DE3020329A1

DE3020329A1 - Verfahren zur herstellung von chlordioxid

Info

Publication number: DE3020329A1
Application number: DE19803020329
Authority: DE
Inventors: Gerald Cowley
Original assignee: Erco Industries Ltd
Current assignee: Erco Industries Ltd
Priority date: 1979-05-31
Filing date: 1980-05-29
Publication date: 1981-02-19
Also published as: US4250159A; ES8105232A1; FR2457837A1; IT1140981B; IT8022449A0; ES492055A0; PL224663A1; CA1136378A; BE883562A; CH646120A5; DE3020329C2; FR2457837B1; NL8003190A; JPS55162404A; US4366120A

Description

Patentanwälte DIpL ing, Hans^rOrgeB Möller Or. nt. net. Thomae Bereedt

Dr.-Ing. Hane Leyh

^GrahnStree.se D 6 M»d*_n 80

Dr. Be/Kä

Erco Industries Limited 2 Gibbs Road, Islington, Ontario Canada M9B 1R1

Verfahren zur Herstellung von Chlordioxid

Beschreiblang

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von wässriger Chlordioxidlösung, insbesondere ein·,. automatisiertes Herstellungsverfahren für Chlordioxid in kleineren Mengen zur Verwendung und zur Behandlung von Abwasser.

Die Verwendung von Chlordioxid bei der Behandlung von Abwasser für Desinfektionszwecke ist bekannt und hat

SjB (T £11—

bekanntlich Vorteile¹ über der Verwendung von Chlor. Relativ kleine Mengen Chlordioxid werden bei dieser Verwendung benötigt,im typischen Fall von 227 bis 907 kg/Tag bei einer Anlage zur Behandlung von Gemeindeabwässern einer Gemeinde mittlerer Größe. Anlagen, die in kleineren Mengen Chlordioxidlösung nach Bedarf erzeugen und in sicherer Weise und relativ wartungsfrei arbeiten, sind jedoch nicht bekannt. Es ist bekannt,Chlordioxid durch Reaktion von Strömen von Natriumchloratlösung und Schwefeldioxid im Gegenstrom bei Atmosphärendruck zu erzeugen, wie in der US-PS 2,598,087 beschrieben. Ein derartiges Verfahren ist relativ einfach im Betrieb, hat jedoch bisher nicht sein kommerzielles Potential auswirken können, weil es hinsichtlich der Chlordioxidproduktion mit geringem Wirkungsgrad arbeitet.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren2ur Herstellung von wässriger Chlordioxidlösung zur Verwendung bei der Abwasserbehandlung. Eine als Bauteil konstruierte automatisierte Anlage bzw. Vorrichtung, die betriebssicher ist und nur begrenzte Wartung erfordert und daher zum Betrieb durch ungelernte und angelernte Arbeitskräfte geeignet ist, wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verwendet. Erfindungsgemäß wurde ein Weg gefunden, den durch den Sttnd der Technik bekannten Prozeß der Erzeugung von Chlordioxid derart anzuwenden, daß die Einfachheit des Betriebs mit Vorteil genutzt werden kann.

Erfindungsgemäß fließt eine wässrige Lösung von Natriumchlorat unten in einem Turm in einem Gegenstrom zu aufströmenden gasförmigen Schwefeldioxid unter Bildung von Chlordioxid, wobei der Turm unter Unterdruck gehalten wird, um ein Austreten von Chlordioxid zu verhüten und Chlordioxid aus dem Turm zu entfernen,und das Chlordioxid wird in Wasser gelöst, um eine wässrige Chlordioxidlösung zu bilden.

Konzentrationen von Chlordioxid von etwa 1 bis 3 giVl sind vorzugsweise in der Produktlösung vorhanden, um den Verlust aus der Lösung beim Lagern auf einein Minimum zu erhalten und zu verhüten, daß gekühltes Wasser beim Auflösen verwendet werden muß.

Der Betrieb des Verfahrens ist vorzugsweise automatisiert, wobei je nach dem Bedarf für Chlordioxidlösung als Ergebnis eines abgefühlten geringen Bestands oder einer manuellen Betätigung eine bestimmte Folge von Sicherheitsprüfungeri zunächst bewirkt wird und anschließend eine bestimmte Folge von Schritten stattfindet, um den Betrieb zu beginnen, so daß die Produktion von Chlordioxidlösung eingeleitet wird. Während der Produktion werden die Sicherheitsprüfungen aufrechterhalten, so daß ein Abschalten eingeleitet werden kann, wenn vorbestimmte Sicherheitsgrenzen überschritten werden. Wenn der erforderliche Bedarf für Chlordioxidlösung erfüllt ist, wird der Betrieb eingestellt und die verschiedenen Leitungen für Lösungen und für Gas werden ausgespült.

In den beigefügten Zeichnungen stellen dar

Fig. 1 ein schematisches Schließschema der Produktion einer wässrigen Lösung aus Chlordioxid gemäß einer Ausführung sform der Erfindung.

130006/0614

Fig· 2 eine schematische perspektivische Ansicht des in sich selbst geschlossenen Bauteils und dessen physischer Elemente gemäß der Verfahren von Fig. 1 und

Fig. 3 ein logisches Fließdiagramm der automatischen Operationen des Verfahrens zur Herstellung von Chlordioxidlösung gemäß Fig. 1.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 und Fig. 2 umfaßt die Vorrichtung zur Erzeugung von Chlordioxidlösung 10 einen in sich abgeschlossenen Bauteil 12, eine Anzahl von außengelegenen Einspeiseleitungen und ebenfalls außengelegene Vorratsbehälter für die wässrige Chlordioxidlösung. Ein röhrenförmiger Reaktionsturm 14 ist in dem Bauteil vorgesehen, in welchem Chlordioxid erzeugt wird. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 wird Chlordioxid durch eine Modifikation des sogenannten ^HRapson-Wayman^M-Verfahrens,das in der US-PS 2,598,087 beschrieben ist, erzeugt.

