ES2254383T3 - Recuperacion de metales del grupo del platino de comoposiciones organicas de metales del grupo del platino con reaccionante de agua supercritica. - Google Patents
Recuperacion de metales del grupo del platino de comoposiciones organicas de metales del grupo del platino con reaccionante de agua supercritica.Info
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Abstract
Un procedimiento para el refinado de composiciones orgánicas de metales del grupo del platino, que comprende tratar tal composición en un fluido de reacción que comprende agua supercrítica y una fuente de oxígeno, permitir que al menos los componentes orgánicos de la composición se oxiden y recuperar un óxido de metal precioso a partir de los productos de reacción; en donde el oxígeno está en exceso y se encuentra oxígeno libre en el efluente.
Description
Recuperación de metales del grupo del platino de
composiciones orgánicas de metales del grupo del platino con
reaccionante de agua supercrítica.
Esta invención trata de mejoras en el refinado de
metales del grupo del platino, más especialmente el refinado de
composiciones orgánicas de metales del grupo del platino.
Existen muchas composiciones orgánicas de metales
del grupo del platino que requieren refinado. Estas incluyen todo
tipo de catalizador agotado, variando desde catalizadores
heterogéneos tales como un metal del grupo del platino sobre un
soporte de carbono, por ejemplo Pd al 4-5% sobre
carbono, hasta catalizadores homogéneos (líquidos) tales como los
basados en complejos de rodio-fosfina, corrientes
secundarias de refinerías y químicas, corrientes residuales que
contienen metales preciosos y compuestos y complejos orgánicos
organometálicos residuales y muchos otros sólidos y líquidos. Los
índices de metales del grupo del platino contenidos en tales
composiciones hacen importante recuperar los metales del grupo del
platino. Tradicionalmente, los residuos que contienen metales del
grupo del platino y catalizadores agotados se han sometido a
incineración. Sin embargo, todos estos procedimientos de
incineración pierden cantidades significativas de metales del grupo
del platino, principalmente como polvos finos pero también
posiblemente como vapores, y las cenizas todavía contienen
cantidades muy considerables de carbono/material carbonoso, que es
difícil de retirar. Los procedimientos de incineración tradicionales
también tienden a generar cantidades bastante más grandes de
contaminantes, que pueden incluir NO_{x} y dioxinas y pueden
generar corrientes de agua residual que son difíciles de tratar.
Se conoce el uso de agua supercrítica para tratar
diversos materiales incluyendo materiales orgánicos (véase US
4.338.199), residuos plásticos (véase JP 11138126) y resinas de
intercambio catiónico y aniónico de las que pueden retirarse
substancias tóxicas (véase JP 10279726). Por otra parte, US
5.252.224 describe el uso de oxidación con agua supercrítica para
retirar materiales inorgánicos (incluyendo oro y plata) de aguas
residuales y otros lodos industriales. Sin embargo, no se cree que
haya existido ninguna propuesta para refinar materiales orgánicos
que contienen metales del grupo del platino, para permitir la
recuperación de los metales del grupo del platino como sus óxidos,
mediante oxidación con agua supercrítica. Se conoce una propuesta
académica para tratar fenol como un material residual mediante
oxidación con agua supercrítica en presencia de catalizador de
MnO_{2}. Esta propuesta no sugería la presencia o el uso de un
catalizador de metal del grupo del platino y el alto coste de tales
materiales sería disuasorio. Se ha descubierto ahora que puede
llevarse a cabo un procedimiento de acuerdo con la presente
invención de una manera que sea segura, medioambientalmente
benigna, energéticamente eficaz y dé productos de metales del grupo
del platino en forma adecuada para el procesamiento adicional.
Las composiciones orgánicas de metales del grupo
del platino, usadas según se usa este término aquí, usadas como un
material de alimentación para el procedimiento de la presente
invención pueden ser cualquier complejo, compuesto o mezcla física
de metales del grupo del platino (tal terminología pretende incluir
metales del grupo del platino de por sí o compuestos o complejos de
metales del grupo del platino soportados sobre un soporte
"orgánico" tal como carbono activo, aunque el carbono como tal
no es, estrictamente hablando, orgánico). Las composiciones incluyen
mezclas de metales o compuestos o complejos del grupo del platino
con materiales orgánicos que de otro modo se considerarían residuos.
