KR20120136344A - 삼염화질소를 함유하는 액체 염소를 기화시키는 방법 및 장치 - Google Patents

삼염화질소를 함유하는 액체 염소를 기화시키는 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 클로르알칼리 시설로부터의 오염 물질인 고농도의 삼염화질소를 함유하는 액체 염소를 안전하게 증발시키는 방법에 관한 것이다. 상류 흐름을 갖는 수직 플러그-흐름 증발기에서, 삼염화질소를 함유하는 액체 염소의 스트림이 수용된다. 공기, 질소 또는 염소 가스와 같은 가스는 증발기 내의 삼염화질소의 축적량을 방지하는 흐름 특징, 예를 들어 환형 흐름 또는 분무 흐름을 유도하기 위해 증발기의 가열 영역의 상류에 있는 액체 스트림 안으로 도입된다. 삼염화 질소를 함유하는 액체 염소는 증발된다. 증발된 가스 스트림은 삼염화질소를 제거하도록 처리될 수 있고 염소 생산 라인에 다시 재사용될 수 있다.

Description

삼염화질소를 함유하는 액체 염소를 기화시키는 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR VAPORIZING LIQUID CHLORINE CONTAINING NITROGEN TRICHLORIDE}
본 발명은 염소 생산 공정, 예를 들어 클로르알칼리 생산 공정에서 삼염화질소를 함유하는 액체 염소 스트림을 처리하는 것에 관한 것이다.
염소의 공업적 생산에서, 적은 양의 삼염화질소(NCl3) 부산물이 생산된다. 클로르알칼리 생산 공정에서, 형성된 양은 공정에 공급된 염에 존재하는 암모니아의 양에 비례한다. 삼염화질소는 클로르알칼리 셀 하우스(chloralkali cell house)를 나오는 염소 산물에 따른다.
삼염화질소는 임계 농도에 다다르면 폭발하는 불안정한 화합물로, 임계 농도는 13 중량%이며, 삼염화질소를 3 중량%의 농도까지 분해함에도 불구하고 위험한 환경을 만들 것이라고 여겨진다. 그러나, 장비에 손상을 줄 수 있다고 고려되기 이전에 삼여화질소의 임계량이 또한 요구된다. 주식회사 염소 협회(Chlorine Institute Inc.)의 보고에 따르면, 1.5인치의 벽 두께를 갖는 전형적인 염소 용기는 순수한 삼염화질소의 매우 적은 1.5 gm/cm2 액체 필름에 의해 균열이 생길 수 있다. 염소에 비해 현저히 낮은 증기압을 갖는 화합물로서, 만일 삼염화질소를 함유하는 액체 염소가 증발될 수 있다면 상기 화합물은 농축될 수 있다. 삼염화질소는 클로르알칼리 생산 설비에서 폭발 및 사망을 유발하는 것으로 생각된다.
염소 산물은 일반적으로 액체로 공급되지만, 최종 소비자는 보통 사용하기 이전에 액체 염소를 증발시킨다. 염소를 어떻게 증발시키느냐에 따라서, 삼염화질소 농도에 증가를 가져올 수 있다. 그러므로, 염소 생산 공정의 중요한 부분은 최종 염소 산물 내에 삼염화질소 농도를 일반적으로 매우 적은 ppm으로 낮게 유지하는 것이며, 이를 통해 최종 소비자가 액체 염소를 안전하게 증발시킬 수 있게 된다. 클로르알칼리 공정에서, 삼염화질소는 염소 압축 및 액화 이전에 종종 흡착 단계를 통해, 예를 들어 염소 스크러버에서 염소 산물로부터 제거된다. 스커러빙 단계에서, 삼화질소는 신선하고 깨끗한 염소 산물 안으로 흡수되고, 삼염화질소 분해 장치로 불리우고 사염화탄소 또는 가끔 클로로폼을 함유하는 저장 탱크 안으로 스크러버를 밀어 내렸다. 분해 장치에서, 용매는 염소의 끓는 점보다 높은 온도로 유지된다. 액체 염소가 온 용매와 접촉하는 경우에, 액체 염소는 염소 스크러버로 돌아가는 반면에 삼염화질소는 용매에 의해 흡수된다. 분해 장치의 환경은 삼염화질소가 천천히 안전하게 분해되도록 선택된다. 이때, 타르 및 다른 불순물이 용매 내에서 생성되고, 폐기되어야만 하는 폐기물 스트림을 생성하는 용매는 주기적으로 교체되어야만 한다.
