FI115903B - Process for the preparation of chlorine dioxide - Google Patents

Process for the preparation of chlorine dioxide Download PDF

Info

Publication number
FI115903B
FI115903B FI20022156A FI20022156A FI115903B FI 115903 B FI115903 B FI 115903B FI 20022156 A FI20022156 A FI 20022156A FI 20022156 A FI20022156 A FI 20022156A FI 115903 B FI115903 B FI 115903B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
sulfur dioxide
methanol
process according
chlorate
weight
Prior art date
Application number
FI20022156A
Other languages
Finnish (fi)
Swedish (sv)
Other versions
FI20022156A (en
FI20022156A0 (en
Inventor
Ilkka Renvall
Original Assignee
Kemira Oyj
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kemira Oyj filed Critical Kemira Oyj
Priority to FI20022156A priority Critical patent/FI115903B/en
Publication of FI20022156A0 publication Critical patent/FI20022156A0/en
Priority to AU2003283468A priority patent/AU2003283468A1/en
Priority to PCT/FI2003/000928 priority patent/WO2004050550A1/en
Publication of FI20022156A publication Critical patent/FI20022156A/en
Application granted granted Critical
Publication of FI115903B publication Critical patent/FI115903B/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B11/00Oxides or oxyacids of halogens; Salts thereof
    • C01B11/02Oxides of chlorine
    • C01B11/022Chlorine dioxide (ClO2)
    • C01B11/023Preparation from chlorites or chlorates
    • C01B11/025Preparation from chlorites or chlorates from chlorates without any other reaction reducing agent than chloride ions
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B11/00Oxides or oxyacids of halogens; Salts thereof
    • C01B11/02Oxides of chlorine
    • C01B11/022Chlorine dioxide (ClO2)
    • C01B11/023Preparation from chlorites or chlorates

Description

115903115903

Menetelmä klooridioksidin valmistamiseksi - Förfarande för framställning av klordioksid 5 Esillä oleva keksintö koskee menetelmää klooridioksidin valmistamiseksi pelkistämällä kloraatti-ioneja happamissa olosuhteissa käyttämällä rikkidioksidia ja metanolia.The present invention relates to a process for the preparation of chlorine dioxide by reducing chlorate ions under acidic conditions using sulfur dioxide and methanol.

Klooridioksidia käytetään huomattavia määriä massan valkaisuun. Se on pääasiallinen delignifionti- ja valkaisukemikaali käsiteltäessä kemiallista massaa ympäristö-10 ystävällisessä ECF- (alkuainekloorittomassa) valkaisuprosessissa. Klooridioksidilla on myös muita tärkeitä sovellusalueita, esim. jätevesien käsittely.Significant amounts of chlorine dioxide are used to bleach the pulp. It is a major delignification and bleaching chemical for chemical pulp processing in an environmentally friendly ECF (Elemental Chlorine Free) bleaching process. Chlorine dioxide also has other important applications, such as waste water treatment.

Hyvin tunnettu klooridioksidin valmistusmenetelmä on Mathieson-prosessi, jossa natriumkloraatti pelkistetään rikkidioksidilla happamissa olosuhteissa seuraavan kaavan (1) mukaisesti: 15 2NaCI03 + S02 + H2S04 2CI02 + 2NaHS04 (1)A well-known process for the preparation of chlorine dioxide is the Mathieson process wherein sodium chlorate is reduced with sulfur dioxide under acidic conditions according to the following formula (1): 2NaClO3 + SO2 + H2SO4 2ClO2 + 2NaHSO4 (1)

Owenin mukaisesti (Tappi 1989 Bleach Plant Operations, s. 157) kaikkien kaupallisten menetelmien stoikiometria voidaan toteuttaa seuraavasti: 2HCI03 + 2HCI -» 2CI02 + Cl2 + 2H20 (2) f · t · HCIO3 syötetään generaattoriin natriumkloraattina ja vetyionien muodostamiseen 20 tarvittava happo on rikkihappoa.According to Owen (Pin 1989 Bleach Plant Operations, p. 157), the stoichiometry of all commercial methods can be carried out as follows: 2HClO3 + 2HCl -? .

*. Mathieson-prosessissa muodostunut kloori reagoi pääasiassa rikkidioksidin kanssa, jolloin saadaan reaktion (2) ylläpitämiseen vaadittu kloridi-ioni:*. The chlorine formed in the Mathieson process reacts mainly with sulfur dioxide to provide the chloride ion required to maintain reaction (2):

t It I

Cl2 + S02 + 2H20 -» 2HCI + H2S04 (3) • * ·Cl2 + SO2 + 2H2O - »2HCl + H2SO4 (3) • * ·

Koska kloridi-ionit myös häviävät prosessissa, esim. poistuvina vetykloridina ja • ! 25 kloorina, sitä muodostetaan ylipelkistämällä kloraattia: HCIO3 + 3S02 + 3H20 HCI + 3H2S04 (4) 2 115903Because chloride ions also disappear in the process, for example as leaving hydrogen chloride and •! 25 chlorine, it is formed by the reductive reduction of chlorate: HClO3 + 3SO2 + 3H2O HCl + 3H2SO4 (4) 2 115903

Siten klooridioksidin kulutettuun kloraattiin perustuva saanto pienenee. Kloridi-ionien lisäys esim. natriumkloridina, NaCI:na, suoritetaan usein yhtälön (4) mukaisen reaktion minimoimiseksi.Thus, the yield based on the consumed chlorate of the chlorine dioxide is reduced. The addition of chloride ions, e.g. as sodium chloride, NaCl, is often carried out to minimize the reaction of equation (4).

