一種氯堿工業(yè)尾氯催化脫氫的裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種氯堿工業(yè)尾氯催化脫氫的裝置及方法，屬于氯堿工業(yè)尾氯催化脫氫【技術領域】。該裝置包括反應流化床和還原流化床兩個裝置，尾氯脫氫反應和催化劑再生由兩個流化床組合完成；尾氯進入反應流化床進行催化低溫脫氫反應，失活的催化劑在還原流化床用氫氣進行還原再生；脫氫反應和還原再生同時進行。該工藝方法滿足工業(yè)生產要求，解決催化劑快速失活問題，便于催化劑的裝填和卸料，也可徹底解決尾氯含氫的安全問題。
【專利說明】一種氯堿工業(yè)尾氯催化脫氫的裝置及方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種氯堿工業(yè)尾氯催化脫氫的裝置及方法，屬于氯堿工業(yè)尾氯催化脫氫【技術領域】。

【背景技術】
[0002]氯堿工業(yè)的尾氯是電解槽產生的氯氣中經液化后剩余的不可再液化的混合氣體。以氯氣為主要成分，包含氧氣、氮氣和氫氣等混合氣體，其總量可觀。其中，氯氣65-85%，氮氣10-15%,氧氣5-10%,氫氣4%以下，由于氫氣爆炸極限4%的限制,安全問題一直制約著其應用。最常見處理方法的是將尾氯和氫氣燃燒生產鹽酸。因此，尾氯的經濟價值也較低。
[0003]利用催化脫氫的方法，可以有效的降低尾氯中氫氣的含量，或徹底脫除。這樣，尾氯可以重新液化處理，也可用于氯化反應等，大幅度的提高了尾氯的利用價值，同時，解決了尾氯含氫的安全問題。英國專利GB1388292，使用活性炭，在125-250°C固定床反應器中，催化氯氣-氫氣反應脫除氯氣中的氫氣。美國專利US4224293，使用活性炭、金屬鈀、氯化銅等鹽為催化劑，在200-400°C固定床反應器中，催化氯氣-氫氣反應脫除尾氣中的氫氣，得到含氫量較低的尾氯。
[0004]現(xiàn)有專利報道的氯氫反應溫度為100-400°C (在20(T35(TC區(qū)間脫氫效果較好)，由于反應溫度高，催化劑活性組分易流失和被酸性氣體腐蝕，導致催化劑壽命短。而且由于強氧化性的氯氣存在，催化劑活性金屬會很快失活，活性炭也會與氧氣反應而很快減少。因此，如英國專利GB1388292和美國專利US4224293等專利的尾氯脫氫方法沒有工業(yè)化價值。


【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明旨在提供一種氯堿工業(yè)尾氯催化脫氫的裝置及方法，通過低溫催化氧氫反應和氯氫反應的方法處理尾氯，催化劑活性組分為Cu，Ag，Pd，Pt，Au金屬中的一種或多種，其載體為活性炭，三氧化二鋁，二氧化硅，碳化硅中的任一種，選用易于裝卸的流化床來完成脫氫工藝。尾氯進入流化床反應器催化反應脫氫，失活的催化劑進入還原流化床進行還原再生，該方法解決了催化劑失活速率快問題，也解決了反應溫度高和載體腐蝕的問題。為氯堿工業(yè)尾氣除氫提供了一種高效、經濟、安全的方法。
[0006]本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的:
本發(fā)明提供了一種氯堿工業(yè)尾氯催化脫氫的裝置，包括流化床、進料倉、旋風分離器，其特征在于:該裝置由反應體系和還原體系組成，反應體系包括反應流化床，反應流化床進料倉，第一旋風分離器；還原體系包括還原流化床，還原流化床進料倉，第二旋風分離器；反應流化床底部設有尾氯入口，尾氯入口管道上設有尾氯加熱器，反應流化床頂部連接第一旋風分離器，反應流化床中部設有催化劑出口，催化劑出口連接還原流化床進料倉，還原流化床進料倉連接還原流化床中部，還原流化床底部設有氫氣入口，氫氣入口管道上設有氫氣加熱器，頂部連接第二旋風分離器，還原流化床中部設有催化劑出口，催化劑出口與反應流化床進料倉連接，反應流化床進料倉另一端連接反應流化床中部。