제약 조건 및 생산물 품질 둘 모두를 조절하기 위해서(즉, 최종 염소 산물 내의 유기물 함량을 감소시키기 위해), 염소 생산 라인 내에 사염화탄소 및 클로로폼과 같은 용매의 사용을 피하는 것이 바람직하다.
사염화탄소 및 클로로폼을 사용하지 않고 삼염화질소를 폐기하는 방법이 Ferguson 등의 미국 특허 제3,568,409호에서 설명되며, 상기 문헌에는 압축 및 액화 단계 이전에 건조 타워로부터의 염소 가스가 염산과 접촉하는 것이 개시된다. 그러나, 이런 공정은 폐기되거나 다른 곳에서 사용되어야만 하는 산성 폐기물 스트림을 생산한다.
미국 특허 제3,568,409에서 설명되는 방법에서, 염소는 기화되고 공정에 다시 재사용되지만, 이는 삼염화질소 함량을 제거하거나 없앤 후에만 이루어진다. 현재 사용되는 공업적 공정에서도, 염소는 기화되고 공정에 다시 재사용되지만, 이는 삼염화질소가 사염화탄소 또는 클로로폼 안으로 흡수되거나 다른 적절한 유기 용매 안으로 흡수된 이후에 가능하다. 염소의 기화는 클로르알칼리 생산 시설의 최종 염소 산물로부터 삼염화 질소의 제거를 제안하는 대부분의 방법 중 중요한 단계이다.
분해 장치 및 유기 용매의 사용, 또는 처리하여야만 하는 폐기물 스트림을 생성하는 다른 화학 물질의 사용을 피하기 위해서, 염소 스크러버로부터의 고농도 삼염화질소를 함유하는 액체 염소 스트림을 기화시킬 수 있도록 하는 것이 필요함에도 불구하고, 공장에서 현재 사용되고 있는 염소 증발기는 이러한 스트림을 기화시키는데 있어서 단점을 가진다. 공업적 염소 증발기는 수직 삽입 방식 유닛과 같은 일반적으로 비-수평적 유닛이거나, 솥형 보일러 방식 유닛과 같은 수평 증발기 유닛이다. 이어지는 논의에서 편의를 위해, 양의 기울기를 갖는 비-수평적 유닛은 "수직" 유닛으로 지칭되며, 이는 수평에 대하여 0.1 내지 90도의 각을 갖는 유닛을 의미한다. 이러한 수평 및 수직 염소 증발기는 두 가지 유형일 수 있으며, 이들은 풀 비등(pool boiling) 증발기 및 플러그-흐름 증발기로 불려진다. 수직 삽입 또는 솥형 보일러 방식 증발기와 같은 풀 비등 증발기에서, 액체 염소는 액체 염소의 주체(main body)로부터 증발되어 나온다. 염소로서 액체 염소의 주체에 농축된 염소에 비해 낮은 증기압을 갖는 화합물은 증발된다. 후커-방식 증발기(Hooker-style vaporizer) 또는 관형 증발기와 같은 상향 흐름 증발기에서, 액체 염소는 증발기를 따라 움직이면서 증발된다. 상향 흐름 증발기에서, 생성된 흐름 특성에 따라서, 염소에 비해 낮은 증기압을 갖는 화합물은 하기에서 설명되는 바와 같이 유닛 내에 국부적으로 농축될 수 있다. 증발기의 어느 유형도 고농도의 삼염화질소를 함유하는 액체 염소를 증발시키는데에 보통 사용되지 않는데, 그 이유는 이를 농축하는데 위험이 있기 때문이다. Euro Chlor는 "리보일러"에서 액체 염소 중의 삼염화질소의 농도를 1000 ppm 미만으로 유지하여 과잉 농도를 피하라고 제안한다. 삼염화질소의 농축 및 분해의 경향 사이에 균형이 존재하며, 이는 복잡하고 아직 완전히 이해되지 않았다.
