一種流化床與絕熱固定床串聯(lián)的HCl氧化反應(yīng)工藝及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種流化床與絕熱固定床串聯(lián)的HCl氧化反應(yīng)工藝及系統(tǒng)，該反應(yīng)工藝包括以下步驟：將氯化氫與氧氣混合均勻，進(jìn)入流化床反應(yīng)器進(jìn)行氧化反應(yīng)，反應(yīng)混合氣體離開流化床反應(yīng)器，經(jīng)過換熱，將反應(yīng)混合氣體溫度降低至溫度為350～410℃，再進(jìn)入與流化床串聯(lián)的絕熱固定床反應(yīng)器中進(jìn)一步氧化反應(yīng)。其中，氯化氫在流化床反應(yīng)器中的轉(zhuǎn)化率為30％～70％，經(jīng)流化床反應(yīng)器反應(yīng)后的反應(yīng)混合氣體，進(jìn)入固定床反應(yīng)器中進(jìn)行絕熱反應(yīng)，最終氯化氫的最高轉(zhuǎn)化率可高達(dá)92.1％。
【專利說明】一種流化床與絕熱固定床串聯(lián)的HCI氧化反應(yīng)工藝及系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種氯化氫催化氧化制氯氣的反應(yīng)工藝及系統(tǒng)，具體涉及一種氯化氫在流化床反應(yīng)器與絕熱固定床反應(yīng)器串聯(lián)的系統(tǒng)中進(jìn)行氧化制氯的反應(yīng)工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]在聚氨酯中間體(MD1、TDI等)、氟材料中間體、苯甲醛、氯化鉀等大宗涉氯產(chǎn)品生產(chǎn)中，因副產(chǎn)氯化氫難以處理甚至污染環(huán)境，已成為制約相關(guān)企業(yè)進(jìn)一步發(fā)展的瓶頸問題。而通過催化氧化的方法將副產(chǎn)氯化氫氧化制成氯氣，實現(xiàn)氯資源的循環(huán)利用，有望成為涉氯產(chǎn)業(yè)資源化利用副產(chǎn)氯化氫的一條技術(shù)途徑。
[0003]將副產(chǎn)氯化氫轉(zhuǎn)變成氯氣的方法主要有兩種，一是采用電解鹽酸的方法，如專利CN201010528518.4闡述的將稀廢鹽酸電解制備氯氣和氫氣的方法；專利CN98812166.2采用耗氧陰極電解鹽酸，得到氯氣與氫氣，氯氣的純度可以達(dá)到99%以上。電解鹽酸的方法制備氯氣是以消耗大量電能為代價的，噸氯氣的耗電量超過1700kWh，氯的生產(chǎn)成本較高。
[0004]另一種將氯化氫轉(zhuǎn)變成氯氣的方法是氣固催化氧化法，反應(yīng)式如下所示。
[0005]Ha(g) + y402(g)^y2Cl2 +Z2H2O -現(xiàn)纖=2$.4kl/md
[0006]在氣固催化氧化法中，將氯化氫氧化成氯氣的反應(yīng)器主要有固定床和流化床兩種。在固定床反應(yīng)器中進(jìn)行氧化反應(yīng)的方法，如專利CN201010567038.9報道的以氯化銅為主要活性組分，以分子篩為載體，添加了硼、堿金屬、稀土金屬以及堿土金屬，并采用兩步浸潰的方法制備得到氯化氫氧化催化劑，在反應(yīng)壓力為0.1~0.6MPa，反應(yīng)溫度為320~460°C，氯化氫質(zhì)量空速為0.1-2.51^時，氯化氫的轉(zhuǎn)化率可以達(dá)到85%以上。專利200810196433.3則公開了一種采用以REY分子篩為載體，以氯化銅、稀土硝酸鹽及堿金屬鹽為活性前驅(qū)體制備得到氯化氫氧化催化劑，在300~360°C，氯化氫以0.2~0.6Nm3/h/kg的進(jìn)料速率的條件下，氯化氫的轉(zhuǎn)化率為85%左右。