KR20230131521A - Method for producing chlorine - Google Patents

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KR20230131521A
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백승준
류현철
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한화솔루션 주식회사
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Abstract

본 발명은 염화 수소 산화에 의한 염소 제조 시 배출되는 산소를 재사용하여 공정 효율을 개선한 염소 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing chlorine that improves process efficiency by reusing oxygen emitted during the production of chlorine by oxidizing hydrogen chloride.

Description

염소 제조 방법{METHOD FOR PRODUCING CHLORINE}Method for producing chlorine {METHOD FOR PRODUCING CHLORINE}

본 발명은 염소 제조 방법에 관한 것으로, 염화 수소 산화에 의한 염소 제조 시 배출되는 산소를 재사용하여 공정 효율을 개선한 염소 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for producing chlorine, and relates to a method for producing chlorine that improves process efficiency by reusing oxygen emitted when producing chlorine by oxidizing hydrogen chloride.

염소는 염화 비닐, 포스겐 등의 원료로 사용된다. 염소를 제조하는 방법으로는, 식염 전해법, 혹은 염화 수소의 촉매적 산화 등이 있다. 그 중 식염 전해법은 비교적 많은 전력을 이용하기 때문에, 에너지 효율 측면에서 불리한점이 있다. 반면, 염화 수소의 산화를 통한 염소의 제조는, 다양한 반응에서 부산물로 발생하는 염화 수소를 이용할 수 있다는 점에서 유용하다. 대표적으로, 이소시아네이트의 제조, 또는 방향족 화합물의 염소화 반응을 통해 염화 수소는 공동 생성물로 다량 얻을 수 있다. Chlorine is used as a raw material for vinyl chloride, phosgene, etc. Methods for producing chlorine include salt electrolysis or catalytic oxidation of hydrogen chloride. Among them, the salt electrolysis method has a disadvantage in terms of energy efficiency because it uses relatively large amounts of power. On the other hand, the production of chlorine through oxidation of hydrogen chloride is useful in that hydrogen chloride generated as a by-product in various reactions can be used. Typically, a large amount of hydrogen chloride can be obtained as a co-product through the production of isocyanate or chlorination reaction of aromatic compounds.

한편, 상기 이소시아네이트의 제조에서 공동 생성물로 얻어진 염화 수소는 기상 염화 수소이다. 기상 염화 수소는 과량의 산소를 이용하여 산화 반응기에서 염소로 제조되고, 제조된 염소는 이후 응축을 통해 얻을 수 있다. 이때, 기상의 생성물로부터 염소를 응축시키기 위해서는 높은 압력, 낮은 온도에서 진행하는 것이 바람직하다. 그러나, 과량으로 투입된 미반응 산소를 비롯하여, 이소시아네이트의 제조에서 염화 수소와 함께 동반된 이산화탄소 등의 불활성 기체 성분은 응축되지 않고 잔류하게 된다. Meanwhile, hydrogen chloride obtained as a co-product in the production of the isocyanate is gaseous hydrogen chloride. Gas-phase hydrogen chloride is produced into chlorine in an oxidation reactor using an excess of oxygen, and the produced chlorine can then be obtained through condensation. At this time, in order to condense chlorine from the gaseous product, it is preferable to proceed at high pressure and low temperature. However, unreacted oxygen added in excess and inert gas components such as carbon dioxide accompanied with hydrogen chloride in the production of isocyanate are not condensed and remain.

공정 효율의 측면에서, 응축되지 않고 기상으로 존재하는 미반응 산소는 염화 수소의 산화 반응기로 재순환 시켜 염화 수소의 산화에 다시 사용하는 것이 바람직하다. 이때, 염화 수소의 산화를 위해 연속적으로 산소를 재사용하기 위해서는 전술한 이산화탄소의 축적을 방지하여 반응기의 효율을 높이고 공정 전체의 설비규모가 비대화되는 것을 막을 필요성이 있다. 종래 이산화탄소를 사전에 제거하여 염화 수소의 산화 반응을 진행하는 기술이 제안되었으나, 이산화탄소 제거를 위해 에너지 소모가 큰 추가 공정이 필요하다는 점에서 문제가 있었다. In terms of process efficiency, it is preferable to recycle unreacted oxygen that is not condensed and exists in the gas phase to the hydrogen chloride oxidation reactor and reuse it for oxidation of hydrogen chloride. At this time, in order to continuously reuse oxygen for oxidation of hydrogen chloride, it is necessary to prevent the accumulation of carbon dioxide as described above to increase the efficiency of the reactor and prevent the scale of the entire process from being enlarged. Previously, a technology was proposed to proceed with the oxidation reaction of hydrogen chloride by removing carbon dioxide in advance, but there was a problem in that an additional process that consumed a lot of energy was needed to remove carbon dioxide.

이에, 염소 제조 공정에서, 산소의 재사용량을 높이기 위해 이산화탄소를 효율적으로 분리할 수 있는 방법에 대한 개발이 요구된다.Accordingly, in the chlorine production process, there is a need to develop a method that can efficiently separate carbon dioxide to increase the reuse of oxygen.

본 발명은 염화 수소로부터 염소를 제조하는 공정에 있어서, 공정 중 불순물인 이산화탄소를 제거하여, 미반응 산소를 효율적으로 재사용하는 염소 제조 방법을 제공하고자 한다.The present invention seeks to provide a method for producing chlorine that efficiently reuses unreacted oxygen by removing carbon dioxide as an impurity during the process of producing chlorine from hydrogen chloride.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 고정층 반응기에서 염화 수소를 포함하는 기체 혼합물과 산소를 촉매 존재 하에 반응시켜 염소를 제조하는 단계(단계 1); 염산 흡수탑에서 미반응 염화 수소를 물에 흡수시켜 염산 형태로 제거하고, 염소, 및 미반응 산소를 포함하는 기상 생성물을 분리하는 단계(단계 2); 건조탑에서 단계 2를 거친 기상 생성물을 건조하는 단계(단계 3); 건조된 기상 생성물에서 염소를 정제하고, 미반응 산소를 상기 단계 1로 재순환하는 단계(단계 4); 및 잔여 미반응 산소를 정제하는 단계(단계 5);를 포함하고, 상기 단계 1의 기체 혼합물은 적어도 이산화탄소를 포함하고, 이산화탄소를 상기 단계 5에서 가성 소다 수용액을 이용하여 제거하며, 단계 5를 거친 잔여 미반응 산소를 포함하는 기상 물질을 상기 단계 3에 재투입하는 단계를 포함하는, 염소 제조 방법을 제공한다.In order to solve the above problem, the present invention includes the steps of producing chlorine by reacting a gas mixture containing hydrogen chloride with oxygen in the presence of a catalyst in a fixed bed reactor (step 1); Absorbing unreacted hydrogen chloride in water in a hydrochloric acid absorption tower to remove it in the form of hydrochloric acid, and separating a gaseous product containing chlorine and unreacted oxygen (step 2); Drying the gaseous product that passed step 2 in a drying tower (step 3); Purifying chlorine from the dried gaseous product and recycling unreacted oxygen to step 1 (step 4); and purifying remaining unreacted oxygen (step 5); wherein the gas mixture of step 1 contains at least carbon dioxide, carbon dioxide is removed using an aqueous caustic soda solution in step 5, and A method for producing chlorine is provided, comprising the step of reintroducing gaseous material containing residual unreacted oxygen to step 3.

