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計咨詢有限責任公司,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，可通過吸入、經皮吸收進入人體內，對人類的健康危害較大。人體吸入后，輕度中毒者表現為流淚、畏光、咳嗽、胸悶等，中度中毒會出現肺炎、肺水腫等疾病，嚴重時可導致人體因呼吸系統衰竭而死，也因此特性，光氣曾在二戰中被作為毒氣用來殺死戰俘、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性質而被工業化廣泛應用于有機合成、農藥、醫藥等領域，和人類的生活息息相關。

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來制取[2-4]。而在工業化生產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安全。

1 影響分析

工業化中，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組分，這些雜質組分主要有甲烷、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組分對光氣合成過程的影響，具體體現在以下幾個方面：

1.1 甲烷

雜質組分甲烷會與氯氣發生反應，反應方程式如下：

該反應的發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，故雜質組分甲烷的存在會增加過程對原料氯氣的消耗，增加生產的成本。同時，反應生成的CCL4介質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介質隨光氣進入下游工序后，常因難以分離而在系統內累積，嚴重時會影響后續光氣化反應的進行。另外，由于甲烷與氯氣反應還會生成4倍于甲烷的氯化氫產物，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。

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，雜質組分二氧化碳的存在會與催化劑發生反應，反應方程式如下：

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

1.3 水

一氧化碳中如果含有雜質水，水可與催化劑床層和氯氣分別發生反應，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，對設備和管線會產生強烈腐蝕而引發有毒有害物質的泄露，給裝置的安全生產帶來極大的隱患，故現行國家標準《光氣及光氣化產品生產安全規程》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，由于該介質具有極易燃特性，有使得裝置的火災危險性類別增加的可能，故為滿足光氣合成工序對一氧化碳原料中硫含量的要求，一氧化碳制備裝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、氫氣及氮氣等雜質氣體存在，這些雜質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，尤其是氮氣雜質還會有與氯氣反應生成氯氮化合物的風險。

2 結論

綜合以上內容的分析，在光氣合成過程中，一氧化碳中雜質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，故實際生產中宜多方面兼顧和權衡。