BR112012013668B1

BR112012013668B1 - Processo para a produção de cloro gasoso

Info

Publication number: BR112012013668B1
Application number: BR112012013668-2A
Authority: BR
Inventors: James J. Hiemenz
Original assignee: Blue Cube Ip Llc
Priority date: 2009-12-17
Filing date: 2010-12-07
Publication date: 2019-08-20
Also published as: EP2512983A1; KR101826370B1; US8518149B2; BR112012013668A2; TW201139280A; TWI507360B; JP2013514256A; US20110146309A1; EP2512983B1; CN102656113A; CN102656113B; KR20120104353A; WO2011084128A1; JP5767243B2

Abstract

processo para a produção de cloro gasoso concretizações da presente divulgação incluem um processo para a produção de cloro gasoso. para as diversas concretizações, o processo inclui comprimir uma mistura de gases de cloro líquido vaporizado (104) e um gás de alimentação contendo cloro (102) de maneira a formar um gás comprimido. cloro no gás comprimido é condensado a cloro líquido (120). uma primeira porção do cloro líquido é vaporizado de maneira a prover um calor de condensação para condensar cloro do gás comprimido a cloro líquido. uma segunda porção do cloro líquido (126) é vaporizada de maneira a prover cloro líquido para a mistura de gases e um calor de condensação para resfriar um gás de cauda (122) do processo. um produto de cloro gasoso (114) da primeira porção vaporizada do cloro líquido também é produzido.

Description

Campo da invenção [001] A presente divulgação se refere a um processo para a produção de um gás, e em particular para a produção de cloro gasoso.

Antecedentes da invenção [002] O cloro pode ser usado em muitos produtos do dia a dia. Por exemplo, ele é usado para produzir água potável segura, na produção de produtos de papel, na produção de texteis, em produtos de petróleo e químicos, medicamentos, antissépticos, inseticidas, alimentos, solventes e limpadores, tintas, plásticos, fluidos refrigerantes, clorometano, etileno glicol, clorofórmio, tetracloreto de carbono, e muitos outros produtos.

[003] Na sua forma elementar, o cloro é um gás amarelo esverdeado, que se combina diretamente com muitos elementos. O cloro pode ser produzido por um número de maneiras. Um dos mais difundidos é pela eletrólise de uma solução de cloreto de sódio (sal comum), comumente denominada de salmoura. Como salmoura, o cloreto de sódio tem dissociados cátions sódio e ânions cloro. Durante o processo de eletrólise, os íons cloro são oxidados no anodo para formar cloro gasoso e moléculas de água são reduzidas no catodo para formar ânions hidroxila e hidrogênio gasoso. Os íons sódio na solução e os íons hidroxila formados no catodo constituem os componentes do hidróxido de sódio formado durante a eletrólise do cloreto de sódio.

[004] O cloro e o hidrogênio produzidos no processo de eletrólise são submetidos a processamento adicional na forma de liquefação do cloro, produção de ácido clorídrico ou hipoclorito. Um sistema de liquefação de cloro consiste em quatro seções, a saber, secagem do cloro, compressão do cloro, liquefação do cloro, e armazenamento do cloro líquido. A secagem do cloro poderá ser feita em uma operação de estágios múltiplos na qual ácido sulfúrico é usado para

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2/21 secar (i.é, remover água) do cloro gasoso. Do sistema de secagem, o cloro gasoso é encanado para um compressor de cloro gasoso. No compressor de cloro gasoso, a pressão do cloro gasoso é aumentada até um nível adequado para uma unidade de liquefação de cloro. A unidade de liquefação de cloro inclui um ou mais trocadores de calor nos quais o cloro gasoso é resfriado e condensa a um líquido. O resfriamento é tipicamente realizado por um sistema de refrigeração baseado em compressor de laço fechado.

[005]	O documento US 3,954,430 divulga um método e
aparelho	para liquefação de cloro de uma mistura de gases
contendo	cloro gasoso e gases não-condensáveis.
[006]	O documento WO 2004/018355 provê um método para

purificação de cloro compreendendo passar cloro através de uma coluna de destilação para produzir um cloro gasoso, passando o cloro gasoso da coluna de destilação através de um compressor para produzir um cloro gasoso comprimido, e

trocando	calor entre o cloro gasoso comprimido e uma mistura
de cloro	líquido no refervedor.
[007]	Normalmente, o cloro e o fluido de transferência de

calor usados para liquefazer o cloro são substancialmente isolados um do outro. Entretanto, um problema de preocupação particular em plantas de liquefação de cloro é uma de segurança no caso de o cloro e o fluido de transferência de calor usado para liquefazer o cloro entrarem em contato mútuo. Quando tal contato mútuo ocorre, é geralmente, mas não necessariamente, devido à falha do condensador através do qual os materiais fluem. A falha poderá variar desde inconsequente, tal como, por exemplo, quando um vazamento muito pequeno onde pouco ou nenhuma reação tenha ocorrido, até catastrófica, tal como, por exemplo, quando existir uma ruptura considerável de um ou mais tubos dentro do condensador. Entre estes extremos, importantes consequências adversas poderão ocorrer, tais como, por exemplo, contaminação inaceitável do cloro pelo fluido de

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3/21 transferência de calor ou vice-versa, com ou sem contaminação por produtos de reação.

