BRPI0710338A2 - sistema de geração eletroquìmica para produzir gás de cloro, naoh e solução de hipoclorito de sódio e processo para produzir eletroliticamante gás de cloro, naoh e opcionalmente um hipoclorito de sódio - Google Patents

Abstract

SISTEMA DE GERAçãO ELETROQUìMICA PARA PRODUZIR GáS DE CLORO, NaOH E SOLUçAO DE HIPOCLORITO Dê SóDIO E PROCESSO PARA PRODUZIR ELETROLITICAMENTE GAS DE CLORO, NaOH E OPCIONALMENTE UM HIPOCLORITO DE SóDIO. A presente invenção relaciona-se com um novo processoeletroquímico económico e no local baseado em células de membrana com a capacidade de produzir hipoclorito de sódio de alta potência e/ou gás de cloro elementar em qualquer razão como requerido pelas necessidades de uma instalação de tratamento de água ou de águas residuais. O sistema é compacto e modular, usando eletrolizadores baseados em células de membrana e utilizando novas modificações do processo e sensores para permitir o controle não assistido e operação segura do processo. O processo permite o operador produzir gás de cloro elementar e hipoclorito de sódio em qualquer razão de produtos, tal que 5% a 100% do cloro total produzido pelo processo possam ser convertidos para alvejante de alta potência. O processo tem a flexibilidade para produzir soluções de hipoclorito de sódio de baixa a alta potência, de alta qualidade, estáveis, em concentrações variando de cerca de 2 a 15% comercial como NaOCl.

Description

"SISTEMA DE GERAÇÃO ELETROQUÍMICA PARA PRODUZIR GÁS DECLORO, NaOH E SOLUÇÃO DE HIPOCLORITO DE SÓDIO E PROCESSOPARA PRODUZIR ELETROLITICAMENTE GÁS DE CLORO, NaOH EOPCIONALMENTE UM HIPOCLORITO DE SÓDIO".

Campo da invenção

A presente invenção relaciona-se geralmente com umprocesso para a geração eletroquímica de cloro elementare hidróxido de sódio usando cloreto de sódio como umamatéria-prima, especificamente usando tecnologia baseadaem células de membrana. A invenção adicionalmenterelaciona-se geralmente com a geração eletroquímica dehipoclorito de sódio de alta potência ou alvejante apartir destes produtos, o qual pode ser usado, porexemplo, em instalações de tratamento de água potável ede águas residuais para desinfecção e oxidação.Antecedentes da invenção

Instalações comerciais baseadas em células de membranacloro-alcalina são eficientes para produzir cloroelementar e hidróxido de sódio e co-produtos, tais comohidrogênio e hipoclorito de sódio para venda comercial.Entretanto, o transporte e armazenagem de cloro elementarlíquido via carros-tanques ou em cilindros de umatonelada até o ponto de uso em locais dos consumidoresestá crescentemente se tornando uma preocupação desegurança pública. Acidentes de transporte por ferroviatêm ocorrido em áreas populosas na liberação nãointencional e algumas vezes fatal do gás de cloroelementar pressurizado. Em adição, a armazenagem no localde líquido/gás de cloro elementar pressurizado requermodificações custosas para facilitar garantir acessoseguro e para instalar depuradores cáusticosespecificamente projetados para neutralizar liberaçõesnão intencionais de gás de cloro. Estações de tratamentode água e de águas residuais foram convertidas para o usode hipoclorito de sódio, uma alternativa segura paracloro elementar pressurizado. A liberação e armazenagem agranel de hipoclorito de sódio de alta potência, bem comoa geração de hipoclorito de sódio no local a partir desal está crescentemente se tornando a prática padrão parainstalações de águas.

Hipoclorito de sódio comercial de alta potência étipicamente fornecido em uma faixa de concentração de 10%a 15% comercial para reduzir os custos de despacho emanuseio. Nos últimos 15 anos, melhorias na tecnologia eeconomias no processo evoluíram até um ponto onde ageração eletroquímica no local de hipoclorito de sódio dealta potência é uma alternativa economicamente viávelpara cloro elementar pressurizado e para quantidades agranel fornecidas comercialmente de hipoclorito de sódiode alta potência. Nestes sistemas de pacotes menores, ocloreto de sódio se torna a matéria-prima primáriafornecida para o local onde ela é convertida para umproduto de solução de hipoclorito de sódio.Uma das tecnologias de hipoclorito de sódio eletroquímicono local que está presentemente disponível gera umasolução de produto de hipoclorito de sódio a 0,8% em pesousando uma solução de alimentação de cloreto de sódiodiluído e um projeto de célula eletroquímica que nãoincorpora separador entre os eletrodos do ânodo e cátododo eletrolizador. Os produtos da reação a partir doseletrodos são permitidos a se misturar entre si paraproduzir uma solução de produto de hipoclorito de sódiofraca. Neste tipo de sistema, somente 20-30% do sal nasolução de alimentação de cloreto de sódio sãoconvertidos para hipoclorito de sódio, com o sal nãoreagido permanecendo no produto da solução de hipocloritode sódio. Uma deficiência significativa associada comesta tecnologia é a quantidade de armazenagem requeridapara o produto da solução diluída (se comparado comhipoclorito de sódio de alta potência) bem como o altoteor de sal do produto da solução de hipoclorito desódio.

Em vista do acima, seria benéfico desenvolver um sistemaque (a) elimine a necessidade de transportar cloroelementar líquido, (b) reduza a necessidade de grandescapacidades de armazenagem de hipoclorito de sódio, e (c)reduza, se não eliminar, a adição de qualquer sal dematéria-prima não reagida no produto de hipoclorito de sódio.

Sumário resumido da invenção

A presente invenção provê um novo processo baseado emcélulas de membrana eletroquímica capaz de prover umarazão variável de gás de cloro para hipoclorito de sódio(p.ex., solução de hipoclorito de sódio de alta potência)como requerido pelas necessidades de processo do usuário.

A presente invenção também provê um novo sistema degeração eletroquímica que é compacto, de construçãomodular, usa eletrolizadores baseados em células demembrana, e utiliza características de processo esensores para permitir o controle e operação do processo.

Descrição resumida dos desenhos

A fig. 1 mostra um diagrama de fluxo de processo de umexemplo dos módulos A, B, C, e H da presente invenção;

A fig. 2 mostra um diagrama de fluxo de processo de umexemplo dos módulos D, E, F, e G da presente invenção; e

A fig. 3 mostra um diagrama de fluxo de processo dapresente invenção tendo múltiplos pontos de aplicação degás de cloro.

Descrição detalhada da invenção

A tecnologia alternativa de hipoclorito de sódioeletroquímico no local configurada na presente invenção ébaseada em tecnologia de células de membrana cloro-alcalina que produz gás de cloro elementar em ou abaixode uma atmosfera e hidróxido de sódio muito puro comodois co-produtos que podem ser reagidos entre si paraproduzir um produto de hipoclorito de sódio de altapotência ou concentrado. Este tipo de tecnologia, emboraconsiderada tecnologia do estado da arte em instalaçõescloro-alcalinas novas de grande escala, não foidesenvolvida anteriormente para produção no local (p.ex.,em pequena escala). Para comercializar esta tecnologiaefetivamente para a geração no local de hipoclorito desódio, o processo deve estar em uma máquina fabricadaeconomicamente, compacta, com controles automatizadosprojetados para a operação não assistida e sersuficientemente eficiente e versátil em sua geração deprodutos de solução para ser econômica para operar. Avantagem da presente invenção e do sistema de geração queela emprega é que ele pode produzir hipoclorito de sódiode alta potência no ou em vizinhança próxima de o pontode uso, que é idêntico se não melhor em qualidade aprodutos de hipoclorito de sódio a granel fornecidocomercialmente. Em adição, ela requer menor armazenagemde solução no local quando comparada com os requisitos dearmazenagem de soluções de hipoclorito de sódio diluídase está livre (isto é, 0%) de qualquer sal a partir dasalmoura de alimentação que está tipicamente presente nosprodutos de solução de hipoclorito de sódio a 0,8%.Em uma configuração, a presente invenção provê um novosistema de geração eletroquímica, compreendendo: quatromódulos de processo interligados, compreendendo: (a) ummódulo de produção de salmoura (p.ex., onde cloreto desódio de alta pureza é dissolvido para produzir umasolução de salmoura concentrada); (b) uma unidade deamolecimento de salmoura (p.ex., onde a dureza da soluçãode salmoura de cloreto de sódio saturada é eficientementereduzida por resinas de troca iônica quelantes (p.ex.,para menos que 8 0 ppb de dureza total calculada comocálcio)); (c) um módulo eletrolizador (p.ex., onde asalmoura de cloreto de sódio é eletrolizada usandocélulas de eletrolizador baseadas em membrana paraproduzir co-produtos gás de cloro e uma solução dehidróxido de sódio e diluir o hidrogênio de co-produtoseguramente com ar) ; e (d) uma unidade de conversão dehipoclorito de sódio (p.ex., onde o gás de cloroelementar produzido pode ser reagido com a solução dehidróxido de sódio para produzir hipoclorito de sódio(isto é, alvejante) em concentrações variadas).Em uma outra configuração, a presente invenção permite aousuário converter de 1-100% do gás de cloro elementarproduzido em uma solução de produto de hipoclorito desódio em concentrações variando de cerca de 2-15% de NaOCl comercial.

