DE1567721C3 - Verfahren zum Reinigen von Chlor durch Absorption und Desorption in einem Lösungsmittel und anschließende Verflüssigung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen von Chlor durch Absorption und Desorption in einem Lösungsmittel und anschließender Verflüssigung, wobei eine geringe Mengen an Verunreinigungen einschließlich Wasserdampf enthaltender Chlorgasstrom in einer eine Anzahl von Stufen enthaltenden Absorptionszone derart mit dem Lösungsmittel in Berührung gebracht wird, daß mindestens die Hälfte des ursprünglich vorhandenen Chlors in der in Gasströmungsrichtung ersten Stufe aus dem Gasstrom absorbiert, die gebildete reiche Chlorlösung zur Desorption des Chlorgases in einer Destillationszone erhitzt, das desorbierte Chlorgas verflüssigt und die zurückbleibende arme Lösung zur Absorptionszone zurückgeführt werden.

Ein derartiges Verfahren ist z. B. in der OE-PS 63 436, der FR-PS 8 66 780, der CH-PS 3 02 144 und der GB-PS 8 01 730 beschrieben.

Bei diesen Verfahren wird die Gasphase in den einzelnen Absorptionsstufen im Gegenstrom zur Lösungsphase geführt, was für den Fachmann selbstverständlich und naheliegend ist, nicht nur weil ja auch von Stufe zu Stufe die Gasphase entgegengesetzt zur Lösungsphase fließt, sondern auch weil bei Gegenstromführung innerhalb der einzelnen Absorptionsstufen die Gleichgewichtseinstellung schneller erfolgt und sich bei gegebener Größe der Absorptionsstufe ein höherer Anreicherungsgrad erreichen läßt, wobei das Augenmerk des Fachmanns im wesentlichen auf die gewünschte Wirkung, nämlich die Überführung des Chlors in die Lösungsphase, gerichtet ist.

Es hat sich nun aber gezeigt, daß bei der Anwendung dieses Verfahrens auf ein Gasgemisch, welches Verunreinigungen in Form von Wasserdampf enthält, was in der Regel trotz vorheriger Trocknung des Gases unvermeidlich ist, dieser Wasserdampf sich in dem eine Absorptionsstufe verlassenden Restgas so angereichert haben kann, daß sich flüssiges Wasser an bestimmten Stellen in oder zwischen den Absorptionsstufen abscheiden kann. Dies führt zu Gefahr von Korrosion und anderen Betriebsstörungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren der eingangs genannten Art so durchzuführen, daß unerwünschte Erhöhungen der Wasserdampfkonzentration in der Gasphase nach Möglichkeit vermieden werden.

Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß die Absorption in der ersten oder der ersten und zweiten Stufe nach dem Gleichstromprinzip oder durch Hindurchleiten des Gasstromes durch eine im wesentlichen bei konstanter Höhe gehaltenen Menge der sich bildenden reichen Lösung durchgeführt wird.

Hierdurch wird erreicht, daß z. B. in der ersten Absorptionsstufe die Gasphase in dem Zustand, in dem sie bereits über 50% ihres Chlorgehaltes abgegeben hat und deshalb die Gefahr unerwünscht hoher Wasserdampfkonzentration besonders groß ist, mit der in dieser Stufe bereits mit Chlor angereicherten und deshalb für Wasser besonders aufnahmefähigen Lösungsphase in Kontakt tritt. Im Gegensatz dazu steht bei der bekannten Gegenstromführung von Gasphase und Lösungsphase · die Gasphase am Ende ihres Durchgangs durch die Stufe mit der mit Chlor noch relativ wenig angereicherten und deshalb für Wasserdampf wenig aufnahmefähigen Lösungsphase in Kontakt. Es wird deshalb durch diese auf den ersten Blick einfach erscheinende Maßnahme ein überraschender Vorteil, nämlich eine beträchtliche Entfernung auch des Wasserdampfes aus dem Restgas, erreicht, ohne daß hierzu besondere kostspielige Einrichtungen erforderlich sind. Die dabei in Kauf zu nehmende Verringerung des Abscheidungswirkungsgrades bezüglich des Chlors ist relativ geringfügig und kann durch geeignete Dimensionierung der Stufen leicht kompensiert werden. Der wesentliche Vorteil der Erfindung liegt darin, daß die Wahrscheinlichkeit geringer wird, daß ein zeitweiliger Anstieg im Feuchtigkeitsgehalt des zugeführten Chlorgasstromes Korrosion verursacht und den Arbeitsgang stört. Es ist möglich, das Verfahren so zu führen, daß ein Zustand, unter dem flüssiges Wasser abgetrennt und/oder festes Chlorhydrat gebildet wird, mit großer Sicherheit nicht erreicht wird. Unter einem anderen Gesichtspunkt kann mit dem gleichen Feuchtigkeitsgehalt des zugeführten Gases die Temperatur der letzten Absorptionsstufe niedriger gewählt werden, als dies bei der bekannten Verfahrensdurchführung der Fall ist. Dies gestattet eine weitere Herabsetzung des Chlorgehaltes des Restgases und eine weitere Verminderung der Lösungsmittelverluste.