Sumário da invenção [008] Concretizações da presente divulgação incluem um processo para a produção de cloro gasoso. Para as diversas concretizações, o processo inclui comprimir uma mistura de gases de cloro líquido vaporizado e um gás de alimentação contendo cloro de maneira a formar um gás comprimido. O cloro no gás comprimido é condensado a cloro líquido. Uma primeira porção do cloro líquido é vaporizada de maneira a prover um calor de condensação para condensar cloro do gás comprimido a cloro líquido. Uma segunda porção do cloro líquido é vaporizada de maneira a prover tanto cloro líquido vaporizado para a mistura de gases quanto um calor de condensação para resfriar um gás de cauda do processo. Um produto de cloro gasoso da primeira porção vaporizada do cloro líquido também é produzido.

[009] Concretizações da presente divulgação também provêem para que, na condensação do gás comprimido, uma corrente de gás tendo cloro gasoso não condensado e outros gases não condensados sejam separados do cloro líquido, onde um calor de vaporização da vaporização da segunda porção do cloro líquido condensa pelo menos uma porção do cloro gasoso não condensado a cloro líquido.

Definições [010] Conforme usado aqui, cloro gasoso é definido como dicloro (Cl₂) à temperatura padrão e pressão de 0°C e uma pressão absoluta de 100 kPa (IUPAC).

[011] Conforme usado aqui, aço é definido como uma liga de ferro e carbono que poderá conter cromo, níquel, tungstênio, molibdênio, manganês, vanádio, cobalto, zircônio e/ou cromo.

[012] Conforme usado aqui, um trocador de calor indireto é definido como um dispositivo no qual calor é transferido entre um meio e outro, onde os meios sejam

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4/21 separados por uma parede sólida de maneira tal a não se misturarem. Tais trocadores de calor indiretos podem incluir, mas não estão limitados a, trocadores de calor de tubo e envoltório e trocadores de calor de placa (p.ex., placa e armação) dentre outros.

[013] Conforme usado aqui, °c é definido como graus

Celsius.

[014] Conforme usado aqui, psia é definido como libra força por polegada quadrada absoluta e implica a pressão real (absoluta).

[015] Conforme usado aqui, temperatura ambiente é definida como a temperatura do ambiente no qual o processo da divulgação é operada. Fluido de troca térmica à temperatura ambiente de acordo com a presente divulgação é usado sem necessariamente extrair calor do mesmo.

[016]

Conforme usados aqui, um(a) , o, a, pelo menos um(a), um(a) ou mais são usados intercambiavelmente.

Os termos compreende e variações deste não têm um significado limitativo onde estes termos aparecem na descrição e reivindicações.

Portanto, por exemplo, um compressor tendo um estágio de compressão poderá ser interpretado como significando que o compressor que inclua um ou mais estágios de compressão.

[017] Conforme usado aqui, e/ou significa um, mais que um, ou todos os elementos listados.

[018] Também aqui, as apresentações de faixas numéricas por pontos extremos incluem todos os números subsumidos dentro da faixa (p.ex., 1 a 5 inclui 1, 1,5, 2, 2,75, 3,

3,80, 4, 5, etc.)

Breve descrição dos desenhos [019] A seguir, a invenção será adicionalmente descrita com relação aos desenhos em anexo, nos quais:

[020] A figura 1 provê um esquema de um processo para produzir um produto de cloro gasoso;

[021] A figura 2 provê um esquema de um processo para

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5/21

produzir	um	produto de	cloro gasoso	de	acordo com	uma
concretização	da presente	divulgação; e
[022]	A figura 3 provê um esquema	de	um processo	para
produzir	um	produto de	cloro gasoso	de	acordo com	uma
concretização	da presente	divulgação.

Descrição detalhada da invenção [023] Concretizações da presente divulgação provêem para produzir um produto de cloro gasoso. Produzir um produto de cloro gasoso de acordo com a presente divulgação poderá ser realizado com uma redução no consumo global de energia conseguido em comparação com processos que não empreguem os mesmos processos e técnicas da presente divulgação. Pelo menos uma razão para a redução no consumo global de energia conseguida com a presente divulgação é a simplificação do processo para produzir o produto de cloro gasoso. Esta simplificação do processo de cloro gasoso também poderá prover para uma redução nos custos de requisitos de energia, investimento de capital, operação e manutenção associados com a produção do produto de cloro gasoso.

[024] Simplificando o processo, concretizações da presente divulgação permitem o uso de um número menor de componentes mecânicos a serem usados para produzir o produto de cloro gasoso. Exemplos de tais componentes mecânicos incluem aqueles usados para deslocar o cloro gasoso tais como bombas e outros componentes que tenham peças que ou girem e/ou se desloquem relativamente umas às outras. Esses componentes mecânicos frequentemente utilizam materiais baseados em ferro (p.ex., aços, tais como aço inoxidável) nessas peças giratórias. Na medida em que o cloro gasoso contata o ferro nesses componentes mecânicos, o cloro oxida o ferro a cloreto de ferro (III) (também conhecido como cloreto férrico). À medida que a peça giratória se move, esta camada de óxido poderá ser removida expondo mais ferro que esteja disponível para oxidar. Como esta reação de oxidação é exotérmica, poderá ocorrer uma formação de calor em diversos

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6/21 componentes mecânicos. Este calor necessita ser dissipado de maneira a manter segurança no sistema. Reduzindo a necessidade de tais componentes mecânicos, ocorre uma correspondente redução na oportunidade de problemas surgirem no processo para produzir cloro gasoso de acordo com a presente divulgação.

