能提高二氯甲烷產出比例的催化氯化系統的製作方法
2023-07-07 14:05:21
本發明涉及一種通過一氯甲烷和氯氣催化反應生產出二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳的系統，特別是涉及一種能有效提高二氯甲烷產出比例的催化氯化系統。
背景技術：
甲烷氯化物是一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳四種甲烷氯化物的總稱，是重要的有機氯產品。
針對甲烷氯化物嚴峻的市場環境，三氯甲烷市場份額的逐漸減小的趨勢，並且為了保護大氣臭氧層，國際上簽署了《蒙特婁議定書》，我國是籤字國之一，四氯化碳及其衍生物CFC-11和CFC-12均被列為受控物質，行將被禁止生產和使用。因此如何能改變甲烷氯化物的催化氯化系統產出的產品比例極為關鍵，增加二氯甲烷的產出，能使其更加趨於市場化，更具競爭力。甲烷氯化物的生產方法按照原料分主要分為甲醇法和甲烷法。按氯化技術分為熱氯化法、光氯化法、氧化氯化法和催化氯化法。以甲醇為原料生產甲烷氯化物，具有轉化率高，選擇型好、產品質量優良、原料來源廣和地區適應性強等優點，深受人們重視。美國、日本、蘇聯和西歐各國，都建有以甲醇為原料生產甲烷氯化物的大型工業裝置。世界上每年生產的甲烷氯化物，用甲醇法得到的產品佔一大半。傳統的甲醇法中，大多採用熱氯化工藝，僅個別的小裝置採用的光氯化法生產。我公司甲烷氯化物生產方法採用了德山公司的液相低溫催化氯化法，其最初主要設計生產氯仿與四碳。一氯甲烷深度氯化技術主要有氣相熱氯化法、液相（或氣相）光氯化法和液相催化氯化法。氣相熱氯化法是傳統技術，有嚴重缺點：反應選擇性差、副反應多、重組分殘液量大，反應溫度高、易結焦、堵塞管道，低氯甲烷大量循環造成設備體積大、能耗高，產品比例調節範圍窄。日本德山曹達公司和法國阿託公司分別開發了液相催化氯化法和液相加壓光氯化法，一氯甲烷深度氯化：一氯甲烷及循環物料在紫外光照射的光氯化反應器中與氯氣反應生成混合氣體。分離氯化氫和一氯甲烷後的混合氣體經鹼洗、水洗、共沸脫水，送精製。經脫酸和乾燥後的粗氯化物通過三個精餾塔依次分餾出二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳，重組分送焚燒。這些方法採出的甲烷氯化物中多數三氯甲烷、四氯化碳的比例較高，因此產品的競爭力較低。
技術實現要素：
本發明的目的在於針對上述現有技術的缺陷和不足，為人們提供一種能有效提高二氯甲烷產出比例的催化氯化系統。
為實現上述目的，本發明所採取的技術方案是：該能提高二氯甲烷產出比例的催化氯化系統，它包括反應器，反應器的下段為反應熱點腔，反應器的上段為汽化腔，在反應熱點腔的側邊設置有一氯甲烷進料口、氯氣進料口和催化劑進料管，一氯甲烷和氯氣在催化劑作用下在反應熱點腔內反應，生成二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳和氯化氫；反應熱點腔上方的部分液體汽化後進入汽化腔，再從汽化腔頂部的排氣管輸送到冷凝器中，所述的冷凝器側邊通有冷凝水，能降低氣體產物的溫度，使氣態的一氯甲烷、二氯甲烷，三氯甲烷，四氯化碳液化形成返混液，無法冷凝的氯化氫氣體從冷凝器上方的排氣口排出，所述的返混液通過冷凝器底部的回流管進入反應器的底部；在回流管的側邊設置有添料口，在添料口設置有一氯甲烷的加料裝置，將一氯甲烷加入返混液中，使返混液中一氯甲烷的濃度提高3%至12%；其最終產物以液態的形式在反應熱點腔上端的溢流管排出，最終產物包括二氯甲烷，三氯甲烷以及少量的一氯甲烷和四氯化碳。
所述的加料裝置上設置有預熱器，所述的預熱器側邊通有餘熱換熱介質，餘熱換熱介質能加預熱器內的一氯甲烷加熱到50至100℃。
