專利名稱：生產(chǎn)二氯的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開總體涉及二氯，更具體地涉及生產(chǎn)二氯的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
將鹽酸(HCl)氧化轉(zhuǎn)化為二氯(Cl2)的用于氧化轉(zhuǎn)化的傳統(tǒng)Deacon化學過程是受到平衡限制的。在最有利于二氯的高轉(zhuǎn)化率的較低溫度下，用最常規(guī)的催化劑體系、例如由銅或釕構(gòu)成的催化劑體系，Deacon反應(yīng)催化動力學過于緩慢，而在可以發(fā)生明顯反應(yīng)的高溫下，二氯的形成受到平衡限制
發(fā)明內(nèi)容
本公開的實施方式提供了生產(chǎn)二氯(Cl2)的方法和系統(tǒng)。對于各種實施方式而言，生產(chǎn)二氯的方法包括在所述方法的氯化階段期間，將稀土金屬氯氧化物與鹽酸(HCl)在第一溫度下反應(yīng)，以形成稀土金屬氯化物和水(H2O);從所述稀土金屬氯化物中去除水；和在所述方法的氧化階段期間，將所述稀土金屬氯化物與氧(O2)在高于第一溫度的第二溫度下反應(yīng)，以形成二氯和稀土金屬氯氧化物。對于各種實施方式而言，來自氧化階段的稀土金屬氯氧化物可被用于所述方法的氯化階段。對于各種實施方式而言，所述稀土金屬氯氧化物的例子是氯氧化鑭(LaOCl)，稀土金屬氯化物的例子是三氯化鑭(LaCl3)。對于各種實施方式而言，從稀土金屬氯化物中去除水包括用惰性氣體吹洗所述稀土金屬氯化物以除去水。根據(jù)本公開從稀土金屬氯化物中除去的水可以是如本文中定義的原有水和/或殘留水。本公開的實施方式還在氯化階段讓鹽酸通過和/或穿過稀土金屬氯氧化物和在氧化階段讓氧通過和/或穿過稀土金屬氯化物。在某些實施方式中，稀土金屬氯化物可以從氯化階段傳送到氧化階段，稀土金屬氯氧化物可以從氧化階段傳送到氯化階段。對于各種實施方式而言，稀土金屬氯氧化物和稀土金屬氯化物在第一溫度和第二溫度下保持固態(tài)非液體狀態(tài)。對于各種實施方式而言，生產(chǎn)二氯的系統(tǒng)可以包括具有第一進口和第一出口的氯化反應(yīng)器；在所述氯化反應(yīng)器中的稀土金屬氯氧化物，其中在所述氯化反應(yīng)器的第一進口和第一出口之間移送的HCl與稀土金屬氯氧化物在第一溫度下反應(yīng)，以形成稀土金屬氯化物和水；包含所述稀土金屬氯化物并具有第二進口和第二出口的氧化反應(yīng)器，其中在所述氧化反應(yīng)器的第二進口和第二出口之間移送的氧氣與所述稀土金屬氯化物在大于第一溫度的第二溫度下反應(yīng)，以形成稀土金屬氯氧化物和二氯；連接所述氯化反應(yīng)器和氧化反應(yīng)器的導(dǎo)管，其中來自所述氯化反應(yīng)器的稀土金屬氯化物通過所述導(dǎo)管移送到氧化反應(yīng)器并且氧化反應(yīng)器中的稀土金屬氯氧化物通過所述導(dǎo)管移送到氯化反應(yīng)器；從由所述氯化反應(yīng)器通過所述導(dǎo)管移送到氧化反應(yīng)器的稀土金屬氯化物中清除水的吹洗系統(tǒng)；和與氯化反應(yīng)器和氧化反應(yīng)器的每一個都相連的加熱器，其中所述加熱器至少部分地將氯化反應(yīng)器中的稀土金屬氯化物加熱到第一溫度和至少部分地將氧化反應(yīng)器中的稀土金屬氯氧化物加熱到第二溫度。
對于各種實施方式而言，所述稀土金屬是鑭系兀素。在一種實施方式中，所述鑭系元素是鑭。對于各種實施方式而言，所述催化劑不包括銅(Cu)。對于各種實施方式而言，所述催化劑不包括釕(Ru)。定義在本文中使用時，“二氯”被定義為在0°C和IOOkPa絕對壓力的標準溫度和壓力下(IUPAC)的氯氣(Cl2)。在本文中使用時，“。C ”被定義為攝氏度。在本文中使用時，“KPa”被定·義為壓力的千帕斯卡單位。在本文中使用時，“環(huán)境壓力”被定義為運行本公開的方法和/或系統(tǒng)的外界環(huán)境的壓力。在本文中使用時，“原有水”被定義為沒有與本公開的稀土金屬催化劑結(jié)合和/或締合的游離水(汽態(tài)或液態(tài))。