CH646120A5 - Verfahren zur herstellung einer waessrigen chlordioxid-loesung und vorrichtung zur durchfuehrung dieses verfahrens. - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer wässrigen Chlordioxid-Lösung oder genauer auf die automatisierte Herstellung von Chlordioxid
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in kleinem Massstab für die Verwendung in der Abwasser-Behandlung.
Die Verwendung von Chlordioxid in der Abwasser-Behandlung für Desinfektionszwecke ist weit verbreitet und es ist bekannt, dass gegenüber der Verwendung von Chlor Vorteile bestehen. Relativ kleine Mengen an Chlordioxid sind für eine solche Verwendung erforderlich, bezeichnenderweise 226 bis 907 kg/Tag in einer städtischen Abwasser-behandlungs-Betriebsanlage einer mittelgrossen Gemeinde. Herstellungs-Betriebsanlagen in kleinem Massstab, die Chlordioxid-Lösungen auf Abruf herstellen, genügend sicher sind und eine geringe Wartung benötigen, sind aber bislang unbekannt.
Es ist bekannt, dass Chlordioxid hergestellt werden kann durch Reaktion von gegeneinander fliessenden Strömen von Natriumchlorat-Lösung und Schwefeldioxid bei normalem Druck, wie im US Patent Nr. 2 598 087 beschrieben/Ein solches Verfahren ist relativ einfach auszuführen, doch es hat * keine wirtschaftliche Bedeutung erlangt, weil es eine geringe Leistungsfähigkeit der Chlordioxid-Herstellung aufweist.
Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer wässrigen Chlordioxid-Lösung für die Verwendung in der Abwasser-Behandlung.
Eine modular automatisierte Betriebsanlage, die genügend sicher ist und nur eine begrenzte Wartung benötigt und daher geeignet ist für den Betrieb mit ungelerntem und angelerntem Personal, wird als bevorzugte Ausführungsform der Erfindung verwendet. Mit der vorliegenden Erfindung wurde ein Weg gefunden zur Verwendung der früheren Erkenntnisse des Chlordioxid-Herstellungsverfahrens unter Inanspruchnahme der Vorteile und der Einfachheit der Durchführung.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung fliesst eine wässrige Lösung von Natriumchlorat in einem Turm nach unten im Gegenstrom zum nach oben steigenden gasförmigen Schwefeldioxid, um so die Bildung von Chlordioxid zu ermöglichen. Der Turm wird unter einem unteratmosphärischen Druck gehalten, um ein Entweichen von Chlordioxid zu verhindern und um Chlordioxid aus dem Turm zu entfernen und um das Chlordioxid im Wasser zu lösen und um so eine wässrige Lösung von Chlordioxid herzustellen.
Chlordioxid-Konzentrationen von vorzugsweise etwa 1 bis 3 g/l in den erhaltenen Lösungen sind geeignet, um den Verlust aus der Lösung bei der Lagerung zu minimalisieren und um jegliches Erfordernis an abgekühltem Wasser im Lösungsschritt zu verhindern.
Das Herstellungsverfahren ist vorzugsweise automatisiert, wobei als Erwiderung zur verlangten Chlordioxid-Lösung, als Resultat des empfundenen tiefen Lagerbestandes oder einer von Hand ausgeführten Betätigung, zuerst eine spezifische Sequenz von Sicherheits-Überprüfungen durchgeführt wird und danach eine spezifische Sequenz von Start-Schritten durchgeführt wird, so dass dann die Chlordioxid-Lösung-Herstellung beginnt. Während der Herstellung werden auch Sicherheits-Uberprüfungen durchgeführt, so dass die Anlage abgestellt werden kann, wenn vorgegebene Sicherheits-Limiten überschritten werden. Wenn einmal die verlangte Menge an Chlordioxid-Lösung erreicht ist,
wird die Anlage ausser Betrieb gesetzt und die Lösung- und die Gasfluss-Leitungen werden gereinigt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen:
Figur 1 ist ein schematisches Flussdiagramm für die Herstellung von wässrigen Chlordioxid-Lösungen in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Erfindung;
Figur 2 ist eine schematische perspektivische Ansicht des in sich geschlossenen Moduls und den physikalischen Elementen davon, das im Verfahren gemäss Figur 1 verwendet wird; und
Figur 3 ist ein logisches Flussdiagramm für die automatischen Abläufe des Chlordioxid-Lösung-Herstellungsverfahrens, das in Figur 1 gezeigt ist.
Unter Bezugnahme auf Figuren 1 und 2 enthält eine Chlordioxid-Lösung-Herstellungs-Betriebsanlage 10 ein in sich geschlossenes Modul 12, eine Vielzahl von externen Zugängen dazu und externe Lagerung für wässrige Chlordioxid-Lösungen. Ein rohrförmiger Reaktionsturm 14 ist im Modul vorhanden und Chlordioxid wird darin hergestellt. In der Ausführungsform gemäss Figur 1 wird Chlordioxid hergestellt durch eine Modifikation des sogenannten «Rapson-Wayman»-Verfahrens, welches vollständig beschrieben ist im US-Patent Nr. 2 598 087.
Im «Rapson-Wayman»-Verfahren wird Chlordioxid, das im wesentlichen frei von gasförmigem Chlor ist, gebildet durch die Reaktion von Natriumchlorat mit Schwefeldioxid entsprechend der Gleichung:
NaC103 + '/2 S02 C102 + Vi Na2S04.
Die Reaktion wird ausgeführt bei einer hohen totalen Säure Normalität von etwa 9,5 bis 11. Dieses Chlordioxid-Herstellungsverfahren ist etwas unergiebig, weil bei der Überführung von Natriumchlorat in Chlordioxid Schwefelsäure als Nebenprodukt entsteht, aber nichtsdestotrotz in der vorliegenden Erfindung verwendet wird mit Rücksicht auf seine Einfachheit der Durchführung und seiner niedrigen Investitions- und Betriebskosten.