본 발명에서, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용되며, 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 목적으로만 사용된다. In the present invention, terms such as first and second are used to describe various components, and the terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another component.

또한, 본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 예시적인 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다.Additionally, the terminology used herein is only used to describe exemplary embodiments and is not intended to limit the invention.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.

본 명세서에서, “포함하다”, “구비하다” 또는 “가지다” 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 구성 요소 또는 이들의 조합을 설명하기 위한 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 구성 요소, 이들의 조합 또는 부가 가능성을 배제하는 것은 아니다.In this specification, terms such as “comprise,” “comprise,” or “have” are used to describe implemented features, numbers, steps, components, or combinations thereof, and include one or more other features or numbers, The possibility of steps, components, combinations or additions thereof is not excluded.

또한, 본 명세서에서, 각 층 또는 요소가 각 층들 또는 요소들의 “상에” 또는 “위에” 형성되는 것으로 언급되는 경우에는 각 층 또는 요소가 직접 각 층들 또는 요소들의 위에 형성되는 것을 의미하거나, 다른 층 또는 요소가 각 층 사이, 대상체, 기재 상에 추가적으로 형성될 수 있음을 의미한다.Additionally, in this specification, when each layer or element is referred to as being formed “on” or “on” the respective layers or elements, it means that each layer or element is formed directly on the respective layers or elements, or other This means that layers or elements can be additionally formed between each layer, on the object, or on the substrate.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 예시하고 하기에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태로 한정하는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Since the present invention can be subject to various changes and can take various forms, specific embodiments will be illustrated and described in detail below. However, this does not limit the present invention to the specific disclosed form, and should be understood to include all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention.

본 발명은, 염소의 제조 공정 중, 일부 미반응 산소에 포함된 이산화탄소를 가성 소다를 이용하여 제거하고, 이를 건조탑으로 투입하는 단계를 포함하는 염소 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for producing chlorine, which includes removing carbon dioxide contained in some unreacted oxygen using caustic soda during the chlorine production process and adding it to a drying tower.

본 발명의 염소 제조 방법에 따르면, 염소 제조 공정 중에 가성소다를 이용하여 이산화탄소를 적절히 제거함으로써, 이산화탄소의 농축을 방지하여 별도의 이산화탄소 제거 공정 없이도 산소의 추가 재사용이 가능하고, 이를 통해 산소 사용량을 줄일 수 있다. 또한, 가성소다를 이용하여 이산화탄소를 제거하는 과정에서 발생한 물은 건조탑에서 제거될 수 있어 공정 효율 측면에서 우수하다. According to the method for producing chlorine of the present invention, carbon dioxide is appropriately removed using caustic soda during the chlorine production process, thereby preventing concentration of carbon dioxide and enabling additional reuse of oxygen without a separate carbon dioxide removal process, thereby reducing oxygen usage. You can. In addition, the water generated in the process of removing carbon dioxide using caustic soda can be removed in the drying tower, which is excellent in terms of process efficiency.

이하, 각 단계별로 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail at each step.

(단계 1)(Step 1)

단계 1은, 고정층 반응기에서 염화 수소를 포함하는 기체 혼합물과 산소를 반응시켜 염소를 제조하는 단계이다. Step 1 is a step of producing chlorine by reacting a gas mixture containing hydrogen chloride with oxygen in a fixed bed reactor.

상기 염화 수소는 주로 포스겐과 아민을 반응시켜 제조되는 이소시아네이트류의 합성을 통해 부산물로 얻을 수 있다. 이외에도, 산 염화물 제조, 폴리카보네이트 제조, 염화 비닐 제조, 방향족 화합물의 염화 과정 등에서 얻을 수 있다. 이때, 상기 제조 과정에서 염화 수소뿐만 아니라, 이산화탄소 등이 동반하여 생성된다. 따라서, 본 반응 단계에서는 염화 수소를 포함하는 기체 혼합물을 반응 원료로 사용한다. The hydrogen chloride can be obtained as a by-product through the synthesis of isocyanates, which are mainly produced by reacting phosgene and amine. In addition, it can be obtained from acid chloride production, polycarbonate production, vinyl chloride production, chlorination of aromatic compounds, etc. At this time, during the manufacturing process, not only hydrogen chloride but also carbon dioxide is produced along with it. Therefore, in this reaction step, a gas mixture containing hydrogen chloride is used as a reaction raw material.

또한, 본 발명은 상기 염화 수소를 포함하는 기체 혼합물과 별도로 산소를 투입하여, 상기 기체 혼합물에 포함된 염화 수소와 산소의 반응을 통해 염소를 제조한다. 투입되는 산소의 양은 염화 수소의 양, 반응기 및 후공정에 적용되는 장치에 따라 조절될 수 있으며, 통상 1:1 내지 20:1, 바람직하게는 2:1 내지 8:1, 또는 2:1 내지 5:1이다. In addition, in the present invention, oxygen is introduced separately from the gas mixture containing hydrogen chloride, and chlorine is produced through a reaction between hydrogen chloride and oxygen contained in the gas mixture. The amount of oxygen introduced can be adjusted depending on the amount of hydrogen chloride, the reactor, and the equipment applied in the post-process, and is usually 1:1 to 20:1, preferably 2:1 to 8:1, or 2:1 to 2:1. It is 5:1.

또한, 상기 염화 수소의 산화 반응을 통한 염소 제조 단계는 촉매 존재 하에 진행하는 것이 바람직하다. 본 반응에 사용 가능한 촉매로는 특별한 제한은 없으나, 세리아, 알루미나, 산화 구리, 산화 루테늄, 및 실리카로 구성되는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. 또한, 이들을 담체에 담지한 형태로 사용할 수 있으며, 사용 가능한 담체는 실리카, 알루미나, 티타니아 및 지르코니아에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있으나, 이에 특별히 제한되는 것은 아니다. In addition, the step of producing chlorine through the oxidation reaction of hydrogen chloride is preferably performed in the presence of a catalyst. There is no particular limitation on the catalyst that can be used in this reaction, but it may include one or more selected from the group consisting of ceria, alumina, copper oxide, ruthenium oxide, and silica. Additionally, they can be used in the form of being supported on a carrier, and the carrier that can be used may include one or more types selected from silica, alumina, titania, and zirconia, but is not particularly limited thereto.

또한, 상기 촉매의 제조 방법은 일반적인 촉매 제조 방법인 공침법, 또는 함침법 등을 이용하여 제조될 수 있으며, 상기 촉매는 분말, 입자 또는 성형체 형태로 사용될 수 있고, 상기 성형체로는 펠렛형, 고리형, 원통형, 성상형, 차륜형 또는 구형 등이 있을 수 있다.In addition, the catalyst may be manufactured using a common catalyst preparation method such as coprecipitation or impregnation. The catalyst may be used in the form of powder, particles, or molded bodies, and the formed bodies may be pellet-shaped or ring-shaped. It may have a shape, a cylindrical shape, a star shape, a wheel shape, or a sphere.