Suurien määrien S02:a käyttäminen johtaa rikkidioksidin poistumiseen ja sen 5 reagoimiseen klooridioksidituotteen kanssa pesutornissa, mikä edelleen pienentää saantoa. Jotta Mathieson-generaattori toimisi, pitää käyttää suuria happamuuksia, tyypillisesti 450-500 g/l, 9-10 N H2S04:a.The use of large amounts of SO 2 results in the removal of sulfur dioxide and its reaction with the chlorine dioxide product in the washing tower, which further reduces the yield. In order for the Mathieson generator to work, large acidifiers, typically 450-500 g / l, 9-10 N H2SO4 must be used.

Tämän johdosta tavanomaisen Mathieson-prosessin saanto on tyypillisesti enintään 87 %. Ks. C.W. Dence, D.W. Reeve, Pulp Bleaching, Principles and Practice, 10 Tappi Press (1996), s. 880. Mutta käytännössä teollisuudessa on saatu pienempiä saantoja kuin 80 %, erityisesti käytettäessä generaattoreita suurella kapasiteetilla. Rikkidioksidia kuluu ylimäärin reaktioyhtälön (1) stoikiometriaan verrattuna. Owen (ks. edellä, s. 173) on esittänyt kulutukseksi 1,801 NaCKVt CI02 ja 0,751 S02/t CI02, mikä vastaa rikkidioksidin 38 %:n ylimäärää.As a result, the yield of a conventional Mathieson process is typically up to 87%. See. C.W. Dence, D.W. Reeve, Pulp Bleaching, Principles and Practice, 10 Tappi Press (1996), p. 880. But in practice, industrial yields have been lower than 80%, especially when generators are used at high capacity. The sulfur dioxide is consumed in excess compared to the stoichiometry of reaction equation (1). Owen (see above, p. 173) has reported consumption of 1,801 NaClCO 2 Cl 2 and 0.751 SO 2 / t ClO 2, which corresponds to a 38% excess of sulfur dioxide.

15 Mathieson-prosessin parantamiseen on käytetty muita pelkistimiä kuin rikkidioksidia. Patenttijulkaisussa Fl 20000867 natriumkloraatti on pelkistetty epätäydelli-sesti rikkidioksidilla ensimmäisessä reaktorissa, minkä jälkeen pelkistys suoritettiin loppuun vetyperoksidilla toisessa reaktorissa. Patenttijulkaisussa Fl 20021413 klo-raatti on pelkistetty rikkidioksidilla, kun läsnä on pieniä määriä muurahaishappoa 20 tai sen suolaa.15 Reducers other than sulfur dioxide have been used to improve the Mathieson process. In Fl 20000867, sodium chlorate is incompletely reduced with sulfur dioxide in the first reactor, after which the reduction is completed with hydrogen peroxide in the second reactor. In WO 20021413, chlorate is reduced with sulfur dioxide in the presence of small amounts of formic acid 20 or a salt thereof.

: Patentissa US 4 929 434 on tarkasteltu pieniä määriä katalyyttiä, kuten etikkahap- ; poa, kuitenkin Mathieson-prosessin erityisongelmaa sivuamatta. Esimerkeissä on ....; käytetty pelkistimenä rikkiä tai metanolia.: U.S. Pat. No. 4,929,434 discloses small amounts of a catalyst such as acetic acid; poo, without however touching upon the specific problem of the Mathieson process. The examples include ....; used as a reducing agent sulfur or methanol.

’ ” US-3 933 988 esittää Mathiesson-prosessia, jossa käytetään rikkidioksidi pelkisti- 25 menä, siinä mainitaan metanolin käyttö apupelkistimenä, mutta sen määrä on vähäinen.'' US-A-3,933,988 discloses a Mathiesson process using sulfur dioxide as a reducing agent, but mentions the use of methanol as an auxiliary reducing agent.

; _-t Jopa edellä mainituissa parannetuissa Mathieson-prosesseissa on ongelmia. En- sinnäkin kaasumaisen S02:n kuljetus, nesteytys, painesäiliöt ja turvallisuusnäkö-kohdat muodostavat merkittävän ongelman. Toiseksi S02:n reaktio on hidas, mikä :' ·; 30 saa aikaan heikkoja saantoja. Kolmanneksi S02 on kallis pelkistin.; _-t Even the above improved Mathieson processes have problems. First of all, the transportation, liquefaction, pressure tanks and safety aspects of gaseous SO2 constitute a significant problem. Second, the reaction of SO 2 is slow, which: '·; 30 yields poor yields. Third, S02 is an expensive reducing agent.

