química inorgánica industrial - t2 - el agua y sus derivados
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TEMA II
PARTE I (El agua) Desinfección Contaminantes insolubles / Separación mecánica Contaminantes solubles / Tratamiento Físico-Quimico Desalinización
PARTE II Oxígeno (y gases nobles) Hidrógeno Peróxido de hidrógeno
ÍNDICE
2
EL AGUA
Obtención Conocida desde la antigüedad Acondicionamiento Disponibilidad geográfica
UN MATERIAL INDUSTRIAL PARTICULAR
5
EL AGUA
Obtención Conocida desde la antigüedad Acondicionamiento Disponibilidad geográfica
Usos En todos los procesos industriales
• Refrigeración, intercambio de calor • Disolvente, reactivo • Riego / Consumo humano
Ecología Tratamiento de aguas residuales
UN MATERIAL INDUSTRIAL PARTICULAR
2%
98%
Distribución del agua
Dulce
Salada
68.7%
30% 0.26%
0.036%
1% Polos y Glaciares Subterranea
Lagos
Embalses/Ríos Otros 6
EL AGUA ESTADOS DE OXIDACIÓN
-1.2
-1
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
-3 -2 -1 0 1 2
E [V
]
E.O.
O2 (pH = 0)
H2
O2 (pH = 14)
O2
H2
H2O2
HO2-
H2O
H+
7
AGUAS RESIDUALES
Principales fuentes de aguas residuales industriales Disolvente / Scrubbing (depuración) Reactivo (quenching) Lavado de productos Gases de combustión (exhaust) Limpieza / Lluvia Refrigeración / Intercambio de calor
Características de las aguas industriales Mezclas complejas
• Contenido en contaminantes • Parámetro equivalente • Efecto sobre los organismos vivos • Propiedad físicas
ORÍGENES Y CARACTERÍSTICAS
9
TRATAMIENTO DE RESIDUOS
Tratamiento integrado Conjunto de procesos (físicos, químicos, biológicos o de ingeniería) destinados a la prevención, reducción y reciclado residuos industriales
• Desarrollo de rutas sintéticas mejoradas • Uso de materias primas / combustibles más eficaces • Control, optimización y mejora de los procesos • Reciclado de los materiales
Tratamiento en la etapa final (end-of-the-pipe) Conjunto de procesos destinados a reducir la carga contaminante de los residuos derivadas de las operaciones industriales
TIPOS DE TRATAMIENTOS
14
ACONDICIONAMIENTO DEL AGUA CONTAMINANTES MÁS IMPORTANTES Y SUS TÉCNICAS DE TRATAMIENTO
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ACONDICIONAMIENTO DEL AGUA
Ranking of technical complexity and cost of water treatment processes
TÉCNICAS DE TRATAMIENTO (AGUA CONSUMO HUMANO)
16
ACONDICIONAMIENTO DEL AGUA
Usos Mayoritariamente para desinfección microbiana Actúa como oxidante
• Descomposición de pesticidas fácilmente oxidables • Formación de precipitados (ej. Óxidos de Mn(IV) y Fe(III)) • Formación de productos fácilmente eliminables (ej. AsO4
2-)
Inconvenientes Formación de productos halogenados secundarios (DBPs):
• THM (Trihalometanos, ej. CHCl3) • HAA (Ácidos haloacéticos, ej. CCl3COOH)
Fuentes: Cl2(g), NaClO(ac), Ca(ClO)2(s)
Cl2(ac) + H2O D Cl- + ClO- + 2H+
DESINFECCIÓN: CLORACIÓN
18
ACONDICIONAMIENTO DEL AGUA
• Breakpoint
• Hipercloración/Decloración
• Cloración marginal/residual
DESINFECCIÓN: CLORACIÓN
19
