一種低溫等離子體制備氯氣的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于氯堿化工技術領域，尤其涉及一種低溫等離子體制備氯氣的方法。
【背景技術】
[0002]氯氣是一種重要而用途廣泛的化工產品，是生產眾多含氯化學品的重要原料，主要用于有機合成，如生產聚氯乙烯、氯化聚氯乙烯、氯化聚乙烯、合成橡膠、合成纖維、燃料、農藥、漂白劑、消毒劑、溶劑等，以及其他氯化物。在現代工業中氯氣主要通過電解食鹽水得到，同時副產燒堿，形成所謂的氯堿工業。
[0003]在眾多的氣固相法氯化高聚物反應裝置如氯化聚氯乙烯、氯化聚乙烯、氯化石蠟等的氣固相氯化反應過程中，氯化氫是氯化反應過程中的副產物，允許一定濃度的存在，但濃度太高就會影響氣固相氯化反應進行。在氯化反應的過程中消耗等摩爾的氯氣就會產生等摩爾的氯化氫，經過積累氯化氫含量越來越高，當氯化氫的濃度達到一定值就需要除去氯化氫，保證氯化氫的含量在一定范圍內，增加原料氣中氯氣的濃度。雖然現有技術已經可以將氯化氫轉化為氯氣，但在轉化的過程中混合氣中會帶有催化劑顆粒，副產物水，甚至含有氧氣，一些企業往往因為處理混合氣的工藝裝置與氣固相法氯化反應裝置不匹配、操作難度大、投資成本高、能耗高等一系列原因放棄了將氯化氫轉化為氯氣之后直接回用，而是通過排出一部分混合氣體，然后補充高純的氯氣來提高反應氣體中氯氣的濃度。這樣的方式造成了氯氣的利用率低，排出的氯氣和氯化氫繼續處理還會造成生產成本上升。甚至這樣的處理方式在某種程度上會增加企業的負擔，此時也常常出現個別企業犧牲環境獲取企業利益的環保問題。
目前專利和文獻中有關氯化氫制取氯氣的方法有很多，如電解法，直接氧化法，催化氧化法。電解法是將是將副產氯化氫通過電解轉化為氯氣和氫氣，可分為干法和濕法，屬于比較傳統的方法.該方法投資大、能耗高，經濟成本上不具優勢。直接氧化法是利用N02，S03,他把04和混合酸圓03/!12304等無機氧化劑直接氧化!1(:1制備(:12的一種方法，反應在液相進行，典型的有Weldson法、KCl-Chlor過程等;這些方法比較突出的缺點是設備復雜、反應過程中產生腐蝕性物質、氯化氫轉化不完全、產物分離困難、廢液難以處理，同時能耗也較大，因而不能得到廣泛應用。催化氧化法是在催化劑存在下以空氣或氧氣作為氧化劑氧化HCl生成Cl2的方法，反應過程是一個放熱的可逆過程，具有能耗低、操作簡單等優點，目前是最容易實現工業化的方法，具有代表性的催化氧化法主要有Deacon過程、MT-Chlor過程和Shell-Chlor過程等。相對分析現有技術，現有技術中相對可行用于氯化氫制備氯氣的方法是催化氧化法，但是催化氧化法往往也存在有諸多缺點和不足。
[0004]清華大學申請的專利200810115695.2公布了一種氯化氫催化氧化生產氯氣的裝置，該裝置介紹了一種流化床反應器。所述流化床反應器在內部加裝逆流擋板，使得催化劑與反應氣體逆流接觸并發生反應，通過控制溫度和安裝分布板，將流化床反應器分為氧化段、氧氯化段、氯化段，反應器通過下行管和提升管將此三段連接起來，實現催化劑的循環反應和再生，最終實現氯化氫的完全轉化。所述氯氣制備方法采用流化床催化氧化法，催化氧化過程中用到大量催化劑，同一臺反應器中分段要求控制操作溫度在200至4000C發生反應，存在催化劑對設備的磨損較大，對設備要求極高，流化床反應設備的使用周期短，保證反應溫度的過程中操作要求高、能耗高的缺點。
