RU2417946C2 - Chlorine dioxide synthesis method - Google Patents
Chlorine dioxide synthesis method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2417946C2 RU2417946C2 RU2008144194/05A RU2008144194A RU2417946C2 RU 2417946 C2 RU2417946 C2 RU 2417946C2 RU 2008144194/05 A RU2008144194/05 A RU 2008144194/05A RU 2008144194 A RU2008144194 A RU 2008144194A RU 2417946 C2 RU2417946 C2 RU 2417946C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- chlorine dioxide
- stream
- reactor
- product stream
- Prior art date
Links
- OSVXSBDYLRYLIG-UHFFFAOYSA-N dioxidochlorine(.) Chemical compound O=Cl=O OSVXSBDYLRYLIG-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 154
- 239000004155 Chlorine dioxide Substances 0.000 title claims abstract description 77
- 235000019398 chlorine dioxide Nutrition 0.000 title claims abstract description 77
- 238000001308 synthesis method Methods 0.000 title 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 54
- XTEGARKTQYYJKE-UHFFFAOYSA-M chlorate Inorganic materials [O-]Cl(=O)=O XTEGARKTQYYJKE-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 32
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 claims abstract description 30
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims abstract description 30
- -1 alkali metal chlorate Chemical class 0.000 claims abstract description 29
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 27
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims abstract description 25
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 22
- 229910001868 water Inorganic materials 0.000 claims abstract description 22
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 claims abstract description 17
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 62
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 28
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical group OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 14
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 7
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 6
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 6
- 239000000047 product Substances 0.000 description 43
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 10
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 7
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 7
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 7
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- 238000004061 bleaching Methods 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 5
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 5
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 4
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 4
- BZSXEZOLBIJVQK-UHFFFAOYSA-N 2-methylsulfonylbenzoic acid Chemical compound CS(=O)(=O)C1=CC=CC=C1C(O)=O BZSXEZOLBIJVQK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- ABLZXFCXXLZCGV-UHFFFAOYSA-N Phosphorous acid Chemical compound OP(O)=O ABLZXFCXXLZCGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L Sodium Sulfate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]S([O-])(=O)=O PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 3
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 3
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 description 3
- 239000008139 complexing agent Substances 0.000 description 3
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 3
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 3
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 3
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 3
- 229910052938 sodium sulfate Inorganic materials 0.000 description 3
- 235000011152 sodium sulphate Nutrition 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004801 Chlorinated PVC Substances 0.000 description 2
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 2
- RAHZWNYVWXNFOC-UHFFFAOYSA-N Sulphur dioxide Chemical compound O=S=O RAHZWNYVWXNFOC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 229920000457 chlorinated polyvinyl chloride Polymers 0.000 description 2
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 2
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 2
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 2
- NAQMVNRVTILPCV-UHFFFAOYSA-N hexane-1,6-diamine Chemical compound NCCCCCCN NAQMVNRVTILPCV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- VLTRZXGMWDSKGL-UHFFFAOYSA-N perchloric acid Chemical compound OCl(=O)(=O)=O VLTRZXGMWDSKGL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 2
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 2
- 239000002516 radical scavenger Substances 0.000 description 2
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 2
- 239000012429 reaction media Substances 0.000 description 2
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 2
- GPCTYPSWRBUGFH-UHFFFAOYSA-N (1-amino-1-phosphonoethyl)phosphonic acid Chemical compound OP(=O)(O)C(N)(C)P(O)(O)=O GPCTYPSWRBUGFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CABMTIJINOIHOD-UHFFFAOYSA-N 2-[4-methyl-5-oxo-4-(propan-2-yl)-4,5-dihydro-1H-imidazol-2-yl]quinoline-3-carboxylic acid Chemical compound N1C(=O)C(C(C)C)(C)N=C1C1=NC2=CC=CC=C2C=C1C(O)=O CABMTIJINOIHOD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RPNUMPOLZDHAAY-UHFFFAOYSA-N Diethylenetriamine Chemical compound NCCNCCN RPNUMPOLZDHAAY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WJJMNDUMQPNECX-UHFFFAOYSA-N Dipicolinic acid Natural products OC(=O)C1=CC=CC(C(O)=O)=N1 WJJMNDUMQPNECX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920001780 ECTFE Polymers 0.000 description 1
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 description 1
- DBVJJBKOTRCVKF-UHFFFAOYSA-N Etidronic acid Chemical compound OP(=O)(O)C(O)(C)P(O)(O)=O DBVJJBKOTRCVKF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920006370 Kynar Polymers 0.000 description 1
- RHZZEXPAZIBIPM-UHFFFAOYSA-N NCP(=O)(O)OP(=O)O Chemical compound NCP(=O)(O)OP(=O)O RHZZEXPAZIBIPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 1
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YDONNITUKPKTIG-UHFFFAOYSA-N [Nitrilotris(methylene)]trisphosphonic acid Chemical compound OP(O)(=O)CN(CP(O)(O)=O)CP(O)(O)=O YDONNITUKPKTIG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 229910052936 alkali metal sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000012431 aqueous reaction media Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000007844 bleaching agent Substances 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- TVQLLNFANZSCGY-UHFFFAOYSA-N disodium;dioxido(oxo)tin Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][Sn]([O-])=O TVQLLNFANZSCGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DUYCTCQXNHFCSJ-UHFFFAOYSA-N dtpmp Chemical compound OP(=O)(O)CN(CP(O)(O)=O)CCN(CP(O)(=O)O)CCN(CP(O)(O)=O)CP(O)(O)=O DUYCTCQXNHFCSJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NFDRPXJGHKJRLJ-UHFFFAOYSA-N edtmp Chemical compound OP(O)(=O)CN(CP(O)(O)=O)CCN(CP(O)(O)=O)CP(O)(O)=O NFDRPXJGHKJRLJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011552 falling film Substances 0.000 description 1
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 description 1
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- HCDGVLDPFQMKDK-UHFFFAOYSA-N hexafluoropropylene Chemical group FC(F)=C(F)C(F)(F)F HCDGVLDPFQMKDK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002440 industrial waste Substances 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012263 liquid product Substances 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 229910001510 metal chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052756 noble gas Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002835 noble gases Chemical class 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- SIOXPEMLGUPBBT-UHFFFAOYSA-N picolinic acid Chemical class OC(=O)C1=CC=CC=N1 SIOXPEMLGUPBBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 159000000000 sodium salts Chemical class 0.000 description 1
- 229940079864 sodium stannate Drugs 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229940071182 stannate Drugs 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BFKJFAAPBSQJPD-UHFFFAOYSA-N tetrafluoroethene Chemical group FC(F)=C(F)F BFKJFAAPBSQJPD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000003606 tin compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B11/00—Oxides or oxyacids of halogens; Salts thereof
- C01B11/02—Oxides of chlorine
- C01B11/022—Chlorine dioxide (ClO2)
- C01B11/023—Preparation from chlorites or chlorates
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B11/00—Oxides or oxyacids of halogens; Salts thereof
- C01B11/02—Oxides of chlorine
- C01B11/022—Chlorine dioxide (ClO2)
- C01B11/023—Preparation from chlorites or chlorates
- C01B11/026—Preparation from chlorites or chlorates from chlorate ions in the presence of a peroxidic compound, e.g. hydrogen peroxide, ozone, peroxysulfates
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к способу и установке для получения диоксида хлора из хлората щелочного металла, кислоты и восстановителя.The present invention relates to a method and apparatus for producing chlorine dioxide from alkali metal chlorate, acid and a reducing agent.
