Procedimiento para la producción electroquímica de cloro a partir de soluciones acuosas de cloruro de hidrógeno.

Procedimiento para la producción electroquímica de cloro a partir de soluciones acuosas de cloruro de hidrógeno enuna celda de electrólisis,

que comprende al menos una cámara anódica y una cámara catódica, estando la cámaraanódica separada por una membrana de intercambio de cationes de la cámara catódica, conteniendo la cámara anódicaun ánodo y la cámara catódica un cátodo que consume oxígeno, y se conduce a la cámara anódica la solución acuosa decloruro de hidrógeno y a la cámara catódica un gas que contiene oxígeno, caracterizado porque la presión en la cámaracatódica es de al menos 105 kPa (1,05 bar), siendo la presión en la cámara anódica de 20 kPa a 50 kPa (200 a 500mbar) mayor que la presión en la cámara catódica, y el procedimiento se lleva a cabo con una densidad de corriente de almenos 5000 A/m2.

Procedimiento para la producción electroquímica de cloro a partir de soluciones acuosas de cloruro de hidrógeno La invención se refiere a un procedimiento para la producción electroquímica de cloro a partir de soluciones acuosas de cloruro de hidrógeno en una celda de electrólisis.

Se obtienen soluciones acuosas de cloruro de hidrógeno (ácido clorhídrico) , por ejemplo, como productos secundarios en la producción de compuestos de cloro orgánicos por cloración con cloro elemental. Muchos de estos compuestos de cloro orgánicos son productos intermedios de la producción a gran escala de plásticos. Las soluciones acuosas obtenidas de cloruro de hidrógeno se deben aprovechar. Preferiblemente el aprovechamiento se realiza de modo que se produce de nuevo cloro a partir de las soluciones acuosas de cloruro de hidrógeno, que se puede usar, por ejemplo, para otras cloraciones.

La conversión en cloro puede realizarse, por ejemplo, mediante electrólisis de las soluciones acuosas de cloruro de hidrógeno en un cátodo de difusión de gas. Se conoce un procedimiento correspondiente de los documentos US-A-5 770 035 y US-A-6149782. La electrólisis se realiza según el documento US-A-5 770 035 en una celda de electrólisis con un espacio anódico, con un ánodo adecuado, por ejemplo, de un electrodo de titanio recubierto o dopado con metal precioso, que se rellena con la solución acuosa de cloruro de hidrógeno. El cloro formado en el ánodo se escapa del espacio anódico y se alimenta para un acondicionamiento adecuado. El espacio anódico está separado de un espacio catódico por una membrana de intercambio de cationes comercial. En la parte del cátodo se encuentra un electrodo de difusión de gas sobre la membrana de intercambio de cationes. Detrás del electrodo de difusión de gas se encuentra un distribuidor de corriente. En el espacio anódico se introduce normalmente un gas que contiene oxígeno u oxígeno puro.

El espacio anódico se mantiene a una presión mayor que el espacio catódico. De este modo se presiona la membrana de intercambio de cationes sobre el cátodo de difusión de gas y este presiona a su vez el distribuidor de corriente. La regulación de la presión se puede conseguir, por ejemplo, mediante una inmersión de líquido, de modo que se conduce el gas cloro formado a la cámara anódica.

El procedimiento conocido por el documento US-A-5 770 035 presenta la desventaja de que a altas densidades de corriente, entendiendo por esto densidades de corriente mayores de 4000 A/m2, se forma en el cátodo de difusión de gas una cantidad comparativamente alta de hidrógeno. Sin embargo son necesarias elevadas densidades de corriente en la realización industrial del procedimiento por motivos económicos. Además con altas densidades de corriente acompaña una tensión comparativamente alta, que condiciona un elevado consumo de energía.

El documento US 6 149 782 A da a conocer un procedimiento para la producción electroquímica de cloro a partir de soluciones acuosas de cloruro de hidrógeno en una celda de electrólisis, que comprende una cámara anódica y una cámara catódica. La cámara anódica está separada por una membrana de intercambio de cationes, Nafion 324, de la cámara catódica. La cámara anódica contiene un ánodo y la cámara catódica contiene un cátodo de consumo de oxígeno, que contiene un catalizador de un compuesto de rodio. A la cámara anódica se conduce una solución acuosa de cloruro de hidrógeno y a la cámara catódica se conduce oxígeno. La presión parcial del oxígeno es de 4, 5 a 5, 0 kPa (45 a 50 mbar) , encontrándose por tanto la presión en la cámara catódica por encima de 105 kPa (1, 05 bar) .

Es objetivo de la invención la preparación de un procedimiento para la producción electroquímica de cloro a partir de soluciones acuosa de cloruro de hidrógeno, siendo posible la formación de menos hidrógeno en la operación con altas densidades de corriente y ajustando una tensión lo más baja posible.

Es objeto de la invención un procedimiento según la reivindicación 1 para la producción electroquímica de cloro a partir de soluciones acuosas de cloruro de hidrógeno en una celda de electrólisis, que comprende al menos una cámara anódica y una cámara catódica, estando la cámara anódica separada por una membrana de intercambio de cationes de la cámara catódica, la cámara anódica contiene un ánodo y la cámara catódica un cátodo de consumo de oxígeno, y se conduce a la cámara anódica la solución acuosa de cloruro de hidrógeno y a la cámara catódica un gas que contiene oxígeno, alcanzando la presión absoluta en la cámara catódica de al menos 105 kPa (1, 05 bar) .

