BRPI0712019A2

BRPI0712019A2 - processo para a produÇço de cloro atravÉs de oxidaÇço em fase gasosa

Info

Publication number: BRPI0712019A2
Application number: BRPI0712019-2A
Authority: BR
Inventors: Aurel Wolf; Leslaw Mleczko; Stephan Schubert; Oliver Felix-Karl Schlueter
Original assignee: Bayer Materialscience Ag
Priority date: 2006-05-23
Filing date: 2007-05-16
Publication date: 2011-12-27
Also published as: US20070274901A1; PT2027063E; EP2027063B1; DE102007020140A1; CN101448734A; DE502007006609D1; CN105174216A; EP2027063A1; TWI409221B; SG172605A1; RU2008150584A; JP5275228B2; RU2475447C2; US20090304573A1; TW200812908A; KR101418612B1; WO2007134771A1; PL2027063T3; ATE500197T1; KR20090014216A

Abstract

PROCESSO PARA A PRODUÇçO DE CLORO ATRAVÉS DE OXIDAÇçO EM FASE GASOSA. A presente invenção refere-se a um processo para a produção de cloro através de oxidação catalítica em fase gasosa de cloreto de hidrogênio com oxigénio, no qual a reação é efetuada em pelo menos dois leitosde catalisadores em condições adiabáticas, bem como um sistema de reator para a execução do processo.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PROCESSO PARA A PRODUÇÃO DE CLORO ATRAVÉS DE OXIDAÇÃO EM FASE GASOSA".

A presente invenção refere-se a um processo para a produção de cloro através de oxidação cataiítica em fase gasosa de cloreto de hidro- gênio com oxigênio, em que a reação é efetuada em pelo menos dois leitos de catalisadores em condições adiabáticas, bem como um sistema reator para a execução do processo.

O processo da oxidação catalítica de cloreto de hidrogênio com oxigênio em uma reação de equilíbrio exotérmica desenvolvido por Deacon em 1868, estava no início da química técnica do cloro

4 HCI + O2 => 2 Cl2 + 2 H2O.

Através da eletrólise alcalina do cloro, a aplicação técnica do processo Deacon, contudo, foi fortemente impelido para o segundo plano. Quase toda a produção de cloro foi realizada através da eletrólise de solu- ções de cloreto de sódio aquosas. Contudo, a atratividade do processo Dea- con aumenta recentemente outra vez, pois a exigência mundial por cloro cresce mais do que a procura por soda cáustica, um produto de acoplamen- to da eletrólise de NaCl. Esse desenvolvimento vem ao encontro do proces- so para a produção de cloro através da oxidação de cloreto de hidrogênio, que é desacoplado da produção de soda cáustica. Além disso, o pré-produto cloreto de hidrogênio é facilmente acessível; este é obtido em grandes quan- tidades, por exemplo, nas reações de fosgenação, por exemplo, na produ- ção de isocianato, como produto de acoplamento.

A dissipação e utilização do calor de reação é um ponto impor- tante na execução do processo Deacon. Um aumento descontrolado da temperatura, que do início até a conclusão da reação de Deacon poderia perfazer 600 a 900°C, levaria, por um lado, a um dano permanente do catali- sador, por outro lado, a um deslocamento desfavorável do equilíbrio da rea- ção na direção dos produtos de partida a altas temperaturas, com um prejuí- zo correspondente do rendimento. Por isso, é vantajoso manter a temperatu- ra da carga do catalisador no decorrer do processo em uma faixa de 150 a 600°C.

Em processos estabilizados, portanto, o catalisador é utilizado na forma de um leito fluidizado, termoestabilizado. Nesse caso, de acordo com a EP 0.251.731 A2, o leito do catalisador é temperado através da pare- de externa, de acordo com a DE 10 2004 006 610 A1, o leito fluidizado é temperado através de um trocador de calor disposto no leito. À remoção efe- tiva de calor deste processo opõem-se problemas através de uma distribui- ção não uniforme do tempo de permanência e abrasão do catalisador, que levam ambos a perdas de conversão.

Uma estreita distribuição do tempo de permanência e baixo atrito do catalisador são possíveis em reatores com cargas de catalisadores esta- cionárias. Contudo, nesses reatores há problemas com a termoestatização dos leitos de catalisadores. Em geral, por conseguinte, são utilizados reato- res de feixes tubulares, os quais, particularmente no caso de grandes reato- res, possuem um circuito de resfriamento muito caro (WO 2004/052776 A1).

Para melhorar a remoção de calor da carga do catalisador, R&D- Report, "Sumitomo Kagaku", volume 2004-I sugerem o uso de um catalisa- dor de leito sólido de oxido de rutênio sobre oxido de titânio como suporte. Além da alta atividade do catalisador, a boa condutibilidade térmica do sis- tema catalisador é mencionada como vantajosa. Visto que também em uma alta condutibilidade térmica dentro das pelotas do catalisador, a condutibili- dade térmica continua baixa, a remoção de calor, contudo, não melhora es- sencialmente através dessa medida.

Na EP 1.170.250 A1 foi sugerido, usar enchimentos de catalisa- dores em reatores de feixes tubulares, que apresentam diferentes atividades em cada uma das diferentes regiões dos tubos de contato resfriados. Dessa maneira, o progresso da reação é tão retardado, que o calor de reação for- mado pode ser removido mais facilmente através da parede dos tubos de contato. Um resultado semelhante deve ser obtido através da diluição alme- jada da carga do catalisador com material inerte. A desvantagem dessas soluções é que dois ou mais sistemas catalisadores precisam ser desenvol- vidos e usados nos tubos de contato ou que a capacidade do reator é preju- dicada através do uso de material inerte.

Nos relatórios publicados WO 2004/037718 e WO 2004/014845, é citada, na verdade, de forma geral, a possibilidade de uma oxidação catalí- tica adiabática de cloreto de hidrogênio, além dos processo isotérmicos pre- feridos. Formas de concretização concretas de uma oxidação de cloreto de hidrogênio conduzida adiabaticamente, contudo, não são descritas. Dessa maneira, não fica inteiramente claro, como o calor de reação é removido da reação exotérmica e como o dano do catalisador pode ser impedido em um procedimento completamente adiabático de todo o processo. Realmente, a oxidação de cloreto de hidrogênio de acordo com esses relatórios, contudo, é efetuada isotermicamente como processo de leito sólido em reatores de feixes de tubos, os quais, tal como já foi citado, exigem um resfriamento a ser regulado de maneira extremamente custosa. Fundamentalmente, tam- bém todos os reatores de feixes tubulares descritos são muito complexos e provocam altos custos de investimento. Problemas em relação à estabilidade mecânica e termoestatização uniforme da carga do catalisador que aumen- tam rapidamente com o tamanho da estrutura tornam grandes agregados desses tipos antieconômicos.

Por conseguinte, seria vantajoso, pôr um processo simples à disposição, que pode ser efetuado em um reator simples sem um sistema custoso para controlar o calor no reator. Tais reatores seriam facilmente transferidos para uma escala industrial e são baratos e robustos em todos os tamanhos. A entalpia de reação reflete quantitativamente nesse tipo de rea- tor na diferença de temperatura entre corrente gasosa do eduto e do produto.

Para a oxidação exotérmica em fase gasosa de cloreto de hidro- gênio com uma corrente gasosa contendo oxigênio, não se descreve, até agora, nem o emprego desses reatores, nem são demonstrados catalisado- res adequados e processos adequados.

Os catalisadores inicialmente usados para o processo Deacon, por exemplo, catalisadores suportados com uma massa ativa CuCl2, apre- sentaram somente uma baixa atividade. Na verdade, a atividade pôde ser aumentada através da elevação da temperatura de reação, contudo, a des- vantagem foi que a volatilidade dos componentes ativos a temperatura mais elevada levou a uma rápida desativação do catalisador. Além disso, a oxida- ção de cloreto de hidrogênio para cloro é uma reação de equilíbrio. A posi- ção do equilíbrio desloca-se com crescente temperatura em detrimento do produto final desejado.

Por conseguinte, normalmente utilizam-se catalisadores com a maior atividade possível, que permitem que a reação decorra a baixa tempe- ratura. Catalisadores altamente ativos conhecidos baseiam-se em rutênio. A DE-A 197 48 299 descreve catalisadores suportados com a massa ativa oxi- do de rutênio ou oxido misto de rutênio. Nesse caso, o teor de óxido de rutê- nio perfaz 0,1 % em peso a 20 % em peso e o diâmetro médio de partícula de óxido de rutênio é de 1,0 nm a 10,0 nm. A reação é efetuada a uma tem- peratura entre 90°C e 150°C. Outros catalisadores suportados à base de rutênio são conhecidos da DE-A 197 34 412: catalisadores de cloreto de ru- tênio, que contêm pelo menos um composto de óxido de titânio ou óxido de zircônio complexos de rutênio-carbonila, sais de rutênio de ácidos inorgâni- cos, complexos de rutênio-nitrosila, complexos de rutênio-amina, complexos de rutênio de aminas orgânicas ou complexos de rutênio-acetilacetonato. A reação é efetuada a uma temperatura entre IOO0C e 500°C, preferivelmente a 200°C e 380°C. Nos dois pedidos DE-A 197 48 299 e DE-A 197 34 412, o catalisador é usado em um leito sólido ou em um leito fluidizante. Ar ou oxi- gênio puro é utilizado como substância de partida de oxigênio. Mas a reação de Deacon é ainda uma reação exotérmica e um controle de temperatura é necessário também quando são aplicados tais catalisadores altamente ativos.

Por conseguinte, o objeto foi disponibilizar um processo para a oxidação catalítica de cloreto de hidrogênio para cloro, que pode ser efetua- do em um reator simples sem um sistema complexo para o controle de calor no reator.

Surpreendentemente, os inventores da presente invenção verifi- caram, que é possível, resolver os objetos descritos acima, efetuando-se a reação em pelo menos dois leitos de catalisadores em condições adiabáti- cas.

Por conseguinte, a presente invenção refere-se a um processo para a produção de cloro através de oxidação catai ítica em fase gasosa de cloreto de hidrogênio com oxigênio, caracterizado pelo fato de que a reação é efetuada em pelo menos dois leitos de catalisadores em condições adiabá- ticas. Preferivelmente, a reação é efetuada em pelo menos dois leitos de catalisadores conectados em série.

O gás de processo pode conter, além de oxigênio e cloreto de hidrogênio, ainda componentes secundários, por exemplo, nitrogênio, dióxi- do de carbono, monóxido de carbono ou água. O cloreto de hidrogênio pode ser proveniente de processos de produção intercalados, por exemplo, para a produção de poliisocianatos e conter outras impurezas, por exemplo, fosgê- nio.

De acordo com a invenção, a realização do processo em condi- ções adiabáticas nos leitos do catalisador significa que essencialmente nem calor externo é aduzido ao, nem calor é removido do catalisador nos respec- tivos leitos de catalisadores (com exceção do calor que é aduzido ou remo- vido através do gás de reação que entra ou sai). Tecnicamente, isso é obtido através do isolamento dos leitos de catalisadores de maneira em si conheci- da. É essencial à invenção, que os leitos de catalisadores individuais sejam acionados adiabaticamente, nesses, portanto, não são especialmente previs- tos quaisquer agentes da remoção de calor. Considerando-se o processo como um todo, então, de acordo com a invenção, também é incluído o caso, no qual o calor de reação, por exemplo, é removido por meio de trocadores de calor conectados entre os leitos de catalisadores individuais.

As vantagens do procedimento adiabático dos leitos de catalisa- dores de acordo com a invenção, em comparação com o procedimento iso- térmico convencional, consistem principalmente no fato, de que nos leitos de catalisadores não precisam ser disponibilizados quaisquer agentes para a remoção de calor, o que traz consigo uma considerável simplificação da construção. Dessa maneira, resultam especialmente simplificações no aca- bamento do reator, bem como a escalabilidade do processo.

Por leito de catalisador entende-se aqui uma disposição do cata- lisador em todas as formas de manifestação em si conhecidas, por exemplo, leito sólido, leito fluidizante ou leito turbilhonar. A disposição do leito sólido é preferida. Este compreende uma carga do catalisador no próprio sentido, isto é, um catalisador solto, suportado ou não suportado em forma desejada, bem como na forma de embalagens adequadas.

O termo carga do catalisador, tal como é empregado aqui, com- preende também âmbitos coerentes de embalagens adequadas em um ma- terial de suporte ou suportes de catalisadores estruturados. Esses seriam, por exemplo, suportes de favos cerâmicos a serem revestidos com superfí- cies geométricas comparativamente altas ou camadas onduladas de tecido de arame de metal, sobre os quais, por exemplo, o granulado do catalisador está imobilizado.

No novo processo utilizam-se preferivelmente leitos de catalisa- dores estacionários.

Uma outra concretização preferida do processo é caracterizada pelo fato, de que a mistura do gás de processo que emerge de pelo menos um leito do catalisador é conduzida, em seguida, através de pelo menos um trocador de calor conectado subseqüentemente ao leito do catalisador.

Em uma outra concretização particularmente preferida do pro- cesso, pelo menos um, preferivelmente um trocador de calor, através do qual passa a mistura do gás de processo emergente, está localizado após cada leito do catalisador.

Em uma forma de concretização preferida, pelo menos um tro- cador de calor está localizado atrás do leito do catalisador. De modo particu- larmente preferido, pelo menos um, mais preferivelmente, em cada caso, exatamente um trocador de calor, através do qual passa a mistura gasosa emergente do leito do catalisador, está localizado atrás de cada um dos Iei- tos de catalisadores.

Preferivelmente, mais do que dois leitos de catalisadores tam- bém podem ser conectados em série para o processo, especialmente até 12, preferivelmente até 8 leitos de catalisadores. Processos com 3 a 8 leitos de catalisadores conectados em série são particularmente preferidos.

Nesse caso, os leitos de catalisadores podem ser dispostos ou em um reator ou divididos em vários reatores. A disposição dos leitos de ca- talisadores em um reator leva a uma redução do número de aparelhos utili- zados.

Adicionalmente, alguns dos leitos de catalisadores conectados em série podem, independentes uns dos outros, também podem ser substi- tuídos ou complementados por um ou mais leitos de catalisadores conecta- dos paralelamente. O emprego de leitos de catalisadores conectados parale- lamente permite especialmente sua troca ou complementação ao manter o funcionamento total contínuo do processo.

Contudo, o processo de acordo com a invenção, apresenta pre- ferivelmente, pelo menos dois leitos de catalisadores conectados em série. Leitos de catalisadores conectados paralelamente e em série também po- dem ser especialmente combinados uns com os outros. Contudo, de modo particularmente preferido, o processo de acordo com a invenção, apresenta exclusivamente leitos de catalisadores conectados em série.

Utilizando-se preferivelmente leitos de catalisadores conectados paralelamente, então especialmente no máximo 5, preferivelmente 3, de modo particularmente preferido, no máximo 2 linhas de processo consistindo eventualmente de leitos de catalisadores conectados em série, são conecta- dos paralelamente. Conseqüentemente, o novo processo, por exemplo, pode ser acionado com até 60 e pelo menos com dois leitos de catalisadores.

Os reatores preferivelmente utilizados no processo de acordo com a invenção, podem consistir em reservatórios simples com um ou mais leitos de catalisadores termicamente isolados, tais como são descritos, por exemplo, na Ullmanns Encyclopedia of Industrial Chemistry (Fifth, Comple- tely Revised Edition, Vol B4, página 95-104, página 210-216). Isto é, esses podem ser, por exemplo, reatores de leito sólido, reatores radial-flow de um ou mais estágios ou também reatores de leito plano ("shallow-bed reactors"). Reatores de feixes tubulares, contudo, preferivelmente não são utilizados, devido às desvantagens descritas acima. Visto que não se realiza uma re- moção do calor, de acordo com a invenção, dos leitos do catalisadores, tais tipos de reatores também são desnecessários para a admissão dos leitos de catalisadores.

Os catalisadores ou os leitos de catalisadores dos mesmos são montados de maneira em si conhecida nas ou entre as paredes permeáveis ao gás do reator. Especialmente no caso de leitos de catalisadores finos, acima, abaixo ou acima e abaixo dos leitos de catalisadores são montados dispositivos técnicos para a distribuição uniforme de gás. Esses podem ser placas perfuradas, fundos de campânulas, fundos de válvula ou outras pe- ças agregadas, que realizam uma entrada uniforme do gás para dentro do leito do catalisador através da produção de uma pequena, mas uniforme perda de pressão.

A velocidade da diretriz do gás no leito do catalisador no caso da forma de concretização com o uso de um leito sólido, importa preferivelmen- te de 0,1 a 10 m/s.

Em uma forma de concretização particular do processo de acor- do com a invenção, utiliza-se preferivelmente uma proporção molar de entre 0,25 a 10 equivalentes de oxigênio por equivalente de cloreto de hidrogênio antes da entrada no leito do catalisador. Através de um aumento da propor- ção de equivalentes de oxigênio por equivalente de cloreto de hidrogênio, por um lado, a reação pode ser acelerada e dessa maneira, o rendimento espaço-tempo (quantidade de cloro produzida por volume de reator), pode ser aumentado, por outro lado, o equilíbrio da reação é deslocado positiva- mente na direção dos produtos.

Em uma outra concretização particularmente preferida do pro- cesso, a temperatura de entrada da mistura gasosa que entra em um primei- ro leito de catalisador perfaz de 150 a 400°C, preferivelmente de 200 a 370°C.

A corrente gasosa de utilização contendo cloreto de hidrogênio e oxigênio também pode ser preferivelmente aduzida somente antes do pri- meiro leito do catalisador. Isso tem a vantagem, de que toda a corrente ga- sosa de utilização pode ser usada para a absorção e remoção do calor de reação em todos os leitos de catalisadores. Mas também é possível, adicio- nar cloreto de hidrogênio e/ou oxigênio à corrente gasosa, conforme a ne- cessidade, antes de um ou vários dos leitos de catalisadores que seguem o primeiro leito do catalisador. Adicionalmente, a temperatura da reação pode ser controlada através da adução de gás entre os leitos de catalisadores usados.

