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Industria cloro-álcalis

Química de los procesos industriales 1

1

Industria Cloro-ÁlcalisQuímica de los

Procesos Industriales

2006

2

Materia Prima

NaCl

PRODUCTOS

NaOH(soda cáustica)

Na2CO3(cenizas de soda)

Cl2(g)

“Commodities”

NaCl: es el material más usado en lafabricación de

sustancias inorgánicas(185x106 ton/año))

3

Producción de “heavy chemicals”Producción mundial, en 106 Ton/año

12HCl1835Cl2915Cloruro de vinilo1739NaOH816Etanol1648Etileno720H3PO41560N2620Benceno1475NH4NO3521Metanol13100O2425HNO312110NH3326Propileno11128CaO232Na2CO310146H2SO41

ProductoProducto



4

Producción de cloroValores en 106 Ton/año

0.5 (1.4%)España0.9 (2.6%)Italia0.9 (2.6%)Japón1.0 (3%)Reino Unido1.4 (4%)Francia1.4 (4%)Canadá3.5 (18%)Alemania8 (23%)Rusia

12.0 (34%)EEUU

35.3Producción mundial

5

Usos principales del cloro

26%31%Otros usosPolvo de blanquear, hipoclorito de Na

8%Materiales inorgánicos10%Clorometanos11%Blanqueado de pulpa de madera y papel5%8%Óxido de propileno

Cloruros de etileno22%14%Solventes clorados

16%Intermediarios orgánicos18%31%Cloruro de vinilo (monómero)

EEUUUE

6

Usos principales de lasoda cáustica

21%Otros usos

4%Rayón

4%Jabón

7%Óxido de aluminio

12%Neutralizaciones

14%Pulpa de madera y papel

17%Productos químicos orgánicos

21%Productos químicos inorgánicos

EEUU



7

Usos principales delcarbonato de sodio

29%Otros usos

4%Pulpa de madera y papel

5%Limpiadores alcalinos

5%Silicato de sodio

11%Vidrio plano, fibra de vidrio

12%Fosfatos de sodio

34%Vidrio, botellas

EEUU

8

Uso de cenizas pesadas

Recipientes de vidrio

63%

Vidrio plano y fibra de

vidrio20%

Productos químicos

8%

Silicatos de sodio9%

9

Uso de cenizas livianas

Heavy chemicals

57%Aceites,

grasas, ceras, azúcares

16%

Química Fina3%

Colorantes3%

Alimentación3%

Misceláneos15%

Textiles3%



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SAL MARINA SAL MINERAL

Evaporación

Sal solar

Salmuera

Salmuera purificada

Sal de roca

Minado

Evaporación (P atm. o vacío)

Extracción acuosa

SAL REDISUELTASAL SÓLIDA

Proceso sal-ác. sulfúrico

Electrolisis de sal fundida

Electrolisis de salmuera

Proceso Solvay

Proceso caliza-soda

Na

NH4ClNaHCO3

Cl2 H2 NaOHNa2CO3

CaCl2

CaO

Na2SO4HCl

NH3CO2

CaCO3caliza

Agua

Caliza

CO2recicl.

Procesosquímicosrelacionadoscon NaCl

11

Proceso Leblanc

Proceso SolvayNa2CO3, NaOH

Proceso Leblanc +Scheele

óDeacon

Cl2

Proceso electrolítico NaOH, Cl2

Obtención de Na2CO3, NaOH y Cl2

12

Proceso Scheele (1774)

• 1774: Scheele descubre el Cl2 y sus propiedades blanqueadoras

Reacción:• 2Cl- → Cl2 + 2e-

• MnO2 + 4H+ + 2e- → Mn2+ + 2H2O

– MnO2 + 4HCl → Cl2 + MnCl2 + 2H2O



13

Proceso Leblanc (I)

• 2NaCl + H2SO4 → Na2SO4 + 2HCl↑

• Na2SO4 + CaCO3 + 2C → Na2CO3 + CaS + 2CO2↑

Ambas reacciones se llevan a cabo por calentamiento

Reacción total:

CaCO3 + 2NaCl + H2SO4 + 2C →

2HCl↑ + Na2CO3 + CaS + 2CO2↑

Subproducto SubproductoProducto

14

Proceso Leblanc (II)

Materias primasCaCO3

Se extrae de minasNaCl

Se extrae de minas o del mar (salmueras)H2SO4

Se produce por oxidación de S ó FeS2

CSe extrae de minas

15

Proceso Leblanc (III)

