本發(fā)明涉及一種氯堿工業(yè)中采用氧化鐵催化尾氯脫氫及制備氯化鐵的裝置和方法，屬于氯堿工業(yè)尾氯催化脫氫技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

氯堿工業(yè)的尾氯是以氯氣為主要成分，包含氧氣、氮氣和氫氣等氣體，其中，氯氣含量為65-85%，氮氣為10-15%，氧氣為5-10%，氫氣為1.5-4%，由于氫氣的爆炸極限為4%，所以氫氣的存在成為尾氣中最大的安全隱患，傳統(tǒng)的氯堿工業(yè)通常經(jīng)過高溫將氫氣與氯氣燃燒轉(zhuǎn)化為鹽酸來除去尾氯中的氫氣，但是這種方法尾氯中的氯氣未能廣泛利用，工業(yè)效益較低。

利用催化劑脫除尾氯中的氫氣，可以有效的降低尾氯中氫氣的含量或徹底脫除，進而液化得到純氯氣，即提高了經(jīng)濟效益，又解決了尾氯含氫的安全問題。中國專利cn104310310a中提出在流化床反應(yīng)器中，通過低溫催化氧氫反應(yīng)和氯氫反應(yīng)的方法處理尾氯，以cu、ag、pd、pt、au金屬中的一種或多種作催化劑，活性炭、三氧化二鋁、二氧化硅和碳化硅中的任意一種作為載體，尾氯進入流化床反應(yīng)器經(jīng)催化反應(yīng)脫氫，失活的催化劑進入還原流化床進行還原再生。

現(xiàn)有文獻(xiàn)報道的尾氯脫氫方案中，催化劑必須經(jīng)過還原以后才能重復(fù)使用，這就使得工序復(fù)雜，操作費用較高。中國專利cn106582271a，以鐵為催化劑催化尾氯脫氫并制備氯化鐵，但其最初制得的氯化鐵溶液里面含有氯化亞鐵，需要做進一步處理才能制得純度較高的氯化鐵溶液。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在提供一種氯堿工業(yè)中采用氧化鐵催化尾氯脫氫及制備氯化鐵的裝置和方法，通過在低溫下催化氧氫反應(yīng)和氯氫反應(yīng)的方法處理尾氯，催化劑為氧化鐵或負(fù)載型氧化鐵（載體為氧化鋁、二氧化硅等），選用可連續(xù)操作的流化床來完成脫氫反應(yīng)；尾氯進入反應(yīng)流化床催化脫氫，不僅達(dá)到了工業(yè)上脫氫的效果，而且還制備了氯化鐵；這為氯堿工業(yè)尾氣脫氫提供了一種高效、經(jīng)濟、安全的方法。

本發(fā)明提供了一種氯堿工業(yè)中采用氧化鐵催化尾氯脫氫及制備氯化鐵的裝置，包括尾氯脫氫反應(yīng)裝置和氯化鐵制備裝置；尾氯脫氫反應(yīng)裝置包括反應(yīng)流化床、尾氯加熱器、旋風(fēng)分離器；氯化鐵制備裝置包括失活催化劑儲槽、氮氣加熱器、氯化鐵吸收塔、粗制氯化鐵儲槽、精制氯化鐵儲槽；反應(yīng)流化床底部設(shè)有尾氯入口，尾氯管道上設(shè)有尾氯加熱器；反應(yīng)流化床下部設(shè)有催化劑入口，反應(yīng)流化床中部設(shè)有失活催化劑出口，失活催化劑出口與失活催化劑儲槽相連接；

反應(yīng)流化床頂部與旋風(fēng)分離器連接，旋風(fēng)分離器頂部連接第一氯化鐵吸收塔，第一氯化鐵吸收塔底部與粗制氯化鐵儲槽、精制氯化鐵儲槽依次連接；

失活催化劑儲槽底部設(shè)有氮氣入口，氮氣管道上設(shè)有氮氣加熱器；失活催化劑儲槽頂部與第二氯化鐵吸收塔相連接；底部與粗制氯化鐵儲槽、精制氯化鐵儲槽依次連接；失活催化劑儲槽下部與精制氯化鐵儲槽相連接；

