Procedimiento de producción de hipoclorito y electrolizador de agua de mar relacionado con implementación antiincrustaciones.

Procedimiento de electrólisis de agua de mar o de un agua salina equivalente,

para producir en ella hipoclorito en, como mínimo, un electrolizador, que presenta una serie de ánodos (A1, A3,... A7) y cátodos (C1, C3,... C7) planos, en posición vertical e intercalados con espacios, que definen unos espacios de separación interelectródicos entre ellos y constituyen un conjunto de bloque multielectródico (figura 4A, figura 4B) contenido dentro de una carcasa tubular (1) del electrolizador, a lo largo de la cual dicha agua de mar o agua salina equivalente se hace fluir a un determinado caudal, que comprende la etapa de expulsar intermitentemente, a través de una serie de boquillas (9t, 9b) dispuestas a intervalos regulares a lo largo de toda la longitud de, como mínimo, el lado superior de dicho conjunto de bloque, chorros de agua de mar o de agua salina equivalente sometidos deliberadamente a presión, dirigidos hacia dichos espacios de separación interelectródicos, ortogonalmente y/o con una inclinación respecto a la dirección del flujo de agua de mar o agua salina equivalente que se hace fluir dentro de dicha carcasa tubular (1) a través de dichos espacios de separación interelectródicos, a fin de perturbar el flujo laminar dentro de la misma; controlándose de forma programable la duración y la frecuencia de eyección en función de las condiciones de funcionamiento y de la calidad del agua salina procesada.

Procedimiento de producción de hipoclorito y electrolizador de agua de mar relacionado con implementación antiincrustaciones SECTOR TÉCNICO

La presente descripción se refiere, en términos generales, a la generación de hipoclorito electrolítico en soluciones salinas diluidas impuras, tales como agua de mar, y particularmente a un procedimiento y una implementación para contrarrestar la acumulación de incrustaciones sobre los electrodos y otras superficies del interior del electrolizador.

ESTADO DE LA TÉCNICA

La electrólisis de agua de mar se utiliza habitualmente para la producción directa de hipoclorito, con el fin de prevenir la bioincrustación y el crecimiento de incrustaciones en sistemas de refrigeración, lastres de agua y similares.

En el contexto de la presente memoria, aunque se hace referencia genéricamente al agua de mar, debe entenderse que la descripción de los problemas y de la solución encontrada se pueden igualmente aplicar, mutatis mutandis, a soluciones salinas diluidas equivalentes que contienen cloruro sódico, además de otras sales e impurezas de tipo orgánico y/o inorgánico, tales como masas de agua salobre de origen natural o masas de agua presentes en zonas urbanas densamente pobladas, etc.

Este procedimiento, que es mucho más seguro y económico que la introducción de cloro gaseoso en el circuito de refrigeración de agua de mar, plantea problemas relacionados con las impurezas y sustancias disueltas presentes en el agua de mar. Se sabe que el agua de mar contiene, además de cloruro sódico, que es el material de partida para la producción de hipoclorito, muchos otros iones que interfieren en el proceso. Las reacciones fundamentales que tienen lugar cuando fluye una corriente continua a través del agua de mar presente en el electrolizador (a menudo denominado también con el nombre funcional electroclorador) son las siguientes:

en el ánodo: generación de cloro 2Cl - Cl2+2e -1)

en el cátodo: generación de hidrógeno y formación de iones hidróxido 2H2O + 2e - 2OH -+H2 2)

en el espacio interelectródico: interacción entre el cloro y los iones hidróxido, generándose hipoclorito Cl2 + 2OH - H2O+ClO -+Cl -3)

Las burbujas de hidrógeno que se forman dentro del electrolizador y que son transportadas por la corriente de agua terminan saliendo a la superficie en un recipiente de almacenamiento de la solución que contiene hipoclorito y se diluye en una corriente de aire que lo libera constantemente a la atmósfera.

El hipoclorito tiene un efecto oxidante y esterilizante específico, y regenera el ion cloruro original cuando entra en contacto con sustancias orgánicas o por efecto de la luz, del calor o de iones fácilmente oxidables, por lo que no deja residuos nocivos en el agua de mar tras el proceso de esterilización.

Desafortunadamente, en el ánodo, el cátodo y la solución de electrolito (agua de mar) tienen lugar numerosas reacciones químicas no deseadas, pudiéndose leer un exhaustivo análisis de las mismas en el documento US-4.488.945, aunque dicho documento se centra casi exclusivamente en las transformaciones electroquímicas y químicas derivadas de reacciones anódicas parasitarias y de los consiguientes mecanismos de desactivación de los ánodos metálicos. La descripción pertinente se incorpora al presente documento por referencia expresa.

