[发明专利]含有烃类卤代烃类和一氧化碳废气的催化转化方法

说明书

本发明涉及一种含有烃类、卤代烃类和一氧化碳的废气，特别是氯乙烯合成的生产中产生的废气的催化转化方法。本发明还涉及实施该方法的装置。

除了由于SO₂，NOx引起的空气污染不断增加以外，烃类特别是卤代烃类的排放也成为一个严重的问题。例如氯乙烯的生产过程中，所产生的废气在某些情况下含有极其有毒的物质。为满足1986年修订的德国空气净化规定（the German Clean Air Regulation）中的排放标准，最好的解决办法是添加废气净化。

在减少空气污染物排放的许多办法中，最初使用了热净化法或催化净化法，因为使用这些方法可以达到特别高的净化效能。

至于热燃烧，应去除的污染物在燃烧室内，用最高1500℃的温度提供所需能量进行氧化反应。（VDI525号报告，废气净化的催化法和热处理法，1985年3月7日-8日会议，VDI-Verlage杜塞尔多夫，1985年，P347）。

在上述方法中，废气在燃烧室的停留时间至少是1秒（VDIl.c.p.347页）。从经济方面考虑，热净化法仅仅有利于高浓度的污染物的处理。值得注意的缺点在于产生并维持这种转化温度所需的费用和燃烧过程中释放的热能不能总被充分地利用。

通常采用贵金属催化剂，温度约300-700℃，停留时间最多0.3秒来进行催化燃烧。它更适用于低浓度污染物的处理。与热处理法相比它显示出显著低操作费用的特性（VDI    l.c.p.75）。然而，使用此种催化法也有一定的局限性，即由于因过热负荷的影响或因废气中存在催化剂毒剂而减低化学活性的影响可能减少催化剂的活性。（VDI    l.c.p.75）。

当氯乙烯的生产过程中使用廉价的废气催化净化法时，应达到的目的是采用生产过程中的措施从而确保催化剂具有低的热负荷并尽可能阻碍催化剂的中毒。

本发明涉及一种含有烃类，卤代烃类和一氧化碳的废气，特别是氯乙烯合成过程中产生的废气的催化转化方法。该方法的特征在于，该废气在300-800℃，较好的是在350-730℃首先通过含有氧化分裂型催化剂的第一夹层，然后再通过含有氧化燃烧型催化剂的第二夹层。在这种方法中废气输入的温度必须在催化剂初始温度之上。为达到充分地转化，即刻进入第一夹层之前的废气温度必须不低于300℃，在两夹层中也不能超过800℃以避免催化剂的热损失。在这些催化剂夹层中长链的，芳香族一脂肪族的烃类（1）氧化分裂成为小分子，非饱和的或饱和的卤代烃类（2）氧化燃烧成为二氧化碳（3），一氧化碳也氧化成二氧化碳（3）：

原则上，所有文献中列举的和惯用的废气的催化净化法均可用于这种用途。本发明也使用某些从文献本身中获知的组合催化剂。

原则上，所有已知的为有机化合物的氧化分裂而选用的催化剂体系均可用于第一夹层。在这种含有烃类，卤代烃类和一氧化碳的废气特别是从氯乙烯合成中产生的废气的催化转化的特殊情形中，采用一种仅发生部分转化的催化剂就显得格外重要。具体地说，在排除空气条件下，这里的反应过程是氧化分解、脱卤和脱卤化氢，所含的杂质例如脂肪烃类和芳香烃类;氯代烃类例如氯乙烷，氯乙烯和1，2-二氯乙烷等等均已完全转化;象氯甲烷和甲烷这类物质仅仅部分地转化，一氧化碳实质上完全不转化。

由于通过第一层的预转化，大量的反应热已经释放出，这意味着伴随着载体和催化活性相的烧结，在活性很高的第二种催化剂的后续层中所出现的温度高峰可完全避免;这对于该催化剂的使用寿命是很有利的。

另外，第一夹层中相对非敏感型的催化剂对于装置及管道中的重金属和其它催化剂毒剂起着过滤器的作用。该催化剂受其表面状态的影响，在反应过程中它具有阻碍在其表面上生成氯原子的性质，从而实际上保护了第二夹层中后续的，敏感型催化剂不致中毒。特别适用于第一夹层的催化剂的催化活性物质是氧化铝，二氧化硅，硅酸铝和/或沸石，以及选择性地含有一种或一种以上元素Ba，Mg，Cu，Cr，Mn和Ni的氧化物的0.1-20%（重量百分比）。

为使热稳定的烃类、卤代烃类尽可能完成转化以及使一氧化碳氧化可使用第二夹层催化剂。此种催化剂必须具有高的氧化效能。原则上，可使用非贵金属催化剂或固体催化剂，例如：贵金属催化剂当第二夹层催化剂的催化活性物质是铂和/或钯或铂和铑时能获得特别好的效果。在这种情况下，铂和钯可推荐的重量比为1∶5-5∶1，铂和铑可推荐的重量比为5∶1-20∶1。