MX2013010963A - Celda para electrodialisis despolarizada de soluciones salinas. - Google Patents

Abstract

El invento se refiere a una celda de electrodiálisis de solución salina para producción de los ácidos y bases pertinentes por medio de un proceso con consumo reducido o nulo de energía eléctrica. La celda comprende una cámara anódica alimentada con hidrógeno y una cámara catódica alimentada con oxígeno o aire, provista con los electrodos pertinentes de difusión de gas; la energía de accionamiento del proceso de electrodiálisis es proporcionada por los potenciales químicos de oxidación y reducción de hidrógeno y oxigeno alimentados a las dos cámaras.

Description

CELDA PARA ELECTRODIALISIS DESPOLARIZADA DE SOLUCIONES SALINAS CAMPO DEL INVENTO El invento se refiere a una celda de electrodiálisis de solución salina despolarizada por medio de electrodos de difusión de gas.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La electrodiálisis de soluciones salinas destinada a obtener el ácido y base pertinentes puede ser llevada a la práctica en celdas electroquímicas de tres compartimientos, con un compartimiento central separado del compartimiento anódico y del compartimiento catódico por medio de dos membranas de intercambio de iones, respectivamente una membrana de intercambio de aniones y una membrana de intercambio de cationes. Los espacios iónicos que proceden de la disociación de la sal alimentada al compartimiento central emigran a través de la membrana respectiva bajo el efecto del campo eléctrico, provocando la generación el ácido pertinente en el compartimiento anódico y de la base respectiva en el compartimiento catódico. El compartimiento anódico esta también provisto con un ánodo, sobre cuya superficie tiene lugar la evolución de oxigeno, mientras que el compartimiento catódico está provisto con un cátodo sobre el que tiene lugar la evolución de hidrógeno. Una de las posibles aplicaciones de esta tecnología es por ejemplo la electrodiálisis de soluciones de sulfato de sodio con producción de ácido sulfúrico y sosa cáustica, como una alternativa de la producción más común de sosa cáustica por electrólisis de - - salmuera de cloruro de sodio. Este proceso puede ser aplicado por ejemplo en las zonas consumidoras de sosa cáustica que no tienen uso para el cloro - que en este caso constituiría un producto derivado difícil de manejar y almacenar - o siempre que sea deseable una producción mutuamente independiente de cloro y sosa cáustica. El consumo eléctrico asociado con el proceso es sin embargo muy elevado, debido a la tensión asociada con la reacción neta total - correspondiente a la electrólisis de agua con producción de hidrógeno y oxígeno - y a la elevada caída óhmica en los distintos componentes, con referencia particular a la membrana de intercambio de aniones. El problema del excesivo consumo eléctrico ha sido mitigado en el pasado reemplazando el ánodo en el que evoluciona el oxígeno con un electrodo de difusión de gas polarizado anódicamente, alimentado con hidrógeno: de este modo, la reacción neta total tiene una extensión reversible mucho menor, correspondiente a la diferencia de potencial entre la evolución catódica del hidrógeno en ambiente alcalino y el consumo anódico de hidrógeno en un ambiente sustancialmente ácido. También esta clase de tecnología ha fallado para conseguir sin embargo el éxito esperado, por un lado debido a que los distintos componentes de sobretensión que se añaden en el proceso conducen en cualquier caso a un consumo de energía conspicuo, por otro lado debido a la dificultad en controlar el proceso, que está caracterizado por fluctuaciones operativas de la tensión incluso' a densidad de corriente reducida (por debajo de 2 kA/m2) asociadas con la dificultad de humidificar el flujo de hidrógeno alimentado al compartimiento anódico de una manera regular. Una humidificación irregular del hidrógeno puede conducir a un secado de la membrana - - relevante - con una elevación consecuente - a veces elevada, de la tensión operativa teniendo en cuenta un efecto óhmico -o a una inundación parcial del electrodo de difusión de gas, con la consiguiente elevación de la tensión operativa debido a un transporte de masa inadecuado del hidrógeno suministrado. En los casos más serios de inundación, la tensión eléctrica aplicada en los polos de la celda puede conducir a la imposibilidad de soportar la reacción anódica de consumo de hidrógeno y al súbito comienzo de evolución de oxigeno, con efectos destructivos para el electrodo de difusión de gas que no está específicamente diseñado para resistir la acción de oxidación del oxígeno naciente. Esta situación puede además conducir a la formación de mezclas explosivas en el compartimiento anódico, como será evidente para un experto en la técnica.

