超细纤维膜静电吸附催化剂的负载插件及其使用方法与流程

本发明涉及超细纤维膜静电吸附催化剂的负载插件及其使用方法，属于超细纤维工业应用领域。

背景技术：

当前化工生产中，很多产品的制备都会应用到催化剂，而催化剂的成本均相对较高，进而导致产品的生产成本增加。催化剂颗粒在反应过程中会破碎变成超细的粒子，特别容易跟随气体反应产物逃逸流失，一方面造成催化剂效率低，同时引起种种环境问题。迫切要求在化工生产工艺中，减少催化剂在反应过程中的流失，提高反应效率，减少催化剂用量。

以氯碱化工中氯化汞催化剂的使用为例，目前我国总的汞使用量大概在1200吨左右，约占世界总量的50％，是世界上最大汞的生产国和消费国；而电石法聚氯乙烯生产是我国最大的用汞行业，电石法约占我国PVC中产能的80％以上，居主导地位；汞是一种稀有重金属，有毒，国内每年消耗的汞对环境和人都造成了极大地污染和影响。

现在对电石法制备聚氯乙烯的改进一个是寻找新的无汞催化剂如黄金，这种催化剂的效率很低，黄金属于贵重金属，增加了制备成本；二是采用新工艺，新工艺变化较大，成本造价高，执行有难度，可行性不高；三是采用低汞催化剂制备聚氯乙烯，在制备的过程中通过一定的工艺将逸出的汞除掉。目前尚无一种低成本、易执行的低汞和无汞聚氯乙烯生产工艺或装置。

电石法制备PVC的工艺流程是；HCl→HCl缓冲罐→HCl预冷器+乙炔沙封→混合器→石墨冷却器→多孔过滤器→预热器→转化器→除酸器→冷却器→水洗组合塔→碱洗塔→汽水分离器→机前冷却器→单压机→机后冷却器→全凝器→水分离器→低塔加料槽→低沸塔→高沸塔→成品冷却器→单体贮槽。在电石法制备PVC过程中，氯化汞催化剂置于活性炭中制成汞触媒催化剂颗粒，放置在转化器中的换热管内，氯化氢和乙炔在汞触媒催化剂颗粒和加热的作用下进行反应生成氯乙烯。汞元素的消耗在这一过程分为三部分：第一部分是反应气体中的水含量过高导致氯化汞遇水形成汞离子；第二部分是氯化汞催化剂颗粒破碎导致汞随粉尘颗粒流失；第三部分是反应过程中反应气体与催化剂接触不充分导致反应后期需提高反应温度促进反应，提高温度会造成氯化汞升华，造成汞被消耗。

现在企业中生产面临的主要问题是氯化汞催化剂的流失严重以及后续产物中的除汞工艺的复杂性，这些问题导致了PVC的生产成本高昂。

因此，本发明提出一种超细纤维膜静电吸附催化剂的负载模块及方法，电导超细纤维膜(微米级和纳米级)具有比表面积大，孔隙率高，吸附性能强等特点，在通电的情况下，电导超细纤维膜对粒子具有非常强的吸附性能，将电导超细纤维膜均匀包裹在催化剂颗粒表面并通电，此时能够降低催化剂的流失，减小生产成本等。拿氯化汞催化剂颗粒为例，可有效降低氯化汞的消耗速率，并且将反应温度维持稳定，减少了工艺的复杂性，降低PVC的生产成本，提高PVC的生产效率并减少环境污染。

技术实现要素：

本发明涉及超细纤维膜静电吸附氯化汞催化剂插件，应用在电石法制备PVC转化器中的换热管中。通过在氯化汞催化剂颗粒表面均匀覆盖耐高温超细纤维膜和电导超细纤维膜，并对电导超细纤维膜通电，使复合的超细纤维膜具有均匀的电荷分布，带电的超细纤维膜能够有效地吸附反应过程中产生的汞离子以及超细氯化汞颗粒催化剂，减少了氯化汞催化剂的损耗，同时超细纤维能够增大氯化汞催化剂和反应气体的接触面积，避免反应温度不稳定造成的氯化汞升华现象。本发明能够有效地降低氯化汞催化剂的消耗，并改善后续氯化汞催化剂处理工艺，提高了PVC的生产效率、降低了氯化汞催化剂的消耗和对环境的污染，对环境的保护具有非常好的效果。

超细纤维膜静电吸附氯化汞催化剂插件应用于反应器中，管板法兰固定换热管，换热管内填装多组催化剂插件，并采用串联接口将各个催化剂插件进行串联。超细纤维膜静电吸附氯化汞催化剂插件主要包括氯化汞催化颗粒、电吸附超细纤维膜层、催化剂负载层和静电隔离层，氯化汞催化颗粒表面覆盖一层催化剂负载层，催化剂负载层表面覆盖一层静电隔离层，最外层包裹一层电吸附超细纤维膜，电吸附超细纤维膜接电端子放置在管板法兰的两端。

本发明提出的超细纤维膜静电吸附氯化汞催化剂插件，其中电吸附超细纤维膜层，指的是具有导电性的超细纤维膜，通过对该层纤维膜通电，使其具备吸附汞离子和超细氯化汞颗粒效果，有效地将汞离子和超细氯化汞颗粒吸附在其表面。

