專(zhuān)利名稱(chēng)：一種氯化氫催化氧化制氯氣的工藝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種由氯化氫催化氧化生產(chǎn)氯氣的工藝方法，屬于化工工藝過(guò)程技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景在氯堿工業(yè)中，氯和燒堿是氯堿工業(yè)的兩大主要產(chǎn)品，這兩種產(chǎn)品的產(chǎn)量有著密切的聯(lián) 系。當(dāng)市場(chǎng)對(duì)含氯產(chǎn)品的需求增加時(shí)，燒堿的產(chǎn)量也將上升。如果不能夠處理好兩者的關(guān)系， 使得氯和燒堿的需求量呈現(xiàn)不平衡發(fā)展，則將對(duì)氯堿工業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生不良影 響。目前，含氯產(chǎn)品的需求不斷增長(zhǎng)，單純靠發(fā)展氯堿工業(yè)來(lái)補(bǔ)充氯的供給不足勢(shì)必導(dǎo)致燒 堿的過(guò)剩，因此，化學(xué)工業(yè)氯堿消耗平衡的問(wèn)題十分重要。工業(yè)上許多過(guò)程以氯氣為原料產(chǎn)生氯化氫副產(chǎn)物，而副產(chǎn)氯化氫是一種價(jià)格便宜、需求 量小、腐蝕性強(qiáng)、很難處理的化學(xué)品。因此，人們希望找到一種既經(jīng)濟(jì)又安全的氯化氫制氯 氣過(guò)程。這不僅能夠解決氯化氫對(duì)環(huán)境的污染問(wèn)題，而且在一定程度上還會(huì)滿(mǎn)足工業(yè)上對(duì)氯 氣不斷增長(zhǎng)的需求。文獻(xiàn)和專(zhuān)利中有很多氯化氫制備氯氣的方法，主要有電解法、無(wú)機(jī)氧化 劑直接氧化法、催化劑空氣/氧氣氧化法(即Deacon過(guò)程)。電解法能耗太大，成本高；無(wú) 機(jī)氧化劑直接氧化法的缺點(diǎn)是設(shè)備比較復(fù)雜，產(chǎn)物分離困難，同時(shí)能耗較大；Deacon過(guò)程是 在CuCl2催化劑存在的條件下，氧氣或空氣氧化氯化氫的過(guò)程。 一般認(rèn)為Deacon過(guò)程的反 應(yīng)機(jī)理(CuO為催化劑)如下Cud2/CuO2HCI+1/2 02 、^ H20+Cl2上述反應(yīng)是可逆反應(yīng)，產(chǎn)物氣體包含為反應(yīng)的氯化氫(HCI)、氧氣和原料氣體中的惰 性氣體以及產(chǎn)物氯氣、水蒸氣，HC1轉(zhuǎn)化率通常小于80X。為了提高HC1的轉(zhuǎn)化率，Benson實(shí)驗(yàn)室(M. Mortensen， R.G Minet， T.T. Tsotis, S.W. Benson, The development of a dual fluidized-bed reactor system for the conversion of hydrogen chloride to chlorine, Chem. Eng. Sci. 54:2131-2139， 1999)提出了采用二個(gè)循環(huán)流化床反應(yīng) 器的氯化氫制氯氣過(guò)程，韓明漢等(中國(guó)專(zhuān)利，ZL02146784.6)提出了一種采用二段循環(huán)流 化床反應(yīng)器的氯化氫催化氧化制氯氣工藝方法及裝置。二種方法均是根據(jù)反應(yīng)機(jī)理將該過(guò)程 分為氧氯化和氯化二個(gè)步驟，高溫下進(jìn)行氧氯化反應(yīng)，低溫下進(jìn)行氯化反應(yīng)，從而提高HC1 的轉(zhuǎn)化率。但是，這二種方法催化劑顆粒在高溫反應(yīng)區(qū)和低溫區(qū)器之間不斷循環(huán)，增加了能 耗。另外，催化劑的循環(huán)還會(huì)增加了操作的難度，對(duì)催化劑的要求也相應(yīng)地提高。 為此，本發(fā)明提出了一種簡(jiǎn)單易行的氯化氫催化氧化制氯氣工藝方法。