JP2016523695A - 分画による原料ガスの精製方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、分画による原料ガス精製方法に関する。とりわけ、本発明は、塩素ガスから臭素を除去するための方法に関する。

Description

本発明は、分画による原料ガスの精製方法に関する。とりわけ、本発明は、塩素ガスから臭素を除去するための方法に関する。

化学製品を製造するために原料ガスを使用する場合、それぞれの原料ガスに課された純度要件は一般に製品ごとに異なる。

例えば、塩素はイソシアネート又はポリカーボネートの製造に際して原料として用いられる。通常、塩素は臭素で汚染されているが、ある特定のイソシアネートを製造する場合には、臭素を塩素からほぼ完全に除去する必要がある。臭素と塩素とを互いに分離するのは困難であるため、この除去に要する手間は甚大である。

他方、ポリカーボネートの製造方法は一般に塩素中の臭素含有量に関してより寛容である。化学的サイトにおいて、塩素は通常、一般的な原料供給源（例えば原料貯蔵タンク）から供給され、これはパイプのネットワークを介してサイト全体を付与する。故に、塩素を精製する手間は、塩素に付された最も高い純度要件を有する製品に合ったものでなければならない。

より臭素に寛容な方法に関し、この方法にもクリーンな塩素が供給されるため、それに応じて不必要に高い費用が生じる。更に、原料である塩素の一部は、分離した臭素と共に廃棄され、その結果、原料損失が生じる。

原料である塩素の精製過程では、電解法から得られる塩素が大抵の場合には高沸点混入物質として三塩化窒素（ＮＣｌ_３）を含有することに更に留意すべきである。ＮＣｌ_３は比較的高濃度で自然分解傾向を有する爆発性物質であるので、当該塩素中のその最大濃度を安全に制限する必要がある。爆発性物質は、本発明の意味においてはＮＣｌ_３であり、またＧＨＳコードＧＨＳ０１（国連が採用するＧＨＳ：化学品の分類及び表示に関する世界調和システム（Globally Harmonized System of Classification and Labelling of Chemicals））を有する全ての物質及び／又は欧州危険物国際道路輸送協定（the European Agreement concerning the International Carriage of Dangerous Goods by Road）（ＡＤＲ）に従ったクラス１及び／又は５．２の危険性物質である。特に、爆発性物質は、本発明の意味において、精製すべき原料と比べて高沸点である、即ち、それ以外の点では同じ条件下でより低い蒸気圧を有する上述の物質のものである。

塩素を精製するための蒸留による分画の過程において、ＮＣｌ_３を高沸点成分としてその低い蒸気圧に従ってカラムの底部で臭素と共に富化する。次いで、カラムのヘッド部で臭素リーンな低沸点塩素留分を抽出する。

ここで、底部画分に対する需要が低い場合、分画は、少量の底部ストリーム及びそれに応じて大量のヘッド部ストリームが生じるように設計される。しかしながら、これは同時に、底部画分中のＮＣｌ_３の割合が上昇し、安全性のリスクを構成する範囲に入る可能性があることを意味する。

ここで、同様にガス状で底部画分を提供したい場合、上述の画分を蒸発させる必要がある。この蒸発過程では、より低い沸点を有する成分が最初に気相に移り、高沸点成分が最初に液相に残存する。本方法において、ＮＣｌ_３は、残存する液相中で更に富化されるので、安全性のリスクが更に高まる。

その過程で臭素を除去する多数の塩素精製方法が最新技術から知られている。

例えば、ＥＰ１９４７０５４Ａ１には、塩素から臭素を分離することが開示されており、塩素ガスストリームは洗浄カラムを通って下から上方へ案内され、ここで、頂部に充填された液体塩素が上述のストリームに向かって滴り落ちる。底部に供給されたストリームと頂部に充填されたストリームは、１／１〜１／０．３の比でなければならない。本方法は、塩素ガスの精製された臭素リーンストリーム及び塩素の液体臭素リッチストリームの生成に適用可能であり、これら２つのストリームの質量−流量比は非常に制限される。故に、上述の方法は、現代の化学的サイトの柔軟性要件には適さない。加えて、どのようにガス状ストリームを液体ストリームから生成することができるかに関する記載はない。この本来些細な工程は、厳しい安全性要件のために極めて綿密であり、適切に設計する必要がある。

