FI111705B

FI111705B - Framställning av klordioxid från klorsyra

Info

Publication number: FI111705B
Application number: FI930763A
Authority: FI
Inventors: Marek Lipsztajn; Maurice C J Fredette; Zbigniew Twardowski
Original assignee: Superior Plus Inc
Priority date: 1990-08-21
Filing date: 1993-02-19
Publication date: 2003-09-15
Also published as: ES2073168T3; CA2023733C; CN1062032C; FI930763A; WO1992003374A1; AU8180591A; BR9106778A; ZA915600B; AU651359B2; CN1059173A; EP0544686B1; CA2023733A1; FI930763A0; JPH05509281A; DE69110288D1; ATE123477T1; EP0544686A1; JPH07112924B2; US5174868A; RU2112817C1

Claims

1. Kontinuerligt förfarande för framställning av klordioxid, känneteck-n a t därav, att 5 klorsyra reduceras för bildande av klordioxid i en reaktionszon vid en total syranormalitet av max. ca 7 Normal i väsentlig fränvaro av sulfatjon och i närvaro av en konstant belastning av alkalimetallklorat, vilket alkalimetallklorat tillsätts i ett reaktionsmedium och avlägsnas senare frän detta; 10 konstant belastande alkalimetallklorat, som har avlägsnats frän nämnda reaktionszon, förs vidare tili en elektrolyszon, tili vilken har matats en alkalimetall-kloratmatarlösning, som innehäller nämnda konstant belastande alkalimetallklorat och tillsatt alkalimetallklorat för ersättande av i nämnda reduktion förbrukad 15 klorsyra; nämnda alkalimetallkloratmatarlösning syras elektrokemiskt, medan alkalimetall-. ·. joner avlägsnas elektrokemiskt frän matarlösningen för framställning av en syrad \ lösning; och ·' 20 nämnda syrade lösning, som innehäller klorsyra och konstant belastande alkali-metallklorat, förs vidare tili nämnda reaktionszon för ästadkommande av : klorsyramatning tili nämnda reaktionsmedium. ,· 25

2. Förfarande enligt patentkravet 1, kännetecknat därav, att nämnda ,,, · elektrokemiska syrning av nämnda matarlösning ästadkoms pä följande sätt: • · (A) det anordnas en elektrolyscell, som omfattar ett katjonbytarmembran, som ,v, uppdelar nämnda cell i en anodavdelning och en katodavdelning; 30 nämnda matarvattenlösning mätäs tili nämnda anodavdelning; > I 111705 36 vätejoner produceras elektrolytiskt i nämnda anodavdelning, och samtidigt ästadkoms transport av alkalimetallkatjoner frän nämnda anodavdelning genom nämnda katjonbytarmembran tili nämnda katodavdelning; och 5 nämnda syrade matarlösning avlägsnas frän nämnda anodavdelning; eller (B) det anordnas flera enhetsceller, vilka var och en är separerade frän varandra med ett tväpoligt membran, och i ändavdelningar av vilkas vardera änden finns en katod och en anod; 10 var och en nämnd enhetscell omfattar ett katjonbytarmembran, som uppdelar nämnda cell i en syraavdelning och en basavdelning; nämnda vattenmatarlösning mätäs i parallella strömmar tili syraavdelningen i var 15 och en enhetscell; vätejoner produceras elektrolytiskt i nämnda syraavdelning, och samtidigt ästadkoms transport av alkalimetallkatjoner frän nämnda syraavdelning genom nämnda anjonbytarmembran tili nämnda basavdelning, och 20 > · '; nämnda syrade matarlösning avlägsnas i parallella strömmar frän syraavdelningen i var och en enhetscell, (C) (i) det ästadkoms anodisk vätgasoxidation tili vätejoner och nämnda vätejoner 25 tillsätts i nämnda vattenlösning; eller • : (C)(ii) det ästadkoms anodisk oxidation av vatten i nämnda vattenlösning tili : ; vätejoner och syre; och 30 nämnda elektrokemiska avlägsning av alkalimetalljoner ästadkoms genom transport av alkalimetalljoner frän nämnda vattenlösning genom ett katjonbytarmembran tili ett mottagarmedium. 111705 37

3. Förfarande enligt patentkravet 2, kännetecknat därav, att i punkt (A) nämnda anodavdelning är försedd med en extra separator mellan anoden och matarströmmen. 5

4. Förfarande enligt patentkravet 2 eller 3, kännetecknat därav, att nämnda elektrolytiska produktion av vätejoner ästadkoms vid en membranström-täthet av 0,01 - 10 kA/m2.