Em uma outra configuração, a presente invenção permite aconversão de NaCl da salmoura de alimentação para cloro eNaOCl nas quantidades incluindo (a) pelo menos 90, 91,92, 93, 94, 95, 96, 97, ou 98%, e (b) pelo menos 95%.

A presente invenção utiliza um número de característicasque auxiliam a alcançar um novo processo eletroquímicopara a geração no local de gás de cloro elementar ehipoclorito de sódio que podem se usados, por exemplo,para tratamento de água residual potável e municipal.

Algumas destas características incluem:

a. Prover um método para dissolver sal de cloreto desódio sólido para produzir uma salmoura saturada queempregue água amolecida (ou deionizada) para dissolver osal ;

b. Prover um método para amolecer a salmoura saturada,

que ê alimentada para os eletrolizadores, tal que osubsistema de amolecimento da salmoura possa sercompacto, totalmente automatizado, econômico, e confiávelpara operar e não requeira o uso de um grande tanque de

armazenagem de salmoura purificada acabada;

c. Prover um método para usar a corrente operacional doeletrolizador com um sensor de condutividade paracontrolar a adição de salmoura saturada alimentada para ocompartimento de anólito dos eletrolizadores de células

de membrana para permitir o(s) eletrolizador(es)manter(em) a concentração correta de cloreto de sódiopara operação ótima;

d. Prover um método para a declorar a salmoura esgotadaque empregue bissulfeto de sódio empregando um sensor de

POR (potencial de oxi-redução) para otimizar o consumo de

produtos químicos e garantir que a decloração sejacompletada;e. Prover um método para a diluição do gás de hidrogênioque é co-produzido no processo eletrolítico, com arsuficiente para garantir a operação do sistema à prova defalhas;

f. Prover um método que empregue edutores em combinaçãocom orifícios e controle da pressão de cloro, paraproduzir gás de cloro elementar e potencial de oxi-redução em uma razão de produto controlável tal que 1-100% do cloro total produzido pelo processo possam serconvertidos para um produto com potencial de oxi-redução(p.ex. , solução de NaOCl de alta potência); e;

g. Prover um método, para isolar eletrolizadoresindividuais no módulo eletrolizador tal que oeletrolizador selecionado possa ser rapidamenteeletricamente e hidraulicamente isolado e se necessário,removido do sistema, permitindo assim a operaçãocontinuada do sistema com os eletrolizadores restantes.

No local se refere a sistemas capazes de produzir de 20lbs/dia a 60 toneladas de equivalentes de cloro por dia,20 incluindo 50, 100, 500, e 1000 lb/dia, e 1, 2, 5, 10, 20,30, 40, e 5 0 toneladas/dia (como comparado com a produçãoem escala industrial, a qual é tipicamente da ordem de100-200 toneladas por dia).

Solução de NaOCl de alta potência ou NaOCl de altapotência se refere a NaOCl comercial a 5-15%. Pordefinição, hipoclorito de sódio comercial a 15% contém150 g/l de NaOCl, e um NaOCl comercial a 5% contém 50 g/lde NaOCl. A solução de NaOCl de baixa potência ou NaOClde baixa potência se refere a NaOCl comercial de 0,5 a1%.

As figuras 1 e 2 provêem uma ilustração esquemática de umexemplo da presente invenção. A figura 3 mostra umexemplo da presente invenção mostrando a distribuição decloro a partir do eletrolizador para vários pontos deaplicação bem como co-correntemente produzindohipoclorito de sódio à medida do necessário.No módulo de processo A, uma matéria-prima de solução desalmoura saturada é produzida para o processo. Sal decloreto de sódio 2 é adicionado a um tanque de produçãode salmoura 1 e água amolecida (ou deionizado) 3 é usadapara dissolver o sal para produzir solução de salmourasaturada 5. A solução de salmoura esgotada 4 a partir dotanque de salmoura esgotada 61 é reciclada de volta parao tanque de produção de salmoura 1 para ressaturação dosal. A corrente 4a é uma pequena corrente de purga desalmoura usada para controlar a concentração de cloratode sódio no sistema de salmoura.

Em processos cloro-alcalinos de células de membrana, ocircuito de solução de salmoura do anólito acumulaclorato de sódio, o qual é formado a partir da retro-migração de NaOH para dentro do anólito, formando HOCl.Uma porção do HOCl se desproporciona quimicamente emclorato de sódio e NaCl sob as condições de processo docircuito de solução do anólito. Esta purga de salmouracontendo clorato pode ser enviada para um módulo deprocesso separado (não mostrado), onde o clorato pode serdecomposto em cloro e NaCl sob condições de pH baixo(p.ex., HCl 1-3 M) e a altas temperaturas (p.ex., 60-90°C). A solução resultante pode ser ajustada para pH 10com NaOH e reciclada de volta para o gerador de salmourapara ressaturação. Isto prove um método de recuperação dovalor econômico do sal bem como cloro adicional a partirdesta corrente de purga que é de outra forma perdida noprocesso.

No módulo de processo B, água amolecida é produzida parao processo. Alternativamente, a água deionizada tambémpode ser usada. Um amolecedor de água de duas colunasalternadas 6 comercialmente disponível usa uma fonte deágua potável pressurizada 7, a qual é passada através deglóbulos de resina de troca iônica catiônica paraproduzir água de baixa dureza 10, com os níveis totais dedureza (total calculado como cálcio) abaixo de 0,2 ppm(p.ex., 0,1, 0,05, 0,01 ppm ou mais baixos). A correntede solução de salmoura 8 (a qual usa uma porção dasolução de salmoura saturada 5) é usada paraperiodicamente regenerar as colunas de resina amolecedorade água, produzindo a corrente de efluentes 9 queconsiste da solução de sal e seqüências de jato d'águausadas na regeneração.

No módulo de processo C, um método único para amolecer asolução de salmoura saturada 5 é usado, removendo adureza total (cálcio e magnésio) na solução de salmourafinal para uma concentração menor que 80 ppb calculadacomo cálcio. A dureza na solução de salmoura pode seradicionalmente reduzida para 60, 40, 20 ou menos ppb àmedida do requerido. A solução de salmoura saturada 5 ébombeada no controle de nível no tanque de recirculaçãode salmoura 11. 0 trocador de calor lia captura calor apartir do trocador de calor 2 9 para aquecer a salmouraapós o sistema vir para a temperatura operacional.

