一種制備二氧化氯的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于二氧化氯制備方法領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]二氧化氯是目前國(guó)際上公認(rèn)的新一代高效、廣譜、安全、無(wú)毒的綠色殺菌消毒劑，可以殺滅一切微生物，包括細(xì)菌、病毒、真菌等。ClO2在水處理中的應(yīng)用較為廣泛。二氧化氯也是一種氧化劑，在廢氣處理用于有機(jī)廢氣如苯酚、小分子有機(jī)酸、甲醛等的去除。在煙氣脫硝中的濕法脫硝中ClO2作為氧化劑用于氧化NO。
[0003]二氧化氯的生產(chǎn)主要有兩種方法:電化學(xué)方法和化學(xué)方法。電化學(xué)法又稱隔膜電解法，因投資大運(yùn)行成本高，難于推廣?；瘜W(xué)法根據(jù)主要原料的不同可分為亞氯酸鈉法和氯酸鹽法，亞氯酸鈉法主要以亞氯酸鈉為原料來(lái)制備二氧化氯。該法具有操作簡(jiǎn)單，易于控制，生成的產(chǎn)品純度高，幾乎無(wú)副產(chǎn)物等優(yōu)點(diǎn)。但該法原料亞氯酸鈉的價(jià)格昂貴，直接導(dǎo)致用它來(lái)生產(chǎn)二氧化氯的成本較高，與氯酸鹽化學(xué)法所用成本相比，是其三倍左右。氯酸鹽法主要以氯酸鈉為原料，同時(shí)也包括氯酸或其它氯酸鹽(氯酸鉀等)，通過(guò)還原法來(lái)制備二氧化氯。與亞氯酸鈉的價(jià)格相比，氯酸鈉要便宜很多。所以經(jīng)常將氯酸鈉作為主要原料用來(lái)大規(guī)模生產(chǎn)二氧化氯。根據(jù)在酸性介質(zhì)中，氯酸鈉可氧化不同的還原劑進(jìn)而來(lái)制得二氧化氯。
[0004]在硫酸為介質(zhì)的，以氯酸鈉為原料的還原生產(chǎn)二氧化氯的反應(yīng)過(guò)程中，反應(yīng)混合液體難以分離造成資源浪費(fèi)與污染。為此，改變現(xiàn)有工藝的不足，提出了本發(fā)明。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于:提出一種制備二氧化氯的方法，實(shí)現(xiàn)在反應(yīng)中實(shí)現(xiàn)產(chǎn)物分離，并循環(huán)利用反應(yīng)原料，沒(méi)有資源浪費(fèi)和污染，產(chǎn)品ClO2純度高而工藝流程簡(jiǎn)單。
[0006]本發(fā)明目的通過(guò)下述技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):
[0007]—種制備二氧化氯的方法，其二氧化氯通過(guò)氯酸或者氯酸鹽與還原劑在酸性介質(zhì)形成的酸性環(huán)境下反應(yīng)制得，該反應(yīng)以氯酸鈉為原料以硫酸為酸性環(huán)境在陽(yáng)離子膜反應(yīng)器中進(jìn)行；
[0008]陽(yáng)離子膜反應(yīng)器由外反應(yīng)室和內(nèi)反應(yīng)室構(gòu)成，內(nèi)反應(yīng)室位于外反應(yīng)室內(nèi)，兩者間通過(guò)陽(yáng)離子膜連通；內(nèi)反應(yīng)室包括內(nèi)反應(yīng)室蓋、內(nèi)反應(yīng)室進(jìn)液管、進(jìn)氣管、出氣管、內(nèi)反應(yīng)室出液管和陽(yáng)離子膜及其多孔支撐結(jié)構(gòu)，內(nèi)反應(yīng)室蓋密閉封于陽(yáng)離子膜多孔支撐結(jié)構(gòu)上，構(gòu)成內(nèi)反應(yīng)室的密閉反應(yīng)空間，進(jìn)氣管、出氣管和內(nèi)反應(yīng)室進(jìn)液管固定在內(nèi)反應(yīng)室蓋上，內(nèi)反應(yīng)室出液管固定于內(nèi)反應(yīng)室下部，內(nèi)反應(yīng)室內(nèi)底部位置還設(shè)有曝氣管，曝氣管與進(jìn)氣管連通;外反應(yīng)室包括外反應(yīng)室外壁、內(nèi)反應(yīng)室支撐底座、外反應(yīng)室進(jìn)液管和外反應(yīng)室出液管，內(nèi)反應(yīng)室的陽(yáng)離子膜多孔支撐結(jié)構(gòu)固定支撐于內(nèi)反應(yīng)室支撐底座上，外反應(yīng)室進(jìn)液管和外反應(yīng)室出液管固定于外反應(yīng)室外壁上；
[0009]制備步驟為:將氯酸鈉與還原劑從內(nèi)反應(yīng)室進(jìn)液管加入到內(nèi)反應(yīng)室中，將硫酸從外反應(yīng)室進(jìn)液管加入到外反應(yīng)室中，通過(guò)進(jìn)氣管以及曝氣管往內(nèi)反應(yīng)室內(nèi)通入吹掃氣將產(chǎn)生的二氧化氯從出氣管吹掃出來(lái)，得到二氧化氯產(chǎn)品；內(nèi)反應(yīng)室內(nèi)反應(yīng)貧液從內(nèi)反應(yīng)室出液管排出，該貧液中包含未完全反應(yīng)的還原劑和氯酸鈉，排出的貧液經(jīng)冷卻后，在混合器中加入新氯酸鈉與還原劑調(diào)節(jié)濃度后重新加入到內(nèi)反應(yīng)室中；外反應(yīng)室內(nèi)反應(yīng)廢液從外反應(yīng)室出液管排出，將該廢液進(jìn)行蒸發(fā)、濃縮、結(jié)晶后進(jìn)行固液分離，得到固態(tài)硫酸鈉以及液態(tài)硫酸，將再生硫酸與新鮮硫酸混合后送入外反應(yīng)室循環(huán)使用。