Em uma forma de concretização particularmente preferida do processo de acordo com a invenção, o gás de reação é resfriado após pelo menos um dos leitos de catalisadores empregados, de modo particularmente preferido, após cada um dos leitos de catalisadores empregados. Para isso, o gás de reação é passado através de um ou vários trocadores de calor, que se encontram atrás dos respectivos leitos de catalisadores. Estes podem ser trocadores de calor conhecidos pelo técnico, tais como, por exemplo, troca- dores de feixes tubulares, de placas, de ranhuras anulares, em espiral, tubo de aletas, micro trocadores de calor. Em uma concretização particular do processo, os leitos dos catalisadores conectados em série são acionados com temperatura média que aumenta ou diminui de leito de catalisador para leito de catalisador. Isso significa, que dentro de uma seqüência de leitos de catalisadores, a temperatura do leito de catalisador para leito de catalisador tanto pode aumentar, como também diminuir. Dessa maneira, pode ser par- ticularmente vantajoso, permitir o aumento da temperatura média inicialmen- te de leito de catalisador para leito de catalisador para aumentar a atividade do catalisador e, em seguida, para deslocar o equilíbrio, deixar diminuir no- vãmente a temperatura média nos últimos leitos de catalisadores subse- qüentes. Isso pode ser ajustado, por exemplo, através do controle dos troca- dores de calor conectados entre os leitos de catalisadores. Outras possibili- dades para ajustar a temperatura média são descritos abaixo.

Em um estágio secundário preferido do novo processo, o cloro formado é separado. O estágio de separação compreende normalmente vá- rios estágios, a saber, a separação e eventualmente reciclagem de cloreto de hidrogênio não reagido da corrente gasosa do produto da oxidação cataií- tica de cloreto de hidrogênio, a secagem da corrente obtida, contendo es- sencialmente cloro e oxigênio, bem como a separação de cloro da corrente seca.

A separação de cloreto de hidrogênio não reagido e do vapor de água formado pode ser efetuada através da condensação de ácido clorídrico aquoso da corrente gasosa do produto da oxidação de cloreto de hidrogênio através de resfriamento. O cloreto de hidrogênio também pode ser absorvido em ácido clorídrico diluído ou água.

Em uma concretização preferida do processo, o cloreto de hi- drogênio não reagido e/ou oxigênio são reciclados para a reação após a se- paração do cloro e água da corrente de produto e após a ramificação de uma pequena quantidade de gás para manter os componentes gasosos constante, que, em parte, são arrastados com os edutos. O cloreto de hidro- gênio e/ou oxigênio reciclados são reconduzidos antes de um ou vários dos leitos de catalisadores e antes são levados outra vez para a temperatura inicial, eventualmente por meio de um trocador de calor. O resfriamento do gás de produto e o aquecimento do cloreto de hidrogênio e/ou oxigênio re- conduzido são realizados de maneira vantajosa, passando as correntes ga- sosas juntas umas com as outras em contracorrente através de trocadores de calor.

O novo processo é preferivelmente acionado a uma pressão de 1 a 30 bar, preferivelmente de 1 a 20 bar, de modo particularmente preferido, de 1 a 15 bar.

A temperatura da mistura do gás de eduto antes de cada um dos leitos de catalisadores importa preferivelmente de 150 a 400°C, preferivel- mente de 200 a 370°C, de modo particularmente preferido de 250 a 350°C. A mistura gasosa é preferivelmente homogeneizada antes da introdução no leito individual do catalisador.

A espessura dos leitos de catalisadores percorridos pode ser selecionada para ser igual ou diferente e importa convenientemente em 1 cm a 8 m, preferivelmente 5 cm a 5 m, de modo particularmente preferido, em 30 cm a 2,5 m. O catalisador é preferivelmente usado imobilizado em um supor- te. O catalisador contém preferivelmente pelo menos um dos seguintes ele- mentos: cobre, potássio, sódio, cromo, cério, ouro, bismuto, rutênio, ródio, platina, bem como os elementos do Vlll0 subgrupo do sistema periódico dos elementos. Esses são preferivelmente usados como óxidos, halogenetos ou óxidos/halogenetos misturados, especialmente cloretos ou óxidos/cloretos. Esses elementos ou compostos destes podem ser empregados sozinhos ou em combinação desejada.

Compostos preferidos desses elementos incluem: cloreto de co- bre, óxido de cobre, cloreto de potássio, cloreto de sódio, óxido de cromo, óxido de bismuto, óxido de rutênio, cloreto de rutênio, oxicloreto de rutênio, óxido de ródio.

De modo particularmente preferido, a fração do catalisador con- siste inteira ou parcialmente em rutênio ou compostos deste, de modo parti- cularmente preferido, o catalisador consiste em halogeneto e/ou compostos de rutênio contendo oxigênio.

