СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ЧАСТИЦ ГИДРОКАРБОНАТА НАТРИЯ Российский патент 2017 года по МПК C01D7/10 C01D7/12 

Данная заявка притязает на приоритет перед Европейской заявкой № 11194784.2, поданной 21 декабря 2011, вся полнота содержания этой заявки заключена в настоящем документе посредством ссылок для всех целей.

Область техники

Изобретение относится к способу приготовления частиц гидрокарбоната натрия и к приготовленным таким образом частицам.

Предпосылки изобретения

Гидрокарбонат натрия (NaHCO₃) - это продукт с обширным набором интересных свойств и очень обширной областью применений: высокотехнологичные ингредиенты для фармацевтической промышленности, пищевая промышленность, производство кормов.

Гидрокарбонат натрия может производиться карбонизацией карбоната натрия. В Европе карбонизация обычно проводится непосредственно на заводах по производству кальцинированной соды и осуществляется с помощью углекислого газа, который является побочным продуктом производства кальцинированной соды (в основном углекислым газом из печей для обжига извести). В США карбонизация обычно проводится на специализированных заводах, которые по отдельности закупают кальцинированную соду и углекислый газ, а затем сочетают их.

Влажный осадок гидрокарбоната натрия традиционно высушивается с применением стандартных ротационных паровых трубчатых сушилок. Такие способы предполагают высокотемпературную дегидратацию и давление пара до 35 атм. Высушенный материал обычно имеет высокую объемную плотность, а полученные в упомянутом способе кристаллы обычно характеризуются нерегулярным гранулометрическим распределением и дендритным строением, вследствие чего они физически непрочны и при обработке легко распадаются на более мелкие фрагменты. Кроме того, при повышенных температурах гидрокарбонат натрия склонен превращаться в карбонат натрия.

Целью изобретения является создание частиц гидрокарбоната натрия с большой удельной поверхностью. Также целью изобретения является создание способа для приготовления частиц гидрокарбоната натрия с большой удельной поверхностью.

Сущность изобретения

Авторы настоящего изобретения неожиданно обнаружили, что одна или более из упомянутых целей могут быть достигнуты специальным подбором добавок в способе приготовления. Авторы настоящего изобретения открыли, что крупные частицы гидрокарбоната натрия с относительно большой удельной поверхностью и/или желаемой формой могут быть получены из водного состава, который содержит карбонат щелочного металла и по меньшей мере одну поликарбоновую кислоту и/или ее соли, при выбранных условиях концентрации.

Согласно первой особенности, настоящее изобретение предлагает способ для приготовления частиц гидрокарбоната натрия. Упомянутый способ включает в себя следующие стадии:

(а) добавление по меньшей мере одного карбоната щелочного металла в водный раствор для образования водного состава; при этом карбонат щелочного металла содержит карбонат натрия, а водный состав содержит по меньшей мере одну поликарбоновую кислоту и/или ее соли, в количестве по меньшей мере 200 ч./млн от массы водного состава; и

(б) сепарацию первичного гидрокарбоната натрия из водного состава для получения, с одной стороны, частиц гидрокарбоната натрия, а с другой стороны, водного маточного раствора.

Стадия (б) предпочтительно включает в себя стадии контакта водного состава с газом, содержащим диоксид углерода.

Частицы гидрокарбоната натрия с большой удельной поверхностью могут быть получены с использованием относительно высокой дозировки поликарбоновой кислоты и/или ее соли.

Согласно второй особенности, настоящее изобретение заключается в создании частицы гидрокарбоната натрия, для которой средний эквивалентный сферический диаметр D50 составляет по меньшей мере 10 мкм, D90 составляет по меньшей мере 60 мкм (измерены лазерным рассеянием), а средняя удельная поверхность по Брунауэру-Эмметту-Теллеру составляет по меньшей мере 4,0 м²/г.

Согласно третьей особенности, настоящее изобретение заключается в создании частиц карбоната натрия, для которой средний эквивалентный сферический диаметр D50 составляет по меньшей мере 10 мкм, D90 составляет по меньшей мере 60 мкм (измерены лазерным рассеянием), а средняя удельная поверхность по Брунауэру-Эмметту-Теллеру составляет по меньшей мере 10 м²/г, предпочтительно по меньшей мере 15 м²/г.

Независимые и зависимые пункты формулы изобретения описывают особые и предпочтительные признаки изобретения. Признаки из зависимых пунктов формулы изобретения могут при необходимости сочетаться с признаками из независимых или других зависимых пунктов формулы.

Вышеупомянутые и прочие свойства, признаки и преимущества настоящего изобретения становятся очевидными благодаря нижеследующему подробному описанию, которое иллюстрирует на примерах принципы изобретения.

Краткое описание чертежей

На Фиг. 1 представлен график средней удельной поверхности по Брунауэру-Эммету-Теллеру (в м²/г) частиц гидрокарбоната натрия, приготовленных в присутствии или в отсутствие различных поликарбоновых кислот в различных концентрациях.