ACONDICIONAMIENTO DEL AGUA
Monocloroamina NH3 + HOCl → NH2Cl + H2O Menos oxidante que el cloro Es más persistente que el cloro
Dióxido de cloro Se prepara antes de usarlo: NaClO2 + Cl2 → ClO2 + NaCl Descompone para dar ClO2
- y ClO3-
No produce efecto residual
Ozono Es un oxidante fuerte Reacciona con un gran abanico de pesticidas y compuestos orgánicos No es persistente En ausencia de derivados de bromo no forma THM
Radiación UV Actúa como biocida entre 180 y 320 nm No produce efecto residual
DESINFECCIÓN: ALTERNATIVAS
21
ACONDICIONAMIENTO DEL AGUA
Separación de la arena (grit separation) Separación de la arena en suspensión
CONTAMINANTES INSOLUBLES / SEPARACIÓN MECÁNICA
26
ACONDICIONAMIENTO DEL AGUA
Sedimentación / Clarificación La sedimentación o clarificación consiste en la separación de las partículas suspendidas por medio de la gravedad
CONTAMINANTES INSOLUBLES / SEPARACIÓN MECÁNICA
27
ACONDICIONAMIENTO DEL AGUA
Cuando las partículas no se pueden separar mediante gravedad (son demasiado pequeñas, densidad similar al agua, forman coloides) se pueden añadir productos químicos para provocar su precipitación
CONTAMINANTES INSOLUBLES / SEPARACIÓN MECÁNICA
Col. Surf. B 98 (2012) 63
28
ACONDICIONAMIENTO DEL AGUA
Cuando las partículas no se pueden separar mediante gravedad (son demasiado pequeñas, densidad similar al agua, forman coloides) se pueden añadir productos químicos para provocar su precipitación
Coagulación Proceso de desestabilización de las partículas coloidales mediante la adición de agentes externos. (Sales de Al, Fe, Ca, polímeros)
• Adicionalmente forman precipitados capaces de atrapar físicamente las partículas en su interior o adsorber contaminantes en su superficie
Al2(SO4)3 + 6 H2O → 2 Al(OH)3(s) + 3 H2SO4
Fe2(SO4) 3 + 6 H2O → 2 Fe(OH)3(s) + 3 H2SO4
Floculación Aglomeración de las partículas desestabilizadas en partículas de mayor tamaño (polímeros solubles, almidón)
CONTAMINANTES INSOLUBLES / SEPARACIÓN MECÁNICA
29
ACONDICIONAMIENTO DEL AGUA
Flotación Proceso mediante el cual partículas líquidas o sólidas son separadas del agua residual haciendo uso de burbujas de aire
• Suele requerir la adición de agentes de flotación (sílice activada, polímeros, coagulantes)
CONTAMINANTES INSOLUBLES / SEPARACIÓN MECÁNICA
30
ACONDICIONAMIENTO DEL AGUA
Filtración Separación de sólidos de aguas residuales haciéndolos pasar a través de un medio poroso Tipos de filtración
Lecho profundo (deep-bed), torta (cake)
CONTAMINANTES INSOLUBLES / SEPARACIÓN MECÁNICA
31
ACONDICIONAMIENTO DEL AGUA
Filtración Modos de operación
Gravedad, presión / vacío Agentes de filtración
Diferentes tamaños de poro • Simples: Arena, piedras, fibras, alambre • Compuestos (multimedio):
Materiales de diferente densidad
CONTAMINANTES INSOLUBLES / SEPARACIÓN MECÁNICA
Diferentes medios usados en los filtros compuestos
Medio Tam. efectivo [mm] Gravedad esp. Antracita 0.7-1.7 1.4
Arena 0.3-0.7 2.6
Grante 0.4-0.6 3.8
Magnetita 0.3-0.5 4.9 32
ACONDICIONAMIENTO DEL AGUA