• * Näiden Mathiesonin rikkidioksidiprosessille ominaisten ongelmien ratkaisemiseksi ’ ·' : hakija on nyt keksinyt parannetun menetelmän, jossa pelkistetään rikkidioksidilla ja * · metanolilla. Menetelmälle on tunnusomaista, että rikkidioksidi ja metanoli ovat 3 115903 liuoksena, jolloin rikkidioksidin pitoisuus metanoliliuoksessa on 5-70 painoprosenttia.To solve these problems inherent in the Mathieson sulfur dioxide process, '·': the applicant has now come up with an improved method of reducing sulfur dioxide and * · methanol. The process is characterized in that the sulfur dioxide and methanol are in the form of 3,115,903 in solution, the concentration of sulfur dioxide being 5 to 70% by weight in the methanol solution.

Riippumatta siitä, käytetäänkö rikkidioksidia ja Ci-C3-alkoholia samanaikaisesti vai peräkkäin kloraatti-ionien pelkistykseen, se tuo menetelmään synergiaa.Regardless of whether sulfur dioxide and C1-C3 alcohol are used simultaneously or sequentially to reduce the chlorate ions, it brings synergy to the process.

5 Ensinnäkin metanoli toimii itse pelkistimenä klooridioksidimenetelmässä. Tätä havainnollistaa kaupallinen Solvay-prosessi, jossa pelkistys tapahtuu metanolin kanssa seuraavan kaavan (5) mukaisesti: CH3OH + 2NaCI03 + 2H2SO4 -> 2CI02 + HCHO + 2NaHS04 + 2H20 (5)First, methanol itself acts as a reducing agent in the chlorine dioxide process. This is illustrated by the commercial Solvay process where the reduction is with methanol according to the following formula (5): CH3OH + 2NaCl03 + 2H2SO4 -> 2Cl2 + HCHO + 2NaHSO4 + 2H2O (5)

Reaktiot (2), (3) ja (4) pätevät myös Solvay-prosessille, mutta rikkihappoa ei 10 muodostu reaktiossa (4), kun rikkidioksidi on korvattu metanolilla. Kokonaisreaktio on erittäin hidas, mistä seuraa klooridioksidin pieni saanto natriumkloraattisyötön perusteella laskettuna.Reactions (2), (3) and (4) also apply to the Solvay process, but sulfuric acid is not formed in Reaction (4) when sulfur dioxide is replaced by methanol. The overall reaction is very slow, resulting in a small yield of chlorine dioxide based on sodium chlorate feed.

Muodostunut formaldehydi voitaisiin myös pelkistää edelleen muurahaishapoksi ja lopuksi hiilidioksidiksi. Owenin (edellä, s. 173) mukaisesti metanolia käytetään 15 ylimäärin 8%. Tämä estää sen, että formaldehydi voisi edelleen toimia pelkistimenä.The formaldehyde formed could also be further reduced to formic acid and finally to carbon dioxide. According to Owen (supra, p. 173), methanol is used in an excess of 8%. This prevents formaldehyde from further acting as a reducing agent.

Toiseksi metanoli toimii rikkidioksidin tehokkaana liuottimena. Esimerkiksi kylläs-tyspisteessä rikkidioksidin pitoisuus metanolissa on 31,3 % painoprosenttia 26 °C:ssa ja jopa 71,1 % painoprosenttia 0 °C:ssa. Menetelmässä, jossa käyte-20 tään kaasumaista rikkidioksidia, metanoli absorboi kaasun. Menetelmässä, jossa : käytetään suoraan nestemäistä rikkidioksidin ja metanolin liuosta, kaasun käsitte- lyhankaluudet voidaan välttää täysin. Rikkidioksidin ja metanolin liuoksella ei myöskään ole puhtaan rikkidioksidin, joka kuljetetaan tavallisesti nestekaasuna, vaarallisia ominaisuuksia.Second, methanol acts as an effective solvent for sulfur dioxide. For example, at the saturation point, the content of sulfur dioxide in methanol is 31.3% by weight at 26 ° C and up to 71.1% by weight at 0 ° C. In a process using gaseous sulfur dioxide, methanol absorbs the gas. In a process where: a liquid solution of sulfur dioxide and methanol is used directly, the concept of gas can be completely avoided. Also, the sulfur dioxide and methanol solution does not have the hazardous properties of pure sulfur dioxide, which is usually carried as liquid gas.

“· 25 Kolmanneksi edullisempi reaktiojärjestelmä voidaan saada aikaan jakamalla klo- raatin pelkistys rikkidioksidin ja metanolin kesken. Jos esimerkiksi käytetään puh-i dasta Solvay-prosessia, metanoli reagoi usein epätäydellisesti muodostaen pää- asiassa vain formaldehydiä. Käyttämällä sekä rikkidioksidia että metanolia meta-: nolireaktio suoritetaan täydellisesti ja formaldehydin muodostumista voidaan vä- t ’ ·. 30 hentää tai se voidaan estää.“· 25 Third, a more favorable reaction system can be achieved by dividing the reduction of chlorate between sulfur dioxide and methanol. For example, if a pure Solvay process is used, the methanol often reacts incompletely to form mainly formaldehyde. Using both sulfur dioxide and methanol, the methanol reaction is complete and the formation of formaldehyde can be avoided. 30 can be prevented or prevented.

Neljänneksi jakautuminen on reaktiossa tasaista, tasauslevyjä, niin kutsuttuja , ; ’’spargers”, rikkidioksidi-ilmaseoksen jakamiseen ei tarvita.Fourth, the distribution is uniform in the reaction, the equalizing plates, so-called,; '' Spargers '', no need for splitting the sulfur dioxide-air mixture.