Beim Rapson-Wayman-Verfahren wird Chlordioxid, das im wesentlichen frei von Chlorgas ist,durch Reaktion von Natriumchlorat mit Schwefeldioxid gemäß der Gleichung

NaClO, + 1/2 SO₂ > ClO₂ + 1/2 Na₂SO^ erzeugt.

Die Reaktion wird bei einer hohen Gesamtnormalität der Säure von etwa 9,5 bis 11 bewirkt. Dieses Verfahren zur Erzeugung von Chlordioxid hat bei der Überführung von Natriumchlorat in Chlordioxid einen etwas geringen Wirkungsgrad und bildet Schwefelsäure als Nebenprodukt, wird aber trotzdem gemäß der Erfindung verwendet hinsichtlich der Einfachheit des Betriebs und der geringen Kosten von Kapital und Betrieb.

Im Reaktionsturm 14 wird die Natriumchloratlösung, die durch die Leitung 16 auf das obere Ende eingespeist wird,von einem Vorratstank 18 für wässrige Natriumchloratlösung beschickt,der ausserhalb des Bauteils 12 angeordnet ist,und die Lösung fließt und nach unten und im

1300O8/O6U

Gegenstrom zu aufsteigendem Schwefeldioxidgas, das am Boden des .Turma 14 durch die Leitung 20 eingespeist wird und aus ■„ .·. . Vorratszylindern 22 für flüssiges Schwefeldioxid stammt, die ausserhalb des Bauteils 12 angeordnet sind. Die Reaktion zwischen dem Schwefeldioxid und dem Natriumchlorat wird hauptsächlich im unteren Teil des Reaktionsturms 14 bewirkt. DAe Ausmaß

der Vergasung des Schwefeldioxids für die Einspeisung in den Reaktionsturm 14 wird weiter unten erläutert. Die Natriumchloratlösung enthält gewöhnlich eine kleine Menge Natriumchlorid zur Förderung der Einleitung der Produktion von Chlordioxid, z. B. 0,1 Gew.-% Natriumchlorid (als Chlorid), bezogen auf das Gewicht der Natriumchlorat-Kristalle.

Die Natriumchloratlösung wird im Vorratstank 18 durch eine zweckmäßige Heizvorrichtung 23, die mit dem Tank verbunden ist, erwärmt. Die Temperatur der Natriumchloratlösung im Vorratstank 18 wird oberhalb etwa 50⁰C bis etwa 55⁰C gehalten, um zu gestatten, daß die Reaktion zur Erzeugung von Chlordioxid bei erhöhter Temperatur von etwa 50 bis etwa 80°c, vorzugsweise etwa 50 bis etwa 60⁰C be-

mit
wirkt wird in ähnlicher Weise erhitzt em Schwefeldioxid im Reaktionsturm 14.

Chlordioxid wird oben vom Reaktionsturm 14 durch die Leitung 24 unter dem Einfluß einer Wasserstrahlpumpe 26 abgezogen, die ebenfalls den Turm 14 unter einem Unterdruck von etwa 80 bis etwa 100 mm Hg hält. Der Wert des Unterdrucks bei jeder Reaktionstemperatur sollte oberhalb des Drucks liegen, bei welchem die Reaktionsflüssigkeit siedet.

Der Unterdruck stellt sicher, daß der Partialdruck von Chlordioxid unterhalb desjenigen Drucks liegt, bei welchem eine spontane Zersetzung erfolgt. Zusätzlich verhütet der Unterdruck ein Auslecken von schädlichen Gasen, wenn die Vorrichtung nidit funktioniert.

13ÖUÖ8/06U

Die Wasserstrahlpumpe 26 wird durch Wasser in der Leitung 28 aus einer Einspeiseleitung 30 ausserhalb des Bauteils 12 durch eine Pumpe 32 und Filter 34 beschickt. Das Wasser löst das Chlordioxidgas und etwa restliche Luft wird von der Lösung in einem Absorptionsturm 36 abgetrennt. Die abgetrennte Luft wird durch die Leitung 38 an die Atmosphäre abgegeben.

Die erzeugte Chlordioxidlösung wird durch die Leitung 40 in einen Vorratstank für Chlordioxidlösung 42 gegeben, der sich ausserhalb des Bauteils 12 befindet. Die Chlordioxidlösung kann aus dem Lagertank 42 durch die Pumpe 44 an eine Stelle durch die Leitung 46 gepumpt werden, an der Abwasser behandeLt werden soll.

Die Wasserstrahlpumpe 26 wird durch ihre Größe und die Strömungsgeschwindigkeit des Wassers durch diese hindurch derart geregelt, daß nicht nur der gewünschte Unterdruck erzeugt wird, sondern auch eine relativ geringe Konzentration von gelöstem Chlordioxid in der Lösung gebildet wird, gewöhnlich unter etwa 3g-'/l in typischem Fall etwa 1 bis 3 g:Vl· 3h solchen Konzentrationen wird kein abgekühltes Wasser benötigt, um eine vollständige Auflösung des Chlordioxids zu bewirken und es können Umgebungstemperaturen von etwa 5⁰C bis etwa 25⁰C verwendet werden. Zusätzlich ist ein kontinuierliches Waschen der Abgase des Vorratstanks nicht nötig, da die Konzentration von Chlordioxid in der Lösung unterhalb des Sättigungspunktes liegt, was ein anderer Faktor ist, der zu der insgesamt einfachen und sicheren Betriebsweise des Systems beiträgt.

Der Gegenstrom von Natriumchlorat und Schwefeldioxid im Reaktionsturm 14 erzeugt ein flüssiges abströmendes Produkt, das Schwefelsäure enthält, welche gelöstes

130008/0614

Natriumsulfat enthält. Dieser flüssige Abströmt kann vom unteren Ende des Turms 14 zu einem Punkt zurückgeführt werden, der teilweise oberhalb dieses Endes am Turm 14 liegt, um den Wirkungsgrad der Ausnützung der Chemikalien zu erhöhen.

