[发明专利]制备氯气的方法和系统

说明书

技术领域

本发明属于化工工艺过程技术领域，尤其是涉及用氯化氢和氧气制造氯气的方法和系统。

背景技术

在使用含氯原料的工业过程中，例如曼海姆法生产硫酸钾，甲烷氯化物、氯乙酸、氯化石蜡及聚氨酯行业异氰酸酯(MDI/TDI)的生产过程中等，都会产生大量的副产氯化氢。以聚氨酯行业为例，在生产MDI/TDI的过程中需要使用含氯原料COCl₂，氯元素最终全部转化成副产HCl，10万t/a的MDI装置约副产6万t/a的氯化氢，10万t/a的TDI装置约副产8.39万t/a的氯化氢。如果大量的副产氯化氢得不到合理利用，将严重制约相关产业的健康发展。因此，人们一直希望找到一条既经济又安全的氯化氢制氯气工艺路线，以实现氯元素的循环利用。

现有技术中已经报道了许多由氯化氢制备氯气的方法，主要有电解法、无机氧化剂直接氧化法和空气/氧气催化氧化法(即Deacon过程)。然而，这些方法均存在有局限性，例如电解法的缺点是能耗太大，成本高。无机氧化剂直接氧化法的缺点是设备比较复杂，产物分离困难，同时能耗较大。而Deacon过程是在CuCl₂/CuO催化剂存在的条件下，由氯化氢与氧反应制氯气的过程。一般认为Deacon过程的反应式如下：

上述反应是可逆反应，产物气体中包含未反应的氯化氢(HCl)、氧气、原料气体中可能含有的少量惰性气体，以及产物氯气和水，该方法的HCl转化率通常小于80％。

为了提高HCl的转化率，Mortensen等人(M.Mortensen，R.G.Minet，T.T.Tsotis，S.W.Benson，The development of a dual fluidized-bed reactor system forthe conversion of hydrogen chloride to chlorine，Chem.Eng.Sci.54：2131-2139，1999)提出了采用两个循环流化床反应器的氯化氢制氯气过程。另外，中国专利ZL 02146784.6种公开了一种采用两段循环流化床反应器的氯化氢催化氧化制氯气工艺方法及装置。这两种方法均是根据反应机理将该过程分为氧氯化和氯化两个步骤，即在高温下进行氧氯化反应，在低温下进行氯化反应，从而提高HCl的转化率。但是，这两种方法需要催化剂颗粒在高温反应区和低温区之间不断循环，增加了能耗。另外，将催化剂在高温区和低温区之间不断循环，还在很大程度上使工艺操作的难度增加，且对催化剂性能的要求也相应地提高。

发明内容

有鉴于此，本发明需要提供一种简单易行的制备氯气的方法和系统。为解决上述技术问题中的至少一个，本发明的一个目的提供一种用于制备氯气的方法，该方法可以克服现有两段循环氯化氢催化氧化制备氯气方法的不足、工艺简单易行，对催化剂无特殊要求，且能获得高氯收率。

本发明的另一目的是提供一种制备氯气的系统，该系统的反应器为普通的流化床或固定床，操作简单平稳、容易控制且氯收率高。

根据本发明的一方面，提供了一种制备氯气的方法，包括以下步骤：A、使氯化氢和含氧气体或者氧气在催化剂存在的条件下发生化学反应；B、将步骤A中反应之后所获得的混合气体通入吸收液中，用于吸收未反应的氯化氢；以及C、将所述吸收液中吸收的氯化氢解吸后返回至步骤A。

根据本发明的一个实施例，将步骤C中解吸氯化氢后的吸收液返回至步骤B。

根据本发明的一个实施例，将步骤B中吸收氯化氢之后的混合气体中的氧气和氯气分离出，并将分离出的氧气返回至步骤A。

根据本发明的一个实施例，所述吸收液为质量浓度为15-25％的盐酸。

根据本发明的一个实施例，所述含氧气体可以为空气。

根据本发明的一个实施例，步骤A中所述催化剂的主活性组分可以为Cu、Fe、Cr或Ru的金属盐。

根据本发明的一个实施例，步骤A中氯化氢与含氧气体或者氧气发生反应的温度可以为280-550℃，压力可以为0.1-0.5MPa。步骤A中氯化氢与所述氧气或者含氧气体中的氧气的摩尔比可以为1∶5-5∶1。步骤A中氯化氢的重量空速可以为0.05-1.0h^-1。通过将反应维持在该条件下，可以在一次反应过程中实现较高的氯气收率，且反应速度较快。