Proceso para la producción de dióxido de cloro.

Un proceso continuo para la producción de dióxido de cloro que comprende:

- alimentar iones clorato, peróxido de hidrógeno y un ácido en un reactor que comprende elementos compactados dentro;

- reaccionar dichos iones clorato, peróxido de hidrógeno y ácido en dicho reactor para formar una corriente de producto que comprende dióxido de cloro; y,

- retirar dicha corriente de producto de dicho reactor.

Proceso para la producción de dióxido de cloro

La invención trata de un proceso de producción de dióxido de cloro

Existen numerosos procesos de producción de dióxido de cloro diferentes La mayoría de los procesos de gran escalado para uso comercial son ejecutados en molinos de pulpa e involucran una reacción continua de clorato de metales alcalinos en un medio acídico de reacción con un agente reductor tal como peróxido de hidrógeno, metanol, iones cloruro o dióxido de azufre para formar dióxido de cloro que es retirado como un gas del medio de reacción y luego absorbido en agua que es llevada a un tanque de almacenamiento antes de ser usada en la aplicación final, usualmente en pulpas de blanqueo Una visión general de estos procesos se puede encontrar en Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Chlorine Oxides and Chlorine Oxygen Acids, DOI: 1.12/143567.a6_483.pub2, Article Online Posting Date: abril 15, 21, p. 17-25. Los ejemplos adicionales incluyen los descritos en las patentes de Estados Unidos 591166, 591167 y y la patente EP 612686. Estos procesos de gran escala son altamente eficientes pero requieren equipamientos e instrumentación de procesamiento extensivos

Para la producción de dióxido de cloro a partir de clorato de metales alcalinos en unidades de escala pequeña, tales como para aplicaciones de purificación de agua, plantas pequeñas de blanqueamiento, el dióxido de cloro no es usualmente separado del medio de reacción En cambio, una corriente de producto que comprende dióxido de cloro, sal, exceso de ácido y opcionalmente clorato sin reaccionar es retirada del reactor y usada directamente, usualmente luego de la dilución con agua en un eductor. Tales procesos se han convertido en comerciales en años recientes y se describen en por ejemplo las patentes de los Estados Unidos 2833624, 4534952, 5895638, 6387344, 679427, 7771 y 7682592, y en las publicaciones de solicitudes de patentes de los Estados Unidos núm. 24/175322, Publ. núm. 23/31621, Publ. núm. 25/186131, Publ. núm. 27-116637 y la Publ. núm. 27-23778. El equipamiento e instrumentación de procesamiento requeridos son considerablemente menos extensivo que en los procesos de gran escalado descritos arriba, pero el consumo de reactivos es usualmente superior por unidad de dióxido de cloro producido.

En el proceso descrito arriba el dióxido de cloro es generado en un reactor sin ningún material compactado o similares.

La patente de Estados Unidos 267689 revela un proceso para la preparación de dióxido de cloro en el cual una solución de clorato y un agente reductor es preparado y luego de la adición de un agente espumante este es mezclado con ácido, mientras simultáneamente es soplada en aire, donde la espuma es obtenida. La espuma es introducida en el tope de una columna conteniendo cuerpos de relleno. En aras de expulsar cualquier dióxido de cloro disuelto un gas inerte puede ser soplado a través del líquido y la mezcla de gas es retirada en el fondo de la columna.

La patente de Estados Unidos 4886653 revela un proceso para producir una solución acuosa que contiene dióxido de cloro y cloro. El proceso comprende un mezclado de una primera corriente de reaccionante que contiene clorato de metales alcalinos y cloruro de metal alcalino y una segunda corriente reaccionante que contiene ácido sulfúrico en una zona de mezclado y elaborando la mezcla resultante en una cámara de reacción que puede ser llenada con material compactado en aras de proporcionar un mejor mezclado y disminuyendo la probabilidades de cualquier evolución de burbujas grandes del gas dióxido de cloro.