在本文中使用時，“殘留水”被定義為所述稀土金屬催化劑結(jié)合和/或締合的水，其或者作為吸附分子水，或者為本公開的稀土金屬催化劑表面的結(jié)合羥基形式的水。在本文中使用時，"一個"、"所述"、"至少一個"和"一個或多個"可互換使用。術(shù)語“包含”和其變化形式在這些術(shù)語出現(xiàn)在說明書和權(quán)利要求書中時不具有限制性含義。因此，例如，具有氯化反應(yīng)器的系統(tǒng)可以理解為意指所述系統(tǒng)包括“一個或多個”氯化反應(yīng)器。在本文中使用時，術(shù)語“和/或”是指一個、多于一個或者全部的列出要素。還有,在本文中,用端點敘述數(shù)值范圍包括該范圍內(nèi)包含的所有數(shù)字(例如，I至5包括 1、1· 5、2、2· 75,3,3. 80、4、5 等等)。


圖I提供了根據(jù)本公開的實施方式的生產(chǎn)二氯的系統(tǒng)示意圖。圖2提供了根據(jù)本公開的實施方式的生產(chǎn)二氯的系統(tǒng)示意圖。圖3提供了根據(jù)本公開的實施方式的生產(chǎn)二氯的系統(tǒng)示意圖。圖4提供了根據(jù)本公開，作為時間函數(shù)的HCl轉(zhuǎn)化的圖。圖5提供了根據(jù)本公開，作為稀土催化劑化學計量函數(shù)的HCl轉(zhuǎn)化的圖。圖6提供了根據(jù)本公開的實施方式的生產(chǎn)二氯的系統(tǒng)示意圖。圖7提供了根據(jù)本公開，從稀土金屬催化劑的溫度程序化氧化得到的歸一化氯釋放結(jié)果。
具體實施例方式本公開的實施方式提供了生產(chǎn)二氯(Cl2)的方法和生產(chǎn)二氯的系統(tǒng)。本公開的實施方式通過在兩階段方法中利用稀土催化劑，克服了 Deacon反應(yīng)的熱力學。本公開的實施方式還因為本公開的稀土催化劑相對于銅基催化劑不需要載體、在高溫下更穩(wěn)定和較不容易失活，克服了鹽酸(HCl)的銅基催化氧化為二氯的限制。本文中的圖遵循一種編號規(guī)定，其中第一數(shù)位對應(yīng)于圖形編號，剩余數(shù)位鑒別圖中的元件或組件。不同圖之間類似的元件或組件可以使用類似的數(shù)位來鑒別。例如，110可以指圖I中的元件“10”，類似的元件可以在圖2中稱為210。應(yīng)當理解，在本文中各種實施方式中顯示的元件可以被添加、更換和/或除去，以便提供本公開的另外的實施方式。另外應(yīng)當理解，圖中提供的元件的比例和相對尺度是用來說明本發(fā)明的實施方式，不應(yīng)該被理解為是限制性意義。二氯可以通過HCl與氧經(jīng)由所謂的Deacon反應(yīng)進行催化氧化而產(chǎn)生2HCl+l/202--- H2CHCl2銅基催化劑已經(jīng)用于Deacon反應(yīng)，但是它們患于各種各樣的缺點。這些缺點包括活性有限，當提高溫度以克服活性限制時由于氯化銅在超過400°C時揮發(fā)而快速失活，和由于存在未反應(yīng)的HCl與產(chǎn)物H2O造成的腐蝕問題。事實上，不管任何其他金屬可以被設(shè)想用于催化Deacon反應(yīng)，但一階段方法苦于在相關(guān)化學動力學的溫度下，熱力學施加在該反應(yīng)的HCl轉(zhuǎn)化上的限制。 還建議過利用銅基催化劑的兩級反應(yīng)器系統(tǒng)，以試圖提高HCl轉(zhuǎn)化為二氯，同時最小化銅基催化劑的失活。這樣的系統(tǒng)通常采取雙反應(yīng)器系統(tǒng)的形式，其中兩個反應(yīng)器中的一個在高于另一個反應(yīng)器的溫度下運行。在一些實施方式中，使用這些兩級反應(yīng)器系統(tǒng)將Deacon反應(yīng)劃分成兩個部分反應(yīng)階段(I)氯化和(2)氧化，其中氯化反應(yīng)(I)在較低的溫度下實施，而氧化反應(yīng)(2)在較高的溫度下實施
權(quán)利要求
1.一種生產(chǎn)二氯(Cl2)的方法，其包括 在所述方法的氯化階段期間稀土金屬氯氧化物與HCl在第一溫度下反應(yīng)，以形成稀土金屬氯化物和H2O ； 從所述稀土金屬氯化物中除去H2O ;和 在所述方法的氧化階段期間稀土金屬氯化物與O2在高于第一溫度的第二溫度下反應(yīng)，以形成Cl2和稀土金屬氯氧化物。
