CN1053597A - 氯气的浓缩方法 - Google Patents

Abstract

本发明方法采用将含氯气体导入吸附剂、使吸附 剂吸附气体中的氯，然后再使吸附剂处于比导入气体 时的压力低的压力下即可得到比导入气体的含氯浓 度高的含氯气体。本发明方法中所采用的吸附剂最 好采用沸石，非沸石类多孔质酸性氧化物或活性碳。

Description

本发明是关于采用压力变换吸附法的氯气浓缩方法。

氯是非常重要的工业中间原料，在许多的化学工业中使用，在使用氯的地方大多备有分离或浓缩氯的设备。

以往人们已知的从含氯的气体中分离氯的方法有：对含氯气体进行加压、冷却，以液态氯从气体中分离出来的方法，采用氯系有机溶剂吸收含氯气体中的氯，然后再将有机溶剂中的氯解吸出来等方法。

但是上述第一种方法由于是处理高压气体，所以费用昂贵，它需要维修管理费事的气体压缩机和冷冻设备，特别是当从含氯浓度较低的气体中分离氯时，操作中需要很高的压力和极低的温度，因此设备费用增加。而第二种方法要使用四氯化碳作为一般溶剂，近来由于氟隆气的使用引起环境污染，所以对于四氯化碳的使用已有禁止的倾向，即使将来也不能说是个有效的方法。

因此，从含氯气体中分离氯、特别是从含氯浓度较低的气体中分离氯，现在还没有有效的方法。本发明提供一种不受高压气体处理中的法规限制的、没有溶剂所引起环境污染问题的从含氯气体中分离氯，并浓缩方法。

经常使用的分离气体的方法是压力变换吸附法。该方法经常用于提高氧、氮的纯度或提高一氧化碳、氢的纯度等。研究之间，对现有技术进行调查的结果表明，文献和现有技术中都没有该技术用于氯的记载。

因此，本发明的发明人首先对是否可以使用压力变换吸附法从含氯气体中分离氯进行了锐意研究，发现采用沸石、活性炭以及非沸石类多孔质酸性氧化物作为吸附剂可以有效地从含氯气体中分离氯，完成了本发明。

图1是采用多个吸附塔（4a、4b和4c）来实施本发明，尤其是连续实施本发明设备的模式图。原料气从管1经压缩机2送至吸附塔，在吸附塔被脱氯后的气体经鼓风机7送到系统外面。另一方面，解吸附后提高了含氯浓度的气体经真空泵10，送到系统外面。图中8是流量调节机构，3，5，9，11，12a，12b及14至21均为切换阀。

即本发明是关于氯气的浓缩方法，其特征是：在吸附塔中填充对氯有吸附作用的吸附剂，将含氯气体导入该塔，特别是在氯被吸附后停止导入含氯气体，为了解吸附，降低吸附塔压力（比导入含氯气体时低），被吸附的氯气解吸附出来，因此得到比导入气体的含氯浓度高的气体，同时吸附剂被再生，这样再生的吸附剂可重复用于氯的吸附。

本发明方法所适用的含氯气体中除氯以外还可含有氧、氮、二氧化碳、一氧化碳、氢、氩、甲烷等碳氢化合物，但是采用压力变换吸附法从含有上述气体的气体中分离氯时应选择对上述气体的吸附亲和力和对氯的吸附亲和力有充分差别的物质作为吸附剂。因此，可用于本发明的氯吸附剂可选择：合成和天然沸石、非沸石类多孔质酸性氧化物、活性炭以及分子筛碳之类的碳质吸附剂。例如作为沸石的有A型、X型、Y型、L型、ZSM型、天然丝光沸石等，其中以X型、Y型、L型ZSM型为好，最好是含有高硅的沸石。非沸石类多孔质酸性氧化物有氧化铝、二氧化硅、硅酸铝、二氧化钛、氧化镁等。活性炭有：果实壳类、木材类、煤类、石油类等也可作为吸附剂使用，但是其中以分子筛碳、椰子壳活性炭为好。这些吸附剂对氯的吸附能力较对上述其它气体的吸附亲和力强，所以将这些吸附剂填充进吸附塔后，含氯气体导入吸附塔后氯比其他气体优先地被吸附，在吸附塔的气体出口处可以得到含氯浓度很低的气体，有时甚至几乎检测不到氯的存在。

可被吸附剂吸附的含氯气体的含氯浓度没有特别的限制，一般可使用含氯浓度为5～80%的气体。含氯浓度低时可以将解吸再生操作进行之前的吸附时间加长时间。

此外，吸附氯的操作压力比其后的氯的解吸附操作压力高。

操作温度由填充的沸石种类、导入气体中所含氯以外的其它气体的种类以及经济上的考虑等诸因素决定。例如使用Y型沸石作为吸附剂、导入气体中伴有二氧化碳时，在常温上下即可进行充分的氯吸附。

