JP2013521211A - 三塩化窒素を含有する液体塩素の処理方法 - Google Patents

Abstract

クロルアルカリプラントに由来する三塩化窒素を含有する液体塩素の流送物を処理する方法。液体流送物は、該流送物が蒸発される気化器に受け取られて、塩素ガスおよび三塩化窒素ガスとなる。ガス流送物は、例えば、過熱器又は触媒床にて三塩化窒素ガスを破壊することにより処理される。処理されたガス流送物は、クロルアルカリプラントの塩素製造の一連の流れに再利用される。この処理工程は、三塩化窒素を分解するための有機溶媒の使用、およびさらなる操作を要する不用流出物の生成を回避することができる。

Description

本発明は、塩素製造工程、例えば、クロルアルカリ製造工程からの三塩化窒素を含有する液体塩素の流送物の処理に関する。

塩素の工業的生産では、少量の副産物である三塩化窒素（ＮＣｌ_３）が生成される。クロルアルカリ製造工程において、その生成量は、工程に供給された塩の中に存在するアンモニアの量に比例する。窒素は、クロルアルカリのセル室から出る製品塩素に付随する。多くの場合、塩素の圧縮及び液化よりも前に吸収ステップ、例えば、塩素洗浄装置（塩素スクラバー）にて、製品塩素から窒素が除去される。この洗浄ステップにおいて、三塩化窒素は、新しい清浄な製品塩素に吸収され、スクラバーから押し出されてから、四塩化炭素、即ちクロロホルムが入った三塩化窒素分解装置と称される貯蔵タンクへと導入される。分解装置では、溶媒が塩素の沸点より高い温度に維持される。液体塩素が温溶媒に接触すると、液体塩素は塩素スクラバーの中へ瞬時に戻り、一方で三塩化窒素は溶媒により吸収される。分解装置における条件は、三塩化窒素が徐々にかつ安全に分解するように選択される。やがて、タールおよび他の不純物が溶媒中で増大すると、溶媒を定期的に交換する必要があり、また、処分されるべき不用流出物が生じる。

規制上の制約および製品品質の両方の理由から（即ち、最終製品の塩素中の有機物含量を低減するために）、塩素製造の一連の流れにおいて四塩化炭素およびクロロホルムのような溶媒の使用を回避することが望ましい。

四塩化炭素溶媒またはクロロホルム溶媒を使用せずに三塩化窒素を処分する方法は、ファーガソン（Ferguson）らの特許文献１に記載されている。同文献では、乾燥塔からの塩素ガスを、圧縮ステップおよび液化ステップの上流で塩酸と接触させる。しかしながら、この処理工程では、処分されるかまたは他の場所で使用されなければならない酸性の不用流出物が生成されてしまう。

四塩化炭素またはクロロホルムのような有機溶媒を使用せず、かつ不用流出物が生成されずに塩素流送物から取り出された三塩化窒素を処分するための改良された処理工程を提供することが望まれている。

米国特許第３，５６８，４０９号明細書

四塩化炭素またはクロロホルムのような有機溶媒を使用せずに、かつ不用流出物が生成されずに塩素流送物から取り出された三塩化窒素を処分するための改良された処理工程を提供することが望まれている。

本発明は、塩素製造工程の塩素製造の一連の流れからの三塩化窒素汚染物を含有する液体塩素を含む流送物を処理するための方法を提供する。該液体流送物が気化されると、三塩化窒素の分解により塩素ガス及び三塩化窒素ガスが生成されて、それらを含む流送物が生成される。ガス流送物は、溶媒又は液体化学薬品を使用することなく三塩化窒素ガスを破壊することによって処理され、窒素ガスを伴った塩素ガスを含む流送物が生成されて、その流送物が塩素製造の一連の流れに再利用される。

本発明は、更に、塩素生産の一連の流れからの三塩化窒素を含有する液体塩素を含む流送物を処理するための装置を提供する。該装置は塩素気化器を備え、塩素気化器は、液体流送物のための導入口と、導入口の下流に設けられた沸騰区画とを有している。該装置は、沸騰区画の下流にある三塩化窒素ガスを破壊するための手段と、窒素破壊手段から生じた塩素ガス及び窒素ガスを含む流送物を塩素製造の一連の流れに再利用するための手段とを有している。

