MX2014008635A - Liquidos ionicos para enfriamiento en entornos de alta temperatura. - Google Patents
Liquidos ionicos para enfriamiento en entornos de alta temperatura.Info
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Abstract
Medio de enfriamiento que comprende un líquido iónico con un contenido de hidrógeno de 0% a 8.5% por peso, y su uso.
Description
LIQUIDOS IONICOS PARA ENFRIAMIENTO EN ENTORNOS DE ALTA
TEMPERATURA
Descripción de la Invención
La presente invención se refiere a líquidos iónicos que son útiles para el enfriamiento en entornos de altas temperaturas .
Según la literatura generalmente aceptada un líquido iónico es una sal en estado líquido, más concretamente una masa fundida de una sal de bajo punto de fusión, por ejemplo, con un punto de fusión igual o inferior a 100 °C de fusión (véase, por ejemplo Wasserscheid, Peter, Welton, Tom (editores) , "Ionic Liquids in Synthesis" (Líquidos iónicos en síntesis), Wiley-VCH 2008; ISBN 978-3-527-31239-9). Sin embargo, es de notar que la temperatura de fusión de = 100 °C es elegida arbitrariamente.
Tales líquidos iónicos pueden presentar algunas características muy interesantes, por ejemplo, el de tener una presión de vapor muy baja, prácticamente no medible, un amplio intervalo de líquidus, buena conductividad eléctrica e interesantes características de solvatación. Estas características hacen que los líquidos iónicos sean propicios para varias aplicaciones, por ejemplo, como disolventes (por ejemplo, en la síntesis orgánica o inorgánica, la catálisis de metal de transición, la biocatálisis , las reacciones
Ref. 249592
multifase, la fotoquímica, la síntesis de polímeros, y la nanotecnologí ) , agente de extracción (por ejemplo, extracción líquido- líquido o gaseoso líquido, eliminación de azufre durante el procesamiento del petróleo crudo, eliminación de metales pesados durante procesamiento de agua y extracción de membrana líquida) , electrolitos (por ejemplo, en baterías, pilas de combustible, condensadores, células solares, sensores, galvanoplastia, procesamiento electroquímico de metal, síntesis electroquímica, y nanotecnología) , lubricantes, geles, reactivos para la síntesis orgánica, en la llamada "química verde" (por ejemplo, como reemplazo para compuestos orgánicos volátiles) , aditivos antiestáticos, aplicaciones específicas en el análisis químico (por ejemplo, cromatografía de gases, espectroscopia de masas, electroforesis capilar de zona) , cristales líquidos, para almacenar y liberar hidrógeno , y como termofluidos , por ejemplo, como medio de refrigeración, etc .
En la patente estadounidense 2009/314460 se describe un procedimiento para colada de bandas donde se usa un molde móvil que es enfriado con un refrigerante líquido, y en el que el refrigerante es de metal líquido o líquido iónico, y en donde los líquidos iónicos son definidos como un resto de sales compuesto de cationes orgánicos y principalmente de aniones inorgánicos que generalmente tienen un punto de
fusión por debajo de los 100 °C.
En la patente WO 2010/136403 se describen los líquidos iónicos para uso como medio de enfriamiento. Se describe que los líquidos iónicos se componen exclusivamente de iones (cationes y aniones) y que son sales que son líquidos a temperaturas inferiores a 100 °C y sin que las sales estén disueltas en un disolvente tal como agua. Los cationes según WO 2010/136403 incluyen imidazolio, piridinio, pirrolidinio, guanidinio, uronio, tiouronio, piperidinio, morfolinio, fosfonio o amonio, donde los cationes pueden además ser alquilados, y aniones que incluyen sulfatos, fosfatos, haluros, aniones fluorados tales como tetrafluoroborato, hexafluoroborate, trifluoroacetato, trifluorometanosulfonato y hexafluorofosfato, sulfonatos, fosfinatos o tosilatos.
Es sabido que los líquidos iónicos tienen casi ninguna presión de vapor y por lo tanto generalmente son no inflamables mientras estén debajo de su punto alto de descomposición térmica, que es de hasta 300 °C o más. Cuando se calientan por encima de su temperatura de descomposición térmica, sin embargo, forman productos de descomposición molecular gaseosos, que son inflamables.
