高温氯化与低温氯化工艺技术对比

史阿莹 ,唐存国 ,张凤申 ,于国辉

摘要：目前，国内外对于氯化的研究主要集中在以HCl为代表的酸性气氛下进行。由于HCl是一种无色、有毒且有腐蚀性的气体，因此其应用受到了一定限制；而HF和HNO3等其他卤化物则具有更好的应用前景。本文重点研究高温氯化与低温氯化工艺技术对比情况，提出若干建议，旨在提高高温氯化与低温氯化工艺技术水平。

关键词：高温氯化；低温氯化；工艺技术；对比分析

前言：目前，国外对于氯化的研究主要集中在如何提高氯化效率、降低能耗等方面。而我国对于氯化的研究起步较晚，但是发展迅速。近年来，随着国家政策和市场需求的推动下，我国已经成为世界上最大的氯化产品生产国和消费国之一，因此，研究高温氯化与低温氯化工艺技术对比，具有实际意义[1]。

一、高温氯化工艺研究

（一）高温氯化反应器的设计

在进行高温氯化时，首先需要将原料放入到反应器中。然后通过对其加热使得原料发生化学变化，从而产生一定量的氯化氢气体以及其他物质。最后这些物质会随着反应器内的温度逐渐升高而出现蒸发现象，并且最终以固体状态留在了反应器当中。因此，为了能够更好地提高生产效率，就必须要保证反应器内部具有良好的传热效果。同时还应该注意，由于氯化过程是一个较为复杂的物理和化学变化过程，所以在实际操作过程中很容易出现一些问题。例如：如果没有及时发现其中存在的问题，那么将会导致整个生产流程受到影响甚至停止运行。除此之外，在使用高温氯化工艺时，还会有一部分氯化氢气体被带出来，进而造成环境污染等一系列不良后果。

（二）高温氯化反应器的制造

在进行高温氯化时，首先要将原料放入到反应器中。为了使得原料能够更好地和氯化剂发生化学反应，需要对其进行干燥处理。一般情况下，会采用干馏的方式来完成这一步骤。当然也可以使用其他方法，比如说利用压缩空气等介质来实现。之后就可以让原料进入到反应器内开始反应。这个过程是一个比较复杂的过程，因为其中涉及到很多种物质的反应，所以必须保证这些物质都处在合理的范围之内才能确保整个反应顺利进行。

二、低温氯化工艺研究

（一）低温氯化反应器的设计

为了保证氯化过程中，原料气能够充分地和氯化剂接触进行反应。在反应器内加入一定数量的石英砂作为填料，使得原料气、氯化剂以及石英砂三者混合均匀后再送入到反应器内部。由于反应温度较低（200℃左右），因此可以认为此时反应器内不存在液体相变。当反应器内发生化学反应之后会产生大量的热，这些热量会传递给反应器外部，从而对反应器外壁面起到加热作用。同时，反应生成的氯化氢气体也需要通过反应器上部设置的导气管排出。此外，还应该考虑反应器顶部可能出现的冷凝现象。 所示即是一个典型的低温氯化反应器示意图。其中：HCl表示氯化氢；T表示反应器出口处的温度；A表示反应器进口端的截面积；B表示反应器底部的直径；R表示反应器的半径；L表示反应器长度；t表示时间。 在上述条件下，假设原料气流量为Qg(kg/h)=60m3/h，则其对应的理论产量为Vg(mol/h)=98×60÷72≈1.2kg/h。此时，若要将反应器内的氯化氢全部转化成氯乙烯单体，那么就必须确保有足够多的原料气被引入到反应器内并且保持稳定状态。但实际情况却并非如此简单。因为在生产过程中，随着反应的不断深入，反应器内会逐渐形成液层，这种现象称为“干馏”效应。所谓“干馏”效应就是指在固体物质表面或附近区域形成一层液态水膜，进而导致固体物料脱水甚至熔化的一种物理变化过程。如果没有及时发现并采取措施加以控制，将会严重影响反应器的正常运行。所以，在设计反应器时要尽可能避免出现“干馏”效应[2]。