Im Reaktionsturm 14 fliesst die Natriumchlorat-Lösung, welche entlang der Leitung 16 an das obere Ende des Turmes aus einem extern des Moduls 12 plazierten Lager-Tank 18 zugeführt wird, der die wässrige Natriumchlorat-Lösung enthält, nach unten und im Gegenstromverfahren reagiert dieses mit dem aufsteigenden Schwefeldioxidgas, welches entlang der Leitung 20 in den unteren Teil des Turmes 14 aus einem extern des Moduls 12 plazierten Lager-Zylinders 22 zugeführt wird, der das verflüssigte Schwefeldioxid enthält. Die Reaktion zwischen Schwefeldioxid und Natriumchlorat findet hauptsächlich im unteren Teil des Reaktions-Turmes 14 statt. Die Art der Gasbildung des Schwefeldioxides für die Zuführung in den Reaktions-Turm 14 wird weiter unten beschrieben. Die Natriumchlorat-Lösung enthält gewöhnlich eine kleine Menge an Natriumchlorid, um an der Ingangsetzung der Chlordioxid-Herstellung mitzuwirken. Natriumchlorid ist in einer Menge von etwa 0,1 Gew.-% (als Chlorid) vorhanden, basierend auf dem Gewicht von Na-triumchlorat-Kristallen.
Die Natriumchlorat-Lösung wird im Lager-Tank 18 mittels einer geeigneten Vorrichtung 23 erwärmt, die mit dem Tank verbunden ist. Die Temperatur der Natriumchlorat-Lösung im Lager-Tank 18 wird auf über etwa 50 °C bis 55 °C gehalten, um zu ermöglichen, dass die Chlordioxid liefernde Reaktion bei einer erhöhten Temperatur von etwa 50 °C bis etwa 80 °C, vorzugsweise bei etwa 50 °C bis etwa 60 °C, zusammen mit ähnlich erwärmtem Schwefeldioxid im Reaktions-Turm 14 ausgeführt wird.
Chlordioxid wird am oberen Ende des Reaktions-Turmes 14 entlang der Leitung 24 abgeführt unter dem Ein-fluss einer Wasserstrahlpumpe 26, welche auch den Reaktions-Turm 14 unter einem subatmosphärischen Druck von etwa 10 640 bis etwa 13 300 Pa hält. Der Wert des subatmosphärischen Druckes bei jeder gegebenen Reaktionstemperatur sollte über dem Druck sein, bei welchem die Reaktionsflüssigkeit siedet.
Der subatmosphäre Druck gewährleistet, dass der Parti-al-Druck von Chlordioxid weit unter dem ist, bei welchem eine spontane Zersetzung auftritt Ferner verhindert der subs
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atmosphäre Druck, dass bei einer Fehlfunktion der Anlage schädliche Gase entweichen können.
Das Wasser für die Wasserstrahlpumpe 26 wird entlang der Leitung 28 zugeführt, welche ihrerseits von einer Zufuhrleitung 30 ausserhalb des Moduls 12 mittels einer Pumpe 32 und Filtern 34 gespiesen wird. Das Wasser löst das Chlor-dioxid-Gas auf und jegliche zurückbleibende Luft wird aus der Lösung in einem Absorptions-Turm 36 abgetrennt. Die abgetrennte Luft wird in die Atmosphäre entlang der Leitung 38 entlassen.
Die so erhaltene Chlordioxid-Lösung wird entlang der Leitung 40 in einen Chlordioxid-Lösung-Aufbewahrungs-Tank 42 weitergeführt, welcher sich ausserhalb des Moduls 12 befindet. Die Chlordioxid-Lösung kann vom Aufbewah-rungs-Tank 42 mittels der Pumpe 44 entlang der Leitung 46 zu einer Abwasser-Behandlungs-Anlage gepumpt werden.
Die Wasserstrahlpumpe 26 ist kalibriert und die Fliessgeschwindigkeit des Wassers dadurch wird kontrolliert, nicht nur um den gewünschten subatmosphären Druck zu liefern, sondern auch um eine relativ geringe Konzentration an gelöstem Chlordioxid in der Lösung herzustellen, nämlich weniger als etwa 3 g/1, bezeichnenderweise etwa 1 bis 3 g/1. Bei solcher Konzentration ist gekühltes Wasser nicht erforderlich, um eine vollständige Auflösung des Chlordioxides zu erwirken, und umgebende Temperaturen von etwa 5 °C bis etwa 25 °C können verwendet werden. Weil ferner die Konzentration von Chlordioxid in der Lösung weit unter der Sättigungsgrenze liegt, ist ein ununterbrochenes Waschen der Ventilationsgase des Lager-Tankes nicht erforderlich, was einen weiteren Faktor für die gesamthafte Einfachheit und Sicherheit des ganzen Systems darstellt.
Der Gegenstrom-Fluss von Natriumchlorat und Schwefeldioxid im Reaktionsturm 14 stellt auch einen flüssigen Abfluss her, welcher Schwefelsäure und gelöstes Natrium-sulphat enthält. Dieser flüssige Abfluss kann vom unteren Ende des Reaktionsturmes 14 zu einer etwas weiter oben gelegenen Stelle im Reaktionsturm 14 rückgeführt werden, um so die Wirksamkeit der Verwendung der Chemikalien zu erhöhen.
