Proceso para la producción de dióxido de cloro.

Un proceso para la producción de dióxido de cloro con un aparato que comprende un recipiente de reacción

(1) que funciona a presión reducida, en el que el clorato de metal alcalino se reduce usando un agente reductor en condiciones ácidas y el dióxido de cloro formado se retira del recipiente de reacción (1) y se recupera, estando equipado el recipiente de reacción (1) con un conducto de recirculación (2) de la mezcla de reacción, que comprende una bomba de circulación (3) y, aguas abajo después de dicha bomba, un intercambiador de calor (4), caracterizado porque la presión absoluta en el recipiente de reacción (1) es de 6 kPa a 50 kPa y como ácido se usa ácido sulfúrico, y dicho ácido se alimenta al conducto de recirculación (2) antes de dicha bomba de circulación o a la bomba de circulación (3).

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/IB2010/002980.

Solicitante: KEMIRA OYJ.

Nacionalidad solicitante: Finlandia.

Dirección: PORKKALANKATU 3 00180 HELSINKI FINLANDIA.

Inventor/es: POHJANVESI,SEPPO.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > QUIMICA INORGANICA > ELEMENTOS NO METALICOS; SUS COMPUESTOS (procesos... > Oxidos u oxácidos de halógenos; Sus sales > C01B11/02 (Oxidos de cloro)

PDF original: ES-2530274_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Proceso para la producción de dióxido de cloro

Campo de la invención

La invención se refiere a un proceso para la producción de dióxido de cloro. Específicamente, la invención se refiere a un proceso para la producción de dióxido de cloro, en el que se mezcla de manera eficaz ácido sulfúrico en la mezcla de reacción.

Antecedentes de la invención

El dióxido de cloro (ClO2) es un importante compuesto químico blanqueante de pasta papelera. También se usa para muchos otros fines, por ejemplo, para la purificación del agua. Con mucha frecuencia, el dióxido de cloro se prepara reduciendo clorato de sodio (u otros cloratos de metal alcalino) en condiciones ácidas, y el dióxido de cloro gaseoso generado se recoge de la mezcla de reacción. Normalmente, se usa ácido sulfúrico como el ácido. El agente reductor puede comprender, por ejemplo, peróxido de hidrógeno, metanol, un ion cloruro, o dióxido de azufre. La preparación de dióxido de cloro con frecuencia tiene lugar en una fábrica de pasta papelera.

El dióxido de cloro se puede preparar por diversos métodos diferentes. En lo que respecta a sus funciones básicas, todoslos procesos usados para preparar dióxido de cloro comprenden al menos las siguientes etapas:

- Las materias primas de dióxido de cloro, es decir, la solución acuosa de clorato de metal alcalino, el ácido y el agente reductor, se conducen hacia un reactor.

- La reacción que forma el dióxido de clorotiene lugar en el reactor.

- El gas de dióxido de cloro se conducefuera del reactor.

Los procesos de Solvay y Mathieson son procesos obsoletos para producir dióxido de cloro, y estos funcionan a presión atmosférica. Los procesos son similares en gran medida, con la excepción de que en el proceso de Solvay se usa metanol como el agente reductor en lugar de dióxido de azufre. El proceso HP-A® también funciona a presión atmosférica. En esteproceso, el clorato desodio reacciona con un agentereductor basado en peróxido dehidrógeno en una solución de ácido sulfúrico, con lo que se forma dióxido de cloro. Los subproductos de la reacción incluyen oxígeno y un residuo ácido que contiene bisulfato de sodio. El documento US 2.881.052 también da a conocer un proceso obsoleto quefunciona a presión atmosférica.

Otros procesos de producción de dióxido de cloro bien conocidos comprenden los procesos ERCO. El proceso ERCO R2® es un ejemplo de un proceso que funciona a presión atmosférica. En el proceso ERCO R2®, se usa cloruro de sodio para reducir clorato de sodio. La mezcla de clorato y cloruro se añade conjuntamente al generador con el ácido sulfúrico. En este proceso, se forma una gran cantidad de cloro gas (Cl2) , que normalmente se absorbe a fin de formar hipoclorito (NaClO) .

En la actualidad, en el proceso se usa con mucha frecuencia un reactor a presión baja. Un ejemplo es el proceso 45 ERCO R3®. En este proceso, reaccionan clorato de sodio, cloruro de sodio y ácido sulfúrico en condiciones bastante ácidas a una temperatura que se corresponde con el punto de ebullición de la mezcla de reacción. En el proceso se produce dióxido de cloro y se generan como subproductos sulfato de sodio (cristalino) y una pequeña cantidad de cloro (en agua en forma de hipoclorito) . El dióxido de cloro se retira del equipo de reacción conjuntamente con vapor y precipitado de sulfato de sodio. Este proceso se describe en más detalle, por ejemplo, en el documento US 3.864.456, en el que el ácido sulfúrico y los otros reactivos se alimentan directamente al recipiente de reacción.

