一氧化碳對光氣合成的影響分析

陳宏福

(勝利油田勝利工程設(shè)計咨詢有限責(zé)任公司,山東 東營 257088 )

光氣(COCl2)又稱碳酰氯，是一種具有類似爛蘋果氣味的劇毒介質(zhì)，可通過吸入、經(jīng)皮吸收進入人體內(nèi)，對人類的健康危害較大。人體吸入后，輕度中毒者表現(xiàn)為流淚、畏光、咳嗽、胸悶等，中度中毒會出現(xiàn)肺炎、肺水腫等疾病，嚴重時可導(dǎo)致人體因呼吸系統(tǒng)衰竭而死，也因此特性，光氣曾在二戰(zhàn)中被作為毒氣用來殺死戰(zhàn)俘、政治犯等[1]。但光氣同時是一種重要的化工原料，又因其具有活潑的化學(xué)性質(zhì)而被工業(yè)化廣泛應(yīng)用于有機合成、農(nóng)藥、醫(yī)藥等領(lǐng)域，和人類的生活息息相關(guān)。

光氣在實驗室通常以雙氧水、水蒸氣或二氧化碳等與四氯化碳的反應(yīng)來制取[2-4]。而在工業(yè)化生產(chǎn)中主要通過一氧化碳和氯氣作為原料，以椰殼活性炭為催化劑合成制得。但一氧化碳的品質(zhì)對光氣合成過程有著明顯的影響，甚至一定程度上危及到裝置的生產(chǎn)安全。

1 影響分析

工業(yè)化中，一氧化碳的制備有多種方法，原料也多種多樣，考慮到經(jīng)濟性和必要性，無論何種原料、何種工藝均會在獲得的一氧化碳氣體中存在不同含量的雜質(zhì)組分，這些雜質(zhì)組分主要有甲烷、二氧化碳、水、硫等，而一氧化碳對光氣合成過程的影響主要是雜質(zhì)組分對光氣合成過程的影響，具體體現(xiàn)在以下幾個方面：

1.1 甲烷

雜質(zhì)組分甲烷會與氯氣發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)方程式如下：

該反應(yīng)的發(fā)生對光氣合成過程的影響很是不利，從方程式可以看出1mol的甲烷可消耗4mol的氯氣，故雜質(zhì)組分甲烷的存在會增加過程對原料氯氣的消耗，增加生產(chǎn)的成本。同時，反應(yīng)生成的CCL4介質(zhì)會吸附在催化劑的表面，堵塞催化劑孔道，降低催化劑的催化效果，影響催化劑的使用壽命，且CCL4介質(zhì)隨光氣進入下游工序后，常因難以分離而在系統(tǒng)內(nèi)累積，嚴重時會影響后續(xù)光氣化反應(yīng)的進行。另外，由于甲烷與氯氣反應(yīng)還會生成4倍于甲烷的氯化氫產(chǎn)物，而氯化氫在眾多光氣化項目中通常被吸收成鹽酸，而鹽酸又具有強烈的腐蝕性且常常因市場原因不容易被市場消化而反過來制約生產(chǎn)。

1.2 二氧化碳

光氣合成所用催化劑通常是椰殼活性炭，主要成分為C，雜質(zhì)組分二氧化碳的存在會與催化劑發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)方程式如下：

該反應(yīng)的發(fā)生會加速催化劑床層的消耗，縮短裝置的操作周期，同時，也可能會導(dǎo)致游離氯產(chǎn)生的可能，給下游生產(chǎn)帶來一定的影響。

1.3 水

一氧化碳中如果含有雜質(zhì)水，水可與催化劑床層和氯氣分別發(fā)生反應(yīng)，會加速催化劑床層的消耗、原料氯氣的消耗，同時，因水可與氯化氫形成潮濕氯化氫，對設(shè)備和管線會產(chǎn)生強烈腐蝕而引發(fā)有毒有害物質(zhì)的泄露，給裝置的安全生產(chǎn)帶來極大的隱患，故現(xiàn)行國家標準《光氣及光氣化產(chǎn)品生產(chǎn)安全規(guī)程》GB 19041-2003中對一氧化碳和氯氣中的含水量有著明確的要求。

1.4 硫

雜質(zhì)組分硫的存在，主要弊端是會使催化劑失活，影響催化劑的使用壽命和裝置的運行周期，同時，硫組分還可能會生成CS2介質(zhì)，由于該介質(zhì)具有極易燃特性，有使得裝置的火災(zāi)危險性類別增加的可能，故為滿足光氣合成工序?qū)σ谎趸荚现辛蚝康囊螅谎趸贾苽溲b置通常都配備有脫硫工序。

1.5 其他

在一氧化碳原料中還會有不同含量的氧氣、氫氣及氮氣等雜質(zhì)氣體存在，這些雜質(zhì)也同樣會加速催化劑床層的消耗、增加原料氯氣的消耗量，對光氣合成過程不利，尤其是氮氣雜質(zhì)還會有與氯氣反應(yīng)生成氯氮化合物的風(fēng)險。

2 結(jié)論

綜合以上內(nèi)容的分析，在光氣合成過程中，一氧化碳中雜質(zhì)組分的含量越低對光氣合成過程及安全越好且越有利。但一味地追求一氧化碳純度，降低雜質(zhì)含量勢必會造成一氧化碳制備裝置的投資成本及操作費用的增加，故實際生產(chǎn)中宜多方面兼顧和權(quán)衡。