ＷＯ２０１１／０５８０６９Ａ２は、塩素ストリームの蒸留精製方法を開示している。本方法では、精製されたストリームとしての２０ｐｐｍ未満の臭素を含むガス状塩素及び液状の臭素含有塩素ストリームも生成される。本方法は、パイプラインや外部凝縮器に対する手間が低減されるように設計されている。更に、液体塩素、臭素及びＮＣｌ_３のホールドアップも同時に低減されるため、更なる安全性が得られる。

しかしながら、ＷＯ２０１１／０５８０６９Ａ２には、底部に供給された塩素ストリームと頂部に充填された塩素ストリームとの比に関する限定も、液状塩素ストリームを任意にガス状塩素ストリームに変換できるのかどうか、又はどのように変換できるのかも開示されていない。

ＷＯ２００４／０１８３５５Ａ１は、塩素ガスから臭素を分離するための方法及び装置を開示している。ガスを蒸留カラム内に送り、そこから精製された塩素ガスストリームをヘッド部生成物として取り出す。精製されたガスストリームを圧縮し、その後凝集器内に案内し、部分的に液化する。凝縮器は、蒸留カラムの底部蒸発器と熱的に一体化している。カラムからの液状の臭素リッチな底部ストリームを後続の蒸発器内にパージするか又は送り、蒸発させる。

この蒸発器からのガス状ストリームを第２蒸留カラムで更に精製する。後者から、高臭素含有液体ストリームが底部蒸発器から排出される。ヘッド部でガスストリームが流出し、それを最初のカラム内へ戻す。

しかしながら、ＷＯ２００４／０１８３５５Ａ１は、ＮＣｌ_３含有塩素ストリームの蒸発と関連する特殊な安全性の問題を扱ってはいない。

最新技術の欠点から考えを進めた結果、原料ガスから原料ガスよりも高沸点の望ましくない成分を除去する方法、すなわち、最新技術の欠点を克服する方法を利用可能にするという目的が生じる。とりわけ、本発明による方法の場合、最新技術に比べて精製の手間が低減され、１又は数種の爆発性物質の富化により、結果として原料ガスストリームが混入物質を豊富に含んでしまうという安全性の問題が回避されるものである。

この目的は請求項１の特徴を備える方法によって達成される。更に、好ましい構成は従属請求項に見られる。

図１は、本発明の第１実施形態による方法を説明する図である。 図２は、本発明の第２実施形態による方法を説明する図である。 図３は、最新技術の方法を説明する図である。

すなわち、本発明は以下の方法を提供する：
原料を高純度ガスストリームと低純度ガスストリームとに分割（split up）する分画（fractionation）により、原料から混入物質を除去する方法であって、混入物質が原料よりも高い沸点を有し、混入物質の少なくとも１つが爆発性物質であり、以下の工程：
Ｉ．ａ）第１蒸発器内で原料を完全に蒸発させて原料ガスを発生させる工程、
ｂ）第１蒸発器内で原料を部分的に蒸発させて原料ガスを発生させる工程、又は
ｃ）供給源からの原料ガスを利用可能にする工程、
ＩＩ．洗浄カラム内に原料ガスを導入する工程であって、洗浄カラム内で混入物質の含有量を減少させるための洗浄液が前記ガスに向かって滴り落ちる（trickle）工程、
ＩＩＩ．このように精製された原料ガスを洗浄カラムのヘッド部で取り出して部分的に凝縮する工程であって、凝縮物を洗浄液として洗浄カラムのヘッド部に向かって戻し、残りの原料ガスを洗浄カラムから流出させ、前記ガスが工程Ｉの原料ガスよりも低含有量の混入物質を呈する工程、
ＩＶ．洗浄カラムの底部で洗浄液を液体ストリームとして流出させる工程であって、洗浄液が工程ＩＩよりも高含有量の混入物質を呈する工程、
Ｖ．水平管を備えた第２蒸発器のシェル側に上から洗浄液を導入する工程であって、洗浄液がそこで第２蒸発器の管束内に進入し、かつ、第２蒸発器の底部に到達する前に蒸発する工程、
ＶＩ．洗浄液から生成した蒸気と、まだ蒸発していない洗浄液とを並流に誘導する工程、
ＶＩ．ａ．任意に、本発明の好ましい実施形態では、洗浄液から生成した蒸気をバッフルによって方向転換させる工程であって、前記蒸気がそれにより前記バッフルの他方側にある第２蒸発器内を再び流動する工程、
ＶＩＩ．洗浄液から生成した蒸気を第２蒸発器から（工程ＶＩ．ａを包含する好ましい実施形態では、第２蒸発器の頂部で）、ガスストリームとして流出させる工程であって、前記ガスが工程Ｉの原料ガスよりも高含有量の混入物質を呈する工程
を含む、方法。

