一种等离子体法盐酸制备氯气的方法
【专利摘要】本发明提供一种等离子体法盐酸制备氯气的方法,采用氧气以鼓泡的形式进入反应器内的盐酸溶液，利用两极间交变的高压电场，形成脉冲放电，使盐酸和氧气分子离解、电离，重新结合生成氯气，该方法工艺简单，无催化剂，能耗低。催化反应器可以使盐酸和氧气在等离子体的引发下离解，产生氯自由基，合成氯气，具有工艺流程短,设备简单，能耗低，无催化剂，对环境无污染的优点。
【专利说明】
_种等禹子体法盐酸制备氯气的方法
技术领域
[0001]本发明属于氯碱化工技术领域，尤其涉及一种等离子体法盐酸制备氯气的方法。
【背景技术】
[0002]盐酸是重要的无机化工原料，主要应用于医药、石化、稀土、冶金、净水剂等领域。生产企业较多，主要分布在氯碱和化肥行业。盐酸作为氯碱企业的平衡产品，也是最大的耗氯产品，由于需求市场低迷，加上近几年PVC企业的大规模扩容和新建，加剧了盐酸行业供大于求的局面，盐酸属于液体产品，不便储存，且储运费用高，流动性较差，导致一些大型氯碱企业普遍出现盐酸胀库现象，国内盐酸价格地区差异较大，甚至出现免费出货的情况。
[0003]氯碱企业在副产盐酸的同时也会有大量的废酸产生，因为在氯乙烯合成过程中为了能使乙炔反应完全，通常氯化氢过量，过量的氯化氢采用水洗的方法去除，而产生废盐酸，一般生产一吨聚氯乙烯产生60公斤左右。目前对废酸的处理方法主要有离子交换树脂法、焙烧法、浓缩除杂法、中和氧化法和萃取法等。离子交换树脂法工艺流程短，易操作，能耗低，但常温处理时回收的无机酸浓度偏低，需添加高浓度酸才能使用;焙烧法不产生新的污染物，回收得到的产品可循环使用，提高了对环境的保护;浓缩法所用的设备虽易结垢难清理，但该法处理后的酸可达到很高的浓度，可直接利用；中和法确保了处理后物质PH值;萃取法在一定条件下可以使有机物与算分离，但处理后的废酸中仍含有大量的有机物，再处理就比较困难。
[0004]上述诸多的废酸处理方法虽然能使一些废酸得到再生，但得到的依然是廉价的盐酸，未能提高氯的附加值，我国氯碱工业近几年发展迅速，为了实现氯资源的高值化利用，各氯碱企业都在积极开发氯的下游产品。如:氯化聚乙烯、氯化聚氯乙烯、氯化橡胶，氯化聚丙烯等，在提升氯碱企业产品品质的同时提供一条全新的氯碱平衡之路。目前专利和文献中有关氯化氢制取氯气的方法有很多，如电解法，直接氧化法，催化氧化法，但对盐酸制取氯气，增加其附加值的研究较少。
[0005]巴斯夫股份公司申请的专利200380102270.3公布了一种由盐酸生产氯气的方法，在蒸馏步骤中由盐酸原料流和盐酸回流分离出氯化氢料流，将氯化氢料流、含氧气料流或任选含氧气回流供入氧化区，并在催化剂存在下将氯化氢氧化以形成氯气，得到包含氯气、未反应氧气、未反应的氯化氢和水蒸气的产物气流，经分离提纯得到氯气，该方法首先要将盐酸通过蒸馏步骤转换为氯化氢气体，再在催化剂的作用下进行氧化反应，存在流程长，能耗大，对设备要求高的缺点。
【发明内容】
[0006]为克服现有技术的不足，本发明提供一种等离子体法盐酸制备氯气的方法，采用氧气以鼓泡的形式进入反应器内的盐酸溶液，利用两极间交变的高压电场，形成脉冲放电，使盐酸和氧气分子离解、电离，重新结合生成氯气，该方法工艺简单，无催化剂，能耗低。
[0007]本发明提供以下技术方案: 按摩尔比向等离子催化反应器中通入盐酸和氧气气体，氧气以鼓泡的形式从等离子催化反应器底部进入，氧气气泡在运动的过程中受反应器两极间交变高压电场的作用，被离解为氧原子、离子及氧自由基等活性粒子，引发气泡周围盐酸溶液离解，产生氯离子和氢离子，重新结合生成氯气和水;反应方程式:4HC1+02==2H20+2C12 ；反应后的混合气经除水除杂得到满足工业需求的氯气;气泡中的氧气分子将首先被离解为氧原子、离子、自由基等活性粒子，在气泡上升的过程中放电产生的带电粒子撞击气泡周围的盐酸分子，使盐酸分解，又产生气体，形成易发生放电的气泡通道产生氯原子、离子、氢离子及自由基，重新组合成氯气并析出。
