CN105439091B - 环保型的双氧水法二氧化氯制备方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种环保型的双氧水法二氧化氯制备方法及设备，该方法是将原料双氧水先与氯酸钠溶液混合均匀再送到发生器的下循环管，硫酸从再沸器顶部出口的喉管加入，在反应器反应生成二氧化氯、氧气、中性芒硝和水。二氧化氯混合气体从发生器顶部进入间冷器，然后进入吸收塔用冷冻水吸收，成为ClO₂水溶液。从发生器母液中析出的芒硝晶体，通过将部分母液抽出送到盐饼过滤机过滤，把芒硝晶体过滤分离出来。滤出的母液返回发生器，滤出的芒硝晶体进入芒硝干燥***，烘干制成元明粉。***各个槽罐排气吸引入洗涤塔中，用冷冻水洗涤达标后排空。本发明方法没有废酸排放，反应产生的中性芒硝经过滤干燥后可制成元明粉外卖，没有固废排放，属于清洁环保的生产工艺。

Description

环保型的双氧水法二氧化氯制备方法及设备

技术领域

本发明涉及二氧化氯生产技术领域，具体是一种环保型的双氧水法二氧化氯制备方法及设备。

技术背景

二氧化氯在常温常压下为橙黄色气体，外观和气味上类似氯气，沸点为11℃，冰点为-59℃，在11℃时气态密度为3.09g/m3.气态二氧化氯不稳定，高浓度时受热、受光照或与有机物相接触会引起***分解。二氧化氯易溶于水，是以分子形式发生扩散，形成易挥发的黄绿色溶液。二氧化氯在水中几乎不发生水解，且不与有机物结合，不生成三氯甲烷致癌物质，也不与氨起反应。二氧化氯溶液浓度在10g/l以下基本没有***的危险。

二氧化氯是一种极强的氧化剂，稳定的二氧化氯被认为是效果良好、性能优越的杀菌剂、消毒剂、漂白剂。二氧化氯广泛用于纸浆、纤维的漂白；工业污水、医院污水、工业循环冷却水处理；土壤杀毒、水产养殖中水体消毒防病、石油开采等方面。高纯度二氧化氯还可以应用于临床医疗的消毒杀菌、食品加工中的消毒灭菌、食品(肉类、水产品、果蔬)的防腐保鲜等方面。

关于制备二氧化氯方法的研究一直很活跃，成型的生产工艺多达十几种，但每一种方法有它与众不同的优势，同时也有明显的缺陷。目前工业生产应用中主要采用R1法、R3法、R5法、R8法。即用二氧化硫、氯离子、甲醇为还原剂，在酸性条件下与氯酸钠反应制备二氧化氯。以二氧化硫为还原法、剂制备二氧化氯，转化率不高，二氧化硫来源不便，产品中会夹带二氧化硫、氯气，产品纯度不高。以氯离子为还原剂制备二氧化氯，原料来源方便，但转化率不高，每得到1mol的二氧化氯同时会产生0.5mol的氯气，需要对产品进行特别处理。以甲醇为还原剂制备二氧化氯，会得到由还原程度不同的生成甲醛、甲酸、二氧化碳以及未完全反应的甲醇。甲醇、甲醛和甲酸都是有毒物质，它们会给产品的应用受到限制。

开发低成本、高纯度、无污染、安全可靠的二氧化氯生产新工艺和生产装置，替代高成本、高排放的旧工艺，对缓解环保压力、促进国民经济发展，具有重要的经济意义和社会意义。目前，过氧化氢法制备二氧化氯生成的气体产物中只有少量或者不形成氯气，副产品氧气与二氧化氯一起对漂白对环保有利。且由于该方法原料来源方便、便宜，转化率高，产品纯度高，发生速度快等特点，深受人们关注。该方法的化学反应原理为：

6NaClO₃+3H₂O₂+H₂SO₄→6ClO₂+2Na₃H(SO₄)₂+3O₂+6H₂O

过氧化氢还原法生产二氧化氯过程中，硫酸浓度不同则形成的硫酸盐不同。当硫酸浓度为1--2.5mol/L时，能得到较高的反应速率和效率，产生中性芒硝，反应原理为：

2NaClO₃+H₂O₂+H₂SO₄→2ClO₂+Na₂SO₄+O₂+2H₂O

当硫酸浓度为2.5--5.5mol/L时反应速度和效率非常高，能生产氯气含量很少的产品、产生副产品酸性芒硝，其反应原理为：

6NaClO₃+3H₂O₂+H₂SO₄→6ClO₂+2Na₃H(SO₄)₂+3O₂+6H₂O

当硫酸的浓度大于5.5mol/L时，产生的副产品是硫酸氢盐。其反应原理如下：

2NaClO₃+H₂O₂+2H₂SO₄→2ClO₂+2NaHSO₄+O₂+2H₂O

目前国内的双氧水法二氧化氯制备工艺基本都是采用多级曝气式发生器。从氯酸钠的转化率、二氧化氯纯度和收率等经济效益考虑，在多级发生器中硫酸以不同浓度过量存在，所以在生产制备二氧化氯过程中，存在大量的废酸排放，对环境造成严重污染。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种环保型的双氧水法二氧化氯制备方法。该方法实现制备过程没有废酸排放，清洁环保。

本发明以如下技术方案解决上述技术问题：

本发明一种环保型的双氧水法二氧化氯制备方法，采用单一容器立式发生器作为二氧化氯发生器，二氧化氯发生器与再沸器之间通过循环管路连接，原料双氧水预先与氯酸钠溶液混合稀释后再从连接二氧化氯发生器底部出口与再沸器之间的管路加入，硫酸从再沸器顶部出口的喉管加入，加入的化学品不断地在再沸器与二氧化氯发生器之间循环，在二氧化氯发生器内反应、闪蒸，通过控制二氧化氯发生器中反应液的硫酸在1.75—2.0mol/L，在较低酸度条件下反应生成二氧化氯、水、氧气和中性芒硝；二氧化氯、氧气、水蒸汽从液体中释放出来，芒硝溶在母液中，达到饱和之后，以晶体形式析出；为了保持生产的持续进行，通过过滤机供料泵将连接二氧化氯发生器底部出口与再沸器的管路中一部分母液抽出，送到过滤机过滤，把芒硝晶体过滤分离出来，滤出的母液返回该管路段继续进行循环反应，滤出的芒硝晶体进入芒硝干燥***，烘干制成元明粉；被闪蒸出来的二氧化氯混合气体从二氧化氯发生器顶部出口进入排气管并经间冷器冷却后进入吸收塔，吸收塔用冷冻水吸收，成为ClO₂水溶液，用转移泵送至ClO₂溶液贮槽贮存；各个槽罐排气经尾气风机抽吸引入洗涤塔中，用冷冻水洗涤达标后排空，洗涤塔二氧化氯稀溶液经真空自吸进入吸收塔吸收ClO₂气体增浓。

控制加入的双氧水溶液浓度为50％，与双氧水混合的氯酸钠溶液浓度为640～680g/L，温度45～50℃；加入的硫酸在喷射进喉管前先用水稀释到60～65％的浓度，同时控制通过控制反应液中的硫酸在1.75—2.0mol/L。

本发明环保型的双氧水法二氧化氯制备设备，它包括二氧化氯发生器8、再沸器4、过滤机气液分离罐11、过滤机12、间冷器23、吸收塔22和尾气洗涤塔16，二氧化氯发生器8与再沸器4之间通过上循环管7和下循环管25连接并形成循环，下循环管25连接发生器循环泵3、连通双氧水加入管2和氯酸纳加入管1的混合连接管、过滤机供料泵24以及过滤机12的液体回流管，过滤机供料泵24的出口连接过滤机12，过滤机12与过滤机气液分离罐11连接，过滤机气液分离罐11的一端与过滤机真空泵13连接，另一端连接过滤机12的液体回流管，过滤机12设有芒硝出料口10；再沸器4与上循环管7连接处与硫酸加入管6连接，二氧化氯发生器8顶部出口连接发生器排气管9，发生器排气管9的出口连接间冷器23，间冷器23的排水管接入吸收塔22，吸收塔22的顶部出口经管路连接发生器真空泵17，吸收塔22的底部经二氧化氯转移泵21连接二氧化氯贮存槽20，发生器真空泵17、过滤机真空泵13均接入尾气洗涤塔16下部，尾气洗涤塔16的上部和吸收塔22的上部均连接冷冻水加入管14，尾气洗涤塔16的顶部连接尾气风机15。

本发明具有如下有益效果：

1、三大原料在发生器不断循环反应，通过蒸发水分保持发生器液位、母液中各化学品浓度，没有废酸排放。

2、反应生成中性芒硝，不是酸性芒硝，减少酸的损耗；中性芒硝经过滤干燥后可制成元明粉外卖，没有固废排放。

3、吸收塔尾气被送去洗涤塔进行二次吸收，各个槽罐排气也经风机抽吸引入洗涤塔中，达标后排放；洗涤后的二氧化氯稀溶液返回吸收塔吸收二氧化氯增浓，没有有害气体和废水排放。

