一種等離子體法鹽酸制備氯氣的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種等離子體法鹽酸制備氯氣的方法,采用氧氣以鼓泡的形式進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)的鹽酸溶液，利用兩極間交變的高壓電場(chǎng)，形成脈沖放電，使鹽酸和氧氣分子離解、電離，重新結(jié)合生成氯氣，該方法工藝簡(jiǎn)單，無(wú)催化劑，能耗低。催化反應(yīng)器可以使鹽酸和氧氣在等離子體的引發(fā)下離解，產(chǎn)生氯自由基，合成氯氣，具有工藝流程短,設(shè)備簡(jiǎn)單，能耗低，無(wú)催化劑，對(duì)環(huán)境無(wú)污染的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】
_種等禹子體法鹽酸制備氯氣的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于氯堿化工技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種等離子體法鹽酸制備氯氣的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鹽酸是重要的無(wú)機(jī)化工原料，主要應(yīng)用于醫(yī)藥、石化、稀土、冶金、凈水劑等領(lǐng)域。生產(chǎn)企業(yè)較多，主要分布在氯堿和化肥行業(yè)。鹽酸作為氯堿企業(yè)的平衡產(chǎn)品，也是最大的耗氯產(chǎn)品，由于需求市場(chǎng)低迷，加上近幾年P(guān)VC企業(yè)的大規(guī)模擴(kuò)容和新建，加劇了鹽酸行業(yè)供大于求的局面，鹽酸屬于液體產(chǎn)品，不便儲(chǔ)存，且儲(chǔ)運(yùn)費(fèi)用高，流動(dòng)性較差，導(dǎo)致一些大型氯堿企業(yè)普遍出現(xiàn)鹽酸脹庫(kù)現(xiàn)象，國(guó)內(nèi)鹽酸價(jià)格地區(qū)差異較大，甚至出現(xiàn)免費(fèi)出貨的情況。
[0003]氯堿企業(yè)在副產(chǎn)鹽酸的同時(shí)也會(huì)有大量的廢酸產(chǎn)生，因?yàn)樵诼纫蚁┖铣蛇^(guò)程中為了能使乙炔反應(yīng)完全，通常氯化氫過(guò)量，過(guò)量的氯化氫采用水洗的方法去除，而產(chǎn)生廢鹽酸，一般生產(chǎn)一噸聚氯乙烯產(chǎn)生60公斤左右。目前對(duì)廢酸的處理方法主要有離子交換樹脂法、焙燒法、濃縮除雜法、中和氧化法和萃取法等。離子交換樹脂法工藝流程短，易操作，能耗低，但常溫處理時(shí)回收的無(wú)機(jī)酸濃度偏低，需添加高濃度酸才能使用;焙燒法不產(chǎn)生新的污染物，回收得到的產(chǎn)品可循環(huán)使用，提高了對(duì)環(huán)境的保護(hù);濃縮法所用的設(shè)備雖易結(jié)垢難清理，但該法處理后的酸可達(dá)到很高的濃度，可直接利用；中和法確保了處理后物質(zhì)PH值;萃取法在一定條件下可以使有機(jī)物與算分離，但處理后的廢酸中仍含有大量的有機(jī)物，再處理就比較困難。
[0004]上述諸多的廢酸處理方法雖然能使一些廢酸得到再生，但得到的依然是廉價(jià)的鹽酸，未能提高氯的附加值，我國(guó)氯堿工業(yè)近幾年發(fā)展迅速，為了實(shí)現(xiàn)氯資源的高值化利用，各氯堿企業(yè)都在積極開發(fā)氯的下游產(chǎn)品。如:氯化聚乙烯、氯化聚氯乙烯、氯化橡膠，氯化聚丙烯等，在提升氯堿企業(yè)產(chǎn)品品質(zhì)的同時(shí)提供一條全新的氯堿平衡之路。目前專利和文獻(xiàn)中有關(guān)氯化氫制取氯氣的方法有很多，如電解法，直接氧化法，催化氧化法，但對(duì)鹽酸制取氯氣，增加其附加值的研究較少。
