专利名称：化学法二氧化氯连续发生工艺及专用设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及氯的氧化物技术领域，具体地说是一种化学法连续生产二氧 化氯的工艺以及专用设备。
背景技术：
二氧化氯作为强氧化剂，具有广阔的应用领域。 一是作为一种安全、广 谱、高效的杀菌剂，目前己广泛用于饮用水消毒、循环冷却水的杀菌灭藻、 城镇生活污水及中水回用工程、医院污水、游泳池水等消毒。二是二氧化氯 用于有机废水、印染、除臭方面。二氧化氯能与许多有机和无机化合物发生 氧化还原反应，用于氧化去除水中的藻类、含氰废水的破氰处理，酚类化合 物的去除，硫化物、有机硫气味的控制。三是作为一种优良漂白剂，它代替 氯气来漂白纸浆。
目前，二氧化氯有多种不同的化学法生产工艺。主要是复合法，即采用 氯酸盐与盐酸进行反应，在生成二氧化氯的同时还生成氯气。但是用这种方
法生产的二氧化氯，其含量不到70%， 二氧化氯水溶液浓度小于500毫克/ 升，而且制备工艺比较复杂，需要采用空气曝气等。特别是这种方法生产的 氯气应用于水体消毒灭菌时，会与源水中较高浓度的有机物作用，生成一系 列对人体危害较大的卤代有机副产物，因而其应用会受到一定限制。另一种 是制备高纯度二氧化氯，在制备纯二氧化氯工艺中，包括亚氯酸盐法和氯酸 盐法。但亚氯酸盐价格贵，制备成本高，而氯酸盐则成本较低。采用氯酸盐 法制备纯二氧化氯，是氯酸盐在酸性条件下与还原剂反应制备二氧化氯，在 氯酸盐小规模的制造二氧化氯工艺中，需要采用反应加热控制，使用空气曝 气生产纯二氧化氯，然后再用水吸收。这种方法存在二氧化氯浓度低，设备多控制复杂，产气量小等缺点。国外采用氯酸盐生产二氧化氯时要加入催化 剂等多种物质，且这些原材料由国外公司独家控制，不利于普遍推广应用。
发明内容
为了克服现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种不需要曝气， 不需要加温，产量大，浓度高的化学法二氧化氯连续发生工艺。
本发明的另一个目的是提供一种化学法二氧化氯连续发生专用设备。 本发明解决其技术问题所采用的工艺是，使用氯酸盐过氧化氢混合液和 稀释硫酸溶液，两种喷料投入按照比例同时投入发生设备中，实施连续反应 产生二氧化氯，具体工艺步骤如下-
(1) 配制氯酸盐过氧化氢混合液。将碱金属氯酸盐、浓度为10 50%(重 量)的过氧化氢H202和工艺水，按比例(重量比)100: 30 100: 60 150 进行混合，生成氯酸盐过氧化氢混合液，使氯酸盐质量含量为30 50°/。(重 量)，过氧化氢质量含量为6 11% (重量)，所说氯酸盐为氯酸钠或氯酸钾；
(2) 配制稀释硫酸溶液。将浓度为90 98% (重量)的浓硫酸与工艺水 按比例(体积比)1: 0.1 0.6，分别通过硫酸计量泵和工艺水计量泵连续进 入硫酸稀释器(33)内进行混合与稀释，稀释降温后温度为10 50°C，稀释 后的硫酸溶液中硫酸质量含量为60 85% (重量)。
(3) 混合。稀释的硫酸溶液与氯酸盐过氧化氢混合液，按投料比例(体 积比)1: 0.65 1.2分别通过反应器底部左右两个喷头以喷料形式进入反应器， 在反应器内进行混合反应，生成二氧化氯，二氧化氯气体连同反应液形成的 产物流从反应器上部的出口进入水射器中，与通过的动力水混合形成二氧化 氯溶液；反应器温度为40°C 80°C，反应在负压下进行，绝压为50 KPa 90KPa。