4 1159034, 115903

Edellä patenttivaatimusten mukaista keksintöä on kuvattu parannuksena Mathie-son-prosessiin. Tähän on syynä se, että se ratkaisee pääasiallisesti rikkidioksidin käytön aiheuttaman ongelman. Koska keksinnössä käytetään metanolia, keksintö voidaan nähdä myös parannuksena Solvay-prosessiin. Käyttämällä Solvay-5 prosessissa rikkidioksidia metanolin kanssa saantoa voidaan parantaa merkittävästi. Siten viidenneksi pelkistimien kokonaismäärää voidaan vähentää Mathieson- ja Solvay-prosesseihin verrattuna.The above claimed invention has been described as an improvement on the Mathiesson process. This is because it mainly solves the problem of sulfur dioxide use. Because the invention uses methanol, the invention can also be seen as an improvement on the Solvay process. By using sulfur dioxide with methanol in the Solvay-5 process, the yield can be significantly improved. Thus, fifth, the total number of reducing agents can be reduced compared to the Mathieson and Solvay processes.

Patenttivaatimusten mukaisessa menetelmässä rikkidioksidia ja metanolia voidaan käyttää seoksena yhdessä vaiheessa tai useissa peräkkäisissä vaiheissa, erik-10 seen useissa peräkkäisissä vaiheissa tai rinnakkain seoksena joissakin vaiheissa ja erikseen muissa vaiheissa. Edullisesti voidaan käyttää vain yhden vaiheen käsittävää menetelmää, jossa rikkidioksidi ja metanoli ovat seoksena. Sekoittaminen voidaan suorittaa myös ennen tai juuri ennen pelkistimien saattamista kosketukseen kloraatti-ionien kanssa.In the claimed process, sulfur dioxide and methanol can be used as a mixture in one step or in several successive steps, to Erik 10 in several successive steps or in parallel as a mixture in some steps and separately in other steps. Preferably, only a one step process can be used in which the sulfur dioxide and methanol are in a mixture. The mixing may also be carried out before or shortly before contacting the reducing agents with the chlorate ions.

15 Keksinnön edullisen suoritusmuodon mukaisesti rikkidioksidia ja metanolia käytetään liuoksena. Tämän suoritusmuodon mukaisesti metanoli ei pelkästään absorboi kaasumaista rikkidioksidia vaan pitää sen myös liuoksessa helpottaen siten menetelmää merkittävästi. On erityisen edullista, jos metanoliliuos on kyllästetty rikkidioksidilla ympäristön lämpötilassa. Siten rikkidioksidin pitoisuutta liuoksessa 20 rajoittaa sen liukoisuus metanoliin. Menetelmän lämpötilasta, paineesta ja tarpeesta riippuen rikkidioksidin pitoisuus esimerkiksi metanoliliuoksessa on 5-70 paino-. ... prosenttia, edullisemmin 20-70 painoprosenttia, kaikkein edullisimmin 25-40 pai- I i > noprosenttia.According to a preferred embodiment of the invention, sulfur dioxide and methanol are used as a solution. According to this embodiment, methanol not only absorbs gaseous sulfur dioxide but also holds it in solution, thereby greatly facilitating the process. It is particularly advantageous if the methanolic solution is saturated with sulfur dioxide at ambient temperature. Thus, the concentration of sulfur dioxide in solution 20 is limited by its solubility in methanol. Depending on the temperature, pressure and need of the process, the concentration of sulfur dioxide in, for example, methanol solution is 5 to 70% by weight. ... percent, more preferably 20-70% by weight, most preferably 25-40% by weight.

• f« *• f «*

Kloraatti-ioni voi olla peräisin mistä tahansa tällaisia ioneja patenttivaatimusten 25 mukaisen menetelmän pelkistysolosuhteissa muodostavasta lähteestä. Lähde voi olla kloorihappoa HCIO3, joka on muodostettu esim. sähkökemiallisesti. Edullisesti .**·. se on alkalimetallikloraattia tai maa-alkalimetallikloraattia, ja kaikkein edullisimmin se on natriumkloraattia, NaCI03:a, tai sen seosta kloorihapon kanssa. Natrium-. . kloraatti saadaan tyypillisesti suorittamalla elektrolyysi natriumkloridin vesiliuok- 30 selle.The chlorate ion may be derived from any source forming such ions under the reduction conditions of the process of claim 25. The source may be hydrochloric acid HClO3, which is formed, e.g., electrochemically. Preferably. ** ·. it is an alkali metal chlorate or an alkaline earth metal chlorate, and most preferably it is sodium chlorate, NaCl 3, or a mixture thereof with chloric acid. Sodium-. . Chlorate is typically obtained by electrolysis of an aqueous solution of sodium chloride.