La patente de Estados Unidos 537635 revela un proceso para producir dióxido de cloro que comprende una alimentación continua de clorato de metales alcalinos, ácido sulfúrico y peróxido de hidrógeno como agente reductor en un reactor de pistón de flujo que comprende un conducto a través del cual el fluido fluye en una manera ordenada sin un elemento o fluido de adelantamiento o mezclado con cualquier otro elemento adelante o detrás, y formando de esta forma una corriente del proceso del pistón de flujo fluyendo a través del reactor.

Es un objetivo de la presente invención proporcionar un proceso para la producción de dióxido de cloro que es simple y no requiere equipos de procesamiento extensivo pero es aún eficiente con respecto al consumo de los reactivos de alimentación, particularmente bajo circunstancias cuando todos los parámetros del proceso por varias razones no pueden ser optimizados.

En conformidad con la invención, estos objetivos pueden ser encontrados con un proceso continuo para la producción de dióxido de cloro que contiene:

iones clorato de alimentación, peróxido de hidrógeno y un ácido en un reactor que comprende elementos empaquetados dentro;

reaccionando dichos iones clorato, peróxido de hidrógeno y un ácido en dicho reactor para formar una corriente de producto que contiene dióxido de cloro; y,

retirando dicha corriente de producto de dicho reactor.

Los reactivos de alimentación, es decir, iones clorato, el peróxido de hidrógeno y el acido, pueden ser alimentados en el reactor separadamente, parcialmente premezclados o completamente premezclados. Preferentemente estos se alimentan como una o más soluciones acuosas.

La alimentación con iones clorato puede ser en forma de al menos un clorato de metal alcalino, tal como, clorato de sodio, o ácido dórico. La temperatura de la alimentación que contiene el ion clorato puede ser por ejemplo de aproximadamente 1 a aproximadamente 1°C o de aproximadamente 2 a aproximadamente 8°C. La alimentación de ácido es preferentemente un ácido mineral tal como al menos uno de ácido sulfúrico, ácido clorhídrico, ácido nítrico, ácido dórico, ácido perclórico, ácido fosforoso o cualquier mezcla de estos, de los cuales el ácido sulfúrico es de máxima preferencia. Si el ácido incluye ácido dórico, parte o todo de los iones clorato de alimentación pueden ser originados del ácido dórico.

La relación molar H22 a CIO3' alimentada al reactores adecuadamente de aproximadamente.2:1 a aproximadamente 2:1, preferentemente de aproximadamente.5:1 a aproximadamente 1.5:1 o de aproximadamente.5:1 a aproximadamente 1:1. Usualmente es preferido que la relación molar de peróxido de hidrógeno a clorato sea al menos estequiométrica, por ejemplo al menos.5:1. Los clorato de metales alcalinos siempre contienen alguna impureza de cloruro, pero es completamente posible además alimentar más cloruros al reactor, tal como cloruro de metales o ácido clorhídrico. Sin embargo, con el fin de minimizar la formación de cloro es preferido mantener la cantidad de iones cloruro alimentados al reactor baja, de manera adecuada menos que aproximadamente.1, de preferencia menos que aproximadamente.1, con mayor preferencia menos que aproximadamente.5, con la máxima preferencia menos que aproximadamente.2 moles de iones cloruro por mol de iones clorato (que incluyen cloruro presente en el clorato como una impureza de la producción de este).

Si el ácido incluye ácido sulfúrico, este es preferentemente alimentado en cantidades de aproximadamente 1 a aproximadamente 8 kg de H2S4 o de aproximadamente 2 a aproximadamente 6 kg de H2S4 por kg de CI2 producido.

En el caso de que se use ácido sulfúrico como una alimentación al reactor, este tiene preferentemente una concentración de aproximadamente 6 a aproximadamente 98 % en peso o de aproximadamente 75 a aproximadamente 96 % en peso. La temperatura del ácido sulfúrico puede ser, por ejemplo, de aproximadamente a aproximadamente 8°C o de aproximadamente 1 a aproximadamente 6°C.