代替工程Ｉ．ｃ）では、工程ＩＩで用いる原料ガスは、第１蒸発器とは異なる供給源、例えば、供給源としての原料ガス貯蔵部、から生じる。このような供給源の更なる例は、原料ガスの製造方法であり、原料ガスが塩素の場合には、例えば、塩素−アルカリ電解又はディーコン法である。これらの場合、第１蒸発器はもはや不要である。

洗浄液から生成した蒸気と第２蒸発器内のまだ蒸発していない洗浄液との並流誘導も、蒸発器の底部に配置されたガス出口によって、又は、垂直に配置された管（ここで、蒸発器の底部にガス出口を配置することによって、生成した蒸気と洗浄液とを同時に上から下へとストリームへと強制的に移動させる）によって得ることができる。

これに関連して、用語「精製」は、本発明の意味において、混入物質の含有量の低減であると理解される。

とりわけ、原料の場合には塩素の問題であり、混入物質の場合には臭素及びＮＣｌ_３の問題であるが、本方法はこれらの物質に制限されない。

分画により原料ガスを精製するための本発明の方法により、混入物質の含有量が低い原料ガスの精製ストリーム、及び、混入物質の含有量がより高い原料ガスの更なるストリームが、本発明による分画によって生成される。本発明による分画は、二段階蒸発によって達成される。

二段階蒸発によって、原料ガス全体を精製する必要がないために精製の手間が低減される。加えて、本発明の方法は、混入物質の含有量が低い原料ガスの、混入物質の含有量が高い原料ガスとの幅広い質量−流量比をカバーする。更に、本発明の方法は、工程Ｉからの原料ガスを、要件に応じて、工程ＩＩＩによる非常に大量の精製原料ガスと、工程ＶＩＩによる比較的高い混入物質の含有量を有する相応して少量の原料ガスに分割することができるため、非常に柔軟性がある。混入物質の含有量が低い原料ガスストリームの、混入物質の含有量が高い原料ガスストリームとの比は、０．１〜１００、好ましくは０．１〜１０の範囲内にあり得る。この高い柔軟性の原因は、第２蒸発器の動作態様にある。その理由は、洗浄液の蒸気とまだ蒸発していない洗浄液との並流誘導によって、爆発性物質の富化をそこで制御することができるためである。更に、混入物質の含有量が高い原料ガスストリーム中での爆発性物質の富化によって生じる安全性の問題がそれにより回避される。

本発明による分画によって、原料を２つの等級に分けることができる：混入物質の含有量が低いもの、及び、混入物質の含有量がそれよりも高いもの。これに関連して、２つの画分のサイズは、対応する製造方法の原料に対する需要に合ったものである。

本発明の第１実施形態では、液状の汚染された原料を原料貯蔵タンクから取り出し、第１蒸発器に送り、この蒸発器内で完全に蒸発させて過熱する。当該方法のこの段階では、分画は起こらない。

その後、今やガス状であってまだ汚染されている原料を洗浄カラムの下部に送り、ここで洗浄液としての液状原料がそれに向かって滴り落ちる（trickle）。洗浄カラムにはトレイ、又はランダムな或いは構造化されたパッキンが装備されていてもよい。ガス状の汚染原料全体を精製しない場合、その一部のみを洗浄カラム内に案内し、次いで、工程ＶＩＩによる混入物質の含有量がより高いガスストリームと混合した直後に、原料を分配するためのパイプのネットワーク内に残余分を移動させる。洗浄液は、一方でガス状原料を露点まで冷却し、他方で原料よりも沸点が高い混入物質の少なくとも一部を原料ガスストリームから取り込む。結果として、上述のストリームは、カラムを通って流動する過程で精製され、ガス状原料画分としてカラムのヘッド部で流出し、これにより、この原料画分中の混入物質の含有量が、洗浄カラムに進入する前の原料よりも再び低くなる。混入物質の含有量がより低い原料画分の一部を凝縮することによって、洗浄液として用いられる液状原料を生成することができ、カラムのヘッド部に充填することができる。結果として、凝縮器からガス状で流出する混入物質の含有量がより低い残りの原料画分が更に精製される。しかし、別法として、例えば上述の原料貯蔵タンクから洗浄液を別個の液状原料ストリームとして供給することも可能である。この場合、カラムヘッド部からの混入物質の含有量がより低いガス状原料画分、又は、凝縮器からガス状で流出する混入物質の含有量がより低い残りの原料画分を、復熱器内でガス状原料と熱的に一体化することができ、これがカラム底部に案内される。結果として、混入物質の含有量がより低い原料画分を過熱することができ、カラム内に進入するガス状原料を冷却することができる。これにより、洗浄液ストリームが減少し、よって、エネルギー的かつ経済的に有利な方法となる。復熱器をカラム内に一体化すると、その周辺機器を備えた洗浄カラムの構成に対する空間的要件と、従って投資費用とを更に低減することができる。

