PROCESO QUIMICO Y UNIDAD DE PRODUCCION.

Un proceso para la producción de una solución acuosa que comprende dióxido de cloro,

comprendiendo el citado proceso las etapas en continuo de:

(a) alimentar al reactor un ácido, peróxido de hidrógeno y un clorato de metal alcalino,

(b) hacer reaccionar el clorato de metal alcalino con el ácido y el peróxido de hidrógeno para formar una corriente de producto que contiene dióxido de cloro, oxígeno y la sal de metal alcalino del ácido,

(c) llevar la corriente de producto del reactor a un eductor y mezclarla con agua circulante alimentada al eductor, con lo que se forma una corriente de producto diluida,

(d) eliminar oxígeno de la corriente de producto diluida,

(e) retirar parte de la corriente de producto diluida, antes, durante o después de la etapa de eliminación de oxígeno,

(f) añadir agua a la parte no retirada de la corriente de producto diluida, para formar una corriente de recirculación, y

(g) llevar y alimentar la corriente de recirculación al eductor como agua circulante

Proceso químico y unidad de producción.

La presente invención se refiere a un proceso y a una unidad de producción para la producción de una solución acuosa que comprende dióxido de cloro.

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 su almacenamiento, generalmente se produce in situ.

En procesos a gran escala, el dióxido de cloro se produce usualmente por reacción de un clorato de metal alcalino con un agente reductor en un medio de reacción acuoso. El dióxido de cloro puede ser retirado del medio de reacción en forma de gas, como en el proceso descrito por ejemplo en las patentes de Estados Unidos 5.091.166 y 5.091.167 y en la patente europea 612.686. Normalmente, el dióxido de cloro se absorbe después en agua para formar una solución acuosa del mismo. Estos procesos a gran escala son muy eficientes pero requieren equipo e instrumentación del proceso costosos.

Para la producción de dióxido de cloro en unidades a escala pequeña, como en aplicaciones de purificación de agua y en plantas pequeñas de blanqueo, se prefiere no separar el dióxido de cloro del medio de reacción sino retirar directamente del reactor una solución que contiene el dióxido de cloro, opcionalmente después de diluir con agua. Estos procesos han llegado a ser comerciales en los últimos años y se describen, por ejemplo, en las patentes de Estados Unidos 2.833.624, 4.534.952, 5.895.638, 6.387.344 y 6.790.427 y en las publicaciones de las solicitudes de patentes de Estados Unidos números 2004/0175322 y 2003/0031621. El equipo e instrumentación del proceso requeridos son considerablemente menos costosos que los de los procesos a gran escala antes descritos. Sin embargo, todavía hay necesidad de mejoras adicionales.

En los procesos basados en cloratos de metales alcalinos en los que se retira directamente del reactor una solución que contiene dióxido de cloro, es difícil obtener soluciones con una concentración de dióxido de cloro tan alta como la deseada en muchas aplicaciones, como blanqueo de papel reciclado, blanqueo de bagazo o blanqueo de pasta a escala pequeña.

Un objeto de la invención es proporcionar un proceso simple que permita la producción directa de dióxido de cloro en forma de solución acuosa de concentraciones altas.

Otro objeto de la invención es proporcionar una unidad de producción para realizar el proceso.

Sorprendentemente se ha encontrado que es posible cumplir estos objetivos proporcionando un proceso continuo para la producción de dióxido de cloro, proceso que comprende las etapas en continuo de:

El reactor y el eductor pueden funcionar como se describe en los documentos antes mencionados (patentes de Estados Unidos 2.833.624, 4.534.952, 5.895.638, 6.387.344 y 6.790.427 y publicaciones de las solicitudes de patentes de Estados Unidos números 2004/0175322 y 2003/0031621).

Convenientemente el clorato de metal alcalino se alimenta al reactor en forma de solución acuosa. 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. El ácido es preferiblemente un ácido mineral, como ácido sulfúrico, ácido clorhídrico, ácido nítrico, ácido perclórico o mezclas de los mismos, de los que el más preferido es ácido sulfúrico. La relación molar de H₂O₂ a ClO₃^- alimentados al reactor es convenientemente 0,2:1 a 2:1, preferiblemente 0,5:1 a 1,5:1, lo más preferiblemente 0,5:1 a 1:1. El clorato de metal alcalino contiene siempre cloruro como impureza, aunque también es completamente posible alimentar más cloruro al reactor, como cloruro metálico o ácido clorhídrico. Sin embargo, para minimizar la formación de cloro se prefiere mantener la cantidad de ion cloruro alimentado al reactor a niveles bajos, convenientemente a menos de 1% en moles, preferiblemente a menos de 0,1% en moles, más preferiblemente a menos de 0,05% en moles, lo más preferiblemente a menos de 0,02% en moles de Cl^- con respecto moles de ClO₃^- (incluido el cloruro en forma de impureza del clorato y opcionalmente el cloruro extra añadido).

