JP5767243B2 - 塩素ガス製造 - Google Patents

Description

本件開示は、ガスの製造プロセス、特に塩素ガスの製造に関する。

塩素は、多数の日常製品に使用されている。例えば、塩素は、安全飲料水を製造する際に、紙製品の製造において、織物製造において、石油製品及び化学薬品、医薬、殺菌剤、殺虫剤、食品、溶媒及びクリーナー、塗料、プラスティックス、冷却液、クロロメタン、エチレングリコール、クロロホルム、四塩化炭素及び多数の他の製品において使用されている。

その元素形において、塩素は、緑色を帯びた黄色のガスであり、多数の元素と直接的に結合する。塩素は多数の方法で製造することができる。最大のものの一つは、しばしば「ブライン（brine）」と呼ばれる、塩化ナトリウム（一般的な食卓塩）溶液の電気分解によるものである。ブラインとして、塩化ナトリウムはナトリウムカチオンと塩素アニオンとに解離する。電気分解プロセスの間に、塩化物（chloride）イオンは、アノードで酸化されて塩素ガスを形成し、水分子は、カソードで還元されてヒドロキシルアニオン及び水素ガスを形成する。溶液中のナトリウムイオンと、カソードで製造されたヒドロキシルイオンは、塩化ナトリウムの電気分解の間に形成される水酸化ナトリウムの成分を構成する。

電気分解プロセスにおいて製造された塩素及び水素は、塩素液化、塩酸製造又は次亜塩素酸塩製造の形で更なる処理を受ける。塩素液化システムは、４個の区画、即ち塩素乾燥、塩素圧縮、塩素液化及び液体塩素貯蔵からなる。塩素乾燥は、多段運転で実施され、そこでは、塩素ガスを「乾燥する」（即ち水を除去する）ために硫酸が使用される。乾燥システムから、塩素ガスは、塩素ガス圧縮機にパイプ輸送される。塩素ガス圧縮機において、塩素ガスの圧力は、塩素液化装置のために適したレベルまで上昇される。塩素液化装置には、１個又はそれ以上の熱交換器（そこで、塩素ガスは冷却され、液体に凝縮する）が含まれている。冷却は、典型的には、閉ループ圧縮機をベースにする冷却システムによって実施される。

通常、塩素と、塩素を液化するために使用される熱移動流体とは、互いから実質的に分離されている。しかしながら、塩素液化プラントにおける特に懸念される問題点は、塩素と塩素を液化するために使用される熱移動流体とが、相互接触状態になる場合における安全の問題である。このような相互接触が生じるとき、これは、通常、必ずではないが、両方の物質が通過する凝縮器の不具合に起因する。この不具合は、例えば非常に少量の漏洩が起こり、反応が殆ど又は全く起こらない場合のように重要ではないものから、例えば凝縮器内の１個又はそれ以上のパイプの大きい破損が存在する場合のように、大惨事までの範囲であろう。これらの極端の間で、例えば反応生成物による汚染を伴って又は伴わないで、熱移動流体による塩素の許容できない汚染又はその逆のような重要な不利な結果が起こり得る。

本件開示の態様は塩素ガスの製造プロセスを含む。種々の態様について、このプロセスは、蒸発した液体塩素と塩素含有供給ガスとのガス混合物を圧縮して、圧縮ガスを形成することを含む。圧縮ガス中の塩素は液体塩素に凝縮される。この液体塩素の第一の部分は蒸発されて、圧縮ガスからの塩素を液体塩素に凝縮させるための凝縮熱を与える。液体塩素の第二の部分は蒸発されて、ガス混合物のための蒸発した液体塩素及びプロセスからのテールガス（tail gas）を冷却するための凝縮熱を与える。また、液体塩素の蒸発した第一の部分から、塩素ガス製品が製造される。

本件開示の態様は、また、圧縮ガスから塩素を凝縮させる際に、非凝縮塩素ガス及び他の非凝縮ガスを有するガス流が、液体塩素から分離されることを提供し、ここで、液体塩素の第二の部分の蒸発からの蒸発熱は非凝縮塩素ガスの少なくとも一部を液体塩素に凝縮させる。

定義
本明細書中で使用される「塩素ガス」は、０℃及び１００ｋＰａの絶対圧力の標準温度及び圧力で二塩素（dichlorine）（Ｃｌ_２）として定義される（ＩＵＰＡＣ）。

本明細書中に使用される「スチール（steel）」は、クロム、ニッケル、タングステン、モリブデン、マンガン、バナジウム、コバルト、ジルコニウム及び／又はクロムを含んでいてよい、鉄と炭素との合金として定義される。

本明細書中に使用される「間接的熱交換器」は、その中で、熱が一方の媒体と他方の媒体との間で移動され、媒体が、それらが混合しないように固体壁によって分離されている、装置として定義される。このような間接的熱交換器には、これらに限定されないが、とりわけ、多管式熱交換器及び平板熱交換器（例えばプレート及びフレーム）が含まれてよい。

本明細書中に使用される「℃」は、セルシウス度として定義される。

本明細書中に使用される「ｐｓｉａ」は、ポンド−力／平方インチ絶対（pound-force per square inch absolute）として定義され、真（絶対）圧力を意味する。

本明細書中に使用される「環境温度（ambient temperature）」は、本件開示のプロセスが運転される環境の温度として定義される。本件開示に従った環境温度での熱交換流体は、それから必ずしも熱を取り出すことなく使用される。

