專利名稱：從氣體混合物中選擇性分離和回收氯氣的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及從氣體混合物中分離和回收氯氣的方法。
眾所周知，在氯化有機(jī)化合物的過(guò)程中產(chǎn)生了大量的氯化氫。例如，每生產(chǎn)1噸作為泡沫材料和涂料的原料的異氰酸酯，伴隨產(chǎn)生0.5至1.0噸的氯化氫。
人們采用了各種方法從這些加工過(guò)程或其他加工氣體或洗滌氣體中回收氯氣。例如，在電解情況下，氯化氫首先轉(zhuǎn)化成含水鹽酸，然后電解成氯氣和氫氣，氯氣以濃縮的形式得到。
在另一方面，如果在能量比電解方法更節(jié)省的方法中，用迪肯(Deacon)制氯法中的一種方法將氯化氫轉(zhuǎn)化成氯氣和水，僅能得到氯含量為10-50％(體積)的稀的氯氣物流。該稀的氯氣物流然后必須經(jīng)過(guò)后處理，這是因?yàn)榛瘜W(xué)生產(chǎn)要求純度高于99％的高純度干氯氣。
因此，為了從稀的氯氣物流中盡可能多地分離氯氣以得到高純度的分離餾分，人們已進(jìn)行了大量的嘗試工作。
例如，可通過(guò)冷凝出干氣物流來(lái)分離氯氣(參看

圖1，UllmannsEnzyklopadie der techc.Chemie，Chlor[chlorine]，Vol.A6(1986)，399-481)。由于氯氣的冷凝溫度取決于壓力(參看圖2)，所以從經(jīng)濟(jì)和安全角度考慮，冷凝應(yīng)在壓力不超過(guò)5-10巴下進(jìn)行。
然而，在這個(gè)壓力下，氯氣不能通過(guò)低溫冷凝從低氯氣濃度的氣體中有效地冷凝出，特別是在出口氣體3的現(xiàn)行規(guī)定排放值得到遵守的情況下更如此。在這種情況下，氣體物流必須冷卻到低于-130℃，以便出口氣體3中的氯氣濃度不超過(guò)5mg/m3(相應(yīng)于分壓0.16帕)。這只能通過(guò)輸入大量的制冷能量來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此是不經(jīng)濟(jì)的。因此，對(duì)于大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用，冷凝法僅僅是一個(gè)用于從高氯含量(優(yōu)選高于95％)的氯氣物流中分離氯氣的分離或提純方法。出口氣體3中的殘余氯氣用現(xiàn)有技術(shù)方法除去，例如用洗滌法。
例如，EP-B 0406675描述了這種用NaOH和/或Na2SO3除去殘余氯氣的洗滌方法。然而，用該化學(xué)洗滌法處理氯氣，使得氯氣無(wú)法再利用，并且還產(chǎn)生了相當(dāng)量的鹽，按照管理規(guī)定這些鹽需要進(jìn)行處理。
另一種方法是用吸收法來(lái)得到氯氣(參看圖3)。在該吸收方法中，含氯氣的進(jìn)料氣1用適當(dāng)?shù)姆椒ㄍㄈ氲轿账﨏2中，該吸收塔C2裝有填料(弧鞍形填料，拉西環(huán)等)或適當(dāng)?shù)乃P。吸收劑例如CCl4、六氯丁二烯、各種部分氯代或全氯代丙烷或S2Cl2(化學(xué)洗滌)，逆流通過(guò)含氯氣的進(jìn)料氣并吸收氣流中的氯氣。吸收是在0.5-1巴或帶壓下優(yōu)選在5-10巴的壓力下進(jìn)行。根據(jù)相應(yīng)的吸收劑的功能選擇吸收劑在塔頂?shù)倪M(jìn)料溫度，以便出口氣體3中的殘余氯氣的含量低于要求的限定值。如果選擇的吸收塔的溫度較高，那么就需要如上所述的殘余氯氣洗滌器來(lái)除去出口氣體3中的殘余氯氣。