本発明の上記およびその他の特徴は、以降の説明および特定の実施形態の図面から明白となろう。

三塩化窒素が触媒床を使用して破壊される本発明の処理工程の第１の実施形態を示す概略図。 三塩化窒素が過熱器を使用して破壊される処理工程の第２の実施形態を示す概略図。

以降の説明および図面において、対応する要素および類似の要素は同じ参照数字によって言及される。
図１に示すように、塩素気化器２０は、クロルアルカリプラントの塩素製造の一連の流れ２４から、三塩化窒素を含有する液体塩素の流送物（流送物２２）を受け取る。塩素製造の一連の流れ２４は、塩水の電気分解によって塩素ガスが製造されるクロルアルカリのセル室１０を有している。塩素スクラバー１１は、セル室からガス状塩素流送物１２を受け取り、また液体塩素流送物１３を受け取る。クロルアルカリのセル室１０と塩素スクラバー１１との間に通常は存在する他のユニット作業は、図示されていない。スクラバーからのガス状塩素流送物１４は、圧縮機１５に供給されてから、液化される。塩素スクラバー１１の底部からは、三塩化窒素を多く含む液体塩素（流送物１６）が貯蔵タンク１７に供給され、タンクから流送物２２が気化器２０へと送られる。別例として、三塩化窒素を多く含む液体塩素を、いかなる貯蔵タンクも使用せずにスクラバー１１から気化器２０へと直接供給してもよい（流送物１６Ａ）。一般に、流送物２２は、５０ｐｐｍ以上の三塩化窒素を、または２００ｐｐｍより多くの三塩化窒素を有している。

気化器２０は、三塩化窒素ガスを伴って塩素ガスを含む流送物４０を生成する。この流送物は、三塩化窒素を破壊するための１つ以上のユニット作業へと送られる。三塩化窒素破壊ステップから出るガス、即ち、塩素ガス及び窒素ガスは、クロルアルカリ生産工程の塩素製造の一連の流れに再利用される。該生産工程は、三塩化窒素を処理するための不用流出物の生成、または他の化学薬品や溶媒の添加を回避することができる。三塩化窒素を破壊するステップは、様々な方法で行なうことができる。図１の実施形態に示すように、気化器２０で生成されたガスは、三塩化窒素が破壊される触媒床５４に送られてもよい。触媒床は、例えば、三塩化窒素を破壊するための触媒としてＭｏｎｅｌ（商標）を含有してもよい。触媒床は、−４０〜３００℃の範囲の温度、５×１０^４〜１×１０^７Ｐａ（０．５〜１００バール）の範囲の圧力、および０．１秒〜５分の範囲の滞留時間で操作されてもよい。

触媒床から出る塩素ガス及び窒素ガスを含むガス流送物５２は、塩素製造の一連の流れ２４に再利用される。
触媒床の使用に代えて、気化器で蒸発したガス混合物を過熱器に導入してもよい。また、過熱器は、気化器ユニットの一部であってもよく、又は気化器ユニットとは別体であってもよい。図２の実施形態において、気化器２０は、沸騰区画３６の下流に過熱器区画３０を備えている。過熱器の操作条件は、三塩化窒素のほぼ完全な破壊を達成するように選択される。過熱器の平均操作温度は３０°〜３００℃の範囲、操作圧は５×１０^４〜１×１０^７Ｐａ（０．５〜１００バール）の範囲、および滞留時間は０．５秒〜５分の範囲であってもよい。別例として、平均操作温度は３５°〜２５０℃の範囲、操作圧は大気圧〜９×１０^６Ｐａ（９０バール）の範囲、および滞留時間は１秒〜３分の範囲であってもよい。

過熱器から出る塩素ガス及び窒素ガスを含むガス流送物５２は、クロルアルカリ生産工程の塩素製造の一連の流れ２４に再利用される。
任意選択で、該処理工程は、三塩化窒素を破壊するために過熱器および触媒床の両方を使用してもよい。触媒床は、個別のユニットよりはむしろ、気化器の過熱器区画の内部に設けられてもよい。

