CN1020710C - 一步法生产高效净水剂聚硫氯化铝 - Google Patents

一步法生产高效净水剂聚硫氯化铝 Download PDF

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Abstract

本发明是关于一步法生产高效净水剂聚硫氯化铝的方法。产品广泛用于饮用水、工业用水净化，废水处理和石油原油精制等。
一步法生产高效净水剂聚硫氯化铝是将氢氧化铝、三氯化铝、硫酸铝、硫酸、盐酸、水按配方成份备料一次投入附有加热器的反应器中加热、搅拌、聚合、熟化分离、检验即制成合格产品。一步法生产高效净水剂方法简单、周期短、原料利用率高、产品合格率高、动能消耗低、生产成本低。

Description

本发明是关于一步法生产高效净水剂聚硫氯化铝的方法。
我国现有净水剂产品十分庞杂，低挡的有FeCl3FeSO4，AL2（SO4）3，AlCl3，KAl（SO4）2等，（这类产品在工业发达国家已淘汰不用），中挡的有聚合氯化铝（代号PAC）等，用分步法生产的高挡净水剂-聚硫氯化铝。
高效净水剂聚硫氯化铝的问世至今不足二十年历史，日本国最先于69年4月在《日本水道杂志》公开报道，其后日本、美国、苏联、西德等国陆续成为高效净水剂聚硫氯化铝的代表性的主要生产国。
日本国的高效净水剂-聚硫氯化铝的生产方法是：“在纯的聚合氯化铝中加入适量的硫酸作为重新聚集的促进剂制得聚硫氯化铝。”见化工部工业水处理科技情报中心和天津化工研究院出版的《工业水处理》1988、1、第42页。日本国的这一生产技术早已向外输出，见石油化工总公司的《石油化工要闻》总221期第18期，1988、5、“日本在南朝鲜建离分子凝聚剂”。
我国高效净水剂-聚硫氯化铝的生产方法尚为分步法。有的厂家的分步法是：一步水解，硫酸铝铝液加氨水;二步压滤（得碱式硫酸铝）;三步聚合，见《工业水处理》1988、1的高效净水剂-聚硫氯化铝的开发及应用一文。另一种分步法是：1、氢氧化铝加硫酸得硫酸铝;2、压滤;3、碱式硫酸铝加盐酸聚合得聚硫氯化铝。
就上述的日本国生产方法看：它不是使用基本化工原料一步聚合成聚硫氯化铝的，其主要原料聚合氯化铝本身就是好的净水剂。聚合氯化铝 在我国就有不少厂家生产。
分步法生产聚硫氯化铝存在使用原材料较多，原材料利用率低，由于生产工序环节多，人工耗用量大，生产周期长，动力消耗多，设备维修费用大，产品合格率低等不良因素。
本发明的目的是在于提出一种利用基本化工原料，经计算计量后，全投入反应器中一步合成聚硫氯化铝的方法。
一步法生产高效净水剂聚硫氯化铝是将氢氧化铝（或铝屑或铝灰）、三氯化铝、硫酸铝、硫酸、盐酸、水按一定比例加入同一反应器中，加热下进行聚合，反应完成后的物料经固液分离得到聚硫氯化铝。
一步法生产高效净水剂聚硫氯化铝基本化工原料配方成份范围是：
氢氧化铝（细轻铝或铝屑或铝灰）    15～25%（重量）
三氯化铝（工业纯）    2～4%（重量）
硫酸铝（工业纯）    4～6%（重量）
硫酸（工业纯）    1～3%（重量）
盐酸（工业纯）    60～66%（重量）
水（饮用水或工业用水）    4～8%（重量）
各组份总和为100%（重量）
一步法生产高效净水剂聚硫氯化铝数种化工原料可以是上述配方：原料范围的全部种类，也可以是其中的一部分，优先选择以下三种：
其一是：
氢氧化铝（细轻铝或铝屑或铝灰）    15.5～24%（重量）
硫酸（工业纯）    1.2～3.5%（重量）
盐酸（工业纯）    50～58%（重量）
硫酸铝（工业纯）    4～6%（重量）
水（饮用水或工业用水）    10～14%（重量）
各组份总和为100%（重量）
其二是：
氢氧化铝（细轻铝或铝屑或铝灰）    15～25%（重量）
三氯化铝（工业纯）    2～5%（重量）
盐酸（工业纯）    62～70%（重量）
硫酸（工业纯）    11～14%（重量）
水（饮用水或工业用水）    1～4%（重量）
各组份总和为100%（重量）
其三是：
氢氧化铝（细轻铝或铝屑或铝灰）    14～25%（重量）
盐酸（工业纯）    50～60%（重量）
硫酸（工业纯）    9～14%（重量）
水（饮用水或工业用水）    16～22%（重量）
各组份总和为100%（重量）
本发明聚硫氯化铝的制造方法是：
1、备料：根据上述基本化工原料配方将投料用量备足一次投料用量。
2、计量投料：固体原料用磅秤称量、液体原料用计量槽（或流量计）计量，经过计量的原料便一次全部投入附有加热器的反应器中，先投液体原料再投固体原料。
