低汞觸媒在氯堿化工的應用與發展研究

趙忠峰

（新疆天業（集團）有限公司化工研究院，新疆 石河子 832000）

引言

近年來，我國氯堿化工工業發展迅速，特別是以氯堿工業為基礎的聚氯乙烯（PVC）工業發展迅猛，這一方面推動了相關行業的發展，另一方面也造成了原料供應緊張、環境污染嚴重等問題。造成這種結果的因素主要是：在我國傳統的氯堿化工工業中常常使用的是高汞觸媒，它不僅大量消耗我國的汞資源，而且對環境污染很大。本文通過介紹新型的低汞觸媒，并與高汞觸媒進行對比，揭示了低汞觸媒的優點。并對低汞觸媒未來的發展做了研究分析。

一、目前我國汞資源和汞污染的現狀

我國是世界上用汞量最大的國家。國內主要用于氯堿生產、化學試劑、化工觸媒、電池、醫藥、電氣和儀器儀表等等許多方面。近幾年來，由于國內產量下滑，同時國際上又限制進口量，所以，我國目前的汞資源基本處于供不應求的狀態，導致了價格大幅上漲。

汞及其化合物都是高毒性物質，特別是汞的有機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。汞一般會富積在食物鏈中，所以能夠在全球范圍內傳播。每年我國都有大約200t汞流入江河湖海中，進入食物鏈之中，對自然環境和我們人類的身體健康造成極大的污染和危害。

二、應用新型環保低汞觸媒的意義

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

傳統的電石法PVC生產過程中，采用高汞觸媒，會排放大量汞污染物，對環境造成嚴重污染，對人的身體造成極大危害。1998年7月1日，我國實施了《國家危險廢物名單》，其中將含有氯化汞的固體廢棄物列入“含汞廢物”，危險編號為HW29；2007年4月，國家經貿委與國際環保總局也發文強調：“加強汞行業管理，限制汞的生產使用”。 這些國家政策的出臺和人們日益增強的環保意識，使得尋找低汞觸媒或無汞觸媒顯得刻不容緩。所以說，應用新型環保的低汞觸媒技術，不僅是維持PVC生產的需要，也是節能環保的需要，更是發展循環經濟的需要。[2]

三、新型環保低汞觸媒的應用及其與高汞觸媒的對比

PVC生產過程中會產生大量的汞污染，主要是氯化汞污染。為了減輕氯化汞給環境造成的污染，保障人們的身體健康，同時也出于降低生產成本的考慮，國內眾多PVC生產廠家開始使用新型環保低汞觸媒。

為了驗證低汞觸媒的效果，我們安排了兩組實驗來進行對比，我們稱之為A組和B組。在A組前臺轉化器前裝普通高汞觸媒，在B組轉化器前裝新型的低汞觸媒。培養期設定為1個月，溫度范圍保持在110-120°C，進口閥門開小，溫度保持平穩。培養期過后，逐步提高反應溫度至140°C左右。將兩種觸媒的選擇性、反應活性和壽命作對比，能看出明顯差異。觸媒性能對比情況詳見表1。[3]

表1 觸媒性能對比表

從上表可以看得出，使用低汞觸媒擁有明顯的優勢。使用高汞觸媒的轉化器，其尾部氣體中乙炔的含量要高于使用低汞觸媒的轉化器尾部氣體。這說明低汞觸媒的轉化率很高，即表明低汞觸媒反應活性較高。使用低汞觸媒的轉化器尾氣中雜質含量遠低于高汞觸媒，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許多。

表2 反應過程中耗汞量對比表

除了分組實驗，我們還通過跟蹤反應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，反應過程中耗汞量對比表如表2所示：[4]

由上表數據可以很明顯的看出，使用新型環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，也減輕了環境污染。

四、總結

經過多年對新型環保低汞觸媒的開發和應用，我們發現在性能方面，低汞觸媒完全能夠替代高汞觸媒。低汞觸媒在觸媒選擇性、反應活性和使用壽命上都優于高汞觸媒，在對汞的消耗上和廢汞的排放上都要低于高汞觸媒。所以說，新型環保的低汞觸媒屬于一種值得推廣的新產品。它不僅符合國家節能減排的政策，也能夠通過減少汞的排放量來保護我們的環境。

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一步提高。今后觸媒的發展的重點會放在實現無汞化觸媒和提高觸媒壽命兩個方面。如果這兩方面研發成功，將會從根本上解決我國汞資源短缺和汞污染嚴重的現狀。

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

[2]王國文.氯化汞復配觸媒的開發與應用.應用化工，2002，31（5）：37-38.

[3]薛之化.降低電石法氯乙烯生產過程中氯化汞消耗的措施.中國氯堿,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.