En el caso de usar ácido sulfúrico como alimentación al reactor, aquél tiene preferiblemente una concentración de 60 a 08% en peso, lo más preferiblemente de aproximadamente 70 a aproximadamente 85% en peso, y preferiblemente una temperatura de 0 a 80ºC, lo más preferiblemente de 20 a 60ºC. Preferiblemente se alimenta 2 a 7, lo más preferiblemente 3 a 5 kg de H₂SO₄ por kg de ClO₂ producido. Para usar ácido sulfúrico de concentración alta, preferiblemente se aplica el esquema de dilución y refrigeración descrito en la publicación de la solicitud de patente de Estados Unidos número 2004/0175322.

En una realización particularmente preferida, el clorato de metal alcalino y el peróxido de hidrógeno se alimentan al reactor en forma de solución acuosa premezclada, por ejemplo, en forma de la composición descrita en la patente de Estados Unidos 6.387.344. Dicha composición puede ser una solución acuosa que comprende 1 a 6,5, preferiblemente 3 a 6 moles/litro, de clorato de metal alcalino, 1 a 7, preferiblemente 3 a 5, moles/litro de peróxido de hidrógeno, y por lo menos uno de un coloide protector, un eliminador de radicales o un agente complejante basado en un ácido fosfónico, y en la que el pH de la solución acuosa es 0,5 a 4, preferiblemente 1 a 3,5, lo más preferiblemente 1,5 a 3. Preferiblemente está presente por lo menos un agente complejante basado en un ácido fosfónico, preferiblemente en una cantidad de 0,1 a 5 milimoles/litro, lo más preferiblemente de 0,5 a 3 milimoles/litro. Si está presente un coloide protector, preferiblemente su concentración es aproximadamente 0,001 a aproximadamente 0,5 moles/litro, lo más preferiblemente 0,02 a 0,05 moles/litro. Si está presente un eliminador de radicales, su concentración es preferiblemente 0,091 a 1 mol/litro, lo más preferiblemente 0,02 a 0,2 moles/litro. Las composiciones particularmente preferidas comprenden por lo menos un agente complejante basado en un ácido fosfónico seleccionado del grupo que consiste en ácido 1-hidroxietiliden-1,1-difosfónico, ácido 1-aminoetano-1,1-difosfónico, ácido aminotri(metilenfosfónico), ácido etilendiaminotetra(metilenfosfónico), ácido hexametilendiaminotetra(metilenfosfónico), ácido dietilentriaminopenta(metilenfosfónico), ácido dietilentriaminohexa(metilenfosfónico), ácidos 1-aminoalcano-1,1-difosfónicos (como ácido morfolinometanodifosfónico, ácido N,N-dimetilaminodimetildifosfónico y ácido aminometildifosfónico), productos de reacción y sales de los mismos, preferiblemente sales sódicas. 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. Convenientemente la cantidad de iones cloruro es menor que aproximadamente 300 milimoles/litro, preferiblemente menor que 50 milimoles/litro, más preferiblemente menor que 5 milimoles/litro, lo más preferiblemente menor que 0,5 milimoles/litro.

La temperatura en el reactor se mantiene convenientemente por debajo del punto de ebullición de los reaccionantes...

1. Un proceso para la producción de una solución acuosa que comprende dióxido de cloro, comprendiendo el citado proceso las etapas en continuo de:

2. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el agua añadida para formar la corriente de recirculación tiene una temperatura suficientemente baja para dar una temperatura de la corriente de recirculación menor que 20ºC.

3. Un proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-2, en el que el agua añadida para formar la corriente de recirculación se añade en una cantidad para dar una concentración de dióxido de cloro en la corriente de recirculación de 2 a 12 gramos/litro.

4. Un proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en el que la corriente de producto diluida se lleva a un depósito de purga donde aquélla se mantiene durante un tiempo suficiente para que se escape por lo menos parte del oxígeno.

5. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 4, en el que parte de la corriente de producto diluida retirada en la etapa (e) se retira del depósito de purga.

6. Un proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 4-5, en el que el depósito de purga se mantiene a una temperatura de 20ºC.

7. Un proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que en la etapa (e) se retira aproximadamente 10 a 90% de la corriente de producto diluida.

8. Un proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-7, en el que la corriente de producto diluida contiene más de 4 gramos/litro de dióxido de cloro.

9. Un proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-8, en el que el ácido es ácido sulfúrico.

10. Un proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-9, en el que el reactor es un recipiente o tubería de flujo vertical.

11. Un proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-10, en el que el ácido, el clorato de metal alcalino y el peróxido de hidrógeno se alimentan cerca de un extremo del reactor mientras que la corriente de producto se retira en el otro extremo del reactor.

12. Unidad de producción para la producción de una solución acuosa que comprende dióxido de cloro, comprendiendo la citada unidad: