[发明专利]氯化氢光催化氧化方法及装置

说明书

本申请涉及氯化氢催化氧化领域，公开了一种氯化氢光催化氧化方法及装置，本申请通过将反应器分隔为光照射区和无光区，所述光照射区能够被光辐射到，而无光区不能够被光辐射到，所述光照射区和无光区之间的气体能够流通，从而有效避免产物气体在光照条件下继续发生逆光解，提高产率。

技术领域

本申请涉及氯化氢催化氧化领域，具体涉及一种氯化氢光催化氧化方法及装置。

背景技术

氯气是一种重要的化工产品和原料，主要应用在聚氯乙烯、MDI、TDI、甲烷氯化物、合成橡胶、硅材料、氯氟烃、建材、医药等领域。在生产过程中氯元素的利用率一般在50％左右，通常会副产相同体积的氯化氢气体。大量副产氯化氢的出路问题已成为制约涉氯行业可持续发展的共性难题。将副产氯化氢制成氯，并重新投入到生产链中，则能构建起氯元素的循环经济反应系统。

将副产氯化氢转化为氯，主要通过3种工艺方法来实现，即电解法、直接氧化法和催化氧化法。电解法具有能耗大，产品含杂质多等缺陷，没有得到发展。直接氧化法是利用强氧化剂如NO₂、SO₃或HNO₃/H₂SO₄的混合酸作为氧化剂对氯化氢直接氧化，设备复杂、产物分离难度大，能耗相对也较大，因此也未能得到推广。催化氧化法比较典型的过程主要有Deacon过程，与电解法和直接氧化法相比，具有能耗低、简单易操作、单程转化率高等优点，被广泛认为是目前最易实现工业化的方法。但催化氧化法反应温度比较高，常常导致催化剂活性降低、寿命缩短，因而需要频繁的更换催化剂，成本高。

为了能够降低反应温度，使反应向产物端进行，WO2017194537A1通过UV辐射使氯化氢非均相光催化氧化，产生由至少氯化氢、氧气和任选其它次要成分构成的气体混合物，并使其通过固体光催化剂，并在所述催化剂的表面上通过选择性能量范围内的UV辐射的作用而开始反应，所述光催化剂包含至少一种光活性材料，例如过渡金属或过渡金属氧化物或半导体材料。该方法中，氯化氢转化率可达90％以上，但是需要使用固体光催化剂。

RU2253607将空气和氯化氢的反应混合物连续供入流动型反应器中，形成活化区，其中氯化氢在25～30℃的温度范围用氧气氧化，活化区是在不高于0.1MPa的压力下、通过用汞高压石英灯在反应器的特定区域内照射反应混合物而形成的，汞高压石英灯体积照射密度(10-40)×10^-4W/cm³。JPS5973405采用脉冲相干光照射，使气态氯化氢在氧气和/或空气存在下通过光化学反应以产生氯气，或者交替使用相干光和非相干光或者在用非相干光照射期间进行相干光的脉冲照射。WO2006132561A1通过在流通反应区中连续供应含有氯化氢和氧的气态混合物并通过氧气氧化氯化氢以形成目标产物来生产氯，作为用于氧化氯化氢的氧，在波长为165～270nm、密度为(10-40)·10^-4W/cm³的紫外线辐照下激活，压力保持为不大于0.1MPa，或者在具有100keV至2MeV的能量的加速电子的电流照射下激活氧。

现有采用光催化氯化氢进行氧化的技术，虽然也能得到较高的转化率，但是必须严格控制进料速度以及压力，进料速度过高或过低或者压力变化都会使反应过程的热平衡受到干扰，引起氯化氢转化率显著降低。在工业化生产过程中，要实现较大的转化率，仍然存在相当大的难度，成本也较高。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，发明人完成了本申请。本申请提供一种氯化氢光催化氧化方法，其以光作为催化剂，通过将反应器进行分隔，实现高的氯化氢转化率。

发明人经过研究发现，现有技术的氯化氢光催化氧化方法，难以实现工业化的主要问题在于，H-Cl键能大于Cl-Cl键能，当使用光源照射等方法激发氯化氢发生氧化反应的同时，产物氯气也会受到光的激发与水发生水解逆反应，从而转变成原料气体而影响产物的产率。