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是針對(duì)采用循環(huán)流化床反應(yīng)器技術(shù)的不足，提供一種采用簡(jiǎn)單反應(yīng)器(催 化劑不循環(huán)的)的氯化氫催化氧化制氯氣工藝方法，具有氯化氫或氧轉(zhuǎn)化率高、設(shè)備簡(jiǎn)單、 操作平穩(wěn)和控制容易等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明提出的一種氯化氫催化氧化制氯氣的工藝方法，其特征在于所述工藝方法包括 以下各步驟(1) 反應(yīng)原料氯化氫與氧氣或者空氣首先進(jìn)入反應(yīng)器I[l]，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；(2) 從反應(yīng)器I[1]中流出的氣體在水分離裝置I[2]中冷凝除水，未冷凝的氣體進(jìn)入反應(yīng)器 H[3];(3) 在反應(yīng)器II[3]中氯化氫與氧氣繼續(xù)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，從反應(yīng)器II中流出的氣體在水分離裝置II中冷凝除水，經(jīng)過(guò)多組反應(yīng)和除水操作，使氯化氫或氧氣的轉(zhuǎn)化率接近100%;(4) 在反應(yīng)器中，反應(yīng)原料與催化劑在溫度為320 55(TC，壓力為0.05 0.5MPa條件 下在反應(yīng)器內(nèi)接觸，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成氯氣和水。(5) 在水分離裝置I[2]中，來(lái)自反應(yīng)器的氣體冷凝除水，未冷凝的氣體進(jìn)入下一個(gè)反應(yīng)器。在上述的工藝方法中，所述步驟2未冷凝的氣體為氯化氫、氯氣、氧氣和其他惰性組分。在上述的工藝方法中，所述步驟4反應(yīng)原料氯化氫與氧氣或空氣的摩爾比為1:2 10:1， 反應(yīng)器內(nèi)原料的重量空速為0.1h" 1.0h"。在上述的工藝方法中，所述步驟4水分離裝置I[2]上部的溫度為0 5(TC，下部的溫度為 50 150°C)。在上述的工藝方法中，所述工藝由多組反應(yīng)器與水分離裝置組成，所述每組反應(yīng)器后面 連接一個(gè)水分離裝置。在上述的工藝方法中，所述工藝中在反應(yīng)產(chǎn)物需要除去氯化氫的情況下，將工藝流程中 最后一個(gè)水分離裝置改為氯化氫水吸收裝置。本發(fā)明與現(xiàn)有的技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)及有益效果 ① 反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易加工；② 操作平穩(wěn)、控制容易，操作費(fèi)用少；③ 能耗較低；④ 對(duì)催化劑的要求低。


圖1為本發(fā)明的氯化氫催化氧化生產(chǎn)氯氣、鹽酸工藝流程示意圖。圖2為本發(fā)明的兩級(jí)串聯(lián)的氯化氫催化氧化生產(chǎn)氯氣、鹽酸工藝流程示意圖。圖3為本發(fā)明的三級(jí)串聯(lián)的氯化氫催化氧化生產(chǎn)氯氣、鹽酸工藝流程示意圖。圖4為本發(fā)明的三級(jí)串聯(lián)的氯化氫催化氧化生產(chǎn)氯氣、氯化氫工藝流程示意圖。其中l(wèi).反應(yīng)器I 2.脫水裝置I 3.反應(yīng)器11 4.脫水裝置I1 5.反應(yīng)器I11 6.脫水裝置m 7.尾氣吸收裝置。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖3和圖4說(shuō)明本發(fā)明的工藝流程和具體實(shí)施方式
