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Procédé de préparation d'acides organiques à partir de matières carbonées.
La présente invention se rapporte à un procédé de pré- paration d'acides organiques à partir de matières carbonées.
L'expression "matières carbonées" est utilisée dans le présent mémoire pour désigner le oharbon, le coke, les noirs de carbone et la poix.
Parmi les acides organiques que l'on peut obtenir suivant l'invention on peut citer les acides des types aromatique et ben- zénique comme, par exemple, l'acide mellique, l'acide benzène- pentacarboxylique et les acides benzène-tétra-,-tri-et-di- carboxylique ; ainsi que les acides aliphatiques, comme, par exemple, l'acide oxalique et l'acide acétique. Tous les acides mentionnés ci-dessus sont solubles dans l'eau et sont sublimables ou distilla- bles. Outre les acides mentionnés ci-dessus il se forme aussi des acides de constitution complexe et inconnue, mais possédant une
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une valeur industrielle ou commerciale importante.
On sait que les charbons bitumineux et les matières carbonées mentionnés plus haut peuvent être transformés par oxydation en simples acides solubles dans l'eau moyennant une action prolongée d'acide nitrique à des pressions normales et à des températures d'environ 100 C. Comme la réaction désirée exige que 20 à 50% du carbone du charbon soient transformés par oxydation en anhydride carbonique, le dernier de ces chiffres correspondant à environ 1,5 livres (Kg) d'oxygène par livre (Kg) de charbon, il est nécessaire de dépenser des quantités d'acide nitrique relativement importantes pour 1 livre (Kg) d'acides organiques formés. De plus, même avec de l'acide concentré le procédé est lent, car il faut plusieurs jours de contact avec de l'acide nitrique bouillant pour que la réaction voulue se produise.
Par le procédé faisant l'objet de la présente invention la quantité d'acide nitrique utilisée est considérablement ré- duite et la vitesse de la réaction est considérablement accrue.
Ces résultatx avantageux sont obtenus par l'exécution de la réac- tion à des températures élevées dans un récipient convenable pour réactions sous pression, en présence d'oxygène gazeux se trouvant à une pression partielle élevée. Par exemple, dans la réaction d'acide nitrique avec du charbon, l'acide nitrique est réduit, en majeure partie, en oxyde azotique, mais, en présence d'un excès d'oxygène et d'eau, l'oxyde azotique est rapidement reconverti en acide nitrique par des réactions bien connues. Ainsi, dans le procédé faisant l'objet de la présente invention la quan- tité d'acide nitrique requise dans le système à tout moment pour le traitement d'une quantité donnée de matière carbonée est considérablement réduite.
Dans ce qui suit on donne quelques exemples d'exécution non-limitatifs de l'invention.
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EXEMPLE I.-
100 gr. de charbon sont traités par 1000 ml.d'acide nitrique d'une concentration 2 fois molaire à 150 C pendant 24 heures en présence d'oxygène gazeux à une pression de 600 livres par pouce carré (42,17 kg/cm2). Le rendement en acides organiques solubles dans l'eau est de 60 à 70% du poids du charbon utilisé. La quantité d'acide nitrique récupéré est de 60%, ou plus, de celle initialement introduite dans le procédé et par conséquent la consommation en acide nitrique est d'environ
0,8 molécule-gramme par 100 gr. de charbon oxydé. Il est proba- ble que dans un travail sur une plus grande échelle la récupé- ration de l'acide nitrique soit encore plus complète.
Pour augmenter la vitesse de la réaction de l'acide nitrique avec la matière carbonée, on peut appliquer des tempéra- tures supérieures à 150 C, mais dans ce cas la regénération de l'acide nitrique par le gaz oxydant est moins complète parce que la réduction de l'oxyde azotique en azote est plus rapide que l'oxydation de l'oxyde azotique en oxydes supérieurs de l'azote.
Pour cette raison il est préférable de travailler à des tempé- ratures non-supérieures à 170 C. Des températures aussi basses que
80 C se sont avérées efficaces.
EXEMPLE 2. -
20 gr.de charbon de Pocahontas finement broyé soht placés dans un récipient pour réactions sous pression avec 200cm3 d'acide nitrique d'une concentration 4 fois molaire. Le récipient est fermé et de l'oxygène gazeux y est introduit jusqu'à éta- blissement d'une pression d'oxygène de 400 livres par pouce carré (28,11 Kg/cm2). Le récipient est chauffé à 90 C et est maintenu à cette température pendant 4 heures. Pendant ce temps le récipient est balancé de manière à agiter son contenu. Ensuite 1 le récipient est refroidi et la pression est détendue.
Le contenu
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du récipient est constitué par une solution de couleur jaune à orangée, dans de l'acide nitrique des produits d'oxydation du charbon, contenant en suspension la matière minérale du charbon.