Esto es, los residuos orgánicos pueden mezclarse con una proporción
de metal del grupo del platino o composición de metal del grupo del
platino y tratarse de acuerdo con la presente invención, oxidando de
ese modo el residuo orgánico y recuperando el metal del grupo del
platino para el refinado adicional u otro tratamiento o para el
reciclado en el tratamiento de más compuesto orgánico residual.
La presente invención proporciona un
procedimiento para el refinado de composiciones orgánicas de
metales del grupo del platino, que comprende tratar tal composición
en un fluido de reacción que comprende agua supercrítica y una
fuente de oxígeno, permitir que los componentes orgánicos de la
composición se oxiden y recuperar un producto de óxido de metal del
grupo del platino a partir de los productos de reacción; en donde el
oxígeno está en exceso y se encuentra oxígeno libre en el
efluente.
El metal del grupo del platino puede ser uno o
más de platino, paladio y rodio.
El suministro de oxígeno se realiza
convenientemente a la entrada de un reactor tubular alargado, al
mismo tiempo que se suministra agua al reactor, aunque el oxígeno
puede suministrarse alternativamente o adicionalmente aguas abajo de
la entrada del reactor, y oxígeno complementario puede suministrarse
en uno o más puntos a lo largo de la longitud del reactor. Por
ejemplo, oxígeno complementario puede alimentarse al reactor aguas
abajo de un punto de inyección de material de alimentación
orgáni-
co.
co.
El orden de añadir los componentes al fluido de
reacción no es especialmente importante. El procedimiento de la
invención puede ponerse en práctica premezclando la composición
orgánica de metal del grupo del platino y agua, calentando la mezcla
resultante hasta temperatura supercrítica, o cerca de esa
temperatura, y añadiendo oxidante (el calor de reacción es
suficiente para elevar la temperatura hasta o más que la temperatura
crítica). El oxidante también puede premezclarse con uno o más de
los componentes de la mezcla de reacción.
Aunque se prefiere poner en práctica un
procedimiento continuo, puede ponerse en práctica como un
procedimiento discontinuo.
La cantidad de oxígeno usada está en exceso, de
modo que la oxidación completa del material de alimentación se
alcanza bajo las condiciones de reacción, y se ajusta adecuadamente
mediante retroalimentación desde los sensores a la salida del
reactor que muestra oxígeno libre y la presencia de algo de monóxido
de carbono. Deseablemente, la cantidad es tal que todo el carbono se
oxida hasta dióxido de carbono. El oxígeno se suministra
adecuadamente desde un depósito de oxígeno líquido. Es posible usar
una mezcla de oxígeno con uno o más gases inertes, pero en la
actualidad esto preferiblemente no se usa.
Aunque actualmente se prefiere usar oxígeno como
el oxidante, pueden considerarse otras fuentes de oxígeno,
incluyendo aire, peróxido de hidrógeno y ácido nítrico.
En general, el agua forma deseablemente 90% en
peso o más, por ejemplo 95% en peso o más, de toda la mezcla de
reacción.
El punto supercrítico del agua es 374ºC y 221
bares. Cualquier reactor supercrítico puede diseñarse para soportar
temperaturas y presiones muy por encima del punto supercrítico.
Aunque el coste material de una planta para llevar a cabo el
procedimiento, incluyendo bombas y válvulas de alta presión
especiales, es inicialmente alto, el hecho de que el procedimiento
sea simple y rápido, combinado con bajos costes de funcionamiento y
bajas pérdidas de material, hace al procedimiento económico.
El procedimiento se lleva a cabo adecuadamente a
una temperatura en el intervalo de 400 a 600ºC, preferiblemente de
500 a 580ºC y adecuadamente a una presión de aproximadamente 230
bares a aproximadamente 300 bares, preferiblemente a una presión de
250 bares a 300 bares. Por supuesto, existe una caída de presión a
través de la longitud del reactor, dependiendo del diseño individual
del reactor. La temperatura de partida puede estar, según ya se ha
mencionado, por debajo de 374ºC.
