一种双电解法二氧化氯制备系统的制作方法

1.本实用新型涉及二氧化氯制备领域，具体是一种双电解法二氧化氯制备系统。


背景技术：

2.二氧化氯的化学式为clo2，相对分子质量67.45。常温常压下，二氧化氯为橙黄色气体，有类似于氯和臭氧混合物的刺激性辣味，沸点11℃，冰点-59℃，11℃时气态密度3.09g/m3。极易溶于水，溶解度是氯气的5-8倍，水溶液呈黄色。溶解度随着温度的升高而降低，所以一般用5-7℃的冰水来吸收二氧化氯，二氧化氯水溶液温度一般控制在10-14℃，才能确保二氧化氯水溶液浓度在8-10g/l。二氧化氯气体的分压要控制在100mmhg(绝压)以下,分压超过100mmhg就会分解成氯气和氧气，并放出热量(24.7kj/mol)。因此，只能现场制备现场使用。二氧化氯具有极强的氧化性，可氧化降解纸浆中残留的木素，从而起到漂白纸浆的作用。二氧化氯对木素选择性较强，漂后浆白度高、返黄少、强度好，废水aox含量低，是ecf漂白工艺的主要漂剂。
3.单电解法二氧化氯制备技术是目前大型制浆企业最常用的方法，因氯离子的不平衡，需要外购氯气或者盐酸。氯气为国家严格管制的危化品，而盐酸属于易制毒的管制类化学品，外购氯气或者盐酸时会产生一系列的安全隐患并导致成本的增加，运输、储存和使用时人工操作过多，外部不确定因素的增加，增大事故发生的可能，使企业面临不可控的运行隐患中。