Así hay una necesidad de proporcionar un nuevo dispositivo para la electrodiálisis de soluciones salinas de eficiencia energética más elevada y al mismo tiempo más fácil y seguro de operar.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN Distintos aspectos del invento están descritos en las reivindicaciones adjuntas.

En una realización, el presente invento se refiere a una celda electrolítica para electrodiálisis de soluciones salinas comprendida de tres o más cámaras, en particular una cámara anódica delimitada por una semienvolvente anódica exterior y por un ánodo de difusión de gas alimentado con un gas combustible que contiene hidrógeno; al menos una cámara intermedia alimentada con un electrolito de proceso que consiste en una solución que contiene un ácido y/o una sal; una cámara catódica delimitada por una membrana de intercambio de iones y una semienvolvente catódica, que contiene un cátodo de difusión de gas alimentado con un gas oxidante que contiene oxigeno, siendo las dos semi-envolventes externas o bien mutuamente cortocircuitadas o bien conectadas a través de un circuito eléctrico que comprende un rectificador de corriente de baja potencia. En el último caso, el polo positivo del rectificador está conectado a la semienvolvente anódica y el polo negativo a la semienvolvente catódica. La reacción total efectuada por la celda de electrodiálisis de acuerdo con el invento es una recombinación de hidrógeno y oxigeno para dar agua, de manera similar a lo que sucedería en una pila de combustible, con la diferencia de que la fuerza electromotriz de las dos reacciones, anódica y catódica, no es utilizada para producir energía eléctrica, sino solamente para realizar el proceso de electrodiálisis. Hasta una cierta densidad de corriente (por ejemplo hasta 2 kA/m2) tal proceso puede proseguir sin suministro externo de electricidad (celda cortocircuitada) , mientras que a una densidad de corriente mayor se requiere un suministro de energía eléctrica, aunque a una tensión extremadamente inferior de la que sería requerida por las células de la técnica anterior. Los inventores han observado que con este tipo de configuración, la celda puede ser operada de un modo intrínsecamente seguro: las posibles ineficiéncias debido a un secado parcial de la membrana o a una inundación de los electrodos de difusión de gas conduciría de hecho en el caso a fenómenos temporales de densidad de corriente y así de. disminución de producción, sin tener la posibilidad de producir fenómenos peligrosos de evolución de - - oxígeno sobre la superficie del ánodo de difusión de gas, en ausencia (o en presencia de una cantidad modesta) de corriente eléctrica externamente impregnada a la celda. El ánodo de difusión de gas y el cátodo pueden consistir en un material rígido conductor, por ejemplo un papel carbón o malla metálica, opcionalmente hecho hidrófobo, por ejemplo por ayuda de una suspensión de polímero fluorado, llenado con una composición adecuada para favorecer la difusión de los reactivos gaseosos (por ejemplo una mezcla de negro de carbón o polvo metálico y de aglutinante de polímero fluorado) y activada en al menos una superficie exterior por una composición catalítica, que contiene opcionalmente un metal noble del grupo del platino.

En una realización, la celda de electrodiálisis comprende una única membrana de intercambio de cationes y una única cámara intermedia delimitada por el ánodo de difusión de gas y la membrana de intercambio de cationes. Una solución que contiene la sal que ha de ser procesada es alimentada opcionalmente a la parte inferior de la cámara, enriquecida con ácido generado por el ánodo de difusión de gas y extraída desde la parte superior como solución ácida que contiene cantidades variables de sal residual. Alternativamente, la cámara contiene un percolador o filtrador que consiste en un elemento plano poroso: en este caso, la solución que contiene la sal es alimentada a la parte superior de la cámara y fluye a la parte inferior, desde la que es extraída o retirada después de ser enriquecida con ácido generado por el ánodo de difusión de gas. El percolador permite homogeneizar la presión en la columna de líquido formada por el electrolito cancelando prácticamente la cabeza de presión o presión piezométrica - - relevante, eliminando asi cualquier posibilidad de inundación del cuerpo interno del ánodo de difusión de gas, cuyo funcionamiento más fiable resulta por ello asegurado. En esta realización la solución alcalina que constituye uno de los productos es formada en virtud de la combinación de cationes, que emigran desde la cámara intermedia a través de la membrana de intercambio de cationes, y la alcalinidad generada por el cátodo de difusión de gas, percolando entonces a través de la estructura del cátodo de difusión de gas o de una capa hidrófila interpuesta entre membrana y cátodo de difusión de gas, para ser recogida en la parte inferior de la cámara catódica desde la que es extraída.