기존의 수직 상향 흐름 증발기에서, 염소는 세 개의 구별되는 특징 영역을 통해 유닛의 길이를 따라 흐른다. 제 1 영역에서, 액체 염소는 끓는 점까지 가열된다. 제 2 영역에서, 염소는 증발되고, 제 3 영역에서 증발된 염소 가스는 과열된다. 삼염화질소가 위험하게 농축될 수 있는 영역은 수직 상향 흐름 증발기의 제 2 영역, 즉 가열 영역 내부이다. 그러나, 액체를 가열 영역으로부터 예열 영역까지 환류하는 것도 농축을 유발할 수 있다.
기존의 수직 상향 흐름 증발기의 가열 영역에서, 세 개의 흐름 특징은 공통적으로 맞닥뜨린다. 제 1 흐름 특징은 약간의 증기만이 형성되고 "교반(churn)" 흐름 특징이 발생하는 가열의 초기에 발생한다. 교반 흐름 특징에서, 증기 및 액체는 무작위로 혼합되고 역-혼합한다. 일단 충분한 증기가 생성되면, "환류(annular)" 흐름 특징이 발생하며, 이때 증기는 열 전달 챔버(예, 관)의 중심을 통해 액체를 앞으로 그리고 열 전달 벽에 반대편으로 밀어낸다. 마지막으로, 충분한 증기가 "분무(mist)" 흐름 특징의 시스템을 형성하며, 이때, 액체는 가열 영역을 통과하여 진행하면서, 증기와 무작위로 혼합하는 작은 방울로 분해된다. 삼염화질소가 농축되고 그 양이 증가 될 수 있는 가열 영역에서 교반 흐름 특징이 나타난다. 이 영역에서, 액체 염소는 역-혼합될 수 있고, 국부 "풀(pool)" 비등이 발생할 수 있다.
일단 환류 흐름 특징이 가열 영역 내에 발생하면, 액체는 생성된 증기에 의해 앞으로 밀어지고, 역-혼합되어서, 삼염화질소 축적물이 최소화된다. 또한, 역-혼합은 분무 흐름 특징에서 최소화된다. 액체가 환류 및 분무 흐름 특징을 통해 앞으로 흘러가면, 액체 염소는 용해된 삼염화질소에 비해 빠르게 증발된다. 그러나, 상기 액체 염수 중의 삼염화질소량은 감소되고 축적되지 않는다.
종래의 수직 상향 흐름 염소 증발기에서, 삼염화질소 농도가 액체와 교반 흐름 특징을 나타내는 영역에서 환류 흐름 특징이 달성되기 이전에 실질적으로 증가되지 않도록 보장하는 것은 어렵다. 그 결과, 이런 유형의 증발기는 삼염화질소에 풍부한 액체 염소를 처리하는데에 전형적으로 사용되지 않는다.
수평 또는 하향 구배 플러그-흐름 증발기에서, 역-혼합 없이(즉, 삼염화질소를 국부적으로 농축함 없이) 액체 염소를 증발시킬 기회는 수직 상향 흐름 유닛에 비해 현저히 증가된다. 이러한 유닛에서, 중력은 생성된 증기에 의해 유닛의 점점 더 많은 부피가 앞으로 흘러가도록 액체 염소를 밀어낸다. 만일 적합하게 설계되었다면, 가열 교반 영역은 완전히 회피될 수 있다. 그러나, 이러한 유형의 유닛이 갖는 우려는 이러한 유형의 유닛이 예를 들어, 이들의 기화 용량을 초과함으로써(즉, 너무 많은 액체 염소를 공급함으로써) 돌발적으로 넘쳐흐를 수 있다는 것이다. 일단 넘치면, 액체 염소를 증발시키는 것은 플러그-흐름 기화보다 풀 비등을 야기한다. 이는 삼염화질소의 농축을 야기하며, 이는 안전하지 않은 환경을 가져올 수 있다. 반면에, 액체 염소가 넘쳐흐르는 수직 상향 흐름 증발기는 충분한 증기 염소가 생성되자마자 공급 탱크로 다시 신속히 배수되어, 풀 비등 환경을 회피한다.