Mediante la presión ligeramente elevada de acuerdo con la invención en la cámara catódica se evita la formación de hidrógeno en el cátodo de consumo de oxígeno y se consigue además una tensión de electrólisis inferior, que en la realización de la reacción a presión normal, que corresponde a la presión del entorno en la cámara catódica. Es sorprendente y casi inesperado que ya un aumento comparativamente menor de la presión en la cámara catódica condujese a una reducción clara del desprendimiento de hidrógeno no deseado en el cátodo de consumo de oxígeno y a tensiones de electrólisis menores, lo que es ventajoso en lo referente al consumo de energía.

Como gas que contiene oxígeno se puede usar, por ejemplo, oxígeno puro, una mezcla de oxígeno y gases inertes, de forma particular nitrógeno, o aire. Se prefiere usar como gas que contiene oxígeno, oxígeno puro, de forma particular de una pureza de al menos 99% en volumen.

El dato de la presión en la cámara catódica se trata de un valor absoluto. Preferiblemente la presión en la cámara catódica es de 105 a 150 kPa (1, 05 a 1, 5 bar) , de forma particular preferiblemente de 105 a 130 kPa (1, 05 a 1, 3 bar) .

La regulación de la presión en la cámara catódica a un valor de acuerdo con la invención de al menos 105 kPa (1, 05 bar) se puede conseguir, por ejemplo, acumulando el gas que contiene oxígeno alimentado a la cámara catódica por un dispositivo presionizador. Un dispositivo presionizador adecuado es, por ejemplo, un dispositivo compresor de líquido, con el que se presiona la cámara catódica. Un alivio por válvulas representa igualmente un procedimiento adecuado para la regulación de la presión en la cámara catódica.

Para asegurar un contacto suficiente entre la membrana de intercambio de cationes y el cátodo de consumo de oxígeno se regula en la cámara anódica una presión que es de 20 a 50 kPa (200 a 500 kPa) mayor que la presión en la cámara catódica.

El procedimiento de acuerdo con la invención se lleva a cabo a una densidad de corriente de al menos 5000 A/m2.

La temperatura de la solución acuosa alimentada de cloruro de hidrógeno es preferiblemente de 30 a 80º C, de forma particular de 50 a 70º C.

Preferiblemente la concentración del ácido clorhídrico en el electrolizador en la realización del procedimiento de acuerdo con la invención es de 5 a 20% en peso, con especial preferencia de 10 a 15% en peso. El ácido clorhídrico consumido en el electrolizador puede complementarse con un ácido clorhídrico alimentado al electrolizador en el intervalo de concentración de 8 a 36% en peso.

El gas que contiene oxígeno se alimenta preferiblemente en una cantidad tal que el oxígeno referido a la cantidad necesaria teórica se encuentra en exceso. Es especialmente preferido de 1, 2 a 1, 5 veces en exceso de oxígeno.

El procedimiento de acuerdo con la invención se lleva a cabo en una celda electroquímica (celda de electrólisis) , cuya cámara anódica está separada por una membrana de intercambio de cationes de la cámara catódica, conteniendo la cámara catódica un cátodo de consumo de oxígeno.

La celda de electrólisis puede comprender, por ejemplo, los siguientes componentes: un ánodo en una cámara anódica, una membrana de intercambio de cationes, que se presiona hidrostáticamente sobre un cátodo de consumo de oxígeno (SVK) , que se apoya a su vez en un distribuidor de corriente por el lado del cátodo y contacta de este modo eléctricamente, así como una cámara de gas que da al cátodo (cámara catódica) .

La solución acuosa del cloruro de hidrógeno se introduce en la cámara anódica, el gas que contiene oxígeno en la cámara catódica.

La elección del cátodo de consumo de oxígeno no es crítica. Se pueden usar los cátodos de consumo de oxígeno conocidos y en parte comercialmente disponibles. Preferiblemente se usan sin embargo cátodos de consumo de oxígeno que contienen un catalizador del grupo de platino, preferiblemente de platino o rodio.

1. Procedimiento para la producción electroquímica de cloro a partir de soluciones acuosas de cloruro de hidrógeno en una celda de electrólisis, que comprende al menos una cámara anódica y una cámara catódica, estando la cámara anódica separada por una membrana de intercambio de cationes de la cámara catódica, conteniendo la cámara anódica un ánodo y la cámara catódica un cátodo que consume oxígeno, y se conduce a la cámara anódica la solución acuosa de cloruro de hidrógeno y a la cámara catódica un gas que contiene oxígeno, caracterizado porque la presión en la cámara catódica es de al menos 105 kPa (1, 05 bar) , siendo la presión en la cámara anódica de 20 kPa a 50 kPa (200 a 500 mbar) mayor que la presión en la cámara catódica, y el procedimiento se lleva a cabo con una densidad de corriente de al menos 5000 A/m2.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la presión en la cámara catódica es de 105 a 150 kPa (1, 05 a 1, 5 bar) .

3. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 2, caracterizado porque el cátodo que consume oxígeno usado contiene un catalizador del grupo de platino, preferiblemente platino o rodio.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque se usa una membrana de intercambio 15 de cationes de perfluoroetileno, que contiene como centros activos preferiblemente grupos de ácido sulfónico.