一种多级流化床串联的一氧化二氯连续生产系统及生产方法与流程

本发明涉及化工生产
技术领域：
，具体涉及一种多级流化床串联的一氧化二氯连续生产系统及生产方法。
背景技术：
：一氧化二氯，分子式cl2o，常温常压下为棕黄色气体，是次氯酸的酸酐；可溶于四氯化碳中保存，常用于强氧化剂、氯化剂，工业上通常用于氯化异氰尿酸的生产；现有技术中常常采用氯气与潮湿的碳酸钠反应来制取，其原理是让氯气和空气的混合气体通过固体碳酸钠粉末料层，产生一氧化二氯、空气和二氧化碳的混合气体。公开号为cn106946225a的中国发明专利于2017年7月14日公开了一种生产一氧化二氯的流化床装置及方法，该流化床装置包括：流化床反应器，包括气体入口、固体入口及产物出口、分布板及指形管；旋风分离器，入口与所述流化床反应器的产物出口连接。采用流化床装置生产一氧化二氯的方法包括以下步骤：反应阶段：将含氯气的混合气体通入流化床反应器内，并使含氯气的混合气体通过处于流化状态的含水碳酸钠以进行反应，得到携带固体的气体产物；分离阶段：通过旋风分离器，将来自流化床反应器的携带固体的气体产物中的固体分离出来，得到含一氧化二氯的气体。采用本发明的流化床装置生产一氧化二氯，通过气固反应避免使用水及有机溶剂，节约了水资源，避免对环境造成污染，无废水产生，绿色环保节能。上述专利所述的流化床装置虽然能够提高碳酸钠的转化率，同时实现了连续的工业生产，并且避免了使用传统工艺需要使用的大量水及有机溶剂的缺陷，做到了绿色环保、节能经济、生产连续化；但此类生产装置仍存在不足，其主要缺陷是：1、反应停留时间短，单程反应效率低；2、副产的氯化钠和未反应大量的碳酸钠需要与反应气体一起从床顶出来，经两级旋风分离后返回流化床循环反应，这样需消耗大量的动力；3、由于流化床的气速是一定的，含少量水的碳酸钠固体或者生成的氯化钠与未反应的碳酸钠包裹不可避免的形成大颗粒固体，这些固体大于上升气体的浮力必然下落至流化床底部，流化床底部堆集部分固体残渣或者结块必然造成气流分布不均匀，从而容易造成流化床周期性的反应效果差，碳酸钠总体转化率差，并且，流化床列管易磨损，危及生产安全；4、由于碳酸钠含有少量水，氯化钠有一定潮解性，因此其混合物会粘附在列管或者设备表面上，造成结块，特别是开停车比较频繁时更容易粘结堵塞。技术实现要素：针对现有技术中存在的分布板与指形孔易堵塞需要经常检修、反应时间短导致物料转化率低、动力消耗大，物料容易板结以及产品产收率低等缺陷，本发明提供了一种多级流化床串联的一氧化二氯连续生产系统，采用本系统能够有效提高碳酸钠的转化率和氯气的产出率，同时还具有固体原料自动分离、不易板结，动力消耗较低等优点。本发明通过以下技术方案实现上述目的：一种多级流化床串联的一氧化二氯连续生产系统，其特征在于：包括多级按照由高到低的顺序依次串联的流化床，且相邻两级流化床中处于高位的流化床的出料口高于处于低位的流化床的进料口；所述各级流化床均连接有旋风分离器，所述旋风分离器的出料口与本级流化床的返料口相连，旋风分离器的排气口与上一级流化床的进气口相连；所述位于最高位置的流化床连接有进料罐，位于最低位置的流化床连接有空压机和氯气存储罐；所述流化床的外表面还安装有半管冷却器，所述半管冷却器与冷冻水机组相连；所述各级流化床内还设置有搅拌桨，所述搅拌桨的两侧设置有导流片。所述导流片超偏离流化床轴线的方向倾斜设置，所述倾斜的角度为5°-10°。所述旋风分离器的排气口还设置有级间冷却器，所述位于底部的流化床进气口还设置有入口冷却器，所述级间冷却器与入口冷却器均与冷冻水机相连。所述各级流化床之间，旋风分离器与流化床之间均设置有用于控制物料排放的控制阀，所述控制阀为蝶阀、刀形阀或柱塞阀。