ES2298427T3 - Procedimiento para el reciclaje de gas de sintesis en procesos electroquimicos. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para el reciclaje de gas de síntesis en un proceso electroquímico con al menos un electrodo de difusión gaseosa, caracterizado por al menos las siguientes etapas: * la alimentación del gas de educto en el proceso electroquímico, por medio de una bomba de chorro de gas (1), bajo una presión que es mayor que la presión del proceso, * la descompresión del gas de educto hasta la presión del proceso en una bomba de chorro de gas (1) con generación de una presión de aspiración, que es menor que la presión del proceso, y * la aspiración del gas de síntesis que contiene gas de educto (gas residual) mediante la presión de aspiración generada en la bomba de chorro de gas y reciclaje del gas residual hasta el procedimiento electroquímico.

Description

Procedimiento para el reciclaje de gas de síntesis en procesos electroquímicos.

La invención se refiere a un procedimiento para el reciclaje de gas de síntesis en procesos electroquímicos con electrodos de difusión gaseosa.

Diversos procesos químicos exigen el empleo de eductos gaseosos en exceso estequiométrico. Un exceso estequiométrico de gas de educto es necesario, por ejemplo, cuando se utilizan células electroquímicas a base de electrodos de difusión gaseosa.

Mediante el empleo de electrodos de difusión gaseosa son posibles vías alternativas de reacción en diversos procesos electroquímicos y se evita la formación de productos secundarios indeseados o antieconómicos.

Un ejemplo de un electrodo de difusión gaseosa está constituido por un cátodo de consumo de oxígeno. Este electrodo está constituido por una membrana de poros abiertos dispuesta entre el electrolito y el recinto gaseoso, que presenta una capa eléctricamente conductora con catalizador. Mediante esta disposición se consigue que la reducción del oxígeno tenga lugar en el límite entre las tres fases, entre el electrolito, el catalizador y el oxígeno del modo próximo posible al electrolito. Tal como se ha descrito, por ejemplo, en la publicación US-A-4 657 651, encuentran aplicación, por ejemplo, los cátodos de consumo de oxígeno en la electrólisis de los halogenuros alcalinos.

En el caso del cátodo de consumo de oxígeno se alimenta, entre otras cosas, oxígeno a modo de gas de educto. En los procedimientos conocidos se purga del proceso el gas residual formado, que contiene todavía oxígeno y se envía al gas de escape sin otra aplicación. El inconveniente de la forma de proceder, llevada a cabo hasta ahora, reside, por un lado, en el elevado consumo en oxígeno y, por otro lado, en la purificación costosa, necesaria, antes de la descarga de los gases de escape al medio ambiente, por ejemplo mediante columnas de lavado. Para la realización a escala industrial se presentan, por lo tanto, además de considerables costes de materia prima, también exigencias relativas a procedimientos y dispositivos especiales para la purificación de los gases de escape. De manera alternativa, puede tratarse el gas residual también para una nueva utilización, requiriéndose para ello, desde luego, también columnas de lavado o filtros así como compresores para el reciclaje hasta el proceso. El reciclaje hasta el proceso mediante compresores exige, en este caso, materiales altamente valiosos para el compresor debido al contenido en cloruro de hidrógeno (HCl) o al posible contenido en cloro del gas residual, o bien, alternativamente, un lavado continuo con lejía de hidróxido de sodio de la cantidad de gas reciclada con un gran un consumo en lejía de hidróxido de
sodio.

De igual modo, se conoce el reciclaje hasta los procesos de electrólisis de los excesos del gas de síntesis, en diversos procesos, de manera activa por medio de compresores o de soplantes. El inconveniente en esta conducción de los procedimientos reside en el elevado coste de inversión, de explotación (por ejemplo energía eléctrica) y de mantenimiento. Además deben vigilarse los compresores activos en cuanto a su función mediante un elevado coste relativo a la ingeniería de conducción del proceso.

