Procedimiento para la preparación de cloro.

Procedimiento para la preparación de cloro mediante oxidación de cloruro de hidrógeno en presencia de uncatalizador heterogéneo en forma de partículas según el procedimiento de Deacon en un reactor de lecho fluidizado(1),

evacuándose el calor de reacción mediante refrigeración por ebullición con agua que circula en los tubos (2) deun intercambiador de calor de haz tubular, suministrándose el agua desde un tambor de vapor (4) a través de unaconducción de entrada (5) a los tubos (2) del intercambiador de calor de haz tubular en un extremo del mismo,calentándose en los tubos (2) mediante absorción del calor de reacción y evaporándose parcialmente, con obtenciónde una mezcla de vapor/agua que se devuelve en el otro extremo de los tubos (2) del intercambiador de calor de haztubular a través de una conducción de retorno (6) al tambor de vapor (4), caracterizado porque la presión máximapara la que se tiene que diseñar el reactor de lecho fluidizado (1) para el caso del desgarro de un tubo (2) delintercambiador de calor de haz tubular se minimiza al insertarse en la conducción de entrada (5) y la conducción deretorno (6), respectivamente, una válvula (7) que con un aumento de presión como consecuencia del desgarro de untubo (2) bloquea la conducción de entrada (5) y la conducción de retorno (6) y por ello evita que siga fluyendo aguadesde el tambor de vapor (4) al reactor de lecho fluidizado (1).

Procedimiento para la preparación de cloro La invención se refiere a un procedimiento para la preparación de cloro mediante oxidación de cloruro de hidrógeno en presencia de un catalizador heterogéneo en forma de partículas según el procedimiento de Deacon en un reactor de lecho fluidizado.

Un reactor de lecho fluidizado para la preparación de cloro mediante oxidación de cloruro de hidrógeno según el procedimiento de Deacon está descrito, por ejemplo, en el documento DE-A 10 2004 014 677: el reactor de lecho fluidizado comprende un lecho fluidizado que contiene el catalizador heterogéneo en forma de partículas que contiene, preferentemente, un componente de metal sobre un soporte oxídico, por ejemplo, compuestos de rutenio o cobre sobre óxido de aluminio, en particular óxido de aluminio ! u óxido de aluminio ∀, óxido de zirconio, óxido de titanio o mezclas de los mismos. Al lecho fluidizado se suministran los gases de reacción a través de un distribuidor de gas, estando dispuesto para el control de la distribución de la temperatura dentro del lecho fluidizado al menos un intercambiador de calor.

La oxidación de cloruro de hidrógeno hasta dar cloro en presencia de un catalizador heterogéneo en forma de partículas según el procedimiento de Deacon se lleva a cabo en el reactor de lecho fluidizado, preferentemente, a temperaturas en el intervalo de 350 a 450 °C y presiones en el intervalo de 0, 1 a 1 MPa man (de 1 a 10 bar man) .

Como es habitual en la técnica del procedimiento, en el presente documento la presión manométrica se denomina de forma abreviada "MPa man" y la presión absoluta "MPa abs".

Para evacuar del lecho fluidizado el calor de reacción es adecuada en particular agua en ebullición, ya que la misma puede absorber grandes cantidades de calor con temperatura constante. La temperatura del agua solamente cambia cuando se ha evaporado toda el agua. A este respecto, la temperatura de ebullición depende de la presión. Cuanto mayor sea la presión del agua en ebullición, mayor es la temperatura de ebullición. Preferentemente se emplea como intercambiador de calor un termocambiador de haz tubular. El empleo de intercambiadores de calor de haz tubular en el procedimiento de Deacon es conocido, por ejemplo, por el documento WO 2007 137685 A1.

Por motivos técnico-económicos es razonable hacer funcionar el termocambiador de haz tubular para evacuar el calor de reacción del lecho fluidizado a la mayor temperatura posible y, por tanto, la mayor presión posible, ya que esto es ventajoso para arrancar el reactor y suministra vapor a un mayor nivel de presión y, por tanto, mayor calidad.

Los tubos del termocambiador de haz tubular se ven atacados por corrosión por la agresiva mezcla de reacción que contiene cloro, así como por abrasión por las partículas de catalizador del lecho fluidizado. Por ello se pueden producir grietas y, finalmente, el desgarro completo de tubos. En el presente procedimiento también es desventajoso que las grietas en las que sale agua o vapor de agua del tubo al reactor no se puedan detectar, ya que el caloportador en el tubo es agua y la mezcla de reacción también contiene agua. Por tanto, solo se puede detectar el caso de avería debido a un daño del tubo cuando ya fluye tanta agua o vapor de agua al interior del reactor que se produce un aumento de presión en el reactor.