除了在單臺固定床反應(yīng)器中進(jìn)行的氯化氫氧化方法以外，專利CN200710023245.6則采用多臺固定床反應(yīng)器串聯(lián)反應(yīng)-脫水耦合的方法，通過段間冷凝將反應(yīng)生成的水從反應(yīng)體系中脫除，打破化學(xué)反應(yīng)平衡的限制，提高氯化氫的轉(zhuǎn)化率。但為了冷凝脫水，反應(yīng)氣體的溫度需要從430°C降至100°C以下，在進(jìn)入下一臺反應(yīng)器前再升高到400°C左右，該過程需要消耗大量的能量，在經(jīng)濟(jì)上是不利的，且冷凝所產(chǎn)生的鹽酸對段間的冷凝設(shè)備腐蝕嚴(yán)重。
[0007]在流化床中進(jìn)行的氯化氫氧化反應(yīng)工藝如文獻(xiàn)[Mortensen, et al.Chem.Eng.Sc1.1996,51(10):2031-2039]報道，在兩臺串聯(lián)的流化床反應(yīng)器中，氯化氫經(jīng)過化學(xué)吸附，然后進(jìn)行氧化反應(yīng)脫出氯氣，氯化氫的轉(zhuǎn)化率幾乎可達(dá)100 %。但是由于催化劑在兩臺串聯(lián)的流化床中往返循環(huán)輸送，對催化劑以及反應(yīng)設(shè)備的磨損極為嚴(yán)重，對催化劑物理性能及設(shè)備的材質(zhì)要求極其嚴(yán)苛，不利于工業(yè)化生產(chǎn)。
[0008]除了上述兩種主要的反應(yīng)工藝以外，CN200880024532.1公開了在至少18臺串聯(lián)的絕熱固定床反應(yīng)器中 進(jìn)行氯化氫氧化制氯的方法，每臺絕熱床催化劑的出口溫度為370°C，最終的HCl轉(zhuǎn)化率可以達(dá)到88%。但該法存在串聯(lián)反應(yīng)器臺數(shù)過多，設(shè)備制造成本高，且工藝線路龐雜，操作過于繁瑣，實際應(yīng)用困難。而CN200980139740.0則公開了 3臺串聯(lián)絕熱固定床進(jìn)行氯化氫氧化氧化制氯的方法，其中每臺絕熱固定床中分別裝填釕基及鈾基兩種不同活性的催化劑，經(jīng)過串聯(lián)絕熱反應(yīng)后，氯化氫的轉(zhuǎn)化率可達(dá)90%左右。雖然串聯(lián)反應(yīng)器臺數(shù)少，但其出口溫度達(dá)到470°C，單臺反應(yīng)器的溫升達(dá)到150°C以上，對催化劑的穩(wěn)定性要求苛刻，極易因超溫而燒壞催化劑。
[0009]氯化氫氧化制氯氣的反應(yīng)屬放熱反應(yīng)，采用固定床反應(yīng)器時，催化劑床層內(nèi)存在顯著的熱點，如果操作不當(dāng)，極有可能出現(xiàn)飛溫而燒壞催化劑。為及時移出反應(yīng)熱，通常采用列管式反應(yīng)器，但由于反應(yīng)體系的強(qiáng)腐蝕性，使得列管反應(yīng)器的造價昂貴。絕熱固定床反應(yīng)器制備簡單，造價低廉，操作控制方便。然而，氯化氫氧化反應(yīng)時的放熱量(28.4kJ/molHCl)較大，在氯化氫與氧氣的摩爾比為1/1時絕熱溫升將達(dá)到453.1°C，使用單臺絕熱固定床反應(yīng)器達(dá)到較高轉(zhuǎn)化率是不可能的。
