制备氯气的方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种制备氯气的方法和系统。该制备氯气的方法包括步骤：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；将反应后获得的混合气体通入吸收液中将未反应的氯化氢吸收；和将吸收的氯化氢解吸后返回再利用。该系统包括催化氧化反应器，所述催化氧化反应器内容纳有催化剂；氯化氢吸收装置，其内容纳有氯化氢吸收液，以接收在所述反应器中反应之后所获得的混合气体，并吸收其中未反应的氯化氢；和氯化氢解吸装置，用于接收来自氯化氢吸收装置的吸收液，以解吸其中所吸收的氯化氢，并将该氯化氢返回催化氧化反应器。该方法和系统对催化剂的性能要求低，且操作简单，氯气收率高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于化工工艺过程
，尤其是涉及用氯化氢和氧气制造氯气的方法和系统。
技术介绍
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C0Cl2，氯元素最终全 部转化成副产HC1， 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F n CuC^/CuO 2HCI+1/2 02 、 、 H20+Cl2 上述反应是可逆反应，产物气体中包含未反应的氯化氢(HC1)、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HC1转化率通常小于80%。 为了提高HC1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HC1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。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术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，本专利技术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。 本专利技术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3或固定床，操作简单平稳、容易控制且氯收率高。 根据本专利技术的一方面，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。 根据本专利技术的一个实施例，将步骤C中解吸氯化氢后的吸收液返回至步骤B。 根据本专利技术的一个实施例，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。 根据本专利技术的一个实施例，所述吸收液为质量浓度为15_25%的盐酸。 根据本专利技术的一个实施例，所述含氧气体可以为空气。 根据本专利技术的一个实施例，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。 根据本专利技术的一个实施例，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280-55(TC，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l : 5-5 : 1。步骤A中氯化氢的重量空速可以为0.05-1. Oh—、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。 根据本专利技术的另一方面，还提供了一种制备氯气的系统，包括催化氧化反应器， 所述催化氧化反应器内容纳有催化剂，用于让氯化氢和含氧气体或者氧气在催化剂的作用 下发生化学反应；氯化氢吸收装置，所述氯化氢吸收装置内容纳有用于吸收氯化氢的吸收 液，以接收在所述反应器中反应之后所获得的混合气体，并吸收其中的未反应的氯化氢；以 及氯化氢解吸装置，用于接收来自氯化氢吸收装置的吸收液，以解吸其中所吸收的氯化氢， 并将该氯化氢返回至催化氧化反应器。 根据本专利技术的一个实施例，所述系统进一步包括气体分离装置，所述气体分离装 置用于接收来自氯化氢吸收装置的气体，以将反应生成的氯气、未反应的氧气以及其中所 包含的惰性气体分离出，并将分离出的氧气返回至催化氧化反应器。 根据本专利技术的一个实施例，通过所述氯化氢解吸装置将解吸氯化氢后的吸收液返 回至氯化氢吸收装置。 根据本专利技术的一个实施例，所述催化氧化反应器为固定床或流化床催化氧化反应 器。 根据本专利技术的一个实施例，所述催化剂的主活性组分可以为Cu、Fe、Cr或Ru的金 根据本专利技术的一个实施例，所述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 : l，反应温度可以为280-55(TC，反应压力可以为0. 1-0. 5MPa。所述氯 化氢的重量空速可以为0. 05-1. Oh—、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。 在本专利技术的方法中，由于是直接将氯化氢和含氧气体或者氧气在催化剂存在的条 件下，通过一段反应法制备氯气，因此，与现有技术中的高温氧氯化_低温氯化两段反应法 相比，无需要将催化剂在两个不同温度区域之间不断循环，从而降低了对催化剂的性能要 求，因此催化成本较低。同时，该方法的工艺简单易行，能耗低。 此外，本专利技术的方法通过将反应过程中未充分反应的氯化氢吸收、解吸后返回系 统作为反应原料再循环利用，可以实现高达90 %以上的氯气收率。 本专利技术的系统由于采用的是一段反应器结构，与现有的两段式反应器相比，容易 加工，操作简单平稳、容易控制、成本低且氯收率高。 本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变 得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明 本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变 得明显和容易理解，其中 图1为根据本专利技术一个实施例的制备氯气的工艺流程图； 图2为根据本专利技术一个实施例的制备氯气的系统示意图；以及 图3为根据本专利技术一个对比例的制备氯气的系统示意图。具体实施例方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终 相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附 图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能解释为对本专利技术的限制本文档来自技高网...

【技术保护点】
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中的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。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：韩明汉，左宜赞，魏飞，王金福，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]