Подробное описание изобретения

Прежде чем приступить к изложению формулировок настоящего изобретения, следует подчеркнуть, что данное изобретение не ограничивается приведенными здесь конкретными формулировками, поскольку такие формулировки, конечно же, могут различаться. Также следует пояснить, что использованная здесь терминология не накладывает каких-либо ограничений, так как объем настоящего изобретения ограничивается только прилагаемыми пунктами формулы изобретения.

Применяемые здесь формы существительных единственного числа охватывают единичные и множественные денотаты, если контекст явно не предписывает иного. Например, «добавка» означает одну добавку или несколько добавок (более чем одну добавку).

Применяемые здесь термины «содержащий (-ая, -ее)», «содержит», «содержит в своем составе» синонимичны терминам «включающий (-ая, -ее) в себя», «включает в себя», «имеющий в своем составе», «имеет в своем составе»; упомянутые термины являются инклюзивными или неокончательными, не исключают добавочные, явно не упомянутые звенья, элементы или стадии способа. Следует учитывать, что применяемые здесь термины «содержащий (-ая, -ее)», «содержит», «содержит в своем составе» заключают в себе термины «состоящий (-ая, -ее) из», «состоит» и «состоит из».

Во всей заявке термин «около» означает, что некоторое значение предполагает стандартное отклонение погрешности для устройства или способа, с помощью которых проводилось измерение значения.

Используемый здесь термин «средний (-яя, -ее)» ссылается на среднее арифметическое, если не указано иначе.

Используемые здесь термины «% по массе», «масс. %», «массовое процентное соотношение» или «процентное соотношение по массе» взаимозаменяемы.

Упоминание численных диапазонов с помощью конечных точек включает в себя все целые числа и, при необходимости, дроби, входящие в данный диапазон (например, «от 1 до 5» может означать 1, 2, 3, 4 при ссылке на число элементов и может также означать 1,5, 2, 2,75 и 3,80 при ссылке на измерения). Упоминание конечных точек подразумевает также сами значения конечных точек (например, от 1,0 до 5,0 включает в себя и 1,0, и 5,0). Любой упомянутый в настоящем документе численный диапазон подразумевает все входящие в него поддиапазоны.

Все приведенные в настоящем описании изобретения ссылки включены в настоящее описание во всей своей полноте. В частности, в настоящее описание включены идеи из всех конкретных ссылок.

Если не определено иначе, все термины, использованные для раскрытия изобретения, в том числе технические и научные термины, должны пониматься так, как их обычно понимают простые специалисты в области техники, к которой относится данное изобретение. Дополнительные пояснения содержат определения терминов для лучшего понимания идеи настоящего изобретения.

Нижеследующий текст более подробно определяет различные особенности изобретения. Каждая определенная таким образом особенность может сочетаться с любой другой особенностью или особенностями, если явно не указано обратное. В частности, любой признак, обозначенный как предпочтительный или целесообразный, может сочетаться с любым другим признаком или признаками, обозначенными как предпочтительные или целесообразные.

В данном описании изобретения ссылка на «один вариант реализации» или «вариант реализации» означает, что конкретный признак, структура или характеристика, описанный (-ая) в связи с вариантом реализации, включен (-а) в по меньшей мере один вариант реализации настоящего изобретения. Таким образом, выражения «в одном варианте реализации» или «в варианте реализации», появляющиеся в различных местах данного описания, не обязательно все ссылаются на один и тот же вариант реализации, хотя такие случаи и возможны. Кроме того, конкретные признаки, структуры или характеристики могут сочетаться любым подходящим образом в одном или более вариантах реализации, что для специалиста в данной области техники очевидно из настоящего раскрытия. Помимо этого, специалисты в данной области техники понимают, что сочетания признаков из разных вариантов реализации входят в объем изобретения, хотя некоторые описанные здесь варианты реализации содержат в себе лишь некоторые из признаков, содержащихся в других вариантах реализации. Например, в прилагаемых пунктах формулы изобретения любые заявленные варианты реализации могут использоваться в любом сочетании.

Согласно первой особенности, настоящее изобретение предлагает способ для приготовления частиц гидрокарбоната натрия. Упомянутый способ включает в себя следующие стадии:

(а) добавление по меньшей мере одного карбоната щелочного металла в водный раствор для образования водного состава; при этом карбонат щелочного металла содержит карбонат натрия, а водный состав содержит по меньшей мере одну поликарбоновую кислоту и/или ее соли в количестве по меньшей мере 200 ч./млн от массы водного состава; и

(б) сепарацию первичного гидрокарбоната натрия из водного состава для получения, с одной стороны, частиц гидрокарбоната натрия, а с другой стороны, водного маточного раствора.

Первая стадия способа согласно изобретению состоит в добавлении по меньшей мере одного карбоната щелочного металла, содержащего карбонат натрия, в водный раствор, посредством чего образуется водный состав.

Используемый здесь термин «карбонат щелочного металла» обозначает любое соединение, содержащее карбонатную группу -CO₃^2- и щелочной металл. Щелочной металл предпочтительно представлен натрием.