[0005]煙臺萬華聚氨酯有限公司和寧波萬華聚氨酯有限公司申請的專利201310040878.3公布了一種氯化氫催化氧化生產氯氣的裝置，該裝置介紹了一種磁穩流化床反應器。所述磁穩流化床反應器內部裝填磁性催化劑，反應器外部的軸向和徑向上分別設置有穩恒磁場，且兩個方向的磁場隨時間周期交替運行。含有氯化氫和氯氣的混合氣流經過預熱后進入反應器，經過催化氧化反應產生氯氣。所述方法介紹的裝置同樣存在著流化床催化氧化法同樣的缺點，制備過程用到磁性催化劑，對設備要求極高，流化床反應設備的使用周期短，同時設備材料以及催化劑都比較特殊，存在著投資大的缺點。
[0006]南京工業大學申請的專利200710023245.6公布了一種氯化氫催化氧化生產氯氣的工藝系統，該工藝系統介紹了一種流化床與絕熱固定床相串聯的反應裝置。所述反應裝置包括流化床反應器、加熱器、絕熱固定床反應器等單元，氯化氫和氧氣的混合氣流首先進入流化床反應器進行氧化反應，實現30%-70%的轉化率，經過換熱器后，在進入絕熱固定床反應器，最終實現氯化氫90%以上的轉化率。該裝置工藝流程簡單、但由于反混現象嚴重，轉化率不夠高。
【發明內容】
[0007]為克服現有技術投資大，能耗高，轉化率低，反混嚴重，本發明提供一種低溫等離子體制備氯氣的方法，采用等離子催化反應器，利用兩極間交變的高壓電場，擊穿HCl和O2的混合氣體，形成脈沖放電，使HCl和O2分子離解、電離，重新聚合生成Cl2，該方法無催化劑，可以提高HCl的轉化率，降低能耗。
[0008]本發明提供一種低溫等離子體制備氯氣的方法。
[0009]按摩爾比向氣體混合器中通入HCl和O2氣體，經均勻混合后的HCl和O2的混合氣體進入等離子體催化反應器，HCl和O2在等離子體的引發下反應生成氯氣和水;反應方程式:4HC1+02=2H20+2C12;反應后H2O和Cl2混合氣經除水除雜得到滿足工業需求的氯氣。
[0010]所述的等離子體催化反應器內設有用于產生等離子體的裝置，等離子體可以通過介質阻擋放電、電暈放電、滑動電弧放電或射頻放電任一或結合方式來產生。
[0011]所述的HCl和O2的摩爾比值為4?I。
[0012]所述的HCl和02的混合氣中可混入一定量的惰性氣體，惰性氣體可以是氬氣、氮氣中的任——種或兩種。HCl和O2的混合氣與惰性氣體的摩爾比值為9.5?I。
[0013]本發明的有益效果為:一種低溫等離子體制備氯氣的方法，采用等離子催化反應器可以使HCl和O2在等離子體的引發下離解，產生氯自由基，合成氯氣，具有工藝流程短，設備簡單，能耗低，操作彈性大，轉化率高，無催化劑，對環境無污染的優點。
【附圖說明】
[0014]圖1為一種低溫等離子體制備氯氣的方法的實施例1工藝流程圖。
[0015]圖2為本發明實施例2的工藝流程圖。
[0016]附圖標號:I氣體混合器、2等離子催化反應器、3冷凝除水器、4深冷及分離裝置、5用戶單元。
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖對本發明做進一步說明:
