低汞触媒在氯碱化工的应用与发展研究

赵忠峰

（新疆天业（集团）有限公司化工研究院，新疆 石河子 832000）

引言

近年来，我国氯碱化工工业发展迅速，特别是以氯碱工业为基础的聚氯乙烯（PVC）工业发展迅猛，这一方面推动了相关行业的发展，另一方面也造成了原料供应紧张、环境污染严重等问题。造成这种结果的因素主要是：在我国传统的氯碱化工工业中常常使用的是高汞触媒，它不仅大量消耗我国的汞资源，而且对环境污染很大。本文通过介绍新型的低汞触媒，并与高汞触媒进行对比，揭示了低汞触媒的优点。并对低汞触媒未来的发展做了研究分析。

一、目前我国汞资源和汞污染的现状

我国是世界上用汞量最大的国家。国内主要用于氯碱生产、化学试剂、化工触媒、电池、医药、电气和仪器仪表等等许多方面。近几年来，由于国内产量下滑，同时国际上又限制进口量，所以，我国目前的汞资源基本处于供不应求的状态，导致了价格大幅上涨。

汞及其化合物都是高毒性物质，特别是汞的有机化合物拥有更大的毒性。汞的毒性具有累积性，通常几年或十几年才能反映出来。汞一般会富积在食物链中，所以能够在全球范围内传播。每年我国都有大约200t汞流入江河湖海中，进入食物链之中，对自然环境和我们人类的身体健康造成极大的污染和危害。

二、应用新型环保低汞触媒的意义

目前，我国汞污染主要集中在氯碱化工行业，特别是PVC工业发展过程中产生的汞污染。最近几年，我国PVC工业年产量从2001年的310t增加到2010年的1800万t左右。增长了约6.45倍，生产能力达到2500万t。在PVC产量上和生产能力上都已经跨入世界第一位，并且产量仍在以每年20%的速度增加。由于我国贫油而煤炭资源相对丰富，PVC的原料来源基本上是以采用低投资、工艺简单的电石法为主。目前国内80%的PVC生产采用的都是电石法。电石法虽然比乙烯法拥有明显的成本优势，但是也有极大的不足。电石法PVC生产过程中，在氯化汞触媒作用下的乙炔与氯化氢起反应生成VCM，再通过聚合生成PVC。而我们知道，国内汞资源又处于极度短缺状态，如果找不到新的替代触媒，电石法PVC将无法生产。[1]

传统的电石法PVC生产过程中，采用高汞触媒，会排放大量汞污染物，对环境造成严重污染，对人的身体造成极大危害。1998年7月1日，我国实施了《国家危险废物名单》，其中将含有氯化汞的固体废弃物列入“含汞废物”，危险编号为HW29；2007年4月，国家经贸委与国际环保总局也发文强调：“加强汞行业管理，限制汞的生产使用”。 这些国家政策的出台和人们日益增强的环保意识，使得寻找低汞触媒或无汞触媒显得刻不容缓。所以说，应用新型环保的低汞触媒技术，不仅是维持PVC生产的需要，也是节能环保的需要，更是发展循环经济的需要。[2]

三、新型环保低汞触媒的应用及其与高汞触媒的对比

PVC生产过程中会产生大量的汞污染，主要是氯化汞污染。为了减轻氯化汞给环境造成的污染，保障人们的身体健康，同时也出于降低生产成本的考虑，国内众多PVC生产厂家开始使用新型环保低汞触媒。

为了验证低汞触媒的效果，我们安排了两组实验来进行对比，我们称之为A组和B组。在A组前台转化器前装普通高汞触媒，在B组转化器前装新型的低汞触媒。培养期设定为1个月，温度范围保持在110-120°C，进口阀门开小，温度保持平稳。培养期过后，逐步提高反应温度至140°C左右。将两种触媒的选择性、反应活性和寿命作对比，能看出明显差异。触媒性能对比情况详见表1。[3]

表1 触媒性能对比表

从上表可以看得出，使用低汞触媒拥有明显的优势。使用高汞触媒的转化器，其尾部气体中乙炔的含量要高于使用低汞触媒的转化器尾部气体。这说明低汞触媒的转化率很高，即表明低汞触媒反应活性较高。使用低汞触媒的转化器尾气中杂质含量远低于高汞触媒，这表明低汞触媒选择性明显高于高汞触媒，这就降低了汞的流失。同样，从上表中还可看出，低汞触媒在使用寿命上比高汞触媒要长许多。

表2 反应过程中耗汞量对比表

除了分组实验，我们还通过跟踪反应过程中高汞触媒与低汞触媒耗汞量的变化情况，来分析两种触媒的性能特点，反应过程中耗汞量对比表如表2所示：[4]

由上表数据可以很明显的看出，使用新型环保低汞触媒要比使用高汞触媒减少30%-50%的汞消耗量。这大大降低了汞的使用需求，也减轻了环境污染。

四、总结

经过多年对新型环保低汞触媒的开发和应用，我们发现在性能方面，低汞触媒完全能够替代高汞触媒。低汞触媒在触媒选择性、反应活性和使用寿命上都优于高汞触媒，在对汞的消耗上和废汞的排放上都要低于高汞触媒。所以说，新型环保的低汞触媒属于一种值得推广的新产品。它不仅符合国家节能减排的政策，也能够通过减少汞的排放量来保护我们的环境。

但是，低汞触媒也存在一些缺陷。比如说，它依然需要消耗汞资源，虽然较高汞触媒较少；其次，它的使用寿命有待进一步提高。今后触媒的发展的重点会放在实现无汞化触媒和提高触媒寿命两个方面。如果这两方面研发成功，将会从根本上解决我国汞资源短缺和汞污染严重的现状。

[1]程淑华等.影响触媒使用寿命的因素及改进措施.中国氯碱，1996，（6）：26-27.

[2]王国文.氯化汞复配触媒的开发与应用.应用化工，2002，31（5）：37-38.

[3]薛之化.降低电石法氯乙烯生产过程中氯化汞消耗的措施.中国氯碱,2009,(1):25～30.

[4]张亚雄,杨春苹,吴斌.氯化汞触媒在使用过程中的回收利用.聚氯乙烯,2008,36(2):27～29.