KR100843502B1 - 보다 저품질의 할로겐화 물질로부터 하나 이상의 유용한 생성물을 제조하는 방법 및 이를 위한 장치 - Google Patents

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Abstract

본원에는 각종 화학적 제조 공정으로부터 생성되는 실질적으로 할로겐화 물질, 특히 염소화 탄화수소 부산물 및 폐기물을 포함하는 공급물을 부분 산화 개질 반응 단계를 통하여 하나 이상의 고품질 생성물로 전환시키는 방법 및 장치가 기재되어 있다. 이들 생성물은 유용하거나 판매 가능한 일산화탄소 및 수소를 포함하는 산 생성물 및/또는 생성물 합성 기체의 형태일 수 있거나, 또는 동일한 할로겐화수소, 일산화탄소 및 수소 성분을 포함하는 반응 생성물을 유용하거나 판매 가능한 상이한 생성물의 합성에서 공급물로서 이용할 수 있다.
Figure R1020007006924
염소화 탄화수소 폐기물, 할로겐화수소, 백하우스 여과 장치, 급냉 장치, 부분 산화 개질 반응기

Description

보다 저품질의 할로겐화 물질로부터 하나 이상의 유용한 생성물을 제조하는 방법 및 이를 위한 장치{Production of one or more useful products from lesser value halogenated materials, and apparatus therefor}
본 발명은 광범위하게는, 할로겐화 물질을 보다 고품질의 기타 생성물로 전환시키는 방법 및 용도에 관한 것이다. 더욱 특히, 본 발명은 할로겐화 물질, 특히 염소화 탄화수소 부산물 및 폐기물을 소모시키는 방법 및 장치, 및 일반적으로 이러한 폐기물을 처리하기 위한 수단으로서 폐기물을 열 또는 촉매에 의해 개질시키는 방법에 관한 것이다.
할로겐화 유기 폐기물, 더욱 특히 염소화 탄화수소 폐기물에 관해서는, 최근 수 년간, 이러한 폐기물을 처리하는 것이 더욱 더 엄격한 규제와 환경상의 압력에 놓여지게 되어 이를 수행하는데 드는 비용이 더 많아지게 되었다.
폐기물을 처리하는 통상적인 방법은 일반적으로, 도 1에 도시된 방법에 따라서, 염소화 탄화수소 폐기물을 기타 화학 폐기물과 함께 고온에서 소각시키는 것을 포함한다. 따라서, 염소화 탄화수소 폐기물 액체 및 기체는 공기 및 비-염소화 탄화수소 물질과 함께 소각로(10)에 공급되고, 보일러(12) 중에서 소각로 핫 기체로부터 수증기[스트림(13)으로서 지시됨]가 발생된다. 염화수소를 10 내지 18중량% 함유하는 보다 낮은 등급의 염산 스트림(14)이 수중 소각로 기체[스트림(18)]로부터의 염화수소의 흡수를 통하여 흡수기(16)에서 생성된다. 알칼리 금속 수산화물 스트림(22)으로 세척기(20)에서 상기 기체로부터 잔류 염화수소와 염소를 세척하고, 이를 중화시키며, 산화시킨 다음 폐수 스트림(24)으로 제거한다. 이어서, 이와 같이 세척된 스트림(26) 중의 소각로 기체를 취입기(28) 및 스택(stack)(30)을 통하여 대기로 운반한다.
소각로에 공급된 화학 폐기물이 실질적으로 염소화 탄화수소 폐기물로 이루어지는 경우, 약 염산 스트림(14) 대신 보다 농축된 수성 염산 스트림이 경제적으로 생성될 수 있다면, 염소화 탄화수소 폐기물 소각에서 손실되는 일부 고가물을 회수하는 것이 바람직할 것이라고 얼마 동안은 인식되어 왔었다. 따라서, 20 내지 35중량% 염산 뿐만 아니라 보다 유용한 무수 산을 제조하는 몇몇 방법이 제안되었고, 공지되거나 상업적으로 이용되고 있다. 예시적인 방법은 문헌[참조: Kolek, "Hydrochloric Acid Recovery Process", Chemical Engineering Progress, Vol. 69, No. 2, pp 47-49(February 1973)]에 요약 제시되어 있고; 훽스트 아게(Hoechst AG)에 의해 개발되어 이용되고 있는 시스템은 또한 문헌[참조: Ertl, "Incineration Plant for Liquid and Gaseous Chlorinated Wastes", Proceedings of the 1997 International Conference on Incineration and Thermal Treatment Technologies (1997)]에 기재되어 있다. 훽스트의 시스템이 도 2에 도시되어 있고, 다음에 보다 상세히 기재되어 있다.
그러나, 특히 최근 수 년간은, 환경상의 문제와 규제 전망으로 인해 일반적인 소각 방법은 점차적으로 덜 선호되고 있으며, 특히 염소화 물질을 소각하는 것은, 각종 다이옥신 및 푸란과 같은 미량 유기물의 생성과 연관된 문제로 인해 훨씬 더 심각한 우려를 낳고 있다. 따라서, 소각되지 않은 폐기물의 다른 처리 방법을 개발하기 위한 광범위한 연구가 수행되어 왔다. 그러나, 이러한 소각되지 않은 폐기물의 다른 처리 방법에 관한 기술 분야에서는 할로겐화 탄화수소 폐기물, 특히 염소화 탄화수소 폐기물을 처리하는 것에만 특별히 중점을 두어 다루고 있다.
쇼(Shaw) 등의 미국 특허 제5,678,244호에는 폐기물을 바흐(Bach) 등의 미국 특허 제4,574,714호 및 제4,602,574호의 방법, 특히 나겔(Nagel) 등의 미국 특허 제5,301,620호의 방법으로 용융 금속 욕에 해리시키는 방법이 기재되어 있지만, 이러한 방법에서는 산화칼슘, 산화알루미늄 및 이산화규소를 포함하는 유체 유리질 상이 제공된다. 염소 함유 폐기물로부터의 염소는, 용융 금속 욕 속의 염소 함유 폐기물로부터 해리되고 무기 염소화 화합물로서 유체 유리질 상에 포획되며, 궁극적으로 농축된 형태의 상기 유체 유리질 상과 함께 제거되는 것으로 기재되어 있다.
용융 금속 욕 폐기물 처리 기술 이외에, 소각에 대한 대체 방안으로서 폐기물 기화 기술을 개발하기 위한 연구에 수 년간에 걸쳐 상당한 노력이 쏟아졌다. 이러한 기술 분야와 관련하여, 수기트(Suggitt)의 미국 특허 제4,468,376호는 할로겐화 유기 물질을 처리하는 것에 가장 직접적으로 역점을 두고 있는 것으로 여겨진다. 이러한 '376 특허에서는, 할로겐화 유기 물질을 탄소 함유 또는 탄화수소 함유 물질, 질소 화합물 및 "유리 산소 함유 기체"와 배합하고 높은 온도와 압력 및 환원 조건 하에서 부분적으로 산화시켜 수소, 일산화탄소, 이산화탄소, 시안화수소, 물, 질소 및 연행 고체 이외에 할로겐화수소 및 암모니아를 함유하는 합성 기체를 생성시킨다. 부분 산화기로부터 할로겐화수소 및 암모니아가 농후한 합성 기체는, 급냉 매질, 일반적으로 물(이는, 이러한 할로겐화수소를 상기 합성 기체에서 중화시키기 위하여, 합성 기체와의 접촉 후 급냉 매질에 화학양론적 과량의 암모니아가 존재하도록, 필요에 따라 부가의 암모니아가 첨가된다)과 접촉시킨다. 또 다른 양태에서는, 급냉 매질과의 접촉 후 합성 기체를 세척용 매질과 추가로 접촉시키는데, 이러한 세척용 매질과 급냉 매질은 함께 상기 부분 산화기에서 생성된 할로겐화수소를 중화시키기에 충분한 암모니아를 함유하고 있다.
급냉 매질 또는 조합된 급냉 및 세척용 매질을 황산 등으로 산성화시킴으로써, 상기 부분 산화기에서 처리된 피드스톡(feedstock)이 탄소, 수소, 산소, 황, 질소 및 할라이드 이외의 기타 물질이나 회분을 함유하지 않는 조건하에서, 상기 급냉 매질 또는 조합된 급냉 및 세척용 매질로부터 판매 가능한 할로겐화수소 기체를 회수할 수 있다는 가능성이 칼럼 3, 라인 3-14에 간략하게 언급되어 있다. 그러나, 이를 반영하는 어떠한 사고의 경우에도, 당업자는 이와 같이 제안된 옵션을 전적으로 일시적인 충격이나 때늦은 생각으로 폄하할 것인데, 화학양론적 과량의 암모니아를 가하여 합성 기체 중의 할로겐화수소를 중화시킨 다음, 일정 양의 유용하고도 값이 적당한 물질, 예를 들면, 황산을 가하여 상기와 같이 중화시킨 염화수소를 회분 산성화시키고 회수하는데 있어서 본질적으로 어떠한 실제적이거나 경제적인 의미도 없는 것으로 여겨질 것이다.
문헌[참조: Scheidl et al., "High Temperature Gasification(HTG) Pilot Plant Studies With Different Waste Materials: Formation of PCDD/F and Other Organic Pollutants", Chemosphere, vol. 23, nos. 8-10, pp. 1507-1514, 1991]에는 위험한 폐기물에 대한 공기 공급 기화에 대한 연구 결과가 보고되어 있는데, 여기서는 폴리염소화 비페닐(PCBs), 폴리염화비닐(PVC) 및 염소화 용매와 같은 "유기 화합물"을 "통상의 폐기물"에 가하여 종래의 소각법의 수치와 비교하여 주로 미량의 유기물 발생을 평가하였다.
보충의 염소화 유기물을 최고 수준으로 가할 때, 전체 염소를 약 5.0중량% 함유하고 액체를 약 6.1중량% 함유하는 혼합 고체/액체 폐기물 공급물이 처리된다. 기화 장치와 함께 사용하도록 기체 클리닝 시스템은 전기 필터(매연 및 분진 제거용), 염화수소용 세척기, 및 황화수소, 카보닐 설파이드 및 이황화탄소와 같은 황 함유 화합물용의 제2 세척기를 포함한다. 따라서, 산 회수는 고려되지 않은 것으로 여겨진다. 상기와 같이 클리닝된 생성물 기체는 일반적으로 일산화탄소(11 내지 24%), 수소(8 내지 14%), 메탄(0.1 내지 0.5%), 이산화탄소(4 내지 9%) 및 질소(60 내지 70%)를 주로 함유하는 것으로 보고되어 있고, 연료에 유용한 것으로 기재되어 있다. 미량 유기 배출물[폴리염소화 디벤조-p-다이옥신(PCDDs), 폴리염소화 디벤조푸란(PCDFs), 폴리염소화 비페닐, 클로로벤젠, 클로로페놀 및 폴리사이클릭 방향족 탄화수소]에 대한 전반적인 결과가 긍정적인 것으로 간주된다.
실질적으로 할로겐화 물질, 특히 염소화 탄화수소 부산물 및 폐기물을 포함하는 특정 공급물을 하나 이상의 유용한, 보다 고품질의 생성물, 예를 들면, 유용하거나 판매 가능한 산 스트림(수성이거나 무수이든지 간에) 및/또는 연료용 기체로서 또는 기타 물질을 합성하는데 유용한 생성물 합성 기체 스트림(이에 제한되지는 않는다)으로 전환시키고, 동시에 동일한 목적을 달성하기 위한 공지된 소각 방법과 연관된 미량의 유기 물질의 문제를 만족시키는 방법이 당해 분야에서 상당히 불충분하지만 필요를 채워줄 것이다.