Диоксид хлора используют для различных целей, таких как отбеливание пульпы, отбеливание жира, очистка воды и удаление органических соединений из промышленных отходов. Поскольку диоксид хлора не подлежит длительному хранению, его обычно получают на месте.Chlorine dioxide is used for various purposes, such as bleaching pulp, bleaching fat, purifying water and removing organic compounds from industrial waste. Since chlorine dioxide is not subject to long-term storage, it is usually obtained on site.
В широкомасштабных процессах диоксид хлора обычно получают путем взаимодействия хлората щелочного металла с восстановителем в водной реакционной среде. Диоксид хлора может быть извлечен из реакционной среды в виде газа, как, например, описано в патентах США 5091166, 5091167 и патенте ЕР 612686. Обычно после этого газообразный диоксид хлора абсорбируют в воде, получая его водный раствор. Такие широкомасштабные процессы являются высокоэффективными, но их осуществление требует использования большого количества оборудования и измерительной аппаратуры.In large-scale processes, chlorine dioxide is usually obtained by reacting an alkali metal chlorate with a reducing agent in an aqueous reaction medium. Chlorine dioxide can be recovered from the reaction medium in the form of a gas, as described, for example, in US Pat. Such large-scale processes are highly efficient, but their implementation requires the use of a large number of equipment and measuring equipment.
При получении диоксида хлора из хлората щелочного металла на небольших установках, например, для очистки воды, или небольших отбеливающих заводах диоксид хлора обычно не отделяют от реакционной среды. Вместо этого поток продукта, включающий диоксид хлора, соль, избыток кислоты и, необязательно, непрореагировавший хлорат, удаляют из реактора и используют напрямую, обычно после разбавления водой в эдукторе. Такие способы, ставшие в последние годы коммерческими, описаны, например, в патентах США 2833624, 4534952, 5895638, 6387344, 6790427 и 7070710, а также в публикациях патентов США Publ. No. 2004/0175322, Publ. No. 2003/0031621, Publ. No. 2005/0186131 и Publ. No. 2006/0133983. Количество необходимого для данного процесса оборудования и измерительной аппаратуры значительно меньше, чем для вышеупомянутых широкомасштабных процессов. Однако при некоторых видах использования, для которых подходят небольшие установки, желательным может оказаться получение диоксида хлора в виде газовой фазы или в виде водного раствора высокой концентрации и/или без избытка кислоты и побочных продуктов соли.Upon receipt of chlorine dioxide from alkali metal chlorate in small plants, for example, for water purification, or in small bleaching plants, chlorine dioxide is usually not separated from the reaction medium. Instead, a product stream, including chlorine dioxide, salt, excess acid, and optionally unreacted chlorate, is removed from the reactor and used directly, usually after dilution with water in an eductor. Such methods, which have become commercial in recent years, are described, for example, in US patents 2833624, 4534952, 5895638, 6387344, 6790427 and 7070710, as well as in publications of US patents Publ. No. 2004/0175322, Publ. No. 2003/0031621, Publ. No. 2005/0186131 and Publ. No. 2006/0133983. The amount of equipment and measuring equipment required for this process is much less than for the above-mentioned large-scale processes. However, for some uses for which small plants are suitable, it may be desirable to produce chlorine dioxide as a gas phase or as an aqueous solution of high concentration and / or without excess acid and salt by-products.
Целью данного изобретения является разработка простого способа получения диоксида хлора высокой концентрации и/или по существу свободного от избытка кислоты и побочных продуктов соли.The aim of this invention is to develop a simple method for producing chlorine dioxide of high concentration and / or essentially free from excess acid and salt by-products.
Другой целью данного изобретения является разработка производственной установки для осуществления описываемого способа.Another objective of this invention is the development of a production plant for implementing the described method.
Достижение вышеупомянутых целей оказалось возможным благодаря разработке способа, согласно которому поток продукта из реактора разбавляют в эдукторе, куда подают газообразный движущий поток. Таким образом, один из аспектов данного изобретения касается способа получения диоксида хлора, включающего следующие непрерывные стадии: подачу в реактор кислоты, хлората щелочного металла и восстановителя; взаимодействие хлората щелочного металла с кислотой и восстановителем с получением потока продукта, включающего диоксид хлора, воду и соль щелочного металла кислоты; и подачу потока продукта из реактора в эдуктор и его смешивание с газообразным движущим потоком, подаваемым в эдуктор, с получением в результате потока разбавленного продукта. Полученный поток разбавленного продукта может быть не только использован как таковой, например в качестве отбеливающего агента, для очистки воды или какого-либо иного вида применения диоксида хлора, но и подвергнут обработке во время одной или более осуществляемых на установке операций.The achievement of the above objectives was made possible by the development of a method according to which the product stream from the reactor is diluted in an eductor, where a gaseous motive stream is supplied. Thus, one aspect of the present invention relates to a method for producing chlorine dioxide, comprising the following continuous steps: feeding into the reactor an acid, an alkali metal chlorate and a reducing agent; the interaction of the alkali metal chlorate with an acid and a reducing agent to obtain a product stream comprising chlorine dioxide, water and an acid alkali metal salt; and supplying a product stream from the reactor to the eductor and mixing it with a gaseous motive stream supplied to the eductor to form a diluted product stream. The resulting diluted product stream can not only be used as such, for example, as a bleaching agent, to purify water or any other type of application of chlorine dioxide, but it can also be processed during one or more operations carried out at the plant.
Один из вариантов данного изобретения дополнительно включает стадии подачи потока разбавленного продукта в газожидкостной сепаратор; отделение газа от жидкости в потоке разбавленного продукта с получением газового потока, включающего диоксид хлора; и удаление газового потока, включающего диоксид хлора, из газожидкостного сепаратора. Данный газовый поток может быть использован как таковой для любого подходящего вида использования диоксида хлора в газовой фазе, такого как отбеливание или очистка воды, либо может быть подвергнут обработке во время осуществления одной или более операций на установке, такой как абсорбция в воде. В последнем случае данный способ дополнительно включает стадии подачи газового потока, включающего диоксид хлора, из газожидкостного сепаратора в абсорбер; контакт упомянутого газового потока с потоком воды для получения водного раствора, содержащего диоксид хлора; и удаление водного раствора, содержащего диоксид хлора, из абсорбера. Такой водный раствор может быть использован в дальнейшем для любого подходящего назначения, такого как отбеливание или очистка воды.One embodiment of the invention further includes the steps of supplying a diluted product stream to a gas-liquid separator; separating gas from a liquid in a dilute product stream to produce a gas stream including chlorine dioxide; and removing a gas stream including chlorine dioxide from the gas-liquid separator. This gas stream can be used as such for any suitable use of chlorine dioxide in the gas phase, such as bleaching or purifying water, or can be processed during one or more plant operations, such as absorption in water. In the latter case, this method further comprises the steps of supplying a gas stream comprising chlorine dioxide from a gas-liquid separator to an absorber; contacting said gas stream with a stream of water to produce an aqueous solution containing chlorine dioxide; and removing an aqueous solution containing chlorine dioxide from the absorber. Such an aqueous solution can then be used for any suitable purpose, such as bleaching or purifying water.
