二氧化氯裝置的二元、三元制備法生產(chǎn)應(yīng)用分析

夏利國 張福福 趙富旺

摘要：通過商丘某化工廠水車間在二氧化氯制備方面的二元、三元法典型實(shí)例，對(duì)二氧化氯裝置的二元、三元典型制備法作應(yīng)用分析，以便指導(dǎo)水處理專業(yè)人士在當(dāng)前二氧化氯殺菌消毒劑廣泛應(yīng)用的情況下，在特定場合選用適當(dāng)技術(shù)工藝方案。

關(guān)鍵詞：二氧化氯；二元法；三元法；典型

1. 概述

二氧化氯（ClO2）是國際上公認(rèn)的新一代廣譜強(qiáng)力殺菌劑、高效氧化劑和優(yōu)質(zhì)漂白劑。【1】目前C1O2的產(chǎn)品形式主要有C1O2水溶液、二氧化氯粉劑和穩(wěn)定性C1O2水溶液三種。【2】若二氧化氯制備方法不同，則C1O2裝置從生產(chǎn)原理、工藝流程直至最終產(chǎn)品均存在明顯差異。目前化工用水時(shí)二氧化氯殺菌消毒選用方法便顯的尤為重要。現(xiàn)根據(jù)商丘某化工廠水車間二元、三元法的典型實(shí)例，對(duì)二氧化氯裝置的二元、三元典型制備法作應(yīng)用分析，以便指導(dǎo)水處理專業(yè)人士在特定場合選用適當(dāng)技術(shù)工藝方案。

2.制備原理

2.1 二元法典型制備原理

以 HC1為還原劑，基本反應(yīng)式為：

主反應(yīng)：NaC103+2HC1 = C102 ↑+ 1/2C12↑+H2O +NaC1

副反應(yīng)為：2NaC103+6HC1 = 3C12↑+2NaC1+3H2O

由反應(yīng)式可以看出，要提高 C102 的產(chǎn)率，須保持較高的反應(yīng)溫度（約 70℃），并加大 HC1的過量率，但這同時(shí)又會(huì)導(dǎo)致Cl2產(chǎn)率的提高，使反應(yīng)產(chǎn)物中Cl2的含量增大【3】。穩(wěn)定狀態(tài)下為

2NaClO3 + 4HCl = Cl2↑ + 2ClO2↑+ 2NaCl + 2H2O

由以上反應(yīng)產(chǎn)生出的氣體，經(jīng)水射器吸收后進(jìn)入循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。

2.2 三元法典型制備原理

以氯酸鈉為氧化劑、甲醇為還原劑，在硫酸介質(zhì)中進(jìn)行反應(yīng)生成二氧化氯氣體【3】。反應(yīng)方程式如下：

30NaClO3+20H2SO4+7CH3OH = 30ClO2+10Na3H（SO4）2+23H2O+CO2+6HCOOH

該反應(yīng)中生產(chǎn)實(shí)際配比：

NaClO3/H2SO4/CH3OH ==1.0︰0.94～0.95︰0.148～0.15

3. 生產(chǎn)流程

3.1二元法典型應(yīng)用實(shí)例生產(chǎn)流程：該系統(tǒng)為20kg/h（有效氯計(jì)二氧化氯含量大于70%）二氧化氯+氯氣制備系統(tǒng)，由計(jì)量泵將33%NaClO3水溶液與濃鹽酸溶液按比例輸入到二氧化氯反應(yīng)器中，在88℃溫控（水浴控制+溫控閥）下進(jìn)行充分反應(yīng)，產(chǎn)出以二氧化氯為主、氯氣為輔的混合產(chǎn)物。氯酸鈉溶液與HCl溶液，在負(fù)壓條件下發(fā)生反應(yīng)，利用計(jì)量泵計(jì)量并供給化學(xué)原料，利用水射器的消防水混合并稀釋二氧化氯和氯氣。具體流程見附件二氧化氯+氯氣水溶液制備工藝流程圖。

3.2 三元法典型應(yīng)用實(shí)例生產(chǎn)流程：該系統(tǒng)為42kg/h二氧化氯制備系統(tǒng)，由氯酸鈉制備工段、原料輸送工段、二氧化氯制備工段、尾氣吸收工段四部分組成。在-4.5～-2.5kpa的負(fù)壓下，向反應(yīng)器中連續(xù)加入氯酸鈉、濃硫酸及甲醇，反應(yīng)介質(zhì)經(jīng)空氣攪拌，通過蒸汽加熱達(dá)到48℃后利用自動(dòng)控溫閥（通過循環(huán)水與反應(yīng)器換熱）將反應(yīng)器溫度穩(wěn)定在53～57℃進(jìn)行放熱反應(yīng)。氯酸鈉與甲醇在濃硫酸中以二氧化氯發(fā)生器為載體，反應(yīng)生成二氧化氯；二氧化氯氣體從發(fā)生器頂部抽出，在水射器中以廠區(qū)生產(chǎn)用水作為吸收水吸收后制成二氧化氯溶液，進(jìn)入二氧化氯溶液槽，然后由二氧化氯溶液輸送泵直接輸出產(chǎn)品二氧化氯溶液，反應(yīng)結(jié)束后殘液妥善處理排放。具體工藝見附件二氧化氯水溶液制備工藝流程圖

