Zéro processus de décharge pour la fabrication d'acide phosphoreux et l'acide hypophosphoreux - Occidental
1. Procédé de fabrication d'acide hypophosphoreux comprenant
(A) la réaction du chlorure d'hydrogène avec une suspension aqueuse d'hypophosphite de sodium contenant des cristaux d'hypophosphite de sodium suffisantes pour produire des cristaux de chlorure de sodium, où la quantité de chlorure d'hydrogène utilisée est comprise entre stoechiométrique et environ 10% en moles en excès de la quantité stoechiométrique nécessaire pour réagir avec ladite l'hypophosphite de sodium;
(B) l'évaporation de l'eau sous vide à une température inférieure à 75 ° C pour produire une solution d'environ 75 à environ 85% en poids dudit acide hypophosphoreux;
(C) à séparer lesdits cristaux de chlorure de sodium à partir dudit acide hypophosphphorous; et
(D) faire passer ledit acide hypophosphoreux à travers une résine échangeuse d'anions chargé avec des ions hypophosphite.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la quantité dudit chlorure d'hydrogène est d'environ 2 à environ 5% en moles en excès stoechiométrique.
3. Procédé selon la revendication 1, comprenant les étapes supplémentaires consistant à régénérer ladite résine échangeuse d'anions en faisant passer de l'hydroxyde de sodium à travers elle, en faisant passer l'acide hypophosphoreux à travers elle.
4. Un procédé de fabrication comprenant l'acide hypophosphoreux:
(A) dans un réacteur, la réaction du chlorure d'hydrogène avec une suspension aqueuse d'un hypophosphite de sodium choisi dans le groupe constitué par NAH2 PO2. NAH2 PO2 .H2 O, et des mélanges de ceux-ci, pour produire une suspension d'une solution d'acide hypophosphoreux et du chlorure de sodium solide, la quantité de chlorure d'hydrogène utilisée est comprise entre stoechiométrique et environ 10% en moles en excès de la quantité stoechiométrique nécessaire pour réagir avec ledit hypophosphite de sodium;
(B) chauffer ladite suspension à une température inférieure à 65 ° C sous vide pour évaporer l'eau de celui-ci;
(C) le passage de ladite suspension sur un filtre pour séparer ladite solution à partir dudit chlorure de sodium solide;
(D) faire passer ladite solution à travers une colonne échangeuse d'anions pour éliminer les ions chlorure celui-ci; et
(E) le cas échéant, la régénération de ladite résine échangeuse d'anions par lavage de ladite résine avec une solution d'hydroxyde de sodium et le recyclage de l'effluent à partir dudit lavage vers ledit réacteur.
5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel ledit chlorure de sodium solide sur ledit filtre est lavé avec de l'acide chlorhydrique et l'effluent à partir dudit lavage est recyclé dans ledit réacteur.
6. Procédé selon la revendication 4, dans lequel ladite résine échangeuse d'anions est d'abord chargé avec des ions hypophosphite.
7. Procédé selon la revendication 4, dans lequel la quantité dudit chlorure d'hydrogène est d'environ 2 à environ 5% en moles en excès stoechiométrique.
8. Procédé selon la revendication 4, dans lequel l'eau dans ledit mélange réactionnel est évaporé pour produire une concentration dudit acide d'environ 75 à environ 85% en poids.
CONTEXTE DE L'INVENTION
La présente invention concerne un procédé de fabrication d'acide phosphoreux ou l'acide hypophosphoreux à partir d'un hypophosphite de sodium ou le phosphite de sodium, respectivement. En particulier, elle se rapporte à la réaction d'un phosphite de sodium ou l'hypophosphite de sodium avec du chlorure d'hydrogène pour précipiter le chlorure de sodium et former de l'acide phosphoreux ou l'acide hypophosphoreux, respectivement, qui peut être purifié par échange d'anions.
l'acide phosphoreux, H3 PO3. a un certain nombre d'applications industrielles, notamment comme intermédiaire dans la fabrication des séquestrants de traitement de l'eau, et les composants du fluide de forage dans certaines applications de puits de pétrole au fond du trou, et pour une utilisation dans des ajustements de pH dans le procédé de l'hypophosphite de sodium. acide phosphorique est habituellement produit par réaction avec l'eau trichlorure de phosphore, mais qui est un processus coûteux en raison du coût élevé de trichlorure de phosphore. L'acide phosphoreux peut également être dérivé en tant que réactions de sous-produits qui produisent des chlorures d'alkyle, mais l'acide phosphoreux fait par ces procédés est contaminée par des matières organiques, ce qui réduit sa valeur ou nécessite des étapes d'élimination biologique en aval.