吸收有氯氣的吸收劑4在吸收塔C2的底部取出并進(jìn)入解吸塔C3，在解吸塔C3中，吸收劑吸收的氯經(jīng)加熱和/或減壓從吸收劑放出。將無(wú)氯的吸收劑5從解吸塔的底部排出，冷卻并循環(huán)通過(guò)吸收塔。將解吸塔頂部排出的氯氣2的一部分冷凝并作為回流返回到該解吸塔。
從解吸塔排出的氯氣流2含有并非無(wú)足輕重的來(lái)自進(jìn)料氣體的不可冷凝氣體組分，而且這取決于解吸塔頂部的壓力和溫度條件和相對(duì)大量的吸收劑，以致所達(dá)到的氯氣純度不適合大部分應(yīng)用，因此，得到的氯氣還需要另外的提純。
典型的吸收-解吸方法描述在US5308383中。其特征是采用了實(shí)驗(yàn)式為C7F3H4-nCln的特殊吸收劑，在實(shí)驗(yàn)式中，n＝1-3，例如3，4-二氯苯并三氟化物。根據(jù)US5308383，使用這種吸收劑的優(yōu)點(diǎn)是吸收劑損失較少，僅為88mg/kg氣體，并且與CCl4相比，其對(duì)臭氧沒(méi)有破壞的可能。此外，US5308383還指出上述吸收劑與氯仿結(jié)合使用是特別適合的。然而，有必要設(shè)定吸收塔塔頂溫度為-4℃，以便減少氯仿的損失，因?yàn)槁确聲?huì)破壞臭氧。
我們知道在常規(guī)吸收劑(例如CCl4)中吸收氯氣是通過(guò)物理溶解進(jìn)行的。因?yàn)樵摲椒ú襟E的選擇性比較差，因此進(jìn)料氣體中一些量的其他氣體組分也被吸收了。結(jié)果，得到的氯氣雖然是濃縮的，但仍然摻雜有其他氣體組分和吸收劑，所以必須進(jìn)行進(jìn)一步提純，例如，進(jìn)行低溫蒸餾。
圖4顯示了具有下游低溫蒸餾的吸收/解吸方法的流程圖。在吸收塔C2中，用適合的吸收劑5定量洗滌含氯進(jìn)料流1中的氯氣，將負(fù)荷吸收劑4通入到解吸塔C3中，在解吸塔C3中通過(guò)加熱吸收劑，放出氯氣并在塔頂6蒸餾出氯氣，冷卻再生過(guò)的吸收劑4并循環(huán)到吸收塔C2中。
如上所述，從解吸塔C3的頂部排出的氯氣6是低純度的，所以必須對(duì)其提純，例如，通過(guò)在低溫蒸餾塔C4萃取冷凝來(lái)提純。不可冷凝的氣體7仍含有少量的氯氣，因此，將其再返回到氯氣吸收塔C2中。
該方法的缺點(diǎn)是，只有當(dāng)解吸塔是這樣操作的以致其頂部無(wú)吸收劑放出時(shí)才能排出高純度的氯氣2，這是因?yàn)槲談⒆鳛橐粋€(gè)“高沸點(diǎn)物質(zhì)”流入到低溫蒸餾塔的底部，從而進(jìn)入到氯氣2中一起排出。
根據(jù)用于HCl氧化的Shell-Deacon方法(The Chemical Engineer，(1963)224-232)，通過(guò)吸收/解吸方法用CCl4作為吸收劑分離出氯氣。在吸收塔中在約1.5巴和約11℃的塔頂溫度下，從氯氣含量為27-48％(在N2，O2和CO2(主要的)中)的進(jìn)料氣中洗滌出氯氣。從吸收液中釋放出氯氣的過(guò)程是在塔頂溫度為約65.5℃、壓力為約11巴的條件下在解吸塔中進(jìn)行，釋放出的氯氣在加壓下、在頂部安裝的水冷凝器中通過(guò)部分冷凝而被提純。未冷凝的氯氣和仍然存在于其中的其他氣體組分返回到吸收塔。另一種類似的方法描述在US4394367中。