En experimentos de combustión puede verse que un típico líquido iónico comienza a quemar después de que la fase libre haya alcanzado la temperatura de punto de inflamación, y que en muchos casos la combustión sólo continúa si recibe una
entrada bastante alta de calor de una fuente externa. Esto es en contraste a los líquidos moleculares convencionales: por ejemplo, el aceite mineral puede inflamarse a temperaturas de aprox. 80 a 100 °C, muy por debajo de su punto de descomposición térmica, porque el aceite mineral sí tiene una presión de vapor y forma una fase de gas inflamable a estas temperaturas. Según se describe en el documento WO2010136403A1, los líquidos iónicos no forman una mezcla altamente explosiva de hidrógeno y de oxígeno (gases detonantes o gases oxihidrógenos) cuando están en contacto con superficies calientes (reductoras) o masas fundidas calientes (reductoras) a temperaturas por encima de aprox. 500 °C. Esto es en contraste al agua, que todavía es usado ampliamente como agente de enfriamiento. Los inconvenientes de los líquidos iónicos en comparación al agua pueden ser la mayor viscosidad en un intervalo típico de entre unos 10 a unos 100 mPas a 20 °C, y una capacidad térmica específica de aprox. 50 a 75% en comparación con agua.
En resumen, en términos de seguridad los medios líquidos iónicos de enfriamiento generalmente son superiores al agua o los termoaceites como agentes refrigerantes. Sin embargo, si los líquidos iónicos se calientan por encima de su punto de descomposición térmica, sí forman productos gaseosos inflamables o no inflamables, lo que conducirá a un aumento e incluso un aumento peligroso de presión en un sistema de
refrigeración cerrado. En el caso de un flujo de salida accidental a raíz de una interrupción por un tubo que se convierte en, por ejemplo, metal fundido, esto causará un chisporroteo pesado o incluso explosiones menores.
Es una tarea de la presente invención reducir o incluso eliminar la formación de productos de descomposición gaseosas en los medios líquidos iónicos de enfriamiento para evitar los inconvenientes descritos anteriormente.
Según la presente invención, se encontró de forma inesperada, que los medios de enfriamiento que comprenden líquidos iónicos con 8.5% o menos de peso de hidrógeno en comparación con los líquidos iónicos (y otros medios de enfriamiento) con alto contenido de hidrógeno demuestran tener un chisporroteo y comportamiento de reacción explosiva mucho menor, o incluso prácticamente nulo, en comparación con los líquidos iónicos (y otros medios de enfriamiento) con alto contenido de hidrógeno. El término "hidrógeno" denota átomos de hidrógeno unidos a otros átomos, por ejemplo átomos de carbono, siendo parte de los aniones o cationes del líquido iónico, o siendo parte de los subproductos o aditivos iónicos o moleculares, pero no de hidrógeno gaseoso. El contenido de átomos de carbono u otros átomos que forman los productos de combustión volátiles como el azufre, nitrógeno, flúor o cloro parecen ser de menor importancia como se descubrió mediante investigaciones experimentales .
En un aspecto, la presente invención proporciona un medio de enfriamiento de aplicación en un entorno de alta temperatura, por ejemplo, que comprende un líquido iónico con un contenido de hidrógeno de 0% a 8.5%, tal como 0% a 7% por peso, o 0% a 6.5% por peso, por ejemplo.
Un medio de enfriamiento proporcionado por la presente invención, en el presente documento también designado como "medio de enfriamiento (según) la presente invención". Un medio de enfriamiento que comprende un líquido iónico puede ser un medio de enfriamiento que consiste en un líquido iónico. Un líquido iónico proporcionado por la presente invención como un medio de enfriamiento en este documento también se designa como "líquido iónico (según) la presente invención" .
El término "líquido iónico" como se emplea en el presente documento, por ejemplo en un proceso de la presente invención, incluye sales con temperaturas de fusión de hasta 250 °C, por ejemplo, < 100 °C y> 100 °C, pero < 250 °C; de preferencia = 100 °C y preferiblemente inferior a la temperatura ambiente.
El término "líquido iónico" según se emplea en el presente documento, incluye, además, todas las sales líquidas orgánicas y mezclas de sales que constan de cationes inorgánicos y aniones orgánicos o aniones inorgánicos . Además sales adicionales con catión inorgánico y anión orgánico o
inorgánico pueden ser disueltos en el líquido iónico, que contiene, pero definitivamente no se limitan al anión o aniones idénticos a los que se encuentran en el líquido iónico básico. Por otra parte, los aditivos pueden disolverse en el líquido iónico, por ejemplo pequeñas cantidades de los mismos tales como ignífugos.
En un aspecto adicional, la presente invención proporciona un medio de enfriamiento de acuerdo con la presente invención, que comprende además sales disueltas con cationes inorgánicos y aniones orgánicos o inorgánicos, y / o productos ignífugos disueltos.
La naturaleza química de los cationes y aniones que forman el líquido iónico en un medio de enfriamiento según la presente invención tiene menos importancia. Los cationes y aniones apropiados son los que forman los líquidos iónicos que tienen un contenido de hidrógeno de no más de 8.5%, por ejemplo, 0% a 8.5%.