Filtración Modos de operación
Gravedad, presión / vacío Agentes de filtración
Diferentes tamaños de poro • Simples • Compuestos
+ Auxiliares de filtración
CONTAMINANTES INSOLUBLES / SEPARACIÓN MECÁNICA
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ACONDICIONAMIENTO DEL AGUA
Procesos de membrana Los procesos de membrana segregan especies de un líquido en función de sus características (físicas y químicas) por medio de diferencias de presión y concentración Materiales: Fibra de vidrio, cerámica, acetato de celulosa, polímeros
CONTAMINANTES INSOLUBLES / SEPARACIÓN MECÁNICA
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ACONDICIONAMIENTO DEL AGUA
Procesos de membrana Los procesos de membrana segregan especies de un líquido en función de sus características (físicas y químicas) por medio de diferencias de presión y concentración Materiales: Fibra de vidrio, cerámica, acetato de celulosa, polímeros
CONTAMINANTES INSOLUBLES / SEPARACIÓN MECÁNICA
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ACONDICIONAMIENTO DEL AGUA
Procesos de membrana Los procesos de membrana segregan especies de un líquido en función de sus características (físicas y químicas) por medio de diferencias de presión y concentración Materiales: Fibra de vidrio, cerámica, acetato de celulosa, polímeros
CONTAMINANTES INSOLUBLES / SEPARACIÓN MECÁNICA
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ACONDICIONAMIENTO DEL AGUA
Separación aceite agua Consiste en la rotura del las emulsiones si las hubiera con ayuda de desemulsificantes y la consiguiente separación del aceite
CONTAMINANTES INSOLUBLES / SEPARACIÓN MECÁNICA
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ACONDICIONAMIENTO DEL AGUA CONTAMINANTES MÁS IMPORTANTES Y SUS TÉCNICAS DE TRATAMIENTO
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ACONDICIONAMIENTO DEL AGUA
Los contaminantes solubles se pueden dividir en: • Sales inorgánicas y metales pesados • Compuestos orgánicos difíciles de biodegradar • Compuestos orgánicos o inorgánicos que interfieren en los procesos
de biodegradación
Precipitación Proceso químico mediante el cual se forman partículas sólidas de alguno de los componentes solubles en las aguas a tratar Agentes de precipitación típicos:
NaOH, Ca(OH)2, Na2S, Na2CO3, CaO, CaCl2, Al2SO4, FeCl2, FeS, CaS Metales pesados: Hidróxidos, sulfuros, carbonatos Fosfatos, Sulfatos y Fluoruros: (Fe/Al)PO4, Ca5(PO4)3(OH), CaSO4·H2O, CaF2
CONTAMINANTES SOLUBLES / TRATAMIENTO FÍSICOQUÍMICO
41
ACONDICIONAMIENTO DEL AGUA CONTAMINANTES SOLUBLES / TRATAMIENTO FÍSICOQUÍMICO
Precipitación
42
Carbonatos funcionan a pH más altos y permiten una recuperación más fácil.
ACONDICIONAMIENTO DEL AGUA CONTAMINANTES SOLUBLES / TRATAMIENTO FÍSICOQUÍMICO
Precipitación
Sulfuros Hidróxidos
43
ACONDICIONAMIENTO DEL AGUA
Uno de los mayores problemas es la dureza del agua La dureza mide la concentración total de todos los metales no alcalinos contenidos en el agua (especialmente Mg y Ca) Produce la formación de precipitados insolubles Dos tipos de dureza