Карбонатом щелочного металла, применяемым в способе, может являться доступный на рынке карбонат натрия. Неограничивающим примером подходящего источника карбоната металла натрия может быть минерал, содержащий карбонат натрия, например трона, нахколит, вегшайдерит (Wegscheiderite) или децемит (Decemite). Трона - это минерал, который может содержать около 90-95% сесквикарбоната натрия (Na₂CO₃⋅NaHCO₃⋅2H₂O).

В варианте реализации изобретения карбонат щелочного металла содержит сесквикарбонат, предпочтительно сесквикарбонат натрия. Карбонат щелочного металла предпочтительно содержит дигидрат сесквикарбоната натрия (Na₂CO₃⋅NaHCO₃⋅2H₂O). Сесквикарбонат может иметь различное происхождение. Он может быть произведен искусственно из различных источников натрия. Однако особо интересным представляется происхождение сесквикарбоната из природной руды троны. Подходящий сесквикарбонат натрия может иметь средний диаметр частиц между 0,1 и 10 мм. Средний диаметр - это D50, то есть такой диаметр, что половина всех частиц (по массе) имеют диаметр меньше указанного значения. Для несферических частиц данный диаметр - это эквивалентный сферический диаметр.

В некоторых вариантах реализации карбонат щелочного металла - это обожженный карбонат щелочного металла, например обожженный сесквикарбонат. В данном варианте реализации карбонат щелочного металла перед добавлением к водному раствору сначала обжигается, предпочтительно при температуре между 100°С и 4000°С.

Карбонат щелочного металла - это предпочтительно карбонат натрия, а водный раствор также содержит гидрокарбонат натрия. В варианте реализации водный раствор может дополнительно содержать хлорид натрия.

В варианте реализации водный состав для стадии (а) содержит карбонат натрия и гидрокарбонат натрия. Предпочтительно массовое соотношение карбоната натрия и гидрокарбоната натрия больше 1,0, предпочтительно больше 2,0, предпочтительно больше 3,0, предпочтительно больше 5,0.

Водный состав для стадии (а) может иметь pH, по меньшей мере равный 8.

В некоторых вариантах реализации в водный раствор добавляется по меньшей мере 100 г карбоната щелочного металла на килограмм водного раствора; предпочтительно по меньшей мере 150 г карбоната щелочного металла на килограмм водного состава, предпочтительно по меньшей мере 200 г карбоната щелочного металла на килограмм водного состава.

Согласно изобретению водный состав содержит по меньшей мере 200 ч./млн по меньшей мере одной поликарбоновой кислоты и/или ее солей, ч./млн исчисляются относительно общей массы водного состава. Водный состав может содержать по меньшей мере 300 ч./млн поликарбоновой кислоты и/или ее солей, например по меньшей мере 400 ч./млн, например по меньшей мере 500 ч./млн, например по меньшей мере 600 ч./млн, предпочтительно по меньшей мере 1000 ч./млн, предпочтительно по меньшей мере 2000 ч./млн поликарбоновой кислоты и/или ее солей, предпочтительно по меньшей мере 2500 ч./млн, предпочтительно по меньшей мере 2700 ч./млн поликарбоновой кислоты и/или ее солей, ч./млн исчисляются относительно массы водного состава. Используемый здесь термин «ч./млн» означает массовые доли на миллион. Например, водный состав может содержать по меньшей мере 1 г поликарбоновой кислоты и/или ее солей на 1 кг водного состава, предпочтительно по меньшей мере 1,5 г, более предпочтительно по меньшей мере 2 г/кг, еще предпочтительнее по меньшей мере 2,5 г/кг, например по меньшей мере 2,7 г/кг, а самое большее, например, 5 г поликарбоновой кислоты и/или ее солей на 1 кг водного состава.

Используемый здесь термин «поликарбоновая кислота или ее соль» означает кислоты или их соли, содержащие две или больше карбоксильные группы -СОО^-. В предпочтительном варианте реализации поликарбоновая кислота или ее соли представлены в форме кислоты или соли натрия. В варианте реализации поликарбоновая кислота или ее соль - это кислота. В варианте реализации поликарбоновая кислота или ее соль - это соль натрия.

Поликарбоновая кислота и/или ее соли может выбираться из перечисленных далее веществ: группа соединений, содержащих полиакрилат натрия; сополимеры акриловой и малеиновой кислот; полиакриловая кислота, ее смеси и композиции; при этом поликарбоновая кислота и/или ее соли - это предпочтительно полиакрилат натрия или сополимер акриловой и малеиновой кислот, при этом поликарбоновая кислота и/или ее соли - это предпочтительно сополимер акриловой и малеиновой кислот.

Используемый здесь термин «полиакрилат натрия» означает полимеры с общей формулой (I), где n равно по меньшей мере 2:

(I)

Используемый здесь термин «полиакриловая кислота» означает полимеры с общей формулой (II), где n равно по меньшей мере 2:

(II)

В варианте реализации поликарбоновая кислота - это сополимер акриловой и малеиновой кислот.