본 발명은 이러한 방법을 제공하고, 제1 국면에 있어서, 실질적으로 할로겐화 물질을 포함하는 공급물을 하나 이상의 유용한 생성물로 전환시키는 방법에 관한 것이다. 이들 생성물은 유용하거나 판매 가능한 산 생성물 및/또는 앞서 지시된 바와 같은 생성물 합성 기체의 형태이거나, 또는 동일한 할로겐화수소, 일산화탄소 및 수소 성분을 포함한 반응 생성물(당해 방법의 부분 산화 개질 단계로부터의 것임)을 상이한 유용하거나 판매 가능한 생성물의 합성에 공급물로서 이용할 수 있다.
산 생성물 및/또는 생성물 합성 기체의 제조와 관련하여, 본 발명의 방법은 환원 조건하에서 작동되는 부분 산화 개질 반응기 영역(하나 이상의 부분 산화 개질 반응기를 직렬 또는 병렬로 포함함)에 공급물, 산소 공급원, 및 상기 공급물 중의 실질적으로 모든 할로겐화 물질을 상응하는 할로겐화수소로 전환시키는데 사용되는 임의의 추가의 수소 함유 보조 공급물을 공급하는 단계; 하나 이상의 할로겐화수소, 물, 일산화탄소 및 수소를 포함하지만, 전환되지 않은 할로겐화 물질을 필수적으로 함유하지 않는 반응 생성물을 이러한 반응기로부터 회수하는 단계; 및 중간의 중화 단계없이, 유용하거나 판매 가능한 수성 또는 무수 형태의 할로겐 산 생성물과 생성물 합성 기체 중의 어느 하나 또는 둘 다를 상기 반응 생성물로부터 분리하여 회수하는 단계를 포함한다. 목적하는 유용한 생성물이 상기 반응 생성물로부터 유도될 수 있는 산 또는 상기 생성물 합성 기체도 아니고, 상기 반응 생성물로부터 총괄하여 제조되거나 합성될 수 있는 물질인 경우에는, 어떠한 산 생성물이나 생성물 합성 기체도 회수하지 않고 이러한 반응 생성물은 당해 물질을 합성하는데 있어서 공급물로서 사용된다.
제2의 광범위한 국면에 있어서, 본 발명은 본 발명의 방법을 수행하는데 유용한 장치에 관한 것이다. 상이한 물질의 합성에서 대체로 공급물로서의 반응 생성물의 용도와 관련된 제1 양태에서, 본 발명의 장치는 부분 산화 개질 반응기 영역(하나의 부분 산화 개질 반응기이거나 이러한 반응기 다수를 직렬 또는 병렬로 포함할 수 있음), 이러한 부분 산화 개질 반응기 영역으로부터 상기 반응 생성물을 급냉시키기 위한 할로겐화수소 급냉 장치, 상기 반응 생성물로부터 매연과 회분을 제거하기 위한 탄소질 매연 및 무기 회분 퍼지, 및 상기 반응 생성물을 추가로 반응시키거나 목적하는 물질로 화학적으로 전환시키는 반응기를 포함한다. 상기 반응 생성물로부터 하나 이상의 할로겐 산 생성물 및/또는 생성물 합성 기체 자체를 제조 및 회수하는 것과 관련된 제2 양태에서, 본 발명의 장치는 부분 산화 개질 반응기 영역, 할로겐화수소 급냉 장치, 탄소질 매연 및 무기 회분 퍼지, 반응 생성물 중의 할로겐화수소를 할로겐화수소가 희박한 수용액 내로 흡수시켜 하부 스트림으로서 보다 농축된 할로겐화수소 산 용액을 생성시키기 위한 흡수기, 및 이러한 흡수기 오버헤드를 수용하고 상기 오버헤드 중의 잔류 할로겐화수소를 중화시키기 위한 스트립퍼를 포함한다.
도 1은 약 염산과 수증기가 다른 곳에서 사용하기 위해 생성되는, 염소화 탄화수소 폐기물을 소각시키는 종래의 소각 방법 및 장치의 도식도이다.
도 2는 연합된 에틸렌 디클로라이드(EDC)/염화비닐 단량체(VCM) 생산 설비로부터 염소화 탄화수소 폐기물을 소각하기 위한, 훽스트 아게에 의해 개발되고 시판되며 독점권을 획득하였고, EDC/VCM 생산 설비에서 옥시염소화 공정에 대한 공급물 및 원료로서 무수 염화수소를 회수하는 것을 고려하고 있는 소각 방법을 도시한 것이다.
도 3은 2가지의 바람직한 양태 각각에서의 본 발명의 방법에 관한 전반적인 도식도이다.
도 4는, 특정 유형의 공급물을 처리하는데 바람직한 공급물 컨디셔닝 단계에 속하는, 도 3의 방법의 일정 부분을 도시한 것이다.
도 5는 도 3의 방법의 반응기 영역 부분을 도시한 것이다.
도 6은 제1 양태에 있어서, 도 3의 방법의 반응 생성물 회수 섹션을 도시한 것이다.
도 7은 도 6에 도시된 제1 양태에 따라서 반응 생성물 회수 단계를 수행하기 위한 한 가지 가능한 수단을 도시한 것이다.
도 8은 도 3의 방법의 반응 생성물 회수 부분의 대체 양태를 도시한 것이다.
도 9는, 도 6 및 8에서의 기타 양태로 도시된 바와 같이, 도 3의 방법의 반응 생성물 회수 섹션의 또 다른 대체 양태를 도시한 것이다.
도 10은 반응 생성물 회수 섹션의 또 다른 양태를 도시한 것이다.
도 11은 한 가지 바람직한 양태에 있어서, 도 3의 방법에 사용될 수 있는 바와 같은 부분 산화 개질 반응기를 도시한 것이다.
도 12는 도 11에 도시된 것에 대한 대체 반응기 디자인을 제공한다.
도 13은 제2의 바람직한 대체 반응기 디자인을 도시한 것이다.
도 14 및 15는 공급물 및 기타 반응물을 본 발명에서의 반응기에 공급하기 위한 공급 노즐의 두 가지 바람직한 양태를 도시한 것이다.
도 16A 내지 16G는 본 발명의 바람직한 예시 양태에서의 본 발명의 방법을 도시한 것이다.
도 17은 도 3의 방법에 사용될 수 있는 바와 같은 또 다른 바람직한 반응기 디자인을 도시한 것이다.
바람직한 양태에 있어서, 본 발명의 방법 및 장치는 염소화 탄화수소 부산물 및 폐기물을 하나 이상의 유용한 보다 고품질의 생성물, 특히 EDC/VCM 제조 방법의 옥시염소화 단계에서 사용되거나 판매될 수 있는 무수 염화수소 생성물로 전환시키는 것에 관한 것이다.
당해 분야의 숙련인은 물론, 본 발명의 방법 및 장치가, 그 자체가 시판 및 판매되어 "화학적 생성물"로서 소비되고 있는 사염화탄소 등의 완전히 할로겐화된 물질을 상응하는 할로겐 산, 연료로서 유용하거나 또 다른 물질의 합성용 피드스톡으로서 유용한 생성물 합성 기체, 이러한 생성물 합성 기체를 사용하여 제조될 수 있는 물질, 상기 생성물 합성 기체로부터 분리되거나 회수되는 성분, 및 부분 산화 개질 반응기 영역으로부터의 반응 생성물 기체 스트림의 하나 이상의 부가 성분과의 할라이드 또는 할로겐화수소로부터 제조할 수 있는 물질을 포함하는 고품질의 생성물로 전환시키는 것을 포함한, 각종 할로겐화 물질을 고품질의 생성물로 전환시키는데 유용하다는 것을 용이하게 인지할 것이다. 상이하게 할로겐화된 물질, 예를 들면, 클로로플루오로카본 및/또는 하이드로클로로플루오로카본과 염소화 탄화수소와의 혼합물로 구성된 공급물도 또한, 액체와 고체를 모두 포함한 공급물로서 고려된다. 그러나, 바람직하게는, 이러한 공급물은 실질적으로 액체로만 구성될 것이고, 더욱 바람직하게는 회분과 기타 무기 물질을 5% 미만, 바람직하게는 1% 이하로 포함하여, 본질적으로 회분을 함유하지 않고 슬래깅(slagging)을 함유하지 않는다.
본 발명의 방법 및 장치가 상이하게 할로겐화된 물질을 처리하는 것과 관련되는 광범위한 맥락에서, 상기 공급물은 "실질적으로" 이러한 할로겐화 물질을 포함한다. "실질적으로"란 공급물 전체(상응하는 할로겐화수소(들)에 대한 할로겐 함량의 실질적으로 전부를 제거하기 위하여 상기 할로겐화 물질에 수소 함량을 보충시키기 위해 요구될 수 있는 모든 수소 함유 보조 공급물을 포함함)의 할로겐 함량이, 단일 할로겐이 상기 공급물에 포함되어 있는 경우에 상응하는 할로겐화수소의 회수가 일반적으로 공업적으로 실시되도록 하는 양이라는 것을 의미한다. "상이하게 할로겐화된 물질"이란 단일의 독특한 종의 할로겐 원자를 각각 함유하는 별개의 물질이 공급물 내에 포함되어 있는 상황과 단일 물질이 하나 이상의 종의 할로겐(예를 들면, 클로로플루오로카본 및 하이드로클로로플루오로카본)을 함유하는 상황 모두를 포괄하는 것으로 이해되어야 한다.
이들과 같이 상이하게 할로겐화된 물질에 관해서, 본 발명의 방법의 효과적이고도 공업적으로 중요한 한 가지 적용 분야는 염소 및 불소 함유 물질, 예를 들면, 농화학적 생산으로부터의 염소 및 불소 함유 중간체, 특히 비축 폐기물 또는 부산물 클로로플루오로카본(이의 사용은 대기 오존 수치에 대한 이러한 물질의 효과 전반에 대한 우려로 인해 최근 수 년간 상당히 제한되어 왔다)을 처리하는 분야일 것이다. 이들 유형의 공급물의 처리는, 불화수소의 극히 높은 부식성으로 인해 특정한 물질을 명백히 필요로 하지만, HF/HCl 혼합물의 흡수는 클로로플루오로카본 제조 회사에 의해 통상적으로 수행되므로 이러한 특정 분야에서의 숙련인은 이들 문제를 다룰 수 있다. HF 또는 HCl를 공업적으로 목적하는 농도로 적절히 회수하기 위하여, HF/HCl 산 혼합물로부터 HF를 분리하는 것은 몇몇 기술이 당해 분야에 공지되어 있지만, 올슨(Olson)의 미국 특허 제4,714,604호에서 중요한 연구 개발의 과제로 되어 있다. 예를 들면, 올슨(Olson)의 미국 특허 제4,714,604호(이는 본원에 참조문헌으로 삽입되어 있다)에는 HF/HCl 혼합물 중의 HF를 SiF4로 전환시키고, HCl에 대한 SiF4의 상대적인 휘발성을 증가시킨 다음, SiF4/HCl 혼합물을 증류시켜 농축된(22 내지 40%) HCl 산 용액을 생성시키는 것이 기재되어 있다.
본 발명의 방법 및 장치의 바람직한 적용 분야는, 실질적으로 염소화 물질, 특히 염소화 탄화수소 부산물 및 폐기물, 예를 들면, 클로르-알칼리 제조 방법으로부터, 에틸렌 디클로라이드와 비닐 클로라이드 단량체의 제조로부터 또는 염소화 용매의 제조로부터, 또는 클로로하이드린 중간체를 통한 올레핀 옥사이드의 제조로부터 중량 및 경량 증류 분획 형태의 염소화 탄화수소, 폴리염소화 비페닐 오염된 전이 오일 및 열 전달 유체, 염소화 살충제 및 제초제 폐기물 및 폐기 염소화 용매로 실질적으로 이루어진 공급물을 전환시키기 위한 분야일 것이다. 일반적으로, 이러한 공급물은 염소를 15중량% 이상, 바람직하게는 30중량% 이상, 더욱 바람직하게는 40중량% 이상, 가장 바람직하게는 50중량% 이상 함유할 것이다.
간략하고도 명확하게 설명하기 위하여, 본 발명의 방법 및 장치가 바람직한 비제한적인 적용 또는 맥락과 관련해서 다음에 기재될 것이다.