Otro proceso deproducción conocido quefunciona a presiónreducida es el proceso ERCO R8®. Esteproceso difiere del proceso R3 especialmente en que el proceso funciona en condiciones mucho más ácidas, y se usa metanol como el agente reductor en lugar de cloruro de sodio. Adicionalmente, el proceso no requiere el uso de un 55 catalizador. Como resultado, se forma dióxido de cloro más limpio, puesto que el metanol reduce el cloro generado a iones cloruro, incrementando de esta manera la eficacia del proceso. El proceso R8 se describe, por ejemplo, en los documentos US 4.081.520, US 4.393.035 y US 4.393.036. El documento US 5.066.477 da a conocer una modificación del proceso R8. En esta modificación, se hace un intento por acelerar la reacción y reducir la acidez del subproducto de sulfato de sodio colocando un tubo corto en la garganta de Venturi del conducto de recirculación y alimentando ácido sulfúrico y metanol a través de este tubo. En el proceso de acuerdo con el documento US 5.066.477, el ácido sulfúrico ymetanol siempre se alimentandespués del intercambiador de calor.

El documento US 3.895.100 da a conocer un proceso para la preparación de dióxido de cloro en un reactor que comprende clorato de sodio, cloruro de sodio y ácido sulfúrico mantenidos a presión reducida. Parte de la solución 65 de clorato de sodio y cloruro de sodio que contiene algo de sulfato de sodio no retirado se recicla al reactor a través de una caldera-intercambiador de calor. Se añade ácido sulfúrico al líquido reciclado aguas abajo de la caldera

intercambiador de calor.

Un inconveniente relacionado con los procesos obsoletos, que hechos funcionar a presión normal y en los que, por ejemplo, se usó dióxido de azufre como el agente reductor y ácido sulfúrico como el ácido, consistió en las grandes cantidades de residuo ácido. Más tarde, se reemplazó gradualmente dióxido sulfúrico por compuestos basados en cloruro o metanol No obstante, los procesos basados en cloruro con frecuencia producen cloro como un subproducto. En un intento por eliminar el cloro, se han desarrollado procesos en los que no se produce una gran cantidad de residuos ácidos o cloro. Después del uso de los procesos antiguos, el propósito de la industria del dióxido de cloro ha sido desarrollar procesos en los que los costes de funcionamiento sean bajos y solo se produzca una cantidad mínima de subproductos. Las soluciones de equipos modernos son, por tanto, muy diferentes de los equipos usados en los procesos de producción previos, y, por ejemplo, la alimentación y el mezclado de los compuestos químicos se ha solucionado en una manera nueva. Aunque los procesos han mejorado y se han retirado muchos de los inconvenientes, todavía hay problemas relacionados con estos procesos.

Uno de los problemas relacionados con los procesos mencionados anteriormente es la llamada emisión por bocanadas ("puffing") , donde el dióxido de cloro producido se descompone de forma explosiva en oxígeno y cloro en la mezcla de reacción. Esto da como resultado una detención temporal en la producción y una disminución de la rentabilidad de la producción. El problema puede estar causado por impurezas o una temperatura demasiado alta. El mezclado inadecuado del ácido sulfúrico es una causa común para la generación de puntos calientes locales. Estos puntos calientes causan la descomposición explosiva del dióxido de cloro, es decir, la emisión por bocanadas. Los intentos previos para solucionar este problema han incluido, por ejemplo, reemplazar el ácido sulfúrico fuerte por ácido sulfúrico más débil. No obstante, el uso de ácido sulfúrico más débil incrementa considerablemente el consumo de energía, lo que quiere decir que esta solución no es económicamente beneficiosa. El problema de la emisión por bocanadas se describe, por ejemplo, en el documento US 4.780.304. En él, se da a conocer un proceso en el que se ha hecho un intento para solucionar el problema añadiendo ácido sulfúrico en forma atomizada en un gas portador, de modo que el ácido sulfúrico se transforma en una fina nebulización. No obstante, esta solución requiere una etapa adicional que hace el equipomás... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un proceso para la producción de dióxido de cloro con un aparato que comprende un recipiente de reacción (1) que funciona a presión reducida, en el que el clorato de metal alcalino se reduce usando un agente reductor en 5 condiciones ácidas y el dióxido de cloro formado se retira del recipiente de reacción (1) y se recupera, estando equipado el recipiente de reacción (1) con un conducto de recirculación (2) de la mezcla de reacción, que comprende una bomba de circulación (3) y, aguas abajo después de dicha bomba, un intercambiador de calor (4) , caracterizado porque la presión absoluta en el recipiente de reacción (1) es de 6 kPa a 50 kPa y como ácido se usa ácido sulfúrico, y dicho ácido se alimenta al conducto de recirculación (2) antes de dicha bomba de circulación o a la bomba de circulación (3) .

2. El proceso de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el ácido sulfúrico se alimenta al conducto de recirculación (2) después de la alimentación de clorato de metal alcalino (5) .

3. El proceso de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el clorato de metal alcalino y el ácido sulfúrico se mezclan entre sí antes de que se alimenten al conducto de recirculación (2) .

4. El proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el ácido sulfúrico se alimenta al conducto de recirculación (2) de 0 a 2 metros antes de la bomba de circulación (3) . 20

5. El proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el clorato de metal alcalino es clorato de sodio.

6. El proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el agente 25 reductor para reducir el clorato de metal alcalino es metanol.

7. El proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la bomba de circulación (3) es una bomba de hélice axial.

8. El proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la bomba de circulación (3) es una bomba centrífuga.

9. El proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la concentración del ácido sulfúrico alimentado varía de 60 % a 100 % en peso, preferentemente de 90 % a 98 % en 35 peso.

10. El proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la presión absoluta en el recipiente de reacción (1) varía de 13 kPa a 25 kPa.

11. El proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la temperatura de reacción varía entre 50 º C y 100 º C, preferentemente entre 70 º C y 80 º C.