Используемый здесь термин «сополимер акриловой и малеиновой кислот» означает полимеры с общей формулой (III), где х и у равны по меньшей мере 2:

(III)

В варианте реализации поликарбоновая кислота или ее соли имеет среднюю молярную массу в диапазоне от 1 до 200 кг/моль, предпочтительно от 5 до 100 кг/моль, предпочтительно от 10 до 90 кг/моль, предпочтительно от 20 до 80 кг/моль, предпочтительно от 30 до 70 кг/моль.

Способ, согласно изобретению, может управляться в пакетном/дискретном режиме или в непрерывном режиме.

Способ может осуществляться при температуре не более 70°С, например при температуре не более 60°С, например при температуре не более 50°С, предпочтительно при температуре не более 40°С, более предпочтительно при температуре не более 30°С.

Следующая стадия включает в себя сепарацию первичного гидрокарбоната натрия из водного состава для получения, с одной стороны, частиц гидрокарбоната натрия, а с другой стороны, водного маточного раствора.

В целесообразных вариантах реализации способ включает в себя нагнетание содержащего СО₂ газа в водный состав для карбонизации последнего и получения гидрокарбоната натрия.

В варианте реализации газ содержит СО₂, доля которого в процентах по массе составляет по меньшей мере 20%, целесообразно 40%, предпочтительно 60%, более предпочтительно 80%. Газ предпочтительно является чистым (100%) СО₂.

Реакция может проводиться в смесительном газожидкостном реакторе, предпочтительно включающем в себя газонагнетатель, который способен гомогенно распределять газ в реакторе. Жидкость образует целесообразно непрерывную фазу внутри реактора, газ нагнетается снизу и движется наверх. Реактор может содержать средство охлаждения для поддержания температуры способа на желаемом уровне. СО₂ может иметь различное происхождение. В одном варианте реализации СО₂ может поступать с природно-газовой установки, например, после концентрации в способе аминирования. В другом варианте реализации СО₂ может браться с установки по производству кальцинированной соды.

В варианте реализации в водном растворе можно сформировать кристаллы-затравки путем добавления зародышеобразователей. Например, в качестве зародышеобразователя может быть добавлен преимущественно кристаллический гидрокарбонат натрия.

Сепарация частиц из суспензии может проводиться любым подходящим сепарационным средством, например осаждением, центрифугированием, фильтрацией или комбинацией этих сепарационных средств. Сепарация может проводиться на любом подходящем оборудовании. Не ограничивающий объем изобретения выбор может осуществляться из следующего оборудования: отстойников, вращательных фильтров, ленточных фильтров, центрифуг и сочетаний перечисленных устройств. Частицы гидрокарбоната натрия могут промываться чистой водой для удаления производственного раствора, содержащего гидрокарбонат натрия. Сушка частиц может проводиться на любом подходящем оборудовании. Целесообразным является проведение сушки в кипящем слое, барабанной сушилке, аэрофонтанной пневматической конвейерной сушилке или гравитационной сушилке. Конечная температура выходящих из сушилки частиц должна быть достаточно низкой во избежание термического распада гидрокарбоната натрия в карбонат натрия. В целесообразном режиме сушка твердых частиц производится в обогащенной углекислым газом атмосфере. Это позволяет преобразовать в гидрокарбонат натрия часть растворенного карбоната натрия, присутствующего в производственном растворе и пропитывающего твердые частицы.

Способ, согласно изобретению, позволяет непосредственно производить из водного состава кристаллы вполне чистого гидрокарбоната натрия, имеющие высокие показатели удельной поверхности и/или среднего размера частицы.

Произведенные в данном способе, согласно изобретению, кристаллы гидрокарбоната натрия характеризуются высокой степенью чистоты, уникальной гранулометрией и имеют совершенно особую структуру с большой удельной поверхностью. Кроме того, их применение исключительно целесообразно во многих случаях, когда главным является вопрос стоимости.

Используемый здесь термин «частицы» означает кристаллиты или первичные частицы и группы первичных частиц. Кристаллиты или первичные частицы определяются как наименьшие отдельные частицы, различимые под электронным микроскопом.

В некоторых вариантах реализации произведенные частицы гидрокарбоната натрия имеют средний эквивалентный сферический диаметр D50, равный по меньшей мере 10 мкм (измерено лазерным рассеянием).

Используемый здесь термин «эквивалентный сферический диаметр» означает диаметр сферы с тем же эквивалентным объемом, что и у частицы. В настоящем документе средний размер частицы может быть выражен как «Dxx», где «хх» - это объемный процент частиц с размером, меньшим или равным Dxx. D90 - это такой размер частицы, которому уступают размеры 90 процентов частиц от всего объема частиц. D50 - это такой размер частицы, которому уступают размеры 50 процентов частиц от всего объема частиц. D10 - это такой размер частицы, которому уступают размеры 10 процентов частиц от всего объема частиц. D10, D50 и D90 могут быть измерены лазерным дифракционным анализом, например, на анализаторе типа Malvern. К подходящим системам Malvern относятся серии устройств MasterSizer S, Malvern 2000, Malvern 2600 и Malvern 3600.