相应的本发明还公开了一种多级流化床串联的一氧化二氯生产系统生产一氧化二氯的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：a、投料阶段：向流化床内通入少量压缩空气，再通过位于顶部的物料存储罐向流化床内部加入碳酸钠粉末，打开各级流化床之间的蝶阀通过重力使碳酸钠均布于各级流化床，同时开启搅拌桨使各级流化床内的碳酸钠流态化；b、初始反应阶段：向位于最低位置的流化床内通入含有氯气的混合气体，使混合气体与处于流态化状态的碳酸钠反应；在最低级流化床内反应后的混合气体经过旋风分离器分离后，气体进入到上一级流化床中继续与流化态的碳酸钠反应，分离得到的固体颗粒则返回到本级流化床中；同时打开入口冷却器和级间冷却器进行降温；c、连续生产阶段：当与最高级流化床相连的旋风分离器排气口检测到一氧化二氯后逐步提高混合气体的氯气含量；当最低级流化床内的温度下降或与原料混合气体温度接近时，通过底部的控制阀排出部分氯化钠，并按照相应的摩尔比向最高级的流化床内补充相应的碳酸钠；同时通过控制阀从最高位置的流化床开始逐级向下传递固体物料，实现连续给料和连续出料，进而实现整个系统的连续稳定运行。所述投料阶段的压缩空气流速为0.1m/s-0.9m/s，优选的流速为0.3-0.6m/s。所述初始反应阶段的混合气体的氯气含量为1%-4%，所述连续生产阶段混合气体的氯气含量为3%-15%，优选的为4%-9%；所述初始反应阶段与连续生产阶段的各级流化床内的反应温度为-5℃-10℃，优选的为3℃-8℃。所述初始反应阶段与连续生产阶段的各级流化床内的压力为0.01mpa-0.1mpa，优选的为0.02mpa-0.05mpa；所述初始反应阶段与连续生产阶段各级流化床内搅拌桨的转速为60-120rpm/min。所述各级流化床内的碳酸钠加入量占空床体积的7%-15%；碳酸钠的堆积密度为0.732g/ml-0.850g/ml；所述碳酸钠的含水量为5%-10%，优选的碳酸钠的含水量为6%-7%。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：1、本发明所述的一氧化二氯生产系统采用的流化床内设置有搅拌桨，通过搅拌桨和气流相结合的方式形成流态化，降低了对反应气流量、流速以及分布板的过高要求，其一方面降低了动力消耗，避免因气体流速的突变引起的物料损失或反应效率降低，反应更加平稳；另一方面降低了反应对物料粒径的要求，不但扩大了物料的适用范围，从而降低了生产成本，且降低了因生产负荷的变化对气流分布器的精度要求；同时搅拌桨在搅拌的过程中能够有效加剧碳酸钠等固相物料之间的碰撞，防止碳酸钠与反应生成的氯化钠结块并附着于设备的管道上，从而提高对设备的保护效果，延长设备的使用寿命，同时还避免了因大颗粒物料沉积于流化床底部引起的物料反应不充分等问题，提高了物料的转化率。2、本发明的搅拌桨两侧设置有导流片，导流片超背离流化床轴线的方向倾斜5°-10°设置，通过导流片可以有效防止反应气流在搅拌桨的表面形成涡流，从而提高反应气在搅拌桨的作用下形成的螺旋气流的效果，进而降低能耗，同时保证系统生产的连续性和稳定性。3、本发明采用多级串联流化床反应器的方式生成一氧化二氯，固体物料从最高层的流化床进入，而气体从最低层的流化床进入，实现了粉体与气体的逆向接触反应，延长了固体物料与反应气的接触时间，提高了反应质量；同时固体物料及反应生成的副产物通过重力自然流动并从底部的流化床排出，而气体产物则从最高层流化床排出，与传统的流化床相比，本发明实现了气相物料与固相物料的自然分离，降低了旋风分离器与流化床的负荷，同时还可提高向流化床内通入的氯气的浓度，从而大大提高了碳酸钠的转化率。