5. Förfarande enligt patentkravet 4, kännetecknat därav, att nämnda 10 strömtäthet är 1 - 5 kA/m2.

6. Förfarande enligt vilket som heist av patentkraven 2-5, känneteck- n a t därav, att i punkt (A) nämnda syrade alkalimetallsaltlösning recirkuleras genom anodavdelningen tills önskad surhet har uppnätts. 15

7. Förfarande enligt vilket som heist av patentkraven 2-6, känneteck- n a t därav, att i punkt (A) hydroxyljoner produceras elektrolytiskt i nämnda katodavdelning samtidigt med nämnda elektrolytiska produktion av vätejoner i *. nämnda anodavdelning, och en alkalimetallhydroxidlösning avlägsnas frän 20 nämnda katodavdelning. # > *

8. Förfarande enligt patentkravet 7, kännetecknat därav, att i punkt (A) nämnda natriumhydroxidlösning recirkuleras genom katodavdelningen tills önskad koncentration av natriumhydroxidhaltig vattenlösning fas producerad. f > 25

9. Förfarande enligt vilket som heist av patentkraven 2-8, känneteck-n a t därav, att nämnda alkalimetallklorat är natriumklorat. t ·

10. Förfarande enligt patentkravet 9, kännetecknat därav, att i punkt .;: 30 (A) nämnda matarlösning tili nämnda anodavdelning innehäller tillräckligt med natriumjoner, sä att i nämnda anodavdelning kan ästadkommas ett molför-hällande [Na+]:[H+] av ätminstone ca 1000:1 - ca 1:5 under nämnda elektroly- 33 1 1 1705 tiska produktion av vätejoner.

11. Förfarande enligt vilket som heist av patentkraven 2-10, känneteck-n a t därav, att i punkt (A) nämnda anodavdelning innehäller tillräckligt med 5 alkalimetalljoner, sä att en strömverkningsgrad av ätminstone ca 70 % kan ästadkommas under nämnda elektrolytiska produktion av vätejoner.

12. Förfarande enligt patentkravet 15, kännetecknat därav, att nämnda strömverkningsgrad är ätminstone ca 80 %. 10

13. Förfarande enligt patentkravet 2, kännetecknat därav, att i punkt (B) nämnda matarvattenlösning mätäs tili en av katjonbytarmembran flankerad central avdelning i var och en enhetscell, och därefter tili nämnda syraavdelning. 15

14. Förfarande enligt patentkravet 2 eller 13, kännetecknat därav, att hydroxyljoner produceras elektrolytiskt i basavdelningen av var och en enhetscell samtidigt som vätejoner produceras elektrolytiskt i syraavdelningen av var och en enhetscell, och en natriumhydroxidhaltig vattenlösning avlägsnas ffän var och en I*. basavdelning av var och en enhetscell. ’ 20 • a

15. Förfarande enligt patentkravet 2, kännetecknat därav, att katodisk , elektroreduktion av syrgas ästadkoms ipunkt (C)(i), varvid nämnda anodiska och : *: katodiska reaktioner bildar en bränslecell som producerar elektrisk energi. i .·' 25

16. Förfarande enligt patentkravet 2 eller 15, kännetecknat därav, att katodisk reduktion av vatten ästadkoms i nämnda mottagarmedium för pro-duktion av väte- och hydroxyljoner sä att det kan bildas en alkalimetallhydrox- » I : idlösning, och nämnda väte mätäs tili nämnda anodiska vätgasoxidation. •: · 30

17. Förfarande enligt patentkravet 2, kännetecknat därav, att katodisk elektroreduktion av nämnda syre ästadkoms i punkt (C)(ii). 111705 39

18. Förfarande enligt vilket som heist av patentkraven 1-17, känneteck-n a t därav, att nämnda reduktion ästadkoms genom användning av metanol.

