MXPA04000860A

MXPA04000860A - Proceso para la produccion y purificacion de hidruro de sodio.

Info

Publication number: MXPA04000860A
Application number: MXPA04000860A
Authority: MX
Inventors: Gerlach Hans-Peter
Original assignee: Aluminal Oberflaechentechnik
Priority date: 2001-07-28
Filing date: 2002-07-26
Publication date: 2005-06-20
Also published as: BR0211466A; NO20040368L; CZ2004129A3; RU2004105953A; EP1412285A1; US20040258613A1; JP2005500237A; CN1535244A; WO2003016214A1; KR20040030868A; ZA200400633B; EP1279641A1; CA2456917A1

Abstract

La invencion se relaciona con un metodo para producir hidruro de sodio, mediante lo cual un compuesto que contiene carbon es introducido en un medio fundido a temperaturas mas altas que la temperatura de descomposicion del hidruro de sodio, alrededor de 420¦C, que contiene hidruro de sodio o una mezcla de uno o mas hidruros de metal alcalino excluyendo oxigeno y humedad. El producto de reaccion es subsecuentemente separado del medio de reaccion a temperaturas =420¦C. La invencion tambien se relaciona con un metodo para purificar hidruro de sodio impuro, excluyendo oxigeno y humedad, mediante lo cual el hidruro de sodio es introducido en un medio fundido a temperaturas mas altas que la temperatura de descomposicion del hidruro de sodio; alrededor de 420¦C, el medio fundido que contiene uno o mas hidruros de metal alcalino. El hidruro de sodio es subsecuentemente separado del medio fundido a temperaturas =420¦C.

Description

PROCESO PARA LA PRODUCCION Y PURIFICACION DE HIDRÜRO DE SODIO La presente invención se relaciona con un proceso para la producción de hidruro de sodio de grano fino, dé alta pureza y a un proceso para la purificación de hidruro de sodio impuro. El hidruro de sodio es una sal que, en forma pura, forma cristales incoloros y, debido a las impurezas de sodio, es comercialmente disponible solamente como una sustancia gris. Este es extremadamente sensible a la humedad y se enciende en el aire" seco a 230°C para formar óxido de sodio. La liberación lenta de hidrógeno a temperaturas arriba de 300°C es seguida por la descomposición rápida en los elementos desde 420oC, sin fusión previa. • Debido a su basicidad, el hidruro ' de sodio es frecuentemente utilizado en la química de síntesis orgánica para generar carbanxones o en la desprotonación, debido a que se somete a la reacción rápida aún bajo condiciones moderadas sin la formación de subproductos aparte de hidrógeno. Formado en complejo con alcoholatos y sales metálicas, así como a altas temperaturas en hidróxido de sodio fundido, el hidruro de sodio también es un potente agente reductor predominantemente utilizado en la producción de metales finamente en polvo y en el tratamiento de superficie de los mismos . Otro campo importante de uso es la producción de hidruros de metal mezclados, tales como NaB¾ o NaAlH4l que también encuentran uso en la sintesis orgánica. En particular, NaAlH se encontró que tiene características sobresalientes en nuevas áreas prometedoras, por ejemplo, en el campo de almacenamiento de hidrógeno (ver Bogdanovic y colaboradores, Appl . Phys. A 72, 221-223 (2001)). Debido a la baja solubilidad del hidruro de sodio en solventes orgánicos inertes, ocasionada por su carácter similar a sal, el tamaño de partícula, y la magnitud del área de superficie son cruciales para su uso tanto en sintesis orgánicas como, en particular, en la producción de hidruros de metal mezclados, y la activación adicional que es requerida en el- caso más desfavorable de partículas grandes con área de superficie correspondientemente pequeña. Hasta la fecha, la producción de hidruro de sodio es efectuada ya sea al pasar hidrógeno sobre sodio fundido a 250-300°C, de preferencia en aceite mineral, o mediante la hidrogenación de óxido de sodio con hidrógeno, con la formación simultánea de hidróxido de sodio. El hidruro de sodio así obtenido llega al mercado dispersado en aceite mineral o formado en rebanadas gruesas con NaOH y tiene un color gris como resultado de las impurezas de metal de sodio (Rdmpp, Chemie-Lexikon, Vol. 4, 1995, p. 2928) . Los procesos de producción mencionados anteriormente no solamente involucran la desventaja de que son relativamente intensivos en costo, sino -también, ellos necesitan activación adicional - algunas veces muy costosa -purificación y/o pulverización del hidruro de sodio para muchos tipos de uso. Además, el manejo del hidruro de sodio tiene sus problemas debido a la alta reactividad del mismo, que es por lo que su uso es frecuentemente -restringido a la escala de laboratorio. DE 33 13 889 C2 describe un proceso y un dispositivo para la eliminación de desecho tóxico y especial. Para la eliminación de residuos biológicos, especialmente celulosa y glucosa, los . residuos son calentados a su temperatura de descomposición junto con hidróxido de sodio en un horno de inducción para formar hidruro de sodio y CO. Bajo las condiciones presentes en la misma, sin embargo, el. hidruro de sodio que se ha formado permanece como un sólido disuelto en el material fundido de hidróxido de sodio y por lo tanto es obtenido en analogía a los procesos de producción previos . Especialmente con respecto a los nuevos campos interesantes de uso, tal como el almacenamiento de hidrógeno mencionado en lo anterior, la presente invención por lo tanto está basada en el objeto de proporciona un proceso para la producción de hidruro de sodio, proceso que es favorable en costo, con un minimo de equipo de requerido, y proporciona hidruro de sodio en una forma finamente distribuida, pura.