洗浄液を、混入物質の含有量が比較的高い液状原料画分としてカラムの底部から抽出し、上から第２蒸発器内に案内する。この蒸発器において、液体は、加熱された水平管の外側表面全体に滴り落ち、それにより蒸発する。しかし、垂直に配置された管の内側に滴り落ちることもある。蒸発器は、洗浄液の液状原料が蒸発器の底部に到達する前に完全に蒸発しているように設計されている。結果として、確実に、１又は複数の爆発性物質を非常に豊富に含む液状原料は、いずれの場所にもノーチェックで堆積することができず、安全性のリスクとなる。洗浄液からの蒸発原料は、まだ蒸発していない洗浄液と共に並流に案内され、それにより、更に、過剰な分画及び故にまだ蒸発していない液体中での爆発性物質の富化が、蒸気及び液体の起こり得る向流誘導によっては生じ得なくなる。

加熱された水平管を装備した装置内に並流を強制的に向かわせるために、バッフルを装置内に挿入するのが好ましい。結果として、蒸気は蒸発器の底部に誘導され、バッフルの周囲に送られ、次いでその他方側で管束を通って上方に流動し、過熱され、蒸発器の上側から出る。バッフルは好ましくは管束内に配置される、即ち、バッフルは間隙を有しており、その間隙を通って管が到達する。垂直に配置された管で装置を構成し、洗浄液及び蒸気が管内を上から下に流動する場合、蒸気は自動的に蒸発器の底部内に誘導され、次いで、底部にある吹出ノズル内に直接送られるか、又は再び管の別個の部分を通って上方に流動し、それにより、過熱され、装置の上側で外に出ることができる。

本発明の第２実施形態において、液状原料は同様に原料貯蔵タンクから取り出され、第１蒸発器内に送られるが、部分的に蒸発するにすぎない。この蒸発器に、蒸留カラムを直接取り付け、このカラム内で液状原料が蒸発した原料に向かって滴り落ちる。蒸留カラムにはトレイ、又はランダムな或いは構造化されたパッキンが装備されていてもよい。プラントの残りの構造は、本発明の第１実施形態に記載されたものと同じである。

できる限りエネルギーを節約した、故に資源を保存した様式で分画を操作するには、混入物質の含有量が比較的高いガス状原料の一部のみを洗浄カラム内に送ることが合理的であり得る。残余分は、第２蒸発器からの混入物質の含有量がより高い蒸発原料画分と当該残余分を混合する手段に直接バイパスし、次いで原料を分配するためにパイプのネットワーク内に送る。第２蒸発器からの原料画分は、混入物質の含有量がより高い残留ガス状原料と比べると、更なる装置を通って送られているので、本方法で生じる圧力損失を補償（compensate）する必要がある。この目的を達成するため、カラム底部と第２蒸発器の吹出ノズルの間のラインを使用する。カラムを第２蒸発器の上に配置することにより、カラム底部及び第２蒸発器の吹出ノズル間のパイプラインにおいて、圧力損失を補償する液体ヘッド部が形成され得る。

あるいは、圧力低下装置によって圧力を等化することも可能であり、この圧力低下装置は混入物質の含有量が比較的高いバイパスされた原料画分のためのライン内に組み込まれている。

あるいは、カラムヘッド部又は凝縮器出口からの混入物質の含有量が低い原料画分とガス状原料のバイパスされた部分を混合することも可能である。結果として、精製効果は相殺されるが、カラムのガス及び液体充填量（loading）を変化させない場合及び／又はカラムの精製効果が必要よりも大きい場合、これは合理的であり得る。