Uma bomba (não mostrada) circula a solução de salmoura 13a partir do tanque de recirculação de salmoura através doaquecedor elétrico de salmoura 14, e a corrente desalmoura aquecida 15 entra no sistema de troca iônica deduas colunas 16, o qual usa resinas de troca iônicaquelantes comercialmente disponíveis projetadas pararemover a dureza da solução de salmoura. A solução desalmoura purificada sai das colunas como a corrente 21 eé dividida na corrente 22, que vai para o móduloeletrolizador no Módulo de Processo D para produzircloro, e corrente 24, que reentra no tanque derecirculação de salmoura 11. 0 sensor/controlador de pH23 é usado para controlar a adição de solução dehidróxido de sódio 12 na solução de salmoura no tanque 11para manter o pH da salmoura em uma faixa ótima entre pH9 e 11 para performance ótima da resina de troca iônicaquelante. O aquecedor de salmoura 14 e trocador de calorlia são controlados para aquecer a salmoura para umafaixa operacional ótima de temperatura para obterperformance ótima da resina de troca iônica quelante. Ascolunas de resina quelante 16 são periodicamenteregeneradas de acordo com as recomendações do fabricanteda resina usando água amolecida 18 para lavagens eretrolavagens, e usando solução de HCl a 32% 19 e soluçãode NaOH a 15% 20 em uma seqüência definida para remover adureza e impurezas acumuladas coletadas da salmoura econverter a resina de volta para sua forma regenerada.No módulo de processo D, um conjunto de eletrolizador(es)de células de membrana 34 (tipicamente uma pluralidadedos mesmos) converte corrente de salmoura amolecida 22 emcloro, hidróxido de sódio, e hidrogênio. A corrente desalmoura amolecida 22 é alimentada na corrente decirculação 32, a qual vai para uma caixa de ligação desolução de anólito (não mostrada) a qual distribuisalmoura nos compart imentos do anólito de um ou maiseletrolizadores 34. 0 sensor de condutividade de solução33 é usado para monitorar e/ou controlar a concentraçãode salmoura da solução do anólito. A taxa de fluxo dacorrente de salmoura saturada 22 é dependente daamperagem selecionada para o eletrolizador e daconcentração operacional de salmoura do anólito doeletrolizador. 0(s) eletrolizador(es) compreende (m) pelomenos uma (tipicamente uma pluralidade) de célulasindividuais de membrana, compreendendo a membrana detroca iônica catiônica 37, que separa a célula nocompartimento de anólito 3 5 contendo um ânodo docompartimento de católito 36 contendo um cátodo. À medidaque a amperagem para o eletrolizador(es) 34 é aplicada, aformação de gás de cloro no compartimento de anólito 35 ea formação de gás de hidrogênio no compartimento decatólito 3 6 gera a elevação de gás, o que produzcirculação de solução através dos correspondentescompartimentos de células.

Durante a operação do(s) eletrolizador(es) 34, a soluçãode salmoura 34 flui através do compartimento de anólito35, gerando a mistura de gás de cloro/solução de salmoura38 que é descontatada no tanque principal de cloro 4 0 emgás e corrente de solução de salmoura líquida separados.A solução de salmoura que passou através do compartimentode anólito 35 está parcialmente esgotada de NaCl ecircula de volta para o tanque de anólito 25. 0 tanque deanólito 25 tem o trocador de calor 29 para proverresfriamento para o sistema de salmoura de anólito àmedida do requerido pelo design do processo com acorrente de água de resfriamento de entrada 3 0 e acorrente de água de resfriamento de saída 31.Adicionalmente (não mostrada) , uma serpentina deaquecimento (p.ex., titânio ou fluoropolímero) pode sercolocada no tanque de anólito 25 para transferir calor dasalmoura de anólito para a salmoura no tanque de solução11 usando o trocador de calor lia tal que o aquecedor desalmoura 14 somente esteja essencialmente ligado durantea partida inicial a frio do processo. Isto pode ser feitolevando uma porção da corrente de salmoura derecirculação 21 através da serpentina de aquecimento epassando a solução de salmoura aquecida de volta notrocador de calor 11a.

Também durante a operação do(s) eletrolizador(es) 34, asolução de hidróxido de sódio 48 flui através docompartimento de católito 36, gerando a mistura de gás dehidrogênio/solução de NaOH 39, a qual é descontatada notanque principal de hidróxido de sódio ou caixa deligação 4 3 em gás de hidrogênio e uma corrente de soluçãoconcentrada de hidróxido de sódio. A corrente dehidróxido de sódio 46 é recirculada de volta para o(s)eletrolizador(es) 34. A corrente de água amolecida 47 éadicionada à corrente de hidróxido de sódio 4 6 paradiluir o NaOH e manter a concentração requerida de NaOHpara o processo (p.ex., 15% em peso como NaOH quandousando membranas de troca iônica catiônica de performancemais baixa no(s) eletrolizador(es) ) . A corrente dehidróxido de sódio 45 é a corrente de produto de NaOH detransbordo que é produzida no sistema de católito e fluipara dentro do tanque de armazenagem do tanque receptorde hidróxido de sódio 52 . A corrente de hidróxido desódio 53 é dividida em duas correntes 53a, que vai para omódulo de hipoclorito de sódio e 53b, que vai para ondecáustico é requerido no sistema para controle do pH(p.ex., corrente 62 e 12). Quando o presente processo é aconversão de uma alta porcentagem do gás de cloro (p.ex.,95-100%) para hipoclorito de sódio, tipicamente não hásolução de produto de NaOH produzida para gerar umasolução estável de hipoclorito de sódio e para controledo pH da salmoura.

O módulo F é utilizado para produzir o volume adicionalde solução de NaOH requerido em concentração especificadamedindo NaOH de alta potência comercialmente disponível49 (p.ex., 20, 25, 40, a 50% em peso de NaOH) que édiluído com a corrente de água amolecida 50 nasproporções corretas para produzir a corrente deconstituição de NaOH 51, que é usada para manter o tanquede armazenagem de hidróxido de sódio 52 cheio no controlede nível. A potência do NaOH fornecido para o tanque dearmazenagem de NaOH depende da potência no tanque, a qualé a potência de concentração escolhida para ser usada nosistema.

A presente invenção permite o uso de um sistema único dediluição de hidrogênio onde corrente de ar (usando umsoprador) 42 é usada para imediatamente diluir gás dehidrogênio gerado no(s) eletrolizador(es) 34 e presentena corrente de gás/solução misturados 3 9 à medida que elaé descontatada na caixa de ligação de hidróxido de sódio43. O hidrogênio é diluído para bem abaixo do LEL (LimiteExplosivo Inferior) de hidrogênio no ar (que éaproximadamente 4% em volume) para garantir a operaçãosegura dos eletrolizadores. 0 hidrogênio diluído nacorrente de ar 44 é seguramente esgotado para aatmosfera. Alternativamente, o gás de hidrogênio pode serremovido sem diluição em ar, e ser removido do sistemapara uma unidade de compressão onde o gás de hidrogêniopode ser utilizado como combustível (p.ex., queimado),armazenado (p.ex., resfriado para produzir hidrogêniolíquido), ou reagido com cloro para formar HCl.No módulo de processo E, a corrente de salmoura esgotadaa partir do(s) eletrolizador(es) é declorada e o pHajustado para reciclar de volta para o tanque de produçãode salmoura, e cloro é reagido com o hidróxido de sódioco-produzido para produzir hipoclorito de sódio (p.ex.,NaOCl de alta potência).

A corrente de salmoura esgotada 28 a partir do tanque deanólito 2 5 contém cloro dissolvido que deve ser removidoantes que ele possa ser reciclado de volta para o geradorde salmoura 1 para ressaturação. A corrente de salmouraesgotada 2 8 é passada no tanque extrator de cloro 54 ondesolução de HCl concentrada 55 é adicionada à salmourausando o sensor/controlador de pH 58 para reduzir o pH dasolução para um valor de cerca de 2 tal que o clorodissolvido possa ser facilmente extraído da solução. Acorrente de solução acidificada 54 é circulada pela bomba(não mostrada) e se divide em corrente de solução 57c queretorna de volta para o tanque para promover mistura,

corrente 57b que vai para dentro da torre de extração decloro 5 9 que contém enchimento de coluna de altaeficiência 57a, que é removido do tanque 54 no controlede nível para dentro do tanque de salmoura esgotada 61. Acorrente de ar de soprador 56 é usada para passar aratravés da coluna de extração 59 para extrair cloro dacorrente de solução 57b, e cloro na corrente de ar 60 épassado no tanque de conversão de hipoclorito de sódio 68para converter seguramente o cloro extraído emhipoclorito de sódio.