De manera sorprendente, se ha encontrado que el objeto anterior se puede realizar de acuerdo con la invención mediante la incorporación de compuestos carbonáceos en un material fundido que incluye hidróxido de sodio o mezclas de hidróxido de sodio y uno o más de otros hidróxidos de metal alcalino, este material fundido que es . calentado a una temperatura arriba de la temperatura de descomposición del hidruro de sodio de 420°C en la ausencia de oxigeno y humedad, y la separación subsecuente del producto de reacción fuera del medio de reacción mediante el enfriamiento a temperaturas de <420°C. El hidruro de sodio resultante inicialmente se disuelve en el material fundido, pero luego se somete a la descomposición en sodio e hidrógeno como un resultado- de las temperaturas presentes en el mismo. Presumiblemente, el hidrógeno gaseoso presente en la reacción que forma el hidruro de sodio y formado durante la descomposición del mismo, arrastra sodio cuando se escapa del material fundido, el sodio que se somete a la recombinación en otra parte fuera del medio de reacción como un resultado del enfriamiento, formando de esta manera hidruro de sodio de alta pureza en la forma de un polvo blanco que tiene un tamaño de grano de <20 um. De acuerdo con la técnica previa, el hidruro de sodio se conoce que se descompone rápidamente arriba de 420°C, pero de manera sorprendente, se ha observado que el hidrógeno y el sodio en el proceso de ' acuerdo con la invención, se someten a recombinación para formar hidruro de sodio de grano fino, de alta pureza en el enfriamiento a temperaturas de <420°C, de preferencia de 150 a 300°C. Como compuestos carbonáceos, que pueden estar en forma de sólida, asi como en forma liquida o gaseosa, se prefieren utilizar materiales de desecho industriales tales como polietileno, polipropileno, poliésteres, aceite de desecho, caucho de desecho, bitúmenes, breas, lodos de aceite y celulosa, o mezclas de los mismos. Asi, el presente proceso ofrece la ventaja de convertir materiales de desecho industriales de bajo costo, que de otra manera tendrían que ser desechados costosamente, en materiales que permiten la utilización industrial . En un aspecto particularmente preferido, el material fundido que incluye hidróxido de sodio es calentado a temperaturas de 650 a 900°C. Los rendimientos máximos son obtenidos cuando la temperatura del material fundido está cercana a la temperatura de ebullición del sodio (881°C) , debido a que en este caso, el sodio no es por más tiempo requerido para ser arrastrado con hidrógeno que escapa del material fundido, pero es capaz de escapar del material fundido por si mismo en la forma de gas. En un procedimiento particularmente preferido, el hidrógeno es introducido en el material fundido de hidróxido de sodio- En primer lugar, esto es ventajoso en que se efectúa la purga continua con hidrógeno, de modo que una atmósfera libre de oxigeno y humedad puede ser- roporcionada . En segundo lugar, se efectúa la separación eficiente del sodio liquido a temperaturas del material fundido por debajo de la temperatura de ebullición del sodio. Además, la atmósfera" de hidrógeno facilita la recombinación de sodio e hidrógeno para formar hidruro de sodio. Cuando se utilizan gases inertes en lugar de hidrógeno, la recombinación para formar hidruro de sodio, mientras que es posible en principio, debe ser más dificil debido a la proporción de colisión, es decir, el número de colisiones efectivas entre dos partículas que dan por resultado una reacción, depende de la densidad de partícula de una partícula particular en un volumen correspondiente, entre otras cosas. Considerando el hidrógeno en una atmósfera de hidrógeno, el número obviamente es sustancialmente más alto comparado con una atmósfera de gas inerte en donde solamente un cierto porcentaje de hidrógeno está presente. Para aislar los productos individuales formados en la reacción, es ventajoso retirar la mezcla de hidrógeno y sodio gaseoso o líquido arrastrado desde el espacio de reacción. Esto permite no solamente la deposición especifica de hidruro de sodio que se recombina en el enfriamiento, sino también, para obtener hidruro de sodio con la pureza más alta posible, la separación de carbonato de- sodio posiblemente arrastrado - que también se forma como un producto y puede ser arrastrado con la corriente de gas - antes de la deposición de hidruro de sodio, utilizando un separador ciclónico, por ejemplo. El hidruro de sodio producido de esta manera e= obtenido como un polvo extremadamente fino, altamente puro, blanco, que tiene un tamaño de grano de <20 um y tiene alta reactividad sin activación adicional. El hidrógeno que es formado está libre de impurezas y puede ser puesto para uso adicional como sea requerido . La característica distintiva del proceso descrito en lo anterior, es decir, la utilización de la disociación del hidruro de sodio durante el calentamiento y su recombinación en el enfriamiento bajo las condiciones ' de acuerdo con la invención, que se ha observado por primera vez, también es aplicable a la purificación de hidruro de sodio impuro, comercialmente disponible. Con este fin, el hidruro de sodio impuro - en lugar del compuesto carbonáceo - es directamente incorporado en el material fundido en la ausencia de oxigeno y humedad, este material fundido que es calentado a temperaturas arriba de la temperatura de descomposición del hidruro de sodio de 420°C e incluye un hidróxido de metal alcalino o una mezcla de hidróxidos de metal alcalino, y subsecuentemente depositado fuera del medio fundido a temperaturas de <420°C, de preferencia de 150 a 300°C. Como el hidruro de sodio ya está siendo utilizado, el material fundido no necesariamente tiene que incluir hidróxido de sodio en el caso anterior. En este caso también, el hidruro de sodio incorporado- es disuelto en el material fundido y subsecuentemente se somete a la descomposición como un resultado de las temperaturas presentes en el mismo.