任意選択で、三塩化窒素破壊ステップ（例えば、過熱器３０または触媒床５４）から出るガスは、図１及び図２に示すように、塩素製造の一連の流れに戻って再利用される前に、温度調節ステップ５６に送られてもよい（流送物６０）。これにより、約８０°〜１２０℃の温度である三塩化窒素破壊ステップから出るガス流送物の温度が、約−３５℃の温度である塩素の一連の流れへ導入するためのより低い温度へと低下させられる。

本発明について様々な実施形態によって説明してきたが、本発明がこれらの実施形態に限定されることは意図されない。本発明の範囲内の様々な改変形態は当業者には明白であろう。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって定義される。

Claims (17)

1. 三塩化窒素を含有する液体塩素を含む流送物を処理する方法であって、
   （ａ）塩素製造工程の塩素製造の一連の流れから、三塩化窒素を含有する液体塩素を含む流送物を受け取るステップと、
   （ｂ）ステップ（ａ）の流送物を気化して、塩素ガス及び三塩化窒素ガスを含む流送物を生成するステップと、
   （ｃ）ステップ（ｂ）の流送物中の三塩化窒素を破壊して塩素ガス及び窒素ガスを含む流送物を生成するように処理するステップと、
   （ｄ）ステップ（ｃ）によって生成された流送物を、塩素製造の一連の流れに再利用するステップと
   を備える方法。
2. 請求項１記載の方法において、
   前記塩素製造工程は、クロルアルカリ生産工程からなる方法。
3. 請求項１又は２記載の方法において、
   ステップ（ｃ）は、ステップ（ｂ）の流送物を、５×１０^４〜１×１０^７Ｐａ（０．５〜１００バール）の範囲の圧力で、滞留時間を０．５秒〜５分の範囲として、３０〜３００℃の範囲の温度に加熱するステップからなる方法。
4. 請求項３記載の方法において、
   前記温度は３５〜２５０℃の範囲であり、前記滞留時間は１秒〜３分の範囲である方法。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法において、
   ステップ（ｃ）は、過熱器において行われる方法。
6. 請求項１又は２記載の方法において、
   ステップ（ｃ）は、ステップ（ｂ）の流送物を、三塩化窒素を破壊する触媒を含有する触媒床に導入するステップからなる方法。
7. 請求項６記載の方法において、
   前記触媒床は、−４０〜３００℃の範囲の温度および５×１０^４〜１×１０^７Ｐａ（０．５〜１００バール）の範囲の圧力で、０．１秒〜５分の範囲の滞留時間操作される方法。
8. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法は、更に、
   ステップ（ｃ）の後に、ステップ（ｃ）の流送物の温度を調節するステップを備える方法。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法において、
   ステップ（ａ）の流送物は、５０ｐｐｍより高い三塩化窒素濃度を有する方法。
10. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法において、
    ステップ（ａ）の流送物は、２００ｐｐｍより高い三塩化窒素濃度を有する方法。
11. 請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法において、
    いかなる不用流出物も生産されず、またいかなる三塩化窒素処理用化学薬品も添加されない方法。
12. 三塩化窒素を含有する液体塩素を含む流送物を処理するための装置であって、
    （ａ）塩素気化器と、
    （ｂ）塩素製造工程の塩素製造の一連の流れから、三塩化窒素を含有する液体塩素を含む流送物を気化器の中に受け入れるための導入口と、
    （ｃ）導入口の下流に設けられる気化器の沸騰区画と、
    （ｄ）沸騰区画の下流に設けられて三塩化窒素を破壊するための破壊手段と、
    （ｅ）三塩化窒素を破壊するための破壊手段からの塩素ガス及び窒素ガスを含む流送物を、塩素製造の一連の流れに再利用するための手段と
    を備える方法。
13. 請求項１２記載の装置において、
    前記再利用するための手段は、前記破壊手段を塩素製造の一連の流れに作動可能に連結するための管路を備えている装置。
14. 請求項１２又は１３記載の装置において、
    前記破壊手段は、過熱器からなる装置。
15. 請求項１４記載の装置において、
    前記過熱器は、気化器の過熱区画からなる装置。
16. 請求項１２記載の装置において、
    前記破壊手段は、触媒床からなる装置。
17. 請求項１２記載の装置において、
    前記破壊手段は、過熱器及び触媒床の両方からなる装置。

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