A fração do suporte pode consistir inteira ou parcialmente em: óxido de titânio, óxido de estanho, óxido de alumínio, óxido de zircônio, óxi- do de vanádio, óxido de cromo, óxido de silício, anidrido silícico, nanotubos de carbono ou em uma mistura ou composto das substâncias mencionadas, tais como especialmente óxidos mistos, tais como óxidos de silício-alumínio. Materiais de suporte particularmente preferidos são óxido de estanho e na- notubos de carbono.

Os catalisadores de suporte de rutênio podem ser obtidos, por exemplo, embebendo o material de suporte com soluções aquosas de RuCI3 e eventualmente um promotor para a dopagem. A moldagem do catalisador pode ser efetuada após ou preferivelmente antes do embebimento do mate- rial de suporte.

Promotores adequados para a dopagem dos catalisadores são metais alcalinos, tais como lítio, sódio, potássio, rubídio e césio, preferivel- mente lítio, sódio e potássio, de modo particularmente preferido, potássio, metais alcalino-terrosos, tais como magnésio, cálcio, estrôncio e bário, prefe- rivelmente magnésio e cálcio, de modo particularmente preferido, magnésio, metais de terras raras, tais como scândio, ítrio, lantano, cério, praseodima e neodima, preferivelmente scândio, ítrio, lantano e cério, de modo particular- mente preferido, lantano e cério ou suas misturas.

Em seguida, os artigos conformados podem ser secados a uma temperatura de 100 a 400°C, preferivelmente 100 a 300°C, por exemplo, com uma atmosfera de nitrogênio, argônio ou ar e eventualmente calcina- dos. Preferivelmente, os artigos conformados são inicialmente secados a -100 a 150°C e, em seguida, calcinados a 200 a 400°C.

A temperatura do catalisador nos leitos de catalisadores encon- tra-se convenientemente em uma faixa de 150°C a 800°C, preferivelmente de 200°C a 450°C, de modo particularmente preferido, 250°C a 400°C. A regulação da temperatura nos leitos de catalisadores é preferivelmente efe- tuada através de pelo menos uma das seguintes medidas:

- dimensionamento dos leitos de catalisadores,

- adição de gases de utilização entre os leitos dos catalisadores,

- proporção molar dos edutos,

- concentração dos edutos

- adição de gases inertes, especialmente nitrogênio, dióxido de carbono, antes e/ou entre os leitos de catalisadores.

Em princípio, os catalisadores ou os catalisadores suportados podem apresentar qualquer forma desejada, por exemplo, de esferas, bas- tões, anéis Raschig ou granulado ou tabletes.

A composição dos catalisadores nos leitos dos catalisadores uti- Iizados de acordo com a invenção, pode ser igual ou diferente. Em uma for- ma de concretização preferida, em cada leito de catalisador são usados os mesmos catalisadores. Mas de maneira vantajosa, é possível usar também catalisadores diferentes nos leitos de catalisadores individuais. Dessa ma- neira, especialmente no primeiro leito de catalisador, quando a concentração dos produtos de reação ainda é elevada, pode ser usado um catalisador menos ativo e nos outros leitos de catalisadores, a atividade do catalisador pode aumentar de leito de catalisador para leito de catalisador. A regulação da atividade do catalisador também pode ser efetuada através da diluição com materiais inertes ou material de suporte.

Com o processo de acordo com a invenção, é possível produzir por 1 g de catalisador, 0,1 g/h até 10 g/h de cloro, preferivelmente 0,5 g/h até 5 g/h de cloro. Dessa maneira, o processo de acordo com a invenção, des- taca-se por altos rendimentos espaço-tempo, associados a uma redução dos tamanhos dos aparelhos, bem como a uma simplificação dos aparelhos ou reatores.

O eduto para o processo de acordo com a invenção, é cloreto de hidrogênio, que é produzido e transferido, por exemplo, como produto de acoplamento da fosgenação de aminas orgânicas, especialmente diaminas para isocianatos, especialmente diisocianatos ou da fosgenação em fase gasosa de fenol para difenilcarbonato.

O oxigênio pode ser aduzido como oxigênio puro ou preferivel- mente na forma de um gás contendo oxigênio, especialmente ar.

O cloro produzido pode ser utilizado, por exemplo, para a produ- ção de fosgênio e ser eventualmente reconduzido para processos de produ- ção ligados.

Outro objeto da invenção é um sistema de reator para a reação de um gás contendo cloreto de hidrogênio e oxigênio, contendo pelo menos condutos de alimentação para cloreto de hidrogênio e oxigênio ou para uma mistura de cloreto de hidrogênio e oxigênio e pelo menos dois leitos de cata- lisadores termicamente isolados ligados em série.