В некоторых вариантах реализации полученные частицы гидрокарбоната натрия имеют средний эквивалентный сферический диаметр D90, равный по меньшей мере 60 мкм (измерено лазерным рассеянием).

В некотором варианте реализации полученные частицы гидрокарбоната натрия имеют среднюю удельную поверхность (по Брунауэру-Эммету-Теллеру), равную по меньшей мере 1,0 м²/г. В предпочтительных вариантах реализации средняя удельная поверхность (по Брунауэру-Эммету-Теллеру) равна по меньшей мере 2,0 м²/г, предпочтительно по меньшей мере 3,0 м²/г, предпочтительно по меньшей мере 4,0 м²/г, предпочтительно по меньшей мере 6,0 м²/г.

Частицы гидрокарбоната натрия, полученные в способе согласно изобретению, являются в существенной мере кристаллическими. Используемый здесь термин «в существенной мере кристаллические» подразумевает, что доля частиц в форме кристаллического материала по данным рентгеноструктурного анализа составляет более 50% по массе, особенно более 75% по массе, в частности более 90% по массе.

Настоящее изобретение также охватывает частицы гидрокарбоната натрия, полученные в способе согласно изобретению. Например, изобретение охватывает частицы гидрокарбоната натрия, полученные в способе согласно изобретению, упомянутые частицы имеют средний эквивалентный сферический диаметр D50, равный по меньшей мере 10 мкм, D90, равный по меньшей мере 60 мкм (измерено лазерным рассеянием), а среднюю удельную поверхность по Брунауэру-Эммету-Теллеру, равную по меньшей мере 4,0 м²/г.

Настоящее изобретение также охватывает частицы гидрокарбоната натрия со средним эквивалентным сферическим диаметром D50, равным по меньшей мере 10 мкм, D90 - по меньшей мере 60 мкм (измерено лазерным рассеянием), и средней удельной поверхностью по Брунауэру-Эммету-Теллеру, равной по меньшей мере 4,0 м²/г.

В предпочтительных вариантах реализации средняя удельная поверхность по Брунауэру-Эммету-Теллеру составляет по меньшей мере 4,0 м²/г, предпочтительно по меньшей мере 5,0 м²/г, предпочтительно по меньшей мере 6,0 м²/г. В варианте реализации средняя удельная поверхность по Брунауэру-Эммету-Теллеру варьирует от 2,0 м²/г до 10,0 м²/г, предпочтительно от 3,0 м²/г до 10,0 м²/г, предпочтительно от 4,0 м²/г до 10,0 м²/г, в некоторых случаях предпочтительно от 6,0 м²/г до 10,0 м²/г, даже от 8,0 м²/г до 10,0 м²/г.

Предпочтительная доля частиц в форме кристаллического материала по данным рентгеноструктурного анализа составляет более 50% по массе, особенно более 75% по массе, в частности более 90% по массе.

В предпочтительном варианте реализации частицы содержат гидрокарбонат натрия, доля которого составляет по меньшей мере 80,0% по массе, предпочтительно по меньшей мере 90% по массе, предпочтительно по меньшей мере 95% по массе, предпочтительно - по меньшей мере 98% по массе, предпочтительно по меньшей мере 99% по массе, предпочтительно по меньшей мере 99,9% по массе, относительно общей массы частиц.

Настоящее изобретение также охватывает способ приготовления частиц карбоната натрия, включающий в себя стадии превращения частиц гидрокарбоната натрия, полученных в ходе способа согласно первой особенности изобретения, в карбонат натрия посредством обжига при температуре, равной по меньшей мере 80°С, при этом частицы карбоната натрия имеют среднюю удельную поверхность по Брунауэру-Эммету-Теллеру, равную по меньшей мере 10 м²/г, предпочтительно по меньшей мере 15 м²/г.

Эти частицы карбоната натрия целесообразно приготавливать обжигом частиц гидрокарбоната натрия согласно второй особенности изобретения.

Эта дополнительная стадия обжига может осуществляться при температуре, равной по меньшей мере 80°С, предпочтительно по меньшей мере 100°С, например по меньшей мере 200°С, предпочтительно по меньшей мере 220°С, предпочтительно по меньшей мере 240°С. Эта стадия обжига может длиться по меньшей мере 1 час.

Настоящее изобретение также охватывает частицы карбоната натрия, полученные в ходе описанного здесь способа. Например, изобретение охватывает полученные в способе обжига частицы карбоната натрия, упомянутые частицы имеют средний эквивалентный сферический диаметр D50, равный по меньшей мере 10 мкм, D90 - по меньшей мере 60 мкм (измерено лазерным рассеянием), и среднюю удельную поверхность по Брунауэру-Эммету-Теллеру, равную по меньшей мере 10 м²/г, предпочтительно по меньшей мере 15 м²/г.