3、搅拌。当投入固体原料时即开启搅拌机，转速60转/分，投料完后的转速为20～30转/分，直到出料完停机。
4、加热：启动搅拌机时，即可启动加热器，控制在60分钟内将 反应器中物料加热至60℃以上，120分钟加热至80℃以上，但物料的反应温度不得超过104℃。
5、聚合：严格按照操作规定控制加热器与反应器的配合（在加热的温度时间内）通过观测器和操作阀调节好溢流和回流量，暴沸程度，在常压，80℃±2℃范围内，进行60～90分钟聚合。聚合温度不得高于104℃，否则聚合分子将大量以至完全破坏。
6、取样：在聚合反应进行达50%时间时，即可取样，取反应物10～15ml作外观检视，直至液达无色至淡黄色时，再用pH试纸测酸碱度，至pH＝2.5～3时，再继续反应20～30分钟，即可停止加热。
7、出料：停止加热后，开启出料阀，将物料全部放入熟化分离装置中。
8、熟化分离：按规定操纵熟化分离器，当物料降温至40℃以下时，打开熟化分离器出口阀，即可得到合格产品（液相部分）。固相部分是酸不溶物（含湿），打开熟化分离器的另一出口即可排出。
9、产品化验：
1）自检：合格产品的外观为无色至淡黄色透明液体;pH＝3.5～5，相对密度≥1.16。
2）化验：送产品样至化验室按产品质量进行全面化验;合格后即可出厂。
一步法生产的聚硫氯化铝产品相对密度1.16与分步法生产的聚硫氯化铝相对密度1.20者有同等净水能力。聚硫氯化铝的国际代号为：PAC-S，聚硫氯化铝的通式为：〔Al4（OH）2nSO4CL10-2n〕m
式中，n＝1～4，m＝1～5
本发明与现有技术相比具有以下优点与积极效果：
1）一步法与日本国生产方法比较：日本法是建立在用基本化工原料所生产的聚合氯化铝加硫酸实现的再聚合与本发明直接使用基本化工原料一次性聚合相比较，显然本发明较日本法简便（且经济效益好），原料使用上较为先进。
2）一步法与分步法的比较：分步法需用氨水，一步法完全不用氨水;分步法原料利用率低，当硫酸铝溶液加氨水制取碱式硫酸铝时有一结晶过程，结晶工艺本身就有一定难度，即使控制得好，当固液分离（压滤法分离）时，不仅劳动强度大，多耗动力，其滤液为（NH4）2SO4和少量氨明矾等的混和液，加之碱式硫酸铝晶体也有一定溶解度，即还有一定量的中间产品被滤液带走，这就使得分步法生产PAC-S必然对氢氧化铝利用率降低，并损耗硫酸多，也远较一步法生产PAC-S工序繁琐和不稳定。分步法生产过程中有一定的环境污染，一步法无。
分步法由于生产工序、环节多，与一步法比较必然是耗用人工多，维修量大，且由于设备、管线较一步法多，而且物料均具有强腐蚀性，分步法产品质量必然较一步法低，且检修费用较大。
综上所述，分步法不仅较一步法生产过程中多用一种原料（氨水），还由于主要原料利用率低，生产工序环节多，人工耗用量大，生产周期长，动力消耗多，维修费用大，产品合格率低等因素存在，分步法较一步法生产聚硫氯化铝PAC-S（液）产品的生产成本高而经济效益也就低得多。
在使用方法上，分步法产品和一步法产品基本一致。但分步法产品不能稀释存放，据《净水技术》1987、4（上海市净水技术研究会编）在“高效净水剂-聚硫氯化铝在运河水处理中的应用”一文中报道，当时聚硫氯化铝用水进行等体积稀释后，10天内即大量乳化，使用质量降低。我们将分步法产品和一步法产品作了对比试验，其结果是：分步法产品5ml 加水5ml摇匀，同时将一步法产品5ml加水5ml摇匀后共同静置，分步法的在第5天已明显乳化，7天时也失去流动性，不足10天就达半固化，从试管中倒不出来了，即使用力甩也甩不出来了。而一步法试管在10天后保证原来的澄清透明和流动性，无任何降质现象发生，经三个月长期存放也未出现任何异常现象。
在使用效果上，由于分步法产品投入原水后所生的沉淀块松而大，一步法的是细密小，其结果是分步法产品净化的水过滤较难，一步法的过滤较易。又由于分步法产品净化水时，在同条件下较一步法产品所生的沉淀量多，且投药量愈大，沉淀愈多，故结果是分步法产品净水后较一步法的得水率低，投药量越多就低得越多。当投药量在40PPM以内时，使用分步法产品的沉淀量为一步法的3～5倍，100～1000PPM时为6～10倍，2000～3000PPM时为15～20倍，5000PPM以上时，分步法产品的净化水会出现乳化现象，不可能进行过滤，而一步法产品无论投药量达10000PPM以上时也无乳化现象出现，且净水得率仍达98%以上。
