СПОСОБ КАТАЛИТИЧЕСКОГО РАЗЛОЖЕНИЯ ГИПОХЛОРИТА

Изобретение относится к химической технологии, а именно к способам обезвреживания водного раствора гипохлорита, образующегося в процессе очистки технологических газов от хлора.

Известно большое число способов обезвреживания водного раствора гипохлорита с использованием всевозможных восстановителей, например лигносульфоната технического [патент РФ 2073637, кл. С 01 В 11/06, опубл. 20.02.97]. Такие варианты обезвреживания гипохлоритного раствора требуют значительного расхода восстановителей, сопряжены с вторичным загрязнением сточных вод продуктами окисления и хлорирования восстановителей. В случае использования лигносульфоната технического, являющегося отходом производства целлюлозы, не исключено образование ксенобиотиков типа диоксина.

Весьма перспективны методы каталитического обезвреживания водного раствора гипохлорита. Так, известен способ обезвреживания раствора гипохлорита путем разложения гипохлорита в присутствии катализатора. Раствор с катализатором нагревают до температуры 80÷100^oС и пропускают через слой сыпучего материала, например кварцевого песка, содержащего 1÷5 г/л гидрокcида никеля или кобальта [авт. св. СССР 311867, кл. С 01 В 11/06, опубл. 19.08.71]. Способ требует периодической регенерации контактной массы. Для этого фильтрующий материал обрабатывают соляной кислотой, а из полученного раствора осаждают гидроксиды никеля или кобальта, которые возвращают обратно в процесс. Способ весьма трудоемок при оформлении непрерывного процесса.

Другой известный способ обезвреживания и утилизации гипохлоритного раствора основан на разложении гипохлорита при нагревании до 90^oС в присутствии в качестве катализатора раствора хлоридов тяжелых металлов (железа и никеля), взятого в объемном отношении к гипохлоритному раствору 1:500÷1:1000 [патент РФ 2091327, кл. С 02 F 1/72, С 01 F 11/24, опубл. 27.09.97].

Этот способ решает проблему организации разложения гипохлорита в непрерывном варианте, но осложняется необходимостью последующей очистки пульпы от образующихся гидроксидов тяжелых металлов.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к предлагаемому является известный способ каталитического разложения гипохлорита по патенту РФ 2091296, кл. С 01 В 11/06, С 02 F 1/70, опубл. 27.09.97. Этот способ включает контактирование потока жидкости, содержащей гипохлорит-ионы, со слоем катализатора в виде частиц, который разлагает гипохлорит-ионы с выделением газообразного кислорода, причем процесс ведут по крайней мере в двух последовательно соединенных слоях катализатора, которые расположены в каскаде со стояками, свободными от катализатора, между последовательными слоями, и поток жидкости, содержащей гипохлорит-ионы, течет вниз через по крайней мере первые два из последовательно соединенных слоев в противотоке к газообразному кислороду, выделившемуся при разложении гипохлорит-ионов, и вверх через стояки между последовательными слоями катализатора. Концентрация гипохлорит-ионов в потоке жидкости в пересчете на гипохлорит натрия равна по крайней мере 20 г/л. Поток жидкости по известному способу течет через слой катализатора в виде частиц с объемной скоростью 0,1÷10 ч^-1 при температуре 10÷90^oС. В приведенном примере концентрация гипохлорита натрия в растворе снижена с 97,42 до 0,146 г/л (степень очистки 99,85%), в другом опыте - с 69,03 до 0,088 г/л (степень очистки 99,87%).

В известном способе использован специальный катализатор "Экструдат А" по опубл. EP 0397342 А с частицами диаметром около 3 мм. Использование отечественного никельсодержащего катализатора марки ГИАП-3-6Н сопровождается постепенным разрушением зерен катализатора с образованием мелкодисперсного нерастворимого осадка гидроксидов алюминия и никеля в количестве от 9 до 24 г на 1 л очищенного раствора. Разрушение и унос гидроксидов в процессе разложения водного раствора гипохлорита приводит к значительному расходу катализатора (9-24 г на литр очищаемого раствора).

Технической задачей настоящего изобретения является уменьшение потерь катализатора с очищаемым раствором при разложении гипохлорита в водных растворах.

Поставленная задача решается тем, что в способе каталитического разложения гипохлорита, включающем контактирование потока жидкости, содержащей гипохлорит-ионы, с катализатором в виде частиц, который разлагает гипохлорит-ионы с выделением газообразного кислорода, в противотоке потока жидкости, содержащей гипохлорит-ионы, к газообразному кислороду, выделяющемуся при разложении гипохлорит-ионов, при температуре 20-90^oС, согласно изобретению в качестве катализатора используют оксид никеля, диспергированный на оксиде алюминия, при этом поток жидкости после контактирования с катализатором дополнительно контактируют с зернистым фильтром, содержащим осколки частиц катализатора, образующиеся в процессе контактирования исходного потока жидкости с упомянутым катализатором.