[0008]所述的等离子体催化反应器内设有用于产生等离子体的装置，等离子体可以通过介质阻挡放电、电晕放电或射频放电任一或结合方式来产生;用于离解氯化氢及氧气。
[0009]所述的等离子催化反应器内设置有微孔鼓泡装置;用于产生气泡。
[0010]所述的盐酸中氯化氢和氧气的摩尔比值为4?I;使生产效率提高。
[0011]所述的产生等离子体的装置内设置低压电极和高压电极，可垂直或倾斜放置，方便气体溢出。
[0012]所述的低压电极和高压电极设置孔，用于气体通过或散热。
[0013]本发明的有益效果为:采用等离子体催化反应器可以使盐酸和氧气在等离子体的引发下离解，产生氯自由基，合成氯气，具有工艺流程短，设备简单，能耗低，无催化剂，对环境无污染的优点。
【附图说明】
[0014]图1为一种等离子体法盐酸制备氯气的方法实施例1示意图。
[0015]图2为一种等离子体法盐酸制备氯气的方法实施例2示意图。
[0016]图3为一种等离子体法盐酸制备氯气的方法实施例3示意图。
[0017]图4为一种等离子体法盐酸制备氯气的方法实施例4示意图。
[0018]附图标号:I氧气储罐、2盐酸储罐、3增压装置、4等离子体催化反应器、5高压电极、6低压电极、7微孔鼓泡装置、8脉冲电源、9干燥除水装置、10深冷及分离装置、11用户单元。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图对本发明做进一步说明:
实施例1，参照附图1，一种等离子体法盐酸制备氯气的方法，其装置包括氧气储罐I，盐酸储罐2，氧气增压装置3，等离子催化反应器4，高压电极5，低压电极6，微孔鼓泡装置7，脉冲电源8，干燥除水装置9，深冷及分离装置10，用户单元11依次联接组成。氧气储罐I的氧气经增压装置3和盐酸储罐2的盐酸中氯化氢按摩尔比进入等离子催化反应器4，盐酸中氯化氢和氧气的摩尔比值为4?I，等离子体催化反应器4内产生等离子体的装置可以为介质阻挡放电、电晕放电、滑动电弧放电或射频放电等离子催化反应器中的一种，等离子催化反应器4内有微孔鼓泡装置7，将等离子催化反应器4分为上下两部分，微孔鼓泡膜7的上部为盐酸，下部为氧气，脉冲电源8的低压电极5置于盐酸液面的上方，低压电极6位浸泡在盐酸溶液中，经增压装置3加压的氧气，通过微孔鼓泡装置7以气泡的形式进入等离子体催化反应器4的上部的盐酸溶液，由于气体的介电常数小于液体的介电常数，在等离子电源8施加在高压电极5和低压电极6两电极间高压电场的作用下，气泡中的场强与液体介质中的场强按各自的介电常数成反比分配，气泡中的场强较高，且气泡的击穿场强低，因此，气体首先发生放电，气泡中的氧气分子将首先被离解为氧原子、离子、自由基等活性粒子，并在放电空间迅速传播引起雪崩效应，在上升的过程中放电产生的带电粒子撞击气泡周围的盐酸分子，使盐酸分解，又产生气体，气泡数量增多，形成易发生放电的气泡通道，并逐步贯穿两极，在两电极间形成大量细微的脉冲放电通道，产生氯原子、离子、氢离子及自由基，同时，等离子体的热效应，会使盐酸溶液温度升高，有更多的氯化氢气体从高压电极板的孔里析出并参与反应。由于氧原子的半径小于氯原子，电负性大，得电子的能力要强于氯原子，所以优先与氢离子结合生成水，氯原子相互结合生成氯气，反应方程式为:4HC1+02=2H20+2C12。