附图说明

图1是本发明采用的设备结构及工艺流程图。

具体实施方式

下面结合图1对本发明方法及设备作进一步的描述：

本发明环保型的双氧水法制备二氧化氯设备主要由发生器循环泵3、再沸器4、上循环管7、二氧化氯发生器8、下循环管25、过滤机气液分离罐11、过滤机12、过滤机真空泵13、过滤机供料泵24、间冷器23、吸收塔22、尾气洗涤塔16和相关管线组成。二氧化氯发生器8与再沸器4之间通过上循环管7和下循环管25连接并形成循环，再沸器5的下部接冷凝水排水管，上部接蒸汽加入管5，发生器循环泵3、连通双氧水加入管2和氯酸纳加入管1的混合连接管、过滤机供料泵24以及过滤机12的液体回流管分别接入下循环管25，过滤机供料泵24的出口连接过滤机12，过滤机12与过滤机气液分离罐11连接，过滤机气液分离罐11的一端与过滤机真空泵13连接，另一端连接过滤机12的液体回流管，过滤机12设有芒硝出料口10；再沸器4与上循环管7的连接处与硫酸加入管6连接，二氧化氯发生器8顶部出口连接发生器排气管9，发生器排气管9的出口连接间冷器23，间冷器23的排水管接入吸收塔22，吸收塔22的顶部出口经管路连接发生器真空泵17，吸收塔22的底部经二氧化氯转移泵21连接二氧化氯贮存槽20，二氧化氯贮存槽20经二氧化氯输送泵19连接二氧化氯输送管18。发生器真空泵17、过滤机真空泵13均接入尾气洗涤塔16下部，尾气洗涤塔16的上部和吸收塔22的上部均连接冷冻水加入管14，尾气洗涤塔16的顶部连接尾气风机15，尾气洗涤塔16的底部经管路接入吸收塔22的上部。

制备时，从氯酸钠储槽泵送来的氯酸钠溶液(浓度为640～680g/L，温度45～50℃)经氯酸钠加入管1从下循环管25加入，从浓硫酸储槽泵送来的浓硫酸(浓度98％，常温)经硫酸加入管6从再沸器4顶部出口的喉管喷射加入，喷射进喉管前先用水把浓硫酸稀释到浓度为60～65％(以防止浓硫酸进入循环管后与反应液混合时被水稀释大量放热引起局部温度过高)，循环混合形成反应母液。从双氧水储槽泵送来的双氧水溶液(浓度为50％，常温)经双氧水加入管2加入到连通双氧水加入管2和氯酸纳加入管1的混合连接管，使双氧水预先跟氯酸钠溶液充分混合再进入下循环管25，防止进入的双氧水在循环管中局部浓度过高反应过于剧烈导致二氧化氯分解。化学品在循环泵3的作用下不断地在再沸器4与发生器8之间循环，在发生器8内反应、闪蒸。随着氯酸钠溶液、浓硫酸、双氧水溶液不断的加入，母液在循环泵3的作用下不断地在再沸器5与发生器9之间循环，反应将不断地进行，同时控制反应液中的硫酸在1.75—2.0mol/L的低酸性条件下反应制备二氧化氯，产生的中性芒硝在发生器中会以晶体形式析出，通过过滤机供料泵24从下循环管15中一部分母液抽出，送到过滤机12过滤，把芒硝晶体过滤分离出来。滤出的母液在过滤机汽水分离罐11自重力返回发生器循环***继续循环反应，芒硝经芒硝出料口13进入芒硝干燥***，烘干制成元明粉。释放出来的二氧化氯混合气体从发生器顶部出来，经发生器排气管10进入间冷器17冷却，然后进入吸收塔19经冷冻水吸收，成为ClO₂水溶液，用转移泵21送至ClO₂溶液贮槽20贮存。发生器真空泵17、过滤机真空泵13排出来的气体及***各个槽罐的排气经尾气风机15抽吸引入洗涤塔中，用冷冻水洗涤达标后排空。***的真空由发生器真空泵17提供，过滤机12的真空由过滤机真空泵13提供。从真空泵排出工作液进入洗涤塔底部，和洗涤塔二氧化氯稀溶液经真空自吸进吸收塔吸收ClO₂气体增浓。整个生产过程没有有害气体和废水、废酸的排放，副产品可直接烘干成元明粉外卖。

本发明方法主要进行了如下改进：

1、加料方式：由于双氧水是一种相对稳定的化合物，容易发生分解。所以双氧水溶液进发生器之前，预先用氯酸钠溶液稀释，降低双氧水的浓度，双氧水经氯酸钠稀释混合均匀后从发生器循环泵前下循环管进入，形成母液。可以有效防止双氧水因局部过量而分解，抑制发生器***中发泡的发生。同时也是减少水分带入发生***，减少蒸汽消耗。

