[发明专利]一种循环利用氯化氢方法

说明书

技术领域

本发明涉及循环利用氯化氢技术领域，具体涉及吸收化工生产副产物氯化氢、盐酸电解生产氯气的方法。

背景技术

许多产品的生产过程中会大量副产氯化氢，这些行业包括，聚氨酯MDI/TDI、PTFE、曼海姆法生产硫酸钾、甲烷氯化物、环氧丙烷、氯乙酸、氯化石蜡、亚磷酸二甲酯等。含氯化工生产过程中普遍存在副产氯化氢难于处理、氯气循环使用率低以及氯碱行业氯碱使用不平衡等问题。人们迫切希望找到一种既经济又安全的生产过程，从氯化氢中回收氯气，实现氯元素在体系中的闭路循环和反应体系的零排放。这不仅能够解决氯化氢对环境的污染问题，同时满足工业上对氯气不断增长的需求。这将是一种具有经济和环保双重效益的工艺过程。

传统UHDE电解工艺的电流密度4～4.8kA/m²，电解槽电压约1.92～2.06v，能耗为1600Kwh/吨氯气，能耗高，维修成本高，而且电解气体纯度低又易发生安全问题，已显落伍。UHDE公司又开发了ODC电解技术，在阴极电解液室引入氧气，不发生阴极H₂离析而改为产生水，这样比传统UHDE电解槽电压下降。这种ODC电解技术电流密度4kA/m²，槽电压约1.4v，电耗为1050Kwh/吨氯气。

分析现有技术发现，在阴极H⁺结合电子生成氢气是电耗高的主要原因，ODC电解技术不发生阴极H₂离析，所以比传统UHDE电解工艺的电耗下降550Kwh/吨氯气。本发明需要解决在阴极H⁺结合电子生成氢气造成电耗高的首要问题。其次是传统UHDE电解工艺和ODC电解技术电流密度都不够大，如果电流密度达到5～10kA/m²，传统UHDE电解工艺和ODC电解技术都会出现电解槽无法承受的损害。但电解常识又告诉我们提高电解槽的电流密度并保持稳定运行就可以有效降低电耗。

为解决现有技术中电解槽无法承受电流密度过高出现损害的问题，有人选择三维(3D)电极替换现有技术的二维(2D)电极做为阴、阳极电极，电活化面积增大可以承受更高电流密度进而电耗降低。阴、阳极电极可以承受更高电流密度的话，阴极液会聚集大量电子，倾向于在阴极H⁺结合电子生成氢气，为了杜绝这种危害发生，有人选择向阴极液中添加介导体，比如向阴极液中添加多价或双价金属氧化物参与氧化还原，包含三价铁、二价铁的氯化物的酸性HCL溶液是优选的。三价铁、二价铁的氯化物酸性溶液的组分浓度的选择要兼顾降低电解电耗并且不能在电解槽或阴极液出口结晶二价铁氯化物。阴极液中的高价金属离子在电解槽中被还原为低价金属离子，在氧化塔中低价金属离子被氧化为高价离子。反应式如下：

阳极反应：4HCl→2Cl₂+4H⁺+4e，

阴极反应：4FeCl₃+4H⁺+4e→4FeCl₂+4HCl，

电解反应：4FeCl₃→4FeCl₂+2Cl₂，

氧化反应：4FeCl₂+O₂+4HCl→4FeCl₃+2H₂O，

总反应：4HCl+O₂→2Cl₂+2H₂O。

上述反应过程存在三价铁、二价铁的氯化物酸性溶液的组分浓度不易控制，有二价铁的氯化物在电解槽或阴极液出口结晶、堵塞，导致电解槽运行时间较短。还存在电解槽外亚铁离子氧化成铁离子转化率低的缺陷，无法满足大工业需求的问题。

发明内容

本发明的目的之一是解决含氯化工生产过程中普遍存在副产氯化氢难于处理、氯气循环使用率低以及氯碱行业氯碱使用不平衡等问题，提供一种从氯化氢中回收氯气既经济又安全的生产方法，实现氯元素在体系中的闭路循环和反应体系的零排放。本发明的目的之二是解决在阴极H⁺结合电子生成氢气造成电耗高的首要问题。本发明的目的之三是在电流密度5～10kA/m²条件下保障电解操作稳定性。

本发明提供一种循环利用氯化氢的方法，包括：

通入稀盐酸、在电流的作用下产生电化学反应、阴极液中的高价金属离子还原为低价金属离子、阳极液中的Cl^-被氧化为Cl₂并输出使用的电解步骤；