以下、本発明を例により説明するが、本発明はそれに限定されない。

実施例１
実施例１では、図１に基づいて本発明の第１実施形態による本発明の方法を説明する。即ち、液状原料が第１蒸発器内で完全に蒸発し、原料が塩素である方法である。

塩素の液体ストリーム１は、混入物質として臭素及びＮＣｌ_３を含有し、差込み管を装備した第１蒸気加熱式蒸発器２内に案内され、完全に蒸発して過熱され、そのとき蒸発した塩素のストリーム１（塩素ガスストリーム１に相当する）として蒸発器２から流出する。塩素ストリーム１の部分３（塩素ガスストリーム３に相当する）が最初に分かれる。蒸発した元の塩素ストリーム１の残余部分（塩素ガスストリーム４に相当する）を、復熱器５の管側に送る。塩素ガスストリーム１を、そのようにして塩素ガスストリーム３及び塩素ガスストリーム４に分割し、この塩素ガスストリーム４を復熱器内に送り、そこで、できる限りエネルギーを節約した、故に資源を保存した様式で分画が操作される。これは、可能な限り最も少ない量の洗浄液９で精製される塩素ガスストリーム４によってなされる。この量は、カラムから流出する臭素含有及びＮＣｌ_３含有洗浄液１２において安全上許容可能な最大濃度のＮＣｌ_３によって与えられる。復熱器５において、塩素ガスストリーム４が冷却され、この後、洗浄カラム６に到達し、ここで、戻り流９（洗浄液９に相当する）からの液体塩素がそれに向かって滴り落ちる。この洗浄液９中では、低揮発性成分である臭素及びＮＣｌ_３が富化される、つまり、洗浄液９中の混入物質の含有量が増大する。洗浄カラム６及び復熱器５を互いに直接取り付けることは、投資費用に関して特に経済的な解決策となる。それらはチムニートレイ２１によって互いに分離されている。復熱器からの塩素ガスストリーム４は、チムニーを通ってカラムに進入し、滴り落ちた洗浄液９をトレイから抽出する。物質移動を改善するために、洗浄カラムには、ランダムな或いは構造化されたパッキン又はトレイが装備されている。上述のカラムは、必要な仕様に従って蒸気ストリームから臭素を除去するように設計されている。塩素ガスストリーム７としての蒸気は、ヘッド部で洗浄カラムから出る。凝縮器８において、塩素ガスストリーム７の部分９を凝縮し、戻り流又は洗浄液９として再び洗浄カラムに向かって移送する。凝縮器８での凝縮によって、塩素ガスストリーム７の非凝縮部分１０（塩素ガスストリーム１０に相当する）の更なる精製が行われる。この塩素ガスストリーム１０は、復熱器５のシェル側に案内され、管内を流動する塩素ガスストリーム４によって過熱され、必要な仕様に従って塩素ガス画分１１として次の方法に利用可能とされ、塩素ガスストリーム１と比べて低含有量の臭素及びＮＣｌ_３を呈する、つまり、塩素ガスストリーム１と比べて含まれる混入物質がより少ない。

臭素含有及びＮＣｌ_３含有洗浄液１２は、洗浄カラム底部のチムニートレイ２１上に収集され、そこで流出する。塩素との混合物中のＮＣｌ_３は明らかに臭素よりも揮発性が低いため、ほぼ全てのＮＣｌ_３が塩素ガスストリーム１から出て洗浄液１２へと進む。臭素含有及びＮＣｌ_３含有洗浄液１２を、パイプラインを介して第２の蒸気加熱式蒸発器１４へと案内する。洗浄カラムは、第２蒸発器よりも上に配置されているので、チムニートレイ２１と第２蒸発器１４は高さに差がある。故に、接続パイプラインは垂直片１３からなり、更なる片によってカラム及び第２蒸発器１４へ繋がっている。臭素含有及びＮＣｌ_３含有洗浄液１２は、蒸発器１４内で蒸発し、臭素リッチ塩素ガス１５、つまり、塩素ガスストリーム１よりも高含有量の臭素を含む塩素ガスとして流出する。

分画操作を省エネルギーで行うために、臭素リーン及びＮＣｌ_３リーンな塩素ガス１１の、塩素ガスストリーム１と比べて低含有量の臭素及びＮＣｌ_３を呈する部分が大きく、臭素含有及びＮＣｌ_３含有洗浄液１２の、臭素及びＮＣｌ_３が富化された部分が小さいため、ＮＣｌ_３は少量の臭素リッチ及びＮＣｌ_３リッチ洗浄液１２中でほぼ完全に富化されており、結果として安全性のリスクが高まる。臭素含有及びＮＣｌ_３含有洗浄液１２が形成するこの液体塩素ストリームが蒸発すると、蒸発が完了するまで存在する液相中のＮＣｌ_３濃度は更に高くなる。その理由は、高沸点成分としてのＮＣｌ_３が優先的に液体中に残るからである。故に、装置１４での蒸発過程において、以下に記載される特殊な安全対策が取られる。