En lo siguiente el término "restos" denota restos alquilo, alquilo perfluorados , alquenilo, alquinilo, arilo, aralquilo o heteroarilo que tienen entre 1 a 8 átomos de carbono, tal como Cl-C4-alquilo, alquenilo, C2-C4 alquenilo, C2-C4 alquinilo, fenilo, bencilo o heteroarilo, preferiblemente alquilo. Por razones de claridad cabe mencionar que en esta solicitud, el término C1-C4 alquilo, o términos similares, es una notación abreviada para el Cl-
alquilo (metilo) , C2-alquilo (etilo) , C4-alquilo (N-butilo, isobutilo, tere-butilo) o términos similares. Por lo general se prefieren cadenas ramificadas, ya que se ha descubierto que son superiores a las cadenas lineales .
En un líquido iónico según la presente invención el catión se selecciona preferiblemente de entre imidazolio, bencimidazolio o fosfonio, pudiendo ser sustituido opcionalmente y preferiblemente por Cl a C4 -alquilo, por ejemplo, incluyendo los cationes 1, 3 -dialquilimidazolio, 1 , 2 , 3 -trialquilimidazolio, 1, 3-dialquilbenzimidazolio, 1,2,3-trialquilbenzimidazolio cationes de tetraalquilfosfonio, en el que de preferencia el alquilo es independientemente un Cl a C4 -alquilo.
Según una modalidad ej emplificativa de la presente invención, el catión es un amonio cuaternario, fosfonio, piridinio, pirrolio, piperidinio, pirrolidinio, morfolinio, (benz) imidazolio o pirazolio.
Según otra modalidad ej emplificativa de la presente invención, el catión es un amonio cuaternario o un catión de fosfonio cuaternario. Según otra modalidad ej emplificativa del método el catión comprende entre uno y cuatro restos como fue descrito anteriormente.
Según otra modalidad ej emplificativa de la presente invención, el catión es uno del resto que consiste de piridinio, pirrolio, por ejemplo, en el que un resto está
ligado al átomo de nitrógeno y / o uno a tres restos están ligados a átomos de carbono del anillo de carbono.
Según otra modalidad ej emplificativa de la presente invención, el catión es uno del resto que consiste de, por ejemplo, piperidinio, pirrolidinio y morfolinio, en el que uno o dos de los restos están ligados al átomo de nitrógeno y / o de uno a tres de los uno a cuatro restos están ligadas a átomos de carbono del anillo de carbono.
Según otra modalidad ej emplificativa de la presente invención, el catión es uno del resto que consta de (benzo) imidazolio y pirazolio, por ejemplo, en el que uno de los tres a cuatro restos está respectivamente ligado a cada átomo de nitrógeno y / o de entre uno a tres del uno a cuatro restos está(n) ligado (s) a átomos de carbono del anillo de carbono. Por razones de claridad, debe tenerse en cuenta que en el caso de haber más de un átomo de nitrógeno un primer resto puede estar ligado al primer átomo de nitrógeno y un segundo resto puede estar ligado a un segundo átomo de nitrógeno .
Según otra modalidad ej emplificativa de la presente invención, el catión es de preferencia uno del resto que consiste de tetrametilamonio , tetraetilamonio, trietilmetilamonio, tetrabutilamonio , tributilmetilamonio , 1 , 3 -dimetilimidazolio, 1 , 3 -dietilimidazolio, l-butil-3-metilimidazolio , 1 , 2 , 3 -trimetilimidazolio , l-etil-3-
metilimidazolio , l-etil-2 , 3 -dimetilimidazolio , y 1-butil-2 , 3 -dimetilimidazolio, l-propil-3-metilimidazolio, 1-propil-2 , 3 -dimetilimidazolio, 1 , -dimetilbenzimidazolio , 1-butil- 3 -metilbenzimidazolio, 1,2,3-trimetilbenzimidazolio, l-etil-3-metilbenzimidazolio, 1-etil-2 , 3 -dimetilbenzimidazolio, y l-butil-2,3-dimetilbenzimidazolio , l-propil-3-metilbenzimidazolio, 1-propil-2 , 3 -dimetilbenzimidazolio .
