專利名稱：一種新的熱化學(xué)法閉路循環(huán)制氯與堿的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于化工工業(yè)氯堿生產(chǎn)技術(shù)。
氯堿工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)中的基礎(chǔ)工業(yè)，目前世界燒堿年產(chǎn)量約在三千萬噸以上，生產(chǎn)量較大的國家有美國、日本、蘇聯(lián)、德國、中國等。隨著社會(huì)發(fā)展，燒堿的需求量越來越大，但目前的生產(chǎn)方法仍主要沿用電解法，其中水銀法約占41%，隔膜法約占56%，離子膜法為3%。電解法的主要缺點(diǎn)是耗電量大，能量利用率低(一般為20-40%)，對原料鹽要求高，并且還有汞及石棉污染環(huán)境。因此，若繼續(xù)采用電解法來進(jìn)一步提高燒堿的產(chǎn)量是困難的。
八十年代中期，日本的竹內(nèi)紀(jì)男等(竹內(nèi)紀(jì)男，日本專利特公昭62-65923)在All ed制氯的基礎(chǔ)上，從利用其副產(chǎn)物硝酸鈉生產(chǎn)氫氧化鈉為出發(fā)點(diǎn)，提出了三種氯化鈉的熱分解循環(huán)，此類方法的主要原理是直接利用熱能，通過數(shù)個(gè)反應(yīng)組成一個(gè)閉路循環(huán)體系，利用本身反應(yīng)熱及部分外界供熱，即可使氯化鈉分解為氯堿產(chǎn)品，而其它反應(yīng)物質(zhì)可繼續(xù)循環(huán)使用，原則上是不消耗的，故稱為熱化學(xué)法閉路循環(huán)制氯與堿。竹內(nèi)紀(jì)男提出的三種循環(huán)分別為1、氧化鐵-硝酸鈉循環(huán);
2、硼酸鹽-硝酸鈉循環(huán);
3、氟化物-硝酸鈉循環(huán)。
此三種循環(huán)雖在日本、美國等國分別獲得多項(xiàng)專利，但均未實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
本發(fā)明為使熱化學(xué)法閉路循環(huán)制氯與堿盡快實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，提出一種更合理、簡便、可行的新的氯化鈉熱化學(xué)法分解循環(huán)，以取代目前國內(nèi)外沿用的傳統(tǒng)電解法生產(chǎn)氯與堿。
本發(fā)明是由五個(gè)反應(yīng)組成一個(gè)閉路循環(huán)系統(tǒng)，構(gòu)成二氧化鈦-硝酸鈉循環(huán)。該循環(huán)是以二氧化鈦為主要循環(huán)介質(zhì)，由NaCl和二氧化鈦等經(jīng)過熱化學(xué)反應(yīng)完成一個(gè)閉路系統(tǒng)，從而得到Cl2和NaOH產(chǎn)品。該循環(huán)的反應(yīng)式為
△H1=-270.37KJ ①
△H2=+43.93KJ ②
△H3=202.38KJ ③
△H4=-46.43KJ ④
△H5=-65.60KJ ⑤整個(gè)循環(huán)如

圖1所示。
圖1是本發(fā)明的循環(huán)流程圖。
圖2是本發(fā)明的工藝裝置圖。
下面結(jié)合圖2對本發(fā)明作進(jìn)一步闡述在圖2中，每一個(gè)虛線所圍的區(qū)域Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ裝置中的反應(yīng)過程，分別與反應(yīng)①、②、③、④、⑤對應(yīng)。各物質(zhì)的走向則用實(shí)線箭頭表示，現(xiàn)依照各區(qū)順序說明如下圖2中Ⅰ區(qū)是進(jìn)行反應(yīng)①的裝置。將NaCl加入到反應(yīng)器(1)中后，加熱到410-420K溫度并保持恒溫，然后由空氣壓縮機(jī)(2)、緩沖罐(3)、流量計(jì)(4)將硝酸罐(5)中已加熱的硝酸經(jīng)過預(yù)熱器(6)送到反應(yīng)器(1)中進(jìn)行反應(yīng)，所生成的氣體Cl2和NOCl經(jīng)過冷凝器(7)送到反應(yīng)器(8)中進(jìn)行氧化反應(yīng)，產(chǎn)物NaNO3經(jīng)過結(jié)晶器(11)并分離后送到反應(yīng)器(15)中。
圖2中Ⅱ區(qū)是反應(yīng)②的裝置。在反應(yīng)器(8)中放入已加熱到360K-380K的硝酸并和反應(yīng)器(1)送來的NOCl氣體進(jìn)行反應(yīng)，剩余的NOCl和生成的Cl2混合氣體首先通過冷卻器(9)進(jìn)行熱量交換，然后同時(shí)進(jìn)入可調(diào)溫(0--25℃)的冰箱(10)進(jìn)行冷凍分離，所得Cl2氣即為產(chǎn)品。未反應(yīng)的NOCl則重復(fù)送回反應(yīng)器(8)中進(jìn)行第二次氧化。
圖2中Ⅲ區(qū)是進(jìn)行反應(yīng)③的裝置。將固體TiO2和NaNO3混合均勻后放到反應(yīng)器(15)中，在1050-1100K溫度進(jìn)行反應(yīng)。所生成的氣體NO2由來自空氣壓縮機(jī)(12)、緩沖罐(13)、流量計(jì)(14)的空氣帶動(dòng)，經(jīng)由熱交換器(16)送到吸收塔[21]中，固體產(chǎn)物Na2TiO3經(jīng)過熱交換器(17)送到水解器(18)中。