Por último, se conoce el empleo de bombas de chorro gaseoso para la generación de vacío, mezclas gaseosas y recuperación del calor (termocompresores/compresores de puente). Las bombas de chorro gaseoso son bombas con agentes propulsores que generan una depresión y, ante todo, son adecuadas para el empleo como bombas de vacío. Con excepción de la elección de un agente propulsor gaseoso, las bombas de chorro gaseoso coinciden con las bombas de chorro líquido. Como agente propulsor puede emplearse, por ejemplo, vapor de agua.

La invención tiene por objeto poner a disposición un procedimiento para la regeneración de gases residuales en los procesos de electrólisis con electrodos de difusión gaseosa, que no presente los inconvenientes anteriormente citados. Especialmente debe reducirse el consumo en gases de educto y debe conseguirse un dimensionado menor de los lavadores necesarios y, de este modo, también una reducción del consumo de medios para el lavado. Además debe eliminarse el empleo de compresores generadores de costes (costes de inversión, de explotación y de mantenimiento). Al mismo tiempo debe impedirse un deterioro de la membrana y de los electrodos sensibles de difusión gaseosa.

Se ha encontrado un procedimiento para el reciclaje de gas de síntesis hasta los procesos electroquímicos, especialmente hasta los procesos de electrólisis, con al menos un electrodo de difusión gaseosa, que comprende, al menos, las etapas siguientes:

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la alimentación del gas de educto en el proceso electroquímico bajo una presión que es mayor que la presión del proceso, por medio de una bomba de chorro de gas,

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la descompresión del gas de educto hasta la presión del proceso en la bomba de chorro de gas con generación de una presión de aspiración, que es menor que la presión del proceso,

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la aspiración del gas de síntesis que contiene gas de educto (gas residual) mediante la presión de aspiración generada en la bomba de chorro de gas y reciclaje del gas residual hasta el procedimiento electroquímico.

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Se ha observado, sorprendentemente, que el empleo de una bomba de chorro de gas posibilita un reciclaje directo del gas residual, rico en gas de educto, hasta el procedimiento sin que se requiera un secado o una purificación. De este modo puede eliminarse incluso la humectación del gas de educto necesaria en los procesos conocidos hasta ahora. Mediante la construcción sencilla de la bomba de chorro de gas pueden emplearse, de manera económica, materiales de alto valor. Como agente propulsor puede emplearse el gas de educto necesario en el proceso. El consumo de gas de educto puede reducirse considerablemente puesto que se consigue el exceso, necesario para el proceso, mediante el gas residual reciclado. Esto conduce también a un dimensionado menor de los lavadores necesarios y, por lo tanto, también a una reducción del consumo de medios para el lavado de los gases de escape. Mediante una regulación cuantitativa de la corriente gaseosa reciclada y la descarga libre del gas residual purgado pueden evitarse, además, la sobrepresión o bien las oscilaciones de presión en los recintos de los electrodos de la electrólisis, que pueden conducir a deterioros de las membranas y de los electrodos.

Un aspecto esencial de la invención reside en que el exceso en gas residual se recicla directamente hasta el proceso en los procesos de electrólisis con electrodos de difusión gaseosa, que se eliminaba hasta ahora como gas de escape. Esto conduce a una disminución del consumo de gas de educto sin que se influya negativamente sobre la función de los electrodos de difusión gaseosa, sensibles. Preferentemente no se descarga al aire de escape la corriente total del gas residual sino, únicamente, una corriente parcial del gas residual para evitar el enriquecimiento de las impurezas y la sobrepresión o las oscilaciones de presión en el recinto de los electrodos, especialmente en el recinto del cátodo, de la electrólisis, que podrían conducir a deterioros de las membranas y de los electrodos. El empleo de una bomba de chorro de gas posibilita el reciclaje directo del gas residual rico en gas de educto hasta el proceso sin que se requiera un secado o una purificación.

Una forma de realización preferente de la invención abarca, por lo tanto, el reciclaje del gas residual hasta el proceso a través de una bomba de chorro de gas con aprovechamiento de la diferencia de presión entre el gas de educto y el gas de síntesis como fuerza propulsora, la regulación de la cantidad de gas reciclada y la descarga de una corriente parcial de gas residual para la purga de las impurezas y para evitar la sobrepresión.