[0005]巴斯夫股份公司申請(qǐng)的專利200380102270.3公布了一種由鹽酸生產(chǎn)氯氣的方法，在蒸餾步驟中由鹽酸原料流和鹽酸回流分離出氯化氫料流，將氯化氫料流、含氧氣料流或任選含氧氣回流供入氧化區(qū)，并在催化劑存在下將氯化氫氧化以形成氯氣，得到包含氯氣、未反應(yīng)氧氣、未反應(yīng)的氯化氫和水蒸氣的產(chǎn)物氣流，經(jīng)分離提純得到氯氣，該方法首先要將鹽酸通過(guò)蒸餾步驟轉(zhuǎn)換為氯化氫氣體，再在催化劑的作用下進(jìn)行氧化反應(yīng)，存在流程長(zhǎng)，能耗大，對(duì)設(shè)備要求高的缺點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種等離子體法鹽酸制備氯氣的方法，采用氧氣以鼓泡的形式進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)的鹽酸溶液，利用兩極間交變的高壓電場(chǎng)，形成脈沖放電，使鹽酸和氧氣分子離解、電離，重新結(jié)合生成氯氣，該方法工藝簡(jiǎn)單，無(wú)催化劑，能耗低。
[0007]本發(fā)明提供以下技術(shù)方案: 按摩爾比向等離子催化反應(yīng)器中通入鹽酸和氧氣氣體，氧氣以鼓泡的形式從等離子催化反應(yīng)器底部進(jìn)入，氧氣氣泡在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中受反應(yīng)器兩極間交變高壓電場(chǎng)的作用，被離解為氧原子、離子及氧自由基等活性粒子，引發(fā)氣泡周圍鹽酸溶液離解，產(chǎn)生氯離子和氫離子，重新結(jié)合生成氯氣和水;反應(yīng)方程式:4HC1+02==2H20+2C12 ；反應(yīng)后的混合氣經(jīng)除水除雜得到滿足工業(yè)需求的氯氣;氣泡中的氧氣分子將首先被離解為氧原子、離子、自由基等活性粒子，在氣泡上升的過(guò)程中放電產(chǎn)生的帶電粒子撞擊氣泡周圍的鹽酸分子，使鹽酸分解，又產(chǎn)生氣體，形成易發(fā)生放電的氣泡通道產(chǎn)生氯原子、離子、氫離子及自由基，重新組合成氯氣并析出。
[0008]所述的等離子體催化反應(yīng)器內(nèi)設(shè)有用于產(chǎn)生等離子體的裝置，等離子體可以通過(guò)介質(zhì)阻擋放電、電暈放電或射頻放電任一或結(jié)合方式來(lái)產(chǎn)生;用于離解氯化氫及氧氣。
[0009]所述的等離子催化反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置有微孔鼓泡裝置;用于產(chǎn)生氣泡。
[0010]所述的鹽酸中氯化氫和氧氣的摩爾比值為4?I;使生產(chǎn)效率提高。
[0011]所述的產(chǎn)生等離子體的裝置內(nèi)設(shè)置低壓電極和高壓電極，可垂直或傾斜放置，方便氣體溢出。
[0012]所述的低壓電極和高壓電極設(shè)置孔，用于氣體通過(guò)或散熱。
[0013]本發(fā)明的有益效果為:采用等離子體催化反應(yīng)器可以使鹽酸和氧氣在等離子體的引發(fā)下離解，產(chǎn)生氯自由基，合成氯氣，具有工藝流程短，設(shè)備簡(jiǎn)單，能耗低，無(wú)催化劑，對(duì)環(huán)境無(wú)污染的優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為一種等離子體法鹽酸制備氯氣的方法實(shí)施例1示意圖。
[0015]圖2為一種等離子體法鹽酸制備氯氣的方法實(shí)施例2示意圖。
[0016]圖3為一種等離子體法鹽酸制備氯氣的方法實(shí)施例3示意圖。
[0017]圖4為一種等離子體法鹽酸制備氯氣的方法實(shí)施例4示意圖。
[0018]附圖標(biāo)號(hào):I氧氣儲(chǔ)罐、2鹽酸儲(chǔ)罐、3增壓裝置、4等離子體催化反應(yīng)器、5高壓電極、6低壓電極、7微孔鼓泡裝置、8脈沖電源、9干燥除水裝置、10深冷及分離裝置、11用戶單元。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明:
實(shí)施例1，參照附圖1，一種等離子體法鹽酸制備氯氣的方法，其裝置包括氧氣儲(chǔ)罐I，鹽酸儲(chǔ)罐2，氧氣增壓裝置3，等離子催化反應(yīng)器4，高壓電極5，低壓電極6，微孔鼓泡裝置7，脈沖電源8，干燥除水裝置9，深冷及分離裝置10，用戶單元11依次聯(lián)接組成。氧氣儲(chǔ)罐I的氧氣經(jīng)增壓裝置3和鹽酸儲(chǔ)罐2的鹽酸中氯化氫按摩爾比進(jìn)入等離子催化反應(yīng)器4，鹽酸中氯化氫和氧氣的摩爾比值為4?I，等離子體催化反應(yīng)器4內(nèi)產(chǎn)生等離子體的裝置可以為介質(zhì)阻擋放電、電暈放電、滑動(dòng)電弧放電或射頻放電等離子催化反應(yīng)器中的一種，等離子催化反應(yīng)器4內(nèi)有微孔鼓泡裝置7，將等離子催化反應(yīng)器4分為上下兩部分，微孔鼓泡膜7的上部為鹽酸，下部為氧氣，脈沖電源8的低壓電極5置于鹽酸液面的上方，低壓電極6位浸泡在鹽酸溶液中，經(jīng)增壓裝置3加壓的氧氣，通過(guò)微孔鼓泡裝置7以氣泡的形式進(jìn)入等離子體催化反應(yīng)器4的上部的鹽酸溶液，由于氣體的介電常數(shù)小于液體的介電常數(shù)，在等離子電源8施加在高壓電極5和低壓電極6兩電極間高壓電場(chǎng)的作用下，氣泡中的場(chǎng)強(qiáng)與液體介質(zhì)中的場(chǎng)強(qiáng)按各自的介電常數(shù)成反比分配，氣泡中的場(chǎng)強(qiáng)較高，且氣泡的擊穿場(chǎng)強(qiáng)低，因此，氣體首先發(fā)生放電，氣泡中的氧氣分子將首先被離解為氧原子、離子、自由基等活性粒子，并在放電空間迅速傳播引起雪崩效應(yīng)，在上升的過(guò)程中放電產(chǎn)生的帶電粒子撞擊氣泡周圍的鹽酸分子，使鹽酸分解，又產(chǎn)生氣體，氣泡數(shù)量增多，形成易發(fā)生放電的氣泡通道，并逐步貫穿兩極，在兩電極間形成大量細(xì)微的脈沖放電通道，產(chǎn)生氯原子、離子、氫離子及自由基，同時(shí)，等離子體的熱效應(yīng)，會(huì)使鹽酸溶液溫度升高，有更多的氯化氫氣體從高壓電極板的孔里析出并參與反應(yīng)。由于氧原子的半徑小于氯原子，電負(fù)性大，得電子的能力要強(qiáng)于氯原子，所以優(yōu)先與氫離子結(jié)合生成水，氯原子相互結(jié)合生成氯氣，反應(yīng)方程式為:4HC1+02=2H20+2C12。反應(yīng)后的氣體經(jīng)過(guò)干燥除水裝置9除水，進(jìn)入深冷及分離裝置10，經(jīng)分離、提純后的氯氣直接進(jìn)入用戶單元11，滿足用戶的工業(yè)需求，可用于高聚物的氯化，合成橡膠，合成纖維等，實(shí)現(xiàn)氯元素的高值化利用，分離后的氧氣可以返回氧氣儲(chǔ)罐I循環(huán)使用，其他氣體進(jìn)入后續(xù)處理工序，未反應(yīng)的鹽酸經(jīng)鹽酸回流管返回鹽酸儲(chǔ)罐2再次循環(huán)反應(yīng)。鹽酸通過(guò)該工藝制備氯氣流程短，氧氣和鹽酸直接在等離子放電區(qū)域被離解反應(yīng)，能耗小，不需要催化劑，鹽酸轉(zhuǎn)化率高，整個(gè)反應(yīng)過(guò)程實(shí)現(xiàn)氯元素的閉路循環(huán)和反應(yīng)過(guò)程的零排放，一方面解決鹽酸大量過(guò)剩和氯資源的高值化利用問(wèn)題，一定程度上滿足工業(yè)上對(duì)氯氣不斷增長(zhǎng)的需求，帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益；另一方面，也將促進(jìn)氯堿平衡;解決廢酸造成的污染問(wèn)題，為環(huán)境保護(hù)做出巨大貢獻(xiàn)。
[0020]實(shí)施例2，參照附圖2，本實(shí)施例與實(shí)施例1的不同之處在于高壓電極5位于微孔鼓泡裝置7的下部，部分氧氣在進(jìn)入微孔鼓泡裝置7之前已經(jīng)被離解為原子、電子等活性粒子，更有利于鹽酸分子的離解和反應(yīng)的引發(fā)。
