本發(fā)明屬于無(wú)機(jī)化工產(chǎn)品制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種二氯化硫的制備方法及制備裝置。
背景技術(shù)：
二氯化硫是重要的無(wú)機(jī)化工產(chǎn)品，分子結(jié)構(gòu)式為SCl2，廣泛應(yīng)用于有機(jī)合成，制造酸酐或有機(jī)酸的氧化物，高壓潤(rùn)滑劑和切削泊的添加劑，處理植物油類(lèi)(如玉米油、大豆油)的加工處理劑。還可用作消毒劑和殺菌劑。
CN95110380 公開(kāi)了一種二氯化硫的合成方法，采用硫磺與氯氣在30～80℃下合成得到一氯化硫，再控制反應(yīng)溫度30～80℃將氯氣通入一氯化硫液體中制得二氯化硫氣體。該方法反應(yīng)速度慢，收率未報(bào)道。
CN91104832 公開(kāi)了一種二氯化硫的合成方法，采用硫磺與氯氣在30～80℃下合成得到一氯化硫，再控制反應(yīng)溫度30～80℃，在催化劑FeCl3 (或Fe 粉、FeCl2、A1Cl3)存在條件下將氯氣通入一氯化硫液體中，制得二氯化硫，收率未報(bào)道。
CN1473758A 公開(kāi)了一種二氯化硫的制備方法，采用一氯化硫在路易斯酸催化下0～10℃通入氯氣制備二氯化硫，加入的催化劑(Fe粉、Fe2S 、FeCl3、A1Cl3等)部分溶解在二氯化硫中，部分以微小顆粒懸浮在二氯化硫中，剩余部分沉降在反應(yīng)釜底。在使用二氯化硫?yàn)樵虾铣善渌a(chǎn)品時(shí)對(duì)其中殘留催化劑的量有嚴(yán)格要求，以免影響下游產(chǎn)品的含量、收率及產(chǎn)品性能。現(xiàn)有工藝多為采用過(guò)濾的方式去除固態(tài)催化劑，再經(jīng)蒸餾來(lái)去除二氯化硫里溶解的催化劑。
CN104098072A公開(kāi)了一種以負(fù)載三氯化鐵粒狀活性炭FeCl3/C為催化劑，以一氯化硫和氯氣為反應(yīng)原料和載氣，汽化后的氯氣和一氯化硫的混合氣體進(jìn)入固定床催化管式反應(yīng)器，連續(xù)氣相催化法制備二氯化硫的工藝。該工藝存在以下三個(gè)缺點(diǎn)：一是需要將一氯化硫完全氣化，對(duì)反應(yīng)設(shè)備要求較高；二是氯氣和一氯化硫摩爾比為5∶10～1，單程氯氣消耗量大；三是由于催化反應(yīng)溫度為30～50℃，所生成的二氯化硫?yàn)橐簯B(tài)，催化劑中的有效成分FeCl3會(huì)有少量溶解在液態(tài)二氯化硫中，影響產(chǎn)品的純度。
US3219413 報(bào)道了一種連續(xù)生產(chǎn)二氯化硫的合成方法，采用工業(yè)硫磺在80～125℃條件下通入氯氣，得到一氯化硫和二氯化硫混合物，在液態(tài)混合物中加入一定量的Fe粉(或Fe2S、FeC13)，80～125℃條件下邊通氯氣邊蒸餾，過(guò)量氯氣套用至一氯化硫合成。此方法通過(guò)合成先得到二氯化硫粗品，然后通過(guò)蒸餾得到二氯化硫，但該方法使用催化劑，蒸餾時(shí)二氯化硫分解嚴(yán)重，所得產(chǎn)品純度低，裝置生產(chǎn)能力低。
US3071441 公開(kāi)了一種二氯化硫的蒸餾方法，在一氯化硫與氯氣合成得到的粗品二氯化硫中加入投料重量，0.2～1.0%的PCl5 穩(wěn)定劑進(jìn)行蒸餾，蒸餾收率小于65%。
US3071442 公開(kāi)了一種二氯化硫的蒸餾方法，在一氯化硫與氯氣合成得到的粗品二氯化硫中加入亞磷酸酯或亞磷酸氫酯等穩(wěn)定劑經(jīng)行蒸餾，蒸餾收率小于70%，且在加入亞磷酸酯或亞磷酸氫酯類(lèi)穩(wěn)定劑時(shí)會(huì)發(fā)生放熱反應(yīng)，可能導(dǎo)致穩(wěn)定劑自然。由于二氯化硫在蒸餾過(guò)程中易受熱發(fā)生分解反應(yīng)，蒸餾得到的產(chǎn)品中仍然含一定量的一氯化硫，剩余釜液為大量一氯化硫和少量二氯化硫的混合物。該混合物在含有三氧化磷穩(wěn)定劑的情況下，不能再與氯氣發(fā)生反應(yīng)用于合成二氯化硫。因此二氯化硫粗品在蒸餾過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的廢液以及廢氣，對(duì)環(huán)境造成污染。
