ES2232897T3 - Catalizador para la descomposicion de peroxidos de hidrogeno arrastrado en un fluido e instalacion para uso del catalizador. - Google Patents
Catalizador para la descomposicion de peroxidos de hidrogeno arrastrado en un fluido e instalacion para uso del catalizador.Info
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Abstract
UN CATALIZADOR PARA DESCOMPONER PEROXIDO DE HIDROGENO ARRASTRADO EN UN MEDIO DE CORRIENTE SE COMPONE DE UN MATERIAL SOPORTE HIDROFOBO CON UNA CAPA SUPERFICIAL DE MATERIAL ACTIVO CATALITICAMENTE, DEL QUE SE UTILIZA UN OXIDO METALICO DE UN GRUPO QUE ABARCA OXIDO DE MANGANESO, HIERRO Y COBRE. SE EMPLEAN UNIDADES CATALIZADORAS (22) EN FORMA DE TALES CATALIZADORES DE MATERIAL A GRANEL, QUE CONTIENEN ELEMENTOS CATALIZADORES, EN INSTALACIONES PARA LIBERAR UNA CORRIENTE GASEOSA O LIQUIDA DE PEROXIDO DE HIDROGENO ARRASTRADO O PARA VENTILAR DEPOSITOS QUE CONTIENEN PEROXIDO DE HIDROGENO.
Description
Catalizador para la descomposición de peróxido de
hidrógeno arrastrado en un fluido e instalación para uso del
catalizador.
La invención se refiere al uso de un catalizador
para la descomposición de peróxido de hidrógeno así como
instalaciones que usan el catalizador.
Para esterilizar superficies de envases como, por
ejemplo, cartones de leche, recipientes para yogurt y budines,
láminas huecas; pero también envases para productos farmacéuticos,
se usa hoy en día sobre todo peróxido de hidrógeno
(H_{2}O_{2}).
En este sentido, se usan dos procedimientos, que
son conocidos como aplicación del lado gaseoso y como aplicación del
lado acuoso.
En la aplicación del lado gaseoso se transforma
el peróxido de hidrógeno en evaporadores especiales al estado
gaseoso, y este gas actúa luego sobre la superficie del envase y lo
esteriliza.
En la aplicación del lado acuoso se expone la
superficie que se va a esterilizar a una corriente de agua que
contiene peróxido de hidrógeno.
Estos procedimientos tienen la ventaja de que se
puede renunciar en gran medida a las sustancias conservantes y de
que el peróxido de hidrógeno se descompone en las dos sustancias
naturales agua (H_{2}O) y oxígeno (O_{2}).
Después de la esterilización se deriva en la
aplicación del lado gaseoso el aire de salida que contiene el
peróxido de hidrógeno por una chimenea. Condicionado por su baja
velocidad de descomposición, el peróxido de hidrógeno es
prácticamente estable en condiciones ambientales. Debido a su
agresividad puede atacar, por tanto, las instalaciones de
producción, edificios, fauna y flora. Es, por tanto, necesario
proteger el entorno inmediato de su efecto destructivo. Para la
protección personal está especificada una concentración en el lugar
de trabajo máxima (valor MAK) para el peróxido de hidrógeno de 1
ppm.
En la aplicación del lado acuoso se puede ahorrar
valiosa agua potable, si el agua que abandona la zona de
esterilización se libera del peróxido de hidrógeno.
Es conocido que la velocidad de descomposición
del peróxido de hidrógeno se puede aumentar bruscamente mediante
contacto con catalizadores adecuados. Hasta el momento se usan los
sistemas explicados a continuación.
El carbón activo usado como catalizador no sólo
presenta la desventaja de ser inflamable. A saber, en los capilares
tiene lugar una condensación (denomina condensación capilar) de la
proporción de agua en forma gaseosa. Esto lleva a la obstrucción de
los centros activos y, por tanto, hace inutilizable el carbón activo
tras un breve periodo de tiempo.
También se encuentran en el mercado materiales
soporte con recubrimientos de metales preciosos que presentan
propiedades hidrófilas, por lo que también en tales catalizadores se
adiciona agua a los centros activos y acto seguido ya no están
disponibles para la reacción catalítica. Un sistema más es la
combinación de un material soporte hidrófobo con un recubrimiento de
metal precioso como, por ejemplo, platino o paladio. Mediante la
propiedad hidrófoba del material soporte se mantiene, sin
disminución durante el uso, la superficie de actividad catalítica,
sin embargo tales catalizadores son muy caros debido a la proporción
de metal precioso.
Del documento DE 4333328 se conoce descomponer el
peróxido de hidrógeno contenido en una solución mediante un
catalizador de óxido de manganeso, de hierro o de cobre, en donde el
catalizador está dispuesto sobre un material soporte de zeolita.