Der Strom der flüssigen Nebenprodukte wird am Boden des Reaktionsturms 14 durch Verwendung einer zweiten

48
Wasserstrahlpumpe abgezogen, die mittels der Leitung 50 angeschlossen ist. Die Wasserstrahlpume 48 wird durch die Leitung 52 aus der aussengelegenen Einspeisungsleitung parallel zur Wassereinspeisung in die Leitung 28 zur ersten Wasserstrahlpumpe 26 gespeist. Die zweite Wasserstrahlpumpe 48 dient dazu, den flüssigen Abstrom an der Basis des Turms 14 abzuziehen und zu verdünnen, damit er durch die Leitung 52 entfernt werden kann. Der verdünnte Strom von abströmender Schwefelsäure in der Leitung 52 kann verschiedenen Verwendungen bei der Abfallaufarbeitung zugeführt werden und zur Herstellung von Alaun verwendet werden.

Eine kompakte Erhitzervorrichtung ist vorgesehen, die aus Heizelementen56 und einem Ventilator 58 bestehen, damit Luft über die Heizelemente in Wärmeaustausch mit drei Reihen von Röhrenradiatoren mit Kühlplatten 60 ϊ '■.&. gebracht werden. Die Heizvorrichtung 54 wird hauptsächlich zum Erhitzen von Schwefeldioxid verwendet, das durch eine der Radiatorreihen 60 auf einer erhöhtem Temperatur oberhalb 50⁰C bis etwa 60⁰C durchströmt, um zu gestatten, daß die Reaktion zur Erzeugung von Chlordioxid^lfrhöhter Temperatur mit der in ähnlicher Weise erhitzten Natriumchloratlösung bewirkt wird, wie oben erläutert. Die Heitvorrichtung 54 heizt ebenfalls zum Spülen verwendete Luft und Spülwasser.;w..v .,, welche;· durch die beiden anderen Radiatorreihen 60 durchlaufen.

130Ö08/06U

Das Schwefeldioxid wird in flüssiger Form von einem der aussengelegenen Zylinder 22 in die Einspeiseleitung 62 und in eine erste Expansionskammer 64 zur Verdampfung eingespeist. Das verdampfte Schwefeldioxid wird dann durch die Leitung 66 im Wärmeaustausch mit dem Erhitzer 54 in eine zweite Expansionskammer 68 geleitet, um die Einspeisung in der Leitung 20 zu bilden.

Eine Luftspülleitung 70 geht im Wärmeaustausch mit dem Erhitzer 54 von einem Filter 72, welcher mit der Atmosphäre in Verbindung steht, zur Einspeiseleitung 66 für Schwefeldioxid stromab des Erhitzers 54 und stromauf der zweiten Expansionskammer 68.

Eine Wasserspülleitung 74 ist zwischen der stromabgerichteten Seite der Filter 34 und der Einspeiseleitung für Natriumchloratlösung angeordnet und befindet sich im Wärmeaustausch zum Erhitzer 54. Der Zweck der Spülleitungen 70 und 74 wird weiter unten näher erläutert bei der Beschreibung des Arbeitens der Anlage 10.

Beim*.Betrieb der Anlage 10 werden Verfahrensschritte entsprechend einer vorbe stimmten Reihe von Schritten gemäß dem logischen Fließdiagramm von Fig. 3 durchgeführt. Der Betrieb wird hinsichtlich Fig. 3 im folgenden erläutert.

Die Bildung von Chlordioxidlösung kann manuell oder durch Ansprechen hinsichtlich eines niedrigen Standes von Chlordioxidlösung im Vorratstank 42 erfolgen, welcher vom Sensor für den Flüssigkeitsstand LS-2 abgefühlt wird. Ein solcher niedriger Stand des Vorrats von Chlordioxidlösung entspricht gewöhnlich etwa 15 % der Lagerkapazität des Tanks42, der im typischen Fall etwa 30 min Bevorratung von Chlordioxidlösung mit der maximalen Strömungsgeschwindigkeit, die von der Pumpe 44 erzie^-bar ist, dargestellt.

8/οέΗ

Die abgefühlten Werte für bestimmte Parameter werden ihrerseits durch geeignete Sensoren geprüft, um sicherzusiäJLen, daß sie innerhalb zulässiger Grenzen liegen, bevor weiter im Verfahren gearbeitet wird. Im folgenden sind die geprüften Parameter angegeben, zusammen mit ihren "normalen" Werten und dem verwendeten Sensor:

Natriumchloratlösung

Temperatur in Tank 18 nicht unter 15*C TS-1

Natriumchloratvorrat über 20 % Maximal-Stand in Tank 18 vorrat LS-3

Druckdifferenz im

Reaktor 14 (von oben

nach unten) unter 25 mm Hg PS-7

Abgastemperatur in nicht über 60⁰C

Leitung 24 (gewöhnlich unter 40^0^3-4

Schwefeldioxidvorrat über 1,41 kg/cm

(gewöhnlich über etwa 2,81 kg/cm²) PS-1

In dem Fall, daß einer der obigen Parameter ausserhalb der zulässigen Grenze liegt, schaltet sich die Anlage automatisch ab und erfordert eine manuelle Neueinstellung nach Korrektur des fehlerhaften Parameters.

Unter der Annahme, daß diese Parameter innerhalb der benötigten Grenzen liegen, wird die zum Betrieb benötigte Schrittfolge eingeleitet. Der Erhitzer 54 (Q1) wird betätigt und ein Luftventil EV-3, daß in der Luftspülleltung 70 liegt, wird geöffnet. Diese Betätigungen erlauben, daß die Schwefeldioxideinspeiseleitung 20ind der Reaktor 14 schnell aufgeheizt werden.