本明細書中に使用される“a”，“an”，“the”、「少なくとも１個の」又は「１個又はそれ以上の」は、互換的に使用される。用語「含んでなる（comprises）」及びその変形は、これらの用語が明細書及び特許請求の範囲中に使用されるとき、限定意味を有しない。従って、例えば、圧縮段を有する圧縮機は、この圧縮機が「１個又はそれ以上の」圧縮段を含むことを意味すると解釈することができる。

本明細書中に使用される用語「及び／又は」は、列挙した要素の、１個、１個超又は全てを意味する。

また、本明細書において、終点による数字範囲の詳記は、その範囲内に包含される全ての数字を含む（例えば１〜５は、１、１．５、２、２．７５、３、３．８０、４、５などを含む）。

図１は本件開示の態様に従った塩素ガス製品の製造プロセスの図解を示す。 図２は本件開示の態様に従った塩素ガス製品の製造プロセスの図解を示す。 図３は本件開示の態様に従った塩素ガス製品の製造プロセスの図解を示す。

本件開示の態様は塩素ガス製品の製造を提供する。本件開示に従って塩素ガス製品を製造することは、本件開示の同じ技術及びプロセスを使用しないプロセスに対して比較して、総エネルギー消費における減少を伴って達成することができる。本件開示によって達成される総エネルギー消費における減少のための少なくとも一つの理由は、塩素ガス製品の製造プロセスの単純化である。この塩素ガスプロセスの単純化は、また、塩素ガス製品の製造に伴う電力必要量、設備投資、運転及び保全費用における減少を提供することができる。

プロセスを単純化することにおいて、本件開示の態様は、塩素ガス製品の製造に使用される、より僅かな機械的コンポーネントを可能にする。このような機械的コンポーネントの例には、塩素ガスを移動させるために使用されるもの、例えばポンプ並びに互いに対して回転する及び／又は動く部品を有する他のコンポーネントを含む。これらの機械的コンポーネントは、しばしば、これらの回転部品に鉄系材料（例えばスチール、例えばステンレススチール）を利用する。塩素ガスがこれらの機械的コンポーネント中の鉄と接触するとき、塩素は鉄を酸化して、塩化鉄（ＩＩＩ）（塩化第二鉄としても知られている）を形成する。回転部分が動くとき、酸化物のこの層が除去されて、酸化するために利用可能である更なる鉄を露出することができる。この酸化反応は発熱性であるので、種々の機械的コンポーネント内に熱の蓄積が存在し得る。この熱は、システム内の安全性を維持するために、消散させることが必要である。このような機械的コンポーネントについてのニーズを減少させることによって、本件開示に従った塩素ガスの製造プロセスにおいて、問題点が生じる機会における対応する減少が存在する。

更に、本件開示の態様は、熱交換流体としてプロセス内で製造される液体塩素を利用することによって、特別の冷却剤及び付随する圧縮機の必要性を排除する。この能力において、液体塩素は、状態を液体から蒸気に変えるとき、その蒸発熱のために使用され、状態を蒸気から液体に変えるとき、その凝縮熱のために使用される。本件開示の態様において塩素を熱交換流体として使用することは、非塩素冷却液がこのプロセスにおいて使用された場合に生じるかも知れない問題を排除する助けになる。

本明細書中の図面は、最初のアラビア数字又は数字群が図面番号に対応し、残りのアラビア数字が図面中の要素又はコンポーネントを同定するというナンバリング規約に従う。異なった図面間の同様の要素又はコンポーネントは、同様のアラビア数字の使用によって同定することができる。例えば１１０は、図１において要素「１０」を参照することができ、同様の要素は、図２において２１０として参照することができる。理解いただけるように、本発明における種々の態様において示される要素は、追加、交換及び／又は削除して、本件開示の多数の追加の態様を提供することができる。更に、理解いただけるように、図中に示された要素の比率及び相対尺度は、本発明の態様を示すことが意図され、限定する意味で取られるべきではない。

図１を参照して、本件開示に従った塩素ガス製品の製造のためのプロセス１００の図解が示されている。プロセス１００について、塩素及び蒸発した液体塩素を含有する供給ガスのガス混合物が、それぞれ、導管１０２及び１０４を経て、圧縮機１０６の方に通過する。種々の態様について、圧縮機１０６は、容積式圧縮機、例えば回転圧縮機、スクリュー圧縮機及び／又は往復式圧縮機であってよい。圧縮機１０６は、ガス混合物を圧縮して、所望の圧力で圧縮ガスを製造するために、１個の圧縮段を含むことができ又は２個若しくはそれ以上の圧縮段を含むことができる。圧縮機１０６は、プロセス１００内で（例えばプロセス１００を通過するガス及び液体の冷却、凝縮、再循環の間）起こる圧力低下を考慮して、所望の圧力を与え、維持するように、サイズが決められ、設計されている。圧縮条件を変化させることによって、圧縮ガス内で実現される最高温度を制御することができる。種々の態様について、多段圧縮機の圧縮段の間に、段間冷却を使用することができる。

種々の態様について、供給ガスは、塩素ガス及び他のガスの両方を含有することができる。他のガスには、これらに限定されないが、水素、酸素、二酸化炭素、窒素及び微量の他のガスが含まれる。種々の態様について、この供給ガスは、５０体積パーセント以上の塩素を有する。好ましくは、この供給ガスは、９０〜９９体積パーセントの塩素を有する。