Der flüssige Abfluss-Strom wird aus dem Boden des Reaktionsturmes 14 unter Verwendung einer zweiten Wasserstrahlpumpe 48 entfernt, welche damit mit der Leitung 50 verbunden ist. Die Wasserstrahlpumpe 48 wird durch die Leitung 52 gespiesen, welche ihrerseits von der sich ausserhalb davon befindlichen Leitung 30 versorgt wird, die parallel zur Wasserzufuhrleitung 28 der ersten Wasserstrahlpumpe 26 angebracht ist. Die zweite Wasserstrahlpumpe 48 dient dazu, den flüssigen Abfluss von der Basis des Reaktionsturmes 14 abzuziehen und zu verdünnen, um entlang der Leitung 52 abgeführt zu werden. Der verdünnte Schwefelsäure-Abfluss-Strom in der Leitung 52 kann für eine Vielzahl Schmutz-Beseitigungen und für die Herstellung von Alaun verwendet werden.
Eine kompakte Heiz-Vorrichtung 54 ist beigestellt, welche Heiz-Elemente 56 und einen Fön 58 umfasst, der die Luft über die Heiz-Elemente zum Wärme-Austausch mit drei feinen Rohr-Radiator-Bänken 60 bläst. Die Heiz-Vorrichtung 54 wird hauptsächlich dazu verwendet, um Schwefeldioxid auf eine erhöhte Temperatur von mehr als etwa 50 °C bis etwa 60 °C zu erwärmen, welches durch einen der Radiator-Bänke 60 strömt, damit die Chlordioxid herstellende Reaktion bei einer erhöhten Temperatur mit der ähnlich erwärmten Natriumchlorat-Lösung durchgeführt werden kann, wie weiter oben beschrieben. Die Heiz-Vorrichtung 54 erwärmt auch die Spül-Luft und das Spülwasser in den beiden anderen Radiator-Bänken 60.
Das Schwefeldioxid wird als Flüssigkeit aus einem der extern installierten Zylinder 22 entlang der Zufuhrleitung 62
in eine erste Expansionskammer 64 geleitet, um darin die Verdampfung zu erreichen. Das gasförmige Schwefeldioxid gélangt dann entlang der Leitung 66 in eine Wärmeaustausch-Wechselbeziehung mit dem Heizer 54, um dann in eine zweite Expansions-Kammer 68 zu gelangen, um anschliessend in die Zufuhrleitung 20 abgelassen zu werden.
Eine Luftspülleitung 70 verläuft in thermischer Verbindung mit dem Heizer 54 und erstreckt sich von einem Filter 72, der mit der Umgebung in Verbindung steht, zur Schwe-feldioxid-Zufuhr-Leitung 66 stromabwärts des Heizers 54 und weiter zu einer Stelle stromaufwärts der zweiten Expansions-Kammer 68.
Eine Wasserspülleitung 74 erstreckt sich zwischen der stromabwärtsliegenden Seite des Filters 34 und der Na-triumchlorat-Lösung-Zufuhrleitung 16 und verläuft in thermischer Verbindung mit dem Heizer 54.
Der Zweck der Spülleitungen 70 und 74 wird weiter unten offensichtlicher, wenn der Betrieb der Anlage 10 beschrieben wird.
Der Betrieb der Anlage 10 erfolgt in Übereinstimmung mit einer vorbestimmten Serie von Schritten, wie im logischen Flussdiagramm der Figur 3 dargestellt. Der Betrieb ist mit Bezug darauf beschrieben.
Der Beginn der Herstellung von Chlordioxid-Lösung kann sowohl manuell als auch als Reaktion auf den tiefen Spiegel der Chlordioxid-Lösung im Aufbewahrungs-Tank 42 erfolgen, gemessen durch den Niveau-Sensor LS-2. Solch ein tiefer Stand an vorrätiger Chlordioxid-Lösung beträgt normalerweise etwa 15% der Lagerkapazität des Tankes 42, was üblicherweise einem 30-minütigen Liefervorrat an Chlordioxid-Lösung bei einer maximal erreichbaren Geschwindigkeit des Flusses durch die Pumpe 44 entspricht.
Gemessene Werte für gewisse Parameter sind durch geeignete Sensoren festgestellt worden, um sicherzustellen,
dass sich diese innerhalb tolerierbarer Grenzen befinden, bevor eine weitere Operation erfolgt. Im folgenden werden die Parameter geprüft, deren «normalen» Werte und der verwendete Sensor:
Temperatur der nicht weniger als 50 °C TS-1
Natriumchlorat-
Lösung im Tank 18
Niveau des Vorrats an mehr als 20% des LS-1
Natriumchlorat im maximal möglichen Tank 18 Vorrates
Reaktor (14) weniger als 3325 Pa PS-7 Differenzdruck (von oben nach unten)
Temperatur des nicht mehr als 60 °C TS-4 austretenden Gases in (normalerweise weniger
Leitung 24 als 40 °C)
Schwefeldioxid-Vorrat mehr als 239,29 • 103 Pa PS-1
(1,44 atü [20 psig])) (normalerweise mehr als 377,56 • 103 Pa (2,85 atü [40 psig]))
Im Falle, dass der Wert eines der oben aufgeführten Parameter nicht in den tolerierbaren Grenzen liegt, wird die Anlage automatisch abgestellt und erfordert eine Nachstellung von Hand nach Korrektur des fehlerhaften Parameters..
Unter der Annahme, dass die Werte dieser Parameter innerhalb der erforderlichen Grenzen sind, wird die Ingangset-zungs-Reihenfolge begonnen. Der Heizer 54 (Ql) wird aktiviert und ein Luft-Ventil EV-3, welches sich an der Luftspülleitung 70 befindet, wird geöffnet. Durch diese Handlung
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wird die Schwefeldioxid-Zufuhr-Leitung 20 und der Reaktor 14 rasch aufgewärmt.
Die Wasser-Pumpe 32 (PI) wird in Betrieb genommen, " wodurch Wasser durch die Filter 34 zu den Wasserstrahlpumpen 26 und 48 fliesst und ein Reaktor-Druck-Zeitzähler wird gestartet. Der Wasserdruck wird durch den Drucksensor P5-5 gemessen, um sicherzustellen, dass der Wasserdruck stromabwärts der Filter 34 etwa 1135,65 • 103 Pa [10,58 atü (150 psig)] überschreitet. Im Falle, dass ein Druck-Wert nicht gemessen wird, stellt die Anlage ab.
