СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ДИОКСИДА ХЛОРА Российский патент 2014 года по МПК C01B11/02 

Настоящее изобретение относится к способу производства диоксида хлора, позволяющему получать газообразный диоксид хлора при заданном давлении.

Существует множество способов производства диоксида хлора. Наиболее крупномасштабные промышленные способы используют на целлюлозных заводах, они предусматривают проведение непрерывной реакции хлората щелочного металла в кислой реакционной среде с восстановителем, таким как пероксид водорода, метанол, хлорид-ионы или диоксид серы, с образованием диоксида хлора, который отводят в виде газа из реакционной среды, после чего абсорбируют водой. Обзор таких процессов приведен в книге “Pulp and Bleaching - Principles and Practice” (Целлюлоза и отбеливание), TAPPI PRESS 1996, Section II: Raw Materials, Chapter 2: Bleaching Chemicals: Chlorine Dioxide, p. 61-69.

Например, в одной группе способов, в реакционной среде поддерживают условия, препятствующие кристаллизации, обычно, по существу, при атмосферном давлении. В большинстве случаев, обедненную реакционную среду из первого реакционного резервуара подают во второй реакционный резервуар для дополнительной реакции с образованием диоксида хлора. Обедненная реакционная среда, отводимая из последнего реакционного резервуара, обычно именуемая остаточная кислота, содержит кислоту, соль щелочного металла и этой кислоты и, как правило, некоторое количество непрореагировавшего хлората щелочного металла. Примеры способов производства диоксида хлора в отсутствие кристаллизации описаны в ЕР 612686, WO 2006/033609, JP 03-115102 и JP 88-008203.

В другой группе способов, реакционная среда находится в единственном реакционном резервуаре в условиях кипения при давлении ниже атмосферного, при этом соль щелочного металла осаждают и выводят в виде соляного сгустка. Примеры таких способов описаны в патентах US 5091166, 5091167, 5366714 и 5770171 и в WO 2006/062455. Такие способы, обычно, наиболее эффективны при крупномасштабном производстве диоксида хлора, их часто называют однорезервуарными способами (Single vessel processes - SVP). Обычно, в качестве восстановителя используют метанол или пероксид водорода, исключающие образование значительного количества хлора как побочного продукта.

При производстве диоксида хлора из хлората щелочного металла при помощи хлорида в качестве восстановителя, в качестве побочного продукта образуется большое количество хлора. Например, в патентах US 4086329, 5324497 и 2108976 описана очистка диоксида хлора от хлора в различных типовых процессах, в том числе абсорбции и десорбции.

Как правило, диоксид хлора используют в виде водного раствора, получаемого в ходе производственного процесса, особенно для отбелки целлюлозы. Также было предложено использовать диоксид хлора в газовой фазе, например, для удаления лигнина из древесных стружек, как описано в патентах US 6569285 и 6752904, или для обработки дымового газа, как описано, например, в патенте US 3023076.

В WO 2009/010456 описан способ производства газообразного диоксида хлора в реакционном резервуаре, в котором давление ниже атмосферного поддерживают путем введения отведенного газообразного диоксида хлора в водную абсорбирующую среду и отведения газообразного диоксида хлора из этой абсорбирующей среды.

Было бы желательно наличие способа, осуществляемого при давлении ниже атмосферного, приемлемого для производства диоксида хлора, предназначенного к использованию в газовой фазе при заданном давлении. Из-за проблем, связанных со стабильностью, газообразный диоксид хлора сложно хранить, и те процессы, в которых диоксид хлора отводят из реакционной среды в виде газа, с трудом поддаются регулированию с такой быстротой, чтобы можно было учитывать изменения спроса, поэтому нужно хранилище для жидкости. Также было бы желательно наличие способа производства газообразного диоксида хлора при давлении ниже атмосферного с низкой концентрацией побочных продуктов, таких как хлорид-, хлорат- и сульфат-ионы.

Задачей настоящего изобретения является обеспечение эффективного способа производства при давлении ниже атмосферного диоксида хлора, пригодного для использования там, где используется газообразный диоксид хлора.

