一氧化碳对光气合成的影响分析

陈宏福

(胜利油田胜利工程设计咨询有限责任公司,山东 东营 257088 )

光气(COCl2)又称碳酰氯，是一种具有类似烂苹果气味的剧毒介质，可通过吸入、经皮吸收进入人体内，对人类的健康危害较大。人体吸入后，轻度中毒者表现为流泪、畏光、咳嗽、胸闷等，中度中毒会出现肺炎、肺水肿等疾病，严重时可导致人体因呼吸系统衰竭而死，也因此特性，光气曾在二战中被作为毒气用来杀死战俘、政治犯等[1]。但光气同时是一种重要的化工原料，又因其具有活泼的化学性质而被工业化广泛应用于有机合成、农药、医药等领域，和人类的生活息息相关。

光气在实验室通常以双氧水、水蒸气或二氧化碳等与四氯化碳的反应来制取[2-4]。而在工业化生产中主要通过一氧化碳和氯气作为原料，以椰壳活性炭为催化剂合成制得。但一氧化碳的品质对光气合成过程有着明显的影响，甚至一定程度上危及到装置的生产安全。

1 影响分析

工业化中，一氧化碳的制备有多种方法，原料也多种多样，考虑到经济性和必要性，无论何种原料、何种工艺均会在获得的一氧化碳气体中存在不同含量的杂质组分，这些杂质组分主要有甲烷、二氧化碳、水、硫等，而一氧化碳对光气合成过程的影响主要是杂质组分对光气合成过程的影响，具体体现在以下几个方面：

1.1 甲烷

杂质组分甲烷会与氯气发生反应，反应方程式如下：

该反应的发生对光气合成过程的影响很是不利，从方程式可以看出1mol的甲烷可消耗4mol的氯气，故杂质组分甲烷的存在会增加过程对原料氯气的消耗，增加生产的成本。同时，反应生成的CCL4介质会吸附在催化剂的表面，堵塞催化剂孔道，降低催化剂的催化效果，影响催化剂的使用寿命，且CCL4介质随光气进入下游工序后，常因难以分离而在系统内累积，严重时会影响后续光气化反应的进行。另外，由于甲烷与氯气反应还会生成4倍于甲烷的氯化氢产物，而氯化氢在众多光气化项目中通常被吸收成盐酸，而盐酸又具有强烈的腐蚀性且常常因市场原因不容易被市场消化而反过来制约生产。

1.2 二氧化碳

光气合成所用催化剂通常是椰壳活性炭，主要成分为C，杂质组分二氧化碳的存在会与催化剂发生反应，反应方程式如下：

该反应的发生会加速催化剂床层的消耗，缩短装置的操作周期，同时，也可能会导致游离氯产生的可能，给下游生产带来一定的影响。

1.3 水

一氧化碳中如果含有杂质水，水可与催化剂床层和氯气分别发生反应，会加速催化剂床层的消耗、原料氯气的消耗，同时，因水可与氯化氢形成潮湿氯化氢，对设备和管线会产生强烈腐蚀而引发有毒有害物质的泄露，给装置的安全生产带来极大的隐患，故现行国家标准《光气及光气化产品生产安全规程》GB 19041-2003中对一氧化碳和氯气中的含水量有着明确的要求。

1.4 硫

杂质组分硫的存在，主要弊端是会使催化剂失活，影响催化剂的使用寿命和装置的运行周期，同时，硫组分还可能会生成CS2介质，由于该介质具有极易燃特性，有使得装置的火灾危险性类别增加的可能，故为满足光气合成工序对一氧化碳原料中硫含量的要求，一氧化碳制备装置通常都配备有脱硫工序。

1.5 其他

在一氧化碳原料中还会有不同含量的氧气、氢气及氮气等杂质气体存在，这些杂质也同样会加速催化剂床层的消耗、增加原料氯气的消耗量，对光气合成过程不利，尤其是氮气杂质还会有与氯气反应生成氯氮化合物的风险。

2 结论

综合以上内容的分析，在光气合成过程中，一氧化碳中杂质组分的含量越低对光气合成过程及安全越好且越有利。但一味地追求一氧化碳纯度，降低杂质含量势必会造成一氧化碳制备装置的投资成本及操作费用的增加，故实际生产中宜多方面兼顾和权衡。