Presumiblemente, el hidrógeno gaseoso asi formado se escapa del material' fundido, arrastrando de esta manera el . sodio. Cuando se enfria esta mezcla de reacció fuera del medio fundido, la recombinación toma lugar y asi la deposición de hidruro de sodio de alta pureza, finamente en polvo, sólido. La temperatura del material fundido de preferencia está entre 650 y 900°C. En la purificación de hidruro de sodio impuro, se observa un incremento significante del rendimiento entre más cercana la temperatura del material fundido se aproxima a la temperatura de ebullición de sodio o excede la temperatura.. Una explicación seria que el hidrógeno que arrastra el sodio del material fundido solamente se origina de la descomposición del hidruro de- sodio impuro y por lo tanto es apenas capaz de arrastrar el sodio a un grado completo. Es por esta razón que un proceso preferido implica el pasaje continuo de hidrógeno a través del material fundido de hidróxido de metal alcalino. Esto es ventajoso no solamente con respecto al arrastre del sodio del material fundido, sino también, en particular, con respecto a la elevación del grado de recombinación al incrementar la densidad de hidrógeno en el volumen de gas. Ventajosamente, el gas de hidrógeno que incluye el sodio es retirado, de modo que la deposición del hidruro de sodio, causada por el enfriamiento específicamente toma lugar fuera del espacio de reacción, para permitir de esta manera la separación del hidruro de sodio de los otros productos de reacción. Una planta para realizar el proceso de la invención es e emplificada enseguida, pero . modalidades posibles no deben ser confinadas a esta planta. La Figura 1 muestra una ilustración esquemática de una planta para la producción de hidruro de sodio de acuerdo con el proceso descrito en lo anterior, en donde: 1 Reactor 2 Suministro de material 3 Instrumento de medición 4 Medio de enfriamiento 5 . Suministro de hidrógeno 6 Separación de carbonato interna 7 Separación de carbonato externa 8 Separación de hidruro de sodio 9 Salida de hidrógeno. La reacción de formación de hidruro de sodio toma lugar en un reactor caientable 1 que, para evitar la pérdida de hidrógeno debido a la alta proporción de difusión del mismo, de preferencia consiste de acero de bajo contenido de carbón y contiene por lo menos hidróxido de sodio o una mezcla de hidróxido de sodio y uno o más de otros hidróxidos de metal alcalino. Para mantene una atmósfera · libre de oxigeno y humedad, la planta de preferencia es purgada completamente con hidrógeno antes de introducir el hidróxido de sodio. Por ejemplo, pero no es necesariamente, el reactor es calentado por medios eléctricos, de modo que las temperaturas entre 650 y 900°C están presentes en el material fundido de hidróxido de sodio que es formado. Una cantidad bien definida de un compuesto carbonáceo sólido, liquido o gaseoso o mezclas de los mismos es introducido en el material fundido por medio de un dispositivo de dosificación 2, utilizando un instrumento de medición 3 tal como un medidor de flujo.