В соответствии с настоящим изобретением, им обеспечивается очень эффективный способ производства диоксида хлора, осуществляемый при давлении ниже атмосферного; и, как неожиданно было обнаружено, этот способ может быть использован для производства газообразного диоксида хлора высокой степени чистоты, получаемого при заданном давлении, чего другим путем достичь очень сложно. Следовательно, настоящее изобретение относится к способу непрерывного производства диоксида хлора, включающему образование диоксида хлора в водной реакционной среде в реакционном резервуаре, давление в котором поддерживается ниже атмосферного, подачу газообразного диоксида хлора из указанного реакционного резервуара в абсорбционную колонну и осуществление в ней его контакта с потоком воды с образованием водного раствора, содержащего диоксид хлора, подачу указанного водного раствора, содержащего диоксид хлора, в десорбер, продувку газа через указанный водный раствор диоксида хлора в десорбере с целью извлечения от 10 до 100% диоксида хлора, поступившего в десорбер, и получения продукта - газообразного диоксида хлора.

Диоксид хлора может быть получен, например, как описано в ранее упоминаемых патентах US 5091166, 5091167, 5366714 и 5770171 и в WO 2006/062455.

Диоксид хлора, предпочтительно, получают путем восстановления хлорат-ионов химическим восстановителем. Любой известный восстановитель может быть использован сам по себе или в смесях, например, по меньшей мере, один из следующих: хлорид-ионы, диоксид серы, метанол и пероксид водорода, из которых метанол и пероксид водорода, по отдельности или в смеси с одним или более другим восстановителем, являются особенно предпочтительными.

Давление и температуру, предпочтительно, выбирают так, чтобы из реакционной среды испарялась вода и разбавляла образующийся диоксид хлора, который извлекают из реакционной среды и выводят из реакционного резервуара. Предпочтительно, температуру реакционной среды поддерживают равной от, примерно, 15 до, примерно, 100°С, наиболее предпочтительно, от, примерно, 30 до, примерно, 85°С. Надлежащая величина абсолютного давления в реакционной среде составляет от, примерно, 8 до, примерно, 80 кПа, предпочтительно, от, примерно, 8 до, примерно, 55 кПа, наиболее предпочтительно, от, примерно, 10 до, примерно, 50 кПа. Предпочтительно, температура реакционной среды соответствует точке кипения при преобладающем давлении.

Так как на испарение воды из реакционной среды, обычно, затрачивается больше энергии, чем выделяется в процессе, является предпочтительным компенсировать разницу, подводя тепло к реакционной среде, например, посредством организации циркуляции реакционной среды через нагреватель в циркуляционном канале. Может быть использован любой тип нагревателя, такой как теплообменники, нагреваемые паром или любой другой горячей текучей средой.

Может быть использован хлорат любого щелочного металла, например, хлорат натрия, калия или их смеси. Обычно, предпочитают натрий. Также возможна подача хлората щелочного металла в виде раствора, предварительно смешанного с пероксидом водорода. Концентрация хлората щелочного металла в реакционной среде может изменяться в широком диапазоне, например, от, примерно, 0,25 моль/л до состояния насыщения, предпочтительно, от, примерно, 1,5 моль/л до состояния насыщения, наиболее предпочтительно, от, примерно, 2,5 моль/л до состояния насыщения.

Водная реакционная среда в реакционном резервуаре является, предпочтительно, кислой, например, характеризуется кислотностью от, примерно, 0,5 до, примерно, 12N или от, примерно, 1 до, примерно, 10N, наиболее предпочтительно, от, примерно, 10,5 до, примерно, 7N. Этот уровень кислотности может быть обеспечен путем подачи любой подходящей кислоты, предпочтительно, неорганической кислоты. К примерам кислот относятся серная кислота, соляная кислота, фосфорная кислота и хлорноватая кислота.

Если используют серную кислоту, ее, предпочтительно, подают в концентрации от, примерно, 30 до, примерно, 98% вес., наиболее предпочтительно, от, примерно, 60 до, примерно, 85% вес. Серную кислоту в малой концентрации легче смешивать с реакционной средой, однако, высокая концентрация дает преимущество, заключающееся в использовании тепла разбавления при отсутствии необходимости испарять много воды. Подаваемое количество, предпочтительно, уравновешивают с количеством подаваемого хлората, чтобы достичь в момент поступления в реактор равновесной концентрации, соответствующей выбранному восстановителю.

Если в качестве восстановителя используют пероксид водорода, его, предпочтительно, подают в количестве от, примерно, 0,5 до, примерно, 2 молей на моль подаваемого хлората щелочного металла, наиболее предпочтительно, от, примерно, 0,5 до, примерно, 1 моля на моль подаваемого хлората щелочного металла, особенно предпочтительно, от, примерно, 0,5 до, примерно, 0,6 моля на моль подаваемого хлората щелочного металла.