[025] Adicionalmente, as concretizações da presente divulgação eliminam a necessidade de refrigerantes especiais e os compressores associados utilizando cloro líquido produzido no processo como um fluido de troca térmica. Nesta capacidade, o cloro líquido é usado pelo seu calor de vaporização quando mudando de estado de um líquido para um vapor e é usado pelo seu calor de condensação quando mudando de estado de vapor para líquido. Usando o cloro como o fluido de troca térmica nas concretizações da presente divulgação auxilia em eliminar fatos que poderiam surgir caso refrigerantes diferentes de cloro fossem usados no processo.

[026]

As figuras abaixo seguem uma convenção de numeração na qual o(s) primeiro(s) dígito ou dígitos corresponde(m) ao número da figura do desenho e os demais dígitos identificam um elemento ou componente no desenho. Elementos ou componentes semelhantes entre diferentes figuras poderão ser identificados por dígitos semelhantes. Por exemplo,

110 poderá se referir ao elemento 10 na figura 1, e um elemento semelhante poderá ser referenciado na figura como 210.

Conforme será apreciado, elementos mostrados em diversas concretizações aqui poderão ser adicionados, trocados, e/ou eliminados de maneira a proverem qualquer número de concretizações adicionais da presente divulgação.

Adicionalmente, conforme será apreciado, a proporção e a escala relativa dos elementos providos nas figuras são pretendidas para ilustrar as concretizações da presente invenção, e não deverão ser interpretadas com um sentido limitativo.

[027]

Com referência à figura 1, é ilustrado um processo

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7/21 esquemático 100 para a produção de um produto de cloro gasoso. Para o processo 100, uma mistura de gases de um gás de alimentação contendo cloro e cloro líquido vaporizado passa através de condutos 102 e 104, respectivamente, para um compressor 106. Para as diversas concretizações, o compressor 106 poderá ser um compressor de deslocamento positivo tal como um compressor rotativo, um compressor de rosca, e/ou um compressor alternante. O compressor 106 poderá incluir um estágio de compressão ou poderá incluir dois ou mais estágios de compressão para comprimir a mistura de gases de maneira a produzir um gás comprimido à pressão desejada. O compressor 106 é dimensionado e configurado de maneira a prover e manter a desejada pressão em vista das quedas de pressão que ocorrem no processo 100 (p.ex., durante o resfriamento, condensação, reciclagem de gases e líquido através do processo 100). Variando as condições de compressão, as temperaturas máximas realizadas no gás comprimido poderão ser controladas. Para as diversas concretizações, um resfriamento interestágios poderá ser usado entre estágios de compressão de um compressor de estágios múltiplos.

[028] Para as diversas concretizações, o gás de alimentação poderá incluir tanto cloro gasoso quanto outros gases. Outros gases incluem, mas não estão limitados a, hidrogênio, oxigênio, dióxido de carbono, nitrogênio, e vestígios de outros gases. Para as diversas concretizações, o gás de alimentação terá de nenhum a menos que 50 por cento em peso em volume de cloro. Preferivelmente, o gás de alimentação terá de 90 a 99 por cento em volume de cloro.

[029] Para as diversas concretizações, o gás de alimentação poderá ser obtido de uma variedade processos de produção de cloro. Exemplos de tais processos incluem, mas não estão limitados a, um processo de célula de diafragma, um processo de célula de membrana, e um processo de eletrólise de uma salmoura de cloreto de sódio. Juntamente com cloro, a mistura de gases de produtos do processo de produção de cloro

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8/21 também poderá incluir vapor d'água. O vapor d'água poderá ser separado do gás de alimentação em um processo de secagem. O processo de secagem poderá ser realizado passando os produtos do processo de produção de cloro através de uma ou mais torres de secagem que contenham um agente secativo tal como ácido sulfúrico concentrado. O processo de secagem poderá reduzir a quantidade de água presente no gás de alimentação para menos que 10 partes por milhão. Outros métodos de secagem também são possíveis.

[030] O gás de alimentação tendo sido secado poderá ser liberado ao compressor 106 a uma temperatura de 15 a 50°C e a uma pressão de 241 a 689 mPa (35 a 100 psia) . A pressão da mistura de gases emergente do compressor 106 poderá ser dependente do percentual em volume de cloro gasoso na mistura de gases. Em outras palavras, o nível de impurezas na mistura de gases afetará a pressão requerida para obter a condensação do cloro do gás comprimido suando um fluido trocador de calor a uma dada temperatura, tal como à temperatura ambiente. Por exemplo, o compressor 106 poderá ser usado para produzir uma pressão de 552 A 2068 MpA (80 a 300 psia) quando a mistura de gases tiver pelo menos 90 por cento (%) em volume de cloro gasoso. Entretanto, quando a mistura de gases tiver aproximadamente 50% em volume de cloro gasoso, o compressor 106 poderá ser usado para produzir uma pressão de 1034 a 4482 mPa (150 a 650 psia). Portanto, é possível que o compressor 106 seja usado para produzir uma pressão de 80 a 650 psia para a mistura de gases.

[031] O gás comprimido do compressor 106 passa através dos condutos 108 para uma série paralela de condensadores dos quais cloro líquido e uma corrente gasosa tendo cloro gasoso não condensado e outros gases não condensados são recuperados. Conforme ilustrado, a série paralela de condensadores inclui o condensador 110 e uma unidade de recuperação de calor 112. O condensador 110 e a unidade de recuperação de calor 112 são usados para condensar cloro no

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9/21 gás comprimido a cloro líquido.

