PROCEDIMIENTO PARA LA OBTENCIÓN DE CLORO EN UN REACTOR DE LECHO FLUIDIZADO.

Procedimiento para la obtención de cloro en un reactor de lecho fluidizado (1),

circulando una mezcla de reacción gaseosa (7), que contiene cloruro de hidrógeno y oxígeno, de abajo a arriba a través de un catalizador heterogéneo en forma de partículas, que forma el lecho fluidizado, caracterizado porque en el lecho fluidizado están dispuestos elementos de inserción (4), que dividen el lecho fluidizado en una pluralidad de células (5) dispuestas horizontalmente, así como una pluralidad de células dispuestas verticalmente en el reactor de lecho fluidizado, con paredes celulares que son permeables a gases y presentan orificios, que garantizan un índice de intercambio del catalizador heterogéneo en forma de partículas en sentido vertical en el intervalo de 1 a 100 litros/hora por litro de volumen de reactor, y porque los elementos de inserción (4) están configurados como empaquetadura de canal cruzado, con chapas metálicas (10) dobladas, permeables a gases, dispuestas en paralelo respectivamente en sentido vertical en el reactor de lecho fluidizado (1), capas de metal estirado o tejido, con cantos doblados (11), que forman superficies de pandeo (12) con un ángulo de inclinación distinto de cero respecto a la vertical, y presentando las superficies de pandeo (12) de chapas metálicas (10), capas de metal estirado o tejido sucesivas el mismo ángulo de inclinación, pero con signo opuesto, y formando de este modo células (5) que se limitan en sentido vertical por puntos de estrechamiento (13) entre los cantos doblados (11)

La presente invención se refiere a un procedimiento para la obtención de cloro según el procedimiento de Deacon en un reactor de lecho fluidizado, conduciéndose una mezcla de reacción gaseosa, que contiene cloruro de hidrógeno y oxígeno, sobre un catalizador heterogéneo, en forma de partículas, que forma un lecho fluidizado, de abajo 5 hacia arriba.

Como es sabido, se denomina procedimiento de Deacon el procedimiento patentado en el año 1868 por el químico Inglés Henry Deacon para la obtención de cloro mediante oxidación de cloruro de hidrógeno con oxígeno. La reacción es exotérmica, con una entalpía de reacción de -114,8 kJ/mol, y es una reacción de equilibrio, es decir, la reacción no se desarrolla completamente, aumentando la conversión de equilibrio con temperatura creciente. No 10 obstante, para garantizar una velocidad de reacción suficiente para aplicaciones industriales es necesario aumentar la temperatura de reacción al menos a 450ºC. No obstante, los catalizadores a base de cobre encontrados por Deacon no son estables a estas temperaturas.

Por lo tanto, existen numerosos perfeccionamientos, en especial para catalizadores con actividad elevada a la temperatura más reducida posible. Entre estos cuentan, a modo de ejemplo, catalizadores a base de cromo, obtenidos 15 mediante calcinación de un compuesto, que se obtiene por su parte mediante reacción de nitrato de cromo, cloruro de cromo y la sal de cromo de un ácido orgánico con amoniaco, o mediante calcinación de la mezcla del compuesto y un compuesto de silicio, preferentemente a una temperatura por debajo de 800ºC, como se describe en la US 4 828 815.

Otros catalizadores efectivos a bajas temperaturas se basan en compuestos de rutenio, en especial cloruro de rutenio, preferentemente a partir de un soporte, como se describe, a modo de ejemplo, en la GB-B 1 046 313. Otros 20 catalizadores basados en rutenio para el procedimiento de Deacon son catalizadores soporte de óxido de rutenio o catalizadores soporte del tipo óxido mixto de rutenio, ascendiendo el contenido en óxido de rutenio a un 0,1 hasta 20 % en peso, y el diámetro medio de partícula de óxido de rutenio a 1,0 hasta 10,0 nm, correspondientemente a la DE-A 197 48 299.

El empleo de un reactor de lecho fluidizado para la puesta en práctica de la reacción de Deacon bajo empleo 25 de compuestos de cobre soportados como catalizador se describe en J. T. Quant et al.: The Shell Chlorine Process, publicado en The Chemical Engineer, July/August 1963, páginas CE 224-CE 232.

La WO 2005/092488 A da a conocer un procedimiento para la obtención de cloro en un reactor de lecho fluidizado, en el que una mezcla de reacción gaseosa, que contiene cloruro de hidrógeno y oxígeno, recorre de abajo hacia arriba un catalizador heterogéneo en forma de partículas, que forma el lecho fluidizado. En el lecho fluidizado está 30 dispuesto un plato separador, que divide el lecho fluidizado en dos células dispuestas verticalmente en el reactor de lecho fluidizado. El plato separador es permeable a gases, y presenta orificios que garantizan un intercambio de catalizador heterogéneo, en forma de partículas, en sentido vertical.

