Sistema de generación electroquímica de hipoclorito.

Sistema para la generación electroquímica de hipoclorito, que comprende:

- una cámara de dosificación de una solución de cloruro alcalino;

- una celda electrolítica no dividida, equipada con al menos un par de electrodos que comprenden un sustrato de metal válvula y al menos dos capas catalíticas superpuestas de distinta composición, alimentada con dicha solución de cloruro alcalino que procede de dicha cámara de dosificación;

- medios para la aplicación de una corriente eléctrica con polarización alterna en ciclos predefinidos entre dichos electrodos de dicho par;

- un sensor para medir la diferencia de potencial entre dichos electrodos de dicho par conectado a un dispositivo de alerta;

- al menos un recipiente de recolección para la solución de hipoclorito que procede de dicha celda electrolítica;

- un procesador programado para controlar y comprobar la dosificación y la dilución opcional de dicha solución de cloruro alcalino, su electrólisis dentro de dicha celda electrolítica a una densidad de corriente predefinida y durante un tiempo predefinido, la descarga de la solución electrolizada al interior de dicho recipiente de recolección, la comparación de la medida de la diferencia de potencial llevada a cabo por dicho sensor con una serie de valores críticos en función de la concentración de la solución electrolizada y de la densidad de corriente aplicada, la activación de dicho dispositivo de alerta cuando dicha diferencia de potencial sea superior al valor crítico correspondiente.

Sistema de generación electroquímica de hipoclorito Campo de la invención

La invención se refiere a un sistema de generación electroquímica de hipoclorito.