En una realización, la celda de electrodiálisis del invento comprende, además de las cámaras anódica y catódica, una única membrana de intercambio de iones, bien de tipo aniónico o catiónico y dos cámaras intermedias distintas. Una solución que contiene una base o sal diluida o una mezcla de las mismas puede ser alimentada a la parte inferior de la primera cámara intermedia, adyacente a la cámara catódica y delimitada por el cátodo de difusión de gas y la membrana de intercambio de iones; las soluciones enriquecida en alcalinidad generada por el cátodo de difusión de gas y al salir de la parte superior de la cámara puede así contener cantidades variables de sal. Alternativamente, la primera cámara intermedia está provista con un percolador: de este modo, la solución electrolítica es alimentada a la parte superior mientras la solución enriquecida en álcali sale desde la parte inferior. La segunda cámara intermedia, adyacente a la cámara anódica y delimitada por el ánodo de difusión de gas y la membrana de intercambio de iones, es alimentada con un - - electrolito de proceso que consiste en una solución que contiene un ácido y/o una sal que, circulando a la salida, es enriquecida con ácido generado por el ánodo de difusión de gas; la solución ácida extraída puede contener cantidades variables de sal. También en este caso, la segunda cámara intermedia puede ser alimentada desde la parte inferior o puede ser provista con un percolador y alimentada desde la parte superior, con la salida en la parte inferior.

En una realización la celda de electrodiálisis comprende tres cámaras intermedias distintas. La primera cámara intermedia, junto a la cámara catódica y delimitada por el cátodo de difusión de gas y por la primera membrana de intercambio de iones es alimentada, bien desde la parte inferior o bien desde la parte superior con ayuda de un percolador, con una solución que contiene una base y/o una sal, que al circular a través de la cámara es enriquecida con alcalinidad generada por el cátodo de difusión de gas: la solución alcalina producida tomada a la salida de la cámara puede contener cantidades variables de sal. La segunda cámara intermedia, adyacente a la cámara anódica y delimitada por el ánodo de difusión de gas y por la segunda membrana de intercambio de iones, es alimentada con el electrolito del proceso que, al circular a la salida, es enriquecido con ácido generado por el ánodo de difusión de gas. La solución ácida producida puede contener cantidades variables de sal. También la segunda cámara intermedia puede ser alimentada desde la parte inferior o desde la parte superior con ayuda de un percolador. La tercera cámara intermedia dispuesta en una posición central y delimitada por la primera y la segunda membranas de intercambio de iones, contiene un separador con - - el propósito de mantener una distancia preestablecida entre las dos membranas y de asegurar un cierto nivel de turbulencia útil para impedir el fenómeno de dilución local. La tercera cámara intermedia es alimentada con una solución salina, por ejemplo desde la parte inferior, extrayendo la solución agotada desde la parte superior de la cámara.

El electrolito de proceso alimentado a la celda puede contener sales alcalinas, por ejemplo sulfatos, cloruros, carbonatos o bicarbonatos de sodio o de potasio, con la ventaja de producir sosa cáustica o potasa por un lado, y ácidos minerales fácilmente reutilizables tales como ácido clorhídrico o ácido sulfúrico, o dióxido de carbono que sale del sistema en forma gaseosa, por el otro lado.

El gas combustible alimentado al ánodo puede consistir en una mezcla de hidrógeno y dióxido de carbono procedentes de una nueva formación de vapor u oxidación parcial de hidrocarburos o alcoholes ligeros. En una realización, el gas oxidante alimentado al compartimiento del cátodo consiste en aire ambiente, que tiene la ventaja de ser extremadamente barato a pesar de una cierta disminución de la eficiencia energética en la reacción catódica comparada con oxígeno puro. En otra realización, el gas oxidante alimentado al compartimiento catódico consiste en aire enriquecido, por ejemplo aire con un contenido en oxígeno llevado al 50% por medio de un sistema de PSA barato conocido, que tiene la ventaja de proporcionar una eficiencia catódica muy próxima a la del oxígeno puro contra un coste mucho menor. En varias plantas químicas que tienen hidrógeno y/o oxígeno baratos disponibles como productos de derivación de otros procesos, prueba ser más conveniente operar la electrodiálisis con - - reactivos puros en vez de con mezclas.