由于一步法生产的聚硫氯化铝较分步法的聚合质量与程度高，故一步法产品的相对密度1.16时是足可与分步法所产的相对密度为1.20的产品的净水能力相同，换言之，一步法产品的Al2O3含量指标作适当降低亦可与分步法产品Al2O3含量达10%的产品具有同等净化能力。
一步法生产的聚硫氯化铝产品主要用途：饮用水净化、工业用水净化、废水处理和石油原油的精制等。其他用途是作污泥脱水剂、印染脱色剂、铸造粘结剂以及作医药、化妆品的原料等。
实施例：
一步法生产高效净水剂-聚硫氯化铝化工原料配方：
氢氧化铝（细轻铝或铝灰或铝屑）    20%（重量）
三氯化铝（工业纯）    2%（重量）
硫酸铝（工业纯）    4%（重量）
硫酸（工业纯）    2%（重量）
盐酸（工业纯）    64%（重量）
水（工业水）    8%（重量）
1、备料：据投料用量备足投料用量，按一次各组份重量总和16Kg投料量来称量。
2、计量投料：氢氧化铝（细轻铝）2Kg，三氯化铝（工业纯）0.2Kg，硫酸铝（工业纯）0.4Kg用磅秤称量，硫酸浓度10%以上0.2Kg，盐酸浓度8%以上6.4Kg，水（工业用水）0.8Kg，（液体原料用计量槽计量，）将水投入附有加热器的不锈钢制成的反应器后投入盐酸、硫酸，再分别将氢氧化铝、三氯化铝、硫酸铝原料。
3、搅拌：当投入氢氧化铝、三氯化铝、硫酸铝原料到反应器时，即开启搅拌机，转速60转/分，固体原料投料完后转速为20～30转/分，直到出料停机。
4、加热：启动搅拌机时，即可启动加热器，45分钟将反应器中物料加热至65℃，120分钟加热至81℃。
5、聚合：严格按照操作规定，控制加热器与反应器的配合，通过观测器和操作阀调节好溢流和回流量，暴沸程度，在常压，80±2℃范围内，进行70分钟聚合。
6、取样：在聚合反应进行35分钟时取样，取反应物10～15ml作外观检视，直至液达无色至淡黄色时，再用pH试纸测酸碱度，至pH＝2.5～3时，再继续反应25分钟，停止加热。
7、出料：停止加热后，开启出料阀，将物料全部放入熟化分离装置中。
8、熟化分离：按规定操纵熟化分离器，当物料降温至48℃时，打开熟化分离器出口阀，即可得到合格产品（液相部分）9.2Kg聚硫氯化铝，其余0.7Kg为固相部分是酸不溶物（含湿），打开熟化分离器的另一个出口即可排出。
9、产品化验：
1）自检：产品外观为无色透明液体，pH值为3.5相对密度1.16。
2）化验：将产品样送至化验室按产品质量指标进行全面化验。
一步法生产高效净水剂-聚硫氯化铝，其生产方法简单、易行。
图1是一步法生产高效净水剂聚硫氯化铝生产方法工艺流程图。
几种不同生产方法生产的聚硫氯化铝产品质量标准及比较列表如下：
产品质量标准比较表
编号    项目    本发明标准    分步法标准    日本标准
1    形态    无色至淡黄色透明液    黄棕色透明液    无色至淡黄色
体    体    透明液体
2    pH值    3.5～5    3.5～4.5    3.5～5
3 SO2- 4（含 ＜3.5 3～5 ＜3.5
量%）
4 A2O3（%） ≥10 ≥10 10～11
5    盐基度%    45～60    45～60    45～60
6    酸不溶物%    ＜0.001    ＜1.0    -
一般水厂的净水标准是：净水剂投用量20～35PPM，能将1000°以下原水经净化工序后降至20°～25°即为合格（指净水能力）。扬子石油化工公司要求高，须降至15°以下，本发明的试产品（相对密度1.16）经扬子石化公司水厂供水车间、技术科在化验室化验结果是：投药量20PPM时可将配制的1200°原水降至12°（见其化验报告NO.000107）;投药量35PPM时可将配制的1200°原水降至10°（见其化验报告NO.000106），其余有关指标不低于国内分步法产品净水指标。他们的结论是：此样品质量符合扬子石化公司水厂的要求，该样品的色泽、透明度、旋光度较分步法产品好得多。
一步法生产的聚硫氯化铝液体的外观特征是无色至淡黄色澄清透明，其相对密度在1.10以上。本法产品相对密度1.10时，其净水能力超过低挡净水剂与市售聚合氯化铝的净水能力相近，一步法生产高效净水剂聚硫氯化铝使用的基本化工原料包括：Al2O3百分含量在30%以上的氢氧化铝（商品名叫细轻铝-即等外品氢氧化铝）或铝 屑或铝灰，和硫酸铝、三氯化铝，浓度达8%以上的盐酸，浓度达10%以上的硫酸，水（饮用水或工业用水）。
附扬子石化公司水厂化验报告NO.000106，NO.000107