Antecedentes de la invención

La producción electrolítica de hipoclorito a partir de salmueras diluidas de cloruros de metales alcalinos, por ejemplo, de hipoclorito sódico mediante electrólisis de una solución acuosa de cloruro sódico o de agua de mar, es uno de los procesos más habituales en el dominio de la electroquímica industrial. La producción de hipoclorito siempre va acompañada por la generación de diversos subproductos que se derivan de la oxidación de cloruros (en general, agrupados con el nombre de "cloros activos") y en algunos casos de especies oxigenadas tales como peróxidos, la mayoría de las cuales tienen un tiempo de vida muy limitado; en aras de abreviar, en el presente documento todos esos productos en solución acuosa, la mayoría de los cuales consisten en hipoclorito de un metal alcalino y ácido hipocloroso en una relación que depende principalmente del pH, se indican como hipoclorito. En muchas aplicaciones es precisamente la labilidad intrínseca y la corta vida de almacenamiento de unas pocas especies muy activas las que hacen atractiva la producción in situ de hipoclorito, permitiendo un uso inmediato de la solución producto. Esto es especialmente cierto en el campo médico/hospitalario (esterilización de gasas o material quirúrgico), en la industria hospitalaria/de servicios (desinfección de tejido blanco, pre-tratamiento de agua suministrada a duchas y sanitarios), en alimentos y bebidas (tratamiento y envasado de productos alimentarios sólidos y líquidos), en lavandería y en la industria agrícola y de la carne. En muchos de estos entornos sería deseable disponer de un sistema de generación de hipoclorito listo para su uso, tan flexible como sea posible para ser capaz de responder a diferentes necesidades con un único dispositivo. Por ejemplo, en el campo de la agricultura industrial, podría requerirse hipoclorito a diferentes volúmenes y concentraciones para la desinfección de la maquinaria relevante o para el tratamiento de la piel de los animales, e igualmente en un entorno hotelero se podrían usar soluciones de hipoclorito diferentes para el blanqueamiento de la ropa o para la desinfección del agua destinada a duchas y sanitarios; por tanto sería útil proporcionar un dispositivo que permita ajustar las características del producto necesario de acuerdo con las necesidades del momento. La forma más simple y efectiva de producir hipoclorito electroquímicamente es la electrólisis en celdas de tipo no divididas, con electrodos de diversas formas y geometrías, por ejemplo, con electrodos planos intercalados. En una celda electrolítica, la producción de hipoclorito tiene lugar mediante la oxidación anódica de cloruro, con el desprendimiento simultáneo de hidrógeno en el cátodo; cuando la solución de cloruro que se somete a electrólisis contiene cantidades importantes de iones de calcio o magnesio, como en el caso de la cloración de aguas públicas, la alcalinización natural del electrolito en las proximidades de la superficie del cátodo provoca la precipitación local de carbonato, que tiende a desactivar los cátodos y obliga a ponerlos fuera de servicio después de algún tiempo. Entre las diversas soluciones propuestas para evitar este problema, una muy eficaz consiste en someter los electrodos a la inversión cíclica de potenciales, alternando su uso como cátodos y como ánodos. De esta forma, el depósito de carbonato que precipita sobre la superficie de un electrodo durante una operación catódica se disuelve durante la operación siguiente como ánodo, cuando el entorno de reacción tiende a acidificarse. Puesto que la reacción de desprendimiento de hidrógeno tiene lugar a un potencial suficientemente moderado sobre muchos materiales metálicos, los electrodos de un electroclorador que tienen que trabajar en polarización electródica alterna se activan con un catalizador diseñado para maximizar la eficiencia de la reacción anódica más crítica de generación de hipoclorito. El funcionamiento de los electrodos en condiciones de polarización alterna permite trabajar con una buena eficiencia mientras la superficie del electrodo se mantiene suficientemente limpia de depósitos insolubles; no obstante, la operación catódica con desprendimiento de hidrógeno de las configuraciones del electrodo de este tipo entraña una vida útil operativa subóptima, debido a que la adhesión del recubrimiento al sustrato tiende a verse dificultada en estas condiciones. El mecanismo de desactivación de este tipo de electrodos, fundamentalmente debido al desprendimiento de la capa catalítica del sustrato, provoca un fallo repentino sin ningún signo premonitorio significativo. Para prevenir serios inconvenientes, con frecuencia se lleva a cabo una estimación de tipo estadístico de la vida útil residual de los electrodos en una celda, para así proceder a su sustitución antes de que se produzca un fallo rápido e irreversible. Puesto que la desactivación de los electrodos que trabajan en este tipo de condiciones operativas se ve afectada por varios factores, su variabilidad es bastante elevada, y mantener un margen de seguridad suficiente implica la sustitución de electrodos que podrían haber estado funcionando durante un tiempo residual significativo. Dicha variabilidad, que también es elevada de por sí para células que funcionan en condiciones de trabajo constantes, se vuelve casi incontrolable para celdas sometidas a ciclos de trabajo en condiciones siempre cambiantes, para ser capaz de fabricar rápidamente soluciones de hipoclorito de volúmenes y concentraciones variables de acuerdo con las diferentes necesidades. En este caso, ni siquiera es demasiado útil una recolección de datos históricos importantes sobre muchas celdas a la hora de predecir el tiempo de vida útil residual de los electrodos, que depende enormemente del tipo de solicitación al que hayan sido sometidos, afectada a su vez por las necesidades operativas del usuario individual.

Así, se ha puesto de manifiesto la necesidad de proporcionar un nuevo sistema de generación electroquímico de hipoclorito caracterizado por una flexibilidad de uso mejorada y al mismo tiempo por la posibilidad de predecir la

desactivación de los electrodos y la necesidad consecuente de programar con cierta antelación la intervención para su sustitución.

Resumen de la invención

Diversos aspectos de invención se exponen en las reivindicaciones acompañantes.

En una realización, un sistema para la generación electroquímica de hipoclorito comprende una cámara de dosificación de una solución de cloruro alcalino, por ejemplo una solución de cloruro sódico a una concentración predefinida introducida en una celda de electrólisis no dividida, equipada con uno o más pares de electrodos que comprenden un sustrato de metal válvula activado con dos capas catalíticas superpuestas de distinta composición, medios para la aplicación de corriente eléctrica con polarización alterna en ciclos predefinidos entre los dos electrodos de cada par, un sensor para medir la diferencia de potencial entre los dos electrodos de cada par conectado a un dispositivo de alerta, un recipiente de recolección para la solución de hipoclorito a la salida de la celda de electrólisis, un procesador programado para controlar y comprobar:

- la dosificación y la dilución opcional de la solución de cloruro alcalino;

- su electrólisis dentro de la celda electrolítica a una densidad de corriente predefinida y durante un tiempo predefinido;

- la descarga de la solución electrolizada en el interior del recipiente de recolección;

- la comparación de la medida de la diferencia de potencial realizada por el sensor con una serie de valores críticos en función de la concentración de la solución electrolizada y de la densidad de corriente aplicada;

- la activación del dispositivo de alerta cuando dicha diferencia de potencial sea más elevada que el valor crítico correspondiente.