臭素含有及びＮＣｌ_３含有洗浄液１２は、上から蒸発器１４内に案内され、そこでまず穴あきプレート１６に衝突し、洗浄液１２のストリームが蒸発器の管束１７全体に広がる。管束１７は、ストリーム全体が蒸発器の底部１８に到達する前に、既に蒸発しているように設計されるものである。結果として、確実に、高いＮＣｌ_３濃度及び比較的大量のＮＣｌ_３含有液体が同じ場所で生じなくなる。よって、蒸発過程での安全性のリスクはかなり低減される。ノーチェックの向流による過剰なＮＣｌ_３富化を防止するために、蒸発したストリームを、バッフルプレート１９によってまだ蒸発していない液体へと並流で案内する。バッフルプレート１９を通過すると、蒸気は再び上方へ流動し、臭素リッチ塩素ガス１５として蒸発器１４の上側で流出する。

塩素ガスストリーム３を、この臭素リッチ塩素ガスストリーム１５と混合し、次いで臭素リッチガス画分２０として、後続の方法に利用可能なものとする。

塩素ガスストリーム１５は、塩素ガスストリーム３よりも多くの装置を通過して案内されているため、これらの装置を通って流動する過程で生じる塩素ガスストリーム１５の圧力損失を補償しなければならない。この目的を達成するために、カラム底部と第２蒸発器への入口の間のパイプラインに垂直片１３が設けられる。圧力損失を補償するために、この垂直片１３は、カラム底部から抽出した臭素含有及びＮＣｌ_３含有洗浄液１２が液体ヘッド部を形成できるように設計される。そして、この液体ヘッド部の高さは、補償すべき圧力損失に対応する。

実施例２
実施例２では、図２に基づいて、本発明の第２実施形態による本発明の方法を説明する。即ち、第１蒸発器（本発明の第１実施形態に相当する）内の液状原料が部分的に蒸発し、原料が塩素であり、次の蒸留カラムが第１蒸発器上に直接取り付けられている方法である。

液体塩素ストリーム１は、混入物質として臭素及びＮＣｌ_３を含有し、第１の蒸気加熱式蒸発器２内に案内されて、部分的に蒸発する。そのとき蒸気状の塩素ストリーム１（塩素ガスストリーム１に相当する）は、蒸発器２の直上にある蒸留カラム３内に送られ、そこで、洗浄液６としての液体塩素がそれに向かって滴り落ちる。それにより、低揮発性成分である臭素及びＮＣｌ_３が洗浄液６において富化される。物質移動を改善するために、蒸留カラム３には、ランダムな或いは構造化されたパッキン又はトレイが装備されている。上述のカラムは、必要な仕様に従って塩素ガスストリーム１から臭素を除去するように設計されている。塩素ガスストリーム４としての蒸気は、ヘッド部で蒸留カラム３から出る。凝縮器５において、塩素ガスストリーム４の一部を凝縮し、戻り流６として蒸留カラム３に向かって移送する。この戻り流６は洗浄液６を形成し、蒸留カラム３内で液体として、上昇する塩素ガスストリーム１に向かって滴り落ちる。凝縮器での凝縮によって、残存する塩素ガスストリーム７の更なる精製が行われる。上述のストリームは、必要な仕様に従って塩素ガス画分７として次の方法に利用可能とされ、塩素ガスストリーム１と比べて低含有量の臭素及びＮＣｌ_３を呈する。

臭素含有及びＮＣｌ_３含有液体８は蒸発器２の底部から流出する。塩素との混合物中のＮＣｌ_３は明らかに臭素よりも揮発性が低いため、塩素ガスストリーム１からのほぼ全てのＮＣｌ_３が液体塩素ストリーム８へと進む。これは、後続の蒸気加熱流下膜式蒸発器９内で蒸発し、臭素リッチ塩素ガス画分１０として後続の方法に利用可能とされる。

ここで、大量の臭素リーン塩素、つまり、塩素ガスストリーム１よりも臭素含有量が低い塩素、及び、少量の臭素リッチ塩素、つまり、塩素ストリーム１よりも臭素含有量が高い塩素が塩素消費プロセスに必要とされる場合、ＮＣｌ_３全体が少量の臭素リッチ塩素画分８中で富化され、結果として安全性のリスクが高まる。この液体塩素ストリーム８が蒸発すると、蒸発が完了するまで存在する液相中のＮＣｌ_３濃度が更に高くなる。その理由は、高沸点成分としてのＮＣｌ_３が優先的に液体中に残るからである。故に、流下膜式装置９内での蒸発過程において、以下に記載される特殊な安全対策が取られる。