En las aguas costeras están presentes, habitual u ocasionalmente, muchos otros iones. Pueden encontrarse calcio, magnesio, yodo, bromo, azufre y muchos iones de metales pesados. En particular, el calcio y el magnesio están presentes en cantidades relativamente grandes en el agua de mar, y provocan una considerable acumulación de incrustaciones en la superficie de los electrodos polarizados negativamente y otras superficies. Habitualmente, dichas incrustaciones son porosas y no interfieren en el funcionamiento normal de la celda, pero su rápido crecimiento las hace cada vez más compactas, con lo que provocan un aumento de la tensión de trabajo de la celda, con la consiguiente pérdida de energía eléctrica.

En la figura 1 se representa una arquitectura comúnmente preferente del electrolizador para una planta de electrocloración. Una carcasa tubular contiene un conjunto de ánodos y cátodos planos intercalados con espacios, que definen espacios de separación interelectródicos entre ellos, componiendo en la práctica una multiplicidad de

celdas electrolíticas, eléctricamente paralelizadas (4 celdas en paralelo) en una dirección transversal y serializadas (5 celdas en serie) en la dirección longitudinal de la carcasa tubular del electrolizador, conectado a una fuente de CC a través de un conector positivo y un conector negativo en los extremos opuestos de la carcasa tubular.

En particular, el crecimiento de las incrustaciones en el espacio interelectródico dificulta cada vez más la correcta distribución del flujo de agua de mar entre las superficies planas contrapuestas de los electrodos de placa metálica, hasta el punto de que obstruyen completamente el conjunto de electrodos del electrolizador.

Tal como puede observarse en la fotografía de la figura 2, una incrustación excesiva, si no se controla a tiempo, tiende a progresar de forma exponencial y puede doblar los electrodos de placa metálica y, en última instancia, provocar chispas eléctricas e incluso cortocircuitos destructivos, fenómenos que pueden verse favorecidos asimismo por un proceso concurrente de deposición galvánica de metales.

Habitualmente, cada fase de lavado con ácido dura de 3 a 5 horas, con la consiguiente pérdida de producción además del coste del ácido (generalmente HCl) , el tratamiento/eliminación de la solución residual y los costes de gestión de los riesgos.

Incluso un proceso de prepurificación bruta del agua de mar que debe pasar a través del electrolizador resultaría totalmente antieconómico, dado que el volumen de agua de mar tratado está comprendido habitualmente entre 400 y 1.000 litros por kg de cloro generado en el ánodo.

Por consiguiente, deben llevarse a cabo frecuentes lavados con ácido del conjunto de electrodos a fin de eliminar las incrustaciones y depósitos de metal acumulados. Dependiendo de la salinidad del agua de mar, el caudal, la densidad de corriente y el estado de los electrodos, el intervalo de tiempo entre estas operaciones de mantenimiento programadas puede llegar a ser de solo 10-25 días.

La patente US-4.248.690-A da a conocer un electrolizador de salmueras naturales y sintéticas para la producción de soluciones de hipoclorito, que presenta particiones aislantes de disco para separar las celdas de una sucesión de celdas dispuestas eléctrica e hidráulicamente en serie. Dichas particiones presentan una serie de orificios de pasaje de la salmuera y una segunda serie de orificios a una elevación más alta que la superficie libre de la salmuera que fluye a fin de comunicar los espacios de recogida de gas de la parte superior de cada celda con una boquilla común de salida de gas. Cuando se suministra una salmuera sintética concentrada, se introduce agua de dilución en la parte inferior de cada celda a través de un colector de distribución.

La solicitud publicada US-2010/005477-A1 da a conocer una planta de tratamiento multietapa de aguas residuales para disminuir los compuestos que contribuyen al nitrógeno total, tales como el nitrógeno amoniacal, el nitrógeno de ácido nitroso, el nitrógeno de nitrato, etc., que incluye un recipiente de tratamiento electrolítico de los residuos líquidos, con una composición indefinida pero generalmente compleja, que incluye surfactantes y que también puede incluir o no cloruros. Una ducha de múltiples boquillas suspendida en el recipiente de electrólisis, por encima de la cámara de rebose y de los bordes sumergidos de las placas de los electrodos, que definen una trayectoria de flujo en zigzag de los residuos líquidos, y durante el proceso de electrólisis, rocía la superficie del líquido a fin de romper y contrarrestar la formación de espumas y burbujas persistentes sobre la superficie del líquido debido a la presencia de surfactantes en el agua residual. Dicha ducha también resulta útil para lavar periódicamente los electrodos después de detener el procesamiento y vaciar el recipiente.