另一方面为防止充填物的变质和设备材质的腐蚀，原料气中水分含量以低为好，最好是低于1000ppm。

在吸附塔中氯的吸附不断进行，当临近饱和状态时则停止向吸附塔导入含氯气体，接着降低吸附塔的操作压力，这时被吸附的氯及其它气体被解吸附出来。使这时的操作压力低于吸附时的压力，必要时可采用真空泵使其低于大气压更为有效。操作温度是任意的，最为经济的是与吸附温度相同。当然经济而有效的话，也可采用所谓的温度转换方法。

脱吸附操作时，加入少量惰性气体，最好是氮气，它可以促进氯从吸附剂中解吸附出来。

在脱吸附操作后即可以得到比导入气体的含氯浓度高的气体，同时吸附了氯的吸附剂也由于氯的脱吸而得以再生，再生了的吸附剂可反复用于吸附操作。

下面说明工业规模生产的更具体实施状态，该状态示于图1。

图1中含氯的原料气从管1送入气体压缩机2，在此升至所定压力后经切换阀3送入三个吸附塔（4a、4b、4c）中的第一个吸收塔4a。三个吸收塔4a、4b、4c中分别填充有优先吸附氯的吸附剂，在加压状态下，导入的原料气中的氯被优先吸附，在吸附塔4a的出口可以得到含氯浓度很低的气体，有时几乎检测不到氯的存在（这种气体以下称为处理过的气体）。这种经过脱氯的气体经切换阀5、阀6送至鼓风机7排放出去。

此时从第一吸收塔4a排出的一部分处理过的气体经流量调节机构8、切换阀9导入第二吸收塔4b，该塔内的压力由于处理过的气体的导入而不断升高，处于升压状态，而第三吸收塔4c经切换阀11、12a与塔内的真空泵10相连，因此该塔内的吸附剂处于减压状态，进行再生处理操作。

在吸附了规定量的氯的吸收塔4a临近饱和状态时，通过切换阀3的切换停止向4a导入原料气，同时操作切换阀14使真空泵10排出塔内气体，这时塔4a处于减压状态，吸附剂所吸附的氯解吸出来，吸附剂得以再生（再生工序）。在该再生工序中得到的产品-高浓度氯气可由真空泵10的出口得到，这样得到的含高浓度氯的气体可送至下面的使用工序。

此时在第二个吸收塔4b，原料气经切换阀15导入4b，由该塔出口排出的处理过的气体经切换阀16、阀6送至鼓风机7，进而送至使用工序。这时在第三吸附塔4c，由第二吸附塔4b排出的一部分处理过的气体经流量调节机构8、切换阀17导入4c，所以该塔内的压力由处理过的气体导入而不断升高，处于充压工序。

其后，原料气经切换阀18导入吸附塔4c，处理的气体经切换阀19、阀6送至鼓风机，排出。与此同时在第一吸附塔4a，由第三吸收塔4c排出的一部分处理过的气体经流量调节机构8、切换阀20导入4a，这时该塔内的压力由于气体的导入而升高，处于充压工序。

此时在第二吸附塔4b，操作切换阀15停止导入原料气，同时操作切换阀21用真空泵10排出塔内气体，处于减压状态，被吸附在吸附剂上的氯解吸附出来，吸附剂得以再生。

以后重复相同动作，三个吸附塔4a，4b，4c交替工作，这样就可以从含氯气体原料中分离出氯，连续不断地得到比原料气中含氯浓度高的气体。

本发明提供了采用压力变换吸附法从含氯气体中容易地将氯分离、浓缩出来的方法，其工业价值很大。

以下根据实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

将40克合成Y型沸石（吉奥凯姆公司产品）填充在不锈钢吸附柱中，25～30℃温度，5个大气压下，将含有15%氯、15%二氧化碳、70%氧组成的气体以每分钟200毫升流量向吸附柱内通气12分钟。用气相色谱仪对此间从吸附柱流出的气体进行气体组分分析，检测出含氯气量为100～300ppm。通气完了后停止原料气的供给，用真空泵在60mmHgabs压力下5分钟对吸附柱进行脱氯。对解吸附气体分析的结果表明含氯浓度为78%。对脱吸后的吸附柱再次在同样条件下通入与开始同样组分的气体，12分钟间流出的气体含氯浓度仍为100～300ppm。

实施例2

将40克合成Y型沸石（吉奥凯姆公司产品）填充在不锈钢吸附柱中，25～30℃温度、5个大气压下，将含有5%氯、15%二氧化碳、80%氦组成的气体以200毫升/分的流量通气25分钟。用气相色谱仪对此间从吸附柱流出的气体进行气体组分分析，检测出氯气含量为100～300ppm。通气后停止原料气的供给，用真空泵在60mmHgabs压力下，5分钟对吸附柱进行脱氯。对解吸附的气体进行分析的结果表明含氯浓度为55%。对脱吸后的吸附柱再次在同样条件下通入与开始同样组分的气体，在25分钟间流出的气体含氯浓度仍然是100～300ppm。

