KR20160010584A

KR20160010584A - 분별증류에 의한 원료 기체의 정제 방법

Info

Publication number: KR20160010584A
Application number: KR1020157035810A
Authority: KR
Inventors: 알프레드 소페; 위르겐 비트너; 토르스텐 라이디크; 프리드헬름 스테펜스; 크누트 베르너; 토마스 루노브스키
Original assignee: 코베스트로 도이칠란트 아게
Priority date: 2013-05-22
Filing date: 2013-05-22
Publication date: 2016-01-27
Also published as: US10011484B1; KR102080368B1; US20180186633A1; HUE051329T2; EP2999662B1; CN105228951B; EP2999662A4; WO2014186954A1; CN105228951A; EP2999662A1; JP6250794B2; US9938147B2; SA114350547B1; JP2016523695A; PT2999662T; US20160096731A1

Abstract

본 발명은 분별증류에 의해 원료 기체를 정제하는 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 염소 기체로부터 브로민을 세정하는 방법에 관한 것이다.

Description

분별증류에 의한 원료 기체의 정제 방법 {PROCESS FOR PURIFYING RAW-MATERIAL GASES BY FRACTIONATION}

본 발명은 분별증류(fractionation)에 의해 원료 기체를 정제하는 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 염소 기체로부터 브로민을 세정하는 방법에 관한 것이다.

화학 생성물을 제조하는 목적을 위해 원료 기체를 사용하는 경우, 각각의 원료 기체에 대한 순도 요건은 일반적으로 생성물마다 상이하다.

예를 들어, 이소시아네이트 또는 폴리카르보네이트의 제조시에 원료로서 염소가 사용된다. 염소는 통상적으로 브로민으로 오염되어 있는데, 이는 특정 이소시아네이트를 제조하는 경우에는 염소로부터 거의 완전히 제거되어야 한다. 이를 위해 요구되는 수고는 상당한데, 그 이유는 브로민 및 염소가 단지 어렵게만 서로 분리될 수 있기 때문이다.

다른 한편으로는, 폴리카르보네이트의 제조 방법은 일반적으로 염소 중 브로민 함량에 대해 보다 관대하다. 화학적 부위에서, 염소는 통상적으로 일반적인 원료 공급원, 예를 들어 원료 저장 탱크로부터 공급되고, 이는 파이프의 네트워크를 통해 전체 부위를 제공한다. 따라서, 염소를 정제하기 위한 수고는 염소에 대한 최고 순도 요건을 갖는 생성물에 따라야 한다.

브로민에 더 관대한 방법을 참조하면, 따라서 불필요하게 높은 비용이 초래되고, 이러한 방법을 위해, 깨끗한 염소가 또한 공급된다. 더욱이, 원료인 염소 중 일부는 분리된 브로민과 함께 폐기되어, 원료 손실이 초래된다.

원료인 염소의 정제 도중에, 전해 공정으로부터 유래하는 염소는 대개 고비점 오염물로서 삼염화질소 (NCl₃)를 함유한다. NCl₃은 비교적 높은 농도에서 자발적으로 분해되는 경향을 갖는 폭발성 물질이기 때문에, 염소 중 그의 최대 농도는 안전하게 제한되어야 한다. 본 발명의 의미에서 폭발성 물질은 NCl₃, 및 또한 GHS 코딩 GHS01 (GHS, 국제 연합에 의해 채택된 화학물질의 분류 및 표시에 관한 국제 조화 시스템(Globally Harmonized System of Classification and Labelling of Chemicals)) 및/또는 국제 도로 위험 물품 운송에 관한 유럽 협정(European Agreement concerning the International Carriage of Dangerous Goods by Road) (ADR)에 따른 위험물 클래스 1 및/또는 5.2를 갖는 모든 물질이다. 특히, 본 발명의 의미에서 폭발성 물질은 상기 언급된 물질의 것이고, 이는 정제될 원료에 비해 고비점이며, 즉 다른 동일한 조건 하에서 보다 낮은 증기압을 갖는다.

염소를 정제하는 목적을 위한 증류에 의한 분별증류 도중에, NCl₃은 고비점 성분으로서의 그의 낮은 증기압에 따라, 브로민과 함께 칼럼의 저부에서 풍부하다. 이어서, 칼럼의 헤드에서, 브로민-희박 저비점 염소 분획이 배출된다.

저부 분획에 대한 요건이 낮은 경우에, 분별증류는 단지 소량의 저부 스트림 및 이에 상응한 대량의 상부 스트림이 발생하도록 하는 방식으로 설계된다. 그러나, 이는 동시에, 저부 분획 중 NCl₃의 비율이 증가하여, 안전성 위험성을 이루는 범위에 해당될 수 있음을 의미한다.

저부 분획을 마찬가지로 기체 형태로 제공하기를 원하는 경우에는, 상기 분획을 증발시켜야 한다. 이러한 증발 도중에, 보다 저비점인 성분이 먼저 기체 상 중으로 통과할 것이고, 고비점 성분은 처음에는 액체 상 중에 남아있을 것이다. 이러한 방법에서, NCl₃은 남아있는 액체 상 중에서 여전히 더욱 풍부하여, 안전성 위험이 더욱 상승될 것이다.

최신 기술로부터 다수의 염소의 정제 방법이 공지되어 있고, 상기 도중에 브로민이 제거된다.