種々の態様について、この供給ガスは、種々の塩素製造プロセスから得ることができる。このようなプロセスの例には、これらに限定されないが、塩化ナトリウムのブラインの、隔膜電解槽プロセス、膜電解槽プロセス及び電気分解プロセスが含まれる。塩素と共に、塩素製造プロセスからの製品のガス混合物は、また、水蒸気を含有することができる。この水蒸気は、乾燥プロセス内で供給ガスから分離することができる。この乾燥プロセスは、塩素製造プロセスからの製品を、乾燥剤、例えば濃硫酸を含有する１個又はそれ以上の乾燥塔に通過させることによって達成できる。この乾燥プロセスは、供給ガス中に存在する水の量を、１０ｐｐｍ（百万当たりの部）よりも少なくまで減少させることができる。他の乾燥方法もまた可能である。

乾燥された供給ガスを、１５〜５０℃の温度及び３５〜１００ｐｓｉａ（２４１〜６８９ｍＰａ）の圧力で、圧縮機１０６に供給することができる。圧縮機１０６から出るガス混合物の圧力は、ガス混合物中の塩素ガス体積パーセントに依存し得る。換言すると、ガス混合物中の不純物レベルは、与えられた温度、例えば環境温度で熱交換流体を使用する圧縮ガスから塩素の凝縮を達成するために必要な圧力に影響を与えるであろう。例えば、ガス混合物が少なくとも９０体積パーセント（％）の塩素ガスを有するとき、圧縮機１０６を使用して、８０〜３００ｐｓｉａ（５５２〜２０６８ｍＰａ）の圧力を作ることができる。しかしながら、ガス混合物が約５０体積％の塩素ガスを有するとき、圧縮機１０６を使用して、１５０〜６５０ｐｓｉａ（１０３４〜４４８２ｍＰａ）の圧力を作ることができる。それで、このガス混合物のために、圧縮機１０６を使用して、８０〜６５０ｐｓｉａの圧力を作ることができることが可能である。

圧縮機１０６からの圧縮ガスは、導管１０８を経て、平行組の凝縮器の方に通過し、凝縮器から、液体塩素並びに非凝縮塩素ガス及び他の非凝縮ガスを有するガス流が回収される。図示されるように、平行組の凝縮器には、凝縮器１１０及び熱回収装置１１２が含まれる。凝縮器１１０及び熱回収装置１１２は、圧縮ガス中の塩素を液体塩素に凝縮させるために使用される。

凝縮器１１０内で、圧縮熱の少なくとも一部を、熱移動流体、例えば空気及び／又は水を使用する間接的熱交換器により、圧縮ガスから除去することができる。種々の態様について、熱移動流体は、圧縮ガス中の塩素ガスの露点よりも低い温度で、凝縮器１１０に供給することができる。種々の態様について、熱移動流体は、環境温度で供給される。それで、本件開示の態様について、このプロセス１００が実施されており、その温度を変えるために熱移動流体から熱が取り出されなかった場所を取り囲む一般的な環境からの空気及び／又は水を使用することが可能である。

種々の態様について、凝縮器１１０内で使用される熱移動流体についての環境温度は、圧縮ガスから、塩素の大部分を液体塩素に凝縮させるために充分な熱を取り出すために有効であろう。好ましくは、この環境温度は、０℃〜５０℃であってよい。それで、凝縮器１１０は、圧縮ガスからの塩素を液体塩素に少なくとも部分的に凝縮させるために、０℃〜５０℃の空気を使用することができる。認められるように、圧縮ガス中の塩素のための凝縮温度は、圧縮ガスの圧力が変化するとき及び／又は圧縮ガス中の不純物レベルが変化するとき、変化し得る。それで、環境温度及び／又は利用可能な冷却流体の種類を、圧縮機１１０に入る圧縮ガスの圧縮圧力を決定する際の少なくとも一つの要因として使用することができる。

種々の態様について、圧縮ガスを環境温度の数度以内にまで冷却するために、充分な熱移動流体を凝縮器１１０に通過させることができる。この冷却は、圧縮ガス中の塩素ガスの大部分を液化させるために十分な量である。それで、例えば、０℃〜５０℃の空気を使用する凝縮器１１０は、圧縮ガスから凝縮する液体塩素を、３０〜５５℃の温度まで冷却することができる。

熱回収装置１１２において、圧縮熱の少なくとも一部を、間接的熱交換器により圧縮ガスから除去することができる。これを達成するために、液体塩素の第一の部分を、熱回収装置１１２の間接的熱交換器に供給し、その中で蒸発させる。液体塩素の第一の部分を蒸発させることによって、熱回収装置１１２内の圧縮ガスの温度を塩素ガスの露点よりも下にするために充分な凝縮熱が与えられ、それによって、塩素ガスの大部分が液体塩素に凝縮する。種々の態様について、液体塩素の第一の部分を１８７ｐｓｉａ以下の圧力にまで蒸発させ、そうして、熱回収装置１１２内の、０℃〜４５℃の蒸発した液体塩素についての温度を作ることができる。好ましくは、蒸発した液体塩素は、熱回収装置１１２内で２５℃〜４５℃の温度を有することができる。