[0010]眾所周知，流化床反應(yīng)器移熱性能好，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉，但由于存在明顯的返混現(xiàn)象，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率與固定床相比則相對較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]發(fā)明人通過大量實驗證明:將流化床與絕熱固定床反應(yīng)器組合串聯(lián)，在轉(zhuǎn)化率較低、反應(yīng)物濃度較高、反應(yīng)速度較快時，利用流化床良好的移熱性能，移走大部分反應(yīng)熱，然后進(jìn)入后續(xù)串聯(lián)的絕熱固定床反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)，可盡可能提高轉(zhuǎn)化率。通過多臺絕熱固定床組合串聯(lián)，使每臺絕熱固定床反應(yīng)器中的反應(yīng)溫度處于催化劑可承受的范圍內(nèi)。將流化床反應(yīng)器與多臺絕熱固定床反應(yīng)器組合串聯(lián)的方式，不僅可以大幅降低設(shè)備造價，降低生產(chǎn)成本，而且氯化氫的轉(zhuǎn)化率也可達(dá)到工業(yè)化運行的要求。
[0012]因此，本發(fā)明 的目的是提供一種氯化氫催化氧化制備氯氣的方法，具體是在串聯(lián)的流化床反應(yīng)器與絕熱固定床反應(yīng)器中將氯化氫氧化轉(zhuǎn)變成氯氣的方法。
[0013]本發(fā)明的另一目的是提供該流化床反應(yīng)器與絕熱固定床反應(yīng)器串聯(lián)的反應(yīng)系統(tǒng)。
[0014]本發(fā)明的目的是通過以下方式實現(xiàn)的:
[0015]一種氯化氫催化氧化制氯氣的方法，該方法包括以下步驟:將氯化氫與氧氣混合均勻，進(jìn)入流化床反應(yīng)器進(jìn)行氧化反應(yīng)，反應(yīng)混合氣體離開流化床反應(yīng)器，經(jīng)過換熱，將反應(yīng)混合氣體溫度降低至溫度為350~410°C，再進(jìn)入與流化床串聯(lián)的絕熱固定床反應(yīng)器中進(jìn)一步氧化反應(yīng)。本發(fā)明所述的氧氣為“氧”的通稱，其可為氣態(tài)氧或者液態(tài)氧。
[0016]上述方法中，氯化氫氧化反應(yīng)在串聯(lián)的流化床反應(yīng)器與絕熱固定床反應(yīng)器中進(jìn)行，氯化氫與氧氣混合均勻，首先在流化床反應(yīng)器中反應(yīng)，反應(yīng)混合氣經(jīng)過換熱后，進(jìn)入串聯(lián)的絕熱固定床反應(yīng)器中繼續(xù)反應(yīng)生成氯氣。
[0017]上述方法中，流化床反應(yīng)器臺數(shù)為I臺，絕熱固定床反應(yīng)器的臺數(shù)為I~6臺，優(yōu)選2~5臺。絕熱固定床反應(yīng)器中催化劑的裝填量，按照WN —/Wn = 1.3~2.7(2〈N〈6)的方式裝填，Wn為第N臺串聯(lián)的絕熱固定床反應(yīng)器中催化劑裝填量，WN —i為第N— I臺絕熱固定床反應(yīng)器中催化劑的裝填量。當(dāng)絕熱固定床反應(yīng)器為多臺時，多臺絕熱固定床反應(yīng)器之間以串聯(lián)方式組合聯(lián)接；多臺絕熱固定床反應(yīng)器之間設(shè)置換熱器或換熱空間或換熱器和換熱空間二者交替設(shè)置。
[0018]上述方法中，氯化氫在流化床反應(yīng)器中的轉(zhuǎn)化率為30 %~70 %，優(yōu)選40 %~60%。
[0019]上述方法中，在流化床反應(yīng)器中反應(yīng)后的反應(yīng)混合氣體，離開流化床反應(yīng)器后，通過間接換熱的方式，將反應(yīng)混合氣體的溫度降低至350~410°C。所述間接換熱的方式，是指反應(yīng)混合氣體通過金屬壁面，將熱量傳遞給金屬壁面另一側(cè)的冷卻介質(zhì)，上述冷卻介質(zhì)在間接換熱過程中獲得的熱量用于氯化氫與氧氣的預(yù)熱，也可用于產(chǎn)生高壓蒸汽。本發(fā)明所述的冷卻介質(zhì)可為熔鹽。熔鹽獲取的熱量可用于氯化氫與氧氣的預(yù)熱，也可用于產(chǎn)生高壓蒸汽。
