Un proceso para producir dióxido de cloro de forma continua que comprende las etapas de:

introducir iones clorato, ácido y agua oxigenada en forma de disoluciones acuosas en un reactor;

reducir los iones clorato en el reactor hasta dióxido de cloro, dando lugar de este modo a la formación de una corriente producto en el reactor que contiene dióxido de cloro;

introducir agua motriz en un eductor que comprende una boquilla;

hacer fluir el agua motriz a través de la boquilla y provocar que fluya a través del eductor de forma, al menos parcialmente, espiral o helicoidal, en el que el eductor crea una fuerza de succión que hace fluir la corriente producto desde el reactor hasta el interior del eductor, provocar la mezcla con el agua motriz y de este modo dar lugar a la formación de una disolución acuosa diluida que contiene dióxido de cloro, y;

extraer del reactor la disolución acuosa diluida que contiene dióxido de cloro

Proceso para producir dióxido de cloro.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un proceso para producir dióxido de cloro a partir de iones clorato, ácido y agua oxigenada.

Antecedentes de la invención

El dióxido de cloro se usa en diversas aplicaciones, como blanqueo de pastas, blanqueo de grasas, purificación de agua y eliminación de materiales orgánicos de aguas industriales. Como el dióxido de cloro no es estable durante el almacenamiento, debe producirse in-situ.

Generalmente, el dióxido de cloro se produce haciendo reaccionar clorato de metal alcalino o ácido clórico con un agente reductor en un medio de reacción acuoso. El dióxido se puede extraer del medio de reacción en forma de gas, como en los procesos descritos en las patentes de EE.UU. 5091166, 5091167 y en la patente EP 612686. Normalmente, el dióxido de cloro se absorbe después en agua para formar una solución acuosa del mismo.

Para la producción de dióxido de cloro en unidades de pequeña escala, tal como para aplicaciones de purificación de agua o pequeñas plantas de blanqueo, resulta favorable no separar el gas de dióxido de cloro del medio de reacción sino recuperar la disolución que contiene dióxido de cloro directamente del reactor, de manera opcional después de diluir con agua. Dichos procesos se describen en las patentes de EE.UU. 2833624, 4534952, 5895638 y en el documento WO 00/76916, que en los últimos años han encontrado aplicación comercial. Sin embargo, todavía hay necesidad de mejoras adicionales. En particular, se ha comprobado que resulta difícil obtener disoluciones con una concentración suficientemente elevada de dióxido de cloro, tal y como se precisa en determinadas aplicaciones, como blanqueo de papel, blanqueo de bagazo o blanqueo de pasta de papel a pequeña escala. También puede resultar útil una elevada concentración de dióxido de cloro para cualquier aplicación en la que sea importante minimizar el flujo de agua.

La patente de EE.UU. 4026817 describe un proceso y un aparato para preparar un emulsión de aceite en agua que produce el flujo de una corriente de agua a través de un conducto que contiene un dispositivo de Venturi, lo que proporciona un cono truncado convergente de zona de cono, un cono truncado divergente de zona de cono y una zona central que une los dos conos truncados de zona de cono. No existe indicación alguna de que el aparato pueda emplearse para la producción de dióxido de cloro.

Sumario de la invención

Es un objeto de la presente invención proporcionar un proceso que permita la producción directa de dióxido de cloro en una disolución acuosa de concentraciones elevadas.

Es otro objeto de la presente invención proporcionar un proceso para la producción directa de dióxido de cloro en una disolución acuosa con elevada capacidad de producción.

Otro objeto de la presente invención es proporcionar un aparato para llevar a cabo el proceso.

Breve descripción de la invención

De manera sorprendente, se ha comprobado que resulta posible alcanzar estos objetivos proporcionando un proceso para producir de manera continua dióxido de cloro que comprende las etapas de:

introducir iones clorato, ácido y agua oxigenada en forma de disoluciones acuosas en un reactor;

reducir los iones clorato en el reactor hasta dióxido de cloro, dando lugar de este modo a la formación de una corriente producto en el reactor que contiene dióxido de cloro;

introducir agua motriz en un eductor que comprende una boquilla;

hacer fluir el agua motriz a través de la boquilla y posteriormente provocar el flujo hacia el eductor de forma, al menos parcialmente, de manera preferible considerablemente, espiral o helicoidal; transferir la corriente producto del reactor hasta el eductor y mezclarla con el agua motriz, dando lugar de este modo a la formación de una disolución acuosa diluida que contiene dióxido de cloro;

extraer del reactor la disolución acuosa diluida que contiene dióxido de cloro.