種々の態様について、熱回収装置１１２内で蒸発した液体塩素の第一の部分は、本件開示の塩素ガス製品も製造する。蒸発した液体塩素の第一の部分からの塩素ガス製品は、熱回収装置１１２から導管１１４を経て通過する。

種々の態様について、平行組の凝縮器（例えば凝縮器１１０及び熱回収装置１１２）内で液化された塩素の大部分は、圧縮ガス中に存在する塩素ガスの少なくとも８２％、好ましくは９６〜９８％を含有することができる。液化の後、このガス流は、非凝縮塩素である残留ガスと共に、１〜２５体積％の他の非凝縮ガスを含有し得る。

凝縮器１１０及び熱回収装置１１２からの液体塩素及びガス流は、導管１１６を経て液体塩素受器１１８の方に通過する。この液体塩素及びガス流は、平行組の凝縮器（例えば凝縮器１１０及び熱回収装置１１２）内の圧力に大体相当する、比較的高い圧力で、液体塩素受器１１８の中に入り、そこで分離する。液体塩素受器１１８から、液体塩素は導管１２０を経て出、ガス流は導管１２２を経て出る。

種々の態様について、非凝縮塩素ガス及び他の非凝縮ガスを有するガス流は、導管１２２を経て、ガス冷却器１２４を通過する。種々の態様について、ガス冷却器１２４は、一般的な圧力下でガス流から液体状態にある追加の塩素を回収するために、間接的熱交換器を使用する。本件開示に従って、導管１２０から取られた液体塩素の第二の部分は、ガス冷却器内の間接的熱交換器に供給され、蒸発されて、プロセスからのテールガスを冷却するための凝縮熱を与える。種々の態様について、熱回収装置１１２及び／又はガス冷却器１２２の間接的熱交換器を通過して流れる蒸発している液体塩素は、それぞれ圧縮ガスの流れ及びガス流に対して、並流又は向流であってよい。蒸発した液体塩素の第二の部分は、次いで、導管１０４を経て圧縮装置１０６に（例えばより低い圧縮段に）、ガス混合物の蒸発して液体塩素として戻すことができる。

種々の態様について、液体塩素の第二の部分を蒸発させることからの蒸発熱は、また、非凝縮塩素ガスの少なくとも一部を液体塩素に凝縮させることができる。種々の態様について、液体塩素の第二の部分を蒸発させることによって、ガス冷却器１２４内のガス流を、０℃から１０℃まで冷却することができる。

ガス冷却器１２４内で製造された液体塩素は、導管１２８を経て液体塩素受器１１８に戻される。液体として除去され、液体塩素受器１１８に戻された追加の塩素を有する非凝縮ガスは、導管１３０を経てテールガスとしてガス冷却器１２４及びプロセス１００から排出される。好ましくは、テールガスは、２５〜３５モル％の塩素ガスを含有している。次いで、このテールガスは、公知のように、追加のプロセスにおいて使用できる。

本明細書に示されるように、液体塩素は、導管１２０を経て液体塩素受器１１８から出て、これは、液体塩素の第一部分を熱回収装置１１２に、そして液体塩素の第二部分をガス冷却器１２４に供給する。先に述べたように液体塩素の第一の部分を蒸発させることは、熱回収装置１１２内で圧縮ガスからの塩素を液体塩素に凝縮させるための凝縮熱を与え、塩素ガス製品を製造する。液体塩素の第二の部分を蒸発させることは、圧縮機１０６内に存在する混合物のための蒸発した液体塩素及びプロセス１００からのテールガスを冷却するための凝縮熱を与える。

図２を参照して、本件開示に従ったプロセス２００の追加の態様が示されている。先に述べたように供給ガス、蒸発した液体塩素及び液体塩素は、変化する量及び種類の不純物（二塩化物以外の物）を含有することができる。これらの不純物は、これらに限定されないが、塩素重質化合物及び軽質化合物を含むことができ、本明細書において更に詳述する。エネルギー効率的プロセスを提供するための努力において、本発明のプロセスの蒸発した液体塩素及び液体塩素中のこれらの不純物の濃度を低下させることが望ましい。本明細書中で述べるプロセス２００及び３００は、この目的を達成するための助けになる。

プロセス２００において、塩素を含有する供給ガス及び蒸発した液体塩素の混合物は、本明細書中に記載されたように、それぞれ導管２０２及び２０４を経て、圧縮機２０６の第一圧縮段２３２の方に通過する。圧縮機２０６の第一の圧縮段２３２は、このガス混合物を、１２０〜１４５ｐｓｉａ（８２７〜１０００ｍＰａ）の第一の圧縮圧力まで圧縮することができる。

第一の圧縮段２３２からのガス混合物は、導管２３３を経て、第一の圧縮圧力で、塩素重質物除去塔２３４に供給される。種々の態様について、塩素重質物除去塔２３４は、塩素重質化合物の少なくとも幾らかを、塩素重質物除去塔２３４内の混合物から分離する。種々の態様について、塩素重質化合物は、圧縮ガス中に存在する二塩化物とは別の有機及び／又は無機塩素化合物であってよい。このような塩素重質化合物の例には、これらに限定されないが、塩化物、例えば塩化臭素が含まれる。このような塩素重質化合物の追加の例には、少なくとも８５グラム／モルの分子量を有する塩素化合物が含まれる。

種々の態様について、塩素重質物除去塔２３４は、リボイラー２３６を含む、棚段塔又は充填塔であってよい。種々の態様について、塩素重質物除去塔２３４は１２０〜１５０ｐｓｉａの圧力及び２５℃〜３５℃の温度で運転される。