; On myös yllättäen havaittu, että pelkistimien kokonaismäärä voi olla pienempi kuin ’ Mathieson-prosessissa ja Solvay-prosessissa. Niiden stoikiometrinen ylimäärä on tyypillisesti korkeintaan 10 mooliprosenttia, edullisesti korkeintaan 5 mooliprosent-: tia, kaikkein edullisimmin korkeintaan 0 mooliprosenttia, ja niiden stoikiometrinen . i 35 vajaus on tyypillisesti korkeintaan 20 mooliprosenttia kloraatin (NaCI03:n) mooli- 5 115903 määrästä laskettuna. Silti reagoimattoman kloraatin määrä pysyy ensimmäisessä astiassa hyväksyttävällä tasolla.; It has also surprisingly been found that the total amount of reducing agents may be less than in the Mathieson process and the Solvay process. Their stoichiometric excess is typically no more than 10 mol%, preferably no more than 5 mol%, most preferably no more than 0 mol%, and they are stoichiometric. The deficiency is typically up to 20 mol% based on the molar amount of chlorate (NaCl 3) 5,115,903. Still, the amount of unreacted chlorate in the first container remains at an acceptable level.

Kun keksinnön mukainen menetelmä toteutetaan, pelkistys suoritetaan tyypillisesti vesipitoisessa väliaineessa, joka sisältää kloraatti-ioneja. Kloraatti-ionilähteen pi-5 toisuus vesipitoisessa väliaineessa on tyypillisesti 10-80 painoprosenttia, edullisesti 20-70 painoprosenttia, natriumkloraatin avulla laskettuna. Muiden kloraatti-ionien yhteydessä käytetään ekvimolaarisia määriä.When the process of the invention is carried out, the reduction is typically carried out in an aqueous medium containing chlorate ions. The content of chlorine ion source p-5 in the aqueous medium is typically 10-80% by weight, preferably 20-70% by weight, based on sodium chlorate. Other chlorate ions are used in equimolar amounts.

Happamat olosuhteet voidaan saada aikaan happaman kloorihapon avulla, mutta edullisesti ne saadaan aikaan epäorgaanisen hapon avulla, edullisesti rikkihapon 10 ja/tai kloorivetyhapon avulla. Epäorgaanisen hapon happamuus on tyypillisesti 100-650 g/l, edullisesti 400-500 g/l.The acidic conditions may be obtained by the acidic hydrochloric acid, but preferably by the inorganic acid, preferably by sulfuric acid and / or hydrochloric acid. The acidity of the inorganic acid is typically 100-650 g / l, preferably 400-500 g / l.

Muut reaktioparametrit, kuten lämpötila ja paine, voidaan optimoida tavalliseen tapaan. Tyypillisesti lämpötila on noin 30 °C - noin 100 °C. Paine on tavallisesti ilmanpaineen tai lähes ilmanpaineen suuruinen.Other reaction parameters such as temperature and pressure can be optimized in the usual way. Typically, the temperature is from about 30 ° C to about 100 ° C. The pressure is usually at or near atmospheric pressure.

15 Keksinnön mukainen menetelmä voi olla panosprosessi, mutta tyypillisesti se on jatkuvatoiminen prosessi. Se voidaan suorittaa yhdessä tai useassa, edullisesti yhdessä tai kahdessa reaktorissa, jolloin rikkidioksidi ja metanoli voidaan jakaa reaktoreihin jollakin edellä esitetyistä tavoista. Erään suoritusmuodon mukaisesti siinä on ensimmäinen reaktori, joka sisältää rikkidioksidia ja metanolia, ja toinen '··*.· 20 reaktori, joka sisältää rikkidioksidia ja metanolia. Erään toisen suoritusmuodon : mukaisesti ensimmäinen reaktori sisältää rikkidioksidia ja metanolia ja toinen ‘ '·' *: reaktori sisältää kolmatta pelkistintä, edullisesti vetyperoksidia.The process of the invention may be a batch process, but is typically a continuous process. It may be carried out in one or more reactors, preferably in one or two reactors, whereby sulfur dioxide and methanol may be distributed into the reactors by any of the above methods. According to one embodiment, it has a first reactor containing sulfur dioxide and methanol, and a second reactor containing sulfur dioxide and methanol. According to another embodiment: the first reactor contains sulfur dioxide and methanol and the second '' · '* reactor contains a third reducing agent, preferably hydrogen peroxide.

• » · ] Kemiallista syytä nyt patenttivaatimuksissa esitetyn mukaisen rikkidioksidi-metano- • t * liyhdistelmän hyvään suorituskykyyn ei tiedetä varmasti. Rajoittamatta patentin 25 suojapiiriä uskotaan, että molemmat yhdisteet tukahduttavat selektiivisesti toistensa kilpailevia sivureaktioita.The chemical reason for the good performance of the sulfur dioxide-methano * combination as claimed now is uncertain. Without limiting the scope of the patent, it is believed that both compounds selectively suppress competing side reactions of one another.