En otro aspecto, el invento se refiere a un proceso de electrólisis despolarizada de soluciones salinas, llevado a la práctica en una celda como se ha descrito anteriormente, que comprende alimentar la solución salina que ha de ser sometida a electrodiálisis, opcionalmente un cloruro, sulfato, carbonato o bicarbonato de sodio o de potasio, a la entrada de una de las cámaras intermedias extrayendo la solución agotada en la salida pertinente, alimentar un gas combustible que contiene hidrógeno en la entrada de la cámara anódica y un gas oxidante que contiene oxigeno en la entrada de la cámara catódica, extrayendo la evacuación de las salidas pertinentes, y conectando eléctricamente las semienvolventes anódica y catódica reciprocamente. La conexión de semienvolventes puede ser o bien un simple cortocircuitado, con inserción opcional de un amperímetro para conservar la densidad de corriente bajo control o de otra instrumentación de proceso, o puede incluir la inserción de un rectificador de pequeña potencia para suministrar una corriente continua; esto puede tener la ventaja de facilitar el ajuste de densidad de corriente del proceso a cambio de un consumo de energía de pequeña entidad.

En una realización, el invento se refiere a un proceso de electrólisis despolarizada de soluciones salinas llevado a cabo en una celda equipada con dos cámaras intermedias, que comprende alimentar un electrolito de proceso, que contiene opcionalmente cloruro o sulfato de sodio o de potasio, a la entrada de la cámara intermedia adyacente al compartimiento catódico, extraer una evacuación enriquecida en álcalis desde la salida pertinente; alimentar una solución ácida a la entrada de la cámara intermedia adyacente al compartimiento - - anódico, extraer una evacuación enriquecida en ácido de la salida pertinente; alimentar un gas combustible que contiene hidrógeno a la entrada de la cámara anódica y un gas oxidante que contiene oxigeno a la entrada de la cámara catódica, extraer la evacuación de las salidas pertinentes, y conectar eléctricamente las semienvolventes anódica y catódica reciprocamente. También en este caso, la conexión de semienvolventes puede ser o bien un simple cortocircuitado, con inserción opcional de un amperímetro para conservar la densidad de corriente bajo control o de otra instrumentación de proceso, o puede incluir la inserción de un rectificador de pequeña potencia para suministrar una corriente continua.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS DE LA INVENCIÓN La figura 1 muestra una vista en sección transversal esquemática de una realización posible de celda de electrodiálisis de acuerdo con el invento del tipo que comprende dos compartimientos intermedios, antes del ajuste final .

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN En la figura 1 se ha mostrado una realización de celda de electrodiálisis delimitada por una semienvolvente catódica 1 y una semienvolvente anódica 5, que consiste en cuatro cámaras, en particular cámara catódica A, primera cámara intermedia B adyacente a la cámara catódica A, segunda cámara intermedia C adyacente a la cámara anódica D y cámara anódica D.

La cámara catódica A está delimitada por la membrana 12 de intercambio de iones y la semienvolvente catódica 1, y comprende una pluralidad de elementos para transmitir - - corriente eléctrica, en este caso en forma de tiras 2, un colector de corriente foraminoso, en este caso obtenido superponiendo una lámina 3 expandida de malla grande a una manta elástica 4, un cátodo 10 de difusión de gas y un tejido hidrófilo 11 que separa el cátodo 10 de difusión de gas de la membrana 12 de intercambio de iones. La cámara anódica D está a su vez delimitada por la semienvolvente anódica 5 y un ánodo 9 de difusión de gas, y comprende una pluralidad de elementos para transmitir corriente eléctrica, en este caso en forma de tiras 6, y un colector de corriente foraminoso, en este caso obtenido superponiendo una lámina expandida 7 de malla grande y una lámina expandida 8 de malla estrecha.

La primera cámara intermedia B está delimitada por las membranas 12 y 14 de intercambio de iones, que pueden ser respectivamente una membrana catiónica y una membrana aniónica, que tienen un separador 13 dispuesto entre ellas, que puede consistir en una malla tridimensional hecha de material polímero.

La segunda cámara intermedia C adyacente a la cámara anódica D está delimitada por el ánodo 9 de difusión de gas y la membrana 14 de intercambio de iones, que tiene un percolador 15 dispuesto entre ellas, que puede consistir en una malla tridimensional hecha de material polímero.

Los dos compartimientos A y D están conectados recíprocamente en cortocircuito a través de un amperímetro.

Algunos de los resultados más significativos obtenidos por los inventores son presentados en los siguientes ejemplos, que no pretenden ser una limitación del dominio del invento.