En la instalación, aguas abajo del lecho fluidizado en el reactor y/o en el exterior del mismo tienen que estar previstos equipos de retención para el catalizador heterogéneo en forma de partículas, por motivos de la protección de emisiones, sin embargo, también por motivos económicos, debido a que el catalizador empleado en el procedimiento de Deacon es caro. Cuando como consecuencia de un desgarro de tubo sale vapor desde los tubos del termocambiador de haz tubular al espacio interno del reactor de lecho fluidizado, las partículas de catalizador se humedecen y obturan los equipos de retención. Debido a la obturación de los equipos de retención aumenta intensamente la presión de vapor en el reactor, de tal manera que el mismo puede estallar. Ya que en este caso saldría cloro y cloruro de hidrógeno muy corrosivo, siempre es necesario evitar un caso de avería de este tipo.

Por motivos de la técnica de seguridad, la instalación tiene que diseñarse de tal manera que en caso de una avería por un desgarro de tubo no estalle el reactor. Para esto, en el estado de la técnica son conocidas dos opciones, en primer lugar construir con seguridad propia el reactor y en segundo lugar prever un disco de estallido a través del cual se evacua el vapor. La primera opción tiene la desventaja de que se tendría que diseñar el reactor para una presión máxima muy alta y se encarece correspondientemente. La segunda opción tiene la desventaja de que el vapor que contiene cloro saliente no se puede evacuar directamente al entorno, sino sólo a través de un lavador de cloro que se tendría que dimensionar muy grande.

Por lo tanto, el objetivo de la invención era poner a disposición un procedimiento para la preparación de cloro según el procedimiento de Deacon en un reactor de lecho fluidizado con evacuación del calor de reacción mediante refrigeración por ebullición con agua que circula en los tubos de un intercambiador de calor de haz tubular que asegurase, con medidas técnicas sencillas, que el reactor de lecho fluidizado no estalle en caso de un desgarro del tubo.

El objetivo se resuelve mediante un procedimiento para la preparación de cloro mediante oxidación de cloruro de hidrógeno en presencia de un catalizador heterogéneo en forma de partículas según el procedimiento de Deacon en

un reactor de lecho fluidizado, evacuándose el calor de reacción mediante refrigeración por ebullición con agua que circula en los tubos de un intercambiador de calor de haz tubular, suministrándose el agua desde un tambor de vapor a través de una conducción de entrada a los tubos del intercambiador de calor de haz tubular en un extremo del mismo, calentándose en los tubos mediante absorción del calor de reacción y evaporándose parcialmente, con obtención de una mezcla de vapor/agua que en el otro extremo de los tubos del intercambiador de calor de haz tubular se devuelve a través de una conducción de retorno al tambor de vapor, que está caracterizado porque la presión máxima para la que se tiene que diseñar el reactor de lecho fluidizado para el caso de un desgarro de un tubo del intercambiador de calor de haz tubular se minimiza al insertarse en la conducción de entrada y en la conducción de retorno, respectivamente, una válvula que bloquea con un aumento de presión como consecuencia del desgarro de un tubo la conducción de entrada y la conducción de retorno y, de este modo, evita que siga fluyendo agua desde el tambor de vapor al reactor de lecho fluidizado.

Se encontró que es posible, de forma sencilla, llevar a cabo el procedimiento de Deacon en un reactor de lecho fluidizado de tal manera que se minimiza la presión máxima para la que se tiene que diseñar el reactor para que no estalle con un desgarro de tubo al bloquearse el intercambiador de calor de haz tubular mediante provisión de válvulas en la conducción de entrada así como en la conducción de retorno al reactor de lecho fluidizado, de tal manera que en caso de un desgarro de tubo el circuito de vapor, que comprende el intercambiador de calor de haz tubular, el tambor de vapor, la bomba así como las conducciones de unión, sólo se descarga parcialmente al reactor de lecho fluidizado. Ya fluye solamente la retención líquida (hold-up) en el propio intercambiador de calor así como la cantidad de agua que continua fluyendo desde el circuito de vapor dentro del tiempo de reacción de las válvulas hasta el cierre de las mismas. Para mantener lo más reducida posible la cantidad de flujo posterior de agua es apropiado prever las válvulas en la conducción de entrada así como la de retorno lo más cerca posible del reactor de lecho fluidizado. Las válvulas deberían presentar, ventajosamente, un tiempo de reacción lo más corto posible, preferentemente se emplean válvulas de cierre rápido con un tiempo de reacción lo más corto posible. Ventajosamente se realizan las válvulas de forma redundante, es decir, doble, para asegurar el funcionamiento en caso de avería de una válvula.

