Proceso para la producción de dióxido de cloro.

Un proceso para la producción continua de dióxido de cloro que comprende las etapas de forma continua de:

suministrar a un reactor un ácido, un agente reductor y un clorato de metal alcalino; reacción del clorato de metal alcalino con el ácido y el agente reductor para formar una corriente de producto que contiene dióxido de cloro y la sal del metal alcalino del ácido; y llevar dicha corriente de producto del reactor a una torre de absorción, donde entra en contacto con un flujo de agua para formar una solución acuosa que contiene dióxido de cloro.

Descripción Proceso para la producción de dióxido de cloro Campo de la invención La presente invención se refiere a un proceso para producir dióxido de cloro a partir de un clorato de metal alcalino, ácido y un agente reductor.

Antecedentes de la invención El dióxido de cloro se usa en diversas aplicaciones tales como blanqueo de pulpa, blanqueo de grasa, purificación del agua y la eliminación de la materia orgánica de los residuos industriales. Dado que el dióxido de cloro no es estable en almacenamiento, debe producirse en el lugar.

El dióxido de cloro se produce generalmente por reacción de un clorato de metal alcalino con un agente reductor en un medio de reacción acuoso. El dióxido de cloro puede ser retirado del medio de reacción como un gas, como en los procesos descritos en las patentes de Estados Unidos 5091166, 5091167 y en la patente EP 612686. El gas dióxido de cloro se puede entonces absorber en agua para formar una solución acuosa del mismo. Estos son preferentemente los procesos a gran escala que requieren extensivos equipos para procesos e instrumentación.

Para la producción de dióxido de cloro en unidades a pequeña escala, tales como para aplicaciones de purificación de agua o pequeñas plantas de blanqueo, es favorable no separar el dióxido de cloro del medio de reacción, sino para recuperar una solución que contiene dióxido de cloro directamente desde el reactor, opcionalmente después de la dilución con agua. Tales procesos se describen en las patentes de Estados Unidos 2833624, 4534952, 5895638, 6790427, en WO 00/76916, y en la publicación de la solicitud de patente núm. 2004/0175322 y la Publ. núm. 2003/0031621, y que en los últimos años se han convertido en comerciales. El equipo requerido de proceso y la instrumentación es mucho menos extensiva que en los procesos a gran escala descritos anteriormente. Sin embargo, todavía hay una necesidad de mejoras adicionales.

En los procesos a pequeña escala, ha sido difícil obtener soluciones con una alta concentración de dióxido de cloro tal como se desea para muchas aplicaciones, como el blanqueo de papel de reciclaje, blanqueo del bagazo, o blanqueo de la pulpa a pequeña escala.

Otro problema con los procesos existentes a pequeña escala para la producción de dióxido de cloro es que la concentración de dióxido de cloro del producto puede fluctuar dependiendo de la tasa de producción de dióxido de cloro.

Resumen de la invención Es un objeto de la invención proporcionar un procedimiento para la producción de dióxido de cloro que permita la producción directa de dióxido de cloro en una solución acuosa con una concentración alta de dióxido de cloro.

Es otro objeto de la invención proporcionar un procedimiento para la producción de dióxido de cloro que permita la producción directa de dióxido de cloro en una solución acuosa con una concentración de dióxido de cloro que puede 45 mantenerse constante independientemente de la tasa de producción de dióxido de cloro.

Es un objeto adicional de la invención proporcionar una nueva solución de dióxido de cloro de alta concentración.

Breve descripción de la invención 50 Sorprendentemente, se ha encontrado que es posible cumplir con estos objetos proporcionando un procedimiento para la producción continua de dióxido de cloro que comprende las etapas de forma continua:

suministrar a un reactor un ácido, un agente reductor y un clorato de metal alcalino; reacción del clorato del metal alcalino con el ácido y el agente reductor para formar una corriente de producto que contiene dióxido de cloro y la 55 sal del metal alcalino del ácido; y, llevar dicha corriente de producto del reactor a una torre de absorción, donde entra en contacto con un flujo de agua para formar una solución acuosa que contiene dióxido de cloro.

Se ha encontrado que llevando la corriente de producto a una torre de absorción es posible obtener una solución acuosa con una alta concentración de dióxido de cloro, preferentemente por encima de aproximadamente 3 g/litro, más 60 preferentemente por encima de aproximadamente 4 g/litro, sin una separación primaria del gas de dióxido de cloro del medio de reacción y luego absorber a este en agua. Cualquier especie soluble, tal como una sal de metal alcalino de los productos químicos de suministro de ácido sin reaccionar también se absorbe en la torre de absorción. La velocidad de flujo del agua a la torre de absorción, ya sea refrigerada o no, es preferentemente ajustable, de manera que la concentración de dióxido de cloro pueda mantenerse constante independientemente de la tasa de producción.

La solución acuosa obtenida en la torre de absorción puede tener una concentración de dióxido de cloro en un amplio intervalo, por ejemplo desde aproximadamente 0, 1 g/litro hasta aproximadamente 12 g/litro, preferentemente desde aproximadamente 3 g/litro hasta aproximadamente 10 g/litro, más preferentemente desde aproximadamente 4 g/litro hasta aproximadamente 8 g/litro. La concentración de clorato sin reaccionar en la solución acuosa, la cual es dependiente del grado de conversión, es adecuadamente por debajo de aproximadamente 0, 33 moles/mol de ClO2, preferentemente por debajo de aproximadamente 0.11 moles/mol de ClO2, o más preferentemente por debajo de aproximadamente 0, 053 moles/mol de ClO2. La concentración de la sal del metal alcalino es dependiente de la concentración de dióxido de cloro y es adecuadamente desde 0, 74 mmoles/litro hasta aproximadamente 59 mmoles/litro. El pH de la solución acuosa puede variar dentro de un amplio intervalo, parcialmente dependiente de la concentración de dióxido de cloro, desde aproximadamente 0, 1 hasta aproximadamente 1, preferentemente desde aproximadamente 0, 2 hasta aproximadamente 0, 8.