Unter dem Einfluss des Wasserflusses entlang der Leitung 28, baut die Wasserstrahl-Pumpe 26 ein Vakuum im Reaktions-Turm 14 auf, und das Wasser fliesst entlang der Leitung 76 ab. Der Druck in der Leitung 24 wird durch den Druck-Sensor PS-4 gemessen und wenn der vorausbestimmte Vakuum-Wert von weniger als etwa 13 300 Pa nicht innerhalb einer vorausbestimmten Zeitspanne seit dem Start der Wasserpumpe erreicht wird, normalerweise 3 Minuten, bestimmt durch den Reaktor-Druck-Zeitzähler, als Ergebnis von luftundichten Stellen, Mangel an Wasser oder Filter-Blockierung, so stellt die Anlage ab.
Zur gleichen Zeit, als der Heizer 54 gestartet worden ist, beginnt auch ein Schwefeldioxid-Herstellungs-Zeitzähler. Durch die kombinierte Aktion der Wasserstrahl-Pumpe 26 und dem offenen Ventil EV-3 wird warme Luft durch die zweite Schwefeldioxid-Expansions-Kammer 68 gezogen und von da durch den Reaktions-Turm 14, wodurch auch dieser auf die erforderliche Reaktions-Temperatur aufgewärmt wird. Wenn die nachfolgend aufgezählten Bedingungen nicht innerhalb einer vorausbestimmten Zeitspanne seit dem Start des Heizers 54 (Ql) erreicht werden, normalerweise 3 Minuten, bestimmt durch den Schwefeldioxid-Herstellungs-Zeitzähler, so stellt die Anlage ab:
Temperatur der nicht weniger als 50 °C TS-2 Expansions-Kammer
Druck in der nicht mehr als 13300 Pa PS-3
Expansions-Kammer (100 mm Hg)
Temperatur im nicht weniger als 50 °C TS-5
Reaktions-Turm
Unter der Annahme, dass die gewünschten Bedingungen erreicht worden sind, wird dann das Ventil EV-3 geschlossen. Während der Herstellung von Chlordioxid-Lösung messen die Temperatur-Sensoren TS-2 und TS-5 ununterbrochen die betreffende Temperatur und falls der gemessene Wert nicht innerhalb des verlangten Bereiches liegt, werden die Absperrvorgänge eingeleitet. Entsprechend messen die Druck-Sensoren PS-3 und PS-4 ununterbrochen den jeweiligen Druck und falls der gemessene Wert nicht innerhalb des verlangten Bereiches liegt, werden die Absperrvorgänge eingeleitet.
Die Anlage ist jetzt bereit für die Chlordioxid-Herstellung. Das Ventil EV-1 in der Natriumchlorat-Lösung-Zufuhrleitung wird geöffnet und die Chlorat-Messpumpe P2 wird gestartet. Ein Chlorat-Fluss-Zeitzähler wird gestartet und falls der Fluss der Natriumchlorat-Lösung in der Leitung 16 nicht durch den Fluss-Sensor FS-1 innerhalb einer vorausbestimmten Zeitspanne, normalerweise 2 Minuten, gemessen wird oder wenn kein Fluss zu einer beliebigen Zeit während der Chlordioxid-Lösung-Herstellung festgestellt wird, so werden die Absperrvorgänge eingeleitet.
Wenn ein Fluss von Natriumchlorat-Lösung vorhanden ist, wird das Schwefeldioxid-Zufuhrventil EV-2 geöffnet, um die Chlordioxid-Herstellung in Gang zu setzen. Nach einer kurzen Verzögerung, um die Chlordioxid-Bildung zu starten, wird das Ventil EV-5 geöffnet, wodurch eine Verbindung zwischen der Leitung 40 und dem Lager-Tank 42 hergestellt wird, und so der Chlordioxid-Lösung ermöglicht wird, aus dem Modul 12 in den Lager-Tank 42 hinüberzufliessen und der Fluss durch die Ablaufleitung 76 wird dann eingestellt.
Wie weiter oben festgehalten, werden mehrere Parameter ununterbrochen aufgezeichnetem sicherzustellen, dass diese innerhalb vorbestimmter Grenzen während der Chlordioxid-Herstellung bleiben. Diese Parameter werden weiter unten zusammenfassend aufgezählt:
Temperatur der Schwefeldioxid-Expansions-
Kammer TS-2
Temperatur der Reaktor-Flüssigkeit TS-5
Druck im Reaktor PS-4
Druck in der S02-Expansions-Kammer PS-3
Chlorat-Fluss FS-1
Wasser-Druck PS-5
Zusätzlich zu diesen Parametern werden andere Parameter auch ununterbrochen gemessen, um jede Abnormalität anzuzeigen. Diese zusätzlichen Parameter sind die folgenden:
T emperatur des Chlorat-Lagers TS-1
Temperatur des austretenden Gases TS-4
Reaktor Differenzdruck PS-7
Chlorat-Vorrats-Spiegél LS-1
S02-Vorrats-Spiegel PS-1
Falls während der Herstellung der Chlordioxid-Lösung mittels der Anlage 10 irgend einer dieser Sensoren einen Wert feststellt, welcher ausserhalb des verlangten, weiter oben angegebenen Bereiches liegt, so werden die Absperrvorgänge eingeleitet. Der Kontroll-Kreis, normalerweise in einem Kontroll-Schaltkasten, der hier nicht eingezeichnet ist, untergebracht, kann auch eine aufeinanderfolgende Abtastung mit möglicher Lichtanzeige einschliessen für die sofortige Feststellung der Störungsquelle im Falle einer Ausserbetriebsetzung. Hörbare Signale bei einer Störung können auch verwendet werden. Diese Überprüfungen gewähren automatisch einen fehlerfreien Betrieb.
