Industria Cloro-Álcalis

Transcripción

1 Industria Cloro-Álcalis Química de los Procesos Industriales Materia Prima Cl PRODUCTOS OH (soda cáustica) Cl: es el material más usado en la fabricación de sustancias inorgánicas (185x10 6 ton/año)) 3 (cenizas de soda) Cl (g) Commodities Producción de heavy chemicals Producción mundial, en 10 6 Ton/año Producto H SO 4 CaO NH 3 O 5 NH 4 NO Benceno 6 N H 3 PO 4 7 Etileno Etanol 8 OH Producto Propileno HNO Metanol Cloruro de vinilo Cl HCl 1 3 Química de los procesos industriales 1

2 Producción de cloro Valores en 10 6 Ton/año Producción mundial EEUU Rusia Alemania Canadá Francia Reino Unido Japón Italia España (34%) 8 (3%) 3.5 (18%) 1.4 (4%) 1.4 (4%) 1.0 (3%) 0.9 (.6%) 0.9 (.6%) 0.5 (1.4%) 4 Usos principales del cloro Cloruro de vinilo (monómero) Intermediarios orgánicos Solventes clorados Cloruros de etileno Óxido de propileno Blanqueado de pulpa de madera y papel Clorometanos Materiales inorgánicos Polvo de blanquear, hipoclorito de Otros usos UE 31% 16% 14% 8% 31% EEUU 18% % 5% 11% 10% 8% 6% 5 Usos principales de la soda cáustica Productos químicos inorgánicos Productos químicos orgánicos Pulpa de madera y papel Neutralizaciones Óxido de aluminio Jabón Rayón Otros usos EEUU 1% 17% 14% 1% 7% 4% 4% 1% 6 Química de los procesos industriales

3 Usos principales del carbonato de sodio EEUU Vidrio, botellas Fosfatos de sodio Vidrio plano, fibra de vidrio Silicato de sodio Limpiadores alcalinos Pulpa de madera y papel Otros usos 34% 1% 11% 5% 5% 4% 9% 7 Uso de cenizas pesadas Silicatos de sodio 9% Productos químicos 8% Vidrio plano y fibra de vidrio 0% Recipientes de vidrio 63% 8 Uso de cenizas livianas Misceláneos 15% Alimentación 3% Colorantes 3% Química Fina 3% Aceites, grasas, ceras, azúcares 16% Textiles 3% Heavy chemicals 57% 9 Química de los procesos industriales 3

4 SAL MARINA SAL MINERAL Procesos químicos relacionados con Cl Evaporación Sal solar Extracción acuosa Salmuera Minado Sal de roca Evaporación (P atm. o vacío) Salmuera purificada Ca 3 caliza SAL SÓLIDA SAL REDISUELTA Proceso sal-ác. sulfúrico Electrolisis de sal fundida Electrolisis de salmuera NH 3 Proceso Solvay Agua CaO HCl SO 4 H 3 NH 4 Cl CaCl Cl H OH Caliza Proceso caliza-soda recicl Obtención de 3, OH y Cl Proceso Leblanc Proceso Solvay 3, OH Proceso Leblanc + Scheele ó Deacon Cl Proceso electrolítico OH, Cl 11 Proceso Scheele (1774) 1774: Scheele descubre el Cl y sus propiedades blanqueadoras Reacción: Cl - Cl + e - MnO + 4H + + e - Mn + + H O MnO + 4HCl Cl + MnCl + H O 1 Química de los procesos industriales 4

5 Proceso Leblanc (I) Cl + H SO 4 SO 4 + HCl SO 4 + Ca 3 + C 3 + CaS + Ambas reacciones se llevan a cabo por calentamiento Reacción total: Ca 3 + Cl + H SO 4 + C HCl CaS + Subproducto Producto Subproducto 13 Proceso Leblanc (II) Materias primas Ca 3 Se extrae de minas Cl Se extrae de minas o del mar (salmueras) H SO 4 Se produce por oxidación de S ó FeS C Se extrae de minas 14 Proceso Leblanc (III) Productos HCl Utilizado para fabricar Cl, por reacción: MnO + 4HCl Cl + MnCl + HO 3 Utilizado como tal o para fabricar OH, por reacción: 3 + Ca(OH) Ca 3 + OH CaS Se puede utilizar para obtener S (de poco valor) 15 Química de los procesos industriales 5

6 Proceso Leblanc (IV) Desventajas Gran consumo de energía en la etapa de fusión Proceso batch, que utiliza mucha mano de obra Problemas ambientales Liberación de HCl(g) a la atmósfera Desechos sólidos: CaS + H O H S + Ca(OH) Reemplazado a partir de 1880 Solvay( 3 y OH) Procesos electrolíticos (Cl, OH, ) 16 Proceso Deacon (1868) 4HCl + O Cl + H O Temperatura: 400ºC Catalizador: CuCl Endotérmica Modificación actual (1960): Mejora del catalizador (mezcla de óxidos de praseodimio y neodimio y CuCl, en lecho fluido) 17 Reacciones del Proceso Solvay Cl + NH 3 + H O + NH 4 Cl + H 3 (1) salmuera amoniacal H H O (calentamiento, 150ºC) () cenizas livianas Ca 3 CaO + (calentamiento, 1100ºC) (3) CaO + H O Ca(OH) (4) cal viva cal apagada NH 4 Cl + Ca(OH) CaCl + NH 3 + H O (5) 3 + H O 3 H O (6) cenizas livianas 3 H O 3 + H O (descomposición térmica) (7) cenizas pesadas 18 Química de los procesos industriales 6

7 Industria cloro-álcalis Proceso Solvay Light ash 6 7 (s) + H O Cl +CaO Ca 333+ HH O O + CaO Cl H+ + O NH H 4 NH O H + H3 O NH Ca(OH) Ca(OH) + NH CaCl 3 H 3+ 3H O 4Cl + O 3H 19 Torre Solvay 0 Proceso Electrolítico (I) Celda de diafragma Reacciones anódicas Principal: Cl- ½ Cl + e Secundaria: HO ½ O + H+ + e- (no deseable) Reacción catódica HO + e- ½ H + OHPot. estándar de reducción Sobrepotencial Cl/Cl- = +1,36 V 0,0 V (ánodo de grafito) O/HO = +1,3 V 0,65 V (ánodo de grafito) H+/H = 0 V 0, V (cátodo de acero) +/ = -,7 V 0 V (cátodo de acero) 1 Química de los procesos industriales 7

8 Industria cloro-álcalis Proceso Electrolítico (II) Esquema Celda de diafragma Sale Cl Entra salmuera Nivel de salmuera Remoción de hidrógeno de la celda por salida en caja de cátodo Nivel de líquido Cátodo de malla de acero Diafragma de amianto Remoción de OH del compartimiento anódico Compartimiento anódico Proceso Electrolítico (III) Celda de cátodo de mercurio Reacciones anódicas Principal: Cl- ½ Cl + e Secundaria: HO ½ O + H+ + e- (no deseable) Reacción catódica + + e- (amalgama) (la sobretensión al desprendimiento de hidrógeno en un cátodo de Hg es muy elevada) Luego (amalgama) + HO + + OH- + ½ H 3 Proceso Electrolítico (IV) Esquema de Celda de Cátodo de Mercurio Agua Solución de OH 4 Química de los procesos industriales 8

9 Proceso Electrolítico (IV) Electrólisis de Cl fundido Reacción anódica Cl - ½ Cl + e - Reacción catódica + + e - (l) Sustancia PF (ºC) PE(ºC) Cl Cl Celda Downs 6 Química de los procesos industriales 9