Если в качестве восстановителя используют метанол, его, предпочтительно, подают в количестве от, примерно, 0,2 до, примерно, 1 моля на моль подаваемого хлората щелочного металла, наиболее предпочтительно, от, примерно, 0,2 до, примерно, 0,8 моля на моль подаваемого хлората щелочного металла, особенно предпочтительно, от, примерно, 0,2 до, примерно, 0,4 моля на моль подаваемого хлората щелочного металла.

Является предпочтительным осуществлять данный процесс в условиях, приводящих к осаждению твердого сульфата щелочного металла в реакционной среде. В зависимости от кислотности реакционной среды, может образовываться, по существу, нейтральный сульфат или кислый сесквисульфат. Однако, также возможно проводить процесс в таких условиях, когда не происходит образования твердого сульфата щелочного металла.

По меньшей мере, некоторое количество образующегося сульфата щелочного металла, обычно, выводят, предпочтительно, в виде твердого соляного сгустка, который может быть удален при помощи обычного фильтра, и, в некоторых случаях, может быть использован как побочный продукт. Однако, также можно электрохимически окислить некоторое количество сульфата щелочного металла и рециркулировать его в реакционную среду для замещения некоторого количества подаваемой серной кислоты. Такое электрохимическое окисление описано, например, в патентах US 4129484, 5478446, 5487881, 5858322 и 632269.

Газообразный диоксид хлора выводят из реакционной среды, предпочтительно, вместе с испарившейся водой и, необязательно, другими образовавшимися или добавленными газообразными компонентами, такими как кислород в случае использования в качестве восстановителя пероксида водорода. Концентрацию диоксида хлора в отводимом газе, предпочтительно, поддерживают соответствующей парциальному давлению от, примерно, 1 до, примерно, 30 кПа или от, примерно, 5 до, примерно, 10 кПа. Общее давление также зависит от количества водяного пара и растворимых и нерастворимых газов.

При высоком коэффициенте использования системы, в зависимости от конструкции реакционного резервуара, может происходить унос реакционной среды в виде аэрозоля, вследствие чего электролитные компоненты поступают в абсорбционную колонну вместе с диоксидом хлора. Такие компоненты, например, хлорат натрия или сульфат натрия, в соответствии с настоящим изобретением, могут быть отделены от готового продукта - газообразного диоксида хлора.

Газообразный диоксид хлора, выведенный из реакционной среды, подают в абсорбционную колонну, где он вступает в контакт с потоком воды с образованием водного раствора, содержащего диоксид хлора. В контексте настоящего документа, термин «абсорбционная колонна» означает любую колонну или башню и т.п., где газ вступает в контакт с потоком жидкости, абсорбирующей водорастворимые соединения. Газ и жидкость, предпочтительно, движутся в противотоке. Внутри абсорбционной колонны, предпочтительно, размещают такие устройства, как тарелки или насадка, чтобы обеспечить поверхность раздела, на которой может происходить массообмен между газом и жидкостью. Могут быть использованы любые обычные насадки или тарелки, такие как кольца Рашига, седла Берля, седла Инталлокс, ситчатые тарелки и колпачковые тарелки.

В одном из вариантов осуществления изобретения, абсорбционная колонна специально приспособлена для осуществления процессов с участием хлорид-ионов в качестве восстановителя. Такая абсорбционная колонна описана в работе Barr, A. и др., The development of an integrated chlorine dioxide process to produce chlorine dioxide solution with low chlorine content, Appita J., Vol 59, No. 6, (2006).

Концентрация диоксида хлора в водном растворе, полученном в абсорбционной колонне, составляет, предпочтительно, от, примерно, 5 до, примерно, 18 г/л или от, примерно, 8 до, примерно, 12 г/л. Температура равна, предпочтительно, от, примерно, 0 до, примерно, 35°С или от, примерно, 5 до, примерно, 25°С.

рН водного раствора, полученного в абсорбционной колонне, может изменяться в широком диапазоне, частично, в зависимости от концентрации диоксида хлора, например, от, примерно, 0,8 до, примерно, 3,2. Если в качестве восстановителя используют метанол, рН составляет, предпочтительно, от, примерно, 1,0 до, примерно, 2,5, тогда как если в качестве восстановителя используют пероксид водорода, рН составляет, предпочтительно, от, примерно, 2,0 до, примерно, 3,2.

