氯气，这位化学工业中的“多面手”，是制造异氰酸酯、聚碳酸酯、聚氯乙烯等众多化工产品不可或缺的基础原料。然而，在这些含氯产品的生产线背后，却藏着让人头疼的“副产品”——氯化氢。那么，有没有一种办法能让氯化氢“变废为宝”呢？
近期，华东理工大学化学与分子工程学院郭杨龙教授团队与上海氯碱化工股份有限公司历时17余年，合作开发3万吨/年的氯气生产装置，在上海化学工业区满负荷运行，并顺利通过72小时连续运行考核。
这成为全球首套采用固定床铜基催化剂工艺且具有完全自主知识产权的氯化氢催化氧化制氯气的工业生产装置，不仅实现氯资源的循环利用，还能让整个生产过程达到“零排放”。
年产3万吨的氯化氢催化氧化制氯气工业生产装置。
作为全球规模最大的聚氨酯（MDI/TDI）、聚氯乙烯（PVC）和氟化工生产大国，我国工业副产氯化氢的年产量超过1000万吨，大量副产氯化氢的循环利用问题是制约聚氨酯、氟化工、氯碱、农药、医药化工等众多行业发展的共性难题。
氯化氢虽然本身也有用途，但身价低廉，市场消化能力有限，处理起来更是让人犯难。过去，人们通常用水吸收它，制成盐酸出售，可盐酸市场早已供过于求，外售、运输和处理成本都成了沉重的负担；也有人选择用碱液中和后直接排放，但不仅浪费了宝贵的氯资源，还对环境造成了不小的压力。
可见，这两种方式都不是长久之计。为促进我国新兴产业的健康发展和氯碱行业的优化升级，我国已将废盐酸制氯气等综合利用技术列入《产业结构调整指导目录（2024 年本）》。
郭杨龙教授在实验室。
以氯化氢为原料生产氯气，实现氯资源循环利用，能够有效解决副产氯化氢问题。而目前，从氯化氢制备氯气主要有3条技术路径：电解法、直接氧化法和催化氧化法。
其中，电解法虽然直接，但能耗高、成本大，还对原料中的杂质非常敏感，难以大规模推广。直接氧化法，也叫硝酸氧化法，则因为设备腐蚀严重，还要处理废酸，同样无法广泛应用于工业。相比之下，催化氧化法凭借原料适应性强、能耗低、运行稳定等优势，逐渐成为氯资源循环利用的主流技术。
郭杨龙指导学生进行催化剂性能评价工作。
而说到催化氧化法，就不得不提铜基催化剂。作为最早被用于氯化氢制氯气的催化剂，它却有个“软肋”——在400摄氏度以上，氯化铜活性组分容易挥发，导致催化剂快速失活。
在研究中，郭杨龙教授团队则对铜基催化剂进行了“升级”——通过稀土元素改性，不仅大幅提升了催化剂的活性和稳定性，还显著降低了反应温度，让它变得“耐劳”多了。经过改良的高性能铜基催化剂，在单管试验中寿命超过3年，而每生产1吨氯气，它所占成本仅为钌基催化剂的十分之一，性价比十分突出。
教授团队合影。
“这一技术彻底解决了我国聚氨酯、氟化工等涉氯行业长期存在的大量副产氯化氢难以高值化循环利用的共性难题，从源头上削减了氯碱工业的电解负荷与碳排放，为我国推进循环经济发展和实现‘双碳’战略目标提供了强有力的技术支撑。”郭杨龙说。
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