2.權(quán)利要求I的方法，其中所述稀土金屬氯氧化物是LaOCl，而所述稀土金屬氯化物是L&CI30
3.權(quán)利要求I和2任一項的方法，其中從所述稀土金屬氯化物中除去H2O包括用惰性氣體吹洗所述稀土金屬氯化物以除去h2o。
4.權(quán)利要求I和2任一項的方法，其包括在氯化階段將HCl通過所述稀土金屬氯氧化物，而在氧化階段將O2通過所述稀土金屬氯化物。
5.權(quán)利要求4的方法，其包括將所述稀土金屬氯化物從氯化階段傳送到氧化階段；和 將所述稀土金屬氯氧化物從氧化階段傳送到氯化階段。
6.權(quán)利要求I和2任一項的方法，其包括將所述稀土金屬氯氧化物和稀土金屬氯化物保持在固態(tài)非液體狀態(tài)。
7.權(quán)利要求I和2任一項的方法，其中稀土金屬氯氧化物與HCl的反應(yīng)包括供應(yīng)具有最高達80重量百分比水的HCl。
8.權(quán)利要求I和2任一項的方法，其中稀土金屬氯化物與O2反應(yīng)，形成具有小于O.I重量百分比水的Cl2。
9.一種生產(chǎn)二氯(Cl2)的系統(tǒng)，其包括 具有第一進口和第一出口的氯化反應(yīng)器； 在所述氯化反應(yīng)器中的稀土金屬氯氧化物，其中在所述氯化反應(yīng)器的第一進口和第一出口之間移送的HCl與稀土金屬氯氧化物在第一溫度下反應(yīng)，以形成稀土金屬氯化物和水； 包含所述稀土金屬氯化物并具有第二進口和第二出口的氧化反應(yīng)器，其中在所述氧化反應(yīng)器的第二進口和第二出口之間移送的氧與所述稀土金屬氯化物在高于第一溫度的第二溫度下反應(yīng)，以形成稀土金屬氯氧化物和二氯； 連接所述氯化反應(yīng)器和氧化反應(yīng)器的導(dǎo)管，其中來自所述氯化反應(yīng)器的稀土金屬氯化物通過所述導(dǎo)管移送到氧化反應(yīng)器并且氧化反應(yīng)器中的稀土金屬氯氧化物通過所述導(dǎo)管移送到氯化反應(yīng)器； 從由所述氯化反應(yīng)器通過所述導(dǎo)管移送到氧化反應(yīng)器的稀土金屬氯化物中清除水的吹洗系統(tǒng)；和 與所述氯化反應(yīng)器和氧化反應(yīng)器的每一個都相連的加熱器，其中所述加熱器至少部分地將氯化反應(yīng)器中的稀土金屬氯化物加熱到第一溫度和至少部分地將氧化反應(yīng)器中的稀土金屬氯氧化物加熱到第二溫度。
10.權(quán)利要求9的系統(tǒng)，其中所述第一溫度在100°C至500°C的范圍。
11.權(quán)利要求9-10任一項的系統(tǒng)，其中所述第二溫度在500°C至827°C的范圍。
12.權(quán)利要求11的系統(tǒng)，其中所述氯化反應(yīng)器和所述氧化反應(yīng)器在IOOkPa至20000kPa的壓力下操作。
13.權(quán)利要求9-12任一項的系統(tǒng)，其中所述稀土金屬氯氧化物和所述稀土金屬氯化物不包含銅或釕。
14.權(quán)利要求9-12任一項的系統(tǒng)，其中所述氧化反應(yīng)器和所述氯化反應(yīng)器是移動床反應(yīng)器。
15.權(quán)利要求9-12任一項的系統(tǒng)，其中所述稀土金屬氯氧化物和所述稀土金屬氯化物在第一溫度和第二溫度下保持固態(tài)非液體狀態(tài)。
全文摘要
本公開提供了生產(chǎn)二氯(Cl2)的方法和系統(tǒng)，其在所述方法的氯化階段期間稀土金屬氯氧化物與HCl在第一溫度下反應(yīng)，以形成稀土金屬氯化物和H2O；從所述稀土金屬氯化物中除去H2O；在所述方法的氧化階段期間稀土金屬氯化物與O2在高于第一溫度的第二溫度下反應(yīng)，以形成Cl2和稀土金屬氯氧化物。
文檔編號B01J8/26GK102883994SQ201180021712
公開日2013年1月16日 申請日期2011年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月28日
發(fā)明者E·E·斯坦蘭德, D·A·?？寺? M·E·瓊斯, S·G·波德科爾津, S·D·費斯特 申請人:陶氏環(huán)球技術(shù)有限責任公司