US2271056提出在吸收塔的上部安裝一個(gè)活性炭層以防止CCl4的放出。其缺點(diǎn)是活性炭?jī)H有有限的吸收容量并且必須要替換。
EP-B 0329385描述了另一種通過(guò)吸收和接著解吸來(lái)分離氯氣的方法，該方法示于圖5中。在該方法中，將含有約10-30％(重量)氯氣的初始含氯氣體加到來(lái)自氯氣解吸段的氯氣8(約90％(重量)氯氣)中，這樣使進(jìn)料流9中的氯氣濃度明顯高于50％(重量)，將該氣體物流9壓縮到5-9巴，然后經(jīng)一段或多段冷卻，以致存在的大部分氯氣冷凝出。將冷凝出的氯氣通入低溫蒸餾塔C4，以便分離出溶解的外來(lái)氣體。以這種方法提出和分離的氯氣2可再利用。從低溫蒸餾塔C4排出的不可冷凝氣體9仍含有氯氣，因此將其與來(lái)自前面冷凝段的不可冷凝氣流10合并，然后進(jìn)入吸收塔C2，在吸收塔C2中氯氣通過(guò)吸收，與不可冷凝的氣體組分分離。負(fù)荷吸收劑4在解吸塔C3中通過(guò)沸騰抽提出氯氣被再生。在該段解吸出的氯氣8是低純度的(約90％(重量)的氯氣)，它仍含有相當(dāng)大量的同樣溶解在吸收劑中的不可冷凝氣體，該氯氣流8加到含氯進(jìn)料氣1中。
應(yīng)用該方法僅能有利地回收具有氯含量明顯地高于10％(體積)的含氯氣體流1中的氯，因?yàn)樵谄渌矫娌粚?shí)用的大量的氯氣必須在吸收/解吸和冷凝段之間連續(xù)循環(huán)。
另一個(gè)缺點(diǎn)是該方法不適合得到高純度氯氣，因?yàn)閬?lái)自解吸塔C3的富氯氣體混合物8含有少量的吸收劑。將該氣體混合物加入到進(jìn)料氣體1中，意味著吸收劑進(jìn)入到冷凝段，并且經(jīng)過(guò)該冷凝段進(jìn)入低溫蒸餾段，在低溫蒸餾段，吸收劑作為高沸點(diǎn)組分與氯氣一起從該塔的底部排出。另外，該方法在能量方面的缺點(diǎn)是，全部不冷凝氣體組分必須冷卻到低的氯氣冷凝溫度。
EP-A 0518553描述了用具有連續(xù)真空壓力轉(zhuǎn)換吸收(vacummpressure swing adsorption)的低溫蒸餾塔來(lái)分離氯氣。
如圖6所示，將進(jìn)料氣體1壓縮并先用無(wú)氯出口氣體3冷卻，然后通入到冷凝或低溫蒸餾塔C4，在該塔中部分氯氣2可以純液體的形式從塔的底部排出。剩余的含氯氣體7經(jīng)塔頂離開塔C4，然后進(jìn)入真空壓力轉(zhuǎn)換吸收(VPSA)容器C5。在吸收容器C5a至C5c中，在約4-11巴和0-150℃、優(yōu)選在室溫下交替進(jìn)行氯氣與殘余氣體的吸收分離。通過(guò)連續(xù)應(yīng)用1-60千帕的真空以及交替吸收，從吸收塔得到了高濃度的氯氣2a。吸收的氯氣解吸之后這些吸收容器可重新用于更換的進(jìn)料。可使用的吸收劑是合成或天然沸石(X，Y，L，ZSM)或非沸石多孔氧化物，優(yōu)選碳基吸收劑，例如活性炭和碳分子篩。
然而，該方法不適合從進(jìn)料氣體中得到全部是高純度的氯氣，因?yàn)槲杖萜髦写嬖诘臍庀嗳院袣怏w物流7的所有氣體組分，因此，不但氯氣被吸收，而且其他氣體組分也同時(shí)被部分吸收。當(dāng)采用真空時(shí)，這些組分與吸收的氯氣一起進(jìn)入從吸收容器排出的氯氣物流2a中。
只有從冷凝/低溫分離段得到的氯氣2才是純的。然而，由于在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上限制了冷卻溫度，所以氯氣2的量?jī)H僅是有限的一部分，這取決于進(jìn)料氣體中的氯氣濃度。為了從VPSA得到全部是純的氯氣，分離出的氯氣2a必須經(jīng)過(guò)進(jìn)一步提純步驟。
