Nouveau procédé Rhône Poulenc de fabrication des polyelectrolytes

Après avoir passé en revue la littérature relative aux polyacrylamides, nous verrons plus en détail le procédé RPI puis les différentes applications des polyélectrolytes obtenus par cette technique.

PROCÉDÉS DE PRÉPARATION DES POLYACRYLAMIDES

Nous avons relevé dans ce chapitre les principaux brevets revendiquant des procédés de fabrication de polyacrylamides.

D’une manière générale, les polyacrylamides peuvent être obtenus par les trois techniques de polymérisation classiques.

• Polymérisation en émulsion : on utilise la solution aqueuse d'acrylamide dans un milieu organique (1) (2) (3) (4) (5).
• Polymérisation en masse : l'acrylamide solide est aussi en jeu (6).
• Polymérisation en solution : la polymérisation est réalisée sous irradiation en présence de divers composés :
  • — dérivés azotés NH₂, OH (7) (8) (9) (10), NH₂, Cl (11) (12), amines (13), sels d’ammonium (14) (15) (16), acides aminés (15) (16) ;
  • — systèmes Redox (7) (17) (18) (19) ;
  • — agents organiques (20).

LE NOUVEAU PROCÉDÉ R.P.I.

Principe : il s’agit d'un procédé de photopolymérisation continu de monomères ou comonomères acryliques mis au point dans les laboratoires de recherches de RPI. Ce procédé permet d'obtenir des polyélectrolytes non ioniques, anioniques et cationiques. De nombreux dépôts de brevet en France comme à l'étranger ont contribué à protéger cette technique.

Description : cette technique comporte principalement trois sections : la préparation des monomères, la polymérisation et la finition des produits (schéma n° 1).

Préparation des monomères : les matières premières utilisées (monomères acryliques) sont mises en solution aqueuse si elles n'y sont pas. En effet, ce procédé permet d’utiliser aussi bien l'acrylamide solide que liquide.

Dans un deuxième temps, ces matières premières sont conditionnées pour les rendre propres à la polymérisation (additifs, traitements physiques).

Polymérisation : cette polymérisation ou copolymérisation est effectuée sur une bande transporteuse sous irradiation et atmosphère spéciale.

Ce procédé permet d’accéder, si on le souhaite, à des polyacrylates à très faible taux de monomère résiduel (< 0,05 %).

Finition : le produit final doit se présenter sous forme pulvérulente d'où la nécessité d'un système de broyage avec en général une phase intermédiaire de séchage.

Stockage

Ensachage

Produits obtenus : la technique RPI permet d'obtenir avec le même appareillage une gamme complète de polyélectrolytes :

• — non ioniques (polyacrylamides),
• — anioniques (copolymères acrylamides/acrylates de sodium),
• — cationiques (homopolymères ou copolymères cationiques-acrylamide).

Ces polyélectrolytes sont commercialisés sous la dénomination FLOCOGIL (R).

Il faut remarquer que, par ailleurs, RPI a mis au point le procédé de fabrication du monomère cationique qui fait également l'objet de dépôts de brevets.

Avantages du procédé RPI : Les avantages présentés par ce procédé sont à la fois nombreux et importants ; en effet, il s'agit d'un procédé :

• — souple, car avec le même appareillage on fait une gamme complète de polyélectrolytes.
• — continu, ce qui supprime les divers ennuis de nettoyage rencontrés dans les procédés par « batch ».
• — rentable, car non seulement les investissements sont nettement inférieurs à ceux correspondants aux procédés discontinus mais les coûts de fabrication sont aussi plus bas par suite de la faible main-d'œuvre nécessaire.
• — propre, puisque n'utilisant aucun solvant et étant entièrement automatisé.

APPLICATIONS

Le domaine d'application des polyélectrolytes est très vaste. L'objectif principal est actuellement la séparation liquide-solide mais il ne doit pas faire oublier le dopage des bentonites et la récupération assistée du pétrole, car dans l'avenir cette récupération assistée pourrait devenir un marché très important.

Séparation liquide-solide

L'emploi des polyélectrolytes pour réaliser cette séparation présente de nombreux avantages :

• — Facilité de mise en œuvre,
• — Efficacité et rendement de la séparation élevés,
• — Coût d'utilisation faible car on ne met en jeu que de faibles quantités de l'ordre de la ppm, ce qui implique des frais de transport et de stockage très faibles.

L'application des polyélectrolytes s'effectue dans les eaux d'alimentation, les eaux de procédés et les eaux résiduaires.

Eaux d’alimentation :

Les eaux de surface et parfois les eaux souterraines renferment des matières en suspension qui sont la cause de leur turbidité. La partie la plus importante de leur traitement consiste en une clarification totale qui permet de rassembler les fines particules en flocs qui sédimentent.

C'est le procédé bien connu de la floculation, réalisé par injection de faibles quantités de polyélectrolyte généralement associé à des coagulants minéraux tels que les sels de fer ou d'aluminium.

Le procédé RPI permet également la fabrication de polyélectrolytes répondant à la norme US de l'EPA qui fixe la teneur maximale en acrylamide résiduelle à 0,05 %.

En France, pour le moment, le Conseil Supérieur de l’Hygiène Publique n’a pas encore autorisé l'emploi des polyélectrolytes de cette qualité pour le traitement des eaux potables.

Eaux de procédés :

Un très grand nombre de techniques industrielles font appel à une méthode de séparation liquide-solide.

