CN103130246A - 一种微流体氧化亚硫酸铵溶液的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种微流体氧化亚硫酸铵溶液的方法，将含氧气流作为气相和亚硫酸铵溶液作为液相，分别通入微反应器中，两相在微反应器内在40～80℃下，发生氧化反应生成硫酸铵溶液，在微反应器出口处收集产品，即完成对亚硫酸铵溶液的氧化。该方法实现了对高浓度亚硫酸铵溶液可在数分钟内完成，氧化率达80～95%，并且不加催化剂，提高了产品纯度，降低了成本。微反应器可以精确调控反应物料配比、充分混合，且由于反应微管具有超高的比表面积和可控的流动性，故可控制反应温度和时间。这样不仅缩短反应时间，而且避免了传统反应中由于硫酸铵浓度变高而导致氧化率迅速下降及需随时调节溶液pH值的现象。
Description
技术领域
本发明属于化学工程与环境保护技术领域，具体涉及一种亚硫酸铵液体强制氧化的方法。
背景技术
工业上氨法脱硫是将工业废气中的SO2吸收生成亚硫酸铵，再进一步制取硫酸铵。高效经济地将较高浓度的亚硫酸铵转化为硫酸铵是氨法脱硫工艺试验工业化的关键。
微反应器是一种新型反应器，由于其有效通道或腔室的物理尺寸缩小到微米甚至纳米级，使得流体物理量如温度、压力、浓度和密度等的梯度急剧增加，导致传热传质推动力的大大增加，可使传热系数提高一个数量级而传质反应时间降低一个数量级。由此带来的优势即：反应设备以及反应体系大幅度缩减，反应过程的安全性大幅度提高，用地投资节省，材料消耗显著减少。
华东理工大学通过常规氧化试验（李伟，周静红，肖文德.高浓度亚硫酸铵氧化反应过程研究[J].华东理工大学学报，2001，27（3））结果表明：在亚硫酸铵浓度为0.94mol/L～0.95mol/L时，60℃空气氧化2h，氧化率不到60%，60℃纯氧氧化1h，氧化率达到80%；在亚硫酸铵浓度为1.31mol/L时，75℃纯氧氧化2h，氧化率达到80%。较长的反应时间及较低的氧化率限制了氨法脱硫方法的推广。为了提高氧化率，有的采用催化剂催化氧化，但是催化剂一般价格较高，这样不但提高了成本，也使产品含微量催化剂，导致产品不纯。本发明采用微反应器进行亚硫酸铵溶液氧化反应，不采用催化剂且氧化时间和氧化率较以往报道的常规方法有较大改善。
发明内容
本发明的目的在于提供一种反应时间短、氧化率高、产品纯度高的亚硫酸铵溶液氧化反应的方法。
本发明通过下列技术方案实现：一种微流体氧化亚硫酸铵溶液的方法，经过下列各步骤：
将含氧气流作为气相和亚硫酸铵溶液作为液相，分别通入微反应器中，两相在微反应器内在40～80℃下，发生氧化反应生成硫酸铵溶液，在微反应器出口处收集产品，即完成对亚硫酸铵溶液的氧化。
采用含氧气流作为氧化剂，即为含有氧气的气体，如空气、氧气。
所述亚硫酸铵溶液的浓度为0.8～1.2mol/L。
所述液相通过微反应器的流量为2～10mL/min。
所述气相通过微反应器的流量为50～100mL/min。
为反应完全，可以增加气相和液相在微反应器内的保留时间来实现，通过调节流量或者延长微反应器内微通道的尺寸。所述微反应器的出口处增加一段反应微管，其长度一般为2～8m，内径为1/8英寸（9.728mm）。
本发明提供的微反应器氧化亚硫酸铵的方法，不采用催化剂，且大幅缩短反应时间，明显提高了反应的氧化率，所获产物纯度高。该方法实现了对高浓度亚硫酸铵溶液（≥0.5mol/L）可在数分钟内完成，氧化率达80～95%，并且不加催化剂，提高了产品纯度，降低了成本。微反应器可以精确调控反应物料配比、充分混合，且由于反应微管具有超高的比表面积和可控的流动性，故可控制反应温度和时间。这样不仅缩短反应时间，而且避免了传统反应中由于硫酸铵浓度变高而导致氧化率迅速下降及需随时调节溶液pH值的现象。与传统氧化方法相比：反应设备以及反应体系大幅度缩减，反应过程的安全性大幅度提高，用地投资节省，材料消耗显著减少。该方法适用于各种不同可氧化溶液的强制氧化。
