[发明专利]一种制备光气的催化剂及制备光气的方法

说明书

技术领域

本发明属于光气制备领域，更具体地涉及一种制备光气的催化剂及制备光气的方法。 

背景技术

光气是一种重要的有机中间体，在农药、医药、工程塑料、聚氨酯材料以及军事上都有许多用途，尤其是生产异氰酸酯、聚碳酸酯的重要原料。 

工业上通常采用一氧化碳和氯气为原料，用活性炭为催化剂合成光气，其反应方程式如式（1）所示。 

CO+Cl₂=COCl₂   ΔH=-31.6kcal/mol 

优质的光气多用于高端产品使用，例如，制备聚碳酸酯塑料需要至多含有50ppm游离氯，否则会影响水洗效果及产生设备腐蚀严重等问题；并且至多含有50ppm四氯化碳杂质，否则会影响产品的颜色质量等问题。 

从该反应方程式可以看到，该反应是一个非常强烈的放热反应过程，每合成一吨光气所能产生的热量超过30万大卡，而目前工业水平下，该部分热量需要通过氯苯和循环水将之带走后自然挥发。不但浪费了这大量的反应热，还需要额外提供大量的设备和公用工程成本，即使利用也只能副产较低品位的蒸汽。该反应在常温下即可在催化剂的作用下迅速反应，同时放出大量的热量，促使反应速度进一步加快。如果反应速度进一步加快，将造成更多的热量放出的恶性循环。 

目前，工业化固定床装置采用的柱状活性炭颗粒为光气合成催化剂，其装填主要按照传统的“惰性剂+活性催化剂+惰性剂”的分段装填形式。这种传统的催化剂分段装填方式不仅不能降低原料入口处附近的反应速率和放热速率，避 免飞温产生，而且会降低活性催化剂的有效利用率。因此对于光气合成反应，固定床反应器的入口段温度会迅速飙升，最高热点温度可以达到550～700℃，在此过程中由于游离氯含量迅速降低，反应速度会随之急剧下降，造成反应温度迅速下降。对于固定床反应器而言，轴向温度梯度变化巨大，造成床层催化剂整体催化性能下降和壳侧轴向上移热介质的温度不均匀、设备材质浪费。并且在如此高反应温度下，长时间运行将造成活性炭催化剂的炭化、粉化，以至于最终大部分活性炭催化剂流失。 

与此同时，由于活性炭催化剂的内部具有大量不规则的开孔或闭孔，活性炭催化剂的传热效果非常差。因此活性炭催化剂床层的径向温度差非常大，50mm内径的反应管内，径向温差可达到300～400℃。因此如果在反应过程中，进料、撤热等控制失效，则极易引起催化剂床层温度飙升，从而加剧催化剂被烧毁、粉化情况。进一步地讲，由于催化剂的烧毁势必导致该床层的压降下降而使得更多的物料进入该区域，反应将进一步失控，从而酿成严重的安全事故。 

目前，光气合成工业化装置中，主要采用中低沸点的水、无盐水等作为换热介质，作为换热介质，在固定床反应器壳侧大量循环移出反应热量。我们将采用高沸点的介质进行蒸发产蒸汽或者直接用沸水气化产蒸汽来移走反应热量，消除固定床反应器的反应热点的方式。这类专利报道，如：EP134506、US4231959、CN200510093948.7等。目前工业化技术只有Bayer公司采用这个技术的，其副产蒸汽的品质较低，活性炭催化剂使用寿命较短。其症结主要是由于其使用催化剂为活性炭催化剂，而活性炭催化剂热阻高，造成反应床层整体温度较高，温度无法移出。因此如果不能解决催化剂床层的高温度梯度问题，尤其是径向的温度梯度高的问题，反应产生热量将很难综合有效利用。 

同时，由于需要保证尽可能大的传热系数安全和均匀地消散热量，确保出口游离氯的转化率。如果换热介质为水，必须解决因为局部高温腐蚀损坏而使传热介质泄露至反应空间中的安全技术问题，否则会影响装置稳定运行。如果换热介质为有机物，换热效果差，而且必须解决壳侧移热介质高温下碳化堵塞、 难以清理等问题，否则也会影响装置稳定运行。 

综上所述，现有一氧化碳和氯气催化反应制备氯气的工艺主要存在以下几个问题：现有的活性炭催化剂炭化、粉化严重，使用寿命短，反应器径向和轴向温差大，光气及副产蒸汽品质低，不能长时间稳定运行，维护成本高、安全性差等缺陷。因此，目前需要寻找一种新的工艺生产方法代替现有的工艺。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备光气的催化剂及采用该催化剂制备光气的方法，能够有效降低反应器径向和轴向温差，降低催化剂高温运行情况下炭化、粉化情况，提高催化剂使用寿命。同时生产高品质的光气及副产蒸汽，降低设备材质投资成本及稳定运行维护成本，增加装置安全运行周期的优点。 

为了实现本发明的目的，本发明的技术方案如下：