一种化学法二氧化氯发生工艺及专用设备 本发明涉及一种消毒杀生剂的制备工艺及专用设备，尤其涉及一种化学法二氧化氯(ClO2)发生工艺及专用设备。
ClO2作为广谱高效杀菌、漂白、防霉除臭、水质净化、食品保鲜，多功能集于一身的理想消毒杀生剂，已为医疗卫生防疫、工农业生产、水质处理等众多领域所重视，社会需求量日益增加，前景甚为良好。
ClO2有许多不同生产方法，包括电化学法，化学合成法以及它们的组合，目前市场上的ClO2发生器，大部分以碱金属氯酸盐为原料，在强无机酸介质中，用还原剂还原氯酸根离子(ClO3-)来制造ClO2。工业生产上采用的还原剂有Cl-源，非Cl-源如SO2、SO32-(或HSO3-)、等或CH3OH及其它有机物。强无机酸主要为盐酸和硫酸。Cl-源还原剂反应生成ClO2、Cl2混合气体，而Cl2是有害的副产物；采用非Cl-源或有机物等还原剂反应产生的中间物残留于反应溶液中，不仅降低了利用率，又造成排放废液中COD增加，其挥发性成份则进入气态产物中；含硫类还原剂在反应中可大量生成含硫废物，造成环境污染。
社会的进步，环境保护意识的加强，要求实现生成无有害副产物，无污染排放，即要求生产不含Cl2，不含有机物的ClO2。生产中减小甚至避免芒硝(硫酸盐饼)的生成，降低生产成本，已成为ClO2生产技术进步的方向。
WO98/13295，用H2O2部分取代甲醇可明显提高ClO2转化率。US5342601，氯酸在高氯酸提供的酸度的条件下真空负压加热，催化剂作用生成ClO2，但反应时间长达几个小时，在小型设备中难以采用。
US5091166和5091167提出碱性氯酸盐在酸性介质中以过氧化氢作还原剂，在2-5N酸度范围内，H2O2是极有效的还原剂，同时生成基本不含Cl2的ClO2也是可能的。WO93/21105，US5273733提出，为了减少和避免生成碱金属的SO42-/HSO4-盐副产物，可用氯酸替代碱金属氯酸盐来制造ClO2。同时又指出，在有些生产氯酸的方法中，特别是在电解法中，得到的是氯酸和碱金属氯酸盐的混合物，专利中介绍用氯酸和碱金属氯酸盐的混合物在单容反应器(SVP)中，氯酸水溶液是发生ClO2的反应介质。但在实施例中均以碱金属氯酸盐为原料和过氧化氢反应无氯酸反应的实例介绍。WO93/25470、US5486344所述HClO3和H2O2的反应即使1-2N低酸度下反应也很快，比其它一些反应体系例如HClO3-CH3OH，NaClO3-H2SO4-H2O2体系明显地快，且不生成有害副产物。实验中发现HClO3和H2O2在1～2N低酸度下反应，在同等条件下反应，可能比HClO3-CH3OH，NaClO3-H2SO4-H2O2体系快些。但在小型的二氧化氯发生器(500kg/日产量以下)中证明转化率是不高的。当1.5mol/L浓度，纯度为97.3％地氯酸溶液，用50％硫酸调整酸度至2.2N，在75℃温度，负压加热下与过氧化氢反应20分钟，氯酸转化率仅10％左右。按本文实施例1所述条件进行反应60分钟，氯酸转化率也仅67.4％，在小型二氧化氯发生器中短时间内反应是难以达到预期效果的。
以亚氯酸钠为原料发生二氧化氯是当前小型发生器所普遍采用的发生方法，反应方式大致有如下几种：
(1)
(2)
(3)
(1)式反应中，二氧化氯转化率较高，这类设备应用需要有加氯体系配套。
(2)式反应中，二氧化氯得率仅为亚氯酸钠转化率的80％(其中20％亚氯酸钠转化为氯化钠)，盐酸投入量为反应理论所需量的3倍，可造成大量氯离子及残留盐酸进入应用水系，在实际应用中会造成一定影响。