[032] No condensador 110 pelo menos uma porção do calor de compressão poderá ser removido do gás comprimido através de um trocador de calor indireto utilizando um fluido de transferência de calor tal como ar e/ou água. Para as diversas concretizações, o fluido de transferência de calor é suprido a uma temperatura ambiente. Portanto, é possível usar ar e/ou água do ambiente prevalecente ao redor de um local onde o processo 100 esteja ocorrendo, onde o calor não tenha sido extraído do fluido de transferência de calor de maneira a mudar a temperatura.

[033] Para as diversas concretizações, uma temperatura ambiente para o fluido de transferência de calor usado no condensador 110 poderá ser eficaz para extrair suficiente calor do gás comprimido para condensar uma grande porção do cloro a cloro líquido. Preferivelmente, a temperatura ambiente é de 0°C a 50°C. Portanto, o condensador 110 poderá empregar ar de 0°C a 50°C de maneira a pelo menos parcialmente condensar cloro do gás comprimido a cloro líquido. Conforme apreciado, a temperatura de condensação para que o cloro no gás comprimido possa mudar na medida em que a pressão do gás comprimido mude e/ou à medida que o nível de impurezas no gás comprimido mude. Assim, a temperatura ambiente e/ou o tipo de fluido de resfriamento disponível poderá ser usado como pelo menos um fator para determinar a pressão de compressão do gás comprimido entrando no condensador 110.

[034] Para as diversas concretizações, suficiente fluido de transferência poderá ser passado através do condensador 110 para resfriar o gás comprimido até dentro de diversos graus da temperatura ambiente. Este resfriamento é de uma quantidade suficiente para liquefazer uma grande porção do cloro gasoso no gás comprimido. Daí, por exemplo, o condensador 110 empregando ar de 0°C a 50°C poderá resfriar o cloro líquido condensando do gás comprimido até uma

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10/21 temperatura de 30°C a 55°C.

[035] Na unidade de recuperação de calor 112 pelo menos uma porção do calor de compressão poderá ser removida do gás comprimido através de um trocador de calor indireto. Para realizar tanto, uma primeira porção de cloro líquido é fornecida ao e é vaporizada no trocador de calor indireto da unidade de recuperação de calor 112. Vaporizar a primeira porção de cloro líquido provê um calor de condensação suficiente para trazer a temperatura do gás comprimido na unidade de recuperação de calor 112 até abaixo do ponto de orvalho do cloro gasoso, condensando assim uma grande porção do cloro gasoso a cloro líquido. Para as diversas concretizações, a primeira porção do cloro líquido poderá ser vaporizada a uma pressão de até 187 psia (1289319.6 Pa) de maneira a produzir uma temperatura para o cloro líquido vaporizado de 0°C a 45°C na unidade de recuperação de calor 112. Preferivelmente o cloro líquido vaporizado poderá ter uma temperatura de 25°C a 45°C na unidade de recuperação de calor 112.

[036] Para as diversas concretizações, a primeira porção de cloro líquido vaporizado na unidade de recuperação de calor 112 também produz produto de cloro gasoso. O produto de cloro gasoso da primeira porção vaporizada do cloro líquido passa através a unidade de recuperação de calor 112 através do conduto 114.

[037] Para as diversas concretizações, a grande porção do cloro liquefeito na série paralela de condensadores (p.ex., condensador 110 e unidade de recuperação de calor 112) poderá incluir pelo menos 82 por cento, preferivelmente 96 a 98 por cento do cloro gasoso presente no gás comprimido. Após a liquefação, a corrente gasosa poderá incluir de 1 a 25 por cento em volume de outros gases não condensados com o gás remanescente sendo cloro não condensado.

[038] O cloro líquido e a corrente gasosa do condensador 110 e da unidade de recuperação de calor 112 passam através

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11/21 de um conduto 116 para um receptor de cloro líquido 118. O cloro líquido e a corrente gasosa entram e se separam no receptor de cloro líquido 118. Cloro líquido e a corrente gasosa entram e se separam no receptor de cloro líquido 118 a uma pressão relativamente alta, correspondente grosso modo à pressão na série paralela de condensadores (condensador 110 e unidade de recuperação de calor 112). Do receptor de cloro líquido 118, o cloro líquido sai através de um conduto 120 e a corrente gasosa sai através de um conduto 122.

[039] Para as diversas concretizações, a corrente gasosa tendo cloro gasoso não condensado e outros gases não condensados passa através de um resfriador de gás 124 através do conduto 122. Para as diversas concretizações, o resfriador de gás 124 usa um trocador de calor indireto para recuperar cloro adicional em forma líquida da corrente gasosa sob a pressão prevalecente. Uma segunda porção do cloro líquido retirado do conduto 120 é fornecida ao trocador de calor indireto no resfriador de gás 124 e é vaporizado para prover uma condensação de calor para resfriar um gás de cauda do processo. Para as diversas concretizações, o cloro líquido vaporizando fluindo através do trocador de calor indireto ou da unidade de recuperação de calor 112 e/ou do resfriador de gás 122 poderá ser co-corrente ou contra-corrente do fluxo do gás comprimido e da corrente gasosa, respectivamente. A segunda porção do cloro líquido vaporizado poderá então ser retornada através do conduto 104 à unidade compressora 106 (p.ex., a um estágio de compressão mais baixa) como o cloro líquido vaporizado da mistura de gases.

