低汞觸媒在氯堿化工的應(yīng)用與發(fā)展研究

趙忠峰

（新疆天業(yè)（集團(tuán)）有限公司化工研究院，新疆 石河子 832000）

引言

近年來，我國(guó)氯堿化工工業(yè)發(fā)展迅速，特別是以氯堿工業(yè)為基礎(chǔ)的聚氯乙烯（PVC）工業(yè)發(fā)展迅猛，這一方面推動(dòng)了相關(guān)行業(yè)的發(fā)展，另一方面也造成了原料供應(yīng)緊張、環(huán)境污染嚴(yán)重等問題。造成這種結(jié)果的因素主要是：在我國(guó)傳統(tǒng)的氯堿化工工業(yè)中常常使用的是高汞觸媒，它不僅大量消耗我國(guó)的汞資源，而且對(duì)環(huán)境污染很大。本文通過介紹新型的低汞觸媒，并與高汞觸媒進(jìn)行對(duì)比，揭示了低汞觸媒的優(yōu)點(diǎn)。并對(duì)低汞觸媒未來的發(fā)展做了研究分析。

一、目前我國(guó)汞資源和汞污染的現(xiàn)狀

我國(guó)是世界上用汞量最大的國(guó)家。國(guó)內(nèi)主要用于氯堿生產(chǎn)、化學(xué)試劑、化工觸媒、電池、醫(yī)藥、電氣和儀器儀表等等許多方面。近幾年來，由于國(guó)內(nèi)產(chǎn)量下滑，同時(shí)國(guó)際上又限制進(jìn)口量，所以，我國(guó)目前的汞資源基本處于供不應(yīng)求的狀態(tài)，導(dǎo)致了價(jià)格大幅上漲。

汞及其化合物都是高毒性物質(zhì)，特別是汞的有機(jī)化合物擁有更大的毒性。汞的毒性具有累積性，通常幾年或十幾年才能反映出來。汞一般會(huì)富積在食物鏈中，所以能夠在全球范圍內(nèi)傳播。每年我國(guó)都有大約200t汞流入江河湖海中，進(jìn)入食物鏈之中，對(duì)自然環(huán)境和我們?nèi)祟惖纳眢w健康造成極大的污染和危害。

二、應(yīng)用新型環(huán)保低汞觸媒的意義

目前，我國(guó)汞污染主要集中在氯堿化工行業(yè)，特別是PVC工業(yè)發(fā)展過程中產(chǎn)生的汞污染。最近幾年，我國(guó)PVC工業(yè)年產(chǎn)量從2001年的310t增加到2010年的1800萬t左右。增長(zhǎng)了約6.45倍，生產(chǎn)能力達(dá)到2500萬t。在PVC產(chǎn)量上和生產(chǎn)能力上都已經(jīng)跨入世界第一位，并且產(chǎn)量仍在以每年20%的速度增加。由于我國(guó)貧油而煤炭資源相對(duì)豐富，PVC的原料來源基本上是以采用低投資、工藝簡(jiǎn)單的電石法為主。目前國(guó)內(nèi)80%的PVC生產(chǎn)采用的都是電石法。電石法雖然比乙烯法擁有明顯的成本優(yōu)勢(shì)，但是也有極大的不足。電石法PVC生產(chǎn)過程中，在氯化汞觸媒作用下的乙炔與氯化氫起反應(yīng)生成VCM，再通過聚合生成PVC。而我們知道，國(guó)內(nèi)汞資源又處于極度短缺狀態(tài)，如果找不到新的替代觸媒，電石法PVC將無法生產(chǎn)。[1]

傳統(tǒng)的電石法PVC生產(chǎn)過程中，采用高汞觸媒，會(huì)排放大量汞污染物，對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染，對(duì)人的身體造成極大危害。1998年7月1日，我國(guó)實(shí)施了《國(guó)家危險(xiǎn)廢物名單》，其中將含有氯化汞的固體廢棄物列入“含汞廢物”，危險(xiǎn)編號(hào)為HW29；2007年4月，國(guó)家經(jīng)貿(mào)委與國(guó)際環(huán)?？偩忠舶l(fā)文強(qiáng)調(diào)：“加強(qiáng)汞行業(yè)管理，限制汞的生產(chǎn)使用”。 這些國(guó)家政策的出臺(tái)和人們?nèi)找嬖鰪?qiáng)的環(huán)保意識(shí)，使得尋找低汞觸媒或無汞觸媒顯得刻不容緩。所以說，應(yīng)用新型環(huán)保的低汞觸媒技術(shù)，不僅是維持PVC生產(chǎn)的需要，也是節(jié)能環(huán)保的需要，更是發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的需要。[2]