第一の圧縮段２３２からの圧縮ガスは、導管２３３を経て塩素重質物除去塔２３４の中に供給される。本明細書に述べるように、塩素重質物除去塔２３４は、また、導管２３８を経て液体塩素受器２１８からの還流として一定量の液体塩素を受け取る。リボイラー２３６は、塩素重質化合物の少なくとも一部を、導管２４１を経て残渣として除去しながら、塩素重質物除去塔２３４内で、圧縮ガスからの塩素の蒸気還流及び液体塩素還流を沸騰させ、維持するために使用される。

種々の態様について、第一の圧縮段２３２からの圧縮ガス及び液体塩素の還流の両方のための供給位置は、塩素重質物除去塔２３４に沿った液相及び蒸気相の組成に基づいて決定することができる。更に、留出物として除去されるガス混合物の純度は、段の数及び位置（即ち、トレイの数又は充填の高さ）並びに塩素重質物除去塔２３４内で使用される還流比に依存性であり得る。塩素重質物除去塔２３４内での分離プロセスの結果として、留出物として除去されるガス混合物は塩素重質化合物の低下した濃度を有する。

このガス混合物は、導管２４２を経て、圧縮機２０６の第二の圧縮段２４０に供給される。第二の圧縮段２４０において、ガス混合物は、図１の記述において示されたもののような所望の圧力にまで更に圧縮されて、圧縮ガスを与える。本明細書において述べるように、圧縮機２０６から出るガス混合物の圧力は、ガス混合物中の塩素ガス体積％に依存し得る。

圧縮機２０６からの圧縮ガスは、導管２０８を経て、平行組の凝縮器の方に通過し、そこから、液体塩素並びに非凝縮塩素ガス及び他の非凝縮ガスを有するガス流が回収される。図示されるように、平行組の凝縮器には、本明細書に述べるように、凝縮器２１０及び熱回収装置２１２が含まれる。平行組の凝縮器には、リボイラー２３６及びリボイラー２５２も含まれている。種々の態様について、リボイラー２３６及び２５２は、本明細書において述べるように、それらの間接的熱交換器により圧縮ガスから圧縮熱の少なくとも一部を取り出し、圧縮ガスからの塩素ガスを、少なくとも部分的に液体塩素に凝縮させる。リボイラー２３６及び２５２からの液体塩素及びガス流は、導管２４４を経て、液体塩素受器２１８の方に通過する。

液体塩素受器２１８からの液体塩素は、導管２４６を経て出、ガス流は導管２２２を経て出る。ガス冷却器２２４は、ガス流から液体形で追加の塩素を回収するために、間接的熱交換器内で導管２４６及び２２６を経て通過する液体塩素の第二の部分を使用する。蒸発した液体塩素の第二の部分は、次いで、導管２０４を経て圧縮機装置２０６（例えば第一の圧縮段２３２）の方に、ガス混合物の蒸発した液体塩素として戻すことができる。

ガス冷却器２２４内で製造された液体塩素製品は、導管２２８を経て液体塩素受器２１８の方に戻される。液体として除去され、液体塩素受器２１８に戻された追加の塩素を有する非凝縮ガス混合物は、導管２３０を経てテールガスとしてガス冷却器２２４及びプロセス２００から排出される。テールガスは、好ましくは、２５〜３５モル％の塩素ガスを含んでいる。

液体塩素は、液体塩素受器２１８から導管２４６を経て出る。液体塩素の一部は、導管２４８を経て除去され、本明細書中で述べるように、導管２３８を経て塩素重質物除去塔２３４の方に還流として液体塩素を供給する。導管２４８は、液体塩素の残りの量を軽質化合物と共に、軽質化合物ストリッピング塔２５０の方に供給する。種々の態様について、軽質化合物ストリッピング塔２５０は、液体塩素受器２１８から来る液体塩素中に存在している軽質化合物の少なくとも幾らかを分離する。種々の態様について、軽質化合物は、液体塩素中に存在する有機及び／又は無機非凝縮化合物であってよい。このような軽質化合物の例には、これらに限定されないが、とりわけ、二酸化炭素、酸素、窒素及び水素が含まれる。

種々の態様について、液体塩素は、軽質化合物ストリッピング塔２５０の上部分に入り得る。液体塩素が、軽質化合物ストリッピング塔２５０を通って落下するとき、液体塩素は、軽質化合物ストリッピング塔２５０内でリボイラー２５２によって沸騰された塩素蒸気と接触状態になる。種々の態様について、軽質化合物ストリッピング塔２５０は、１２０〜１６０ｐｓｉａの圧力及び２５〜３６℃の温度で運転される。

その結果、液体塩素中に溶解されている二酸化炭素、酸素、窒素及びその他の非凝縮性ガスは、蒸発を起こし、そうして、これらは、軽質化合物ストリッピング塔２５０からのオーバーヘッド生成物として除去することができる。軽質化合物ストリッピング塔２５０内で分離された軽質化合物は、次いで、導管２５４を経て、導管２４２内の、塩素重質物除去塔２３４からのオーバーヘッド生成物として取り出された減少した塩素重質化合物を有する混合物に供給される。この混合物は、導管２４２を経て、圧縮機２０６の第二の圧縮段２４０の方に通過する。

