专利名称：生产二氯的方法和系统的制作方法
技术领域：
本公开总体涉及二氯，更具体地涉及生产二氯的方法和系统。
背景技术：
将盐酸(HCl)氧化转化为二氯(Cl2)的用于氧化转化的传统Deacon化学过程是受到平衡限制的。在最有利于二氯的高转化率的较低温度下，用最常规的催化剂体系、例如由铜或钌构成的催化剂体系，Deacon反应催化动力学过于缓慢，而在可以发生明显反应的高温下，二氯的形成受到平衡限制
发明内容
本公开的实施方式提供了生产二氯(Cl2)的方法和系统。对于各种实施方式而言，生产二氯的方法包括在所述方法的氯化阶段期间，将稀土金属氯氧化物与盐酸(HCl)在第一温度下反应，以形成稀土金属氯化物和水(H2O);从所述稀土金属氯化物中去除水；和在所述方法的氧化阶段期间，将所述稀土金属氯化物与氧(O2)在高于第一温度的第二温度下反应，以形成二氯和稀土金属氯氧化物。对于各种实施方式而言，来自氧化阶段的稀土金属氯氧化物可被用于所述方法的氯化阶段。对于各种实施方式而言，所述稀土金属氯氧化物的例子是氯氧化镧(LaOCl)，稀土金属氯化物的例子是三氯化镧(LaCl3)。对于各种实施方式而言，从稀土金属氯化物中去除水包括用惰性气体吹洗所述稀土金属氯化物以除去水。根据本公开从稀土金属氯化物中除去的水可以是如本文中定义的原有水和/或残留水。本公开的实施方式还在氯化阶段让盐酸通过和/或穿过稀土金属氯氧化物和在氧化阶段让氧通过和/或穿过稀土金属氯化物。在某些实施方式中，稀土金属氯化物可以从氯化阶段传送到氧化阶段，稀土金属氯氧化物可以从氧化阶段传送到氯化阶段。对于各种实施方式而言，稀土金属氯氧化物和稀土金属氯化物在第一温度和第二温度下保持固态非液体状态。对于各种实施方式而言，生产二氯的系统可以包括具有第一进口和第一出口的氯化反应器；在所述氯化反应器中的稀土金属氯氧化物，其中在所述氯化反应器的第一进口和第一出口之间移送的HCl与稀土金属氯氧化物在第一温度下反应，以形成稀土金属氯化物和水；包含所述稀土金属氯化物并具有第二进口和第二出口的氧化反应器，其中在所述氧化反应器的第二进口和第二出口之间移送的氧气与所述稀土金属氯化物在大于第一温度的第二温度下反应，以形成稀土金属氯氧化物和二氯；连接所述氯化反应器和氧化反应器的导管，其中来自所述氯化反应器的稀土金属氯化物通过所述导管移送到氧化反应器并且氧化反应器中的稀土金属氯氧化物通过所述导管移送到氯化反应器；从由所述氯化反应器通过所述导管移送到氧化反应器的稀土金属氯化物中清除水的吹洗系统；和与氯化反应器和氧化反应器的每一个都相连的加热器，其中所述加热器至少部分地将氯化反应器中的稀土金属氯化物加热到第一温度和至少部分地将氧化反应器中的稀土金属氯氧化物加热到第二温度。
对于各种实施方式而言，所述稀土金属是镧系兀素。在一种实施方式中，所述镧系元素是镧。对于各种实施方式而言，所述催化剂不包括铜(Cu)。对于各种实施方式而言，所述催化剂不包括钌(Ru)。定义在本文中使用时，“二氯”被定义为在0°C和IOOkPa绝对压力的标准温度和压力下(IUPAC)的氯气(Cl2)。在本文中使用时，“。C ”被定义为摄氏度。在本文中使用时，“KPa”被定·义为压力的千帕斯卡单位。在本文中使用时，“环境压力”被定义为运行本公开的方法和/或系统的外界环境的压力。在本文中使用时，“原有水”被定义为没有与本公开的稀土金属催化剂结合和/或缔合的游离水(汽态或液态)。