Спосіб одержання діоксиду хлору, пристрій для його одержання та водний розчин діоксиду хлору

1. Спосіб безперервного одержання діоксиду хлору, який включає безперервні стадії: подачі в реактор кислоти, відновника і хлорату лужного металу, взаємодії хлорату лужного металу з кислотою і відновником з утворенням потоку продукту, що містить діоксид хлору і сіль лужного металу, і виведення вказаного потоку продукту з реактора в поглинальну колону, де він контактує з потоком води з утворенням водного розчину, що містить діоксид хлору. 2. Спосіб за п. 1, в якому водний розчин, який містить діоксид хлору, має його концентрацію від приблизно 4 до приблизно 12 г/л. 3. Спосіб за будь-яким з пп. 1-2, в якому концентрацію діоксиду хлору у водному розчині підтримують по суті постійною незалежно від швидкості одержання діоксиду хлору шляхом регулювання потоку води в поглинальну колону. 4. Спосіб за будь-яким з пп. 1-3, в якому непоглинений газ виводять з поглинальної колони едукто C2 2 (19) 1 3 83287 лення жиру, очищення води і видалення органічних матеріалів з промислових стічних вод. Оскільки діоксид хлору є нестійким при зберіганні, його необхідно отримувати на місці. Діоксид хлору звичайно отримують при взаємодії хлорату лужного металу з відновником у водному реакційному середовищі. Діоксид хлору може бути виведений з реакційного середовища у вигляді газу, як в способах, описаних в [патентах США 5091166, 5091167 і в патенті ЕР 612686]. Газоподібний діоксид хлору може бути потім поглинений водою з утворенням його водного розчину. Є, переважно, крупномасштабні способи, які вимагають технологічного обладнання і вимірювальних приладів, які дорого коштують. Для отримання діоксиду хлор у на маломасштабних установках, таких як установки водоочищення або невеликі установки відбілювання, переважно, не виділяти діоксид хлору з реакційного середовища, а витягувати розчин, який містить діоксид хлору, з реактора, необов'язково, після розбавлення водою. Такі способи описані в [патентах США 2833624, 4534952, 5895638, 6790427, в WO 00/76916 і в публікації заявки на патент США № 2004/0175322 і публікації № 2003/0031621] і в останні роки стали промисловими. Необхідні технологічне обладнання і вимірювальні прилади є значно більш дешевими, ніж в крупномасштабних способах, описаних вище. Однак, ще є потреба в подальших удосконаленнях. У маломасштабних способах важко отримати розчини з такою високою концентрацією діоксиду хлору, як бажано для багатьох застосувань, наприклад, для відбілювання регенерованого паперу, відбілювання багассі або маломасштабного відбілювання паперу. Іншою проблемою існуючих маломасштабних способів отримання діоксиду хлору є те, що концентрація діоксиду хлору продукту може коливатися в залежності від швидкості отримання діоксиду хлор у. Задачею даного винаходу є створення способу отримання діоксиду хлору, що забезпечує пряме отримання діоксиду хлору у водному розчині з високою концентрацією діоксиду хлор у. Іншою задачею даного винаходу є створення способу отримання діоксиду хлор у, що забезпечує пряме отримання діоксиду хлору у водному розчині з концентрацією діоксиду хлору, яка може підтримуватися постійною незалежно від швидкості отримання діоксиду хлор у. Ще однією задачею винаходу є створення пристрою для здійснення способу. Ще однією задачею винаходу є створення нового розчину діоксиду хлору високої концентрації. Несподівано була встановлена можливість здійснення вказаних задач шляхом створення способу безперервного отримання діоксиду хлор у, що містить стадії безперервних: - подачі в реактор кислоти, відновника і хлорату лужного металу; - взаємодії хлорату лужного металу з кислотою і відновником з утворенням потоку продукту, що містить діоксид хлору і сіль лужного металу кислоти; і 4 - виведення вказаного потоку продукту з реактора в поглинальну вежу, де він контактує з потоком води з утворенням водного розчину, що містить діоксид хлору. Було встановлено, що при введенні потоку продукту в поглинальну вежу можна отримати водний розчин з високою концентрацією діоксиду хлору, переважно, вище приблизно 3г/л, найбільш переважно, вище приблизно 4г/л, без першого відділення газоподібного діоксиду хлор у від реакційної суміші і з подальшим поглинанням його водою. Будь-які розчинні частинки, такі як сіль лужного металу кислоти і вихідні хімічні речовини, які не прореагували, також поглинаються в поглинальній