軽質化合物ストリッピング塔２５０内の凝縮物は、軽質化合物ストリッピング塔２５０に入る液体塩素よりも高い純度（即ち、より高い濃度）を有する液体塩素として集められ、その後、導管２２０を通って排出される。低下した濃度の軽質化合物を有する導管２２０内の液体塩素は、次いで、前述のように、液体塩素の第一の部分として熱回収装置２１２に供給され、冷却を与え、塩素ガス製品を製造する。

種々の態様について、リボイラー２３６及び２５２に供給される熱エネルギーは、導管２４３を経て、第二の圧縮段２４０から来るガス混合物からであってよい。種々の態様について、このガス混合物は、リボイラー２３６及び２５２内の間接的熱交換器に供給することができる。リボイラー２３６及び２５２において、ガス混合物の熱は、それぞれ、重質物除去塔２３４及び軽質化合物ストリッピング塔２５０の底液体に供給されて、それぞれの塔２３４及び２５０において沸騰を与える。沸騰からのエネルギーによって、本明細書において検討されるように、重質物除去塔２３４が、混合物から塩素重質化合物の少なくとも幾らかを分離することが可能になり、軽質化合物ストリッピング塔２５０が、混合物から軽質化合物の少なくとも幾らかを分離することが可能になる。その熱を放出したガス混合物は、次いで、導管２４５を経て液体塩素受器２１８に供給される。

図３を参照して、本件開示に従ったプロセス３００の追加の態様が示されている。プロセス３００は、プロセス１００及び２００について前記した通りであるが、更に、コールドボックス冷却器３６０の使用を含んでいる。種々の態様について、コールドボックス冷却器３６０は、ガス冷却器３２４と連携して、テールガス中の塩素の濃度を更に低下させるために使用することができる。

種々の態様について、コールドボックス冷却器３６０は、間接的熱交換器、例えば本明細書において述べるように、プレート及びフレーム熱交換器又は他の熱交換器を使用して、テールガスから塩素を更に凝縮させる。図示されるように、ガス冷却器３２４内で除去された塩素を有する非凝縮ガス混合物は、導管３６２を経て、コールドボックス冷却器３６０の中に通過する。コールドボックス冷却器３６０の内部で、非凝縮ガス混合物は、最初に、第一の間接的熱交換器３６４内で、テールガスによって冷却される。冷却された非凝縮ガス混合物を有するテールガスは、次いで、導管３３０を経てボックス冷却器から出る。

冷却された非凝縮ガス混合物は、次いで、第二の間接的熱交換器３６６に入り、そこで、コールドボックス冷却器３６０から液体を蒸発させることによって、非凝縮ガス混合物を更に冷却する。まだ高い圧力であるが、コールドボックス冷却器３６０の第一及び第二の熱交換器３６４、３６６内で冷却されて、塩素を部分的に凝縮させた非凝縮ガス混合物は、次いで、受容ドラム３６８に入る。受容ドラム３６８から、高圧下にある非凝縮ガス混合物は、非凝縮ガス混合物の圧力及び温度の両方を低下させるためのバルブ３７０を通過する。非凝縮ガス混合物は、次いで、第一の熱交換器３６４を通過し、そこで、これは、導管３６２を経てコールドボックス冷却器３６０に入る非凝縮ガス混合物から熱を吸収する。吸収された熱を有する非凝縮ガス混合物は、次いで、導管３３０を経て、テールガスとしてコールドボックス冷却器３６０から出る。種々の態様について、コールドボックス冷却器３６０は、テールガスを、０℃〜−２５℃にまで冷却することができる。

受容ドラム３６８からの高圧液体塩素は、導管３７２を経て出ることができ、そこで、これがバルブ３７４を通過するとき、これは蒸発する。蒸発した液体塩素は、次いで、２個の流体が第二の熱交換器３６６を通過するとき、高圧にある非凝縮ガス混合物から熱を吸収する。第二の熱交換器３６６内で非凝縮ガス混合物から吸収した熱を有する、蒸発した液体塩素は、導管３７６を経てコールドボックス冷却器３６０から出、そこで、これは、本明細書において述べるように、乾燥システムに戻して、例えば圧縮機に入る前の供給ガスを冷却するために使用することができる。

本明細書において述べるように、本件開示に従って塩素ガス製品を製造することは、本件開示の同じ技術及びプロセスを使用しないプロセスに対して比較したとき、総エネルギー消費における減少を伴って達成することができる。総エネルギー消費におけるこの減少を有効に示す一つの方法は、供給ガスから、本発明において提供されるような塩素ガス製品を製造するための全エネルギー必要量を決定することによるものである。一つのアプローチは、塩素ガス製品を製造するために必要な、キロワット時／塩素メートルトンでの全電力を試験することである。

従来の塩素液化プロセスにおいて、エネルギーは多段圧縮システムを使用して塩素を含有する供給ガスを圧縮するために費やされる。この圧縮システムは約１００ｐｓｉａ以下の圧力を有する圧縮ガスを形成する。エネルギーは、また、塩素を液化するために圧縮ガスを冷却するために使用される冷却システムにおいて費やされる。不純物が供給ガス中に残存するとき、液化塩素を製造するエネルギーコストは、また上昇する。