• Temporal /Carbonato M(HCO3)2 → MCO3(s) + CO2(g) + H2O M(HCO3)2 + H2SO4 → MSO4 + 2 CO2(g) + 2 H2O
• Permanente / Otros (Cl, NO3-, SO4
2-) Requiere algún tipo de procesado
Cal-Carbonato Resinas de Intercambio
PRECIPITACIÓN: ABLANDAMIENTO DLE AGUA
44
ACONDICIONAMIENTO DEL AGUA
Proceso Cal-Carbonato (lime-soda) Utilizado por primera vez en 1981 (Clark) y mejorado luego por Porter
• Temporal Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 → 2 CaCO3(s) + 2 H2O Mg(HCO3)2 + Ca(OH)2 → MgCO3(ac) + CaCO3(s) + 2H2O MgCO3 + Ca(OH)2 → Mg(OH)2(s) + CaCO3(s)
• Permanente MgCl2 + Ca(OH)2 → Mg(OH)2(s) + CaCl2
CaCl2 + Na2CO3 → CaCO3(s) + 2NaCl CaSO4 + Na2CO3 → CaCO3(s) + Na2SO4
MgSO4 + Na2CO3 + Ca(OH)2 → Mg(OH)2(s) + CaCO3(s) + Na2SO4
Se puede llevar a cabo • En frio • En caliente
PRECIPITACIÓN: ABLANDAMIENTO DLE AGUA
45
ACONDICIONAMIENTO DEL AGUA
46
PRECIPITACIÓN: ABLANDAMIENTO DEL AGUA
pH=11 CaCO3
Mg(OH) 2
Ca(OH)2 + Mg2+ → Mg(OH)2(s) + Ca2+
pH=10.3 CaCO3
Ca2+ + Na2CO3 → CaCO3(s) + Na2SO4(ac)
CO32-(ac) + CO2(g) + H2O → 2 HCO3
-(ac)
pH=8.5 – 9.5 Ca(OH)2 Na2CO3
Ca(OH)2(ac) + CO2(g) → CaCO3(s) + H2O
ACONDICIONAMIENTO DEL AGUA
Intercambio iónico Consiste en la eliminación de especies iónicas mediante su sustitución por iones más aceptables mediante el uso de resinas de intercambio Descrito por primera vez en 1852 En 1935 por Adams and Holmes describen resinas puramente sintéticas (resinas de intercambio)
Polímeros orgánicos sólidos generalmente basados en poli estireno con grupos funcionales capaces de intercambiar iones (-SO3
-, -N(CH3)3+)
2 R-SO3-Na+ + M2+ → 2 (R-SO3
-)M2+ + Na+ 2 R-SO3
-H+ + M(HCO3)2 → 2 (R-SO3-)M2+ + 2H+ / (H2O + CO2)
R-N(CH3)3+OH- + A- → R-N(CH3)3
+A- + OH-
CONTAMINANTES SOLUBLES / TRATAMIENTO FÍSICOQUÍMICO
47
ACONDICIONAMIENTO DEL AGUA
Cristalización Forma de precipitación en la que el sólido no se forman en el seno de la disolución sino sobre centros de nucleación (arena, minerales…) dispersos en el medio
CONTAMINANTES SOLUBLES / TRATAMIENTO FÍSICOQUÍMICO
48
ACONDICIONAMIENTO DEL AGUA
Reacción química Durante la oxidación los agentes contaminantes se convierten en compuestos menos contaminantes, más fácilmente separables o más fácilmente biodegradables
Oxidación: CaClO, ClO2, O3, hv Materia orgánica (aceites, grasas, pesticidas…), Cianuros, S2-, SO3
2-, NO2
-, Complejos metálicos Desinfección
Hidrólisis: H2O, ácido / base, temperatura, catalizador RX (X = CN, PO3H2, S2-), esteres, amidas, carbamatos
Reducción: SO2, NaHS, FeSO4
Metales (Cr(VI)), oxidantes (H2O2, HClO))
CONTAMINANTES SOLUBLES / TRATAMIENTO FÍSICOQUÍMICO
49
ACONDICIONAMIENTO DEL AGUA
Adsorción Consiste en la transferencia de sustancias solubles del agua residual a la superficie de un solido altamente poroso
Agentes de adsorción: Carbón activo (granular o en polvo) Otros: Al2O3, carbón de lignito, zeolitas
Aplicación: Eliminación de materia orgánica, compuestos nitrogenados, descomposición de cloro, metales pesados.