EJEMPLO 1 - - Se ensambló una celda experimental de acuerdo con el esquema mostrado en la figura. La celda estaba comprendida de una semienvolvente catódica 1 hecha de acero inoxidable AISI 310, en la que es estaban aseguradas tiras 2 de pared: a su vez, en las tiras 2 se aseguró un colector de corriente 3, hecho de una lámina expandida de 1 mm de grosor con aberturas romboidales que tienen diagonales de 5 y 10 mm. Las tiras 2 y el colector de corriente 3 también se hicieron de acero inoxidable AISI 310. El colector de corriente fue puesto en contacto con una manta elástica 4 formada por un conjunto de vueltas de alambre de níquel de 0.3 mm de diámetro, que contacta a su vez con un conjunto consistente de un cátodo de difusión de gas (GDC) 10 y una capa hidrófila porosa 11. El GDC fue hecho de papel de carbono grafitado, resistente a la humedad empapándolo en una suspensión de politetrafluoroetileno seguido por un tratamiento térmico de sinterización realizado a 350°C; en la superficie de papel carbón opuesta a la manta de contacto 4 se había aplicado previamente una película catalítica, consistente de una mezcla de partículas de PTFE y de platino soportadas en carbono de elevada superficie específica (60% de platino en carbono Vulcan XC-72 /Cabot Corporation) . La superficie catalizada del GDC fue de 20 x 20 cm2. El colector de corriente 3 y la manta 4 fueron ambos recubiertos con una película de plata de 5 µp\ de grosor dirigida a minimizar la resistencia de contacto eléctrica .

La pared de las semienvolvente 1 y la membrana 12 de intercambio de cationes (Neosepta CM-2/Astom Corp.) delimitaban una cámara catódica A alimentada con oxígeno puro. En un ensayo diferente, el oxígeno fue reemplazado con aire - - enriquecido que contenia 60% de oxigeno.

La semienvolvente anódica 5 de titanio fue equipada con tiras de titanio 6 después de lo cual se aseguró un colector de corriente, consistente de una lámina expandida 7 de titanio de 1 mm de grosor con aberturas romboidales que tienen diagonales de 5 y 10 mm y una segunda lámina expandida 8 de 0.5 mm de grosor hecha de titanio que contiene 0.2% de paladio, con aberturas romboidales que tienen diagonales de 3 y 5 mm. El colector de corriente fue mantenido en contacto con el ánodo 9 de difusión de gas (GDA) hecho de papel carbón grafitado utilizado, resistente a la humedad empapándolo en una suspensión de politetrafluoroetileno seguida por un tratamiento térmico de sinterización llevado a cabo a 350°C. La pared de las semienvolvente 5 y el GDA delimitaban una cámara anódica D alimentada con hidrógeno puro.

En la superficie de papel carbón opuesta a la lámina de contacto 8 se había aplicado previamente una película catalítica consistente de una mezcla de partículas de PTFE y de platino soportada sobre carbono de superficie específica elevada (60% de platino sobre carbono Vulcan XC-72 /Cabot Corporation) . Para minimizar la resistencia de contacto eléctrica entre la lámina 8 y el GDA, se aplicó una película de platino de 0.2 pm de grosor sobre la lámina 8 por electrorrevestimiento .

La superficie catalizada del GDA era de 20 ? 20 cm2 y se mantuvo en contacto con una primera malla 15 de polietileno de 1 mm de grosor, en 'contacto a su vez con una membrana 14 de intercambio de aniones (Neosepta AMX/Astom Corp.): la malla 15 tenía el propósito de asegurar un espacio preestablecido y uniforme entre el GDA y la membrana 14, cuyas superficies - - delimitaban la cámara intermedia C (segunda cámara intermedia antes) atravesada por una solución de ácido clorhídrico de concentración ajustada durante la fase de ensayo entre 1 y 5%.

En un ensayo diferente, la cámara intermedia C fue alimentada con una solución que contenía cloruro de sodio a una concentración variable entre 100 y 200 g/1.

La membrana 14 fue mantenida en contacto con una segunda malla 13 de polietileno también de 1 mm de grosor, que contactaba a su vez con la membrana 12 de intercambio de cationes: la cámara intermedia B (primera cámara intermedia antes) delimitada por dos membranas 12 y 14 fue alimentada desde la parte inferior a la superior con una solución de cloruro de sodio cuya concentración varió durante el ensayo entre 100 y 200 g/1. La solución de cloruro de sodio fue reciclada a través de un recipiente de recogida. En otro ensayo la solución de cloruro de sodio no fue reciclada sino alimentada a la cámara intermedia C donde se generó una mezcla con ácido clorhídrico.

La celda fue ensamblada apretando las semienvolventes 1 y 10 con vástagos de unión adecuados con elementos 4, 10, 11, 12, 13, 14, 15 y 9 interpuestos juntos con las juntas periféricas pertinentes (no mostrada) requeridas para impedir la fuga de los distintos fluidos al ambiente exterior. Al apretar las dos semienvolventes, la manta elástica 4 fue comprimida, asegurando una presión de contacto adecuada entre las distintas partes del conjunto.