Es posible introducir los iones clorato en el reactor en forma de disolución acuosa que comprende ácido clórico y/o clorato de metal, preferiblemente clorato de metal alcalino. El clorato de metal alcalino puede ser, por ejemplo, clorato sódico o potásico o mezclas de ambos, de los que el más preferido es clorato sódico. A menos que se emplee ácido clórico, es preciso introducir otro ácido en el reactor, preferiblemente un ácido mineral tal como ácido sulfúrico, ácido clorhídrico o ácido nítrico, siendo ácido sulfúrico el más preferido. De manera apropiada, la relación molar de H₂O₂ con respecto a ClO₃^- que se introduce en el reactor es de alrededor de 0,2:1 a alrededor de 2:1, preferiblemente de alrededor de 0,5:1 a alrededor de 1,5:1, y del modo más preferido de alrededor de 0,5:1 a alrededor de 1:1. El clorato de metal y el ácido clórico siempre contienen cloruro como impureza, pero también es completamente posible introducir más cloruro en el reactor, tal como cloruro de metal o ácido clorhídrico. No obstante, con objeto de minimizar la formación de cloro es preferible mantener baja la cantidad de iones cloruro que se introduce en el reactor, de manera apropiada por debajo de 1% molar, preferiblemente por debajo de 0,1% molar, más preferiblemente menos que alrededor de 0,05% molar, y del modo más preferido menos que alrededor de 0,02% molar de Cl^- de ClO₃^-.

En una realización particularmente preferida, se introducen en el reactor clorato de metal alcalino y agua oxigenada, en forma de disolución acuosa pre-mezclada, por ejemplo una composición como la que se describe en el documento WO 00/76916, que se incorpora en la presente memoria a modo de referencia. Dicha composición puede ser una disolución acuosa que comprende de alrededor de 1 a alrededor de 6,5 moles/litro, preferiblemente de alrededor de 3 a alrededor de 6 moles/litro de clorato de metal alcalino, de alrededor de 1 a alrededor de 7 moles/litro, preferiblemente de alrededor de 3 a alrededor de 5 moles/litro de agua oxigenada y al menos uno de un coloide protector, un captor de radicales o un agente complejante con base de ácido fosfórico, en la que el pH de la disolución acuosa es de forma apropiada de alrededor de 0,5 a alrededor de 4, preferiblemente de alrededor de 1 a alrededor de 3,5, y del modo más preferido de alrededor de 1,5 a alrededor de 3. Preferiblemente, al menos está presente un agente complejante basado en ácido fosfórico, preferiblemente en una cantidad de alrededor de 0,1 a alrededor de 5 mmoles/litro, y del modo más preferido de alrededor de 0,5 a alrededor de 3 mmoles/litro. Si está presente un coloide protector, preferiblemente su concentración es de alrededor de 0,001 a alrededor de 0,5 moles/litro, y del modo más preferido de alrededor de 0,02 a alrededor de 0,05 moles/litro. Si está presente un captor de radicales, preferiblemente su concentración es de alrededor de 0,01 a alrededor de 1 moles/litro, y del modo más preferido de alrededor de 0,02 a alrededor de 0,2 moles/litro. Las composiciones particularmente preferidas comprenden al menos un agente complejante basado en ácido fosfórico que se escoge en el grupo formado por ácido 1-hidroxietiliden-1,1-difosfónico, ácido 1-aminoetano-1,1-difosfónico, ácido aminotri(metilenfosfónico), ácido etilen diamino tetra(metilenfosfónico), ácido hexametilen diamino tetra(metilenfosfónico), ácido dietilentriaminodifosfónico, ácido N,N-dimetil aminodimetil difosfónico, ácido aminometil difosfónico o sus sales, preferiblemente sales de sodio. Coloides protectores útiles incluyen compuestos de estaño, como estannatos de metales alcalinos, particularmente estannato sódico [Na₂(Sn(OH)₆]. Eliminadores útiles de radicales incluyen ácidos piridinacarboxílicos, como ácido piridina-2,6-dicarboxílico. De manera apropiada, la cantidad de iones cloruro se encuentra por debajo de 50 mmoles/litro, preferiblemente por debajo de alrededor de 5 mmoles/litro y del modo más preferido por debajo de alrededor de 0,5 mmoles/litro.

En caso de utilizar ácido sulfúrico como alimentación, es preferible que la concentración sea de alrededor de 70 a alrededor de 96% en peso, y del modo más preferido de alrededor de 75 a alrededor de 85% en peso y preferiblemente a una temperatura de alrededor de 0 a alrededor de 80ºC, y del modo más preferido de alrededor de 20 a alrededor de 60ºC, ya que de este modo es posible operar el proceso de forma considerablemente adiabática. Preferiblemente...

