Catalizador de uranio sobre soporte de distribución de tamaño de poro particular y procedimiento para su producción, así como su uso.

Catalizador para la oxidación catalítica heterogénea de cloruro de hidrógeno para dar cloro que comprende almenos un componente catalíticamente activo formado por un compuesto de uranio y un material de soporte de óxidode aluminio,

caracterizado porque el catalizador presenta una distribución de tamaño de poro bimodal con unprimer intervalo de diámetros de poro más pequeños de 1 a 20 nm y un segundo intervalo de diámetros de poro másgrandes de 100 a 5.000 nm, ascendiendo el porcentaje de los volúmenes de poro en el intervalo de los diámetros deporo más pequeños a del 40% al 60% y el porcentaje de los volúmenes de poro en el intervalo de los diámetros deporo más grandes a del 60% al 40% y siendo la suma de los porcentajes inferior o igual al 100%.

Catalizador de uranio sobre soporte de distribución de tamaño de poro particular y procedimiento para su producción, así como su uso La presente invención se refiere a un nuevo catalizador de uranio sobre un soporte de distribución de tamaño de poro particular, a un procedimiento para su producción, así como a su uso en el transcurso del procedimiento para la producción de cloro a partir de cloruro de hidrógeno.

Prácticamente toda la producción técnica del cloro se realiza hoy en día mediante electrolisis de disoluciones acuosas de cloruro de sodio.

Una desventaja fundamental de tales procedimientos de electrolisis alcalina del cloro es sin embargo que además del producto de reacción deseado, cloro, también se produce en gran cantidad hidróxido de sodio. Por lo tanto, la cantidad producida de hidróxido de sodio se vincula directamente a la cantidad producida de cloro. La demanda de hidróxido de sodio no está en cambio vinculada a la demanda de cloro, de modo que, en particular en el pasado reciente, los productos de venta para este producto secundario han disminuido considerablemente.

Desde el punto de vista de la técnica de procedimiento esto significa que en tales procedimientos de electrolisis alcalina del cloro la energía se encuentra ligada a un producto, a lo que se enfrenta en medida suficiente una compensación del gasto para esta energía.

Una alternativa para tales procedimientos la ofrece el procedimiento desarrollado ya en 1868 por "Deacon" y que lleva su nombre "procedimiento Deacon", en el que se forma cloro mediante oxidación catalítica heterogénea de cloruro de hidrógeno con formación simultánea de agua. La ventaja esencial de este procedimiento es que no está vinculado a la producción de hidróxido de sodio. Además, el producto previo cloruro de hidrógeno es fácilmente accesible; se produce en grandes cantidades por ejemplo en reacciones de fosgenación, por ejemplo durante la producción de isocianato, en las que, a su vez, el cloro producido se usa preferentemente a través del producto intermedio fosgeno.

Según el estado de la técnica se usan preferentemente catalizadores que comprenden metales de transición y/o metales nobles para la conversión de cloruro de hidrógeno en cloro.

De este modo, por ejemplo el documento WO 2007 134771 da a conocer que catalizadores, que contienen al menos uno de los elementos cobre, potasio, sodio, cromo, cerio, oro, bismuto, rutenio, rodio, platino, así como los elementos del grupo secundario VIII del sistema periódico de los elementos, pueden usarse para ello. Se da a conocer además que se usan preferentemente los óxidos, halogenuros u óxidos/halogenuros mixtos de los elementos mencionados anteriormente. En particular se prefieren cloruro de cobre, óxido de cobre, cloruro de potasio, cloruro de sodio, óxido de cromo, óxido de bismuto, óxido de rutenio, cloruro de rutenio, oxicloruro de rutenio así como óxido de rodio.

De acuerdo con la divulgación del documento WO 2007 134771 estos catalizadores se caracterizan por una actividad especialmente elevada para la conversión de cloruro de hidrógeno en cloro.

En el documento WO 2004 052776 se da a conocer que es un problema conocido en general en el campo de la oxidación catalítica heterogénea de cloruro de hidrógeno para dar cloro, que en los procedimientos se forman los denominados "Hot-Spots". Estos "Hot-Spots" designan lugares de un aumento de temperatura desproporcionado, que pueden llevar a la destrucción del material de catalizador de acuerdo con la divulgación del documento WO 2004 052776. El documento WO 2004 052776 da a conocer como planteamiento de solución a este problema técnico la realización de un procedimiento en frío en haces de tubos.