實施例1，參照附圖1，一種采低溫等離子體制備氯氣的方法，包括氣體混合器I，等離子催化反應器2，冷凝除水器3，深冷及分離裝置4和用戶單元5組成，HCL和O2氣體按摩爾比經氣體混合器I混合后進入等離子催化反應器2的氣體通道，HCl和O2的摩爾比值為4?I，等離子催化反應器2內產生等離子體的裝置可以為介質阻擋放電、電暈放電、滑動電弧放電或射頻放電等離子催化反應器中的一種，兩電極間有一定的間隙，構成氣體通道，同時也作為放電通道，當在反應器的兩極施加交流高壓時，氣體通道內的HCL和O2氣體將被擊穿，電極間形成大量細微的脈沖放電通道，產生一定能量的高能電子，受高能電子的碰撞HCL和O2分子分別會被離解為原子或離子，由于氧原子的半徑小于氯原子，電負性大，得電子的能力要強于氯原子，所以優先與氫原子結合生成水，氯原子相互結合生成氯氣，反應方程式為:4HC1+02=2H20+2C12。反應后的氣體經過冷凝除水器3冷卻除水，進入深冷及分離裝置4，經分離、提純后的氯氣直接進入用戶單元5，滿足用戶的工業需求，可用于高聚物的氯化，合成橡膠，合成纖維等，實現氯元素的高值化利用，氧氣可以返回氣體混合器丨循環使用，其他氣體進入后續處理工序。氯化氫通過該工藝制備氯氣流程短，混合氣體直接作為放電介質氣體被離解反應，能耗小，氯化氫的轉化率高，不需要催化劑，整個反應過程實現氯元素的閉路循環和反應過程的零排放，一方面解決氯化氫大量過剩和氯氣生產的高電耗問題，一定程度上滿足工業上對氯氣不斷增長的需求，帶來巨大的經濟效益；另一方面，也將促進氯堿平衡；同時將能解決氯氣、氯化氫造成的污染問題，為環境保護做出巨大貢獻。
[0018]實施例2，參照附圖2，本實施例與實施例1的不同之處在于:氣體混合器I中可加入一定量的惰性氣體，惰性氣體為氬氣或氮氣，HCl和O2的混合氣與惰性氣體的摩爾比值為9.5?I，這樣更有利于等離子放電的產生。
【主權項】
1.一種低溫等離子體制備氯氣的方法，其特征在于，按摩爾比向氣體混合器中通入HCl和O2氣體，經均勻混合后的HCl和02的混合氣體進入等離子體催化反應器，HCl和O2在等離子體的引發下反應生成氯氣和水;反應方程式:4HC1+02=2H20+2C12;反應后H2O和Cl2混合氣經除水除雜得到滿足工業需求的氯氣。2.根據權利要求1所述的一種低溫等離子體制備氯氣的方法，其特征在所述的等離子體催化反應器內設有用于產生等離子體的裝置，等離子體可以通過介質阻擋放電、電暈放電、滑動電弧放電或射頻放電任一或結合方式來產生。3.根據權利要求1所述的一種低溫等離子體制備氯氣的方法，其特征在于HCl和O2的摩爾比值為4?I。4.根據權利要求1所述的一種低溫等離子體制備氯氣的方法，HCl和O2的混合氣中可混入一定量的惰性氣體，惰性氣體可以是氬氣、氮氣中的任--種或兩種，HCl和O2的混合氣與惰性氣體的摩爾比值為9.5?I。
【專利摘要】本發明公開了一種低溫等離子體制備氯氣的方法，屬于氯堿化工技術領域，該方法是按摩爾比向氣體混合器通入HCl和O2或HCl和O2與惰性氣體，經均勻混合后的HCl和O2的混合氣體進入等離子體催化反應器，HCl和O2在等離子體的引發下反應生成氯氣和水。反應方程式：4？HCl+O2？==2H2O+2Cl2。反應后H2O和Cl2混合氣經除水除雜得到滿足工業需求的氯氣。本發明采用等離子催化反應器可以使HCl和O2在等離子體的引發下離解，產生氯自由基，合成氯氣，具有工藝流程短,設備簡單，能耗低，操作彈性大，轉化率高，無催化劑，對環境無污染的優點。
【IPC分類】C01B7/04
【公開號】CN105502293
【申請號】CN201610047568
【發明人】黃崢嶸, 慕龍, 周軍, 熊新陽, 徐勇, 朱江軍, 馮俊, 張磊
【申請人】新疆兵團現代綠色氯堿化工工程研究中心(有限公司), 石河子開發區天業化工有限責任公司
【公開日】2016年4月20日
【申請日】2016年1月25日