앞서 언급된 바와 같이, 상기 폐기물을 처리하는 것으로 당해 분야에 공지된 한 가지 방법이 도 1에 도시되어 있다. 도 1을 참조로 하고 상기 요약된 바와 같이, 염소화 탄화수소 폐기물 액체 및 처리용 배출구를 스트림(8)으로부터, 스트림(11)에서의 공기 및 임의의 부가의 비염소화 탄화수소 물질, 예를 들면, 메탄과 함께 종래의 소각로(10)에 제공한다. 수증기(13)를 발생시키기 위해 보일러(12)에서 소각열이 이용된 다음, 냉각 배출 기체 스트림이 흡수기(16)에 통과되고, 여기서 배출 기체 중의 염화수소는 스트림(18)에 의해 공급된 물에 흡수되고 일반적으로 염화수소를 10 내지 18중량% 함유하는 약염산 스트림(14)이 생성된다. 흡수기(16)로부터 오버헤드(19)에 잔존하는 모든 잔류 염화수소는 스트림(22)에서 공급된 알칼리 금속 수산화물(통상 가성 소다)에 의해 세척기(20)에서 중화시키고, 배수 스트림(24)에서 폐기된다. 잔여 소각 기체(26)는 취입기(28)와 스택(30)을 통하여 폐기된다.
특히 염소화 탄화수소 폐기물을 소각시키기 위한, 훽스트 아게에 의해 개발된 상업적으로 이용되는 소각 방법이 도 2에 도시되어 있고, 이 방법은 연합된 EDC/VCM 제조 설비의 옥시염소화 부분에 사용하기에 적합한 기상의 무수 염화수소의 형태로 염소화 탄화수소 폐기물의 염소를 회수한다.
스트림(32) 중의 액체 염소화 탄화수소 폐기물은 잔사 필터를 통하여 노즐에 공급되는데, 여기서 기상의 염소화 탄화수소 폐기물(34)은 직접 소각실(35)에 공급된다. 상기 폐기물은 스트림(36)으로부터 압착 공기에 의해 상기 노즐에서 분사되고, 약 0.2바 및 1250℃에서 과량의 산소 4 내지 5%로 소각된다. 소각로 온도를 유지하거나 제한하기 위하여, 천연 기체와 함께 보충 가열하거나, 또는 물 또는 바람직하게는 수성 염산을 각각 소각실에 부가하는 방안이 제안되었다.
소각로로부터의 유출 기체(38)는 보일러(40)를 통과하고, 여기서 보일러 공급수(42)는 수증기(44)로 전환되고 유출 기체의 온도는 약 300℃로 저하된다. 이로써 발생된 수증기는 8바의 절대압에서 연합된 EDC/VCM 설비의 수증기 시스템으로 공급하고, 소분획의 보일러 공급 수(42)를 퍼징하여 수증기 드럼 내의 염 농도를 제어한다.
이어서, 보일러(40)를 통과한 유출 기체(38)는 급냉실(46)에서 염산으로 급냉시켜 대략 60 내지 70℃로 되도록 하고, 여기서 급냉 재순환 시스템(48)에 잔사 필터를 공급하여 이러한 급냉 시스템으로부터 고체(예를 들면, 회분 및 금속)를 제거한다.
이어서, 상기 급냉 시스템을 빠져나오는 유출 기체(50)는 버블 캡 트레이가 장착된 흡수 칼럼(52)에 공급한다. 약 17중량%의 공비 조성하에 수성 염산을 약 90℃의 열 교환기(58)를 통하여 탈수기(56)로부터 스트림(54)에 공급한다. HCl 농도는 흡수기(52)에서 이의 공비 값으로부터 흡수기(52)의 저부에서 약 25 내지 약 28중량%의 값으로 증가된다. 상기 흡수기(52)의 상부에서 내부에 존재하는 기체가 스트림(60) 중의 응축물과 접촉하고, 소량을 제외하고는 상기 기체 중의 잔여 HCl는 제거된다. 세척기(62)에 도입하기 전에, 흡수기(52)로부터의 오프 기체(64) 중의 수증기는 상부 응축기에서 약 35℃의 온도에 상응하는 값으로 저하시킨다.
세척기(62)는 보다 하부 섹션을 포함하는 것으로 기재되어 있는데, 여기서 오프 기체(64) 중의 대부분의 잔여 HCl 및 유리 염소를 수중 18중량% 수산화나트륨으로 중화시킨 다음 배수 스트림(66)으로 제거한다. 여전히 기상으로 잔존하는 미량의 HCl은, 스트림(67)을 통하여 탈염수 내로 흡수시킴으로써 세척기(62)의 상부 섹션에서 추가로 감소시키고, 유출 기체(69)는 약 25℃하의 대기로 방출되었다.
흡수기(52)의 저부로부터 산 스트림은 수중 염화수소를 약 25 내지 약 28중량% 함유하고, 여과하고, 용기(70) 중의 이온 교환기 내로 통과시켜, 약 120℃의 탈수기(56)에 도입되기 전에 잔류 고체 및 금속 염화물을 제거한다. 탈수기(56)는, 대기압에서 작동되는 각종 기타 장치와는 달리, 4.5바의 압력에서 작동되고, 스트림(68)을 증류시키는 작용을 하고, 수성의 공비 HCl 스트림(54)과 오버헤드 스트림(72)을 생성시키며, 이는 서리 제거 장치(74)에 통과시킨 후에, 탈수기(56)의 상부에서 2개의 응축기(76 및 78)에 의해 건조시킨다. 두 번째 응축기(78)는 기체 스트림(72)의 온도를 -12℃로 저하시키기 위한 냉동기를 이용하는데, 이로써 생성된 무수 염화수소 기체 스트림은 교환기(80)에서 전형적으로 약 60℃인 이슬점 초과 온도로 가열하고, 연합된 EDC/VCM 설비의 옥시염소화 부분에 공급한다.
도 3을 참조로 하면, 본 발명의 방법이 두 가지 바람직한 양태 각각에서 광범위하게 도시되어 있다. 염소화 탄화수소 폐기물 또는 부산물 발생 또는 공급원 공정(82)로부터의 스트림 중의 염소화 탄화수소 폐기물 생성물 및 부산물을 임의의 공급물 컨디셔닝 시스템(84)에 전달하는데, 이때 이러한 공급물 컨디셔닝 시스템(84)을 사용해야 하는지의 여부는 부분적으로는 공급원 공정(82)으로부터의 염소화 탄화수소 폐기물 생성물 및 부산물의 특성과 상기 공급물에서 양성 목적으로 발견되는 입상 물질 또는 고체를 처리하기 위한 부분 산화 개질 반응기 영역(86)과 연합 장치의 디자인과 용량에 좌우된다. 상기 지시된 바와 같이, 본 발명의 방법은 바람직하게는, 본래 액체인 염소화 물질만을 실질적으로 포함하는 공급물에 대해 작용하지만; 실제적인 실시에서, 상기 열거된 수 많은 특정한 염소화 탄화수소 폐기물 생성물 및 부산물은 몇몇 입상 물질을 함유하는 것으로 예상될 수 있다. 추가로, 예를 들면, 공급원 공정(들)의 정상적인 작동 결과로서 상기 공급물에 입상 물질이 존재하는 것에 대한 어느 정도의 준비가 이루어졌기 때문에, 기타 공급원으로부터 유도되고 본 발명의 방법 및 장치에서 파괴되는 것으로 처리될 수 있는 다이옥신 및 푸란 적재 미립자를 상기 공급물에 의도적으로 가할 수 있는 것으로 예상된다.
바람직하게는, 생성물 품질 측면과 환경상의 이유 모두를 위해, 상기 입상 물질은, 상기 부분 산화 개질 반응기 영역(86)에서 완벽하게 개질되거나 기화되고, 1회 통과 또는 순환에 의해, 탄소질 매연과 불용성 무기 회분은 미립자 제거 단계(다음에 기재되는 바와 같음)에 의해 제거된다. 이를 위하여, 부분 산화 개질 반응기 영역(86)에 대한 공급물 중에 존재하는 모든 고체의 크기는 2mm 미만인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 상기 공급물 내에 존재하는 모든 입상 고체의 크기는 500㎛ 미만, 더욱 바람직하게는 200㎛ 미만, 가장 바람직하게는 100㎛ 미만이어야 한다.
염소화 탄화수소 공급물이 바람직하지 못한 크기의 입상 고체를 함유하는 경우, 도 4에 보다 상세히 도시된 바와 같이, 상기 공급물의 일부 또는 전부를 분쇄기(84a)에서 분쇄시켜 상기 지시된 입상 고체 크기 제한치를 충족시키는 단계, 상기 분쇄기(84a) 내부에 있거나 이의 하류에 위치한 분급 장치(84b)를 사용하여 상기 지시된 크기 제한치를 충족시키는 입상 고체만을 상기 부분 산화 개질 반응기 영역(86)으로 통과시키는 단계, 및 보다 큰 입상 고체를 교반된 공급물 탱크(84c)에 재순환시키고, 다시 상기 분쇄기(84a)에 공급하는 단계를 포함한 공급물 컨디셔닝 단계(84)가 결과적으로 포함된다. 상기 분급 장치(84b)는 바람직하게는 필터이다.
임의의 공급물 컨디셔닝 단계(84)에서 적절히 컨디셔닝시킨 후에, 공급물을 산소 공급원(바람직하게는, 산소, 공기, 산소가 농후한 공기 및 이산화탄소 중에서 선택된 하나 이상의 산소 함유 기체, 더욱 바람직하게는 필수적으로 산소의 형태임)과 공급물에서 실질적으로 모든 염소 함량을 이러한 부분 산화 개질 반응기 영역(86)으로부터의 반응 생성물 중의 염화수소로 명백히 나타내도록 하는데 사용되는 임의의 추가의 수소 함유 보조 공급물(이러한 산소 공급원과 임의의 수소 함유 보조 공급물이 도 3에 "기타 반응물"(88)로서 기재되어 있다)과 함께 환원 조건하에서 작동하는 부분 산화 개질 반응기 영역(86)에 공급한다. 온도 조절용으로 수증기를 가할 수도 있고, 부가의 수소 공급원을 종래의 개질 실시에 따라 사용할 수도 있으며, 이는 "기타 반응물"(88)에 임의로 포함되는 것으로 간주되어야 한다.
반응기 영역(86)로부터, 상기 반응 생성물은 반응 생성물 회수 단계(90)에 공급한 후, 이러한 반응 생성물은 별도의 합성 단계(92)에 공급하여 포스겐 또는 메틸 클로라이드와 같은 화학적 생성물(94)을 생성시킬 수 있다[이는 홀브룩(Holbrook) 등에게 공동-양도된 미국 특허 제4,962,247호에 교시된 바와 같다]. 또 다른 방법으로는, 상기 반응 생성물은 산 및 생성물 합성 기체 회수 단계(96)에 공급한 다음, 수성 또는 무수 염화수소 생성물(98)과 생성물 합성 기체(100) 중의 어느 하나 또는 둘 다를 회수한다. 생성물 합성 기체(100)는 연료(102)로서 사용하거나, 상업적으로 공지된 방법에 의해 암모니아, 메탄올, 수소, 아세트산 또는 아세트산 무수물과 같은 물질을 화학적으로 합성하기 위한 공급물(104)로서 사용한다[참조: Kirk-Othmer, Encyclopedia of Chemical Technology, 3rd ed., vol. 2, pp. 480-500(암모니아), Kirk-Othmer, Encyclopedia of Chemical Technology, 4th ed., vol. 13, pp. 852-878(수소), McKetta and Cunningham, Encyclopedia of Chemical Processing and Design, vol. 29, pp. 423-435(1988)(메탄올)].