A corrente de solução de salmoura esgotada 57a, que éácida e contém uma pequena quantidade de cloro residual,entra no tanque de salmoura esgotada 61, onde o pH dasolução é elevado para cerca de pH 10 com a adição dacorrente de solução de NaOH 62, a qual é controlada pelosensor/controlador de pH 67. Uma bomba (não mostrada) éusada para recircular a solução de salmoura esgotada 64,a qual é dividida na corrente 65, que provê circulação deretorno para o tanque 61, e corrente de solução 4 queremove a salmoura esgotada declorada e de pH ajustado dotanque 61 no controle de nível para o tanque de salmoura1. 0 sensor/controlador de POR 66 é usado para controlara adição de corrente de bissulfito de sódio 63 paragarantir que a salmoura seja declorada corretamente antesde ela ser reciclada para o tanque de salmoura 1.0 tanque de conversão de hipoclorito de sódio 68 consistede uma bomba (não mostrada) que recircula a corrente dehipoclorito de sódio alcalina 72 que é dividida em trêscorrentes. A corrente de fluxo 72b vai através do edutor74 para prover o vácuo que puxa a corrente de gás decloro 41a da caixa de ligação de cloro de eletrolizador40, e a corrente de solução de saída de edutor 75 éretornada de volta para o tanque 68. A corrente 72c é umapequena corrente de solução que é passada na torre deabsorção de cloro 78 para remover qualquer cloro residualda exaustão da torre de saída 79. A corrente de hidróxidode sódio 53a é bombeada (bomba não mostrada) na correntede hipoclorito de sódio 72b para converter o cloro paraNaOCl e manter a concentração correta de hidróxido desódio residual no produto da solução de hipoclorito desódio. A taxa de fluxo da corrente de hidróxido de sódio53a é controlada pelos sensores de POR de hipoclorito desódio 73 que produzem um sinal de mV proporcional aconcentração de hidróxido de sódio na solução dehipoclorito de sódio. A corrente de fluxo 72a é passadapelo trocador de calor 69 para resfriar a solução dehipoclorito de sódio para manter a estabilidade dohipoclorito de sódio usando a entrada de água deresfriamento 70 e saída de água de resfriamento 71. 0produto hipoclorito de sódio é extraído periodicamentecomo a corrente de produto 7 6 de uma abertura de válvulasolenóide (não mostrada) no controle de nível no tanquede hipoclorito de sódio 68.

No módulo de processo G, o suprimento de água deemergência 81 é usado para prover o fluxo de água para oedutor de emergência 8 0 para prover o vácuo requeridopara extrair cloro da via de sistema 41b quando a pressãonegativa ou vácuo do sistema de cloro é perdida, tal comoquando energia para todo o sistema for perdida, ou aextração de vácuo do edutor de hipoclorito de sódio 74não estiver operacional. O cloro residual no sistema saina corrente de edutor 82.

O módulo de processo H (mostrado na figura 1) prove aflexibilidade de extrair cloro do sistema via a corrente41c em qualquer proporção, de 1-99% (p.ex., 1, 2, 3, 4,5, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, e 90), ou a produçãototal de cloro do sistema, tal que a razão da produção oua utilização de hipoclorito de sódio para cloro possa serfacilmente ajustada para atender às necessidades doprocesso do cliente. Na configuração como mostrada, oedutor 83 opera usando fluxo de água 84 para prover aforça motriz para produzir o vácuo para extrair cloro dacaixa de ligação de cloro 40 via corrente 41c. O controledas correntes de fluxo relativo de cloro via as linhas41a e 43c pode ser realizado por um número de maneiras.Por exemplo pode-se usar válvulas de controleproporcionais e orifícios ou controladores de pressão devácuo, que podem controlar o fluxo de massa relativo decloro em qualquer que seja a proporção desejada para usocomo gás de cloro ou para a produção de hipoclorito desódio.

Na figura 3 é mostrado um exemplo da presente invençãoonde o sistema pode fornecer gás de cloro para um ou maispontos de aplicação que o cliente requeira, em adição aproduzir uma proporção como hipoclorito de sódio à medidado necessário pelo cliente. Cloro e hidróxido de sódiosão produzidos no módulo eletrolizador 85 com o anólito etanque de armazenagem de NaOH localizados no móduloreceptor 86. O retificador 87 provê a corrente CC naoperação dos eletrolizadores. Uma corrente de NaOH a 15%88 do módulo receptor 86 é dividida na corrente 90 queprovê o NaOH requerido para converter cloro emhipoclorito de sódio no módulo de conversão dehipoclorito de sódio 92 e a corrente 91 onde o NaOH emexcesso produzido a partir do processo é enviado paraarmazenagem para outros usos, tal como o ajuste do pH daágua em instalações municipais de água potável. Acorrente 93 é o produto hipoclorito de sódio a partir domódulo de conversão de hipoclorito de sódio 92 que éenviado para armazenagem.

A corrente 89 é a corrente gasosa de gás de cloro úmidoproduzido a partir do módulo eletrolizador 85 e extraídado tanque de anólito no módulo receptor 86. 0 gás decloro é extraído em um ou mais pontos de aplicação doprocesso de cloro, mostrados como 98, 99, e 100, que sãoextraídos através dos controladores de fluxo de cloro 95,96, e 97 respectivamente. Cada um dos pontos de aplicaçãotem um sensor de cloro para determinar a quantidade decloro requerida para cada ponto de aplicação.Todo o sistema de gás de cloro é operado e mantido sobuma pressão negativa de aproximadamente -5 a -40polegadas de coluna de água (CA) . Um sensor de pressão decloro 102 e solenóide 103 são usados para controlar apressão negativa e permitir ar vazar para dentro da linhade cloro 89 através da corrente 101 tal que a pressãonegativa não vá para abaixo do ponto definido do sistema,tal com abaixo de -40 polegadas de pressão (p.ex., -50, -6 0 polegadas de CA) . Um edutor no módulo de hipocloritode sódio 92 provê o vácuo para todo o sistema de cloro eremove o excesso de cloro e ar que permanece na correntede gás de cloro 89.

O CLP de controle do sistema (não mostrado) computa ocloro total requerido para o sistema com cloro em excessoadicional à medida do necessário para produzirhipoclorito de sódio para reserva quando o sistemaeletroquímico não estiver operando para garantir quecloro (como hipoclorito de sódio) esteja disponível, talcomo durante faltas de energia ou para períodos de picode consumo de cloro que possam exceder a capacidade dosistema de geração.

Módulo de saturação de salmoura: Um exemplo de um salútil no presente processo é um sal de grau alimentíciotendo baixo teor total de dureza (p.ex. , menos que 50 ppmcomo Ca) . Um exemplo de um sal adequado é o sal de graualimentício Morton Cullinox 999® sem agentes antiformaçãode torta. O sal é tipicamente disponível em sacos bemcomo em forma a granel e pode ser fornecido em caminhões-tanques equipados com um sistema pneumático defornecimento. Tanques saturadores de salmouracomercialmente disponíveis podem ser usados, tais comoaqueles sob a marca comercial Bryneer®, como fabricadospor Plas-Tanks Industries (Hamilton, Ohio) e tanquessaturadores de salmoura similares de outros fabricantes.Água amolecida (ou deionizada) é tipicamente usada paradissolver o NaCl sólido para produzir uma solução desalmoura saturada, que é adequada como uma matéria-primapara o módulo amolecedor de salmoura do processo.Exemplos de concentrações de solução de salmoura saturadaincluem (a) 280, 290, 300, 310, a 320 g/l como NaCl e (b)310 g/l como NaCl.

Módulo amolecedor de salmoura da alimentação do processo:O subsistema de amolecímento de salmoura do processoefetivamente emprega uma circulação constante únicaatravés dos leitos de resina de troca iônica quelante(p.ex., dois ou mais leitos) ao invés das típicas duascolunas de passagem única (isto é, "por uma única vez")em fluxo de salmoura em série usadas em sistemascomerciais muito maiores. Quando uma pluralidade deleitos estão presentes, eles podem ser operados em sériee/ou paralelo. A operação em paralelo permite uma colunaser isolada do módulo amolecedor (p.ex., via válvulas decorte) e regenerada ou talvez substituída ou reparada.Esta configuração de fluxo constante através das colunasde troca iônica tem várias vantagens. Ela facilita orápido aquecimento da salmoura e remove a requisição ecusto associado de empregar um tanque de retenção desalmoura acabada para contenção da solução de salmourapurificada. A salmoura amolecida é assim extraída de umasaída da coluna de troca iônica à medida do requeridopara fornecimento aos eletrolizadores. Neste método defluxo contínuo, a salmoura está constantemente sendoamolecida à medida que ela passa através das colunas,portanto mais da capacidade da resina de troca iônicaquelante é utilizada, requerendo regeneração menosfreqüente com HCl e NaOH se comparada com umaconfiguração de fluxo em série de duas colunas depassagem única. A qualidade da salmoura obtida a partirdo processo de amolecimento de salmoura da alimentaçãodescrito aqui resulta em uma dureza total na faixa de 80,70, 60, 50, 40, 30, 20, ou menos ppb. 0 pH da salmouraamolecida pode ser de 9, 10, a 11. A temperaturaoperacional do módulo amolecedor de salmoura daalimentação é determinada pela resina quelante empregadae pelas condições operacionais recomendadas pelofabricante.