바람직하게는, 상기 단계 1의 촉매 사용량은 반응기에 투입되는 기체 혼합물에 대한 공간속도로 정의되며, 기체 혼합물의 공간속도는 300 hr-1 내지 1500 hr-1에서 운전된다. 상기 공간속도가 300 hr-1 미만일 경우 목적하는 염화 수소의 전환율을 달성하기 위해 높은 온도로 운전되어 촉매 비활성화가 가속화될 수 있고, 상기 공간속도가 1500 hr-1 초과일 경우 반응기가 비대해져 경제적으로 불리하다. 보다 바람직하게는, 상기 공간속도는 350 hr-1 이상, 400 hr-1 이상, 또는 450 hr-1 이상이면서, 1200 hr-1 이하, 1000 hr-1 이하, 또는 900 hr-1 이하로 사용될 수 있다.Preferably, the amount of catalyst used in step 1 is defined by the space velocity of the gas mixture introduced into the reactor, and the space velocity of the gas mixture is operated at 300 hr -1 to 1500 hr -1 . If the space velocity is less than 300 hr -1 , catalyst deactivation may be accelerated by operating at a high temperature to achieve the desired conversion rate of hydrogen chloride, and if the space velocity is greater than 1500 hr -1 , the reactor becomes enlarged, which is economically disadvantageous. do. More preferably, the space velocity is 350 hr -1 or more, 400 hr -1 or more, or 450 hr -1 or more, and can be used as 1200 hr -1 or less, 1000 hr -1 or less, or 900 hr -1 or less. there is.

바람직하게는, 상기 단계 1은 200 내지 500 ℃에서 진행될 수 있다. 본 발명의 염화 수소의 촉매적 산화 반응은 발열 반응이면서 평형 반응으로, 비교적 낮은 온도에서 진행할수록 평형 전환율의 관점에서 유리하나, 온도가 너무 낮은 경우 반응 진행 속도가 매우 느릴 수 있다. 따라서, 촉매 존재 하에, 상기 온도 범위에서 진행하는 것이 반응 속도 및 평형 전환율 측면에서 우수하다. 보다 바람직하게는, 상기 단계 1은 250 ℃ 이상, 270 ℃ 이상, 280 ℃ 이상, 또는 290 ℃ 이상이면서, 450 ℃ 이하, 430 ℃ 이하, 420 ℃ 이하, 또는 400 ℃ 이하에서 진행할 수 있다. 또한, 상기 단계 1은 촉매 활성과 반응 평형을 고려하여, 초기 반응기 온도와 후반부 반응기 온도를 각각 제어하여 진행될 수도 있으며, 이때 초기 반응기 온도는 200 내지 400 ℃, 250 내지 350 ℃, 또는 300 내지 320 ℃, 후반부 반응기 온도는 300 내지 450 ℃, 320 내지 425 ℃, 또는 350 내지 400 ℃로 진행될 수 있다.Preferably, step 1 may be carried out at 200 to 500 °C. The catalytic oxidation reaction of hydrogen chloride of the present invention is an exothermic reaction and an equilibrium reaction, and it is advantageous in terms of equilibrium conversion rate as it proceeds at a relatively low temperature, but if the temperature is too low, the reaction progress rate may be very slow. Therefore, proceeding in the above temperature range in the presence of a catalyst is superior in terms of reaction rate and equilibrium conversion rate. More preferably, step 1 may be carried out at 250 ℃ or higher, 270 ℃ or higher, 280 ℃ or higher, or 290 ℃ or lower, and at 450 ℃ or lower, 430 ℃ or lower, 420 ℃ or lower, or 400 ℃ or lower. In addition, Step 1 may be performed by controlling the initial reactor temperature and the latter reactor temperature, respectively, in consideration of catalyst activity and reaction equilibrium. In this case, the initial reactor temperature is 200 to 400 ℃, 250 to 350 ℃, or 300 to 320 ℃. , the later reactor temperature may be 300 to 450 °C, 320 to 425 °C, or 350 to 400 °C.

(단계 2)(Step 2)

본 발명의 단계 2는 단계 1을 거친 생성물을 염산 흡수탑에서 염화 수소를 물에 흡수시켜 제거하고, 염소, 및 미반응 산소를 포함하는 기상 생성물을 분리하는 단계이다. Step 2 of the present invention is a step of removing the product from step 1 by absorbing hydrogen chloride in water in a hydrochloric acid absorption tower and separating the gaseous product containing chlorine and unreacted oxygen.

구체적으로, 본 발명의 단계 2는 반응 단계에서 얻은 염소, 물, 미반응 염화 수소, 미반응 산소를 주성분으로 하는 반응 생성물로부터 염소와 미반응 산소를 주성분으로 하는 기상 생성물을 분리하는 단계이다. 이때, 흡수제로 물 및/또는 저농도 염산수가 사용될 수 있으며, 상기 흡수제를 반응 생성물과 접촉시켜, 염화 수소와 물은 염산 형태로 흡수탑 하부로 배출하고, 흡수탑 상부로는 염소, 및 산소를 포함하는 기상 생성물을 배출한다. 한편, 본 명세서에서 단계 2를 거쳐 제조된 염소, 및 미반응 산소를 포함하는 기상 생성물은 “조-염소가스”로 명명될 수 있다. Specifically, step 2 of the present invention is a step of separating a gaseous product mainly composed of chlorine and unreacted oxygen from the reaction product mainly composed of chlorine, water, unreacted hydrogen chloride, and unreacted oxygen obtained in the reaction step. At this time, water and/or low-concentration hydrochloric acid water may be used as the absorbent, and by contacting the absorbent with the reaction product, hydrogen chloride and water are discharged to the bottom of the absorption tower in the form of hydrochloric acid, and chlorine and oxygen are contained to the top of the absorption tower. It emits gaseous products. Meanwhile, in this specification, the gaseous product containing chlorine and unreacted oxygen prepared through step 2 may be called “crude-chlorine gas.”

상기 단계 2에서 사용 가능한 흡수탑의 형태로는, 반응 생성물과 흡수제인 물 및/또는 염산의 접촉이 용이하게 하기 위해 적당한 형태를 사용할 수 있으며, 예를 들어 팩킹 컬럼, 트레이 컬럼, 제트 스크러버, 스프레이 타워, 또는 이들의 혼합 형태가 사용될 수 있다. The form of the absorption tower that can be used in step 2 may be an appropriate form to facilitate contact between the reaction product and the absorbent water and/or hydrochloric acid, for example, a packed column, tray column, jet scrubber, or spray. Towers, or a mixture of these may be used.

또한, 상기 단계 2는 30 내지 50 ℃ 및 0.01 내지 0.1 MPa에서 진행된다. 바람직하게는, 상기 단계 2는 35 내지 45 ℃, 또는 38 내지 42 ℃의 온도에서 진행되고, 0.05 내지 0.9 MPa, 또는 0.07 내지 0.8 MPa의 압력에서 진행된다. 상기 범위의 온도, 압력에서 흡수탑을 운전하는 것이 안정적으로 염화 수소를 물에 흡수시킬 수 있으면서, 기상 생성물을 분리할 수 있다.Additionally, step 2 is carried out at 30 to 50° C. and 0.01 to 0.1 MPa. Preferably, step 2 is carried out at a temperature of 35 to 45 ℃, or 38 to 42 ℃, and a pressure of 0.05 to 0.9 MPa, or 0.07 to 0.8 MPa. Operating the absorption tower at the temperature and pressure in the above range can stably absorb hydrogen chloride into water and separate gaseous products.

