[发明专利]一种新的热化学法闭路循环制氯与碱

说明书

本发明属于化工工业氯碱生产技术。

氯碱工业是国民经济中的基础工业，目前世界烧碱年产量约在三千万吨以上，生产量较大的国家有：美国、日本、苏联、德国、中国等。随着社会发展，烧碱的需求量越来越大，但目前的生产方法仍主要沿用电解法，其中：水银法约占41%，隔膜法约占56%，离子膜法为3%。电解法的主要缺点是耗电量大，能量利用率低（一般为20-40%），对原料盐要求高，并且还有汞及石棉污染环境。因此，若继续采用电解法来进一步提高烧碱的产量是困难的。

八十年代中期，日本的竹内纪男等（竹内纪男，日本专利特公昭62-65923）在All  ed制氯的基础上，从利用其副产物硝酸钠生产氢氧化钠为出发点，提出了三种氯化钠的热分解循环，此类方法的主要原理是直接利用热能，通过数个反应组成一个闭路循环体系，利用本身反应热及部分外界供热，即可使氯化钠分解为氯碱产品，而其它反应物质可继续循环使用，原则上是不消耗的，故称为热化学法闭路循环制氯与碱。竹内纪男提出的三种循环分别为：

1、氧化铁-硝酸钠循环;

2、硼酸盐-硝酸钠循环;

3、氟化物-硝酸钠循环。

此三种循环虽在日本、美国等国分别获得多项专利，但均未实现工业化生产。

本发明为使热化学法闭路循环制氯与碱尽快实现工业化生产，提出一种更合理、简便、可行的新的氯化钠热化学法分解循环，以取代目前国内外沿用的传统电解法生产氯与碱。

本发明是由五个反应组成一个闭路循环系统，构成二氧化钛-硝酸钠循环。该循环是以二氧化钛为主要循环介质，由NaCl和二氧化钛等经过热化学反应完成一个闭路系统，从而得到Cl₂和NaOH产品。该循环的反应式为：

△H₁=-270.37KJ ①

△H₂=+43.93KJ ②

△H₃=202.38KJ ③

△H₄=-46.43KJ ④

△H₅=-65.60KJ ⑤

整个循环如图1所示。

图1是本发明的循环流程图。

图2是本发明的工艺装置图。

下面结合图2对本发明作进一步阐述：

在图2中，每一个虚线所围的区域Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ装置中的反应过程，分别与反应①、②、③、④、⑤对应。各物质的走向则用实线箭头表示，现依照各区顺序说明如下：

图2中Ⅰ区是进行反应①的装置。将NaCl加入到反应器（1）中后，加热到410-420K温度并保持恒温，然后由空气压缩机（2）、缓冲罐（3）、流量计（4）将硝酸罐（5）中已加热的硝酸经过预热器（6）送到反应器（1）中进行反应，所生成的气体Cl₂和NOCl经过冷凝器（7）送到反应器（8）中进行氧化反应，产物NaNO₃经过结晶器（11）并分离后送到反应器（15）中。

图2中Ⅱ区是反应②的装置。在反应器（8）中放入已加热到360K-380K的硝酸并和反应器（1）送来的NOCl气体进行反应，剩余的NOCl和生成的Cl₂混合气体首先通过冷却器（9）进行热量交换，然后同时进入可调温（0--25℃）的冰箱（10）进行冷冻分离，所得Cl₂气即为产品。未反应的NOCl则重复送回反应器（8）中进行第二次氧化。