La solución técnica que se da a conocer en el documento WO 2004 052776, comprende el enfriamiento de los tubos de contacto. La solución técnica alternativa, que se da a conocer en el documento WO 2007 134771, comprende la realización adiabática en varias etapas del procedimiento con enfriamiento entre las etapas.

Ambas soluciones técnicas son costosas desde el punto de vista de la técnica de procedimiento y de aparatos y, por lo tanto, desventajosas al menos económicamente, dado que en cualquier caso los gastos de inversión en los aparatos son considerables o bien debido a una forma de realización complicada en el caso del documento WO 2004 052776 o debido a una realización múltiple de una forma de realización sencilla en el caso del documento WO 2007 134771. Hay que añadir que en ambos casos, el efecto técnicamente desventajoso de que con el uso de los catalizadores que se dan a conocer en esos documentos no puede descartarse una destrucción de los mismos en caso de fallo.

Además, los dos documentos mencionados anteriormente no dan a conocer ninguna propiedad del catalizador en cuanto a la distribución de tamaño de poro.

El documento EP 1 170 250 da a conocer una alternativa adicional para la solución costosa desde el punto de vista de los aparatos de los problemas mencionados anteriormente con respecto a los catalizadores. De acuerdo con la

divulgación del documento EP 1 170 250 se contrarrestan las temperaturas demasiado altas en la región de las zonas de reacción, usándose en el transcurso de la reacción cargas de catalizador adaptadas con actividad reducida del catalizador. Tales cargas de catalizador adaptadas se consiguen por ejemplo, "diluyéndose" las cargas de catalizador con material inerte o creándose simplemente zonas de reacción con bajo porcentaje de catalizador.

El procedimiento se que da a conocer en el documento EP 170 250 es sin embargo desventajoso, dado que mediante una "dilución" de este tipo se crean zonas de reacción con un rendimiento espacio-tiempo bajo de manera deseada. En cambio, esto es a expensas del procedimiento, dado que las zonas de reacción, que están considerablemente diluidas con material inerte en particular al comienzo del procedimiento, deben calentarse en primer lugar hasta las temperaturas de funcionamiento. Para ello se emplea energía, para no calentar conjuntamente el material inerte verdaderamente no necesario para llevar a cabo la reacción. No menos importante es también, de acuerdo con la divulgación del documento EP 1 170 250, no descartar una destrucción de los catalizadores en caso de fallo.

Así mismo, el documento EP 1 170 250 no da a conocer ninguna propiedad del material de catalizador en cuanto a su distribución de tamaño de poro.

En el documento DE 1 078 100 se da a conocer que también pueden usarse catalizadores que comprenden uranio para la oxidación catalítica heterogénea de cloruro de hidrógeno para dar cloro. El documento DE 1 078 100 da a conocer además que tales catalizadores pueden usarse también a mayores temperaturas hasta 480°C sin riesgo de destrucción. Los catalizadores que se dan a conocer en el documento DE 1 078 100 comprenden materiales de soporte tales como caolín, gel de sílice, diatomita, piedra pómez entre otros, en el documento DE 1 078 100 se producen los catalizadores mediante la aplicación del uranio a partir de la disolución sobre el soporte. No se da a conocer que los catalizadores pueden obtenerse mediante precipitación. Además, los catalizadores dados a conocer no comprenden ningún uranato que comprende sodio y uranio.

La conversión alcanzable como máximo que puede alcanzarse en el documento DE 1 078 100 con los catalizadores asciende al 62%, lo que medido en las posibles conversiones de acuerdo con las divulgaciones expuestas anteriormente es bajo y por lo tanto desventajoso. Esto sirve en particular, dado que en ejemplo de realización concreto, en el que se obtiene dicho 62% de conversión, 600 cm3 del reactor se cargan con el catalizador. Esto significa a su vez que, en más detalle, la actividad del catalizador parece ser bastante baja.

El documento DE 1 078 100 tampoco da a conocer ninguna propiedad del material de catalizador o del material de soporte usado de caolín, gel de sílice, diatomita o piedra pómez en cuanto a la distribución de tamaño de poro.

En el documento de patente con el número de solicitud internacional PCT/EP2008/005183 se dan a conocer catalizadores de óxido de uranio, que en un perfeccionamiento preferido se componen sólo de óxido de uranio, o que en el caso general se componen de un soporte de óxido de uranio y un componente catalítico adicional.

