一種制備二氧化氯的裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種制備二氧化氯的裝置，包括氧化還原室和酸性介質室，氧化還原室為一密閉反應空間，其通過氧化劑和還原劑進液管、反應貧液出液管、吹掃氣進氣管、二氧化氯出氣管與外部連通，并通過陽離子膜與酸性介質室連通，酸性介質室上設有酸液進液管和廢酸出液管與外部連通，吹掃氣進氣管與吹掃氣供給裝置連通。本實用新型的制備二氧化氯的裝置，實現在反應中實現產物分離，并循環利用反應原料，沒有資源浪費和污染，產品ClO2純度高而工藝流程簡單。
【專利說明】
一種制備二氧化氯的裝置
技術領域
[0001 ]本實用新型屬于二氧化氯制備領域。
【背景技術】
[0002]二氧化氯是目前國際上公認的新一代高效、廣譜、安全、無毒的綠色殺菌消毒劑，可以殺滅一切微生物，包括細菌、病毒、真菌等。ClO2在水處理中的應用較為廣泛。二氧化氯也是一種氧化劑，在廢氣處理用于有機廢氣如苯酚、小分子有機酸、甲醛等的去除。在煙氣脫硝中的濕法脫硝中ClO2作為氧化劑用于氧化NO。
[0003]二氧化氯的生產主要有兩種方法:電化學方法和化學方法。電化學法又稱隔膜電解法，因投資大運行成本高，難于推廣。化學法根據主要原料的不同可分為亞氯酸鈉法和氯酸鹽法，亞氯酸鈉法主要以亞氯酸鈉為原料來制備二氧化氯。該法具有操作簡單，易于控制，生成的產品純度高，幾乎無副產物等優點。但該法原料亞氯酸鈉的價格昂貴，直接導致用它來生產二氧化氯的成本較高，與氯酸鹽化學法所用成本相比，是其三倍左右。氯酸鹽法主要以氯酸鈉為原料，同時也包括氯酸或其它氯酸鹽(氯酸鉀等)，通過還原法來制備二氧化氯。與亞氯酸鈉的價格相比，氯酸鈉要便宜很多。所以經常將氯酸鈉作為主要原料用來大規模生產二氧化氯。根據在酸性介質中，氯酸鈉可氧化不同的還原劑進而來制得二氧化氯。
[0004]在硫酸為介質的，以氯酸鈉為原料的還原生產二氧化氯的反應過程中，反應混合液體難以分離造成資源浪費與污染。為此，改變現有工藝的不足，提出了本實用新型。
【實用新型內容】
[0005]本實用新型的目的在于:提出一種制備二氧化氯的裝置，實現在反應中實現產物分離，并循環利用反應原料，沒有資源浪費和污染，產品ClO2純度高而工藝流程簡單。
[0006]本實用新型目的通過下述技術方案來實現:
[0007]—種制備二氧化氯的裝置，包括氧化還原室和酸性介質室，氧化還原室為一密閉反應空間，其通過氧化劑和還原劑進液管、反應貧液出液管、吹掃氣進氣管、二氧化氯出氣管與外部連通，并通過陽離子膜與酸性介質室連通，酸性介質室上設有酸液進液管和廢酸出液管與外部連通，吹掃氣進氣管與吹掃氣供給裝置連通。
[0008]作為選擇，氧化還原室為氯酸鈉還原室，氧化劑和還原劑進液管為氯酸鈉和還原劑進液管，酸性介質室為硫酸室，硫酸室的廢酸出液管與分離硫酸鈉和硫酸的分離裝置的入口連通，分離裝置的液態硫酸出口與硫酸室的酸液進液管連通，氯酸鈉還原室的反應貧液出液管經新料混合器與氯酸鈉和還原劑進液管連通，新料混合器設有氯酸鈉和還原劑添加口。
[0009]作為選擇，氧化還原室和酸性介質室為由外反應室和內反應室構成的內外嵌套結構，內反應室位于外反應室內，兩者間通過陽離子膜連通。作為進一步選擇，氧化還原室為內反應室，酸性介質室為外反應室。
[0010]作為另一進一步選擇，內反應室包括內反應室蓋、氧化劑和還原劑進液管、吹掃氣進氣管、二氧化氯出氣管、反應貧液出液管和陽離子膜及其支撐結構，內反應室蓋密閉封于陽離子膜支撐結構上，構成內反應室的密閉反應空間，氧化劑和還原劑進液管、吹掃氣進氣管和二氧化氯出氣管固定在內反應室蓋上，反應貧液出液管固定于內反應室下部;外反應室包括外反應室外壁、內反應室支撐底座、酸液進液管和廢酸出液管，內反應室的陽離子膜支撐結構固定支撐于內反應室支撐底座上，酸液進液管和廢酸出液管固定于外反應室外壁上。