4、本发明采用多级串联的方式生成一氧化二氯，固相原料从顶部进入，底部排出，而气相原料从底部进入、顶部排出，因此在顶部的流化床内固相物料以碳酸钠为主，中间各级为碳酸钠与氯化钠的混合物，而最低位置的流化床则以氯化钠为主，碳酸钠等固体物料在重力的作用下从上至下运动并最终排出；而位于最低位置的流化床中氯气含量最高、最高位置的流化床内氯气含量最低，这种碳酸钠浓度与氯气浓度的倒置匹配关系保证了上一级未能反应的碳酸钠能够在下一级的流化床中继续与氯气接触反应并充分反应，从而大大延长了碳酸钠与氯气的接触时间和反应效率，提高了碳酸钠和氯气的转化率；同时本发明还可以通过每一级流化床底部的控制阀控制物料的排放时间及排放量，从而控制碳酸钠在流化床中的有效停留时间，改变传统流化床的气流速度决定反应时间进而造成停留时间短、单程转化率低的问题，实现优化生产，有利于提高碳酸钠的转化率和一氧化二氯的收率。5、本发明每一级流化床均连接旋风分离器，一方面可将每一级出口处的固体颗粒物进行回收并返回同级反应器底部进行反应，提高固体物料的转化率；另一方面避免固体颗粒物通过冷却器时在冷却器中发生板结，进而造成冷却器堵塞影响气流的通行，不但延长了设备的使用寿命，同时还保证了设备的连续运行，提高了反应效率。6、本发明设置了入口冷却器和级间冷却器，可有效的移出反应热量，从而控制流化床内及各级流化床之间的反应气的温度，一方面保证反应气的温度始终处于最佳的反应状态，同时避免高温造成一氧化二氯的分解，提高一氧化二氯的收率和碳酸钠的转化率。附图说明图1为本发明生产系统的示意图；附图标记：1、流化床，2、旋风分离器，3、进料罐，4、空压机，5、氯气存储罐，6、半管冷却管，7、冷冻水机组，8、搅拌桨，9、导流片，10、级间冷却器，11、入口冷却器，12、控制阀,13、驱动电机。具体实施方式下面将通过具体实施例对本发明做进一步说明：实施例1本实施例作为本发明的一较佳实施例，公开了一种多级流化床串联的一氧化二氯连续生产系统，其具体结构如图1所示，所述系统包括2级相互串联的流化床1，所述相邻流化床1之间按照上一级流化床1的出料口与下一级流化床1的进料口相连的方式串联，且流化床1按照由高到低的顺序依次放置，相邻流化床1中处于较高位置的流化床1的排料口高于处于较低位置的流化床1的进料口，所述位于最高位置的流化床1的进料口连接有进料罐3，位于最低位置的流化床1的进气口分别与空压机4和氯气存储罐5相连，所述各级流化床1的顶部还设置有出气口和返料口，出气口与旋风分离器2的气体入口端相连，旋风分离器2的排气口与上一级流化床1的进气口相连，旋风分离器2的固体出料口与本级流化床1上的返料口相连，所述流化床1的外表面设置有与冷冻水机7相连的半管冷却器6，流化床1内设置有搅拌桨8，所述搅拌桨8与位于流化床1顶部的驱动电机13相连。实施例2本实施例作为本发明的又一较佳实施例，公开了一种多级流化床串联的一氧化二氯连续生产系统，其具体结构如图1所示，所述系统包括3级相互串联的流化床1，所述相邻流化床1之间按照位于较高位置的流化床1的出料口与位于较低位置的流化床1的进料口相连的方式串联，且各级流化床1按照由高到低的顺序依次放置，相邻流化床1中处于较高位置的流化床1的排料口高于处于较低位置的流化床1的进料口，所述位于最高位置的流化床1的进料口连接有进料罐3，位于最低位置的流化床1的进气口分别与空压机4和氯气存储罐5相连，所述各级流化床1的顶部还设置有出气口和返料口，出气口与旋风分离器2的气体入口端相连，旋风分离器2的排气口与上一级流化床1的进气口相连，旋风分离器2的固体出料口与本级流化床1上的返料口相连，所述流化床1的外表面设置有与冷冻水机7相连的半管冷却器6，流化床1内设置有搅拌桨8，所述搅拌桨8与位于流化床1顶部的驱动电机13相连，且搅拌桨上设置有导流片，导流片朝偏离流化床轴线的方向倾斜设置，其倾斜的角度为5°。