바람직하게는, 상기 단계 2를 거쳐, 흡수탑 하부로 배출되는 염산의 농도는 20 내지 35 중량%, 25 내지 32 중량%, 또는 27 내지 30 중량%이다. 상기 범위의 농도를 가지는 염산이 배출되도록 흡수제인 물을 사용하는 것이 후술하는 건조 공정, 정제 공정에 부하가 적다.Preferably, the concentration of hydrochloric acid discharged to the bottom of the absorption tower through step 2 is 20 to 35% by weight, 25 to 32% by weight, or 27 to 30% by weight. Using water as an absorbent to discharge hydrochloric acid with a concentration in the above range reduces the load on the drying process and purification process described later.

(단계 3)(Step 3)

본 발명의 단계 3은, 상기 염산 흡수탑의 상부로 배출된 기상 생성물을 건조하여, 수분을 제거하는 단계이다. Step 3 of the present invention is a step of drying the gaseous product discharged from the top of the hydrochloric acid absorption tower to remove moisture.

염산 흡수탑으로부터 유입된 기상 생성물은 1개 혹은 2개 이상의 직렬로 연결된 건조탑 하부로 유입될 수 있으며, 각 건조탑 상부로 유입되는 황산과 역류로 접족하여 수분이 제거된다. 이때 건조탑은 패킹 컬럼, 트레이 타워, 스프레이 타워 또는 이들의 혼합 형태가 사용될 수 있다.The gaseous product flowing from the hydrochloric acid absorption tower can flow into the lower part of one or more drying towers connected in series, and comes into contact with the sulfuric acid flowing into the upper part of each drying tower in a countercurrent flow to remove moisture. At this time, the drying tower may be a packing column, tray tower, spray tower, or a combination thereof.

상기 단계 3에서 사용 가능한 건조제로는 황산, 염화 칼슘, 과염소산 마그네슘, 또는 제올라이트 등이 사용 가능하며, 사용 후의 배출이 용이하다는 측면에서 황산이 바람직하다. 또한, 상기 황산은 단계 3으로 투입되는 기상 생성물의 0.5 내지 2.0 중량%, 보다 바람직하게는, 0.7 내지 1.5 중량%, 또는 1.0 내지 1.3 중량%일 수 있다. 황산의 농도가 상기 범위로 사용될 경우, 기상 생성물로부터 수분 제거가 용이하고, 황산의 배출이 용이하다.Drying agents that can be used in step 3 include sulfuric acid, calcium chloride, magnesium perchlorate, or zeolite, and sulfuric acid is preferred because it is easy to discharge after use. In addition, the sulfuric acid may be 0.5 to 2.0% by weight, more preferably 0.7 to 1.5% by weight, or 1.0 to 1.3% by weight of the gaseous product introduced in step 3. When the concentration of sulfuric acid is used in the above range, moisture is easily removed from the gaseous product and sulfuric acid is easily discharged.

(단계 4)(Step 4)

본 발명의 단계 4는 건조된 기상 생성물에서 염소를 정제하고, 미반응 산소를 상기 단계 1로 재순환하는 단계이다. 건조 공정 이후 기상 생성물은 염소, 및 미반응 산소 등을 포함하는데, 염소 정제 단계를 통해 염소를 주성분으로 하는 스트림과 미반응 산소를 주성분으로 하는 스트림으로 분리 및 재사용하는 단계이다. Step 4 of the present invention is a step of purifying chlorine from the dried gaseous product and recycling unreacted oxygen to step 1. After the drying process, the gaseous product contains chlorine and unreacted oxygen, and the chlorine purification step is a step of separating and reusing a stream mainly containing chlorine and a stream mainly containing unreacted oxygen.

염소를 정제하는 단계는, 염소를 포함하는 기상 생성물을 압축 및 냉각 과정을 거쳐 염소를 주성분으로 하는 액상 스트림과 미반응 산소를 주성분으로 하는 기상 스트림으로 분리하는 방법을 사용할 수 있다. 염소의 액화는 기상 생성물 내 염소가 액체 상태로 존재 가능한 온도, 압력의 범위에서 진행될 수 있으나, 설비의 경제성을 고려하여 적절한 범위를 선택할 수 있다. 바람직하게는, -60 내지 -10 ℃ 및 10 내지 30 bar에서 진행될 수 있다. 보다 바람직하게는, -50 내지 -20 ℃, -45 내지 -30 ℃, 또는 -40 내지 -35 ℃의 온도에서 진행될 수 있고, 15 bar 이상, 17 bar 이상, 19 bar 이상이면서, 25 bar 이하, 23 bar 이하, 21 bar 이하에서 진행될 수 있다.In the step of purifying chlorine, a gaseous product containing chlorine may be separated into a liquid stream containing chlorine as a main component and a gaseous stream containing unreacted oxygen as a main component through a compression and cooling process. Liquefaction of chlorine can be carried out within the range of temperature and pressure at which chlorine in the gaseous product can exist in a liquid state, but an appropriate range can be selected considering the economic efficiency of the equipment. Preferably, it may be carried out at -60 to -10 ℃ and 10 to 30 bar. More preferably, it may be carried out at a temperature of -50 to -20 ℃, -45 to -30 ℃, or -40 to -35 ℃, 15 bar or more, 17 bar or more, 19 bar or more, 25 bar or less, It can be carried out below 23 bar or below 21 bar.

한편, 상기 압축 냉각 공정을 통해 염소를 주성분으로 하는 액상 스트림 내에는 염소 이외 미량의 산소, 이산화탄소, 및/또는 불활성 기체 등이 포함될 수 있는데, 선택적으로 이를 플래쉬, 및/또는 증류 등의 추가적인 염소 정제 공정을 도입할 수 있다. Meanwhile, through the compression cooling process, the liquid stream containing chlorine as a main component may contain trace amounts of oxygen, carbon dioxide, and/or inert gas in addition to chlorine, which may optionally be subjected to additional chlorine purification such as flash and/or distillation. The process can be introduced.

또한, 상기 미반응 산소를 주성분으로 하는 기상 스트림에는 산소 이외에도 미량의 이산화탄소, 염소 등이 포함될 수 있고, 바람직하게는 기상 스트림의 일부를 단계 1의 기체 혼합물과 함께 반응기로 투입하여 재사용할 수 있다. 본 발명의 단계 4에서 정제탑 상부로 배출되는 기상 스트림의 총 질량 기준 단계 1로 재순환되는 기상 스트림의 질량으로 정의되는, 재순환 비율은 50 내지 97%, 80 내지 97%, 또는 90 내지 97%이다.In addition, the gaseous stream containing unreacted oxygen as a main component may contain trace amounts of carbon dioxide, chlorine, etc. in addition to oxygen. Preferably, a portion of the gaseous stream may be reused by inputting it into the reactor together with the gas mixture of step 1. The recycle ratio, defined as the mass of the gaseous stream recycled to Stage 1 relative to the total mass of the gaseous stream discharged to the top of the refinery tower in Stage 4 of the present invention, is 50 to 97%, 80 to 97%, or 90 to 97%. .