La oxidación de compuestos orgánicos de acuerdo
con la invención es exotérmica; un aumento de temperatura de unos
150ºC se ha observado en el reactor 2 segundos después de la
inyección del material de alimentación, ya que el propio reactor
funciona de modo adiabático. El reactor es preferiblemente un
reactor tubular alargado y deseablemente está aislado. El reactor
puede estar adecuadamente en la forma de un reactor tubular
arrollado. Usando intercambiadores/economizadores térmicos
convencionales para manejar el calor en las diversas corrientes de
entrada y/o salida, normalmente es posible hacer que todo el
procedimiento funcione de modo autotérmico, es decir, sin la adición
de combustible complementario. En efecto, una parte del calor
generado en el procedimiento puede usarse para producir, por
ejemplo, vapor de agua de alta presión que puede usarse en
cualquier parte de una instalación de fabricación.
El producto del procedimiento de la invención es
óxido de metal del grupo del platino finamente dividido en una
suspensión o solución acuosa supercrítica (antes de la liberación de
presión) que también contiene los otros subproductos de la reacción
de oxidación, dependiendo de la composición química real de la
composición orgánica del material de alimentación. Así, si el
componente orgánico es carbono o está basado en hidrocarburo, sin
heteroátomos, los productos son agua y dióxido de carbono, lo que
crea una solución de ácido carbónico después de la liberación de
presión. Si hay átomos de fósforo, azufre o nitrógeno presentes en
el material de alimentación, el producto contiene ácido fosfórico,
ácido sulfúrico o nitrógeno, respectivamente. Es extremadamente
significativo que bajo las condiciones de reacción no exista
generación de NO_{x}, lo que es una gran ventaja sobre el
procesamiento de tipo pirólisis convencional. Si se desea, puede
añadirse agua de extinción al producto de reacción y, en ese punto
o subsiguientemente, puede ser deseable neutralizar el ácido
formado mediante la adición de un álcali tal como hidróxido sódico.
Generalmente, sin embargo, se prefiere no hacerlo debido a la
posibilidad de formar sales insolubles, que pueden provocar bloqueos
en el estado supercrítico, o la contaminación del producto de óxido
de metal del grupo del platino que puede complicar el procesamiento
adicional del mismo.
El componente de metal del grupo del platino de
la composición de material de alimentación puede ser el único metal
presente, u otros metales pueden estar presentes como componentes,
por ejemplo como promotores de un catalizador, o como
contaminantes, por ejemplo contaminantes captados durante el uso. En
el último caso, el producto del procedimiento de la invención
incluirá los estados de oxidación más altos de tales metales. El
óxido de metal del grupo del platino puede separarse de tales óxidos
metálicos contaminantes mediante procesamiento convencional que no
forma parte de esta invención.
La invención se describirá adicionalmente con
referencia al esquema adjunto que dibuja una modalidad de una
planta para llevar a cabo la invención. En referencia al dibujo, un
reactor tubular alargado, por ejemplo de varios cientos de metros
de longitud y en forma de un arrollamiento, está indicado
generalmente por 1. Se alimentan al reactor dos corrientes o una
corriente, 2, combinada, de agua y oxígeno, bombeada a una presión
por encima de la presión crítica, por ejemplo a aproximadamente 260
bares. La cantidad de oxígeno se ajusta preferiblemente mediante una
retroalimentación desde un sensor de oxígeno (no mostrado) a la
salida del reactor, por ejemplo, para alcanzar 10% en volumen o más
de O_{2} en el gas de salida en una planta piloto. Una planta a
escala completa puede hacerse funcionar adecuadamente con un exceso
inferior de O_{2}. El agua se alimenta a una velocidad para
asegurar que exista una alta velocidad a través del reactor para
asegurar que no exista sedimentación de sólidos. El material de
alimentación orgánico de metal del grupo del platino se alimenta,
en el diseño de planta piloto particular, aproximadamente a 3 ¼ del
camino a lo largo del reactor tubular, punto en el que el agua es
claramente supercrítica. El propio material de alimentación se añade
a una velocidad adecuada para dar un aumento de temperatura
adiabático. El material de alimentación puede ser una composición
orgánica líquida de metal del grupo del platino, en cuyo caso se
bombea directamente al reactor, o puede ser sólida, en cuyo caso se
suspende en agua antes de bombearse al reactor. El producto del
reactor puede diluirse y/o neutralizarse con una corriente de agua
de extinción mostrada por 3, aunque esto es opcional, antes de
pasar a través de un equipo de liberación de presión adecuado, 4,
(mostrado como una válvula) antes de pasar a un depósito, 5, de
separación de gas/líquido. Los gases en exceso, por ejemplo O_{2},
N_{2}, CO_{2}, etc., se extraen a través de un conducto 6 y
una suspensión de óxido de metal del grupo del platino se recoge a
través de un segundo conducto, 7, en la base del depósito de
separación. El óxido de metal del grupo del platino tiende a estar
en forma muy finamente dividida si el material de alimentación es
líquido, y en partículas correspondientes a la forma del metal del
material de alimentación si es sólido, por ejemplo si es un
catalizador de Pd sobre carbono. Los sólidos pueden separarse a
continuación y someterse a tal tratamiento adicional o refinado
según sea necesario o
deseable.
