[发明专利]生产二氧化氯和过硫酸钠的方法

说明书

二氧化氯有很多用途，在工业界已使用多年。在造纸业，在制毡工序用作生物杀伤剂，在白纸制造中作漂白剂。在饮用水中，二氧化氯用来氧化THM（trihalomethanes）的前体，以控制色味，也用作主要的消毒剂。在工业水处理中二氧化氯用作工艺水、废水和冷却水的生物杀伤剂。在食品业和农业中，二氧化氯用作消毒剂或清洁剂，来预防物品的损坏和病菌传播。它也用于食品、饮料加工厂、罐头工厂、牛奶场以及这些应用中的生产设施。在油田，二氧化氯用作生产流体、钻井泥浆、注入水、处理水和冷却水的消毒剂。作为氧化剂，它用于油井的激发和破坏含硫化合物。在环保应用中，二氧化氯用于氧化酚类、硫醇和氰化物、控制气味和破坏聚合复合物。

但二氧化氯有一局限性，它不能压缩成气体来运送，也不能浓集在稳定的溶液中。因此要求要在就地生产它，在就地生产二氧化氯有两种途径：（ⅰ）亚氯酸钠途径或（ⅱ）氧酸钠途径。

在亚氯酸盐途径中使用的最常用氧化剂是氯，这在Hicks的美国专利4，590，057和4，247，531已有描述，或是次氯酸，这在美国专利4，013，761中也有记载。据本人所知对于亚氯酸钠途径还使用的其它方法例如在酸性条件下的自动还原，和使用过硫酸钠以亚氯酸钠的电解氧化来制备二氧化氯。亚氯酸盐法通常使用相当简易的工艺设备，除Hicks公开的以外，生产容量都相当有限，每于生产的二氧化氯不超过0.25吨（250公斤）。这类设备也需要相当低的投资或本。

氯酸盐反应途径最常用的是酸和还原剂。这种方法在许多美国专利中已公开，如Rapson的美国专利4，534，952;3，789，108;2，863，722和2，936，219，Grother的美国专利3，920，801和Westerlund的美国专利3，404，952。本人熟悉这些以及其它生产方法，它们包括用氯化物还原氯酸盐，在酸的条件下（可使用盐酸、硝酸或硫酸）生成二氧化氯和氯的混合物。本人也已知在不存在氯化物时用甲醇、亚氯酸盐、二氧化硫或过氧化氢在酸条件下还原氯酸盐可以生成基本上不含氯的二氧化氯。在氯酸盐途径中使用的发生器要比亚氯酸盐途径使用的设备复杂和昂贵得多。虽然关于可接受的小规模氯酸盐发生器的专利已提出，但据本人所知的技术上可行的唯一方法是Mason公开的方法，此方法包括无水氯化氢与氯酸钠的反应。此方法与本发明方法的区别在于Masony的方法得到的是不希望的氯与二氧化氯的混合物和需要使用HCl气体，而HCl气体是难于操作、贮存甚至也难于购买。

因为氯酸钠的制造成本比亚氯酸钠要低的多，氯酸钠途径则易于用于大规模生产，如造纸厂的漂白和亚氯酸钠的生产。以氯酸钠为原料的常用的二氧化氯发生器系统的生产二氧化氯的容量可达到每天2-50公吨。如果以氯酸钠为原料的制造二氧化氯方法的化学品典型消耗价值为1单位，则以亚氯酸钠为原料制造二氧化氯的化学品典型消耗价值为7单位。而如以氯酸钠为原料制造二氧化氯的系统的投资成本为1000单位，则以亚氯酸钠为原料制造二氧化氯的系统的投资成本则为50单位，因此，以亚氯酸盐为原料的方法只适用于用户对低投资和设备简单感兴趣的场合，这通常是在水处理消毒、农业和工艺辅助的应用。

本发明涉及三氧化硫与碱金属的氯酸盐最好是氯酸钠，的反应，来生产二氧化氯和碱金属的过硫酸盐，反应式如下：

氯酸盐通常以浓度为0.5-60%（重量），最好5-50%（重量），的离子溶液进入反应区。三氧化硫可以以任何相进入反应区，只要在它与氯酸钠接触之前基本保持在分子形式即可。氯酸盐和三氧化硫很快相互紧密混合，并基本上立即完成上述反应。在反应区的停留时间通常低于1分钟，最好低于5秒。生成的二氧化氯和过硫酸钠立刻在物流中稀释，此物流可以是任何稀释介质，最好稀释物流使所得二氧化氯浓度为0.01-100克/升，更好为1-10克/升。反应区可用任何耐受反应物、产物和反应过程中产生的温度的材料制造。二氧化氯可以连续或单批生产，生产速率为1-75000公斤/天，最好为100-50000公斤/天。