CN107089645A - 一种等离子体流化床法氯化氢氧化制备氯气的方法 - Google Patents

Abstract

一种等离子体流化床法氯化氢氧化制备氯气的方法，具体过程为以一定比率氯化氢和氧气混合气体与粉状干燥剂充分混合和流化，气固相混合物通过等离子体放电区域，气相氯化氢和氧气在等离子体激发下产生如下反应：4HCl+O₂=Cl₂+2H₂O，固相干燥剂及时快速将反应生成水吸收，使反应向生成氯气方向进行，提高反应速度和氯化氢的转化率。

Description

一种等离子体流化床法氯化氢氧化制备氯气的方法

技术领域

本发明属于氯碱化工氯化氢处理技术领域，尤其涉及一种等离子体流化床法氯化氢氧化制备氯气的方法。

背景技术

氯气和氯化氢是氯元素的重要存在形态，也是重要的化工原料和产品，在有机氯化行业，大量消耗氯同时产生等摩尔的氯化氢，氯化氢是涉氯工业一种常见的副产物，通常用来吸收制备盐酸，但因副产盐酸常含有少量的有机杂质，限制了它的适用范围，用碱中和后排放不仅浪费大量氯资源，还会造成环境的污染，因此存在如何更好的利用氯化氢的问题。将副产的氯化氢转化为氯气，实现氯元素的闭路循环和反应过程的零排放，既能解决氯化氢大量过剩和氯气生产的高电耗问题，也能改善氯碱平衡，以及氯碱行业的优化升级，该技术有利于将各行业副产氯化氢转变为氯，应用潜力巨大。

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，催化氧化法及等离子体法。电解法是将副产氯化氢通过电解转化为氯气和氢气，可分为干法和湿法，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。等离子体法是利用等离子体放电，使氯化氢和氧气分子激发、离解和电离，形成高活性的反应物种发生在常温下不可能氯化氢氧化反应，生成为氯气和水，这种方法具有设备简单，投资小，能耗低，操作弹性大等特点，但也存在反应选择性差，转化率低等缺点。

发明内容

为解决等离子体法氯化氢氧化制备氯气反应存在选择性差、转化率低缺点,本发明提供一种采用等离子体和气固相流化床相结合的氯化氢氧化制备氯气的方法，即一种等离子体流化床法氯化氢氧化制备氯气的方法，具体过程为：

包括一定比率的氯化氢和氧气与干燥剂充分混合和流化，气固相混合物通过等离子体放电区域，氯化氢和氧在等离子体激发下产生如下反应：4HCl+O₂=Cl₂+2H₂O，干燥剂吸收反应生成的H₂O，使反应向生成氯气方向进行，提高反应速度和氯化氢的转化率，产出氯气；混合物通过等离子体放电区域后，进行气固分离，固相粉状干燥剂进行脱水后循环使用，气相氯气分离后，剩余氯化氢和氧气循环使用。

上述一种等离子体流化床法氯化氢氧化制备氯气的方法，氯化氢和氧气气体摩尔比值为6～1。

上述一种等离子体流化床法氯化氢氧化制备氯气的方法，等离子体由等离子体发生装置产生，等离子体产生方式包括介质阻挡放电、电晕放电、射频放电任一或两者以上的组合。

上述一种等离子体流化床法氯化氢氧化制备氯气的方法，干燥剂粒径范围在40～200微米，干燥剂为酸性干燥剂或中性干燥剂且与氯化氢、氧气、氯气不产生反应，如：无水硫酸钠、无水硫酸镁、无水硫酸铜、氧化铝、氯化钙、高氯酸镁等。

上述一种等离子体流化床法氯化氢氧化制备氯气的方法，气相在等离子体放电作用下发生反应，固相干燥剂用于吸附反应产生的水。

本发明的优点与效果是：

1、采用低温等离子体流化床法氯化氢氧化制备氯气，具有工艺流程短,设备简单，能耗低，操作弹性大，无催化剂，对环境无污染的优点。

2、干燥剂随反应气体进入等离子体放电区域，可以及时除去反应中产生的水，使反应向生成氯气方向进行，提高反应速度和氯化氢的转化率。

3、反应完成后，干燥剂进行除水后循环使用。

4、反应完成后，气体经分离后，氯化氢和氧气循环使用，提高原料利用率。

附图说明

图1是一种等离子体流化床法氯化氢氧化制备氯气的方法流程图；

图2是本发明的另一实施方式；

附图标号说明：1-流化装置2-等离子体反应器3-干燥剂除水4-气固分离5-干燥6-气体分离7-用户单元。

具体实施方式

实施例1:

参照附图1，首先将干燥剂制成粉状,成为粉状干燥剂后加入流化装置内1，然后将氯化氢和氧气气体摩尔比值6～1之间混合进入流化装置1，与40～200微米的粉状干燥剂混合和流化，进行充分流化后打开流化装置底部的阀门，粉状干燥剂和氯化氢及氧气的气固相混合物在流化装置1内气压作用下进入到等离子体反应器2，气相氯化氢和氧气在等离子体激发下产生如下反应：4HCl+O₂=Cl₂+2H₂O，粉状干燥剂及时快速将反应生成水吸收，打破反应平衡，使反应向生成氯气方向进行，提高反应速度；气固相混合物通过等离子体放电区域后，进行气固分离4，固相进行干燥剂除水3后循环使用，气相依次经干燥5、气体分离6，将氯气分离出来后送往用户单元7，剩余氯化氢和氧气循环使用。

实施例2：

本发明另一实施方式：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，本实施例主要作用将副产氯化氢转化为氯气，降低氯化氢的浓度，提高氯气浓度。工艺过程参照附图2；首先将粉状干燥剂加入流化装置1内，将氯化工艺后尾气（主要为氯气和氯化氢）和氧气混合进入流化装置1，氧气的通入量按尾气氯化氢配比，氯化氢和氧气气体摩尔比值6～1之间，上述气体与40～200微米的粉状干燥剂混合和流化，进行充分流化后，打开流化装置底部的阀门，气固相混合物在1-流化装置内气压作用下进入到等离子体反应器2，气相氯化氢和氧气在等离子体激发下产生如下反应：4HCl+O₂=Cl₂+2H₂O，粉状干燥剂及时快速将反应生成水吸收，打破反应平衡，使反应向生成氯气方向进行，提高反应速度；气固相混合物通过等离子体放电区域后，进行气固分离4，固相进行干燥剂除水3后循环使用，气相经干燥5后，直接送到氯化工艺循环使用。

实施例3：

本实施例与实施例1、2不同之处在于，等离子体产生方式介质阻挡放电；干燥剂采用酸性干燥剂，如无水硫酸铜、硫酸镁。

实施例4：

本实施例与实施例1-3不同之处在于，等离子体产生方式介质电晕放电；干燥剂采用中性干燥剂，如氧化铝、硫酸钙、氯化钙、高氯酸镁。

实施例5：

本实施例与实施例1-4不同之处在于，等离子体产生方式介质射频放电、电晕放电的组合；干燥剂采用酸性和中性干燥剂，如硫酸镁酸与氯化钙。

实施例6：

本实施例与实施例1-6不同之处在于，等离子体产生方式是介质阻挡放电、电晕放电的组合；干燥剂采用酸性干燥剂，如无水硫酸铜、硫酸镁酸性。

Claims (5)

1.一种等离子体流化床法氯化氢氧化制备氯气的方法，包括一定比率的氯化氢和氧气与干燥剂充分混合和流化，气固相混合物通过等离子体放电区域，氯化氢和氧在等离子体激发下产生如下反应：4HCl+O₂=Cl₂+2H₂O，干燥剂吸收反应生成的H₂O，使反应向生成氯气方向进行，产出氯气。

2.根据权利要求1所述一种等离子体流化床法氯化氢氧化制备氯气的方法，其特征在于氯化氢和氧气气体摩尔比值为6～1。

3.根据权利要求1所述一种等离子体流化床法氯化氢氧化制备氯气的方法，其特征在于等离子体产生方式包括介质阻挡放电、电晕放电、射频放电任一或两者以上的组合。

4.根据权利要求1所述一种等离子体流化床法氯化氢氧化制备氯气的方法，其特征在于干燥剂粒径范围在40～200微米，干燥剂为酸性干燥剂或中性干燥剂且与氯化氢、氧气、氯气不产生反应。

5.根据权利要求1所述一种等离子体流化床法氯化氢氧化制备氯气的方法，其特征在于气相在等离子体放电作用下发生反应，固相干燥剂用于吸附反应产生的水。