三、新型環(huán)保低汞觸媒的應(yīng)用及其與高汞觸媒的對(duì)比

PVC生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生大量的汞污染，主要是氯化汞污染。為了減輕氯化汞給環(huán)境造成的污染，保障人們的身體健康，同時(shí)也出于降低生產(chǎn)成本的考慮，國(guó)內(nèi)眾多PVC生產(chǎn)廠家開始使用新型環(huán)保低汞觸媒。

為了驗(yàn)證低汞觸媒的效果，我們安排了兩組實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行對(duì)比，我們稱之為A組和B組。在A組前臺(tái)轉(zhuǎn)化器前裝普通高汞觸媒，在B組轉(zhuǎn)化器前裝新型的低汞觸媒。培養(yǎng)期設(shè)定為1個(gè)月，溫度范圍保持在110-120°C，進(jìn)口閥門開小，溫度保持平穩(wěn)。培養(yǎng)期過后，逐步提高反應(yīng)溫度至140°C左右。將兩種觸媒的選擇性、反應(yīng)活性和壽命作對(duì)比，能看出明顯差異。觸媒性能對(duì)比情況詳見表1。[3]

表1 觸媒性能對(duì)比表

從上表可以看得出，使用低汞觸媒擁有明顯的優(yōu)勢(shì)。使用高汞觸媒的轉(zhuǎn)化器，其尾部氣體中乙炔的含量要高于使用低汞觸媒的轉(zhuǎn)化器尾部氣體。這說明低汞觸媒的轉(zhuǎn)化率很高，即表明低汞觸媒反應(yīng)活性較高。使用低汞觸媒的轉(zhuǎn)化器尾氣中雜質(zhì)含量遠(yuǎn)低于高汞觸媒，這表明低汞觸媒選擇性明顯高于高汞觸媒，這就降低了汞的流失。同樣，從上表中還可看出，低汞觸媒在使用壽命上比高汞觸媒要長(zhǎng)許多。

表2 反應(yīng)過程中耗汞量對(duì)比表

除了分組實(shí)驗(yàn)，我們還通過跟蹤反應(yīng)過程中高汞觸媒與低汞觸媒耗汞量的變化情況，來分析兩種觸媒的性能特點(diǎn)，反應(yīng)過程中耗汞量對(duì)比表如表2所示：[4]

由上表數(shù)據(jù)可以很明顯的看出，使用新型環(huán)保低汞觸媒要比使用高汞觸媒減少30%-50%的汞消耗量。這大大降低了汞的使用需求，也減輕了環(huán)境污染。

四、總結(jié)

經(jīng)過多年對(duì)新型環(huán)保低汞觸媒的開發(fā)和應(yīng)用，我們發(fā)現(xiàn)在性能方面，低汞觸媒完全能夠替代高汞觸媒。低汞觸媒在觸媒選擇性、反應(yīng)活性和使用壽命上都優(yōu)于高汞觸媒，在對(duì)汞的消耗上和廢汞的排放上都要低于高汞觸媒。所以說，新型環(huán)保的低汞觸媒屬于一種值得推廣的新產(chǎn)品。它不僅符合國(guó)家節(jié)能減排的政策，也能夠通過減少汞的排放量來保護(hù)我們的環(huán)境。

但是，低汞觸媒也存在一些缺陷。比如說，它依然需要消耗汞資源，雖然較高汞觸媒較少；其次，它的使用壽命有待進(jìn)一步提高。今后觸媒的發(fā)展的重點(diǎn)會(huì)放在實(shí)現(xiàn)無汞化觸媒和提高觸媒壽命兩個(gè)方面。如果這兩方面研發(fā)成功，將會(huì)從根本上解決我國(guó)汞資源短缺和汞污染嚴(yán)重的現(xiàn)狀。

[1]程淑華等.影響觸媒使用壽命的因素及改進(jìn)措施.中國(guó)氯堿，1996，（6）：26-27.

[2]王國(guó)文.氯化汞復(fù)配觸媒的開發(fā)與應(yīng)用.應(yīng)用化工，2002，31（5）：37-38.

[3]薛之化.降低電石法氯乙烯生產(chǎn)過程中氯化汞消耗的措施.中國(guó)氯堿,2009,(1):25～30.

[4]張亞雄,楊春蘋,吳斌.氯化汞觸媒在使用過程中的回收利用.聚氯乙烯,2008,36(2):27～29.