вежі. Швидкість потоку води в поглинальну вежу (або охолодженою, або ні), переважно, регулюється так, що концентрація діоксиду хлору може підтримуватися постійною незалежно від швидкості отримання. Водний розчин, отриманий в поглинальній вежі, може мати концентрацію діоксиду хлору в широкому інтервалі, наприклад, від приблизно 0,1г/л до приблизно 12г/л, переважно, від приблизно 3г/л до приблизно 10 г/л, найбільш переважно, від приблизно 4г/л до приблизно 8г/л. Концентрація хлорату, який не прореагував, у водному розчині, яка залежить від ступеню перетворення, є прийнятно нижче приблизно 0,33моль/моль СlO2, переважно, нижче приблизно 0,11моль/моль СlO2, найбільш переважно, нижче приблизно 0,053моль/моль СlO2. Концентрація солі лужного металу залежить від концентрації діоксиду хлору і складає відповідно від приблизно 0,74ммоль/л до приблизно 59ммоль/л. Значення рН водного розчину може змінюватися в широкому інтервалі, зокрема, в залежності від концентрації діоксиду хлор у, від приблизно 0,1 до приблизно 1, переважно, від приблизно 0,2 до приблизно 0,8. Під терміном "поглинальна вежа", як використано тут, розуміється будь-яка колона, або вежа, або подібне, де газ контактує з потоком рідини з поглинанням нею розчинних сполук. Газ і рідина, переважно, течуть в протитоці. Всередині поглинальної вежі, переважно, вміщуються пристрої, такі як тарілки або насадкові елементи, із забезпеченням поверхонь розділу, де має місце масоперенесення між газом і рідиною. Приклади насадкових елементів, що використовуються, включають кільця Рашига, сідла Берля, сідла "Інталокс" і т. д. Прикладами тарілок, які можуть використовуватися, є ситові тарілки і ковпачкові тарілки. Переважно, пристрій, що створює тиск нижче атмосферного, з'єднується з поглинальною вежею, забезпечуючи протікання в поглинальну вежу потоку продукту, що включає будь-яку рідину, піну і газ в ній. Непоглинений газ виводиться з поглинальної вежі вказаним пристроєм. Можуть використовуватися будь-які загальнокористувацькі пристрої, такі як вентилятори, едуктори і т. д., переважно, едуктор. У останньому випадку едуктор живиться рухомою водою, яка може подаватися з окремої місткості зберігання насосом, який обслуговує тільки едуктор. Місткість зберігання, переважно, вентилюється, так що непоглинений газ може бути видалений. 5 83287 Хлорат лужного металу відповідно подається в реактор у вигляді водного розчину. Лужним металом можливо, наприклад, натрій, калій або їх суміші, з яких натрій є найбільш переважним. Кислотою є, переважно, неорганічна кислота, така як сірчана кислота, хлористоводнева кислота, азотна кислота, перхлорна кислота або їх суміші, з яких найбільш переважною є сірчана кислота. Можуть використовува тися декілька відновників, наприклад, пероксид водню, метанол, хлоридні іони і т. д., з яких пероксид водню є найбільш переважним. У останньому випадку, коли використовується пероксид водню, мольне відношення Н 2О2 до СІО3`, що подається в реактор, складає відповідно від приблизно 0,2:1 до приблизно 2:1, переважно, від приблизно 0,5:1 до приблизно 1,5:1, найбільш переважно, від приблизно 0,5:1 до приблизно 1:1. Хлорат лужного металу завжди містить частину хлориду як домішку, але цілком можливо також подавати більше хлориду в реактор, такого як хлорид металу або хлористо-воднева кислота. Однак, для того, щоб мінімізувати утворення хлору, переважно підтримувати низькою кількість хлоридних іонів, що подається в реактор, відповідно нижче приблизно 1% мол., переважно, нижче приблизно 0,1% мол., більш переважно, менше приблизно 0,05% мол., найбільш переважно, менше приблизно 0,02% мол. Сl` з СІО3`. У тому випадку, коли сірчана кислота використовується як живлення реактора, переважно мати концентрацію від приблизно 60 до приблизно 98% мас, найбільш переважно, від приблизно 70 до приблизно 85% мас, і, переважно, температур у від приблизно 0 до приблизно 80°С, найбільш переважно, від приблизно 20 до приблизно 60°С, і тоді можливо спосіб зможе працювати по суті адіабатично. Переважно, від приблизно 2 до приблизно 7 кг H2SO4, найбільш переважно, від приблизно 3 до приблизно 5кг H2SO4 подається на кг отриманого СЮ2. Для того, щоб використати сірчану кислоту високої концентрації, переважно, застосовують схему розбавлення і охолоджування, як описано в публікації заявки на [патент США №2004/0175322]. У особливо переважному варіанті хлорат лужного металу і пероксид