[0011]作為選擇，氧化還原室內底部位置還設有曝氣管，曝氣管與吹掃氣進氣管連通。
[0012]作為選擇，分離硫酸鈉和硫酸的分離裝置包括固體硫酸鈉和液體硫酸的蒸發、濃縮、結晶和固液分離裝置。
[0013]作為選擇，吹掃氣供給裝置為不干擾反應的惰性的氣體的供給裝置。作為進一步選擇，吹掃氣供給裝置為N2氣供給裝置。
[0014]前述本實用新型主方案及其各進一步選擇方案可以自由組合以形成多個方案，均為本實用新型可采用并要求保護的方案:如本實用新型，各選擇和其他選擇任意組合，本領域技術人員在了解本實用新型方案后根據現有技術和公知常識可明了有多種組合，均為本實用新型所要保護的技術方案，在此不做窮舉。
[0015]本實用新型的工作過程:該制備二氧化氯的裝置，其原理為二氧化氯通過氯酸或者氯酸鹽為氧化劑與還原劑在酸性介質形成的酸性環境下通過陽離子膜反應制得，更進一步地優選為，該反應以氯酸鈉為氧化劑原料以硫酸為酸性環境在陽離子膜反應器中進行。
[0016]將氧化劑和還原劑(如氯酸鈉與還原劑)從氧化劑和還原劑進液管加入到氧化還原室中，將酸性介質(如硫酸)從酸液進液管加入到酸性介質室中，通過吹掃氣進氣管(乃至進一步的曝氣管)往氧化還原室內通入吹掃氣將產生的二氧化氯從二氧化氯出氣管吹掃出來，得到二氧化氯產品。
[0017]更進一步地，氧化還原室內反應廢液從反應貧液出液管排出，排出的液體在新料混合器中加入新氧化劑與還原劑原料(如新氯酸鈉與還原劑)調節濃度后重新加入到氧化還原室中；酸性介質室內反應廢液從廢酸出液管排出，將廢液進行分離回收液態硫酸進行循環使用:比如，以氯酸鈉和硫酸為原料時，廢酸通過蒸發、濃縮、結晶后進行固液分離，得到固態硫酸鈉以及液態硫酸，將硫酸送入酸性介質室循環使用。
[0018]本實用新型的有益效果:通過陽離子膜進行反應，反應液體分離，產品ClO2純度高而工藝流程簡單。進一步地，通過特定選定的原料氯酸鈉和酸性介質的硫酸，結合特定設計的陽離子膜反應器，整個工藝流程簡單，卻沒有資源浪費和污染:所有產物都被利用起來，且沒有任何污染物排放，整體構成了一個高效、協調、環保的循環體系。
[0019]傳統工藝裝置反應后的混合溶液中反應原料、反應副產物、以及過量的硫酸難以分離，回收困難且工藝復雜。而本發明的陽離子膜反應器，在ClO2發生反應的同時，就將產物分離，一方面顯著簡化產物處理流程，另一方面反應后剩余的氯酸鈉和還原劑進入混合器調節濃度循環使用，提高原料使用率，以及ClO2發生系統的可操作性。
【附圖說明】
[0020]圖1是本實用新型實施例的陽離子膜反應器的結構示意圖；
[0021 ]圖2是本實用新型實施例的工作過程工藝流程圖；
[0022]其中I內反應室進液管;2出氣管;3進氣管;4外反應室進液管;5外反應室出液管;6內反應室出液管;7外反應室外壁;8陽離子膜多孔支撐結構;9陽離子膜;10內反應室支撐底座;11內反應室蓋。
【具體實施方式】
[0023]下列非限制性實施例用于說明本實用新型。
[0024]—種制備二氧化氯的裝置，其原理為二氧化氯通過氯酸或者氯酸鹽為氧化劑與還原劑在酸性介質形成的酸性環境下通過陽離子膜反應制得，更進一步地優選為，該反應以氯酸鈉為氧化劑原料以硫酸為酸性環境在陽離子膜反應器中進行。