[0007]所述反應流化床進料倉底部分別設有尾氯管道和第一氮氣管道，所述還原流化床進料倉底部分別設有第二氮氣管道和氫氣管道。
[0008]本發(fā)明提供了一種氯堿工業(yè)尾氯催化脫氫的方法，采用上述氯堿工業(yè)尾氯催化脫氫的裝置，包括以下步驟:
(1)從液化工段來的含氫尾氯首先經過加熱器加熱至3(T10(TC，然后進入反應流化床，經金屬負載型催化劑催化氧氫反應和氯氫反應脫氫后，進入第一旋風分離器，在第一旋風分離器內將氣體中催化劑固體除去后，脫氫尾氯進行脫水處理后返回氯堿液化工段或直接用于其它氯產品工段，失活催化劑和反應中脫除的氫氣進入還原流化床進料倉；
(2)從氫氣工段來的氫氣經過加熱器加熱至15(T30(TC，然后進入還原流化床，將失活催化劑經氫氣還原后進入第二旋風分離器，在第二旋風分離器內除去催化劑固體后，去下一工藝進行后處理，還原流化床中再生的催化劑與第二旋風分離器中回收的催化劑合并后進入反應流化床進料倉。
[0009]上述方法中，所述反應流化床進料倉和還原流化床進料倉均為氣體輸送進料,氮氣吹掃是置換脫附催化劑上吸附的少量氣體，兩個進料倉閥門操作是防止兩個流化床之間氣體混合；
反應流化床進料倉的再生催化劑來料時，還原流化床和反應流化床進料倉之間閥門打開，反應流化床進料倉關聯(lián)的其余閥門全部關閉，達到規(guī)定催化劑量后關閉該閥門，打開氮氣閥門和含氫氣混合氣管道上的閥門，通過熱氮氣吹掃反應流化床進料倉，置換脫附催化劑上吸附的少量氫氣，吹掃結束，關閉氮氣閥門和含氫氣混合氣管道上的閥門，打開反應流化床進料倉和反應流化床之間的閥門和尾氯閥門，用尾氯進行氣體輸送催化劑進料，進料結束，關閉閥門；
還原流化床進料倉失活的催化劑來料時，反應流化床和還原流化床進料倉之間閥門打開，還原流化床進料倉關聯(lián)其余閥門全部關閉，達到規(guī)定催化劑量后關閉該閥門，打開氮氣閥門和含氮氣混合氣管道上的閥門，通過熱氮氣吹掃還原流化床進料倉，置換脫附催化劑上吸附的少量尾氯，吹掃結束，關閉氮氣閥門和含氮氣混合氣管道上的閥門，打開還原流化床進料倉和還原流化床之間的閥門和氫氣閥門，用氫氣進行氣體輸送失活催化劑進料，進料結束，關閉閥門。
[0010]進一步地，所述金屬負載型催化劑的金屬活性組分為Cu，Ag，Pd，Pt，Au金屬中的一種或多種，其載體為活性炭，三氧化二鋁，二氧化硅，碳化硅中的任一種，金屬負載量為
0.l?5wt%。所述金屬活性組分優(yōu)選Cu或Ag。
[0011 ] 進一步地，所述反應流化床采用低溫催化反應，反應溫度為3(T150°C，催化劑在反應流化床停留時間0.5飛小時。
[0012]進一步地，所述還原流化床采用還原溫度為15(T350°C，催化劑在流化床再生停留時間0.5^3小時。
[0013]本發(fā)明采用兩個流化床，其一用于尾氯氣體脫氫反應，另一為催化劑還原。催化劑由于還原反應的產物中有水和氯化氫，活性組分的Cu，Ag，Pd，Pt，Au金屬被轉化為氯化物，因而催化劑失活快，需及時恢復活性。因而，反應裝置和還原裝置均采用流化床以便快速裝卸催化劑。
[0014]脫氫反應原理為尾氯中包含氯氣、氮氣，氧氣和氫氣等，在催化劑作用下，其中的氧氣和氫氣能夠反應生成水，氯氣與氫氣也可反應生成氯化氫，達到脫除氫氣的目的。反應方程式反應如下:
氧氫!反應 O2 + 2H2 — 2H20 氯氫反應 Cl2 + H2 — 2HC1