Wenn der Spiegel der Chlordioxid-Lösung im Lager-Tank 42 das gewünschte Vorratsniveau erreicht hat, gemessen durch den Spiegel-Sensor LS-3, gewöhnlich bei etwa 85% der Gesamtlager-Kapazität des Lager-Tankes 42, erfolgt eine Ausserbetriebsetzung-Reihenfolge, welche das weiter oben beschriebene Start-Verfahren umdreht.
Dieses Ausserbetriebsetzungs-Verfahren ist auf dem logischen Fluss-Diagramm in Figur 3 nicht angegeben, weil es sofort ersichtlich ist aus der logischen Reihenfolge der Inbetriebnahme.
Im Falle, dass bei der Feststellung des gewünschten Vor-rats-Spiegels durch LS-3 nicht die Ausserbetriebsetzung erfolgt, so ist ein weiterer Niveau-Sensor LS-4 vorhanden, welcher übermässig hohe Vorräte feststellt, wie etwa solche, bei etwa 95% der maximalen Lager-Kapazität des Lager-Tankes 42, und dann die Ausserbetriebsetzung und Sperrung des Lager-Tankes 42 einleitet.
Eine zeitlich festgelegte Reinigungsoperation, bezeichnenderweise etwa 5 Minuten dauernd, charakterisiert die letzte Phase der normalen oder abnormalen Ausserbetriebsetzung. Nach dem Beginn der Reinigungs-Reihenfolge, unter Verwendung eines Reinigungs-Zeitzählers, werden das Wasser-Reinigungs-Ventil EV-8 und das Luft-Reinigungs-Ventil EV-3 geöffnet und sowohl die Wasser-Pumpe PI als auch die Chlorat-Messpumpe P2 gestartet.
Das Wasser, welches zur Wasserstrahlpumpe 26 unter dem Einfluss der Pumpe PI fliesst, verursacht Spülluft, die durch die Gasflussleitungen und den Turm 14 gezogen wird und dieselben auch reinigt. Die Luft wird entlang der Leitung 38 an die Atmosphäre abgegeben und das Wasser überläuft und entleert sich durch Leitung 76.
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Das Wasser, welches in der Chloratleitung 16 unter dem Einfluss der Pumpe P2 fliesst, spült die Chloratleitung und wäscht auch flüssiges Material aus dem Turm 14 heraus. Das Wasser, welches zur Wasserstrahlpumpe 48 unter dem Einfluss der Pumpe PI fliesst, verursacht, dass der flüssige Abfluss aus dem Reaktions-Turm 14 entfernt wird und in die Leitung 53 entleert wird.
Erwärmte Luft und erwärmtes Wasser werden in den Reinigungssequenzen verwendet, damit bei einer nachfolgenden Inbetriebsetzung der Anlage weniger Wärme benötigt wird.
Wenn die erforderlichen Reinigungs-Operationen abgeschlossen sind, entsprechend der Festlegung durch den Reinigungs-Zeitzähler, werden die Pumpen PI und P2 abgestellt und die Ventile EV-3 und EV-8 werden geschlossen. Wenn die Anlage abgestellt worden ist im Zuge der normalen Betriebsbedingungen, so ist die Anlage in einer Warte-Stellung und kann dann entweder von Hand oder automatisch als Folge des durch den Sensor LS-2 gemessenen tiefen Chlordioxid-Lösungs-Spiegels im Lager-Tank 42 wieder in Gang gesetzt werden. Wenn die Anlage abgestellt worden ist als Folge von abnormalen Betriebsbedingungen, so kann die Anlage erst wieder gestartet werden, wenn die betreffende Ursache manuell behoben worden ist.
Ein weiterer Druck-Sensor PS-6 ist an der Expansions-Kammer 68 angebracht. Dieser Druck-Sensor verursacht, dass das Ventil EV-7 geöffnet und Schwefeldioxid abgeblasen wird, wenn ein Druck von mehr als 204,96 • 103 Pa [1,09 atü (15 psig)] in der Expansions-Kammer gemessen wird, so dass dadurch verhindert wird, dass flüssiges Schwefeldioxid in den Reaktionsturm 14 gelangen kann.
Die Anlage 10 benötigt daher ein kompaktes Ausrüstungs-Modul 12, welches nur eine Verbindung zu einem Natriumchlorat-Lösung-Lager-Tank 18, einem Lager-Zylinder 22 mit flüssigem Schwefeldioxid, einer Wasserzufuhrleitung 28, einem Chlordioxid-Lösung-Lager-Tank 42, einer elektrischen Stromquelle und Ablassleitungen 53 und 76 benötigt. Dieses Modul 12 ist sofort an einer entlegenen Stelle in kompakter Form bereitgestellt, wie in Figur 2 dargestellt, und sofort an den Platz der Verwendung der Chlordioxid-Lösung befördert.
Mit der Anlage 10 wird eine Chlordioxid-Lösung hergestellt, die im wesentlichen frei von Chlor ist und für die Abwasser-Behandlung verwendet wird. Die Anlage wird automatisch in Betrieb gesetzt, wenn ein geringes Vorratsniveau vorhanden ist, oder sie kann gewünschtenfalls auch von Hand in Betrieb genommen werden. Die Anlage 10 hat eingebaute Sicherheitsprüfsysteme, die eine einwandfreie Funktionsweise und eine automatische Ausserbetriebsetzung in Kombination mit hörbaren und sichtbaren Signalen im Falle einer Fehlfunktion sicherstellen.