Настоящее изобретение охватывает также частицы карбоната натрия, у которых средний эквивалентный сферический диаметр D50 равен по меньшей мере 10 мкм, D90 - по меньшей мере 60 мкм (измерено лазерным рассеянием), а средняя удельная поверхность по Брунауэру-Эммету-Теллеру равна по меньшей мере 10 м²/г, предпочтительно по меньшей мере 15 м²/г.

В предпочтительных вариантах реализации средний эквивалентный сферический диаметр D50 частиц карбоната натрия, согласно изобретению, может быть равен по меньшей мере 20 мкм, предпочтительно по меньшей мере 30 мкм, предпочтительно по меньшей мере 40 мкм, предпочтительно по меньшей мере 60 мкм, предпочтительно по меньшей мере 80 мкм. В варианте реализации средний эквивалентный сферический диаметр D90 равен по меньшей мере 60 мкм, предпочтительно по меньшей мере 100 мкм, предпочтительно по меньшей мере 150 мкм, предпочтительно по меньшей мере 200 мкм.

Частицы карбонатов и гидрокарбонатов, согласно изобретению, имеют особенно высокое значение удельной поверхности по Брунауэру-Эммету-Теллеру и хорошую устойчивость при хранении.

Если раскрытие любых патентов, патентных заявок и публикаций, которые заключены посредством ссылок настоящем документе, конфликтует с описанием настоящего изобретения до степени неясности некоего термина, приоритет имеет настоящее описание.

Изобретение иллюстрируется - но не ограничивается - следующими примерами.

Примеры

Способы испытаний

Гранулометрия (D10, D50 и D90) измерялась твердотельным лазером на Malvern MasterSizer S.

Удельная поверхность измерялась лазерным рассеянием с использованием изотермы адсорбции азота и модели БЭТ (Брунауэр-Эмметт-Теллер). Измерения проводились с помощью анализатора удельной поверхности Micromeritics Gemini 2360.

Ингредиенты

Поликарбоксилат 2 (РС2): полиакрилат натрия (NaPA) с молекулярной массой 40000-60000 г/моль и 40% активного вещества. РС2 имеется на рынке как Maredis 146 от BASF.

Поликарбоксилат 3 (РС3): полиакриловая кислота с молекулярной массой 100000 г/моль и 35% активного вещества. РС3 имеется на рынке как Sokalan PA 80S от BASF.

Поликарбоксилат 4 (РС4): натриевая соль сополимера акриловой кислоты и малеиновой кислоты с молекулярной массой 70000 г/моль и 40% активного вещества. РС4 имеется на рынке как Sokalan PC 5 от BASF.

Поликарбоксилат 5 (РС5): сополимер акриловой кислоты и малеиновой кислоты с молекулярной массой 3000 г/моль и 50% активного вещества. РС5 выпускается на рынок Sigma-Aldrich.

Использовались представленные на рынке хлорид натрия (NaCl) от ESCO Dombasle (FR), а также карбонат натрия (Na₂CO₃) и гидрокарбонат натрия (NaHCO₃) с завода Solvay (Dombasle).

Пример 1

В двустенный реактор с заданными температурными условиями помещался исходный раствор, богатый карбонатом; температура в реакторе поддерживалась на уровне 30°C. Исходный раствор содержал [Na₂CO₃]=208 г/кг; и [NaHCO₃]=29 г/кг. Производственный способ проводился в присутствии или в отсутствие поликарбоксилата. Газообразный СО₂ (100%) нагнетался со скоростью 800 л/час на протяжении 2 часов. Спустя 2 часа, на протяжении которых осаждались твердые частицы с содержанием кристаллов гидрокарбоната натрия, содержимое реактора было отфильтровано для сепарации твердых частиц из маточного раствора и высушено воздухом. Эксперимент был повторен при 74°C, исходный раствор содержал [Na₂CO₃]=208 г/кг и [NaHCO₃]=57 г/кг.

Были испытаны 0,27 г поликарбоксилата РС2, РС3 или РС4 на 1 кг водного раствора. Эксперимент повторился без поликарбоксилата (без РС), с 2,7 г или 5 г поликарбоксилата РС2, РС3 или РС4 на 1 кг воды.

Результаты отражены на Фиг.1. Результаты показали, что проведение производственного способа в присутствии поликарбоксилата позволило добиться большей удельной поверхности частиц. Результаты также показали, что увеличение концентраций для поликарбоновой кислоты или ее соли может увеличить поверхность частиц гидрокарбоната натрия. Результаты также показали, что работа при температуре ниже 70°С может дополнительно увеличить поверхность частицы гидрокарбоната натрия.

Пример 2

В двустенный реактор с заданными температурными условиями помещался исходный раствор, богатый карбонатом; температура в реакторе поддерживалась на уровне 30°С. Исходный раствор содержал [Na₂CO₃]=208 г/кг; [NaHCO₃]=29 г/кг и [NaCl]=0,7 г/кг. Производственный способ проводился в присутствии 2,7 г поликарбоксилата РС5 на 1 кг водного раствора или в отсутствие поликарбоксилата. Газообразный СО₂ (100%) нагнетался со скоростью 800 л/час на протяжении 2 часов. Спустя 2 часа, на протяжении которых осаждались твердые частицы с содержанием кристаллов гидрокарбоната натрия, содержимое реактора было отфильтровано для сепарации твердых частиц из маточного раствора и высушено воздухом.