19. Förfarande för framställning av klordioxid, kännetecknat av 5 följande steg: klorsyra och en natriumklorathaltig vattenlösning mätäs tili ett vattensyrareak-tionsmedium i en reaktionszon, vars totala syranormalitet är ca 0,1 - ca 6 Normal och natriumklorathalt ca 6 - 9 mol; 10 nämnda vattenreaktionsmedium hälls vid dess kokpunkt under ett sub-atmosfä-riskt tryck applicerat pä reaktionszonen; klordioxid framställs av nämnda vattensyrareaktionsmedium genom reduktion av 15 nämnda natriumklorat med metanol vid nämnda totala syranormalitet avcaO.l - ca 6 Normal, som upprätthälls med hjälp av nämnda matning av klorsyra i väsentlig fränvaro av sulfatjon; klordioxid i blandning med änga avlägsnas frän nämnda reaktionszon; och 20 ; ': det tillförda natriumkloratet avlägsnas frän nämnda reaktionzon i en mängd som * : motsvarar den mängd som matats tili nämnda reaktionszon tili nämnda vatten- :. · lösning av natriumklorat, varvid nämnda framställning av klordioxid ästadkoms i närvaro av en konstant belastning av natriumklorat, som har matats tili nämnda : .· 25 reaktionszon och senare avlägsnats frän denna.

: 20. Förfarande enligt patentkravet 19, kännetecknat därav, att nämnda .,.: reaktionsmedium har en total syranormalitet av 1 - 3 Normal. 30

21. Förfarande enligt patentkravet 20, kännetecknat därav, att nämnda reaktionsmedium har en total syranormalitet av 1,5 - 2,5 Normal. 111705 40

22. Förfarande enligt vilket som heist av patentkraven 19-21, känneteck-n a t därav, att nämnda alkalimetallklorat är natriumklorat och nämnda reak-tionsmedium är väsentligen mättat i förhällande tili natriumklorat, varvid natriumklorat som matats tili nämnda reaktionsmedium utfälls frän nämnda 5 reaktionsmedium i nämnda reaktionszon och nämnda natriumklorat som av-lägsnats frän nämnda reaktionszon avlägsnas i fast kristallin form.

23. Förfarande enligt vilket som heist av patentkraven 19-22, känneteck-n a t därav, att nämnda natriumklorathalt är 7 - 8 mol. 10

24. Förfarande enligt vilket som heist av patentkraven 19-23, känneteck-n a t därav, att nämnda avlägsnade natriumklorat förs framät tili en elektro-lyszon, i vilken en natriumkloratmatarlösning, som innehäller nämnda avlägsnade natriumklorat och tillsatt natriumklorat för ersättande av i nämnda process 15 förbrukad klorsyra, syras elektrokemiskt för framställning av en syrad lösning, medan natriumjoner avlägsnas elektrokemiskt frän matarlösningen, och den syrade lösningen förs vidare tili nämnda reaktionszon, sä att nämnda matning av klorsyra och vattenhaltigt natriumklorat tili nämnda reaktionszon kan ästadkommas. 20 t ·

25. Elektrokemisk process för framställning av klordioxid, känneteck- : n a d därav, att klorsyra och en vattenlösning innehällande alkalimetallklorat mätäs tili ett ,·* 25 vattensyrareaktionsmedium i en reaktionszon, vars totala syranormalitet är under ,·* ca 7 Normal; » » : en katodisk elektrisk Ström styrs genom nämnda vattensyralösning, sä att av , . ·. derma kan ästadkommas produktion av klordioxid i väsentlig fränvaro av sulfa- . . 30 tjon, genom användning av en elledande katod, som är kemiskt inert gentemot produktion av klordioxid frän nämnda vattensyralösning; 111705 41 nämnda totala syranormalitet av under ca 7 Normal upprätthälls i nämnda vattensyralösning med hjälp av nämnda matning av klorsyra; klordioxid avlägsnas frän nämnda elektrolyszon; och 5 alkalimetallklorat avlägsnas frän nämnda reaktionszon i en mängd, som motsva-rar den mängd som har matats tili nämnda reaktionszon tili nämnda vattenlös-ning av alkalimetallklorat, varvid nämnda produktion av klordioxid ästadkoms i närvaro av en konstant belastning av alkalimetallklorat, som har matats tili 10 nämnda reaktionszon och senare avlägsnats frän denna.

