[发明专利]一种基于氯化铵化学链循环的纯碱—氯乙烯联产工艺

说明书

技术领域

本发明涉及化工生产领域，具体涉及一种基于氯化铵化学链循环的纯碱—氯乙烯联产工艺。

背景技术

化学链是指将某一特定的化学反应通过化学介质的作用分多步反应完成的过程。这一概念早在上世纪初就曾被用于以水蒸气与铁反应制备氢气，并用于二氧化碳的商业化生产。近年来，因碳燃料燃烧化学链循环过程可获得可供封存的二氧化碳，碳燃料燃烧化学链工艺的研究开发工作日益深入。另一方面，除了碳燃料燃烧之外，其他化学链循环过程研究相对较少。实际上，在传统的化学工业过程中，化学链循环的思路值得广泛借鉴并开发应用，如在氯碱工业中氯的化学链问题，在纯碱工艺中氨的循环问题。

纯碱和氯乙烯分别属于无机化工和有机化工行业，两者从建厂到生产一般都是完全独立的，关联较少。两者的国内产能规模大，均达到千万吨级别。

目前，国内的纯碱工艺均采用联碱法，联碱法虽然解决了氨碱法工艺中产生的氯化钙废液问题，但副产氯化铵产品，随着纯碱工业规模的不断扩大，氯化铵的产量与日俱增。因氯化铵作为氮肥会导致土壤酸化，用作化肥市场有限，氯化铵大量积压已成为纯碱行业发展的瓶颈。

国内电石/乙炔法氯乙烯工艺主要包括三个部分：1）、以碳素和氧化钙为原料，通过电极高温加热生成电石（碳化钙），氧化钙通过石灰石煅烧得到，电石再通过水解得到乙炔；2）、采用氯化钠盐水电解法生成氯气、氢气和烧碱，氯气和氢气再进行反应得到氯化氢；3）、乙炔与氯化氢在氯化汞催化剂上进行氢氯化反应得到氯乙烯。电石/乙炔法氯乙烯工艺中，每生产1吨氧化钙，需排放约0.8吨CO₂，同时生成1.3～1.8吨固体电石渣，均对环境造成严重污染；同时，电石生产采用高温电极熔融法，氯化氢生产采用盐水电解法，均属于高能耗工艺；由于副产品烧碱市场供大于求，也限制了氯乙烯工艺的发展。

由上可知，现有的纯碱和氯乙烯工艺分别带来了大量的资源浪费和环境污染，亟需对有关技术进行改进。目前主要思路是将两个工艺进行集成优化，达到节能减排的目的，获得高效的纯碱—氯乙烯联产工艺。公开号为CN101792160A的专利文献公开了一种纯碱和聚氯乙烯联合生产的方法，采用氨碱法纯碱过程副产的无水氯化钙生产氯化氢作为聚氯乙烯生产中氯乙烯的氯源，而对于联碱法纯碱工艺，则利用纯碱副产的氯化铵生产氯化氢作为聚氯乙烯的氯源。但是该专利没有介绍如何由氯化铵中分离得到氯化氢和氨气，以及相关的可行性技术方案，也没有给出任何工业应用方案，技术上缺乏实施的可能性。

对于联碱法副产的氯化铵的利用，公开号为CN101830773B的专利文献公开了一种氯化铵分解制氯乙烯的方法，制备以活性炭为载体的催化剂，将氯化铵升华后与乙炔气体混合，通入装有以活性炭为载体的催化剂的反应器中反应，反应产物用水吸收氨气后，将剩余气体冷冻压缩，得到液态氯乙烯产品。公开号为CN101786939A的专利文献公开了一种氯乙烯的制备方法，以氯化铵为氯源，将乙炔与氯化铵的混合物通入装有金属催化剂的反应器内进行氯乙烯的生产，分离出的氨循环到联碱法纯碱工艺中重复利用。上述两项专利技术均停留于实验室小试规模，验证了催化剂的可行性，但两者还存在氯化铵转化率低，催化剂昂贵以及失活快等问题，工业化应用难度大。

由于氯化铵直接作为氯源进行氯乙烯制备具有诸多难以克服的困难，采用化学链循环技术进行氯化铵高效利用值得特别关注，通常是将氯化铵通过化学链循环技术制备得到的氯化氢和氨气分别利用。迄今为止，关于氯化铵分解制取氨气和氯气或氯化氢的方法的报道较多，归纳起来主要有：电解法、催化分解法、硫酸法和硫酸氢盐分解法、有机胺两步热解法等（邵玉昌,氯化铵的反应及应用,纯碱工业,2008,4,3-13页）。

公开号为CN101134579A和CN101117213A的专利文献中均公开了采用硫酸法由氯化铵分解制取氯化氢的方法，该法技术成熟，产品转化率高，能有效消化氯化铵和硫酸产能，但该过程对设备材质要求较高，且氨转化为低附加值的硫酸铵产品，没有得到高效地循环利用。

公开号为CN101100287A和CN101117212A的专利文献中公开了以硫酸氢铵、硫酸氢钾、硫酸氢钠等硫酸氢盐为化学链循环载体回收氨气和氯化氢的方法，首先将硫酸氢盐与氯化铵在较低温度下热反应制取氯化氢，然后加热升温至较高温度下由硫酸铵盐热解制得氨气，硫酸氢盐作为载体循环使用。该技术虽然可使氯化铵得到高效循环利用，但反应过程中存在反应速度过慢、氯化铵转化不完全、副反应多等问题，工业应用前景不大。