Частицы гидрокарбоната натрия дополнительно обжигались при температуре более 205°С в течение 3 часов, затем следовал 1 час дегазации при 250°С, в результате чего получался карбонат натрия. Затем, после производства, измерялась удельная поверхность частиц по БЭТ и сравнивалась с образцами имеющихся на рынке частиц гидрокарбоната. Устойчивость частиц при хранении была оценена, а удельная поверхность частиц по БЭТ вновь измерена спустя 1 месяц.

Результаты отражены в Таблице 1.

Таблица 1 Образцы Удельная поверхность по БЭТ (м²/г) Частицы гидрокарбоната натрия Частицы карбоната натрия (полученные после обжига частиц гидрокарбоната) Приготовленные без РС5 0,1 4,5 Приготовленные с РС5 8,3 21,0-22,9 Приготовленные с РС5.
Устойчивость после 1 месяца хранения 7,4-8,0 12,0 Bicar ® 0/13
(доступный на рынке гидрокарбонат натрия) 0,1 4,2 Bicar ® 13/50
(доступный на рынке гидрокарбонат натрия) <0,1 4,0 Bicar ® 27/50
(доступный на рынке гидрокарбонат натрия) <0,1 4,7

Результаты показали, что осуществление производственного способа в присутствии 2,7 г/кг поликарбоксилата позволяет добиться высокого показателя удельной поверхности производимых частиц. Результаты также показали, что после обжига частиц гидрокарбоната, изготовленных в ходе настоящего способа, получаются частицы карбоната натрия с очень высокой удельной поверхностью по БЭТ и эти частицы особенно устойчивы с течением времени.

Следует понимать, что несмотря на описания предпочтительных вариантов реализации, приведенные с целью предложить варианты реализации согласно настоящему изобретению, могут вноситься модификации или изменения без какого-либо отступления от объема и идеи данного изобретения.

Изобретение относится к неорганической химии. Добавляют карбонат натрия в водный раствор для образования водного состава, содержащего поликарбоновую кислоту и/или ее соли в количестве по меньшей мере 200 ч./млн от массы водного состава. Приводят водный состав в контакт с газом, содержащим диоксид углерода. Сепарируют первичный гидрокарбонат натрия из водного состава для получения частиц гидрокарбоната натрия и водного маточного раствора. Частицы гидрокарбоната имеют средний сферический диаметр D50, равный 10 мкм, и D90 – 60 мкм, среднюю удельную поверхность по БЭТ – 4,0 м²/г. Для приготовления частиц карбоната натрия осуществляют обжиг частиц гидрокарбоната натрия при температуре от 80 °С. Частицы карбоната натрия имеют средний сферический диаметр D50, равный 10 мкм, и D90 – 60 мкм, среднюю удельную поверхность по БЭТ по меньшей мере 10-15 м²/г. Обеспечивается увеличение удельной поверхности частиц гидрокарбоната и карбоната натрия и повышение устойчивости частиц карбоната натрия при хранении. 4 н. и 20 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

1. Способ для приготовления частиц гидрокарбоната натрия, включающий следующие стадии:

- (а) добавление по меньшей мере одного карбоната щелочного металла в водный раствор для образования водного состава; при этом карбонат щелочного металла содержит карбонат натрия, а водный состав содержит по меньшей мере одну поликарбоновую кислоту и/или ее соли в количестве по меньшей мере 200 ч./млн в пересчете на массу водного состава; и

- (б) сепарацию первичного гидрокарбоната натрия из водного состава для получения, с одной стороны, частиц гидрокарбоната натрия, а с другой стороны, водного маточного раствора,

при этом стадия (б) включает в себя стадию контакта водного состава с газом, содержащим диоксид углерода.

2. Способ по п. 1, в котором водный состав для стадии (а) содержит карбонат натрия и гидрокарбонат натрия и в котором массовое отношение карбоната натрия к гидрокарбонату натрия больше 1,0.

3. Способ по п. 1, в котором по меньшей мере одна поликарбоновая кислота и/или ее соль выбирается из группы веществ, содержащей полиакрилат натрия, сополимеры акриловой и малеиновой кислот, полиакриловую кислоту и их смеси.

4. Способ по п. 1, в котором водный состав для стадии (а) содержит карбонат натрия и гидрокарбонат натрия и в котором массовое отношение карбоната натрия к гидрокарбонату натрия больше 1,0, и при этом по меньшей мере одна поликарбоновая кислота и/или ее соль выбирается из группы веществ, содержащей полиакрилат натрия, сополимеры акриловой и малеиновой кислот, полиакриловую кислоту и их смеси

5. Способ по п. 1, в котором водный состав для стадии (а) имеет рН по меньшей мере 8.