Por el término de torre de absorción como se usa en la presente se entiende cualquier columna o torre o similar, donde el gas se pone en contacto con un flujo de líquido para absorber compuestos solubles en el mismo. El gas y el líquido preferentemente fluyen a contracorriente. Dentro de la torre de absorción preferentemente están colocados dispositivos tales como placas o elementos de relleno para proporcionar superficies interfaciales donde la transferencia de masa entre el gas y el líquido puede tener lugar. Los ejemplos de elementos de relleno útiles incluyen anillos Raschig, sillas Berl, sillas Intalox etc. Los ejemplos de placas que pueden ser utilizados son placas de tamiz y las placas de burbuja recubiertas.

Preferentemente, un dispositivo de creación de una presión inferior a la atmosférica está conectado a la torre de absorción que lleva la corriente del producto, incluyendo cualquier líquido, espuma y gas en el mismo, para fluir en la torre de absorción. El gas no absorbido se retira de la torre de absorción por dicho dispositivo. Cualquier dispositivo comúnmente utilizado, tales como ventiladores, eductores, etc., se pueden usar, preferentemente un eductor. En el último caso, el eductor es suministrado con agua motriz, el cual puede estar provisto de un tanque de almacenamiento separado y una bomba que sólo sirve al eductor. El tanque de almacenamiento se ventila preferentemente de tal manera que el gas no absorbido del proceso se pueda eliminar.

El clorato del metal alcalino se suministra convenientemente al reactor como una solución acuosa. El metal alcalino puede ser, por ejemplo, sodio, potasio o mezclas de los mismos, de los cuales el más preferido es sodio. El ácido es preferentemente un ácido mineral tal como ácido sulfúrico, ácido clorhídrico, acido nítrico, ácido perclórico o mezclas de estos, de los cuales el ácido sulfúrico es el más preferido. Varios agentes reductores se pueden usar, por ejemplo, peróxido de hidrógeno, metanol, iones cloruro etc., de los cuales el más preferido es peróxido de hidrógeno. En este último caso en donde se usa peróxido de hidrógeno, la relación molar H2O2 a ClO3-suministrados al reactor es adecuadamente desde aproximadamente 0, 2:1 hasta aproximadamente 2:1, preferentemente desde aproximadamente 0, 5: 1 hasta aproximadamente 1, 5:1, lo más preferentemente desde aproximadamente 0, 5: 1 hasta aproximadamente 1:1. Los cloratos 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 se prefiere mantener la cantidad de iones cloruro suministrados al reactor baja, adecuadamente por debajo de aproximadamente 1% en moles, preferentemente por debajo de aproximadamente 0, 1% en moles, más preferentemente menos de aproximadamente 0, 05% en moles, más preferentemente menos... [Seguir leyendo]

1. Un proceso para la producción continua de dióxido de cloro que comprende las etapas de forma continua de: suministrar a un reactor un ácido, un agente reductor y un clorato de metal alcalino; reacción del clorato de metal alcalino con el ácido y el agente reductor para formar una corriente de producto que contiene dióxido de cloro y la sal del metal alcalino del ácido; y llevar dicha corriente de producto del reactor a una torre de absorción, donde entra en contacto con un flujo de agua para formar una solución acuosa que contiene dióxido de cloro.

2. Un proceso como el reivindicado en la reivindicación 1, en donde la solución acuosa que contiene dióxido de cloro tiene una concentración del mismo desde aproximadamente 4 hasta aproximadamente 12 g / l.

3. Un proceso como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2, en donde la concentración de ClO2 en la solución acuosa se mantiene sustancialmente constante independientemente de la tasa de 15 producción de dióxido de cloro mediante el ajuste del flujo de agua a la torre de absorción

4. Un proceso como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde el gas no absorbido desde la torre de absorción se retira mediante un eductor, creando una presión sub-atmosférica en el reactor y la torre de absorción

5. Un proceso como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde el reactor se opera a una presión desde aproximadamente 30 hasta aproximadamente 100 kPa.

6. Un proceso como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en donde el ácido es ácido sulfúrico.

7. Un proceso como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en donde el agente reductor es peróxido de hidrógeno.

8. Un proceso como el reivindicado en la reivindicación 7, en donde el clorato de metal alcalino y el peróxido de 30 hidrógeno se suministran al reactor en forma de una solución acuosa premezclada.

9. Un proceso como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en donde el reactor es un recipiente de flujo continuo o una tubería.

10. Un proceso como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 8 o 9, en donde el ácido, el clorato de metal alcalino y el agente reductor se suministran cerca de un extremo del reactor, mientras que la corriente de producto se retira en el otro extremo del reactor.

11. Un proceso como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en donde la corriente de 40 producto del reactor que contiene dióxido de cloro comprende líquido, espuma y gas.

12. Una solución acuosa que comprende de aproximadamente 4 a aproximadamente 12 g/litro de dióxido de cloro y de aproximadamente 1, 1 a aproximadamente 3, 8 moles de sulfato por mol de ClO2, y en donde el pH de dicha solución acuosa es desde aproximadamente 0, 1 hasta aproximadamente 1.