(단계 5)(Step 5)

본 발명의 단계 5는 단계 4에서 단계 1로 재순환되지 않고 배출되는 잔여 미반응 산소를 정제하여 회수하는 단계로, 미반응 산소를 회수하기 위하여, 반응 원료 및 순환되는 이산화탄소를 가성 소다 수용액을 이용하여 제거함으로써, 이산화탄소의 축적을 방지하면서 미반응 산소를 추가로 회수하는 단계이다.Step 5 of the present invention is a step of purifying and recovering the remaining unreacted oxygen discharged without being recycled from Step 4 to Step 1. In order to recover unreacted oxygen, the reaction raw material and circulating carbon dioxide are purified and recovered using an aqueous caustic soda solution. This is a step to additionally recover unreacted oxygen while preventing the accumulation of carbon dioxide by removing it.

기존의 염화 수소의 촉매적 산화를 통한 염소 제조 방법은, 주로 반응 원료의 정제 단계를 거쳐 반응 원료에서 이산화탄소를 제거한 후 반응 원료를 반응기에 투입하여 반응을 진행하는 방식으로 진행되었다. 이 경우, 반응 원료의 정제를 위한 추가적인 설비가 필요하며, 원료 가스를 냉각시킨 후 다시 반응 조건까지 승온시켜야 하여 에너지 소모가 큰 문제점이 있었다. 이에, 본 발명의 연구자들은 잔여 미반응 산소를 회수하는 단계에서 가성 소다를 이용하여 이산화탄소를 제거하는 염소 제조 방법을 통해, 반응 원료에서 별도로 이산화탄소를 제거하지 않으면서도, 공정 내 이산화탄소 순환량을 저감하고, 산소를 안정적으로 재사용함으로써 공정 효율을 높일 수 있음을 확인하여 본 발명을 완성하였다. The existing method of producing chlorine through catalytic oxidation of hydrogen chloride was mainly carried out by purifying the reaction raw materials to remove carbon dioxide from the reaction raw materials and then introducing the reaction raw materials into the reactor to proceed with the reaction. In this case, additional equipment is needed to purify the reaction raw materials, and the raw material gas must be cooled and then heated again to the reaction conditions, which results in large energy consumption. Accordingly, the researchers of the present invention reduced the amount of carbon dioxide circulation in the process without separately removing carbon dioxide from the reaction raw materials through a chlorine production method that removes carbon dioxide using caustic soda in the step of recovering remaining unreacted oxygen. The present invention was completed by confirming that process efficiency can be increased by stably reusing oxygen.

잔여 미반응 산소를 회수하는 단계에서 사용되는 장치는 대표적으로 스크러버를 구비한 스크러빙 컬럼 등을 사용할 수 있다. 구체적으로, 상기 스크러빙 컬럼의 하부로는 미반응 산소 및 이산화탄소를 포함하는, 염소 정제 단계를 거친 기상 스트림이 투입되고, 상부로는 가성 소다가 투입되어, 스크러버 내에서 가성 소다와 이산화탄소가 접촉하여, 이산화탄소는 탄산수소나트륨 등으로 전환되고, 이는 물에 용해되어 스크러빙 컬럼의 하부에서 폐수로 배출된다. 한편, 이산화탄소가 제거된 미반응 산소를 포함하는 스트림은 스크러빙 컬럼의 상부로 배출되고, 배출된 미반응 산소는 염화수소와 접촉하여 설비 부식발생을 고려하여 상기 단계 1이 아닌 상기 단계 3의 건조 단계로 재투입되어 일부 포함된 미량의 수분이 제거된다. The device used in the step of recovering the remaining unreacted oxygen may typically be a scrubbing column equipped with a scrubber. Specifically, a gaseous stream that has undergone a chlorine purification step, containing unreacted oxygen and carbon dioxide, is introduced into the lower part of the scrubbing column, and caustic soda is introduced into the upper part, so that the caustic soda and carbon dioxide come into contact within the scrubber, Carbon dioxide is converted to sodium bicarbonate, etc., which is dissolved in water and discharged as wastewater from the bottom of the scrubbing column. Meanwhile, a stream containing unreacted oxygen from which carbon dioxide has been removed is discharged to the top of the scrubbing column, and in consideration of the occurrence of equipment corrosion in contact with hydrogen chloride, the discharged unreacted oxygen is dried in step 3 rather than step 1. It is re-injected to remove some of the trace moisture contained therein.

상기 단계 5를 거친 미반응 산소를 포함하는 기상 물질을 재투입하는 단계는, 기상 물질과 단계 2를 거친 기상 생성물과 혼합하여 건조탑에 투입하거나, 또는 기상 생성물과 각각 건조탑에 투입할 수 있고, 이들을 혼합하여 건조탑에 투입하는 것이 기상 물질에 포함된 수분 제거 효율 측면에서 바람직하다. In the step of reintroducing the gaseous material containing unreacted oxygen that has passed through step 5, the gaseous material and the gaseous product that have passed through step 2 can be mixed and added to the drying tower, or the gaseous material and the gaseous product can be added to the drying tower separately. , it is preferable to mix them and add them to the drying tower in terms of efficiency in removing moisture contained in the gaseous material.

한편, 상기 단계 1의 기체 혼합물은 이산화탄소를 0.05 내지 5 vol% 포함한다. 보다 바람직하게는, 상기 단계 1의 기체 혼합물은 이산화탄소를 0.06 vol% 이상, 0.07 vol% 이상, 0.08 vol% 이상, 0.09 vol% 이상, 또는 0.1 vol% 이상이면서, 4 vol% 이하, 3 vol% 이하, 2 vol% 이하, 또는 1 vol% 이하로 포함한다. 전술한 바와 같이, 상기 기체 혼합물내 포함된 이산화탄소는 원료인 염화 수소 제조 과정에서 동반되는 이산화탄소에 해당한다. Meanwhile, the gas mixture in step 1 contains 0.05 to 5 vol% of carbon dioxide. More preferably, the gas mixture of step 1 contains at least 0.06 vol%, at least 0.07 vol%, at least 0.08 vol%, at least 0.09 vol%, or at least 0.1 vol%, but at most 4 vol% and at most 3 vol%. , 2 vol% or less, or 1 vol% or less. As described above, carbon dioxide contained in the gas mixture corresponds to carbon dioxide accompanying the process of producing hydrogen chloride, which is a raw material.

또한, 반응물인 기체 혼합물 내 포함된 이산화탄소는 단계 4를 거친 후 미반응 산소를 포함하는 기상 물질을 재순환시키는 과정에서 동반된 이산화탄소와 혼합/축적된다. 따라서, 실질적으로 반응기로 투입되는 총 기상 물질은 염화 수소, 및 이산화탄소를 포함하는 기체 혼합물과 산소, 및 재순환된 스트림이 혼합된 기상 물질로 이해할 수 있다. 바람직하게는, 상기 단계 1의 고정층 반응기로 투입되는 이산화탄소는 반응기로 투입되는 전체 기상 물질의 5 내지 20 중량%로 포함된다. 보다 바람직하게는, 고정층 반응기로 투입되는 이산화탄소는 전체 기상 물질의 6 중량% 이상, 6.5 중량% 이상, 7 중량% 이상, 또는 7.5 중량% 이상이면서, 19 중량% 이하, 18 중량% 이하, 16 중량% 이하, 또는 15 중량% 이하로 포함될 수 있다. In addition, the carbon dioxide contained in the gas mixture as a reactant is mixed/accumulated with the accompanying carbon dioxide during the process of recycling the gaseous material containing unreacted oxygen after going through step 4. Therefore, the total gaseous material substantially introduced into the reactor can be understood as a gaseous material mixed with a gas mixture including hydrogen chloride and carbon dioxide, oxygen, and a recycled stream. Preferably, the carbon dioxide introduced into the fixed bed reactor of step 1 is included in 5 to 20% by weight of the total gaseous materials introduced into the reactor. More preferably, the carbon dioxide introduced into the fixed bed reactor is 6% by weight, 6.5%, 7%, or 7.5% by weight of the total gaseous material, but is 19% by weight or less, 18% by weight, or 16% by weight. % or less, or 15% by weight or less.