Другой вариант данного изобретения включает стадии подачи потока разбавленного продукта из эдуктора в абсорбер; контакт потока разбавленного продукта с потоком воды для получения водного раствора, содержащего диоксид хлора; и удаление водного раствора, содержащего диоксид хлора, из абсорбера. Таким образом, поток разбавленного продукта подают в абсорбер без какого-либо предварительного газожидкостного разделения. Полученный водный раствор может быть использован для любого подходящего назначения, такого как отбеливание или очистка воды.Another embodiment of the invention includes the steps of supplying a diluted product stream from an eductor to an absorber; contacting the diluted product stream with a water stream to produce an aqueous solution containing chlorine dioxide; and removing an aqueous solution containing chlorine dioxide from the absorber. Thus, the diluted product stream is fed to the absorber without any prior gas-liquid separation. The resulting aqueous solution can be used for any suitable purpose, such as bleaching or purifying water.
Использование газообразного движущего потока вместо жидкости в эдукторе позволяет получать диоксид хлора высокой концентрации и/или по существу свободного от избыточных солей и кислоты со сравнительно низкой нагрузкой, выполняя на установке такие операции, как газожидкостное разделение и/или абсорбция. Более того, снижается и в некоторых случаях отпадает необходимость добавления инертного газа на более поздней стадии для дальнейшего разбавления диоксида хлора с целью сведения к минимуму опасности разложения.The use of a gaseous motive stream instead of a liquid in an eductor makes it possible to obtain chlorine dioxide of high concentration and / or essentially free of excess salts and acid with a relatively low load, performing operations such as gas-liquid separation and / or absorption at the installation. Moreover, it is reduced and in some cases there is no need to add inert gas at a later stage for further dilution of chlorine dioxide in order to minimize the risk of decomposition.
Эксплуатация реактора может происходить согласно описаниям, приведенным в ранее упоминавшихся патентах США 2833624, 4534952, 5895638, 6387344, 6790427 и 7070710, а также в публикациях патентов США Publ. No. 2004/0175322, Publ. No. 2003/0031621 и Publ. No. 2005/0186131, приводимых здесь в качестве ссылок.The operation of the reactor can occur according to the descriptions given in the previously mentioned US patents 2833624, 4534952, 5895638, 6387344, 6790427 and 7070710, as well as in publications of US patents Publ. No. 2004/0175322, Publ. No. 2003/0031621 and Publ. No. 2005/0186131, incorporated herein by reference.
Может быть использован любой восстановитель, обычно используемый для получения диоксида хлора, такой как диоксид серы, хлорид, метанол и пероксид водорода, из которых особенно предпочтительным является пероксид водорода.Any reducing agent commonly used to produce chlorine dioxide, such as sulfur dioxide, chloride, methanol and hydrogen peroxide, of which hydrogen peroxide is particularly preferred, can be used.
Хлорат щелочного металла соответствующим образом подают в реактор в виде водного раствора. Щелочной металл может, например, представлять собой натрий, калий или их смеси, из которых наиболее предпочтительным является натрий. Кислота предпочтительно представляет собой минеральную кислоту, такую как серная кислота, хлористоводородная кислота, азотная кислота, хлорная кислота или их смеси, из которых наиболее предпочтительной является серная кислота. В том случае если восстановитель представляет собой пероксид водорода, молярное отношение Н2О2 к ClO3 -, подаваемому в реактор, составляет приблизительно от 0,2:1 до 2:1, предпочтительно - приблизительно от 0,5:1 до 1,5:1, наиболее предпочтительно - приблизительно от 0,5:1 до 1:1. Обычно предпочтительно, чтобы молярное отношение восстановителя к хлорату было по меньшей мере стехиометрическим. Хлорат щелочного металла всегда содержит некоторое количество хлорида в виде загрязняющей примеси, однако это совершенно не исключает возможности дополнительной подачи в реактор хлорида, такого как хлорид металла или хлористоводородная кислота. Однако с целью сведения к минимуму образования хлора количество ионов хлорида, подаваемых в реактор, предпочтительно является низким, соответственно менее приблизительно 1% мол., предпочтительно - менее приблизительно 0,1% мол., более предпочтительно - менее приблизительно 0,05% мол., наиболее предпочтительно - менее приблизительно 0,02% мол. Cl- из ClO3 - (включая хлорид, присутствующий в хлорате в виде загрязняющей примеси, образующейся в результате его получения).The alkali metal chlorate is suitably fed to the reactor as an aqueous solution. The alkali metal may, for example, be sodium, potassium, or mixtures thereof, of which sodium is most preferred. The acid is preferably a mineral acid such as sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid, perchloric acid, or mixtures thereof, of which sulfuric acid is most preferred. In the case where the reducing agent is hydrogen peroxide, the molar ratio of H 2 O 2 to ClO 3 - fed to the reactor is from about 0.2: 1 to 2: 1, preferably from about 0.5: 1 to 1, 5: 1, most preferably from about 0.5: 1 to 1: 1. It is generally preferred that the molar ratio of reducing agent to chlorate is at least stoichiometric. Alkali metal chlorate always contains a certain amount of chloride in the form of a contaminant, but this does not completely exclude the possibility of additional supply of chloride to the reactor, such as metal chloride or hydrochloric acid. However, in order to minimize the formation of chlorine, the amount of chloride ions fed to the reactor is preferably low, suitably less than about 1 mol%, preferably less than about 0.1 mol%, more preferably less than about 0.05 mol%. most preferably less than about 0.02 mol%. Cl - from ClO 3 - (including chloride present in chlorate in the form of a contaminant resulting from its production).
При подаче в реактор в качестве сырья серной кислоты последняя предпочтительно имеет концентрацию приблизительно от 60 до 98% мас., наиболее предпочтительно - приблизительно от 70 до 85% мас., и температуру приблизительно от 0 до 80°С, наиболее предпочтительно - приблизительно от 20 до 60°С. На кг получаемого ClO2 предпочтительно подают приблизительно от 2 до 7 кг H2SO4, наиболее предпочтительно - приблизительно от 3 до 5 кг H2SO4. Для того чтобы использовать серную кислоту высокой концентрации, предпочтительно применяют разбавление и схему охлаждения, описанную в заявке на патент США Publ. No 2004/0175322.When fed to the reactor as a raw material, sulfuric acid preferably has a concentration of from about 60 to 98% by weight, most preferably from about 70 to 85% by weight, and a temperature of from about 0 to 80 ° C, most preferably from about 20 up to 60 ° C. About 2 to 7 kg of H 2 SO 4 , most preferably about 3 to 5 kg of H 2 SO 4, are preferably fed per kg of ClO 2 produced. In order to use high concentration sulfuric acid, the dilution and cooling scheme described in US Publ. No 2004/0175322.