Die Anlage 10 braucht im wesentlichen keinen Unterhalt, benötigt bloss externe Zulieferung von Strom und Wasser für den Betrieb und bedarf nur periodischer Überprüfungen der Chlorat- und Schwefeldioxid-Vorräte durch einen einzigen nicht speziell ausgebildeten Bediener der Maschine.
Beispiel
Eine Betriebsanlage in kleinem Massstab von der weiter oben beschriebenen Art mit Bezug auf die Figuren 1 bis 3 wurde in Betrieb genommen, um eine wässrige Chlordioxid-Lösung herzustellen, welche eine Konzentration von 3 g/1 aufwies. Der Reaktor 14 wurde bei einer Temperatur von 60 °C und einem Druck von 13 300 Pa (100 mm Hg) betrieben. Die nachfolgenden Parameter wurden erhalten pro Pfund hergestelltes Chlordioxid:
Verwendete Chemikalien Pfund/Pfund C102
NaClOs 2.35
S02 2.616
Verwendete Säure
H2S04 0.92
Na2S04 3.04
NaC103 0.07
Zustellungen
Wasser 170,31
Strom 10 kW
Zusammenfassend kann gesagt werden, dass mit der vorliegenden Erfindung ein verbessertes automatisiertes Verfahren für die Herstellung von Chlordioxid-Lösungen für die Verwendung in der Abwasser-Behandlung offenbart wird. Modifikationen im Bereich dieser Erfindung sind möglich.
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3 Blatt Zeichnungen
Claims (11)
1) einen ersten Fluss-Sensor (FS-1) für die Messung des Flusses oder die Feststellung des Nichtfliessens der Na-triumchlorat-Lösung durch die erste Zuführ-Leitung (16), und m) Mittel zur jeweils einzelnen Betätigung jedes der einzelnen steuerbaren Ventile (EV-1, EV-3, EV-5, EV-8) in vorausbestimmter Weise als Reaktion auf vorausbestimmte Parameter, gemessen durch die Sensoren (TS-1, TS-2, TS-4, TS-5, PS-1, PS-4, PS-7, PS-3, PS-5, FS-1).
1) Inbetriebsetzen des Flusses von flüssigem Schwefeldioxid aus der Lager-Zone des flüssigen Schwefeldioxides, Expandieren des flüssigen Schwefeldioxides zur Bildung von gasförmigem Schwefeldioxid und Erwärmen des gasförmigen Schwefeldioxides auf eine Temperatur von 50 °C bis 60 °C, und m) Inbetriebsetzen des Druckflusses der wässrigen Chlordioxid-Lösung in die Lager-Zone der wässrigen Chlor-dioxid-Lösung.
1. Verfahren zur Herstellung einer wässrigen Chlordioxid-Lösung durch Reaktion von gegeneinander fliessenden Reaktant-Strömen von Natriumchlorat-Lösung und Schwefeldioxid bei einer totalen Säure-Normalität von 9,5 bis 11 in einer geraden Gas-Flüssigkeit-Reaktions-Zone und der Kontaktnahme des entstandenen Chlordioxid-Gasstromes mit Wasser, damit eine wässrige Chlordioxid-Lösung entsteht, dadurch gekennzeichnet, dass die fliessenden Reak-tant-Ströme eine Temperatur von 50 °C bis 60 °C haben, die Reaktion bei einer Temperatur von 50 °C bis 80 °C durchgeführt wird, die Reaktionszone bei einem subatmosphärischen Druck von 10 640 Pa bis 13 300 Pa und oberhalb des Siedepunktes des Reaktionsmediums gehalten wird, und das Chlordioxid mit Wasser in Kontakt gebracht wird bei einer Temperatur von 5 °C bis 25 °C bei einer genügenden Fluss-Geschwindigkeit des Wassers, damit eine wässrige Chlordi-oxid-Lösung mit einer Konzentration an gelöstem Chlordioxid von weniger als 3 g/1 gebildet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das entstandene flüssige Nebenprodukt aus der Reaktionszone durch Sog abgezogen wird.
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PATENTANSPRÜCHE
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen der Flüssigkeit in einem Lager-Tank, in den die wässrige Chordioxid-Lösung hineinfliesst, ununterbrochen gemessen wird, die Herstellung der wässrigen Chlordioxid-Lösung mittels dem Verfahren eingeleitet und als Reaktion auf einen vorausbestimmten, gemessenen zu geringen Volumen-Wert, und die Herstellung der wässrigen Chlordioxid-Lösung beendet wird als Reaktion auf einen vorausbestimmten, gemessenen oberen Volumen-Wert.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass beim Beginn der Herstellung der wässrigen Chlordi-oxid-Lösung mittels dem Verfahren die folgenden Operationen bewirkt werden:
a) Messen der Temperatur der wässrigen Natriumchlorat-Lösung in einer Lager-Zone davon, um sicherzustellen, dass die Temperatur nicht geringer ist als 50 °C,
b) Messen des Volumens der wässrigen Natriumchlorat-Lösung in der Natriumchlorat-Lösung-Aufbewahrungs-Zone, um sicherzustellen, dass das Volumen grösser ist als eine vorausbestimmte untere Grenze,
c) Messen des Differenzdruckes zwischen dem oberen und dem unteren Ende der Reaktions-Zone, um sicherzustellen, dass der Differenzdruck weniger als 3325 Pa ist,
