本发明专利技术公开了一种硫酸钒酰催化甲醇与氯酸钠反应制备二氧化氯方法，该方法是在含有硫酸介质的反应液中添加偏钒酸纳，使偏钒酸纳与硫酸反应生成的硫酸钒酰作为制备二氧化氯的反应催化剂。反应条件的优选范围是：反应温度71～78℃，反应压力150～210mmHg，硫酸浓度0.5～1.9M，氯酸钠浓度2.5～3.5M，甲醇浓度0.1～0.3M，硫酸钒酰浓度0.01～0.02M。本发明专利技术方法在反应系统酸度较低的条件下也能提高反应速率，并能满足生产需要。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及二氧化氯制备领域，具体是一种采用。
技术介绍
二氧化氯是一种强氧化剂，稳定的二氧化氯已被世界卫生组织认为是性能优良、 效果很好的杀菌消毒剂，也是很好的造纸漂白剂。自十九世纪三十年代起，开始进行工业化生产，目前在北美洲和欧洲有约1000个二氧化氯生产工厂。二氧化氯的制备方法主要分为两大类电解法与化学法。电解法是将食盐水电解得到的氯酸钠在装置内直接与盐酸反应产生二氧化氯。70年代以来国外先后开发了以氯化钠、氯酸钠和亚氯酸钠为电解质电解合成二氧化氯的新方法，该法设备投入大、工艺复杂，当前还没有得到推广。化学法又分为 氯酸钠还原法和亚氯酸钠还原法。氯酸钠还原法包括队到R12等十二种方法。其中，&法 1985年已实现工业化，是当今最为广泛使用的二氧化氯生产方法。(1) 法的反应原理R8法是指在酸性介质中采用甲醇为还原剂，与氯酸钠发生反应的二氧化氯制备方法。美国专利(United States Patant 4, 473, 540)为&法的代表和先驱，其生产方法和生产设备成为目前大型二氧化氯制备的基础技术。其反应原理是，在含有硫酸的酸性介质中， 氯酸钠与甲醇发生还原反应，生成CW2和酸性芒硝，反应式表示为30NaC103+20H2S04+7CH30H —(1)30C102+10Na3H (SO4) 2+6HC00H+23H20+C02(2) 法的反应条件该方法的反应条件是酸度2_11M(M为浓度单位，即mol/L，下同)、氯酸钠浓度大于2M、温度50 100°C及负压60 400mmHg。(3)传统&法的一般特点①反应酸度高。酸度对传统&法制备二氧化氯反应的影响大，在反应动力学方程中，硫酸的反应级数是14. 3，硫酸浓度成为影响反应速率的最活跃因素。尽管低酸度 (1-2. 5M)反应对设备的防酸防腐要求较低，反应生成中性芒硝，利于转化利用，但是低酸度条件下，反应速率小，不达到生产要求，所以目前生产二氧化氯一般要求在高酸度(大于 4M)条件下进行。②反应生成酸性芒硝副产品。目前生产二氧化氯一般要求在高酸度(大于4M)条件下进行，以致产生的副产品的酸性芒硝。酸性芒硝需要转化为中性芒硝后，才成为日用化学工业的原料。③不需要催化剂，生产效率高，ClO2产品气纯净，但所需酸度较高，对反应器材质要求高。(4) R8法代表专利的法律状态美国专利(United States Patant 4，473，540)为&法的专利代表和先驱，其生产方法和生产设备成为目前大型二氧化氯制备的基础技术。该专利主要权力要求款项包括 氯酸钠溶液浓度5 7M，反应温度70 75°C，反应压力90 190mmHg，反应酸度7 9N寸。该专利于1983年申请专利，2003年为最后专利保护年，现在该专利已经成为人类的共有技术。(5)添加催化剂的研究现状研究表明，用Sb、Mg、Mo、Pd等作催化剂能加速反应进行，但要达到工业应用还有相当距离。当前受反应器容积限制，(以二氧化氯的生成速率表示，下同)，反应速率 ^ 0. 0002mol/(L. S)时，才能达到生产要求。无催化剂作用时，总酸浓度彡3. 5M条件下，反应速率能达到这个数值，当总酸度< 2. 5M时，反应速率< 0. 00002mol/(L. S)，远未达到生产要求。当添加Sb、Mg、Mo、Pd等催化剂时，在总酸度彡2. 5M条件下，反应速率在0. 00005 0. 00012mol/(L. S)范围，与无催化反应比较，反应速率提高2 6倍，但是也未能达到生产要求。因此传统&法一般选择总酸度为4.0 4. 5M。(6)传统&法期待改进的问题如前面所述，传统&法反应所需酸度高，因而对反应器材质要求高，同时在高酸度条件下，反应生成酸性芒硝副产品，酸性芒硝转化利用或消除处理的难度大。