Rikkidioksidin nopeampi reaktio kloorihapon kanssa vapauttaa siten kloridi-ioneja metanolin hitaampaan reaktioon kloorihappoionien kanssa, jotka muodostavat *;;; välttämättömän välituotteen edellä esitetyssä reaktiossa (2). Rikkidioksidi näyttää *··’ 30 siten katalysoivan metanolin muutoin hidasta ja epätäydellistä reaktiota, koska • ;': edellä esitetty reaktio (5) suoritetaan loppuun ja se muodostaa hapetusvaiheessa ... : lisäksi muurahaishappoa HCOOH, ei välituotetta formaldehydiä HCHO, ts. toimien lisäpelkistimenä. Koska formaldehydi on reagoinut ainakin osittain muurahais- 6 115903 hapoksi, keksinnön tarve pieneen ylimäärään tai stoikiometrisiä pienempiin määriin pelkistimiä voidaan ymmärtää.A faster reaction of sulfur dioxide with chloric acid thus releases the chloride ions to a slower reaction of methanol with the chloric acid ions which form * ;;; an essential intermediate in the above reaction (2). Sulfur dioxide thus appears to catalyze the otherwise slow and incomplete reaction of methanol, since •; ': the above reaction (5) is completed and forms in the oxidation step ...: additionally formic acid HCOOH, no intermediate formaldehyde HCHO, i.e. acting as further reducing agent . Since formaldehyde has reacted, at least in part, to formic acid, the need of the invention for small excess or stoichiometric amounts of reducing agents can be understood.

Seuraavaksi esitetään esimerkkejä, joiden ainoana tarkoituksena on valaista esillä olevaa keksintöä.The following are examples which are intended solely to illustrate the present invention.

5 Esimerkit5 Examples

Esimerkki 1 (vertailuesimerkki 1)Example 1 (Comparative Example 1)

Kymmenen jatkuvatoimista vertailu koetta suoritettiin reaktorissa, jonka halkaisija oli 80 mm ja korkeus 4 500 mm. Nesteen korkeus oli 3 500 mm. Reaktoriin syötettiin natriumkloraattiliuosta, joka sisälsi 47 painoprosenttia natriumkloraattia, 10 nopeudella 1,26 kg/h ja 93-prosenttista rikkihappoa nopeudella 0,4 kg/h. Reaktoriin syötettiin myös 9-prosenttista typessä olevaa rikkidioksidikaasua nopeudella 243 g/h puhdasta rikkidioksidia tai 136 % stoikiometrisestä määrästä. Kun reaktori saavutti tasapainotilan, kloraattipitoisuus oli 30-40 g/l ja happopitoisuus oli 450-480 g/l. Reaktorin lämpötila pidettiin 45 °C:ssa. Muodostuneen klooridioksidin 15 määrä mitattiin. Klooridioksidin kulutettuun tai reagoineeseen natriumkloraattiin perustuva saanto oli keskimäärin 86,5 %.Ten continuous comparative experiments were performed in a reactor having a diameter of 80 mm and a height of 4,500 mm. The height of the liquid was 3 500 mm. Sodium chlorate solution containing 47% by weight of sodium chlorate was introduced into the reactor at a rate of 1.26 kg / h and 93% sulfuric acid at a rate of 0.4 kg / h. The reactor was also fed with 9% sulfur dioxide in nitrogen at a rate of 243 g / h of pure sulfur dioxide or 136% of the stoichiometric amount. When the reactor reached equilibrium, the chlorate concentration was 30-40 g / l and the acid content was 450-480 g / l. The reactor temperature was maintained at 45 ° C. The amount of chlorine dioxide formed was measured. The average yield of chlorine dioxide based on consumed or reacted sodium chlorate was 86.5%.

Esimerkki 2 (vertailuesimerkki 2)Example 2 (Comparative Example 2)

Kaksi jatkuvatoimista koetta suoritettiin samassa reaktorissa kuin esimerkissä 1 ja käyttämällä samaa natriumkloraattisyöttöä, mutta käyttämällä pelkistimenä vain **· ; 20 metanolia. Metanolisyöttö oli 110 g/h tai 123 % stoikiometrisestä määrästä. Reak- ' ‘ tiolämpötila oli 50 °C.Two continuous experiments were conducted in the same reactor as in Example 1 and using the same sodium chlorate feed, but using only ** as a reducing agent; 20 methanol. The methanol feed was 110 g / h or 123% of the stoichiometric amount. The reaction temperature was 50 ° C.

• * »• * »

Happamuus oli noin 470 g/l. Kloraattipitoisuus oli ensimmäisen reaktioastian .··*. jälkeen 20,5 vs. 20,4 g/l. Saadut saannot olivat 75,0 ja 77,4 % natriumkloraattisyö- töstä laskettuna.The acidity was about 470 g / l. The chlorate concentration was in the first reaction vessel. after 20.5 vs. 20.4 g / L. The yields obtained were 75.0 and 77.4% based on sodium chlorate feed.

25 Esimerkki 3 ’: ’ Kolme jatkuvatoimista koetta suoritettiin käyttämällä 36-prosenttista rikkidioksidia • - metanoliin liuotettuna esimerkissä 1 kuvatuissa olosuhteissa. Syöttö oli 90 g/h ja reaktiolämpötila oli 50 °C. Happamuudet vaihtelivat välillä 470-534 g/l. Kulutetun : kloraatin kloraattipitoisuus vaihteli välillä 24-35 g/l. Keskimääräiseksi saannoksi ... : 30 saatiin 96,7%. Pelkistimien kokonaismäärä oli 83% stoikiometrisestä määrästä laskettuna sen perusteella, että rikkidioksidi muuttuisi rikkihapoksi ja metanoli for- 7 115903 maldehydiksi. Formaldehydiä ei havaittu lainkaan ja yli 70 % metanolista oli muuttunut muurahaishapoksi.Example 3 ':' Three continuous experiments were conducted using 36% sulfur dioxide in methanol under the conditions described in Example 1. The feed was 90 g / h and the reaction temperature was 50 ° C. Acids ranged from 470-534 g / l. The chlorate concentration of chlorate consumed ranged from 24 to 35 g / l. The average yield ...: 30 was 96.7%. The total amount of reducing agents was 83% of the stoichiometric amount based on the conversion of sulfur dioxide into sulfuric acid and methanol to form maldehyde. No formaldehyde was detected and more than 70% of the methanol had been converted to formic acid.