本发明提出的超细纤维膜静电吸附氯化汞催化剂插件，其中催化剂负载层，是一层具有耐高温的超细纤维膜，该层超细纤维膜具有较高比表面积，将催化剂颗粒彼此间隔开，使反应气体与催化剂接触面积增大，该层薄膜使反应环境维持稳定，有效阻止了温度升高而造成的氯化汞升华。

本发明提出的超细纤维膜静电吸附氯化汞催化剂插件，通过折叠耐高温超细纤维负载膜将氯化汞催化剂颗粒均匀紧密包裹，反应生成的超细颗粒被纤维膜紧密吸附。

本发明提出的超细纤维膜静电吸附氯化汞催化剂插件，其中静电隔离层，含有绝缘层和屏蔽层两层，绝缘层避免了电流从电吸附超细纤维膜层到达负载层，屏蔽层屏蔽了电吸附层和负载层的粒子交换。

本发明提出的超细纤维膜静电吸附氯化汞催化剂插件的使用方法：首先将氯化汞催化剂颗粒用上述膜均匀包裹好，制备好插件，氯化汞催化颗粒表面覆盖一层催化剂负载层，催化剂负载层表面覆盖一层静电隔离层，最外层包裹一层电吸附超细纤维膜；然后将插件依次排列放置在换热器中，并在管板法兰的两端接通直流电源，电吸附超细纤维膜接电端子放置在管板法兰的两端使电导纤维膜中含有均匀的电荷；最后将混合气体通入到填充氯化汞催化剂插件的换热器中，气体在经过催化剂插件时，与催化剂进行反应。本发明提及的催化剂插件以及使用方法同样适用于跟氯化汞同类别的催化剂。

本发明的优势：

1.本发明提出超细纤维膜静电吸附氯化汞催化剂插件及其使用方法，将氯化汞催化剂颗粒用电导超细纤维膜包裹，通电的超细纤维膜含有均匀分布的电荷，能够有效的吸附超细催化剂颗粒和汞离子等，提高了催化剂的使用效率。

2.本发明超细纤维膜静电吸附氯化汞催化剂插件，具有较高的比表面积，增加了反应速率，通过将气体输送速率提高来避免超细纤维膜对气压降低的影响。

3.本发明提出的超细纤维膜静电吸附氯化汞催化剂插件的使用方法，将催化剂插件置于转化器中的换热管中，此插件可以有效减少催化剂的消耗，减少了汞的污染和处理，将电石法制备PVC的工艺进行改良，去掉后续工艺中除汞环节，从而降低生产成本和能耗。

附图说明

图1是本发明超细纤维膜静电吸附氯化汞催化剂插件的使用方法示意图。

图2是本发明超细纤维膜静电吸附氯化汞催化剂插件侧视图。

图3是本发明超细纤维膜静电吸附氯化汞催化剂插件局部剖视图。

图中：1-换热管，2-氯化汞催化剂，3-催化剂负载层，4-静电隔离层，5-电吸附超细纤维膜层，6-串联接口，7-接电端子，8-管板法兰。

具体实施方式

本发明提出了一种超细纤维膜静电吸附催化剂插件及其使用方法，具体以氯化汞催化剂为例，如图1所示，其主要包括换热管1、氯化汞催化剂2、催化剂负载层3、静电隔离层4、电吸附超细纤维膜层5、串联接口6、接电端子7、管板法兰8。氯化汞催化剂2被催化剂负载层3均匀包裹，催化剂负载层3的表面均匀覆盖一层静电隔离层4，电吸附超细纤维膜层5均匀包裹静电隔离层4，如图2所示，串联接口6在催化剂插件的两端，换热管6安置于管板法兰8内，管板法兰8上装有接电端子7。将催化剂插件整体放置于换热管1中，各层具体关系如图3所示，将包裹好的催化剂插件依次放入换热管1中，每根换热管6中放置20个催化剂插件，然后将管板法兰8两端接通24V直流电源，将换热器组装好放置于PVC生产工艺中进行工作。

实施例1：

如图1，将氯化汞催化剂放置于双层聚四氟乙烯(PTFE)超细纤维负载膜3中间，在负载膜的外层封装一层静电隔离层4(隔离层包含绝缘层和屏蔽层)，静电隔离层4的外侧被电吸附超细纤维膜层5封装，整体做成圆筒状，与换热管1的内径形成间隙配合，每根换热管内放置20个催化剂插件(如图1)，换热管的长度为3米，并将管板法兰8接通24V直流电。在PVC生产过程中，将催化剂插件置于氯化氢和乙烯的混合气体经过的反应装置中，并对电导超细纤维膜通电，经过一个月的测试，最终得出氯化汞的流失量为0.04％，相比之前的装置，氯化汞流失1％，此催化剂插件对催化剂保持效果非常明显。

实施例2:

如图1，将置于活性炭中的氯化汞催化剂颗粒用聚四氟乙烯(PTFFE)超细纤维负载膜3包裹，在负载膜的外层封装一层静电隔离层4(隔离层包含绝缘层和屏蔽层)，静电隔离层4的外侧被电吸附超细纤维膜层5封装，整体做成圆筒状，与换热管1的内径形成间隙配合，每根换热管内放置20个催化剂插件，换热管的长度为3米，并将管板法兰8接通24V直流电。在PVC生产过程中，将催化剂插件置于氯化氢和乙烯的混合气体经过的反应装置中，并对电导超细纤维膜通电，经过一个月的测试，最终得出氯化汞的流失量为0.02％，相比之前的装置，氯化汞流失1％，此催化剂插件对催化剂保持效果非常明显。