Die Wasserpumpe 32 (P1) wird betätigt, wodurch Wasser durch die Filter 34 in die Wasserstrahlpumpen 26 und 48

13Ö00Ö/O6U

fließt, worauf ein Zeitgeber für den Reaktordruck den Betrieb aufnimmt. Der Wasserdruck wird durch einen Druckkühler PS-5 abgefühlt, um sicherzustellen, daß der Wasserdruck stromab der Filter 34 etwa 10,5 kg/m übersteigt. In dem Fall, daß ein solcher Druckwert nicht abgefühlt wird, schaltet die Anlage ab.

Unter dem Einfluß des Wasserstroms durch die Leitung erzeugt die Wasserstrahlpumpe 26 ein Vakuum am Reaktionsturm 14 und das Wasser läuft zum Ablauf durch die Leitung 76. Der Druck in der Leitung 24 wird durch den Druckfühler PS-4 abgefühlt und beim * des vorbestimmten Vakuumwerts von unter etwa 100 mm Hg innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne nach dem Betrieb der Wasserpumpe, die gewöhnlich drei Minuten beträgt, wie durch den Zeitgeber für den Reaktordruck bestimmt wird, . infolge von Leckagen durch Luftaustritt, Wassermangel oder Blockierung von Filtern ^sHLn Abschalten der Anlage erfolgen.

Gleichzeitig mit der Betätigung des Erhitzers 54 (Q1) beginnt ein Zeitschalter für die Erzeugung von Schwefeldioxid zu laufen. Die kombinierte Betätigung der Wasserstrahlpumpe 26 und des offenen Ventils EV-3 gestattet, daß aufgewärmte Luft durch die zweite Expansionskammer 68 für Schwefeldioxid aufgezogen wird und damit durch den Reaktionsturm 14 geleitet wird,ua diesen auf die gewünschte Reaktionstemperatur anzuwärmen. Wenn die folgenden Bedingungen nicht vorhanden sind, nachdem eine vorbestimmte Zeitspanne vom Betriebsbeginn des Erhitzens 54 (Q1) : ^gerechnet, die typisch 3 min beträgt; gemäß der Zeitschaltung für die Schwefeldioxiderzeugung_ywird die Anlage abgeschaltet:

Expansionskammertemperatur nicht unter 50⁰C TS-2

Expansionskammerdruck nicht über t00 mm Hg PS-3

130ÖÖ8/0ÖU

ORIGINAL INSPECTED

temperatur nicht unter 5O⁰C TS-5

Unter der Annahme, daß die gewünschten Bedingungen erreicht sind, wird das Ventil EV-3 geschlossen. Während der Erzeugung van Chlordioxidlösung fühlen die Temperatursensoren TS-2 und TS-5 kontinuierlich jeweils die Temperaturen ab,und wenn der abgefühlte Wert ausserhalb des benötigten Bereichs liegt, wird das Abschalverfahren betätigt.

Die Anlage ist nun fertig zur Erzeugung von Chlordioxid. Das Ventil EV-1 in der Einspeiseleitung für Natriumchloratlösung öffnet sich und die Dosierpumpe P2 für Chlorat beginnt zu arbeiten. Ein Strömungs-Zeitenmesser für Chlorat fängt an zu arbeiten, wobei dann, wenn der Strom von Natriumchloratlösung in? der Leitung 16 nicht vom Strömungssensor FS-1 abgefühlt wird, innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne, typisch von 2 min, oder in dem Fall, wenn kein Strom zu Jeder Zeit während der Produktion von Chlordioxidlösung gefühlt wird, das Sperrverfahren für das System betätigt wird..

Wenn eine Strömung von Natriumchloratlösung vorhanden ist, öffnet sich das Einspeiseventil EV-2 für Schwefeldioxid, um die Produktion von Chlordioxid einzuleiten. Nach einer kurzen Verzögerung, die erlaubt, daß die Chlordioxidbildung fortschreitet, öffnet sich das Ventil EV-5 und bildet eine Verbindung zwischen Leitung 40 und dem Lagertank 42 und gestattet, daß eine Chlordioxidlösung aus dem Bauteil 12 in den Lagertank 42 geleitet wird, wonach die Strömung durch die Abzugsleitung 76 aufhört.

Wie oben bemerkt, werden verschiedene Parameter kontinuierlich gesteuert, um sicherzustellen, daß sie innerhalb vorbestimmter Grenzen während der Produktion von

13ÖÖÖS/06U

Chlordioxid bleiben. Diese Parameter können wie folgt zusammengestellt werden:

Schwefeldioxid-Expansionkammertemperatur TS-2

Reaktorflüssigkeitstemperatur TS-5

Reaktordruck PS-4

SOp-Expansionskammerdruck PS-3

Chloratstrom FS-1

Wasserdruck PS-5

Zusätzlich zu diesen Parametern werden ebenfalls verschiedene andere Parameter kontinuierlich abgefühlt, um anzuzeigen, wenn nicht normale Zustände auftreten, wobei diese Parameter die folgenden sind:

Chlorat-Lagertemperatur Abgastemp eratur Reaktor-Druckdifferenz Chlorat-Vorratsstand SOg-Vorratsstand

Wenn während der Produktion von Chlordioxidlösung durch die Anlage 10 irgendeiner der Sensoren einen Wert ausserhalb des benötigten oben genannten Bereichs entdeckt, wird das Abschaltverfahren des Systems betätigt. Die Regelschaltung, die im typischen Fall in einem Schaltbrett4?e)untergebracht ist, kann eine leichte Aufeinanderfolge von Schritten für das leichte Auffinden der Quelle von Fehlern im Fall des Abschaltens des Systems umfassen. Hörbare Signale bei fehlerhaftem Funktionieren können ebenfalls vorgesehen sein. Diese Prüfanlagen stellen sicher, daß ein fehlergeschützter automatischer Betrieb stattfindet.

130ÖÖ8/06U

Wenn der Stand der Chlordioxidlösung im Lagertank 42 den gewünschten Vorratsstand gemäß der Anzeige des Flüssigkeitsstands des Sensors LS-3 erreicht, was gewähnlich bei etwa 85 % der maximalen Lagerkapazität des Lagertanks 42 der Fall 1st, wird eine Abschaltfolge eingeleitet, die das oben genannte Verfahren zum Einleiten der Reaktion umkehrt. Dieses Abschaltverfahren wird nicht auf dem logischen Fließdiagramm wiedergegeben, da dies sich leicht aus der logischen Folge beim Einschalten ergibt.

