FI88605C - Foerfarande och reaktor foer alstring av klordioxid och klor ur alkaliklorat - Google Patents

Description

1 88605

Menetelmä ja reaktori klooridioksidin ja kloorin synnyttämiseksi alkalikloraatista

Keksintö koskee menetelmää, jossa annetaan alkali-5 kloraatin reagoida vesiliuoksessa hapon, erityisesti suolahapon kanssa kaasumaisen, klooridioksidia ja klooria sisältävän seoksen synnyttämiseksi reaktorissa, jossa on useita päällekkäisiä reaktiokerroksia, joiden kautta liuos virtaa ylhäältä alaspäin siten, että niukasti 10 kloraattia ja happoa sisältävää liuosta keitetään keit-tokammiossa reaktorin alaosassa kuumentamalla epäsuorasti lämpötila-alueella 100-110°C, sekä menetelmään liittyvää reaktoria.

Tämä menetelmä ja siihen liittyvä reaktori ovat 15 tunnettuja ja ne on yksityiskohtaisesti kuvattu EP-pa-tentissa 0 095 199 ja saksalaisessa patenttihakemuksessa 3 719 878. Reaktio tapahtuu esim. reaktioyhtälön 2NaC103 + 4HC1 = 2C102 + Cl2 + 2NaCl + 2H20 20 mukaisesti. Tällöin HCl toimii edullisesti happona ja pelkistimenä, joten käytettäessä suolahappoa jälkimmäistä ei tarvitse lisätä erikseen.

Keksinnön tehtävänä on parantaa tunnetun menetel-25 män taloudellisuutta ja erityisesti poistaa muodostunut vesi keittämällä käyttäen mahdollisimman vähän energiaa. Alussa mainitussa menetelmässä tämä tapahtuu keksinnön mukaisesti siten, että niukkapitoinen liuos johdetaan keittokammiosta painekammioon, painekammiossa ylläpide-30 tään paine vähintään 1,2 baaria, liuos keitetään paine-. . kammiossa lämpötilassa 110 - 150°C ja painekammiokeitos- sa muodostunut haihdutushöyry johdetaan epäsuoraa kuumennusta varten keittokammion ja/tai yhden reaktiokerrok-sen läpi.

2 88605

Keksinnön edelleenkehittelyssä liuos kuumennetaan epäsuorasti painekammiossa vesihöyryllä ja lopuksi vesihöyry tai muodostunut kondensaatti johdetaan epäsuoraa kuumennusta varten keittokammion ja/tai yhden reak-5 tiokerroksen läpi.

Lisäksi on mahdollista johtaa keittokammiossa muodostunut haihdutushöyry epäsuoraa kuumennusta varten vähintään yhden reaktiokerroksen läpi.

Paine keittokammiossa on tavallisesti n. 1 baari 10 ja painekammiossa paine on suurempi ja vähintään 1,2 baaria. Tämä paine-ero voidaan synnyttää esim. siten, että painekammio sijoitetaan keittokammion alapuolelle, molemmat kammiot yhdistetään alaspäinvalutusputkella, jolloin voidaan johtaa keittokammiossa olevan liuoksen 15 hydrostaattinen paine painekammioon.

Menetelmän ja siihen liittyvän reaktorin toteuttamismahdollisuuksia selvennetään piirustuksen avulla, jossa reaktori nähdään kaaviomaisesti pituusleikkauksena.

Reaktori (1), joka on olennaisesti lieriömäinen, 20 on pääosiltaan sijoitettu koholla olevalle porrastasan teelle (2). Reaktorissa on useita päällekkäisiä pohjia (3,4,5), jotka ovat olennaisesti käännetyn suppilon muotoisia. Jokaisen pohjan keskellä on kaasunläpäisy-kohta (8).

25 Jokainen pohja sulkee reaktiokerroksen alhaalta.

Piirustuksen toteuttamismuodossa reaktiokerroksia on neljä (10,11,12,13), mutta reaktiokerrosten määrä voi olla nuukin. Jokaiseen reaktiokerrokseen liittyy poisto-putkijohto (15), jonka kautta liuos voi valua reaktio-30 kerroksesta alempana olevaan kerrokseen. Ainakin ylim mässä kerroksessa on yksi tai useampi tuloputkijohto (16,17) happoa, erityisesti suolahappoa varten. Alimpaan reaktorikerrokseen syötetään huuhteluilmaa putki-johdon (18) kautta.

3 88605

Reaktioon osallistuva alkalikloraatti tulee esim. elektrolyysistä ja syötetään putkijohdon (20) kautta reaktorin (1) ylimpään reaktiokerrokseen (10). Liuos sisältää esim. 500 g NaClO^sa per litra. Piirustuksessa 5 vaakasuora pilkkuviiva osoittaa nestetason jokaisessa reaktiokerroksessa ja kammioissa.