实施例3

将40克合成Y型沸石（吉奥凯姆公司产品）填充在不锈钢制吸附柱中，25～30℃温度，5个大气压下将含有15%氯、15%氮、70%氦组成的气体以200毫升/分的流量向吸附柱通气12分钟。用气相色谱仪对此间从吸附柱流出的气体进行气体组分分析，检测出含氯气量为100～300ppm。通气后，停止原料气的供给，用真空泵在60mmHgabs压力下对吸附柱脱氯5分钟、然后再以7毫升/分流量向吸附柱通入氮气3分钟以使吸附柱脱氯。

对解吸附后气体进行的分析表明含氯浓度为83%。对脱吸附后的吸附柱再次在同样条件下通以同样组分的气体，12分钟间流出的气体含氯浓度仍为100～300ppm。

实施例4

将40克合成13X型沸石（富士迪比松产品）填充在不锈钢吸附柱中，60℃、5个大气压下将含有氯15%、二氧化碳15%、氦70%组成的气体以200毫升/分的流量向吸附柱通气6分钟。用气相色谱仪对此间从吸附柱流出的气体进行气体组分分析，检测出含氯量200～500ppm。通气后停止原料气的供给，用真空泵在60mmHgabs压力下5分钟使吸附柱脱氯。对解吸附出来的气体进行的分析表明含氯浓度为72%。对脱吸后的吸附柱再次在同样条件下通以同样组分的气体，在6分钟流出的气体的含氯浓度仍为200～500ppm。

实施例5

将30克气体吸附用活性炭PCB（东洋卡卢工公司产品）填充在不锈钢吸附柱中，在60℃、5个大气压下将含有氯15%、二氧化碳15%、氦70%组成的气体以200毫升/分的流量向吸附柱通气6分钟。用气相色谱仪对此间从吸附柱流出的气体进行气体组分分析，检测出含氯气量为300～800ppm。通气后停止原料气的供给，用真空泵在60mmHgabs压力下，5分钟使吸附柱脱氯。对脱吸附出来的气体进行的分析表明其含氯浓度为72%。对脱吸后的吸附柱再次在同样条件下通以与开始同样组分的气体，在6分钟流出的气体的含氯浓度仍为300～800ppm。

实施例6

将30克分子筛碳MSC（武田制药公司产品）填充在不锈钢吸附柱中，60℃、5个大气压下将组分为氯15%、二氧化碳15%、氦70%的气体以200毫升/分的流量向吸附柱通气6分钟。用气相色谱仪对此间从吸附柱流出的气体进行气体组分分析，检测出含氯气量为200～500ppm。通气后停止原料气的供给，用真空泵在60mmHgabs压力下5分钟使吸附柱脱氯。脱吸附出来的气体的含氯浓度为79%。对脱吸后的吸附柱再次在同样条件下通以与开始同样组分的气体，在6分钟流出的气体的含氯浓度仍为200～500ppm。

实施例7

将30克二氧化硅填充在不锈钢吸附柱中，60℃、5个大气压下，将组成为含氯15%、二氧化碳15%、氦70%的气体以200毫升/分的流量向吸附柱通气6分钟。用气相色谱仪对此间从吸附柱流出的气体进行气体组分分析，检测出含氯气量为200～500ppm。通气后停止原料气的供给，用真空泵在60mmHgabs压力下，5分钟使吸附柱脱氯。脱吸附出来的气体的含氯浓度为79%。对脱吸后的吸附柱再次在同样条件下通以与开始同样组分的气体，6分钟流出的气体的含氯浓度仍为200～500ppm。

本发明方法是从含氯浓度较低的气体中利用吸附剂来回收含氯浓度较高的气体的技术，并且，不受高压气体处理中的有关法规的限制，而且也不需要溶剂的再生。

本发明方法所用的设备可作为使用氯气设备的附属设备。

Claims (5)

1、一种氯气的浓缩方法，其特征是：向填充了对氯有吸附作用的吸附剂的吸附塔中导入含氯气体、使吸附剂吸附氯、其后停止气体的导入、在比导入气体压力低的压力下进行脱吸附，得到比导入气体的含氯浓度高的含氯气体，同时吸附剂得以再生。

2、权利要求1所记载的方法，其特征是对氯有吸附作用的吸附剂为沸石。

3、权利要求1所记载的方法，其特征是对氯有吸附作用的吸附剂为非沸石类多孔质酸性氧化物。

4、权利要求1所记载的方法，其特征是对氯有吸附作用的吸附剂为活性炭。

5、权利要求4所记载的方法，其特征是活性炭为分子筛碳。