超細纖維膜靜電吸附催化劑的負載插件及其使用方法與流程

本發明涉及超細纖維膜靜電吸附催化劑的負載插件及其使用方法，屬于超細纖維工業應用領域。

背景技術：

當前化工生產中，很多產品的制備都會應用到催化劑，而催化劑的成本均相對較高，進而導致產品的生產成本增加。催化劑顆粒在反應過程中會破碎變成超細的粒子，特別容易跟隨氣體反應產物逃逸流失，一方面造成催化劑效率低，同時引起種種環境問題。迫切要求在化工生產工藝中，減少催化劑在反應過程中的流失，提高反應效率，減少催化劑用量。

以氯堿化工中氯化汞催化劑的使用為例，目前我國總的汞使用量大概在1200噸左右，約占世界總量的50％，是世界上最大汞的生產國和消費國；而電石法聚氯乙烯生產是我國最大的用汞行業，電石法約占我國PVC中產能的80％以上，居主導地位；汞是一種稀有重金屬，有毒，國內每年消耗的汞對環境和人都造成了極大地污染和影響。

現在對電石法制備聚氯乙烯的改進一個是尋找新的無汞催化劑如黃金，這種催化劑的效率很低，黃金屬于貴重金屬，增加了制備成本；二是采用新工藝，新工藝變化較大，成本造價高，執行有難度，可行性不高；三是采用低汞催化劑制備聚氯乙烯，在制備的過程中通過一定的工藝將逸出的汞除掉。目前尚無一種低成本、易執行的低汞和無汞聚氯乙烯生產工藝或裝置。

電石法制備PVC的工藝流程是；HCl→HCl緩沖罐→HCl預冷器+乙炔沙封→混合器→石墨冷卻器→多孔過濾器→預熱器→轉化器→除酸器→冷卻器→水洗組合塔→堿洗塔→汽水分離器→機前冷卻器→單壓機→機后冷卻器→全凝器→水分離器→低塔加料槽→低沸塔→高沸塔→成品冷卻器→單體貯槽。在電石法制備PVC過程中，氯化汞催化劑置于活性炭中制成汞觸媒催化劑顆粒，放置在轉化器中的換熱管內，氯化氫和乙炔在汞觸媒催化劑顆粒和加熱的作用下進行反應生成氯乙烯。汞元素的消耗在這一過程分為三部分：第一部分是反應氣體中的水含量過高導致氯化汞遇水形成汞離子；第二部分是氯化汞催化劑顆粒破碎導致汞隨粉塵顆粒流失；第三部分是反應過程中反應氣體與催化劑接觸不充分導致反應后期需提高反應溫度促進反應，提高溫度會造成氯化汞升華，造成汞被消耗。

現在企業中生產面臨的主要問題是氯化汞催化劑的流失嚴重以及后續產物中的除汞工藝的復雜性，這些問題導致了PVC的生產成本高昂。

因此，本發明提出一種超細纖維膜靜電吸附催化劑的負載模塊及方法，電導超細纖維膜(微米級和納米級)具有比表面積大，孔隙率高，吸附性能強等特點，在通電的情況下，電導超細纖維膜對粒子具有非常強的吸附性能，將電導超細纖維膜均勻包裹在催化劑顆粒表面并通電，此時能夠降低催化劑的流失，減小生產成本等。拿氯化汞催化劑顆粒為例，可有效降低氯化汞的消耗速率，并且將反應溫度維持穩定，減少了工藝的復雜性，降低PVC的生產成本，提高PVC的生產效率并減少環境污染。

技術實現要素：

本發明涉及超細纖維膜靜電吸附氯化汞催化劑插件，應用在電石法制備PVC轉化器中的換熱管中。通過在氯化汞催化劑顆粒表面均勻覆蓋耐高溫超細纖維膜和電導超細纖維膜，并對電導超細纖維膜通電，使復合的超細纖維膜具有均勻的電荷分布，帶電的超細纖維膜能夠有效地吸附反應過程中產生的汞離子以及超細氯化汞顆粒催化劑，減少了氯化汞催化劑的損耗，同時超細纖維能夠增大氯化汞催化劑和反應氣體的接觸面積，避免反應溫度不穩定造成的氯化汞升華現象。本發明能夠有效地降低氯化汞催化劑的消耗，并改善后續氯化汞催化劑處理工藝，提高了PVC的生產效率、降低了氯化汞催化劑的消耗和對環境的污染，對環境的保護具有非常好的效果。

超細纖維膜靜電吸附氯化汞催化劑插件應用于反應器中，管板法蘭固定換熱管，換熱管內填裝多組催化劑插件，并采用串聯接口將各個催化劑插件進行串聯。超細纖維膜靜電吸附氯化汞催化劑插件主要包括氯化汞催化顆粒、電吸附超細纖維膜層、催化劑負載層和靜電隔離層，氯化汞催化顆粒表面覆蓋一層催化劑負載層，催化劑負載層表面覆蓋一層靜電隔離層，最外層包裹一層電吸附超細纖維膜，電吸附超細纖維膜接電端子放置在管板法蘭的兩端。

本發明提出的超細纖維膜靜電吸附氯化汞催化劑插件，其中電吸附超細纖維膜層，指的是具有導電性的超細纖維膜，通過對該層纖維膜通電，使其具備吸附汞離子和超細氯化汞顆粒效果，有效地將汞離子和超細氯化汞顆粒吸附在其表面。

本發明提出的超細纖維膜靜電吸附氯化汞催化劑插件，其中催化劑負載層，是一層具有耐高溫的超細纖維膜，該層超細纖維膜具有較高比表面積，將催化劑顆粒彼此間隔開，使反應氣體與催化劑接觸面積增大，該層薄膜使反應環境維持穩定，有效阻止了溫度升高而造成的氯化汞升華。