La presente invención se basa en el objetivo de
reducir la degradación del entorno en la aplicación del lado gaseoso
del peróxido de hidrógeno para esterilización.
Este objetivo se consigue mediante el uso de un
catalizador, en el que está previsto un material soporte hidrófobo
con una capa de superficie de material de actividad catalítica, que
se selecciona de un grupo que comprende óxido de manganeso, de
hierro y de cobre, para la descomposición del peróxido de hidrógeno
arrastrado por una corriente de gas.
En el uso del catalizador se requiere una
destrucción catalítica, rápida del peróxido de hidrógeno en la
corriente de gas de salida en agua y oxígeno, con lo que el
catalizador mantiene su actividad durante un periodo de tiempo
suficientemente largo y esencialmente es más económico que los
catalizadores previamente descritos con material soporte hidrófobo y
recubrimiento de metal precioso. Simultáneamente las instalaciones
deben realizarse de modo que hagan posible liberar con este
catalizador el agente de la corriente gaseosa del peróxido de
hidrógeno arrastrado o bien que se aireen los tanques de
almacenamiento de peróxido de hidrógeno sin riesgo para el
entorno.
Preferiblemente se usa como material soporte una
zeolita que se ha mostrado como especialmente ventajosa para este
fin. La relación de óxido de silicio a óxido de aluminio es, en
estas zeolitas, una medida de estas propiedades hidrófobas. Una
forma de realización especialmente ventajosa consiste en que la
relación de SiO_{2}/Al_{2}O_{3} de la zeolita sea superior a
40.
Según otra configuración ventajosa el material
soporte consiste en un material de zeolita en forma de polvo, unido
mediante un aglutinante hidrófobo, extruido, que está triturado en
agregados capaces de fluir.
Una forma de realización alternativa consiste en
que como material soporte se usan alambres retorcidos basados en
níquel, y preferiblemente aglomerados de alambre capaces de fluir,
que están conformados, según una configuración ventajosa, como
aglomerados en malla de alambre.
Para usar el catalizador para la liberación de la
corriente de gas del peróxido de hidrógeno que arrastra se configura
de acuerdo con la invención una instalación de modo que están
dispuestos en un conducto de gas en la dirección del flujo de forma
secuencial unos tras otros un filtro preliminar de polvo fino, una
unidad para el catalizador en forma de un catalizador a granel y un
ventilador, en donde preferiblemente el catalizador a granel
presenta un marco que delimita su sección transversal de flujo, así
como dos elementos en rejilla de alambre entrelazada que rellenan la
sección transversal de flujo, unidos al marco, dispuestos a
distancia uno del otro en la dirección del flujo, en donde el
espacio entre el marco y ambos elementos en rejilla está rellenado
con los elementos de catalizador capaces de fluir, el marco puede
estar sujeto mediante abrazaderas contra un resalte dispuesto en el
conducto de gas y asignado al marco, y se dispone una junta
periférica entre el marco y el resalte, y en donde el marco, los
elementos en rejilla, el resalte y las abrazaderas se componen de un
metal resistente a la corrosión, como tal se usa preferiblemente y
de forma discrecional acero inoxidable y/o aluminio resistente a
agua marina. Mediante esta disposición de marco, resalte,
abrazaderas y junta se alcanza resistencia mecánica con el
suficiente dimensionado (ensayo del agente espumante).
Según una primera forma de realización el marco
está dispuesto en un plano que corta en ángulo recto al eje
longitudinal del conducto de gas.
Para aumentar la superficie de actividad
catalítica, una configuración especialmente ventajosa consiste en
que esté dispuesto al menos un grupo de dos marcos asignados por
parejas en sección transversal a la corriente, los planos de
simetría que transcurren paralelos al eje longitudinal del conducto
de gas, asignados a cada grupo en la dirección de la corriente de la
instalación varían su distancia uno de otro, y preferiblemente de
modo que se aproximan uno a otro en la dirección de la corriente de
la instalación, en donde preferiblemente está asignado un apoyo
trasversal al conducto de gas, que presenta el resalte, a los
laterales de los marcos adjuntos a la pared del conducto de gas.
También, si la instalación trabaja en régimen de
reciclaje, es decir, la corriente de gas no se deriva fuera de la
instalación tras el barrido de las superficies que se van a
esterilizar, sino que se retorna sobre estas superficies, se
requiere que el gas aguas abajo de las superficies se libere en
primer lugar del peróxido de hidrógeno, y luego, este, antes del
soplado a las superficies que se van a esterilizar se alimenta de
nuevo en la dosificación deseada, debido a que sólo así se puede
garantizar que también en régimen de reciclaje prolongado se
mantenga invariable la dosificación deseada.