En el procedimiento, de conformidad con la invención, se recicla preferentemente el gas residual a través de la bomba de chorro de gas junto con el gas de educto hasta el proceso.

Las ventajas del procedimiento, de conformidad con la invención, se ponen de manifiesto especialmente cuando se tiene en consideración el hecho siguiente:

El gas residual, que se forma en la electrólisis con membranas de HCl o de NaCl, contiene, fundamentalmente, oxígeno, así como además vapor de agua, HCl y, en el caso de deterioros eventuales de la membrana, también cloro. En el caso de la electrólisis del NaCl con un cátodo de consumo de oxígeno, el gas residual puede contener trazas de lejía de hidróxido de sodio (NaOH). La eliminación del gas residual como aire de escape requeriría un lavador del aire de escape de grandes dimensiones así como un elevado consumo de lejía de hidróxido de sodio para el lavado. En este caso se eliminó como aire de escape el oxígeno empleado con un exceso del 50%. El reciclaje hasta el proceso mediante compresores requeriría materiales caros para los compresores o un lavado permanente de la cantidad de gas reciclada con elevado consumo de lejía de hidróxido de sodio debido al contenido en HCl y al posible contenido en cloro del gas residual.

El empleo, de conformidad con la invención, de una bomba de chorro de gas posibilita ahora el reciclaje directo del gas residual, que contiene gas de educto, hasta el proceso sin que se requiera un secado o una purificación. De este modo puede eliminarse el humedecido del gas de educto necesario hasta ahora. El consumo en oxígeno puede reducirse aproximadamente en un 33% puesto que el exceso, necesario para el proceso, se consigue mediante el gas residual reciclado, que está nuevamente disponible para el proceso con una corriente volumétrica que es, preferentemente, mayor que el 90% de la corriente del gas residual y que puede ajustarse, en caso dado, mediante un órgano de regulación. La proporción de la corriente del gas residual, no reciclada, se envía al gas de escape con una corriente volumétrica que, preferentemente, es menor que aproximadamente el 10%, de forma especialmente preferente menor que el 1% aproximadamente del contenido en oxígeno puro del gas de educto. La regulación cuantitativa en la corriente gaseosa reciclada y la descarga del gas residual eliminado evitan sobrepresiones o bien oscilaciones de la presión en el recinto del cátodo de la electrólisis, que podrían conducir a deterioros de la membrana y de los electrodos. Mediante la descarga de la parte no reciclada de la corriente del gas residual se evita, además, el enriquecimiento en el proceso de impurezas, especialmente de gases inertes.

El procedimiento, de conformidad con la invención, puede emplearse en cualquier proceso electroquímico que exija el empleo de eductos gaseosos en exceso estequiométrico.

En el procedimiento, de conformidad con la invención, puede emplearse, además, cualquier electrodo de difusión gaseosa, por ejemplo un cátodo de consumo de oxígeno.

El procedimiento, de conformidad con la invención, se emplea, preferentemente, en procesos electroquímicos, especialmente en procesos de electrólisis que discurran con empleo de un cátodo de consumo de oxígeno. El procedimiento se empleará además, preferentemente, en procedimientos de electrólisis, en los cuales se añada fundamentalmente oxígeno como gas de educto.

Ejemplos de procesos de electrólisis, que pueden llevarse a cabo según el procedimiento de la invención, son, especialmente, las electrólisis de NaCl y de HCl, así como también, por ejemplo, procedimientos para el reciclaje de sulfato de amonio o bien de nitrato de amonio con empleo de cátodos de consumo de oxígeno.

Los procesos de electrólisis especialmente preferentes son la electrólisis de NaCl y la electrólisis de HCl con cátodos de consumo de oxígeno en los cuales se añada oxígeno con un exceso estequiométrico del 50% aproximadamente, referido al oxígeno puro.

