CN1041404A - 气态氯的冷却方法 - Google Patents

Abstract

一种冷却气态氯的方法，其中的气态氯是在高温和高于0.5巴表压的压力，便如高达12巴表压，其冷却方法是使之与一种溶质的水溶液直接接触，该溶液例如是电解法生产氯的碱金属氯化物的水溶液。

Description

本发明涉及来自高温的气态氯的冷却方法，更具体讲是电解所生成气态氯的冷却方法。

氯可由多种电解质的电解而制成，例如氯化氢水溶液电解。但更多是由碱金属氯化物特别是氯化钠的水溶液电解而得，此方法的全世界产量极大。

碱金属氯化物溶液的电解可在多种槽中进行。可以采用这样的电解槽，其中有石墨或金属阳极和流动的汞阴极，氯在阳极释出，钠在电解过程中释出后与汞阴极反应而形成碱金属汞齐，然后与水反应形成碱金属氢氧化物溶液和氢。

在使用隔膜式电解槽电解碱金属水溶液时，将该溶液送入电解槽的阳极室，电解中生成的氯就从这个阳极室送出，碱金属氯化物溶液通过隔膜，从阴极室中取走电解生成的氢和碱金属氢氧化物，所产出的碱金属氢氧化物是碱金属氯化物和碱金属氢氧化物的混合溶液。

对于隔膜式电解槽而言，将碱金属水溶液送入该槽的阳极室并电解后，生成氯并从该阳极室除掉已消耗的碱金属氯化物溶液，碱金属离子穿过隔膜而进入该模的阴极室，向此室中还加入稀释碱金属氢氧化物的水，由碱金属离子与水反应所生成的氢和碱金属氢氧化物溶液即从该槽的阴极室取走。

所有这些电解过程都是高温操作，例如接近于该电解质溶液的沸点，例如在90℃左右或更高，因为高温时电解效率较高。电解产品也必然在进行电解的温度产出，所以在送去贮存或冷却之前必须冷却。电解的气态产品尤其需要冷却。如果需要冷却的气态氯是要进行压缩液化的情况，迄今所用的方法是用填充塔或涤气器使氯与水直接接触，也可由水水氯间接接触来冷却。

用水直接冷却气态氯需供应大量冷却水，此外，由于气态氯与冷却水直接接触，使得气态氯饱和了水蒸汽，达到与冷却水温度的水的蒸汽压相应的压力。气态氯也可能与液体水混合成雾状。所以有必要从气态氯中除掉这些水蒸汽和水雾滴，特别当氯是准备压缩液化时，常用的除去水雾滴方法是将氯通过一个过滤器，例如用纤维过滤器;并且使氯与一种干燥介质（如硫酸）相接触以除掉水蒸汽。所以干燥氯气时需要大量的干燥介质。

GB        1125453中描述了一种方法，是将电解产生的气态氯以热交换方式用送进电解槽之前的电解质冷却。送进电解槽的电解质可以是碱金属氯化物水溶液，而热交换可采取使气态氯与该电解质直接接触的方式。采取这种操作方式，冷却液体需用量大大减少，实际上已可不需用冷却水，并且使该电解质至少部分加热，从而为将之加热到操作温度减小了加热负荷。

使气态氯与准备送进电解槽的电解质接触还有另外的好处。由于在给定的温度条件下，在水溶液例如该电解质溶液上方的水蒸汽压要小于同条件下只是水的上方的蒸汽压，于是用这种溶液直接接触冷却后的气态氯中水蒸汽含量要少于用单是水直接接触冷却后气态氯中的水蒸汽含量，于是从气态氯中除掉水的负荷减小，所需干燥介质也减少。

虽然电解生产氯时一般是在略低于常压，而近年来已提出在高于常压生产氯。例如，GB        1547062描述了一种碱金属囟化物水溶液电解方法，是采用隔膜电解槽，槽内压力保持在高于常压，但不超过7千克/平方厘米绝对压力。加压生产氯的好处在于，至少可以省掉其后将氯液化所需的压缩功。

本发明的基本点在于冷却气态氯的方法是用一种溶质例如电解质的水溶液在送入电解槽之前与电解生成的氯直接接触，而不是用水本身与氯直接接触，当该气态氯是在升压条件下操作时，带来额外的意想不到的好处。当气态氯是与水直接接触而冷却时，会生成氯的水合物。生成氯的水合物是非常不利的，因为它是一种固体物，会从冷却水中沉淀出来，导致装置及设备堵塞。例如，当氯压力为4巴表压时，在氯与水直接接触时当温度低于23.5℃时即生成氯的水合物。而为了便于液化，氯一定要冷却到远低于23.5℃，并且通过干燥来降低氯中水分含量，所以在与水直接接触冷却时，生成氯水合物的机会很大。另方面，在同上压力由气态氯与20%（重量）的氯化钠水溶液接触时，只有当温度下降到低于14℃才能形成氯的水合物，所以生成氯的水合物的机会就小得多。当在更高压力使气态氯与水直接接触时，氯趋向于冷凝成液体。所以在7.5巴表压，于低于28℃与冷却水接触会形成液态氯和氯的水合物，若是与20%（重量）氯化钠水溶液接触，只是当温度低于20℃方才形成液氯与氯水合物的混合物。

本发明是提供一种气态氯冷却方法，其中的气态氯是高于0.5巴表压，并使之与一种溶质的水溶液直接接触而冷却。

本发明方法涉及气态氯的冷却，不论该气态氯是如何生产的。但是，一般是电解法生产的气态氯，例如由碱金属氯化物水溶液电解而得，该氯也可由任何适宜电解质的电解而制得;例如用氯化氢水溶液电解。该氯可由任何适宜类型电解槽制得，但最好是由隔膜型电解槽制得，例如用配备有阳离子交换膜的电解槽，因为此型的电解槽特别适用于高于常压操作。