因此，在VPSA之前加入冷凝/低溫蒸餾步驟的缺點(diǎn)是，得到的全部含氯進(jìn)料氣體物流必須壓縮到高的氯氣冷凝壓力(5-20巴)，并且必須冷卻到相應(yīng)的氯氣冷凝溫度。
因此，本發(fā)明的目的是找到從含氯氣體物流中除去氯氣的方法，通過(guò)這些方法可完全地分離出高純度的氯氣，并且在能量方面是最優(yōu)化的，本方法可用最少量的裝置進(jìn)行，并且氯氣分離裝置排出的出口氣體中無(wú)吸收劑，同時(shí)實(shí)質(zhì)上無(wú)氯氣存在。
我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)可用下述方法實(shí)現(xiàn)上述目的，該方法是通過(guò)用惰性吸收劑吸收氯氣，然后將吸收段排出的吸收劑/氯氣混合物送入下游解吸蒸餾塔，以便從混合物中解吸出氯氣，從而從含氯進(jìn)料氣體中分離出高純度的氯氣。該方法包括在解吸蒸餾塔中進(jìn)行解吸蒸餾，解吸蒸餾塔以下述方式與氯氣分離塔連接，即氯氣分離塔的頂部與解吸蒸餾塔的上段、解吸蒸餾塔的下段與氯氣分離塔的底部在氣體和液體端相互連接，將吸收劑/氯氣混合物只送入解吸蒸餾塔，高純度的氯氣從氯氣分離塔的中部取出。
本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案敘述如下并在附圖中說(shuō)明，其中圖1顯示了氯氣分離裝置的示意圖；圖2顯示了氯的露點(diǎn)曲線圖；圖3顯示了用于氯氣回收的吸收/解吸裝置；圖4顯示了圖3中帶有氯氣蒸餾提純裝置的示意圖；圖5顯示了全過(guò)程的示意圖；圖6顯示了帶有壓力轉(zhuǎn)換吸收的氯氣回收裝置的示意圖；圖7顯示了帶有氯氣側(cè)塔的氯氣回收裝置的示意圖；圖8顯示了帶有分隔塔的氯氣回收裝置的示意圖；圖9顯示了相應(yīng)于圖8的出口氣體處理裝置的示意圖；和圖10顯示了壓力轉(zhuǎn)換吸收步驟的下游帶有低溫蒸餾步驟的氯氣回收裝置的示意圖。
在本發(fā)明方法的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，解吸蒸餾是在帶有側(cè)塔作為氯氣分離塔的解吸蒸餾塔中進(jìn)行。
在本發(fā)明方法的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，解吸蒸餾塔和氯氣分離塔結(jié)合在一個(gè)塔中，其中有一個(gè)分隔設(shè)備，例如隔墻，該墻在縱向上起作用，它將塔的截面分成進(jìn)料段和出料段，氯氣/吸收劑混合物送入進(jìn)料段而液態(tài)氯從出料段排出。
在本發(fā)明方法的一個(gè)特別優(yōu)選實(shí)施方案中，用在室溫下蒸汽壓小于10毫巴，優(yōu)選小于1毫巴的優(yōu)選惰性洗滌液體洗滌從吸收段排出的氣體物流，然后，為了再生洗滌液體，在0.1-5巴，優(yōu)選1-2巴壓力下，在蒸餾塔中蒸餾負(fù)荷的洗滌液體，從而將氯氣吸收劑從氯氣吸收段排出的出口氣體中分離出來(lái)，洗滌液體從塔的底部排出并送回優(yōu)選返回到洗滌段，在塔頂排出的尾氣被送入氯氣吸收段。根據(jù)本發(fā)明，也能采用適合的吸收方法(例如在活性炭上吸收氯氣和CCl4)，從吸收塔的出口氣體中除去殘余的氯氣和/或殘余的吸收劑。