Las cámaras de celda fueron conectadas a continuación a los circuitos de alimentación y extracción pertinentes, en particular: - cámara catódica A con circuitos de alimentación de - - oxígeno puro o aire enriquecido y circuitos de extracción de gas oxidante de evacuación. Un tubo de descarga desde el que se extrajo sosa cáustica percolando a través de una capa 11 porosa hidrófila fue conectado a la parte inferior de la cámara. La concentración de sosa cáustica se ajustó entre el 10 y el 20% variando la concentración de solución de cloruro de sodio alimentada a la cámara intermedia B entre 100 y 200 g/1; cámara intermedia B con circuitos de alimentación (parte inferior) de 100-200 g/1 de cloruro de sodio y circuitos de extracción (parte superior) de cloruro de sodio agotado; cámara intermedia C con circuitos de alimentación (parte inferior) de ácido clorhídrico diluido y circuitos de extracción (parte superior) de ácido clorhídrico producido (1-5%) ; - cámara anódica D con circuitos de alimentación de hidrógeno utilizado como reactivo y circuitos de extracción de hidrógeno evacuado.

La celda, termoestabilizada a 70°C controlando la temperatura de las soluciones alimentadas a las cámaras intermedias B y C, tenía una tensión a circuito abierto de 0.4 V. Después de cortocircuitar las semienvolventes 1 y 10, la corriente circulante, cuando es medida por un amperímetro insertado en el circuito eléctrico, fue estabilizada a 80 A, correspondiente a una densidad de corriente de 2 kA/m2 con un oxígeno puro alimentado y a 68 A, correspondiente a una densidad de corriente de 1.7 kA/m2 con un aire enriquecido alimentado que contiene 60% de oxígeno, siendo ambos valores adecuados para aplicaciones industriales. A una concentración - - de cloruro de sodio de 100 g/1 de solución alimentada a la cámara intermedia B, la sosa cáustica tenia una concentración de 15-17%. El rendimiento de producción de ácido clorhídrico y sosa cáustica fue aproximadamente del 85%.

En un ensayo subsiguiente, la solución de cloruro de sodio tomada a la salida de la cámara intermedia B fue utilizada como alimentación de la cámara intermedia C. El producto a la salida de la cámara intermedia C contenía en este caso 1-5% de ácido clorhídrico y 100-200 g/1 de cloruro de sodio.

EJEMPLO 2 Se utilizó la misma celda del Ejemplo 1, reemplazando sólo la membrana 14 de intercambio de aniones con una membrana de intercambio de cationes (Neosepta CM-2): en este caso una fracción excesiva de ácido producida en la cámara intermedia C emigró a través de tal membrana a la cámara intermedia B. Se observó que una parte principal de esta pérdida fue recuperada cuando la solución de cloruro de sodio saliente por la cámara intermedia B fue enviada a la entrada de la cámara intermedia C, en vez de ser reciclada: de este modo, de hecho, la cantidad de ácido clorhídrico efectivamente perdida fue limitada a la fracción que emigró a través de la membrana 12. Esta fracción volvió a ser sorprendentemente pequeña: el efecto favorable fue atribuido a la acción de los iones de sodio formados por la disociación del cloruro de sodio, que redujeron significativamente el número de acidez de transporte. En particular, se obtuvo una corriente de cortocircuito de 84 A, correspondiente a una densidad de corriente de 2.1 kA/m2, y un rendimiento de producción de ácido - - y de sosa cáustica de aproximadamente 80%.

EJEMPLO 3 La celda del Ejemplo 1 fue modificada reemplazando la capa porosa hidrófila 11 con una malla de polietileno de 0.5 mm de grosor equivalente a las mallas 13 y 15. Además la solución diluida de ácido clorhídrico fue alimentada a la parte superior de la cámara intermedia C y percolada hacia abajo a la salida posicionada en la parte inferior. De una manera totalmente similar la malla instalada en sustitución de la capa porosa hidrófila 11 fue alimentada desde la parte superior con una solución de sosa cáustica diluida que fue enriquecida al percolar a la parte inferior desde la que fue extraída. Este tipo de alimentación fue ensayado ya que reduce notablemente la cabeza de presión aplicada al GDA y al GDC haciendo factible la construcción de celdas industriales con una altura vertical por encima de 1 metro. La estructura de celda de los Ejemplos 1 y 2 por el contrario, somete el GDA y el GDC a una cabeza de presión mayor correspondiente a la cabeza hidráulica neta a la que se añaden los efectos dinámicos asociados con la solución de flujo que sale de las cámaras intermedias B y C. Esta situación limita la máxima altura de celda a aproximadamente 50-70 cm, de otro modo la estructura interna de electrodos de difusión de gas es inundada con la pérdida consecuente de rendimiento. La corriente de cortocircuito fue de 75 A, correspondiente a una densidad de corriente de aproximadamente 1.9 kA/m2.