采用化学法二氧化氯连续发生专用设备，包括壳体、二氧化氯输出口、 系统控制器以及设置在壳体内的反应器、与动力水进口连接的水射器，反应器出口与水射器的气体进口相连接，主要在于所说反应器还连接有氯酸盐过 氧化氢混合液进料装置和硫酸稀释装置；所说氯酸盐过氧化氢混合液进料装 置，由混合液进料口、混合液计量泵、背压阀、阻尼器组成，混合液计量泵 的出口分别与阻尼器和背压阀进口连接，背压阀出口与反应器进料喷头相连 接，混合液进料口与混合液计量泵之间的管道上设有标定杯；所说硫酸稀释 装置分别由硫酸进料口连接的硫酸计量泵、工艺水进料口连接的工艺水计量 泵和硫酸稀释器组成，硫酸计量泵、工艺水计量泵的出口分别与硫酸稀释器 顶部的进口相连接，其底部的出口管分别连接阻尼器和背压阀进口，背压阀 的出口与反应器进料喷头连接；硫酸稀释器的底部一侧与动力水管相连通， 上部一侧设有回水管，底部设有排污口；硫酸稀释器的内部设有螺旋形或列 管形的硫酸管程管道，外壳与硫酸管程管道之间为冷却水腔；在硫酸进料口 与硫酸计量泵之间以及工艺水进料口与工艺水计量泵之间的管路上分别设有 标定杯；在反应器出口与水射器连接的管道上依次设有负压测量仪和安全装 置；在水射器与动力水进口之间的管道上安装有水压检测仪，在水射器出口 与二氧化氯输出口之间的管道上设有余氯检测仪，在反应器上设有温度仪； 所说系统控制器通过电路与水压检测仪、温度仪、余氯检测仪、负压测量仪、 安全装置、硫酸计量泵、工艺水计量泵、混合液计量泵相连接。
作为本发明的一种改进，所说硫酸计量泵、工艺水计量泵和混合液计量
泵，可以设置在壳体的外侧，通过管路分别与壳体内的硫酸稀释器和反应器
相连通。
本发明的反应在反应器中进行，产生二氧化氯气体，二氧化氯气体和反 应残液以泡沫或气体流形式从反应器顶部进入水射器，与水射器中的动力水 混合形成二氧化氯溶液，反应中不需惰性气体曝气。其中反应器温度为40°C 80°C ，反应过程不进行加热或独立温度控制，而是通过控制原料进料量及浓度 使硫酸溶解热与吸热反应保持自身温度平衡。其中反应在负压下进行，绝压 为50 KPa 90KPa，保持压力小于反应温度下的溶液饱和蒸汽压。反应液中硫酸浓度为4 8mol/L，反应中氯酸盐转化率大于90%， 二氧化氯纯度大于 95%。
本发明与现有技术相比的优点
一是工艺简单，操作简单，自动化程度高。稀释硫酸溶液和氯酸盐过氧 化氢混合液，投加时不需人工操作，可通过氯酸盐过氧化氢混合液进料装置 和硫酸稀释装置连续投加；反应过程中不需加热装置，反应不需曝气，反应
在负压下进行。加上采用了与水压检测仪、温度仪、余氯检测仪、负压测量 仪、安全装置、硫酸计量泵、工艺水计量泵、混合液计量泵相连接的系统控 制器，保证了设备能够安全运行，因而安全系数比较高。
二是使用氯酸盐原料的价格低廉，生产成本低，产量高。氯酸盐过氧化 氢预混液不需加其他成份，设备能够连续生产，产出的二氧化氯水溶液的浓
度高达3000毫克/升，二氧化氯产量可达到200公斤/小时。
图1是本明专用设备的整体结构示意图。
图中1.水压检测仪，2.负压测量仪，3.系统控制器，4.水射器，5.安 全装置，6.壳体，7.余氯检测仪，8. 二氧化氯输出口， 9.反应器，10.阻尼 器，11.温度仪，12.阻尼器，13.背压阀，14.混合液进料装置，15.进料喷 头，16.标定杯，17.混合液进料口， 18.混合液计量泵，19.进料喷头，20.背 压阀，21.回水管，22.排污口， 23.出口管，24.工艺水计量泵，25.标定杯， 26.硫酸计量泵，27.工艺水进料口， 28.硫酸进料口， 29.标定杯，30.硫酸 稀释装置，31.动力水进口， 32.硫酸管程管道，33.硫酸稀释器。
具体实施例方式