Para evitar las reacciones prematuras en el dispositivo de dosificación, como un resultado de las altas temperaturas en el reactor, reacciones que podrian dar origen al bloqueo de la entrada, existe la opción de enfriar esta región con el medio de enfriamiento . Después de la introducción del compuesto carbonáceo, la siguiente reacción procede en el material fundido : "C" + 3NaOH - Na2C03 + NaH + ¾ WC" representa carbón de un compuesto carbonáceo eri general . Ventajosamente, el calor de reacción liberado durante la reacción anterior permite mantener la temperatura del material fundido durante un periodo prolongado de tiempo sin calentamiento adicional. . . ". · En una modalidad particularmente preferida, el hidrógeno es continuamente alimentado al material fundido por medio de la bomba compresora 5. La bomba compresora 5 está de preferencia arreglada separada del suministro de material 2. Como es expuesto en lo anterior, esto facilita tanto la separación del sodio liquido gaseoso del material fundido como la recombinación para formar hidruro de sodio. Para prevenir que el carbonato de sodio formado en la reacción sea arrastrado fuera del material fundido por la corriente de gas y de que ocasione impurezas durante la separación del hidruro de sodio, el reactor de preferencia incluye un primer medio interno 6, por ejemplo, en la forma de un desnebulizador, para retener el carbonato de sodio. Después, la corriente de gas, junto con el sodio y el carbonato de sodio posiblemente arrastrado en parte a pesar del desnebulizador, pasa fuera del reactor y a un medio de separación de carbonato externo opcionalmente calentable 7 arreglado corriente abajo del reactor, en donde el carbonato de sodio es separado. El medio de separación puede ser un separador ciclónico, por ejemplo. Esto es seguido por un medio 8 para la separación de hidruro de sodio, que también puede consistir de un separador ciclónico proporcionado con un medio de enfriamiento. El enfriamiento efectúa la recombinación del sodio y el hidrógeno para formar hidruro. de sodio que, convertido en la fase sólida, es depositado como un polvo de grano fino, blanco, altamente puro y puede ser retirado. El hidrógeno restante está del mismo modo libre de impurezas y puede ser realimentado al material fundido ya sea completa o parcialmente, o puede ser puesto para uso adicional por medio de la salida de hidrógeno 9. La siguiente Tabla 1 ejemplifica los resultados de las reacciones con materiales misceláneos utilizados en la producción de hidruro de sodio en una planta como es descrito en lo anterior, sin limitar la invención a lo mismo.

Ejemplos Procedimiento general Los materiales de alimentación listados en la Tabla 1 son introducidos en un material fundido de NaOH calentado a temperaturas de 670 a 875°C (ver los Ejemplos 1 a 8 en la Tabla 1) y situados en un reactor que consiste de acero de bajo contenido de carbón, que se ha purgado con hidrógeno, antes del suministro del NaOH. Una corriente de hidrógeno es pasada en el material fundido y retirada junto con los productos de reacción gaseosos. El reactor incluye un desnebulizador que retiene el carbonato de sodio en el material fundido, que es formado como un producto de reacción. El hidrógeno que es formado, junto con sodio como el producto de descomposición de hidruro- de sodio, primero es. pasado fuera del reactor junto con la corriente introducida de hidrógeno y a un separador ciclónico calentado a una temperatura de 420 a 530°C, y el carbonato de sodio no intencionalmente arrastrado es separado. La corriente de gas restante es pasada a través de un segundo separador " ciclónico, en donde la recombinación del ' hidruro de sodio y la separación del mismo procede a una temperatura de 150 a 300°C. Parte del hidrógeno restante es realimentado al material fundido, la otra parte es recolectada para uso adicional .