用于從含氯氣體物流中分離氯氣的另一個(gè)發(fā)明方案包括通過(guò)壓力轉(zhuǎn)換吸收，從氣體物流中完全或幾乎完全分離出氯氣，將來(lái)自壓力轉(zhuǎn)換吸收的高含氯氣體壓縮至1-20巴，優(yōu)選5-10巴，然后優(yōu)選進(jìn)行低溫蒸餾，分離出作為蒸餾塔的塔底產(chǎn)物的純氯氣，并將蒸餾塔的塔頂產(chǎn)物返回到壓力轉(zhuǎn)換吸收的進(jìn)料氣體物流中。
根據(jù)本發(fā)明的方法可得到下述優(yōu)點(diǎn)-用最少的設(shè)備和最小的能量輸入，從含氯氣體物流完全分離出氯氣。這特別適用于從高度稀釋的氯氣物流，如用迪肯(Deacon)方法用氧氧化HCl所產(chǎn)生的氣體物流中回收氯氣。
-分離出的氯氣是高純度的并能循環(huán)到生產(chǎn)過(guò)程中，例如，該氯氣可再用于制備碳酰氯，碳酰氯是在異氰酸酯生產(chǎn)中所需要的。
-氯氣吸收劑或是完全不需要的，如在真空壓力轉(zhuǎn)換吸收的情況下，或是保留在過(guò)程中而不損失在環(huán)境中。
用于得到高純度氯氣的本發(fā)明方法的一個(gè)優(yōu)選方案示于圖7中。進(jìn)料氣體1以適當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)入吸收塔C2的底部，吸收塔C2通常裝有填料(弧鞍形填料，拉西環(huán)等)或裝有適當(dāng)?shù)乃P。吸收劑5逆流通過(guò)含氯進(jìn)料氣體并吸收氣體物流中的氯氣，接著經(jīng)吸收塔的頂部作為出口氣體3排出裝置。吸收有氯的吸收劑4進(jìn)入解吸蒸餾塔C3，在塔C3中氯氣被重新蒸餾出，將不含氯的吸收劑5從解吸蒸餾塔的底部排出，冷卻，并循環(huán)到吸收塔。從解吸蒸餾塔C3的下部排出蒸氣，并進(jìn)入側(cè)塔，即氯氣分離塔C4的底部。從解吸蒸餾塔C3的上部排出液體并送入側(cè)塔C4的頂部。將側(cè)塔C4排出的蒸氣在液體取出點(diǎn)返回到解吸蒸餾塔C3，同時(shí)將側(cè)塔底部排出的物流在蒸氣取出點(diǎn)返回到解吸蒸餾塔。高純度的、無(wú)殘余氣體和吸收劑的液態(tài)氯2可從側(cè)塔的中部取出。共溶在負(fù)荷的吸收劑4中的殘余氣體組分與少量氯氣一起經(jīng)塔頂6離開解吸蒸餾塔，并返回到吸收塔C2。
用于得到高純度氯氣的本發(fā)明方法的一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施方案示于圖8中。如圖7所示，用吸收塔C2將氯氣從進(jìn)料氣體中分離出，然后在解吸蒸餾塔C3/C4中，從吸收劑中重新蒸餾出氯氣。使解吸蒸餾塔的形狀成為一個(gè)分隔塔，這在原理上與圖7中所述的整體的側(cè)塔是一致的。在用隔墻隔開的塔的區(qū)域內(nèi)構(gòu)成了一個(gè)與側(cè)塔中相似的濃度分布。在塔上可取出高純度液態(tài)氯6的最佳高度是負(fù)荷的吸收劑的成分和塔的構(gòu)型的函數(shù)。隔墻的高度應(yīng)大于5個(gè)理論塔板，但不應(yīng)大于塔的整個(gè)高度，優(yōu)選為解吸蒸餾塔的有效部分高度的10-90％，特別優(yōu)選60-70％。即使氯氣分離塔是側(cè)塔形式，這個(gè)計(jì)算方法也是適用的。在隔墻的上面和下面，兩個(gè)塔在氣體端和液體端相互連接。由于用分隔塔替代側(cè)塔，分離裝置減少為一個(gè)裝置，因此在能量上大大節(jié)省了。