d) Messen der Temperatur des aus der Reaktions-Zone austretenden Gases, um sicherzustellen, dass die Temperatur des austretenden Gases nicht mehr als 60 °C beträgt,
e) Messen des Druckes des flüssigen Schwefeldioxides, von dem der gasförmige Schwefeldioxid-Zufuhr-Strom gebildet wird, um sicherzustellen, dass der Druck mindestens 239,29 • 103 Pa beträgt,
f) Inbetriebsetzen der Erwärmung eines Luftstromes, der mit der Reaktions-Zone in Verbindung steht, Messen der Temperatur des austretenden Gas-Stromes aus der Reak-tions-Zone, um sicherzustellen, dass eine Temperatur von 50 °C bis 60 °C erreicht wird in einer ersten vorausbestimmten Zeitspanne und Messen der Temperatur in einer Expan-sions-Zone im Schwefeldioxid-Zufuhr-Strom, um sicherzustellen, dass eine Temperatur von 50 °C bis 60 °C erreicht wird in der ersten vorausbestimmten Zeitspanne,
g) Einstellen der Erwärmung des Luftstromes und des Flusses davon in die Reaktions-Zone nach der ersten vorausbestimmten Zeitspanne,
h) Inbetriebsetzen des Wasserstromes, um die Verwendung von subatmosphärischem Druck im oberen Ende der Reaktions-Zone und die Saugwirkung im unteren Ende der Reaktions-Zone zu erwirken,
i) Messen des Druckes des Wassers, um sicherzustellen, dass ein Wasserfluss-Druck von wenigstens 1135,65 • 103 Pa erreicht wird,
j) Messen des Druckes des austretenden Gas-Stromes, um sicherzustellen, dass die Reaktions-Zone einen Druck hat von 10 640 bis 13 300 Pa in einer zweiten vorausbestimmten Zeitspanne,
k) Inbetriebsetzen des Flusses der Natriumchloratlösung aus der Natriumchlorat-Lager-Zone in das obere Ende der Reaktions-Zone und Messen, um sicherzustellen, dass ein • Fluss der Natriumchloratlösung erreicht worden ist in einer dritten vorausbestimmten Zeitspanne,
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5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass während der Herstellung von wässriger Chlordioxid-Lösung mit dem Verfahren die folgenden Operationen bewirkt werden:
a) Messen der Temperatur der Natriumchlorat-Lösung in der Lager-Zone der Natriumchlorat-Lösung, um sicherzustellen, dass die Temperatur der Natriumchlorat-Lösung innerhalb des Bereiches von 50 °C bis 55 °C ist,
b) Messen der Temperatur des gasförmigen Chlordioxides, welches die Reaktions-Zone verlässt, um sicherzustellen, dass die Temperatur des gasförmigen Chlordioxides innerhalb des Bereiches von 50 °C bis 60 °C ist,
c) Messen des Differenzdruckes zwischen dem oberen Ende und dem unteren Ende der Reaktions-Zone, um sicherzustellen, dass der Differenzdruck weniger als 3325 Pa beträgt,
d) Messen des Volumens der wässrigen Natriumchlorat-Lösung in der Natriumchlorat-Lager-Zone, um sicherzustellen, dass das Volumen grösser erhalten bleibt als ein minimaler vorausbestimmter Wert angibt,
e) Messen des Druckes des flüssigen Schwefeldioxides, um sicherzustellen, dass der Druck des flüssigen Schwefeldioxides einen grösseren Wert erhält als 377,56 • 103 Pa,
f) Messen der Temperatur des Reaktionsmediums in der Reaktions-Zone, um sicherzustellen, dass die Temperatur des Reaktionsmediums im Bereich von 50 °C bis 80 °C ist,
g) Messen der Temperatur des gasförmigen Schwefeldioxides, um sicherzustellen, dass die Temperatur des Schwefeldioxides einen minimalen Wert von 50 °C überschreitet,
h) Messen des Druckes in der Reaktions-Zone, um sicherzustellen, dass der Druck in der Reaktions-Zone weniger als einen maximalen Wert von 13 300 Pa beträgt,
i) Messen des Flusses der Natriumchlorat-Lösung in die Reaktions-Zone, um sicherzustellen, dass der Fluss der Na-triumchlorat-Lösung erhalten bleibt,
j) Messen des Druckes des Wasser-Flusses, um sicherzustellen, dass ein Druck von wenigstens 1135,65 • 103 Pa erhalten bleibt, und k) Messen des Volumens der Chlordioxid-Lösung in der Lager-Zone der Chlordioxid-Lösung, um sicherzustellen, dass das Volumen von Chlordioxid nicht den oberen vorausbestimmten Volumen-Wert überschreitet.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Herstellung von wässriger Chlordioxid-Lösung eingestellt wird, im Falle, dass einer der gemessenen Parameter nicht mit dem vorbestimmten Wert übereinstimmt.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Einstellung der Herstellung von wässriger Chlordioxid-Lösung die nachfolgenden Schritte ausgeführt werden:
a) Umkehren der Sequenz der Schritte wie sie in Anspruch 4 definiert sind für die Ingangsetzung der Herstellung der wässrigen Chlordioxid-Lösung, und b) Wegspülen von Flüssigkeiten aus Flüssigkeits-Strömen mit Wasser, und Wegspülen von Gasen aus Gas-Strömen mit Luft.