实施例3本实施例作为本发明的又一较佳实施例，公开了一种多级流化床串联的一氧化二氯连续生产系统，其具体结构如图1所示，所述系统包括3级相互串联的流化床1，所述相邻流化床1之间按照位于较高位置的流化床1的出料口与位于较低位置的流化床1的进料口相连的方式串联，且各级流化床1按照由高到低的顺序依次放置，相邻流化床1中处于较高位置的流化床1的排料口高于处于较低位置的流化床1的进料口，所述位于最高位置的流化床1的进料口连接有进料罐3，位于最低位置的流化床1的进气口分别与空压机4和氯气存储罐5相连，所述各级流化床1的顶部还设置有出气口和返料口，出气口与旋风分离器2的气体入口端相连，旋风分离器2的排气口与上一级流化床1的进气口相连，旋风分离器2的固体出料口与本级流化床1上的返料口相连，所述流化床1的外表面设置有与冷冻水机7相连的半管冷却器6，流化床1内设置有搅拌桨8，所述搅拌桨8与位于流化床1顶部的驱动电机13相连，且搅拌桨8上设置有导流片9，导流片9朝偏离流化床1轴线的方向倾斜设置，其倾斜的角度为10°。实施例4本实施例作为本发明的最佳实施例，公开了一种多级流化床串联的一氧化二氯连续生产系统，其具体形式如图1所示，所述系统包括5级相互串联的流化床1，相邻流化床1之间按照上一级流化床1的出料口与下一级流化床1的进料口相连的方式串联，且流化床1按照由高到低的顺序依次放置，且相邻的两级流化床1中位置较高的一级流化床1的出料口高于位置较低的一级流化床1的进料口；所述位于最高位置的流化床1的进料口与进料罐3相连，位于最低位置的流化床1的进气口分别与空压机4和氯气存储罐5的出口端相连，且空压机4与流化床1、氯气存储罐5与流化床1之间均设置有减压阀和玻璃转子流量计；所述各级流化床1的顶部还设置有出气口和返料口，所述流化床1的出气口与旋风分离器2的气体入口端相连，所述旋风分离器2的排气口与上一级流化床1的进气口相连，旋风分离器2的固体出料口与本级流化床1的返料口相连，其中与位于最高位置的流化床1相连的旋风分离器2的排气口内还设置有粉尘过滤器，所述粉尘过滤器采用纤维过滤器或者丝网过滤器均可；所述各级流化床1的外表面均设置有半管冷却器，所述各级旋风分离器2的排气口与流化床1的进气口之间还设置有级间冷却器10，位于最低位置的流化床1的进气口设置有入口冷却器11，所述半管冷却器6、级间冷却器10和入口冷却器11均与冷冻水机7相连；所述各级流化床1内还设置有转轴，转轴上固定设置有搅拌桨8，所述转轴与位于流化床1顶部的驱动电机13相连；所述搅拌桨8上设置有导流片9，导流片9朝偏离流化床1轴线的方向倾斜设置，其倾斜角度为7°；所述各级流化床1的排料口与旋风分离器2的固体出料口上均设置有用于控制物料排放的控制阀12，控制阀12为蝶阀、、刀形阀或柱塞阀中的任意一种；各级流化床1内还设置有压力传感器和温度传感器。实施例5本实施例还公开了如图1所示的一种多级流化床串联的一氧化二氯生产系统用于生产一氧化二氯生产的方法，其具体步骤如下：a、投料阶段：以0.1m/s的流速向位于最低位置的流化床内通入少量压缩空气以防止在添加碳酸钠时碳酸钠堵塞分布板，再通过与位于最高位置的流化床相连的物料存储罐向流化床内加入含水量为5%的碳酸钠粉末，碳酸钠粉末的加入质量为29kg，并打开各级流化床之间的蝶阀，通过重力使碳酸钠分布于各级流化床内，其中碳酸钠粉末占流化床空床体积的7%；同时开启搅拌桨使各级流化床内的碳酸钠流态化，其中流化态下的碳酸钠的堆积密度为0.732g/ml，搅拌桨的转速为20rpm/min；b、初始反应阶段：碳酸钠添加完毕后关闭各级流化床与各级旋风分离器上的蝶阀，再向位于最低位置的流化床内通入含有氯气的混合气体，混合气体中氯气的含量为4%；使混合气体与处于流态化状态的碳酸钠