Componentes do eletrolizador: Qualquer ânodo adequadopode ser empregado no compartimento de ânodo, incluindoaqueles que estão disponíveis comercialmente como DAS®(ânodos dimensionalmente estáveis). Preferivelmente, umânodo é selecionado o qual eficientemente gerará gás decloro e minimizará a formação de oxigênio de subproduto.

Estes ânodos incluem ânodos porosos ou de grande áreasuperficial, de metal expandido. Como materiais deconstrução para os ânodos, revestimentos de oxido demetal do grupo da platina, de irídio, ródio ou rutênio, esuas ligas com outros metais do grupo da platina oupreciosos podem ser empregados em vários substratos taiscomo metais de válvula, tais como titânio, tântalo ezircônio. Adicionalmente, metais preciosos incluindoplatina, ouro, paládio, ou misturas ou ligas dos mesmos,ou revestimentos finos de tais materiais sobre váriossubstratos tais como titânio, podem ser usados. Ânodoscomercialmente disponíveis do tipo de oxido de metalprecioso incluem aqueles fabricados por Eltech SystemsCorporation, tais como a série EC300, e os eletrodos dasérie Siemens Optima RUA.

Qualquer cátodo adequado pode ser empregado nocompartimento do cátodo, o que inclui cátodos porosos oude grande área superficial, de metal expandido,tipicamente usados na indústria cloro-alcalina. Exemplosincluem aço inoxidável ASTM 316L e níquel como osmateriais do cátodo. Outros materiais tais como outrasligas de níquel-cromo e carbono podem ser usados.

As membranas de troca iônica catiônica selecionadas comoseparadores entre compartimentos são aquelas que sãomembranas inertes e são substancialmente impermeáveis aofluxo hidrodinâmico da solução de cloreto de metalalcalino ou dos eletrólitos e da passagem de quaisquerprodutos gasosos produzidos nos compartimentos do ânodoou cátodo. As membranas de trocas de íons cátions são bemconhecidas por conter grupos aniônicos fixos que permitee intrusão e troca de cátions e excluem ânions de umafonte externa. Geralmente a membrana resinosa oudiafragma tem como uma matriz, um polímero reticulado, aoqual estão ligados radicais carregados tais como gruposterminais de ácido sulfônico e/ou misturas dos mesmos comgrupos terminais de ácido carboxílico. As resinas quepodem ser usadas para produzir as membranas incluem, porexemplo, fluorocarbonetos, compostos de vinila,poliolefinas, hidrocarbonetos, e copolímeros dos mesmos.Preferidas são as membranas de troca iônica catiônicatais como aquelas compreendidas de polímeros defluorocarboneto ou compostos de vinila tais como divinilbenzeno tendo uma pluralidade de grupos terminais deácido sulfônico pendentes ou grupos terminais de ácidocarboxílico ou misturas de grupos terminais de ácidosulfônico e grupos terminais de ácido carboxílico. Ostermos "grupo terminal de ácido sulfônico" e "gruposterminais de ácido carboxílico" são pretendidos a incluirsais de ácido sulfônico e/ou sais de grupos de ácidocarboxílico. Membranas de troca iônica catiônicaadequadas são prontamente disponíveis, sendo vendidascomercialmente, por exemplo, por E.I. Dupont de Nemours &Co., Inc., sob a marca comercial "NAFION", pela AsahiChemical Company sob a marca comercial "ACIPLEX", porTokuyama Soda Co., sob a marca comercial "NEOSEPTA", eAsahi Glass Co., Ltd., sob a marca comercial "FLEMION".Entre estas estão as membranas tipo ácido sulfônicoperfluoradas que são resistentes à oxidação e altastemperaturas tais como os tipos NAFION N117, N324, NX908,NX910 da Dupont, etc., e outras membranas baseadas empolitetrafluoroetileno com grupos terminais de ácidosulfônico.

A quantidade de NaOH presente nos eletrolizadores édependente do nível de performance da membrana de trocaiônica catiônica selecionada. Para as membranas deperformance mais baixa, exemplos da quantidade de NaOHpresente incluem (a) 5, 10, 15, a 20% em peso como NaOH e(b) 15% em peso como NaOH com eficiências correntes deaté 88%. Membranas de performance mais alta (p.ex.,Nafion® NX908 da Dupont) têm duas camadas para eficiênciamelhorada da membrana, uma camada de ácido sulfônico euma camada de ácido carboxílico. Para estas membranas deperformance mais alta, a quantidade de NaOH presenteinclui 5, 10, 15, 20, 25, 30 a 32% em peso como NaOH comeficiências correntes de até 95%.

Controle da concentração de salmoura de anólito: Acorrente do eletrolizador e condutividade da salmoura sãousadas para monitorar e controlar a quantidade dasalmoura de cloreto de sódio adicionada ao Ioop deanólito do eletrolizador. 0 Ioop de anólito compreendeuma solução de salmoura que circula através docompartimento de anólito das células via elevação geradapor geração de cloro. Exemplos de faixas típicas deconcentração de salmoura de anólito incluem (a) de 200,205, 210, 215, 220, 225, 230, 235, a 240 g/l como NaCl e(b) 200, 205, 210, 215, a 220 g/l como NaCl. Salmourasaturada (p.ex. , 310 g/l) é alimentada no Ioop de anólitopara manter esta concentração enquanto os eletrolizadoresestão em operação. 0 presente processo usa a amperagem doretificador do(s) eletrolizador(es) funcionando paradefinir a taxa de alimentação de salmoura saturada paraos eletrolizadores. Um sensor de condutividade pode serusado para monitorar a condutividade da salmoura paracontrolar a adição de salmoura saturada ao sistema se acondutividade cair abaixo dos pontos definidos decondutividade operacional. A condutividade é diretamenteproporcional â concentração de NaCl na solução desalmoura. A condutividade da salmoura no Ioop de anólitoé geralmente controlada na faixa de 150, 160, 170, 180,190, a 200 milisiemens (mS) . Exemplos de sensores úteisincluem sondas de condutividade de sensor toroidal esensores de condutividade de titâncio com o fatorconstante (K) correto. Um local útil para o sensor decondutividade é no Ioop de anólito para reduzir qualquertempo de atraso do processo.Controle da decloração da salmoura esgotada: A salmouraesgotada a partir do Ioop de anólito do subsistema doeletrolizador contém espécies de cloro solúveisdissolvidas, tais como cloro (Cl2) e ácido hipocloroso(HOCl) . A proporção de HOCl e cloro na salmoura édependente do pH da solução. A salmoura esgotada étransferida para um tanque de extração de cloro. Asolução tem o pH ajustado com HCl para converter o HOCldissolvido para Cl2. Exemplos úteis de pH incluem (a) 1,1,1, 1,2, 1,3, 1,4, 1,5, 1,6, 1,7, 1,8, 1,9, 2,0, 2,1,2,2, 2,3, 2,4, a2,5e (b) 2. 0 cloro dissolvido é entãofacilmente extraído da solução de salmoura esgotadausando ar em uma coluna de extração de leito comenchimento. Isto efetivamente reduz a concentração decloro na salmoura esgotada para 100, 90, 80, 70, 60, 50,40, 30, 20, a 10 ppm ou menor. A solução de salmouraesgotada é então ajustada para cerca de pH 9, 10, a 11 emum segundo tanque (p.ex., tanque de salmoura esgotada) ebissulfito de sódio (como uma solução de NaHSO3 a 38% empeso) é adicionado para completar a decloração dasalmoura esgotada antes que ela seja reciclada de voltapara o gerador de salmoura. Uma pequena quantidade deexcesso de bissulfito de sódio no gerador de salmoura(p.ex., 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, a 100 ppm) éútil para impedir cloro livre de entrar na unidade deamolecimento de salmoura onde ela, se conseguisse,oxidaria as resinas de troca iônica quelantes.