In dem Fall, daß das Auffinden des gewünschten Vorratsstands durch LS-3 nicht das Abschalten einleitet, ist ein zusätzlicher Flüssigkeitsstands-Sensor LS-4 vorgeshen, um anomal hohe Vorratsstände zu entdecken, wie z. B, bei 95 % der maximalen Lagerkapazität des Lagertanks 42, was dann das Abschalten einleitet.

Eine zeitgeschaltete Ausspüloperation, die im typischen Fall etwa 5 min dauert, kennzeichnet die letzte Phase des normalen oder anomalen Abschalt ens. Nach Betätigung der Spülfolge unter Verwendung einer Zeituhr für das Ausspülen öffnet sich das Wasserspülventil EV-8, es öffnet sich das Luftspülventil EV-3, die Wasserpumpe P1 beginnt zu arbeiten und die Dosierpumpe P2 für Chlorat beginnt ebenfalls zu arbeiten.

Wasser, das zur Wasserstrahlpumpe 26 unter dem Einfluß der Pumpe P1 fließt, verursacht, daß Spülluft durch die Leitungen für den Gasstrom und dem Turm 14 eingezogen wird, um letzteren zu spülen. Die Luft wird an die Atmosphäre durch die Leitung 38 abgegeben und das Wasser strömt zum Ablauf durch die Leitung 76 über.

Wasser, das in die Einspeiseleitung 16 für Chlorat unter dem Einfluß der Pumpe P2 einströmt, spült die Chloratleitung

13ÖÖÖ6/06U

302032a

und wäscht ebenfalls flüssiges Material aus dem Turm 14. Wasser, das unter dem Einfluß der Pumpe P1 zur Wasserstrahlpumpe 48 strömt, verursacht, daß die abströmende Flüssigkeit aus dem Reaktorturm 14 entfernt wird und durch die Leitung 52 zum Abfluß ausgetragen wird.

Aufgewärmte Luft und Wasser werden in den Spülfolgen verwendet, so daß weniger Wärme dem System zugeführt werden muß, wenn die Vorrichtung anschließendwieder in Betrieb gesetzt wird.

Wenn die erforderlichen Spülgänge vervollständigt sind, wie dies von der Zeitschaltung für die Spülung bestimmt wird, werden die Pumpen P1 und P2 abgeschaltet und die Ventile EV-3 und EV-8 werden geschlossen. W_enn die Anlage abgeschaltet wird in Reaktion auf normale Betriebsbedingungen, befindet sich die Anlage im Wartezustand, wobei entweder eine manuelle erneute Einstellung abgewartet wird, oder ein neues Anfahren erfolgt aufgrund eines abgefühlten geringen Standes von Chlordioxidlösung im Lagertank 42 durch den Sensor LS-2. Wenn die Anlage als Ergebnis anomaler Bedingungen abgeschaltet wird, kann sie nicht erneut in Betrieb genommen werden, bis sie manuell nach Korrektur der anomalen Bedingungen, die das Abschalten verursacht haben, erneut in Betrieb genommen wird.

Ein weiterer Drucksensor PS-6 isijmit der Expansionskammer 68 verbunden. Dieser Drucksensor veranlagt die Öffnung des Ventils EV-7 zum Ausspülen von ;J.lu: , ^Schwefeldioxid wenn ein Drufck oberhalb von 1,05 kg/cm in der Expansionskammer abgefühlt wird, so daß vermieden wird, daß flüssiges Schwefeldioxid in den Reaktionsturm 14 eintritt.

130000/OiU

Die Anlage 10 besteht daher aus einem kompakten Bauteil 12 aus Vorrichtungen, der nur Anschlüsse an einen Lagertank 18 für Natriumchlorat, Lagerzylindern 22 für Schwefeldioxid, eine Wasseranschlußleitung 28, einen Lagertank 42 für Chlordioxidlösung, eine Quelle für elektrische Energie und Abzugsleitungen 52 und 76 benötigt. Dieser Bauteil 12 ist leicht in kompakter Form in abseits gelegenen Stellen zusammengebaut, wie sich aus Fig. 2 erkenim läßt, und vom Verwendungsort für die Chlordioxidlösung transportiert.

Die Anlage 10 erzeugt im wesentlichen chlorfreie Chlordioxidlösung zur Verwendung zur Abwasserbehandlung und arbeitet automatisch in Abhängigkeit von niedrigen Vorratsständen oder kann manuell betrieben werden, fialls dies erwünscht ist. Die Anlage 10 hat eingebaute Sicherheitsprüfstellen, um das richtige. Funktionieren sicherzustellen, und eine automatische Abschaltfolge in Kombination mit hörbaren und sichtbaren Signalen im Fall fehlerhafter Funktion. Eine automatische Abschaltfolge im Fall sonstiger Fehlfunktionen ist somit vorgesehen.

Die Anlage 10 ist praktisch wartungsfrei, erfordert nur die Zufuhr elektrischer Energie und von Wasser für den Betrieb und lediglich periodische Überprüfungen der Vorratshaltung von Chlorat und Schwefeldioxid durch einfache ungelernte Betriebkräfte, um betriebfertig zu sein.