圖2中Ⅳ區(qū)是進(jìn)行反應(yīng)④的裝置。固體Na2TiO3在水解器(18)中進(jìn)行水解反應(yīng)，產(chǎn)物經(jīng)過熱交換器(19)進(jìn)入過濾器(20)中，濾液經(jīng)過濃縮、蒸發(fā)和結(jié)晶成為固體產(chǎn)品NaOH。濾渣TiO2經(jīng)過烘干、粉碎后送至反應(yīng)器(15)中繼續(xù)循環(huán)使用。
圖2中Ⅴ區(qū)是進(jìn)行反應(yīng)⑤的裝置。由反應(yīng)②和③生成的NO2氣體通過吸收塔[21]和水作用生成HNO3?？蓪⒋薍NO3送到反應(yīng)器(1)和硝酸罐(6)中繼續(xù)使用，尾氣NO2重復(fù)返回吸收塔[21]中進(jìn)行二次吸收。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于1，主要利用熱能，可節(jié)省大量電能，即和電解法相比，少了一個(gè)由熱變電的能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)。
2，節(jié)能效果顯著生產(chǎn)相同數(shù)量的氯堿，比電解法至少節(jié)省30-50%的能量，如熱交換系數(shù)為0.6時(shí)，用本發(fā)明的方法每生產(chǎn)1噸Cl2和1.126噸NaOH所需熱量為7.74×109J，而生產(chǎn)相同數(shù)量的Cl2和NaOH用電解法則需熱量為3.05×1010J，換言之本發(fā)明所需熱量為電解法的25.3%。
3，對原料要求明顯低于電解法，可直接使用海鹽和礦鹽。
4，無汞、石棉等污染。
5、不需要高難度化工單元操作。
6、與竹內(nèi)紀(jì)男的三種循環(huán)系統(tǒng)相比，不但本發(fā)明所用的循環(huán)介質(zhì)TiO2價(jià)廉易得，而且，數(shù)據(jù)表明本發(fā)明節(jié)能效果更為顯著。
權(quán)利要求
1.一種新的制取氯和堿的熱化學(xué)法閉路循環(huán)，其特征在于它是由五個(gè)反應(yīng)組成一個(gè)閉路循環(huán)系統(tǒng)，構(gòu)成二氧化鈦-硝酸鈉循環(huán)。該循環(huán)是以二氧化鈦為主要循環(huán)介質(zhì)，由NaCl和二氧化鈦等經(jīng)過熱化學(xué)反應(yīng)完成一個(gè)閉路系統(tǒng)，從而得到Cl2和NaOH產(chǎn)品。該循環(huán)的反應(yīng)式為①②③④⑤
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制取氯和堿的熱化學(xué)法閉路循環(huán)，其特征在于所說的五個(gè)反應(yīng)組成一個(gè)閉路循環(huán)系統(tǒng)是將NaCl加入到反應(yīng)器(1)中后，加熱到410-420K溫度并保持恒溫，然后由空氣壓縮機(jī)(2)、緩沖罐(3)、流量計(jì)(4)將硝酸罐(5)中已加熱的硝酸經(jīng)過預(yù)熱器(6)送到反應(yīng)器(1)中進(jìn)行反應(yīng)，所生成的氣體Cl2和NOCl經(jīng)過冷凝器(7)送到反應(yīng)器(8)中進(jìn)行氧化反應(yīng)，產(chǎn)物NaNO3經(jīng)過結(jié)晶器(11)并分離后送到反應(yīng)器(15)中。在反應(yīng)器(8)中放入已加熱到360K-380K的硝酸并和反應(yīng)器(1)送來的NOCl氣體進(jìn)行反應(yīng)，剩余的NOCl和生成的Cl2混合氣體首先通過冷卻器(9)進(jìn)行熱量交換，然后同時(shí)進(jìn)入可調(diào)溫(0--25℃)的冰箱(10)進(jìn)行冷凍分離，所得Cl2氣即為產(chǎn)品。未反應(yīng)的NOCl則重復(fù)送回反應(yīng)器(8)中進(jìn)行第二次氧化。將固體TiO2和NaNO3混合均勻后放到反應(yīng)器(15)中，在1050-1100K溫度進(jìn)行反應(yīng)。所生成的氣體NO2由來自空氣壓縮機(jī)(12)、緩沖罐(13)、流量計(jì)(14)的空氣帶動(dòng)，經(jīng)由熱交換器(16)送到吸收塔[21]中，固體產(chǎn)物Na2TiO3經(jīng)過熱交換器(17)送到水解器(18)中進(jìn)行水解反應(yīng)，產(chǎn)物經(jīng)過熱交換器(19)進(jìn)入過濾器(20)中，濾液經(jīng)過濃縮、蒸發(fā)和結(jié)晶成為固體產(chǎn)品NaOH。濾渣TiO2經(jīng)過烘干、粉碎后送至反應(yīng)器(15)中繼續(xù)循環(huán)使用。由反應(yīng)②和③生成的NO2氣體通過吸收塔[21]和水作用生成HNO3?？蓪⒋薍NO3送到反應(yīng)器(1)和硝酸罐(6)中繼續(xù)使用，尾氣NO2重復(fù)返回吸收塔[21]中進(jìn)行二次吸收。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種新的制取氯和堿的熱化學(xué)法閉路循環(huán)，它是以TiO
文檔編號(hào)C01B7/03GK1064849SQ91101788
公開日1992年9月30日 申請日期1991年3月21日 優(yōu)先權(quán)日1991年3月21日
發(fā)明者劉于祥, 李宏濤, 劉薇, 車順愛 申請人:吉林工學(xué)院