예를 들어, EP 1 947 054 A1에는 염소로부터 브로민을 분리하는 것이 개시되어 있으며, 여기서 염소 기체 스트림은 세척 칼럼을 통해 아래로부터 상향으로 안내되고, 세척 칼럼에서는 상부에서 충전된 액체 염소가 상기 스트림을 향해서 흐른다. 저부에서 공급된 스트림 및 상부에서 충전된 스트림은 1/1 내지 1/0.3의 비여야 한다. 이러한 방법은 염소 기체의 정제된 브로민-희박 스트림 및 염소의 액체 브로민-풍부 스트림의 생성을 위해 적용될 수 있으며, 이들 두 스트림의 질량-유동 비는 매우 제한적이다. 따라서, 상기 방법은 최신의 화학적 부위의 유연성 요건에 적합하지 않다. 또한, 기체 스트림이 액체 스트림으로부터 생성될 수 있는 방식에 대한 설명이 제공되지 않았다. 이러한 사소한 단계 그 자체는 엄격한 안전 요건으로 인해 매우 정교하며, 적절하게 설계되어야 한다.

WO 2011/058069 A2에는 염소 스트림의 증류 정제 방법이 개시되어 있다. 이러한 방법에서, 정제된 스트림으로서 20 ppm 미만의 브로민을 갖는 기체 염소 및 또한 액체인 브로민-함유 염소 스트림이 생성된다. 이러한 방법은 파이프라인 및 외부 응축기에 대한 수고가 감소되도록 하는 방식으로 설계되어 있다. 더욱이, 추가의 안전이 얻어지는데, 그 이유는 동시에 액체 염소, 브로민 및 NCl₃에 대한 보유량이 또한 감소되기 때문이다.

그러나, WO 2011/058069 A2에는 저부에서 공급된 염소 스트림 및 상부에서 충전된 염소 스트림의 비의 제한도 개시되지 않았고, 액체 염소 스트림이 기체 염소 스트림으로 임의로 전환될 수 있는지의 여부 또는 그러한 방식도 개시되지 않았다.

WO 2004/018355 A1에는 염소 기체로부터 브로민을 분리하기 위한 방법 및 장치가 개시되어 있다. 기체를 증류 칼럼으로 수송하고, 이로부터 염소 기체의 정제된 스트림을 헤드 생성물로서 회수한다. 기체의 정제된 스트림을 압축시키고, 이어서 응축기로 안내하여 부분적으로 액화시킨다. 응축기는 증류 칼럼의 저부 증발기와 열적으로 통합되어 있다. 칼럼으로부터의 액체 브로민-풍부 저부 스트림을 후속 증발기로 퍼징 또는 수송하여, 증발시킨다.

이러한 증발기로부터의 기체 스트림을 제2 증류 칼럼에서 추가로 정제한다. 제2 증류 칼럼으로부터, 액체의 고함량 브로민-함유 스트림을 저부 증발기로부터 배출시킨다. 헤드에서, 기체 스트림을 유출시키고, 이를 제1 칼럼으로 다시 안내한다.

그러나, WO 2004/018355 A1는 염소의 NCl₃-함유 스트림의 증발과 관련된 특별한 안전성 문제를 다루지 않았다.

최신 기술의 단점으로부터 기인하면, 따라서 목적은 원료 기체보다 더 높은 비점을 갖는 바람직하지 않은 성분을 원료 기체로부터 세정하는 방법, 즉 최신 기술의 단점을 극복하는 방법을 개발하는 것, 즉 가능하게 하는 것이다. 특히, 본 발명에 따른 방법의 경우에, 최신 기술에 비해 정제 수고가 감소될 것이고, 오염물이 풍부한 원료 기체의 스트림에서 폭발성 물질 또는 여러 폭발성 물질들의 풍부화로 인해 유발되는 안전성 문제가 회피될 것이다.

목적은 청구범위 제1항의 특징을 갖는 방법에 의해 달성된다. 추가로, 바람직한 구성은 인용항에서 발견될 것이다.

따라서, 본 발명은,

원료를 고순도 기체 스트림 및 저순도 기체 스트림으로 분할하는 분별증류에 의해 원료로부터 오염물을 세정하는 방법이며, 여기서 오염물은 원료보다 더 높은 비점을 갖고, 오염물 중 적어도 하나는 폭발성 물질이고,

I. a) 원료를 제1 증발기에서 완전히 증발시켜서 원료 기체를 산출하거나, 또는

b) 원료를 제1 증발기에서 부분적으로 증발시켜서 원료 기체를 산출하거나, 또는

c) 원료 기체를 공급원으로부터 사용가능하게 하는 단계,

II. 원료 기체를 세척 칼럼에 도입하며, 여기서 오염물 함량을 감소시키기 위한 세척액이 상기 기체를 향해서 흐르는 것인 단계,

III. 세척 칼럼의 헤드에서 이러한 방식으로 정제된 원료 기체를 회수하고 부분적으로 응축시키고, 응축물은 세척 칼럼의 헤드를 향해서 세척액으로서 다시 안내하고, 남아있는 원료 기체는 세척 칼럼으로부터 유출시키며, 상기 기체는 단계 I에서의 원료 기체보다 더 낮은 오염물 함량을 나타내는 것인 단계,

IV. 세척액을 세척 칼럼의 저부에서 액체 스트림으로서 유출시키며, 세척액은 단계 II에서보다 더 높은 오염물 함량을 나타내는 것인 단계,

V. 상기로부터의 세척액을 수평관을 갖는 제2 증발기의 쉘측(shell side)에 도입하며, 세척액은 여기서 증발기의 관 다발에 들어가고, 증발기의 저부에 도달하기 전에 증발되는 것인 단계,

VI. 세척액으로부터 생성된 증기 및 아직 증발되지 않은 세척액을 병류 유동(co-current flow)으로 인도하는 단계,

VI.a. 임의로, 본 발명의 바람직한 실시양태에서, 세척액으로부터 생성된 증기를 배플(baffle)에 의해 재유도하여, 상기 증기를 상기 배플의 다른 측에서 제2 증발기를 통해 다시 한번 유동시키는 단계,

VII. 제2 증발기로부터의 세척액으로부터 생성된 증기를, 단계 VI.a를 포함하는 바람직한 실시양태에서는 제2 증발기의 상부에서, 기체 스트림으로서 유출시키며, 상기 기체는 단계 I에서의 원료 기체보다 더 높은 오염물 함량을 나타내는 것인 단계

를 특징으로 하는, 원료를 고순도 기체 스트림 및 저순도 기체 스트림으로 분할하는 분별증류에 의해 원료로부터 오염물을 세정하는 방법을 제공한다.