водню подають в реактор у вигляді попередньо змішаного водного розчину, наприклад, композиції, описаної в [WO 00/76916], який тому приводиться як посилання. Такою композицією може бути водний розчин, який містить від приблизно 1 до приблизно 6,5моль/л, переважно, від приблизно 3 до приблизно 6моль/л хлорату лужного металу, від приблизно 1 до приблизно 7моль/л, переважно, від приблизно 3 до приблизно 5моль/лпероксиду водню і щонайменше один захисний колоїд, поглинач радикалів або комплексоутворювач на основі фосфонової кислоти, де рН водного розчину відповідно складає від приблизно 0,5 до приблизно 4, переважно, від приблизно 1 до приблизно 3,5, найбільш переважно, від приблизно 1,5 до приблизно 3. Переважно щонайменше один комплексоутворювач, що містить фосфонову кислоту, присутній, переважно, в кількості від приблизно 0,1 до приблизно 5 ммоль/л, найбільш переважно, від приблизно 0,5 до приблизно З ммоль/л. Якщо присутній захисний колоїд, його 6 концентрація, переважно, складає від приблизно 0,001 до приблизно 0,5моль/л, найбільш переважно, від приблизно 0,02 до приблизно 0,05моль/л. Якщо присутній поглинач радикалів, його концентрація складає, переважно, від приблизно 0,01 до приблизно 1 моль/л, найбільш переважно, від приблизно 0,02 до приблизно 0,2моль/л. Особливо переважні композиції містять щонайменше один комплексоутворювач на основі фосфонової кислоти, вибраний з групи, яка складається з 1гідроксіетиліден-1,1-дифосфонової кислоти, 1аміноетан-1,1-дифосфонової кислоти, амінотри(метиленфосфонової кислоти), етилендіамінтетра(метиленфосфонової кислоти), гексаметилендіамінтетра(метиленфосфонової кислоти), діетилентриамінпента(метиленфосфонової кислоти), діетилентриамінгекса(метиленфосфонової кислоти), 1-аміноалкан-1,1-дифосфонових кислот (таких як морфолінометандифосфонова кислота, Ν, Ν-диметиламінодиметилдифосфонова кислота, амінометилдифосфонова кислота), продукти реакції і їх солі, переважно, натрієві солі. Захисні колоїди, що використовуються, включають сполуки олова, такі як станнат лужного металу, зокрема, станнат натрію (Na2(Sn(OH)6). Використовувані поглиначі радикалів включають піридинкарбонові кислоти, такі як 2,6-піридиндикарбонова кислота. Відповідно кількість хлоридних іонів складає нижче приблизно 300 ммоль/л, переважно, нижче приблизно 50 ммоль/л, більш переважно, нижче приблизно 5 ммоль/л, найбільш переважно, нижче приблизно 0,5 ммоль/л. Відновлення хлорату лужного металу до діоксиду хлору дає в результаті утворення потоку продукту, що звичайно містить як рідину, так і піну, і що містить діоксид хлору, сіль лужного металу кислоти і в більшості випадків частину вихідних хімічних речовин, які не прореагували, що залишилися. Якщо як відновник використовується пероксид водню, потік продукту також містить кисень. Діоксид хлору і кисень можуть бути присутні як розчиненими в рідині, так і у вигляді пухирців газу. Якщо використовується сірчана кислота, сіллю лужного металу є сульфа тна сіль. Була встановлена можливість досягнення ступеню перетворення хлорату лужного металу в діоксид хлору від приблизно 75% до 100%, переважно, від приблизно 80 до 100%, найбільш переважно, від приблизно 95 до 100%. Температура в реакторі відповідно підтримується нижче точки кипіння реагентів і потік продукту при переважаючому тиску, переважно, від приблизно 20 до приблизно 80°С, найбільш переважно, від приблизно 30 до приблизно 60°С. Тиск, що підтримується в реакторі, є відповідно злегка нижчим атмосферного, переважно, від приблизно ЗО до приблизно 100 кПа, найбільш переважно, від приблизно 65 до приблизно 95кПа. Реактор може містити одну або декілька посудин, наприклад, розташованих вертикально, горизонтально або похило. Реагенти можуть подаватися безпосередньо в реактор або через окремий змішувальний пристрій. Відповідно, реактор, переважно, являє собою по суті трубчасту проточну посудину або тр убу, найбільш переважно, що міс 7 83287 тять пристрій змішування реагентів по суті однорідним чином. Такий пристрій змішування описаний, наприклад, в [US 6790427 і в публікації № 2004/0175322]. Вихідні матеріали, включаючи кислоту, хлорат лужного металу і відновник, переважно, подаються ближче до одного кінця реактора, а потік продукту, переважно, виводиться з іншого кінця реактора. Довжина (в головному напрямку потоку) використовуваного реактора складає, переважно, від приблизно 150 до приблизно 1500мм, найбільш