Exemplos de concretização preferidos do processo são mostra- dos nas figuras 1 a 4, sem que a invenção seja limitada aos mesmos.

Exemplos

Exemplo 1

A figura 1 mostra o processo de acordo com a invenção, com três leitos de catalisadores em série divididos em três reatores separados. Os gases de eduto são misturados antes do primeiro reator e aduzidos ao reator. Após cada um dos reatores, o gás de produto emergente é resfriado com um trocador de calor de feixe tubular de construção convencional. Após sair do terceiro trocador de calor, o cloro e água são separados do gás de produto.

Exemplo 2

A figura 2 mostra o processo de acordo com a invenção, com três leitos de catalisadores em série em um reator integrado. Os gases de eduto são misturados antes do primeiro reator e aduzidos ao mesmo. Após cada um dos reatores, o gás de produto emergente é resfriado com um tro- cador de calor também integrado ao recipiente de pressão do reator. Após sair do reator, o cloro e água são separados do gás de produto.

Exemplo 3

A figura 3 mostra o processo de acordo com a invenção, com uma montagem, que corresponde amplamente à representada na figura 1. A diferença é que, antes do segundo e terceiro reator em série, gás de eduto fresco é introduzido no gás de produto resfriado do reator precedente.

Exemplo 4

A figura 4 mostra o processo de acordo com a invenção, com uma montagem, que corresponde amplamente à representada na figura 3. A diferença é que cloreto de hidrogênio e oxigênio separados da corrente de gás de produto são reconduzidos e misturados à corrente de gás de eduto antes do primeiro reator.

Exemplo 5

O cloro foi produzido através de oxidação catalítica em fase ga- sosa com oxigênio em uma instalação de teste. Como catalisador foi utiliza- do cloreto de rutênio calcinado em dióxido de estanho como material de su- porte. A instalação de teste consistiu em seis reatores conectados em série, em cada caso com um leito de catalisador termicamente isolado. Entre os reatores havia respectivamente um trocador de calor, isto é, ao todo, cinco, que resfriaram a corrente gasosa proveniente do respectivo reator intercala- do à temperatura de entrada desejada. O oxigênio (29 kg/h) foi aquecido junto com nitrogênio (25 kg/h) e dióxido de carbono (13,5 kg/h) através de um pré-aquecedor elétrico para cerca de 305°C e aduzido ao primeiro reator. O cloreto de hidrogênio (47,1 kg/h) foi aquecido a cerca de 150°C e, em se- guida, dividido para um total de 6 correntes parciais. Respectivamente uma corrente parcial de cloreto de hidrogênio foi aduzida, em cada caso, a um reator, sendo que no primeiro reator a corrente parcial de cloreto de hidrogê- nio foi acrescentada à corrente gasosa, que consiste em oxigênio, nitrogênio e dióxido de carbono, entre o pré-aquecedor elétrico e a entrada do reator.

As outras correntes parciais de cloreto de hidrogênio foram aduzidas em ca- da caso à corrente gasosa antes de um dos cinco trocadores de calor. A ta- bela 1 mostra para todos os seis reatores, a temperatura da mistura gasosa que entra e sai, bem como a quantidade de cloreto de hidrogênio aduzida em cada caso ao reator. A conversão total de cloreto de hidrogênio era de 82,4 %.

Tabela 1:

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Os símbolos de referência significam:

1 cloreto de hidrogênio (eduto)

2 oxigênio (eduto)

3 corrente do gás de eduto misturada

4, 5, 6 gases de produto dos reatores

7, 8, 9 gases de produto resfriados através dos trocadores de calor

10 cloreto de hidrogênio (de gás de produto)

11 oxigênio (do gás de produto)

12 cloro

13 água

14, 16, 18 adução de meio de resfriamento

15, 17, 19 remoção de meio de resfriamento

20, 21 adução do gás de eduto fresco (cloreto de hidrogênio e/ou oxi- gênio)

22 recondução do cloreto de hidrogênio e/ou oxigênio separado do gás de produto

I, II, III cargas do reator

IV, V, Vl trocadores de calor

Vll separação de material para a corrente de produto de acordo com o estado da técnica.

Claims

1. Processo para a produção de cloro através de oxidação catalí- tica em fase gasosa de cloreto de hidrogênio com oxigênio, que compreende pelo menos: reação de cloreto de hidrogênio com oxigênio em pelo menos dois leitos de catalisadores em condições adiabáticas:

2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a reação é efetuada em pelo menos dois leitos de catalisadores conectados em série.

