[发明专利]生产二氧化氯的方法

说明书

技术领域

本发明涉及生产二氧化氯的方法。具体而言，本发明涉及将硫酸有效地混入反应混合物中生产二氧化氯的方法。

背景技术

二氧化氯(ClO₂)是一种重要的纸浆漂白化学品。它还被用于许多其他目的，例如水净化。通常通过如下步骤制备二氧化氯：在酸性条件下将氯酸钠(或其他碱金属氯酸盐)还原，并从反应混合物中收集所生成的气态二氧化氯。通常，将硫酸用作酸。还原剂可包括例如过氧化氢、甲醇、氯离子或二氧化硫。二氧化氯的制备往往在制浆厂(pulp mill)进行。

二氧化氯可通过多种不同的方法进行制备。就达到这些方法所涉及的基本功能而言，用于制备二氧化氯的所有方法包括至少以下步骤：

-将二氧化氯的原料(即，碱金属氯酸盐水溶液、酸和还原剂)引入到反应器(reactor)中。

-在该反应器中发生二氧化氯形成反应。

-从该反应器中引出二氧化氯气体。

索尔维(Solvay)方法和马西森(Mathieson)方法是生产二氧化氯的过时方法，这两种方法均在大气压下运行。除在索尔维方法中用甲醇替代二氧化硫作为还原剂外，所述两种方法在很大程度上类似。方法也在大气压下运行。在这一方法中，氯酸钠与基于过氧化氢的还原剂在硫酸溶液中反应，从而形成二氧化氯。该反应的副产物包括氧和含有硫酸氢钠的废酸。US2,881,052也公开了一种在大气压下运行的过时方法。

其他众所周知的二氧化氯生产方法包括ERCO方法。方法是在大气压下运行的方法的实例。在方法中，将氯化钠用于还原氯酸钠。将氯酸盐和氯化物的混合物连同硫酸一起加入发生器中。在这一方法中，形成大量的氯气(Cl₂)，通常氯气被吸收形成次氯酸盐(NaClO)。

目前，通常将低压反应器用于上述方法中。一个实例是方法。在这一方法中，氯酸钠、氯化钠和硫酸在相当酸性的条件、对应于反应混合物沸点的温度下发生反应。该方法中产生二氧化氯，同时产生作为副产物的(晶状)硫酸钠和少量的氯(以次氯酸盐的形式处于水中)。将二氧化氯连同蒸气和硫酸钠沉淀一起从反应设备中移出。例如在US3,864,456中更详细地描述了这一方法，其中，将硫酸和其他反应物向反应容器(reaction vessel)中直接进料。

在减压下运行的另一已知生产方法是方法。这一方法不同于R3方法，特别是该方法在更加酸性的条件下运行，并用甲醇替代氯化钠作为还原剂。此外，该方法并不需要使用催化剂。结果，形成更清洁的二氧化氯，这是由于甲醇将生成的氯还原成氯离子，因此提高了该方法的效率。例如，在US4,081,520、US4,393,035和US4,393,036中描述了R8方法。US5,066,477公开了R8方法的一种变化。在这一变化中，进行了如下尝试：通过在再循环管道(recirculation line)的文丘里喉管(venturi throat)中放置短管、并通过这一短管将硫酸和甲醇进行进料，从而加快反应并降低硫酸钠副产物的酸度。在US5,066,477的方法中，通常在热交换器之后将硫酸和甲醇进行进料。

与过时方法(在大气压下运行，其中例如将二氧化硫用作还原剂并将硫酸用作酸)相关的一个缺点在于大量的废酸。后来，逐步用基于氯化物的化合物或甲醇替代二氧化硫。然而，基于氯化物的方法往往产生氯作为副产物。在清除氯的尝试中，已经开发出了不产生大量废酸或氯的方法。在使用了从前的方法后，二氧化氯行业的目标是开发出运行成本低且只产生最少量副产物的方法。因此，新式设备的方案十分不同于在先生产方法中所用的设备，并且例如化学品的进料和混合已经以新的方式解决。尽管已对方法进行了改进并去除了许多缺点，但是仍然存在着与这些方法相关的问题。