Experimentos anteriores com um eletrodo de POR (p.ex.,platina versus referência de prata/cloro de prata)indicaram que cloro em concentração de ppm foi detectávelem uma solução de pH 10 de salmoura esgotada em umaleitura de POR de cerca de 250 mV. A adição de bissulfitoadicionalmente fez cair a leitura de POR, e este nível dePOR foi descoberto ser útil como um sensor no processopara controle da adição de bissulfito. Níveis alvos dePOR de 30, 40, 50, a 60 mV foram descobertos a ter cercade 80 ppm de bissulfito presente.

Diluição de hidrogênio com ar: A presente invenção provêum novo método para diluir seguramente o hidrogênioproduzido a partir do Ioop de católito doseletrolizadores com ar descontatando o hidrogênio dohidróxido de sódio em uma caixa de ligação de tubos, aquichamada o tanque principal de cáustico. Tipicamente, otanque principal de cáustico está meio cheio de soluçãode católito através da qual ar fornecido externamente épassado através do espaço de ar interno da caixa deligação contendo hidrogênio em uma taxa de fluxosuficiente para alcançar um volume % de 2 em ar, ouconcentração menor de hidrogênio na corrente de saída(p.ex., 1,5, 1, 0,5 % de volume em ar), que é entãoesgotado para a atmosfera. 0 tubo da caixa de alimentaçãode cáustico pode ser projetado com um represador e podeter um diâmetro de tubo suficiente para impedirvelocidade excessiva de ar no espaço de ar interno dotubo. Pelo menos um soprador é usado para remover o gásde hidrogênio. Pode ser desejável ter dois sopradores dear presentes no sistema; com dois sopradores, um podeestar no modo de prontidão ou reserva e o outro sopradorem operação constante gerando fluxo de ar suficiente para diluição do hidrogênio e intertravado com o retificadorque fornece corrente CC para o módulo eletrolizador paragarantir a ventilação positiva contínua.

Isolação/remoção do eletrolizador individual: 0 presentesistema é projetado para permitir eletrolizadores individuais serem isolados da pluralidade deeletrolizadores presentes em um módulo eletrolizador.Isto pode ser conseguido tendo válvulas (p.ex., operadasmanualmente) montadas nas tubulações de entrada e saídade cada eletrolizador. O fechamento destas válvulas permite o eletrolizador selecionado ser isoladohidraulicamente e, se desejado, removido fisicamente dosistema, permitindo assim o sistema continuar a operaçãocom o restante dos eletrolizadores e reduzindosignificativamente "o tempo de parada da produção".

Controle da concentração de hipoclorito de sódio:

Hipoclorito de sódio é preparado em um tanque deconversão de hipoclorito de sódio. Como notado acima, apresente invenção é capaz de converter de 1, 5, 10, 15,20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, a 100% do cloro elementar produzido noeletrolizador para NaOCl. A presente invenção provê ummétodo para controlar a concentração de hipoclorito desódio, onde eletrodos com POR de hipoclorito de sódio eadição de água são usados para produzir um produto desolução de hipoclorito de sódio tendo uma concentraçãocontrolada pelo usuário. Exemplos de concentraçõesobteníveis incluem (a) de 2, 2,5, 3, 3,5, 4, 4,5, 5, 5,5,6, 6,5, 7, 7,5, 8, 8,5, 9, 9,5, 10, 10,5, 11, 11,5, 12,12,5, 13, 13,5, 14, 14,5, a 15% de NaOCl comercial e (b) de 5-15% de NaOCl comercial. NaOCl tanto de alta potênciaquanto potência mais baixa podem ser produzidosdiretamente no tanque de conversão de hipoclorito desódio (p.ex., 5-15% comercial), sem os requisitos paradiluição do produto de hipoclorito de sódio de altapotência com água em uma outra etapa de processo.Soluções de NaOCl de potência mais baixa são preparadasno sistema pela adição medida de água na solução dotanque de hipoclorito de sódio baseado na taxa deprodução. Isto permite a solução produzida ser obtida coma concentração e pH desejados de hidróxido de sódioresidual para manter a estabilidade do produto. As sondasde POR de hipoclorito de sódio (p.ex., um par deeletrodos de prata e platina) são usadas para controlar aconcentração de NaOH residual na solução de hipocloritode sódio para obter um produto com o pH apropriado paragarantir boa estabilidade. Exemplos de sinais de PORincluem (a) 450, 500, 550, 600, a 650 mV e (b) 500-600mV. Tipicamente, o teor residual de NaOH está na faixa de0,2, 0,3, 0,4, a 0,5% em peso, o que prove um pH na faixade 11,5, 11,6, 11,7, 11,8, 11,9, 12, 12,1, 12,2, 12,3,12,4, 12,5, 12,6, 12,7, 12,8, 12,9, e 13, paraestabilidade do produto hipoclorito de sódio. Atemperatura do tanque de conversão de hipoclorito desódio é tipicamente mantida na faixa de 15, 20, 25, 30, a35°C. 0 pH desejado da solução resultante de hipocloritode sódio depende da % comercial de NaOCl produzido. ParaNaOCl 10-15% comercial, o pH é tipicamente 12-13,5. Para5 a menos que 10% comercial de NaOCl, o pH é tipicamente11-12. Para 2 a menos que 5% comercial de NaOCl, o pH étipicamente 10-11.EXEMPLOS

Exemplo 1Sistema de hipoclorito de sódio com capacidade deprodução de 1500 galões/dia.

Um sistema de cloro equivalente de 1500 lb/dia foiprojetado e construído com uma capacidade para fornecer1500 galões por dia de hipoclorito de sódio de 12,5%"comercial" (125 g/l como NaOCl) para uma instalação detratamento de água. 0 módulo eletrolizador consistiu deseis eletrolizadores de células de membrana tendo cincocélulas por eletrolizador e válvulas de isolação em cadauma das linhas de entrada e saída do eletrolizador paracontrole da isolação. Os eletrolizadores foram preparadosutilizando membranas de troca iônica catiônica DupontNafion marca N324, ânodos com um revestimento de ânodo deEC-521 sobre substrato de titânio de Eltech SystemsCorporation (Chardon, Ohio), e eletrodos de açoinoxidável ASTM grau 316 como cátodos.

O sistema foi projetado com o sistema de tratamento desalmoura contendo duas colunas de resina de troca iônicaquelante marca comercial Lewatit TP2 0 8 da Bayer A.G.tendo um fluxo de recirculação através de cada coluna de6 gpm [galões por minuto] produzindo uma salmouraamolecida tendo um teor de dureza total consistente menorque 2 0 ppb como medido usando um método de kitcolorimétrico HNB (Azul de hidróxi naftol) de HACHCompany (Loveland, Colorado) detalhado na 3a edição deseu Manual de Análise de Salmoura. A corrente de fluxo desalmoura saturada através da coluna foi operada a umatemperatura de 60 0C e a salmoura foi ajustada para um pHde cerca de 9,90 com adição de NaOH.

A salmoura saturada amolecida purificada alimentada paraos eletrolizadores tinha fluxo de taxa controlada pelataxa de amperagem operacional, e um sensor/transmissor decondutividade toroidal Burkert modelo 8226 foi colocadona corrente de salmoura esgotada para monitorar acondutividade da salmoura. Salmoura adicional foiadicionada ao Ioop de anólito do eletrolizador via umaválvula solenóide, permitindo mais adição de salmoura. 0ponto definido operacional do controle de condutividadefoi 190 mS, controlando a salmoura esgotada em umaconcentração de cerca de 210 g/l. 0 controle de salmourarastreou a operação do sistema de 10% a 100% da taxamáxima operacional do sistema.

Os eletrolizadores, operando na taxa plena de hipocloritode sódio de 1500 galões/dia, operaram em uma corrente de850 ampères com voltagens do eletrolizador de cerca de21-22 volts. O hidrogênio produzido a partir doseletrolizadores foi diluído usando um soprador de 350 cfm[pés cúbicos/min] que passou ar através do espaçosuperior do tanque principal de cáustico e foiseguramente esgotado para a atmosfera.

