CAJA DE EXTREMO PARA CELDA DE ELECTROLISIS DE CLORURO ALCALINO CON CATODO DE MERCURIO.

Caja de extremo para celda con cátodo de mercurio para la electrólisis de salmuera de cloruro alcalino,

dispuesta en una condición operativa con un nivel de salmuera y un nivel de mercurio o amalgama, que comprende un dispositivo para poner en contacto con agua el mercurio o la amalgama, estando el mencionado dispositivo formado por un conducto interno para suministrar el mencionado agua y un conducto externo que tiene la extremidad inferior sumergida en el mercurio o en la amalgama, estableciendo de ese modo una carga hidráulica

Caja de extremo para celda de electrolisis de cloruro alcalino con cátodo de mercurio.

La fabricación de cloro mediante la electrolisis de soluciones de cloruro alcalino, con referencia en concreto al cloruro de sodio y al cloruro de potasio (en adelante, salmuera) se lleva a cabo actualmente según tres procesos diferentes, que son el de la membrana de intercambio de iones, el del diafragma poroso y el del cátodo de mercurio. El último tipo, basado en una tecnología muy conocida, ha experimentado una mejora continua en la estructura de la celda (Enciclopedia Ullmann de Química Industrial VCH, volumen 16, página 416), esencialmente dirigida a disminuir el consumo de energía eléctrica y a reducir las emisiones de mercurio al medio ambiente.

El problema de reducir el consumo de energía se abordó con éxito por medio de sustituir los ánodos originales de grafito con ánodos de titanio activados con un revestimiento particularmente eficaz basado en óxidos de metales del grupo del platino. Los ánodos de titanio activados están también caracterizados por una larga vida útil de funcionamiento, que permite reducir sustancialmente la cantidad de paradas de la celda, muy frecuentes en el caso de ánodos de grafito corrosibles: puesto que la parada de mantenimiento es una operación crucial en relación con la emisión de mercurio al medio ambiente, el beneficio obtenido bajo este punto de vista es evidente. También se obtuvo otra reducción en las fugas de mercurio, por medio del uso rutinario de sal recristalizada que permite minimizar la cantidad de lodos contaminados con mercurio purgados desde la sección de purificación de la salmuera, si bien introduciendo un coste adicional. Como consecuencia de estas medidas, actualmente puede demostrarse que la emisión de mercurio procedente de una planta bien diseñada y correctamente manejada no asciende a más de 3 gramos por tonelada de producto de cloro, frente a un valor de 10 gramos de hace unos diez años (Enciclopedia Ullmann de Química Industrial VCH, volumen A6, página 424).

Tal cantidad podría reducirse más si se disminuyese más la frecuencia de las paradas de mantenimiento: en el momento actual, tal frecuencia se impone tanto por la necesidad de limpieza periódica como por la necesidad de sustituir las cajas de los extremos de entrada y de salida de la celda.

El término caja de extremo de entrada indica la sección conectada a la parte inicial del cuerpo de la celda: tal sección está dedicada a asegurar la admisión no turbulenta y uniforme de salmuera y mercurio en el cuerpo de la celda, como es necesario para impedir cortocircuitos dañinos. Puede encontrarse ejemplos de diseños de cajas de extremo de entrada, por ejemplo en las patentes US 4 152 237 y US 4 440 614, de Olin Corp., EE. UU.

Según la técnica del arte previo, ambas cajas de extremo están fabricadas de acero al carbón con varios tipos de caucho sintéticos o naturales, usualmente vulcanizados por medio de un tratamiento térmico final adecuado, en un autoclave.