CONTAMINANTES SOLUBLES / TRATAMIENTO FÍSICOQUÍMICO
51
ACONDICIONAMIENTO DEL AGUA
Despojamiento (Stripping) Durante el stripping el agua residual se pone en contacto con un flujo de gas para transferir los contaminantes volátiles desde la la fase acuosa a la gaseosa Gases de stripping:
Aire, vapor de agua Aplicaciones:
Orgánicos: Hidrocar. volátiles, halogenados, disolventes…
Inorgánicos: NH3, H2S …
CONTAMINANTES SOLUBLES / TRATAMIENTO FÍSICOQUÍMICO
53
ACONDICIONAMIENTO DEL AGUA
Incineración Es el proceso de oxidación en presencia de aire de los contaminantes orgánicos e inorgánicos del agua resultando en la evaporación del agua y la formación de gases de combustión Productos:
VOC, CO2, HCl, SOx, NOx, PO43-, metales pesados, polvo …
CONTAMINANTES SOLUBLES / TRATAMIENTO FÍSICOQUÍMICO
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ACONDICIONAMIENTO DEL AGUA CONTAMINANTES MÁS IMPORTANTES Y SUS TÉCNICAS DE TRATAMIENTO
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ACONDICIONAMIENTO DEL AGUA
Acondicionamiento final Ajuste del pH Cloración sanitaria
CONTAMINANTES SOLUBLES / TRATAMIENTO FÍSICOQUÍMICO
56
ACONDICIONAMIENTO DEL AGUA
Agua de mar 3.5% de sales en peso
Las resinas de intercambio no son viables económicamente
La osmosis inversa consume menos energía, pero se lleva a cabo en platas de menor tamaño
Destilación Consiste en la separación de los contaminantes del agua mediante su transferencia a la fase vapor. Se lleva a cabo en varias etapas
Gran consumo de energía
Requiere pretratamiento previos
• H2SO4
• Estabilizantes: Polifosfatos, Ácido polimaléico
Consideraciones ambientales (Temperatura, salinidad, aditivos…)
TRATAMIENTO FÍSICOQUÍMICO: DESALINIZACIÓN
58
ACONDICIONAMIENTO DEL AGUA
Destilación flash multietapa (MSF) Se lleva a cabo en varias etapas en destiladores flash (a vacío)
90-120º y unas 18-24 etapas
TRATAMIENTO FÍSICOQUÍMICO: DESALINIZACIÓN
�T
�P
59
�[NaCl]
ACONDICIONAMIENTO DEL AGUA
Destilación multiefecto (MED) Se lleva a cabo en varias etapas en destiladores flash (a vacío)
60-80º y unas etapas
TRATAMIENTO FÍSICOQUÍMICO: DESALINIZACIÓN
�T
�P
60
�[NaCl]
COMPOSICIÓN DEL AIRE
64
Mecano – Aire Aire, soñé por un momento que era aire
Aire. Oxígeno. nitrógeno y argón
OXÍGENO
Distribución 1º en la corteza terrestre y seres vivos 3er elemento en el universo A alta presión o en forma de gas criogénico
Propiedades Gas incoloro, inodoro e insípido Muy oxidante
Aplicaciones Industriales:
• Comburente • Reactivo
Médicas
67
UN GAS NECESARIO PARA LA VIDA
OXÍGENO
Históricamente Priestley (1771): Experimentos con menta Scheele (1772): 2 HgO + Q → 2 Hg(g) + O2(g)
Industrialmente Procesos de adsorción (VSA/PSA, Vacuum / Pressure Swing Adsortion) Destilación fraccionada del aire
Von Linde y Hampson (1895): Criogenia O2: Hidrólisis del agua N2: Membranas
68
PRODUCCIÓN
Gas Temperatura de condensación [ºC]
Nitrógeno -196 Argón -186 Oxígeno -183 Vapor de Agua 100
OXÍGENO
Destilación fraccionada
71
PRODUCCIÓN
Water Separation
Water Molecular Sieve
Compressor
Cooler Compressor
Expander Cooler
fractionat.