요약하자면, 수직 상향, 수평, 및 하향 흐름 증발기 모두는 삼염화질소가 풍부한 액체 염소 스트림을 다루는데에 단점을 가진다. 따라서, 고농도의 삼염화질소를 함유하는 염소 스트림을 기화시키는 개선된 방법에 대한 산업상의 필요가 있다.
또한, 사염화탄소 또는 클로로포름과 같은 유기 용매, 또는 다른 액체 화학 물질을 사용하지 않고 염소 스트림으로부터 제거된 삼염화질소를 폐기하기 위한 공정을 제공하는 것이 요구될 것이다.
본 발명의 목적은 삼염화질소를 함유하는 액체 염소를 증발시키는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 비-수평적으로 지향되고 상향 흐름을 갖는 플러그-흐름 증발기 내에 삼염화질소를 함유하는 액체 염소를 기화시키는 방법을 제공한다. 상기 방법은 삼염화질소를 함유하는 액체 염소를 포함하는 스트림을 수용하는 단계, 가열 영역에서 삼염화질소의 임의의 축적량을 최소화하거나 방지하는 액체 스트림의 흐름 특성을 유도하기 위해 증발기 중 가열 영역의 상류에 있는 액체 스트림 안으로 가스를 도입하는 단계, 및 염소 가스 및 삼염화질소 가스를 포함하는 스트림을 생산하기 위해 액체 스트림을 기화시키는 단계를 포함한다.
일부 실시예에 따르면, 상기 방법은, 삼염화질소의 분해에 의해 형성된 질소 가스와 함께 염소 가스를 포함하는 스트림을 생산하기 위해 기화된 스트림을 그 안에 있는 삼염화질소를 제거함으로써 처리하는 단계를 포함한다. 질소 가스와 함게 염소 가스를 포함하는 스트림은 염소 생산 공정의 염소 라인에 다시 재사용될 수 있다.
또한, 본 발명은 본 발명의 방법을 수행하기 위한 장치를 제공한다. 상기 장치는 비-수평적으로 지향되고 상류 흐름을 갖는 플러그-흐름 염소 증발기를 포함한다. 상기 장치는 삼염화질소를 함유하는 액체 염소 스트림을 증발기 안으로 수용하기 위한 주입구를 갖는다. 액체 주입구의 하류에 있는 증발기 내에 가열 영역이 있다. 상기 장치는 가스를 액체 스트림 안으로 도입하기 위해서 가열 영역의 상류에 가스 주입구를 가지며, 상기 가스는 예를 들어, 공기, 질소 또는 염소 가스이다.
따라서, 본 발명은 삼염화질소에 풍부한 액체 염소 스트림을 안전하게 증발시키기 위한 방법 및 장치를 제공한다. 염소 기화 공정은 상류 흘러그-흐름 염소 증발기의 가열 영역 내에서 교반 흐름 특성을 회피하기 위한 효과적인 수단을 제시하며, 따라서, 고 농도의 삼염화 질소(예를 들어, 50 ppm을 초과)를 함유하는 액체 염소를 안전하게 기화시키기 위한 수단을 제공한다. 증발기의 수직적 배치 때문에, 증발기의 돌발적인 넘침은 풀 비등을 야기하지 않고, 삼염화질소 농도의 잠재성을 회피한다. 상기 공정은 염소 증발기 내의 가열 영역의 상류 어느 지점에서, 증발기의 가열 영역 내에서 현저한 역-혼합 또는 풀 비등을 야기하지 않는 임의의 흐름 특징 안으로 공급 액체 염소를 밀어내기에 충분한 양으로 가스(증기)를 도입하는 것을 포함한다. 플러그-흐름 증발기는 수평 위치로부터 0.1 내지 90도의 각도로 지향될 수 있다. 액체 스트림 안으로 도입된 가스는 임의의 적합한 가스 또는 증기일 수 있으며, 이러한 예는, 공기, 질소, 염소 가스, 수소, 헬륨 및 산소, 그리고 이들의 혼합물이 있지만, 이에 제한되지 않는다. 증발기에 공급된 액체 염소는 증발기의 가열 영역에 도달하기 이전에 적절한 흐름 특성 안으로 이동되어서, 액체 염소의 안전한 기화를 가능하게 한다.