(3)式反应中，需有三种反应物料同时参与，而且需要分二阶段进行，即先由次氯酸钠与盐酸反应生成氯气，再由氯气和亚氯酸钠进行反应生成二氧化氯，操作上较为复杂，很少采用。
以亚氯酸钠发生二氧化氯的运行成本过高，亚氯酸钠的价格相当于碱金属氯酸盐(或氯酸)价格的3～4倍。
综合以上情况，以碱金属氯酸盐，在酸性介质条件下以过氧化氯为还原剂是较有前途的生产工艺，但仍不能避免产生大量碱金属SO42-/HSO4-盐处理回收，不适宜在小型二氧化氯发生器生产工艺中采用。
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种转化率高、纯度高、运行成本低、无副产物的化学法二氧化氯发生工艺及专用设备。
本发明的目的可以通过以下方式来实现：
一种化学法二氧化氯发生工艺，其特点是采用高纯氯酸和过氧化氢在专用发生设备中，实施分时段在负压加热条件下连续产生并吸收二氧化氯，具体工艺步骤如下：
①将95％(重量)以上的高纯氯酸HClO3加入釜内管式反应器内，并预热至30～100℃，所述的氯酸HClO3的ClO3-浓度为0.5～6mol/L；
②按投料比例(摩尔比)ClO3-∶H2O2＝0.1～5∶1加入过氧化氢H2O2，所述的过氧化氢H2O2的浓度为5～30％(重量)，它于反应过程的开始阶段、中间阶段分次投入，所述的过氧化氢H2O2中需添加五氧化二钒或VIII类元素化合物作为催化剂；
③控制反应液的酸度为1～5N，反应时间2～60分钟，反应温度30～100℃，负压为0～-0.2MPa；
④ClO2气体、水蒸气及反应残留液分别进入稀释水系，通入空气自动稀释并调控ClO2浓度于0.01～10％(重量)。
⑤上述ClO2形成气液分路出口，然后共同汇集进入消毒对象或包装成消毒液产品。
所述的反应液的酸度用40～60％(重量)的H2SO4或HClO4类无机强酸进行调整。
所述的过氧化氢H2O2中添加占其重量0.05～2％的有机膦络合物作为稳定剂。
一种化学法二氧化氯发生专用设备，其特点是包括釜内管式反应器、控制器、计量计、计量泵、原料罐、辅料罐、增压泵、水射器，所述的釜内管式反应器内设有螺旋式反应管，该反应管浸没在反应器内的加热介质中，它的底部设有来自原料罐的原料管、来自辅料罐的辅料管以及空气输入管，这三根管道汇集成一点构成三通并与反应管连通，所述的辅料管在反应器内分段与反应管连通，所述的釜内管式反应器设有气相出料口和液相出料口，它们分别设在该反应器的顶部和底部，该两出料口通过管道与所述的水射器连通。
所述的反应器内的反应管底部设有单向安全阀。
所述的反应器的顶部设有单向安全阀。
所述的反应器内的加热介质为水。
与现有技术相比，本发明采用高纯氯酸和过氧化氢在专用的发生装置中，实施分时段在负压加热条件下连续产生并吸收二氧化氯的生产工艺，其转化率为氯酸投入物料转化的95％以上，发生ClO2纯度＞99％，不产生氯气，不产生有机物，很少形成SO42-/HSO4-，不需三废处理，是当前理想的环保型二氧化氯发生技术和发生设备。