Low-pressure fractionating
column
column
High-pressure
OXYGEN (99.5%)
Subcooler
Pretreating Separating
Crude ARGON (94%)
Argon column
AIR (O2, Ar, N2)
O2+ Ar
Crude N2
NITROGEN (99.995%)
bp (O2) > bp (Ar) > bp (N2) -183 -186 -196 [C]
�P,�T
Main heat exchangers
http://www.madehow.com/Volume-4/Oxygen.html
OXÍGENO
Destilación fraccionada
72
PRODUCCIÓN
Gas bp [C] He -269 H2 -253 Ne -246 N2 -196 Ar -186 O2 -183 Kr -152 Xe -107
Más abajo en la tabla significa menos tendencia a
condensar
[He]
[Ar]
Columna de destilación
GASES NOBLES
Distribución Ne, Ar, Kr, Xe: En el aire (<1%) He: En el gas natural (2%-7%) Rn: Decaimiento de compuestos radioactivos
Propiedades Inertes Ligeros-Pesados
Aplicaciones Industriales:
• Gas inerte • Iluminación
Médicas
74
HIDRÓGENO
Distribución Elemento más ligero y abundante del universo
Presente en el aire (0.00005%), H2O, hidratos, biomasa
Se almacena en forma gaseosa o líquida
Propiedades
Gas altamente inflamable
H2 + ½ O2 → H2O ΔH = 121 KJ/g
Reductor
77
HIDRÓGENO
A partir de hidrocarburos Económico
• Reformado
• Gasificado (Combustión)
A partir de carbón Tecnología básica
Electrólisis
Poco efectivo
Agua es renovable
Alta pureza
Otros
PRODUCCIÓN
HC Ligeros 77%
Carbón 18% Electrólisis
4% Otros 1%
Producción mundial de H2
78
HIDRÓGENO
A PARTIR DE COMBUSTIBLES FÓSILES (Syngas) Reformado catalítico de vapor de hidrocarburos ligeros (steam reforming)
2 CnHm + n H2O D (n+m/2) CO + n H2 (cat.) ΔH > 0, # P, # T
Gasificado de hidrocarburos pesados 2 CnHm + n O2 D 2n CO + m H2 (cat.) ΔH < 0, # P, # T
Gasificado de carbón 3 C + O2 + H2O D 3 CO + H2 ΔH < 0
Conversión agua-gas (shift conversion) CO + H2O D CO2 + H2 (cat.) ΔH < 0
PRODUCCIÓN
79
HIDRÓGENO
A PARTIR DE COMBUSTIBLES FÓSILES (Syngas) El gas de síntesis está compuesto principalmente de hidrógeno, monóxido de carbono, y muy a menudo, algo de dióxido de carbono
PRODUCCIÓN
80
Wikipedia ES
HIDRÓGENO
ELECTRÓLISIS Cátodo: Fe Ánodo: Fe cubierto de Ni
Membrana: Asbestos
Requiere sobrepotenciales (E>2V)
OTROS
Descomposición catalítica de amoniaco
Descomposición térmica del agua
Producto secundario
PRODUCCIÓN
4OH- D 2H2O + O2 + 4e-
4H2O + 4e- D 2H2 + 4OH-
2H2O D 2H2 + O2 E = 1.23V ΔH = 569 kJ/mol
81
HIDRÓGENO
82
PRODUCCIÓN: REFORMADO DE VAPOR
Alternative: Gas adsortion
http://eippcb.jrc.ec.europa.eu/reference/lvic-aaf.html
HIDRÓGENO
Desulfuración R-SH + H2 → H2S + RH (cat.) H2S + ZnO → ZnS + H2O
Reformado primario (steam reforming) CH4 + H2O D CO + 3 H2 (cat.) ΔH = 205 kJ\mol
Reformado secundario (steam reforming + gas reforming) CH4 + H2O D CO + 3 H2 (cat.) 2 H2 + O2 D 2 H2O ΔH = -482 kJ\mol
2 CH4 + O2 D 2 CO + 2 H2
Reacción agua gas (shift conversion) CO + H2O D CO2 + H2 (cat.) ΔH = - 41 kJ/mol
Eliminación del CO/CO2 (TEMA 7) Química Física
83
PRODUCCIÓN: REFORMADO DE VAPOR
HIDRÓGENO
Eliminación física del CO/CO2
84