本發明提出的超細纖維膜靜電吸附氯化汞催化劑插件，通過折疊耐高溫超細纖維負載膜將氯化汞催化劑顆粒均勻緊密包裹，反應生成的超細顆粒被纖維膜緊密吸附。

本發明提出的超細纖維膜靜電吸附氯化汞催化劑插件，其中靜電隔離層，含有絕緣層和屏蔽層兩層，絕緣層避免了電流從電吸附超細纖維膜層到達負載層，屏蔽層屏蔽了電吸附層和負載層的粒子交換。

本發明提出的超細纖維膜靜電吸附氯化汞催化劑插件的使用方法：首先將氯化汞催化劑顆粒用上述膜均勻包裹好，制備好插件，氯化汞催化顆粒表面覆蓋一層催化劑負載層，催化劑負載層表面覆蓋一層靜電隔離層，最外層包裹一層電吸附超細纖維膜；然后將插件依次排列放置在換熱器中，并在管板法蘭的兩端接通直流電源，電吸附超細纖維膜接電端子放置在管板法蘭的兩端使電導纖維膜中含有均勻的電荷；最后將混合氣體通入到填充氯化汞催化劑插件的換熱器中，氣體在經過催化劑插件時，與催化劑進行反應。本發明提及的催化劑插件以及使用方法同樣適用于跟氯化汞同類別的催化劑。

本發明的優勢：

1.本發明提出超細纖維膜靜電吸附氯化汞催化劑插件及其使用方法，將氯化汞催化劑顆粒用電導超細纖維膜包裹，通電的超細纖維膜含有均勻分布的電荷，能夠有效的吸附超細催化劑顆粒和汞離子等，提高了催化劑的使用效率。

2.本發明超細纖維膜靜電吸附氯化汞催化劑插件，具有較高的比表面積，增加了反應速率，通過將氣體輸送速率提高來避免超細纖維膜對氣壓降低的影響。

3.本發明提出的超細纖維膜靜電吸附氯化汞催化劑插件的使用方法，將催化劑插件置于轉化器中的換熱管中，此插件可以有效減少催化劑的消耗，減少了汞的污染和處理，將電石法制備PVC的工藝進行改良，去掉后續工藝中除汞環節，從而降低生產成本和能耗。

附圖說明

圖1是本發明超細纖維膜靜電吸附氯化汞催化劑插件的使用方法示意圖。

圖2是本發明超細纖維膜靜電吸附氯化汞催化劑插件側視圖。

圖3是本發明超細纖維膜靜電吸附氯化汞催化劑插件局部剖視圖。

圖中：1-換熱管，2-氯化汞催化劑，3-催化劑負載層，4-靜電隔離層，5-電吸附超細纖維膜層，6-串聯接口，7-接電端子，8-管板法蘭。

具體實施方式

本發明提出了一種超細纖維膜靜電吸附催化劑插件及其使用方法，具體以氯化汞催化劑為例，如圖1所示，其主要包括換熱管1、氯化汞催化劑2、催化劑負載層3、靜電隔離層4、電吸附超細纖維膜層5、串聯接口6、接電端子7、管板法蘭8。氯化汞催化劑2被催化劑負載層3均勻包裹，催化劑負載層3的表面均勻覆蓋一層靜電隔離層4，電吸附超細纖維膜層5均勻包裹靜電隔離層4，如圖2所示，串聯接口6在催化劑插件的兩端，換熱管6安置于管板法蘭8內，管板法蘭8上裝有接電端子7。將催化劑插件整體放置于換熱管1中，各層具體關系如圖3所示，將包裹好的催化劑插件依次放入換熱管1中，每根換熱管6中放置20個催化劑插件，然后將管板法蘭8兩端接通24V直流電源，將換熱器組裝好放置于PVC生產工藝中進行工作。

實施例1：

如圖1，將氯化汞催化劑放置于雙層聚四氟乙烯(PTFE)超細纖維負載膜3中間，在負載膜的外層封裝一層靜電隔離層4(隔離層包含絕緣層和屏蔽層)，靜電隔離層4的外側被電吸附超細纖維膜層5封裝，整體做成圓筒狀，與換熱管1的內徑形成間隙配合，每根換熱管內放置20個催化劑插件(如圖1)，換熱管的長度為3米，并將管板法蘭8接通24V直流電。在PVC生產過程中，將催化劑插件置于氯化氫和乙烯的混合氣體經過的反應裝置中，并對電導超細纖維膜通電，經過一個月的測試，最終得出氯化汞的流失量為0.04％，相比之前的裝置，氯化汞流失1％，此催化劑插件對催化劑保持效果非常明顯。

實施例2:

如圖1，將置于活性炭中的氯化汞催化劑顆粒用聚四氟乙烯(PTFFE)超細纖維負載膜3包裹，在負載膜的外層封裝一層靜電隔離層4(隔離層包含絕緣層和屏蔽層)，靜電隔離層4的外側被電吸附超細纖維膜層5封裝，整體做成圓筒狀，與換熱管1的內徑形成間隙配合，每根換熱管內放置20個催化劑插件，換熱管的長度為3米，并將管板法蘭8接通24V直流電。在PVC生產過程中，將催化劑插件置于氯化氫和乙烯的混合氣體經過的反應裝置中，并對電導超細纖維膜通電，經過一個月的測試，最終得出氯化汞的流失量為0.02％，相比之前的裝置，氯化汞流失1％，此催化劑插件對催化劑保持效果非常明顯。