[0020]上述方法中，在流化床反應(yīng)器中反應(yīng)后的反應(yīng)混合氣體，離開流化床反應(yīng)器后，也可通過直接換熱的方式，將反應(yīng)混合氣體的溫度降低至350~410°C，優(yōu)選360~380°C。所述的直接換熱的方式，是指反應(yīng)混合氣體與冷卻介質(zhì)直接接觸從而將反應(yīng)混合氣體的溫度降低。此處所述的冷卻介質(zhì)是指氯化氫與氧氣的混合氣體、氣態(tài)氧或者液態(tài)氧，優(yōu)選氣態(tài)氧或液態(tài)氧作為冷卻介質(zhì)，更優(yōu)選液態(tài)氧作為冷卻介質(zhì)。本發(fā)明所述的直接換熱是指反應(yīng)混合氣體與低溫氯化氫與氧氣的混合氣體、氣態(tài)氧或者液態(tài)氧直接接觸進(jìn)行冷卻，冷卻后的反應(yīng)混合氣體溫度降低至350~410°C。
[0021]當(dāng)與流化床反應(yīng)器串聯(lián)的絕熱固定床反應(yīng)器為2臺或2臺以上時，多臺絕熱固定床反應(yīng)器之間以串聯(lián)方式組合聯(lián)接，在串聯(lián)的絕熱固定床反應(yīng)器之間的反應(yīng)混合氣體，經(jīng)過間接或直接換熱后，溫度降低至350~410°C。 [0022]上述方法中，具體為從流化床反應(yīng)器中出來的反應(yīng)混合氣體，經(jīng)過換熱后進(jìn)入串聯(lián)的絕熱固定床反應(yīng)器中繼續(xù)反應(yīng)。當(dāng)與流化床反應(yīng)器串聯(lián)的絕熱固定床反應(yīng)器為2臺時，在第I臺絕熱固定床反應(yīng)器之間的反應(yīng)混合氣體，通過間接換熱，將反應(yīng)混合氣體溫度降低至350~410°C，優(yōu)選360~380°C，后進(jìn)入串聯(lián)的第2臺絕熱固定床反應(yīng)器；當(dāng)串聯(lián)N臺(2〈N〈6)絕熱固定床反應(yīng)器時，從第N-1臺絕熱固定床反應(yīng)器出來的反應(yīng)混合氣體，通過間接換熱，將反應(yīng)混合氣體溫度降低至350~410°C，優(yōu)選360~380°C后，進(jìn)入串聯(lián)的第N臺絕熱固定床反應(yīng)器，繼續(xù)進(jìn)行反應(yīng)。在第N臺絕熱固定床反應(yīng)器出來的反應(yīng)混合氣體，通過間接換熱的方式，將反應(yīng)混合氣體溫度降低至120~200°C，優(yōu)選150~180°C，進(jìn)入后續(xù)的工段。
[0023]上述方法中，從流化床反應(yīng)器中出來的反應(yīng)混合氣體，也可經(jīng)過換熱后進(jìn)入串聯(lián)的絕熱固定床反應(yīng)器中繼續(xù)反應(yīng)。當(dāng)與流化床反應(yīng)器串聯(lián)的絕熱固定床反應(yīng)器為2臺時，在第I臺絕熱固定床反應(yīng)器之間的反應(yīng)混合氣體，通過與低溫氯化氫與氧氣的混合氣、氣態(tài)氧或者液態(tài)氧等冷卻介質(zhì)直接接觸，將反應(yīng)混合氣體溫度降低至350~410°C后進(jìn)入串聯(lián)的第2臺絕熱固定床反應(yīng)器；當(dāng)串聯(lián)N臺(2〈N〈6)絕熱固定床反應(yīng)器時，從第N-1臺絕熱固定床反應(yīng)器出來的反應(yīng)混合氣體，通過與低溫氯化氫與氧氣的混合氣、氣態(tài)氧或者液態(tài)氧等冷卻介質(zhì)直接接觸，將反應(yīng)混合氣體溫度降低至350~410°C后進(jìn)入串聯(lián)的第N臺絕熱固定床反應(yīng)器，繼續(xù)進(jìn)行反應(yīng)。在第N臺絕熱固定床反應(yīng)器出來的反應(yīng)混合氣體，通過間接換熱的方式，將反應(yīng)混合氣體溫度降低至150~200°C，進(jìn)入后續(xù)的工段。