Esimerkit osoittavat, että voidaan saada aikaan klooridioksidin huomattavasti parantunut saanto ja että pelkistimien kokonaismäärää voidaan vähentää, kun käyte-5 tään rikkidioksidin ja metanolin seosta, verrattuna siihen, että käytettäisiin pelkästään joko rikkidioksidia tai metanolia.The examples show that a significantly improved yield of chlorine dioxide can be achieved and that the total amount of reducing agents can be reduced when using a mixture of sulfur dioxide and methanol as compared to using either sulfur dioxide or methanol alone.

i f · • 1 « · • · * · » • « ·i f · • 1 «· • · * ·» • «·

» I»I

» · I » I * I t i « »»· I» I * I t i «»

Claims (14)

115903115903 1. Menetelmä klooridioksidin valmistamiseksi pelkistämällä kloraatti-ioneja hap-pamissa olosuhteissa käyttämällä rikkidioksidia ja metanolia, tunnettu siitä, että rikkidioksidi ja metanoli ovat liuoksena, jolloin rikkidioksidin pitoisuus 5 metanoliliuoksessa on 5-70 painoprosenttia.A process for the preparation of chlorine dioxide by reduction of chlorate ions under acidic conditions using sulfur dioxide and methanol, characterized in that the sulfur dioxide and methanol are present in a solution, wherein the concentration of sulfur dioxide in methanol solution is 5 to 70% by weight. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että liuos on metanoliliuosta, joka on kyllästetty rikkidioksidilla.Process according to claim 1, characterized in that the solution is a methanolic solution saturated with sulfur dioxide. 3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että rikkidioksidin pitoisuus metanoliliuoksessa on 20-70 painoprosenttia, edullisesti 25-40 10 painoprosenttia.Process according to Claim 1 or 2, characterized in that the concentration of sulfur dioxide in the methanol solution is 20 to 70% by weight, preferably 25 to 40% by weight. 4. Jonkin edellisistä patenttivaatimuksista mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kloraatti-ionilähde on kloorihappoa ja/tai alkalimetallikloraattia tai maa-alkali-metallikloraattia, edullisesti natriumkloraattia tai sen seosta kloorihapon kanssa.Process according to any one of the preceding claims, characterized in that the chlorate ion source is chloric acid and / or alkali metal chlorate or alkaline earth metal chlorate, preferably sodium chlorate or a mixture thereof with chloric acid. 5. Jonkin edellisistä patenttivaatimuksista mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 15 että pelkistimen kokonaismäärän stoikiometrinen ylimäärä on korkeintaan 10 moo- liprosenttia, edullisesti korkeintaan 5 mooliprosenttia, kaikkein edullisimmin korkeintaan 0 mooliprosenttia, ja sen stoikiometrinen vajaus on korkeintaan 20 mooliprosenttia kloraatin (NaCI03:n) moolimäärästä laskettuna. « t »Process according to any one of the preceding claims, characterized in that the total amount of stoichiometric excess of the reducing agent is not more than 10 mol%, preferably not more than 5 mol%, most preferably not more than 0 mol%, and its stoichiometric deficiency is not more than 20 mol% calculated. «T» 6. Jonkin edellisistä patenttivaatimuksista mukainen menetelmä, tunnettu siitä, ' “ ; 20 että pelkistys suoritetaan vesipitoisessa väliaineessa, joka sisältää kloraatti-ioneja. • »Method according to one of the preceding claims, characterized in that ''; 20 that the reduction is carried out in an aqueous medium containing chlorate ions. • » 7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kloraatti-ionipitoisuus natriumkloraattina laskettuna on 10-80 painoprosenttia, edullisesti ; * ’ *; 20-70 painoprosenttia.Process according to Claim 6, characterized in that the chlorate ion content, calculated as sodium chlorate, is 10 to 80% by weight, preferably; * '*; 20-70% by weight. 8. Jonkin edellisistä patenttivaatimuksista mukainen menetelmä, tunnettu siitä, ..: 25 että happamat olosuhteet saadaan aikaan epäorgaanisen hapon avulla, edullisesti :: kloorivety- ja/tai rikkihapon avulla.Process according to one of the preceding claims, characterized in that the acidic conditions are obtained by means of an inorganic acid, preferably: hydrochloric acid and / or sulfuric acid. 9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että epäorgaa- ' ' nisen hapon happamuus on 100-650 g/l, edullisesti 400-500 g/l. , ! ' ; 10. Jonkin edellisistä patenttivaatimuksista mukainen menetelmä, tunnettu siitä, : · ’ 30 että se on jatkuvatoiminen. 115903Process according to Claim 8, characterized in that the acidity of the inorganic acid is 100-650 g / l, preferably 400-500 g / l. ,! '; A method according to any one of the preceding claims, characterized in that it is continuous. 115903 11. Jonkin edellisistä patenttivaatimuksista mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että se suoritetaan kahdessa peräkkäisessä reaktorissa.Process according to one of the preceding claims, characterized in that it is carried out in two successive reactors. 12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että molemmat reaktorit sisältävät rikkidioksidia ja metanolia.Process according to Claim 11, characterized in that both reactors contain sulfur dioxide and methanol. 13. Patenttivaatimuksen 12 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ensimmäi nen reaktori sisältää rikkidioksidia ja metanolia ja toinen reaktori sisältää vetyperoksidia.Process according to claim 12, characterized in that the first reactor contains sulfur dioxide and methanol and the second reactor contains hydrogen peroxide. 14. Jonkin edellisistä patenttivaatimuksista mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että rikkidioksidi ja metanoli sekoitetaan keskenään ennen, edullisesti juuri ennen, 10 niiden saattamista kosketukseen kloraatti-ionien kanssa.Process according to any one of the preceding claims, characterized in that the sulfur dioxide and methanol are mixed before, preferably just before, their contact with the chlorate ions.
FI20022156A 2002-12-05 2002-12-05 Process for the preparation of chlorine dioxide FI115903B (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20022156A FI115903B (en) 2002-12-05 2002-12-05 Process for the preparation of chlorine dioxide
AU2003283468A AU2003283468A1 (en) 2002-12-05 2003-12-04 Process for the production of chlorine dioxide
PCT/FI2003/000928 WO2004050550A1 (en) 2002-12-05 2003-12-04 Process for the production of chlorine dioxide