Además se da a conocer que como materiales de soporte que pueden combinarse con el óxido de uranio son adecuados por ejemplo dióxido de silicio, dióxido de titanio con estructura de rutilo o anatasa, dióxido de zirconio, óxido de aluminio o sus mezclas.

Los componentes catalíticamente activos adicionales... [Seguir leyendo]

1. Catalizador para la oxidación catalítica heterogénea de cloruro de hidrógeno para dar cloro que comprende al menos un componente catalíticamente activo formado por un compuesto de uranio y un material de soporte de óxido de aluminio, caracterizado porque el catalizador presenta una distribución de tamaño de poro bimodal con un primer intervalo de diámetros de poro más pequeños de 1 a 20 nm y un segundo intervalo de diámetros de poro más grandes de 100 a 5.000 nm, ascendiendo el porcentaje de los volúmenes de poro en el intervalo de los diámetros de poro más pequeños a del 40% al 60% y el porcentaje de los volúmenes de poro en el intervalo de los diámetros de poro más grandes a del 60% al 40% y siendo la suma de los porcentajes inferior o igual al 100%.

2. Catalizador de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el compuesto de uranio es un óxido de uranio con una composición estequiométrica de UO2, 1 a UO2, 9.

3. Catalizador de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el compuesto de uranio es un uranato de al menos un metal alcalino y/o metal alcalinotérreo.

4. Catalizador de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el porcentaje del compuesto de uranio en el catalizador total se encuentra en el intervalo del 1 al 40% en peso.

5. Procedimiento para la producción de un catalizador de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores para la oxidación catalítica heterogénea de cloruro de hidrógeno para dar cloro, caracterizado porque comprende al menos las etapas de

a. proporcionar una disolución A que comprende una sal de uranio en un disolvente,

b. recubrir partículas de óxido de aluminio con disolución A, obteniendo partículas B recubiertas,

c. secar las partículas B recubiertas, y

d. dado el caso conformar cuerpos moldeados a partir de las partículas B recubiertas obtenidas a partir de una de las etapas b) o c) .

6. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizado porque la sal de uranio se selecciona de la lista constituida por acetato de uranilo UO2Ac2, acetato de uranilo dihidratado UO2Ac2 · 2H2O, nitrato de uranilo UO2 (NO3) 2, y nitrato de uranilo hexahidratado UO2 (NO3) 2·6H2O.

7. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 5 o 6, caracterizado porque se lleva a cabo un conformado de acuerdo con la etapa d) , en el que las partículas B de la etapa c) se conforman mediante adición de un aglutinante y mediante posterior secado para dar cuerpos moldeados, prensándose durante el secado las partículas B en un molde negativo del cuerpo moldeado deseado.

8. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 5 o 6, caracterizado porque las partículas recubiertas B de la etapa b) se llevan a un secado a presión aumentada con respecto a la presión atmosférica y obteniéndose esta presión mediante compresión de un molde negativo del cuerpo moldeado deseado alrededor de las partículas B con las que se cargó el molde negativo.

9. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 5 a 8, caracterizado porque el secado se lleva a cabo a temperaturas de 500°C a 1500°C.

10. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 5 a 8, caracterizado porque el secado se lleva a cabo en varios pasos, llevándose a cabo en un primer paso un secado previo a de temperatura ambiente a 250°C y en un segundo paso se lleva a cabo un secado posterior a temperaturas de 500°C a 1500°C.

11. Procedimiento para la producción de cloro, caracterizado porque en una zona de reacción se oxida cloruro de hidrógeno con oxígeno para dar cloro en presencia de un catalizador con distribución de tamaño de poro bimodal con un primer intervalo de diámetros de poro más pequeños de 1 a 20 nm y un segundo intervalo de diámetros de poro más grandes de 100 a 5.000 nm y que comprende al menos un componente catalíticamente activo formado por un compuesto de uranio y un material de soporte de óxido de aluminio.

12. Uso de un catalizador que comprende al menos un componente catalíticamente activo formado por un compuesto de uranio y un material de soporte de óxido de aluminio y con distribución de tamaño de poro bimodal con un primer intervalo de diámetros de poro más pequeños de 1 a 20 nm y un segundo intervalo de diámetros de poro más grandes de 100 a 5.000 nm para la oxidación de cloruro de hidrógeno para dar cloro.