Por consiguiente, era tarea de la invención poner a disposición un procedimiento para la puesta en práctica del procedimiento de Deacon en un reactor de lecho fluidizado, según el cual se puede conseguir un rendimiento y una 35 selectividad mejorados.

La solución consiste en un procedimiento para la obtención de cloro en un reactor de lecho fluidizado, recorriendo de abajo hacia arriba una mezcla de reacción gaseosa, que contiene cloruro de hidrógeno y oxígeno, un catalizador heterogéneo en forma de partículas que forma un lecho fluidizado, que está caracterizado porque en el lecho fluidizado están dispuestos elementos de inserción, que dividen el lecho fluidizado en una pluralidad de células 40 dispuestas horizontalmente, así como una pluralidad de células dispuestas verticalmente en el reactor de lecho fluidizado, con paredes celulares que son permeables a gases, y que presentan orificios que garantizan un índice de intercambio de catalizador heterogéneo en forma de partículas en sentido vertical en el intervalo de 1 a 100 litros/hora por litro de volumen de reactor, y porque los elementos de inserción están configurados como empaquetadura de canales cruzados, con chapas metálicas dobladas, permeables a gases, dispuestas en paralelo respectivamente en 45 sentido vertical en el reactor de lecho fluidizado, capas de metal estirado o tejido, con cantos doblados, que forman superficies de pandeo con un ángulo de inclinación distinto de cero respecto a la vertical, y presentando las superficies de pandeo de chapas metálicas, capas de metal estirado o tejido sucesivas, el mismo ángulo de inclinación, pero con signo opuesto, y formando de este modo células que se limitan en sentido vertical por puntos de estrechamiento entre los cantos doblados. 50

El reactor de lecho fluidizado empleado según la invención presenta, en especial respecto a las propiedades del lecho de residencia, elementos de inserción mejorados, permaneciendo localmente el catalizador heterogéneo en forma de partículas claramente más tiempo, alrededor de aproximadamente 2 potencias decimales o más tiempo, en comparación con la circulación de gas. De este modo se mejora la transferencia de substancias, y por consiguiente se aumenta el rendimiento. 55

Se descubrió que es esencial dividir el lecho fluidizado por medio de elementos de inserción, tanto en sentido horizontal, como también en sentido vertical en células, es decir, en cavidades rodeadas por paredes celulares, siendo

las paredes celulares permeables a gases, y presentando las mismas orificios que permiten un intercambio de producto sólido en el reactor de lecho fluidizado. Además, en las paredes celulares pueden estar previstos orificios que permiten un intercambio de producto sólido en sentido horizontal. Por consiguiente, el catalizador heterogéneo en forma de partículas se puede mover en sentido vertical, y en caso dado también en sentido horizontal a través del reactor de lecho fluidizado, pero es retenido en las células aisladas, en comparación con un lecho fluidizado sin las mismas, 5 garantizándose los índices de intercambio definidos anteriormente.

El índice de intercambio se determina mediante el empleo de partículas de producto sólido-marcador con marcaje radioactivo, que se introducen en el sistema de reacción fluidizante, como se describe, a modo de ejemplo, en: G. Reed "Radioisotope techniques for problem-solving in industrial process plants", capítulo 9 ("Measurement of residence times and residence-time distribution"), páginas 112-137, (J. S. Charlton, ed.), Leonard Hill, Glasgow and 10 London 1986 (ISBN 0-249-44171-3). A través del registro de tiempo y espacio de estas partículas con marcaje radioactivo se puede determinar localmente el movimiento de substancia sólida y deducir el índice de intercambio (G. Reed en: "Radioisotope techniques for problem-solving in industrial process plants", capítulo 11 ("Miscellaneous radiotracer applications", 11.1. "Mixing and blending studies"), páginas 167-176, (J. S. Charlton, ed.), Leonard Hill, Glasgow and London 1986, (ISBN 0-249-44171-3). 15

Mediante la elección selectiva de geometría de células se puede adaptar el tiempo de residencia del catalizador heterogéneo en forma de partículas a la reacción a llevar a cabo en cada caso.