Reaktiossa muodostunut Cl02:n ja Cl2:n kaasumainen seos virtaa huuhteluilman kera ylöspäin kerroksesta toiseen kulloisten keskellä olevien kaasunläpäisy-10 kohtien (8) kautta ja poistetaan imemällä ylemmän pois- tokohdan (21) kautta. Reaktion voimistamiseksi yksittäiset reaktiokerrokset on varustettu epäsuorilla kuumennus-välineillä (23,24). Tällöin on eduksi säätää lämpötila siten, että se reaktiokerroksissa (10)-(13) kohoaa yl-15 häältä alaspäin. Niukasti kloraattia sisältävä liuos virtaa lopuksi poistoputkijohdon (15a) kautta keittokam-mioon (25), jossa se kuumennetaan kiehuvaksi paineessa n. 1 baari. Tähän tarvittava lämpö syötetään epäsuorilla kuumennusväliaineilla (26,27).

20 Kiehumislämpötila keittokammiossa (25) on alueella 100-110°C, jolloin muodostuu runsaasti vesihöyryä sisältävä haihdutushöyry. Tämä haihdutushöyry poistetaan putkijohdon (30) kautta ja johdetaan osaksi suoraan putkijohdon (31) kautta tai osaksi jäähdyttimen 25 (32) kautta epäsuoran kuumennuksen (33) putkikierruk- kaan. Lämmön poistuessa muodostunut haihdutushöyrykon-densaatti voidaan piirustuksessa esittämättömällä tavalla johtaa jonkin ylempänä olevan reaktiokerroksen lisäkuumennukseen. Jäähdytin (32) toimii kuumennuksen 30 lämpötilansäätimenä.

Keittokammion (25) alapuolella on painekammio (40), joka on yhdistetty keittokammioon alaspäinvalutusput-kella (41). Liuos virtaa keittokammiosta (25) putki-johdon (41) kautta alapuolella olevaan painekammioon 35 (40), jolloin kammion (25) sisältämän nesteen hydros- 4 88605 taattinen paine kuormittaa kammion (40) nestettä. Tällä tavoin paine kohoaa painekammiossa (40) ja liuoksen kie-humislämpötila kasvaa paineen kohoamisen vaikutuksesta vähintään 110°C:seen ja jopa 150°C:seen. Kummankin kam-5 mion (25) ja (40) nestetason korkeusero voidaan valita halutunlaiseksi ja valintaan vaikuttavat ensisijaisesti kustannusnäkökohdat. Korkeusaero 1-8 m ja edullisesti 2-6 m vaikuttavat sopivilta.

Myös painekammio (40) onvarustettu epäsuoralla 10 kuumennuksella (42), johon syötetään edullisesti vesi höyryä putkijohdon (43) kautta. Sitten kuumennusväliai-ne johdetaan putkijohdon (44) kautta epäsuoraan kuume-nusta (26) varten keittokammioon(25) ja lopuksi putki-johdon (45) kautta reaktiokerroksen (12) kuumennukseen 15 (24). Mutta on myös mahdollista käyttää putkijohdon (44) kautta painekammiosta (40) tuleva kuumennusväli-aine muulla tavoin eri reaktiokerroksissa.

Painekammiossa (40) muodostunut runsaasti vesihöyryä sisältävä haihdutushöyry poistetaan putkijohdon 20 (48) kautta ja käytetään ensin kuumentamiseen keitto- kammiossa (25), sitten kondensaattina reaktiokerrokses-sa (13) ja lopuksi reaktiokerroksessa (11). Tässäkin tapauksessa voidaan haihdutushöyrylle ja sen konden-saatille ajatella muuta käyttöä, mutta on eduksi käyt-25 tää haihdutushöyry ensin epäsuoraan kuumennukseen keit- tokammiossa (25), koska kondensoitumislämpö otetaan tällä tavoin edullisesti talteen.

Liuos, joka on keitetty vesipitoisuuden pienentämiseksi, poistuu painekammiosta (40) putkijohdon (50) 30 kautta ja voidaan esim. palauttaa elektrolyysiin klo- raatilla uudelleenrikastamista varten.

Esimerkki

Kloraattielektrolyysistä syötettiin reaktoriin (1) putkijohdon (20) kautta kloraattipitoinen liuos 35 kokonaismääränä 11 747 kg. Liuos sisälsi 4 284 kg i 5 68605

NaClO^ra, 857 kg NaClrää, 43 kg ja 6 563 kg vettä, ja sen lämpötila oli 40°C . Tämän liuoksen annettiin reagoida-vedellisen hapon kanssa, jossa oli 1 345 kg HCl:ää ja 2 859 kg vettä. Reaktorin (1) ra-5 kenne oli sama kuin piirustuksessa eli siinä oli neljä reaktiokerrosta (10-(13). Happo syötettiin useana annoksena ylimpään kerrokseen (10). Syötettiin 1 461 kg huuhteluilmaa putkijohdon (18) kautta ja imettiin ylhäältä reaktiokerrosten läpi. Tuotekaasu poistokohdassa 10 (21) sisälsi 1 010 kg Cl02:ta, 770 kg C^sta ja 172 kg H20:ta sekä kaasun mukana tullutta huuhteluilmaa. Systeemistä oli siis haihduttamalla poistettava 1 850 kg vettä.