대안적인 I.c)에서, 단계 II에서 사용된 원료 기체는 제1 증발기와 상이한 공급원, 예를 들어 공급원으로서의 원료 기체 저장소로부터 유래한다. 이러한 공급원의 추가 예는 원료 기체의 제조 공정; 원료 기체로서의 염소의 경우에는 예를 들어 염소-알칼리 전기분해 또는 디콘(Deacon) 공정일 것이다. 이러한 경우에 제1 증발기는 더 이상 필요하지 않다.

제2 증발기에서 세척액으로부터 생성된 증기 및 아직 증발되지 않은 세척액의 병류 유동 안내는 또한 증발기의 저부에 배열된 기체 유출구에 의해 또는 수직으로 배열된 관에서의 증발에 의해 수득될 수 있는데, 여기서 증발기의 저부에 기체 유출구를 배열함으로써, 생성된 증기 및 세척액이 상부로부터 저부로 병류로 유동하도록 강제된다.

이와 관련하여, 본 발명의 의미에서 용어 '정제'라는 것은 오염물 함량의 감소로 이해되어야 한다.

특히, 원료의 경우에는 염소의 문제이고, 오염물의 경우에는 브로민 및 NCl₃의 문제이지만, 이러한 방법은 이들 물질에 제한되지는 않는다.

분별증류에 의해 원료 기체를 정제하기 위한 본 발명에 따른 방법으로 인해, 오염물 함량이 낮은 원료 기체의 정제된 스트림 및 오염물 함량이 더 높은 원료 기체의 추가 스트림이 본 발명에 따른 분별증류에 의해 생성된다. 본 발명에 따른 분별증류는 2-단계 증발에 의해 달성된다.

2-단계 증발로 인해, 정제 수고가 경감되는데, 그 이유는 전체 원료 기체가 정제될 필요는 없기 때문이다. 또한, 본 발명에 따른 방법은 오염물 함량이 낮은 원료 기체 및 오염물 함량이 높은 원료 기체의 광범위한 질량-유동 비를 포함한다. 더욱이, 본 발명에 따른 방법은 매우 유연한데, 그 이유는 요건에 따라서, 단계 I로부터의 원료 기체를 또한 매우 큰 비율의 단계 III에 따른 정제된 원료 기체, 및 이에 상응하는 작은 비율의 단계 VII에 따른 오염물 함량이 비교적 높은 원료 기체로 분할할 수 있기 때문이다. 오염물 함량이 낮은 원료 기체 스트림 및 오염물 함량이 높은 원료 기체 스트림의 비는 0.1 내지 100, 바람직하게는 0.1 내지 10의 비일 수 있다. 이러한 큰 유연성은 제2 증발기의 작동 모드를 기반으로 하는데, 그 이유는 세척액의 증기 및 아직 증발되지 않은 세척액의 증기의 병류 유동 안내로 인해, 폭발성 물질의 풍부화가 여기서 제어될 수 있기 때문이다. 더욱이, 그에 의해, 오염물 함량이 높은 원료 기체 스트림 중 폭발성 물질의 풍부화로 인해 발생하는 안전성 문제가 회피된다.

본 발명에 따른 분별증류로 인해, 원료는 2가지 등급, 즉 오염물 함량이 낮은 것, 및 오염물 함량이 더 높은 것으로 분할될 수 있다. 이와 관련하여, 2가지 분획의 크기는 상응하는 제조 방법의 원료에 대한 요건에 따른다.

본 발명의 제1 실시양태에서, 액체인 오염된 원료는 원료 저장 탱크로부터 회수되고, 제1 증발기로 수송되고, 여기서 완전히 증발되고 과열된다. 방법의 이러한 단계에서, 분별증류가 발생하지 않는다.