Согласно особенно предпочтительному варианту хлорат щелочного металла и пероксид водорода подают в реактор в виде предварительно смешанного водного раствора, например композиции, описанной в US 7070710. Такая композиция может представлять собой водный раствор, содержащий приблизительно от 1 до 6,5 молей/литр, предпочтительно - приблизительно от 3 до 6 молей/литр хлората щелочного металла, приблизительно от 1 до 7 молей/литр, предпочтительно - приблизительно от 3 до 5 молей/литр пероксида водорода, и по меньшей мере один защитный коллоид, поглотитель радикалов или комплексообразующий агент на основе фосфоновой кислоты, при этом рН водного раствора соответственно составляет приблизительно от 0,5 до 4, предпочтительно - приблизительно от 1 до 3,5, наиболее предпочтительно - приблизительно от 1,5 до 3. Предпочтительно присутствует по меньшей мере один комплексообразующий агент на основе фосфоновой кислоты, в количестве, предпочтительно составляющем приблизительно от 0,1 до 5 ммолей/литр, наиболее предпочтительно - приблизительно от 0,5 до 3 ммолей/литр. При наличии защитного коллоида его концентрация предпочтительно составляет приблизительно от 0,001 до 0,5 молей/литр, наиболее предпочтительно - приблизительно от 0,02 до 0,05 молей/литр. При наличии поглотителя радикалов его концентрация предпочтительно составляет приблизительно от 0,01 до 1 моля/литр, наиболее предпочтительно - приблизительно от 0,02 до 0,2 молей/литр. Особенно предпочтительные композиции включают по меньшей мере один комплексообразующий агент на основе фосфоновой кислоты, выбранный из группы, включающей 1-гидроксиэтилиден-1,1-дифосфоновую кислоту, 1-аминоэтан-1,1-дифосфоновую кислоту, аминотри(метиленфосфоновую кислоту), этилендиаминтетра (метиленфосфоновую кислоту), гексаметилендиаминтетра (метиленфосфоновую кислоту), диэтилентриаминпента (метиленфосфоновую кислоту), диэтилентриамингекса (метиленфосфоновую кислоту), 1-аминоалкан-1,1-дифосфоновые кислоты (такие как морфолинометандифосфоновая кислота, N,N-диметиламинодиметилдифосфоновая кислота, аминометилдифосфоновая кислота), реакционные продукты и их соли, предпочтительно соли натрия. Применимые защитные коллоиды включают соединения олова, такие как станнат щелочного металла, особенно станнат натрия (Na2(Sn(OH)6). Применимые поглотители радикалов включают пиридиновые карбоновые кислоты, такие как 2,6-пиридиндикарбоновая кислота. Количество ионов хлорида соответственно составляет менее приблизительно 50 ммолей/литр, более предпочтительно - менее приблизительно 5 ммолей/литр, наиболее предпочтительно - менее приблизительно 0,5 ммолей/литр.According to a particularly preferred embodiment, the alkali metal chlorate and hydrogen peroxide are fed into the reactor in the form of a pre-mixed aqueous solution, for example the composition described in US 7070710. Such a composition may be an aqueous solution containing from about 1 to 6.5 moles / liter, preferably from about 3 to 6 moles / liter of alkali metal chlorate, from about 1 to 7 moles / liter, preferably from about 3 to 5 moles / liter of hydrogen peroxide, and at least one protective colloid, absorb l radicals or a phosphonic acid-based complexing agent, wherein the pH of the aqueous solution is suitably from about 0.5 to 4, preferably from about 1 to 3.5, most preferably from about 1.5 to 3. Preferably, at least at least one phosphonic acid complexing agent, in an amount of preferably from about 0.1 to 5 mmol / liter, most preferably from about 0.5 to 3 mmol / liter. In the presence of a protective colloid, its concentration is preferably from about 0.001 to 0.5 moles / liter, most preferably from about 0.02 to 0.05 moles / liter. In the presence of a radical scavenger, its concentration is preferably from about 0.01 to 1 mol / liter, most preferably from about 0.02 to 0.2 mol / liter. Particularly preferred compositions include at least one phosphonic acid complexing agent selected from the group consisting of 1-hydroxyethylidene-1,1-diphosphonic acid, 1-aminoethane-1,1-diphosphonic acid, aminotri (methylenephosphonic acid), ethylene diamine tetra ( methylene phosphonic acid), hexamethylene diamine tetra (methylene phosphonic acid), diethylene triamine penta (methylene phosphonic acid), diethylene triamine hex (methylene phosphonic acid), 1-aminoalkane-1,1-diphosphonic acids (such as morpholinomethanedi osfonovaya acid, N, N-dimetilaminodimetildifosfonovaya acid, aminomethyl diphosphonic acid), reaction products and salts thereof, preferably sodium salts. Suitable protective colloids include tin compounds such as alkali metal stannate, especially sodium stannate (Na 2 (Sn (OH) 6 ). Suitable radical scavengers include pyridine carboxylic acids such as 2,6-pyridinedicarboxylic acid. The amount of chloride ions is accordingly less than about 50 mmol / liter, more preferably less than about 5 mmol / liter, most preferably less than about 0.5 mmol / liter.
Температуру в реакторе соответственно поддерживают ниже точки кипения реагентов и жидкой части потока продукта при преобладающем давлении, предпочтительно - при температуре приблизительно от 20 до 80°С, наиболее предпочтительно - при температуре приблизительно от 30 до 60°С. Давление, поддерживаемое внутри реактора, соответственно несколько ниже атмосферного давления и предпочтительно составляет приблизительно от 30 до 100 абсолютных кПа, наиболее предпочтительно - приблизительно от 65 до 95 абсолютных кПа.The temperature in the reactor is accordingly maintained below the boiling point of the reactants and the liquid portion of the product stream at a predominant pressure, preferably at a temperature of from about 20 to 80 ° C, most preferably at a temperature of from about 30 to 60 ° C. The pressure maintained inside the reactor is correspondingly slightly lower than atmospheric pressure and is preferably from about 30 to 100 absolute kPa, most preferably from about 65 to 95 absolute kPa.
Реактор может включать один или несколько резервуаров, например, расположенных вертикально, горизонтально или наклонно. Реагенты могут быть загружены в реактор напрямую или через отдельное устройство для смешивания. Соответственно, реактор предпочтительно представляет собой по существу трубчатый резервуар или трубу, наиболее предпочтительно включающую устройство для по существу однородного перемешивания реагентов. Такие устройства для перемешивания описаны, например, в US 6790427 и заявке на патент США Publ. No. 2004/0175322.The reactor may include one or more tanks, for example, located vertically, horizontally or inclined. Reagents can be loaded directly into the reactor or through a separate mixing device. Accordingly, the reactor is preferably a substantially tubular tank or pipe, most preferably comprising a device for substantially uniformly mixing the reactants. Such stirring devices are described, for example, in US 6,790,427 and US Patl. No. 2004/0175322.
Загружаемые химикаты, включая кислоту, хлорат щелочного металла и восстановитель, предпочтительно подают поближе к одному из концов реактора, а поток продукта предпочтительно выводят из другого конца реактора.Downloadable chemicals, including acid, alkali metal chlorate and a reducing agent, are preferably fed closer to one end of the reactor, and the product stream is preferably led out from the other end of the reactor.