В одном из вариантов осуществления изобретения, водный раствор в абсорбционной колонне подкислен с целью подавления абсорбции элементарного хлора и возможно присутствующей муравьиной кислоты путем снижения гидролиза хлора и подавления депротонирования муравьиной кислоты. Затем элементарный хлор и муравьиную кислоту с отходящим газом отводят из абсорбционной колонны и, таким образом, отделяют от диоксида хлора. рН раствора диоксида хлора, предпочтительно, поддерживают, по возможности, самым низким или, по меньшей мере, менее рН=2, наиболее предпочтительно, менее рН=1,4. Регулирование рН может быть осуществлено любой кислотой, однако, предпочтительно использовать серную или соляную кислоту.

В одном из вариантов осуществления изобретения, рН водного раствора диоксида хлора, выходящего из абсорбционной колонны, увеличивают до, примерно, от 6,5 до, примерно, 7,8, благодаря чему в ходе последующей десорбции уменьшается выделение летучих побочных продуктов процесса производства диоксида хлора. Регулирование рН может быть осуществлено любым источником щелочи, однако, предпочтительно использовать гидроксид натрия.

В потоке газа, выходящего из десорбера, может быть получен очень высокий выход диоксида хлора относительно количества подаваемых хлорат-ионов. Величина этого выхода может составлять 96%, предпочтительно, 98%, наиболее предпочтительно, 99% относительно количества подаваемых хлорат-ионов.

Было обнаружено, что благодаря описанному выше возможно получать диоксид хлора без использования хранилища для жидкости. Такое хранилище для жидкости не только требует капитальных затрат, но также занимает много места, нуждается в осуществлении значительных мер по обеспечению безопасности; диоксид хлора может расходоваться вследствие протекающих в нем реакций.

Вышедший из абсорбционной колонны неабсорбированный газ, содержащий, например, инертный газ, кислород, водяной пар и небольшое количество диоксида хлора, может быть использован в различных целях, например для обработки дымового газа, как описано в патентах US 3023076 и 7118720 и в WO 2007/058936. Иначе, диоксид хлора может быть промыт в скруббере.

Из абсорбционной колонны водный раствор, содержащий диоксид хлора, подают в десорбер, где отделяют от 10 до 100% диоксида хлора путем продувки через водный раствор диоксида хлора газа с целью получения продукта - газообразного диоксида хлора. В контексте настоящего документа, термин «продукт - газообразный диоксид хлора» означает газ, выходящий из десорбера. Помимо диоксида хлора, продукт - газообразный диоксид хлора - может содержать любую неабсорбированную часть газа, продуваемого через водный раствор в десорбере. Может быть использован любой тип десорбера или десорбционной колонный, например набивные колонны или насадочные колонны. Может быть использована любая обычная насадка, например структурированная насадка, кольца Рашига, седла Берля, седла Инталлокс и т.д.

Газ, используемый для отдувки, предпочтительно, является инертным газом. Может быть использован любой приемлемый инертный газ, такой как азот или кислород, однако, по соображениям стоимости, обычно является предпочтительным использование воздуха. Если позволяет вариант применения, инертный газ может быть извлечен и повторно использован в десорбере.

В одном из вариантов осуществления изобретения, часть или весь водный раствор из десорбера может быть рециркулирован в абсорбционную колонну с целью извлечения любого оставшегося диоксида хлора. Степень рециркуляции обедненного водного раствора может составлять от, примерно, 0% до, примерно, 100%, предпочтительно, от, примерно, 70% до, примерно, 90%. Степень рециркуляции определяет необходимую эффективность десорбции в десорбере. Предпочтительно, может быть десорбировано от 40 до 95% или от 85 до 95% диоксида хлора, поступающего в десорбер.

Также возможно рециркулировать водный раствор, выходящий из десорбера, в реакционный резервуар с целью преобразования любого оставшегося хлората или любых других реагентов в диоксид хлора. Такая часть водного раствора может составлять от, примерно, 10% до, примерно, 80%, предпочтительно, от, примерно, 10% до, примерно, 30%.

В одном из вариантов осуществления изобретения, водный раствор диоксида хлора после абсорбционной колонны может быть нагрет с целью улучшения десорбции в десорбере. В еще одном варианте осуществления изобретения, обедненный водный раствор после десорбера может быть охлажден перед его рециркуляцией в абсорбционную колонну. Это может быть выполнено посредством любой имеющейся нагревающей или охлаждающей среды или при помощи теплового насоса.

