ES2238245T3 - Procedimiento para la obtencion de halogenos mediante electrolisis en fase gaseosa. - Google Patents

Procedimiento para la obtencion de halogenos mediante electrolisis en fase gaseosa.

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Abstract

Procedimiento para la obtención de al menos un gas de halógeno bajo empleo de un correspondiente halogenuro de hidrógeno gaseoso, que comprende una electrólisis en fase gaseosa, caracterizado porque se añade un gas que presenta oxígeno libre al correspondiente halogenuro de hidrógeno gaseoso.

Description

Procedimiento para la obtención de halógenos mediante electrólisis en fase gaseosa.
La presente invención se refiere a un procedimiento para la obtención de cloro mediante electrólisis en fase gaseosa.
Por la US 5,411,641 es ya conocida la electrólisis en fase gaseosa de HCl como un procedimiento para la obtención de cloro a partir de HCl gaseoso. La ventaja de este procedimiento para la obtención de cloro consiste sobre todo en la demanda energética de la electrólisis, más reducida en comparación con una electrólisis de ácido clorhídrico convencional en fase acuosa, es decir, la pila electrolítica se puede accionar sin pérdida de rendimiento con una tensión de pila sensiblemente más reducida.
Además, ya no es necesario secar el cloro obtenido, de lo cual resulta también un considerable ahorro de tiempo y costes, y el procedimiento total se configura de manera sensiblemente más sencilla debido al paso de secado ausente.
Como se sabe por la WO 98/00581, en la electrólisis en fase gaseosa de HCl se emplean generalmente electrodos de difusión de gases como ánodo. En general, estos electrodos de difusión de gases están separados del católito, o bien del cátodo, a través de un electrólito sólido, en especial un electrólito sólido polímero, como por ejemplo membranas de Nafion. Además, también es concebible emplear en este caso electrólitos cerámicos y líquidos, como por ejemplo H_{3}PO_{4} concentrado. Los electrodos de difusión de gases contienen frecuentemente un catalizador soportado en hollín, finamente distribuido, como por ejemplo platino sobre hollines vulcanizados. Además, se emplean como materiales catalizadores RuO_{2} u otros óxidos de metales nobles sobre soportes de hollín. Sin embargo, los electrodos de difusión de gases pueden ser también no catalizados, es decir, contener únicamente hollín como substrato conductor de electrones y con actividad electroquímica. Los electrodos de difusión de gases son altamente porosos y presentan, por consiguiente, una superficie muy grande. Esta superficie se explota desde el punto de vista electroquímico mediante impregnado con un electrolito apropiado. En este caso se debe procurar no llegar a una obturación del sistema de poros del electrodo. La membrana empleada habitualmente presenta una conductividad iónica suficiente solo con un contenido en agua elevado, de modo que un humectado suficiente de la membrana es necesario en general. En lugar de un humectado con agua, también es posible impregnar la membrana con H_{3}PO_{4}. Además, el humectado se puede llevar a cabo también con agua producida en el cátodo en la reducción de oxígeno. Sin embargo, es preferente un humectado externo, ya que este es controlable y ajustable con exactitud, de modo que en el sistema no permanece sensiblemente agua excedente. Como membranas se emplea habitualmente una membrana de Nafion.
El humectado de la membrana se puede efectuar, a modo de ejemplo, mediante carga de los gases de reacción con vapor de agua. Preferentemente, en este caso se cargan solo los gases de reacción en el cátodo con vapor de agua, mientras que los gases de reacción en el lado del ánodo se mantienen lo más anhidros posible.
Como contraelectrodo para el electrodo de difusión de gases se puede emplear un cátodo que consume oxígeno o que desprende hidrógeno. Preferentemente, en este caso se emplea un cátodo que desprende hidrógeno, ya que no se forma agua interferente eventualmente.
La unidad electrodo/electrólito/electrodo se incorpora en un bloque de pila electrolítica provisto de canales de gas y colectores, o, en el caso de una disposición en serie, en ejecución bipolar en una pila de elementos electrolíticos.