La presión del proceso, a la cual se lleva a cabo el proceso electroquímico, depende del tipo de proceso electroquímico y del electrodo de difusión gaseosa elegido y se encuentra, en general, en el intervalo comprendido entre 0,001 y 10 bares, de manera preferente comprendido entre 10 y 250 mbares, de manera especial comprendido entre 10 y 200 mbares, sobre la presión atmosférica, de forma especialmente preferente a presión atmosférica.

La presión del gas de educto, aplicada en la bomba de chorro de gas es mayor, en general, entre 0,1 y 40 bares, que la presión del proceso. Preferentemente la presión del gas del educto se encuentra entre 0,5 y 25 bares, de manera especial entre 0,5 y 10 bares, por encima de la presión del proceso.

En una forma de realización alternativa del procedimiento, de conformidad con la invención, la presión del proceso, aplicada a la bomba de chorro de gas, es menor entre 1 y 500 mbares, de manera preferente entre 50 y 200 mbares, que la presión atmosférica.

En el caso en que la presión del proceso sea menor que la presión atmosférica, se bombeará el gas de escape, con ayuda de un compresor o de un soplante, para la purga a la presión atmosférica.

De manera preferente, se alimentará el gas de educto con una corriente cuantitativa de la bomba de chorro de gas que corresponda a un exceso comprendido entre 1,01 y 10 veces, de manera especial a un exceso comprendido entre 1,5 y 2 veces, referido al gas de educto puro, frente al consumo estequiométrico del proceso electroquímico. Si el gas de educto empleado contiene impurezas tales como, por ejemplo gases inertes, el proceso tendrá que llevarse a cabo con un mayor exceso estequiométrico correspondiente.

En la bomba de chorro de gas se descomprime el gas de educto hasta la presión del proceso y se alimenta hasta el recinto de la reacción, en el cual tiene lugar el proceso electroquímico (por ejemplo hasta la cavidad del cátodo del aparato de electrólisis). La presión del proceso corresponde, preferentemente, a la presión de trabajo del electrodo de difusión gaseosa más una eventual pérdida de presión en los conductos. Preferentemente la presión del proceso corresponde aproximadamente a la presión atmosférica. La proporción sobreestequiométrica del gas de educto se elimina del proceso como gas residual.

Mediante la presión de aspiración, generada por la descompresión del gas de educto, se aspira al menos una parte del gas residual a través del lado aspirante de la bomba de chorro de gas y se recicla hasta el proceso. La potencia aspirante de la bomba de chorro de gas puede regularse mediante la caída entre la presión del gas de educto y la presión del proceso.

Según una forma de realización preferente de la invención, la corriente de gas residual, reciclada hasta el proceso de electrólisis se ajusta por medio de un órgano de regulación previsto en la corriente de gas residual, de gas de escape y/o de gas de reciclaje. La cantidad del gas residual reciclado hasta el proceso puede ajustarse, entre un 0,01% y un 100%, referido al gas residual, con ayuda del órgano de regulación. De manera preferente, la cantidad del gas residual, reciclada hasta el proceso, se ajustará a valores comprendidos entre un 80 y un 99,5%.

La proporción de la corriente del gas residual, no reciclada hasta la corriente gaseosa del proceso, se envía al gas de escape. De este modo, se limita el enriquecimiento de las impurezas en el proceso. De igual modo, se evita la generación en el proceso de una gran sobrepresión, indeseada, por medio de la descarga de esta corriente gaseosa. Esto es válido, especialmente, en el caso de una desconexión de la electrólisis, puesto que, en este caso, ya no se consume oxígeno en el proceso. Para la regulación del gas residual, enviado hasta el gas de escape, puede estar previsto un órgano regulador en la corriente del gas de escape.

El procedimiento, de conformidad con la invención, se llevará a cabo, preferentemente, bajo presión del proceso fundamentalmente atmosférica con corrientes de descarga libres de los gases de escape.