En una modalidad los cloratos de metales alcalinos y el peróxido de hidrógeno son alimentados al reactor como una solución acuosa premezclada, por ejemplo una composición como se describen en lapatente de Estados Unidos 7771. Tal composición puede ser una solución acuosa que comprende clorato de metales alcalinos, peróxido de hidrógeno y al menos una de un coloide protector, un eliminador de radicales o un agente formador de complejos basado en ácido fosfónico.

El ácido puede ser alimentado en el reactor separadamente o puede ser mezclado con el clorato y el peróxido de hidrógeno justo antes de entrar al reactor. En una modalidad una solución acuosa que comprende clorato de metales alcalinos y peróxido de hidrógeno es alimentada a través de una tobera o un ensamble de toberas mientras el ácido es alimentado a través de una segunda tobera o ensamble de toberas en dirección opuesta a la primera tobera o ensamble de toberas, tal como es descrito enla publicación de solicitud de patente de Estados Unidos núm. 24-175322. En otra modalidad una solución acuosa que comprende... [Seguir leyendo]

1. Un proceso continuo para la producción de dióxido de cloro que comprende:

- alimentar iones clorato, peróxido de hidrógeno y un ácido en un reactor que comprende elementos compactados dentro;

- reaccionar dichos iones clorato, peróxido de hidrógeno y ácido en dicho reactor para formar una corriente de producto que comprende dióxido de cloro; y,

- retirar dicha corriente de producto de dicho reactor.

2. El proceso como se reivindica en la reivindicación 1, en donde el reactor comprende elementos compactados arrojados aleatoriamente.

3. El proceso como se reivindica en la reivindicación 1, en donde el reactor comprende un empaque estructurado.

4. El proceso como se reivindica en la reivindicación 3, en donde el empaque estructurado comprende paredes divisorias.

5. El proceso como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en donde el reactor es un recipiente o tubo de flujo pasante, los iones clorato, el peróxido de hidrógeno y el ácido se alimentan en un primer extremo del reactor y la corriente de producto que comprende dióxido de cloro se retira en un segundo extremo de dicho reactor.

6. El proceso como se reivindica en la reivindicación 5, en donde el reactor está dispuesto verticalmente los iones clorato, el peróxido de hidrógeno y el ácido se alimentan por el extremo inferior del reactor y la corriente de producto que comprende dióxido de cloro se retira por el extremo superior de dicho reactor.

7. El proceso como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 5-6, en donde la longitud del reactor en la dirección de flujo es de aproximadamente 15 a aproximadamente 2 mm.

8. El proceso como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 5-7, en donde el reactor tiene un diámetro hidráulico de 25 a aproximadamente 6 mm.

9. El proceso como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 1-8, en donde los iones clorato se alimentan como clorato de metales alcalinos.

1. El proceso como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 1-9, en donde el ácido es ácido sulfúrico.

11. El proceso como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 1-1, en donde la cantidad de iones cloruro alimentados al reactor es menor que aproximadamente.1 moles de iones cloruro por mol de iones clorato, que incluyen cloruro presente en el clorato como una impureza de la producción de este.

12. El proceso como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 1-11, en donde la corriente de producto comprende líquido y gas.

13. El proceso como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 1-12, en donde la presión mantenida dentro del reactor es de aproximadamente 1 a aproximadamente 1 kPa absoluto.

14. El proceso como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 1-13, en donde la corriente de producto que comprende dióxido de cloro que se retira del reactor, que incluye cualquier líquido y gas en el mismo, se lleva a un eductor.

15. El proceso como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 1-13, en donde la corriente de producto que comprende dióxido de cloro que se retira del reactor, que incluye cualquier líquido y gas en el mismo, se lleva a un separador gas-líquido para obtener un gas que comprende dióxido de cloro.