上述工藝大多存在以下缺點(diǎn):
1、由于一氯化硫反應(yīng)得到二氯化硫?yàn)榭赡娣磻?yīng)，在氯氣不過(guò)量的情況下，反應(yīng)易往逆反應(yīng)方向進(jìn)行，因此傳統(tǒng)工藝很難做到高轉(zhuǎn)化率及高含量的二氯化硫。
2、傳統(tǒng)工藝?yán)眠^(guò)濾可去除大部分催化劑，但仍有部分催化劑溶解在二氯化硫產(chǎn)品中，影響產(chǎn)品的品質(zhì)，需要進(jìn)行蒸餾分離出催化劑。由于反應(yīng)可逆，蒸餾時(shí)溫度升高，反應(yīng)逆方向進(jìn)行，使二氯化硫分解生成一氯化硫和氯氣，產(chǎn)生大量含一氯化硫的釜液以及氯氣尾氣，對(duì)環(huán)境造成危害。
3、在蒸餾二氯化硫時(shí)，往蒸餾液中加入一定量的三氯化磷(或五氯化磷等)穩(wěn)定劑，能夠使蒸餾收率提高到83%。但是蒸餾后的釜液中將含有一定量的三氯化磷(或五氯化磷等)，在有穩(wěn)定劑存在的條件下，蒸餾釜液不能再與氯氣反應(yīng)，導(dǎo)致蒸餾釜液不能循環(huán)使用，只能作為廢液處理，三廢量大。
4、傳統(tǒng)工藝蒸餾出來(lái)的二氯化硫產(chǎn)品含量小于85%。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種工藝簡(jiǎn)單、無(wú)催化劑殘留、無(wú)需蒸餾、產(chǎn)品純度和收率高、無(wú)廢棄物產(chǎn)生的二氯化硫制備方法，另外，還提供一種該制備方法所使用的制備裝置。
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
一種二氯化硫的制備方法，以一氯化硫和氯氣為原料在60℃～120℃的溫度下進(jìn)行合成反應(yīng)，所得的氣態(tài)混合物進(jìn)入裝載二氧化硅的催化反應(yīng)器，在60℃～90℃下進(jìn)行催化反應(yīng)，所得產(chǎn)物經(jīng)冷凝后收集，得到液態(tài)二氯化硫。
上述的二氯化硫的制備方法，優(yōu)選的，所述合成反應(yīng)的溫度為70℃～90℃。
上述的二氯化硫的制備方法，優(yōu)選的，所述氯氣和一氯化硫的摩爾比為0.7～1.0∶1。
上述的二氯化硫的制備方法，優(yōu)選的，總的反應(yīng)時(shí)間為6h～14h。
上述的二氯化硫的制備方法，優(yōu)選的，所述二氧化硅的粒徑為2 mm～5mm。
作為一個(gè)總的發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明還提供一種上述的二氯化硫的制備方法所使用的制備裝置，包括依次連通的反應(yīng)液釜、催化反應(yīng)器、冷凝器和接收釜，所述反應(yīng)液釜上設(shè)有通氣管，所述催化反應(yīng)器包括催化反應(yīng)管和套設(shè)于催化反應(yīng)管外的加熱管，所述催化反應(yīng)管兩端開(kāi)口，一端與反應(yīng)液釜連接，另一端與冷凝器連接，所述加熱管一端設(shè)有加熱介質(zhì)入口，另一端設(shè)有加熱介質(zhì)出口。
上述的二氯化硫的制備方法所使用的制備裝置，優(yōu)選的，所述催化反應(yīng)器沿豎直方向設(shè)置。
上述的二氯化硫的制備方法所使用的制備裝置，優(yōu)選的，所述冷凝器靠近接收釜的一端設(shè)有氣體出口。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：
1、本發(fā)明的二氯化硫的制備方法，由于采用二氧化硅作為催化反應(yīng)的催化劑，取得了兩個(gè)意想不到的技術(shù)效果：一是二氧化硅作為催化劑在60～90℃下可有效抑制合成二氯化硫中的可逆反應(yīng)，因而反應(yīng)轉(zhuǎn)化率很高，二氯化硫收率達(dá)到92%以上。二是二氧化硅為顆粒狀的固態(tài)，二氧化硅不會(huì)溶解到反應(yīng)產(chǎn)物中，因而所得二氯化硫產(chǎn)品無(wú)催化劑殘留，無(wú)需蒸餾，所得產(chǎn)品的純度高，達(dá)95%以上。
2、本發(fā)明的二氯化硫的制備方法，合成反應(yīng)優(yōu)選溫度為70℃～90℃，申請(qǐng)人經(jīng)大量實(shí)驗(yàn)后確定，該溫度范圍的合成反應(yīng)與60℃～90℃的催化反應(yīng)配合，所得二氯化硫產(chǎn)品的收率高。