[0010]作為選擇，還原劑選自尿素、葡萄糖、淀粉、亞硫酸鈉或甲醇，優(yōu)選尿素或葡萄糖。
[0011]作為選擇，吹掃氣為不干擾反應(yīng)的惰性的氣體。作為進(jìn)一步的選擇，吹掃氣為N2
Ho
[0012]前述本發(fā)明主方案及其各進(jìn)一步選擇方案可以自由組合以形成多個(gè)方案，均為本發(fā)明可采用并要求保護(hù)的方案:如本發(fā)明，各選擇和其他選擇任意組合，本領(lǐng)域技術(shù)人員在了解本發(fā)明方案后根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)和公知常識(shí)可明了有多種組合，均為本發(fā)明所要保護(hù)的技術(shù)方案，在此不做窮舉。
[0013]本發(fā)明的有益效果:通過(guò)特定選定的原料氯酸鈉和酸性介質(zhì)的硫酸，結(jié)合特定設(shè)計(jì)的陽(yáng)離子膜反應(yīng)器，整個(gè)工藝流程簡(jiǎn)單，卻沒(méi)有資源浪費(fèi)和污染:所有產(chǎn)物都被利用起來(lái)，且沒(méi)有任何污染物排放，整體構(gòu)成了一個(gè)高效、協(xié)調(diào)、環(huán)保的循環(huán)體系，同時(shí)該體系又具備高純度的ClO2產(chǎn)品。
[0014]傳統(tǒng)工藝反應(yīng)后的混合溶液中反應(yīng)原料、反應(yīng)副產(chǎn)物、以及過(guò)量的硫酸難以分離，回收困難且工藝復(fù)雜。而本發(fā)明的陽(yáng)離子膜反應(yīng)器及其配套流程工藝，在ClO2發(fā)生反應(yīng)的同時(shí)，就將產(chǎn)物分離，一方面顯著簡(jiǎn)化產(chǎn)物處理流程，另一方面反應(yīng)后剩余的氯酸鈉和還原劑進(jìn)入混合器調(diào)節(jié)濃度循環(huán)使用，提高原料使用率，以及ClO2發(fā)生系統(tǒng)的可操作性。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是本發(fā)明實(shí)施例的陽(yáng)離子膜反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖2是本發(fā)明實(shí)施例的工藝流程圖；
[0017]其中I內(nèi)反應(yīng)室進(jìn)液管;2出氣管;3進(jìn)氣管;4外反應(yīng)室進(jìn)液管;5外反應(yīng)室出液管;6內(nèi)反應(yīng)室出液管;7外反應(yīng)室外壁;8陽(yáng)離子膜多孔支撐結(jié)構(gòu);9陽(yáng)離子膜;10內(nèi)反應(yīng)室支撐底座;11內(nèi)反應(yīng)室蓋。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下列非限制性實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明。
[0019]—種制備二氧化氯的方法，其二氧化氯通過(guò)氯酸或者氯酸鹽與還原劑在酸性介質(zhì)形成的酸性環(huán)境下反應(yīng)制得，該反應(yīng)以氯酸鈉為原料以硫酸為酸性環(huán)境在陽(yáng)離子膜反應(yīng)器中進(jìn)行；
[0020]本發(fā)明方法為各原料在陽(yáng)離子膜內(nèi)外發(fā)生離子交換，并促使反應(yīng)產(chǎn)生二氧化氯，然后被惰性氣體，如犯氣等，帶出得到產(chǎn)品二氧化氯。還原劑選自尿素、葡萄糖、淀粉、亞硫酸鈉、或甲醇等，優(yōu)選尿素或葡萄糖。該反應(yīng)器的工作條件為:常壓、溫度控制在50_80°C，夕卜反應(yīng)器的酸濃度控制在3-7mol.L—，酸用量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于還原劑用量。還原劑與氯酸鈉的用量比根據(jù)所選還原劑種類來(lái)定。以尿素為還原劑為例，反應(yīng)條件為常壓、反應(yīng)溫度控制在65-80°C，外反應(yīng)器內(nèi)酸度在5-7mol.L—S氯酸鈉與尿素的摩爾比為1_4。以葡萄糖為還原劑為例，反應(yīng)條件為常壓，反應(yīng)溫度為60-75°C，外反器的酸度為3-7mol.L—I氯酸鈉與葡萄糖的摩爾比為10-5。
[0021]參考圖1所示，陽(yáng)離子膜反應(yīng)器由外反應(yīng)室和內(nèi)反應(yīng)室構(gòu)成，內(nèi)反應(yīng)室位于外反應(yīng)室內(nèi)，兩者間通過(guò)陽(yáng)離子膜9連通;反應(yīng)器由二氧化氯耐腐蝕性的材料，例如316L不銹鋼等制成；內(nèi)反應(yīng)室包括內(nèi)反應(yīng)室蓋11、內(nèi)反應(yīng)室進(jìn)液管1、進(jìn)氣管3、出氣管2、內(nèi)反應(yīng)室出液管6和陽(yáng)離子膜9及其多孔支撐結(jié)構(gòu)8，內(nèi)反應(yīng)室蓋11密閉封于陽(yáng)離子膜多孔支撐結(jié)構(gòu)8上，構(gòu)成內(nèi)反應(yīng)室的密閉反應(yīng)空間，進(jìn)氣管3、出氣管2和內(nèi)反應(yīng)室進(jìn)液管I固定在內(nèi)反應(yīng)室蓋11上，內(nèi)反應(yīng)室出液管6