3. Processo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a temperatura do catalisador nos leitos de catalisadores especialmente durante a reação, importa em 150°C a 800°C, preferivelmente em 200 a 450°C.

4. Processo de acordo com pelo menos uma das reivindicações -1 a 3, caracterizado pelo fato de que a mistura do gás de produto emergente de pelo menos um leito de catalisador é conduzida, em seguida, através de pelo menos um trocador de calor ligado em série ao leito do catalisador.

5. Processo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que após cada leito de catalisador encontra-se pelo menos um troca- dor de calor, preferivelmente um único trocador de calor, através do qual passa a mistura do gás de processo emergente.

6. Processo de acordo com a reivindicação 4 ou 5, caracterizado pelo fato de que o calor de reação removido dos trocadores de calor é utili- zado para a obtenção de vapor.

7. Processo de acordo com pelo menos uma das reivindicações -1 a 6, caracterizado pelo fato de que a reação é efetuada a uma pressão de -1 a 30 bar.

8. Processo de acordo com pelo menos uma das reivindicações -1 a 7, caracterizado pelo fato de que a temperatura de entrada da mistura gasosa que entra no primeiro leito do catalisador, importa de 150 a 400°C, preferivelmente de 200 a 370°C.

9. Processo de acordo com a reivindicação 8, no qual a tempera- tura de entrada da mistura gasosa que entra em cada um dos leitos do cata- lisador, importa de 150 a 400°C, preferivelmente de 200 a 370°C, de modo particularmente preferido, de 250 a 350°C.

10. Processo de acordo com pelo menos uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que os leitos de catalisadores ligados em série são acionados à temperatura média que aumenta ou diminui de leito de catalisador para leito de catalisador.

11. Processo de acordo com uma das reivindicações 1 a 10, ca- racterizado pelo fato de que a proporção molar de oxigênio para cloreto de hidrogênio antes da entrada em cada leito de catalisador importa em 0,25 a 10 equivalentes de oxigênio, preferivelmente em 0,5 a 5 equivalentes de oxi- gênio, por equivalente de cloreto de hidrogênio.

12. Processo de acordo com pelo menos uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que a reação é efetuada em 2 a 12, prefe- rivelmente em 2 a 8, de modo particularmente preferido, em 3 a 8 leitos de catalisadores ligados um atrás do outro.

13. Processo de acordo com uma das reivindicações 1 a 12, ca- racterizado pelo fato de que um ou mais leitos de catalisadores individuais, independentes uns dos outros, podem ser substituídos por respectivamente dois ou mais leitos de catalisadores conectados paralelamente.

14. Processo de acordo com uma das reivindicações 1 a 13, ca- racterizado pelo fato de que a corrente gasosa de utilização contendo o clo- reto de hidrogênio e oxigênio é aduzida somente ao primeiro leito de catalisador.

15. Processo de acordo com uma das reivindicações 1 a 14, ca- racterizado pelo fato de que cloreto de hidrogênio e/ou oxigênio fresco são dosados na corrente gasosa do processo antes de um ou mais leitos de ca- talisadores dispostos atrás do primeiro leito de catalisador.

16. Processo de acordo com uma das reivindicações 1 a 15, ca- racterizado pelo fato de que o catalisador apresenta pelo menos um elemen- to, que é selecionado do grupo, que consiste em: cobre, potássio, sódio, cromo, cério, ouro, bismuto, rutênio, ródio, platina, bem como um elemento do Vlll0 subgrupo do sistema periódico dos elementos.

17. Processo de acordo com uma das reivindicações 1 a 16, ca- racterizado pelo fato de que o catalisador baseia-se em rutênio ou em um composto de rutênio.

18. Processo de acordo com uma das reivindicações 1 a 17, ca- racterizado pelo fato de que a atividade dos catalisadores nos leitos de cata- lisadores individuais é diferente e é especialmente ascendente de leito de catalisador para leito de catalisador.

19. Processo de acordo com uma das reivindicações 1 a 18, ca- racterizado pelo fato de que catalisador dos leitos de catalisadores é aplica- do em um suporte inerte.

20. Processo de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que o suporte do catalisador consiste inteira ou parcialmente em oxido de titânio, oxido de estanho, oxido de alumínio, oxido de zircônio, oxi- do de vanádio, oxido de cromo, oxido de silício, anidrido silícico, nanotubos de carbono ou em uma mistura ou composto das substâncias mencionadas.

21. Sistema de reator para a reação de um gás contendo cloreto de hidrogênio e oxigênio, contendo pelo menos condutos de alimentação para cloreto de hidrogênio e oxigênio ou para uma mistura de cloreto de hi- drogênio e oxigênio e pelo menos dois leitos de catalisadores termicamente isolados conectados um atrás do outro.