물론, 당해 분야의 숙련인은 이들 이외의 기타 물질도 상기 반응 생성물로부터 생성될 수 있거나, 또는 이러한 반응 생성물로부터 회수된 생성물 합성 기체(100)로부터 생성될 수 있고, 열거된 예시 물질로 제한되지 않는다는 것을 인지할 것이다. 이러한 또 다른 물질의 예는 쉘 오일 컴퍼니(Shell Oil Company)에 양도된 몇몇 관련 특허의 방식으로 제조되는 1,3-프로판디올일 것이다. 물과 비혼화성인 유기 용매로부터 3-하이드록시프로판알을 고농도로 수성 액체 상으로 추출하는 단계, 하이드로포밀화 촉매를 함유하는 유기 상으로부터 수성 상을 분리하는 단계, 이러한 수성 상을 수소화 촉매의 존재하에서 수소와 접촉시켜 1,3-프로판디올을 포함한 수소화 생성물 혼합물을 제공하는 단계; 이러한 수소화 생성물 혼합물로부터 1,3-프로판디올을 회수하는 단계 및 상기 유기 상의 적어도 일부분을 당해 방법의 제1 하이드로포밀화 단계로 다시 보내는 단계를 포함하는, 물과 비혼화성인 유기 용매 중에서 일산화탄소 및 수소로 에틸렌 옥사이드를 촉매적 하이드로포밀화시키는 방법에 관한 포웰(Powell) 등의 미국 특허 제5,463,144호, 포웰 등의 미국 특허 제5,463,145호 및 슬라우(Slaugh) 등의 미국 특허 제5,463,146호를 참조할 수 있다.
도 5를 참조로 하면, 반응기 영역(86)의 기타 명세가 보다 구체적이거나 상세한 도면에 제시되어 있다. 반응기 영역(86)에서는, 하나 이상의 부분 산화 개질 반응기(86a)를 병렬 또는 직렬로 사용하여, 염소화 탄화수소 폐기물 및 부산물을 염화수소, 일산화탄소, 수소 및 물을 포함한 반응 생성물로 전환시킨다. 바람직하게는, 반응기 영역(86)에 이용된 반응기(들)(86a)는 공급물 중의 염소화 탄화수소를 염화수소로 완전히 전환시키고, 전환되지 않은 물질을 일반적으로 급냉 섹션이나 하류 장치로 바이패스할 기회를 제공하지 않도록 디자인되어 있지만, 본원에 기재된 유형의 개질 공정이 다수의 경쟁 반응 간의 평형과 연관되고 본 발명의 방법은 광범위한 염소화 물질(이들 중의 몇몇은 다른 것에 비해 전환시키기가 더 어려울 수 있다)을 나타낼 수 있기 때문에, 본 발명자들은 분리 단계(86b)가 하나 이상의 부분 산화 개질 반응기(86a) 다음에 이용되어, 반응 생성물을 함유할 수도 있는 전환되지 않은 어떠한 염소화 물질도 회수 및 재순환시킬 수 있는 것으로 생각한다. 바람직하게는, 이러한 재순환 단계(86b)는 반응 생성물 회수 단계(90)에 포함된 미립자 제거를 통하여 간단히 수행되기 때문에, 재순환 단계(86b)는 사실상 도 6 내지 10에 보다 상세히 도식적으로 나타낸 반응 생성물 회수 단계(90)와 중첩된다.
도 6에서, 제1의 바람직한 양태에서의 반응 생성물 회수 단계(90)는 반응 생성물을 염화수소 급냉 장치(이는 이를 위하여 사용된 어떠한 통상적인 장치일 수 있다)에 공급하는 습윤 기체 급냉 단계(106)를 포함한다. 예를 들면, 분무 냉각기를 사용할 수 있거나, 통상적인 드래프트 튜브/함침된 급냉 튜브 장치를 사용할 수 있거나, 오버플로우 웨어(overflow weir) 급냉기 또는 벤트리 급냉기, 또는 이들의 조합물을 사용할 수 있다. 본 목적을 위하여, 반응 생성물 중에서 상당량의 염화수소를 제조하고 미립자 제거 단계(108)에서 효과적인 탄소질 매연 및 산-불용성 무기 회분 제거를 위한 고에너지 벤트리 급냉기/세척기를 제조하는데 수반되는 부식 문제와 핫 기체/콜드 액체 계면을 제어하기 위해, 오버플로우 웨어 급냉기의 조합물을 사용하는 것이 바람직하다. 이어서, 급냉된 반응 생성물로부터 제거된 탄소질 매연과 무기 회분은 상기 시스템으로부터 퍼징하거나 맥칼리스터(McCallister)의 미국 특허 제3,979,188호 및 슈링거(Schlinger) 등의 미국 특허 제3,607,157호에 교시된 바와 유사한 방식으로 반응기 영역에 전부 또는 일부 재순환된 단계(110)에 공급하기 때문에, 상기 매연이나 회분을 지니거나 이들 상에 존재하는 전환되지 않은 염소화 탄화수소를 앞서 기재된 바와 같이 재순환시킨다.
도 6에 도시되어 있는 공정 단계를 수행하기 위한 특정한 급냉 및 미립자 제거 개략도가 도 7에 도시되어 있으며, 이는 주요한 미립자 제거 수단으로서 플럭스력(flux force)/응축 세정기를 사용하는 것을 포함한다. 부분 산화 개질 반응기 영역(86)으로부터의 반응 생성물 기체(112)는, 저에너지 급냉기(114)로부터 급냉된 반응 생성물 스트림(120)을 공급물로서 수용하는 충전 응축기 칼럼(118)으로부터 미립자 보유 산 유출액(116)에 의해 저에너지 급냉기(114)(이는 오버플로우 웨어 급냉기 또는 기타 통상적으로 공지된 저에너지 급냉 장치일 수 있다)에서 우선 급냉시킨다. 응축기 산 유출액에 의해 반응 생성물 스트림으로부터 제거된 입상 물질을 앞서 기재된 바와 같이, 주기적으로 또는 연속적으로 퍼징시키거나 스트림(119)으로 재순환시키고, 이로써 세척된 반응 생성물 기체(122)는 고에너지 벤트리 급냉기/세척기(124)에 통과시켜 목적하는 반응 생성물 스트림으로부터 잔류 탄소질 매연이나 무기 회분 입상 물질을 세척한다. 보충수(128)가 공급되거나 연속되는 산 흡수기로부터 및/또는 후속의 통상적인 수성 산 세정으로부터의 여액 형태의 찬 염산이 공급된 충전 서리 제거 장치 칼럼(126)은 입상 물질, 특히 모든 연행 입상 물질을 고에너지 벤트리 급냉기/세척기(124)로부터, 스트림(130)에서 오버헤드가 산/생성물 합성 기체 분리 및 회수[도 3에서의 단계(96)]하도록 진행되는 목적하는 반응 생성물로부터 추가로 제거하도록 작동된다. 서리 제거 장치 칼럼(126)으로부터의 하부 스트림(132)은 상기 고에너지 벤트리 급냉기/세척기(124)에서 일부 사용되고, 충전 응축기 칼럼(118)에 공급된 세척용 액체(134)로서 일부 사용된다.
도 8을 참조하면, 반응 생성물 회수 섹션(90)의 대체 양태가 도시되어 있으며, 여기서는 핫 기체 여과 및 미립자 제거 장치(136)가 주요한 급냉 장치(138)보다 먼저 이용된다. 핫 기체 여과 장치(136)는 바람직하게는, 코놀리(Connolly) 등의 미국 특허 제5,460,637호 및 문헌[참조: Judkins et al., "Development of Ceramic Composite Hot-Gas Filters", Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, vol. 118, pp. 495-499(July 1996)(및 이에 인용된 참조문헌), 및 Judkins et al., "A Review of the Efficacy of Silicon Carbide Hot-Gas Filters in Coal Gasification and Pressurized Fluidized Bed Combustion Environments", Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, vol. 118, pp. 500-506(July 1996)(및 이에 인용된 참조문헌)]에 총칭적으로 기재된 바와 같은 세라믹 필터 매질의 사용을 포함하거나, 또는 문헌[참조: Bulletin GSS-1, "The Pall Gas Solid Separation System for the Chemical Process, Refining, and Mineral Industries", Pall Corporation (1988)]에 기재된 바와 같은 소결된 금속 필터의 사용을 포함하는, 화학 공정, 석유 정제 및 광물 가공 산업 분야에서 뜨거운 부식성 환경에 사용하기 위해 당해 분야의 숙련인에게 널리 공지된 유형일 것이다. 도 6에서와 같이, 염화수소 산 생성물에 용해되지 않은 매연 및 무기 회분은 상기 시스템으로부터 퍼징하거나, 전부 또는 일부는 반응기 영역(86)에 재순환시킨다. 도 8에 도시된 양태의 변형은, 구성 물질을 보다 넓게 선택시켜 주고 실제적으로 여과 장치를 덜 요구할 수 있는, 부분 산화 개질 반응기 영역 내에서의 온도인 1100 내지 1500℃에서부터 800℃ 이하 범위의 온도, 예를 들면, 특히 550 내지 600℃로 낮은 온도까지 상기 반응 생성물 스트림의 부분 급냉(분무 냉각시키거나, 또는 냉각된 기체, 예를 들면, 냉각되고 재순환된 생성물 합성 기체와의 접촉에 의해)을 이용한다.
도 9는 반응 생성물 회수 섹션(90)의 제2의 대체 양태가 도시되어 있다. 이러한 제2의 대체 양태는 부분 산화 개질 반응기 영역에서의 온도인 1100 내지 1500℃에서부터 백하우스 여과 장치에서 탄소질 매연과 불용성 무기 회분의 미립자 제거에 설정된 온도, 통상적으로는 200℃ 이상(또는 안전하게는 백하우스 여과 장치의 환경하에서 염화수소의 이슬점 이상) 내지 400℃까지 반응 생성물의 부분 분무 냉각 또는 저에너지 급냉(140)을 이용한다. 이로써 냉각된 반응 생성물을 백하우스 여과 장치(142)에 운반하고, 이로부터 매연과 무기 회분을 상기 시스템으로부터 재퍼징한 다음, 무기 회분과 매연으로부터 제거시킨 기체를 제2의 분무 냉각/저에너지 급냉 장치(144)에 운반하여, 도 3의 방법에 도시된 합성 반응기(92) 또는 산 및 생성물 합성 기체 회수 섹션(96)에 대해 필요에 따라 목적하는 반응 생성물을 추가로 냉각시킨다. 카본 블랙의 제작를 잘 알고 있는 당업자는 본 양태에서, 본 발명의 방법의 반응 생성물 회수 섹션(90)과 미립자 제거가 카본 블랙에 대한 공지된 제조 기술 및 회수 기술과 몇몇 측면에서 유사성을 지니고 있다는 것을 인지할 것이다. 이와 관련하여, 예를 들면, 문헌[참조: McKetta and Cunningham, "Carbon Black, Furnace Black", Encyclopedia of Chemical Processing and Design, vol. 6, page 212(1988)]의 도 19에 도시된 바와 같은 백 필터 디자인이 또한 본 발명의 맥락에서 적합하게 사용될 수 있는 것으로 간주된다. 적합한 백하우스 여과 장치(142)의 선택 및 디자인은 당해 분야의 숙련인의 능력 내의 사항인 것으로 간주된다[참조: Croom, "Effective Selection of Filter Dust Collectors", Chemical Engineering, pp. 86-91(July 1993)].
최종적으로, 도 10을 다시 참조하면, 수증기를 발생시키고, 반응기 영역(86)으로부터의 반응 생성물을 백하우스에 적합한 온도로 냉각시키기 위하여 가열 회수 유니트(146)를 이용하는 반응 생성물 회수 섹션(90)의 제3의 대체 양태가 도시되어 있다. 백하우스 여과 장치(148)에서 여과시킨 후, 이와 같이 여과된 반응 생성물을 제2의 급냉 장치(150)에 다시 운반하여, 반응 생성물을 도 3에 도시된 합성 반응기(92) 또는 산 및 생성물 합성 기체 회수 섹션(96)에 적합한 온도로 추가로 냉각시킨다. 상기 가열 회수 유니트(146)는 편리하게는, 선행 기술에서 염소화 탄화수소 폐기물의 소각에 사용된 바와 같은 보일러일 수 있다. 이러한 맥락에서 적합한 보일러의 예가 부이스(Buice)의 미국 특허 제4,627,388호에 기재되어 있다. 또 다른 한편, 얀케(Jahnke)의 미국 특허 제4,889,657호에 기재된 바와 같은 복사열 회수 보일러도 필요에 따라 사용할 수 있다.
