Procedimiento para la electrólisis de una solución acuosa de cloruro de hidrógeno o cloruro alcalino.

Procedimiento para la electrólisis de una solución acuosa de cloruro de hidrógeno o cloruro alcalino en una celda electrolítica compuesta por al menos un semielemento anódico y un ánodo,

un semielemento catódico y un electrodo de difusión gaseosa como cátodo, una membrana de intercambio catiónico para la separación del semielemento anódico y el semielemento catódico, en el que se alimenta un gas que contiene oxígeno al semielemento catódico y se descarga un gas que contiene oxígeno en exceso del semielemento catódico, caracterizado porque el gas que contiene oxígeno en exceso e hidrógeno descargado del semielemento catódico se somete a una oxidación catalítica del hidrógeno, porque el gas en exceso se conduce a una temperatura de 120 a 300ºC a un catalizador y porque el gas tratado se recicla en el semielemento catódico.

Procedimiento para la electrólisis de una solución acuosa de cloruro de hidrógeno o cloruro alcalino La invención se refiere a un procedimiento para la electrólisis de una solución acuosa de cloruro de hidrógeno o cloruro alcalino mediante un electrodo de difusión de gas como cátodo.

La electrólisis de soluciones acuosas de cloruro de hidrógeno (ácido clorhídrico) y soluciones acuosas de cloruro alcalino puede realizarse electrolíticamente empleando electrodos de difusión de gas como cátodos de consumo de oxígeno. A este respecto, se suministra a la región catódica de la celda electrolítica oxígeno, aire o aire enriquecido con oxígeno en exceso. Mediante el empleo de cátodos de consumo de oxígeno, se reduce la tensión electrolítica aprox. un 30% en comparación con las electrólisis de ácido clorhídrico o cloruro alcalino convencionales.

Es conocido un procedimiento para la electrólisis de ácido clorhídrico, por ejemplo, por el documento US-A

5.770.035. Se rellena con ácido clorhídrico una región anódica con un ánodo adecuado compuesto, por ejemplo, por un sustrato de una aleación de titanio-paladio, que está recubierto por un óxido mixto de rutenio, iridio y titanio. El cloro formado en el ánodo escapa de la región anódica y se alimenta a un procesamiento adecuado. La región anódica está separada de la región catódica por una membrana de intercambio catiónico comercial. Sobre el lado catódico se encuentra un electrodo de difusión de gas (cátodo de consumo de oxígeno) sobre la membrana de intercambio catiónico. El cátodo de consumo de oxígeno se encuentra a su vez sobre un distribuidor de corriente. En el cátodo de consumo de oxígeno, se hace reaccionar el oxígeno alimentado a la región catódica.

Es conocido por el documento EP-A 1.067.215 un procedimiento para la electrólisis de una solución acuosa de cloruro alcalino que usa un cátodo de consumo de oxígeno. La celda electrolítica se compone de un semielemento anódico y un semielemento catódico, que están separados entre sí por una membrana de intercambio catiónico. El semielemento catódico está compuesto por una región electrolítica y una región gaseosa, estando separada la región electrolítica de la región gaseosa por un cátodo de consumo de oxígeno. La región electrolítica está rellenada con solución de hidróxido alcalino. Se suministra oxígeno a la región gaseosa. La región anódica se rellena con solución que contiene cloruro alcalino.

Generalmente, la formación de hidrógeno en los cátodos de consumo de oxígeno está totalmente suprimida. Entre otras cosas, debido a reacciones competitivas, pero también porque con un suministro de oxígeno suficiente, se forman trazas de hidrógeno. El hidrógeno se extrae de la región catódica junto con el oxígeno en exceso. Según los procedimientos actuales, el oxígeno se libera con el gas residual después de una depuración de los gases de escape, ya que en el reciclado existe el peligro de concentración del hidrógeno por encima del límite de explosión de 4% en vol. En adelante, se designa también simplificando al oxígeno o al aire alimentado al semielemento catódico, que está eventualmente enriquecido en oxígeno, como oxígeno.

Es conocido por el documento CA-A 2.466.498 un procedimiento para la electrólisis de una solución acuosa de cloruro alcalino usando un cátodo de consumo de oxígeno en el que el hidrógeno se oxida catalíticamente.

El objetivo de la presente invención consiste en reciclar el oxígeno utilizado en exceso de modo económico. Debe proporcionarse un procedimiento en el que el oxígeno en exceso del proceso de electrólisis pueda ponerse a disposición repetidas veces.

Es objeto de la invención un procedimiento según la reivindicación 1 para la electrólisis de una solución acuosa de cloruro de hidrógeno o cloruro alcalino en una celda electrolítica, compuesta por al menos un semielemento anódico y un ánodo, un semielemento catódico y un electrodo de difusión de gas como cátodo, una membrana de intercambio catiónico para la separación del semielemento anódico y el semielemento catódico, en el que se alimenta al semielemento catódico un gas que contiene oxígeno y se descarga un gas que contiene oxígeno en exceso del semielemento catódico, que se caracteriza porque el gas que contiene oxígeno en exceso descargado del semielemento catódico se somete a una oxidación catalítica del hidrógeno.

El gas que contiene oxígeno que se suministra en exceso al semielemento catódico es, por ejemplo, oxígeno, aire o aire enriquecido con oxígeno. Con ayuda de la oxidación catalítica del hidrógeno, que está presente en el gas que contiene oxígeno en exceso a la salida del semielemento catódico, se reduce el contenido de hidrógeno, particularmente como máximo a 2% en vol. Esto posibilita alimentar de nuevo el oxígeno utilizado en exceso de la semicelda catódica, sin que con el reciclado múltiple exista el peligro de enriquecimiento hasta el límite de explosión de la mezcla de oxígeno-hidrógeno.