Длина (в направлении основного потока) используемого реактора предпочтительно составляет приблизительно от 150 до 1500 мм, наиболее предпочтительно - приблизительно от 300 до 900 мм. Было найдено целесообразным использовать по существу трубчатый реактор с внутренним диаметром, составляющим приблизительно от 25 до 300 мм, предпочтительно - приблизительно от 50 до 150 мм. Особенно целесообразным является использование по существу трубчатого реактора, имеющего предпочтительное отношение длины к внутреннему диаметру, равное приблизительно от 12:1 до 1:1, наиболее предпочтительно - приблизительно от 8:1 до 4:1. Соответствующий средний период пребывания в реакторе в большинстве случаев составляет приблизительно от 1 до 60 секунд, предпочтительно - приблизительно от 3 до 20 секунд.The length (in the main flow direction) of the reactor used is preferably from about 150 to 1500 mm, most preferably from about 300 to 900 mm. It has been found appropriate to use a substantially tubular reactor with an internal diameter of about 25 to 300 mm, preferably about 50 to 150 mm. It is particularly advantageous to use a substantially tubular reactor having a preferred length to inner diameter ratio of from about 12: 1 to 1: 1, most preferably from about 8: 1 to 4: 1. The corresponding average residence time in the reactor in most cases is from about 1 to 60 seconds, preferably from about 3 to 20 seconds.
Реакция между хлоратом щелочного металла, кислотой и восстановителем приводит к получению потока продукта, включающего диоксид хлора, соль щелочного металла кислоты, воду и, в большинстве случаев, некоторое количество остающихся непрореагировавших загруженных химикатов. Если в качестве восстановителя используют пероксид водорода, поток продукта также включает кислород. Если в качестве кислоты используют серную кислоту, поток продукта включает сульфат щелочного металла. В большинстве случаев поток продукта включает как жидкость, так и газ, и может, по крайней мере частично, иметь вид пены. Диоксид хлора и кислород могут быть как растворены в жидкости, так и присутствовать в виде газовых пузырьков, в то время как соль щелочного металла кислоты обычно растворена в жидкости.The reaction between an alkali metal chlorate, an acid and a reducing agent results in a product stream including chlorine dioxide, an alkali metal salt of an acid, water and, in most cases, some remaining unreacted charged chemicals. If hydrogen peroxide is used as the reducing agent, the product stream also includes oxygen. If sulfuric acid is used as the acid, the product stream includes alkali metal sulfate. In most cases, the product stream includes both liquid and gas, and may, at least in part, be foam. Chlorine dioxide and oxygen can either be dissolved in a liquid or be present in the form of gas bubbles, while an alkali metal salt of an acid is usually dissolved in a liquid.
Было установлено, что может быть достигнут уровень конверсии хлората щелочного металла к диоксиду хлора, составляющий приблизительно от 75% до 100%, предпочтительно - приблизительно от 80 до 100%, наиболее предпочтительно - приблизительно от 95% до 100%.It has been found that a conversion level of alkali metal chlorate to chlorine dioxide of about 75% to 100%, preferably about 80 to 100%, most preferably about 95% to 100% can be achieved.
Поток продукта, отводимый из реактора, включая любую содержащуюся в нем жидкость и газ, подают в эдуктор, предпочтительно под воздействием всасывающей силы, создаваемой эдуктором. После этого поток продукта смешивают в эдукторе с газообразным движущим потоком, подаваемым в него для получения разбавленного потока продукта, обычно также включающего как жидкость, так и газ. Может быть использован любой вид эдуктора, способный работать с газообразным движущим потоком; такие эдукторы также являются коммерчески доступными. Газообразный движущий поток, также называемый движущим газом, предпочтительно представляет собой газ или смесь газов, инертную по отношению к диоксиду хлора. Примеры таких газов включают азот, кислород и благородные газы. По практическим и экономическим причинам предпочтительным является воздух.The product stream discharged from the reactor, including any liquid and gas contained therein, is supplied to the eductor, preferably under the influence of the suction force generated by the eductor. After this, the product stream is mixed in an eductor with a gaseous motive stream supplied thereto to obtain a diluted product stream, usually also including both liquid and gas. Any kind of eductor capable of operating with a gaseous motive stream may be used; such eductors are also commercially available. The gaseous motive stream, also called motive gas, is preferably a gas or a mixture of gases that is inert with respect to chlorine dioxide. Examples of such gases include nitrogen, oxygen and noble gases. For practical and economic reasons, air is preferred.
Согласно вариантам, в соответствии с которыми поток разбавленного продукта из эдуктора подают в газожидкостной сепаратор, по меньшей мере часть газа, растворенного в жидкости, отделяют от нее. Для облегчения разделения к потоку разбавленного продукта может быть добавлен инертный газ либо в газожидкостном сепараторе, либо до подачи потока в сепаратор. В зависимости от того, какое количество газа было смешано с потоком продукта в эдукторе, добавляемый с целью разделения газа и жидкости инертный газ может также служить для дальнейшего разбавления диоксида хлора, тем самым сводя к минимуму опасность разложения. В некоторых случаях инертный газ может быть введен в газовый поток, покидающий газожидкостной сепаратор. Любой инертный газ, выполняющий функцию движущего газа в эдукторе, может быть также использован в газожидкостном сепараторе. Отводимый газовый поток предпочтительно включает приблизительно от 1 до 15% мас., наиболее предпочтительно - приблизительно от 3 до 12% мас. диоксида хлора. Низкие концентрации желательны для некоторых видов применения, таких как обработка топочного газа, в то время как использование высоких концентраций является предпочтительным в вариантах, согласно которым газовый поток подают в абсорбер для получения водного раствора, содержащего диоксид хлора.According to embodiments, according to which the diluted product stream from the eductor is fed into the gas-liquid separator, at least a portion of the gas dissolved in the liquid is separated from it. In order to facilitate separation, an inert gas can be added to the diluted product stream either in the gas-liquid separator or before the stream is fed to the separator. Depending on how much gas has been mixed with the product stream in the eductor, an inert gas added to separate gas and liquid can also serve to further dilute chlorine dioxide, thereby minimizing the risk of decomposition. In some cases, an inert gas may be introduced into the gas stream leaving the gas-liquid separator. Any inert gas acting as a driving gas in the eductor can also be used in a gas-liquid separator. The vent gas stream preferably comprises from about 1 to 15% wt., Most preferably from about 3 to 12% wt. chlorine dioxide. Low concentrations are desirable for some applications, such as flue gas treatment, while the use of high concentrations is preferred in embodiments where the gas stream is fed to an absorber to produce an aqueous solution containing chlorine dioxide.
С целью облегчения разделения газа и жидкости температуру в сепараторе предпочтительно поддерживают на уровне, составляющем приблизительно от 30 до 90°С, наиболее предпочтительно - приблизительно от 40 до 80°С, особенно приблизительно - от 50 до 75°С.In order to facilitate the separation of gas and liquid, the temperature in the separator is preferably maintained at a level of from about 30 to 90 ° C, most preferably from about 40 to 80 ° C, especially from about 50 to 75 ° C.
В некоторых случаях может казаться целесообразным отделение всего лишь части диоксида хлора и, таким образом, извлечение из газового потока, например, приблизительно от 20 до 80% или приблизительно от 30 до 70% диоксида хлора из потока разбавленного продукта. Для того чтобы использовать диоксид хлора, остающийся в жидкой фазе, он может быть по меньшей мере частично извлечен в виде жидкого продукта и использован для отбеливания или обработки воды в тех случаях, когда остающаяся кислота, соль и другие возможные побочные продукты не причиняют существенного вреда.In some cases, it may seem appropriate to separate only a portion of the chlorine dioxide and thus recover from the gas stream, for example, from about 20 to 80% or from about 30 to 70% of the chlorine dioxide from the diluted product stream. In order to use chlorine dioxide remaining in the liquid phase, it can be at least partially recovered as a liquid product and used to whiten or treat water in cases where the remaining acid, salt and other possible by-products do not cause significant harm.