本發(fā)明另一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施方案示于圖9中，其中不但得到根據(jù)圖8方法分離的高純度氯氣，而且吸收塔的出口氣體3經(jīng)處理將不含任何在前方法仍存在的氯氣吸收劑。
由吸收塔C2的頂部排出的出口氣體3可能仍含有一些氯氣吸收劑，如CCl4，在吸收塔C7中用適當(dāng)?shù)南礈煲后w13例如順-或反-萘烷或其他適合的高沸點(diǎn)物質(zhì)，可完全洗滌出這些氯氣吸收劑。由吸收塔C7排出的干凈氣體14可排放到環(huán)境中，或者返回到過(guò)程中，用于用氧對(duì)HCl的氧化。在下游的解吸塔C6中，從負(fù)荷的洗滌液體12中重新蒸餾出氯氣吸收劑，將洗滌液體作為塔底產(chǎn)物13取出，冷卻并返回到吸收段C7。得到的塔頂產(chǎn)物11是氣體混合物，將該氣體混合物與(例如)物流6一起通入吸收塔C2。
如圖10所示，根據(jù)另一個(gè)回收高純度氯氣的發(fā)明方法，采用真空壓力轉(zhuǎn)換吸收法(V-PSA)，從含氯進(jìn)料氣中分離氯氣。首先將進(jìn)料氣體1壓縮，在容器C5a至C5c中，通過(guò)吸收，循環(huán)地進(jìn)行氯氣與殘余氣體的分離。通過(guò)施加反向的真空，從吸收塔得到了高濃度氯氣2。吸收的氯解吸之后，吸收塔可再次重新進(jìn)料。吸收容器中的氣相仍含有進(jìn)料氣體的所有氣體組分。當(dāng)采用真空時(shí)，這些組分與吸收的氯氣一起進(jìn)入從吸收容器排出的氯氣物流2a中，將這些氣體壓縮、接著冷卻之后，送入低溫蒸餾塔C4，在該段中通過(guò)蒸餾除去仍然存在的不需要的氣體組分。高純度的氯2可以以液體形式從塔的底部排出。從頂部排出的殘余氣體6仍含有氯氣并將其返回到V-PSA段，然而，該殘余氣體物流僅是少量的。
實(shí)施例對(duì)比實(shí)施例C1吸收-解吸方法(根據(jù)圖3的方法)一種含氯氣體物流，其組成為17.1％(重量)Cl2，0.5％(重量)HCl和82.4％(重量)N2+O2，將該含氯氣體物流以體積流速為100升/小時(shí)、壓力為700千帕和溫度為0℃(＝1.1公斤氣體/小時(shí)；＝0.2公斤Cl2/h)加入到吸收塔中。吸收塔的內(nèi)徑為40毫米、總高度為1.3米，塔的內(nèi)部裝有5×5毫米的鮑爾環(huán)，其床層高度為1.0米。在塔的頂部，在溫度為-20℃和流量為2.7公斤/小時(shí)的條件下加入液態(tài)CCl4。將吸收有氯的吸收劑送入解吸塔，該解吸塔的內(nèi)徑為40毫米、總高度為1.5米并裝有1.3米的鮑爾環(huán)(5×5毫米)床層。在壓力為700千帕、塔底溫度為160℃和塔頂溫度為16℃的條件下，從解吸塔得到的塔頂產(chǎn)物是純度為約92％(重量)的氯氣。氣體和液體中的各個(gè)組分的濃度示于表1中。
表1在所有情況下，壓力為700千帕?xí)r，在通過(guò)吸收/解吸來(lái)回收氯氣的過(guò)程中的氣體和液體濃度
得到的氯氣的純度僅為約92％(重量)，因此接著必須將其送入進(jìn)一步提純段(蒸餾)。吸收塔的尾氣除了含有0.4％(重量)氯氣外，仍含有1.0％(重量)的CCl4。