PRODUCCIÓN: RECTIFICADO DE VAPOR
http://www.linde-engineering.com/
HIDRÓGENO
Eliminación química del CO/CO2
Scrubbing: MEA: 2 RNH2 + CO2 → RHNCO- + RNH3
+ K2CO2: K2CO3 + CO2 → KHCO3
Metanación: CO + 3 H2 → CH4 + H2O (cat.) ΔH = -206 kJ/mol CO2 + 4 H2 → CH4 + 2 H2O (cat.) ΔH = -165 kJ/mol
PRODUCCIÓN: RECTIFICADO DE VAPOR
http://www.linde-engineering.com/
T1 > T2
85
Alternative: Gas adsortion
(Claus Plant, TEMA 5 )
HIDRÓGENO
86
PRODUCCIÓN: GASIFICADO
http://eippcb.jrc.ec.europa.eu/reference/lvic-aaf.html
HIDRÓGENO
Energéticas H2 + ½ O2 → H2O ΔH = 121 KJ/g
• Uso in-situ
• Combustible de alto rendimiento
• Soldadura y corte
Químicas Reductor
• C-C (Aceites, C=C)
• -O-H (-COOH, CHO)
• Manufactura del poliuretano
• Semiconductores (Si)
• Metales
APLICACIONES
Material Producto
Phenol Ciclohexanol
Nitrógeno Amoniaco
Naftaleno Tetralina
Oleina Stearina
Diisobutileno Isooctano
Monoxido de Carbono Metanol
Aplicaciones (USA, 1996)
Petroquímica
Amoniaco
Metanol
Otros
87
PERÓXO DE HIDRÓGENO
Distribución Es el peróxido más usado
Disoluciones acuosas (35-70% w/w)
Propiedades Oxidante
Descompone
Producción Históricamente:
• Peróxido de bario + H2SO4
• Electrolisis del H2SO4
Actualmente: • Proceso antraquínona (95% del total) 88
PERÓXIDO DE HIDRÓGENO
Via húmeda BaO2 + H2SO4 → BaSO4 + H2O2
BaO2 + 2 HCl → BaCl2 + H2O2
BaCl2 + H2SO4 → BaSO4 + 2 HCl
Electrólisis
H2SO4 → H2S2O8 + 2 H+ + 2 e- (alternativa (NH4)HSO4)
H2S2O8 + 2 H2O → 2 H2SO4 + H2O2
Proceso antraquinona (Riedel–Pfleiderer process, 1953)
PRODUCCIÓN
89
R ROH
OH
O
O
O2
Pd H2
H2O2
PERÓXIDO DE HIDRÓGENO
Proceso antraquínona Proceso más usado desde los 60
Oxidación-Reducción
Reacciones secundarias
Estabilizantes
PRODUCCIÓN
R ROH
OH
O
O
O2
Pd H2
H2O2
90
2-alkil-antrahidroquinone 2-alkyl-antraquinone
2-alkil-5,6,7,8-terahidro-antrahidroquinone
PERÓXIDO DE HIDRÓGENO
91
PRODUCCIÓN
Antraquinone + Solvent
Hydrogen
Air or Oxygen Rich Air
Hydrogenator
Vacuum Column I
Vacuum Column II
Oxidizer
Liquid/Liquid Extractor
Catalyst Filter
Activated Carbon Absorber
Solvent Purification
Solvent Recycle
Water Recycle
Water Recycle
to Extractor
Atmosphere or Further Treatment
Make-up Water Feed
72% Hydrogen Peroxide Product
PERÓXIDO DE HIDRÓGENO APLICACIONES
Perborato y Percarbonato
39% Blanqueate de
papel 31%
Blanqueante textil 9%
Producción Química
19%
Otros 2%
Aplicaciones (UE, 1990)
92
Perborato de sodio
Percarbonato de sodio
ALGUNOS TEMAS
Recuperación de agua / aire en ambientes cerrados (H2O, O2) Tecnología PSA/VSA Electrolisis del agua (catalizadores, luz) Recuperación de catalizadores Tratamiento de lodos Ecología de la desalinización Ejemplos de limpieza de aguas industriales Control y problemas derivados de los DBPs, Toxicidad de los agentes de cloración Obtención de gases nobles Almacenaje de hidrógeno Estabilizantes Emulsiones (formación / purificación) Agua potable 93