Bei der Durchführung des Verfahrens wird die zweite Alternative, nämlich das Hindurchleiten des Gasstromes durch die bereits angereicherte Lösung, die ja im Grunde auch ein Sonderfall des Gleichstromprinzips ist, bevorzugt, weil in diesem Fall das ganze System wirksamer gegen Explosionsgefahr gesichert werden kann, welche auftreten kann, wenn das zugeführte Gas Wasserstoff oder andere Komponenten enthält, die mit Chlor ein explosives Gemisch bilden.

In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Absorption in drei aufeinanderfolgenden Stufen, wobei nicht mehr als

5% der Gesamtmenge der rückgeführten regenerierten Lösung durch die letzte Absorptionsstufe geführt werden, welche bei einer beträchtlich niedrigeren Temperatur als die vorhergehenden Stufen gehalten wird, und wobei der Hauptstrom der regenerierten Lösung nacheinander durch die zweite und die erste Absorptionsstufe geleitet wird.

Die Erfindung sei an Hand der Zeichnung erläutert, welche zwei Einrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch zeigt.

In der Einrichtung gemäß der F i g. 1 wird der durch Leitung 1 zugeführte Chlorgasstrom zunächst durch Puffergefäß 2 geführt, bevor der Gasstrom durch Leitung 3 in das Einperlgefäß 4 eingeleitet wird, welches das erste Absorptionsgefäß ist und welchem die gebildete reichhaltige Chlorlösung auf konstanter Höhe gehalten wird.

Der Teil des Gases, welcher nicht absorbiert worden ist, fließt durch Leitung 5 nach Gefäß 6, welches das zweite Absorptionsgefäß ist und welchem ebenfalls eine konstante Flüssigkeitshöhe aufrechterhalten wird. Das aus der zweiten Stufe abgezogene Gas wird durch Leitung 7 in Gefäß 8 eingeführt, welches in dieser Ausführungsform die dritte und letzte Absorptionsstufe ist. Das Restgas, welches nicht absorbiert worden ist, wird durch Leitung 9 abgezogen.

Das Lösungsmittel, beispielsweise Tetrachlorkohlenstoff, welches von dem mit 10 bezeichneten Destillationsabschnitt kommt und welches noch eine bestimmte Menge an Chlor enthalten kann und daher als die »arme Lösung« bezeichnet wird, wird durch Leitung 11 zugeführt. Eine davon abzweigende Leitung 12 führt eine kleine Menge des Lösungsmittelstroms zum letzten Absorptionsgefäß 8. Die in diesem Gefäß gebildete Lösung wird durch eine Überlaufleitung 13 nach Leitung 14 geführt, durch welche der Hauptstrom der armen Lösung geht und zusammen mit diesem Hauptstrom dem zweiten Absorptionsgefäß 6 zugeführt.