본 발명의 이러한 특성 및 다른 특성은 이어지는 구체적인 실시예의 설명 및 도면으로부터 명확해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 공정의 제 1 실시예의 개략적인 도해이다.
도 2는 염소 증발기의 개략적인 도해이다.
도 3은 공정의 제 2 실시예의 개략적인 도해로서, 여기서 삼염화질소는 과열기를 사용하여 제거된다.
도 4는 공정의 제 3 실시예의 개략적인 도해로서, 여기서 삼여화질소는 촉매층을 사용하여 제거된다.
이어지는 설명 및 도면에서, 대응되고 유사한 요소는 동일한 참조 번호로 표시했다.
도 1에서 도시된, 본 발명에 따른 공정의 제 1 실시예에서, 수직 상향 플러그-흐름 증발기(20)는 클로르알칼리 시설의 염소 생산 라인(24)으로부터의 삼염화질소(스트림(22))을 함유하는 액체 염소 스트림을 수용한다. 생산 라인(24)은 소금물의 전기분해로 염소 가스를 생산하는 클로르알칼리 셀 하우스(10)을 포함한다. 염소 스크러버(11)는 상기 셀 하우스로부터 염소 가스 스트림(12)을 수용하고 액체 염소 스트림(13)을 수용한다. 다른 유닛 작동 장치는 클로르알칼리 셀 하우스(10)와 염소 스크러버(11) 사이에 보통 존재하며, 이들은 도면에 도시되지 않았다. 스크러버로부터의 염소 가스 스트림(14)은 압축기(15)로 공급되고 이후에 액화된다. 염소 스크러버(11)의 밑부분으로부터, 삼염화질소(스트림 16)에 풍부한 액체 염소는 저장 탱크(17)에 공급되며, 저장 탱크로부터의 스트림(22)은 증발기(20)로 보내진다. 대안적으로, 삼염화질소에 풍부한 액체 염소는 임의의 저장 탱크를 사용하지 않고 스크러버(11)로부터 증발기로(20)(스트림 16A) 직접적으로 공급될 수 있다. 스트림(22)은 일반적으로 50 ppm 이상의 삼염화질소를 가질 수 있다.
증발기(20)는 도 2에 도시된다. 상기 증발기는 실질적으로 수직으로 지향되지만, 수평에 대하여 0.1 내지 90도 중 임의의 각도로 지향될 수 있으며; 따라서, 상기 증발기는 비-수평 구배 상향이고 상향 흐름을 갖는다. 증발기(20)는 몸체(26)를 갖고 발열 자켓(heating jacket)(30)을 통해 흐르는 가열 매질의 스트림(28)에 의해 가열된다. 증발기(20)는 액체 스트림이 가열되는 주입구 말단(34)에 발열 영역(32)을 가지며, 액체 염소가 증발되는 발열 영역의 하류에서 가열 영역(36)을 갖는다. 증발기의 출구 말단(38)에서, 염소 가스 및 삼염화질소 가스의 스트림(40)이 증발기에서 빠져나간다.
가스 공급원(42)(스트림(44))으로부터의 공기, 질소 또는 염소 가스, 또는 이들의 혼합물과 같은 가스는 증발기의 가열 영역(36)의 상류에서 액체 염소 및 삼염화질소의 스트림(22) 안으로 도입된다. 가스 스트림(44)은 증발기 안으로 들어가기 이전에 액체 스트림(22) 안으로 도입되거나, 증발기의 발열 영역(32) 안으로 직접 도입될 수 있으며, 이는 도 2에서 선택적 스트림(44A 및 44B)로 표시된다.