上述裝置中，在反應(yīng)流化床底部及失活催化劑儲槽底部分別設(shè)有氣體分布隔板。

上述裝置中，在兩個氯化鐵吸收塔的頂部分布設(shè)有吸收塔氣體分布隔板，底部分別設(shè)有吸收塔液體分布隔板，在吸收塔氣體分布隔板下方設(shè)有噴淋器，在兩個氯化鐵吸收塔的中部分別設(shè)有吸收塔塔板；上述噴淋器與粗制氯化鐵儲槽連接，連接管路上設(shè)有防腐泵。

本發(fā)明提供了一種氯堿工業(yè)中采用氧化鐵催化尾氯脫氫及制備氯化鐵的方法，采用上述裝置，包括以下步驟：

（1）反應(yīng)流化床中發(fā)生催化反應(yīng)：

來自氯堿化工廠里液化階段的尾氯經(jīng)過尾氯加熱器加熱，進入反應(yīng)流化床，采用催化劑催化氧氫反應(yīng)和氯氫反應(yīng)脫氫，反應(yīng)后脫氫尾氯尾氣經(jīng)流化床頂部進入旋風(fēng)分離器后進入第一氯化鐵吸收塔，再經(jīng)吸收塔頂部出口通往下一脫氫尾氯處理工序；

（2）氯化鐵溶液的粗制：

反應(yīng)后脫氫尾氯尾氣在第一氯化鐵吸收塔內(nèi)由粗制氯化鐵溶液吸收后吸收液進入粗制氯化鐵儲槽；失活的催化劑由反應(yīng)流化床進入失活催化劑儲槽，經(jīng)氮氣吹掃失活催化劑儲槽內(nèi)的失活催化劑后的尾氣進入第二氯化鐵吸收塔，同樣由粗制氯化鐵溶液吸收后吸收液進入粗制氯化鐵儲槽，并得到粗制氯化鐵溶液；

（3）氯化鐵溶液的精制：

粗制氯化鐵溶液在第一氯化鐵吸收塔及第二氯化鐵吸收塔內(nèi)吸收升華的氯化鐵后由粗制氯化鐵儲槽進入精制氯化鐵儲槽，然后與儲槽內(nèi)酸性氯化鐵溶液充分反應(yīng)后制得高濃度的氯化鐵溶液，負(fù)載型氧化鐵催化劑（載體為氧化鋁、二氧化硅等）的載體由精制氯化鐵儲槽底部回收。

進一步地，具體的操作步驟為：對反應(yīng)流化床進行進料，反應(yīng)一段時間后催化劑失活，先打開與第二氯化鐵吸收塔相連接的管道上的閥門，再打開反應(yīng)流化床失活催化劑出口管道上的閥門，同時打開氮氣吹掃閥門進行失活催化劑傳輸；當(dāng)失活的催化劑傳輸完成后，關(guān)閉反應(yīng)流化床與失活催化劑儲槽連接管道上的閥門；在進行氮氣吹掃的同時對反應(yīng)流化床進行催化劑進料，進料完成后停止進料進行尾氯脫氫反應(yīng)；

氮氣吹掃完畢后打開失活催化劑儲槽與精制氯化鐵儲槽之間管道上的閥門，關(guān)閉第二氯化鐵吸收塔相連接的管道上的閥門，使用氮氣將失活的氧化鐵催化劑傳送到精制氯化鐵儲槽，傳輸完畢后關(guān)閉閥門；

當(dāng)失活的氧化鐵催化劑在精制氯化鐵儲槽中被酸性氯化鐵溶液溶解后，再經(jīng)加熱去除多余的氯化氫氣體，待精制儲槽中氯化鐵濃度達(dá)標(biāo)后，打開精制氯化鐵儲槽下部的氯化鐵出口閥門放出達(dá)標(biāo)的氯化鐵溶液，釋放完畢后關(guān)閉此管道閥門，再打開粗制氯化鐵儲槽與精制氯化鐵儲槽連接管道上的閥門，將粗制得的氯化鐵溶液傳送到精制氯化鐵儲槽，達(dá)到容器的2/3后關(guān)閉此閥門；此時打開水入口管道上閥門對粗制氯化鐵儲槽進行水的供給，供給完畢后關(guān)閉此閥門，粗制氯化鐵溶液經(jīng)防腐泵進入氯化鐵吸收塔再回到粗制氯化鐵儲槽，如此循環(huán)。