바람직하게는, 상기 단계 5를 거친 미반응 산소를 포함하는 기상 물질 스트림의 질량 기준 50 내지 90%를 단계 3에 재투입한다. 보다 바람직하게는, 기상 물질 스트림의 질량 기준 55% 이상, 60% 이상, 70% 이상, 또는 75% 이상이면서, 87% 이하, 85% 이하, 83% 이하, 또는 82% 이하로 단계 3에 재투입한다. 기상 물질 스트림을 상기 범위 미만으로 순환시킬 경우 추가 산소 회수에 의한 공정상의 이점이 크지 않을 수 있고, 상기 범위 초과로 순환시킬 경우 제거가 불가능한 불활성 성분(N2, Ar 등)의 축적에 따른 단계 3 이후의 설비 효율이 감소하는 문제가 발생할 수 있다.Preferably, 50 to 90% by mass of the gaseous material stream containing unreacted oxygen that has passed through step 5 is reintroduced into step 3. More preferably, at least 55%, at least 60%, at least 70%, or at least 75%, and at most 87%, 85%, 83%, or 82% by mass of the gaseous material stream are re-incorporated in step 3. Put in. If the gaseous material stream is circulated below the above range, the process benefit from additional oxygen recovery may not be significant, and if the gaseous material stream is circulated above the above range, step 3 due to the accumulation of inert components (N 2 , Ar, etc.) that cannot be removed. Problems may arise where the efficiency of the equipment decreases in the future.

또한, 바람직하게는, 상기 단계 5를 거친 잔여 미반응 산소를 포함하는 기상 물질은 이산화탄소를 10% 이하로 포함할 수 있다. 보다 바람직하게는, 상기 기상 물질은 이산화탄소를 5% 이하, 3% 이하, 1% 이하, 0.5% 이하, 또는 0.1% 이하로 포함할 수 있다. 상기 단계 5를 거친 미반응 산소를 포함하는 기상 물질 내 이산화탄소가 상기 범위 초과일 경우, 공정 내 이산화탄소 순환량을 저감하지 못하여, 후속 공정의 설비 비대화 문제를 일으킬 수 있다. 한편, 상기 단계 5를 거친 기상 물질 내 이산화탄소 농도는 그 값이 작을수록 우수하여 이론적 하한은 0이나, 일례로 0.01% 이상, 0.05% 이상, 또는 0.07% 이상일 수 있다. 상기 단계 5를 거친 미반응 산소를 포함하는 기상 물질 내 이산화탄소가 상기 범위 미만일 경우, 이산화탄소 제거에 과도한 양의 가성소다 사용으로 폐수 발생량이 증가할 수 있다.Also, preferably, the gaseous material containing the remaining unreacted oxygen that has passed through step 5 may contain 10% or less of carbon dioxide. More preferably, the gaseous material may contain 5% or less, 3% or less, 1% or less, 0.5% or less, or 0.1% or less of carbon dioxide. If the carbon dioxide in the gaseous material containing unreacted oxygen that has gone through step 5 exceeds the above range, the amount of carbon dioxide circulating in the process cannot be reduced, which may cause the problem of equipment enlargement in the subsequent process. Meanwhile, the smaller the carbon dioxide concentration in the gaseous material that has passed step 5, the better, so the theoretical lower limit is 0, but for example, it may be 0.01% or more, 0.05% or more, or 0.07% or more. If the carbon dioxide in the gaseous material containing unreacted oxygen that has gone through step 5 is below the above range, the amount of wastewater generated may increase due to the use of an excessive amount of caustic soda to remove carbon dioxide.

바람직하게는, 상기 가성 소다 수용액은 단계 5로 투입되는 기상 스트림 대비 200 내지 500 중량% 일 수 있고, 보다 바람직하게는, 250 중량% 이상, 300 중량% 이상, 또는 350 중량% 이상이면서, 470 중량% 이하, 450 중량% 이하, 430 중량% 이하, 또는 420 중량% 이하일 수 있다. 가성 소다가 기상 스트림 대비 상기 범위로 사용될 경우 이산화탄소의 저감량 및 폐수 배출량을 적절히 제어할 수 있다.Preferably, the aqueous caustic soda solution is a gaseous stream fed into step 5. It may be 200 to 500% by weight, more preferably 250% by weight or more, 300% by weight, or 350% by weight, but 470% by weight or less, 450% by weight or less, 430% by weight or less, or 420% by weight. It may be less than %. When caustic soda is used in the above range compared to gaseous stream, carbon dioxide reduction and wastewater discharge can be appropriately controlled.

또한, 바람직하게는, 상기 단계 5에서 투입되는 가성 소다 수용액의 농도는 5 내지 50 중량%, 6 내지 40 중량%, 7 내지 30 중량%, 또는 8 내지 20 중량%일 수 있다. 가성 소다가 상기 농도일 때, 적절하게 기상 물질 내 이산화탄소를 제거하면서도, 고형물 생성에 따른 공정 안정성 악화를 억제할 수 있다.Also, preferably, the concentration of the aqueous caustic soda solution added in step 5 may be 5 to 50% by weight, 6 to 40% by weight, 7 to 30% by weight, or 8 to 20% by weight. When the caustic soda is at the above concentration, it is possible to appropriately remove carbon dioxide in gaseous materials while suppressing deterioration of process stability due to the production of solids.

이하, 도면을 참고로, 일 구현예에 따른 염소 제조 방법을 각 단계 별로 보다 구체적으로 설명하기로 한다. 도 2에는 본 발명의 일 구현예에 따른 염소 제조 방법에 적용되는 염소 제조 장치의 개략적인 모식도가 도시되어 있다.Hereinafter, with reference to the drawings, the method for producing chlorine according to an embodiment will be described in more detail for each step. Figure 2 shows a schematic diagram of a chlorine production device applied to the chlorine production method according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 상기 염소 제조 방법의 장치는 고정층 반응기(1), 염산 흡수탑(2), 건조탑(3), 염소 정제탑(4), 및 배출가스 정제탑(5) 등으로 구성될 수 있다. Referring to FIG. 2, the apparatus for the chlorine production method consists of a fixed bed reactor (1), a hydrochloric acid absorption tower (2), a drying tower (3), a chlorine purification tower (4), and an exhaust gas purification tower (5). It can be.

고정층 반응기(1)는 염화 수소의 산화 반응이 진행되는 장치이며, 반응열 제어를 위해 제열용 외부 자켓을 더 포함할 수 있다. The fixed bed reactor 1 is a device in which an oxidation reaction of hydrogen chloride progresses, and may further include an external jacket for heat removal to control reaction heat.