가스 스트림(44)은 증발기의 가열 영역(36) 내에서 현저한 역-혼합 또는 풀 비등을 허용하지 않는 증발기(20) 내의 흐름 특성 안으로 공급 액체 염소를 밀어넣기 충분한 유량으로 공급된다. 이러한 흐름 특성의 예는 환형 및 분무 흐름 특성이다. 가스 스트림(44)의 유량은 1 kg의 액체 염소 당 0.01 kg 내지 10 kg, 바람직하게는 0.01 kg 내지 1 kg, 더 바람직하게는 0.02 kg 내지 0.15 kg의 가스일 수 있다. 효과는 염소 및 삼염화질소가 증발함에 따라, 증발기의 풀 비등 영역 내에 삼염화질소 축적되는 것을 지체시킨다. 삼염화질소의 농도가 가열 영역 전반에 걸쳐 증가하지만, 염소의 높은 증기압(낮은 끓는점) 때문에, 유도된 흐름 특성은 증발기 내에 삼염화질소의 증가된 농도 및 적층량을 다루기 안전한 정도까지로 제한한다.
증발기의 출구 말단(38)에서, 액체 스트림 안으로 공급된 가스 및 삼염화질소 가스와 함께 염소 가스를 포함하는 스트림(40)은 다음 단계(46)에서 추가적인 처리를 위해 보내진다. 예를 들어, 스트림(40)은 염소가 수소와 반응하여 염산을 생산하는 염산 시설로 보내질 수 있다. 대안적으로, 가스 스트림(40)은 하이포아염소산염 시스템에서 흡수될 수 있다. 또 다른 대안은, 하기 설명되는 바와 같이 삼염화질소를 제거하고 염소 생산 라인에 상기 스트림(40)을 다시 재사용하는 것이다.
본 발명에 따른 공정의 제 2 실시예에서, 증발기(20)에서 생산된 가스 혼합물은 삼염화질소를 제거하도록 작동하는 하나 이상의 유닛으로 보내진다. 삼엽화 질소 제거 단계에서 방출되는 가스, 즉 염소 가스 및 질소 가스는 클로르알칼리 공정의 염소 라인에 다시 재사용된다. 따라서, 본 발명은 폐기물 스트림의 생성, 또는 다른 화학물질 또는 삼염화질소를 처리하기 위한 용매의 첨가를 피한다. 삼염화질소를 제거하는 단계는 다양한 방식으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 증발기에서 증발된 가스 혼합물은 과열기 안으로 도입될 수 있으며, 상기 과열기는 증발기 유닛의 일부분일 수 있다. 이는 도 3에 도시되며, 여기서 증발기(20)는 가열 영역(36)의 하류에 과열기 영역(37)을 포함한다. 과열기의 작동 환경은 삼염화질소의 완전한 제거를 실질적으로 달성하도록 선택된다. 과열기의 평균 작동 온도는 30℃ 내지 300℃, 압력은 0.5 bar 내지 100 bar, 및 체류시간은 0.5초 내지 5분일 수 있다. 대안적으로, 상기 평균 작동 온도는 35℃ 내지 250℃, 압력은 대기압 내지 90 bar, 및 체류시간은 1초 내지 3분일 수 있다.
과열기를 떠나는, 염소 가스 및 질소 가스를 포함하는 가스 스트림(52)은 클로르알칼리 공정의 염소 생산 라인(24)에 다시 재사용된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 가열기의 사용에 대안으로서, 증발기(20)에서 증발된 가스는 촉매층(54)으로 보내질 수 있으며, 여기서 삼염화질소는 제거된다. 촉매층은, 예를 들어 삼염화질소를 제거하기 위한 촉매로서 Monel(상표)을 함유할 수 있다. 촉매층은 -40℃ 내지 300℃의 온도, 0.5 bar 내지 100 bar의 압력, 및 0.1초 내기 5분의 체류시간 동안에 작동될 수 있다.
촉매층을 떠나는, 염소 가스 및 질소 가스를 포함하는 가스 스트림(52)은 염소 생산 라인(24)에 다시 재사용되거나 다른 유닛 작동 장치로 보내질 수 있다.
필요에 따라서, 공정은 과열기 및 촉매층 모두를 사용하여 삼염화질소를 제거할 수 있다. 촉매층은 분리된 유닛으로 있기보다는 증발기의 과열기 영역 내에 있을 수 있다.