[0024]上述方法中，在進(jìn)入流化床反應(yīng)器時，氧氣與氯化氫的摩爾比為1/8~2/1，優(yōu)選1/4~1/1 ;在流化床反應(yīng)器的反應(yīng)壓力為I~1atm (絕壓)，優(yōu)選3~8atm (絕壓);反應(yīng)溫度為380~430°C。
[0025]上述方法中，反應(yīng)混合氣體在絕熱固定床反應(yīng)器中的反應(yīng)溫度為350~450°C，優(yōu)選380~430°C，反應(yīng)壓力為I~lOatm，優(yōu)選3~8atm。
[0026]本發(fā)明中在絕熱固定床反應(yīng)器中所使用的催化劑可以是貴金屬催化劑，如商品化的釕催化劑、金催化劑等；也可以是過渡金屬催化劑，如銅催化劑、鉻催化劑等。催化劑的形狀可以具有任何所需的形狀，例如球狀、圓柱狀、環(huán)狀、星形狀、三葉草形的顆?；蚱瑺?。
[0027]所述的氯化氫通過流化床的進(jìn)料速率是0.75~7.5Nm3/kg催化劑/h。
[0028]一種用于上述氯化氫催化氧化制氯氣的方法的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括流化床反應(yīng)器與一臺或多臺絕熱固定床反應(yīng)器，流化床反應(yīng)器與絕熱固定床反應(yīng)器之間以串聯(lián)方式組合聯(lián)接。當(dāng)絕熱固定床反應(yīng)器為多臺時，多臺絕熱固定床反應(yīng)器之間以串聯(lián)方式組合聯(lián)接；多臺絕熱固定床反應(yīng)器之間設(shè)置換熱器或換熱空間或換熱器和換熱空間二者交替設(shè)置。
[0029]與現(xiàn)有技術(shù)比較本發(fā)明的優(yōu)點是:相對于常規(guī)的流化床反應(yīng)器與列管式固定床反應(yīng)器，本發(fā)明的流化床反應(yīng)器與絕熱固定床反應(yīng)器串聯(lián)反應(yīng)的方法，其優(yōu)點在于:①經(jīng)過流化床反應(yīng)器與絕熱固定床反應(yīng)器的串聯(lián)反應(yīng)后，利用流化床良好的移熱性能，將部分反應(yīng)熱移出反應(yīng)體 系，通過控制流化床反應(yīng)器中氯化氫的反應(yīng)量，就可以控制在流化床反應(yīng)器中可移走的熱量，同時就可以控制在串聯(lián)絕熱固定床反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)生成的熱量。因此，可以避免在列管式固定床反應(yīng)器中因強(qiáng)反應(yīng)放熱而產(chǎn)生的飛溫現(xiàn)象。②與單獨使用列管換熱式固定床反應(yīng)器相比，流化床反應(yīng)器與絕熱固定床反應(yīng)器的構(gòu)造顯著簡化，造價低廉，在反應(yīng)器的制備以及工藝的放大性能方面得以簡化。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1為本發(fā)明流化床反應(yīng)器與4臺絕熱反應(yīng)器串聯(lián)的氯化氫催化氧化制氯氣的系統(tǒng)。