在本文中使用时，“残留水”被定义为所述稀土金属催化剂结合和/或缔合的水，其或者作为吸附分子水，或者为本公开的稀土金属催化剂表面的结合羟基形式的水。在本文中使用时，"一个"、"所述"、"至少一个"和"一个或多个"可互换使用。术语“包含”和其变化形式在这些术语出现在说明书和权利要求书中时不具有限制性含义。因此，例如，具有氯化反应器的系统可以理解为意指所述系统包括“一个或多个”氯化反应器。在本文中使用时，术语“和/或”是指一个、多于一个或者全部的列出要素。还有,在本文中,用端点叙述数值范围包括该范围内包含的所有数字(例如，I至5包括 1、1· 5、2、2· 75,3,3. 80、4、5 等等)。
图I提供了根据本公开的实施方式的生产二氯的系统示意图。图2提供了根据本公开的实施方式的生产二氯的系统示意图。图3提供了根据本公开的实施方式的生产二氯的系统示意图。图4提供了根据本公开，作为时间函数的HCl转化的图。图5提供了根据本公开，作为稀土催化剂化学计量函数的HCl转化的图。图6提供了根据本公开的实施方式的生产二氯的系统示意图。图7提供了根据本公开，从稀土金属催化剂的温度程序化氧化得到的归一化氯释放结果。
具体实施例方式本公开的实施方式提供了生产二氯(Cl2)的方法和生产二氯的系统。本公开的实施方式通过在两阶段方法中利用稀土催化剂，克服了 Deacon反应的热力学。本公开的实施方式还因为本公开的稀土催化剂相对于铜基催化剂不需要载体、在高温下更稳定和较不容易失活，克服了盐酸(HCl)的铜基催化氧化为二氯的限制。本文中的图遵循一种编号规定，其中第一数位对应于图形编号，剩余数位鉴别图中的元件或组件。不同图之间类似的元件或组件可以使用类似的数位来鉴别。例如，110可以指图I中的元件“10”，类似的元件可以在图2中称为210。应当理解，在本文中各种实施方式中显示的元件可以被添加、更换和/或除去，以便提供本公开的另外的实施方式。另外应当理解，图中提供的元件的比例和相对尺度是用来说明本发明的实施方式，不应该被理解为是限制性意义。二氯可以通过HCl与氧经由所谓的Deacon反应进行催化氧化而产生2HCl+l/202--- H2CHCl2铜基催化剂已经用于Deacon反应，但是它们患于各种各样的缺点。这些缺点包括活性有限，当提高温度以克服活性限制时由于氯化铜在超过400°C时挥发而快速失活，和由于存在未反应的HCl与产物H2O造成的腐蚀问题。事实上，不管任何其他金属可以被设想用于催化Deacon反应，但一阶段方法苦于在相关化学动力学的温度下，热力学施加在该反应的HCl转化上的限制。 还建议过利用铜基催化剂的两级反应器系统，以试图提高HCl转化为二氯，同时最小化铜基催化剂的失活。这样的系统通常采取双反应器系统的形式，其中两个反应器中的一个在高于另一个反应器的温度下运行。在一些实施方式中，使用这些两级反应器系统将Deacon反应划分成两个部分反应阶段(I)氯化和(2)氧化，其中氯化反应(I)在较低的温度下实施，而氧化反应(2)在较高的温度下实施
权利要求
1.一种生产二氯(Cl2)的方法，其包括 在所述方法的氯化阶段期间稀土金属氯氧化物与HCl在第一温度下反应，以形成稀土金属氯化物和H2O ； 从所述稀土金属氯化物中除去H2O ;和 在所述方法的氧化阶段期间稀土金属氯化物与O2在高于第一温度的第二温度下反应，以形成Cl2和稀土金属氯氧化物。
