MXPA05003170A - Catalizador para la oxidacion catalitica del cloruro de hidrogeno. - Google Patents

Abstract

La invencion se refiere a un catalizador para la oxidacion catalitica del cloruro de hidrogeno, que contienen sobre un soporte: a) entre 0.001 y 30% en peso de oro; b) entre 0 y 3% en peso de uno o mas metales alcalinoterreos; c) entre 0 y 3% en peso de uno o mas metales alcalinos; d) entre 0 y 10% en peso de uno o mas metales de tierras raras; e) entre 0 y 10% en peso de uno o mas metales adicionales, seleccionados del grupo que consiste de rutenio, paladio, platino, osmio, iridio, cobre y renio, por lo cual cada cantidad se refiere al peso total del catalizador.

Description

CATALIZADOR PARA LA OXIDACIÓN CATALÍTICA DE CLORURO DE HIDRÓGENO CAMPO DE LA INVENCIÓN La invención se refiere a un catalizador para la oxidación catalítica de cloruro de hidrógeno a cloro por medio de oxigeno y a un proceso para la oxidación catalítica de cloruro de hidrógeno. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN En el proceso desarrollado por Deacon en 1868 para la oxidación catalítica de cloruro de hidrógeno, el cloruro de hidrógeno se oxida por medio de oxígeno en una reacción en equilibrio exotérmico para formar cloro. La conversión de cloruro de hidrógeno a cloro permite que la producción de cloro sea desacoplada de la producción de hidróxido de sodio mediante electrólisis electroalcalina . Tal desacoplamiento es atractivo debido a que la demanda mundial de cloro está creciendo más rápidamente que la demanda de hidróxido de sodio. Además, el cloruro de hidrógeno se obtiene en grandes cantidades como coproducto, por ejemplo, en las reacciones de fosgenación, por ejemplo, en la producción de isocianato. La ??-? 0 743 277 describe un proceso para preparar cloro mediante la oxidación catalítica de cloruro de hidrógeno, en la cual se usa un catalizador que contiene rutenio soportado.