4. 工藝特點(diǎn)

4.1 二元法典型應(yīng)用實(shí)例工藝特點(diǎn)

（1）在控制水浴溫度的情況下，通過水射器吸收產(chǎn)品氣，利用2臺(tái)計(jì)量泵的投加頻率控制裝置產(chǎn)量；開/停可在短時(shí)間完成，操作可1人遠(yuǎn)程監(jiān)控；

（2）采用四氟合金鋼反應(yīng)器，外加溫控閥自動(dòng)控溫，并提供遠(yuǎn)程控制端口。

（3）反應(yīng)產(chǎn)物為二氧化氯和氯氣的混合物，副產(chǎn)物為氯化鈉，殘液為氯化鈉及酸廢液。

4.2 三元法典型應(yīng)用實(shí)例工藝特點(diǎn)

（1）利用蒸汽、循環(huán)水系統(tǒng)控制反應(yīng)溫度，空氣鼓風(fēng)系統(tǒng)攪拌，甲醇、濃硫酸、氯酸鈉溶液連續(xù)投料，水射器吸收產(chǎn)品氣后進(jìn)入水封罐外送，DCS遠(yuǎn)程負(fù)壓監(jiān)控。

（2）采用陶瓷襯里反應(yīng)釜（1#、2、#3#），裝置1用1備。投料用的濃硫酸、甲醇計(jì)量槽密閉儲(chǔ)藏，即用即配。

（3）反應(yīng)產(chǎn)物為二氧化氯，副產(chǎn)物為硫酸氫納，廢液含濃硫酸、甲醇及副產(chǎn)物。

5. 二元、三元法應(yīng)用對(duì)比分析

5.1 操作維護(hù)：二元法操作開/停時(shí)間短，1人可遠(yuǎn)程監(jiān)控，設(shè)備維護(hù)簡單；三元法開停準(zhǔn)備時(shí)間長，單套裝置開/停期間2人操作監(jiān)控，并及時(shí)控制初、后期反應(yīng)溫度、反應(yīng)器負(fù)壓變化及各個(gè)工序的設(shè)備運(yùn)行狀況，相比而言，二元法流程簡單，易操作。

5.2 產(chǎn)品特點(diǎn)：二元法氯酸鈉原料轉(zhuǎn)化率約為78-82%，伴有氯氣產(chǎn)生，三元法產(chǎn)氣純度可達(dá)96%，二氧化氯純度高；三元法產(chǎn)氣能力不低于35kg/h，二元法單套裝置能力市場上不超過20kg/h，相比而言，二元法不適應(yīng)于過大水系的殺菌生產(chǎn)；。

5.3 安全環(huán)保：濃硫酸和濃鹽酸均為強(qiáng)酸性、強(qiáng)腐蝕；甲醇為易燃、易爆介質(zhì)，安全危險(xiǎn)等級(jí)為特級(jí)；三元法因規(guī)模大，殘液多，需妥善處理后排放；二元法可就近稀釋作為污水排放，相比三元法在化工生產(chǎn)中安全、環(huán)保要求高。

5.4 投資成本：三元法由于濃硫酸的強(qiáng)腐蝕性，要求設(shè)備防腐、管道密封性高，現(xiàn)市場上有試用鈦材、鉭材等材料，裝置占地廣，一次性投資大；二元法可依據(jù)要求采購多套，現(xiàn)場布置緊湊，可靠性高，商丘某化工廠水車間實(shí)例證明，在制備能力相同情況下二元法與三元法相比，固定投資可節(jié)省。

6. 結(jié)語

二氧化氯制備方法、工藝已趨于成熟，而作為目前新興的化工行業(yè)殺菌消毒水處理裝置，二元法以其投資省、占地小、易操作維護(hù)的優(yōu)勢(shì)，明顯更適合在非專業(yè)二氧化氯制劑要求情況下，在化工廠水系統(tǒng)殺菌消毒方面廣泛采用。

參考文獻(xiàn)

[1]東玉武 曹安堂 王春利.二 氧 化 氯 消 毒 劑 的 生 產(chǎn) 及 應(yīng) 用[J].天 津 化 工，2005， 19（5）：34-40；

[2]吳冰 韓寶華.二氧化氯系列產(chǎn)品的性質(zhì)及其應(yīng)用[J].環(huán)境保護(hù)，1995，（3）：34-36

[3]張國義 袁 峰.化學(xué)法制備C102的幾種化學(xué)法比較[J].黔西南民族師范高等專科學(xué)校學(xué).2007，（4）：116-117

作者簡介：夏利國，男，1982.06，河南洛陽人，2005年7月畢業(yè)于華北水利水電學(xué)院環(huán)境工程系，本科學(xué)歷，工程師，現(xiàn)就職于北京北控工業(yè)環(huán)保科技有限公司，技術(shù)經(jīng)理，從事水處理工藝技術(shù)應(yīng)用。

（作者單位：1.北京北控工業(yè)環(huán)保科技有限公司；

2.能源與環(huán)境學(xué)院中原工學(xué)院）