필요에 따라서, 삼염화질소 제거 단계, 예를 들어 과열기 또는 촉매층을 떠나는 가스는 도 3 및 4에서 도시되는 바와 같이, 염소 라인에 다시 보내져(스트림 60) 재사용되기 이전에 온도 컨디셔닝(conditioning) 단계(56)로 보내질 수 있다. 상기 온도 컨디셔닝 단계는 삼염화질소 제거 단계를 떠나는 가스 스트림의 온도를 약 80℃ 내지 120℃로부터 염소열 안으로 주입하기 위한 낮은 온도인 약 -35℃의 온도로 낮출 수 있다.
본 발명이 다양한 실시예에 의거하여 설명될 지라도, 본 발명이 이러한 실시예로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 범위 내에서 다양한 변형이 당업계의 통상의 기술자에게 자명할 것이다. 본 발명의 범위는 이어지는 청구항에 의해 정의된다.

Claims (40)

  1. 비-수평적으로 지향되는 플러그-흐름(plug-flow) 증발기 내에 삼염화질소를 함유하고 상향 흐름을 갖는 액체 염소를 증발시키는 방법으로서, 상기 방법은:
    (a) 삼염화질소를 함유하는 액체 염소를 포함하는 스트림을 수용하는 단계;
    (b) 증발기의 가열 영역의 상류(upstream)에 있는 상기 (a) 단계의 스트림 안으로 가스를 도입하는 단계; 및
    (c) 염소 가스 및 삼염화질소 가스를 포함하는 스트림을 생산하기 위해 상기 (b) 단계로부터의 삼염화질소를 함유하는 액체 염소를 증발시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 염소를 증발시키는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 (b) 단계는 가열 영역 내에 삼염화질소의 임의의 축적량을 최소화하는 상기 (a) 단계의 스트림에 흐름 특성(flow regime)을 유도하는 것을 특징으로 하는 액체 염소를 증발시키는 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 (a) 단계의 스트림은 염소 생산 시설의 염소 생산 라인으로부터 수용되는 것을 특징으로 하는 액체 염소를 증발시키는 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 (a) 단계의 스트림은 염소 스크러버로부터 수용되는 것을 특징으로 하는 액체 염소를 증발시키는 방법.
  5. 제 1 항 또는 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스는 공기, 질소 또는 염소 증기, 또는 이들의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 염소를 증발시키는 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스는 공기, 질소, 염소 증기, 수소, 헬륨 또는 산소, 또는 이들의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 염소를 증발시키는 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스는 액체 염소 1 kg 당 0.01 내지 10 kg의 가스 유량을 갖는 것을 특징으로 하는 액체 염소를 증발시키는 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스는 액체 염소 1 kg 당 0.01 내지 1 kg의 가스 유량을 갖는 것을 특징으로 하는 액체 염소를 증발시키는 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스는 액체 염소 1 kg 당 0.02 내지 0.15 kg의 가스 유량을 갖는 것을 특징으로 하는 액체 염소를 증발시키는 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 증발기는 수평 위치에 대하여 0.1 내지 90도의 각도로 지향되는 것을 특징으로 하는 액체 염소를 증발시키는 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 증발기는 실질적으로 수직으로 배치되는 것을 특징으로 하는 액체 염소를 증발시키는 방법.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 (b) 단계의 흐름 특성은 환류 흐름 및 분무 흐름 중 하나인 것을 특징으로 하는 액체 염소를 증발시키는 방법.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 (b) 단계의 흐름 특성은 가열 영역에서 액체 염소의 풀 비등(pool boiling)을 최소화하는 것을 특징으로 하는 액체 염소를 증발시키는 방법.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 (b) 단계의 흐름 특성은 가열 영역에서 액체 염소의 역-혼합을 최소화하는 것을 특징으로 하는 액체 염소를 증발시키는 방법.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 (a) 단계의 스트림은 50 ppm을 초과하는 삼염화질소 농도를 갖는 것을 특징으로 하는 액체 염소를 증발시키는 방법.
  16. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 (a) 단계의 스트림은 200 ppm을 초과하는 삼염화질소 농도를 갖는 것을 특징으로 하는 액체 염소를 증발시키는 방법.