-(a) 反應(yīng)原料氯化氫與氧氣(空氣)首先進(jìn)入反應(yīng)器1 (1)，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從反應(yīng)器I 中流出的氣體在水分離裝置I (2)中冷凝除水，未冷凝的氣體(氯化氫、氯氣、氧 氣和其他惰性組分)進(jìn)入反應(yīng)器II (3);(b) 在反應(yīng)器II中氯化氫與氧氣繼續(xù)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，從反應(yīng)器II中流出的氣體在水分離 裝置II (4)中冷凝除水，未冷凝的氣體(氯化氫、氯氣、氧氣和其他惰性組分)進(jìn)入反應(yīng)器m (5);(c) 從反應(yīng)器m中流出的氣體在水分離裝置III (6)中冷凝除水(圖3)，氣體產(chǎn)物為氯 氣以及未反應(yīng)的氯化氫和氧(空氣)；或者從反應(yīng)器m中流出的氣體在尾氣吸收裝置(7)中由水吸收氯化氫，氣體產(chǎn)物為氯氣以及未反應(yīng)的氧和其他惰性組分。(d) 經(jīng)過(guò)上述多次反應(yīng)和除水操作，可使氯化氫或氧氣的轉(zhuǎn)化率接近100%。(e) 在反應(yīng)器中，反應(yīng)原料與催化劑在溫度為320 550°C ，壓力為0.05 0.5MPa條件F 在反應(yīng)器內(nèi)接觸，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成氯氣和水。反應(yīng)原料氯化氫與氧氣(空氣)的 摩爾比為1:2 10:1，反應(yīng)器內(nèi)原料的重量空速為0.1 h-' 1.0h-'。(f) 在水分離裝置中，來(lái)自反應(yīng)器的氣體冷凝除水，未冷凝的氣體進(jìn)入下一個(gè)反應(yīng)器。(水 分離裝置上部的溫度為0 5(TC，下部的溫度為50 150'C)。實(shí)施例1: 采用如圖1所示的氯化氫催化氧化生產(chǎn)氯氣、鹽酸工藝流程。催化劑中的主要活性組分 為在氧化鋁上負(fù)載的氯化銅，氯化銅含量為5%。進(jìn)料為氯化氫和氧氣，摩爾比為1:2;反應(yīng) 器中的溫度為380°C，壓力為0.05MPa;氯化氫重量空速為0.3小時(shí)"。產(chǎn)物氯氣收率為85%, 氯氣摩爾濃度為19.2%，氧摩爾濃度為80.8%，未反應(yīng)的HC1全部吸收為副產(chǎn)鹽酸。實(shí)施例2:采用如圖2所示的氯化氫催化氧化生產(chǎn)氯氣、鹽酸工藝流程。(1) 操作條件 催化劑與實(shí)施例l相同。進(jìn)料為氯化氫和氧氣，摩爾比為1:1; 反應(yīng)器溫度為390'C，氯化氫重量空速為0.2小時(shí)—、 水分離器底部溫度為110°C，頂部溫度為35°C。(2) 實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)物氯氣收率為87%，氯氣摩爾濃度為36%，氧摩爾濃度為64%，未反應(yīng)的HC1全部 吸收為副產(chǎn)鹽酸。實(shí)施例3:在如圖3所示的氯化氫催化氧化生產(chǎn)氯氣、鹽酸工藝流程。(1) 操作條件 催化劑與實(shí)施例l相同。 進(jìn)料為氯化氫和氧氣，摩爾比為l:l; 反應(yīng)器溫度為400°C ，氯化氫重量空速為0.25小時(shí)"； 水分離器底部溫度為IIO'C，頂部溫度為35"C。(2) 實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)物氯氣收率為93%，氯氣摩爾濃度為38%，氧摩爾濃度為62%，未反應(yīng)的HC1全部 吸收為副產(chǎn)鹽酸。實(shí)施例4:在如圖4所示的氯化氫催化氧化生產(chǎn)氯氣、氯化氫工藝流程。 (1)操作條件催化劑與實(shí)施例l相同。 進(jìn)料為氯化氫和氧氣，摩爾比為8:1; 反應(yīng)器溫度為400"C,氯化氫重量空速為0.25小時(shí)"；
水分離器底部溫度為ll(TC，頂部溫度為35'C。 (2)實(shí)驗(yàn)結(jié)果氯氣收率為49.26%，氯氣摩爾濃度為32.6%,氯化氫摩爾濃度為67%，氧摩爾濃度為 0.4%。
權(quán)利要求