[0031]圖中標(biāo)號為:1 一氯化氫進(jìn)料管線；2 —氧氣進(jìn)料管線；3 —流化床反應(yīng)器；4 —反應(yīng)混合氣體料液管線；5 —換熱后的反應(yīng)混合氣體料液管線；6 —經(jīng)過4臺絕熱固定床反應(yīng)器反應(yīng)后的反應(yīng)混合氣體出料管線。ARl —第I臺絕熱固定床反應(yīng)器，AR2 —第2臺絕熱固定床反應(yīng)器，AR3 —第3臺絕熱固定床反應(yīng)器，AR4 —第4臺絕熱固定床反應(yīng)器。El —第I臺換熱器，E2 —第I個換熱空間，E3 —第2個換熱空間，E4 —第3個換熱空間，E5 —第2臺換熱器。
[0032]圖中，流化床反應(yīng)器與4臺串聯(lián)的絕熱固定床反應(yīng)器的組合串聯(lián)，其中4臺串聯(lián)的絕熱固定床反應(yīng)器之間，存在一個直接換熱空間，可供低溫介質(zhì)進(jìn)入后與前一臺絕熱固定床反應(yīng)器出口處的高溫反應(yīng)混合氣體進(jìn)行熱量交換。
[0033]在進(jìn)入流化床反應(yīng)器之前，氯化氫與氧氣混合后進(jìn)入流化床反應(yīng)器3中。經(jīng)過流化床反應(yīng)后的反應(yīng)混合氣體經(jīng)過換熱器El換熱后，得到換熱后的反應(yīng)混合氣體，El中的換熱方法采用間接換熱，即用熔鹽將流化反應(yīng)產(chǎn)生的反應(yīng)熱移出反應(yīng)體系。經(jīng)過換熱后的反應(yīng)混合氣體進(jìn)入第I臺絕熱床反應(yīng)器AR1，經(jīng)絕熱反應(yīng)后的高溫反應(yīng)混合氣體在E2中與冷卻介質(zhì)進(jìn)行直接換熱，即進(jìn)入E2換熱空間內(nèi)的氣體，除了高溫反應(yīng)氣體外，還有與進(jìn)入ARl具有相同組成的低溫氯化氫與氧氣的混合氣體。冷卻介質(zhì)在每段絕熱反應(yīng)器出口處進(jìn)入換熱器。同樣地，在E2中混合得到的反應(yīng)混合氣體，進(jìn)入第2臺絕熱反應(yīng)器AR2，絕熱反應(yīng)后的反應(yīng)混合氣體在E3換熱空間內(nèi)與進(jìn)入ARl具有相同組成的低溫氯化氫與氧氣的混合氣體進(jìn)行熱量交換后進(jìn)入第3臺絕熱反應(yīng)器AR3。在AR3中經(jīng)過絕熱反應(yīng)后得到反應(yīng)混合氣體，在E4換熱空間內(nèi)與進(jìn)入ARl具有相同組成的低溫氯化氫與氧氣的混合氣體進(jìn)行熱量交換后進(jìn)入第4臺絕熱反應(yīng)器AR4，經(jīng)過四臺絕熱固定床反應(yīng)器反應(yīng)后的反應(yīng)混合氣體在E5中經(jīng)過間接換熱將反應(yīng)熱排出系統(tǒng)后，進(jìn)入后續(xù)工藝流程。
[0034]圖2為本發(fā)明流化床反應(yīng)器與3臺絕熱反應(yīng)器串聯(lián)的氯化氫催化氧化制氯氣的系統(tǒng)。
[0035]圖中標(biāo)號為:1 一氯化氫進(jìn)料管線；2 —氧氣進(jìn)料管線；3 —流化床反應(yīng)器；4 一反應(yīng)混合氣體料液管線；5 —換熱后的反應(yīng)混合氣體料液管線；6 —經(jīng)第I臺絕熱固定床反應(yīng)器反應(yīng)后的反應(yīng)混合氣體管線；7 —經(jīng)第I臺絕熱固定床反應(yīng)器并換熱后的反應(yīng)混合氣體管線；8 —經(jīng)第2臺絕熱固定床反應(yīng)器反應(yīng)后的反應(yīng)混合氣體管線；9 —經(jīng)第2臺絕熱固定床反應(yīng)器并換熱后的反應(yīng)混合氣體管線；10 —經(jīng)第3臺絕熱固定床反應(yīng)器反應(yīng)后的反應(yīng)混合氣體管線；11 一經(jīng)第3臺絕熱固定床反應(yīng)器并換熱后的反應(yīng)混合氣體管線。ARl —第I臺絕熱固定床反應(yīng)器，AR2 —第2臺絕熱固定床反應(yīng)器，AR3 一第3臺絕熱固定床反應(yīng)器，El第一臺換熱器，E2第二臺換熱器，E3第三臺換熱器，E4第四臺換熱器。