Cuando se utilice el procedimiento, de conformidad con la invención, en la electrólisis de NaCl con empleo de un cátodo de consumo de oxígeno, el cátodo de consumo de oxígeno tendrá, preferentemente, la constitución descrita en la publicación EP-A-1 061 158. De manera especial, el cátodo de consumo de oxígeno presenta, preferentemente, como soporte metálico para la distribución de los electrones, un tejido de alambre de plata o de alambre de níquel recubierto de plata o una aleación de otro tipo resistente a la lejía alcalina, por ejemplo Inconel. Para evitar capas de óxido o de hidróxido, malas conductoras, la aleación correspondiente debería estar igualmente recubierta de plata o ennoblecida de otro modo. Es especialmente ventajoso el empleo de un soporte estructurado de manera profunda tal como por ejemplo vellón constituido por finas fibras del material del tejido anteriormente citado. La matriz del catalizador está constituida, preferentemente, por una mezcla de teflón (para ajustar la hidrofobia y la porosidad para la difusión gaseosa), por un soporte eléctricamente conductor, por ejemplo hollín volcánico u hollín de acetileno, y por el propio material catalítico finamente distribuido en el mismo, que está mezclado en forma de partículas de plata catalíticamente activas. La matriz del catalizador está sinterizada o está prensada preferentemente con el soporte. De manera alternativa, puede desistirse, también, de la parte del carbono (hollín), cuando la densidad del catalizador y/o el soporte conductor, que se ha hecho hidrófobo, estén ajustados de tal manera, que se contacte eléctricamente, también, la cantidad preponderante de las partículas del catalizador.

Tal como describe la publicación EP-A-1 061 158 puede desistirse, especialmente en el caso de la electrólisis del NaCl, a la presencia de hollín de carbono en el electrodo de consumo de oxígeno de manera que la matriz de los electrodos esté constituida únicamente por teflón y por plata. En este caso la plata, ejerce además de la función de catalizador, también la conducción de los electrones. De manera correspondiente, se necesita una carga con plata tan elevada que las partículas se toquen físicamente y formen entre sí puentes conductores. Como soporte puede servir tanto el tejido de tela metálica, un metal estirado fino, como el que se conoce en la ingeniería de las baterías, como también un vellón de plata, de níquel cubierto de plata o de material resistente a las lejías alcalinas recubierto de plata, por ejemplo acero al Inconel.

Según otra forma preferente de realización de la invención, se empleará el procedimiento, de conformidad con la invención, en la electrólisis con membrana de HCl con un cátodo de consumo de oxígeno.

La realización de la electrólisis con membrana del HCl mediante cátodos de consumo de oxígeno es conocido, en general, por el técnico en la materia y se ha descrito, por ejemplo en las publicaciones EP-A-0 785 294, US-A-5 958 197 y US-A-6 149 782, a las que se hace expresamente referencia en este caso. El procedimiento, de conformidad con la invención, puede llevarse a cabo con estos cátodos de consumo de oxígeno descritos en estas publicaciones.

El procedimiento, de conformidad con la invención, es adecuado especialmente para la realización en combinación con electrodos de difusión gaseosa, dimensionalmente estables, de manera especial con los electrodos de difusión gaseosa, dimensionalmente estables, descritos a continuación:

Un electrodo de difusión gaseosa, dimensionalmente estable, que puede ser empleado de manera preferente en el procedimiento, de conformidad con la invención, está constituido por al menos un material de soporte del catalizador, eléctricamente conductor, para la acogida de una masa de recubrimiento, que contiene material catalítico, especialmente mezclas constituidas por polvo de plata finamente dividido o por polvo de óxido de plata finamente dividido o mezclas constituidas por polvo de plata y polvo de óxido de plata y polvo de teflón o por mezclas constituidas por plata o por óxido de plata finamente dividido o mezclas constituidas por polvo de plata y de óxido de plata, polvo de carbono y polvo de teflón, y una conexión eléctrica, siendo el material para el soporte del catalizador un tejido, un vellón, un metal sinterizado, esponja o fieltro de material eléctricamente conductor, una placa de metal estirado o una placa metálica dotada con una pluralidad de orificios, sobre la cual se ha aplicado la masa de recubrimiento, que contiene el material catalítico, y que presenta una resistencia a la flexión suficiente de manera que pueda desistirse a un rigidificado adicional mediante el empleo de una placa de base suplementaria, o que esté unida rígidamente de manera mecánica y eléctricamente conductora con una placa de base metálica, rígida, permeable a los gases o con un tejido rígido o metal estirado, especialmente constituido por níquel o por sus aleaciones o aleaciones metálicas resistentes a las lejías alcalinas.