Según otra modalidad ej emplificativa de la presente invención, el catión es preferiblemente uno del resto de N-butil-N-metilpirrolidinio, N-propil-N-metilpirrolidinio, N-etil-N-metilpirrolidinio, N, N-Dimetilpirrolidinio, N terc-butil-N-metilpirrolidinio, N- iso-propil-N-metilpirrolidinio, N-iso-propil-N-Etilpirrolidinio, N, N-di-iso-Propilpirrolidinio, N- tere-butil -N-Etilpirrolidinio , N -butil-N-metilmorfolinio, N-propil-N-metilmorfolinio, N-etil-N-metilmorfolinio, N, N-Dimetilmorfolinio , N-terc-butil-N-metilmorfolinio, N- iso-propil -N-metilmorfolinio , N -iso-propil-N-Etilmorfolinio, N, N-di - iso- Propilmorfolinio, N- terc-butil-N-Etilmorfolinio, N-butil-N-metilpiperidinio, N-propil-N-metilpiperidinio; N-etil-N -metilpiperidinio, N, N-dimetilpiperidinio, N- tere -butil -N-metilpiperidinio , N-iso-propil-N-metilpiperidinio, N- iso-propil-N-etilpiperidinio, N, N-di- iso-Propilpiperidinio, N -terc-butil-N-etilpiperidinio, trimetil - iso-propilamonio ,
dimetil-di- iso-propilamonio, metil- ri-iso-propilamonio, trimetil- tere -butil-amonio, dimetil-di- tere-butil-amonio, metil-tri -terc-butil-amonio, trimetil-iso-Propilfosfonio, dimetil-di-iso-Propilfosfonio , metil-tri-iso-Propilfosfonio, trimetil-terc-butilfosfonio, dimetil-di-terc-butilfosfonio , metil-tri - tere -butilfosfonio .
En otro aspecto, la presente invención proporciona un medio de enfriamiento según la presente invención, en el que el catión del líquido iónico se selecciona de imidazolio, por ejemplo, Cl-C6-alquil-imidazolio, tales como 1-etil-o 1-butilimidazolio, en el que el anillo de imidazol está sustituido opcionalmente con alquilo, por ejemplo un C1-C4-alquilo, tal como metilo.
En otro aspecto, la presente invención proporciona un medio de enfriamiento según la presente invención, en el que el catión del líquido iónico es seleccionado de imidazolio, bencimidazolio o fosfonio, sustituido opcionalmente de forma independiente por Cl a C4-alquilo, perfluoro C-C4-alquilo y / o mediante ciano, por ejemplo, uno o más restos ciano.
Los aniones en un líquido iónico según la presente invención incluyen aniones comunes en la química de líquido iónico. Preferiblemente, la fórmula química del anión contiene 3 átomos o menos de hidrógeno, más preferiblemente los aniones están completamente libres de hidrógeno. Preferiblemente, los aniones comprenden elementos heteros,
tales como halógeno, 0, N, S, Si, B, P, un elemento metálico, tal como Fe, Sb, Sn, Cu, Mo, Al, Zn, Co, Ni, Mn, W , V o Ti; estos elementos heteros pueden formar (pero no se limitan a) aniones complejos entre sí, por ejemplo los elementos metálicos mencionados anteriormente con halógeno, SCN- , CN- , N (CN) 2 - o ligandos que contienen O, o cualquier otro ligando libre de hidrógeno.
Aniones apropiados incluyen, por ejemplo, fluoruro; cloruro; bromuro; tiocianato; dicianamida; hexafluorofosfato; sulfato; fosfato; fosfato de hidrógeno; fosfato de dihidrógeno; fosfonato HP032", fosfonato de hidrógeno H2P03; sulfamato H2N-S03"-, metanosulfonato, dimetilfosfato, dimetilfosfonato, dietilfosfato, dietilfosfonato, tetrafluoroborato, trifluormetanosulfonato, trifluoroacetato, bis ( trifluormetilsulfonil) imida, tris
(trifluormetilsulfonil) meturo, fosfato de alquilo fluorado, por ejemplo, tris (pentafluoretil) trifluorofosfato, metilsulfato, etilsulfato, tetracianoborato, carboranos, alquilo-espiroboratos por ejemplo, bis (oxalato) borato o bis (malonato) borato, borato de tetra-sustituido, por ejemplo, de la fórmula:
[BR^F^R1] " Va,
en la que R1 a R1, independientemente entre sí, son flúor o un residuo orgánico, inorgánico, alifático o alifático perfluorado, aromáticos o heteroaromáticos aromáticos,
heteroaromáticos o perfluorados , por ejemplo, residuos alif ticos que comprenden de 1 a 4 residuos, aromáticos o heteroaromáticos que comprenden de 5 a 10 átomos de carbono, opcionalmente comprendiendo uno o más heteroátomos y / o opcionalmente sustituidos por uno o más restos funcionales libre (s) de hidrógeno o halógeno; por ejemplo sulfonato orgánico, de la fórmula:
[Rm-S03]~ Vb,
en la que Rm es un residuo orgánico, inorgánico, alifático o residuo perfluorado alifático, aromático, heteroaromático, por ejemplo, residuos alifáticos que comprenden de 1 a 4 residuos aromáticos o heteroaromáticos que comprenden de 5 a 10 átomos de carbono, y que opcionalmente comprenden un heteroátomo (s) o más y / o opcionalmente sustituidos por uno o más restos funcionales libres de hidrógeno o halógeno;
sulfato orgánico, por ejemplo de la fórmula:
[Rm-OS03]" Ve,