實(shí)施例1吸收和在側(cè)塔中進(jìn)行氯氣提純蒸餾的解吸方法(根據(jù)圖7的方法)一種含氯氣體物流，其組成為17.1％(重量)Cl2，0.5％(重量)HCl和82.4％(重量)N2+O2，將該含氯氣體物流在體積流速為100升/小時(shí)、壓力為700千帕和溫度為0℃(＝1.0公斤/小時(shí))的條件下，與來(lái)自解吸蒸餾塔的返回氣體物流一起加入到吸收塔中。吸收塔的內(nèi)徑為40毫米、總高度為1.3米，塔的內(nèi)部裝有5×5毫米的鮑爾環(huán)，其床層高度為1.0米。將溫度為-20℃的液態(tài)CCl4以3.0公斤/小時(shí)的流量加入到塔的頂部。將吸收有氯的吸收劑送入解吸蒸餾塔的中部，該解吸蒸餾塔的內(nèi)徑為40毫米、總高度為1.5米并裝有1.3米的鮑爾環(huán)(5×5毫米)床層。在壓力為700千帕、塔底溫度為160℃和塔頂溫度為5℃的條件下，得到的塔頂產(chǎn)物是純度為約78％(重量)的氯氣，將該氯氣返回到吸收塔的進(jìn)料氣體流中。從解吸蒸餾塔的0.35米高度(從塔底算起)的地方取出蒸氣，并從塔的1.15米高度(從塔底算起)的地方取出液體，將這兩個(gè)物流送入側(cè)塔，即氯氣分離塔，該側(cè)塔的內(nèi)徑為40毫米、總高度為1.0米并裝有0.8米的填料床(5×5毫米鮑爾環(huán))。從該側(cè)塔的中部取出液態(tài)氯，將側(cè)塔的塔底產(chǎn)物和塔頂產(chǎn)物在特定的取料塔盤處送入解吸蒸餾塔。氣體和液體中的各個(gè)組分的濃度示于表2中。
表2在所有情況下，壓力為700千帕?xí)r，在通過(guò)吸收和在側(cè)塔中進(jìn)行氯氣分離的解吸來(lái)回收氯氣的過(guò)程中的氣體和液體濃度
實(shí)施例2吸收和在分隔塔中的解吸方法(根據(jù)圖8的方法)一種含氯氣體物流，其組成為17.1％(重量)Cl2，0.5％(重量)HCl和82.4％(重量)N2+O2，將該含氯氣體物流在體積流速為100升/小時(shí)、壓力為700千帕和溫度為0℃(＝1.0公斤/小時(shí))的條件下，與來(lái)自解吸蒸餾塔的返回氣體物流一起加入到吸收塔中。吸收塔的內(nèi)徑為40毫米、總高度為1.3米，塔的內(nèi)部裝有5×5毫米的鮑爾環(huán)，其床層高度為1.0米。將溫度為-20℃的液態(tài)CCl4以3.0公斤/小時(shí)的流量加入到塔的頂部。將吸收有氯的吸收劑送入解吸蒸餾塔的中部，該解吸蒸餾塔的內(nèi)徑為40毫米、總高度為1.5米并裝有1.3米的鮑爾環(huán)(5×5毫米)床層。該塔在0.35米-1.15米(每個(gè)高度從塔底算起)的填充高度處裝有一個(gè)垂直的隔墻。在壓力為700千帕、塔底溫度為160℃和塔頂溫度為5℃的條件下，得到的塔頂產(chǎn)物是純度為約78％(重量)的氯氣，將該氯氣返回到吸收塔的進(jìn)料氣體流中。在進(jìn)料點(diǎn)對(duì)面的隔墻一側(cè)從解吸蒸餾塔的中部取出液態(tài)氯。氣體和液體中的各個(gè)組分的濃度示于表3中。
表3在所有情況下，壓力為700千帕?xí)r，在通過(guò)吸收和在分隔塔中解吸來(lái)回收氯氣的過(guò)程中的氣體和液體濃度