[0036]圖中，流化床反應(yīng)器與3臺串聯(lián)的絕熱固定床反應(yīng)器的組合串聯(lián)，在3臺串聯(lián)的絕熱固定床反應(yīng)器之間設(shè)置有熔鹽換熱系統(tǒng)，用于間接換熱移走反應(yīng)熱。在進(jìn)入流化床反應(yīng)器之前，氯化氫與氧氣混合后進(jìn) 入流化床反應(yīng)器3中。經(jīng)過流化床反應(yīng)后的反應(yīng)混合氣體經(jīng)過第一臺換熱器El間接換熱后，進(jìn)入第I臺絕熱反應(yīng)器AR1，反應(yīng)后的混合氣體在第二臺換熱器E2內(nèi)進(jìn)行間接換熱后，進(jìn)入第2臺絕熱床反應(yīng)器AR2，生成的反應(yīng)混合氣體在第三臺換熱器E3內(nèi)進(jìn)行間接換熱后，進(jìn)入第3臺絕熱床反應(yīng)器，生成的反應(yīng)混合氣體在第四臺換熱器E4內(nèi)進(jìn)行間接換熱后，將反應(yīng)熱排出體系。反應(yīng)得到的反應(yīng)混合氣體進(jìn)入后續(xù)工藝流程。
【具體實施方式】
[0037]以下通過實施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步解釋說明:
[0038]如圖1~2所示，一種用于氯化氫催化氧化制氯氣的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括流化床反應(yīng)器3與一臺或多臺絕熱固定床反應(yīng)器ARl~6，流化床反應(yīng)器與絕熱固定床反應(yīng)器之間以串聯(lián)方式組合聯(lián)接。當(dāng)絕熱固定床反應(yīng)器為多臺時，多臺絕熱固定床反應(yīng)器之間以串聯(lián)方式組合聯(lián)接；多臺絕熱固定床反應(yīng)器之間設(shè)置換熱器或換熱空間或換熱器和換熱空間二者交替設(shè)置。
[0039]實施例1:
[0040]在實施例1中，氯化氫與氧氣混合后首先通過流化床反應(yīng)器，經(jīng)過流化床反應(yīng)器反應(yīng)后，得到的反應(yīng)混合氣體經(jīng)換熱器換熱，然后通過總共4臺絕熱固定床反應(yīng)器。
[0041]氯化氫與氧氣以摩爾配比為2進(jìn)入流化床反應(yīng)器，流化床反應(yīng)器的入口壓力為1atm,流化反應(yīng)溫度為400°C。氯化氫以6Nm3/kg催化劑/h的進(jìn)料速率通過流化床，流化床中的CeCuK/Y分子篩催化劑裝填量為1532kg，反應(yīng)后流化床反應(yīng)器出口處氯化氫的轉(zhuǎn)化率為30%。經(jīng)過間接換熱后，進(jìn)入第一臺絕熱固定床反應(yīng)器的反應(yīng)混合氣體溫度為350°C，串聯(lián)的絕熱固定床反應(yīng)器為4臺，每臺絕熱固定床反應(yīng)器內(nèi)催化劑層的入口溫度均為350°C，出口溫度均為430°C，1~4臺絕熱固定床反應(yīng)器內(nèi)催化劑的裝填量依次為1185.7kg、1797.3kg、3118.1kg以及7280.4kg。絕熱固定床反應(yīng)器之間采用間接換熱，即反應(yīng)混合氣體通過金屬壁面與低溫?fù)Q熱介質(zhì)進(jìn)行接觸。經(jīng)過流化床與4臺絕熱固定床反應(yīng)器串聯(lián)反應(yīng)，氯化氫的總質(zhì)量空速達(dá)到1.0h—1，在絕熱氯化氫的轉(zhuǎn)化率達(dá)到85.7%。每段絕熱固定床反應(yīng)器的進(jìn)出口溫度、催化劑裝填量及反應(yīng)結(jié)果如表1所示。