3、本發(fā)明的二氯化硫的制備方法，氯氣和一氯化硫的摩爾比優(yōu)選為0.7～1.0∶1，氯氣和一氯化硫合成二氯化硫的理論摩爾比為0.5∶1，本發(fā)明在一定程度上加大氯氣的用量，可以很好的抑制二氯化硫分解為一氯化硫的逆反應(yīng)，特別是在催化反應(yīng)管中的逆反應(yīng)，提高二氯化硫的收率和品質(zhì)。
4、本發(fā)明的二氯化硫的制備方法所使用的制備裝置，操作簡(jiǎn)單，連續(xù)穩(wěn)定，過(guò)量的氯氣循環(huán)使用；無(wú)廢氣、廢渣和廢液等污染環(huán)境的廢棄物產(chǎn)生。催化反應(yīng)器優(yōu)選為沿豎直方向設(shè)置，即使催化反應(yīng)產(chǎn)物中有一氯化硫存在，由于一氯化硫的沸點(diǎn)為137℃，而本發(fā)明的催化溫度為60℃～90℃，一氯化硫?qū)⒛Y(jié)成液體順著催化反應(yīng)管的內(nèi)壁流回反應(yīng)液釜。進(jìn)一步提高了產(chǎn)品的純度。
附圖說(shuō)明
圖1為本發(fā)明實(shí)施例的二氯化硫制備方法所使用的制備裝置。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖和具體優(yōu)選的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述，但并不因此而限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
實(shí)施例：
一種二氯化硫的制備方法，以一氯化硫和氯氣為原料在60℃～120℃的溫度下進(jìn)行合成反應(yīng)，所得的氣態(tài)混合物進(jìn)入裝載二氧化硅的催化反應(yīng)器，在60℃～90℃下進(jìn)行催化反應(yīng)，所得產(chǎn)物經(jīng)冷凝后收集，得到液態(tài)二氯化硫。
其中，氯氣和一氯化硫的摩爾比為0.7～1.0∶1，所述總反應(yīng)的時(shí)間為6h～14h。二氧化硅的粒徑為2 mm～5mm。
上述二氯化硫制備方法所使用的制備裝置，包括依次連通的反應(yīng)液釜1、催化反應(yīng)器3、冷凝器4和接收釜5，反應(yīng)液釜1上設(shè)有通氣管2，催化反應(yīng)器3包括催化反應(yīng)管31和套設(shè)于催化反應(yīng)管外的加熱管32，催化反應(yīng)管31兩端開(kāi)口，一端與反應(yīng)液釜1連接，另一端與冷凝器4連接，加熱管一端設(shè)有加熱介質(zhì)入口，另一端設(shè)有加熱介質(zhì)出口。
本實(shí)施例中，催化反應(yīng)器3沿豎直方向設(shè)置；冷凝器4靠近接收釜5的一端設(shè)有氣體出口41。
采用該裝置制備二氯化硫的過(guò)程為：一氯化硫加入反應(yīng)液釜1中，催化劑二氧化硅裝入催化反應(yīng)管內(nèi)，加熱管32內(nèi)通入60℃～90℃的循環(huán)保溫液體，反應(yīng)液釜1加熱至60℃～120℃后通入氯氣，反應(yīng)過(guò)程中反應(yīng)液釜1的溫度維持不變，催化反應(yīng)器3頂部的氣相部分經(jīng)冷凝器4冷凝后進(jìn)入接收釜5中，即得到液態(tài)二氯化硫。反應(yīng)完成后直接向反應(yīng)液釜1加入一氯化硫開(kāi)始下批次反應(yīng)即可。未冷凝的氣體（即氯氣）經(jīng)氣體出口41逸出，收集后可循環(huán)使用。
實(shí)施例1：
向反應(yīng)液釜1中加入110.00 g（1.63 mol）一氯化硫，40g粒徑2mm的二氧化硅裝入內(nèi)徑為20mm的催化反應(yīng)管31中，加熱管32內(nèi)通入65℃液體循環(huán)保溫，反應(yīng)液釜1加熱至120℃后通入氯氣，反應(yīng)釜1維持在該溫度下反應(yīng)6小時(shí)后停止通氯，共通氯88.00 g（1.24 mol）。催化反應(yīng)器3頂部的氣相部分經(jīng)冷凝器4冷凝后得到二氯化硫產(chǎn)品160.93 g，產(chǎn)品含量97%，產(chǎn)品收率93%。 未冷凝的氣體在氣體出口41收集后可循環(huán)使用。