이어서, 이제 기체상인 여전히 오염된 원료는 세척 칼럼의 더 낮은 부분으로 수송되고, 여기서 세척액으로서의 액체 원료가 그를 향해서 흐른다. 세척 칼럼에는 트레이, 랜덤 패킹(packing), 또는 구조화된 패킹이 구비될 수 있다. 오염된 기체상 원료 전체가 정제되어야 하는 것은 아닌 경우에, 그 중 단지 일부가 세척 칼럼으로 안내될 수 있고; 이어서 나머지는 단계 VII에 따른 오염물 함량이 더 높은 기체 스트림과의 혼합 직후에, 원료를 분포시키기 위한 파이프의 네트워크로 전달된다. 세척액은, 한편으로는 기체상 원료를 이슬점으로 냉각시키고, 다른 한편으로는 원료보다 더 높은 비점을 갖는 오염물의 적어도 일부를 원료 기체 스트림으로부터 취한다. 그 결과, 상기 스트림은 칼럼을 통해 유동하는 도중에 정제되고, 칼럼의 헤드에서 기체상 원료 분획으로서 유출되고, 그로 인해 이러한 원료 분획의 오염물 함량은 세척 칼럼으로 들어가기 전의 원료의 오염물 함량보다 다시 한층 더 낮다. 세척액으로서 사용된 액체 원료는 오염물 함량이 더 낮은 원료 분획의 일부의 응축에 의해 생성될 수 있고, 칼럼의 헤드에서 충전될 수 있다. 그 결과, 응축기로부터 기체 형태로 유출된 오염물 함량이 더 낮은 남아있는 원료 분획은 추가로 정제된다. 그러나 대안적으로, 세척액은 또한 예를 들어, 상기 언급된 원료 저장 탱크로부터 액체 원료의 개별 스트림으로서 공급될 수 있다. 칼럼 헤드로부터의 오염물 함량이 더 낮은 기체상 원료 분획, 또는 응축기로부터 기체 형태로 유출된 오염물 함량이 더 낮은 남아있는 원료 분획은, 이러한 경우에 복열장치(recuperator)에서 저부에서 칼럼으로 안내되는 기체상 원료와 열적으로 통합된다. 그 결과, 오염물 함량이 더 낮은 원료 분획이 과열될 수 있고, 칼럼에 들어간 기체상 원료가 냉각될 수 있다. 이는 세척액 스트림의 감소를 유발하며, 따라서 에너지적 및 경제적으로 유리한 방법을 유발한다. 복열장치가 칼럼에 통합된 경우, 세척 칼럼과 그의 주변 장비의 구조에 대한 공간 요건, 및 그에 따른 투자 비용이 추가로 감소될 수 있다.

세척액은 칼럼의 저부로부터 오염물 함량이 비교적 높은 액체 원료 분획으로서 배출되고, 상기로부터 제2 증발기로 안내된다. 이러한 증발기에서, 액체는 수평 가열관의 외부 표면 위로 흐르고, 그에 의해 증발한다. 그러나, 이는 수직으로 배열된 관 내부에서 흐를 수 있다. 증발기는 세척액의 액체 원료가 증발기의 저부에 도달하기 전에 완전히 증발되도록 하는 방식으로 설계된다. 그 결과, 폭발성 물질 또는 폭발성 물질들이 매우 풍부한 액체 원료가, 어떤 위치에서도 걷잡을 수 없이 축적될 수 없고 안전성 위험이 되지 않는 것이 보장된다. 세척액으로부터의 증발 원료는 아직 증발되지 않은 세척액과 병류 유동으로 안내되어서, 증기 및 액체의 가능한 역류(counterflow) 인도로 인한 추가의 과도한 분별증류 및 그에 따른 아직 증발되지 않은 액체 중 폭발물의 풍부화가 발생하지 않도록 할 수 있다.

수평 가열관이 구비된 장치에서 병류 유동을 강제하기 위해, 바람직하게는 배플이 장치에 삽입된다. 그 결과, 증기는 증발기의 저부로 인도되고, 배플 주위로 수송되고, 이어서 그의 다른 측에서 관 다발을 통해 상향으로 유동하고, 과열되고, 그의 상부 측에서 증발기를 떠난다. 배플은 바람직하게는 관 다발에 배열되고, 즉 갭을 가지며 이를 통해 관에 도달한다. 장치가 수직으로 배열된 관으로 구조화되고, 여기서 세척액 및 증기가 상부로부터 저부로 관에서 유동하는 경우에, 증기는 증발기의 저부로 자동적으로 인도되고, 이어서 저부에 위치된 유출구 노즐에 직접 수송될 수 있거나 또는 관의 별개의 부분을 통해 상향으로 다시 한번 유동하여 과열될 수 있고, 장치의 상부 측에서 빠져나갈 수 있다.

본 발명의 제2 실시양태에서, 액체 원료는 마찬가지로 원료 저장 탱크로부터 회수되고, 제1 증발기로 수송되지만, 단지 부분적으로 증발된다. 이러한 증발기 상에는, 증류 칼럼이 직접 장착되어 있으며, 여기서 액체 원료가 증발된 원료를 향해서 흐른다. 증류 칼럼에는 트레이, 랜덤 패킹 또는 구조화된 패킹이 구비될 수 있다. 플랜트의 나머지 구조는 본 발명의 제1 실시양태의 설명과 동등하다.

가능한 한 크게 에너지 절약적이고 그에 따라 자원 보존적인 방식으로 분별증류를 작동시키기 위해, 오염물 함량이 비교적 높은 기체 원료의 단지 일부를 세척 칼럼으로 수송하는 것이 타당할 수 있다. 나머지는, 그것을 제2 증발기로부터의 오염물 함량이 더 높은 증발된 원료 분획과 혼합하는 수단으로 직접 우회시키고, 이어서 원료를 분포시키는 목적을 위해 파이프의 네트워크에 보낸다. 제2 증발기로부터의 원료 분획은 오염물 함량이 더 높은 잔류 기체 원료에 비해 추가의 장치를 통해 수송되었기 때문에, 공정에서 발생한 압력 손실이 보상되어야 한다. 이를 위해, 칼럼 저부와 제2 증발기의 유입구 노즐 사이의 라인이 사용된다. 칼럼은 제2 증발기 위에 배열되어서, 칼럼 저부와 제2 증발기의 유입구 노즐 사이의 파이프라인에서, 압력 손실을 보상하는 액체 헤드가 형성될 수 있도록 한다.

대안적으로, 압력의 평형화는 오염물 함량이 비교적 높은 우회된 원료 분획을 위한 라인에 도입된 압력 감소를 위한 장치에 의해 또한 수득될 수 있다.