反应；在最低级流化床内反应后的混合气体经过旋风分离器分离后，气体进入到上一级流化床中继续与流化态的碳酸钠反应，分离得到的固体颗粒则返回到本级流化床中；同时打开入口冷却器和级间冷却器进行降温，使流化床床体内的温度为0℃，此时调整搅拌桨的转速至60rpm/min；c、连续生产阶段：当与位于最高位置流化床相连的旋风分离器排气口检测到一氧化二氯后逐步提高混合气体的氯气含量至9%，并将各级流化床内的压力控制在0.01mpag；同时调整系统冷却水的输入量，将各级流化床的反应温度控制在0℃；当最低级流化床内的温度下降或与原料混合气体温度接近时，打开位于最低位置的流化床排料口上的蝶阀排出部分氯化钠，并按照相应的摩尔比向位于最高位置的流化床内补充相应的碳酸钠，从而实现系统的连续生产,连续生产阶段的碳酸钠加入量为58kg/h,经测定其碳酸钠的转化率和一氧化二氯的转化率分别为96.5%和94.5%。实施例6a、投料阶段：以0.3m/s的流速向位于最低位置的流化床内通入少量压缩空气以防止在添加碳酸钠时碳酸钠堵塞分布板，再通过与位于最高位置的流化床相连的物料存储罐向流化床内加入含水量为5%的碳酸钠粉末，碳酸钠粉末的加入量为29kg,并打开各级流化床之间的蝶阀，通过重力使碳酸钠分布于各级流化床内，其中碳酸钠粉末占流化床空床体积的9%；同时开启搅拌桨使各级流化床内的碳酸钠流态化，其中流化态下的碳酸钠的堆积密度为0.720g/ml，搅拌桨的转速为20rpm/min；b、初始反应阶段：碳酸钠添加完毕后关闭各级流化床与各级旋风分离器上的蝶阀，再向位于最低位置的流化床内通入含有氯气的混合气体，混合气体中氯气的含量为5%；使混合气体与处于流态化状态的碳酸钠反应；在最低级流化床内反应后的混合气体经过旋风分离器分离后，气体进入到上一级流化床中继续与流化态的碳酸钠反应，分离得到的固体颗粒则返回到本级流化床中；同时打开入口冷却器和级间冷却器进行降温，使流化床床体内的温度为2℃，此时调整搅拌桨的转速至60rpm/min；c、连续生产阶段：当与位于最高位置流化床相连的旋风分离器排气口检测到一氧化二氯后逐步提高混合气体的氯气含量至11%，并将各级流化床内的压力控制在0.02mpa；同时调整系统冷却水的输入量，将各级流化床的反应温度控制在2℃；当最低级流化床内的温度下降或与原料混合气体温度接近时，打开位于最低位置的流化床排料口上的蝶阀排出部分氯化钠，并按照相应的摩尔比向位于最高位置的流化床内补充相应的碳酸钠，从而实现系统的连续生产,连续生产阶段碳酸钠粉末的投入量为58.5kg/h，经测定其碳酸钠的转化率和一氧化二氯的转化率分别为97%和95%。实施例7a、投料阶段：以0.6m/s的流速向位于最低位置的流化床内通入少量压缩空气以防止在添加碳酸钠时碳酸钠堵塞分布板，再通过与位于最高位置的流化床相连的物料存储罐向流化床内加入含水量为7%的碳酸钠粉末，碳酸钠粉末的加入量为17.39kg，并打开各级流化床之间的蝶阀，通过重力使碳酸钠分布于各级流化床内，其中碳酸钠粉末占流化床空床体积的7%；同时开启搅拌桨使各级流化床内的碳酸钠流态化，其中流化态下的碳酸钠的堆积密度为0.725g/ml，搅拌桨的转速为20rpm/min；b、初始反应阶段：碳酸钠添加完毕后关闭各级流化床与各级旋风分离器上的蝶阀，再向位于最低位置的流化床内通入含有氯气的混合气体，混合气体中氯气的含量为3.5%；使混合气体与处于流态化状态的碳酸钠反应；在最低级流化床内反应后的混合气体经过旋风分离器分离后，气体进入到上一级流化床中继续与流化态的碳酸钠粉末反应，分离得到的固体颗粒则返回到本级流化床中；同时打开入口冷却器和级间冷却器进行降温，使流化床床体内的温度为5℃，此时调整搅拌桨的转速至60rpm/min；c、连续生产阶段：当与位