Claims (3)

1、一种生产聚硫氯化铝的方法，该法以氢氧化铝、盐酸、硫酸、水为原料，按配比投入反应器中，加热下进行聚合、反应完成后的物料经固液分离得聚硫氯化铝，其特征是原料还可加入三氯化铝和硫酸铝；当反应器中投入原料时启动搅拌机，控制在60分钟内将反应器中物料加热至60℃以上，120分钟加热至80℃以上，但物料的反应温度不得超过104℃；在常压80℃±2℃范围内进行60～90分钟聚合，聚合温度不得高于104℃，直至液体达无色至淡黄色，PH=2.5～3，再继续反应20～30分钟，即可停止加热；当物料降温至40℃以下时，即可得到液相产品；按下列配比称取原料：
氢氧化铝(细轻铝或铝灰)  15～25%(重量)
三氯化铝(工业纯)        2～4%(重量)
硫酸铝(工业纯)          4～6%(重量)
硫酸(工业纯)            1～3%(重量)
盐酸(工业纯)            60～66%(重量)
水(饮用水或工业用水)    4～8%(重量)
2、一种生产聚硫氯化铝的方法，该法以氢氯化铝、盐酸、硫酸、水为原料，按配比投入反应器中，加热下进行聚合，反应完成后的物料经固液分离得聚硫氯化铝，其特征是当反应器中投入原料时启动搅拌机，控制在60分钟内将反应器中物料加热至60℃以上，120分钟加热至80℃以上，但物料的反应温度不得超过104℃;在常压80℃±2℃范围内进行60～90分钟聚合，聚合温度不得高于104℃，直至液体达无色至淡黄色，PH＝2.5～3，再继续反应20～30分钟，即可停止加热;当物料降温至40℃以下时，即可得到液相产品;按下列配比称取原料：
氢氧化铝（或铝灰）  14～25%（重量）
盐酸（工业纯）  50～60%（重量）
硫酸（工业纯）  9～14%（重量）
水（饮用水或工业用水）  16～22%（重量）
3、根据权利要求所述1或2的方法，其特征是所用原料含AL2O330%以上的氢氧化铝、或铝屑、或铝灰。
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