上述方法中，所述催化劑為氧化鐵、負(fù)載型氧化鐵（載體為氧化鋁、二氧化硅等）催化劑。當(dāng)催化劑為負(fù)載型氧化鐵催化劑時，需要打開載體回收管道上的閥門來回收載體。

上述方法中，所述反應(yīng)流化床采用低溫催化反應(yīng)，反應(yīng)溫度為50~150℃。

上述方法中，失活催化劑儲槽的吹掃溫度為70~150℃。

尾氯脫氫及制備氯化鐵的原理是尾氯（主要為氯氣、氮氣，氧氣和氫氣）在氧化鐵或負(fù)載型氧化鐵（載體為氧化鋁、二氧化硅等）催化劑作用下，催化氧氣和氫氣反應(yīng)生成水，氯氣與氫氣反應(yīng)生成氯化氫，達(dá)到脫除氫氣的目的。反應(yīng)方程式如下：

氧氫反應(yīng)o2+2h2→2h2o

氯氫反應(yīng)cl2+h2→2hcl

混合反應(yīng)fe2o3+6hcl+9h2o→2fecl3·6h2o

尾氯經(jīng)加熱后進入反應(yīng)流化床進行反應(yīng)后，脫氫尾氣去下一工藝處理后使用，并通過控制閥門和氣速來控制催化劑進料及停留時間。

本發(fā)明的有益效果：

（1）脫氫反應(yīng)溫度低，為50-150℃；

（2）該發(fā)明完成了尾氯脫氫的工業(yè)目標(biāo)，提高了工業(yè)效益；

（3）而本發(fā)明采用氧化鐵為催化劑可以直接得到純度較高的氯化鐵溶液，制備了具有工業(yè)價值的氯化鐵；

（4）采用氧化鐵及負(fù)載型氧化鐵（載體為氧化鋁、二氧化硅等）催化劑催化反應(yīng)提高了反應(yīng)的穩(wěn)定性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明氯堿工業(yè)中采用氧化鐵催化尾氯脫氫及制備氯化鐵的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1、尾氯加熱器；2、反應(yīng)流化床；3、氮氣加熱器；4、失活催化劑儲槽；5、旋風(fēng)分離器；6、第二氯化鐵吸收塔；7、第一氯化鐵吸收塔；8、粗制氯化鐵儲槽；9、精制氯化鐵儲槽；10、防腐泵；11、氣體分布隔板；12、吸收塔氣體分布隔板；13、吸收塔液體分布隔板；14、噴淋器；15、氯化鐵吸收塔塔板。

a、催化劑；b、尾氯；c、氮氣；d、氮氣吸收尾氣；e、脫氫尾氯尾氣；f、水；g、j、氯化氫氣體；h、載體；i、精制氯化鐵溶液。

具體實施方式

下面通過實施例來進一步說明本發(fā)明，但不局限于以下實施例。

圖1示出了本發(fā)明氯堿中采用工業(yè)氧化鐵催化尾氯脫氫及制備氯化鐵的裝置圖。結(jié)合圖1說明本發(fā)明氯堿工業(yè)氧化鐵催化尾氯脫氫及制備氯化鐵的裝置的具體結(jié)構(gòu)：