2、反应条件控制：

(1)***压力控制：本发明生产制备***采用真空负压条件下操作，在真空条件下，母液沸点较低，进一步减少双氧水在母液中分解的可能，同时提高芒硝结晶效率并减少ClO₂气体的分压力，提高***的安全性和稳定性。

(2)硫酸浓度控制：通过控制反应液中的硫酸在1.75—2.0mol/L的低酸性条件下反应制备二氧化氯，使反应生产的副产品全为中性芒硝，减少酸的损耗。同时过滤分离出来的中性芒硝可以直接干燥成元明粉。

3、设备的选型：二氧化氯发生器采用单一容器立式发生器，集反应器、蒸发器和结晶器为一体。***设置有紧急排空槽，长期停机或***需要检修时，可将母液转移到紧急排空槽内。避免排放造成化学品损失，减少环境污染。

Claims (2)

1.一种环保型的双氧水法二氧化氯制备方法，其特征在于：采用单一容器立式发生器作为二氧化氯发生器，二氧化氯发生器与再沸器之间通过循环管路连接，原料双氧水预先与氯酸钠溶液混合稀释后再从连接二氧化氯发生器底部出口与再沸器之间的管路加入，硫酸从再沸器顶部出口的喉管加入，加入的化学品不断地在再沸器与二氧化氯发生器之间循环，在二氧化氯发生器内反应、闪蒸，通过控制二氧化氯发生器中反应液的硫酸在1.75—2.0mol/L，使在较低酸度条件下反应生成二氧化氯、水、氧气和中性芒硝；二氧化氯、氧气、水蒸汽从液体中释放出来，芒硝溶在母液中，达到饱和之后，以晶体形式析出；为了保持生产的持续进行，通过过滤机供料泵将连接二氧化氯发生器底部出口与再沸器的管路中一部分母液抽出，送到过滤机过滤，把芒硝晶体过滤分离出来，滤出的母液返回该管路段继续进行循环反应，滤出的芒硝晶体进入芒硝干燥***，烘干制成元明粉；被闪蒸出来的二氧化氯混合气体从二氧化氯发生器顶部出口进入排气管并经间冷器冷却后进入吸收塔，吸收塔用冷冻水吸收，成为ClO₂水溶液，用转移泵送至ClO₂溶液贮槽贮存；各个槽罐排气经尾气风机抽吸引入洗涤塔中，用冷冻水洗涤达标后排空，洗涤塔二氧化氯稀溶液经真空自吸进入吸收塔吸收ClO₂气体增浓；所述加入的双氧水溶液浓度为50％，与双氧水混合的氯酸钠溶液浓度为640～680g/L，温度45～50℃；加入的硫酸在喷射进喉管前先用水稀释到60～65％的浓度，同时控制反应液中的硫酸在1.75—2.0mol/L。

2.环保型的双氧水法二氧化氯制备设备，其特征在于：它包括二氧化氯 发生器(8)、再沸器(4)、过滤机气液分离罐(11)、过滤机(12)、间冷器(23)、吸收塔(22)和尾气洗涤塔(16)，二氧化氯发生器(8)与再沸器(4)之间通过上循环管(7)和下循环管(25)连接并形成循环，下循环管(25)连接发生器循环泵(3)、连通双氧水加入管(2)和氯酸钠加入管(1)的混合连接管、过滤机供料泵(24)以及过滤机(12)的液体回流管，过滤机供料泵(24)的出口连接过滤机(12)，过滤机(12)与过滤机气液分离罐(11)连接，过滤机气液分离罐(11)的一端与过滤机真空泵(13)连接，另一端连接过滤机(12)的液体回流管，过滤机(12)设有芒硝出料口(10)；再沸器(4)与上循环管(7)连接处与硫酸加入管(6)连接，二氧化氯发生器(8)顶部出口连接发生器排气管(9)，发生器排气管(9)的出口连接间冷器(23)，间冷器(23)的排水管接入吸收塔(22)，吸收塔(22)的顶部出口经管路连接发生器真空泵(17)，吸收塔(22)的底部经二氧化氯转移泵(21)连接二氧化氯贮存槽(20)，发生器真空泵(17)、过滤机真空泵(13)均接入尾气洗涤塔(16)下部，尾气洗涤塔(16)的上部和吸收塔(22)的上部均连接冷冻水加入管(14)，尾气洗涤塔(16)的顶部连接尾气风机(15)。