앞서 문장으로부터 명백한 바와 같이, 소정의 장치에서 처리될 공급물의 종류, 및 이로부터 생성된 입상 물질의 특징과 성질 등의 고려 사항에 따라서 본 발명의 방법에 각종 할로겐화수소 급냉 및 미립자 제거 장치를 이용할 수 있다.
일반적인 측면, 및 염소화 물질, 특히 염소화 탄화수소 부산물 및 폐기물로만 실질적으로 구성된 공급물의 바람직한 처리에 있어서, 상기 반응 생성물 기체를 신속히 급냉시킴으로써 다이옥신, 푸란 및 관련된 미량 유기물의 드 노보(de novo) 합성 또는 가능한 모든 개질을 방지하기 때문에 몇몇 사용자에게는 도 6에 도시된 양태가 바람직할 수 있다. 이와 관련하여, 산화적 소각 환경에서, 신속한 급냉이 일반적으로 스택 기체 중의 다이옥신과 푸란 배출을 감소시키는데 유용한 것으로 밝혀졌다[참조: 키스(Kiss)의 미국 특허 제5,434,337호, Gebert et al., "PCDD/F Emission Reduction for Sinter Plants", Steel Times, vol. 223, no. 6, pp. 220-222(June 6, 1995), Gullett et al., "Role of Combustion and Sorbent Parameters in Prevention of Polychlorinated Dibenzo-p-dioxin and Polychlorinated Dibenzofuran Formation During Waste Combustion", Environmental Science and Technology, vol. 28, no. 1, pp. 107-118(Jan. 1994)].
상기 논의된 샤이들(Scheidl) 등의 문헌에는 본원에서 고려된 바와 같은 개질 공정이 다이옥신과 푸란 형성의 문제와 관련하여 통상적인 소각에 비해 개선을 나타내야 한다고 제한하고 있다. 실제로, 앞서 지시된 바와 같이, 본 발명의 방법이 다이옥신- 및 푸란-함유 물질이 분해 처리되도록 사용되는 것이 바람직한 것으로 예상된다. 그러나, 본 발명의 방법은 특정의 상업적인 환경에서 광범위한 공급물의 처리가 요구되는 경우, 및 추가로 샤이들 등의 문헌에 보고된 것과 비교해서 본 발명에 사용되는 상기 공급물의 훨씬 더 많은 염소 함량 때문에 염소화 유기 폐기물 및 주변의 미량의 유기 발생물에 관한 규제상, 정책상 및 환경상 민감한 사항을 지니고 있는 경우, 신속한 습윤 기체 급냉이 몇몇 사용자가 이용하기 위한 바람직한 부가의 보호 수단일 수 있다.
그러나, 도 8 내지 10의 양태에 비해 도 6 및 7의 양태의 명백한 잠재적인 단점은 습윤되거나 슬러리화된 입상 물질의 제거 및 퍼징 수행이 보다 어려운 것으로 예상될 수 있다는 점이다. 이때, 순수하게 기술적인 견지에 비추어 볼 때, 도 6 및 7의 습윤 기체 급냉 및 미립자 제거 양태보다도 도 8 내지 10에 도시된 바와 같고 상기 기재된 바와 같은 무수 기체 여과 시스템이 적합하고, 도 9 및 10의 양태가 도 8에 도시된 바와 같은 핫 기체 여과 방법보다 대체로 바람직하다.
본 발명에 사용되는 반응기(86a)는 각종 상이한 형태로 디자인될 수 있는데, 여기서 반응기 디자인에 대한 기본적인 고려 사항은 내부의 할로겐화 물질을 상응하는 할로겐화수소(들)를 포함한 반응 생성물로 완전히 전환시키는 것(즉, 공급물 중의 실질적으로 모든 할로겐이 할로겐화수소(들)로서 반응 생성물에서 발견된다)과, 전환되지 않은 물질이 상기 공급물로부터 급냉 유입구 또는 기타 하류 장치까지 어떠한 바이패스도 실질적으로 허용하지 않는다는 것이다. 기본적으로, 낮은 회분/낮은 슬래그-형성 공급물을 개질시키는 것으로 공지되어 있는 모든 반응기 디자인이, 사출된 공급물 또는 공급물 셋트에 대해 상기 언급된 조건을 충족시키는 이들 디자인의 능력에 따라서 본 발명에 유용할 수 있다.
제1의 일반적으로 통상적인 디자인이 도 11에 도시되어 있는데, 이는 내화 벽돌층(154)에서 라이닝되어 있는 원통형 가압 용기(152)를 도시하며, 이러한 내화 벽돌층(154)은 바람직하게는 약 90중량% 이상의 높은 알루미나 함량을 특징으로 한다. 단열 벽돌층(156)이 또한 제공되고, 보호 매스틱 시멘트 피복/라이닝(도시되지 않음)과 산 타일 벽돌층(158)을, 반응기에서 발생된 HCl에 의한 부식 공격으로부터 탄소강 가압 용기(154)를 보호하기 위하여 절연 벽돌층 하부에 배치된다. 알루미나 함량이 높은 부직포 단열지(도시되지 않음)를 상기 산 타일 벽돌층(158)과 단열 벽돌층(156) 사이에 하나 이상의 층으로 삽입시킨다. 상기 공급물과 기타 반응물을 반응기에 제공하기 위해 공급 노즐(162)(다음에 도 14 및 15와 관련하여 기재됨)을 장착하고, 일반적으로 공급물이 반응기 내로 유동하는데 있어서 중단시 또는 기타 유사한 환경으로 인한 중단시 반응기 중의 폭발성 상황을 피하고 찬 스타트-업(start-up)에 대한 통상 개념에 따라서 파일롯 노즐(164)을 장착한다.
유사하게는, 매우 기본적인 반응기 디자인이 도 17에 도시되어 있으며, 이는 공급 노즐(364)을 통하여 염소화 탄화수소 공급물(360)과 산소 공급원(362)(및 통상적인 개질 고려사항과 실시 사항에 따라서 존재하는 경우, 수소 함유 보조 공급물, 수증기 등)을 접선 도입시키는 사이클로닉 형태를 이용한다. 파일롯 노즐(366)은 도 11의 양태에서와 같이 장착되고, 실제로 상기 반응기의 기본 형태가 우려되는 경우를 제외하고는, 도 17의 반응기는 필수적으로 도 11의 반응기와 동일한 방식으로 제작된다.
도 11 및 도 17의 반응기는 디자인 면에서 간단하고 용이하게 구성되기 때문에, 도 11에 도시된 유형의 반응기 또는 도 17에 도시된 유형의 반응기에서 목적하는 완전한 전환이 이루어지고 바이패싱이 없는 디자인이 일반적으로 바람직하다. 부가의 혼합과 체류 시간이 요구되는 경우, 공급물의 바이패싱에 대한 추가의 보호가 필요한 경우, 또는 아마도 다른 이유로 인해 이들 디자인의 어떠한 것도 완전하게 만족스러운 것으로 입증되지 않은 경우, 당해 분야의 숙련인은 도 12에 도시된 제2의 대체 반응기 디자인과 같은 또 다른 디자인을 적합하게 이용할 수 있다.
도 12의 반응기는 통상적으로 수직으로 배치되고, 상부의 역혼합 반응기 섹션(166)과 이러한 상부 반응기 섹션(166) 하부에 있는 기체 제거 반응기 섹션(168)을 이용하는데, 상부 반응기 섹션(166)과 기체 제거 반응기 섹션(168)을 분리시키는 제한 섹션(170)을 갖고, 기체 제거 반응기 섹션(168)에 의해 반응기에서 전부 역혼합 및 전환을 촉진하도록 작동한다.
공급물 중의 전환되지 않은 할로겐화 물질을 바이패싱하는 것은, 평행한 1차 생성물 급냉 용기(174)(함침된 급냉 튜브(176)과 함께 도시되지만, 오버플로우 웨어 급냉도, 예를 들면, 용기(174)에 유용하다)에 반응 생성물을 운반하는 기체 제거 반응기 섹션(168)으로부터 각을 이룬 핫 기체 전도 장치(172)를 장착함으로써, 유입구로부터 반응기로의 급냉 장치에 대한 유입구를 오프셋팅함으로써 방지한다. 회분과 탄소질 매연을 스트림(178) 중의 급냉 용기로부터 제거하고, 반응 생성물 기체(180)는 기재된 각종 양태의 본 발명의 방법에 따라서 추가로 처리하기 위하여 통과시킨다.
도 13을 참조하면, 제3의 반응기 디자인의 예가 도시되어 있고, 반응물을 제1 반응기(182)에서 와동시키고 친밀하게 혼합시키기 위하여 상기 반응물을 2개의 공급 노즐(184)을 통하여 각을 이루게 도입하고 바람직하게는 공급물 중의 실질적으로 모든 할로겐화 물질을 전환시키는 제1의 수직 반응기(182), 유동 방향/턴의 하나 이상의 변화를 포함하는 핫 기체 전도 장치(186), 및 개질 조건에서 제1 반응기(182)로부터 수용된 (핫 기체 전도 장치(184)를 통하여) 반응 생성물 혼합물에 대한 추가의 체류 시간을 제공하고 플러그 유동의 보다 특징적인 유동 거동을 나타내는 제2의 확장된 침지 반응기(188)를 포함한다. 바람직하게는, 핫 기체 전도 장치(184)는 제1 반응기(182)로부터의 반응 생성물 혼합물을 제2 반응기(188)로 접선으로 공급한다. 오버플로우 웨어 급냉기(190)와 1차 급냉 용기(192)(회분과 매연 퍼지를 포함함)이 제2 반응기(188) 하부에 설치되어 있다.
도 11 내지 13 및 도 17의 반응기 디자인에서 발견되는 양상들을 변화시키고 조합하는 것은, 예를 들면, 도 11의 원통형 용기 디자인에서 혼합과 체류 시간을 증가시키기 위해 배플(예를 들면, 쵸크 링 형태임)을 사용하거나, 도 11 또는 12의 양태에서 도 13의 각을 이룬 2개의 공급 노즐(184)을 사용할 수 있다.
적당한 공급 노즐을 선택하는 것이 물론, 할로겐화 공급 물질을 목적하는 바와 같이 완전히 전환시키는데 실질적으로 도움을 줄 수 있다. 통상적인 맥락에서 석유 정제로부터 잔류 중유의 부분 산화 또는 슬러리화된 고체 탄소 함유 연료(일반적으로 석탄)를 기화시키기 위해 개발된 공급 노즐은 일반적으로 플러깅 우려로 인해 유로가 짧은 것을 특징으로 한다[참조: 마리온(Marion) 등의 미국 특허 제3,847,564호, 마리온 등의 미국 특허 제3,945,942호, 제테르트(Gettert) 등의 미국 특허 제4,113,445호, 크로우치(Crouch) 등의 미국 특허 제4,338,099호 및 스텔라치오(Stellaccio)의 미국 특허 제4,443,230호]. 일반적으로 말하자면, 따라서 각종 펌프 가능한 고체 탄소 함유 및 액체 탄화수소 연료의 부분 산화에 사용하는 것으로 공지된 공급 노즐은 또한 본 발명에서 유용하지만, 필수적으로 염소화 탄화수소 물질의 액체 공급물을 공급하는 바람직한 맥락에서, 기타 기체-액체 분사 공급 노즐이 사용될 수 있고, 바람직하게는 공급물과 기타 반응물을 보다 잘 분산시키고 보다 잘 혼합하기 위해 본래 제공된 것을 사용된다. 화합물 노즐 유형의 바람직한 공급 노즐의 예가 도 14 및 15에 도시되어 있지만, 당해 분야의 숙련인은 이들이 비-제한적인 예라는 것을 인지할 것이다.