Используемый здесь термин “газожидкостной сепаратор” относится к любому виду оборудования, подходящего для разделения газа и жидкости. Примерами газожидкостных сепараторов являются отпарные колонны, циклонные сепараторы, резервуары с воздушниками и т.д.The term “gas-liquid separator” as used herein refers to any type of equipment suitable for separating gas and liquid. Examples of gas-liquid separators are strippers, cyclone separators, air reservoirs, etc.
Примеры отпарных колонн включают тарельчатые колонны, колонны со слоем насадки и безнасадочные колонны (с падающей пленкой жидкости). Согласно одному из вариантов отпарная колонна представляет собой колонну со слоем насадки, которая может включать любой вид стандартной насадки, примеры которой включают кольца Рашига, седла Берля, седла Intalox и т.д. При использовании отпарной колонны поток разбавленного продукта предпочтительно подают в верхнюю часть колонны, а инертный газ для продувки - в ее нижнюю часть. После этого жидкую фазу предпочтительно собирают в нижней части колонны и отводят, в то время как газовый поток, включающий диоксид хлора, может быть выведен в любом месте над уровнем жидкости.Examples of stripping columns include plate columns, columns with a packing layer and non-packed columns (with a falling film of liquid). In one embodiment, the stripping column is a column with a packing layer, which may include any type of standard packing, examples of which include Raschig rings, Burl saddles, Intalox saddles, etc. When using a stripping column, the diluted product stream is preferably fed to the top of the column, and an inert gas to purge to its bottom. After this, the liquid phase is preferably collected at the bottom of the column and diverted, while a gas stream including chlorine dioxide can be discharged anywhere above the liquid level.
Примерами циклонных сепараторов являются сепараторы, включающие по существу цилиндрический или по меньшей мере частично конический резервуар, при этом поток разбавленного продукта из эдуктора подают в данный резервуар, предпочтительно в верхнюю его часть, по существу тангенциально. Жидкая фаза предпочтительно покидает резервуар в нижней его части, в то время как газовый поток, включающий диоксид хлора, предпочтительно отводят в верхней части резервуара. Для того чтобы еще больше облегчить разделение газа и жидкости, работа циклонного сепаратора предпочтительно происходит при давлении ниже атмосферного. При добавлении инертного газа последний предпочтительно вводят непосредственно в циклонный сепаратор либо в поток разбавленного продукта до его подачи в циклонный сепаратор, либо в газовый поток, покидающий газожидкостной сепаратор.Examples of cyclone separators are separators comprising a substantially cylindrical or at least partially conical tank, wherein a diluted product stream from the eductor is fed to the tank, preferably to its upper part, essentially tangentially. The liquid phase preferably leaves the tank in its lower part, while the gas stream, including chlorine dioxide, is preferably diverted in the upper part of the tank. In order to further facilitate the separation of gas and liquid, the operation of the cyclone separator preferably occurs at a pressure below atmospheric. When inert gas is added, the latter is preferably introduced directly into the cyclone separator, either into the diluted product stream before being fed into the cyclone separator or into the gas stream leaving the gas-liquid separator.
При использовании в качестве газожидкостного сепаратора бака нижнюю часть такого бака предпочтительно оборудуют нагнетателем для инертного газа.When using a tank as a gas-liquid separator, the bottom of such a tank is preferably equipped with an inert gas blower.
Газовый поток, включающий диоксид хлора, может быть выведен из газожидкостного сепаратора любыми подходящими способами, например при помощи устройства, создающего давление ниже атмосферного, такого как вентилятор. Подобное устройство может быть, например, расположено непосредственно за газожидкостным сепаратором или за необязательным абсорбером.The gas stream including chlorine dioxide can be removed from the gas-liquid separator by any suitable means, for example, by means of a device creating a pressure below atmospheric, such as a fan. Such a device may, for example, be located directly behind the gas-liquid separator or an optional absorber.
При подаче потока разбавленного продукта из эдуктора в абсорбер растворимые вещества, такие как соль щелочного металла кислоты и непрореагировавшие загруженные химикаты, также поглощаются водой, в то время как газообразные компоненты с ограниченной растворимостью, такие как кислород, выводятся в газовой фазе. Скорость потока охлажденной или неохлажденной воды в абсорбер предпочтительно устанавливают таким образом, чтобы концентрация диоксида хлора оставалась постоянной независимо от производительности. Водный раствор, получаемый в абсорбере, может иметь широкий диапазон концентрации диоксида хлора, например приблизительно от 0,1 г/литр до 12 г/литр, предпочтительно - приблизительно от 3 г/литр до 10 г/литр, наиболее предпочтительно - приблизительно от 4 г/литр до 8 г/литр. Концентрация непрореагировавшего хлората в водном растворе, которая зависит от степени конверсии, соответственно ниже приблизительно 0,33 моль на моль ClO2, предпочтительно - ниже приблизительно 0,11 моль на моль ClO2, наиболее предпочтительно - ниже приблизительно 0,053 моль на моль ClO2. Концентрация соли щелочного металла зависит от концентрации диоксида хлора и соответственно составляет приблизительно от 0,74 ммолей/литр до 59 ммолей/литр. рН водного раствора может варьироваться в широком диапазоне, частично зависящем от концентрации диоксида хлора, например приблизительно от 0,1 до 1, предпочтительно - приблизительно от 0,2 до 0,8.When a diluted product stream is passed from the eductor to the absorber, soluble substances such as the alkali metal salt of acid and unreacted charged chemicals are also absorbed by the water, while gaseous components with limited solubility, such as oxygen, are removed in the gas phase. The flow rate of chilled or uncooled water into the absorber is preferably set so that the concentration of chlorine dioxide remains constant regardless of performance. The aqueous solution obtained in the absorber may have a wide range of chlorine dioxide concentration, for example from about 0.1 g / liter to 12 g / liter, preferably from about 3 g / liter to 10 g / liter, most preferably from about 4 g / liter up to 8 g / liter. The concentration of unreacted chlorate in the aqueous solution, which depends on the degree of conversion, is accordingly below about 0.33 mol per mol of ClO 2 , preferably below about 0.11 mol per mol of ClO 2 , most preferably below about 0.05 mol per mol of ClO 2 . The concentration of the alkali metal salt depends on the concentration of chlorine dioxide and accordingly is from about 0.74 mmol / liter to 59 mmol / liter. The pH of the aqueous solution can vary over a wide range, partially depending on the concentration of chlorine dioxide, for example from about 0.1 to 1, preferably from about 0.2 to 0.8.