技术实现要素：

4.为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种高产能、无需外购氯气或盐酸，系统物料综合利用、节能减排的双电解法二氧化氯制备系统。
5.本实用新型以如下技术方案解决上述技术问题：
6.一种双电解法二氧化氯制备系统，所述系统包括盐水精制单元、电解单元、盐酸合成单元、二氧化氯生成单元，所述电解单元有两个，分别为a电解单元和b电解单元,所述盐水精制单元的出料端与a电解单元连接，所述a电解单元的出料端分别与b电解单元、盐酸合成单元连接，所述b电解单元的出料端分别与盐酸合成单元、二氧化氯生成单元连接，所述盐酸合成单元的出料端与二氧化氯生成单元连接。
7.进一步地，所述系统还包括废水处理单元，所述废水处理单元的进料端分别与a电解单元、b电解单元、盐酸合成单元、二氧化氯生成单元连接，该废水处理单元的出料端与盐水精制单元连接。
8.进一步地，所述废水处理单元包括脱氯设备和除硫酸根设备。
9.进一步地，所述脱氯设备的进料端分别与a电解单元、b电解单元、盐酸合成单元、二氧化氯生成单元连接，所述脱氯设备的出料端与除硫酸根设备连接，该除硫酸根设备的出料端与盐水精制单元连接。
10.进一步地，所述二氧化氯生成单元的出料端分别与b电解单元和盐酸合成单元的
进料端连接。
11.进一步地，所述系统中各单元间的连接均为管道连接。
12.本实用新型一种双电解法二氧化氯制备系统与现有技术相比，具有如下有益效果：
13.1、本实用新型通过设置的a电解单元和b电解单元进行双电解生产，生产效率高，节能减排效果好，只需提供电力、原盐，即可持续制备二氧化氯，不受外购氯气或盐酸质量的影响，可提高二氧化氯制备的稳定性，同时本实用新型使用的原料盐在运输、存储、使用过程中均十分安全，比需要外购氯气或盐酸的现有技术生产安全性更高。
14.2、本实用新型的a电解单元生产氯气、副产品碱液和氢气，氯气用于平衡二氧化氯制备单元所带走的氯离子，副产品碱液除用于处理含氯冷凝水和中和系统尾气中的氯气、氯化氢气体外，多余的副产品碱液可外售或用于企业的其他车间；多余的副产品氢气可用于制备双氧水或作为燃料使用，副产品综合利用，提高经济效益。
15.3、本实用新型采用a电解单元所排的含氯酸钠盐水，用于b电解单元补充取样和系统清洗流失的溶液，可降低b电解单元生产氯酸钠的电耗。
16.4、本实用新型设置的废水处理单元，可对电解单元、盐酸合成单元、二氯化氧生成单元等产生的含氯冷凝水进行收集，然后依次通过废水处理单元中的脱氯设备、除硫酸根设备进行除杂，所得到的稀氯化钠溶液再进入到盐水精制单元中用于溶盐，无含氯废水外排。
附图说明
17.图1是本实用新型双电解法二氧化氯制备系统的示意图；
18.图2是本实用新型a电解槽的结构示意图；
19.图3是本实用新型b电解槽的结构示意图。
20.图中：1-盐水精制单元、2-a电解单元、201-第一电解槽、202-槽体框架、203-隔板、204-阳离子交换膜、3-b电解单元、301-第二电解槽、302-进液总管、303-反应器、304-除气器，305-冷却器、4-盐酸合成单元、5-二氧化氯生成单元、6-脱氯设备、7-除硫酸根设备。
具体实施方式
21.下面通过附图及具体实施案例对本实用新型所述的双电解法二氧化氯制备系统作进一步的说明。下述实施案例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本实用新型的内容，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
22.实施例1
23.如图1-图3所示，本实用新型提供了一种双电解法二氧化氯制备系统，系统包括盐水精制单元1、电解单元、盐酸合成单元4、二氧化氯生成单元5，电解单元有两个，分别为a电解单元2和b电解单元3,盐水精制单元1的出料端与a电解单元2连接，a电解单元2的出料端分别与b电解单元3、盐酸合成单元4连接，b电解单元3的出料端分别与盐酸合成单元4、二氧化氯生成单元5连接，盐酸合成单元4的出料端与二氧化氯生成单元5连接，通过本系统，不
需要外购危化产品盐酸和氯气，只需提供电力和原盐即可持续生产二氧化氯。
24.在本实用新型中，盐水精制单元1主要由化盐及反应装置(图中未示出)、膜过滤器(图中未示出)、树脂塔(图中未示出)等设备组成，其作用是制备合格的电解用原料盐水，将原料盐(氯化钠)加入到精制单元中，再加入水，水为工艺水或者从系统中回收的废水，将氯化钠配置成工况所需浓度的水溶液并依次通过反应沉淀、物理过滤、离子交换的步骤完成精制过程，通过管道使盐水从盐水精制单元1的出料端输入到电解单元中。
25.在本实用新型中，电解单元为双电解单元，分别为a电解单元2和b电解单元3。a电解单元2和b电解单元3的核心设备为不同结构形式电解槽，其中a电解单元2由第一电解槽201及附属的高位槽(图中未示出)、循环槽(图中未示出)等设备组成，第一电解槽201由槽体框架202及多个电解单元槽复合组成，单元槽(图中未标出)由隔板203分开的阴极室和阳极室组成，而多个单元槽之间由阳离子交换膜204隔开，并形成各自独立的电解室，其中设有独立物料进出口，并汇集至相应的阴阳极液总管(图中未示出)。对于a电解槽2，阳极侧设有盐水进料口(图中未示出)以及氯气出料口(图中未示出)、电解后盐水出料口(图中未示出)，而阴极侧设有碱液排料口(图中未示出)和氢气出料口(图中未示出)。