[0025]參考圖1所示，陽離子膜反應器由外反應室(酸性介質室:硫酸室)和內反應室(氧化還原室:氯酸鈉還原室)構成，內反應室位于外反應室內，兩者間通過陽離子膜9連通;反應器由二氧化氯耐腐蝕性的材料，例如316L不銹鋼等制成；內反應室包括內反應室蓋11、內反應室進液管(氧化劑和還原劑進液管:氯酸鈉和還原劑進液管)1、進氣管(吹掃氣進氣管)
3、出氣管(二氧化氯出氣管)2、內反應室出液管(反應貧液出液管)6和陽離子膜9及其多孔支撐結構8，內反應室蓋11密閉封于陽離子膜多孔支撐結構8上，構成內反應室的密閉反應空間，進氣管3、出氣管2和內反應室進液管I固定在內反應室蓋11上，內反應室出液管6固定于內反應室下部，進氣管3、出氣管2、內反應室出液管6和內反應室進液管I分別連通內反應室內外空間，內反應室內底部位置還設有曝氣管，曝氣管與進氣管3連通;外反應室包括外反應室外壁7、內反應室支撐底座10、外反應室進液管(酸液進液管)4和外反應室出液管(廢酸出液管)5，內反應室的陽離子膜多孔支撐結構8固定支撐于內反應室支撐底座10上，外反應室進液管4和外反應室出液管5固定于外反應室外壁7上并連通外反應室內外空間；
[0026]參考圖1、2所示，前述裝置的工作過程:工作過程為各原料在陽離子膜內外發生離子交換，并促使反應產生二氧化氯，然后被惰性的氣體，如N2氣等，帶出得到產品二氧化氯。還原劑選自尿素、葡萄糖、淀粉、亞硫酸鈉、或甲醇等，優選尿素和葡萄糖。該反應器的工作條件為:常壓、溫度控制在50-80°C，外反應器的酸濃度控制在3-7mol.L—，酸用量要遠遠大于還原劑用量。還原劑與氯酸鈉的用量比根據所選還原劑種類來定。以尿素為還原劑為例，反應條件為常壓、反應溫度控制在65-80°C，外反應器內酸度在5-7mol.L—S氯酸鈉與尿素的摩爾比為1-4。以葡萄糖為還原劑為例，反應條件為常壓，反應溫度為60-75°C，外反器的酸度為3-7mol.L—I氯酸鈉與葡萄糖的摩爾比為10-5。將氯酸鈉與還原劑從內反應室進液管I加入到內反應室中，將硫酸從外反應室進液管4加入到外反應室中，通過進氣管3以及曝氣管往內反應室內通入吹掃氣將產生的二氧化氯從出氣管2吹掃出來，得到二氧化氯產品；吹掃氣為不干擾反應的惰性的氣體，如犯氣等。內反應室內反應貧液從內反應室出液管6排出，該貧液包含未完全的反應的還原劑和氯酸鈉，排出的貧液在混合器(新料混合器)中加入新氯酸鈉與還原劑調節濃度后重新加入到內反應室中；外反應室內反應廢液從外反應室出液管5排出，將廢液進行蒸發、濃縮、結晶后進行固液分離，得到固態硫酸鈉以及液態硫酸，將再生硫酸與新鮮硫酸混合后硫酸送入外反應室循環使用。
[0027]實施例1(應用于工業生產二氧化氯殺菌消毒劑):
[0028]一種制備二氧化氯裝置如圖1所示，外反應室內徑為80mm，高100mm，內反應室內徑60mm，高70mm，膜高60mm。將3mol.L—1氯酸鈉50mL與Imol.L—1的尿素50mL混合均勾后從內反應室進液管I加入到內反應室中。將7mol.L—1的硫酸150mL從外反應室進液管4加入到外反應室中，反應溫度為68°C，用0.34L.min—1的N2吹掃，反應30min，得到二氧化氯平均濃度950mg/L的氣體。二氧化氯純度為95%，單次氯酸鈉轉化率94%。該氣體用水吸收之后可以用于污水消毒。
[0029]實施例2(應用于工業生產二氧化氯殺菌消毒劑):
[0030]一種制備二氧化氯裝置如圖1所示，外反應室內徑為80mm，高100mm，內反應室內徑60mm，高70mm，膜高60mm。將I.5mol.L—1氯酸鈉50mL與0.5mol.L—1的尿素50mL混合均勾后從內反應室進液管I加入到內反應室中。將6mol.L—1的硫酸150mL從外反應室進液管4加入到外反應室中，反應溫度為60°C，用0.34L.min—1的N2吹掃，反應30min，得到氣相二氧化氯平均濃度470mg/L。二氧化氯純度為95%，單次氯酸鈉轉化率可達87%，多次循環之后總體利用率可以提高到95%以上。該氣體用水吸收之后可以用于污水消毒。