De manera especial, la estructura abierta, que sirve como material para el soporte del catalizador, está constituida por un tejido fino de tela metálica o por un metal estirado, por un tamiz filtrante, por un fieltro, por una espuma o por un material sinterizado correspondientemente fino, en el cual se agarre la masa de recubrimiento, que contiene el material catalítico, cuando se efectúa la laminación. Esta estructura abierta está ya metálicamente unida, en una forma de realización, como paso previo al prensado o a la laminación de la masa de recubrimiento, que contiene el material catalítico, por ejemplo mediante sinterización, con la subestructura ampliamente abierta, pero más compacta y rígida.

La función de esta subestructura es la de un contrafuerte en el momento del prensado de la masa de recubrimiento, que contiene el material catalítico, que, en este caso, puede expandirse y, por lo tanto, agarrarse todavía mejor también en las cavidades intermedias, en función de la estructura, comprendidas entre ambas capas.

El metal para la placa de base se elige preferentemente entre la serie formada por níquel o por aleación de níquel resistente a las lejías alcalinas, o es de níquel, que está recubierto con plata, o es de aleación de metal resistente a las lejías alcalinas.

De manera alternativa, puede emplearse a modo de placa de base, en casos especiales, una esponja rígida o una estructura sinterizada rígida o una chapa perforada o ranurada, constituida por un material de la serie formada por níquel, por aleación de níquel resistente a las lejías alcalinas o por aleación de un metal resistente a las lejías alcalinas o por níquel, que está recubierto con plata. La masa de recubrimiento, que contiene el material catalítico, laminada para dar una piel en una etapa de trabajo previa, se incorpora por laminación, en este caso, directamente en la estructura de base, que tiene al mismo tiempo la función de un material para el soporte del catalizador. De este modo, no se emplea un material adicional para el soporte del catalizador.

De manera preferente, el material para el soporte del catalizador está constituido por carbono, por metal, especialmente por níquel o por aleaciones de níquel o por una aleación metálica resistente a las lejías alcalinas.

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De manera preferente, la placa de base presenta una pluralidad de aberturas, especialmente ranuras o taladros para mejorar el paso del gas de reacción.

De manera preferente, las aberturas tienen una anchura máxima de 2 mm, especialmente de 1,5 mm como máximo. Las ranuras pueden presentar una longitud de hasta 30 mm inclusive.

Cuando se emplea una esponja o una estructura sinterizada porosa, los poros presentan un diámetro medio de, preferentemente, 2 mm como máximo. La estructura se caracteriza por una elevada rigidez y resistencia a la flexión.

De manera preferente, se empleará como material para el soporte del catalizador de los electrodos de difusión gaseosa una esponja o cuerpo metálico sinterizado, pensándose conjuntamente un borde, previsto para la unión de los electrodos con un aparato de reacción electroquímico, para conseguir la hermeticidad a los gases/a los líquidos, necesaria.

Una variante preferente de los electrodos de difusión gaseosa, que pueden ser empleados en el procedimiento, de conformidad con la invención, se caracteriza porque la placa de base presenta un borde periférico, exento de aberturas, de 5 mm como mínimo, que sirve para la fijación de los electrodos, especialmente mediante soldadura o estañado, o mediante atornillado o remachado o mediante la unión con bornas o mediante empleo de un pegamento eléctricamente conductor, sobre el borde con la bolsa gaseosa a ser conectada con el electrodo.