A salmoura esgotada foi extraída de cloro por adição deHCl a um pH de 2 e com extração de ar e então passada emum tanque de salmoura esgotada para um ajuste de pH finalpara um pH de 10 com NaOH e término da decloração com aadição de bissulfito de sódio a 38%. A adição debissulfito de sódio foi controlada usando um sensor dePOR GF Fisher Signet modelo 2715 (Pt versus referência deAg/AgCl), com a adição controlada do bissulfito paraconseguir um ponto de definição de controle de 60-80 mV.A solução de salmoura esgotada de pH 10 declorada nãocontinha cloro e tinha um excesso de sulfito residual de30-60 ppm. A solução de salmoura foi então passada notanque de produção de salmoura para ressaturação comNaCl.

O gás de cloro e NaOH aproximadamente a 15% em peso foramproduzidos a partir do módulo eletrolizador e cloro apartir da decloração da salmoura foram reagidos entre sino módulo de conversão de hipoclorito de sódio paraproduzir hipoclorito de sódio a 125 g/l, equivalente ahipoclorito de sódio 12,5% comercial. A bomba derecirculação de hipoclorito de sódio com edutor forneceuo vácuo para extrair o cloro do módulo eletrolizador.Dois pares de sondas de POR de prata e platina (PowellFabrication and Manufacturing, Inc., St. Louis, Michigan,MOdel 915-02360/02367) foram usadas para monitorar econtrolar a adição de NaOH a 15% no tanque de hipocloritode sódio para manter um NaOH residual na faixa de 0,2-0,5% em peso equivalente à faixa de pH entre 11,5 e 13,para estabilidade do produto hipoclorito de sódio. 0controle de POR de hipoclorito de sódio foi operado emuma faixa de 520 a 600 mV. A quantidade de NaOH residualno hipoclorito de sódio foi inversamente proporcional aoPOR. 0 controle de POR também permitiu produzir NaOHresidual inferior no hipoclorito de sódio parainstalações de tratamento de água potável especificandoquantidades mínimas de excesso de NaOH residual oualcalinidade em sua corrente de produto água. Aconcentração do produto hipoclorito de sódio variou de12,5 a 13,5% comercial de NaOCl.

Exemplo 2

Sistema de cloro com capacidade de produção de 750 lb/dia

Um sistema de cloro similar como no Exemplo 1 foiconstruído como uma demonstração para uma instalação detratamento de água potável requerendo gás cloro como oproduto químico do tratamento. 0 sistema consistiu desomente quatro (4) eletrolizadores com cinco (5) célulaspor eletrolizador com uma capacidade de 750 lb/dia de gáscloro elementar. 0 mesmo módulo amolecedor de salmoura emódulo de conversão de hipoclorito de sódio foram usados.0 único cloro distribuído para a unidade de conversão dehipoclorito de sódio foi a quantidade que foi extraída dasalmoura esgotada.

O sistema produziu gás de cloro elementar, o qual foieduzido em uma das correntes de solução na instalação detratamento de água potável em uma taxa variável paraalcançar e manter o nível residual de cloro de 0,75 a 1ppm de cloro. A taxa de produção real de cloro foiajustada manualmente neste local de instalação mudando acorrente CC do retificador para os eletrolizadores, aqual foi determinada a ser proporcional à taxa deprodução de cloro dos eletrolizadores. Uma vez que clorofoi extraído como o produto final do sistema de anólito,o excesso de hidróxido de sódio sendo produzido naconcentração de 15% foi separadamente decantado uma vezque ele não estava sendo reagido com o cloro. Ainstalação de tratamento de água em questão usou oexcesso de solução de hidróxido de sódio para controle dopH da solução em uma outra área da instalação. Operandoem uma taxa de produção de cloro de 750 lb/dia, o co-produto de hipoclorito de sódio produzido a partir dosistema foi cerca de 25 galões por dia com umaconcentração de NaOCl de 12% comercial.

Embora a divulgação tenha sido descrita com referência auma configuração exemplar, será entendido por aquelesexperientes na técnica que várias mudanças podem serfeitas e equivalentes podem ser substitutos paraelementos da mesma sem se desviar do escopo da invenção.

Em adição, muitas modificações podem ser feitas paraadaptar uma particular situação ou material aosensinamentos da divulgação sem se desviar do escopoessencial da mesma. Portanto, é intencionado que adivulgação não seja limitada à particular configuraçãodivulgada como o melhor modo contemplado para executaresta divulgação, mas que a divulgação incluirá todas asconfigurações caindo dentro do escopo das reivindicaçõesanexas.

Claims (30)

1. Sistema de geração eletroquímica para produzir gás decloro, NaOH e solução de hipoclorito de sódio,caracterizado pelo fato de compreender:a. um módulo de salmoura, compreendendo: pelo menos umtanque de produção de salmoura, onde cloreto de sódiosólido e água amolecida podem ser contatados para formaruma solução aquosa saturada de cloreto de sódio (salmourasaturada);b. um módulo amolecedor de salmoura, compreendendo: umtanque de recirculação de salmoura, uma fonte dehidróxido de sódio, um sensor de pH e pelo menos um leitode resina de troca iônica quelante, sendo que a salmourasaturada pode ser alimentada para formar salmouraamolecida circulando continuamente através de pelo menosum leito de resina de troca iônica quelante e o tanque derecirculação e salmoura;c. um módulo eletrolizador, compreendendo um tanque deanólito, um sensor de condutividade, um tanque principalde cloro, um tanque principal de NaOH, um tanque derecepção de hidróxido de sódio, e uma pluralidade deeletrolizadores, sendo que:i. cada eletrolizador é um eletrolizador de células demembrana, compreendendo: um compartimento de anólitotendo uma entrada para salmoura amolecida e uma saídapara gás de cloro/salmoura esgotada, um compartimento decatólito tendo uma entrada para NaOH aquoso e uma saídapara a solução de gás de hidrogênio/NaOH e uma membranade troca iônica catiônica capaz de permitir íons de sódiopassarem dos compart imentos de anólito para o decatólito;ii. o tanque principal de cloro, compreendendo: umaconexão de cloro/salmoura esgotada com oseletrolizadores, uma conexão de salmoura esgotada com otanque de anólito e uma remoção de gás de cloro; aremoção de gás de cloro, compreendendo: uma conexão decloro com o módulo de conversão de hipoclorito de sódioe, opcionalmente, uma conexão com um outro ponto deremoção de cloro, sendo que no tanque principal de cloroo gás de cloro formado nas câmaras de anólito é separadoda mistura de gás de cloro/salmoura que sai doseletrolizadores para formar uma corrente de gás de cloroe uma corrente de salmoura esgotada;iii. o tanque principal de hidróxido de sódio,compreendendo: uma conexão de gás de hidrogênio/soluçãode NaOH com os eletrolizadores, uma entrada de arcompreendendo um soprador, uma saída de gás de hidrogêniodiluído com ar, uma conexão de solução de NaOHconcentrada com os eletrolizadores, uma entrada de água,e uma conexão de solução de NaOH com o tanque de recepçãode hidróxido de sódio, sendo que no tanque principal deNaOH o gás de hidrogênio na solução de gás dehidrogênio/solução de NaOH que sai dos eletrolizadores éremovido com ar para formar uma corrente de hidrogênio/arabaixo do LEL de hidrogênio em ar e uma corrente desolução de NaOH concentrada; e,d. um módulo de conversão de hipoclorito de sódio,compreendendo: um tanque de conversão, um sensor de POR,uma entrada de solução de NaOH e uma entrada de água,sendo que a corrente de gás de cloro pode ser contatadacom uma solução de NaOH no tanque de conversão paraformar uma solução de NaOCl a 2-15% comercial, o sensorde POR é capaz de monitorar o nível de NaOH da saída apartir do tanque e da entrada de água para permitir oajuste da concentração da solução de NaOCl formada;sendo que 1-100% do gás de cloro gerado na corrente podemser convertidos para uma solução de NaOCl.

2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de o módulo de salmouraadicionalmente compreender uma entrada de salmouraesgotada reciclada.

3. Sistema, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de o módulo de salmouracompreender: uma pluralidade de leitos de resina de trocaiônica quelante conectados em paralelo.