26.b电解单元3由第二电解槽301、进液总管302、除气器304、反应器303、冷却器305等设备组成，第二电解槽301由多个电解单元槽组成，单元槽(图中未标出)包括槽体、阳电极、阴电极、载流板；每个单元槽的进液管通过进液总管302与冷却器305连接，出液管与除气器304连接。除气器304和冷却器305分别与反应器303的进、出液口连接，同时除气器304和反应器303设置氢气排气口(图中未示出)；反应器303设置浓氯酸钠溶液出口(图中未示出)，以及供a电解单元2电解后的含氯酸钠的盐水和从二氧化氯合成单元5回流的稀氯酸钠溶液(含氯化钠)进入的进料口(图中未示出)。
27.盐水从盐水精制单元1的出料端先输入到a电解单元2中，a电解单元2用于电解盐水(氯化钠水溶液)，电解产物氢气、氢氧化钠溶液可用于其他车间，氯气通过管道输入至盐酸合成单元作为原料盐酸的合成原料，含氯酸钠的盐水从a电解槽的出料端通过管道输送至b电解单元3。b电解单元3对含氯酸钠的盐水和从二氧化氯合成单元5回流的稀氯酸钠溶液进行进一步的电解，电解产生的氢气进入到盐酸合成单元4，多余的氢气和氯气可回收利用，浓氯酸钠溶液进入二氧化氯合成单元5作为生成二氧化氯的原料。a电解单元和b电解单元的工作原理以如下化学式表示：
28.a电解单元：
29.b电解单元：
30.在本实用新型中，盐酸合成单元4为盐酸的制备单元，制备盐酸所需要的氯气和氢气由a电解单元2、b电解单元3电解产生。二氧化氯生成单元5为成品二氧化氯的合成单元，合成二氧化氯的原料为盐酸和氯酸钠，盐酸通过盐酸合成单元4的出料端通过管道输送至二氧化氯生成单元5，浓氯酸钠溶液通过b电解单元3的出料管道输送至二氧化氯生成单元5，两者发生反应得到二氧化氯成品，同时还有稀氯气及稀氯酸钠溶液。在二氧化氯生成单元5中，产生的稀氯气通过管道输送至盐酸合成单元4中，作为盐酸合成的原料；二氧化氯生成单元5的出料端还与b电解单元3的进料端连接，使得剩余的未反应完的稀氯酸钠溶液通过二氧化氯生成单元5的出料管道输送至b电解单元3中再次电解，循环使用。其中，涉及的
化学方程式为：
31.h2+cl2＝＝2hcl
32.2naclo3+4hcl＝＝2clo2+cl2↑
+2nacl+2h2o
33.本实用新型的系统还包括废水处理单元，废水处理单元的进料端分别与a电解单元2、b电解单元3、盐酸合成单元4、二氧化氯生成单元5连接，该废水处理单元的出料端与盐水精制单元1连接。废水处理单元用于处理系统中a电解单元2、b电解单元3、盐酸合成单元4、二氧化氯生成单元5运行过程中产生的含氯冷凝水，将冷凝水中含有的杂质去除后得到的稀氯化钠溶液再输送至盐水精制单元1中，避免了资源的浪费，提高了资源的重复利用率。
34.废水处理单元包括脱氯设备6和除硫酸根设备7。脱氯设备6的进料端分别与a电解单元2、b电解单元3、盐酸合成单元4、二氧化氯生成单元5连接，脱氯设备6的出料端与除硫酸根设备7连接，该除硫酸根设备7的出料端与盐水精制单元1连接。在本实用新型中，将各单元产生的含氯冷凝水全部收集先通过管道进入到脱氯设备6中进行真空脱氯处理，再将碱液和亚硫酸钠加入到脱氯设备6后段，用于处理真空脱氯后的含氯冷凝液，处理的方程式如下：
35.cl2+na2so3+2naoh
→
na2so4+2nacl+h2o
36.脱氯设备6处理完成的产物(硫酸钠和氯化钠混合液)通过管道输送至除硫酸根设备7进行硫酸钠的脱除，硫酸钠的脱除采用纳滤膜过滤器进行高压物理过滤分离，得到的稀氯化钠溶液从除硫酸根设备7的出料端通过管道进入到盐水精制单元1进行再一次的循环利用。在本实用新型中，系统中各单元间的连接均为通过管道连接。
37.本实用新型在使用时，先将原盐(氯化钠)加入盐水精制单元1，制备成合格精制盐水；将盐水通过管道输送至a电解单元2，电解生成氯气、副产品氢气和碱液；从a电解单元2来的含氯酸钠的盐水与从二氧化氯生成单元5来的稀氯酸钠溶液通过管道输送至b电解单元3，电解生成浓氯酸钠溶液和副产品氢气；a电解单元2生产的氯气，以及二氧化氯生成单元5的稀氯气和b电解单元3生产的氢气进入盐酸合成单元4制备32％的盐酸；盐酸合成单元4所产盐酸，以及b电解单元3所产浓氯酸钠溶液用于二氧化氯生成单元5制备二氧化氯；二氧化氯生成单元5产生的稀氯酸钠溶液返回b电解单元3进行电解；双电解法二氧化氯制备系统产生的含氯冷凝水，全部收集至脱氯设备6、除硫酸根设备7进行脱氯、除硫酸根后，用于溶盐，无含氯废水外排。
38.以上所述之实施例只是本实用新型的较佳实施方式而己，并非用来限制本实用新型实施范围，如权利要求书所记载的内容，在不脱离本实用新型主要思想情况下进行的各种变更，均包括于本实用新型申请专利范围内。