В качестве зернистого фильтра могут использовать речной песок зернением 0,5-2 мм.

В качестве катализатора могут использовать промышленные катализаторы ГИАП-3-6Н или ГИАП-8.

Способ проверен в лабораторных условиях.

Пример 1
Водно-щелочной раствор, содержащий 90 г/л гипохлорита натрия, направляют в стеклянный реактор, снабженный наружным электрообогревом. В реактор предварительно послойно загружают речной песок зернением 0,5÷2 мм в количестве 100 см³ (нижний слой) и промышленный никельсодержащий катализатор марки ГИАП-3-6Н (верхний слой), представляющий собой оксид никеля, диспергированный на оксиде алюминия, в количестве 50 см³. Разложение гипохлорита проводят при температуре 80^oС в противотоке потока раствора потоку кислорода, выделяющегося при разложении гипохлорита. Раствор гипохлорита натрия подают в реактор сверху со скоростью 180 мл/ч. Этот раствор последовательно контактирует с катализатором ГИАП-3-6Н и с зернистым фильтром, содержащим осколки катализатора, представляющие собой частицы, состоящие из гидроксидов никеля и алюминия. Концентрация гипохлорита натрия в растворе на выходе из реактора составляет 0,01 г/л, концентрация катионов никеля в этом растворе - 2,8 мг/л. Степень разложения гипохлорита 99,99%. Продолжительность опыта - 16 ч. За это время очищено 2,9 л раствора. По окончании опыта нижний слой из реактора (слой песка с осколками частиц катализатора) обрабатывают раствором соляной кислоты с последующим анализом кислоты для определения содержания катализатора в этом слое. Найдено 2,3 г катионов никеля, т.е. концентрация никеля в материале зернистого фильтра - 23 г/дм³.

Пример 2
Водно-щелочной раствор, содержащий 102 г/л гипохлорита натрия, направляют сверху в реактор, заполненный послойно речным песком зернением 2÷3 мм в количестве 180 см³ (нижний слой) никельсодержащим промышленным катализатором марки ГИАП-8 (верхний слой), содержащим 6 мас.% оксида никеля на оксиде алюминия, зернением 2÷3 мм в количестве 180 см³. Разложение гипохлорита натрия проводят при температуре 80^oС и подаче раствора со скоростью 90 мл/ч в противотоке потоку кислорода, выделяющегося при разложении гипохлорита. Концентрация гипохлорита в растворе на выходе из реактора составляет 0,07 г/л, что соответствует степени разложения гипохлорита 99,93%; концентрация катионов никеля в растворе - 2,8 мг/л.

Пример 3 (контрольный).

Водно-щелочной раствор, содержащий 70 г/л гипохлорита натрия, подвергают разложению в слое катализатора марки ГИАП-3-6Н зернением 1÷3 мм. Количество катализатора составляет 100 см³. Разложение проводят при температуре 80^oС в противотоке потока раствора гипохлорита натрия потоку выделяющегося кислорода. Скорость подачи раствора составляет 120 мл/ч. Концентрация гипохлорита натрия после контакта с катализатором составляет 0,14 г/л, что соответствует степени очистки 99,8%. Выходящий из реактора раствор содержит взвесь гидроксидов никеля и алюминия, общее содержание осадка в растворе после очистки от гипохлорита составляет 9,4 г/л.

Из примеров 1 и 2 видно, что дополнительное контактирование очищаемого раствора с катализатором в мелкораздробленной форме, распределенном на зернистом материале, заметно повышает степень очистки. Это можно объяснить тем, что выделяющийся кислород не задерживается на мелких частицах катализатора и не препятствует контакту раствора с катализатором, что существенно при низкой остаточной концентрации гипохлорита в растворе. Зернистый материал является подходящим носителем для таких частиц, причем более эффективен материал с зернением 0,5÷2 мм (см. пример 1). Потери катализатора не превышают 2,8 мг на 1 л раствора.

Таким образом, дополнительное контактирование раствора гипохлорита со слоем речного песка, в котором диспергированы осколки никельсодержащего катализатора, позволяет повысить эффективность разложения гипохлорита, сокращает потери катализатора и устраняет необходимость дополнительной фильтрации раствора от осадка, образующегося в результате разрушения катализатора.