従来のシステムにおいて製造される塩素の、メートル系トン当たりの全エネルギーコストを、本件開示のものと更に正確に比較するために、従来のシステムの液体塩素を、塩素ガス製品の同じ圧力及び温度を有する塩素ガスにまで蒸発させるために必要なエネルギーも決定される。次いで、このエネルギーの量が、従来のシステムの塩素を圧縮し、液化するためのエネルギーに加えられる。これらの推定は、次いで、従来のシステム及び本件開示における塩素ガスを製造する全エネルギーコストの一層直接的な比較を可能にする。

前記のことに基づいて、下記の比較結果が、本発明のシステムの態様について可能であろうことが予測される。塩素ガスを製造するために必要な全電力の予想結果を表１に示す。

表１中に示されるように、１トンの塩素を製造するために必要な全電力の結果は、本件開示のプロセスと従来の塩素製造プロセスとの間の差異を示す。示されるように、本件開示に従った塩素ガス製品を製造するために必要な電力は、従来のプロセスからの比較例よりも同等以下であろうが、テールガス中に極少量のみの塩素を失うであろう（表１の第３欄参照）。従来のプロセスにおいては、テールガス中の塩素の、このより高いパーセントは、他のプロセス（例えばHClバーナー）に使用されて終わる。これらの従来のプロセスが、本件開示においてもたらされるのと同じテールガス中の予想塩素パーセントを達成するためには、顕著な量の追加のエネルギーが使用されなくてはならないことが認められる。それで、本件開示の態様は、本件開示の同じ技術及びプロセスを使用しないプロセスに対して比較したとき、総エネルギー消費における減少を達成しながら、塩素ガス製品を製造すると確信する。
以下に、本発明及びその関連態様を記載する。
態様１．蒸発した液体塩素と塩素含有供給ガスとのガス混合物を圧縮して、圧縮ガスを製造し、
前記圧縮ガス中の塩素を、液体塩素に凝縮させ、
前記液体塩素の第一の部分を蒸発させて、圧縮ガスからの塩素を液体塩素に凝縮させるための凝縮熱を与え、そして
前記液体塩素の第二の部分を蒸発させて、前記ガス混合物のための蒸発した液体塩素を与え、かつプロセスからのテールガスを冷却するための凝縮熱を与える
工程を含んでなるプロセス。
態様２．前記液体塩素の蒸発した第一の部分から塩素ガス製品を製造することを含む態様１に記載のプロセス。
態様３．前記ガス混合物を圧縮することが、２個又はそれ以上の圧縮段を使用して、ガス混合物を、８０ポンド−力／平方インチ絶対（ｐｓｉａ）〜６５０ｐｓｉａの圧力に圧縮することを含む前記態様のいずれか１項に記載のプロセス。
態様４．前記圧縮ガスからの塩素の凝縮が、０℃〜５０℃で空気を使用する凝縮器を使用して、圧縮ガスからの塩素を液体塩素に少なくとも部分的に凝縮させることを含む前記態様のいずれか１項に記載のプロセス。
態様５．前記圧縮ガス中の塩素の凝縮が液体塩素を３０℃〜５５℃に冷却することを含む態様４に記載のプロセス。
態様６．前記液体塩素の第一の部分の蒸発が液体塩素の第一の部分を１８７ｐｓｉａ以下の圧力に蒸発させることを含む前記態様のいずれか１項に記載のプロセス。
態様７．前記圧縮ガスからの塩素の凝縮が非凝縮塩素ガス及び他の非凝縮ガスを有するガス流を液体塩素から分離することを含む（ここで、液体塩素の第二の部分の蒸発からの蒸発熱が非凝縮塩素ガスの少なくとも一部を液体塩素に凝縮させる）前記態様のいずれか１項に記載のプロセス。
態様８．前記液体塩素の第二の部分の蒸発が非凝縮塩素ガス及び他の非凝縮ガスを、０℃〜１０℃に冷却する態様７に記載のプロセス。
態様９．前記ガス流を冷却して、テールガス中の塩素ガス含有量を、２５〜３５モルパーセント塩素に減少させることを更に含む態様７及び８のいずれか１項に記載のプロセス。
態様１０．前記の蒸発した液体塩素と供給ガスとのガス混合物が塩素重質化合物を含み、そして前記ガス混合物の圧縮が、ガス混合物を第一の圧縮圧力に圧縮し、
前記ガス混合物を、第一の圧縮圧力で、塩素重質物除去塔に供給し、
前記塩素重質物除去塔内で、ガス混合物から塩素重質化合物の少なくとも一部を分離し、そして
塩素重質化合物の低下した濃度を有するガス混合物を圧縮機に戻し供給して、圧縮ガスを得る
ことを含む、前記態様のいずれか１項に記載のプロセス。
態様１１．前記圧縮ガス中の塩素の液体塩素への凝縮が、前記圧縮ガスから熱を取り出し、そして
前記熱を、前記ガス混合物から塩素重質化合物の少なくとも一部を分離するための塩素重質物除去塔に供給する
ことを含む態様１０に記載のプロセス。
態様１２．前記液体塩素が、軽質化合物を含み、前記プロセスが、前記軽質化合物を有する液体塩素を、軽質化合物ストリッピング塔に供給し、
軽質化合物ストリッピング塔内で、液体塩素から軽質化合物の少なくとも一部を分離し、
軽質化合物ストリッピング塔内で分離された軽質化合物を、減少した塩素重質化合物を有するガス混合物に供給し、そして
減少した濃度の軽質化合物を有する液体塩素を、液体塩素の第二の部分として供給する
ことを更に含む、態様１０及び１１のいずれか１項に記載のプロセス。
態様１３．圧縮ガス中の塩素の液体塩素への凝縮が、前記圧縮ガスから熱を取り出し、そして
前記熱を、液体塩素から軽質化合物の少なくとも一部を分離するための軽質化合物ストリッピング塔に供給することを含む、態様１２に記載のプロセス。
態様１４．液体塩素の一部を還流として取り出し、そして
前記還流を、塩素重質物除去塔に供給すること
を含む、態様１２及び１３のいずれか１項に記載のプロセス。
態様１５．供給ガスが５０体積パーセント（％）以上の塩素を有する前記態様のいずれか１項に記載のプロセス。