8. Eine Chlordioxid herstellende Vorrichtung für die Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 7 mit einem aufrechten rohrförmigen Gas-Flüssigkeit-Gegen-strom-Kontakt-Turm, versehen mit einer ersten Zufuhr-Leitung, verbunden mit dem oberen Ende des Turmes, für die Zuführung von wässriger Natriumchlorat-Lösung, versehen mit einer zweiten Zufuhr-Leitung, verbunden mit dem unteren Ende des Turmes, für die Zuführung von gasförmigem Schwefeldioxid, versehen mit einer Leitung für das gasförmige Produkt, verbunden mit dem oberen Ende des Turmes, für die Abführung des gasförmigen Chlordioxid-Produktes, gebildet durch die Reaktion der gegeneinander fliessenden Ströme, und einer Leitung für das flüssige Produkt, verbunden mit dem unteren Ende des Turmes, für die Abführung des flüssigen Nebenproduktes, gekennzeichnet durch a) eine erste Wasserstrahlpumpe (26), verbunden mit der Leitung (24) für das gasförmige Produkt, einer ersten Wasserleitung (28) für die Wasserzufuhr, die mit der ersten Wasserstrahlpumpe (26) verbunden ist, so dass die erste Wasserstrahlpumpe (26) den Turm (14) unter einen subatmosphärischen Druck setzt mittels der Leitung (24) für das gasförmige Produkt, wobei das Wasser, welches mit dem Chlordioxid in Kontakt kommt, damit eine wässrige Chlordioxid-Lösung bildet, und eine Leitung (40) für die wässrige Chlordioxid-Lösung ist mit der ersten Wasserstrahlpumpe (26) verbunden,
b) eine zweite Wasserstrahlpumpe (48), verbunden mit der Leitung (50) für das flüssige Produkt, einer zweiten Wasserleitung (52) für die Wasserzufuhr, verbunden mit der zweiten Wasserstrahlpumpe (48), so dass ein Sog am unteren Ende des Turmes (14) angewendet wird, um das flüssige Nebenprodukt durch die für das flüssige Produkt vorgesehene Leitung (50) abzusaugen und dasselbe zu verdünnen, und eine wässrige Abfluss-Leitung (53), welche mit der zweiten Wasserstrahlpumpe (48) verbunden ist,
c) eine Wasserpumpe (32), derart hergerichtet, dass ihre stromaufwärts liegende Seite mit einer Wasserquelle verbunden ist, und ihre stromabwärts liegende Seite, mit der ersten und zweiten Wasserstrahlpumpe (26,48) durch die erste und zweite Wasserleitung (28, 52) verbunden ist, welche Wasserstrahlpumpen (26,48) parallel zueinander geschaltet sind,
und d) einen Heizer (54) in einer Wärme austauschenden Verbindung mit der zweiten Zufuhrleitung (20) für die Erwärmung von Schwefeldioxid, welches dadurch fliesst.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch a) einen Lager-Tank (18) für die Natriumchlorat-Lösung, verbunden mit der ersten Zufuhrleitung (16), einzeln steuerbar durch ein erstes Ventil (EV-1), und einer Na-triumchlorat-Lösung-Pumpe (P2),
b) einen Lager-Zylinder (22) für flüssiges Schwefeldioxid, verbunden mit einer Expansions-Kammer (64), in welcher das flüssige Schwefeldioxid in gasförmiges Schwefeldioxid übergeführt wird, und einer zweiten Zufuhrleitung (20),
c) einem Lager-Tank (42) für die Chlordioxid-Lösung, verbunden mit der Leitung (40) für die wässrige Chlordioxid-Lösung, einzeln steuerbar durch ein zweites Ventil (EV-5),
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d) eine Luft-Leitung (70), in Wärmeaustausch-Beziehung mit dem Heizer (54) stehend, welche über ein einzeln steuerbares drittes Ventil (EV-3) mit der zweiten Zufuhrleitung (20) bei einer Stromabwärts des Wärmetauschers gelegenen Stelle verbunden ist, und e) eine Spülwasser-Leitung (74) in Wärmeaustausch-Beziehung mit dem Heizer (54) stehend, verbunden mit der Wasser-Pumpe (32) und der ersten Zufuhr-Leitung (16), stromabwärts der Natriumchlorat-Lösung-Pumpe (P2), einzeln steuerbar durch ein viertes Ventil (EV-8).
10. Eine Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch a) einen ersten Spiegel-Sensor (LS-2) für die Messung des vorausbestimmten unteren Niveaus der Chlordioxid-Lösung im Lager-Tank (42) für die Chlordioxid-Lösung, entsprechend einem Spiegel, bei dem die Herstellung der Chlordioxid-Lösung durch die Vorrichtung wieder einsetzt,
b) einen zweiten Spiegel-Sensor (LS-3) für die Messung des vorausbestimmten oberen Niveaus der Chlordioxid-Lösung im Lager-Tank (42) für die Chlordioxid-Lösung, entsprechend einem Spiegel, bei dem die Herstellung der Chlordioxid-Lösung durch die Vorrichtung wieder aussetzt,
c) einen ersten Temperatur-Sensor (TS-1) für die Messung der Temperatur der Natriumchlorat-Lösung im Lager-Tank (18) für die Natriumchlorat-Lösung,
d) einen zweiten Temperatur-Sensor (TS-2) für die Messung der Temperatur des Schwefeldioxid-Gases in der zweiten Zufuhr-Leitung (20), stromabwärts der Verbindung mit der Luft-Zufuhr-Leitung (70),
e) einen dritten Temperatur-Sensor (TS-4) für die Messung der Temperatur des Chlordioxid-Gases in der Leitung (24) für das gasförmige Produkt,
f) einen vierten Temperatur-Sensor (TS-5) für die Messung der Temperatur des flüssigen Nebenproduktes im unteren Ende des Turmes (14),
g) einen ersten Druck-Sensor (PS-1) für die Messung des Druckes des flüssigen Schwefeldioxides im Lager-Zylinder (22) für das Schwefeldioxid,
h) einen zweiten Druck-Sensor (PS-4) für die Messung des Druckes des Chlordioxid-Gases in der Leitung (24) für das gasförmige Produkt,
i) einen dritten Druck-Sensor (PS-7) für die Messung des Differenzdruckes zwischen dem oberen Ende und dem unteren Ende des Turmes (14),
j) einen vierten Druck-Sensor (PS-3) für die Messung des Druckes des Schwefeldioxid-Gases in der zweiten Zufuhr-Leitung (20) an der Stelle des zweiten Temperatur-Sensors (TS-2),
k) einen fünften Druck-Sensor (PS-5) für die Messung des Druckes des Wassers auf der stromabwärts liegenden Seite der Wasserpumpe (32),
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11. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie in einem einzigen Modul angeordnet ist.
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