Aquí, se aplica el rutenio al soporte en forma de cloruro de rutenio, oxicloruros de rutenio, complejos de clororutenato, hidróxido de rutenio, complejos de rutenio-amina, o en la forma de otros complejos de rutenio. El catalizador puede comprender además paladio, cobre, cromo, vanadio, manganeso, metales alcalinos, metales alcalinotérreos y metales de tierras raras como metales adicionales . De acuerdo a la GB 1,046,313, el cloruro de rutenio (III) en dióxido de silicio se usa como el catalizador en un proceso para la oxidación catalítica de cloruro de hidrógeno. Una desventaja de los catalizadores que contienen rutenio es la alta volatilidad de los compuestos de rutenio. Además, es deseable llevar a cabo la oxidación de cloruro de hidrógeno exotérmica a bajas temperaturas debido a que la posición del equilibrio es entonces más favorable. Se requieren catalizadores que tienen una alta actividad a bajas temperaturas para este propósito. Un objetivo de la presente invención es proporcionar un proceso mejorado para la oxidación catalítica del cloruro de hidrógeno . Se ha encontrado que este ob etivo se logra mediante un catalizador para la oxidación catalítica de cloruro de hidrógeno, que comprende en un soporte a) desde 0.001 a 30% en peso de oro, b) desde O a 3% en peso de uno o más metales alcalinotérreos , c) desde 0 a 3% en peso de uno o más metales alcalinos, d) desde 0 a 10% en peso de uno o más metales de tierras raras , e) desde 0 a 10% en peso de uno o más de otros metales seleccionados a partir del grupo que consiste de rutenio, paladio, osmio, iridio, plata, cobre y renio, en cada caso en base al peso total del catalizador. Se ha encontrado que los catalizadores soportados que contienen oro, de la presente invención, muestran una actividad significativamente más alta durante la oxidación del cloruro de hidrógeno de la que muestran los catalizadores de la técnica previa que contienen rutenio, en particular a temperaturas de = 250 °C. Los catalizadores de la presente invención comprenden oro sobre un soporte. Los soportes adecuados son de dióxido de silicio, óxido de aluminio que tiene preferiblemente una estructura de rutilo o anatasa, dióxido de circonio, óxido de aluminio o mezclas de los mismos, con preferencia dada al dióxido de titanio, óxido de circonio, óxido de aluminio o mezclas de los mismos. Los catalizadores de la presente invención se pueden obtener mediante la aplicación del oro en forma de solución acuosa de un compuesto soluble de oro y el secado o secado y calcinación subsecuentes. El oro se aplica preferiblemente al soporte como una solución acuosa de AuCl3 o HAnCl . En general, los catalizadores de la presente invención contienen desde 0.001 a 30% en peso, preferiblemente desde 0.01 a 10% en peso, en particular preferiblemente desde 0.1 a 5% en peso, de oro. Los catalizadores de la presente invención pueden comprender además compuestos de otros metales nobles seleccionados entre el rutenio, paladio, platino, osmio, iridio, plata, cobre y renio. Además, los catalizadores de la presente invención pueden estar impurificados con otros metales . Los promotores adecuados para la impurificación son los metales alcalinos tales como litio, sodio, potasio, rubidio y cesio, preferiblemente litio, sodio y potasio, en particular preferiblemente potasio, metales alcalinotérreos tales como magnesio, calcio, estroncio y bario, preferiblemente magnesio y calcio, en particular preferiblemente magnesio, metales de tierras raras tales como escandio, itrio, lantano, cerio, praseodimio y neodimio, preferiblemente escandio, itrio, lantano y cerio, en particular preferiblemente lantano y cerio, o mezclas de los mismos . Los catalizadores de la presente invención se obtienen por impregnación del material de soporte con soluciones acuosas de sales de los metales . Los metales diferentes que el oro se aplican usualmente al soporte como soluciones acuosas de sus cloruros, oxicloruros u óxidos. La conformación del catalizador se puede llevar a cabo después o preferiblemente antes de la impregnación del material de soporte. Los cuerpos de material conformado pueden tener cualquier forma; se da preferencia por pelotillas, anillos, cilindros, estrellas, ruedas de carreta o esferas, y se da preferencia particular a los extrudidos en anillos, cilindros o estrellas. El área superficial especifica de la sustancia de soporte antes de la deposición de la sal de metal está preferiblemente en el rango desde 20 a 400 m2/g, en particular preferiblemente desde 75 a 250 m2/g. El volumen de poro está usualmente en el rango desde 0.15 a 0.75 cm3/g. Los cuerpos conformados se pueden secar subsecuentemente y si es apropiado calcinar a desde 100 a 400°C, preferiblemente desde 100 a 300°C, por ejemplo bajo una atmósfera de nitrógeno, argón o aire. Se da preferencia a secar en primer lugar os cuerpos conformados a desde 100 a 150°C y subsecuentemente calcinarlos a desde 200 a 400°C. El catalizador se reduce subsecuentemente si es necesario. La presente invención proporciona un proceso para la oxidación catalítica de cloruro de hidrógeno a cloro por medio de oxígeno sobre el catalizador de la presente invención. Para este propósito, una corriente de cloruro de hidrógeno y una corriente que contiene oxígeno se alimentan a una zona de oxidación y se oxida parcialmente el cloruro de hidrógeno a cloro en presencia de un catalizador para dar una corriente gaseosa de producto que comprende cloro, oxígeno sin reaccionar, cloruro de hidrógeno sin reaccionar y vapor de agua . Las temperaturas de reacción usuales son desde 150 a 500°C, y las presiones de reacción usuales son desde 1 a 25 bar. Debido a que la reacción es una reacción en equilibrio, es ventajoso trabajar a las temperaturas más bajas posibles a las cuales el catalizador tiene aun una actividad satisfactoria. La temperatura de reacción es preferiblemente = 350°C, en particular preferiblemente desde 200 a 250°C. Adem s, es ventajoso usar oxígeno en cantidades superiores a las estequiométricas . Es usual, por ejemplo, usar un exceso doble o cuádruple de oxígeno. Debido a que no deberán ser temidos disminuciones en la selectividad, puede ser económicamente ventajoso trabajar a presiones relativamente altas y por consiguiente tiempos de residencia más largos que a la presión atmosférica. Los aparatos de reacción en los cuales se lleva a cabo la oxidación catalítica de cloruro de hidrógeno de la presente invención son los reactores de lecho fijo o de lecho fluidizado. La oxidación del cloruro de hidrógeno se puede llevar en una o más etapas . La oxidación catalítica de cloruro de hidrógeno se puede llevar a cabo adiabáticamente o preferiblemente más o menos isotérmicamente, por lotes o preferiblemente continuamente como un proceso en lecho fluidizado o lecho fijo, preferiblemente como un proceso en lecho fijo, en particular preferiblemente en reactores de tubos y corazas, a través de catalizadores heterogéneos a temperaturas de reactor de desde 150 a 500°C, preferiblemente desde 150 a 250°C, en particular preferiblemente desde 200 a 250°C, y a presiones de desde 1 a 25 bar, preferiblemente desde 1.2 a 20 bar, en particular preferiblemente desde 1.5 a 1.7 bar y en particular desde 2.0 a 15 bar. En un proceso isotérmico o más o menos isotérmico, es posible también que sea usada una pluralidad de reactores, por ejemplos desde 2 a 10, preferiblemente desde 2 a 6, en particular preferiblemente desde 2 a 5 y en particular desde 2 a 3 reactores, conectados en serie con enfriamiento adicional intermedio. El oxígeno se puede introducir ya sea todo junto con el cloruro de hidrógeno corriente arriba del primer reactor o se puede agregar en puntos distribuidos a través de los varios reactores . Este arreglo en serie de reactores individuales se puede combinar también en un aparato. En una modalidad preferida, se usa un lecho estructurado de catalizador en el cual se incrementa la actividad del catalizador en la dirección del flujo. Tal estructuración del lecho de catalizador se puede lograr mediante la impregnación diferente de los soportes de catalizador con la composición activa o mediante la dilución diferente del catalizador con un material inerte. Como el material inerte, es posible usar, por ejemplo, anillos, cilindros o esferas fabricadas de dióxido de titanio, dióxido de zirconio o mezclas de los mismos, óxido de aluminio, esteatita, cerámica, vidrio, grafito o acero inoxidable. En el caso del uso preferido de cuerpos de catalizador conformados, el material inerte preferiblemente tendría dimensiones externas similares. La conversión de cloruro de hidrógeno en un sólo paso puede estar limitado a desde 15 a 90%, preferiblemente desde 40 a 85%. El cloruro de hidrógeno sin reaccionar se puede separar y regresado parcialmente o completamente a la oxidación catalítica de cloruro de hidrógeno. La relación de volumen del cloruro de hidrógeno en la entrada del reactor es en general desde 1:1 a 20:1, preferiblemente desde 1.5:1 a 8:1, en particular preferiblemente desde 1.5:1 a 5:1. El cloro formado se puede separar subsecuentemente en una manera acostumbrada a partir de la corriente gaseosa de producto obtenida en la oxidación catalítica del cloruro de hidrógeno. Esta se separa usualmente en una pluralidad de etapas, a saber, la separación del cloruro de hidrógeno sin reaccionar a partir de la corriente gaseosa de producto de la oxidación catalítica del cloruro de hidrógeno y, si se desea, recirculación del cloruro de hidrógeno, secado de la corriente gaseosa residual resultante que consiste esencialmente de cloro y oxígeno, y separación del cloro a partir de la corriente seca.