实施例1① 配制氯酸盐过氧化氢混合液。取浓度为99% (重量)的氯酸钠100公 斤、浓度为27.5% (重量)的过氧化氢65公斤与水85公斤，按上述比例进 行混合，配制成氯酸钠过氧化氢混合液。
② 配制稀释硫酸溶液。将浓度为98% (重量)硫酸通过硫酸计量泵以23 升/小时的流速投入硫酸稀释器内；将工艺水通过工艺水计量泵以11.5升/小时 的流速同时向硫酸稀释器内投料，在硫酸吸湿器内混合成硫酸质量含量为 77%的稀释硫酸，稀释温度为30'C。
③ 混合。按②步骤配料及流速投料形成的稀释硫酸以喷料形式进入反应 器；氯酸钠过氧化氢混合液，经混合液计量泵以30升/小时流速，通过喷头以 喷料形式连续进入反应器；在反应器内生成的二氧化氯气体及反应液经反应 器出口进入水射器，与水射器的动力水混合，制成二氧化氯水溶液。反应器 内温度67°C ，反应器绝压66 KPa，主原料转化率为96%， 二氧化氯纯度95.5%， 水射器出口二氧化氯水溶液浓度1700毫克/升。
实施例2
① 配制氯酸盐过氧化氢混合液。取浓度为99% (重量)的氯酸钠100公 斤、浓度为27.5% (重量)的过氧化氢65公斤与水135公斤，按上述比例进 行混合，配制成氯酸钠过氧化氢混合液。
② 配制稀释硫酸溶液。将浓度为93% (重量)硫酸通过硫酸计量泵以12.5 升/小时的流速；将工艺水通过工艺水计量泵以4.6升/小时的流速同时向硫酸 稀释器进料，混合成硫酸质量含量为77%的稀释硫酸，温度为4(TC。
③ 混合。按②步骤配料及流速投料形成的稀释硫酸以喷料形式进入反应 器；氯酸钠过氧化氢混合液，经混合液计量泵以19升/小时流速，通过喷头以 喷料形式连续进入反应器；在反应器内生成的二氧化氯气体及反应液经反应 器出口进入水射器，与水射器的动力水混合，制成二氧化氯水溶液。反应器 内温度62。C，反应器绝压70KPa，主原料转化率为96%， 二氧化氯纯度95%， 水射器出口二氧化氯水溶液浓度1400毫克/升。
实施例3① 配制氯酸盐过氧化氢混合液。取浓度为99% (重量)的氯酸钠100公 斤、浓度为35% (重量)的过氧化氢55公斤与水95公斤，按比例进行混合， 配制成氯酸钠过氧化氢混合液。
② 配制稀释硫酸溶液。将浓度为98% (重量)硫酸通过硫酸计量泵以72 升/小时的流速；将工艺水通过工艺水计量泵以30升/小时的流速同时向硫酸 稀释器进料，混合成硫酸质量含量为80%的稀释硫酸，温度为35"C。
③ 混合。按②步骤配料及流速投料形成的稀释硫酸以喷料形式进入反应 器；氯酸钠过氧化氢混合液，经混合液计量泵以100升/小时流速，通过喷头 以喷料形式连续进入反应器；在反应器内生成的二氧化氯气体及反应液经反 应器出口进入水射器，与水射器的动力水混合，制成二氧化氯水溶液。反应 器内温度6 5"C，反应器绝压65 KPa，主原料转化率为96%， 二氧化氯纯度 95%，水射器出口二氧化氯水溶液浓度2400毫克/升。
下面结合附图和实施例对本发明的专用设备作进一步说明
如图1所示，这种化学法二氧化氯连续发生器，包括壳体6、 二氧化氯输 出口 8、系统控制器3以及设置在壳体6内的反应器9、与动力水进口 31连 接的水射器4，反应器9出口与水射器4的气体进口相连接，主要在于所说反 应器9还设有氯酸盐过氧化氢混合液进料装置14和硫酸稀释装置30。
氯酸盐过氧化氢混合液进料装置14，由混合液进料口 17、氯酸盐过氧化 氢混合液计量泵18、背压阀13、阻尼器12组成，氯酸盐过氧化氢混合液计 量泵18出口分别与阻尼器12、背压阀13进口连接，背压阀13出口与反应器 进料喷头15相连接；混合液进料口 17与混合液计量泵18之间的管道上设有 标定杯16。标定杯16为PVC带刻度的筒状透明容器，它用于对计量泵18进 行校正，所配氯酸钠过氧化氢混合液计量泵18选用格兰富数字计量泵，其具 有校正功能，与标定杯16配合使用，以保证计量准确。