尾氯進氣經加熱后進反應流化床反應器，進行反應后，經旋風分離器除去氣體夾帶的催化劑固體后去下一工藝，失活催化劑可在還原流化床進料倉內經氮氣置換后進入還原流化床，在還原流化床中用熱氫氣將失活催化劑還原，還原后氣體進旋風分離器除去夾帶的催化劑固體，后去下一工藝，還原后催化劑經氮氣置換后進入反應流化床。
[0015]本發(fā)明中，兩個金屬負載催化劑流化床在裝置中分別同時進行尾氯催化脫氫反應和催化劑還原再生過程，通過控制閥門和氣速來控制催化劑進料及停留時間。
[0016]本發(fā)明的有益效果:
1、脫氫反應溫度低，為30-150°C，實際反應溫度可選在100°C以下；
i1、尾氯脫氫工藝采用兩個流化床組合裝置，采用雙流化床可滿足催化脫氫反應和催化劑再生同時進行:尾氯脫氫反應在反應流化床中的催化劑上進行，脫氫反應分為氧氫反應與氯氫反應；失活催化劑在還原流化床中的氫氣氛圍下還原再生，該工藝有利于催化劑再生；
ii1、尾氯脫氫后，解決了其利用的安全問題。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明工業(yè)尾氯催化脫氫裝置圖。
[0018]圖中標號為:1、尾氯加熱器；2、反應流化床；3、第一旋風分離器；4、還原流化床進料倉；5、氫氣加熱器；6、還原流化床；7、第二旋風分離器；8、反應流化床進料倉；9、反應流化床氣體分布隔板；10、還原流化床氣體分布隔板；11、還原流化床進料倉氣體分布隔板；12.反應流化床進料倉氣體分布隔板;A、尾氯；B、氮氣；C、氫氣；D、脫氫后尾氯；E、含氮氣混合氣；F、含氫氣混合氣。

【具體實施方式】
[0019]下面通過實施例來進一步說明本發(fā)明，但不局限于以下實施例。
[0020]實施例1:一種氯堿工業(yè)尾氯催化脫氫的裝置
圖1為本發(fā)明工業(yè)尾氯催化脫氫裝置圖。該裝置包括流化床、進料倉、旋風分離器，其特征在于:該裝置由反應體系和還原體系組成，反應體系包括反應流化床2，反應流化床進料倉8，第一旋風分離器3 ;還原體系包括還原流化床6，還原流化床進料倉4，第二旋風分離器7 ；反應流化床2底部設有尾氯入口，尾氯入口管道上設有尾氯加熱器I，反應流化床2頂部連接第一旋風分離器3，反應流化床2中部設有催化劑出口，催化劑出口連接還原流化床進料倉4 ;還原流化床進料倉4底部設有氮氣入口和氫氣入口，還原流化床進料倉4連接還原流化床6中部,還原流化床6底部設有氫氣入口，氫氣入口管道上設有氫氣加熱器5,頂部連接第二旋風分離器7，還原流化床6中部設有催化劑出口，催化劑出口與反應流化床進料倉8連接，反應流化床進料倉8底部設有氮氣入口和尾氯入口，反應流化床進料倉8另一端連接反應流化床2中部。反應流化床2下部設有反應流化床氣體分布隔板9 ;還原流化床6下部設有還原流化床氣體分布隔板10 ;還原流化床進料倉4下部設有還原流化床進料倉氣體分布隔板11 ;反應流化床進料倉8下部設有反應流化床進料倉氣體分布隔板12。
[0021]所述氯堿工業(yè)尾氯催化脫氫的裝置的應用包括以下步驟:
(1)從液化工段來的含氫尾氯首先經過加熱器加熱至3(T10(TC，然后進入反應流化床，經金屬負載型催化劑催化氧氫反應和氯氫反應脫氫后，進入第一旋風分離器，在第一旋風分離器內將氣體中催化劑固體除去后，脫氫尾氯進行脫水處理后返回氯堿液化工段或直接用于其它氯產品工段，失活催化劑和反應中脫除的氫氣進入還原流化床進料倉；
(2)從氫氣工段來的氫氣經過加熱器加熱至15(T30(TC，然后進入還原流化床，將失活催化劑經氫氣還原后進入第二旋風分離器，在第二旋風分離器內除去催化劑固體后，去下一工藝進行后處理，還原流化床中再生的催化劑與第二旋風分離器中回收的催化劑合并后進入反應流化床進料倉。
[0022]所述反應流化床進料倉和還原流化床進料倉均為氣體輸送進出料，氮氣吹掃是置換脫附催化劑上吸附的少量氣體，兩個進料倉閥門操作是防止兩個流化床之間氣體混合。