El caso de avería por desgarro de un tubo y salida de agua del tubo desde el espacio interior del reactor se detecta al medirse de forma continua el caudal del agua de refrigeración en la conducción de entrada y/o en la conducción de retorno hacia o del intercambiador de calor de haz tubular. Preferentemente se mide de forma continua la diferencia entre el caudal en la conducción de... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la preparación de cloro mediante oxidación de cloruro de hidrógeno en presencia de un catalizador heterogéneo en forma de partículas según el procedimiento de Deacon en un reactor de lecho fluidizado (1) , evacuándose el calor de reacción mediante refrigeración por ebullición con agua que circula en los tubos (2) de un intercambiador de calor de haz tubular, suministrándose el agua desde un tambor de vapor (4) a través de una conducción de entrada (5) a los tubos (2) del intercambiador de calor de haz tubular en un extremo del mismo, calentándose en los tubos (2) mediante absorción del calor de reacción y evaporándose parcialmente, con obtención de una mezcla de vapor/agua que se devuelve en el otro extremo de los tubos (2) del intercambiador de calor de haz tubular a través de una conducción de retorno (6) al tambor de vapor (4) , caracterizado porque la presión máxima para la que se tiene que diseñar el reactor de lecho fluidizado (1) para el caso del desgarro de un tubo (2) del intercambiador de calor de haz tubular se minimiza al insertarse en la conducción de entrada (5) y la conducción de retorno (6) , respectivamente, una válvula (7) que con un aumento de presión como consecuencia del desgarro de un tubo (2) bloquea la conducción de entrada (5) y la conducción de retorno (6) y por ello evita que siga fluyendo agua desde el tambor de vapor (4) al reactor de lecho fluidizado (1) .

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el intercambiador de calor de haz tubular se hace funcionar a una presión en el intervalo de 1 a 20 MPa man (de 10 a 200 bar man) .

3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque el intercambiador de calor de haz tubular se hace funcionar a una presión en el intervalo de 2 a 16 MPa man (de 20 a 160 bar man) .

4. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado porque el intercambiador de calor de haz tubular se hace funcionar a una presión en el intervalo de 3 a 12 MPa man (de 30 a 120 bar man) .

5. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 a 4, caracterizado porque las válvulas (7) están realizadas de forma doble.

6. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque las válvulas (7) están configuradas como válvulas de cierre rápido.

7. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, estando dispuesto aguas abajo del lecho fluidizado del reactor de lecho fluidizado (1) para retener el catalizador heterogéneo en forma de partículas un ciclón

(8) y, aguas abajo del ciclón (8) , un filtro (9) , caracterizado porque en una conducción de derivación (10) entre el reactor de lecho fluidizado (1) y el filtro (9) está dispuesto un disco de estallido (11) que estalla cuando el ciclón (8) está obturado, fluyendo el contenido del reactor de lecho fluidizado (1) al filtro (9) y aprovechando su volumen para la relajación.

8. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque en los tubos (2) del intercambiador de calor de haz tubular, en la conducción de entrada (5) y/o en la conducción de retorno (6) , particularmente en la conducción de entrada (5) , están previstos obturadores.

9. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque la conducción de retorno

(6) está realizada con la menor retención líquida posible, particularmente con una retención líquida inferior a 100 l y preferentemente de forma no sumergida en el tambor de vapor (4) .

10. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque en la conducción de retorno (6) están dispuestas chapaletas de retención, en particular de una a tres chapaletas de retención, que están conectadas en serie.

11. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque los tubos (2) del intercambiador de calor de haz tubular están configurados con el menor diámetro posible.

12. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 11, caracterizado porque los tubos (2) del intercambiador de calor de haz tubular están configurados con un diámetro en el intervalo de 1 a 100 mm.

13. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizado porque los tubos (2) del intercambiador de calor de haz tubular están configurados con un diámetro en el intervalo de 25 a 60 mm.

14. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque el intercambiador de calor de haz tubular está segmentado en 2 a 20 circuitos de caloportador independientes entre sí, respectivamente con una conducción de entrada (5) propia y una conducción de retorno (6) propia.

15. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 14, caracterizado porque el intercambiador de calor de haz tubular está segmentado en 3 a 7 circuitos de caloportador independientes entre sí.