[发明专利]一种高气压低温等离子体氯化氢氧化制备氯气的方法及装置

说明书

本发明属于氯碱化工技术领域，涉及一种高气压低温等离子体氯化氢氧化制备氯气的方法及装置。包括预热混合器、干燥器、压缩机、等离子体反应器、冷却分离装置、汽化器、废液处理装置；制备步骤为：原料气氯化氢、氧气和氩气按配比进入气体预热混合器混合均匀并除水；经压缩机增压后进入高气压低温等离子体反应器，该低温等离子反应器在高气压下产生细丝放电,使氯化氢转化为液氯；经冷却分离装置完成反应物和生成物的分离，实现氯化氢的高效转化和产物分离。本发明提高了氯化氢和氧气分子的浓度、单位体积的能量密度和反应效率，具有工艺流程短,设备简单，转化率高，能耗低，产物易分离，对环境无污染等优点。

技术领域

本发明属于氯碱化工技术领域，尤其涉及一种高气压低温等离子体氯化氢氧化制备氯气的方法及装置。

背景技术

氯气是生产众多含氯化学品的重要原料，用途广泛。主要用于有机合成，如生产聚氯乙烯、氯化聚氯乙烯、氯化聚乙烯、合成橡胶、合成纤维、燃料、农药、漂白剂、消毒剂、溶剂等，以及其他氯化物。在现代工业中氯气主要通过电解食盐水得到，同时副产烧碱，形成所谓的氯碱工业。

在众多的气固相法氯化高聚物反应装置如氯化聚氯乙烯、氯化聚乙烯、氯化石蜡等的气固相氯化反应过程中，氯化氢是氯化反应过程中的副产物，允许一定浓度的存在，但浓度太高就会影响气固相氯化反应进行。在氯化反应的过程中消耗等摩尔的氯气就会产生等摩尔的氯化氢，经过积累氯化氢含量越来越高，当氯化氢的浓度达到一定值就需要除去氯化氢，保证氯化氢的含量在一定范围内，增加原料气中氯气的浓度。虽然现有技术已经能将氯化氢转化为氯气，但在转化的过程中混合气中会带有催化剂颗粒，副产物水，甚至含有氧气，一些企业往往因为处理混合气的工艺装置与气固相法氯化反应装置不匹配、操作难度大、投资成本高、能耗高等一系列原因放弃了将氯化氢转化为氯气之后直接回用，而是通过排出一部分混合气体，然后补充高纯的氯气来提高反应气体中氯气的浓度。这样的方式造成了氯气的利用率低，排出的氯气和氯化氢继续处理还会造成生产成本上升。甚至这样的处理方式在某种程度上会增加企业的负担，此时也常常出现个别企业牺牲环境获取企业利益的环保问题。

目前专利和文献中有关氯化氢制取氯气的方法有很多，如电解法，直接氧化法，催化氧化法。电解法是将副产氯化氢通过电解转化为氯气和氢气，分为干法和湿法，属于比较传统的方法.该方法投资大、能耗高，经济成本上不具优势。直接氧化法是利用NO₂,SO₃,NaHSO₄和混合酸HNO₃/H₂SO₄等无机氧化剂直接氧化HCl制备Cl₂的一种方法，反应在液相进行，典型的有Weldson法、KCl–Chlor过程等；这些方法比较突出的缺点是设备复杂、反应过程中产生腐蚀性物质、氯化氢转化不完全、产物分离困难、废液难以处理，同时能耗也较大，因而不能得到广泛应用。催化氧化法是在催化剂存在下以空气或氧气作为氧化剂氧化HCl生成C1₂的方法，反应过程是一个放热的可逆过程，具有能耗低、操作简单等优点，目前是最容易实现工业化的方法，具有代表性的催化氧化法主要有Deacon过程、MT–Chlor过程和Shell～Chlor过程等。相对分析现有技术，现有技术中相对可行用于氯化氢制备氯气的方法是催化氧化法，但是催化氧化法往往也存在有诸多缺点和不足，HCl和Cl₂分离困难投资大。

清华大学申请的专利200810115695.2公布了一种氯化氢催化氧化生产氯气的装置，该装置介绍了一种流化床反应器。所述流化床反应器在内部加装逆流挡板，使得催化剂与反应气体逆流接触并发生反应，通过控制温度和安装分布板，将流化床反应器分为氧化段、氧氯化段、氯化段，反应器通过下行管和提升管将此三段连接起来，实现催化剂的循环反应和再生，最终实现氯化氢的完全转化。所述氯气制备方法采用流化床催化氧化法，催化氧化过程中用到大量催化剂，同一台反应器中分段要求控制操作温度在200℃至400℃发生反应，存在催化剂对设备的磨损较大，对设备要求极高，流化床反应设备的使用周期短，保证反应温度的过程中操作要求高、能耗高的缺点。