[发明专利]氯化氢催化氧化制备氯气的反应器

说明书

技术领域

本发明涉及化工设备领域，尤其涉及一种氯化氢催化氧化制备氯气的反应器。

背景技术

在许多以氯气为原料的工业过程中，例如聚氨酯行业的MDI/TDI、曼海姆法生产硫酸钾、甲烷氯化物、氯乙酸和氯化石蜡等，都会产生大量的副产物氯化氢。以聚氨酯行业为例，在生产MDI、TDI过程中需要使用含氯的COCl₂，而产品中不含有氯，氯全部转化成副产物氯化氢。10万t/a的MDI装置约产生6万t/a的氯化氢，10万t/a的TDI装置约产生8.39万t/a的氯化氢。如果大量的副产物氯化氢得不到合理地利用，将严重制约相关产业的健康发展。因此，人们希望找到一条既经济又安全的氯化氢制氯气工艺路线，以实现氯元素的循环利用。

文献中有很多氯化氢制备氯气的方法，主要有电解法、无机氧化剂直接氧化法和空气/氧气催化氧化法(即Deacon过程)。电解法能耗太大，成本高；无机氧化剂直接氧化法的缺点是设备比较复杂，产物分离困难，同时能耗较大；Deacon过程是在Cu、Ru或Cr等的氧化物或氯化物催化剂存在的条件下，氯化氢与氧气在300℃～550℃发生化学反应，从而制得氯气的过程。一般认为Deacon过程的反应式如下：

ΔH＝-13.8kcal/mol

由于该过程为放热过程，在反应器中需要设置换热管。此外，该过程的反应体系中包括HCl、Cl₂、H₂O和O₂，在300℃～550℃的反应温度下，碳钢等价格便宜的金属材质会腐蚀严重。为此，日本住友化学公司采用镍材质的列管式固定床反应器，但这种设备存在加工复杂、造价昂贵的缺陷。

为了强化传热，该反应过程也可以采用流化床反应器。虽然流化床反应器具有传热效果好、温度分布均匀，催化剂内扩散阻力小等优点，但催化剂对反应器的器壁的碰撞摩擦剧烈，从而加速金属器壁的腐蚀。

因此，需要开发出一种反应器，该反应器在氯化氢催化氧化制备氯气的过程中，反应器的器壁能够耐高温、耐HCl和Cl₂(含水)的腐蚀、耐固体催化剂的冲刷磨蚀，同时还具有一定的机械强度。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出一种耐高温、耐磨蚀和耐腐蚀的反应器。

为了实现上述目的，根据本发明的实施例提出一种用于氯化氢催化氧化制备氯气的反应器，所述反应器的包括多层结构的反应器器壁、及由器壁所限定的用于容纳反应介质的反应腔室，所述多层结构的反应器器壁包括：金属壳体；外保温层，其设置在所述金属壳体的外侧用于对所述金属壳体保温，在工作状态时，所述外保温层的厚度使得与外保温层相接触的金属壳体外表面温度高于水的露点；和内衬层，其设置在所述金属壳体的内侧，在工作状态时，所述内衬层的厚度使得金属壳体内表面温度低于300℃。

根据本发明实施例的反应器通过在金属壳体的外侧设置外保温层来减少热量散失，从而使所述金属壳体的温度不低于水的露点温度，这样就防止了反应介质因形成盐酸而腐蚀所述金属壳体。所述反应器通过在所述金属壳体的内侧设置内衬层来阻隔反应介质(包括固体催化剂)，减少所述反应介质的热量传递至所述金属壳体且避免所述金属壳体被反应介质磨蚀和腐蚀，从而大大地延长了所述反应器的使用寿命。

通过在根据本发明实施例的反应器的金属壳体的外侧和内侧分别设置外保温层和内衬层，可以防止反应介质(包括催化剂)磨蚀和腐蚀所述金属壳体，从而可以使用普通金属材料来制备所述金属壳体，大大地降低了所述反应器的制备成本。

另外，根据本发明实施例的反应器可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述外保温层的厚度满足使得金属壳体的外表面温度高于180℃。

根据本发明的一个实施例，所述内衬层的厚度满足使得金属壳体内表面低于250℃。

根据本发明的一个实施例，所述金属壳体由碳钢或者不锈钢制成，从而大大地降低了所述反应器的制备成本。

根据本发明的一个实施例，所述外保温层由矿物棉、岩棉、维耐隔热毯和玻璃棉中的一种或多种制成。

根据本发明的一个实施例，所述内衬层由耐腐蚀混凝土构成，所述耐腐蚀混凝土包含骨料和细粉，其中所述骨料包含莫来石、石英和钙长石，所述细粉包含钙长石、董长石和矾土水泥。所述内衬层可以通过浇注混凝土的方法整体形成，具有制备简便的优点。