Para la oxidación catalítica del hidrógeno, se conduce en una forma de realización preferida el exceso de gas que contiene oxígeno para oxidación del hidrógeno a un catalizador, compuesto por al menos un cuerpo de soporte de cerámica o metal, preferiblemente cerámica, y un recubrimiento que contiene un metal noble catalíticamente activo.

El cuerpo de soporte del catalizador es preferiblemente monolítico. El cuerpo de soporte monolítico del catalizador posee preferiblemente una alta superficie específica. Sin embargo, pueden utilizarse también como cuerpos de soporte cuerpos de relleno para conseguir una alta superficie específica. El cuerpo de soporte monolítico presenta preferiblemente una pluralidad de canales que pueden tener cualquier sección transversal. El cuerpo de soporte monolítico puede estar constituido, por ejemplo, por canales esencialmente paralelos que no están unidos entre sí transversalmente en dirección de la corriente. Sin embargo, puede estar compuesto, por ejemplo, también por canales de corriente cruzada o por una espuma. El cuerpo de soporte puede ser, por ejemplo, en forma de panal.

El grosor de pared de los canales de catalizador debería ser pequeño para alcanzar una resistencia a la corriente mínima del bloque catalizador a la sección transversal pretendida. El grosor de pared mínimo en cuerpos de soporte cerámicos asciende aprox. a 0, 3 mm. Por debajo de este grosor de pared, pueden aparecer daños térmicos y mecánicos en cuerpos de soporte cerámicos. Un cuerpo de soporte metálico posibilita un grosor de pared mínimo menor. Puede ascender aprox. a 0, 05 mm. El diámetro de los canales asciende, por ejemplo, a 0, 5 cm. Por el grosor de pared reducido, se calienta rápidamente el cuerpo de soporte y está rápidamente operativo en el arranque del dispositivo.

Un cuerpo de soporte cerámico se prepara, por ejemplo, mediante extrusión. Para la preparación de un cuerpo de soporte metálico, se bobina, por ejemplo, lámina metálica similar a un cartón ondulado, compuesta por dos láminas metálicas planas con una lámina metálica ondulada dispuesta en medio.

Los metales preferidos para el cuerpo de soporte son, por ejemplo, titanio y acero inoxidable. Un cuerpo de soporte cerámico preferido está compuesto, por ejemplo, por óxido de aluminio.

El cuerpo de soporte está dotado de un recubrimiento que contiene al menos un metal noble catalíticamente activo, por ejemplo, platino o rodio. Preferiblemente, el recubrimiento contiene platino. El recubrimiento puede contener también platino y rodio, por ejemplo en una relación en peso de 5:1. La cantidad de recubrimiento asciende, por ejemplo, a 1, 4 a 1, 8 mg/cm3. También es posible una cantidad de recubrimiento superior de aprox. 2, 7 mg/cm3.

Adicionalmente, puede depositarse entre el cuerpo de soporte y el recubrimiento al menos una capa intermedia, que esencialmente sirve para aumentar la superficie específica del catalizador. La capa intermedia está compuesta, por ejemplo, por óxido de aluminio, con lo que la superficie específica es aprox. 5000 veces mayor que sin capa intermedia.

Para el procedimiento según la invención, pueden utilizarse como catalizadores, por ejemplo, catalizadores de depuración de gases de escape comerciales, como se utilizan para motores Otto y diésel, o catalizadores de oxidación como se usan para camiones o autobuses accionados por diésel (por ejemplo, HJS-Kat 2000 de la compañía HJS Fahrzeugtechnik... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la electrólisis de una solución acuosa de cloruro de hidrógeno o cloruro alcalino en una celda electrolítica compuesta por al menos un semielemento anódico y un ánodo, un semielemento catódico y un electrodo de difusión gaseosa como cátodo, una membrana de intercambio catiónico para la separación del semielemento anódico y el semielemento catódico, en el que se alimenta un gas que contiene oxígeno al semielemento catódico y se descarga un gas que contiene oxígeno en exceso del semielemento catódico, caracterizado porque el gas que contiene oxígeno en exceso e hidrógeno descargado del semielemento catódico se somete a una oxidación catalítica del hidrógeno, porque el gas en exceso se conduce a una temperatura de 120 a 300º C a un catalizador y porque el gas tratado se recicla en el semielemento catódico.

10 2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el catalizador está compuesto por al menos un cuerpo de soporte de cerámica o metal, preferiblemente cerámica, y un recubrimiento que contiene un metal noble catalíticamente activo.

3. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado porque el recubrimiento contiene platino.

4. Procedimiento según al reivindicación 2, caracterizado porque el recubrimiento contiene platino y rodio.

15 5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 2 a 4, caracterizado porque entre el cuerpo de soporte y el recubrimiento se encuentra una capa intermedia que contiene óxido de aluminio.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 2 a 5, caracterizado porque el oxígeno y el gas que contiene oxígeno e hidrógeno se conducen a una temperatura de 150 a 180º C a través del catalizador.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 2 a 6, caracterizado porque la pérdida de presión al 20 atravesar el catalizador asciende a menos de 10 kPa, preferiblemente a menos de 1 kPa.

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones 2 a 7, caracterizado porque el exceso de oxígeno, aire o aire enriquecido con oxígeno se alimenta de nuevo al semielemento catódico después de la oxidación catalítica del hidrógeno.