Die in diesem Gefäß gebildete Lösung fließt durch Überlaufleitung 15 zu dem ersten Gefäß 4, in welchem' der. Chlorgehalt des Flüssigkeitsstroms weiter erhöht wird. Die gebildete reiche Lösung verläßt Gefäß 4 durch Überlaufleitung 16 und wird durch Puffergefäß 2, Leitung 17, Pumpe 18 und Leitung 19 zum Destillationsabschnitt geleitet, in welchem die Lösung in die arme Lösung, welche durch Leitung 11 zurückgeführt wird, und (wasserdampfhaltiges) Chlorgas aufgeteilt wird, welches kondensiert und durch Leitung 20 als flüssiges Chlor abgezogen wird.

Ventile 21 und 22 sind in den Leitungen 12 bzw. 14 angeordnet, um den abgezweigten Strom und den Hauptstrom der rückgeführten armen Lösung zu regeln.

Die drei Absorptionsgefäße sind mit Kühlvorrichtungen ausgestattet, welche in Gefäß 4 als haarklammerähnliches Kühlrohr 23, in Gefäß 6 als Kühlschlange 24 und am Gefäß 8 als Kühlmantel 25 gezeigt sind.

Die Einrichtung gemäß F i g. 2 besitzt vier Absorptionsstufen, wovon die beiden ersten durch den Hauptstrom des Lösungsmittels durchwandert werden. Wie in F i g. 1 ist der Hauptstromkreis durch starke Linien angezeigt. Das gasförmige Chlor wird durch Leitung 26 zugeführt und durchläuft nacheinander den Gleichstromabsorber 27, Leitung 28, Puffergefäß 29, Leitung 30, einen zweiten Gleichstromabsorber 31, Leitung 32, Gegenstromabsorber 33, Leitung 34 und einen letzten Absorber 35, in welchem eine konstante Flüssigkeitshöhe aufrechterhalten wird. Das nicht absorbierte Restgas wird durch Leitung 36 abgezogen.

Auch in dieser Ausführungsform ist der Destillationsabschnitt 37 sehr schematisch angedeutet. Die darin abgetrennte arme Lösung wird durch Leitung 38 zum Absorptionsabschnitt der Einrichtung zurückgeführt. Ein Teil des Lösungsmittels wird durch die abgezweigte Leitung 39 dem letzten Absorber zugeführt. Die darin gebildete Lösung wird durch Überlaufleitung 40 nach Leitung 41 geführt, durch welche der Hauptstrom des Lösungsmittels geleitet wird. Eine zweite abgezweigte Leitung 42 führt einen anderen Teil des Lösungsmittels zum Absorber 33, und die hieraus abgezogene Lösung wird durch Leitung 43 zum Hauptstrom geführt. Dieser Hauptstrom, zusammen mit den in den Absorbern 35 und 33 gebildeten und mit dem Hauptstrom kombinierten Lösungen, wird in der gleichen Richtung wie der Gasstrom durch die Absorber 31 und 27 geleitet.

Die Flüssigkeitsleitung, weiche zweiten und ersten Absorber miteinander verbindet, ist mit 44 bezeichnet, und die Leitung, durch welche Flüssigkeit aus dem ersten Absorber abgezogen wird, ist mit 45 bezeichnet. Die letzte Leitung führt die erhaltene reiche Lösung dem Puffergefäß 29 zu, aus welchem die Lösung durch Leitung 46, Pumpe 47 und Leitung 48 zum Destillationsabschnitt 37 geführt wird. Die Leitung zum Abziehen des verflüssigten Chlors ist mit 49 bezeichnet. Ventile 50, 51 und 52 dienen zur Regelung der abgezweigten Ströme und des Hauptstromes der rückgeführten armen Lösung.

Bei dieser Ausführungsform sind die ersten drei Absorber Filmabsorber, in welchen das Lösungsmittel längs der Innenwandung von Rohrleitungen fließt, welche von außen gekühlt sind. Wie bereits oben erwähnt, besitzt der letzte Absorber 35 die Form eines Gefäßes, in welchem eine konstante Flüssigkeitshöhe aufrechterhalten wird. Das Gefäß ist mit einem Mantel umgeben, durch welchen ein Kühlmittel geführt wird.