[040] Para as diversas concretizações, o calor de vaporização da vaporização da segunda porção do cloro líquido também poderá condensar pelo menos uma porção do cloro gasoso não condensado para dentro do cloro líquido. Para as diversas concretizações, vaporizar a segunda porção do cloro líquido poderá resfriar a corrente gasosa no resfriador de gás até 0°C a 10°C.

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12/21 [041] O cloro líquido produzido no resfriador 124 é retornado ao receptor de cloro líquido 118 através de um conduto 128. Os gases não condensados tendo tido o cloro adicional removido como um líquido e retornado ao receptor de cloro líquido 118 passam através do resfriador de gás 124 e o processo como um gás de cauda através de um conduto 130. Preferivelmente, o gás de cauda contém 25 a 35 moles por cento de cloro gasoso. O gás de cauda então poderá ser usado em processos adicionais, conforme são conhecidos.

[042] Conforme provido aqui, o cloro líquido sai do receptor de cloro líquido 118 através do conduto 120, onde ele supre tanto a primeira porção de cloro líquido para a unidade de recuperação de calor 122 quanto a segunda porção de cloro líquido ao resfriador de gás 124. Conforme discutido, vaporizar a primeira porção do cloro líquido provê o calor de condensação para condensar cloro do gás comprimido na unidade de recuperação de calor 112 para dentro do cloro líquido e produz o produto de cloro gasoso. Vaporizar a segunda porção do cloro líquido provê o cloro líquido vaporizado para a mistura presente no compressor 106 e o calor de condensação para resfriar o gás de cauda do processo 100.

[043] Com referência agora à figura 2, é mostrada uma concretização adicional de um processo 200 de acordo com a presente divulgação. Conforme discutido, o gás de alimentação, o cloro líquido vaporizado e o cloro líquido poderão conter quantidades e tipos variados impurezas (coisas diferentes de dicloreto). Estas impurezas poderão incluir, mas não estão limitadas a, compostos de cloro pesados e leves, conforme será discutido mais detalhadamente aqui. Em um esforço para prover um processo eficiente em energia, é desejável reduzir a concentração daquelas impurezas no cloro líquido vaporizado e no cloro líquido do presente processo. Os processos 200 e 300 a serem discutidos aqui, auxiliam em alcançar este objetivo.

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13/21 [044] No processo 200, a mistura do gás de alimentação contendo cloro e cloro líquido vaporizado, conforme descrito aqui, passa através de condutos 202 e 204, respectivamente, para um primeiro estágio de compressão 232 do compressor 206. O primeiro estágio de compressão 232 do compressor 206 poderá comprimir a mistura de gases até uma primeira pressão de compressão a 827 a 1000 mPa (120 a 145 psia).

[045] A mistura de gases do primeiro estágio de compressão 232 é suprida através de um conduto 233 a uma primeira pressão de compressão a uma torre de remoção de pesados de cloro 234. Para as diversas concretizações, os pesados de cloro poderão ser compostos de cloro inorgânicos ou orgânicos além do dicloreto que esteja presente no gás comprimido. Um exemplo de um tal composto de cloro pesado inclui, mas não está limitado a cloretos tais como cloreto de bromo. Exemplos adicionais de tais compostos de cloro pesados incluem aqueles compostos tendo um peso molecular de pelo menos 85 gramas/mol.

[046] Para as diversas concretizações, a torre de remoção de pesados de cloro 234 poderá ser uma coluna de pratos ou uma coluna preenchida que inclua um refervedor 236. Para as diversas concretizações, a torre de remoção de pesados de cloro 234 opera a uma pressão de 120 a 150 psia (1034213.6 Pa) e a uma temperatura de 25°C a 35°C.

[047] O gás comprimido do primeiro estágio de compressão 232 é alimentado à torre de remoção de pesados de cloro 234, conforme será discutido aqui. A torre de remoção de pesados de cloro 234 também recebe uma quantidade de cloro líquido como refluxo do recebedor de cloro líquido 218 através do conduto 238, conforme será discutido aqui. O refervedor 236 é usado para ferver e manter um refluxo de vapor de cloro do gás comprimido e o refluxo de cloro líquido na torre de remoção de pesados de cloro 234, enquanto que permitindo que pelo menos uma porção dos compostos pesados de cloro seja removida como resíduo através de um conduto 241.

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14/21 [048] Para as diversas concretizações, locais para alimentação para ambos o gás comprimido do primeiro estágio de compressão 232 e o refluxo de cloro líquido poderão ser determinados com base na composição das fases líquido e vapor ao longo da torre de remoção de pesados de cloro 234. Adicionalmente, a pureza da mistura de gases removida como o destilado poderá ser dependente do número e da localização dos estágios (i.é, o número de pratos ou a altura do preenchimento) e a razão de refluxo usados na torre de remoção de pesados de cloro 234. Como resultado do processo de separações usado na torre de remoção de pesados de cloro 234, a mistura de gases removida como destilado tem uma concentração reduzida de compostos pesados de cloro.

[049] Esta mistura de gases é suprida a um segundo estágio de compressão 240 do compressor 206 através de um conduto 242. No segundo estágio de compressão 240, a mistura de gases é adicionalmente comprimida até uma pressão desejada, tal como aquelas providas na discussão da figura 1, de maneira a prover o gás comprimido. Conforme discutido aqui, a pressão da mistura de gases emergindo do compressor 206 poderá ser dependente do volume por cento de cloro gasoso na mistura de gases.