en la que Rm es un residuo orgánico, inorgánico, alifático o alifático perfluorado, aromático o aromático heteroaromático, o perfluorado aromático o heteroaromático, por ejemplo, residuos alifáticos que comprenden de 1 a 4 residuos aromático o heteroaromático que comprenden de 5 a 10 átomos de carbono, que comprenden opcionalmente uno o más heteroátomos y / o opcionalmente sustituidos por uno o más restos funcionales libres de hidrógeno o halógeno;
carboxilato, por ejemplo, de la fórmula
[Rn-COO] " Vd,
en la que Rn es un residuo orgánico, inorgánico, alif tico o alifático perfluorado, aromático o aromático heteroaromático, o perfluorado aromático o heteroaromático, por ejemplo, residuos alifáticos comprenden de 1 a 4 residuos aromático o heteroaromático que comprenden de 5 a 10 átomos de carbono, que comprenden opcionalmente uno o más heteroátomos y / o opcionalmente sustituidos por uno o más restos funcionales libres de hidrógeno o halógeno;
( fluoroalquilo) fluorurofosfatado por ejemplo de la fórmula
[PFx(CyF2y+1-zHz)6-x] " Ve,
en la que 1 < x < 6, l < y < 8 y 0 < z < 2a l;
imida de fórmulas
[R°-S02-N-S02-Rp] " Vf,
[Rr-S02-N-C0-Rs] " Vg, O
[Rt-CO-N-CO-Ru] " Vh,
en la que R° a Ru independientemente entre sí son flúor o un residuo orgánico, inorgánico, alifático o alifático perfluorado, aromático o aromático heteroaromático, o perfluorado, por ejemplo, residuos alifáticos que comprenden de 1 a 4 residuos aromáticos o heteroaromáticos que comprenden de 5 a 10 átomos de carbono, que opcionalmente comprende uno o más heteroátomos y / u opcionalmente es sustituido por uno o más de los restos funcionales libres de
hidrógeno o halógeno ;
fosfato orgánico de la fórmula
[Rm-OP03]2" o (Vj) [Rm-OP02-ORn] " Vi, en la que R™ es un residuo orgánico, inorgánico, alifático o alifático perfluorado, aromático o aromático heteroaromático , o perfluorado, por ejemplo, residuos alifáticos que comprenden de 1 a 4 residuos aromáticos o heteroaromáticos que comprenden de 5 a 10 átomos de carbono, que opcionalmente comprende uno o más heteroátomos y / u opcionalmente es sustituido por uno o más de los restos funcionales libres de hidrógeno o halógeno; y en la que Rn es hidrógeno o un residuo orgánico, inorgánico, alifático o alifático perfluorado, aromático o aromático heteroaromático , o perfluorado, por ejemplo, residuos alif ticos que comprenden de 1 a 4 residuos aromáticos o heteroaromáticos que comprenden de 5 a 10 átomos de carbono, que opcionalmente comprende uno o más heteroátomos y / u opcionalmente es sustituido por uno o más de los restos funcionales libres de hidrógeno o halógeno;
fosfonato orgánico de fórmula
[Rra-P03]2" Vk, o
[Rm-P03-Rnr VI,
en la que Rm es un residuo orgánico, inorgánico, alifático o alifático perfluorado, aromático o aromático heteroaromático, o perfluorado, por ejemplo, residuos alifáticos que comprenden de 1 a 4 residuos aromáticos o heteroaromáticos
que comprenden de 5 a 10 átomos de carbono, que opcionalmente comprende uno o más heteroátomos y / u opcionalmente es sustituido por uno o más de los restos funcionales libres de hidrógeno o halógeno;
y en la que Rn es hidrógeno o un residuo orgánico, inorgánico, alifático o alif tico perfluorado, aromático o aromático heteroaromático , o perfluorado, por ejemplo, residuos alifáticos que comprenden de 1 a 4 residuos aromáticos o heteroaromáticos que comprenden de 5 a 10 átomos de carbono, que opcionalmente comprende uno o más heteroátomos y / u opcionalmente es sustituido por uno o más de los restos funcionales libres de hidrógeno o halógeno;
En una modalidad preferida de la presente invención un anión incluye sulfatos, fosfatos, sulfonatos. boratos, haluros, por ejemplo, fluoruros tales como SiF6, tetrafluoroboratos , o cloruros, por ejemplo, tetracloroferrat- (III) , cuyos aniones opcionalmente son alquilados, por ejemplo, por C1-C8 alquilo, incluyendo C1-C8 alquilo halogenado, tal como trifluorometilo, o arilado, por ejemplo, por restos fenilo, por ejemplo, incluyendo C1-C4 alquilsulfatos , tales como metilsulfato, etilsulfato, C1-C6 dialquilfosfatos , tales como dietilfosfato, C1-C4 sulfonatos de alquilo en donde el alquilo está opcionalmente halogenado, por ejemplo, fluorados, tales como metanosulfonato, trifluorometanosulfonato, SiF62", derivados halogenados, por
ejemplo, boratos fluorados, por ejemplo, tetrafluoroborato, fosfatos arilados, por ejemplo, fosfato de trifenilo, ferratos, tales como tetracloroferrato- ( III) ; por ejemplo dietilfosfato, fosfato de trifenilo, metanosulfonato, trifluormetanosulfonato, metilsulfato, etilsulfato, SiFs2", tetracloroferrat- (III) y / o tetrafluoroborato .