該裝置由尾氯脫氫反應(yīng)裝置和氯化鐵制備裝置組成，包括尾氯加熱器1，反應(yīng)流化床2，氮氣加熱器3，失活催化劑儲槽4，旋風(fēng)分離器5，第二氯化鐵吸收塔6，第一氯化鐵吸收塔7，粗制氯化鐵儲槽8，精制氯化鐵儲槽9，防腐泵10。反應(yīng)流化床2底部設(shè)有尾氯入口，尾氯入口管道上設(shè)有尾氯加熱器1，反應(yīng)流化床2頂部連接旋風(fēng)分離器5上部，旋風(fēng)分離器5頂部連接第一氯化鐵吸收塔7下部，反應(yīng)流化床2下部設(shè)有催化劑入口，反應(yīng)流化床2中部設(shè)有失活催化劑出口，失活催化劑出口連接失活催化劑儲槽4上部；失活催化劑儲槽4底部設(shè)有氮氣入口，氮氣入口管道上設(shè)有氮氣加熱器3，失活催化劑儲槽4頂部設(shè)有吹掃尾氣出口，該出口與第二氯化鐵吸收塔6下部連接，失活催化劑儲槽4下部設(shè)有吹掃后催化劑出口，該出口連接精制氯化鐵儲槽9頂部；精制氯化鐵儲槽9底部設(shè)有載體回收出口，其下部設(shè)有精制氯化鐵溶液出口，其上部設(shè)有氯化氫氣體出口，且其上部還設(shè)有粗制氯化鐵溶液入口，該入口與粗制氯化鐵儲槽8底部相連接；粗制氯化鐵儲槽8下部設(shè)有循環(huán)氯化鐵溶液出口，該出口與第一氯化鐵吸收塔7、第二氯化鐵吸收塔6的上部連接，且其管道上設(shè)有防腐泵10，粗制氯化鐵儲槽8頂部設(shè)有氯化氫氣體出口和水入口，且其頂部還分別設(shè)有與第一氯化鐵吸收塔7和第二氯化鐵吸收塔6底部連接的管道；第一氯化鐵吸收塔7頂部設(shè)有脫氫尾氣出口，第二氯化鐵吸收塔6頂部設(shè)有氮氣吸收尾氣出口。反應(yīng)流化床2下部及失活催化劑儲槽4下部分別設(shè)有氣體分布隔板11；第一氯化鐵吸收塔7及第二氯化鐵吸收塔6的頂部和底部分別設(shè)有吸收塔氣體分布隔板12、吸收塔液體分布隔板13，其塔內(nèi)還分別設(shè)有液體噴淋器14以及分別設(shè)有氯化鐵吸收塔塔板15。各個管路之間分別裝有閥門控制管路的輸送。

進一步提供上述氯堿工業(yè)氧化鐵尾氯催化脫氫裝置的應(yīng)用，即氯堿工業(yè)氧化鐵尾氯催化脫氫的方法，包括以下步驟：

（1）來自氯堿化工廠里液化階段的尾氯經(jīng)過尾氯加熱器加熱至50~150℃，進入反應(yīng)流化床，氧化鐵及負(fù)載型氧化鐵（載體為氧化鋁、二氧化硅等）催化劑催化氧氫反應(yīng)和氯氫反應(yīng)脫氫，反應(yīng)后脫氫尾氯尾氣經(jīng)流化床頂部進入旋風(fēng)分離器，再由旋風(fēng)分離器進入吸收塔，最后經(jīng)吸收塔進入下一脫氫尾氯處理工序。

（2）反應(yīng)流化床反應(yīng)過程中與氮氣吹掃時升華的氯化鐵經(jīng)粗制氯化鐵儲槽中的氯化鐵溶液吸收后進入粗制氯化鐵儲槽，再由粗制氯化鐵儲槽進入精制氯化鐵儲槽。失活的催化劑經(jīng)氮氣吹掃后進入精制氯化鐵儲槽與酸性氯化鐵溶液充分反應(yīng)后制得高濃度的氯化鐵溶液，載體可以由精制氯化鐵儲槽底部回收，達(dá)標(biāo)的氯化鐵溶液由精制氯化鐵儲槽下部氯化鐵溶液出口放出。

本發(fā)明中，反應(yīng)流化床和失活催化劑儲槽均為氣體輸送進料，氮氣吹掃可以置換催化劑表面吸附的少量氣體，又可以加快催化劑表面氯化鐵的升華，反應(yīng)流化床和失活催化劑儲槽之間的閥門的操作是防止兩設(shè)備之間催化劑與氣體的混合。