При подаче газового потока, включающего диоксид хлора, из газожидкостного сепаратора в абсорбер последний также работает согласно вышеприведенному описанию за исключением того, что негазообразные компоненты отсутствуют. Таким образом, появляется возможность получения водного раствора диоксида хлора, по существу свободного от непрореагировавшей кислоты, подаваемой в реактор, или его солей, равно как и от непрореагировавшего хлората. Концентрация диоксида хлора в таком растворе может соответствовать вышеприведенным значениям, в то время как рН в большинстве случаев составляет приблизительно от 2 до 4.When a gas stream including chlorine dioxide is supplied from a gas-liquid separator to an absorber, the latter also works as described above, except that non-gaseous components are absent. Thus, it becomes possible to obtain an aqueous solution of chlorine dioxide, essentially free of unreacted acid supplied to the reactor, or its salts, as well as unreacted chlorate. The concentration of chlorine dioxide in such a solution may correspond to the above values, while the pH in most cases is from about 2 to 4.
Под термином “абсорбер” в данном описании подразумевается любая колонна или башня или т.п., где газ вступает в контакт с жидким потоком, абсорбируя содержащиеся в нем растворимые соединения, предпочтительно непрерывным противоточным способом. Внутри абсорбера предпочтительно размещены устройства, такие как тарелки или набивочные элементы, для получения межфазных поверхностей, где может происходить перенос массы между газом и жидкостью. Примеры применимых набивочных элементов включают кольца Рашига, седла Берля, седла Intalox и т.д. Примеры тарелок включают ситчатые и колпачковые тарелки.The term “absorber” in this description means any column or tower or the like where the gas comes into contact with the liquid stream, absorbing the soluble compounds contained therein, preferably in a continuous countercurrent manner. Preferably, devices, such as plates or packing elements, are arranged inside the absorber to provide interfaces where mass transfer between gas and liquid can occur. Examples of useful packing elements include Raschig rings, Burl saddles, Intalox saddles, etc. Examples of plates include strainer and cap plates.
Способ согласно данному изобретению особенно подходит для получения диоксида хлора в небольших масштабах, например приблизительно от 0,5 до 250 кг ClO2 в час, предпочтительно - приблизительно от 10 до 150 кг ClO2 в час.The method according to this invention is particularly suitable for the production of chlorine dioxide on a small scale, for example from about 0.5 to 250 kg ClO 2 per hour, preferably from about 10 to 150 kg ClO 2 per hour.
Типичная установка для мелкомасштабного производства согласно данному изобретению обычно включает всего лишь один реактор, несмотря на то что параллельно может быть установлено несколько, например приблизительно до 15, реакторов, например, в виде пучка труб.A typical installation for small-scale production according to this invention usually includes only one reactor, despite the fact that several, for example up to about 15, reactors can be installed in parallel, for example, in the form of a tube bundle.
Данное изобретение также касается производственной установки для получения диоксида хлора, включающей реактор с одним или более впускными отверстиями для подачи кислоты, восстановителя и хлората щелочного металла, а также выпускное отверстие для потока продукта; эдуктор, соединенный с реактором, имеющим впускное отверстие для газообразного движущего потока, устройство для смешивания потока продукта, включающего диоксид хлора, из реактора с газообразным движущим потоком для получения разбавленного потока продукта, и выпускное отверстие для упомянутого разбавленного потока продукта.The invention also relates to a chlorine dioxide production plant, comprising a reactor with one or more inlets for supplying an acid, a reducing agent and an alkali metal chlorate, and an outlet for a product stream; an eductor connected to a reactor having an inlet for a gaseous motive stream, a device for mixing a product stream including chlorine dioxide from a reactor with a gaseous motive stream to produce a diluted product stream, and an outlet for said diluted product stream.
Согласно одному из вариантов производственная установка дополнительно включает газожидкостной сепаратор, соединенный с выпускным отверстием эдуктора, устройство для удаления газового потока, включающего диоксид хлора, из газожидкостного сепаратора и, необязательно, абсорбер для подачи газового потока, включающего диоксид хлора, в абсорбер.In one embodiment, the manufacturing plant further includes a gas-liquid separator connected to the outlet of the eductor, a device for removing a gas stream including chlorine dioxide from the gas-liquid separator, and, optionally, an absorber for supplying a gas stream including chlorine dioxide to the absorber.
Согласно другому варианту производственная установка включает абсорбер и установку для подачи разбавленного газового потока из эдуктора в абсорбер.According to another embodiment, the production unit includes an absorber and a unit for supplying a diluted gas stream from the eductor to the absorber.
Производственная установка согласно данному изобретению особенно подходит для использования в способе согласно данному изобретению и в связи с дополнительными необязательными и предпочтительными признаками, упоминаемыми в вышеприведенном описании процесса.The production unit according to this invention is particularly suitable for use in the method according to this invention and in connection with the additional optional and preferred features mentioned in the above process description.
Далее варианты данного изобретения описаны со ссылкой на прилагаемый чертеж. Однако объем данного изобретения не ограничивается представленными вариантами, а только объемом прилагаемой формулы изобретения.Further, variants of the present invention are described with reference to the accompanying drawing. However, the scope of the present invention is not limited to the presented options, but only the scope of the attached claims.
Фиг.1, 2 и 3 схематически представляют схемы процессов различных вариантов осуществления данного изобретения.1, 2 and 3 schematically represent process diagrams of various embodiments of the present invention.
Общим для вариантов, представленных на фиг.1, 2 и 3, является тот факт, что серную кислоту и предварительно смешанный водный раствор хлората натрия и пероксида водорода подают в вертикальный проточный трубчатый реактор 1, где происходит реакция с получением жидкого и газообразного потока продукта 2, обычно, по меньшей мере частично, в виде пены. Поток продукта 2 включает диоксид хлора, кислород, сульфат натрия, а также некоторое количество оставшейся серной кислоты и хлората натрия. В эдуктор 3 подают движущий газ, обычно воздух, чтобы получить давление, несколько ниже атмосферного, обеспечивающее поступление потока продукта 2 из реактора 1 в эдуктор 3. Эдуктор 3 может представлять собой любой стандартный эдуктор, включающий камеру или т.п., в которой поток продукта 2 смешивается с движущим газом 4, образуя поток разбавленного продукта 5, обычно также включающего как жидкость, так и газ, при этом диоксид хлора присутствует в обеих фазах.Common to the options presented in figures 1, 2 and 3, is the fact that sulfuric acid and a pre-mixed aqueous solution of sodium chlorate and hydrogen peroxide are fed into a vertical flow tube reactor 1, where the reaction occurs to obtain a liquid and
В варианте, представленном на фиг.1, поток разбавленного продукта 5 из эдуктора 3 подают в газожидкостной сепаратор 6, такой как отпарная колонна, резервуар с воздушником или циклонный сепаратор. В газожидкостной сепаратор 6 подают инертный газ 7, такой как воздух, смешивающийся с газом, отделяемым от потока разбавленного продукта, с получением газового потока 8, включающего извлекаемый диоксид хлора. Жидкую фазу, отделенную от газа, водный раствор, включающий сульфат натрия, серную кислоту и, как правило, некоторое количество хлората и растворенного газа, выводят в виде потока 9, который может быть, например, использован для регулирования рН, извлечения серы или в некоторых случаях может быть просто слит после нейтрализации.In the embodiment of FIG. 1, the diluted