EJEMPLO 4 El ensayo del Ejemplo 1 fue duplicado después de - - simplificar la estructura de la celda eliminando la membrana 14 y la malla 13, operando con una única cámara intermedia delimitada por el GDA 9 y la membrana 12. En este caso se obtuvo un rendimiento de producción de ácido y de sosa cáustica de aproximadamente 75%, considerado aún aceptable para aplicaciones industriales, siempre que la cámara intermedia restante es alimentada con un único paso de solución de cloruro de sodio de concentración por encima de 200 g/1 a pH neutro. La corriente de cortocircuito fue de 92 A, correspondiente a una densidad de corriente de 2.3 kA/m2.

EJEMPLO 5 El ensayo del Ejemplo 1 fue duplicado utilizando una solución de sulfato de sodio con producción de 10% de ácido sulfúrico y 15% de sosa cáustica. Los resultados obtenidos, en términos de rendimiento de producción y corriente de cortocircuito, fueron sustancialmente equivalentes a los descritos para la producción de ácido clorhídrico y de sosa cáustica a partir de soluciones de cloruro de sodio.

La descripción previa no estará destinada a limitar el invento, que puede ser utilizado de acuerdo con realizaciones diferentes sin salir del marco del mismo, y cuya extensión está definida de manera unívoca por las reivindicaciones adjuntas .

A lo largo de toda la descripción y reivindicaciones de la presente solicitud, el término "comprender" y las variaciones del mismo tales como "que comprende" y "comprende" no pretenden excluir la presencia de otros elementos o aditivos .

La descripción de documentos, actos, materiales, - - dispositivos, artículos y similares está incluida en esta memoria sólo con el propósito de proporcionar un contexto para el presente invento. No se ha sugerido mi representado que ninguna o la totalidad de estas cuestiones hayan formado parte de la base de la técnica anterior o fueran de conocimiento general común en el campo relevante al presente invento antes de la fecha de prioridad de cada reivindicación de esta solicitud.

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 (18)

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones:

1. - Una celda electrolítica para electrodiálisis de soluciones salinas delimitada por una semienvolvente anódica y una semienvolvente catódica, que comprende: - una cámara anódica delimitada por dicha semienvolvente anódica y por un ánodo de difusión de gas alimentado con un gas combustible que contiene hidrógeno; al menos una cámara intermedia alimentada con un electrolito del proceso que consiste en una solución que contiene un ácido y/o una sal, al menos dicha cámara intermedia delimitada por dicho ánodo de difusión de gas y por una membrana de intercambio de iones; - una cámara catódica delimitada por dicha membrana de intercambio de iones y dicha semienvolvente catódica, que contiene un cátodo de difusión de gas alimentado con un gas oxidante que contiene oxígeno; siendo la semienvolvente anódica y la semienvolvente catódica bien mutuamente cortocircuitadas o conectadas a través de un rectificador de corriente con el polo positivo conectado a la semienvolvente anódica y el polo negativo conectado a la semi- envolvente catódica.

2. - La celda según la reivindicación 1 en la que al menos dicha cámara intermedia comprende un percolador adecuado para ser alimentado desde la parte superior con dicho electrolito de proceso, interpuesto entre dicho ánodo de difusión de gas y dicha membrana de intercambio de iones.

3.- La celda según la reivindicación 1 que comprende dos cámaras intermedias, en particular una primera cámara intermedia alimentada con una solución salina y delimitada por dicha primera membrana de intercambio de iones y dicha segunda membrana de intercambio de iones y una segunda cámara intermedia alimentada con dicho electrolito de proceso que consiste en una solución que contiene un ácido y/o una sal y delimitada por dicha segunda membrana de intercambio de iones y dicho ánodo de difusión de gas.

4. - La celda según la reivindicación 3 en la que dicha segunda cámara intermedia comprende un primer percolador adecuado para ser alimentado desde la parte superior con dicho electrolito de proceso consistente en una solución que contiene un ácido y/o una sal, estando interpuesto dicho primer percolador entre dicho ánodo de difusión de gas y dicha segunda cámara de intercambio de iones.

5.- La celda según la reivindicación 3 en la que la alimentación de dicha segunda cámara intermedia está conectada a la salida de dicha primera cámara intermedia.