硫酸稀释装置30分别由硫酸进料口 28连接的硫酸计量泵26、工艺水进 料口 27连接的工艺水计量泵24和硫酸稀释器33组成，硫酸计量泵26、工艺水计量泵24的出口分别与硫酸稀释器33顶部的进口端相连接，其底部的出 口管23分别连接阻尼器10和背压阀20进口，背压阀20的出口与反应器9 进料喷头19相连接。硫酸稀释器33的底部一侧与动力水管相连通，上部一 侧设有回水管21，底部设有排污口 22。在硫酸进料口 28与硫酸计量泵26之 间以及工艺水进料口 27与工艺水计量泵24之间的管路上分别设有标定杯29 和25。硫酸稀释器33的内部设有螺旋形的硫酸管程管道32，外壳与硫酸管 程管道32之间为冷却水腔。工艺水和硫酸分别通过工艺水计量泵24、硫酸计 量泵26计量后进入硫酸稀释器33，混合稀释时放出大量热，冷却水从硫酸稀 释器底部进入，从上部的回水管21流出，通过冷却水降温。硫酸稀释器底部 连接排污管道。
在反应器9出口与水射器4连接的管道上依次设有负压测量仪2和安全 装置5。反应器9为筒状结构，内径为80mm，高600mm，混合液进料喷头 15和稀释硫酸的进料喷头19均位于反应器下部，喷头方向相对并垂直与筒体 中心线，两个进料喷头相对能使料液快速充分混合，底部连接动力水管和排 污管道，便于冲洗排污，反应器9材质为钛合金复合耐腐蚀材料。
在水射器4与动力水进口 31之间的管道上安装有水压检测仪1;在水射 器4出口与二氧化氯输出口 8之间的管道上设有余氯检测仪7。
系统控制器3通过电路与水压检测仪1、温度仪ll、余氯检测仪7、负压 测量仪2、安全装置5、硫酸计量泵26、工艺水计量泵24、混合液计量泵18 之间通过电路相连接，接收来自上述仪表的信号，保证设备的安全运行。
权利要求
1、一种化学法二氧化氯连续发生工艺，其特征在于采用氯酸盐过氧化氢混合液和稀释硫酸溶液，两种喷料投入发生设备中，实施连续反应产生二氧化氯，具体工艺步骤如下①配制氯酸盐过氧化氢混合液。将碱金属氯酸盐、浓度为10～50％(重量)的过氧化氢H2O2和工艺水，按比例(重量比)10030～10060～150进行混合，生成氯酸盐过氧化氢混合液，使氯酸盐过氧化氢混合液中的氯酸盐质量含量为30～50％(重量)，过氧化氢质量含量为6～11％(重量)；所说氯酸盐为氯酸钠或氯酸钾。②配制稀释硫酸溶液。将浓度为90～98％(重量)的浓硫酸与工艺水按比例(体积比)10.1～0.6，分别通过硫酸计量泵和工艺水计量泵连续进入硫酸稀释器(33)内进行混合与稀释，稀释降温后温度为10～50℃，稀释后的硫酸溶液中硫酸质量含量为60～85％(重量)。③混合。稀释的硫酸溶液与氯酸盐过氧化氢混合液，按投料比例(体积比)10.65～1.2分别通过反应器底部左右两个喷头以喷料形式进入反应器，在反应器内进行混合反应，生成二氧化氯，二氧化氯气体连同反应液形成的产物流从反应器上部的出口溢出，再与水射器中通过的动力水混合形成二氧化氯溶液；反应器温度为40℃～80℃，反应在负压下进行，绝压为50KPa～90KPa。
2、 一种化学法二氧化氯连续发生专用设备，其特征在于包括壳体(6)、二氧化氯输出口 (8)、系统控制器(3)以及设置在壳体(6)内的反应器(9)、 与动力水进口 (31)连接的水射器(4)，反应器(9)出口与水射器(4)的 气体进口相连接，主要在于所说反应器(9)还设有氯酸盐过氧化氢混合液进 料装置(14)和硫酸稀释装置(30)。