В варианте, представленном на фиг.2, газожидкостной сепаратор 6 работает таким же образом, как и в варианте, представленном на фиг.1, но при этом газовый поток 8, включающий диоксид хлора, подают в абсорбер 10, куда также подают охлажденную воду 11 для растворения диоксида хлора и получения его водного раствора, выводимого в виде потока 12 и представляющего собой настоящий продукт данного процесса. Нерастворившиеся газообразные компоненты, такие как движущий газ, подаваемый в эдуктор 3, кислород, образующийся в реакторе 1, и инертный газ, подаваемый в газожидкостной сепаратор 8, выводят в виде потока 13.In the embodiment of FIG. 2, the gas-
В варианте, представленном на фиг.3, поток разбавленного продукта 5 из эдуктора 3 подают в абсорбер 10, куда также подают охлажденную воду 11 для растворения диоксида хлора и получения его водного раствора, выводимого в виде потока 12 и представляющего собой настоящий продукт данного процесса. Из-за того что разделения газа и жидкости не проводилось, поток продукта 12 включает не только диоксид хлора, но и другие растворимые компоненты из потока 5, такие как сульфат натрия, серная кислота и, как правило, некоторое количество хлората. Нерастворившиеся газообразные компоненты, такие как движущий газ, подаваемый в эдуктор 3, и кислород, образующийся в реакторе 1, выводят в виде потока 13.In the embodiment shown in FIG. 3, the diluted
Оборудование для процесса, включая реактор 1, эдуктор 3, а также необязательный газожидкостной сепаратор 6 и абсорбер 10, соответственно изготавливают из материалов, стойких к воздействию контактирующих с ними химикатов, таких как пероксид водорода, хлорат натрия, серная кислота и диоксид хлора. Такие материалы включают, например, стекло, тантал, титан, армированный стекловолокном пластик, фторсодержащие полимеры, такие как PVDF (поливинилиденфторид), CPVC (хлорированный поливинилхлорид), PTFE (политетрафторэтилен), PFA (перфторалкоксиполимер), ECTFE (этиленхлортрифторэтилен) или FEP (сополимер тетрафтроэтилена и гексафторпропилена), либо использование упомянутых материалов в качестве линейного материала для конструкционного материала, такого как сталь или нержавеющая сталь. Подходящие фторсодержащие полимеры продаются под товарными знаками Kynar®, Teflon® или Halar®.The process equipment, including reactor 1,
Claims (16)
подача в реактор кислоты, хлората щелочного металла и восстановителя;
взаимодействие хлората щелочного металла с кислотой и восстановителем с получением потока продукта, включающего диоксид хлора, воду и соль щелочного металла кислоты; и
подача потока продукта из реактора в эдуктор и его смешивание с газообразным движущим потоком, подаваемым в эдуктор, с получением в результате потока разбавленного продукта.1. A method of producing chlorine dioxide, comprising the following continuous steps:
feeding acid, alkali metal chlorate and a reducing agent into the reactor;
the interaction of the alkali metal chlorate with an acid and a reducing agent to obtain a product stream comprising chlorine dioxide, water and an acid alkali metal salt; and
feeding the product stream from the reactor to the eductor and mixing it with the gaseous motive stream supplied to the eductor, resulting in a diluted product stream.
подача потока разбавленного продукта в газожидкостной сепаратор;
отделение газа от жидкости в потоке разбавленного продукта с получением газового потока, включающего диоксид хлора; и
удаление газового потока, включающего диоксид хлора, из газожидкостного сепаратора.2. The method according to claim 1, further comprising the following steps:
feeding a diluted product stream into a gas-liquid separator;
separating gas from a liquid in a dilute product stream to produce a gas stream including chlorine dioxide; and
removal of a gas stream including chlorine dioxide from a gas-liquid separator.
подача газового потока, включающего диоксид хлора, из газожидкостного сепаратора в абсорбер;
контакт упомянутого газового потока с потоком воды для получения водного раствора, содержащего диоксид хлора; и
удаление водного раствора, содержащего диоксид хлора, из абсорбера.3. The method according to claim 2, further comprising the following steps:
supplying a gas stream comprising chlorine dioxide from a gas-liquid separator to an absorber;
contacting said gas stream with a stream of water to produce an aqueous solution containing chlorine dioxide; and
removing an aqueous solution containing chlorine dioxide from the absorber.
подача потока разбавленного продукта в абсорбер;
контакт потока разбавленного продукта с потоком воды для получения водного раствора, содержащего диоксид хлора; и
удаление водного раствора, содержащего диоксид хлора, из абсорбера.4. The method according to claim 1, further comprising the following steps:
feeding the diluted product stream into the absorber;
contacting the diluted product stream with a water stream to produce an aqueous solution containing chlorine dioxide; and
removing an aqueous solution containing chlorine dioxide from the absorber.
реактор, представляющий собой проточный резервуар или трубу и имеющий одно или более впускных отверстий для подачи кислоты, восстановителя и хлората щелочного металла; и
эдуктор, соединенный с реактором, имеющий впускное отверстие для газообразного движущего потока;
устройство для смешивания потока продукта, включающего диоксид хлора из реактора, с газообразным движущим потоком для получения разбавленного потока продукта, и выпускное отверстие для упомянутого разбавленного потока продукта.13. Production plant for producing chlorine dioxide, including:
a reactor, which is a flow tank or pipe and having one or more inlets for supplying an acid, a reducing agent and an alkali metal chlorate; and
an eductor connected to the reactor having an inlet for a gaseous motive stream;
a device for mixing the product stream, including chlorine dioxide from the reactor, with a gaseous motive stream to obtain a diluted product stream, and an outlet for said diluted product stream.
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US79052306P | 2006-04-10 | 2006-04-10 | |
| US60/790,523 | 2006-04-10 | ||
| EP06115670.9 | 2006-06-19 | ||
| EP06115670 | 2006-06-19 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2008144194A RU2008144194A (en) | 2010-05-20 |
| RU2417946C2 true RU2417946C2 (en) | 2011-05-10 |
Family
ID=37460303
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008144194/05A RU2417946C2 (en) | 2006-04-10 | 2007-03-06 | Chlorine dioxide synthesis method |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| BR (1) | BRPI0710592B1 (en) |
| RU (1) | RU2417946C2 (en) |
-
2007
- 2007-03-06 BR BRPI0710592-4A patent/BRPI0710592B1/en active IP Right Grant
- 2007-03-06 RU RU2008144194/05A patent/RU2417946C2/en active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2008144194A (en) | 2010-05-20 |
| BRPI0710592B1 (en) | 2021-10-19 |
| BRPI0710592A2 (en) | 2011-08-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20070237708A1 (en) | Process for the production of chlorine dioxide | |
| US20070116637A1 (en) | Process for production of chlorine dioxide | |
| RU2268241C2 (en) | Method for preparing chlorine dioxide | |
| US20050186131A1 (en) | Process for production of chlorine dioxide | |
| US6790427B2 (en) | Process for producing chlorine dioxide | |
| JP4297910B2 (en) | Chlorine dioxide production method | |
| JP5712371B2 (en) | Chlorine dioxide production process | |
| JP4457114B2 (en) | Chlorine dioxide production method | |
| JP4637916B2 (en) | Chemical method and production equipment | |
| EP2004545B1 (en) | Process for the production of chlorine dioxide | |
| RU2417946C2 (en) | Chlorine dioxide synthesis method | |
| RU2404118C2 (en) | Chlorine dioxide synthesis method | |
| TWI342865B (en) | Process for production of chlorine dioxide | |
| MXPA06008779A (en) | Process for production of chlorine dioxide |