deseable.
Para economizar con la utilización de agua, se
prefiere reciclar el agua. De forma similar, un buen diseño de
ingeniería proporciona intercambio térmico entre corrientes.
Debe entenderse que el dibujo y la descripción
específica anterior se refieren a un modo de operación de
"inyección directa". El experto entenderá que la invención
puede ponerse en práctica de un número de modos que difieren en el
detalle. Por ejemplo, y especialmente para materiales de
alimentación sólidos tales como Pd/C o Pt/C, el material de
alimentación puede suspenderse deseablemente en agua, alimentarse a
través de un intercambiador de calor al reactor y a continuación el
oxígeno se inyecta para llevar a cabo las reacciones de
oxidación.
La invención se describirá ahora por medio de
ejemplos de trabajo.
Se suspendieron 80 kg de catalizador de Pt sobre
carbono agotado con 720 kg de agua, se hicieron pasar a través de
una bomba trituradora para reducir el tamaño de partícula y se
alimentaron a un reactor oxidador de agua supercrítica a una
velocidad de 250 kg/h. El catalizador reciente era Pt al 5% en peso
sobre carbono, pero el catalizador agotado se ensayó con Pt al 1,6%
en peso sobre carbono. Se alimentó oxígeno al reactor a una
velocidad ajustada para 15% de O_{2} en el gas de salida. La
suspensión de salida se filtró para dar un óxido de Pt negro fino y
un filtrado amarillo claro transparente. El filtrado contenía menos
de 0,5 ppm de Pt.
El procedimiento del Ejemplo 1 se usó para tratar
un catalizador de Pd al 5% en peso/carbono no utilizado
impurificado con tolueno. El filtrado contenía menos de 0,01 ppm de
Pd. Típicamente, un catalizador agotado contiene Pd al 0,8% en peso
sobre carbono y también puede tratarse de acuerdo con la
invención.
El procedimiento del Ejemplo 1 se adaptó para
alimentar una corriente de catalizador orgánico líquido de
rodio-fosfina, que contenía 0,973% en peso de Rh,
directamente al reactor. El licor obtenido como producto era una
suspensión de partículas negras muy finas en una solución
incolora.
En todos los Ejemplos anteriores, la recuperación
de metal precioso y la destrucción de compuesto orgánico estaban
muy por encima de 95% en peso. Puede esperarse que el procedimiento
dé incluso mejores resultados con la optimización.
Claims (8)
1. Un procedimiento para el refinado de
composiciones orgánicas de metales del grupo del platino, que
comprende tratar tal composición en un fluido de reacción que
comprende agua supercrítica y una fuente de oxígeno, permitir que al
menos los componentes orgánicos de la composición se oxiden y
recuperar un óxido de metal precioso a partir de los productos de
reacción; en donde el oxígeno está en exceso y se encuentra oxígeno
libre en el efluente.
2. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, en el que la fuente de oxígeno es oxígeno.
3. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 2, en el que el oxígeno se suministra a partir de
oxígeno líquido.
4. Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera
de las reivindicaciones precedentes, llevado a cabo a una
temperatura de 400 a 600ºC.
5. Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera
de las reivindicaciones precedentes, en el que el metal del grupo
del platino es uno o más de platino, paladio y rodio.
6. Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera
de las reivindicaciones precedentes, llevado a cabo en un reactor
alargado continuo.
7. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 6, en el que la composición orgánica de metal del
grupo del platino se mezcla con agua y se alimenta al reactor, y se
añade subsiguientemente oxígeno.
8. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 7, en el que la mezcla se alimenta a una temperatura
por debajo de la temperatura crítica del agua al reactor y la
exoterma de la oxidación proporciona temperaturas supercríticas.
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