气态氯可以与任何适当溶质的水溶液直接接触而冷却。而特别便利的方式是使气态氯与一种电解质的水溶液直接接触，例如用于电解生产氯的碱金属氯化物水溶液，并且是在该溶液送进该电解槽之前进行接触。按本发明方法这样操作，至少能完成该气态氯所需的部分冷却，同时完成该溶液的部分升温，而该溶液送入电解槽之前是需要加热的。此外，溶解于冷却液体中的氯不需要另外回收，因为它与电解质水溶液一起送入电解槽。

气态氯由该溶液直接接触冷却后，溶液的温度一定是低于气态氯的温度。溶液的适当温度是环境温度，例如25℃，但可以高些或低些。

与气态氯接触的水溶液中溶质浓度越高，在室温度条件下该溶液上方的水蒸汽压力越低，并且气态氯与该溶液直接接触后其中所含水蒸汽量也越少，并且气态氯于后工序干燥时除水量也越少。为此理由，所用水溶液最好是高浓度的，优选溶质浓度至少10%（重量），更好是至少20%（重量）。使用饱和溶液是适宜的。

举例而言，干25℃在水本身上方的蒸汽压是23.9毫米，而浓度25%（重量）NaCl水溶液的水蒸汽压只有18.5毫米。在该水溶液中存在有NaCl使水蒸汽压下降23%，并在气态氯与该溶液直接接触后将之冷却到25℃，同时和与水直接接触冷却相比，也相应地降低了冷却后气态氯中水蒸汽含量。

由上述理由，在用碱金属水溶液电解生产氯时，最好该溶液是饱和或基本上饱和的溶液。

按本发明所生产气态氯的压力可在广范围内变化。气态氯的压力可以与电解槽中生产氯的压力相同。另外方式，也可将刚生产出来的气态氯在按本发明方法冷却之前先将之升高压力。例如，气态氯的压力可以大于1巴表压，也可以高达10巴表压、12巴表压或更高。按本发明方法，氯达到冷却后温度时可这仍处于气态。另外的方式，气态氯也可以是这样的压力，当其按本发明方法冷却后而液化。气态氯的压力一般不高于10巴表压。在实施中，对于气态氯压力可有一个上限，就是电解槽能承受的最大压力。

按本发明方法，气态氯开始与水溶液直接接触的温度一般是氯生产出来时（例如电解生产）的同一温度，例如约90℃。

按本发明方法，当气态氯是准备冷却而液化时，则要求将氯冷却至尽量低的温度，但不能冷却到形成氯的水合物的温度。此外，还要求当气态氯与该水溶液直接接触时，不要冷却到氯液化的温度。

采用与水溶液直接接触法氯可以冷却到的温度是取决于气态氯的压力和该溶质在水溶液中的浓度，但一般情况下氯应冷却至不高于30℃，最好是冷却至不高于20℃。

本发明方法可在适当容器中实施，在该容器中使气态氯与一种溶质的水溶液直接接触。例如，可在迄今为止由与水直接接触法冷却氯所惯用的涤气器或填料塔中使气态氯与该溶液接触，此处不必详述，但为使该等容器能在高压操作，可能要增加某些简单措施。

在本发明的优选实施方案中，是以逆流方式使气态氯料流与该水溶液直接接触。例如，气态氯料流与水溶液的接触可以在多个容器中分级进行，使气态氯和水溶液以逆流方式通过这一串容器。这样，气态氯的温度逐级下降，而水溶液温度逐级升高;例如当该水溶液是一种碱金属氯化物水溶液时，从这一串的最后一个容器放出的溶液就达到或接近电解槽所要求的电解溶液温度。

按本发明方法与水溶液直接接触后的气态氯可含有一些雾滴形式的该溶液，可将这些溶液雾滴与氯气分开，然后再将气态氯送去干燥，除掉水蒸汽。除掉这些雾滴可采用已知方法，例如将气态氯通过一个过滤器，例如用纤维过滤器。

气态氯可通过与一种干燥介质接触而干燥，例如用硫酸干燥，并在需要时，可将干燥后氯气压缩和/或液化。

Claims (11)

1、一种冷却气态氯的方法，其特征在于将高温和高于0.5巴表压的气态氯与一种溶质的水溶液直接接触而冷却。

2、按权利要求1的方法，其中的氯是由碱金属氯化物水溶液经电解所制得。

3、按权利要求2的方法，其中该溶液是在隔膜式电解槽中进行电解。

4、按权利要求1-3中任一项的方法，其中该气态氯是与一种碱金属氯化物水溶液直接接触。

5、按权利要求4的方法，其中所述直接接触是在该碱金属氯化物水溶液进行电解之前由气态氯与该溶液直接接触。

6、按权利要求1-5中任一项的方法，其中该水溶液中的溶质浓度是至少10%（重量）。

7、按权利要求6的方法，其中该水溶液是基本上饱和的溶液。

8、按权利要求1-7中任一项的方法，其中气态氯的压力是大于1巴表压。

9、按权利要求8的方法，其中气态氯的压力最高可达10巴表压。

10、按权利要求1-9中任一项的方法，其中的气态氯是冷却到不高于30℃的温度。

11、按权利要求1-10中任一项的方法，其中的气态氯和一种溶质的水溶液是以逆流方式直接接触。