도 14를 다시 참조하면, 노즐(193)은 기체 스트림[당해 맥락에서 전형적으로 산소, 산소 및 수증기(온도 조절제 및/또는 수소 공급원), 산소 및 수소 함유 보조 공급물, 예를 들면, 메탄, 또는 산소, 수증기 및 메탄 조합물]을 외부 환상 오리피스(199)를 통하여 운반된 액체 공급물을 분사하기 위한 환상 오리피스(197)를 통하여 중심 채널(195)로부터 운반시키고, 공급물과 반응물의 혼합물을 환상 배출 오리피스(201)를 통하여 반응기에 방출된 "Y 제트" 형상으로 도시되어 있다. 환상 냉각수 채널(215)에서 노즐(193) 주위로 냉각수를 순환시킨다.
도 15에는, 액체 공급물을 중심 채널(205)을 통하여 운반시키고 다수의 횡방향 유동 채널(207)을 통하여 분사 기체 스트림과 접촉시키도록 운반시키는 "T 제트" 형의 화합물 노즐(203)이 도시되어 있다. 액체 공급물을 분사하는데 사용된 산소(및 모든 수증기 및/또는 메탄)는 환상 오리피스(209)를 통하여 공급한 다음, 공급물과 반응물의 혼합물은 환상 배출 오리피스(213)를 통하여 반응기로 방출시키기 전에 내부 혼합실(211)에 수용시킨다. 또한, 환상 냉각수 채널(217)을 통하여 노즐(203) 주위에 냉각수를 제공한다.
본 발명의 방법 및 장치의 바람직한 예시 양태 전체가 도 16A 내지 16G에 도시되어 있으며, 여기서 각종 공급원 공정으로부터의 염소화 물질 부산물 및 폐기물은 교환기(200)에서의 이용 가능한 공정 수증기에 의해 적당히 예열되어 있는 공급물 탱크(194, 196 및 198)에 수집되고, 혼합 액체 공급물(202)로서 반응기(206)의 주 공급 노즐(또는 노즐들)(204)에 공급된다. 주 공급 노즐(204) 및 경우에 따라 파일롯 노즐(210)을 통하여 산소를 스트림(208)에 공급하고, 필요에 따라 반응기(206)에서의 환원 조건을 유지하며, 통상적인 개질 실시에 따라서 온도 조절을 위해 스트림(212)에서 이용 가능하도록 수증기를 임의로 유동시키고, 수소 함유 보조 공급물(통상적으로 메탄)을 또한 필요에 따라 스트림(214)에 제공한다. 스트림(216) 중의 냉각수는 바람직하게는, 주 공급 노즐(204)로부터의 혼합 액체 공급물(202)의 분사 및 주입에 수반되는 국소 냉각을 제공하기 위하여 사용되고, 질소는 바람직하게는 장치 연결물을 퍼징하고 당해 공정의 일시 중지시 반응기를 퍼징하기 위하여 스트림(218)에 공급된다. 파일롯 노즐(210)에 관해서, 부분 산화 기술을 사용한 일부 사용자는 필수적으로 연속상으로 파일롯 노즐(210)을 사용하는 반면, 다른 사용자는 냉각 스타트-업의 경우에만 파일롯 버너를 통하여 반응기에 메탄과 산소를 공급할 것이다.
어떠한 경우에도, 본 발명의 목적상, 최종 생성물 합성 기체(이러한 생성물 합성 기체가 연료로서 사용되거나 아니든 간에) 중에서 적은 비율의 가열치만이 추가의 수소 함유 보조 공급물에 의한 것이 바람직하기 때문에, 당해 방법으로부터 유도된 모든 생성물 합성 기체의 가열치는 바람직하게는 10% 미만, 더욱 바람직하게는 5% 미만이 메탄 또는 기타 수소 함유 보조 공급물(214)에 기인하는 것이다. 물론, 최소한의 충분한 수소가 제공되어 공급물(202)에서 발견된 염소의 거의 모두가 반응기(206)로부터 반응 생성물 중의 염화수소로서 나타낼 수 있게 된다. 반응기(206)에 대한 전형적인 작동 조건은 1100 내지 1500℃의 온도와 1 내지 10바의 절대 작동 압력이며, 1 내지 5초 미만의 체류 시간이 또한 전형적이지만, 이는 어떠한 경우에도 공급물(202)을 완전히 전환시키는데 충분하다.
이어서, 반응기(206)로부터의 반응 생성물(염화수소, 일산화탄소, 수소, 소량의 이산화탄소 및 물, 및 반응기(206)에서 환원 조건하에서 생성된 공급물, 부식 생성물 및 탄소질 매연 중의 무기 물질로부터 유도되는 제한된 양의 입상 물질로 구성된다)을, 바람직하게는 오버플로우 웨어 급냉을 이용하고, 제2 급냉 용기(226)로부터의 스트림(224), 흡수기(도 16C 참조)로부터의 스트림(228), 및 세정 및 판매 또는 사용하고/하거나 급냉 액체로서의 무수 형태로 연속적으로 증류시키기 위하여 농축된 수성 HCl 스트림(도 16D 참조)의 여과로부터의 스트림(230)에서 찬 농축된 수성 HCl이 공급되는 1차 급냉 용기(222)로 진행시킨다.
1차 급냉 용기의 저부에 침강시킴으로써 수집된 매연 및 불용성 무기 회분은 스트림(232)에서 후속 중화 단계(도 16G)에 주기적 또는 연속적으로 퍼징하거나, 앞서 기재된 바와 같이 전부 또는 일부를 반응기(206)에 임의로 재순환시킨다.
이어서, 어느 정도의 연행 액체와 상응하는 양의 입상 물질을 함유하는 1차 급냉 용기(222)로부터의 급냉된 반응 생성물 기체(234)는 고에너지 벤트리 세척기(236)에 운반하여, 반응 생성물 기체(234)를 냉각 농축된 수성 HCl 스트림과 조밀하게 기체/액체 접촉시키고 급냉 액체에 대한 추가의 고체를 제거한다. 연속적으로, 상기 벤트리 세척기 유출액(238)을 제2 급냉 용기(226)에 운반하는데, 여기서 재순환 급냉 액체(224)는 1차 급냉 용기(222) 및 벤트리 세척기(236)에서 사용하기 위하여 제2 급냉 용기(226)로부터 수득한다. 제2 급냉 용기(226)로부터 2회 급냉된 반응 생성물 기체(240)는 바람직하게는 서리 제거 장치(도시되지 않음)에 통과시켜 연행 액체와 함유된 모든 잔류 입상 고체를 녹아웃(knock-out)시키고, 연속 충전 산 흡수기(242)(도 16C 참조)에 운반시킨다. 도 2와 관련하여 상기 요약된 바와 같은 소각으로부터의 훽스트의 산 회수 방법에서와 같이, 연속적인 탈수기/HCl 스트립퍼(도 16E에서 (296)로서 언급됨)로부터 유도된 공비 조성물 수성 염산 스트림(244)을 흡수제로서 흡수기(242)에 공급하고, 여기서 임의의 부가의 보충수를 필요에 따라 스트림(246)에 공급하여 흡수기(242)로부터 생성물 합성 기체 세척기(248)로의 HCl 배출을 최소화시킨다. 이러한 방식으로, 바람직하게는 25% 이상, 특히 34중량% 이상의 수중 염화수소의 농축된 수성 염산 하부 스트림이 흡수기(242)로부터 생성된다[흡수기(242)로부터 하부 스트림(250)을 충분히 부가 냉각시킨다].
하부 스트림(250)의 일부는 흡수기(242)에 재순환시키고, 나머지는 임의의 추가의 미립자 제거 용기/침강기(252)에 운반한다. 급냉 용기(222 및 226)에서 급냉 액체를 공급하기 위해 일부 사용되는 스트림(228)은 침강기 용기(252)의 저부로부터 유도하고, 나머지 농축된 수성 염산 스트림(254)은 다음에 기재되는 전체 공정의 세정 침강에 통과시킨다.
흡수기(242)로부터 오버헤드 스트림(256)으로서 생성되는 산이 제거된 생성물 합성 기체는 응축기(258)에 통과시킴으로서 건조시키고, 제2의 고에너지 벤트리(260)를 오버헤드(256) 중의 모든 염화수소를 중화시키기 위하여 통상적인 충전 세척기(248)와 함께 사용한다. 전형적으로는 가성 소다인 알칼리성 스트림(262)을 생성물 합성 기체(256) 중의 잔류 HCl을 중화시키기 위해 공급하고, 수성 과산화수소 또는 이황화나트륨 용액 등의 형태의 염소(또는 유리 할로겐) 스캐빈저를 경우에 따라 스트림(264)에 사용할 수 있다. 이로써 생성된 염 함유 폐수 스트림(266)은 배출구 세척기[도 16G에서 (342)]로 운반한 다음, 이와 같이 회수된 생성물 합성 기체(268)[0℃의 온도 및 1대기압에 상응하는 무수 표준 조건하에서 브리티시 더멀 유니트(British Thermal Units)(BTUs)/ft3가 75 이상, 바람직하게는 100 이상, 더욱 바람직하게는 200 이상인 보다 높은 가열치를 갖는다]가 공급물 또는 연료로서 판매 또는 사용하기에 적합하다.
농축된 수성 염산 스트림(254)은, 예를 들면, 잔류 수소에 대한 배출구(270)가 장착된 교반된 조 HCl 탱크(270)에 넣어 두고[배출구 스트림(270)은 기타 저장 탱크로부터 배출구(272a 내지 272g)와 함께 도 16G에 도시된 바와 같이 배출구 세척기(342)에 통상적으로 전달된다], 주기적으로 역류된 관상 가드 필터(274), 탄소 상(276) 및 이온 교환 상(278)의 셋트를 통하여 펌핑하여 잔류 입상 고체와 용해된 금속 염을 제거한다. 이온 교환 상(278)은 통상적인 방식으로 물[스트림(280)] 및 수증기[스트림(282)로서 도시됨]으로 퍼징하고, 이와 같이 퍼징된 스트림(284)는 중화시키기 위해 배출구 세척기(342)에 운반한다. 이때, 이온 교환 상(278)으로부터의 청정한 농축된 수성 염산(286)은 스트림(290)에 사용하거나 판매하기 위하여 저장 탱크(288)에 넣어 두거나, 또는 스트림(292)에 의해 지시된 바와 같이 무수 형태로 증류시킬 수 있다.
도 16D에 도시된 바와 같이, 판매 품질의 농축된 수성 염산(292)를 HCl 탈수기/스트립퍼(296)로부터 공비 조성물 HCl 하부 스트림(294)으로 교차 교환시킴으로써 가열한 다음, 농축된 수성 스트림(292)은 탈수기/스트립퍼(296)에 공급한다. 공지된 바와 같이, 수중 HCl의 공비 농도는 압력 증가에 따라 감소되고, 압력의 사용은 공비물의 "파쇄"를 촉진시키고 무수 HCl 생성물을 생성시킨다. 상기 요약된 훽스트의 상업적인 산 회수 방법은 소각 맥락에서 이러한 사실을 이점으로 하고, 도 16A 내지 16G의 공정 양태는 필수적으로 동일한 방식으로, 공비 조성물 HCl 하부 스트림(294)을 제공하며, 이의 일부는 보다 고농도의 수성 HCl 생성물, 및 대부분은 무수 HCl 오버헤드 스트림(298)을 제조하기 위하여 스트림(244)으로서 흡수기(242)에 재순환된다. 당해 분야의 숙련인은 다수의 상이한 유니트 작동과 기술의 조합이 물/HCl 공비물을 "파쇄"시키고 무수 HCl 회수를 제공하기 위해 규정되며, 생각건대 도시된 시스템 대신 사용될 수 있다는 것을 인지할 것이다. 이들 덜 바람직한 몇몇 기술은 문헌[참조: McKetta and Cunningham, Encyclopedia of Chemical Processing and Design, Volume 26, "Hydrochloric Acid", pages 396-417, 및 Kiang and Metry, Hazardous Waste Processing Technology, pages 249-255, Butterworth Publishers, Boston(1982)]에 기재되어 있다.