[0021]實(shí)施例3，參照附圖3，本實(shí)施例與實(shí)施例1的不同之處在于低壓電極6位于鹽酸液面的上方，高壓電極5置于鹽酸溶液中，氧氣氣泡在經(jīng)過(guò)高壓電極5時(shí)首先被離解，產(chǎn)生活性粒子，引發(fā)氣泡周圍鹽酸的離解，產(chǎn)生氯化氫氣體，隨著氣泡的上升，形成貫穿兩極即高壓電極5和低壓電極6的放電通道，析出的氯化氫在鹽酸液面的上方的空間與氧氣繼續(xù)反應(yīng)。
[0022]實(shí)施例4，參照附圖4，本實(shí)施例與實(shí)施例1的不同之處在于低壓電極6和高壓電極5均位于鹽酸液面的上方，氧氣經(jīng)過(guò)微孔鼓泡裝置7進(jìn)入鹽酸溶液，利用氯化氫在氣相和液相溶解度的差異，使氯化氫析出，與氧氣反應(yīng)生成氯氣。
[0023]實(shí)施例5，本實(shí)施例與以上實(shí)施例的不同之處在于低壓電極6和高壓電極5垂直于鹽酸液面。
[0024]實(shí)施例6，本實(shí)施例與以上實(shí)施例的不同之處在于低壓電極6和高壓電極5與鹽酸溶液液面傾斜設(shè)置。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種等離子體法鹽酸制備氯氣的方法，其特征在于，按摩爾比向等離子催化反應(yīng)器中通入鹽酸和氧氣氣體，氧氣以鼓泡的形式從反應(yīng)器底部進(jìn)入，氧氣氣泡在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中受反應(yīng)器兩極間交變電場(chǎng)的作用，被離解為氧原子、離子及氧自由基等活性粒子，引發(fā)氣泡周圍鹽酸溶液離解，產(chǎn)生氯離子和氫離子，重新結(jié)合生成氯氣和水;反應(yīng)方程式:4HC1+02==2H20+2C12;反應(yīng)后的混合氣經(jīng)除水除雜得到滿足工業(yè)需求的氯氣。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種等離子體法鹽酸制備氯氣的方法，其特征在于所述的等離子體催化反應(yīng)器內(nèi)設(shè)有用于產(chǎn)生等離子體的裝置，等離子體可以通過(guò)介質(zhì)阻擋放電、電暈放電或射頻放電任一或結(jié)合方式來(lái)產(chǎn)生。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種等離子體法鹽酸制備氯氣的方法，其特征在于等離子催化反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置有微孔鼓泡裝置。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種等離子體法鹽酸制備氯氣的方法，其特征在于鹽酸中氯化氫和氧氣的摩爾比值為4?I。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2任一所述的一種等離子體法鹽酸制備氯氣的方法，其特征在于產(chǎn)生等離子體的裝置內(nèi)設(shè)置低壓電極和高壓電極。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種等離子體法鹽酸制備氯氣的方法，其特征在于低壓電極和高壓電極設(shè)置孔，用于氣體通過(guò)或散熱。
【文檔編號(hào)】C01B7/04GK106082130SQ201610660217
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年8月12日 公開號(hào)201610660217.4, CN 106082130 A, CN 106082130A, CN 201610660217, CN-A-106082130, CN106082130 A, CN106082130A, CN201610660217, CN201610660217.4
【發(fā)明人】慕龍, 黃崢嶸, 周軍, 熊新陽(yáng), 徐勇, 崔明生, 劉軍, 李自兵, 王銀亮, 軒衛(wèi)華, 馮俊
【申請(qǐng)人】新疆兵團(tuán)現(xiàn)代綠色氯堿化工工程研究中心(有限公司)