反应后的气体经过干燥除水装置9除水，进入深冷及分离装置10，经分离、提纯后的氯气直接进入用户单元11，满足用户的工业需求，可用于高聚物的氯化，合成橡胶，合成纤维等，实现氯元素的高值化利用，分离后的氧气可以返回氧气储罐I循环使用，其他气体进入后续处理工序，未反应的盐酸经盐酸回流管返回盐酸储罐2再次循环反应。盐酸通过该工艺制备氯气流程短，氧气和盐酸直接在等离子放电区域被离解反应，能耗小，不需要催化剂，盐酸转化率高，整个反应过程实现氯元素的闭路循环和反应过程的零排放，一方面解决盐酸大量过剩和氯资源的高值化利用问题，一定程度上满足工业上对氯气不断增长的需求，带来巨大的经济效益；另一方面，也将促进氯碱平衡;解决废酸造成的污染问题，为环境保护做出巨大贡献。
[0020]实施例2，参照附图2，本实施例与实施例1的不同之处在于高压电极5位于微孔鼓泡装置7的下部，部分氧气在进入微孔鼓泡装置7之前已经被离解为原子、电子等活性粒子，更有利于盐酸分子的离解和反应的引发。
[0021]实施例3，参照附图3，本实施例与实施例1的不同之处在于低压电极6位于盐酸液面的上方，高压电极5置于盐酸溶液中，氧气气泡在经过高压电极5时首先被离解，产生活性粒子，引发气泡周围盐酸的离解，产生氯化氢气体，随着气泡的上升，形成贯穿两极即高压电极5和低压电极6的放电通道，析出的氯化氢在盐酸液面的上方的空间与氧气继续反应。
[0022]实施例4，参照附图4，本实施例与实施例1的不同之处在于低压电极6和高压电极5均位于盐酸液面的上方，氧气经过微孔鼓泡装置7进入盐酸溶液，利用氯化氢在气相和液相溶解度的差异，使氯化氢析出，与氧气反应生成氯气。
[0023]实施例5，本实施例与以上实施例的不同之处在于低压电极6和高压电极5垂直于盐酸液面。
[0024]实施例6，本实施例与以上实施例的不同之处在于低压电极6和高压电极5与盐酸溶液液面倾斜设置。
【主权项】
1.一种等离子体法盐酸制备氯气的方法，其特征在于，按摩尔比向等离子催化反应器中通入盐酸和氧气气体，氧气以鼓泡的形式从反应器底部进入，氧气气泡在运动的过程中受反应器两极间交变电场的作用，被离解为氧原子、离子及氧自由基等活性粒子，引发气泡周围盐酸溶液离解，产生氯离子和氢离子，重新结合生成氯气和水;反应方程式:4HC1+02==2H20+2C12;反应后的混合气经除水除杂得到满足工业需求的氯气。2.根据权利要求1所述的一种等离子体法盐酸制备氯气的方法，其特征在于所述的等离子体催化反应器内设有用于产生等离子体的装置，等离子体可以通过介质阻挡放电、电晕放电或射频放电任一或结合方式来产生。3.根据权利要求1所述的一种等离子体法盐酸制备氯气的方法，其特征在于等离子催化反应器内设置有微孔鼓泡装置。4.根据权利要求1所述的一种等离子体法盐酸制备氯气的方法，其特征在于盐酸中氯化氢和氧气的摩尔比值为4?I。5.根据权利要求1或2任一所述的一种等离子体法盐酸制备氯气的方法，其特征在于产生等离子体的装置内设置低压电极和高压电极。6.根据权利要求5所述的一种等离子体法盐酸制备氯气的方法，其特征在于低压电极和高压电极设置孔，用于气体通过或散热。
【文档编号】C01B7/04GK106082130SQ201610660217
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年8月12日 公开号201610660217.4, CN 106082130 A, CN 106082130A, CN 201610660217, CN-A-106082130, CN106082130 A, CN106082130A, CN201610660217, CN201610660217.4
【发明人】慕龙, 黄峥嵘, 周军, 熊新阳, 徐勇, 崔明生, 刘军, 李自兵, 王银亮, 轩卫华, 冯俊
【申请人】新疆兵团现代绿色氯碱化工工程研究中心(有限公司)