實(shí)施例2：
向反應(yīng)液釜1中加入110.00 g（1.63 mol）一氯化硫，40 g粒徑5 mm的二氧化硅裝入內(nèi)徑為20 mm的催化反應(yīng)管31中，加熱管32內(nèi)通入65℃液體循環(huán)保溫，反應(yīng)液釜1加熱至110℃后通入氯氣，反應(yīng)釜1維持在該溫度下反應(yīng)14小時(shí)后停止通氯，共通氯88.00 g（1.24 mol）。催化反應(yīng)器3頂部的氣相部分經(jīng)冷凝器4冷凝后得到二氯化硫產(chǎn)品160.86 g，產(chǎn)品含量96%，產(chǎn)品收率92%。未冷凝的氣體在氣體出口41收集后可循環(huán)使用。
實(shí)施例3：
向反應(yīng)液釜1中加入110 g（1.63 mol）一氯化硫，70 g粒徑3 mm的二氧化硅裝入內(nèi)徑為20 mm的催化反應(yīng)管31中，加熱管32內(nèi)通入60℃液體循環(huán)保溫，反應(yīng)液釜1加熱至90℃后通入氯氣，反應(yīng)13小時(shí)后停止通氯，共通氯115.70 g（1.63 mol）。催化反應(yīng)器3頂部的氣相部分經(jīng)冷凝器4冷凝后得到二氯化硫產(chǎn)品157.58 g，產(chǎn)品含量98%，產(chǎn)品收率92%。未冷凝的氣體在氣體出口41收集后可循環(huán)使用。
實(shí)施例4：
向反應(yīng)液釜1中加入110.00 g（1.63 mol）一氯化硫，30g粒徑3mm的二氧化硅裝入內(nèi)徑為20mm的催化反應(yīng)管31中，加熱管32內(nèi)通入90℃液體循環(huán)保溫，反應(yīng)液釜1加熱至60℃后通入氯氣，反應(yīng)釜1維持在該溫度下反應(yīng)13小時(shí)后停止通氯，共通氯81.01g（1.14 mol）。催化反應(yīng)器3頂部的氣相部分經(jīng)冷凝器4冷凝后得到二氯化硫產(chǎn)品166.09 g，產(chǎn)品含量95%，產(chǎn)品收率94%。未冷凝的氣體在氣體出口41收集后可循環(huán)使用。
實(shí)施例5：
向反應(yīng)液釜1中加入110.00 g（1.63 mol）一氯化硫，40g粒徑3mm的二氧化硅裝入內(nèi)徑為20 mm的催化反應(yīng)管31中，加熱管32內(nèi)通入65℃液體循環(huán)保溫，反應(yīng)液釜1加熱至70℃后通入氯氣，反應(yīng)釜1維持在該溫度下反應(yīng)10小時(shí)后停止通氯，共通氯88.00 g（1.24 mol）。催化反應(yīng)器3頂部的氣相部分經(jīng)冷凝器4冷凝后得到二氯化硫產(chǎn)品169.62 g，產(chǎn)品含量95%，產(chǎn)品收率96%。未冷凝的氣體在氣體出口41收集后可循環(huán)使用。反應(yīng)液釜直接用于下一批次投料。
實(shí)施例6：
向?qū)嵤├?反應(yīng)完后的反應(yīng)液釜1中加入110.00 g（1.63 mol）一氯化硫，40g粒徑3mm的二氧化硅裝入內(nèi)徑為20 mm的催化反應(yīng)管31中，加熱管32內(nèi)通入65℃液體循環(huán)保溫，反應(yīng)液釜1加熱至85℃后通入氯氣，反應(yīng)釜1維持在該溫度下反應(yīng)10小時(shí)后停止通氯，共通氯88.00 g（1.24 mol）。催化反應(yīng)器3頂部的氣相部分經(jīng)冷凝器4冷凝后得到二氯化硫產(chǎn)品174.92 g，產(chǎn)品含量95%，產(chǎn)品收率99%。未冷凝的氣體在氣體出口41收集后可循環(huán)使用。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅局限于上述實(shí)施例。凡屬于本發(fā)明思路下的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。應(yīng)該指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下的改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。