Los líquidos iónicos según la presente invención pueden ser preparados según corresponda, por ejemplo, según, por ejemplo, de forma análoga a un método conocido, por ejemplo, como se describe en la técnica anterior. Los procesos para la preparación de líquidos iónicos se conocen por ejemplo desde Wasserscheid, Peter; Welton, Tom (Eds.); Ionic Liquids in Synthesis ("Líquidos iónicos en Síntesis"), Wiley-VCH 2008; ISBN 978-3-527-31239-9; Rogers , Robin D . ; Seddon, Kenneth R. (Eds.); Ionic Liquids - Industrial Applications to Green Chemistry ("Líquidos iónicos - Aplicaciones Industriales de la Química Verde"), ACS Symposium Series 818, 2002; ISBN 0841237891 y numerosas referencias citadas en los mismos.
Se comprobó que los líquidos iónicos según la presente invención tienen punto de inflamación alto. En otro aspecto, la presente invención proporciona un medio de enfriamiento según la presente invención en el que el líquido iónico tiene un punto de inflamación de al menos 200 °C, tal como 250 °C, determinado según DIN ISO 2592.
Preferiblemente, un líquido iónico según la presente
invención tiene un punto de fusión bajo, por ejemplo, de -20
°C e inferior a 40 °C.
En otro aspecto, la presente invención proporciona un medio de enfriamiento según la presente invención, en el que el líquido iónico tiene un punto de fusión de 40 °C e inferior, tal como 20 °C e inferior, por ejemplo, 0 °C e inferior, tal como -20 °C e inferior.
Un medio de enfriamiento de la presente invención, que comprende líquidos iónicos con bajo contenido de hidrógeno resulta particularmente útil en temas de uso seguro debido a su baja reactividad, bajo volumen de llama y baja explosividad en un ambiente de alta temperatura, especialmente al ponerse en contacto con masas fundidas o superficies de alta temperatura.
Un medio de enfriamiento de la presente invención resulta particularmente útil para las siguientes aplicaciones :
El enfriamiento de dispositivos técnicos en entornos de alta temperatura (500 ° C a 2000 ° C) como reemplazo de agua o líquidos de enfriamiento a base de agua o como reemplazo de fluidos de enfriamiento a base de líquidos orgánicos - los denominados termo aceites - por ejemplo, parafinas y naphthens, aceites minerales, alquil-bencenos , bencil - y dibenziltoluenos , bifenilos, difeniléteres , terfenilos, terfenilos parcialmente hidrogenados, quaterfenilos ,
triarileteres , alquilnaftalinas , polialquilenglicoles , ásteres de alto punto de ebullición, aceites de silicio, con el fin de evitar la formación de reacciones de descomposición explosivas las consiguientes consecuencias destructivas o incluso devastadores en el caso de fallos técnicos, errores humanos, desastres naturales y accidentes.
En particular el enfriamiento de hornos metalúrgicos y sus agregados; enfriamiento de equipos metalúrgicos en general en la producción y transformación de metales, aleaciones de metales y compuestos intermetalicos , manejo de cenizas y escorias, incluyendo la producción y el procesamiento de silicio, metales refractarios y los compuestos intermetalicos con boro, carbono, nitrógeno y silicio. Electrólisis de sal fundida para la producción de, por ejemplo aluminio o sodio.