La matière minérale en suspension est séparée de la solution et les acides organiques sont extraits de la solution dans l'acide nitrique au moyen d'un solvant organique- Le solvant or- ganique est éliminé des acides organiques et ces derniers sont séchés. Le poids des acides organiques récupérés est de 17gr.
D'autre part, on récupère de la solution aqueuse 44 gr. de HN03.
Le mélange des acides organiques récupérés est de couleur jaune à orangée, possède un poids équivalent moyen de 70, et contient, en moyenne, approximativement trois groupements carboxyle par molécule.
EXEMPLE 3-.-
Cet exemple est identique à l'exemple 2, sauf que la température appliquée est de 80 C et que les poids des acides récupérés sont de 14 gr. d'acides organiques et 42 gr, d'acide nitrique.
EXEMPLE 4.-
Cet exemple est identique à l'exemple 2, sauf que la température appliquée est de 100 C et que les poids des acides récupérés sont de 9 gr. d'acides organiques et 28 gr. d'acide nitrique.
EXEMPLE 5.-
Cet exemple est identique à l'exemple 2, sauf qu'on utilise du noir de carbone au lieu de charbon, que le temps de réaction est de 2 heures au lieu de 4, que la température est de 80 C au lieu de 90 C et que les poids des acides récupérés sont de 9 gr. d'acides organiques et 26 gr. d'acide nitrique.
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EXEMPLE 6. -
Cet exemple est identique à l'exemple 2, sauf qu'on utilise du noir de carbone au lieu de charbon, et que les poids des acides récupérés sont de 3 gr. d'acides organiques et 20 gr. d'acide nitrique.
EXEMPLE 7.-
Cet exemple est identique à l'exemple 2, sauf qu'on utilise du coke au lieu de charbon et que les poids des acides récupérés sont de 13 gr. d'acides organiques et 43 gr. d'acide ni- trique.
EXEMPLE 8.-
Cet exemple est identique à l'exemple 2, sauf qu'on utilise de la poix au lieu de charbon et que les poids des acides récupérés sont de 13 gr. d'acides organiques et 36 gr.d'acide nitrique.
EXEMPLE 9.
Cet exemple est identique à l'exemple 2, sauf qu'on utilise de la poix au lieu de charbon, que la température est de 80 au lieu de 90 , que le temps de réaction est de 2 heures au lieu de 4, et que les poids des acides récupérés sont de 4 gr. d'acides organiques et 43 gr. d'acide nitrique.
Dans l'exécution du procédé la pression partielle d'oxygène dans le gaz oxydant est comprise de préférence entre
100 et 1000 livres par pouce carré (7,03 à 70,30 kg/cm2). Dans n'importe lequel des exemples ci-dessus on peut utiliser de l'air, ou tout autre mélange contenant de l'oxygène gazeux, au lieu d'oxygène gazeux pur. La seule différence entre l'utilisation de l'air et de l'oxygène pur consiste en ce qu'une pression totale correspondante plus élevée est nécessaire pour atteindre @
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une pression partielle, donnée, d'oxygène lorsqu'on utilise un mélange, tel que l'air, au lieu d'oxygène pur. Pendant l'exé- cution du procédé l'acide nitrique est alternativement réduit par la réaction avec la matière carbonée et réoxydé par le gaz oxydant.
L'invention n'est pas limitée à des matières ou à des proportions préférées. Celles indiquées dans ce qui précède sont mentionnées uniquement à titre d'exemple, l'invention pouvant. être exécutée ou mise en pratique de nombreuses autres manières sans que l'on s'écarte de son esprit.
REVENDICATIONS ---------------------------
1.- Procédé de préparation d'acides organiques à partir de matières carbonées choisies dans le groupe comprenant le charbon, le coke, les noirs de carbone et la poix, caractérisé en ce qu'on soumet la matière carbonée simultanément à l'oxyda- tion, à une température élevée, par de l'acide nitrique et l'oxygène, à une pression partielle d'oxygène de 100 à 1.000 livres par pouce carré (7,03 à 70,30 kg/cm2).
2. - Procédé de préparation d'acides organiques à partir de charbon, caractérisé en ce qu'on soumet ce dernier simultanément à l'oxydation, à une température élevée, par de l'acide nitrique et l'oxygène, à une pression partielle d'oxy- gène de 100 à 1.000 livres par pouce carré (7,03 à 70,30 kg/cm2).
3.- Procédé de préparation d'acides organiques à partir de coke, caractérisé en ce'qu'on soumet ce dernier simpul- tanément à l'oxydation, à une température élevée, par de l'acide nitrique et l'oxygène, à une pression partielle d'oxygène de 100 à 1. 000 livres par pouce carré (7,03 à 70,30 kg/cm2).
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