于最高位置流化床相连的旋风分离器排气口检测到一氧化二氯后逐步提高混合气体的氯气含量至13%，并将各级流化床内的压力控制在0.05mpa；同时调整系统冷却水的输入量，将各级流化床的反应温度控制在5℃；当最低级流化床内的温度下降或与原料混合气体温度接近时，打开位于最低位置的流化床排料口上的蝶阀排出部分氯化钠，并按照相应的摩尔比向位于最高位置的流化床内补充相应的碳酸钠，从而实现系统的连续生产，连续生产阶段碳酸钠粉末的加入量为34.78kg/h，经测定其碳酸钠的转化率和一氧化二氯的转化率分别为97.2%和94%。实施例8a、投料阶段：以0.9m/s的流速向位于最低位置的流化床内通入少量压缩空气以防止在添加碳酸钠时碳酸钠堵塞分布板，再通过与位于最高位置的流化床相连的物料存储罐向流化床内加入含水量为7%的碳酸钠粉末，碳酸钠粉末的加入量为17.39kg,并打开各级流化床之间的蝶阀，通过重力使碳酸钠分布于各级流化床内，其中碳酸钠粉末占流化床空床体积的7%；同时开启搅拌桨使各级流化床内的碳酸钠流态化，其中流化态下的碳酸钠的堆积密度为0.732g/ml，搅拌桨的转速为20rpm/min；b、初始反应阶段：碳酸钠添加完毕后关闭各级流化床与各级旋风分离器上的蝶阀，再向位于最低位置的流化床内通入含有氯气的混合气体，混合气体中氯气的含量为4%；使混合气体与处于流态化状态的碳酸钠反应；在最低级流化床内反应后的混合气体经过旋风分离器分离后，气体进入到上一级流化床中继续与流化态的碳酸钠反应，分离得到的固体颗粒则返回到本级流化床中；同时打开入口冷却器和级间冷却器进行降温，使流化床床体内的温度为5℃，此时调整搅拌桨的转速至60rpm/min；c、连续生产阶段：当与位于最高位置流化床相连的旋风分离器排气口检测到一氧化二氯后逐步提高混合气体的氯气含量至15%，并将各级流化床内的压力控制在0.1mpa；同时调整系统冷却水的输入量，将各级流化床的反应温度控制在10℃；当最低级流化床内的温度下降或与原料混合气体温度接近时，打开位于最低位置的流化床排料口上的蝶阀排出部分氯化钠，并按照相应的摩尔比向位于最高位置的流化床内补充相应的碳酸钠，从而实现系统的连续生产,连续生产阶段的碳酸钠加入量为17.39kg/h，经测定其碳酸钠的转化率和一氧化二氯的转化率分别为98%和94.2%。下表将公布各种反应条件下的一氧化二氯产量及碳酸钠转换率对比表：初始反应阶段碳酸钠加入量（kg）连续反应阶段碳酸钠接入量（kg/h）氯气流量（m³/min）氯气浓度反应温度(℃)一氧化二氯产量（kg/h）碳酸钠转化率一氧化二氯转化率碳酸钠含水量28.9857.937.64%513.7596%93%7%25.1250.248.224%512.3897%93.6%7%17.3934.785.694%58.3697%94.1%7%17.3917.392.844%54.2298%94.2%7%17.3934.786.053.8%58.4197.1%93.6%6%17.3934.786.573.5%58.6397.2%94%6%28.9857.933.389%013.3197%90%5%28.558.02.7711%313.1698%89%5%25.551.02.5713%610.4798%78%5%17.3935.01.5315%106.2195%70%5%2958.07.654%014.02596.5%94.5%5%2958.56.185%214.1897%95%5%结合上述实施例、实验数据及
背景技术：
中提及的对比文件的相关数据可以看出本发明在碳酸钠含水量、氯气含量等反应物初始状态相差不大的条件下能够大幅度提高碳酸钠的转化率（对比文件中碳酸钠的转化率在88%-95%之间）和一氧化二氯的产率。当前第1页12