El enfriamiento de hornos y agregados en las industrias de producción de vidrio y cerámica.
El enfriamiento de hornos y agregados en la industria de producción de cemento.
El enfriamiento de reactores y agregados en la gasificación de materia orgánica y materias primas biológicas .
El enfriamiento de hornos y agregados en plantas de incineración, incluyendo la incineración de gases residuales por ejemplo, por postcombustión y enfriamiento de cenizas y
escorias .
El enfriamiento de reactores y agregados en plantas de energía nuclear.
El enfriamiento de las cámaras de combustión y agregados en centrales térmicas convencionales.
En otro aspecto, la presente invención proporciona el uso de un medio de enfriamiento según la presente invención para el enfriamiento de
dispositivos técnicos en el ambiente de alta temperatura,
hornos metalúrgicos y sus agregados,
hornos y agregados en las industrias de producción de vidrio y cerámica.
hornos y agregados en la industria de producción de cemento,
enfriamiento de los reactores y agregados en la gasificación de materia orgánica y materias primas biológicas ,
hornos y agregados en plantas de incineración,
reactores y agregados en centrales nucleares,
cámaras de combustión y agregados en centrales térmicas convencionales .
Ejemplo 1
5 kg de cobre fundido fue mantenido en un pequeño horno metalúrgico a temperatura constante de 1200 ° C. Todas las
precauciones profesionales conocidos por un experto en el campo de la metalurgia fueron tomadas en cuenta, por ejemplo, campana extractora, ropa de seguridad a prueba de fuego y casco, cortinas ignífugas, etc. Los fluidos de ensayo líquidos iónicos fueron bombeados a un flujo constante de 1 mi / s a través de un tubo capilar de acero inoxidable de ¼ " (0.6 cms) y vertido directamente en la masa fundida de cobre. La salida del tubo capilar de acero fue sumergida en el cobre fundido directamente por encima de la parte inferior del crisol que es la peor posición en términos de posibles reacciones explosivas. Los experimentos fueron filmados y observados por un equipo de expertos metalúrgicos . Su atención visual y acústica se centró especialmente en el chisporroteo de la masa fundida de cobre, la reactividad explosiva y el volumen de llama. Estos parámetros fueron evaluados usando las siguientes escalas:
Reactividad : 0-5
0 = sin chisporroteo, evolución de gas o evaporación
explosiva observables.
5 = chisporroteo, evolución de gas o evaporación explosiva muy marcados .
Volumen de llama: 0-5
0 = no hay llama observables
5 = muy amplio volumen de llama
Punto de referencia: Aceite mineral "Castrol HDX" , ver tabla
Resultados
En la siguiente Tabla 1 la composición de líquidos iónicos, sus fórmulas de suma, el contenido calculado en % de peso de átomos de carbono "C", átomos de hidrógeno "H" y otros átomos " Z" que puedan formar productos gaseosos de combustión, la temperatura T- inicio para la descomposición en el aire medido por un equilibrio térmico (segün DIN 51007) , el punto de inflamación (según DIN ISO 2592) y las valoraciones sobre la reactividad (RA) y el volumen de llama (FV) . Los porcentajes de pesos individuales enumerados se basan en el peso mol total de la composición. Z = otros átomos que forman productos gaseosos de combustión, por ejemplo, N, S, F, Cl, menos 0. EMIM es l-etil-3-metilimidazolio y BMIM es l-butil-3-metilimidazolio.
Tabla 1
Los resultados presentados en la anterior Tabla 1 muestran los resultados de una serie de líquidos iónicos, que fueron escogidos debido a sus muy altos puntos de descomposición térmica / puntos de inflamación y bajos puntos de fusión (todos son líquidos a temperatura ambiente, salvo EMIM-methansulfonateand bmim-octilsulfato con un punto de fusión de 34-35 °C) . De la Tabla 1 es evidente que la reactividad RA y el volumen FV de la llama disminuye al disminuir el contenido de hidrógeno, aún si el contenido de otros átomos de la formación de productos de combustión gaseosas aumenta. Por otra parte se puede ver que un contenido de hidrógeno de 9.26% marca una clara distinción
con respecto a AR y FV con el compuesto de la presente invención en el que el contenido de hidrógeno es inferior a 8.5%. Por ejemplo, la reactividad AR disminuye de 3.5 del compuesto con un contenido de hidrógeno de más de 8.5% (9.26%) a por lo menos 3 (disminución de ca. 14%) y hasta 1 (disminución de ca. 71%) de los líquidos iónicos de la presente invención. Asimismo, el volumen de llama disminuye de 3.5 para el compuesto con un contenido de hidrógeno de más de 8.5% (9.26%) a por lo menos 2 (disminución de aprox. 43%) y hasta a 1 (disminución de ca. 71%) para los líquido iónicos de la presente invención.