Otra forma preferente de los electrodos de difusión gaseosa, que pueden ser empleados en el procedimiento, de conformidad con la invención, se caracteriza porque el material para el soporte del catalizador y la masa de recubrimiento, que contiene el material catalítico, están unidos entre sí mediante calandrado en seco.

Una variante preferente de los electrodos de difusión gaseosa, que pueden ser empleados en el procedimiento, de conformidad con la invención, está configurada de tal modo que el material para el soporte del catalizador y la masa de recubrimiento, que contiene el material catalítico, se aplica sobre el material para el soporte del catalizador mediante colada o laminación en húmedo de la masa de recubrimiento que contiene agua y, eventualmente, disolventes orgánicos (por ejemplo alcohol) y se unen mediante secado, sinterización y, eventualmente, compactación subsiguientes.

Para la gasificación homogénea, mejorada, de los electrodos de difusión gaseosa se ha previsto en una forma especial de construcción, entre la placa de base y el material para el soporte del catalizador, un tejido distribuidor de los gases adicional, eléctricamente conductor, especialmente constituido por carbono o por metal, especialmente por níquel, o por una aleación de níquel resistente a las lejías alcalinas o por níquel, que está recubierto con plata o por una aleación metálica resistente a las lejías alcalinas.

En una forma especial de realización de estos electrodos de difusión gaseosa, que pueden ser empleados en el procedimiento, de conformidad con la invención, la placa de base presenta una escotadura plana para el alojamiento del tejido distribuidor de los gases.

Se ha revelado como especialmente adecuada, para el empleo en el procedimiento, de conformidad con la invención, una configuración de los electrodos de difusión gaseosa, en la que la capa constituida por el material para el soporte del catalizador y la masa de recubrimiento, que contiene el material catalítico, están unidos con el borde de la placa de base de manera hermética a los gases, periféricamente en la zona del borde de los electrodos.

La unión hermética a los gases puede llevarse a cabo, por ejemplo, mediante sellado o laminación descendente, apoyada en caso dado mediante ultrasonidos.

Cuando se utilice una esponja o una estructura sinterizada porosa como material para el soporte del catalizador o como placa de base, se prensará enérgicamente una zona marginal periférica tras el recubrimiento de la estructura con la masa de recubrimiento, que contiene el material catalítico, para obtener una zona de borde hermética a los gases.

De manera preferente, el electrodo de difusión gaseosa presenta un borde sin orificios o bien un borde cerrado herméticamente a los gases mediante prensado de una estructura de base porosa y está unido sobre este borde, exento de aberturas, de manera hermética a los gases y eléctricamente conductora con un aparato de reacción electroquímico, por ejemplo mediante soldadura, estañado, atornillado, remachado, mediante la unión con bornas o mediante el empleo de pegamentos resistentes a las lejías alcalinas, eléctricamente conductores.

Si se lleva a cabo la unión de los electrodos de difusión gaseosa con el aparato de reacción electroquímico mediante soldadura o estañado, el borde exento de aberturas estará, preferentemente, exento de plata.

Si se lleva a cabo la unión de los electrodos de difusión gaseosa con el aparato de reacción electroquímico, por el contrario, mediante unión por atornillado, unión por remachado, mediante la unión con bornas o mediante el empleo de pegamentos eléctricamente conductores, el borde exento de aberturas contendrá plata, preferentemente.

En el momento de la integración de los electrodos de difusión gaseosa en el aparato de reacción electroquímico mediante unión por atornillado, por remachado, mediante la unión con bornas, es ventajoso sellar herméticamente la zona marginal de la placa de base contra la superficie de montaje del aparato electroquímico por medio de una junta elástica.

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A continuación se describirá con mayor detalle la invención por medio de un ejemplo de realización con referencia a la figura 1 adjunta. En este caso la figura 1 muestra una representación esquemática de un ejemplo de realización del procedimiento, de conformidad con la invención.