Beispiel

Es wurde eine Anlage für kleine Produktionsmengen des beschriebenen Typs unter Bezugnahme auf die Fig. 1-3 in Betrieb genommen zur Erzeugung einer wässrigen

130008/06U

Chlordioxidlösung einer Konzentration von 3 gv/1. Der Reaktor 14 wurde bei einer Temperatur von 6O⁰C und einem Druck von 100 mm Hg betrieben. Die folgenden Parameter waien ^e 453 g hergestelltes Chlordioxid erhalten:

kg Chemikalienverbrauch~ι 0.453 ne 0.453 kg:

NaClO₃	2,35
SO₂	2,616
Verbrauchte Säuren: ,
H₂SO₄	o,92
Na SO,	3,04
2 ^H
NaClO₃	0,07
Dienstleistungen:
Wasser	170 1
Energie	, 10 kW

Somit wird durch die Erfindung ein verbessertes automatisiertes Verfahren zur Herstellung von Chlordioxidlösung zur Verwendung bei der Behandlung von Abwässern geschaffen. Modifikationen sind innerhalb des Erfindungsgedanken möglich.

130008/0814

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Chlordioxid in Form einer wässrigen Lösung durch Umsetzen von im Gegenstrom gegeneinander geführter Ströme aus einer Natriumchloratlösung und Schwefeldioxid bei einer gesamten Säure-Normalität von etwa 9,5 bis etwa 11 in einer aufrecht stehenden Reaktionszone für Gase mit Flüssigkeiten und Kontaktieren des erhaltenen Chlordioxid-Gasstroms mit Wasser unter Bildung einer wässrigen Chlordioxidlösung, dadurch gekennzeichnet, daß die Ströme der Reaktionsteilnehmer eine Temperatur von etwa 5O⁰C bis etwa 60⁰C haben, daß die Reaktion bei einer Temperatur von etwa 50 C bis etwa 80⁰C durchgeführt wird, daß die Reaktionszone auf einem Unterdruck von etwa 80 bis 100 mm Hg und oberhalb des Siedepunkts des Reaktionsmediums gehalten wird, und daß das Chlordioxid mit Wasser bei einer Temperatur von etwa 5⁰C bis etwa 25⁰C bei einer Strömungsgeschwindigkeit von Wasser, die ausreicht, eine wässrige Chlordioxidlösung zu bilden, die einen Gehalt an gelöstem Chlordioxid von unter etwa 3 g/l aufweist, kontaktiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Nebenprodukt aus der Reaktionszone abgesaugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Flüssigkeitsvoluaen in dem Lagerbehälter, in welchen die wässrige Chlordioxid» lösung eingeleitet wird, kontinuierlich abgefühlt wird, daß die Produktion von wässriger Chlordioxidlösung durch das Verfahren dann begonnen wird, wenn ein vorbestimmtes abgefühltes niedriges Volumen gemessen wird und daß die Produktion von wässriger Chlordioxidlösung beendet wird, wenn ein vorbestimmter oberer Volumenwert abgefühlt wird.

130008/0614

ORIGINAL INSPECTED

4. Verfahren nach Anspruch 3» d_adurch gekennzeichnet, daß ea der Produktion von wässriger Chlordioxidlösung durch das Verfahren folgende Verfahrensschritte durchgeführt werden:

(a) daß die Temperatur der wässrigen Natriumchloratlösung in deren Vorratszone abgefühlt wird, um sicherzustellen, daß die Temperatur nicht unter etwa 5O⁰C beträgt,

(b) daß das Volumen der wässrigen Natriumchloratlösung in

der Vorratszone für die Natriamchloratlösung abgefühlt.wird, um sicherzustellen, daß das Volumen größer ist als eine vorbestimmte untere Volumengrenze,

(c) daß der Druckunterschied zwischen dem oberen Ende und dem unteren Ende der Reaktionszone abgefühlt,wird, um sicherzustellen, daß die Druckdifferenz weniger als etwa 25 mm Hg beträgt,

(d) daß die Abgastemperatur aus der Reaktionszone abgefühlt wird, um sicherzustellen, daß die Abgastemperatur nicht mehr als etwa 60⁰C beträgt,

(e) daß der Druck von flüssigem Schwefeldioxid, aus welchem der gasförmige Schwefeldioxid-Einspeisestrom gebildet wird, abgefühlt wird, um sicherzustellen, daß der Druck wenigstens 1, 41 kg/cm (20 psig) beträgt,

(f) daß das Erhitzen eines Luftstroms, der mitder Reaktionszone in Verbindung steht, begonnen wird und anschließend die Temperatur des Abgasstroms aus der Reaktionszone abgefühlt wird, um sicherzustellen, daß eine Temperatur von etwa· 5O⁰C bis etwa 60⁰C in einer ersten vorbestimmten Zeitspanne erreicht wird, und die Temperatur eine* Expansionszone in dem Schwefeldioxid-Einspeisestrom abgefühlt wird, um sicherzustellen, daß eine Temperatur von etwa 50⁰C bis etwa 60⁰C in der ersten vorbestimmten Zeitspanne erreicht wird,

(g) daß man das Erhitzen des Luftstroms und dessen Strom zu der Reaktionszone nach der ersten vorbestimmten Zeitspanne einstellt,

(h) daß man den Wasserstrom einschaltet, um das Aufbringen von Unterdruck auf das obere Ende der Reaktionszone einzuleiten und eine Saugkraft an das untere Ende der Reaktionszone anzulegen,

(i) daß der Druck des Wassers abgefühlt wird, um sicherzustellen, daß der Druck des Wasserstroms wenigstens 10,5 kg/cm² (150 psig) beträgt,

(j) daß der Druck in dem Abgasstrom abgefühlt,wird, um sicherzustellen, daß die Reaktionszone einen Druck von etwa 80 bis etwa 100 mm Hg in einer zweiten vorbestimmten Zeitspanne aufweist,

(k) daß der Strom der Natriitmchloratlösung aus der Vorratszone für Natriumchlorat zum oberen Ende der Reaktionszone begonnen wird und abgefühlt wird, um sicherzustellen, daß der Strom der Natriumchloratlösung in einer dritten vorbestimmten Zeitspanne erreicht,wird,

(1) daß der Strom von flüssigem Schwefeldioxid aus der Vorratszone für flüssiges Schwefeldioxid eingeleitet und das flüssige Schwefeldioxid expandiert wird unter Bildung von gasförmigen Schwefeldioxid und Erhitzen der gasförmigen Schwefeldioxids auf eine Temperatur von etwa 50⁰C bis etwa 6O⁰C durchgeführt wird und

(m) daß der Durchgang von wässriger Chlordioxidlösung in die Vorratszone für wässriges Chlordioxid in Gang gesetzt wird.