En la siguiente lista se señala la técnica anterior con respecto a los líquidos iónicos:
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• Zhang, M. M . ; Reddy, R. G. ; Transactions of the Institutions of Mining and Metallurgy, Section C: Mineral Processing and Extractive Metallurgy (2010), 119(2), 71-76.
«Nieto de Castro, Carlos A.; Langa, Elisa; Moráis, Ana
L.; Lopes, Manuel L. Matos; Lourenco, María J. V.; Santos, Fernando J. V.; Santos, M. Soledade C. S.; Lopes, José N. Canongia; Veiga, Helena I. M.; Macatrao, Mafalda; et al; Fluid Phase Equilibria (2010), 294(1-2), 157-179.
«Szarvas, Laszlo; Gerhard, Dirk; Oehlenschlaeger,
Steffen; Alemany, Aurelie; Ger. Offen. (2010), DE 102009051087 Al 20100506
• Franca, Joao M. P.; Nieto de Castro, Carlos A.; Matos Lopes, Manuel; Nunes, Valentim M. B.; Journal of Chemical & Engineering Data (2009), 54(9), 2569-2575.
•Zhang, Mingming; Reddy, Ramana G. ; ECS Transactions (2007), 2(28, Energy Systems for the Twenty-First Century: Opportunities for Application of Solar, and Conversión Technologies), 27-34.
«Van Valkenburg, Michael E . ; Vaughn, Robert L.; Williams,
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•Olbert, Gerhard; Mattke, Torsten Fiene, Martin; Huttenloch, Oliver; Hammon, Ulrich; Ger. Offen. (2004) , DE
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•Van Valkenburg, Michael E.; Vaughn, R. Larry; Williams, Margaret; Wilkes, John S. ; Proceedings - Electrochemical Society (2002), 2002-19 (Molten Salts XIII), 112-123.
Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.
Claims (15)
1. Medio de enfriamiento caracterizado porque comprende un líquido iónico con un contenido de hidrógeno de 0% a 8.5% por peso.
2. Medio de enfriamiento de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque tiene un contenido de hidrógeno de 0% a 7% por peso.
3. Medio de enfriamiento de conformidad con la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque tiene un contenido de hidrógeno de 0% a 6.5% por peso.
4. Medio de enfriamiento de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el líquido iónico tiene punto de inflamación de al menos 200 °C, determinado según la norma DIN ISO 2592.
5. Medio de enfriamiento de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque el líquido iónico tiene un punto de inflamación de al menos 250 °C, determinado según la norma DIN ISO 2592.
6. Medio de enfriamiento de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el líquido iónico tiene un punto de fusión de 40 °C y menor.
7. Medio de enfriamiento de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque el líquido iónico tiene un punto de fusión de -20 °C e inferior.
8. Medio de enfriamiento de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el catión del líquido iónico se selecciona entre amonio, fosfonio, piridinio, pirrolio, piperidinio, pirrolidinio , morfolinio, (Benz) imidazolio o pirazolio.
9. Medio de enfriamiento de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque el catión del líquido iónico se selecciona entre imidazolio, bencimidazolio o fosfonio, sustituido opcionalmente de forma independiente por Cl a C4 alquilo, perfluoro Cl a C4 alquilo y / o por ciano.
10. Medio de enfriamiento de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque el anión del líquido iónico comprende un elemento hetero .
11. Medio de enfriamiento de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque el anión del líquido iónico contiene 3 átomos de hidrógeno o menos, en particular está libre de hidrógeno.
12. Medio de enfriamiento de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 10 a 11, caracterizado porque el anión del líquido iónico se selecciona entre dietilfosfato, fosfato de trifenilo, metanosulfonato, trifluormetansulfonato, metilsulfato, etilsulfato, SÍF62, tetracloroferrat- (III) y / o tetrafluoroborato .
13. Medio de enfriamiento de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque comprende además sales disueltas con cationes inorgánicos y aniones orgánicos o inorgánicos .
14. Medio de enfriamiento de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque comprende además materiales ignífugos disueltos.
15. El uso de un medio de enfriamiento de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, para el enfriamiento de dispositivos técnicos en ambiente de alta temperatura, hornos metalúrgicos y sus agregados, hornos y agregados en las industrias de producción de vidrio y cerámica, hornos y agregados en las industria de producción de cemento, enfriamiento de reactores y agregados en la gasificación de materia orgánica y materias primas biológicas , hornos y agregados en plantas de incineración, reactores y agregados en centrales nucleares, cámaras de combustión y agregados en centrales térmicas convencionales.
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