química inorgánica industrial - t2 - el agua y sus derivados

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EL AGUA Y SUS DERIVADOS TEMA 2

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EL AGUA Y SUS DERIVADOS TEMA 2

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

PARTE I

EL AGUA

LA CANICA AZUL

4

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

EL AGUA NO ES LO MISMO

8

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

AGUAS RESIDUALES CONTAMINANTES DE ORIGEN QUÍMICO

10

AGUAS RESIDUALES CONTAMINANTES DE ORIGEN BIOLÓGICO

11

AGUAS RESIDUALES CONTAMINANTES DE ORIGEN BIOLÓGICO

12

ACONDICIONAMIENTO DEL AGUA TIPOS DE TRATAMIENTO

13

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

PARTE I.2

DESINFECCIÓN

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 DESINFECCIÓN

20

http://www.who.int/

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 DESINFECCIÓN

22

Residual

No

No

Yes

Yes

No UV Bromate Nitrate

ACONDICIONAMIENTO DEL AGUA DESINFECCIÓN

23

ACONDICIONAMIENTO DEL AGUA TRATAMIENTOS Y SU RELACIÓN CON EL TIPO DE CONTAMINANTE

24

PARTE I.3

CONTAMINANTES INSOLUBLES / SEPARACIÓN MECÁNICA

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

33

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

34

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

36

ACONDICIONAMIENTO DEL AGUA CONTAMINANTES INSOLUBLES / SEPARACIÓN MECÁNICA

37

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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PARTE I.4

CONTAMINANTES SOLUBLES / TRATAMIENTO FÍSICOQUÍMICO

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 CONTAMINANTES SOLUBLES / TRATAMIENTO FÍSICOQUÍMICO

50

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

Adsorción

CONTAMINANTES SOLUBLES / TRATAMIENTO FÍSICOQUÍMICO

52

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 DESALINIZACIÓN

57

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]

ACONDICIONAMIENTO DEL AGUA TRATAMIENTO FÍSICOQUÍMICO: DESALINIZACIÓN

61

PARTE II

OXÍGENO, HIDRÓGENO Y PERÓXIDO DE HIDRÓGENO

COMPOSICIÓN DEL AIRE

63

COMPOSICIÓN DEL AIRE

64

Mecano – Aire Aire, soñé por un momento que era aire

Aire. Oxígeno. nitrógeno y argón

OXÍGENO

65

UN GAS NECESARIO PARA LA VIDA

OXÍGENO

66

UN GAS NECESARIO PARA LA VIDA

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

PSA / VSA

69

PRODUCCIÓN

http://www.essentialchemicalindustry.org/chemicals/oxygen.html

OXÍGENO

Destilación fraccionada

70

PRODUCCIÓN

bp (O2) > bp (N2)

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

G. NOBLES

Destilación fraccionada

73

PRODUCCIÓN

Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry

N2

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 UN GAS ALTAMENTE INFLAMABLE

75

HIDRÓGENO UN GAS ALTAMENTE INFLAMABLE

76

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