2.权利要求I的方法，其中所述稀土金属氯氧化物是LaOCl，而所述稀土金属氯化物是L&CI30
3.权利要求I和2任一项的方法，其中从所述稀土金属氯化物中除去H2O包括用惰性气体吹洗所述稀土金属氯化物以除去h2o。
4.权利要求I和2任一项的方法，其包括在氯化阶段将HCl通过所述稀土金属氯氧化物，而在氧化阶段将O2通过所述稀土金属氯化物。
5.权利要求4的方法，其包括将所述稀土金属氯化物从氯化阶段传送到氧化阶段；和 将所述稀土金属氯氧化物从氧化阶段传送到氯化阶段。
6.权利要求I和2任一项的方法，其包括将所述稀土金属氯氧化物和稀土金属氯化物保持在固态非液体状态。
7.权利要求I和2任一项的方法，其中稀土金属氯氧化物与HCl的反应包括供应具有最高达80重量百分比水的HCl。
8.权利要求I和2任一项的方法，其中稀土金属氯化物与O2反应，形成具有小于O.I重量百分比水的Cl2。
9.一种生产二氯(Cl2)的系统，其包括 具有第一进口和第一出口的氯化反应器； 在所述氯化反应器中的稀土金属氯氧化物，其中在所述氯化反应器的第一进口和第一出口之间移送的HCl与稀土金属氯氧化物在第一温度下反应，以形成稀土金属氯化物和水； 包含所述稀土金属氯化物并具有第二进口和第二出口的氧化反应器，其中在所述氧化反应器的第二进口和第二出口之间移送的氧与所述稀土金属氯化物在高于第一温度的第二温度下反应，以形成稀土金属氯氧化物和二氯； 连接所述氯化反应器和氧化反应器的导管，其中来自所述氯化反应器的稀土金属氯化物通过所述导管移送到氧化反应器并且氧化反应器中的稀土金属氯氧化物通过所述导管移送到氯化反应器； 从由所述氯化反应器通过所述导管移送到氧化反应器的稀土金属氯化物中清除水的吹洗系统；和 与所述氯化反应器和氧化反应器的每一个都相连的加热器，其中所述加热器至少部分地将氯化反应器中的稀土金属氯化物加热到第一温度和至少部分地将氧化反应器中的稀土金属氯氧化物加热到第二温度。
10.权利要求9的系统，其中所述第一温度在100°C至500°C的范围。
11.权利要求9-10任一项的系统，其中所述第二温度在500°C至827°C的范围。
12.权利要求11的系统，其中所述氯化反应器和所述氧化反应器在IOOkPa至20000kPa的压力下操作。
13.权利要求9-12任一项的系统，其中所述稀土金属氯氧化物和所述稀土金属氯化物不包含铜或钌。
14.权利要求9-12任一项的系统，其中所述氧化反应器和所述氯化反应器是移动床反应器。
15.权利要求9-12任一项的系统，其中所述稀土金属氯氧化物和所述稀土金属氯化物在第一温度和第二温度下保持固态非液体状态。
全文摘要
本公开提供了生产二氯(Cl2)的方法和系统，其在所述方法的氯化阶段期间稀土金属氯氧化物与HCl在第一温度下反应，以形成稀土金属氯化物和H2O；从所述稀土金属氯化物中除去H2O；在所述方法的氧化阶段期间稀土金属氯化物与O2在高于第一温度的第二温度下反应，以形成Cl2和稀土金属氯氧化物。
文档编号B01J8/26GK102883994SQ201180021712
公开日2013年1月16日 申请日期2011年4月21日 优先权日2010年4月28日
发明者E·E·斯坦兰德, D·A·希克曼, M·E·琼斯, S·G·波德科尔津, S·D·费斯特 申请人:陶氏环球技术有限责任公司