1、一種氯化氫催化氧化制氯氣的工藝方法，其特征在于所述工藝方法包括以下各步驟(1)反應(yīng)原料氯化氫與氧氣或者空氣首先進(jìn)入反應(yīng)器I[1]，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；(2)從反應(yīng)器I[1]中流出的氣體在水分離裝置I[2]中冷凝除水，未冷凝的氣體進(jìn)入反應(yīng)器II[3]；(3)在反應(yīng)器II[3]中氯化氫與氧氣繼續(xù)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，從反應(yīng)器II中流出的氣體在水分離裝置II中冷凝除水，經(jīng)過(guò)多組反應(yīng)和除水操作，使氯化氫或氧氣的轉(zhuǎn)化率接近100％；(4)在反應(yīng)器中，反應(yīng)原料與催化劑在溫度為320～550℃，壓力為0.05～0.5MPa條件下在反應(yīng)器內(nèi)接觸，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成氯氣和水；(5)在水分離裝置I[2]中，來(lái)自反應(yīng)器的氣體冷凝除水，未冷凝的氣體進(jìn)入下一個(gè)反應(yīng)器。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝方法，其特征在于所述歩驟2未冷凝的氣體為氯化氫、氯氣、氧氣和其他惰性組分。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝方法，其特征在于所述步驟4反應(yīng)原料氯化氫與氧氣或 空氣的摩爾比為1:2 10:1，反應(yīng)器內(nèi)原料的重量空速為0.1h" 1.0h"。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝方法，其特征在于所述步驟4水分離裝置I[2]上部的溫 度為0 50'C，下部的溫度為50 150°C)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝方法，其特征在于所述工藝由多組反應(yīng)器與水分離裝置 組成，所述每組反應(yīng)器后面連接一個(gè)水分離裝置。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝方法，其特征在于所述工藝中在反應(yīng)產(chǎn)物需要除去氯化 氫的情況下，將工藝流程中最后一個(gè)水分離裝置改為氯化氫水吸收裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種由氯化氫催化氧化生產(chǎn)氯氣的工藝方法，屬于化工工藝過(guò)程技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明工藝流程由多組反應(yīng)器與水分離裝置組成。在催化劑存在的條件下，氯化氫與氧在反應(yīng)器中進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，生成氯氣和水；從反應(yīng)器中流出的氣體在水分離裝置中冷凝除水，未冷凝的氣體進(jìn)入下一個(gè)反應(yīng)器。由于去除了水，打破了化學(xué)平衡，有利于未反應(yīng)的氯化氫與氧氣在下一個(gè)反應(yīng)器中繼續(xù)反應(yīng)。經(jīng)過(guò)多組反應(yīng)和除水操作，可使氯化氫或氧氣的轉(zhuǎn)化率接近100％。本發(fā)明具有氯化氫或氧轉(zhuǎn)化率高、設(shè)備簡(jiǎn)單、操作平穩(wěn)和控制容易等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C01B7/01GK101130428SQ20071006349
公開(kāi)日2008年2月27日 申請(qǐng)日期2007年2月2日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月2日
發(fā)明者朝明漢, 涌 金, 陳智濤, 飛 魏 申請(qǐng)人:清華大學(xué)