Como producto de la reacción anódica se obtiene un gas de cloro anhidro con contenido en agua apenas reducido.
La electrólisis en fase gaseosa se muestra especialmente ventajosa si se integra en un proceso en el que se produce HCl gaseoso como producto secundario, como es conocido, a modo de ejemplo, por la WO 97/24320. Estos procesos son, modo de ejemplo, procesos para la obtención de cloruros de ácido o isocianatos por medio de fosgeno, que se obtiene a su vez a partir de cloro y monóxido de carbono. En los procesos citados en primer lugar se produce HCl anhidro en forma de gas como producto acompañante, y este se debe liberar aún de impurezas orgánicas para el empleo en la electrólisis. El gas de cloro recuperado se puede utilizar de nuevo para la síntesis de fosgeno.
Una tarea de la presente invención era poner a disposición ahora un procedimiento y un dispositivo para la obtención de gas de halógeno a partir de un halogenuro de hidrógeno gaseoso correspondiente, por medio de electrólisis en fase gaseosa, a través del cual se alcanzara un rendimiento más elevado en gas de halógeno, con el mismo gasto energético, o bien se redujera el aporte energético específico con el mismo rendimiento.
Este problema se soluciona mediante un procedimiento conforme a la invención según la reivindicación 1. En la subreivindicaciones se citan otras formas de ejecución ventajosas.
Por consiguiente, según la invención se pone a disposición un procedimiento para la obtención de al menos un gas de halógeno bajo empleo de un correspondiente halogenuro de hidrógeno gaseoso, que comprende una electrólisis en fase gaseosa, añadiéndose al correspondiente halogenuro de hidrógeno gaseoso un gas libre que presenta oxígeno.
Preferentemente, el halogenuro de hidrógeno gaseoso se selecciona a partir del grupo constituido por: fluoruro de hidrógeno, cloruro de hidrógeno, bromuro de hidrógeno, yoduro de hidrógeno. De modo especialmente preferente se emplea cloruro de hidrógeno para la obtención de gas de cloro. El gas de cloro obtenido de este modo se emplea preferentemente para la obtención de fosgeno. Además, el fosgeno obtenido se emplea preferentemente para la obtención de cloruros de ácido y/o de isocianatos, empleándose nuevo como substancia de partida para el procedimiento según la invención el cloruro de hidrógeno formado como producto secundario. Por consiguiente, resulta un ciclo de reacción cerrado efectivo.
En una forma preferente de ejecución del procedimiento se emplea aire para el gas libre que presenta oxígeno. El empleo de aire es frecuentemente el más sencillo y económico.
Mediante la adición de oxígeno al halogenuro de hidrógeno gaseoso, en especial al gas de HCl, se muestra sorprendentemente una clara mejora de la línea característica de tensión de corriente de la electrólisis en fase gaseosa descrita anteriormente. Esto significa que, con un gasto energético más reducido, se puede alcanzar el mismo rendimiento espacio-tiempo, o bien con un gasto energético igual se puede alcanzar un rendimiento más elevado en gas de halógeno, en especial en cloro.
En otra forma preferente de ejecución del procedimiento según la invención, el procedimiento se integra en un proceso en el que se produce halogenuro de hidrógeno, en especial HCl en forma de gas como producto secundario. Preferentemente, el procedimiento se integra en un procedimiento para la obtención de cloruros de ácido y/o isocianatos por medio de fosgeno, que se obtiene a su vez, a partir de cloro y monóxido de carbono. En los procesos citados en primer lugar se produce HCl anhidro gaseoso como producto secundario. Para el empleo en el procedimiento según la invención se debe liberar este de compuestos orgánicos, preferentemente por medio de un tratamiento con carbón activo.
Preferentemente se emplea el gas de cloro obtenido, o bien recuperado para la síntesis de fosgeno.