  17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 (c) 단계 이후에, 염소 가스 및 질소 가스를 포함하는 스트림을 생산하기 위해, 상기 (c) 단계의 스트림 내의 삼염화질소를 제거함으로써 처리하는 (d) 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 염소를 증발시키는 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 (d) 단계는 상기 (c) 단계의 스트림을 0.5초 내지 5분의 체류시간 동안 30℃ 내지 300℃의 온도, 0.5 bar 내지 100 bar의 압력에서 가열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 염소를 증발시키는 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 온도는 35℃ 내지 250℃이고,
    상기 체류시간은 1초 내지 3분인 것을 특징으로 하는 액체 염소를 증발시키는 방법.
  20. 제 17 항, 제 18 항 또는 제 19 항에 있어서,
    상기 (d) 단계는 과열기에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 액체 염소를 증발시키는 방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 과열기는 증발기의 과열 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 염소를 증발시키는 방법.
  22. 제 20 항 또는 제 21 항에 있어서,
    상기 과열기는 삼염화질소-제거 촉매를 함유하는 촉매층을 함유하는 것을 특징으로 하는 액체 염소를 증발시키는 방법.
  23. 제 17 항에 있어서,
    상기 (d) 단계는 삼염화질소-제거 촉매를 함유하는 촉매층 안으로 상기 (c) 단계의 스트림을 도입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 염소를 증발시키는 방법.
  24. 제 22 항 또는 제 23 항에 있어서,
    상기 촉매층은 0.1초 내지 5분의 체류시간 동안 -40℃ 내지 300℃의 온도, 0.5 bar 내지 100 bar의 압력에서 작용하는 것을 특징으로 하는 액체 염소를 증발시키는 방법.
  25. 제 17 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 (d) 단계 이후에, 상기 (d) 단계의 스트림의 온도를 컨디셔닝(conditioning)하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 염소를 증발시키는 방법.
  26. 제 17 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방법은 염소 생산 시설의 염소 생산 라인에 상기 (d) 단계의 스트림을 재사용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 염소를 증발시키는 방법.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 방법은 임의의 폐기물 스트림 생산 및 삼염화질소 처리 화학물질의 임의의 첨가가 없는 것을 특징으로 하는 액체 염소를 증발시키는 방법.
  28. (a) 비-수평적으로 지향되고 상향 흐름을 갖는 플러그-흐름 염소 증발기;
    (b) 상기 증발기 안으로 삼염화질소를 함유하는 액체 염소를 포함하는 스트림을 수용하기 위한 주입구;
    (c) 상기 (b)에 따른 주입구의 하류에 있는 증발기 내의 가열 영역; 및
    (d) 액체 스트림 안으로 가스의 도입을 위한 가열 영역의 상류에 있는 가스 주입구를 포함하는 것을 특징으로 하는 삼염화질소를 함유하는 액체 염소를 증발시키는 장치.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 (b)에 따른 주입구는 염소 생산 설비의 염소 생산 라인에 작동하도록 연결되는 것을 특징으로 하는 장치.
  30. 제 28 항 또는 제 29 항에 있어서,
    상기 가스는 공기, 질소 또는 염소 증기, 또는 이들의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  31. 제 28 항 또는 제 29 항에 있어서,
    상기 가스는 공기, 질소, 염소 증기, 수소, 헬륨 또는 산소, 또는 이들의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  32. 제 28 항 또는 제 31 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가열 영역의 하류에 있는 삼염화질소 가스를 제거하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  33. 제 32 항에 있어서,
    상기 제거하는 수단은 과열기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  34. 제 33 항에 있어서,
    상기 과열기는 증발기 내에 과열 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  35. 제 32 항에 있어서,
    상기 제거하는 수단은 촉매층을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  36. 제 32 항에 있어서,
    상기 제거하는 수단은 과열기 및 촉매층 둘 모두를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  37. 제 28 항 내지 제 36 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치는 가스의 공급원을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  38. 제 28 항 내지 제 37 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 증발기는 수평 위치에 대하여 0.1 내지 90도의 각으로 지향되는 것을 특징으로 장치.
  39. 제 28 항 내지 제 37 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 증발기는 실질적으로 수직으로 배치된 것을 특징으로 하는 장치.
  40. 제 32 항에 있어서,
    상기 장치는 삼염화 질소-제거 수단으로부터의 염소 가스 및 질소 가스 스트림을 염소 생산 시설의 염소 생산 라인에 재사용하기 위한 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
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