OBJETIVO Y CARACTERÍSTICAS DE LA INVENCIÓN

El objetivo del presente solicitante era encontrar una forma viable de disminuir la frecuencia y/o la duración de los períodos de inactividad periódicos de una planta de electrocloración, necesarios para llevar a cabo un lavado eficaz con ácido del interior del electrolizador tras un período de funcionamiento, así como reducir el consumo de ácido y los costes energéticos asociados... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de electrólisis de agua de mar o de un agua salina equivalente, para producir en ella hipoclorito en, como mínimo, un electrolizador, que presenta una serie de ánodos (A1, A3, A7) y cátodos (C1, C3, ... C7) planos, 5 en posición vertical e intercalados con espacios, que definen unos espacios de separación interelectródicos entre ellos y constituyen un conjunto de bloque multielectródico (figura 4A, figura 4B) contenido dentro de una carcasa tubular (1) del electrolizador, a lo largo de la cual dicha agua de mar o agua salina equivalente se hace fluir a un determinado caudal, que comprende la etapa de expulsar intermitentemente, a través de una serie de boquillas (9t, 9b) dispuestas a intervalos regulares a lo largo de toda la longitud de, como mínimo, el lado superior de dicho 10 conjunto de bloque, chorros de agua de mar o de agua salina equivalente sometidos deliberadamente a presión, dirigidos hacia dichos espacios de separación interelectródicos, ortogonalmente y/o con una inclinación respecto a la dirección del flujo de agua de mar o agua salina equivalente que se hace fluir dentro de dicha carcasa tubular (1) a través de dichos espacios de separación interelectródicos, a fin de perturbar el flujo laminar dentro de la misma; controlándose de forma programable la duración y la frecuencia de eyección en función de las condiciones de funcionamiento y de la calidad del agua salina procesada.

2. Procedimiento, según la reivindicación 1, en el que el líquido que se expulsa se encuentra a una presión comprendida entre 5 N/m2 y 10 N/m2.

3. Procedimiento, según la reivindicación 1, en el que la relación entre el caudal acumulado de eyección a través de dicha serie de boquillas (9t, 9b) y el caudal de dicho flujo forzado está comprendida entre 0, 2 y 0, 6.

4. Procedimiento, según la reivindicación 1, en el que dichos chorros dirigidos al interior de dichos espacios de separación interelectródicos son expulsados simultáneamente desde arriba y desde debajo de dicho conjunto de 25 bloque (figura 4A, figura 4B) en puntos espaciados a lo largo de dicha carcasa tubular (1) .

5. Sistema electrolizador para la electrólisis de agua de mar o de un agua salina equivalente, destinado a producir hipoclorito, presentando dicho electrolizador una serie de ánodos (A1, A3, A7) y cátodos (C1, C3, ... C7) planos, en posición vertical e intercalados con espacios, que definen espacios de separación interelectródicos entre ellos y constituyen un conjunto de bloque multielectródico (figura 4A, figura 4B) contenido dentro de una carcasa tubular (1) del electrolizador, a lo largo de la cual dicha agua de mar o agua salina equivalente se hace fluir a un determinado caudal, que comprende:

medios para desviar y someter a presión a parte del agua de mar o agua salina equivalente entrante que pretende 35 electrolizarse;

tubos de distribución (8t, 8b) de dicha parte de agua de mar o agua salina equivalente entrante sometida a presión que pretende electrolizarse, que se extiende dentro de dicha carcasa tubular (1) , respectivamente, por encima y por debajo de dicho conjunto de bloque multielectródico (figura 4A, figura 4B) ;

series de boquillas espaciadas (9t, 9b) acopladas a dichos tubos de distribución (8t, 8b) a lo largo de toda la extensión de dicho conjunto de bloque de electrodos dispuesto en el interior de dicha carcasa tubular (1) , dirigidas hacia dichos espacios de separación interelectródicos, ortogonalmente y/o con una inclinación respecto a la dirección del flujo de agua de mar o agua salina equivalente que se hace fluir dentro de la carcasa;

medios de control adaptados a la eyección intermitente de chorros energéticos de dicha parte de agua de mar o agua salina equivalente entrante sometida a presión a través de dicha serie de boquillas, con una duración y una frecuencia programables.