于是降低反应酸度，避免酸性芒硝生成是传统&法期待改进的主要问题之一。通过添加催化剂途径提高反应速率是降低酸度的一种手段，但是如前面所述，用 Sb、Mg、Mo、Pd等作催化剂能加速反应进行，要达到工业应用还有相当距离，因而，寻找更有效的催化剂非常必要。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种采用硫酸钒酰催化甲醇与氯酸钠反应制备二氧化氯的方法，以提高反应速率，并达到降低反应系统酸度的目的。本专利技术是采用传统原料甲醇、 浓硫酸、氯酸钠在反应体系内反应生成二氧化氯，在含有硫酸介质的反应液中添加偏钒酸纳，使偏钒酸纳与硫酸反应生成硫酸钒酰作为反应的催化剂。反应生成二氧化氯的反应条件优选范围是反应温度71 78°C，反应压力150 2 IOmmHg,硫酸浓度0. 5 1. 9M，氯酸钠浓度2. 5 3. 5M，甲醇浓度0. 1 0. 3M，硫酸钒酰浓度 0. 01 0. 02M。本专利技术通过在反应体系中添加适当的偏钒酸钠，使之与反应液中的硫酸反应，生成具有催化功能的硫酸钒酰，作为催化甲醇和氯酸钠反应的高效催化剂。经实践证明，当硫酸钒酰在反应液中的浓度达到0. 01-0. 02M时，在总酸度为 0. 5-1. 9M范围内，反应速率达到0. 00023-0. OOlmol/(L. S)，从而实现了在低酸度条件下 (总酸度为0. 5-1. 9M)反应速率能够达到0. 0002mol/(L. S)，满足生产需要。本专利技术方法具有以下有益效果1.采用高效催化剂改变甲醇和氯酸钠的反应途径，提高提高反应速率；2.降低反应系统酸度，使反应生成中性芒硝，避免传统R8法生成酸性芒硝及酸性芒硝的后续处理工序；3.本法生产二氧化氯过程不产生氯气，提高了二氧化氯水溶液的产品质量；4.本法生产Imol 二氧化氯消耗0. 5molH2S04,与传统R8法消耗0. 75moIH2SO4相比，H2504消耗量减少30%。附图说明图1是本专利技术方法的制备装置及工艺流程示意图。图中循环泵1，循环管2，再沸器3，甲醇入口 4，硫酸喷雾器5，反应液接入管6，圆弧顶7，防爆盖板8，二氧化氯输出管道9，压强监测点10，温度监测点11，圆柱体2，圆锥底 13，芒硝输送泵14，氯酸钠入口 15，偏钒酸钠溶液加入口 16。具体实施例方式下面进一步详细描述本专利技术方法(1)本专利技术的专利技术原理本专利技术方法是在反应体系中添加偏钒酸钠，在酸性介质中，偏钒酸钠与硫酸反应生成硫酸钒酰，硫酸钒酰作为反应的催化剂。在反应系统中，低酸性介质中硫酸钒酰首先与甲醇反应生成乙酸和硫酸亚钒酰，在硫酸亚钒酰再与氯酸钠反应，生成二氧化氯和芒硝。其化学方程式表示为催化剂生成2NaV03+2H2S04 = (VO2) 2S04+Na2S04+2H20(2)催化过程CH3OH+ (VO2) 2S04+H2S04 = 2HC00H+2 (VO) S04+2H20 (3)2 (VO) S04+2NaC103 = (VO2) 2S04+2C102+Na2S04(4)总体反应CH30H+2NaC103+H2S04 = HC00H+2C102+Na2S04+2H20(5)(2)本专利技术的制备装置如图1所示，本专利技术硫酸钒酰催化甲醇和氯酸钠反应制备二氧化氯的方法是在传统的二氧化氯制备系统的基础上完成，只需要增加一个偏钒酸钠溶液贮槽和在反本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．硫酸钒酰催化甲醇与氯酸钠反应制备二氧化氯方法，采用传统原料甲醇、浓硫酸、氯酸钠在反应体系内反应生成二氧化氯，其特征在于：在含有硫酸介质的反应液中添加偏钒酸纳，使偏钒酸纳与硫酸反应生成硫酸钒酰作为反应的催化剂。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：周茂贤，徐萃声，兰云飞，班飞，杨彦，覃雨苗，
申请(专利权)人：广西博世科环保科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：45
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