[发明专利]一种氯化氢催化氧化制备氯气的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种氯化氢催化氧化制备氯气的方法，尤其涉及一种在一次进氯化氢多段进氧和/或一次进氧多段进氯化氢(向第一反应器提供含氯化氢气体物流以及用于氧化所述含氯化氢气体物流的含氧气体物流，向下游反应器提供含氯化氢气体物流和/或用于氧化所述含氯化氢气体物流的含氧气体物流)、部分不经分离的产物气体物流返回使用的氯化氢催化氧化制备氯气的方法。本申请的方法通过一次进氯化氢多段进氧和/或一次进氧多段进氯化氢、产物气体物流不经分离返回以及可选择的绝热等手段，能够显著延长催化剂的寿命，并进一步可以降低催化氧化氯化氢的制备成本。

背景技术

氯气是一种非常重要的化工产品和原料，广泛应用于冶金、纺织、医药、石油化工等多种行业。氯气分子中的两个氯原子在发生反应时仅有一个氯原子能被有效利用，所以氯气的有效利用率不超过50％，即每消耗1摩尔氯气就会产生1摩尔副产物氯化氢。因此各行业中，以副产物形式所产生氯化氢的量是巨大的。如何处理大量的氯化氢，已经成为一个亟待解决的问题。目前工业上实际采用的主要处理措施是用水吸收氯化氢后制成质低价廉的盐酸出售；由于盐酸价格低廉且市场需求容量有限，将氯化氢制成盐酸实际上已经成为一种负担而不是变废为宝。还有一些采用的处理措施是用碱中和氯化氢后直接排放；然而随着环保法律法规日趋完善，各种排放方式的环保标准已经非常严格。

因此，可工业化的将氯化氢制成氯气的方法已经受到相关行业的持续关注。因为将副产物氯化氢直接制成氯气的方法，不仅能实现氯元素的闭路循环，还能实现反应过程的零排放。到目前为止，氯化氢制备氯气的方法主要可以分为三类：电解法，直接氧化法和催化氧化法。但是，电解法工艺的能源消耗太大，且离子膜也需要经常更换，成本非常高，每吨氯气回收成本＞4000元；直接氧化法的收率低，不可工业化；与电解法、直接氧化法相比，催化氧化法尤其是经由Deacon反应的催化氧化法最具工业化潜力。

Deacon反应(迪康反应)是在负载有催化剂的载体的情况下将氯化氢氧化成氯气的反应。Deacon反应方程式为：催化剂的性能对Deacon反应的效果影响很大。因此，为了实现Deacon反应的工业化，国内外研究者做了大量的研究来找寻合适的催化剂。但迄今为止，Deacon法仍存在以下不足：例如，催化剂活性有待进一步提高；固定床反应器中，床内热点温度过高常常导致催化剂活性降低、寿命缩短，因而需要频繁地更换催化剂；流化床反应器中，催化剂磨损严重，需要不断补加。

CN87104744、US4994256公开的Deacon法流化床反应器均要求催化剂要有足够的硬度和耐磨性并且要求反应器壁也要具有较强的耐磨损性。US2004115118、JP2001199710以及US5084264公开的Deacon法固定床反应器均通过结构复杂的散热装置来减少反应过热对于催化剂寿命的伤害。CN101448734公开了一种反应器体系，其既可以采用固定床也可以采用流化床，但是该发明并未公开其催化剂的有效寿命。

鉴于氯化氢催化氧化反应是放热反应并且很多催化剂容易因高温而失活，所以在Deacon法中移除和利用反应热是十分必要的。600-900℃的反应温度一方面会导致催化剂的永久性失活，另一方面会导致反应平衡在高温下不利于向原料方向移动，从而影响转化率。因此，Deacon法中有利的反应温度是在150-600℃的范围。

发明内容

为了克服上述缺点，发明人完成了本申请。本申请提供一种氯化氢催化氧化制备氯气的方法，该方法通过有效控制和利用反应热，显著延长了催化剂寿命，从而降低了处理氯化氢的成本。这就使得本方法成为一种可工业化的方法。

本申请在一个方面涉及一种氯化氢催化氧化制备氯气的方法，包含以下步骤：提供一个或多个串联或并联的装填有催化剂的反应器；向所述一个或多个反应器中的第一反应器提供含氯化氢气体物流以及用于氧化所述含氯化氢气体物流的含氧气体物流，向下游反应器提供含氯化氢气体物流和/或用于氧化所述含氯化氢气体物流的含氧气体物流，以进行催化氧化氯化氢的反应；将来自最后一个反应器的经过催化氧化反应的产物气体物流的一部分不经分离直接返回至任意一个或任意多个反应器；将来自最后一个反应器的剩余的产物气体物流部分分离以获得氯气。