液体塩素ストリーム８は、上から蒸発器９内に案内され、そこでまず液体塩素ストリーム８を管１２に分配する上部管シート１１に分配される。管１２は、ストリーム全体が蒸発器９の底部１３に到達する前に既に蒸発しているように設計されるべきである。結果として、確実に、高いＮＣｌ_３濃度及び比較的大量のＮＣｌ_３含有液体が同じ場所では生じなくなる。よって、蒸発過程での安全性のリスクはかなり低減される。蒸発した塩素ストリーム８を、管１２内で、まだ蒸発していない液体に並流で案内するので、ＮＣｌ_３は過剰に富化されない。底部で、塩素蒸気は吹出ノズルへ流動し、臭素リッチ塩素ガス画分１０として蒸発器９を後にする。

比較例３
本比較例では、図３に基づいて、最新技術の方法を説明する。この最新技術の方法では、液体塩素を蒸発器内に案内し、その後、生じたガス状塩素を蒸留カラムに案内する。残留する液体塩素は従来の蒸発器で蒸発し、それにより、高いＮＣｌ_３濃度及び比較的大量の液体塩素が同じ場所で生じる。

液状の塩素ストリーム１は、混入物質として臭素及びＮＣｌ_３を含有し、第１の蒸気加熱式蒸発器２内に案内されて、完全に蒸発する。本方法で生じる蒸気状の塩素ストリーム１（塩素ガスストリーム１に相当する）は、洗浄カラム３内に送られ、そこで、洗浄液６（戻り流６に相当する）としての液体塩素がそれに向かって滴り落ちる。本方法では、低揮発性成分である臭素及びＮＣｌ_３が洗浄液６において富化される。物質移動を改善するために、洗浄カラム３には、ランダムな或いは構造化されたパッキン又はトレイが装備されている。上述のカラムは、必要な仕様に従って塩素ガスストリーム１から臭素を除去するように設計されている。次いで、塩素ガスストリーム１は、塩素ガスストリーム４としてヘッド部で洗浄カラム３から出る。凝縮器５において、塩素ガスストリーム４の一部を凝縮し、戻り流６（洗浄液６に相当する）として洗浄カラム３に向かって移送する。凝縮器での凝縮によって、残存する塩素ガスストリーム７の更なる精製が行われる。後者は、必要な仕様に従って塩素ガス画分７として次の方法に利用可能とされ、塩素ガスストリーム１と比べて低含有量の臭素及びＮＣｌ_３を呈する。

臭素含有及びＮＣｌ_３含有洗浄液（液体塩素ストリーム８に相当する）が洗浄カラムの底部から流出する。塩素との混合物中のＮＣｌ_３は明らかに臭素よりも揮発性が低いため、ほぼ全てのＮＣｌ_３が塩素ガスストリーム１から出て液体塩素ストリーム８へと進む。後者は、後続の蒸気加熱式管束蒸発器９内で蒸発し、臭素リッチ塩素ガス画分１０として後続の方法に利用可能となる。

ここで、大量の臭素リーン塩素及び少量の臭素リッチ塩素が塩素消費プロセスに必要とされる場合、少量の臭素リッチ塩素画分中のＮＣｌ_３全体が液体塩素ストリーム８内に堆積され、結果として安全性のリスクが高まる。液体塩素ストリーム８が蒸発すると、蒸発が完了するまで存在する液相中のＮＣｌ_３濃度が更に高くなる。その理由は、高沸点成分としてのＮＣｌ_３が優先的に液体塩素ストリーム８中に残るからである。蒸発能力を付与するには、蒸発器９の管束を沸騰塩素で覆う必要があるので、蒸発器９には常に液体塩素を充填する。結果として、最新技術に従って構築され、操作される蒸発器においては、高いＮＣｌ_３濃度及び大量の塩素が同じ場所で生じる。これは特に高い安全性のリスクをもたらすが、このリスクは本発明による方法によって低減される。

Claims (12)