■ l·

3020323

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß während der Produktion von wässriger Chlordioxidlösung durch das Verfahren folgende Verfahrensschritte durchgeführt werden:

(a) daß die Temperatur der Natriumchloratlösung in der Vorratszone für Natriumchloratlösung abgefühlt wird, um sicherzustellen, daß die Natriumchloratlösung eine Temperatur im Bereich von etwa 5O⁰C bis etwa 55⁰C hat,

(b) daß die Temperatur des gasförmigen Chlordioxids, das die Reaktionszone verläßt, abgefühlt wird, um sicherzustellen, daß die Temperatur des gasförmigen Chlordioxids innerhalb eines Bereichs von etwa 50⁰C bis etwa 60⁰C liegt,

(c) daß der Druckunterschied zwischen dem oberen Ende und dem unteren Ende der Reaktionszone abgefühlt wird, um sicherzustellen, daß die Druckdifferenz-weniger als 25 mm Hg beträgt,

(d) daß das Volumen der wässrigen Natriumchloratlösung in der Vorratszone für Natriumchlorat abgefühlt wird, um sicherzustellen, daß das Volumen einen größeren Wert aufrecht erhält, als den vorbestimmten Mindestwert,

(e) daß der Druck des flüssigen Schwefeldioxids abgefühlt wird, um sicherzustellen, das der Druck des flüssigen Schwefeldioxids einen Wert größer als etwa 2,81 kg/cm (40 psig) aufrecht erhält,

(f) daß die Temperatur des Reaktionsmediums in der Reaktionszone abgefühlt wird, um sicherzustellen, daß das Reaktionsmedium eine Temperatur im Bereich, von etwa 50⁰C bis etwa 80⁰C besitzt,

13Ö008/06U

(g) daß die Temperatur'des gasförmigen Schwefeldioxids abgefühlt wird, um sicherzustellen, daß die Temperatur des Schwefeldioxids einen Mindestwert von 5O⁰C übersteigt,

(h) daß der Druck der Reaktionszone abgefühlt wird, um sicherzustellen, daß der Druck der Reaktionszone unterhalb eines Maximalwerts von 100 mm Hg beträgt,

(i) daß der Strom der Natriumcfaloratlösung in die Refektionszone abgefühlt wird, um sicherzustellen, daß der Strom der Natti&mchloratlösung aufrecht erhalten bleibt,

(3) daß der Druck des Wasserstroms abgeftihlt wird, um sicherzustellen, daß ein Druck von wenigstens etwa 10,5 kg/cm (150 psig) aufrecht erhalten bleibt und

(k) daß das Volumen der Chlordioxidlösung in der Vorratszone für Chlordioxidlösung abgefühlt wird, um sicherzustellen, daß das Volumen von Chlordioxid den vorbestimmten oberen Volumenwert nicht übersteigt.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Produktion von wässriger Chlordioxidlösung in dem Fall abgebrochen wird, wenn einer der abgefühlten Parameter nicht mit dem vorbestimmten Wert übereinstimmt.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß nach Beendigung der Produktion von wässriger Chlordioxidlösung folgende Schritte durchgeführt werden:

(a) die Schrittfolge gemäß Anspruch 4 zur Einleitung der Produktion von wässriger ChlordioxidlSeung umgekehrt wird und

(b) Flüssigkeiten aus Flüssigkeitsströmen mit Wasser ausgespült werden und Gase aus Gasströmen mit Luft ausgespült werden.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Erzeugung von Chlordioxid nach Anspruch 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß sie vorzugsweise in einer ' Anordnung als einzelnes Bauteil

einen, aufrecht stehenden röhrenförmigen Turm für das Kontaktieren von Gas und Flüssigkeit im Gegenstrom aufweist, welcher eine erste Einspeiseleitung besitzt, die mit dem oberen Ende des Turms in Verbindung steht und für die Einspeisung von wässriger Natriumchloratlöasung bestimmt ist und eine zweite Einspeiseleitung in Verbindung mit dem unteren Ende des Turms besitzt zur Einspeisung von gasförmigem Schwefeldioxid, daß eine Leitung für gasförmiges Produkt am oberen Ende des Turms zum Abzug von gasförmigem Chlordioxid aus der Reaktion zwischen den im Gegenstrom strömenden Strömen vorgesehen ist, und daß eine Leitung für flüssiges Produkt vorgesehen ist, die mit dem unteren Ende des Turms in Verbindung steht und zur Entfernung von flüssigem Nebenprodukt aus dem Turm bestimmt ist, weiter gekennzeichnet dadurch, daß

(a) eine erste Wasserstrahlpumpe (26) in Verbindung mit der Leitung (24) für gasförmiges Produkt vorgesehen ist, daß eine erste Wasserleitung (28) in Verbindung mit der ersten Wasserstrahlpumpe (26) für den Wasserstrom in die Pumpe vorgesehen ist, so daß die erste Wasserstrahlpumpe (26) den Turm (14) mit Unterdruck durch die Leitung (24) für gasförmiges Produkt beaufschlagt und · die Berührung des Wassers mit dem Chlordioxid eine wässrige ChlordioxidlSsung daraus bildet und daß eine Leitung (40) für wässrige Chlordioxidlösung vorgesehen ist, die in Verbindung mit der ersten Wasserstrahlpumpe (26) steht,

13ÖÖO8/OÖU

(b) daß eine zweite Wasserstrahlpumpe (48) vorgesehen ist, die mit der Leimung (50) für flüssiges Produkt in Verbindung £eht und eine zweite Wasserleitung (52) vorgesehen ist, die mit der zweiten Wasserstrahlpumpe (50) in Verbindung steht, durch welche Wasser derart strömt, daß eine Saugwirkung auf das untere Ende des Turms (14) ausgeübt wird, um das flüssige Nebenprodukt daraus durch die Leitung (50) für das flüssige Produkt zu entfernen und dieses zu verdünnen und daß eine Leitung (53) für den wässrigen Abfluß vorgesehen ist, die mit der zweiten Wasserstrahlpumpe (50) in Verbindung steht,