所述的加料裝置的一氯甲烷流量控制在0.1至2噸/小時。
所述的催化劑為偶氮二異丁腈。
所述的一氯甲烷和氯氣的進料重量比為1/1至2/1，催化劑的重量為一氯甲烷和氯氣的進料總重量的0.05%至5%。
所述的反應熱點腔壓力為2至4MPa。
所述的反應熱點腔的中心反應區的溫度為80至120℃，反應熱點腔的底部溫度為60至100℃。
本發明通過在返混液中加入一氯甲烷，提高了反應熱點區的一氯甲烷的濃度，保證反應器內部的反應向生產二氯甲烷的方向進行。預熱器的設置，能保證反應器內部催化劑正常分解溫度，防止回流管上新增的冷的一氯甲烷影響反應區域溫度，因此在一氯甲烷進入反應器之前就先將溫度加熱到60至70℃。最終產物中二氯甲烷的產出比例提高到60%左右，使其更加趨於市場化，更具競爭力。
附圖說明
圖1為本發明的結構示意圖。
具體實施方式
如圖1所示，本發明為一種該能提高二氯甲烷產出比例的催化氯化系統，它包括反應器10，反應器10的下段為反應熱點腔12，反應器10的上段為汽化腔11，在反應熱點腔12的側邊設置有一氯甲烷進料口3、氯氣進料口1和催化劑進料管2。一氯甲烷和氯氣在催化劑作用下在反應熱點腔12內反應，生成二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳和氯化氫，所述的催化劑為偶氮二異丁腈。所述的一氯甲烷和氯氣的進料摩爾比為1/1至2/1，催化劑的重量為一氯甲烷和氯氣的進料總重量的0.05%至5%。一氯甲烷進料重量比對反應器10反應生成二氯甲烷和三氯甲烷質量比有影響，進料重量比越高，生成二氯甲烷和三氯甲烷質量比越高，最高可達70/30。其最終產物以液態的形式在反應熱點腔12上端的溢流管13排出，最終產物包括二氯甲烷，三氯甲烷以及少量的一氯甲烷和四氯化碳。
所述的反應熱點腔12壓力為2至4MPa，反應器10壓力越高，一氯甲烷轉換率越高，一氯甲烷轉換率高則二氯產品比例相應會增加。但反應器10壓力提高後，反應器10與汽化器之間壓差會減小，會導致反應器10無法高負荷運行。反應熱點腔12的中心反應區的溫度為80至120℃，反應熱點腔12的底部溫度為60至100℃。反應溫度對二氯甲烷產出比例的影響，反應溫度低控，有利於二氯甲烷生成。反應溫度低控，可降低反應器10內部一氯甲烷蒸發量從而提高反應器10中一氯甲烷濃度。但反應器10溫度低會影響到催化劑半衰期，所以反應器10溫度不宜控制過低。
反應熱點腔12上方的部分液體汽化後進入汽化腔11，再從汽化腔11頂部的排氣管5輸送到冷凝器9中，所述的冷凝器9側邊通有冷凝水，能降低氣體的溫度，使氣態的一氯甲烷、二氯甲烷，三氯甲烷，四氯化碳液化形成返混液，無法冷凝的氯化氫氣體從冷凝器9上方的排氣口6排出。所述的返混液通過冷凝器9底部的回流管7進入反應器10的底部，返混液的溫度為55-65℃。
在回流管7的側邊設置有添料口8，在添料口8設置有一氯甲烷的加料裝置4，將一氯甲烷加入返混液中，使返混液中一氯甲烷的濃度提高3%至12%，因此可以將加料裝置4的一氯甲烷流量控制在0.2至1噸/小時。所述的加料裝置4上設置有預熱器14，所述的預熱器14側邊通有餘熱換熱介質，餘熱換熱介質將熱量傳遞給預熱器14內的一氯甲烷，使最終流出預熱器14的一氯甲烷溫度加熱到60至70℃。預熱器14的設置，能保證反應器10內部催化劑正常分解溫度，防止回流管7上新增的冷的一氯甲烷影響反應區域溫度。
本發明通過在返混液中加入一氯甲烷，提高了反應熱點區的一氯甲烷的濃度，保證反應器10內部的反應向生產二氯甲烷的方向進行。預熱器14的設置，能保證反應器10內部催化劑正常分解溫度，防止回流管7上新增的冷的一氯甲烷影響反應區域溫度，因此在一氯甲烷進入反應器10之前就先將溫度加熱到60至70℃。最終產物中二氯甲烷的產出比例提高到60%左右，使其更加趨於市場化，更具競爭力。