[发明专利]用于产生二氧化氯的方法

说明书

发明领域

本发明涉及通过在强酸存在下用还原剂还原氯酸钠来产生二氧化氯的方法。更具体地，本发明涉及用于产生二氧化氯的方法，其中也产生氯胺。本发明也涉及将水消毒的方法。

发明背景

一般来说，饮用水制备自取自地表水比如湖泊、河流或地下水的生水。有时，地下水是纯的且不需处理；但是，在绝大多数情况下，存在有害物质且必须加以除去或消除。生水可以需要多步工艺比如消毒，凝结，絮凝，浮选，沉降，过滤等等。

氯，臭氧，二氧化氯和一氯胺是饮用水消毒中最常用的化学品。氯一般地以次氯酸盐形式引入。由于次氯酸钠中存在苛性钠，水的pH升高。在次氯酸钠溶于水中时，形成在氧化和消毒扮演角色的两种物质。它们是次氯酸(HOCl)和活性更低的次氯酸阴离子(OCl^-)。

二氧化氯是式ClO₂的化合物。该黄绿色气体在-59℃结晶为亮橙色晶体。它是用于水处理和漂白中的有效和有用的氧化剂。二氧化氯是高度不稳定的化合物，其纯形式能够极猛烈地分解。作为结果，牵涉产生其溶液而不经历气相阶段的制备方法常常是优选的。

目前，全世界所产生的超过95％的二氧化氯制备自氯酸钠并且用于纸浆漂白。其通过在强酸溶液中用适宜的还原剂比如甲醇、过氧化氢、盐酸或二氧化硫还原氯酸钠高效率地产生。现代技术基于甲醇或过氧化氢，原因是这些化学品使得最佳节约成本且不共同产生单质氯成为可能。

二氧化氯的一个小得多的但是重要的市场是用作消毒剂。从1999年以来，增长比例的全世界制备用于水处理和其它小规模应用的二氧化氯已采用氯酸盐、过氧化氢和硫酸方法，其能够以高效率产生不含氯的产品。

由于快速分解的风险，二氧化氯一般原位制备。在全部方法中，二氧化氯在强酸溶液制备自亚氯酸钠或氯酸钠。二氧化氯的小规模和中等规模的工业生产运用亚氯酸钠作为原料。对需要高纯度(也即不含氯)水的水处理和消毒应用，这是典型的。其它应用可以运用氯酸钠。对于需要大量二氧化氯的纸浆漂白，这是典型的。

存在用来从氯酸钠产生二氧化氯的数种方法。在R2过程中，二氧化氯制备自氯酸钠和硫酸，用氯化钠作为还原剂。二氧化氯从气相吸收入填料塔中的冷水中，而氯作为副产物离开系统。该过程描述例如于Rapson的US2863722。R2过程的问题是二氧化氯随大量氯气产生。氯难以从二氧化氯分离。这需要导致高资金成本和操作成本的多个步骤。复杂技术并未已知用于水消毒中。

US2007183961描述一种过程，其中目的是产生比二氧化氯更多的氯。在氯/二氧化氯超过比率1的情况下，显然形成了更多的氯化的消毒副产物同时二氧化氯的作用消失。气相被分离，从而蓄积的二氧化氯带来安全顾虑。盐酸用作反应介质，从而有必要进行加热以达到良好的效率，但是这也增加了技术的复杂性。二氧化氯和氯和水蒸气/空气的气态混合物一起用作饮用水应用中的消毒剂。分开地收集废料流，并且因为气态氧化剂的残留可能需要在排出之前的中和或其它处理。

二氧化氯、氯和氨可以分开地或一起注射至水处理，如US6716354的描述。在该过程中，用需要专用贮藏槽、泵、和控制的分开的氨添加来制备一氯胺。由于其腐蚀性和该气体的吸入危险性，氨需要安全预防措施。

一般地，在制备二氧化氯例如用于水消毒意图时，存在不能加以利用或分离的不希望副产物。另一方面，如果需要副产物较少，则需要两个或更多个消毒步骤，比如首先用UV、臭氧或二氧化氯处理，随后进行加入残余的活性氯。

发明概要

本发明提供一步技术，其特别适于饮用水厂和工业生水处理。存在二氧化氯用于快速消毒，而在用水稀释反应混合物时形成氯胺比如一氯胺，以向储库和配给网络提供长期持续的残余消毒作用。

本发明提供，通过在反应器中在强酸存在下用还原剂还原氯酸钠，产生二氧化氯和任选地氯胺的方法，包括将铵盐加至反应器以也产生氯胺，其中在反应器中的铵氮浓度为至少0.1mol/l。此外，希望的是不希望副产品的氯和铵与氯胺比如一氯胺反应。氯化钠可以用作共还原剂(co-reducing agent)以固定氯：铵摩尔比。

本发明也提供将水消毒的方法，其中将二氧化氯和氯胺产生至待用本发明方法处理的水中，以将水消毒。

本发明的优势是二氧化氯能够用成本-有效的原料来制备。

本发明的又一优势是在一个步骤中实现长期的水消毒，原因是除了快速消毒剂二氧化氯之外所形成的氯胺还充当长期消毒剂。

发明详述