（二）低温氯化反应器的制造

为了使氯化反应能够顺利进行，在反应器中要有足量的原料和适宜的温度。因此，必须建造一个合适的、可以容纳大量原料并且具有一定容积的反应器来满足生产要求。由于该项目采用干馏法处理HCl气体，故所建反应器应具备以下功能：(1)将原料HCl气化；(2)将原料HCl转化成氯化氢气体；(3)对氯化氢气体进行收集。同时，还需要考虑到反应过程中产生的热量如何排出以及设备材质等因素。

三、高温氯化与低温氯化工艺技术对比分析

（一）两种工艺流程简述

第一，高温氯化。该工艺的主要特点是在一定压力和温度下，将氯气通入到原料中发生化学反应并生成氯化氢气体，然后再通过换热装置使其冷却至常温状态后送入反应器内。整个过程需要经过多个反应步骤才能完成，每个反应都会产生相应的产物，最后经由冷凝系统对其进行液化处理即可得到成品。具体来说就是先利用压缩机向其中注入大量的蒸汽，之后再加入原料，待达到指定温度时开始加热，当到达设定时间后停止加热，此时物料就已处于较高的反应温度下，随后便可以打开出料阀让其自然流出，同时还要及时补充适量的水以维持正常生产所需。 第二，低温氯化。相比于高温氯化而言，这种方法更加简单便捷，只需要直接将氯气通入到原料中即可实现反应目的。此外，它也不需要使用过多的设备设施，操作起来非常方便快捷，且不会受到外界因素影响而中断运行，因此具有良好的应用前景。但值得注意的是，为了确保最终产品能够符合质量要求，必须严格控制好相关条件，如反应温度、反应时间等。

（二）两种工艺流程对比

两种工艺的主要区别在于：氯化过程中是否有干馏；在氯化过程中有没有发生HCl气体。从可以看出，两种工艺都需要经过以下几个步骤才能完成整个生产过程。首先是将煤或天然气等燃料送入到反应炉内进行加热，然后通过燃烧产生热量来对物料进行干燥和热解，最后再利用这些物质作为原材料生成氯化产品。但两者之间也存在着一些不同之处，如表6所示。 由于两种工艺采用了不同的原料、不同的反应条件以及不同的反应器结构，因此导致其最终得到的产物有所差异。其中，高温氯化工艺以煤炭为主要原料，而低温氯化工艺则以石油气（LPG）为主要原料[3]。另外，两种工艺还具有各自独特的优势。例如，高温氯化工艺能够有效地避免HCl气体的排放问题，因为该工艺使用的是干馏方式，即在高温下使得固体废弃物分解成小分子化合物，并且不会造成环境污染。此外，高温氯化工艺还具备较高的经济效益，因为它不仅减少了污染物的排放量，同时还降低了设备投资成本。

（三）两种工艺流程的特点

一方面，从氯化过程来看，氯化炉内的物料经历了由气态到液态、固态再到气态的变化。在氯化炉中，首先是氯化剂Cl2和H2O发生化学反应生成氯气；然后氯气经过冷却后变为液体状态流入反应釜中进行反应；最后将反应产生的气体通过管道输送至尾气吸收塔进行处理。整个生产过程包括：氯化剂制备→原料预处理→进料预热升温→氯化反应→出料降温等工序。另一方面，从干馏过程来看，干馏炉内的物料也经历了由气态到液态、固体再到气态的变化。在干馏炉中，首先是干馏炉加热带温度达到一定值时，煤粉开始燃烧并释放热量，同时煤粉中的水分受热蒸发形成水蒸气；其次，当水蒸气随着烟气流动上升遇到冷空气液化成小液滴；再次，这些小液滴被烟气携带向上运动，遇冷凝结成细颗粒状或粉末状物质；最后，这些细颗粒状或粉末状物质随烟气一起排出干馏炉外。整个生产过程包括：煤粉干燥→燃料点火→干馏→排渣等工序。

四、结语

综上所述，通过对两种不同的氯化方式进行比较，可以看出：在相同条件下，采用高温氯化时，其生产能力要比低温氯化高；但是由于高温氯化需要消耗大量的能源和物料，所以从经济效益上来看，高温氯化并不具有优势。因此，为了提高企业的经济效益，建议选择低温氯化作为主体工艺路线。

参考文献：

[1]吴树海.催化重整过程中的脱氯工艺技术研究[J].工业，2016（6）：00032-00032.

[2]刘宝，于明.煤气化过程中的高温氯化腐蚀与防护研究[J].中国化工贸易，2014（2）：247-247.