En este documento, la palabra "procesador" designa un dispositivo genérico programable adecuado para realizar las mediciones y regulaciones descritas anteriormente. El uso de electrodos que comprenden dos capas catalíticas superpuestas de distinta composición puede tener la ventaja de permitir llevar a cabo el proceso, para una serie determinada de parámetros operativos, a un primer nivel de tensión en la celda hasta que la capa más externa todavía esté presente y funcionando y a un segundo nivel de tensión de celda hasta el momento en el que la capa catalítica más externa se agote o se desprenda por el uso. En una realización, las capas catalíticas... [Seguir leyendo]

1. Sistema para la generación electroquímica de hipoclorito, que comprende:

- una cámara de dosificación de una solución de cloruro alcalino;

- una celda electrolítica no dividida, equipada con al menos un par de electrodos que comprenden un sustrato de metal válvula y al menos dos capas catalíticas superpuestas de distinta composición, alimentada con dicha solución de cloruro alcalino que procede de dicha cámara de dosificación;

- medios para la aplicación de una corriente eléctrica con polarización alterna en ciclos predefinidos entre dichos electrodos de dicho par;

- un sensor para medir la diferencia de potencial entre dichos electrodos de dicho par conectado a un dispositivo de alerta;

- al menos un recipiente de recolección para la solución de hipoclorito que procede de dicha celda electrolítica;

- un procesador programado para controlar y comprobar la dosificación y la dilución opcional de dicha solución de cloruro alcalino, su electrólisis dentro de dicha celda electrolítica a una densidad de corriente predefinida y durante un tiempo predefinido, la descarga de la solución electrolizada al interior de dicho recipiente de recolección, la comparación de la medida de la diferencia de potencial llevada a cabo por dicho sensor con una serie de valores críticos en función de la concentración de la solución electrolizada y de la densidad de corriente aplicada, la activación de dicho dispositivo de alerta cuando dicha diferencia de potencial sea superior al valor crítico correspondiente.

2. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1 que comprende un dispositivo selector externo para variar la concentración y/o el volumen de la solución producto en función del uso necesario de una forma continua o discreta.

3. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1 en el que dicho procesador está programado para reconocer la inserción y el tipo de dicho al menos un recipiente de recolección y para ajustar al menos un parámetro seleccionado entre el volumen y la concentración salina de la solución a introducir en dicha celda electrolítica, la densidad de corriente y la duración de la electrólisis.

4. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1 en el que la dosificación y la dilución opcional de dicha solución de cloruro alcalino introducida en dicha celda electrolítica no dividida se puede ajustar mediante dicho procesador para así obtener una concentración de cloruro alcalino de 2 a 3 g/l sobre un volumen total de 1 a 1 mi.

5. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1 en el que los parámetros de dicha electrólisis se pueden ajustar mediante dicho procesador para así obtener una concentración de cloro activo de 5 mg/l a 1 g/l en un tiempo de 3 segundos a 3 minutos a una densidad de corriente de 1 a 25 A/m2.

6. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1 en el que los parámetros de dicha electrólisis se pueden ajustar mediante dicho procesador para así obtener una concentración de cloro activo de 5-2 mg/l con una concentración de NaCI residual de 8-1 g/l.

7. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1 en el que dicho medio para la aplicación de corriente eléctrica con polarización alterna invierte la polaridad de los electrodos de dicho par en cada ciclo de producción.

8. El sistema de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que dichas al menos dos capas catalíticas superpuestas de composición distinta comprenden una capa interna que contiene óxidos de iridio, rutenio y un metal válvula seleccionado entre tántalo y niobio y una capa externa que contiene una mezcla de óxidos de iridio, rutenio y titanio.

9. El sistema de acuerdo con la reivindicación 8 en el que el contenido global de iridio y rutenio expresado en forma de metales es de 2-5 g/m2 en dicha capa interna y superior a 7 g/m2 en dicha capa externa.