1. Un proceso para producir dióxido de cloro de forma continua que comprende las etapas de:

introducir iones clorato, ácido y agua oxigenada en forma de disoluciones acuosas en un reactor;

reducir los iones clorato en el reactor hasta dióxido de cloro, dando lugar de este modo a la formación de una corriente producto en el reactor que contiene dióxido de cloro;

introducir agua motriz en un eductor que comprende una boquilla;

hacer fluir el agua motriz a través de la boquilla y provocar que fluya a través del eductor de forma, al menos parcialmente, espiral o helicoidal, en el que el eductor crea una fuerza de succión que hace fluir la corriente producto desde el reactor hasta el interior del eductor, provocar la mezcla con el agua motriz y de este modo dar lugar a la formación de una disolución acuosa diluida que contiene dióxido de cloro, y;

extraer del reactor la disolución acuosa diluida que contiene dióxido de cloro.

2. El proceso de la reivindicación 1, en el que se provoca que el agua motriz fluya a través del eductor de forma considerablemente espiral o helicoidal.

3. El proceso de una cualquiera de las reivindicaciones 1-2, en el que se provoca que el agua motriz fluya de forma, al menos parcialmente, espiral o helicoidal, por medio de dispositivos alabeados colocados en el interior o aguas arriba de la boquilla del eductor.

4. El proceso de una cualquiera de las reivindicaciones 1-2, en el que se provoca que el agua motriz fluya de forma, al menos parcialmente, espiral o helicoidal, por medio de acanaladura en la parte interna o aguas arriba de la boquilla del eductor.

5. El proceso de una cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en el que el eductor comprende además, en la dirección de flujo de la boquilla, una cámara de succión, a cuyo interior se transfiere la corriente producto procedente del reactor, y una sección venturi, a través de la cual se extrae la disolución acuosa diluida que contiene dióxido de cloro.

6. El proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-5, en el que se introducen iones clorato en el reactor en forma de disolución acuosa que comprende un clorato de metal y se introduce el ácido en el reactor en forma de ácido mineral.

7. El proceso de la reivindicación 6, en el que el ácido mineral es ácido sulfúrico.

8. El proceso de la reivindicación 6, en el que se introducen en el reactor clorato de metal alcalino y agua oxigenada en forma de disolución acuosa pre-mezclada.

9. El proceso de la reivindicación 8, en el que la disolución acuosa pre-mezclada comprende de alrededor de 1 a alrededor de 6,5 moles/litro de clorato de metal alcalino, de alrededor de 1 a alrededor de 7 moles/litro de agua oxigenada, al menos un coloide protector, un captor de radicales o un agente complejante basado en ácido fosfónico y que tiene un pH de alrededor de 0,5 a alrededor de 4.

10. El proceso de una cualquiera de las reivindicaciones 1-9, en el que la cantidad de iones cloruro que se introduce en el reactor está por debajo de 1% molar de Cl^- del ClO₃^-.

11. El proceso de una cualquiera de las reivindicaciones 1-9, en el que la corriente de producto del reactor que contiene dióxido de cloro comprende un líquido y una espuma.

12. El proceso de una cualquiera de las reivindicaciones 1-11, en el que se mantiene la temperatura en el interior del reactor de alrededor de 30 a alrededor de 60ºC.

13. El proceso de una cualquiera de las reivindicaciones 1-12, en el que se mantiene una presión absoluta en el interior del reactor de alrededor de 30 a alrededor de 100 kPa.

14. El proceso de una cualquiera de las reivindicaciones 1-13, en el que el reactor es una tubería o recipiente con aire insuflado considerablemente tubular.

15. El proceso de la reivindicación 14, en el que el reactor está colocado considerablemente en forma vertical.

16. El proceso de una cualquiera de las reivindicaciones 14-15, en el que el reactor comprende un disco o similar provisto de aberturas y dispuesto en el interior del reactor, y se alimenta un clorato de metal y agua oxigenada aguas abajo del disco, al tiempo que se alimenta ácido aguas arriba del disco y se hace fluir a través de las aberturas y posteriormente se mezcla con el clorato de metal y el agua oxigenada.

17. El proceso de la reivindicación 15, en el que la dirección principal de flujo es en sentido ascendente.

18. Un aparato para producir dióxido de cloro de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-17, que comprende un reactor provisto de tuberías de alimentación para iones clorato, agua oxigenada y ácido, estando el reactor conectado a un eductor provisto de un boquilla para agua motriz y medios para provocar que el agua motriz fluya a través del eductor de forma, al menos parcialmente, espiral o helicoidal, para crear una fuerza de succión que provoque el flujo de la corriente producto desde el reactor hacia el interior del eductor, la mezcla con el agua motriz, en el que el reactor y el eductor están fabricados de materiales resistentes al agua oxigenada, clorato de sodio, ácido sulfúrico y dióxido de cloro.