[0031 ]實施例3(應用于生產二氧化氯氧化NO脫硝工藝)
[0032]一種制備二氧化氯裝置如圖1所示，外反應室內徑為80mm，高100mm，內反應室內徑60mm，高70mm，膜高60mm。將3mol.L—1氯酸鈉50mL與0.4mol.L—1的葡萄糖50mL混合均勾后從內反應室進液管I加入到內反應室中。將7mol.L—1的硫酸150mL從外反應室進液管4加入到外反應室中，反應溫度為65°C，用0.34L.min—1的N2吹掃，反應30min，得到二氧化氯平均濃度3800mg/L的氣體。二氧化氯純度為90%，單次氯酸鈉轉化率85%，然而多次循環利用之后總體利用率可以提高到95%以上。該二氧化氯氣體可以送入含NOx的煙氣中氣相氧化NO為 NO2 0
[0033]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種制備二氧化氯的裝置，其特征在于:包括氧化還原室和酸性介質室，氧化還原室為一密閉反應空間，其通過氧化劑和還原劑進液管、反應貧液出液管、吹掃氣進氣管、二氧化氯出氣管與外部連通，并通過陽離子膜與酸性介質室連通，酸性介質室上設有酸液進液管和廢酸出液管與外部連通，吹掃氣進氣管與吹掃氣供給裝置連通。2.如權利要求1所述的制備二氧化氯的裝置，其特征在于:氧化還原室為氯酸鈉還原室，氧化劑和還原劑進液管為氯酸鈉和還原劑進液管，酸性介質室為硫酸室，硫酸室的廢酸出液管與分離硫酸鈉和硫酸的分離裝置的入口連通，分離裝置的液態硫酸出口與硫酸室的酸液進液管連通，氯酸鈉還原室的反應貧液出液管經新料混合器與氯酸鈉和還原劑進液管連通，新料混合器設有氯酸鈉和還原劑添加口。3.如權利要求1所述的制備二氧化氯的裝置，其特征在于:氧化還原室和酸性介質室為由外反應室和內反應室構成的內外嵌套結構，內反應室位于外反應室內，兩者間通過陽離子膜連通。4.如權利要求3所述的制備二氧化氯的裝置，其特征在于:氧化還原室為內反應室，酸性介質室為外反應室。5.如權利要求3所述的制備二氧化氯的裝置，其特征在于:內反應室包括內反應室蓋、氧化劑和還原劑進液管、吹掃氣進氣管、二氧化氯出氣管、反應貧液出液管和陽離子膜及其支撐結構，內反應室蓋密閉封于陽離子膜支撐結構上，構成內反應室的密閉反應空間，氧化劑和還原劑進液管、吹掃氣進氣管和二氧化氯出氣管固定在內反應室蓋上，反應貧液出液管固定于內反應室下部;外反應室包括外反應室外壁、內反應室支撐底座、酸液進液管和廢酸出液管，內反應室的陽離子膜支撐結構固定支撐于內反應室支撐底座上，酸液進液管和廢酸出液管固定于外反應室外壁上。6.如權利要求1所述的制備二氧化氯的裝置，其特征在于:氧化還原室內底部位置還設有曝氣管，曝氣管與吹掃氣進氣管連通。7.如權利要求2所述的制備二氧化氯的裝置，其特征在于:分離硫酸鈉和硫酸的分離裝置包括固體硫酸鈉和液體硫酸的蒸發、濃縮、結晶和固液分離裝置。8.如權利要求1所述的制備二氧化氯的裝置，其特征在于:吹掃氣供給裝置為不干擾反應的惰性的氣體的供給裝置。9.如權利要求8所述的制備二氧化氯的裝置，其特征在于:吹掃氣供給裝置為N2氣供給目.ο
【文檔編號】C01B11/02GK205575632SQ201620155806
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2016年3月1日
【發明人】唐佶可
【申請人】四川清源環境工程有限公司