대안적으로, 기체 원료의 우회된 부분을 칼럼 헤드로부터의 또는 응축기 유출구로부터의 오염물 함량이 낮은 원료 분획과 혼합하는 것이 또한 가능하다. 그 결과, 정제 효과를 저해하지만, 이는 칼럼의 기체 및 액체 적재량이 변화되지 않아야 하고/거나 칼럼의 정제 효과가 필요보다 더 큰 경우에 타당할 수 있다.

하기에서, 본 발명은 실시예에 의해 설명될 것이지만, 본 발명은 이것으로 제한되지 않는다.

실시예

실시예 1

도 1을 기초로 하는 실시예 1에서, 본 발명의 제1 실시양태에 따른 본 발명에 따른 방법, 즉 제1 증발기에서 액체 원료가 완전히 증발되고, 원료가 염소인 것이 기술될 것이다.

오염물로서 브로민 및 NCl₃을 함유한 액체 염소 스트림(1)이 베이어닛관(bayonet tube)이 구비된 제1 증기-가열 증발기(vapour-heated evaporator)(2)로 안내되어, 완전히 증발되고, 과열되고, 염소 기체 스트림(1)에 상응하는 염소(1)의 이후의 증발된 스트림으로서 증발기(2)로부터 유출된다. 염소 기체 스트림(3)에 상응하는 염소 스트림(1)의 일부(3)가 먼저 갈라진다. 염소 기체 스트림(4)에 상응하는 증발된 본래 염소 스트림(1)의 나머지 부분은 복열장치(5)의 관 측으로 수송된다. 이러한 방식으로, 염소 기체 스트림(1)은 염소 기체 스트림(3), 및 분별증류가 가능한 한 크게 에너지 절약적인 방식 및 그에 따라 자원 보전적인 방식으로 작동되는 복열장치로 수송되는 염소 기체 스트림(4)으로 분할된다. 이는 가능한 한 최소량의 세척액(9)으로 정제될 염소 기체 스트림(4)에 의해 수행된다. 이러한 양은 칼럼으로부터 유출된 브로민-적재 및 NCl₃-적재 세척액(12) 중에서 안전 이유를 위해 허용될 수 있는 NCl₃의 최대 농도에 의해 주어진다. 복열장치(5)에서, 염소 기체 스트림(4)은 냉각되고, 그 후에 세척 칼럼(6)에 도착하며, 여기서 세척액(9)에 상응하는 복귀 유동(return flow)(9)으로부터의 액체 염소가 그를 향해서 흐른다. 이러한 세척액(9)에서, 저-휘발성 성분인 브로민 및 NCl₃가 풍부해지고, 즉 세척액(9) 중 오염물 함량이 증가한다. 세척 칼럼(6) 및 복열장치(5)는 서로 직접 장착되며, 이는 투자 비용에 관하여 특히 경제적임을 나타낸다. 이들은 침니 트레이(chimney tray)(21)에 의해 서로 분리되어 있다. 복열장치로부터의 염소 기체 스트림(4)은 침니를 통해 칼럼에 들어가고, 아래로 흐른 세척액(9)은 트레이로부터 배출된다. 물질 수송을 개선하는 목적을 위해, 세척 칼럼에는 랜덤 패킹 또는 구조화된 패킹 또는 트레이가 구비되어 있다. 상기 칼럼은, 필수 사양에 따라서 증기 스트림으로부터 브로민을 제거하도록 하는 방식으로 설계되어 있다. 염소 기체 스트림(7)으로서의 증기는 헤드에서 세척 칼럼을 떠난다. 응축기(8)에서, 염소 기체 스트림(7)의 일부(9)가 응축되고, 복귀 유동 또는 세척액(9)으로서 세척 칼럼을 향해서 다시 운송된다. 응축기(8)에서의 응축으로 인해, 염소 기체 스트림(10)에 상응하는 염소 기체 스트림(7)의 응축되지 않은 일부(10)의 추가 정제가 수행된다. 이러한 염소 기체 스트림(10)은 복열장치(5)의 쉘 측으로 안내되어, 관에서 유동하는 염소 기체 스트림(4)에 의해 과열되고, 필수 사양에 따른 염소 기체 분획(11)으로서 후속 공정에 사용가능하게 되며, 염소 기체 스트림(1)에 비해 더 낮은 브로민 및 NCl₃ 함량을 나타내고, 즉 염소 기체 스트림(1)에 비해 오염물이 더 희박하다.

브로민-적재 및 NCl₃-적재 세척액(12)은 침니 트레이(21) 상의 세척 칼럼의 저부에서 수집되고, 여기서 유출된다. 염소를 갖는 혼합물 중 NCl₃은 브로민보다 확실히 덜 휘발성이기 때문에, 거의 전체의 NCl₃은 염소 기체 스트림(1)으로부터 세척액(12)으로 통과한다. 적재 세척액(12)은 파이프라인을 통해 제2 증기-가열 증발기(14)로 안내된다. 세척 칼럼은 제2 증발기 상부에 배열되어, 침니 트레이(21)와 제2 증발기(14) 사이에는 높이 차이가 있다. 따라서, 연결 파이프라인은 수직 피스(vertical piece)(13)로 이루어지고, 추가 피스에 의해 칼럼 및 제2 증발기(14)에 연결되어 있다. 적재 세척액(12)은 증발기(14)에서 증발되고, 브로민-풍부 염소 기체(15), 즉 염소 기체 스트림(1)보다 브로민 함량이 더 높은 염소 기체로서 유출된다.