技术特征：
1.一种双电解法二氧化氯制备系统，其特征在于，所述系统包括盐水精制单元(1)、电解单元、盐酸合成单元(4)、二氧化氯生成单元(5)，所述电解单元有两个，分别为a电解单元(2)和b电解单元(3),所述盐水精制单元(1)的出料端与a电解单元(2)连接，所述a电解单元(2)的出料端分别与b电解单元(3)、盐酸合成单元(4)连接，所述b电解单元(3)的出料端分别与盐酸合成单元(4)、二氧化氯生成单元(5)连接，所述盐酸合成单元(4)的出料端与二氧化氯生成单元(5)连接。2.如权利要求1所述的一种双电解法二氧化氯制备系统，其特征在于，所述系统还包括废水处理单元，所述废水处理单元的进料端分别与a电解单元(2)、b电解单元(3)、盐酸合成单元(4)、二氧化氯生成单元(5)连接，该废水处理单元的出料端与盐水精制单元(1)连接。3.如权利要求2所述的一种双电解法二氧化氯制备系统，其特征在于，所述废水处理单元包括脱氯设备(6)和除硫酸根设备(7)。4.如权利要求3所述的一种双电解法二氧化氯制备系统，其特征在于，所述脱氯设备(6)的进料端分别与a电解单元(2)、b电解单元(3)、盐酸合成单元(4)、二氧化氯生成单元(5)连接，所述脱氯设备(6)的出料端与除硫酸根设备(7)连接，该除硫酸根设备(7)的出料端与盐水精制单元(1)连接。5.如权利要求1所述的一种双电解法二氧化氯制备系统，其特征在于，所述二氧化氯生成单元(5)的出料端分别与b电解单元(3)和盐酸合成单元(4)的进料端连接。6.如权利要求1-5任一项所述的一种双电解法二氧化氯制备系统，其特征在于，所述系统中各单元间的连接均为管道连接。

技术总结
本实用新型公开了一种双电解法二氧化氯制备系统，所述系统包括盐水精制单元、电解单元、盐酸合成单元、二氧化氯生成单元，所述电解单元有两个，分别为A电解单元和B电解单元,所述盐水精制单元的出料端与A电解单元连接，所述A电解单元的出料端分别与B电解单元、盐酸合成单元连接，所述B电解单元的出料端分别与盐酸合成单元、二氧化氯生成单元连接，所述盐酸合成单元的出料端与二氧化氯生成单元连接。通过本实用新型的系统制备二氧化氯具有产能高、节能减排、无需外购氯气或盐酸、系统物料综合利用率高且无废水排放的优点。利用率高且无废水排放的优点。利用率高且无废水排放的优点。


技术研发人员：杨崎峰 徐萃声 黄丙贵 刘良青 庞贤军 蒋承君 罗永斌 谭浪 李美繁 黄乃健 胡少标 刘国新 丁瑞 杨聪 李忠平
受保护的技术使用者：广西博世科环保科技股份有限公司
技术研发日：2021.10.29
技术公布日：2022/5/25