Painekammiossa (40) ja keittokammiossa (25) ole-15 vien nesteiden tasoero oli 2 m. Nesteen kiehumisläm- pötila keittokammiossa oli kammiossa vallitsevan 1 baarin paineessa 105°C, painekammiossa paine oli 1,25 baaria ja kiehumislämpötila tässä kammiossa oli 120°C. Nesteen keittämiseksi painekammiossa, lämmönvaihtimeen 20 (42) syötettiin putkijohdon (43) kautta 1 600 kg vesihöyryä lämpötilassa 150°C, keittokammioon syötettiin putkijohdon (44) kautta kondensaatin ja vesihöyryn seosta ja lopuksi kondensaatti syötettiin kolmannen reaktiokerroksen (12) lämmönvaihtimeen (24), josta se 25 poistettiin lämpötilassa 80°C.

: Painekammiossa muodostunut haihdutushöyry syötet tiin lämpötilassa 120°C putkijohdon (48) kautta keitto-kammioon ja kondensoitiin siellä lämmönvaihtimessa (27). Sitten tätä kondensaattia käytettiin vielä reaktiokerros-30 ten (12) ja (11) kuumentamiseksi. Keittokammiossa (25) . . muodostunut haihdutushöyry syötettiin piirustuksen osoittamalla tavalla kuumennusta varten reaktiokerroksen (13) kautta, jolloin jäähdytin (32) sääteli kondensaat-tina poistetun veden määrää siten, että kokonaisainetase 35 Pysyi tasapainossa.

Claims (5)

6 88605

1. Menetelmä, jossa annetaan alkalikloraatin (20) reagoida vesiliuoksessa hapon (16, 17) erityisesti suola- 5 hapon kanssa kaasumaisen, klooridioksidia ja klooria sisältävän seoksen synnyttämiseksi reaktorissa (1), jossa on useita päällekkäisiä reaktiokerroksia (10, 11, 12, 13), joiden kautta liuos virtaa ylhäältä alaspäin siten, että niukasti kloraattia ja happoa sisältävää liuosta keitetään 10 keittokammiossa (25) reaktorin alaosassa kuumentamalla epäsuorasti lämpötila-alueella 100 - 110 °C, tunnet -t u siitä, että niukkapitoinen liuos johdetaan keittokam-miosta (25) painekammioon (40), että painekammiossa (40) ylläpidetään paine vähintään 1,2 baaria, liuos keitetään 15 painekammiossa lämpötilassa 110 -150 °C ja johdetaan paine-kammiokeitossa muodostunut haihdutushöyry (48) epäsuoraa kuumennusta varten keittokammion (25) ja/tai yhden reak-tiokerroksen (12) läpi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, t u n-20 n e t t u siitä, että painekammiossa (40) olevaa liuosta kuumennetaan epäsuorasti vesihöyryllä (42) ja johdetaan sitten vesihöyry tai muodostunut kondensaatti epäsuoraa kuumennusta (26) varten keittokammion (25) ja/tai yhden reaktiokerroksen (12) läpi.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että keittokammiossa (25) muodostunut haihdutushöyry (48) johdetaan epäsuoraa kuumennusta varten vähintään yhden reaktiokerroksen (13) läpi.

4. Reaktori, jossa annetaan alkalikloraatin (20) 30 reagoida vesiliuoksessa hapon, erityisesti suolahapon kanssa kaasumaisen, klooridioksidia ja klooria sisältävän seoksen synnyttämiseksi reaktorissa, jossa on useita päällekkäisiä reaktiokerroksia (10, 11, 12, 13), joiden kautta liuos virtaa ylhäältä alaspäin siten, että ainakin ylim-35 mässä kerroksessa (10) on välineet (16, 17) hapon lisäämi- 7 88605 seksi ja reaktorialueen alaosassa on keittokammio (25) niukkapitolsen kloraattiliuoksen kuumentamiseksi epäsuorasti lämpötila-alueella 100 - 110 °C, tunnettu siitä, että keittokanunion (25) alapuolella on paineistet-5 tu, alaspäinvalutusjohdolla (41) keittokammioon liitetty, epäsuorasti kuumennettu painekammio (40) ja painekammiossa olevan haihdutushöyryn poistokohta (48) on liitetty keittokanunion ja/tai yhden reaktiokerroksen (13) epäsuoraan kuumennukseen (27).

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen reaktori, tun nettu siitä, että painekammion (40) epäsuora kuumennus (42), johon syötetään vesihöyryä, on liitetty keitto-kammion (25) ja/tai yhden reaktiokerroksen epäsuoraan kuumennukseen (26). 15 8 «8605