분별증류의 에너지 절약 작동의 이유로 인해, 염소 기체 스트림(1)에 비해 낮은 브로민 및 NCl₃ 함량을 나타내는 브로민-희박 및 NCl₃-희박 염소 기체(11)의 부분은 다량이고, 브로민 및 NCl₃이 풍부한 적재 세척액(12)의 부분은 소량이기 때문에, 소량의 브로민-풍부 및 NCl₃-풍부 세척액(12)에서 거의 완전히 풍부해진 NCl₃은 상승된 안전성 위험을 초래한다. 적재 세척액(12)이 형성하는 이러한 액체 염소 스트림이 증발되는 경우, 증발이 끝날 때까지 존재하는 액체 상 중 NCl₃ 농도가 추가로 상승할 것인데, 그 이유는 고비점 성분으로서의 NCl₃이 액체 중에 우세하게 존재하기 때문이다. 장치(14)에서의 증발 동안, 따라서, 하기에 기술된 특별한 안전 예방 조치가 수행된다.

적재 세척액(12)은 상기로부터 증발기(14)로 안내되고, 먼저 여기서, 세척액 스트림(12)을 증발기의 관 다발(17) 상에 퍼지게 하는 천공 플레이트(16) 상에 충돌된다. 관 다발(17)은 전체 스트림이 증발기의 저부(18)에 도달하기 전에 미리 증발되도록 하는 방식으로 설계되어야 한다. 그 결과, 높은 NCl₃ 농도 및 비교적 많은 양의 NCl₃-함유 액체가 동일한 장소에 절대 존재하지 않는 것이 보장된다. 따라서, 증발 과정에서의 안전성 위험이 상당히 감소된다. 걷잡을 수 없는 역류에 의해 과도한 NCl₃ 풍부화를 방지하기 위해, 증발된 스트림은 배플 플레이트(19)에 의해 병류 유동으로 아직 증발되지 않은 액체로 안내된다. 배플 플레이트(19)를 통과한 후, 증기는 다시 상향으로 유동하고, 증발기(14)의 상부 측에서 브로민-풍부 염소 기체(15)로서 유출된다.

염소 기체 스트림(3)은 이러한 브로민-풍부 염소 기체 스트림(15)과 혼합되고, 이어서 브로민-풍부 기체 분획(20)으로서 후속 방법을 위해 사용가능하게 된다.

염소 기체 스트림(15)은 염소 기체 스트림(3)보다 더 많은 장치를 통해 안내되었기 때문에, 이러한 장치를 통해 유동하는 도중에 발생되는 염소 기체 스트림(15)의 압력 손실이 보상되어야 한다. 이를 위해, 수직 피스(13)가 칼럼 저부와 제2 증발기의 유입구 사이의 파이프라인에 제공되어 있다. 압력 손실을 보상하기 위해, 이러한 수직 피스(13)는 칼럼 저부로부터 배출된 브로민-적재 및 NCl₃-적재 세척액(12)이 액체 헤드를 형성할 수 있도록 하는 방식으로 설계된다. 이어서, 이러한 액체 헤드의 높이는 보상될 압력 손실에 따라서 그 자체를 개작한다.

실시예 2

도 2를 기초로 하는 실시예 2에서, 본 발명의 제2 실시양태에 따른 본 발명에 따른 방법, 즉 본 발명의 제1 실시양태에 상응하는 제1 증발기에서 액체 원료가 부분적으로 증발되고, 원료가 염소이고, 하기 증류 칼럼이 제1 증발기 상에 직접 장착된 것이 기술될 것이다

오염물로서 브로민 및 NCl₃을 함유한 액체 염소 스트림(1)이 제1 증기-가열 증발기(2)로 안내되어 부분적으로 증발된다. 염소 기체 스트림(1)에 상응하는 이후의 염소 증기 스트림(1)이 증발기(2) 바로 위에 위치된 증류 칼럼(3)으로 수송되며, 여기서 세척액(6)으로서의 액체 염소가 그를 향해서 흐른다. 이로 인해, 저-휘발성 성분인 브로민 및 NCl₃이 세척액(6) 중에서 풍부해진다. 물질 수송을 개선하기 위해, 증류 칼럼(3)에는 랜덤 패킹 또는 구조화된 패킹 또는 트레이가 장치되어 있다. 상기 칼럼은, 필수 사양에 따라서 염소 기체 스트림(1)으로부터 브로민을 제거하도록 하는 방식으로 설계되어 있다. 염소 기체 스트림(4)으로서의 증기는 헤드에서 증류 칼럼(3)을 떠난다. 응축기(5)에서, 염소 기체 스트림(4)의 일부가 증류 칼럼(3)을 향해서 복귀 유동(6)으로서 운송된다. 이러한 복귀 유동(6)은 세척액(6)을 형성하고, 액체로서 증류 칼럼(3)에서 상승하는 염소 기체 스트림(1)을 향해서 흐른다. 응축기에서의 응축으로 인해, 남아있는 염소 기체 스트림(7)의 추가 정제가 수행된다. 상기 스트림은 필수 사양에 따른 염소-기체 분획(7)으로서 후속 공정에 사용가능하게 되며, 염소 기체 스트림(1)에 비해 더 낮은 브로민 및 NCl₃ 함량을 나타낸다.

브로민-적재 및 NCl₃-적재 세척액(8)는 증발기(2)의 저부로부터 유출된다. 염소를 갖는 혼합물 중 NCl₃은 브로민보다 확실히 덜 휘발성이기 때문에, 염소 기체 스트림(1)으로부터의 거의 전체의 NCl₃은 액체 염소 스트림(8)으로 통과한다. 이것은, 후속의 증기-가열 강하막 증발기(falling-film evaporator)(9)에서 증발되고, 후속 방법을 위해 브로민-풍부 염소-기체 분획(10)으로서 사용가능하게 된다.