염산 흡수탑(2)은 염화 수소와 물을 회수하고, 염소, 및 미반응 산소를 포함하는 기상 생성물을 분리하는 장치이다. The hydrochloric acid absorption tower (2) is a device that recovers hydrogen chloride and water and separates gaseous products containing chlorine and unreacted oxygen.

건조탑(3)은 기상 생성물 내 포함된 수분을 제거하는 장치이다. The drying tower (3) is a device that removes moisture contained in the gaseous product.

염소 정제탑(4)는 염소를 정제하고, 미반응 산소를 재순환는 장치이다.The chlorine purification tower (4) is a device that purifies chlorine and recycles unreacted oxygen.

배출가스 정제탑(5)는 잔여 미반응 산소를 포함하는 기상 물질 내 이산화탄소를 제거하여, 미반응 산소를 회수, 재순환하는 장치이다.The exhaust gas purification tower 5 is a device that removes carbon dioxide in gaseous materials containing residual unreacted oxygen, and recovers and recycles unreacted oxygen.

일례로, 본 발명의 염소 제조 방법은 다음과 같이 진행될 수 있다. 염화 수소 및 적어도 이산화탄소를 포함하는 기체 혼합물과 산소를 고정층 반응기(1)에 투입하여 촉매 존재 하에서 염소를 제조한다. 반응 종료 후 생성된 생성물은 염산 흡수탑(2)에 투입된다. As an example, the method for producing chlorine of the present invention may proceed as follows. A gas mixture containing hydrogen chloride and at least carbon dioxide and oxygen are introduced into the fixed bed reactor (1) to produce chlorine in the presence of a catalyst. After completion of the reaction, the produced product is introduced into the hydrochloric acid absorption tower (2).

염산 흡수탑(2)에서는 물을 투입하여 염화 수소를 제거하여, 염소, 및 미반응 산소를 포함하는 기상 생성물을 분리한다. 염화 수소는 물에 흡수되어 염산 형태로 흡수탑 하부로 배출되고, 염소 및 미반응 산소를 포함하는 기상 생성물은 흡수탑 상부로 배출되어 건조탑(3)으로 투입된다.In the hydrochloric acid absorption tower (2), water is added to remove hydrogen chloride, and gaseous products containing chlorine and unreacted oxygen are separated. Hydrogen chloride is absorbed in water and discharged to the bottom of the absorption tower in the form of hydrochloric acid, and gaseous products containing chlorine and unreacted oxygen are discharged to the top of the absorption tower and input into the drying tower (3).

건조탑(3)에서는 기상 생성물을 건조하여 수분을 제거한다. 건조제는 상술한 바와 같이 황산이 사용될 수 있다. 또한, 본 발명의 단계 5를 거친 잔여 미반응 산소를 포함하는 기상 물질을 건조탑(3)으로 투입할 수 있으며, 이때, 단계 2를 거친 기상 생성물과 혼합하여 투입할 수 있다. 건조탑 하부로는 건조제, 예를 들어 황산이 배출되고, 건조탑 상부로는 수분이 제거된 기상 생성물이 배출되어, 염소 정제탑(4)에 투입된다.In the drying tower (3), the gaseous product is dried to remove moisture. As a drying agent, sulfuric acid may be used as described above. Additionally, the gaseous material containing residual unreacted oxygen that has passed through step 5 of the present invention can be introduced into the drying tower (3), and at this time, it can be mixed with the gaseous product that has gone through step 2 and then added. A desiccant, for example, sulfuric acid, is discharged from the bottom of the drying tower, and a gaseous product with moisture removed is discharged from the top of the drying tower and input into the chlorine purification tower (4).

염소 정제탑(4)에서는 염소와 그 외 물질을 분리하여, 염소는 정제탑 하부로, 그 외 물질은 정제탑 상부로 배출한다. 상부로 배출된 물질은 미반응 산소 및 반응 원료에 포함된 이산화탄소를 포함하며, 일부는 배출 가스 정제탑(5)으로 투입되고, 일부는 반응 원료와 혼합하여 고정층 반응기로 재순환된다.In the chlorine purification tower (4), chlorine and other substances are separated, and chlorine is discharged to the bottom of the purification tower, and other substances are discharged to the top of the purification tower. The material discharged to the top includes unreacted oxygen and carbon dioxide contained in the reaction raw materials, some of which is input into the exhaust gas purification tower (5), and some of which is mixed with the reaction raw materials and recycled to the fixed bed reactor.

배출 가스 정제탑(5)에서는 상부로 잔여 미반응 산소를 포함하는 기상 물질을 배출하고, 하부로 폐수를 배출한다. 전술한 바와 같이, 상부로 배출된 기상 물질은 건조탑으로 재투입된다.The exhaust gas purification tower 5 discharges gaseous substances containing residual unreacted oxygen to the upper part and waste water to the lower part. As described above, the gaseous material discharged to the top is reintroduced into the drying tower.

단, 상기 도 2에서 각 장치의 위치는 변경 가능하며, 필요에 따라 도 2에 도시되지 않은 다른 장치도 포함 가능하므로, 본 발명의 염소 제조 방법이 도 2에 도시한 장치 및 공정 순서로 한정되는 것은 아니다.However, the position of each device in FIG. 2 can be changed, and other devices not shown in FIG. 2 can be included as needed, so the chlorine production method of the present invention is limited to the device and process sequence shown in FIG. 2. That is not the case.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 염소 제조 방법은 반응물에 포함된 이산화탄소를 별도의 이산화탄소 제거 장치 없이 제거하고, 미반응 산소를 추가로 재사용함으로써, 공정 효율성 및 경제성을 높일 수 있다.As described above, the method for producing chlorine according to the present invention can increase process efficiency and economic feasibility by removing carbon dioxide contained in the reactant without a separate carbon dioxide removal device and further reusing unreacted oxygen.

도 1은 종래에 적용되던 염소 제조 장치를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 2는 발명의 일 구현예에 따른 염소 제조 방법에 적용되는 염소 제조 장치를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
Figure 1 is a schematic diagram schematically showing a conventional chlorine production device.
Figure 2 is a schematic diagram schematically showing a chlorine production device applied to a chlorine production method according to an embodiment of the invention.

이하, 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예들이 제시된다. 그러나 하기의 실시예들은 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명을 이들만으로 한정하는 것은 아니다.Below, preferred embodiments are presented to aid understanding of the invention. However, the following examples are only for illustrating the present invention and do not limit the present invention to these only.

<실시예><Example>

비교예Comparative example

도 1에 도시된 바와 같은 장치를 이용하여, 다음과 같은 공정으로 염소를 제조하였다.Using the device shown in Figure 1, chlorine was produced through the following process.

(단계 1)(Step 1)

염화 수소 18479 kg/hr, 산소 4065 kg/hr, 미반응 회수 산소 14093 kg/hr 및 이산화탄소 5322kg/hr를 반응기에 투입하고 산화 루테늄 촉매 존재 하에서 315 ℃, 5 bar로 산화 반응을 진행하였다. 반응 원료의 투입 온도는 290 ℃이었다.18479 kg/hr of hydrogen chloride, 4065 kg/hr of oxygen, 14093 kg/hr of unreacted recovered oxygen, and 5322 kg/hr of carbon dioxide were added to the reactor, and an oxidation reaction was performed at 315°C and 5 bar in the presence of a ruthenium oxide catalyst. The input temperature of the reaction raw materials was 290°C.