[050] O gás comprimido do compressor 206 passa através de condutos 208 para a série paralela de condensadores de onde cloro líquido e uma corrente gasosa tendo cloro gasoso não condensado e outros gases não condensados é recuperada. Conforme ilustrado, a série paralela de condensadores também inclui o refervedor 236 e um refervedor 252. Para as diversas concretizações, os refervedores 236 e 252 extraem pelo menos uma porção do calor de compressão do gás comprimido através dos seus trocadores de calor indiretos, conforme será discutido aqui, até pelo menos parcialmente condensarem o cloro gasoso do gás comprimido para dentro do cloro líquido. O cloro líquido e a corrente gasosa dos refervedores 236 e 252 passam através de um conduto 245 até o receptor de cloro

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15/21 líquido 218.

[051] Cloro líquido do receptor de cloro líquido 218 sai através de um conduto 246 e a corrente de gás sai através de um conduto 222. Um resfriador de gás 224 usa a segunda porção do cloro líquido passando pelos condutos 246 e 226 em um trocador de calor indireto para recuperar cloro adicional da corrente gasosa. A segunda porção do cloro líquido vaporizada poderá então ser retornada através do conduto 204 para a unidade compressora 206 (p.ex., o primeiro estágio de compressão 232) como o cloro líquido vaporizado da mistura de gases.

[052] O cloro líquido produzido no resfriador de gás 224 é retornado ao receptor de cloro líquido 218 através do conduto 228. A mistura de gases não condensada tendo tido o cloro adicional removido como um líquido e retornado ao receptor de cloro 218 passa através do resfriador de gás 224 para o processo 200 como um gás de cauda através de um conduto 230. Preferivelmente, o gás de cauda conterá 25 a 35 moles por cento de cloro gasoso.

[053]

O cloro líquido sai do receptor de cloro líquido

218 através do conduto 246. Uma porção do cloro líquido é removida através de um conduto

248 para alimentar cloro líquido como um refluxo à torre de remoção de pesados de cloro 234 através do conduto 238, conforme discutido aqui. O conduto 248 alimenta a quantidade restante de cloro líquido a uma torre de extração de compostos leves 250. Para as diversas concretizações, a torre de extração de compostos leves 250 extrai pelo menos algum dos compostos leves presentes no cloro líquido vindo do receptor de cloro líquido

218. Para as diversas concretizações, os compostos leves poderão ser compostos não condensados orgânicos e/ou inorgânicos presentes no cloro líquido. Exemplos de tais compostos leves incluem, mas não estão limitados a, dióxido de carbono, oxigênio, nitrogênio, e hidrogênio, dentre outros.

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16/21 [054] Para as diversas concretizações, o cloro líquido poderá entrar por uma porção superior da torre de extração de compostos leves 250. À medida que o cloro líquido cai através da torre de extração de compostos líquidos 250, o cloro líquido é posto em contato com vapor de cloro fervido pelo refervedor 252 na torre de extração de compostos leves 250. Para as diversas concretizações, a torre de extração de compostos leves 250 opera a uma pressão de 120 a 160 psia e uma temperatura de 25 a 36°C.

[055] Como resultado, dióxido de carbono, oxigênio, nitrogênio, e outros gases não condensáveis dissolvidos no cloro líquido são levados a evaporar de maneira tal que possam ser removidos como produto de cabeça da torre de extração de compostos leves 150. Os compostos leves extraídos na torre de extração de compostos leves 250 são então alimentados através do conduto 254 à mistura tendo os compostos de cloro pesados reduzidos removidos como produto de cabeça da torre de remoção de pesados de cloro 234 pelo conduto 242. Esta mistura passa através do conduto 242 para o segundo estágio de compressão 240 do compressor 106.

[056] O condensado na torre de extração de compostos leves 250 é coletado como cloro líquido tendo uma pureza mais alta (i.é, uma concentração maior) que o cloro líquido que entrou na torre de extração de compostos leves 250 e em seguida retirado através de um conduto 220. O cloro líquido no conduto 220 tendo a concentração reduzida de compostos leves é então alimentado como a primeira porção do cloro líquido à unidade de recuperação de calor 212, conforme anteriormente discutido, para tanto prover o resfriamento quanto para produzir o produto de cloro gasoso.

[057] Para as diversas concretizações, a energia térmica fornecida aos refervedores 236 e 252 poderá ser da mistura de gases vindo do segundo estágio de compressão 240 através de um conduto 243. Para as diversas concretizações, a mistura de gases poderá ser alimentada aos trocadores de calor indiretos

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17/21 nos refervedores 236 e 252. Nos refervedores 236 e 252 o calor da mistura de gases é alimentado aos líquidos de cauda da torre de remoção de pesados de cloro 234 e da torre de extração de compostos leves 250, respectivamente, para prover fervura nas respectivas torres 234 e 250. A energia da fervura permite que a torre de remoção de pesados 234 separe pelo menos algum dos compostos pesados de cloro da mistura e a torre de extração de compostos leves 250 para separar pelo menos algum dos compostos leves da mistura, conforme discutido aqui. A mistura de gases tendo cedido seu calor é então alimentada ao receptor de cloro líquido 218 através de um conduto 245.

[058] Com referência agora à figura 3, é mostrada uma concretização adicional de um processo 300 de acordo com a presente divulgação. O processo 300 é descrito acima para os processos 100 e 200, mas adicionalmente inclui o uso de um resfriador de caixa fria 360. Para as diversas concretizações, o resfriador de caixa fria 360 poderá ser usado em conjunto com um resfriador de gás 324 pra adicionalmente reduzir a concentração de cloro no gás de cauda.