Ejemplo

Se llevó a cabo una electrólisis con membrana de HCl con 76 elementos celulares de 2,5 m^{2} con la constitución esquematizada en la figura 1, con empleo de un cátodo de consumo de oxígeno y una bomba de chorro de gas 1 de la firma Körting, Hannover con una densidad de corriente específica de 4 kA/m^{2}. En este caso se alimentaron al recinto catódico del electrolizador 255 m^{3}_{N}/h de oxígeno puro, es decir aproximadamente un exceso del 50%. El gas residual saliente contenía, fundamentalmente, oxígeno así como vapor de agua y trazas de HCl.

El oxígeno se alimentó al proceso de electrólisis bajo una presión de 4,8 bares (presión del gas de educto) por medio de una bomba de chorro de gas 1 y se descomprimió en el mismo aproximadamente hasta la presión atmosférica (presión del proceso). En este caso, la diferencia de presión generada sirve como fuerza propulsora para la aspiración y para la formación de la mezcla del gas residual, que contiene oxígeno en exceso, no consumido. El oxígeno consumido está disponible como gas de síntesis para el cátodo de consumo de oxígeno en la electrólisis con membrana. El gas residual, que contiene gas de educto, se alimentó de nuevo al proceso a través de una válvula de regulación 2, a través de la bomba de chorro de gas 1. Una corriente parcial del gas residual se alimentó a la corriente del gas de escape mediante una servoválvula 3, configurándose la corriente del gas de escape de manera no bloqueable para evitar la generación de una sobrepresión y purgar las impurezas.

Mediante el empleo de la bomba de chorro de gas en el procedimiento, de conformidad con la invención, se recicló hasta el proceso el gas residual rico en oxígeno sin que se requiriese un secado o una purificación. De este modo, pudo suprimirse incluso el humedecido del gas de educto necesario hasta el presente, especialmente en el caso de la electrólisis del NaCl. El consumo en oxígeno pudo reducirse desde 255 m^{3}_{N}/h hasta aproximadamente 170 m^{3}_{N}/h, puesto que el exceso, necesario para el proceso, se consigue mediante el gas residual reciclado. Esto significa un ahorro de aproximadamente 75 m^{3}_{N}/h frente a un proceso sin reciclaje. Mediante la descarga libre del gas residual purgado se evitó la formación de una sobrepresión y/o de oscilaciones de la presión en el recinto del cátodo de la electrólisis, que pueden conducir a deterioros de la membrana y de los electrodos.

Claims (10)

1. Procedimiento para el reciclaje de gas de síntesis en un proceso electroquímico con al menos un electrodo de difusión gaseosa, caracterizado por al menos las siguientes etapas:

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la alimentación del gas de educto en el proceso electroquímico, por medio de una bomba de chorro de gas (1), bajo una presión que es mayor que la presión del proceso,

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la descompresión del gas de educto hasta la presión del proceso en una bomba de chorro de gas (1) con generación de una presión de aspiración, que es menor que la presión del proceso, y

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la aspiración del gas de síntesis que contiene gas de educto (gas residual) mediante la presión de aspiración generada en la bomba de chorro de gas y reciclaje del gas residual hasta el procedimiento electroquímico.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el reciclaje del gas residual hasta el proceso electroquímico se lleva a cabo, al menos, a través de un órgano de regulación (2).

3. Procedimiento según las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque una parte del gas residual se purga del proceso en forma de corriente de gas de escape.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la presión del proceso se regula en la corriente de gas de escape por medio de otro órgano de regulación (3).

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el gas residual se alimenta al proceso junto con el gas de educto a través de una bomba de chorro de gas.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la alimentación del gas de educto y del gas residual se lleva a cabo a través de una bomba de chorro de gas de tal manera, que el gas de síntesis se ofrece en un exceso estequiométrico comprendido entre 1,01 y 10 veces, referido al consumo del gas de educto del proceso electroquímico.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la presión del proceso se encuentra comprendida entre 0,001 y 10 bares por encima de la presión atmosférica.

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el proceso se lleva a cabo bajo presión atmosférica.

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la presión del proceso se encuentra entre 1 y 500 mbares por debajo de la presión atmosférica.

10. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la presión del gas de educto se encuentra entre 0,1 y 40 bares por encima de la presión del proceso.