Mediante la conexión en serie de una pluralidad, es decir, en especial de 0 a 100, o también de 10 a 50 células por metro de altura de lecho, es decir, en sentido vertical, en sentido de la corriente de gas de abajo hacia arriba a través del reactor, se limita el remezclado, y con ello se mejora la selectividad y el rendimiento. Mediante la disposición 20 adicional de una pluralidad, es decir, de 10 a 100, o también de 10 a 50 células por metro en sentido horizontal en el reactor de lecho fluidizado, es decir, de células que se atraviesan por la mezcla de reacción paralelamente o en serie, se puede adaptar la capacidad del reactor según demanda. Por consiguiente, la capacidad del reactor según la invención no está limitada, y se puede adaptar a la demanda concreta, a modo de ejemplo también para reacciones a escala industrial. 25

Al rodear las células cavidades que alojan el catalizador heterogéneo en forma de partículas, el propio material celular aloja sólo una parte limitada de la sección transversal del reactor de lecho fluidizado,... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la obtención de cloro en un reactor de lecho fluidizado (1), circulando una mezcla de reacción gaseosa (7), que contiene cloruro de hidrógeno y oxígeno, de abajo a arriba a través de un catalizador heterogéneo en forma de partículas, que forma el lecho fluidizado, caracterizado porque en el lecho fluidizado están dispuestos elementos de inserción (4), que dividen el lecho fluidizado en una pluralidad de células (5) dispuestas 5 horizontalmente, así como una pluralidad de células dispuestas verticalmente en el reactor de lecho fluidizado, con paredes celulares que son permeables a gases y presentan orificios, que garantizan un índice de intercambio del catalizador heterogéneo en forma de partículas en sentido vertical en el intervalo de 1 a 100 litros/hora por litro de volumen de reactor, y porque los elementos de inserción (4) están configurados como empaquetadura de canal cruzado, con chapas metálicas (10) dobladas, permeables a gases, dispuestas en paralelo respectivamente en sentido vertical en 10 el reactor de lecho fluidizado (1), capas de metal estirado o tejido, con cantos doblados (11), que forman superficies de pandeo (12) con un ángulo de inclinación distinto de cero respecto a la vertical, y presentando las superficies de pandeo (12) de chapas metálicas (10), capas de metal estirado o tejido sucesivas el mismo ángulo de inclinación, pero con signo opuesto, y formando de este modo células (5) que se limitan en sentido vertical por puntos de estrechamiento (13) entre los cantos doblados (11). 15

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque como catalizador heterogéneo en forma de partículas se emplea un catalizador soportado o no soportado, que contiene uno o varios compuestos de rutenio, cobre o cromo.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque los orificios en las paredes celulares de las células (5) dispuestas en el reactor de lecho fluidizado (1) garantizan un índice de intercambio de catalizador 20 heterogéneo en forma de partículas en sentido vertical en el intervalo de 10 a 50 litros/hora por litro de volumen de reactor, y en sentido horizontal de 0 o en el intervalo de 10 a 50 litros/hora por litro de volumen de reactor.

4. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el ángulo de inclinación de las superficies de pandeo (12) respecto a la vertical se sitúan en el intervalo de 10 a 80º, preferentemente entre 20 y 70º, de modo especialmente preferente entre 30 y 60º. 25

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque las células (5) de los elementos de inserción (4) presentan un diámetro hidráulico, medido por medio de técnica de marcaje radioactivo, entre 100 y 5 mm, preferentemente entre 50 y 5 mm.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque las células (5) de elementos de inserción (4) presentan una altura media, medida en sentido vertical en el reactor de lecho fluidizado por medio de 30 técnica de marcaje radioactivo, entre 100 y 3 mm, preferentemente entre 40 y 5 mm.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque las superficies de pandeo (12) en las chapas metálicas (10), capas de metal estirado o tejido, presentan una altura de pandeo en el intervalo entre 100 y 3 mm, de modo especialmente preferente entre 40 y 5 mm, y la distancia de puntos de estrechamiento entre los cantos doblados (11) presenta valores en el intervalo entre 50 y 2 mm, de modo especialmente preferente entre 20 y 3 35 mm.

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque en los elementos de inserción (4) están alojados transmisores de calor (3).

9. Procedimiento según la reivindicación 8, caracterizado porque los transmisores de calor (3) presentan configuración en forma de placa o tubular. 40

10. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque los elementos de inserción (4) están constituidos por materiales metálicos, cerámicos, polímeros o vítreos.

11. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque los elementos de inserción (4) subdividen un 10 a un 90 por ciento en volumen de lecho fluidizado en células (5).

12. Procedimiento según la reivindicación 11, caracterizado porque la zona inferior de lecho fluidizado en 45 sentido de circulación de la mezcla de reacción gaseosa (7) está exenta de elementos de inserción (4).

13. Procedimiento según la reivindicación 8 o 9, caracterizado porque los elementos de inserción (4), que dividen el lecho fluidizado en células (5), están dispuestos por encima de los transmisores de calor (3).