Con el diseño utilizado actualmente para las cajas de extremo de entrada y de salida, la acumulación de materia extraña tal como por ejemplo polvos de óxidos u otros productos insolubles, escamas de sal y las denominadas mantequillas de mercurio, tiene lugar en correspondencia con las zonas muertas, con efectos negativos sobre la regularidad de los flujos de mercurio y salmuera y el deterioro relativamente rápido del revestimiento como consecuencia de la combinación de la agresividad de los fluidos, en concreto el cloro, con la temperatura, que puede fácilmente a alcanzar máximos superiores a 100ºC. Otra fuente de deterioro está dada por la fragilización progresiva que hace al revestimiento muy sensible a los transitorios térmicos de arranque y parada. Todo esto fuerza a los operadores a llevar a cabo paradas periódicas para proceder a la sustitución de la caja de extremo o a operaciones difíciles de limpieza manual, durante las cuales el vapor de mercurio emitido al ambiente de trabajo es prácticamente inevitable. A su vez, la sustitución introduce un problema adicional que hace esta operación costosa e incluso más onerosa puesto que el forro de caucho vulcanizado de la caja de extremo desmontada contiene cantidades no despreciables de mercurio y productos altamente tóxicos tales como dioxinas y compuestos furánicos generados por la reacción con cloro, cuya eliminación implica un coste digno de mención.

Para superar estas dificultades, se ha propuesto varios tipos de revestimientos dotados de inercia química superior y aplicados con diferentes procedimientos: Se proporciona un ejemplo en el documento US 6 200 437, de Bayer AG, Alemania, en el que se da a conocer el uso de polímeros fluorados tales como polifluoruro de vinilideno (PVDF, polyvinylidenfluoride), policlorotrifluoretileno (CTFE, polychlorotrifluoroethylene) y tetrafluoroetileno-hexafluoropropileno (FEP, tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene).

La utilización de los procedimientos de aplicación del documento US 6 200 437 puede, por ejemplo, ponerse en práctica para forrar las paredes laterales del cuerpo de la celda, si bien esto es prácticamente imposible para las cajas de extremo debido a su muy complicada estructura que implica la presencia de varias aristas.

Una innovación que encontró una buena aceptación de los usuarios consiste en cajas de extremo de entrada y de salida fabricadas integralmente de un material plástico, opcionalmente reforzado con un vidrio, Kevlar® o fibras de carbono. Un polímero de interés a este respecto es el policiclopentadieno, comercializado por ejemplo por BF Goodrich con la marca registrada Telene®, y caracterizado por una elevada resistencia química al cloro incluso a alta temperatura, y por la ventaja de no generar productos tóxicos clorados como ocurre con los varios tipos de caucho de aplicación industrial común. El inconveniente de esta solución (caracterizada por vidas útiles operativas de unos 6-7 años, mientras que la duración de los forros de caucho no excede los 3 o 4 años) está asociado a las temperaturas operativas que, como se ha mencionado antes, pueden también exceder los 100ºC. En estas condiciones, son muy pobres las características mecánicas de los polímeros, incluso de tipo reforzado, y por otra parte son elevadas las demandas mecánicas debidas tanto al peso del mercurio y la salmuera contenidos en las cajas de extremo durante el funcionamiento, como a la expansión térmica: se sigue que, para impedir deformaciones nocivas y en los peores casos fisuras peligrosas, las cajas de extremo fabricadas de material polimérico deben ser adecuadamente sobredimensionadas en términos del grosor, y además estar diseñadas para incorporar elementos de refuerzo adecuados con una complejidad asociada en los moldes. La consecuencia obvia consiste en un coste destacable, que hasta la fecha ha limitado el éxito de su comercialización.

La presente invención está dirigida a superar las limitaciones anteriores de las cajas de extremo de entrada y de salida de celdas con cátodo de mercurio, de la técnica anterior.

Bajo un primer aspecto, es un objetivo de la presente invención proporcionar cajas de extremo de entrada y de salida, para la celda de electrolisis con cátodo de mercurio, caracterizadas por una vida útil operativa superior con respecto a las cajas de extremo de la técnica anterior.

Bajo un segundo aspecto, es un objetivo de la presente invención proporcionar cajas de extremo de entrada y de salida, para una celda de electrolisis con cátodo de mercurio, que permitan la eliminación periódica de las impurezas acumuladas sin necesidad de abrir las cajas, con la consiguiente eliminación de la típica emisión de vapores de mercurio en las operaciones de limpieza llevadas a cabo en las celdas equipadas con cajas de extremo de la técnica anterior.

Estos y otros aspectos se aclararán por medio de la siguiente descripción, que no pretende limitar al alcance de la invención, cuya extensión está definida por las reivindicaciones anexas.