Si la instalación se usa en régimen de reciclaje
se intercala según una configuración recomendada adicional entre la
unidad del catalizador y el ventilador un condensador, que está
provisto preferiblemente con un colector de gotas.
Según una configuración ventajosa adicional antes
del ventilador puede ir un filtro de materia en suspensión.
Una instalación para la desaireación de un tanque
que contenga peróxido de hidrógeno con aplicación de un catalizador
de acuerdo con la invención está configurado de forma tal que se
emplaza en una conducción de desaireación que parte del tanque,
antes de un filtro preliminar, una unidad de catalizador provista
con al menos un catalizador a granel.
También en estas instalaciones pueden ser de uso,
en el sentido literal, las características constructivas de la
unidad de catalizador ya explicadas para la purificación de una
corriente de gas en la instalación previamente descrito.
Sobre la base de la siguiente descripción de los
ejemplos de realización de la invención representados en los
dibujos, se aclarará esta más detalladamente.
Las figuras muestran:
Fig. 1 una representación esquemática de una
instalación para la purificación catalítica del aire de salida que
contiene peróxido de hidrógeno de una máquina de envasado con
conducción de aire para expulsión,
Fig. 2 una vista lateral esquemática de la unidad
de purificación de esta instalación,
Fig. 3 una vista en planta esquemática de la
unidad de purificación,
Fig. 4 una vista lateral similar a la figura 2 de
otra forma de realización de la unidad de purificación,
Fig. 5 una vista en planta de la figura 4,
Fig. 6 una representación similar a la figura 1
de una instalación para la purificación catalítica del aire de
salida que contiene peróxido de hidrógeno de una máquina de envasado
con reciclado,
Fig. 7 una vista lateral esquemática de la unidad
de purificación de la instalación mostrado en la figura 6,
Fig. 8 una vista en planta de la figura 7,
Fig. 9 una representación esquemática de la
disposición mostrada en la figura 2 de los dos catalizadores a
granel que forman dos grupos inferiores,
Fig. 10 un corte según la línea
B-B en la figura 9,
Fig. 11 una vista en la dirección de la flecha A
en la figura 9,
Fig. 12 una representación a mayor escala del
detalle X en la figura 11, y
Fig. 13 una representación esquemática de una
desaireación para un tanque de peróxido de hidrógeno.
En la figura 1, 10 designa una máquina de
envasado en la que las superficies del envase en contacto con el
producto que se va a envasar se esterilizan mediante la acción de
peróxido de hidrógeno. El aire saliente de la máquina de envasado 10
se emite por una conducción 12. En la conducción 12 está incorporada
una unidad de purificación designada en su conjunto con 14, que
comprende un filtro preliminar 18, en forma de un filtro de polvo
fino, una unidad de catalizador 22 formada por ocho catalizadores a
granel 20 (Fig. 2, 3) y un ventilador 24 con motor de accionamiento
26.
La unidad de purificación 14 está en la
instalación técnico configurada en diseño modular conocido, en el
cual se ensamblan los elementos constitutivos dimensionalmente
estables, unos tras otros, en la dirección de la corriente con
formación de un conducto de corriente cerrado herméticamente, como
se muestra en las figuras 2 y 3.
El filtro preliminar 18 protege al catalizador
del polvo atmosférico que puede estar contenido en el aire de
salida.
Los catalizadores a granel 20 se componen de un
marco de acero inoxidable 28 (figura 10), que presenta dos rejillas
30 y 32 formadas de alambre entrelazada de acero inoxidable,
paralelas una a otra con una distancia correspondiente a la anchura
del marco, entre las cuales está encerrado el material catalizador
capaz de fluir.
En la forma de realización según las figuras 2 y
3 están provistos en total cuatro grupos 34a, 34b, 34c y 34d,
respectivamente de dos catalizadores a granel 20, en donde ambos
catalizadores a granel 20 de cada grupo convergen en la dirección de
la corriente del conducto de corriente, fundamentalmente en forma de
V. A este respecto están dispuestos dos grupos 34a y 34b uno junto a
otro y verticalmente por encima de estos otros dos grupos 34c y 34d.
Al marco 28 de los catalizadores a granel 20 está asignado
respectivamente para el apoyo en la carcasa 36 que encierra el
conducto de corriente de la unidad de catalizador 22 un resalte 38
en un marco designado en general con 40 de un perfil hueco de acero
inoxidable.
En los extremos que se encuentran aguas abajo de
los cuatro grupos 34a - 34d están estos marcos 40 conectados
respectivamente en la dirección horizontal de los grupos 34a y 34b o
34c y 34d colindantes a un apoyo 42 transversal al conducto de
corriente en dirección vertical; en los extremos que se encuentran
aguas arriba de cada grupo están conectados ambos marcos 40 de los
grupos 34a y 34c o 34b y 34d dispuestos verticalmente unos por
encima de otros en otros dos apoyos 44 y 46 verticales.