l'acide hypophosphoreux, H3 PO2. a également un certain nombre d'applications industrielles telles que, par exemple, dans la fabrication des stabilisants polymères et des médicaments vétérinaires, et en tant qu'agent réducteur pour la précipitation d'ions métalliques de la solution, en les convertissant en métaux élémentaires. l'acide hypophosphoreux peut être préparé en faisant réagir de l'acide sulfurique avec de l'hypophosphite de sodium, ce qui produit de l'acide hypophosphoreux et du sulfate de sodium. Ce processus nécessite une réfrigération à une température d'environ -40 ° C pour précipiter le sulfate de sodium. La liqueur acide hypophosphoreux doit ensuite être traité avec du baryum pour précipiter les ions sulfate résiduels que le sulfate de baryum. Ces procédures augmentent considérablement le coût de production d'acide hypophosphoreux, et entraînent la nécessité de disposer de sulfate de baryum « boue » et les formes hydratées de sulfate de sodium.
l'acide hypophosphoreux peut également être réalisée en faisant passer l'hypophosphite de sodium à travers une colonne échangeuse de cations, où le sodium est échangé pour un atome d'hydrogène. Ce processus nécessite une très grande colonne d'échange de cations, et génère également un flux de déchets aqueux qui contient du phosphore, ce qui est difficile à éliminer.
Nous avons découvert une méthode peu coûteuse et écologiquement préférable de faire l'acide de phosphore ou de l'acide hypophosphoreux. Dans le procédé de la présente invention, le phosphite de sodium, le phosphite dihydrogéné de sodium, ou l'hypophosphite de sodium est traitée avec du chlorure d'hydrogène, ce qui conduit à la précipitation du chlorure de sodium, qui est éliminé par filtration. Le filtrat peut être passé à travers une résine échangeuse d'anions pour éliminer le chlorure résiduel. Les produits du procédé sont l'acide phosphoreux ou l'acide hypophosphoreux et de chlorure de sodium ou une solution de saumure. Parce que la résine échangeuse d'anions peut être régénéré avec de l'hydroxyde de sodium dilué, ce qui élimine les ions chlorure de la résine sous forme de chlorure de sodium qui peut rentrer dans le procédé principal et peut être ensuite précipité et filtré, le procédé ne produit pas de flux de déchets et par conséquent est un processus de décharge à zéro. Le processus nécessite relativement petites quantités de capitaux, principalement parce que l'échangeur d'anions peut être relativement faible. Le sel ou de la saumure qui est produit est d'une telle pureté élevée qui peut être utilisé dans une usine de chlore-alcali pour la fabrication de bicarbonate de chlore / soude caustique ou du chlorate de sodium. Sinon, le sel peut, avec peu ou pas de traitement, être adapté à une utilisation de qualité alimentaire.
Un autre avantage du procédé de cette invention est qu'il utilise des matériaux relativement peu coûteux. L'acide chlorhydrique est souvent produit comme un sous-produit d'autres procédés de fabrication et est relativement peu coûteux. Si l'acide phosphoreux est effectué, la matière de départ peut être phosphite de sodium, qui peut être préparé en faisant réagir du carbonate de sodium avec du phosphite de calcium. phosphite de calcium est un sous-produit dans la fabrication d'hypophosphite de sodium et on a jusqu'à présent été éliminés en tant que déchets industriels.
Brève description des dessins
Le dessin annexé est un schéma de principe illustrant un certain mode de réalisation actuellement préféré du procédé de la présente invention.
DESCRIPTION DU MODE DE REALISATION PREFERE
La description suivante sera pour un procédé de fabrication d'acide hypophosphoreux. Le procédé de fabrication d'acide phosphoreux est similaire, sauf que le matériau de départ est un phosphite de sodium à la place de l'hypophosphite de sodium et d'échange d'anions sont habituellement pas nécessaires.
Sur le dessin, l'hypophosphite de sodium à partir de la ligne 1 et de l'acide chlorhydrique à partir de la ligne 2 sont mis en réaction dans le réacteur 3 pour produire du chlorure de sodium et l'acide hypophosphoreux. Le mélange réactionnel peut être concentré par évaporation de l'eau par le conduit 4, ce qui conduit à une précipitation supplémentaire du chlorure de sodium. La suspension de cristaux de chlorure de sodium dans une solution d'acide hypophosphoreux passe par le conduit 5 pour filtrer 6 qui sépare les cristaux de chlorure de sodium de la solution d'acide hypophosphoreux. Les cristaux peuvent être lavés avec de l'acide chlorhydrique à partir de la ligne 7 pour éliminer tout acide hypophosphoreux résiduel. La liqueur de lavage est recueillie dans la ligne 8 est et est stocké dans le réservoir 9 pour le recyclage vers le réacteur 3. Le sel sur le filtre 6 peut être retiré du filtre sous forme de cristaux, ou il peut être dissous avec de l'eau ou de la saumure insaturé pour former un produit de saumure adapté pour des utilisations telles que dans l'industrie du chlore et de la soude.
La solution d'acide hypophosphoreux passe ensuite par la conduite 10, la vanne à trois voies 11, et la ligne 12 dans la colonne échangeuse d'anions 13, dans lequel sont échangées tout chlorure restant dans la solution par une colonne échangeuse d'anions 13. Le produit acide hypophosphoreux quitte la colonne d'échange d'anions 13 par le conduit 14, la vanne à trois voies 15, et la ligne 16.