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20022156 2002-12-05
FI20022156A FI115903B (en) 2002-12-05 2002-12-05 Process for the preparation of chlorine dioxide

Publications (3)

Publication Number Publication Date
FI20022156A0 FI20022156A0 (en) 2002-12-05
FI20022156A FI20022156A (en) 2004-06-06
FI115903B true FI115903B (en) 2005-08-15

Family

ID=8565045

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI20022156A FI115903B (en) 2002-12-05 2002-12-05 Process for the preparation of chlorine dioxide

Country Status (3)

Country Link
AU (1) AU2003283468A1 (en)
FI (1) FI115903B (en)
WO (1) WO2004050550A1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BRPI1008627A2 (en) * 2009-02-19 2016-03-01 Basf Corp two-component system for preparing a chlorine dioxide generating composition, and method for producing chlorine dioxide

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3933988A (en) * 1966-10-24 1976-01-20 Hooker Chemicals & Plastics Corporation Method of simultaneously producing chlorine dioxide and a sulfate salt
US4929434A (en) * 1989-03-09 1990-05-29 Lobley Derek G Catalytic generation of chlorine dioxide
WO1998013295A1 (en) * 1996-09-27 1998-04-02 International Paper Company Method for producing chlorine dioxide using methanol and hydrogen peroxide as reducing agents
WO1998013296A1 (en) * 1996-09-27 1998-04-02 International Paper Company Method for producing chlorine dioxide using methanol, chloride, and hydrogen peroxide as reducing agents
FI108536B (en) * 2000-04-12 2002-02-15 Kemira Chemicals Oy Process for producing chlorine dioxide by using several reducing agents together

Also Published As

Publication number Publication date
AU2003283468A1 (en) 2004-06-23
FI20022156A (en) 2004-06-06
FI20022156A0 (en) 2002-12-05
WO2004050550A1 (en) 2004-06-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FI112353B (en) Process for continuous production of chlorine dioxide
CA2028550C (en) Process for the production of chlorine dioxide
US5091166A (en) Process for the production of chlorine dioxide
US4465658A (en) Chlorine dioxide process
CA2374665C (en) Chemical composition and method
JP2819065B2 (en) Method for producing chlorine dioxide
CA1333519C (en) Process for the production of chlorine dioxide
CA2581318C (en) A process for the production of chlorine dioxide
CA2693405C (en) Process for the production of chlorine dioxide
CA2333247C (en) A method of improving yield of chlorine dioxide generation processes
FI115903B (en) Process for the preparation of chlorine dioxide
FI112352B (en) Process for the production of chlorine dioxide
FI108536B (en) Process for producing chlorine dioxide by using several reducing agents together
FI94616C (en) Method for the production of chlorine dioxide
EP0651832B1 (en) Process for gas phase delignifying wood pulp
CA1181224A (en) High efficiency chlorine dioxide process
CA2427454C (en) Hydrogen peroxide-based chlorine dioxide generation process
FI114696B (en) Process for the preparation of chlorine dioxide
EP0131378A1 (en) Process for the production of chlorine dioxide
WO1998013296A9 (en) Method for producing chlorine dioxide using methanol, chloride, and hydrogen peroxide as reducing agents
WO1998013296A1 (en) Method for producing chlorine dioxide using methanol, chloride, and hydrogen peroxide as reducing agents
US20060067873A1 (en) Process for the production of chlorine dioxide

Legal Events

Date Code Title Description
FG Patent granted

Ref document number: 115903

Country of ref document: FI

MM Patent lapsed