Tabla 1 Reacciones de materiales misceláneos utilizados en la producción de NaH Temperatura del Peso del Rendimiento material material de NaH Ej emplo Material de Rendifundido fundido [1 del alimentación miento [°C] [kg] [gl teórico] 1 Gas de propano 150 1 ¦ 670 6.8 459 95 2 Gas de propano 147 1 776 6.8 451 96 3 Gas de propano 284 1 872 6.8 •871 96 4 Aceite de parafina 0.42 1 873 6.8 528 >99 5 Caucho (isopreno) 88.3 g 873 6.8 155 >99 6 '¦ Caucho de desecho 529 g 873 -6,8 886 ' 95 " 7 Caucho de desecho/ 567 g 872 6.8 · 925 95 aceite de desecho (1:1 p/p) 8 Carbón 78.3" g 871 6.8 155 >99 las reacciones respectivas están basadas en las siguientes ecuaciones de reacción: Gas de propano: C3H8 + 9 NaOH — 3 NaH + 7 ¾ + 3 Na2C03 Aceite de parafina: C12H25 + 36 NaOH ? 12 NaH +.12 Na2C03 + 25H2 Isopreno: C5H8 + 15 NaOH - 5 NaH + 5 Na2C03 + 9 ¾ Carbón: C + 3 NaOH ? NaH + Na2C03 + H2

Claims

REIVINDICACIONES 1. Un proceso para la producción de hidruro de sodio en- la forma de un polvo blanco que tiene un tamaño de grano de <20 um, caracterizado porque un compuesto carbonáceo, en la ausencia de oxigeno y humedad, es incorporado en un material fundido que incluye hidróxido de sodio o una mezcla de hidróxido de sodio y uno o más hidróxidos de metal alcalino y es calentado a una temperatura arriba de la temperatura de descomposición del hidruro de sodio de 420°C, y el producto de reacción es subsecuentemente separado a temperaturas de <420°C fuera del medio de reacción, y en donde una corriente de hidrógeno es introducida en el material fundido de hidróxido de sodio.
2. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado en que los materiales de desecho industrial o mezclas de los mismos son utilizados como compuestos carbonáceos que pueden estar en forma sólida, asi como en forma liquida o gaseosa.
3. El proceso de conformidad con la reivindicación 1 o 2, caracterizado en que el material fundido es calentado a temperaturas entre 650 y 900°C.
4. El proceso de conformidad con · las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado en que el hidruro de sodio que es formado, es retirado en la forma de sus productos de descomposición, junto con el gas de hidrógeno formado y/o introducido, y, después de la recombinación subsecuente, es redepositado por enfriamiento.
5. Hidruro de sodio qué tiene un tamaño de grano de <20 um, caracterizado porque se puede obtener utilizando el proceso de conformidad con las reivindicaciones 1 a 4.
6. Un proceso para la purificación de hidruro de sodio impuro, caracterizado en que el hidruro de sodio, en la ausencia de oxigeno y humedad, es incorporado en un material fundido que es calentado a temperaturas arriba de la temperatura de descomposición del hidruro de sodio de 420°C e incluye un hidróxido de metal alcalino o una mezcla de hidróxidos de metal alcalino, y es subsecuentemente depositado a temperaturas de <420°C fuera del medio del material fundido y en este proceso una corriente, continua de hidrógeno es introducida en el material fundido de hidróxido de metal alcalino.
7. El proceso de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado en que el material fundido es calentado a temperaturas entre 650 y.900°C.
8. El proceso de conformidad con las reivindicación 6 o 7, caracterizado en que el hidruro de sodio es retirado en la forma de sus productos de descomposición, opcionalmente junto con el gas de hidrógeno introducido, y, después de la recombinación subsecuente, es redepositado por enfriamiento. "