[0023]反應流化床進料倉的再生催化劑來料時,還原流化床和反應流化床進料倉之間閥門打開，反應流化床進料倉關聯(lián)的其余閥門全部關閉，達到規(guī)定催化劑量后關閉該閥門，打開氮氣閥門和含氫氣混合氣管道上的閥門，通過熱氮氣吹掃反應流化床進料倉，置換脫附催化劑上吸附的少量氫氣，吹掃結束，關閉氮氣閥門和含氫氣混合氣管道上的閥門，打開反應流化床進料倉和反應流化床之間的閥門和尾氯閥門，用尾氯進行氣體輸送催化劑進料，進料結束，關閉閥門；
還原流化床進料倉失活的催化劑來料時，反應流化床和還原流化床進料倉之間閥門打開，還原流化床進料倉關聯(lián)其余閥門全部關閉，達到規(guī)定催化劑量后關閉該閥門，打開氮氣閥門和含氮氣混合氣管道上的閥門，通過熱氮氣吹掃還原流化床進料倉，置換脫附催化劑上吸附的少量尾氯，吹掃結束，關閉氮氣閥門和含氮氣混合氣管道上的閥門，打開還原流化床進料倉和還原流化床之間的閥門和氫氣閥門，用氫氣進行氣體輸送失活催化劑進料，進料結束，關閉閥門。
[0024]實施例2:—種氯堿工業(yè)尾氯催化脫氫的方法
工業(yè)尾氯各組分分別為:H2,3.97% ；C12,72.85% ;02，9.93% ；Ν2,13.25%。
[0025]以活性炭負載的Cu為催化劑(Cu/C)。Cu/C的Cu負載量為5%。催化劑裝填高度為0.45m,反應溫度為80°C，表觀操作氣速Uf=0.3m/s。在該條件下對尾氯進行脫氫時，其氫氣轉化率能達到96.8%，氧氫反應的選擇性能達到0.829。催化劑還原流化床溫度為250°C，催化劑裝填高度為0.50m，氫氣表觀操作氣速Uf=0.15^0.22m/s。催化劑在反應流化床中的停留時間為2.5h，在還原流化床中停留時間為2h。
[0026]實施例3:—種氯堿工業(yè)尾氯催化脫氫的方法
工業(yè)尾氯各組分分別為:H2, 3.05% ；C12, 72.36% ；02,10.31% ；N2,14.25%。
[0027]以Al2O3負載的Pd為催化劑。Pd/Al203的Pd負載量為I %。催化劑裝填高度為0.45m,催化劑反應流化床溫度為60°C，表觀操作氣速Uf=0.35m/s。在該條件下對尾氯進行脫氫時，其氫氣轉化率能達到98.1%，氧氫反應的選擇能能達到0.792。催化劑還原流化床溫度為200°C，催化劑裝填高度為0.50m,表觀操作氣速Uf=0.20m/s。催化劑在反應流化床中的停留時間為3h，在還原流化床中停留時間為2h。
[0028]實施例4: 一種氯堿工業(yè)尾氯催化脫氫的方法
工業(yè)尾氯各組分分別為:H2,3.97% ；C12,72.85% ;02，9.93% ；Ν2,13.25%。
[0029]以Al2O3負載的Ag為催化劑。Ag/Al203的金屬負載量為2%。催化劑裝填高度為0.45m,催化劑反應流化床溫度為60°C，混合氣體表觀操作氣速Uf=0.30m/s。催在該條件下對尾氯進行脫氫時，其氫氣轉化率能達到97.3%，氧氫反應的選擇能能達到0.761。催化劑還原流化床溫度為320°C，催化劑裝填高度為0.50m，氫氣表觀操作氣速Uf=0.18m/s。催化劑在反應流化床中的停留時間為3.5h,在還原流化床中停留時間為2.5h。
【權利要求】
1.一種氯堿工業(yè)尾氯催化脫氫的裝置，包括流化床、進料倉、旋風分離器，其特征在于:該裝置由反應體系和還原體系組成，反應體系包括反應流化床，反應流化床進料倉，第一旋風分離器；還原體系包括還原流化床，還原流化床進料倉，第二旋風分離器；反應流化床底部設有尾氯入口，尾氯入口管道上設有尾氯加熱器，反應流化床頂部連接第一旋風分離器，反應流化床中部設有催化劑出口，催化劑出口連接還原流化床進料倉；還原流化床進料倉連接還原流化床中部，還原流化床底部設有氫氣入口，氫氣入口管道上設有氫氣加熱器，頂部連接第二旋風分離器，還原流化床中部設有催化劑出口，催化劑出口與反應流化床進料倉連接，反應流化床進料倉另一端連接反應流化床中部。