6. Способ по п. 1, в котором водный состав для стадии (а) содержит карбонат натрия и гидрокарбонат натрия и в котором массовое отношение карбоната натрия к гидрокарбонату натрия больше 1,0, и при этом водный состав для стадии (а) имеет рН по меньшей мере 8.

7. Способ по п. 1, в котором по меньшей мере одна поликарбоновая кислота и/или ее соль выбирается из группы веществ, содержащей полиакрилат натрия, сополимеры акриловой и малеиновой кислот, полиакриловую кислоту и их смеси, и при этом водный состав для стадии (а) имеет рН по меньшей мере 8.

8. Способ по п. 1, в котором способ осуществляется при температуре, равной, самое большее, 70°С.

9. Способ по п. 1, в котором водный состав для стадии (а) содержит карбонат натрия и гидрокарбонат натрия и в котором массовое отношение карбоната натрия к гидрокарбонату натрия больше 1,0, и при этом способ осуществляется при температуре, равной, самое большее, 70°С.

10. Способ по п. 1, в котором по меньшей мере одна поликарбоновая кислота и/или ее соль выбирается из группы веществ, содержащей полиакрилат натрия, сополимеры акриловой и малеиновой кислот, полиакриловую кислоту и их смеси, и при этом способ осуществляется при температуре, равной, самое большее, 70°С.

11. Способ по п. 1, в котором водный состав для стадии (а) имеет рН по меньшей мере 8, и при этом способ осуществляется при температуре, равной, самое большее, 70°С.

12. Способ по п. 1, в котором водный состав содержит по меньшей мере 100 г карбоната щелочного металла на килограмм водного состава.

13. Способ по п. 1, в котором водный состав для стадии (а) содержит карбонат натрия и гидрокарбонат натрия и в котором массовое отношение карбоната натрия к гидрокарбонату натрия больше 1,0, и при этом водный состав содержит по меньшей мере 100 г карбоната щелочного металла на килограмм водного состава.

14. Способ по п. 1, в котором по меньшей мере одна поликарбоновая кислота и/или ее соль выбирается из группы веществ, содержащей полиакрилат натрия, сополимеры акриловой и малеиновой кислот, полиакриловую кислоту и их смеси, и при этом водный состав содержит по меньшей мере 100 г карбоната щелочного металла на килограмм водного состава.

15. Способ по п. 1, в котором водный состав для стадии (а) имеет рН по меньшей мере 8, при этом способ осуществляется при температуре, равной, самое большее, 70°С и водный состав содержит по меньшей мере 100 г карбоната щелочного металла на килограмм водного состава.

16. Способ по п. 1, в котором водный состав содержит от 0,2 г до 5,0 г поликарбоновой кислоты и/или ее солей на килограмм водного состава.

17. Способ по п. 1, в котором по меньшей мере одна поликарбоновая кислота и/или ее соль выбирается из группы веществ, содержащей полиакрилат натрия, сополимеры акриловой и малеиновой кислот, полиакриловую кислоту и их смеси, и при этом водный состав содержит от 0,2 г до 5,0 г поликарбоновой кислоты и/или ее солей на килограмм водного состава.

18. Способ по п. 1, в котором средний эквивалентный сферический диаметр D50 частиц гидрокарбоната натрия равен по меньшей мере 10 мкм по данным измерений методом рассеяния лазерного излучения.

19. Способ по п. 1, в котором средний эквивалентный сферический диаметр D90 частиц гидрокарбоната натрия равен по меньшей мере 60 мкм по данным измерений методом рассеяния лазерного излучения.

20. Способ по п. 1, в котором частицы гидрокарбоната натрия имеют среднюю удельную поверхность по Брунауэру-Эмметту-Теллеру (по БЭТ), равную по меньшей мере 1,0 м²/г.

21. Способ по п. 1, в котором для упомянутых частиц гидрокарбоната натрия средний эквивалентный сферический диаметр D50 равен по меньшей мере 10 мкм, D90 - по меньшей мере 60 мкм, средняя удельная поверхность по БЭТ равна по меньшей мере 1,0 м²/г.

22. Способ приготовления частиц карбоната натрия, включающий стадию превращения частиц гидрокарбоната натрия, полученных способом по любому из пп. 1-19, в карбонат натрия посредством обжига при температуре, равной по меньшей мере 80°С, при этом частицы карбоната натрия имеют среднюю удельную поверхность по БЭТ, равную по меньшей мере 10 м²/г, предпочтительно по меньшей мере 15 м²/г.

23. Частицы гидрокарбоната натрия со средним эквивалентным сферическим диаметром D50, равным по меньшей мере 10 мкм, D90 - по меньшей мере 60 мкм (измерено методом рассеяния лазерного излучения), и средней удельной поверхностью по БЭТ, равной по меньшей мере 4,0 м²/г.

24. Частицы карбоната натрия, у которых средний эквивалентный сферический диаметр D50 равен по меньшей мере 10 мкм, D90 - по меньшей мере 60 мкм (измерено методом рассеяния лазерного излучения), а средняя удельная поверхность по БЭТ равна по меньшей мере 10 м²/г, предпочтительно по меньшей мере 15 м²/г.