[发明专利]含三氯化氮的液氯的蒸发方法和设备

说明书

发明背景

本发明涉及来自氯生产工艺例如氯碱生产工艺的含三氯化氮的液氯流的处理。

在氯的工业化生产中，产生少量副产物三氯化氮(NCl₃)。在氯碱生产工艺中，所形成的三氯化氮量与进料至该工艺的盐中存在的氨量成正比。三氯化氮随着产物氯离开氯碱电解车间。

三氯化氮是不稳定化合物，其在达到临界浓度(据报道为约13wt％)时爆炸，尽管据信三氯化氮在低至3wt％的浓度下就分解导致危险状况。但是，在被认为能够损坏设备之前，也需要临界质量的三氯化氮。根据Chlorine Institute Inc.的一份报告，壁厚为1/2英寸的典型氯容器可在少至1.5g/cm²的纯三氯化氮液膜的情况下破裂。作为蒸汽压显著低于氯的化合物，如果允许含三氯化氮的液氯蒸发，则可以浓缩三氯化氮。三氯化氮被认为是氯碱生产设施中爆炸和死亡事故的原因。

氯产物通常作为液体供应，但是最终用户通常在使用前将液氯蒸发。根据蒸发氯的方式，这会导致三氯化氮浓度增加。因此，氯生产工艺的关键部分是使最终氯产物中的三氯化氮浓度低，通常只有几个ppm，以允许最终用户安全地蒸发液氯。在氯碱工艺中，经常在氯压缩和液化之前，例如在氯洗涤器中通过吸收步骤从产物氯中移除三氯化氮。在洗涤步骤中，三氯化氮被吸收到新鲜清洁的产物氯中并沿洗涤器下行以进入称为三氯化氮分解器的贮槽中，所述贮槽含有四氯化碳或有时含有氯仿。在分解器中，溶剂的温度保持在氯的沸点之上。当液氯接触热溶剂时，其被闪蒸回到氯洗涤器中，而三氯化氮则被溶剂吸收。分解器中的条件选择为使三氯化氮缓慢且安全地分解。通常，焦油和其它杂质在溶剂中累积，并且溶剂必须周期性更换，从而产生必须处置的废流。

由于法规制约和产品质量(即减少成品氯中的有机物含量)二者的原因，期望在氯生产环节中避免使用诸如四氯化碳和氯仿的溶剂。

一种不使用四氯化碳或氯仿溶剂的三氯化氮处理方法描述在Ferguson等人的US 3568409中，其中来自干燥塔的气体氯在压缩和液化步骤的上游与盐酸接触。但是，该工艺产生必须处置或另外使用的酸性废流。

在描述于US 3568409中的方法中，氯被蒸发并再循环回到工艺中，但是这仅在移除或破坏了三氯化氮内容物之后进行。在目前使用的工业过程中，氯也被蒸发并再循环回到工艺中，但仅在三氯化氮被吸收到四氯化碳或氯仿或其它合适的有机溶剂中之后。氯的蒸发是建议用于从氯碱生产设施的最终氯产物中移除三氯化氮的大部分方法中的重要步骤。

虽然期望能够蒸发来自氯洗涤器的含高浓度三氯化氮的液氯流以避免使用分解器和有机溶剂或使用产生必须处理的废流的其它化学品，但是目前工业用的氯蒸发器在蒸发这类流方面存在缺点。工业氯蒸发器通常为非水平单元例如垂直刺刀(bayonet)型单元，或者为水平蒸发器单元例如釜再沸器型单元。为了便于以下讨论，具有正斜率的非水平单元称为“垂直”单元，是指相对于水平方向角度为0.1～90度的单元。这些水平和垂直氯蒸发器可具有两种类型，即：池沸腾蒸发器和活塞流(plug-flow)蒸发器。在池沸腾蒸发器例如垂直刺刀或釜再沸器型蒸发器中，液氯从液氯主体中蒸发出。蒸汽压低于氯的化合物随着氯的蒸发而富集在液氯主体中。在向上流动蒸发器例如Hooker型蒸发器或管型蒸发器中，液氯随其移动通过蒸发器而被蒸发。在向上流动蒸发器中，根据所发展出的流动方式，蒸汽压低于氯的化合物可在单元中局部富集，如下所述。没有一种类型的蒸发器通常被用于蒸发含高浓度三氯化氮的液氯，这是因为浓缩三氯化氮存在危险。Euro Chlor建议“再沸器”内的液氯中的三氯化氮的浓度保持在1000ppm以下以避免过度浓缩。在三氯化氮的浓缩趋势和三氯化氮的分解趋势之间存在平衡，这种平衡复杂并且没有被完全理解。

在常规的垂直向上流动蒸发器中，氯在单位长度上流过三个不同区域。在第一区中，液氯被加热至其沸点。在第二区中，氯蒸发，并且在第三区中，所得的氯气被过热。在垂直向上流动蒸发器的第二区(即沸腾区)中，三氯化氮可被危险地浓缩。但是，从沸腾区至预热区的液体回流也可导致浓缩。