6.- La celda según la reivindicación 3 en la que dicha primera cámara intermedia contiene un separador.

7.- La celda según una de las reivindicaciones precedentes en la que dicha cámara catódica contiene la solución alcalina generada por el cátodo de difusión de gas.

8. - La celda según la reivindicación 1 que comprende tres cámaras intermedias, en particular una primera cámara intermedia alimentada con una solución que contiene una base y/o una sal y delimitada por dicha membrana de intercambio de iones y por dicho cátodo de difusión de gas, una segunda cámara intermedia alimentada con dicho electrolito de proceso que consiste en una solución que contiene un ácido y/o una sal y delimitada por una segunda membrana de intercambio de iones y por dicho ánodo de difusión de gas y una tercera cámara intermedia alimentada con una solución salina.

9.- La celda según la reivindicación 8 en la que dicha primera cámara intermedia comprende un percolador adecuado para ser alimentado desde la parte superior conteniendo dicha solución una base y/o una sal.

10. - La celda según la reivindicación 8 ó 9 en la que dicha tercera cámara intermedia contiene un separador.

11. - La celda según una de las reivindicaciones precedentes en la que dicha solución que contiene un ácido y/o una sal contiene un cloruro, sulfato, carbonato o bicarbonato alcalinos .

12.- La celda según una de las reivindicaciones precedentes en la que dicha solución que contiene un ácido y/o una sal contiene ácido clorhídrico o sulfúrico.

13. - La celda según una de las reivindicaciones 3 a 12 en la que dicha primera membrana de intercambio de iones es una membrana catiónica y dicha segunda membrana de intercambio de iones es una membrana aniónica.

14. - La celda según una de las reivindicaciones 1 a 13 en la que dicha conexión eléctrica externa es un circuito eléctrico que comprende un rectificador de corriente que tiene el polo positivo conectado a dicha semienvolvente anódica y el polo negativo conectado a dicha semienvolvente catódica.

15. - Un proceso de electrodiálisis de una solución salina en una celda según una de las reivindicaciones precedentes, que comprende las siguientes operaciones simultáneas o secuenciales : - alimentación del electrolito del proceso en la entrada de al menos una de dichas cámaras intermedias y extracción de la evacuación pertinente de la salida respectiva; alimentación de un gas combustible que contiene hidrógeno en la entrada de la cámara anódica y extracción de un gas combustible agotado en hidrógeno en la salida respectiva; - alimentación de un gas oxidante que contiene oxígeno en la entrada de la cámara catódica y extracción de gas oxidante agotado en oxígeno en la salida respectiva; - conexión eléctrica mutua de las semienvolventes anódica y catódica, alimentando opcionalmente una corriente eléctrica continua a través de dicho rectificador.

16. - El proceso según la reivindicación 15 en el que dicho electrolito de proceso contiene un cloruro, sulfato, carbonato o bicarbonato alcalinos.

17. - Un proceso de electrodiálisis de una solución salina en una celda según una de la reivindicaciones 3 a 11, que comprende las siguientes operaciones simultáneas o secuenciales : - alimentación del electrolito de proceso a una o más cámaras intermedias y extracción de una evacuación que contiene álcali en la salida respectiva; - alimentación de una solución ácida en la entrada de dicha segunda cámara intermedia y extracción de una evacuación enriquecida en ácido en la salida respectiva; alimentación de un gas combustible que contiene hidrógeno en la entrada de la cámara anódica y extracción de gas combustible agotado en hidrógeno en la salida respectiva; - alimentación de un gas oxidante que contiene oxígeno en la entrada de la cámara catódica y extracción de un gas oxidante agotado en oxigeno en la salida respectiva; - conexión eléctrica mutua de las semienvolventes anódica y catódica, alimentando opcionalmente una corriente eléctrica continua a través de dicho rectificador.

18.- El proceso según la reivindicación 17 en el que dicho electrolito de proceso y dicha solución ácida alimentados a dicha segunda cámara intermedia contienen el mismo anión, opcionalmente cloruro o sulfato. RESUMEN DE LA INVENCIÓN El invento se refiere a una celda de electrodiálisis de solución salina para producción de los ácidos y bases pertinentes por medio de un proceso con consumo reducido o nulo de energía eléctrica. La celda comprende una cámara anódica alimentada con hidrógeno y una cámara catódica alimentada con oxígeno o aire, provista con los electrodos pertinentes de difusión de gas; la energía de accionamiento del proceso de electrodiálisis es proporcionada por los potenciales químicos de oxidación y reducción de hidrógeno y oxígeno alimentados a las dos cámaras.