4. Sistema, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de o módulo amolecedor desalmoura adicionalmente compreender: um aquecedor desalmoura.

5. Sistema, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de o módulo eletrolizadoradicionalmente compreender: um trocador de calor.

6. Sistema, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de o módulo eletrolizador sercapaz de produzir hidrogênio a 2% em volume ou menor emcorrente de ar.

7. Sistema, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de o módulo de conversão dehipoclorito de sódio adicionalmente compreender: umtanque de extração de cloro e um tanque de salmouraesgotada, sendo que:a. o tanque de extração de cloro compreende: uma conexãopara o tanque de anólito, uma conexão para o tanque desalmoura esgotada, um sensor de pH capaz de controlar aadição de ácido ao tanque de extração de cloro, umacoluna de extração de cloro, uma fonte de ar para removero cloro da coluna e uma conexão de cloro para o tanque deconversão de hipoclorito de sódio; e,b. o tanque de salmoura esgotada compreender: um sensorde pH capaz de controlar a adição de base ao tanque desalmoura esgotada, um sensor de POR capaz de controlar aadição de NaHSO3 ao tanque de salmoura esgotada, e umaconexão de reciclagem para o módulo de produção desalmoura.

8. Sistema, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de o módulo de hipoclorito desódio adicionalmente compreender: um trocador de calor.

9. Sistema, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de adicionalmente compreender: ummódulo amolecedor de água.

10. Sistema, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de adicionalmente compreender:uma unidade de solução de NaOH conectada ao tanque deNaOH e capaz de misturar água amolecida e uma solução deNaOH de alta potência para formar uma solução de NaOH.

11. Sistema, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de adicionalmente compreender: umsistema de coleta de cloro de parada de emergênciacompreendendo: uma fonte de água e um edutor.

12. Sistema, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de a retirada de gás de cloroadicionalmente compreender: um ou mais pontos adicionaisde aplicação.

13. Processo para produzir eletroliticamente gás decloro, NaOH e opcionalmente um hipoclorito de sódio,caracterizado pelo fato de compreender:a. contatar cloreto de sódio sólido e água amolecida emum módulo de salmoura para formar uma solução aquosasaturada de cloreto de sódio (salmoura saturada);b. alimentar a salmoura saturada para o módulo amolecedorde salmoura para formar salmoura amolecida, sendo que asalmoura é continuamente circulada através de leitos deresina de troca iônica quelante localizados no móduloamolecedor de salmoura;c. alimentar a salmoura amolecida a um móduloeletrolizador, compreendendo: um sensor de condutividadee uma pluralidade de eletrolizadores de células demembrana, cada eletrolizador compreendendo: umcompartimento de anólito, um compartimento de católito, euma membrana de troca iônica catiônica capaz de permitiríons de sódio passarem dos compartimentos de anólito parao de católito, sendo que a salmoura amolecida éalimentada ao compartimento de católito doseletrolizadores;d. alimentar uma solução aquosa de NaOH para os compartimentos de católito dos eletrolizadores;e. aplicar uma corrente aos eletrolizadores suficientepara produzir uma mistura de gás de cloro/salmoura noscompartimentos de anólito e mistura de gás dehidrogênio/solução de NaOH nos compartimentos decatólito;f. extrair o gás de cloro da mistura de gás decloro/salmoura para formar uma corrente de gás de cloro euma corrente de salmoura esgotada;g. extrair o gás de hidrogênio da solução de gás dehidrogênio/NaOH com ar para formar uma corrente dehidrogênio/ar e uma corrente de solução de NaOHconcentrada; e,h. contatar a corrente de gás de cloro com uma solução deNaOH em um módulo de conversão de hipoclorito de sódiopara formar diretamente uma solução de NaOCl comercial a-2-15%;sendo que de 1-100% do gás de cloro gerado no sistemapodem ser convertidos para uma solução de NaOCl.

14. Processo, de acordo com a reivindicação 13,caracterizado pelo fato de o gás de cloro ser fornecido aum ou mais pontos adicionais de aplicação.

15. Processo, de acordo com a reivindicação 13,caracterizado pelo fato de o nível de NaOH do módulo deconversão de hipoclorito de sódio ser monitorado emantido com um sensor de POR.

16. Processo, de acordo com a reivindicação 13,caracterizado pelo fato de a extração do gás de cloro serexecutada transportando a solução resultante de gás decloro/salmoura esgotada para um tanque de caixa deligação de cloro e aplicando um vácuo suficiente paraobter uma corrente de gás de cloro e uma corrente desalmoura esgotada.

17. Processo, de acordo com a reivindicação 13,caracterizado pelo fato de adicionalmente compreendermanter um pH de 9-11 no módulo amolecedor de salmoura comum sensor de pH.

18. Processo, de acordo com a reivindicação 13,caracterizado pelo fato de a salmoura esgotada ter umaconcentração de NaCl de 200 a 240 g/l.

19. Processo, de acordo com a reivindicação 13,caracterizado pelo fato de adicionalmente compreender:i. alimentar a corrente de salmoura esgotada dentro de umtanque de anólito e, se necessário, resfriar;j . transportar a salmoura esgotada do tanque de anólitopara o módulo eletrolizador, sendo que a salmouraesgotada é misturada com salmoura amolecida antes daintrodução no módulo eletrolizador.

20. Processo, de acordo com a reivindicação 13,caracterizado pelo fato de a concentração de salmoura doanólito ser mantida com o sensor de condutividade.

21. Processo, de acordo com a reivindicação 13,caracterizado pelo fato de a concentração de salmoura deanólito ser de 200-240 g/l.

22. Processo, de acordo com a reivindicação 21,caracterizado pelo fato de a concentração da solução desalmoura do anólito ser de 200-220 g/l.

23. Processo, de acordo com a reivindicação 13,caracterizado pelo fato de adicionalmente compreender oprocesso de declorarção da salmoura esgotada,compreendendo:k. transportar a salmoura esgotada do tanque de anólitopara um tanque de extração de cloro;l. acidificar para formar salmoura esgotada acidifiçada,sendo que o nível de pH é monitorado com um sensor de pHe é suficiente para converter HOCl dissolvido para Cl2;m. passar a salmoura esgotada acidificada através de umacoluna de extração de cloro e dentro de um tanque desalmoura esgotada;n. basificar a salmoura no tanque de salmoura esgotadapara pH 9-11, sendo que o nível de pH é monitorado com umsensor de pH;o. adicionar uma quantidade suficiente de NaHSO3 pararemover o cloro dissolvido presente na salmoura esgotada;e,p. transportar a salmoura esgotada, declorada para omódulo de salmoura.

24. Processo, de acordo com a reivindicação 23,caracterizado pelo fato de a condutividade da salmourabasificada ser monitorada com um sensor de POR, e após aadição de NaHSO3 ser 30-60 mV.

25. Processo, de acordo com a reivindicação 13,caracterizado pelo fato de a extração do gás dehidrogênio ser executada transportando a misturaresultante de gás de hidrogênio/solução de NaOH para umtanque principal de NaOH tendo uma porção superiorcompreendendo: gás de hidrogênio e passando ar através daporção superior em uma taxa suficiente para alcançar umacorrente de saída com um volume de hidrogênio em ar de 2%em volume ou menor.

26. Processo, de acordo com a reivindicação 13,caracterizado pelo fato de a corrente de solução de NaOHconcentrada ser dividida em primeira e segunda correntesde NaOH concentradas, a primeira corrente de NaOH sendoalimentada para o módulo eletrolizador e a segundacorrente de NaOH sendo alimentada para o módulo deconversão de hipoclorito de sódio.

27. Processo, de acordo com a reivindicação 13,caracterizado pelo fato de a salmoura amolecida ter umadureza total menor que 80 ppb.

28. Processo, de acordo com a reivindicação 27,caracterizado pelo fato de a salmoura amolecida ter umadureza total menor que 2 0 ppb.

29. Processo, de acordo com a reivindicação 13,caracterizado pelo fato de pelo menos 95% do NaCl dasalmoura de alimentação serem convertidos para Cl2 ouNaOCl.

30. Processo, de acordo com a reivindicação 13,caracterizado pelo fato de 0% do NaCl da salmoura dealimentação estar presente no NaOCl produzido.