins 15 C et sous une pression partielle d'anhydride carbonique inférieure à 3 bars. 8 Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'on 30 traite la solution aqueuse de bicarbonate de sodium et le chlorure de cation organique à une température comprise entre 30 et 90 C et -12 sous une pression partielle d'anhydride carbonique comprise entre 0,3 et I bar. 9 Procédé selon l'une quelconque des revendications I à 8, caractérisé en ce que, pour dissoudre le sel gemme dans la solution aqueuse résultant du traitement de la solution de bicarbonate de sodium avec le chlorure de cation organique, on fait percoler ladite solution résultante dans un gisement de sel gemme. Procédé de fabrication de bicarbonate de sodium, selon lequel on mélange une solution aqueuse de chlorure de sodium et une 10 solution organique diune amine insoluble dans l'eau, on traite le mélange résultant avec un gaz contenant de l'anhydride carbonique pour former une suspension aqueuse de bicarbonate de sodium et une solution organique de chlorhydrate d'amine, et on traite la suspension aqueuse de bicarbonate de sodium pour séparer le bicarbonate 15 de sodium solide qu'elle contient et une eau mère, caractérisé en ce qu'on traite l'eau mère avec une partie au moins de la solution organique de chlorhydrate d'amine, évacue l'anhydride carbonique formé et recueille séparément une solution aqueuse diluée de chlorure de sodium et une solution organique d'amine, on ajoute du sel gemme 20 à la solution diluée de chlorure de sodium et on recycle la solution aqueuse concentrée de chlorure de sodium résultante et la solution organique d'amine dans le mélange précité.