이제, 다량의 브로민-희박 염소, 즉 염소 기체 스트림(1)보다 브로민 함량이 더 낮은 염소, 및 소량의 브로민-풍부 염소, 즉 염소 스트림(1)보다 브로민 함량이 더 높은 염소가 염소-소모 방법에 의해 요구되는 경우, 전체 NCl₃이 소량의 브로민-풍부 염소 분획(8)에서 풍부해져서, 상승된 안전성 위험을 초래한다. 이러한 액체 염소 스트림(8)이 증발되는 경우, 증발이 끝날 때까지 존재하는 액체 상 중 NCl₃ 농도가 추가로 상승할 것인데, 그 이유는 고비점 성분으로서의 NCl₃이 액체 중에 우세하게 존재하기 때문이다. 강하막 장치(9)에서의 증발 동안, 따라서, 따라서, 하기에 기술된 특별한 안전 예방 조치가 수행된다.

액체 염소 스트림(8)이 상기로부터 증발기(9)로 안내되고, 먼저 여기서, 액체 염소 스트림(8)을 관(12)에 분포시키는 상부 관 시트(11)에 분포된다. 관(12)은 전체 스트림이 증발기(9)의 저부(13)에 도달하기 전에 미리 증발되도록 하는 방식으로 설계되어야 한다. 그 결과, 높은 NCl₃ 농도 및 비교적 많은 양의 NCl₃-함유 액체가 동일한 장소에 절대 존재하지 않는 것이 보장된다. 따라서, 증발 과정에서의 안전성 위험이 상당히 감소된다. 증발된 염소 스트림(8)은 관(12)에서 병류 유동으로 아직 증발되지 않은 액체로 안내되어, NCl₃이 과도하게 풍부해지지 않는다. 저부에서, 염소 증기는 유출구 노즐로 유동하고, 브로민-풍부 염소-기체 분획(10)으로서 증발기(9)를 떠난다.

비교예 3

도 3을 기초로 하는 본 비교 실시예에서, 최신 기술로부터의 방법이 기술될 것이며, 여기서 액체 염소는 증발기로 안내되고, 이어서, 발생된 기체 염소는 증류 칼럼으로 안내된다. 잔류하는 액체 염소가 종래의 증발기에서 증발되어, 높은 NCl₃ 농도 및 비교적 많은 양의 액체 염소가 동일한 장소에서 발생한다.

오염물로서 브로민 및 NCl₃을 함유한 액체 염소 스트림(1)이 제1 증기-가열 증발기(2)로 안내되어 완전히 증발된다. 염소 기체 스트림(1)에 상응하는, 방법에서 발생한 증기 염소 스트림(1)이 세척 칼럼(3)으로 수송되며, 여기서 복귀 유동(6)에 상응하는 세척액(6)로서의 액체 염소가 그를 향해서 흐른다. 방법에서, 저-휘발성 성분인 브로민 및 NCl₃이 세척액(6) 중에서 풍부해진다. 물질 수송을 개선하는 목적을 위해, 세척 칼럼(3)에는 랜덤 패킹 또는 구조화된 패킹 또는 트레이가 장치되어 있다. 상기 칼럼은, 필수 사양에 따라서 염소 기체 스트림(1)으로부터 브로민을 제거하도록 하는 방식으로 설계되어 있다. 이어서, 염소 기체 스트림(1)은 헤드에서 염소 기체 스트림(4)으로서 세척 칼럼(3)을 떠난다. 응축기(5)에서, 염소 기체 스트림(4)의 일부가 응축되고, 세척액(6)에 상응하는 복귀 유동(6)으로서 세척 칼럼(3)을 향해서 운송된다. 응축으로 인해, 남아있는 염소 기체 스트림(7)의 추가 정제가 수행된다. 후자는 필수 사양에 따른 염소-기체 분획(7)으로서 후속 공정에 사용가능하게 되며, 염소 기체 스트림(1)에 비해 더 낮은 브로민 및 NCl₃ 함량을 나타낸다.

액체 염소 스트림(8)에 상응하는 브로민-적재 및 NCl₃-적재 세척액은 세척 칼럼의 저부에서 유출된다. 염소를 갖는 혼합물 중 NCl₃은 브로민보다 확실히 덜 휘발성이기 때문에, 거의 전체의 NCl₃은 염소 기체 스트림(1)으로부터 액체 염소 스트림(8)에 통과한다. 후자는 후속의 증기-가열 관-다발 증발기(9)에서 증발되고, 후속 방법을 위해 브로민-풍부 염소-기체 분획(10)으로서 사용가능하게 된다.

이제, 다량의 브로민-희박 염소 및 소량의 브로민-풍부 염소가 염소-소모 방법에 의해 요구되는 경우, 소량의 브로민-풍부 염소 분획 중 전체 NCl₃이 액체 염소 스트림(8) 중에 축적되어, 안전성 위험이 상승된다. 이러한 액체 염소 스트림(8)이 증발되는 경우, 증발이 끝날 때까지 존재하는 액체 상 중 NCl₃ 농도가 추가로 상승할 것인데, 그 이유는 고비점 성분으로서의 NCl₃이 액체 염소 스트림(8) 중에 우세하게 존재하기 때문이다. 증발 능력을 제공하기 위해 증발기(9)의 관 다발이 비등하는 염소로 피복되어야 하기 때문에, 증발기(9)는 항상 액체 염소로 충전된다. 결국, 최신 기술에 따라서 구조화되고, 작동되는 증발기에서, 높은 NCl₃ 농도 및 다량의 염소가 동일한 장소에서 발생한다. 이것은 특히 높은 안전성 위험이 되며, 이것은 본 발명에 따른 방법에 의해 감소된다.