Además, en el procedimiento según la invención es ventajoso el hecho de que, mediante la adición de un gas libre que presenta oxígeno, se aumenta la tolerancia de los catalizadores de electrodos contra impurezas orgánicas, y con ello se prolonga el período de aplicación de los electrodos. Esto es especialmente ventajoso, ya que, como se ha mencionado anteriormente, se emplea HCl que está impurificado con cantidades reducidas de componentes orgánicos bajo ciertas circunstancias. Estos se oxidan para dar CO_{2}, u otros productos oxigenados volátiles, mediante el oxígeno añadido con potenciales anódicos elevados, se desabsorben del electrodo, y de este modo ya no pueden bloquear o envenenar el catalizador electrolítico.
Otras ventajas y posibilidades de aplicación del procedimiento según la invención se muestran por medio de los siguientes ejemplos en relación con la figura.
Ejemplos
En los siguientes ejemplos se indica una electrólisis en fase gaseosa de HCl sin dosificación de oxígeno al gas anódico como ejemplo comparativo, y una electrólisis en fase gaseosa de HCl con dosificación de oxígeno al gas anódico como ejemplo de un procedimiento según la invención. La figura 1 muestra las correspondientes líneas características de tensión de corriente de la electrólisis.
Ejemplo comparativo
En este ejemplo se describe un experimento con un ánodo de Pt/C que desprende cloro y un cátodo de Pt/C que consume oxígeno (ambos 1 mg de Pt/cm^{2} de superficie de electrodo activa), unidos respectivamente a, y separados entre sí, a través de una membrana de Nafion 117. La temperatura de pila ascendía a 85ºC, solo el gas de cátodo oxígeno se humedeció por medio de paso a través de un recipiente de agua calentado a 95ºC. Como gas de ánodo se empleó una mezcla de HCl anhidro con un 20% en volumen de nitrógeno. Para la preparación de la medida se accionó la pila con una tensión de pila en voltios bajo las condiciones de operación descritas. A continuación se incorporaron características de tensión de corriente casi estacionarias, manteniéndose constante cada tensión de pila durante aproximadamente un minuto, antes de anotar el punto de medida. La característica se admitió entre 0 y 1,8 V, midiéndose varias veces de potencial negativo a positivo y viceversa. La característica de tensión de corriente obtenida bajo estas condiciones está representada en la figura 1 a través de la línea con los símbolos en forma de cruz.
Ejemplo
En este ejemplo se describe un experimento con la misma estructura que en el caso del ejemplo comparativo. Como gas de ánodo se empleó solo una mezcla de HCl anhidro con un 20% en volumen de oxígeno, es decir, el nitrógeno del ejemplo comparativo se substituyó por oxígeno. La característica de tensión de corriente obtenida bajo estas condiciones está representada a través de la línea con cuadrados abiertos en la figura 1.
Se puede identificar claramente que la característica de tensión de corriente conforme al procedimiento según la invención presenta una tensión de pila claramente más reducida, en especial con densidades de corriente más elevadas.

Claims (6)

1. Procedimiento para la obtención de al menos un gas de halógeno bajo empleo de un correspondiente halogenuro de hidrógeno gaseoso, que comprende una electrólisis en fase gaseosa, caracterizado porque se añade un gas que presenta oxígeno libre al correspondiente halogenuro de hidrógeno gaseoso.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el halogenuro de hidrógeno gaseoso es seleccionado a partir del grupo constituido por: fluoruro de hidrógeno, cloruro de hidrógeno, bromuro de hidrógeno, yoduro de hidrógeno.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque el gas que presenta oxígeno libre es aire.
4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el halogenuro de hidrógeno gaseoso empleado es obtenible a partir de un producto secundario formado en otro proceso químico independiente.
5. Procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado porque el gas de halógeno obtenido se alimenta directa o indirectamente de nuevo al otro proceso químico independiente.
6. Procedimiento según la reivindicación 4 o 5, caracterizado porque el otro proceso químico independiente es la obtención de cloruros de ácido y/o isocianatos por medio de fosgeno.
ES00126503T 1999-12-10 2000-12-08 Procedimiento para la obtencion de halogenos mediante electrolisis en fase gaseosa. Expired - Lifetime ES2238245T3 (es)

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