Entre cada catalizador a granel 20 y el resalte
38 asignado respectivamente a estos, está dispuesta una junta 48
tipo marco, periférica. Por medio de varias abrazaderas 50 y un
tornillo de sujeción 52 asignado a cada una de las abrazaderas 50,
que puede estar atornillado al marco 40 en una rosca 54 asignada a
él, los marcos 28 de los catalizadores a granel 20 se sujetan contra
los marcos 40 y con esto se aprieta la junta 48 sólidamente entre
ambos marcos 28 y 40.
Las figuras 4 y 5 muestran una primera variante
de realización para un régimen en reciclaje, en donde tras el
componente estructural del ventilador provisto con un motor 26' y un
ventilador 24' se encuentra también un filtro de materia en
suspensión 58. La unidad de catalizador 22' está provista, en esta
variante de realización, con un grupo individual de dos
catalizadores a granel 20 dispuestos en forma de V, que no ocupan
todo el hueco del conducto de corriente, por lo que el espacio 60
visible en la figura 4 por encima de los catalizadores a granel 20
está cerrado para dirigir toda la corriente de aire por encima de
los catalizadores a granel 20.
Se encuentra representado esquemáticamente una
instalación en la figura 6, en donde en esta variante está
incorporado, como otro componente estructural, un intercambiador de
calor 62 que sirve como condensador con colector de gotas en el
conducto de corriente, que también está representado en las figuras
7 y 8.
La figura 13 muestra el uso del catalizador de
acuerdo con la invención en la desaireación de un tanque de
H_{2}O_{2} 64. El llenado del tanque 64 tiene lugar por una
tobera de llenado 66 de un vehículo cisterna 68. El aire que
contiene H_{2}O_{2} que sale del tanque se transporta por una
conducción 12', que entra en la unidad de purificación 14', que
comprende un filtro preliminar 18' para la protección del
catalizador y una unidad de catalizador 22', que está provista con
catalizadores a granel 20 del tipo previamente descrito.
Claims (10)
1. Uso de un catalizador (20), en el que un
material soporte hidrófobo está provisto de una capa de superficie
de material de actividad catalítica, que se selecciona de un grupo
que comprende óxido de manganeso, de hierro y de cobre, para la
descomposición del peróxido de hidrógeno arrastrado en una corriente
de gas.
2. Uso según la reivindicación 1,
caracterizado porque como material soporte se usa una
zeolita.
3. Uso según la reivindicación 2,
caracterizado porque como material soporte se usa una
zeolita, cuya relación SiO_{2}/Al_{2}O_{3} es mayor de 40.
4. Uso según una de las reivindicaciones 2 ó 3,
caracterizado porque se usa un material soporte que se
compone de un material de zeolita en forma de polvo, unido por un
aglutinante hidrófobo, extruido, que está triturado en agregados
capaces de fluir.
5. Uso según la reivindicación 1,
caracterizado porque se usa un material soporte que se
compone de un alambre retorcido basado en níquel.
6. Uso según la reivindicación 5,
caracterizado porque se usa un material soporte que se
compone de aglomerados de alambre capaces de fluir.
7. Uso según la reivindicación 6,
caracterizado porque se usa un material soporte que se
compone de aglomerados en malla de alambre.
8. Instalación para la liberación de una
corriente de gas del peróxido de hidrógeno arrastrado con el uso del
catalizador usado según una de las reivindicaciones 1 a 7, que en un
conducto del gas en la dirección del flujo están dispuestos de forma
secuencial unos tras otros un filtro preliminar de polvo fino (18),
una unidad (22) que contiene el catalizador en forma de un
catalizador a granel (20) y un ventilador (24).
9. Instalación según la reivindicación 8,
caracterizada porque el catalizador a granel (20) presenta un
marco (28) que delimita su sección transversal de flujo, así como
dos elementos en rejilla (30, 32) que rellenan la sección
transversal de flujo, unidos al marco (28), dispuestos a una
distancia uno del otro en la dirección del flujo, porque el espacio
entre el marco (28) y los dos elementos en rejilla (30, 32) está
rellenado con los elementos de catalizador capaces de fluir, porque
el marco (28) puede estar sujeto mediante abrazaderas (50) contra un
resalte (38) dispuesto en un conducto de gas y asignado al marco, y
porque está dispuesta una junta periférica (48) entre el marco (28)
y el resalte (38), en la que el marco (28), los elementos en rejilla
(30, 32), el resalte (38) y las abrazaderas (50) se componen de un
metal resistente a la corrosión.
10. Instalación según la reivindicación 9,
caracterizada porque se usa opcionalmente acero inoxidable
y/o aluminio resistente a agua marina como metal resistente a la
corrosión.
Applications Claiming Priority (2)
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