В одном из вариантов осуществления изобретения, общее абсолютное давление продукта - газообразного диоксида хлора - после десорбера поддерживают равным от, примерно, 10 кПа до, примерно, 2 МПа, например, от, примерно, 95 кПа до, примерно, 2 МПа или от 105 кПа до 1 МПа.

Продукт - газообразный диоксид хлора, полученный в десорбере, может характеризоваться парциальным давлением диоксида хлора от, примерно, 0,5 кПа до 20 кПа или от, примерно, 4 кПа до, примерно, 12 кПа. Если парциальное давление диоксида хлора слишком высоко, неизбежно быстрое разложение диоксида хлора.

Необходимое давление может быть достигнуто путем расположения куба абсорбционной колонны на некоторой высоте относительно насоса, подающего водный диоксид хлора в десорбер, с образованием, таким образом, нагнетательной трубы. При таком расположении можно регулировать давление образующегося газообразного диоксида хлора в десорбере. Когда газообразный диоксид хлора используют, например, для обработки дымовых газов, диоксид хлора, предпочтительно, содержится в газе, имеющем давление выше атмосферного, чтобы его можно было подать в дымовой газ. Таким образом, давление может быть увеличено путем увеличения заданной высоты между насосом и кубом абсорбционной колонны. Эта высота может составлять 5 м, или 10, или 15 м и до 50 м в зависимости от необходимого давления. Однако, если такое регулирование давления не применяют, также можно поддерживать давление ниже атмосферного, если это является предпочтительным в данном процессе. Нагнетательная труба может быть аналогичным образом образована путем выбора высоты нижней части реакционного резервуара относительно указанного насоса. Необходимое давление также может быть создано при помощи клапана регулирования давления, установленного после десорбера и позволяющего насосом увеличивать давление газообразного диоксида хлора. Такой клапан регулирования давления необходим и на выходном отверстии для газа и остаточного раствора. Поэтому десорбер может быть размещен на нижнем этаже.

В одном из вариантов осуществления изобретения процесс осуществляют так, что продукт - газообразный диоксид хлора - содержит элементарный хлор в количестве менее, примерно, 1% вес., более предпочтительно, менее 0,2% вес. от общего количества активного хлора.

В одном из вариантов осуществления изобретения, процесс осуществляют так, что продукт - газообразный диоксид хлора - может, по существу, не содержать электролитных примесей, таких как хлорат и сульфат, на выходе из десорбера или может содержать хлорат и сульфат в количестве менее 0,1 мг хлората натрия или сульфата натрия на нормальный кубический метр сухого газа, соответственно.

В одном из вариантов осуществления изобретения, процесс осуществляют так, что продукт - газообразный диоксид хлора, выходящий из десорбера, содержит муравьиную кислоту в количестве менее, примерно, 100 мг муравьиной кислоты на нормальный кубический метр сухого газа или, более предпочтительно, менее 1 мг муравьиной кислоты на нормальный кубический метр сухого газа.

Вследствие абсорбции, газы, нерастворимые в воде, не попадают в водный раствор, содержащий диоксид хлора. Десорбция дополнительно повышает степень чистоты продукта - газообразного диоксида хлора. В результате, продукт - газообразный диоксид хлора - характеризуется высокой степенью чистоты в отношении исходных материалов и нежелательных побочных продуктов, которые могут быть захвачены потоком газа из реакционного резервуара.

В одном из вариантов осуществления изобретения, продукт - водный диоксид хлора - получают путем подачи продукта - газообразного диоксида хлора - в другую абсорбционную колонну и образования продукта - водного диоксида хлора - указанной выше степени чистоты. Условия в этой абсорбционной колонне могут быть такими же, как описанные выше.

В случае прекращения образования диоксида хлора, потребность в газообразном диоксиде хлора может, все же, некоторое время удовлетворяться за счет продувки инертного газа через водный раствор диоксида хлора и, тем самым, десорбции диоксида хлора.

Далее один из вариантов осуществления изобретения описан применительно к прилагаемому чертежу, на котором представлена схема технологического процесса. Настоящее изобретение, однако, не ограничивается этим вариантом его осуществления.