反應(yīng)流化床進料時打開反應(yīng)流化床進料閥門，當(dāng)達(dá)到規(guī)定的催化劑量后關(guān)閉閥門，打開尾氯管道閥門，用尾氯進行氣體輸送催化劑送料，進料完畢關(guān)掉閥門。

反應(yīng)一段時間后催化劑失活，先打開與第二吸收塔相連接的管道上的閥門，再打開反應(yīng)流化床失活催化劑出口管道上的閥門，同時打開氮氣吹掃閥門進行失活催化劑傳輸。當(dāng)失活的催化劑傳輸完成后，關(guān)閉反應(yīng)流化床與失活催化劑儲槽之間管道上的閥門。在進行氮氣吹掃的同時對反應(yīng)流化床進行催化劑進料，進料完成后停止進料進行尾氯脫氫反應(yīng)。氮氣吹掃完畢后打開失活催化劑儲槽與精制氯化鐵儲槽之間管道上的閥門，關(guān)閉第二氯化鐵吸收塔相連接的管道上相關(guān)的閥門，使用氮氣將失活的氧化鐵催化劑傳送到精制氯化鐵儲槽，傳輸完畢后關(guān)閉相關(guān)閥門。當(dāng)失活的氧化鐵催化劑在精制氯化鐵儲槽中被酸性氯化鐵溶液溶解后，再經(jīng)加熱去除多余的氯化氫氣體。待精制儲槽中氯化鐵濃度達(dá)標(biāo)后，打開精制氯化鐵儲槽下部的氯化鐵出口閥門放出達(dá)標(biāo)的氯化鐵溶液，放出完畢后關(guān)閉此管道閥門，再打開粗制氯化鐵儲槽與精制氯化鐵儲槽之間管道上的閥門，將粗制得的氯化鐵溶液傳送到精制氯化鐵儲槽，達(dá)到容器的2/3后關(guān)閉此閥門，此時打開水入口管道上的閥門對粗制氯化鐵儲槽進行相應(yīng)量的水的供給，供給完畢后關(guān)閉此閥門，粗制氯化鐵溶液經(jīng)防腐泵進入吸收塔再回到粗制氯化鐵儲槽，如此循環(huán)。當(dāng)催化劑為負(fù)載型氧化鐵（載體為氧化鋁、二氧化硅等）催化劑時，需要打開載體回收管道上的閥門來回收載體。

下面通過具體的實施過程說明本發(fā)明提供的方法：

實施例1：

工業(yè)尾氯各組分分別為：h2，3.97%；cl2，72.85%；o2，9.93%；n2，13.25%。

以氧化鐵粉末為催化劑。催化劑裝填高度為0.35m，反應(yīng)溫度為70℃，表觀操作氣速uf=0.3m/s。在該條件下對尾氯進行脫氫時，其氫氣轉(zhuǎn)化率能達(dá)到75.56%，氯化鐵濃度為42%。催化劑在反應(yīng)流化床中的停留時間為4h。

實施例2：

工業(yè)尾氯各組分分別為：h2，3.05%；cl2，72.36%；o2，10.31%；n2，14.25%。

以氧化鐵顆粒為催化劑。催化劑裝填高度為0.45m，反應(yīng)溫度為130℃，表觀操作氣速uf=0.35m/s。在該條件下對尾氯進行脫氫時，其氫氣轉(zhuǎn)化率能達(dá)到81.76%，氯化鐵濃度為42%。催化劑在反應(yīng)流化床中的停留時間為4.5h。

實施例3：

工業(yè)尾氯各組分分別為：h2，3.97%；cl2，72.85%；o2，9.93%；n2，13.25%。

以氧化鋁負(fù)載氧化鐵為催化劑。催化劑裝填高度為0.45m，氧化鐵負(fù)載量5%，反應(yīng)溫度為130℃，表觀操作氣速uf=0.35m/s。在該條件下對尾氯進行脫氫時，其氫氣轉(zhuǎn)化率能達(dá)到87.33%，氯化鐵濃度為41%。催化劑在反應(yīng)流化床中的停留時間為4.5h。