Claims (14)

1. ともに分子量が少なくとも８５ｇ／モルの塩素重質化合物を含む、蒸発した液体塩素と塩素含有供給ガスとのガス混合物を、圧縮機の第１段において、圧縮して、第１の圧縮圧力で圧縮ガスを製造し、
   前記ガス混合物を、第一の圧縮圧力で、塩素重質物除去塔に供給し、
   前記塩素重質物除去塔内で、ガス混合物から塩素重質化合物の少なくとも一部を除去し、
   塩素重質化合物の低下した濃度を有するガス混合物を、圧縮機の第２段において圧縮して、圧縮ガスを更に圧縮し、
   前記圧縮ガス中の塩素を、凝縮器及び熱回収装置において、液体塩素に凝縮させ、
   前記液体塩素の第一の部分を蒸発させて、圧縮ガスからの塩素を液体塩素に凝縮させるための凝縮熱を与え、そして
   前記液体塩素の第二の部分を蒸発させて、前記ガス混合物のための蒸発した液体塩素を与え、かつプロセスからのテールガスを冷却するための凝縮熱を与える
   工程を含んでなるプロセス。
2. 前記液体塩素の蒸発した第一の部分から塩素ガス製品を製造することを含む請求項１に記載のプロセス。
3. 前記ガス混合物を第２段において圧縮することが、ガス混合物を、５５１．５８〜４４８１．５９キロパスカル（ｋＰａ）絶対（８０〜６５０ポンド−力／平方インチ絶対（ｐｓｉａ））の圧力に圧縮することを含む請求項１又は２に記載のプロセス。
4. 前記圧縮ガスからの塩素の凝縮が、０℃〜５０℃で空気を使用する凝縮器を使用して、圧縮ガスからの塩素を液体塩素に少なくとも部分的に凝縮させることを含む請求項１〜３のいずれか１項に記載のプロセス。
5. 前記圧縮ガス中の塩素の凝縮が液体塩素を３０℃〜５５℃に冷却することを含む請求項４に記載のプロセス。
6. 前記液体塩素の第一の部分の蒸発が液体塩素の第一の部分を１２８９．３２キロパスカル（ｋＰａ）絶対（１８７ｐｓｉａ）以下の圧力に蒸発させることを含む請求項１〜５のいずれか１項に記載のプロセス。
7. 前記圧縮ガスからの塩素の凝縮が非凝縮塩素ガス及び他の非凝縮ガスを有するガス流を液体塩素から分離することを含んでなり、前記液体塩素の第二の部分の蒸発からの蒸発熱が非凝縮塩素ガスの少なくとも一部を液体塩素に凝縮させる請求項１〜６のいずれか１項に記載のプロセス。
8. 前記液体塩素の第二の部分の蒸発が非凝縮塩素ガス及び他の非凝縮ガスを、０℃〜１０℃に冷却する請求項７に記載のプロセス。
9. 前記ガス流を冷却して、テールガス中の塩素ガス含有量を、２５〜３５モルパーセント塩素に減少させることを更に含む請求項７又は８に記載のプロセス。
10. 前記圧縮ガス中の塩素の液体塩素への凝縮が、前記圧縮ガスから熱を取り出し、そして 前記熱を、前記ガス混合物から塩素重質化合物の少なくとも一部を分離するための塩素重質物除去塔のリボイラーに供給する
    ことを含む請求項１に記載のプロセス。
11. 前記液体塩素が、軽質化合物を含み、前記プロセスが、前記軽質化合物を有する液体塩素を、軽質化合物ストリッピング塔に供給し、
    軽質化合物ストリッピング塔内で、液体塩素から軽質化合物の少なくとも一部を分離し、
    軽質化合物ストリッピング塔内で分離された軽質化合物を、減少した塩素重質化合物を有するガス混合物に供給し、そして
    減少した濃度の軽質化合物を有する液体塩素を、液体塩素の第二の部分として供給することを更に含む、請求項１０に記載のプロセス。
12. 圧縮ガス中の塩素の液体塩素への凝縮が、前記圧縮ガスから熱を取り出し、そして
    前記熱を、液体塩素から軽質化合物の少なくとも一部を分離するための軽質化合物ストリッピング塔のリボイラーに供給することを含む、請求項１１に記載のプロセス。
13. 液体塩素の一部を還流として前記軽質化合物ストリッピング塔のリボイラーから取り出し、そして
    前記還流を、前記軽質化合物ストリッピング塔に供給すること
    を含む、請求項１１又は１２に記載のプロセス。
14. 供給ガスが５０体積パーセント（％）以上の塩素を有する請求項１〜１３のいずれか１項に記載のプロセス。

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