Los objetivos de la presente invención se consiguen por medio de la caja de extremo de celda con cátodo de mercurio que se define en la reivindicación 1. Como será evidente para un experto en la materia, los elementos característicos de la caja de extremo acorde con la invención son comunes para su uso como caja de extremo tanto de entrada como de salida, de una celda electrolítica con cátodo de mercurio.

Las cajas de extremo de entrada y de salida acordes con la invención, están dotadas de dispositivos que permiten llevar a cabo el lavado de mercurio y amalgama...

1. Caja de extremo para celda con cátodo de mercurio para la electrólisis de salmuera de cloruro alcalino, dispuesta en una condición operativa con un nivel de salmuera y un nivel de mercurio o amalgama, que comprende un dispositivo para poner en contacto con agua el mercurio o la amalgama, estando el mencionado dispositivo formado por un conducto interno para suministrar el mencionado agua y un conducto externo que tiene la extremidad inferior sumergida en el mercurio o en la amalgama, estableciendo de ese modo una carga hidráulica.

2. La caja de extremo de la reivindicación 1, en la que el mencionado conducto externo está dotado de tiradores.

3. La caja de extremo de la reivindicación 1 o 2, en la que el mencionado conducto externo está equipado con un fuelle y es parcialmente extraíble.

4. La caja de extremo de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende boquillas de entrada para el mencionado agua y para el mercurio, y por lo menos una boquilla de salida del mencionado agua.

5. La caja de extremo de la reivindicación 4, en la que la altura de la extremidad superior de la mencionada boquilla de entrada de mercurio es ajustable con respecto al nivel de mercurio contenido en la mencionada caja de extremo.

6. La caja de extremo de la reivindicación 5, en la que el ajuste de la mencionada altura se lleva a cabo mediante rotar una virola.

7. La caja de extremo de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, que comprende boquillas de salida para la amalgama producida y para el mencionado agua.

8. La caja de extremo de la reivindicación 7, en la que el mencionado conducto externo está insertado en una funda.

9. La caja de extremo de cualquiera de las reivindicaciones previas, en la que los mencionados conductos interno y externo están fabricados y titanio o de material polimérico.

10. La caja de extremo de la reivindicación 8, en la que la mencionada funda está fabricada de titanio o de material polimérico.

11. La caja de extremo de la reivindicación 9 o 10, en la que el mencionado material polimérico está seleccionado entre el grupo que consiste en polipropileno, cloruro de polivinilo, polímeros fluorados y copolímeros de estos.

12. La caja de extremo de cualquiera de las reivindicaciones previas, que comprende una estructura compuesta formada por un fondo de acero al carbono liso, provista con una primera brida, y una cubierta de material polimérico provista con una segunda brida.

13. La caja de extremo de la reivindicación 12, en la que el mencionado fondo tiene un grosor adecuado para soportar todo el peso de la caja de extremo en funcionamiento, incluyendo el peso de los fluidos contenidos en su interior.

14. Celda con cátodo de mercurio para la electrólisis de salmuera de cloruro alcalino, que comprende un cuerpo de celda provisto con bridas terminales, una caja extremo de entrada y una caja de extremo de salida, donde al menos una de las mencionadas cajas de extremo de entrada y de salida es una caja de extremo de las reivindicaciones previas, que tiene las bridas primera y segunda aseguradas mediante empernado a una de las mencionadas las bridas terminales.

15. Proceso de producción de cloro y álcali, que comprende la electrólisis de salmuera alcalina en la celda de la reivindicación 14.

16. El proceso de la reivindicación 15, que comprende el ascenso y descenso periódicos del mencionado conducto externo con la interrupción temporal de la mencionada carga hidráulica para eliminar los depósitos de materia extraña acumulada durante el funcionamiento en el interior de la salmuera en forma de suspensión.

17. El proceso de la reivindicación 15 o 16, en el que se suministra mercurio a tal distancia desde el nivel superficial del mercurio, que permite de forma simultánea lavar las trazas del producto de álcali y refrigerar el mercurio.

18. El proceso de la reivindicación 17, en el que la mencionada distancia está comprendida entre 5 y 10 cm.