On peut citer par exemple, les industries

• — minières : oxyde de titane, charbon, uranium, potasse, kaolin, spathfluor,
• — chimiques : alumine, terres rares,
• — alimentaires : sucre, graisses animales,
• — papetières,
• — sidérurgiques et métallurgiques.

Eaux de rejet :

Les eaux de rejet d'origine urbaine ou industrielle contiennent en suspension une quantité importante de boues minérales ou organiques.

Les réglementations en vigueur dans la plupart des pays ne permettent pas leur évacuation directe. Le traitement de floculation va permettre de séparer ces boues qui se présenteront alors sous forme solide facilement manipulables tandis que l'eau épurée pourra être rejetée dans le milieu naturel.

• — Les rejets industriels sont la source de pollutions spécifiques à chaque type d'industrie : papeterie, alimentation, pétrochimie, textile, chimie, tannerie, etc.
• — Les eaux usées urbaines sont traitées suivant le schéma général n° 2.

L'emploi des polyélectrolytes permet :

• — la séparation liquide-solide au niveau de la décantation,
• — la filtration des boues (filtres-presses, bandes presseuses),
• — la centrifugation,
• — le séchage dans les « lits de séchage ».

Il faut remarquer que les stations de traitement d'eaux usées ont tendance à abandonner les lits de séchage (immobilisation de grandes surfaces, ensoleillement irrégulier, odeur) pour utiliser des techniques mécaniques (filtration, centrifugation).

Dans ces conditions, l'utilisation des polyélectrolytes à raison de deux à quatre kilos par tonne de boue sèche permet d’obtenir des boues dont la siccité moyenne peut varier entre 20 et 35 %.

Dopage des bentonites :

Les caractéristiques rhéologiques de la bentonite utilisée dans les forages pétroliers et les travaux publics (parois continues) sont améliorées par l'adjonction de certains polyélectrolytes obtenus par le procédé RPI.

En particulier, le PETROGIL (R) permet de :

• — réduire considérablement la perte en eau de la boue tout en diminuant l’épaisseur du « cake » et en renforçant ses caractéristiques mécaniques,
• — conférer des caractéristiques rhéologiques et thixotropiques, ainsi qu'une meilleure résistance à la température,
• — modifier positivement le rendement des bentonites naturelles ce qui présente notamment l'avantage de valoriser des gisements de bentonite de faible rendement.

Récupération assistée du pétrole : La récupération du pétrole présent dans un gisement est en moyenne de l'ordre de 35 %. Des moyens de récupération assistée sont alors mis en place afin d’augmenter le rendement de récupération.

L'injection de solution aqueuse permet actuellement de récupérer jusqu'à 60 % du brut existant dans le gisement. De tels traitements permettent d'extraire à partir de gisements existants plusieurs milliards de mètres cubes de pétrole supplémentaires.

L’eau injectée dans les gisements est généralement traitée avec trois types de produits : des tensio-actifs, des biopolymères et des polymères acryliques.

RPI poursuit la mise au point de ces produits, en particulier ceux qui sont obtenus par les procédés de photopolymérisation RPI. Des essais encourageants ont été réalisés à l'échelle industrielle.

CONCLUSION

En définitive, par le procédé RPI on obtient de manière continue et rentable, sans pour autant poser le moindre problème de pollution, une gamme complète de polyélectrolytes anioniques et cationiques.

Ces floculants permettent non seulement de lutter contre la pollution (épuration des eaux) mais également d'économiser l'énergie en accélérant la sédimentation (centrifugation, filtration). De plus, ils assurent la valorisation de certains gisements de bentonite et on peut même espérer dans un proche avenir avoir une meilleure récupération du pétrole.

J.-P. REGAUD.

BIBLIOGRAPHIE

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MORNINGSTAR-PAISLEY INC. BP 991 416 — 8/8/60.

(2) HOESCHT DAS 1 123 110 — 14/9/60.

(3) NALCO CHEM. BE 1 516 426 — 21/3/66.

(4) HERCULES POWDER CO. BP 905 79 — 7/4/59.

(5) L. KARPOV B. RUSSE 183 389 — 10/2/65.

(6) KERR-Mc GEE OIL IND INC USP 3 242 152 — 15/8/58.

(7) HOESCHT DAS 1 182 829 — 4/11/61.

(8) NAUCHNO ISSLEDOV FIZICO-KHIM INST. BF 4 419 037 — 1/2/66.

(9) SCIENT RES. PHYSICAL CHEM. INST. B.P. 1 106 873 — 2/3/66.

(10) KERR-Mc GEE OIL IND INC USP 3 200 098 — 15/8/58.

(11) A. TOBICZIK (Glowny Inst. Gornictwa) B. Polonais 56 009 — 1/6/66.

(12) HOESCHT D.A.S. 1 182 829 — 4/11/61.

(13) B. GAGOCZI B. Hongrois 155 163 — 21/12/64.

(14) NAUCHNO ISSLEDOV FIZICO-KHIM INST. BF 4 466 769 — 1/2/66.

(15) L. KARPOV FIZICO-KHIM INST. BP 1 169 917 — 23/3/66.

(16) CALGON CORP. USP 3 332 922 — 19/5/63.

(17) NITTO CHEM. IND. B. Japonais 69-01426 — 6/4/64.

(18) BASF DAS 1 099 735 — 16/2/61.

(19) NALCO CHEM. USP 3 065 193 — 21/8/61.