На чертеже схематически показан способ SVP® производства продукта - газообразного диоксида хлора - в соответствии с настоящим изобретением. В реакционном резервуаре 1 находится реакционная среда под давлением ниже атмосферного. При помощи насоса 2 осуществляется циркуляция реакционной среды через циркуляционный канал 3, нагреватель 4 (обычно именуемый «ребойлер») и обратно в реакционный резервуар 1 со степенью рециркуляции, достаточной для поддержания температуры реакционной среды вблизи точки кипения. Хлорат натрия, серная кислота и восстановитель, такой как метанол или пероксид водорода, поступают в реакционный резервуар и вступают в реакцию с образованием диоксида хлора, сульфата натрия и, в случае использования пероксида водорода, кислорода. Диоксид хлора выводят в виде газа 20 вместе с испарившейся водой и, необязательно, кислородом и подают в абсорбционную колонну 7. Сульфат натрия выпадает в осадок в виде, по существу, нейтральной или кислой соли в зависимости от кислотности реакционной среды. При помощи насоса 5 происходит циркуляция реакционной среды через фильтр 6 для отделения и отведения твердого сульфата натрия.

В абсорбционной колонне 7 газообразный диоксид хлора вступает в контакт с потоком воды 8 с образованием водного раствора 9, содержащего диоксид хлора. Любой не абсорбированный газ 10 выходит из верхней части абсорбционной колонны 7. Водный диоксид хлора выводят из абсорбционной колонны 7 и при помощи насоса 11 направляют в десорбер 12. Газ 13, предпочтительно, инертный газ, обычно, воздух, подают в нижнюю часть десорбера 12 для отдувки, по меньшей мере, 10% диоксида хлора, поступающего в десорбер 12, в виде продукта 14 - газообразного диоксида хлора, выходящего из верхней части десорбера 12. Водный раствор 15, в котором может оставаться часть диоксида хлора, выводят из нижней части десорбера 12; он, полностью или частично, может быть рециркулирован в абсорбционную колонну 7 или в реакционный резервуар 1. Может быть целесообразным наличие продувочного потока 16 с целью поддержания водного баланса в зависимости от таких параметров, как химизм процесса, давление и температура газа на выходе, выбор рабочих условий в реакторе образования диоксида хлора и рабочих условий в десорбере. В зависимости от рабочих условий в десорбере, поток 16 может содержать различные количества диоксида хлора и подлежит соответствующей обработке. Также может иметь место потребность в водном растворе диоксида хлора для других целей на том же предприятии. Следовательно, можно использовать водный диоксид хлора из абсорбера 7, например, путем отбора бокового потока (не показан), ответвляющегося от потока 9.

Если в реакционном резервуаре прекращается образование диоксида хлора, поток газа через десорбер может продолжаться для отдувки диоксида хлора из десорбера.

В качестве примера рабочих условий при производстве диоксида хлора из хлората натрия, серной кислоты и пероксида водорода под давлением 25 кПа, водная реакционная среда в реакционном резервуаре 1 может содержать, примерно, 150 г/л NaClO₃ и, примерно, 340 г/л H₂SO₄, при этом газ, выходящий из реакционного резервуара, может содержать, примерно, 15-60% об./об. ClO₂. Содержащий диоксид хлора водный раствор, полученный в абсорбционной колонне 7, может иметь температуру около 10°С и содержать, примерно, 10 г/л ClO₂.

Парциальное давление продукта - газообразного диоксида хлора, полученного в десорбере 10, может составлять, примерно, 6 кПа, а общее давление потока газа, выходящего из десорбера, может составлять 105 кПа абс.

Пример

Диоксид хлора получили путем восстановления хлората в реакторе SVP® с рабочими условиями 25,5 кПа и 75°С. Газ, содержащий диоксид хлора, подавали из реактора в абсорбционную колонну, где он вступал в контакт с потоком воды с образованием водного раствора, содержащего диоксид хлора. Полученный водный раствор, содержащий диоксид хлора, имел температуру около 12°С и содержал, примерно, 8-9 г/л ClO₂. Этот водный раствор затем подавали в десорбер, где происходила отдувка газообразного диоксида хлора с парциальным давлением около 6 кПа и общим абсолютным давлением 25 кПа. Была проведена серия экспериментов с использованием десорбера полупромышленного масштаба высотой 4,5 м с неупорядоченной насадкой, размещенной двумя слоями по 1,5 м. В предпочтительных экспериментах раствор диоксида хлора, содержащий 8-9 г/л ClO₂, подавали в верхнюю часть десорбционной колонны, функционирующей в режиме однократного прохода. В то же время, через колонну просасывали воздух, чтобы облегчить десорбцию. Пробы отбирали из жидкости до и после прохождения через десорбционную колонну и анализировали на содержание ClO₂. Технологические данные и результаты анализа представлены в таблице 1, приведенной ниже. Как ясно видно из этих данных, в десорбционной колонне десорбировался газообразный диоксид хлора. В зависимости от параметров, выбранных для десорбции, может быть десорбировано больше или меньше газообразного диоксид хлора.