具体实施方式
为了更加详细地说明本发明，现列举下面几个实例加以说明，这些实例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明阐述的内容之后，本领域研究人员可以对本发明作各种改动或修改，这些形式同样落于本申请所附权利要求书所限定范围。
实施例1
将含氧气流（氧气）作为气相和浓度为0.8mol/L的亚硫酸铵溶液作为液相，分别通入微反应器中，液相通过微反应器的流量为2mL/min，气相通过微反应器的流量为50mL/min，两相在微反应器内在50℃下，发生氧化反应生成硫酸铵溶液，在微反应器出口处增加一段反应微管，其长度一般为3m，内径为1/8英寸（9.728mm），再在反应微管末端收集产品，即完成对亚硫酸铵溶液的氧化。反应结束后通过碘量法立即分析氧化率，氧化率为95.2%。
实施例2
将含氧气流（空气）作为气相和浓度为1.0mol/L的亚硫酸铵溶液作为液相，分别通入微反应器中，液相通过微反应器的流量为5mL/min，气相通过微反应器的流量为75mL/min，两相在微反应器内在40℃下，发生氧化反应生成硫酸铵溶液，在微反应器出口处增加一段反应微管，其长度一般为8m，内径为1/8英寸（9.728mm），再在反应微管末端收集产品，即完成对亚硫酸铵溶液的氧化。反应结束后通过碘量法立即分析氧化率，氧化率为90.1%。
实施例3
将含氧气流作为气相和浓度为1.2mol/L的亚硫酸铵溶液作为液相，分别通入微反应器中，液相通过微反应器的流量为10mL/min，气相通过微反应器的流量为100mL/min，两相在微反应器内在80℃下，发生氧化反应生成硫酸铵溶液，在微反应器出口处增加一段反应微管，其长度一般为2m，内径为1/8英寸（9.728mm），再在反应微管末端收集产品，即完成对亚硫酸铵溶液的氧化。反应结束后通过碘量法立即分析氧化率，氧化率为80.9%。
实施例4
将含氧气流作为气相和浓度为0.8mol/L的亚硫酸铵溶液作为液相，分别通入微反应器中，液相通过微反应器的流量为2mL/min，气相通过微反应器的流量为50mL/min，两相在微反应器内在80℃下，发生氧化反应生成硫酸铵溶液，在微反应器出口处收集产品，即完成对亚硫酸铵溶液的氧化。反应结束后通过碘量法立即分析氧化率，氧化率为80.1%。
Claims (5)
1.一种微流体氧化亚硫酸铵溶液的方法，其特征在于经过下列各步骤：将含氧气流作为气相和亚硫酸铵溶液作为液相，分别通入微反应器中，两相在微反应器内在40～80℃下，发生氧化反应生成硫酸铵溶液，在微反应器出口处收集产品，即完成对亚硫酸铵溶液的氧化。
2.根据权利要求1所述的微流体氧化亚硫酸铵溶液的方法，其特征在于：所述亚硫酸铵溶液的浓度为0.8～1.2mol/L。
3.根据权利要求1所述的微流体氧化亚硫酸铵溶液的方法，其特征在于：所述液相通过微反应器的流量为2～10mL/min。
4.根据权利要求1所述的微流体氧化亚硫酸铵溶液的方法，其特征在于：所述气相通过微反应器的流量为50～100mL/min。
5.根据权利要求1所述的微流体氧化亚硫酸铵溶液的方法，其特征在于：所述微反应器的出口处增加一段反应微管，其长度为2～8m，内径为1/8英寸。
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|---|---|---|---|---|
| CN112551549A (zh) * | 2020-12-17 | 2021-03-26 | 南京延长反应技术研究院有限公司 | 一种亚硫酸铵氧化的反应系统及方法 |
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