Claims

원료를 고순도 기체 스트림 및 저순도 기체 스트림으로 분할하는 분별증류에 의해 원료로부터 오염물을 세정하는 방법이며, 여기서 오염물은 원료보다 더 높은 비점을 갖고, 오염물 중 적어도 하나는 폭발성 물질이고,
I. 원료를 제1 증발기에서 증발시켜서 원료 기체를 산출하거나, 또는 원료 기체를 공급원으로부터 사용가능하게 하는 단계,
II. 원료 기체를 세척 칼럼에 도입하며, 여기서 오염물 함량을 감소시키기 위한 세척액이 상기 기체를 향해서 흐르는 것인 단계,
III. 세척 칼럼의 헤드에서 이러한 방식으로 정제된 원료 기체를 회수하고 부분적으로 응축시키고, 응축물을 세척 칼럼의 헤드를 향해서 세척액으로서 다시 안내하고, 남아있는 원료 기체를 세척 칼럼으로부터 유출시키며, 상기 기체는 단계 I에서의 원료 기체보다 더 낮은 오염물 함량을 나타내는 것인 단계,
IV. 세척액을 세척 칼럼의 저부에서 액체 스트림으로서 유출시키며, 상기 세척액은 단계 II에서보다 더 높은 오염물 함량을 나타내는 것인 단계,
V. 상기로부터의 세척액을 수평관을 갖는 제2 증발기의 쉘 측에 도입하며, 여기서 세척액이 증발기의 관 다발에 들어가고, 증발기의 저부에 도달하기 전에 증발되는 것인 단계,
VI. 세척액으로부터 생성된 증기 및 아직 증발되지 않은 세척액을 병류 유동으로 인도하는 단계,
VII. 제2 증발기로부터의 세척액으로부터 생성된 증기를 기체 스트림으로서 유출시키며, 상기 기체는 단계 I에서의 원료 기체보다 더 높은 오염물 함량을 나타내는 것인 단계
를 특징으로 하는, 원료를 고순도 기체 스트림 및 저순도 기체 스트림으로 분할하는 분별증류에 의해 원료로부터 오염물을 세정하는 방법.
제1항에 있어서, 원료를 완전히 증발시켜서 원료 기체를 산출하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 세척액으로부터 생성된 증기를, 단계 VII에서 기체 스트림으로서 유출시키기 전에 추가의 단계 VI.a에서 배플에 의해 재유도하여, 상기 배플의 다른 측에서 제2 증발기를 통해 다시 한번 유동시켜서, 단계 VII에서 기체 스트림을 제2 증발기의 상부에서 유출구를 통해 유출시키는 것을 특징으로 하는 방법.
제3항에 있어서, 제2 증발기의 상부에서 유출구로 가는중인 재유도 후 세척액으로부터 생성된 증기를, 관 다발을 통해 다시 한번 유동시켜서, 단계 VII에서 기체 스트림으로서 유출시키기 전에 과열되도록 하는 방식으로, 배플이 제2 증발기의 관 다발에 배열된 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 단계 V에서, 제2 증발기가 강하막 증발기(falling-film evaporator)이며, 오염물 함량이 비교적 높은 액체 스트림이 상기 증발기의 관을 통해 안내되고, 상기 관은 액체 스트림이 증발기의 저부에 도달하기 전에 미리 완전히 제거되도록 하는 방식으로 설계되고, 상기 관은 생성된 증기 및 아직 증발되지 않은 액체가 병류 유동하도록 강제하고, 상기 생성된 증기는 저부에서 하부로 배출되는 것을 특징으로 하는 방법.
제5항에 있어서, 단계 V에서, 오염물 함량이 비교적 높은 액체 스트림을, 제2 증발기의 관의 한 부분을 통해서만 수송하고, 재유도 후에 저부에서 유출시키지 않고 관의 다른 부분을 통해 상향으로 다시 유동시켜서 과열되게 하고, 상부에서 제2 증발기로부터 유출시키는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 V에서 낮은 순도를 갖는 액체 스트림이, 제2 증발기의 쉘 측에 들어간 후에 플레이트 상에 충돌하여, 증발기의 관 다발 상에 퍼지는 것을 특징으로 하는 방법.
제7항에 있어서, 단계 V에서, 제2 증발기의 쉘 측 내의 플레이트가 천공된 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 원료가 염소이고, 오염물이 브로민 및 NCl₃인 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 세척 칼럼에 들어가기 전에, 원료 기체를 복열장치(recuperator)를 통해 수송하고, 여기서 냉각시키며, 복열장치의 다른 측에서 세척 칼럼의 헤드에서의 응축 후에 남아있는 정제된 기체 스트림을 안내하여 과열되게 하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 세척 칼럼이 제2 증발기 위에 배열되며, 제1 증발기로부터의 원료 기체를 세척 칼럼 및 복열장치로 단지 부분적으로 안내하는 반면에, 원료 기체의 나머지 부분을 제2 증발기로부터의 저순도 기체 스트림과 직접 혼합하고, 장치를 통해 유동하는 도중에 발생한 저순도 기체 스트림의 압력 손실을 칼럼 저부와 제2 증발기 사이의 연결 라인의 액체 충전된 수직 구획에 의해 보상하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 및 제3항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 원료를 제1 증발기에서 단지 부분적으로 증발시키고, 원료의 증발된 부분을 세척 칼럼 및 복열장치로 수송하고, 칼럼에서 그를 향해서 흐르는 세척액을 제1 증발기로 수송하고, 그로부터 원료의 증발되지 않은 부분과 함께 제2 증발기에 도착하게 하는 것을 특징으로 하는 방법.