[0042]表1
[0043]
【權(quán)利要求】
1.一種氯化氫催化氧化制氯氣的方法，其特征在于該方法包括以下步驟:將氯化氫與氧氣混合均勻，進(jìn)入流化床反應(yīng)器進(jìn)行氧化反應(yīng)，反應(yīng)混合氣體離開流化床反應(yīng)器，經(jīng)過換熱，將反應(yīng)混合氣體溫度降低至溫度為350~410°C，再進(jìn)入與流化床串聯(lián)的絕熱固定床反應(yīng)器中進(jìn)一步氧化反應(yīng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，流化床反應(yīng)器臺數(shù)為I臺，絕熱固定床反應(yīng)器的臺數(shù)為1~6臺。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，氯化氫在流化床反應(yīng)器中的轉(zhuǎn)化率為30%~70%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進(jìn)入絕熱固定床反應(yīng)器之前的反應(yīng)混合氣體，經(jīng)過換熱方式為間接換熱或直接換熱。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，當(dāng)與流化床反應(yīng)器串聯(lián)的絕熱固定床反應(yīng)器為2臺或2臺以上時，多臺絕熱固定床反應(yīng)器之間以串聯(lián)方式組合聯(lián)接，在串聯(lián)的絕熱固定床反應(yīng)器之間的反應(yīng)混合氣體，經(jīng)過間接或直接換熱后，溫度降低至350~410°C。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進(jìn)入流化床反應(yīng)器時，氧氣與氯化氫的摩爾比為1/8~2/1 ;在流化床反應(yīng)器中，反應(yīng)壓力為I~lOatm，反應(yīng)溫度為380~430°C。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，反應(yīng)混合氣體在絕熱固定床反應(yīng)器中的反應(yīng)溫度范圍為350~450°C，反應(yīng)壓力為1~lOatm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，氯化氫通過流化床的進(jìn)料速率是0.75~7.5Nm3/kg 催化劑 /h。
9.一種用于上述氯化氫催化氧化制氯氣的方法的系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包括流化床反應(yīng)器與一臺或多臺絕熱固定床反應(yīng)器，流化床反應(yīng)器與絕熱固定床反應(yīng)器之間以串聯(lián)方式組合聯(lián)接。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于當(dāng)絕熱固定床反應(yīng)器為多臺時，多臺絕熱固定床反應(yīng)器之間以串聯(lián)方式組合聯(lián)接；多臺絕熱固定床反應(yīng)器之間設(shè)置換熱器或換熱空間。
【文檔編號】C01B7/04GK104030247SQ201410246874
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月5日
【發(fā)明者】喬旭, 陳獻(xiàn), 戴勇, 費兆陽, 袁杰, 湯吉海, 崔咪芬 申請人:南京工業(yè)大學(xué)