26. Process enligt patentkravet 25, kännetecknad därav, att den totala syranormaliteten av nämnda vattensyralösning av klorsyra är 1,5 - 3,5.

27. Process enligt patentkravet 24 eller 25, kännetecknad därav, att nämnda alkalimetallklorat är natriumklorat, som är närvarande i nämnda vattensyralösning i en koncentration av ätminstone 2 mol.

28. Process enligt patentkravet 27, kännetecknad därav, att nämnda f · 20 natriumklorat är närvarande i en koncentration av 5 - 9 mol. t · « c

29. Process enligt vilket som heist av patentkraven 24-28, känneteck- : n a d därav, att en upplöst koncentration av klordioxid upprätthälls i nämnda vattensyralösning. ; 25 » ·

30. Process enligt patentkravet 29, kännetecknad därav, att nämnda | upplösta koncentration av klordioxid varierar inom omrädet 0,01- 15 g/1.

31. Process enligt patentkravet 30, kännetecknad därav, att nämnda ... : 30 upplösta koncentration av klordioxid varierar inom omrädet 0,1-8 g/1.

32. Process enligt vilket som heist av patentkraven 29-31, känneteck- 111705 42 n a d därav, att koncentrationen av kloratjon i nämnda vattenlösning av klorsyra överstiger till sitt molvärde den upplösta koncentrationen av klordioxid ät-minstone i förhällandet 2:1.

33. Process enligt patentkravet 32, kännetecknad därav, att koncentra tionen av kloratjon i nämnda vattenlösning av klorsyra överstiger till sitt molvärde den upplösta koncentrationen av klordioxid ätminstone i förhällandet 10:1.

34. Process enligt vilket som heist av patentkraven 29-33, känneteck-10 n a d därav, att koncentrationen av upplöst klordioxid upprätthälls vid en väsentligen enhetlig niva under framställning av klordioxid.

35. Process enligt vilket som heist av patentkraven 25-34, kännetecknad därav, att en vattenlösning innehällande klorsyra och alkalimetallklorat 15 mätäs kontinuerligt tili nämnda vattensyralösning, medan en vattenlösning av nämnda tillförda alkalimetallklorat avlägsnas kontinuerligt frän nämnda vattensyralösning. t

36. Process enligt patentkravet 35, kännetecknad därav, att nämnda av-20 lägsnade alkalimetallklorat förs vidare tili en elektrolyszon, i vilken en alkalime- tallklorat-matar-lösning, som innehäller nämnda avlägsnade alkalimetallklorat t och tillsatt alkalimetallklorat för ersättande av i nämnda process förbrukad ; ’: klorsyra, syras elektrokemiskt för produktion av en syrad lösning, medan alkali- metalljoner avlägsnas elektrokemiskt frän matarlösningen, och den syrade : 25 lösningen förs framät tili nämnda elektrolyszon för anordnande av nämnda ’...· matning av klorsyra och vattenhaltigt alkalimetallklorat tili nämnda elektro- : ‘ * lyszon. I I » >

37. Process enligt patentkravet 36, kännetecknad därav, att nämnda ·;·*; 30 alkalimetallklorat är natriumklorat.

38. Process enligt vilket som heist av patentkraven 25-37, känneteck- 111705 43 n a d därav, att potentialen av nämnda katodiska elektriska Ström är ca + 1,0-ca 0,5 V i jämförelse med en mättad kalomelelektrod.

39. Process enligt vilket som heist av patentkraven 25-38, känneteck-5 n a d därav, att nämnda elektrod är koi.

40. Process enligt patentkravet 39, kännetecknad därav, att nämnda katod är i en tredimensionell form med hög ytarea.

41. Process enligt vilket som heist av patentkraven 25-40, känneteck nad därav, att nämnda odelade elektrolyscell omfattar en odelad elektrolyscell. 15 > » · ' * * » · i · * > > * » > »