本发明解决了不生成Cl2、不生成有机物副产物、基本不生成碱金属SO42-/HSO4-盐的副产物、环保型高纯度ClO2生产方法的问题。本发明还解决了降低ClO2生产成本的问题，其生产成本与碱金属氯酸盐(NaClO3、KClO3)为原料的ClO2生产成相仿，要比以亚氯酸钠(NaClO2)为原料的ClO2生产成本低得多。生产中采用高纯氯酸和过氧化氢反应时，反应液酸度主要由氯酸的氢离子浓度所决定，可避免使用或很少使用(于反应液酸度需要调整时仅少量的使用无机强酸)无机硫酸介质，无需SO42-/HSO4-盐溶液处理或盐饼回收，故工艺装置小型紧凑，工艺操作可实现自动控制及遥控。根据不同领域使用ClO2的实际需求，形成多系列产品体系。本发明HClO3、H2O2反应发生ClO2的生产方法及专用设备，体现了商业生产的先进性，富于商业竞争能力。
本发明可实施连续式生产，本发明生产工艺装置小型紧凑，可自动控制或遥控，生产能力可大可小。
图1为本发明二氧化氯发生器的结构示意图；
图2为图1中的釜内管式反应器的结构示意图。
下面结合附图及具体实施例，对本发明工艺作进一步说明：
实施例1
取氯酸溶液(氯酸根浓度1.5mol/L，纯度97.3％)100ml加入三颈反应瓶，于反应开始时、反应至20分钟及40分钟时分别加入30％(重量)过氧化氢溶液15ml、10ml、5ml，该过氧化氢溶液含0.0005五氧化二钒催化剂及0.01 1-羟基亚乙基-1，1-二膦酸稳定剂。反应时间60分钟，反应温度75℃，反应液酸度用50％硫酸调整至2.2N，反应结束后测氯酸根转化率为67.4％。
实施例2
取氯酸溶液(氯酸根浓度3.23mol/L，纯度96.9％)，以5L/h流速连续加入本发明装置中，由原料罐5通过计量泵4及连接管道进入釜内管式反应器l内。实施例所述过氧化氢溶液以2L/h流速由辅料罐6通过计量泵4及连接管道进入釜内管式反应器1内，并按反应开始时及反应至10分钟、16分钟三个时段分别连接加入50％、30％、20％的过氧化氢溶液，反应压力为-0.02MPa，工艺水管流速为1000L/h，出水口取样检测二氧化氯浓度为921.7mg/L，氯酸根转化率为97.8％。
实施例3
按实施例2同等条件运行，过氧化氢溶液于反应开始时及反应至12分钟二个时段分别连续加入二氧化氯溶液50％，工艺水管出口处检二氧化氯浓度897.8mg/L，氯酸根转化率95.8％。
实施例4
取氯酸溶液(氯酸根浓度4.5mol/L，纯度95.4％)100ml加入三颈反应瓶，于反应开始时、反应至10分钟、16分钟分别加入实施例1所述的过氧化氢溶液20ml、12ml、8ml，反应时间20分钟，反应条件同实施例1，反应液酸度用50％硫酸调至4N，测氯酸根转化率98.4％。
下面结合附图，对本发明专用设备作进一步说明：
如图1、图2所示，一种化学法二氧化氯发生专用设备，包括釜内管式反应器1、控制器2、计量计3、计量泵4、原料罐5、辅料罐6、增压泵7、水射器8。所述的釜内管式反应器内设有螺旋式反应管9，该反应管浸没在反应器内的加热介质水10中，它的底部设有来自原料罐5的原料管11、来自辅料罐6的辅料管12以及空气输入管13，这三根管道汇集成一点构成三通并与反应管9连通。所述的辅料管12在反应器内分段与反应管连通。所述的釜内管式反应器1还设有气相出料口14和液相出料口15，它们分别设在该反应器1的顶部和底部，该两出料口自动调节压力差，使气相压力略高于液相，形成气液分路出口共同汇集至水射器8。所述的反应管9底部设有单向安全阀16，当装置意外堵塞或停水停电时，反应管9内的压力增高，单向安全阀16自动打开，反应液则流入中和剂17内。所述的反应器1的顶部设有单向安全阀18，当反应器1的ClO2气体浓度过高时，上述单向安全阀18自动打开，ClO2气体进入大气，以避免引起爆炸事故。