이어서, 탈수기/스트립퍼(296)로부터의 오버헤드 스트림(298)은, 스트림(298)이 일반적으로 물을 100ppm 이하 함유하는, EDC/VCM 제조 공정에서 옥시염소화 공급물로서 사용하기에 적합하도록 하는 정도로, HCl 오버헤드 스트림(298)을 건조시키기 위해 일련의 응축기(300)에 공급된다. 응축기(300)로부터의 응축된 HCl 용액(302)은 바람직하게는 탈수기/스트립퍼(296)에 대해 도시된 바와 같이 환류시키지만, 흡수기(242)에 재순환시킬 수 있다.
옥시염소화 공정이 필수적으로 무수 HCl 스트림(304)이 압착되어 또 다른 위치에 도관 연결되도록 가깝지 않은 경우, 또는 기타 이유로 인해 탈수기/스트립퍼(296)로부터 수용된 HCl 생성물(304)를 추가로 건조시키는 것이 바람직한 경우, 도 16A 내지 16G의 바람직한 공정 예시 양태는 바람직하게는, 도 16F에서의 가능한 하나의 양태로 도시된 바와 같이, HCl 생성물 스트림(304)을 황산 건조시키는 것을 추가로 포함한다.
도 16F의 양태에서 트럭 부하 설비(306)로부터 배출구 장착된 무수 황산 탱크(308)에 무수 황산을 운반한다. 이어서, 무수 황산(310)을 액체 링 압착기(312)에 펌핑하고, 여기서 무수 황산(310)은 응축기(300)로부터 HCl 생성물 스트림(304)을 수용하는 제1 충전 흡수기 칼럼(316)으로부터 부분적으로 건조된 염화수소 오버헤드 스트림(314), 및 제2 충전 흡수기 칼럼(320)으로부터 재순환 부분 습윤된 황산 스트림(318)과 합한다. 이어서, 제1 흡수기 칼럼(316)으로부터 부분적으로 건조된 HCl(314)은 제2 충전 흡수기 칼럼(320)에서 추가로 건조시켜, 도관-준비된 무수 HCl 증기 스트림(322) 오버헤드 및 부분적으로 습윤된 황산 하부 스트림(324)를 제공하고, 이는 부분적으로 환류시키고 또한 압축기(312)에 공급된 재순환의 부분적으로 습윤된 황산 스트림(318)을 제공한다. 부분적으로 습윤된 황산 하부 스트림(324)의 제3 부분(326)은 제1 충전 흡수기 칼럼(316)에 사용하여, 응축기(300)로부터 보다 높은 물 함량의 HCl 생성물(304)을 접촉시키고 이로부터 부가의 물을 제거하여 부분적으로 건조된 HCl 오버헤드 스트림(314)을 생성시킨 다음, 이를 압축기(312) 및 제2 충전 흡수기(320)에 공급한다. 완전하게 습윤된 황산은 제1 충전 흡수기(316)로부터 하부 스트림(328)으로서 배출되고, 이의 일부는 제1 충전 흡수기 칼럼(316)의 상부에 재순환시키고 일부는 배출구 스트림(334)에서 습윤된 황산 오버헤드로부터 잔류 HCl을 제거하기 위해 스트림(332) 중의 무수 공기를 이용하는 충전 스트립퍼 칼럼(330)에 공급하는데, 상기 배출구 스트림(334)은 물론 나중에 도 16G의 배출구 세척기(342)에서 기타 공정 배출구로 중화시킨다. 스트립퍼(330)로부터 HCl 스트립핑된 습윤 황산(336)은, 무역 공급업자에 의한 무수 황산의 선적, 건조 및 회수를 위해 탱크(338)에 저장한다. 당해 분야의 숙련인은 장치의 기타 배열이, 2개의 흡수기(316 및 320)와는 반대로 몇몇 단계를 지닌 단일 흡수기의 용도를 포함하여, HCl 스트림(304)의 바람직한 황산 건조를 수행하기 위해 이용될 수 있다는 것을 인식할 것이다.
최종적으로, 도 16G를 참조로 하면, 모든 각종 액체 폐기물 스트림과 공정 배출구[스트림(232, 266, 272 및 272a 내지 272g, 284 및 334)을 포함]를 적합한 염기[스트림(344)](예를 들면, 가성 소다) 및 스트림(346) 중의 잔류 염소/유리 할로겐 스캐빈저가 공급된 충전 배출구 세척기(342) 및 세척기 탱크(340)에 전달하여, 당해 방법의 미립자 제거 섹션으로부터 수집된 회분 및 매연을 함유하는 여과성 폐수 스트림(348) 및 배출구(350)를 발생시킨다. 이러한 회분 및 매연은 필터 프레스(354)로부터 스트림(352)으로서 통상적으로 수집 및 제거되고, 매립시키거나 소각시키며, 여액(356)은 폐수 처리 설비에 전달된다.

Claims (56)

  1. 환원 조건하에서 공급물 및 산소 공급원을, 공급물 중의 할로겐화 물질을 상응하는 할로겐화수소로 전환시키는 데 사용되는 추가의 수소 함유 보조 공급물의 존재 또는 부재하에, 부분 산화 개질 반응기 영역에 공급하는 단계(a),
    하나 이상의 할로겐화수소, 물, 일산화탄소 및 수소를 포함하지만, 전환되지 않은 할로겐화 물질을 함유하지 않는 반응 생성물을 반응기 영역으로부터 회수하는 단계(b) 및
    반응 생성물을 화학 생성물의 합성에서 공급물로서 이용하는 단계(c)를 포함하는, 할로겐화 물질을 포함하는 공급물을 하나 이상의 생성물로 전환시키는 방법.
  2. 환원 조건하에서 공급물 및 산소 공급원을, 공급물 중의 할로겐화 물질을 상응하는 할로겐화수소로 전환시키는 데 사용되는 추가의 수소 함유 보조 공급물의 존재 또는 부재하에, 부분 산화 개질 반응기 영역에 공급하는 단계(a),
    하나 이상의 할로겐화수소, 물, 일산화탄소 및 수소를 포함하지만, 전환되지 않은 할로겐화 물질을 함유하지 않는 반응 생성물을 반응기 영역으로부터 회수하는 단계(b) 및
    중간의 중화 단계 없이, i) 수성 또는 무수 형태의 하나 이상의 할로겐 산 생성물 및 ii) 일산화탄소와 수소를 포함하는 생성물 합성 기체 중의 어느 하나 또는 둘 다를 반응 생성물로부터 분리하여 회수하는 단계(c)를 포함하는, 할로겐화 물질을 포함하는 공급물을, 수성 또는 무수 형태의 하나 이상의 할로겐 산 생성물 및 일산화탄소와 수소를 포함하는 생성물 합성 기체로부터 선택된 하나 이상의 생성물로 전환시키는 방법.
  3. 제2항에 있어서, 산소 공급원이 산소, 공기, 산소 농후 공기 및 이산화탄소로부터 선택된 하나 이상의 산소 함유 기체를 포함하는 방법.
  4. 제3항에 있어서, 할로겐화 물질이 부산물 및 폐기 염소화 물질로 구성되는 방법.
  5. 제4항에 있어서, 공급물의 전체 염소 함량이 15중량% 이상임을 특징으로 하는 방법.
  6. 제5항에 있어서, 공급물이 액체로 이루어지고, 클로르-알칼리 제조 공정, 에틸렌 디클로라이드와 비닐 클로라이드 단량체의 제조 또는 염소화 용매의 제조, 또는 클로로하이드린 중간체를 통한 올레핀 옥사이드의 제조로부터 유도되는 하나 이상의 중량 및 경량 증류 분획, 폴리염소화 비페닐 오염된 전이 오일 및 열 전달 유체, 염소화 살충제 및 제초제 폐기물 및 폐기 염소화 용매를 포함하는 방법.
  7. 제6항에 있어서, 공급물이 다이옥신 함유 및/또는 푸란 함유 미립자를 추가로 포함하는 방법.
  8. 제2항 또는 제4항에 있어서, 공급물이 회분 및 기타 무기 물질을 5% 미만으로 포함함을 특징으로 하는 방법.
  9. 제2항에 있어서, 공급물이 불소화 유기 물질을 포함하는 방법.
  10. 제2항에 있어서, 공급물이 액체이고, 존재하는 모든 입상 고체의 크기가 0 초과 2mm 미만인 방법.
  11. 제10항에 있어서, 모든 입상 고체의 크기가 0 초과 500㎛ 미만인 방법.
  12. 제11항에 있어서, 모든 입상 고체의 크기가 0 초과 200㎛ 미만인 방법.
  13. 제12항에 있어서, 모든 입상 고체의 크기가 0 초과 100㎛ 미만인 방법.
  14. 제10항 내지 제13항 중의 어느 한 항에 있어서, 공급물의 일부 또는 전부를 분쇄시켜 지시된 입상 고체 크기 제한을 충족시키는 단계, 분쇄 단계에 사용된 분쇄기의 내부에 있거나 이의 하류에 위치하는 분급장치를 사용하여 지시된 크기 제한을 충족시키는 입상 고체만을 부분 산화 개질 반응기 영역으로 통과시키는 단계, 및 크기 2mm 초과의 입상 고체가 추가로 분쇄되도록 이를 다시 재순환시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  15. 제2항에 있어서, 할로겐화 물질이 염소화 물질을 포함하고, 반응기로부터의 반응 생성물이 다이옥신과 푸란을 함유하지 않음을 특징으로 하며, 추가로 반응 생성물의 회수 단계가, 신속한 습윤 기체 급냉 단계, 및 급냉 단계로부터 용해되지 않은 입상 고체를 수집하고 이들 고체를 반응 생성물로부터 제거하기 위한 미립자 제거 단계를 포함하는 방법.
  16. 제15항에 있어서, 수집된 용해되지 않은 입상 고체가 당해 방법으로부터 간헐적으로 또는 주기적으로 퍼징되는 방법.
  17. 제15항에 있어서, 수집된 용해되지 않은 입상 고체가 전환을 완결시키기 위해 부분 산화 개질 반응기로 재순환되는 방법.
  18. 제15항에 있어서, 미립자 제거 단계가 플럭스력(flux force)/응축 스크러빙을 포함하는 방법.
  19. 제18항에 있어서, 급냉되고 세척된 반응 생성물을 서리 제거시켜, 연행 입상 물질이 생성물(들)의 분리 및 회수 단계용 하류장치로 이송되는 것을 방지하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  20. 제2항에 있어서, 반응 생성물을 회수하는 단계가 반응 생성물로부터 입상 고체를 제거하기 위한 핫 기체(hot gas) 여과 단계 및 핫 기체 여과 단계로부터의 기체에 대한 급냉 단계를 포함하는 방법.
  21. 제4항에 있어서, 반응 생성물을 회수하는 단계가 반응 생성물로부터 입상 고체를 제거하기 위한 핫 기체 여과 단계 및 핫 기체 여과 단계로부터의 기체에 대한 급냉 단계를 포함하는 방법.
  22. 제2항에 있어서, 반응 생성물을 회수하는 단계가 반응 생성물을 가열 회수 유니트 내로 통과시켜 반응 생성물로부터 가열치를 회수하고 반응 생성물을 반응 생성물 중의 할로겐화수소의 이슬점보다 높은 온도로서 200 내지 400℃로 냉각시키는 단계, 백하우스 여과에 의해 반응 생성물로부터 입상 고체를 제거하는 단계 및 여과된 반응 생성물을 급냉시키는 단계를 포함하는 방법.
  23. 제4항에 있어서, 반응 생성물을 회수하는 단계가 반응 생성물을 가열 회수 유니트 내로 통과시켜 반응 생성물로부터 가열치를 회수하고 반응 생성물을 반응 생성물 중의 할로겐화수소의 이슬점보다 높은 온도로서 200 내지 400℃로 냉각시키는 단계, 백하우스 여과에 의해 반응 생성물로부터 입상 고체를 제거하는 단계 및 여과된 반응 생성물을 급냉시키는 단계를 포함하는 방법.