La régénération de la colonne échangeuse d'anions 13 peut être réalisé en tournant la valve 11 pour couper l'écoulement à travers le conduit 10 et permettre un écoulement à travers la conduite 17 et la vanne tournant 15 pour arrêter l'écoulement à travers le conduit 16 et permettre un écoulement à travers la conduite 18. L'hydroxyde de sodium est ensuite passé à travers la ligne 17 afin de remplacer les ions chlorure ou hypophosphite sur la colonne d'échange d'anions avec les ions hydroxyle. L'eau et le chlorure de sodium et d'hypophosphite de sodium qui quittent la colonne d'échange d'anions 13 dans la conduite 18 peut être recyclé vers le réacteur 3. Les vannes 11 et 15 sont ensuite tournés de manière à ce que le courant est encore une fois à travers les lignes 10, 12, 14 et 16. Lorsque l'acide hypophosphoreux du réacteur 13 passe par le conduit 12, les ions hydroxyle sur colonne échangeuse d'anions 13 sont échangés contre des ions d'hypophosphite et sont neutralisés pour former de l'eau. La colonne d'échange d'anions est maintenant régénéré. Comme le processus se poursuit, les ions hypophosphite de la colonne seront à nouveau déplacées par les ions chlorure. La régénération de la colonne peut également être accomplie en utilisant des anions autres que l'anion de l'acide formé, mais il est préférable d'utiliser cet anion d'éviter d'introduire différents anions dans le processus.
Le procédé de la présente invention nécessite l'utilisation de chlorure d'hydrogène en tant que matériau de départ. Le chlorure d'hydrogène peut être sous la forme de gaz de chlorure d'hydrogène ou il peut être une solution dans l'eau, l'acide chlorhydrique ( « muriatique ») de l'acide. Si l'acide hypophosphoreux est effectuée, le matériau de départ utilisé est normalement de l'hypophosphite de sodium, NAH2 PO2. ou son monohydrate, NAH2 PO2 .H2 O. Si l'acide phosphoreux est en cours, le phosphite utilisé est soit le phosphite de sodium, Na2 HPO3. sodium phosphite dihydrogéné, NAH2 PO3. leurs hydrates, ou leurs mélanges. phosphite de sodium est préféré pour phosphite dihydrogéné de sodium, car il peut être facilement fabriqué à partir de phosphite de calcium, un produit de déchet, par réaction avec du carbonate de sodium. Le phosphite ou hypophosphite de sodium peuvent être sous la forme de cristaux solides, d'une suspension ou d'une solution. Si l'acide chlorhydrique anhydre (à savoir du gaz de chlorure d'hydrogène) est utilisé, il est préférable d'utiliser une solution du phosphite de sodium ou de l'hypophosphite comme un peu d'eau est nécessaire pour maintenir l'acide produit dans la solution de sorte que les cristaux de NaCl peuvent être séparés de celui-ci. Mais si l'acide chlorhydrique est utilisé, le phosphite de sodium cristallin ou hypophosphite est préférable de réduire la quantité d'eau qu'il est nécessaire d'évaporer.
La quantité d'acide chlorhydrique utilisée doit être légèrement supérieure à stoechiométrique par rapport à la teneur en sodium molaire de phosphite ou hypophosphite de sodium. Pas plus d'environ un excès de 10 moles% de chlorure d'hydrogène est souhaitable. Il est préférable d'utiliser une quantité de chlorure d'hydrogène qui est d'environ 2 à environ 5% en moles en excès stoechiométrique comme certains excès est souhaitable de maximiser la précipitation de sodium sous forme de chlorure de sodium, mais trop excès signifie plus de chlorure doit être éliminé par l'anion colonne d'échange.
Les exemples suivants illustrent davantage la présente invention.
(Préparation de l'acide hypophosphoreux)
A une solution agitée de 717,8 g d'un 32% de solution d'acide chlorhydrique dans un ballon à 3 cols de 2 litres, on a ajouté 615,42 g d'hypophosphite de sodium en poudre. La température de la solution a augmenté d'environ 2 ° C l'eau a été éliminée du mélange réactionnel a été agité par distillation sous pression réduite à une température d'environ 55 ° ± 7 ° C à une pression de 44-72 mm Hg jusqu'à ce que la concentration d'acide hypophosphoreux de environ 80% en poids. Après refroidissement à température ambiante, du chlorure de sodium qui a précipité a été filtré à partir du mélange réactionnel. Le gâteau de filtre a été lavé deux fois avec de l'acide chlorhydrique à 32% en poids. Le produit récupéré contenait 355,7 g d'acide hypophosphoreux. L'analyse a montré que le produit contenait 0,9% en poids de sodium, le chlorure de 3,2% en poids et 80,96% en poids d'acide hypophosphoreux.
L'ion chlorure a été retiré de l'acide hypophosphoreux en utilisant une colonne échangeuse d'ions (hauteur 221/4" , diamètre 8/11" ). La colonne a été garnie avec Rohm and Haas résine IRA-410 sous la forme de chlorure et a été régénéré en utilisant NaOH à 5%.
Les résultats de l'utilisation de cette colonne à différents H3 PO2 et Cl - concentrations sont indiquées ci-dessous.