1. 原料を高純度ガスストリームと低純度ガスストリームとに分割する分画により、原料から混入物質を除去する方法であって、混入物質が原料よりも高い沸点を有し、混入物質の少なくとも１つが爆発性物質であり、以下の工程：
   Ｉ．第１蒸発器内で原料を蒸発させて原料ガスを発生させる、又は供給源からの原料ガスを利用可能にする工程、
   ＩＩ．洗浄カラム内に原料ガスを導入する工程であって、洗浄カラム内で混入物質の含有量を減少させるための洗浄液が前記ガスに向かって滴り落ちる工程、
   ＩＩＩ．このように精製された原料ガスを洗浄カラムのヘッド部で取り除き、部分的に凝縮する工程であって、凝縮物を洗浄液として洗浄カラムのヘッド部に向かって戻し、残りの原料ガスを洗浄カラムから流出させ、前記ガスが工程Ｉの原料ガスよりも低含有量の混入物質を呈する工程、
   ＩＶ．洗浄カラムの底部で洗浄液を液体ストリームとして流出させる工程であって、洗浄液が工程ＩＩよりも高含有量の混入物質を呈する工程、
   Ｖ．水平管を備えた第２蒸発器のシェル側に上から洗浄液を導入する工程であって、洗浄液がそこで第２蒸発器の管束内に進入し、かつ、第２蒸発器の底部に到達する前に蒸発する工程、
   ＶＩ．洗浄液から生成した蒸気と、まだ蒸発していない洗浄液とを並流で誘導する工程、
   ＶＩＩ．洗浄液から生成した蒸気を第２蒸発器からガスストリームとして流出させる工程であって、前記ガスが工程Ｉの原料ガスよりも低含有量の混入物質を呈する工程
   を含む、方法。
2. 原料を完全に蒸発させて原料ガスを発生させる、請求項１に記載の方法。
3. 洗浄液から生成した蒸気が、工程ＶＩＩでガスストリームとして流出する前に、更なる工程ＶＩ．ａにおいてバッフルによって方向転換されることにより、前記バッフルの他方側にある第２蒸発器内を再び流動し、工程ＶＩＩにおいて第２蒸発器の頂部にある出口を通ってガスストリームが流出する、請求項１又は２に記載の方法。
4. 方向転換後に洗浄液から生成した蒸気が、第２蒸発器の頂部にある出口への途中で再び管束内を流動し、それにより過熱され、その後、工程ＶＩＩにおいてガスストリームとして流出するように、バッフルを第２蒸発器の管束内に配置する、請求項３に記載の方法。
5. 工程Ｖにおいて、第２蒸発器が流下膜式蒸発器であり、混入物質の含有量が比較的高い液体ストリームが前記蒸発器の管を通って案内され、液体ストリームが第２蒸発器の底部に到達する前に既に完全に蒸発しているように管が設計されており、管が生成した蒸気とまだ蒸発していない液体との並流を強制的に流動させ、生成した蒸気が底部で下方に抽出される、請求項１又は２に記載の方法。
6. 工程Ｖにおいて、混入物質の含有量が比較的高い液体ストリームが、第２蒸発器の管の一方の部分のみを通って送られ、方向転換後、底部では流出せずに再び管の他方の部分を通って上方に流動し、それにより過熱され、第２蒸発器の頂部から流出する、請求項５に記載の方法。
7. 工程Ｖにおける低純度液体ストリームが、第２蒸発器のシェル側に進入した後にプレートに衝突し、それにより第２蒸発器の管束全体に広がる、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
8. 工程Ｖにおいて、第２蒸発器のシェル側のプレートに穴が開いている、請求項７に記載の方法。
9. 原料が塩素であり、混入物質が臭素及びＮＣｌ_３である、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
10. 原料ガスが、洗浄カラムに進入する前に、それが冷却される復熱器を通って送られ、洗浄カラムのヘッド部での凝縮後に残存する精製されたガスストリームが、復熱器の他方側に案内されて過熱される、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
11. 洗浄カラムが第２蒸発器の上に配置され、第１蒸発器からの原料ガスが一部のみ洗浄カラム及び復熱器内に案内され、一方、原料ガスの残余部分が第２蒸発器からの低純度ガスストリームと直接混合され、装置を通って流動する過程で生じる低純度ガスストリームの圧力損失がカラム底部と第２蒸発器の間の接続ラインの液体が充填された垂直部によって補償される、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 第１蒸発器内の原料が一部のみ蒸発し、原料の蒸発部分が洗浄カラム及び復熱器内に送られ、カラム内でそれに向かって滴り落ちる洗浄液が第１蒸発器内に送られて、そこから原料の蒸発していない部分と共に、第２蒸発器に到達する、請求項１又は３〜１１のいずれか一項に記載の方法。

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