  24. 제2항에 있어서, 반응 생성물을 회수하는 단계가 휘발성 액체를 반응 생성물에 분무시켜 반응 생성물을, 당해 반응 생성물에 함유된 할로겐화수소의 이슬점보다 높은 온도로서 200 내지 400℃로 냉각시키는 단계, 백하우스 여과에 의해 반응 생성물로부터 입상 고체를 제거하는 단계 및 여과된 반응 생성물을 급냉시키는 단계를 포함하는 방법.
  25. 제4항에 있어서, 반응 생성물을 회수하는 단계가 휘발성 액체를 반응 생성물에 분무시켜 반응 생성물을, 당해 반응 생성물에 함유된 할로겐화수소의 이슬점보다 높은 온도로서 200 내지 400℃로 냉각시키는 단계, 백하우스 여과에 의해 반응 생성물로부터 입상 고체를 제거하는 단계 및 여과된 반응 생성물을 급냉시키는 단계를 포함하는 방법.
  26. 제24항 또는 제25항에 있어서, 휘발성 액체가 분무 냉각 단계의 공정 하류에서 하나 이상의 공급원으로부터 역으로 재순환된 염산 수용액을 포함하는 방법.
  27. 제15항 및 제20항 내지 제25항 중의 어느 한 항에 있어서, 급냉 및 미립자 제거 단계 후에 반응 생성물을 산 흡수 단계에 통과시켜 반응 생성물로부터 할로겐화수소를 흡수제로 제거하고 산 흡수 단계로부터의 오버헤드로서 산이 제거된 생성물 합성 기체를 형성하는 것을 포함하는 방법.
  28. 제27항에 있어서, 유리 할로겐 스캐빈저를 포함하거나 포함하지 않는 알칼리성 용액으로 생성물 합성 기체를 세정함으로써, 산이 제거된 생성물 합성 기체로부터 잔류 할로겐 성분을 제거하는 것을 추가로 포함하는 방법.
  29. 제28항에 있어서, 산이 제거된 생성물 합성 기체 중의 모든 할로겐 산 에어로졸을 제거하거나 상쇄시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  30. 제27항에 있어서, 흡수제가 약산 수용액 또는 물이고, 이로부터 생성된 농축된 할로겐 산 용액을 증류시켜 무수 산 생성물을 제공하는 방법.
  31. 제30항에 있어서, 무수 할로겐 산 생성물이 무수 염산으로만 구성되고, 무수 염산을 에틸렌 디클로라이드/비닐 클로라이드 단량체 제조 공정의 옥시염소화 반응기에 공급하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  32. 제27항에 있어서, 산이 제거된 생성물 합성 기체가, 0℃의 온도와 1대기압에 상응하는 무수 표준 조건하에 표준 1ft3당 75BTU 이상의 보다 높은 가열치를 갖는 방법.
  33. 제32항에 있어서, 생성물 합성 기체가, 0℃의 온도와 1대기압에 상응하는 무수 표준 조건하에 표준 1ft3당 200BTU 이상의 보다 높은 가열치를 갖는 방법.
  34. 제33항에 있어서, 생성물 합성 기체에 의해 메탄올, 암모니아, 아세트산, 아세트산 무수물 또는 1,3-프로판디올을 제조하는 것을 추가로 포함하는 방법.
  35. 삭제
  36. 환원 조건하에서 공급물 및 산소 공급원으로부터의 산소를, 공급물 중의 할로겐화 물질을 상응하는 하나 이상의 할로겐화수소로 전환시키는 데 사용되는 추가의 수소 함유 보조 공급물의 존재 또는 부재하에, 하나 이상의 할로겐화수소, 물, 일산화탄소 및 수소를 포함하는 반응 생성물로 전환시키기 위한 부분 산화 개질 반응기 영역(a),
    공급물의 공급원(b),
    공급물 및 산소 공급원을, 추가의 수소 함유 보조 공급물의 존재 또는 부재하에, 부분 산화 개질 반응기 영역에 공급하기 위한 수단(c),
    부분 산화 개질 반응기 영역으로부터의 반응 생성물을 급냉시키기 위한 할로겐화수소 급냉 장치(d),
    급냉된 반응 생성물로부터 매연과 회분을 제거하기 위한 탄소질 매연 및 무기 회분 퍼지(e),
    급냉 장치로부터의 반응 생성물을 수용하고 반응 생성물 중의 할로겐화수소를, 할로겐화수소를 반응 생성물보다 적게 함유하는 수용액 내로 흡수시켜, 하부 스트림으로서 보다 농축된 할로겐화수소 산 용액을 생성시키기 위한 흡수기(f),
    흡수기 오버헤드를 수용하고 당해 오버헤드 중의 잔류 할로겐화수소를 중화시키기 위한 세정기(g) 및
    보다 농축된 할로겐화수소 산을 흡수기로부터의 하부 스트림에 수용하고 이로부터 오염 물질을 제거하여 농축된 할로겐화수소 산 생성물을 생성하기 위한 산 세정 장치(h)를 포함하는, 할로겐화 물질을 포함하는 공급물을 하나 이상의 생성물로 전환시키기 위한 장치.
  37. 삭제
  38. 삭제
  39. 제36항에 있어서, 부분 산화 개질 반응기 영역이 내부의 반응물을 균질 혼합시킴을 특징으로 하는 제1 반응기 또는 반응기 섹션 및 플러그 유동 특징을 나타내는 제2 반응기 또는 반응기 섹션을 포함하는 장치.
  40. 제39항에 있어서, 부분 산화 개질 반응기 영역이 할로겐화 공급 물질이 전환되는 제1 반응기와 별개의 제2 침지 반응기를 포함하는 장치.
  41. 제40항에 있어서, 제1 반응기에 대한 유입구 및 침지 반응기 다음의 할로겐화수소 급냉 장치에 대한 유입구가 동일한 높이로 존재하지 않고, 핫 기체 배출부가 제1 반응기에 대해 상부를 향하여 각을 이루고 있고 급냉 장치에 대한 유입구에 연결되어 있는 장치.
  42. 제36항에 있어서, 부분 산화 개질 반응기 영역에 대한 유입구 및 할로겐화수소 급냉 장치에 대한 유입구가 동일한 높이로 존재하지 않고, 핫 기체 배출부가 제1 반응기에 대해 상부를 향하여 각을 이루고 있고 급냉 장치에 대한 유입구에 연결되어 있는 장치.
  43. 제36항에 있어서, 할로겐화수소 급냉 장치가 플로드 웨어 급냉기와 벤트리 급냉기를 조합하여 포함하는 장치.
  44. 제43항에 있어서, 할로겐화수소 급냉 장치가 플로드 웨어 급냉기와 벤트리 급냉기 사이에 플럭스력/응축 세정기를 추가로 포함하는 장치.
  45. 제36항 또는 제39항에 있어서, 연행된 탄소질 매연이 하류장비로 이송되는 것을 방지하기 위한, 벤트리 급냉기 다음에 서리 제거 장치를 추가로 포함하는 장치.
  46. 제36항에 있어서, 할로겐화 물질에 함유될 수도 있는 2mm 초과의 입상 물질이 부분 산화 개질 반응기 영역 내로 유입되는 것을 방지하기 위한, 분쇄기, 교반된 공급물 탱크 및 이와 조합하여 작동되는 분급 장치를 포함한 공급물 컨디셔닝 장치를 추가로 포함하는 장치.
  47. 할로겐화 물질을 포함하는 공급물의 공급원(a),
    환원 조건하에서 공급물 및 산소 공급원으로부터의 산소를, 공급물 중의 할로겐화 물질을 상응하는 하나 이상의 할로겐화수소로 전환시키는 데 사용되는 추가의 수소 함유 보조 공급물의 존재 또는 부재하에, 하나 이상의 할로겐화수소, 물, 일산화탄소 및 수소를 포함하는 반응 생성물로 전환시키기 위한 부분 산화 개질 반응기 영역(b),
    공급물 및 산소 공급원을, 추가의 수소 함유 보조 공급물의 존재 또는 부재하에, 부분 산화 개질 반응기 영역에 공급하기 위한 수단(c),
    부분 산화 개질 반응기 영역으로부터의 반응 생성물을 급냉시키기 위한 할로겐화수소 급냉 장치(d),
    급냉된 반응 생성물로부터 매연과 회분을 제거하기 위한 탄소질 매연 및 무기 회분 퍼지(e),
    급냉 장치로부터의 반응 생성물을 수용하고 반응 생성물 중의 할로겐화수소를, 할로겐화수소를 반응 생성물보다 적게 함유하는 수용액 내로 흡수시켜, 하부 스트림으로서 보다 농축된 할로겐화수소 산 수용액을 생성시키기 위한 흡수기(f),
    흡수기 오버헤드를 수용하고 당해 오버헤드 중의 잔류 할로겐화수소를 중화시키기 위한 세정기(g) 및
    보다 농축된 할로겐화수소 산 수용액을 흡수기로부터의 하부 스트림에 수용하고 이로부터 충분한 물을 제거하여 무수 할로겐화 생성물을 오버헤드 스트림으로서 제공하기 위한 탈수 및 증류 장치(h)를 포함하는, 할로겐화 물질을 포함하는 공급물을 하나 이상의 생성물로 전환시키기 위한 장치.
  48. 제47항에 있어서, 탈수 및 증류 장치로부터의 잔류물이, 전체적으로 또는 부분적으로, 할로겐화수소를 반응 생성물보다 적게 함유하는 수용액으로서 흡수기로 재순환되는 장치.
  49. 제48항에 있어서, 부분 산화 개질 반응기 영역이 내부의 반응물을 균질 혼합시킴을 특징으로 하는 제1 반응기 또는 반응기 섹션 및 플러그 유동 특징을 나타내는 제2 반응기 또는 반응기 섹션을 포함하는 장치.
  50. 제48항에 있어서, 부분 산화 개질 반응기 영역이 할로겐화 공급 물질이 전환되는 제1 반응기와 별개의 제2 침지 반응기를 포함하는 장치.
  51. 제50항에 있어서, 제1 반응기에 대한 유입구 및 침지 반응기 다음의 할로겐화수소 급냉 장치에 대한 유입구가, 제1 반응기의 유입구에 제공된 할로겐화 물질이 전환되지 않은 상태로 할로겐화수소 급냉 장치에 대한 유입구로 통과하는 것을 방지하도록, 서로에 대해 배치되어 있는 장치.
  52. 제47항에 있어서, 부분 산화 개질 반응기 영역에 대한 유입구 및 할로겐화수소 급냉 장치에 대한 유입구가 서로에 대해 충분히 분리되어 있거나, 전환되지 않은 할로겐화 물질이 반응기 영역 유입구로부터 급냉 장치 유입구로 직접 바이패싱되는 것을 방지하도록 공간적으로 배치되어 있는 장치.
  53. 제47항에 있어서, 할로겐화수소 급냉 장치가 플로드 웨어 급냉기와 벤트리 급냉기를 조합하여 포함하는 장치.
  54. 제53항에 있어서, 할로겐화수소 급냉 장치가 플로드 웨어 급냉기와 벤트리 급냉기 사이에 플럭스력/응축 세정기를 추가로 포함하는 장치.
  55. 제53항 또는 제54항에 있어서, 연행된 탄소질 매연이 하류장비로 이송되는 것을 방지하기 위한, 벤트리 급냉기 다음에 서리 제거 장치를 추가로 포함하는 장치.
  56. 제48항에 있어서, 할로겐화 물질에 함유될 수도 있는 2mm 초과의 입상 물질이 부분 산화 개질 반응기 영역 내로 유입되는 것을 방지하기 위한, 분쇄기, 교반된 공급물 탱크 및 이와 조합하여 작동되는 분급장치를 포함한 공급물 컨디셔닝 장치를 추가로 포함하는 장치.
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