(c) daß eine Wasserpumpe (32) vorgesehen ist, die so ausgelegt ist, daß sie mit der stromaufgelegenen Seite mit einer Wasserquelle in Verbindung steht und an der etromabgelegenen Seite eine Parallelverbindung mit der ersten und zweiten Wasserstrahlpumpe (26, 50) durch die erste und zweite Wasserleitung (28, 52) aufweist und

(d) daß ein Erhitzer (54) in Wärmeaustausch mit der zweiten Einspeiseleitung (20) für das Erhitzen von Schwefeldioxid, das durch Erhitzer durchgeht, vorgesehen ist.

9.. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß

(a) ein Lagertank (18) für Natriumchloratlösung in Verbindung mit der ersten Einspeiseleitung (16) mittels tines ersten selektiv zu betätigenden Ventils (EV-1) und eine Pumpe (P2) für Natriumchloratlösung vorgesehen ist,

(b) daß Lagerzylinder (22) für flüssiges Schwefeldioxid in Verbindung mit einer Expansionskammer (58) for die Überführung von flüssigem Schwefeldioxid in gasförmiges Schwefeldioxid vorgesehen sind, die mit der zweiten Einspeiseleitung (20) in Verbindung stehen,

130ÖOS/06U

■ f. ..:: ο

(c) daß ein Vorratstank (42) für Chlordioxidlösung vorgesehen ist, der mit der Leitung (40) für wässrige Chlordioxidlösungen über ein zweites selektiv zu betätigendes Ventil (EV-5) verbunden ist,

(d) daß eine Luftleitung (70) in Wärmeaustausch'mit dem Erhitzer (54) und in Verbindung mit der zweiten Einspeiseleitung (20) stromab der Wärmeaustauschbeziehung zwischen der zweiten Einspeiseleitung (20) .und dem Erhitzer (54) über ein drittes selektiv zu betätigendes Ventil (EV-3) vorgesehen ist, und

(e) daß eine Spülwasserleitung (74) im Wärmeaustausch mit dem Erhitzer (54) und in Verbindung mit der Wasserpumpe (32) und der ersten Einspeiseleitung (16) stromab der Pumpe (P2) für die Natriumchloratlösung über ein viertes selektiv zu betätigendes Ventil (EV-8) vorgesehen ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß

(a) ein erster Flüssigkeitsstand-Sensor (LS-2) zum Abfühlen eines vorbestimmten unteren Standes der Chlordioxidlösung in dem Vorratsbehälter (42) für die Chlordioxidlösung vorgesehen ist, der auf einen Stand eingestellt ist, bei welchem die Produktion von Chlordioxidlösung durch die Vorrichtung fortschreiten soll,

(b) daß ein zweiter Flüssigkeitsstand-Sensor (LS-3) zum Abfühlen eines vorbestimmten oberen Standes der Chlordioxidlösung in dem Vorratstank (42) für Chlordioxidlösung vorgesehen ist, der einem Stand entspricht, bei welchem die Produktion von Chlordioxidlösung durch die Vorrichtung aufhören soll,

13ÖÖ08/0ÖU

(c) daß ein erster Temperatursensor (TS-1) vorgesehen ist, der die Temperatur der Natriumchloratlösung im Vorratstank (18) für Natriumchloratlösung abfühlen soll,

(d) daß ein zweiter Temperatursensor (TS-2) zum Abfühlen der Temperatur von Schwefeldioxidgas in der zweiten Einspeiseleitung (20) stromab der Lufteinspeiseleitung (70) vorgesehen ist,

(e) daß ein dritter Temperatursensor (TS-4) zum Abfühlen der Temperatur von Chlordioxidgas in der Leitung (24) für das gasförmige Produkt vorgesehen ist,

(f) daß ein vierter Temperatursensor (TS-5) zum Abfühlen der Temperatur des flüssigen Nebenprodukts am unteren Ende des Turms (14) vorgesehen ist,

(g) daß ein erster Drucksensor (PS-1) zum Abfühlen

des Drucks von flüssigem Schwefeldioxid in den Vorratszylindern für Schwefeldioxid (22) vorgesehen ist,

(h) daß ein zweiter Drucksensor (PS-4) zum Abfühlen des Drucks von Chlordioxidgas in der Leitung (24) für gasförmiges Produkt vorgesehen ist,

(i) daß ein dritter Drucksensor (PS-7) zum Abfühlen der Druckdifferenz zwischen dem oberen Ende und dem

unteren Ende des Turms (14) vorgesehen ist,

(j) daß ein vierter Drucksensor (PS-3) zum Abfühlen des Drucks von Schwefeldioxidgas in der zweiten Einspeiseleitung (20) am Ort des zweiten Temperatursensors (TS-2) vorgesehen ist,

130-ÖÖÖ/O6U

(k) daß ein fünfter Drucksensor (PS-5) zum Abfühlen des Wasserdrucks an der stromabgelegenen Seite der Wasserpumpe (32) vorgesehen ist,

(1) daß ein erster Strömungssensor (FS-1) zum Abfühlen, ob ein Strom der Natriumchloratlösung durch die erste Einspeiseleitung (16) stattfindet oder nicht, vorgesehen ist, und

(m) daß Vorrichtungen zum selektiven Betätigen jedes der selektiv zu betätigenden Ventile (EV-1, EV-2, EV-3, EV-8) in voffeestimmter Weise auf vorbestimmte eingespeiste Parameter hin, die von den Sensoren (TS-1, TS-2, TS-4, TS-5, PS-1, PS-4, PS-7, PS-3, FS-1) abgefühlt werden, vorgesehen sind.

13ÖÖ08/Ö&U