Productos

HClUtilizado para fabricar Cl2, por reacción:

MnO2 + 4HCl → Cl2 + MnCl2 + 2H2O Na2CO3

Utilizado como tal o para fabricar NaOH, por reacción:

Na2CO3 + Ca(OH)2 → CaCO3 + 2NaOH

CaSSe puede utilizar para obtener S (de poco valor)



16

Proceso Leblanc (IV)

• Desventajas– Gran consumo de energía en la etapa de fusión– Proceso batch, que utiliza mucha mano de obra– Problemas ambientales

• Liberación de HCl(g) a la atmósfera• Desechos sólidos: CaS + H2O → H2S↑ + Ca(OH)2

• Reemplazado a partir de 1880– Solvay (Na2CO3 y NaOH)– Procesos electrolíticos (Cl2, NaOH, Na)

17

Proceso Deacon (1868)

• 4HCl + O2 → 2Cl2 + 2H2O– Temperatura: 400ºC– Catalizador: CuCl2– Endotérmica

• Modificación actual (1960):– Mejora del catalizador (mezcla de óxidos de

praseodimio y neodimio y CuCl2, en lecho fluido)

18

Reacciones del Proceso Solvay• NaCl + NH3 + H2O + CO2 → NH4Cl + NaHCO3↓ (1)

salmuera amoniacal

• 2NaHCO3 → Na2CO3 + CO2↑ + H2O↑ (calentamiento, 150ºC) (2)cenizas livianas

• CaCO3 → CaO + CO2↑ (calentamiento, 1100ºC) (3)

• CaO + H2O → Ca(OH)2 (4)cal viva cal apagada

• 2NH4Cl + Ca(OH)2 → CaCl2 + 2 NH3↑ + 2 H2O (5)

• Na2CO3 + H2O → Na2CO3·H2O (6)cenizas livianas

• Na2CO3·H2O → Na2CO3 + H2O↑ (descomposición térmica) (7)cenizas pesadas



19

Light ash

NaCl + NH3 + H2O + CO2 → NH4Cl + NaHCO3↓

1

2NaHCO3 → Na2CO3 + CO2↑ + H2O↑

2

CaCO3 → CaO + CO2↑

3

CaO + H2O → Ca(OH)2

4

2NH4Cl + Ca(OH)2 → CaCl2 + 2 NH3↑ + 2 H2O

5

Na2CO3(s) + H2O → Na2CO3·H2O

6

Na2CO3·H2O → Na2CO3 + H2O↑

7

Proceso Solvay

20

Torre Solvay

21

Proceso Electrolítico (I)

– Reacciones anódicas• Principal: Cl- → ½ Cl2 + e-

• Secundaria: H2O → ½ O2 + 2 H+ + 2 e- (no deseable)

– Reacción catódica• H2O + e- → ½ H2 + OH-

≅ 0 V (cátodo de acero)Na+/Na = -2,7 V≅ 0,2 V (cátodo de acero)H+/H2 = 0 V≅ 0,65 V (ánodo de grafito)O2/H2O = +1,23 V≅ 0,0 V (ánodo de grafito)Cl2/Cl- = +1,36 V

SobrepotencialPot. estándar de reducción

Celda de diafragma



22

Esquema Celda de diafragmaSale Cl2

Entrasalmuera

Nivel desalmuera

Remoción de hidrógeno de la celdapor salida en caja de cátodo

Nivel de líquido

Diafragmade amianto

Cátodo de mallade acero

Compartimientoanódico

Remoción de NaOH delcompartimiento anódico

Proceso Electrolítico (II)

23

Celda de cátodo de mercurio– Reacciones anódicas

• Principal: Cl- → ½ Cl2 + e-

• Secundaria: H2O → ½ O2 + 2 H+ + 2 e- (no deseable)

– Reacción catódica• Na+ + e- → Na(amalgama)

(la sobretensión al desprendimiento de hidrógeno en un cátodo de Hg es muy elevada)

– Luego• Na(amalgama) + H2O → Na+ + OH- + ½ H2

Proceso Electrolítico (III)

24

Esquema de Celda de Cátodo de Mercurio

Solución de NaOH

Agua

Proceso Electrolítico (IV)



25

Electrólisis de NaCl fundido– Reacción anódica

• Cl- → ½ Cl2 + e-

– Reacción catódica• Na+ + e- → Na(l)

88398Na

--≅ 600NaCl + Na2CO3

--806NaCl

PE(ºC)PF (ºC)Sustancia

Proceso Electrolítico (IV)

26

Celda Downs

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