Claims (3)

1. REIVINDICACIONES 1. Un proceso para la oxidación catalítica de cloruro de hidrógeno a cloro, caracterizado porque se realiza por medio de oxígeno sobre un catalizador que comprende sobre un soporte a) desde 0.001 a 30% en peso de oro, b) desde 0 a 3% en peso de uno o más metales alcalinotérreos, c) desde 0 a 3% en peso de uno o más metales alcalinos, d) desde 0 a 10% en peso de uno o más metales de tierras raras , e) desde 0 a 10% en peso de uno o más metales adicionales seleccionados a partir del grupo que consiste de rutenio, paladio, platino, osmio, iridio, plata, cobre y renio, en cada caso sobre el peso total del catalizador, caracterizado porque, el soporte se selecciona a partir del grupo que consiste de dióxido de titanio, dióxido de zirconio, óxido de aluminio y mezclas de los mismos, y en donde el oro se aplica al soporte como una solución acuosa de un compuesto de oro.
2. 2. El proceso como se reivindica en la reivindicación 1, caracterizado porque el oro se aplica al soporte como una solución acuosa de AuCl3 o HAuCl4.
3. 3. El proceso como se reivindica en la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque los metales diferentes que el oro se aplican al soporte como soluciones acuosas de sus cloruros, oxicloruros y óxidos . . El proceso como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la temperatura de reacción es =300°C.