переважно, від приблизно 300 до приблизно 900мм. Було встановлено сприятливим використовувати по суті тр убчастий реактор з внутрішнім діаметром від приблизно 25 до приблизно 300мм, переважно, від приблизно 50 до приблизно 150мм. Особливо сприятливо використовува ти по суті трубчастий реактор, що має переважне відношення довжини до внутрішнього діаметра від приблизно 12:1 до приблизно 1:1, найбільш переважно, від приблизно 8:1 до приблизно 4:1. Відповідний середній час перебування в реакторі складає в більшості випадків від приблизно 1 до приблизно 60 с, переважно, від приблизно 3 до приблизно 20с. Спосіб винаходу є особливо прийнятним для отримання діоксиду хлору в малому масштабі, наприклад, від приблизно 0,5 до приблизно 200кг/ч, переважно, від приблизно 10 до приблизно 150кг/ч. Типова маломасштабна установка отримання звичайно включає тільки один реактор, хоч можна розмістити декілька, наприклад, до приблизно 15 або більше реакторів паралельно, наприклад, як пучок труб. Якщо використовується більше одного реактора, тоді необов'язково, якщо кожний реактор з'єднується з окремою поглинальною вежею і окремим пристроєм, що створює тиск нижче атмосферного, або якщо всі реактори сполучаються з однією єдиною поглинальною вежею і одним пристроєм, що створює тиск нижче атмосферного. Даний винахід, крім того, відноситься до нового водного розчину, що містить діоксид хлору, який може бути отриманий способом, як описаний вище. Концентрація діоксиду хлору в новому водному розчині складає від приблизно 4 до приблизно 12г/л, переважно, від приблизно 4 до приблизно 8 г/л, найбільш переважно, від приблизно 4г/л до приблизно 6г/л. Значення рН нового водного розчину діоксиду хлору складає від приблизно 0,1 до приблизно 1, переважно, від приблизно 0,2 до приблизно 0,8. Концентрація сульфату у водному розчині складає від приблизно 1,1 моль/молі СlO2 до приблизно 3,8 моль/моль СlO2, переважно, від приблизно 1,1 моль/моль СlO2 до приблизно 3,2 8 моль/моль СlO2. Залишкова концентрація хлорату у водному розчині є відповідно нижчою приблизно 0,33 моль/моль СlO2, переважно, нижче приблизно 0,11 моль/моль СlO2, найбільш переважно, нижче приблизно 0,053моль/моль СlO2. Даний винахід, крім того, відноситься до пристрою для отримання діоксиду хлору відповідно до вищеописаного способу. Пристрій містить реактор, що містить одну або більше лінії подачі хлорату лужного металу, пероксиду водню і кислоти, причому реактор з'єднаний з поглинальною вежею. Пристрій додатково містить пристрій створення тиску нижче атмосферного в реакторі і поглинальну вежу. Таким пристроєм є, переважно, едуктор, що живиться рухомою водою. Спосіб винаходу робить можливим отримання водного розчину з високою концентрацією діоксиду хлор у, тобто ви ще приблизно 3 г/л, переважно, вище приблизно 4г/л, з обладнанням, яке є простим і легким для роботи. Переважні варіанти пристрою видні з вищезгаданого опису способу і подальшого опису, що відноситься до креслень. Винахід, однак, не обмежується варіантами, показаними на кресленнях, і охоплює багато які інші варіанти в об'ємі формули винаходу. Короткий опис креслення На фігурі представлена технологічна схема варіанту даного винаходу. Докладний опис креслення Що стосується фігури, переважно, по суті тр убчастий проточний реактор 1 живиться сірчаною кислотою по лінії живлення 2 і заздалегідь змішаним водним розчином хлорату натрію і пероксиду водню по лінії живлення 3. В реакторі 1 потоки живлення змішуються і взаємодіють з утворенням потоку продукту рідини, піни і газу, що містить діоксид хлору, кисень, сульфат натрію і деяка кількість залишкової сірчаної кислоти і хлорату натрію. Потік продукту вводиться в нижній кінець поглинальної вежі 4, яка живиться водою у верхній частині 6. Діоксид хлору поглинається водою з утворенням розчину продукту, який виводиться з поглинальної вежі в днище 5. Для створення тиску нижче атмосферного в реакторі 1 і поглинальній вежі 4 едуктор 7 з'єднується з поглинальною вежею. Едуктор 7 живиться рухомою водою, якою рециркулює через місткість для зберігання 8 і потім прокачується через едуктор насосом 9. Місткість для зберігання рухомої води вентилюється таким чином, що будь-який газоподібний продукт, який не поглинається в поглинальній вежі, такий як кисень, може бути видалений. 9 Комп’ютерна в ерстка В. Клюкін 83287 Підписне 10 Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601