Beispiel

41,4 Mol/sec Elektrolysegas (98%iges Chlor) mit einem Druck von 3 ata werden durch Leitung 1 einer Einrichtung gemäß Fig. 1 zugeführt. Das Gas enthält 39 Molteile je Million Molteile Wasserdampf. Aus dem ersten Absorber 4, in welchem eine Temperatur von 25° C aufrechterhalten wird, werden 9,05 Mol/sec Gas mit einem Gehalt an 118 Molteilen je Million Molteile Wasserdampf durch Leitung 5 abgezogen, während die gebildete Lösung, welche aus 65 Molprozent Tetrachlorkohlenstoff und 35 Molprozent Chlor besteht und 11,0 Molteile je Million Molteile Wasser enthält, durch Leitung 16 in einer Menge von 145,0 Mol/sec abgezogen wird.

Diese Lösung wird im Destillationsabschnitt 10 in 40,25 Mol/sec flüssigen Chlors mit einem Gehalt an 39,6 Molteilen je Million Molteile Wasser und 104,75 Mol/sec einer wasserfreien Lösung aufgeteilt, welche noch 10 Molprozent Chlor enthält. Von dieser Lösung werden 14,95 Mol/sec dem letzten Absorber 8 zugeleitet, welcher bei -40° C gehalten wird, während 89,8 Mol/sec direkt durch Leitung 14 zum zweiten Absorber 6 geleitet werden, und zwar zusammen mit 15,9 Mol/sec der Lösung, welche durch Leitung 13 vom letzten Absorber abgezogen wurde und 13,8 Molteile je Million Molteile Wasser enthält.

Der kombinierte Flüssigkeitsstrom wird in dem bei 25° C gehaltenen Absorber 6 mit den 9,05 Mol/sec Gas aus Leitung 5 in Berührung gebracht, wodurch 6,95 Mol/sec Chlor bis jetzt absorbiert werden. Die

erhaltene angereicherte Lösung (112,65 Mol/sec) mit einem Gehalt an 9,4 Molteilen je Million Molteile Wasser wird durch Leitung 15 zum ersten Absorber 4 geführt, und 2,10 Mol/sec Gas, welches nicht absorbiert worden ist und welches 112 Molteile je Million Molteile Wasserdampf enthält, wird durch Leitung 7 zum letzten Absorber 8 geführt. Aus diesem Absorber werden 1,15 Mol/sec Restgas mit einem Gehalt an 12 Molteilen je Million Molteile Wasserdampf abgezogen.

Sogar bei der in der letzten Absorptionsstufe verwendeten niedrigen Kühltemperatur von —40⁰C erreicht der Wassergehalt in der Einrichtung nirgendwo die Löslichkeitsgrenzen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zürn Reinigen von Chlor durch Absorption und Desorption in einem Lösungsmittel und anschließender Verflüssigung, wobei eine geringe Mengen an Verunreinigungen einschließlich Wasserdampf enthaltender Chlorgasstrom in einer eine Anzahl von Stufen enthaltenden Absorptionszone derart mit dem Lösungsmittel in Berührung gebracht wird, daß mindestens die Hälfte des ursprünglich vorhandenen Chlors in der in Gasströmungsrichtung ersten Stufe aus dem Gasstrom absorbiert, die gebildete angereicherte Chlorlösung zur Desorption des Chlorgases in einer Destillationszone erhitzt, das desorbierte Chlorgas verflüssigt und die zurückbleibende regenerierte Lösung zur Absorptionszone zurückgeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Absorption in der ersten oder der ersten und zweiten Stufe nach dem Gleichstromprinzip oder durch Hindurchleiten des Gasstromes durch eine im wesentlichen bei konstanter Höhe gehaltene Menge der sich bildenden angereicherten Lösung durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Absorption in drei aufeinanderfolgenden Stufen erfolgt, wobei nicht mehr als 5% der Gesamtmenge der rückgeführten regenerierten Lösung durch die letzte Absorptionsstufe geführt werden, welche bei einer beträchtlich niedrigeren Temperatur als die vorhergehenden Stufen gehalten wird, und wobei der Hauptstrom der regenerierten Lösung nacheinander durch die zweite und die erste Absorptionsstufe geleitet wird.