Способ получения диоксида хлора
Изобретение может быть использовано для получения диоксида хлора. В реактор 1 подают кислоту, хлорат щелочного металла и восстановитель. Полученный в реакторе 1 поток продукта 2, включающий диоксид хлора, воду и соль щелочного металла, смешивают с газообразным движущим потоком 4 в эдукторе 3. Поток разбавленного продукта 5 разделяют в газожидкостном сепараторе 6 на газовый поток 8, включающий диоксид хлора, и жидкость 9. Газовый поток 8 взаимодействует с потоком воды 11 в абсорбере 10. Водный раствор 12, содержащий диоксид хлора, удаляют из абсорбера 10. Изобретение позволяет получать диоксид хлора, который не содержит избытка кислоты и побочных продуктов, 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 3 ил.
Настоящее изобретение относится к способу и установке для получения диоксида хлора из хлората щелочного металла, кислоты и восстановителя.
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.
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.
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.
Целью данного изобретения является разработка простого способа получения диоксида хлора высокой концентрации и/или по существу свободного от избытка кислоты и побочных продуктов соли.
Другой целью данного изобретения является разработка производственной установки для осуществления описываемого способа.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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).
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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%.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
При использовании в качестве газожидкостного сепаратора бака нижнюю часть такого бака предпочтительно оборудуют нагнетателем для инертного газа.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Согласно другому варианту производственная установка включает абсорбер и установку для подачи разбавленного газового потока из эдуктора в абсорбер.
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.
Далее варианты данного изобретения описаны со ссылкой на прилагаемый чертеж. Однако объем данного изобретения не ограничивается представленными вариантами, а только объемом прилагаемой формулы изобретения.
Фиг.1, 2 и 3 схематически представляют схемы процессов различных вариантов осуществления данного изобретения.
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.
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.
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.
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.
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®.
1. Способ получения диоксида хлора, включающий следующие непрерывные стадии:
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.
2. Способ по п.1, дополнительно включающий следующие стадии:
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.
3. Способ по п.2, дополнительно включающий следующие стадии:
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.
4. Способ по п.1, дополнительно включающий следующие стадии:
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.
5. Способ по любому из пп.1-4, в котором поток продукта из реактора включает как жидкость, так и газ.
6. Способ по любому из пп.1-4, в котором поток разбавленного продукта из эдуктора включает как жидкость, так и газ.
7. Способ по любому из пп.1-4, в котором газообразный движущий поток, подаваемый в эдуктор, представляет собой газ или смесь газов, инертных по отношению к диоксиду хлора.
8. Способ по п.7, в котором газообразный движущий поток, подаваемый в эдуктор, представляет собой воздух.
9. Способ по любому из пп.1-4, в котором реактор представляет собой проточный резервуар или трубу.
10. Способ по п.9, в котором кислоту, хлорат щелочного металла и восстановитель подают на одном конце реактора, в то время как поток продукта удаляют на другом конце реактора.
11. Способ по любому из пп.1-4, в котором восстановитель представляет собой пероксид водорода.
12. Способ по любому из пп.1-4, в котором кислота представляет собой серную кислоту.
13. Производственная установка для получения диоксида хлора, включающая:
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.
14. Производственная установка по п.13, дополнительно включающая газожидкостной сепаратор, соединенный с выпускным отверстием эдуктора, устройство для удаления газового потока, включающего диоксид хлора, из газожидкостного сепаратора.
15. Производственная установка по п.14, дополнительно включающая абсорбер и установку для подачи газового потока, включающего диоксид хлора, из газожидкостного сепаратора в абсорбер.
16. Производственная установка по п.13, дополнительно включающая абсорбер и установку для подачи разбавленного газового потока из эдуктора в абсорбер.