Таблица 1 Эксп. Темпе
рату
ра Дав
ле
ние Расход жид
кости Рас
ход
воз
духа Расход возд./
жидк. Концент. ClO₂ на входе Концент. ClO₂ на выходе   °С кПа м³/ч Нм³/ч Нм³/м³ г/л г/л 1 12 25 2 3 1,5 8,50 5,87 2 3 3 1 8,71 6,49 3 3 3 1 8,60 6,72 4 3 4 1,33 8,56 6,21

Изобретение относится к способу непрерывного производства диоксида хлора. Способ включает образование диоксида хлора в водной реакционной среде в реакционном резервуаре, давление в котором поддерживают ниже атмосферного. Подачу газообразного диоксида хлора из указанного реакционного резервуара осуществляют в абсорбционную колонну для контактирования с потоком воды с образованием водного раствора, содержащего диоксид хлора. Далее подают указанный водный раствор, содержащий диоксид хлора, в десорбер, осуществляют продувку газа через указанный водный раствор диоксида хлора для извлечения от 10 до 100% диоксида хлора, поступившего в десорбер, и получения продукта - газообразного диоксида хлора. Техническим результатом является создание эффективного способа производства диоксида хлора, осуществляемого при давлении ниже атмосферного. 14 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл., 1 пр.

1. Способ непрерывного производства диоксида хлора, включающий образование диоксида хлора в водной реакционной среде в реакционном резервуаре, давление в котором поддерживают ниже атмосферного, подачу газообразного диоксида хлора из указанного реакционного резервуара в абсорбционную колонну, в которой осуществляют контактирование газообразного диоксида хлора с потоком воды с образованием водного раствора, содержащего диоксид хлора, подачу указанного водного раствора, содержащего диоксид хлора, в десорбер, продувку газа через указанный водный раствор диоксида хлора в десорбере с извлечением от 10 до 100% диоксида хлора, поступившего в десорбер, и получением продукта в виде газообразного диоксида хлора.

2. Способ по п.1, в котором образование диоксида хлора осуществляют восстановлением хлорат-ионов химическим восстановителем.

3. Способ по п.2, в котором в качестве указанного химического восстановителя используют, по меньшей мере, метанол или пероксид водорода.

4. Способ по п.1, в котором извлекают от 40 до 95% диоксида хлора, поступившего в десорбер.

5. Способ по п.4, в котором извлекают от 85 до 95% диоксида хлора, поступившего в десорбер.

6. Способ по п.1, в котором абсолютное давление в указанной реакционной среде поддерживают равным от примерно 8 до примерно 80 кПа.

7. Способ по п.1, в котором температуру в указанной реакционной среде при преобладающем давлении поддерживают вблизи точки кипения.

8. Способ по п.1, в котором температура водного раствора, содержащего диоксид хлора, составляет от примерно 0 до примерно 35°С.

9. Способ по п.1, в котором рН водного раствора диоксида хлора после абсорбционной колонны составляет от примерно 6,5 до примерно 7,8.

10. Способ по п.1, в котором общий выход диоксида хлора на выходе из десорбера составляет примерно 96% относительно количества введенных хлорат-ионов.

11. Способ по п.1, в котором абсолютное давление полученного продукта в виде газообразного диоксида хлора поддерживают равным от примерно 10 кПа до примерно 2 МПа.

12. Способ по п.11, в котором абсолютное давление полученного продукта в виде газообразного диоксида хлора поддерживают равным от примерно 105 кПа до примерно 1 МПа.

13. Способ по п.1, в котором водный раствор, содержащий оставшийся диоксид хлора, после десорбера, по меньшей мере частично, рециркулируют в указанную абсорбционную колонну или в указанный реакционный резервуар.

14. Способ по п.1, в котором газ, продуваемый через водный раствор диоксида хлора в десорбере, представляет собой инертный газ.

15. Способ по п.14, в котором указанный инертный газ представляет собой воздух.