[059] Para as diversas concretizações, o resfriador de caixa fria 360 usa um trocador de calor indireto, tal como trocadores de calor de prato e quadro ou outro trocador de calor conforme discutido aqui, para adicionalmente condensar o cloro do gás de cauda. Conforme ilustrado, a mistura de gases não condensados tendo cloro condensado removido no resfriador de gás 324 passa através de um conduto 362 para dentro do resfriador de caixa fria 360. Dentro do resfriador de caixa fria 360, a mistura de gases não condensados é primeiramente resfriada com o gás de cauda em um primeiro trocador de calor indireto 364. O gás de cauda tendo resfriado a mistura de gases não condensados então sai do resfriador de caixa através de um conduto 330.

[060] A mistura de gases não condensados então entra em

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18/21 um segundo trocador de calor indireto 366, onde líquido vaporizando do resfriador de caixa fria 360 adicionalmente resfria a mistura de gases não condensados. A mistura de gases não condensados ainda sob alta pressão, mas tendo sido resfriada nos primeiro e segundo trocadores de calor 364, 366 do resfriador de caixa fria 360 de maneira a parcialmente condensar o cloro, então entra em um tambor receptor 368. Do tambor receptor 368, a mistura de gases não condensados sob alta pressão é passada através de uma válvula 370 de maneira a permitir que tanto a pressão quanto a temperatura da mistura de gases não condensados abaixe. A mistura de gases não condensados então passa através do primeiro trocador de calor 364 quando ela absorve calor da mistura de gases não condensados entrando no resfriador de caixa fria 360 através do conduto 362. A mistura de gases não condensados tendo absorvido o calor então sai do resfriador de caixa fria 360 através do conduto 330 como gás de cauda. Para as diversas concretizações, o resfriador de caixa fria poderá resfriar o gás de cauda até 0°C a -25°C.

[061] O cloro líquido sob alta pressão do tambor receptor 368 poderá sair através de um conduto 372 onde ele vaporiza na medida em que passa através de uma válvula 374. O cloro líquido vaporizado então absorve calor da mistura de gases não condensados sob alta pressão na medida em que os dois fluidos passam através do segundo trocador de calor 366. O cloro líquido vaporizado tendo absorvido calor da mistura de gases não condensados no segundo trocador de calor 366 sai do resfriador de caixa fria 360 através de um conduto 376 onde ele poderá ser retornado ao sistema de secagem, conforme discutido aqui, para ser usado, por exemplo, para resfriar o gás de alimentação antes de entrar no compressor.

[062] Conforme discutido aqui, produzir o produto de cloro gasoso de acordo com a presente divulgação poderá ser conseguido com uma redução no consumo global de energia comparativamente com processos que não empreguem as mesmas

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19/21 técnicas e processos da presente divulgação. Uma maneira de efetivamente demonstrar esta redução no consumo global de energia é determinando os requisitos de energia totais para produzir produto de cloro gasoso, conforme provido aqui, a partir de um gás de alimentação. Uma abordagem é examinar a potência total em quilowatts por metro cúbico de cloro produzido requerida para produzir o produto de cloro gasoso. [063] Em um processo de liquefação de cloro convencional, energia é gasta para comprimir um gás de alimentação contendo cloro usando um sistema compressor de estágios múltiplos. Este sistema compressor forma um gás comprimido tendo uma pressão de até cerca de 100 psia. Energia também é gasta em sistemas de refrigeração que são usados para resfriar o gás comprimido de maneira a liquefazer o cloro. Quando impurezas são deixadas no gás de alimentação, o custo de energia para produzir o cloro liquefeito também aumenta.

[064] De maneira a comparar mais precisamente os custos de energia totais por tonelada métrica de cloro produzido em sistemas convencionais com aquele da presente divulgação, também é determinada a energia requerida para vaporizar o cloro líquido do sistema convencional a um cloro gasoso tendo as mesmas temperatura e pressão do produto de cloro gasoso. Esta quantidade de energia é então adicionada à energia para comprimir e liquefazer o cloro do sistema convencional. Estas estimativas então permitem uma comparação mais direta dos custos totais de energia para produzir cloro gasoso nos sistemas convencionais e na presente divulgação.

[065] Com base no acima, é previsto que os seguintes resultados comparativos sejam possíveis para as concretizações do presente sistema. São mostrados na tabela 1 resultados previstos para a energia total requerida para produzir um cloro gasoso.

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Tabela 1

Processo	Pressão Condensação (psia)	Temperatura de Condensa ção Final (°C)	Volume % de Cloro Perdido no Gás de Cauda	Potência de Compressão (Kwh/ton métrica de Cloro	Potência de Refrigeração (Kwh/ton métrica de Cloro	Potência Total (Kwh/ton métrica de Cloro	Custo de Vaporização em Equivalentes Kwh/ton métrica de Cloro	Custo Potência & Vaporização Total (Kwh/ton métrica de Cloro
Exemplo Comparativo A Convencional Baixa Pressão Compressão Estágio Único	60 [413685.4 Pa]	-3	15, 00	25, 9	32,9	58, 8	30	88, 8
Exemplo Comparativo B Convencional Baixa Pressão Compressão Dois Estágios	60 [413685.4 Pa]	-30	1, 20	22,2	38,1	60,3	30	90,3
Exemplo Comparativo C Convencional Média Pressão Compressão Dois Estágios	100 [689475.7 Pa]	-30	1, 00	29, 7	26, 4	56, 1	30	86, 1
Previsão Exemplo 1 Presente Divulgação (gás alta pureza)	250 [1723689.3 Pa]	-2	0, 74	44, 9	0	44, 9	0	44, 9
Previsão Exemplo 2 Presente Divulgação (gás baixa pureza)	250 [1723689.3 Pa]	-25	0, 71	47, 4	0	47, 4	0	47, 4

