二氧化氯裝置的二元、三元制備法生產應用分析

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、三元法典型實例，對二氧化氯裝置的二元、三元典型制備法作應用分析，以便指導水處理專業人士在當前二氧化氯殺菌消毒劑廣泛應用的情況下，在特定場合選用適當技術工藝方案。

關鍵詞：二氧化氯；二元法；三元法；典型

1. 概述

二氧化氯（ClO2）是國際上公認的新一代廣譜強力殺菌劑、高效氧化劑和優質漂白劑。【1】目前C1O2的產品形式主要有C1O2水溶液、二氧化氯粉劑和穩定性C1O2水溶液三種?！?】若二氧化氯制備方法不同，則C1O2裝置從生產原理、工藝流程直至最終產品均存在明顯差異。目前化工用水時二氧化氯殺菌消毒選用方法便顯的尤為重要?，F根據商丘某化工廠水車間二元、三元法的典型實例，對二氧化氯裝置的二元、三元典型制備法作應用分析，以便指導水處理專業人士在特定場合選用適當技術工藝方案。

2.制備原理

2.1 二元法典型制備原理

以 HC1為還原劑，基本反應式為：

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

副反應為：2NaC103+6HC1 = 3C12↑+2NaC1+3H2O

由反應式可以看出，要提高 C102 的產率，須保持較高的反應溫度（約 70℃），并加大 HC1的過量率，但這同時又會導致Cl2產率的提高，使反應產物中Cl2的含量增大【3】。穩定狀態下為

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

由以上反應產生出的氣體，經水射器吸收后進入循環冷卻水系統。

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，在硫酸介質中進行反應生成二氧化氯氣體【3】。反應方程式如下：

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

該反應中生產實際配比：

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

3. 生產流程

3.1二元法典型應用實例生產流程：該系統為20kg/h（有效氯計二氧化氯含量大于70%）二氧化氯+氯氣制備系統，由計量泵將33%NaClO3水溶液與濃鹽酸溶液按比例輸入到二氧化氯反應器中，在88℃溫控（水浴控制+溫控閥）下進行充分反應，產出以二氧化氯為主、氯氣為輔的混合產物。氯酸鈉溶液與HCl溶液，在負壓條件下發生反應，利用計量泵計量并供給化學原料，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 三元法典型應用實例生產流程：該系統為42kg/h二氧化氯制備系統，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的負壓下，向反應器中連續加入氯酸鈉、濃硫酸及甲醇，反應介質經空氣攪拌，通過蒸汽加熱達到48℃后利用自動控溫閥（通過循環水與反應器換熱）將反應器溫度穩定在53～57℃進行放熱反應。氯酸鈉與甲醇在濃硫酸中以二氧化氯發生器為載體，反應生成二氧化氯；二氧化氯氣體從發生器頂部抽出，在水射器中以廠區生產用水作為吸收水吸收后制成二氧化氯溶液，進入二氧化氯溶液槽，然后由二氧化氯溶液輸送泵直接輸出產品二氧化氯溶液，反應結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

4.1 二元法典型應用實例工藝特點

（1）在控制水浴溫度的情況下，通過水射器吸收產品氣，利用2臺計量泵的投加頻率控制裝置產量；開/停可在短時間完成，操作可1人遠程監控；

（2）采用四氟合金鋼反應器，外加溫控閥自動控溫，并提供遠程控制端口。

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

4.2 三元法典型應用實例工藝特點

（1）利用蒸汽、循環水系統控制反應溫度，空氣鼓風系統攪拌，甲醇、濃硫酸、氯酸鈉溶液連續投料，水射器吸收產品氣后進入水封罐外送，DCS遠程負壓監控。

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

（3）反應產物為二氧化氯，副產物為硫酸氫納，廢液含濃硫酸、甲醇及副產物。

5. 二元、三元法應用對比分析

5.1 操作維護：二元法操作開/停時間短，1人可遠程監控，設備維護簡單；三元法開停準備時間長，單套裝置開/停期間2人操作監控，并及時控制初、后期反應溫度、反應器負壓變化及各個工序的設備運行狀況，相比而言，二元法流程簡單，易操作。

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

5.3 安全環保：濃硫酸和濃鹽酸均為強酸性、強腐蝕；甲醇為易燃、易爆介質，安全危險等級為特級；三元法因規模大，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中安全、環保要求高。

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

6. 結語

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、易操作維護的優勢，明顯更適合在非專業二氧化氯制劑要求情況下，在化工廠水系統殺菌消毒方面廣泛采用。

參考文獻

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[2]吳冰 韓寶華.二氧化氯系列產品的性質及其應用[J].環境保護，1995，（3）：34-36

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

作者簡介：夏利國，男，1982.06，河南洛陽人，2005年7月畢業于華北水利水電學院環境工程系，本科學歷，工程師，現就職于北京北控工業環保科技有限公司，技術經理，從事水處理工藝技術應用。

（作者單位：1.北京北控工業環保科技有限公司；

2.能源與環境學院中原工學院）