實(shí)施例3氯氣吸收劑的吸收分離方法(根據(jù)圖9的方法)從氯氣吸收塔排出的出口氣體3，其組成為1.0％(重量)CCl4，0.4％(重量)Cl2和98.6％(重量)殘余氣體(N2+O2，痕量HCl)，將該出口氣體3在流量為0.84公斤/小時(shí)、溫度為-15℃的條件下通入裝有鮑爾環(huán)的吸收塔C3中。該塔的內(nèi)徑為30毫米、鮑爾環(huán)床層的高度為1.0米。將20℃的冷順-萘烷作為洗滌液，以0.12公斤/小時(shí)的流量加到塔的頂部，從而在650千帕的壓力下洗滌出氯氣吸收劑CCl4，使其殘留量降至少于1ppm。將負(fù)荷洗滌液送入含填料的蒸餾塔的中部。該蒸餾塔的內(nèi)徑為50毫米、總高度(填料的高度)為1.5米，所用的填料包括5×5毫米的鮑爾環(huán)。在壓力為100千帕、塔底溫度為200℃和塔頂溫度為-35℃的條件下，得到的塔底產(chǎn)物是純度大于99.9％(重量)的順-萘烷，得到的塔頂產(chǎn)物是含有2.6％(重量)Cl2，93.8％(重量)CCl4和3.5％(重量)殘余氣體(N2+O2，HCl)的氣體物流，將該氣體物流通入吸收段。氣體和液體中的各個(gè)組分的濃度示于表4中。
表4在每種情況下，壓力為650千帕(吸收)和100千帕(蒸餾)時(shí)，在通過(guò)吸收和在分隔塔中蒸餾來(lái)提純出口氣體的過(guò)程中的氣體和液體濃度
實(shí)施例4后接低溫分離步驟的真空壓力轉(zhuǎn)換吸收(根據(jù)圖10的方法)在壓力為500千帕下，將25℃的溫含氯氣體通過(guò)裝有沸石基吸收劑的吸收劑床層，含氯氣體的組成為17％(重量)Cl2和83％(重量)惰性氣體(N2+O2)。選擇填充量(空速＝120h-1)以便放出的氣體不含氯氣。裝料的持續(xù)時(shí)間是8分鐘，吸收劑床不完全負(fù)荷，以避免氯氣穿透。裝料結(jié)束后，將含氯氣體物流切換到第二吸收劑床。接著將第一吸收劑床接入粗氯氣管線，然后用真空泵抽空至壓力為2千帕。保持抽空約5分鐘，以便最大限度地解吸出存有的氯氣。將吸收塔排出的粗氯氣(80-90％重量)壓縮至800千帕，冷卻至25℃并通入到氯氣冷凝塔，冷凝塔的塔頂溫度為-50℃。在塔的底部取出氯含量大于99.0％(重量)的液態(tài)氯。將氯氣冷凝塔的頂部排出的殘余氣體通入吸收劑床的進(jìn)料物流中。
權(quán)利要求
1.一種從含氯氣體物流中分離出純氯氣的方法，其中先將含氯氣體物流進(jìn)行壓力轉(zhuǎn)換吸收，將來(lái)自壓力轉(zhuǎn)換吸收的含氯氣體壓縮至1-20巴，然后進(jìn)行低溫蒸餾，分離出作為蒸餾塔的塔底產(chǎn)物的純氯氣，將蒸餾塔的塔頂產(chǎn)物返回到壓力轉(zhuǎn)換吸收的進(jìn)料氣體物流中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中將來(lái)自壓力轉(zhuǎn)換吸收的含氯氣體壓縮至5-10巴。
全文摘要
一種從含氯進(jìn)料氣中分離高純度氯氣的方法，該方法是用惰性吸收劑吸收氯氣，然后將吸收段排出的吸收劑/氯氣混合物送入下游的解吸蒸餾塔，從混合物中解吸出氯氣，該方法包括在解吸蒸餾塔中進(jìn)行解吸蒸餾，該解吸蒸餾塔以下述方式與氯氣分離塔連接，即氯氣分離塔的頂部與解吸蒸餾塔的上段、解吸蒸餾塔的下段與氯氣分離塔的底部在氣體和液體端相互連接，將吸收劑/氯氣混合物只送入解吸蒸餾塔，高純度的氯氣從氯氣分離塔的中部取出。
文檔編號(hào)C01B7/07GK1590279SQ200410048809
公開日2005年3月9日 申請(qǐng)日期1996年9月28日 優(yōu)先權(quán)日1995年10月4日
發(fā)明者O·懷特森伯格, J·普費(fèi)菲格 申請(qǐng)人:巴斯福股份公司