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21/21 [066] Conforme mostrado na tabela 1, os resultados previstos para a potência total requerida para produzir uma tonelada de cloro ilustram a diferença entre os processos da presente divulgação e processos de produção de cloro convencionais. Conforme mostrado, é previsto que a potência requerida para produzir o produto de cloro gasoso de acordo com a presente divulgação será semelhante ou menor que nos exemplos comparativos dos processos convencionais, mas perderá apenas uma fração do cloro na corrente de cauda (vide a terceira coluna da tabela 1) . Em processos convencionais, esta percentagem mais alta de cloro nos gases de cauda termina por ser usada em outros processos (p.ex., um queimador de HCl). É apreciado que para esses processos convencionais alcançarem as mesmas percentagens previstas de cloro no gás de cauda conforme providas na presente divulgação ter-se-ia que usar uma quantidade significativamente mais alta de energia adicional. Assim, acredita-se que as concretizações da presente divulgação produzam produto de cloro gasoso enquanto que alcançando uma redução no consumo global d energia comparativamente com processos que não empreguem os mesmos processos e técnicas da presente divulgação.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Processo para a produção de cloro gasoso, caracterizado pelo fato de compreender:

- comprimir em um primeiro estágio de um compressor uma mistura de gases de cloro líquido vaporizado e um gás de alimentação contendo cloro, sendo que o cloro líquido vaporizado e o gás de alimentação ambos contêm compostos pesados de cloro tendo um peso molecular de pelo menos 85 gramas/mol, para produzir um gás comprimido a uma primeira pressão de compressão;

- alimentar a mistura de gases à primeira pressão de compressão a uma torre de remoção de pesados de cloro;

- remover pelo menos algum dos compostos pesados de cloro da mistura de gases na torre de remoção de pesados de cloro;

- comprimir em um segundo estágio do compressor a mistura de gases tendo concentração reduzida de compostos pesados de cloro para adicionalmente comprimir o gás comprimido;

- condensar em um condensador e uma unidade de recuperação de calor cloro do gás comprimido a cloro líquido;

- vaporizar uma primeira porção do cloro líquido para prover um calor de condensação para condensar cloro do gás comprimido a cloro líquido; e

- vaporizar uma segunda porção do cloro líquido para prover cloro líquido vaporizado para a mistura de gases e um calor de condensação para resfriar um gás de cauda do processo.
2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de comprimir a mistura de gases no segundo estágio comprime a mistura de gases até uma pressão de 80 librasforça por polegada quadrada absolutas (psia) a 650 psia (551580.6 a 4481592.2 Pa).
3. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 ou 2, caracterizado pelo fato de condensar cloro do gás comprimido incluir usar um condensador que emprega ar de 0°C a 50°C para pelo menos parcialmente condensar cloro do gás comprimido a cloro líquido.

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4. Processo, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de condensar cloro no gás comprimido incluir resfriar o cloro líquido até 30°C a 55°C.
5. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 4, caracterizado pelo fato de vaporizar a primeira porção do cloro líquido incluir vaporizar a primeira porção do cloro líquido a uma pressão de até 187 psia (1289319.6 Pa).
6. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 5, caracterizado pelo fato de condensar cloro do gás comprimido incluir separar uma corrente de gás tendo cloro gasoso não condensado e outros gases não condensados de um cloro líquido, sendo que um calor de vaporização da vaporização da segunda porção do cloro líquido condensa pelo menos uma porção do cloro gasoso não condensado a cloro líquido.
7. Processo, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de vaporizar a segunda porção do cloro líquido resfria o cloro gasoso não condensado e outros gases não condensados até 0°C a 10°C.
8. Processo, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de incluir adicionalmente resfriar a corrente de gás de maneira a reduzir a conteúdo de cloro gasoso no gás de cauda a 25 a 35 moles por cento de cloro.
9. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de condensar cloro no gás comprimido a cloro líquido incluir extrair calor do gás comprimido; e

- alimentar o calor a um refervedor da torre de remoção de pesados de cloro de maneira a separar pelo menos algum dos compostos pesados de cloro da mistura de gases.
10. Processo, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de o cloro líquido incluir compostos leves, e o processo adicionalmente incluir alimentar o cloro líquido com os compostos leves a uma torre de extração de compostos leves;

- extrair pelo menos algum dos compostos leves do cloro

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3/3 líquido na torre de extração de compostos leves;

- alimentar os compostos leves extraídos na torre de extração de compostos leves à mistura de gases tendo os compostos pesados de cloro reduzidos; e

- alimentar o cloro líquido tendo uma concentração reduzida de compostos leves para a primeira porção do cloro líquido.
11. Processo, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de condensar cloro do gás comprimido no cloro líquido incluir extrair calor do gás comprimido; e

- alimentar o calor a um refervedor da torre de extração de compostos leves para extrair pelo menos algum dos compostos leves do cloro líquido.
12. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 ou 11, caracterizado pelo fato de incluir remover uma porção do cloro líquido do refervedor da torre de extração de compostos leves como refluxo; e

- alimentar o refluxo à torre de extração de compostos leves.
13. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 12, caracterizado pelo fato de o gás de alimentação ter não menos que 50 por cento em volume de cloro.