3、 根据权利要求2所述的化学法二氧化氯连续发生专用设备，其特征在 于所说氯酸盐过氧化氢混合液进料装置(14)，由混合液进料口 (17)、 混合液计量泵(18)、背压阀(13)、阻尼器(12)组成，混合液计量泵(18) 的出口分别与阻尼器(12)和背压阀(13)进口连接，背压阀(13)出口与反应器进料喷头(15)相连接，混合液进料口 (17)与混合液计量泵(18) 之间的管道上设有标定杯(16)。
4、 根据权利要求2所述的化学法二氧化氯连续发生专用设备，其特征在 于所说硫酸稀释装置(30)分别由硫酸进料口 (28)连接的硫酸计量泵(26)、 工艺水进料口 (27)连接的工艺水计量泵(24)和硫酸稀释器(33)组成， 硫酸计量泵(26)、工艺水计量泵(24)的出口分别与硫酸稀释器(33)顶 部的进口相连接，其底部的出口管(23)分别连接阻尼器(10)和背压阀(20) 进口，背压阀(20)的出口与反应器(9)进料喷头(19)连接；硫酸稀释器(33)的底部一侧与动力水管相连通，上部一侧设有回水管(21)，底部设 有排污口 (22);硫酸稀释器(33)的内部设有螺旋形或列管形的硫酸管程 管道(32)，外壳与硫酸管程管道(32)之间为冷却水腔。
5、 根据权利要求4所述的化学法二氧化氯连续发生专用设备，其特征是 在硫酸进料口 (28)与硫酸计量泵(26)之间以及工艺水进料口 (27)与工 艺水计量泵(24)之间的管路上分别设有标定杯(29) 、 (25)。
6、 根据权利要求2所述的化学法二氧化氯连续发生专用设备，其特征是 在反应器(9)出口与水射器(4)连接的管道上依次设有负压测量仪(2)和 安全装置(5)。
7、 根据权利要求2所述的化学法二氧化氯连续发生专用设备，其特征是 在水射器(4)与动力水进口 (31)之间管道上安装有水压检测仪(1); 在水射器(4)出口与二氧化氯输出口 (8)之间管道上设有余氯检测仪(7)。
8、 根据权利要求2所述的化学法二氧化氯连续发生专用设备，其特征在 于:所说反应器(9)上设有温度仪(11)。
9、 根据权利要求2所述的化学法二氧化氯连续发生专用设备，其特征在 于所说硫酸计量泵(26)、工艺水计量泵(24)和混合液计量泵(18)， 可以设置在壳体(6)的外侧，通过管路分别与壳体(6)内的硫酸稀释器(33) 和反应器(9)相连通。
10、 根据权利要求2所述的化学法二氧化氯连续发生专用设备，其特征 在于所说系统控制器(3)通过电路与水压检测仪(1)、温度仪(11)、余氯检测仪(7)、负压测量仪(2)、安全装置(5)、硫酸计量泵(26)、 工艺水计量泵(24)、混合液计量泵(18)相连接。
全文摘要
本发明公开了一种化学法二氧化氯连续发生工艺，使用氯酸盐过氧化氢混合液和稀释硫酸溶液，两种喷料按照比例同时投入反应器中，实施连续反应产生二氧化氯；专用设备包括壳体、二氧化氯输出口、系统控制器以及反应器、水射器，要点在于反应器还设有过氧化氢混合液进料装置和硫酸稀释装置。本发明与同类工艺、设备相比，具有反应不需加热，不需曝气，生产成本低，设备连续生产的产量大等特点，产出的二氧化氯水溶液的浓度高达3000毫克/升，反应中氯酸盐转化率大于90％，二氧化氯纯度大于95％，二氧化氯产量最高可达200公斤/小时。本发明的产品可用于工业废水脱色、大型水厂、污水处理厂的杀菌消毒。
文档编号C01B11/00GK101412499SQ200810160358
公开日2009年4月22日 申请日期2008年11月17日 优先权日2008年11月17日
发明者王永芳, 艺 章, 薛平正 申请人:艺 章