2.根據(jù)權利要求1所述的氯堿工業(yè)尾氯催化脫氫的裝置，其特征在于:所述反應流化床進料倉底部分別設有尾氯管道和第一氮氣管道，所述還原流化床進料倉底部分別設有第二氮氣管道和氫氣管道。
3.一種氯堿工業(yè)尾氯催化脫氫的方法，采用權利要求1或2所述的氯堿工業(yè)尾氯催化脫氫的裝置，其特征在于:包括以下步驟: (1)從液化工段來的含氫尾氯首先經過加熱器加熱至3(^1001，進入反應流化床，經金屬負載型催化劑催化氧氫反應和氯氫反應脫氫后，進入第一旋風分離器，在第一旋風分離器內將氣體中催化劑固體除去后，脫氫尾氯進行脫水處理后返回氯堿液化工段或直接用于其它氯產品工段，失活催化劑進入還原流化床進料倉； (2)從氫氣工段來的氫氣經過加熱器加熱至15(^3001，然后進入還原流化床，將失活催化劑經氫氣還原后進入第二旋風分離器，在第二旋風分離器內除去催化劑固體后，去下一工藝進行后處理，還原流化床中再生的催化劑進入反應流化床進料倉。
4.根據(jù)權利要求3所述的氯堿工業(yè)尾氯催化脫氫的方法，其特征在于:所述反應流化床進料倉和還原流化床進料倉均為氣體輸送進料； 所述反應流化床進料倉的再生催化劑來料時，還原流化床和反應流化床進料倉之間閥門打開，反應流化床進料倉關聯(lián)的其余閥門全部關閉，達到規(guī)定催化劑量后關閉該閥門，打開氮氣閥門和含氫氣混合氣管道上的閥門，通過熱氮氣吹掃反應流化床進料倉，置換脫附催化劑上吸附的少量氫氣，吹掃結束，關閉氮氣閥門和含氫氣混合氣管道上的閥門，打開反應流化床進料倉和反應流化床之間的閥門和尾氯閥門，用尾氯進行氣體輸送催化劑進料，進料結束，關閉閥門； 所述還原流化床進料倉失活的催化劑來料時，反應流化床和還原流化床進料倉之間閥門打開，還原流化床進料倉關聯(lián)其余閥門全部關閉，達到規(guī)定催化劑量后關閉該閥門，打開氮氣閥門和含氮氣混合氣管道上的閥門，通過熱氮氣吹掃還原流化床進料倉，置換脫附催化劑上吸附的少量尾氯，吹掃結束，關閉氮氣閥門和含氮氣混合氣管道上的閥門，打開還原流化床進料倉和還原流化床之間的閥門和氫氣閥門，用氫氣進行氣體輸送失活催化劑進料，進料結束，關閉閥門。
5.根據(jù)權利要求3所述的氯堿工業(yè)尾氯催化脫氫的方法，其特征在于:所述金屬負載型催化劑的金屬活性組分為。，仏，？山？。如金屬中的一種或多種，其載體為活性炭，三氧化二鋁，二氧化硅，碳化硅中的任一種，金屬負載量為0.廣5被％。
6.根據(jù)權利要求5所述的氯堿工業(yè)尾氯催化脫氫的方法，其特征在于:所述金屬活性組分為或八8。
7.根據(jù)權利要求3所述的氯堿工業(yè)尾氯催化脫氫的方法，其特征在于:所述反應流化床采用低溫催化反應，反應溫度為3(^1501，催化劑在反應流化床停留時間0.5飛小時。
8.根據(jù)權利要求3所述的氯堿工業(yè)尾氯催化脫氫的方法，其特征在于:所述還原流化床采用還原溫度為15(^3501，催化劑在流化床再生停留時間0.5^3小時。
【文檔編號】B01J23/72GK104310310SQ201410643365
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年11月14日 優(yōu)先權日:2014年11月14日
【發(fā)明者】薛建偉, 周慧麗, 張莉, 路亭亭, 薛達, 李福祥, 呂志平 申請人:太原理工大學