(단계 2)(Step 2)

반응기로부터 배출된 생성 기체를 냉각기로 40 ℃까지 냉각시키고 염산 흡수탑에 투입하였다. 흡수탑 상부로는 물을 2762 kg/hr 투입하였다. 염화 수소를 물에 흡수시켜 흡수탑 하부로는 염산(30 중량%)을 배출하고, 상부로는 염소, 및 산소를 포함하는 기상 생성물을 배출하였다. 배출되는 기상 물질에는 염소 45 중량%, 산소 35 중량%, 및 이산화탄소 15 중량%를 포함하였다.The produced gas discharged from the reactor was cooled to 40° C. with a cooler and introduced into the hydrochloric acid absorption tower. 2762 kg/hr of water was injected into the top of the absorption tower. Hydrogen chloride was absorbed into water, and hydrochloric acid (30% by weight) was discharged from the bottom of the absorption tower, and a gaseous product containing chlorine and oxygen was discharged from the top. The gaseous substances emitted included 45% by weight chlorine, 35% by weight oxygen, and 15% by weight carbon dioxide.

(단계 3)(Step 3)

흡수탑에서 배출되는 기상 물질은 건조탑으로 투입하여 수분을 제거하였다. 건조제로는 황산을 사용하였고, 황산은 건조탑에 투입되는 기상 생성물의 1.2 중량% (426 kg/hr)로 투입하였다. The gaseous material discharged from the absorption tower was put into a drying tower to remove moisture. Sulfuric acid was used as a drying agent, and sulfuric acid was added at 1.2% by weight (426 kg/hr) of the gaseous product input into the drying tower.

(단계 4)(Step 4)

수분이 제거된 기상 생성물을 염소 정제탑에 투입하여 염소를 분리하였다. 정제탑은 -37 ℃, 20 bar로 운전하였다. 한편, 염소 정제탑 상부로 배출되는 기상 물질 중 일부는 반응기로 재순환시키고(19146 kg/hr, 재순환 비율 95%), 일부는 배출 가스 정제탑으로 투입하였다(986 kg/hr).The gaseous product from which moisture was removed was put into a chlorine purification tower to separate chlorine. The purification tower was operated at -37°C and 20 bar. Meanwhile, some of the gaseous substances discharged from the top of the chlorine purification tower were recirculated into the reactor (19146 kg/hr, recirculation ratio 95%), and some were input into the exhaust gas purification tower (986 kg/hr).

(단계 5)(Step 5)

배출 가스 정제탑은 15 ℃, 1 bar로 운전하였고, 산소, 및 이산화탄소의 기상 물질과 폐수를 분리 배출하였다. The exhaust gas purification tower was operated at 15°C and 1 bar, and gaseous substances of oxygen and carbon dioxide and wastewater were separated and discharged.

실시예Example

도 2에 도시된 바와 같은 장치를 이용하여, 다음과 같은 공정으로 염소를 제조하였다.Using the device shown in Figure 2, chlorine was produced through the following process.

(단계 1)(Step 1)

염화 수소 18549 kg/hr, 산소 3650 kg/hr, 미반응 회수 산소 17612 kg/hr 및 이산화탄소 3592kg/hr를 반응기에 투입하고 산화 루테늄 촉매 존재 하에서 315 ℃, 5 bar로 산화 반응을 진행하였다. 반응 원료의 투입 온도는 290 ℃이었다.18549 kg/hr of hydrogen chloride, 3650 kg/hr of oxygen, 17612 kg/hr of unreacted recovered oxygen, and 3592 kg/hr of carbon dioxide were added to the reactor, and an oxidation reaction was performed at 315°C and 5 bar in the presence of a ruthenium oxide catalyst. The input temperature of the reaction raw materials was 290°C.

(단계 2)(Step 2)

반응기로부터 배출된 생성 기체를 냉각기로 40 ℃까지 냉각시키고 염산 흡수탑에 투입하였다. 흡수탑 상부로는 물을 2787 kg/hr 투입하였다. 염화 수소를 물에 흡수시켜 흡수탑 하부로는 염산(30 중량%)을 배출하고, 상부로는 염소, 및 산소를 포함하는 기상 생성물을 배출하였다. 배출되는 기상 물질에는 염소 44 중량%, 산소 33 중량%, 및 이산화탄소 10 중량%를 포함하였다.The produced gas discharged from the reactor was cooled to 40° C. with a cooler and introduced into the hydrochloric acid absorption tower. 2787 kg/hr of water was injected into the upper part of the absorption tower. Hydrogen chloride was absorbed into water, and hydrochloric acid (30% by weight) was discharged from the bottom of the absorption tower, and a gaseous product containing chlorine and oxygen was discharged from the top. The gaseous substances emitted included 44% by weight of chlorine, 33% by weight of oxygen, and 10% by weight of carbon dioxide.

(단계 3)(Step 3)

흡수탑에서 배출되는 기상 물질은 건조탑으로 투입하여 수분을 제거하였다. 건조제로는 황산을 사용하였고, 황산은 건조탑에 투입되는 기상 생성물의 1.1 중량% (424 kg/hr)로 투입하였다. The gaseous material discharged from the absorption tower was put into a drying tower to remove moisture. Sulfuric acid was used as a drying agent, and sulfuric acid was added at 1.1% by weight (424 kg/hr) of the gaseous product input into the drying tower.

(단계 4)(Step 4)

수분이 제거된 기상 생성물을 염소 정제탑에 투입하여 염소를 분리하였다. 정제탑은 -37 ℃, 20 bar로 운전하였다. 한편, 염소 정제탑 상부로 배출되는 기상 물질 중 일부는 반응기로 재순환시키고(20864 kg/hr, 재순환 비율 93%), 일부는 배출 가스 정제탑으로 투입하였다(1586 kg/hr).The gaseous product from which moisture was removed was put into a chlorine purification tower to separate chlorine. The purification tower was operated at -37°C and 20 bar. Meanwhile, some of the gaseous substances discharged from the top of the chlorine purification tower were recycled to the reactor (20864 kg/hr, recirculation ratio 93%), and some were input into the exhaust gas purification tower (1586 kg/hr).

(단계 5)(Step 5)

배출 가스 정제탑은 15 ℃, 1 bar로 운전하였고, 산소, 및 이산화탄소의 기상 물질과 폐수를 분리 배출하였다. The exhaust gas purification tower was operated at 15°C and 1 bar, and gaseous substances of oxygen and carbon dioxide and wastewater were separated and discharged.

배출 가스 정제탑 상부로 10% 가성 소다 수용액을 6,315 kg/hr 투입하여 기상 물질 내 이산화탄소를 제거한 후, 잔여 미반응 산소를 회수하고, 잔여 미반응 산소를 포함하는 기상 물질 중 80%(974 kg/hr)를 단계 2를 거친 기상 생성물과 혼합하여 단계 3에 투입하였다.After removing carbon dioxide in the gaseous material by injecting 6,315 kg/hr of 10% caustic soda solution into the top of the exhaust gas purification tower, the remaining unreacted oxygen is recovered, and 80% (974 kg/hr) of the gaseous material containing the remaining unreacted oxygen is removed. hr) was mixed with the gaseous product from step 2 and added to step 3.

상기 비교예 및 실시예의 각 장치에서 배출되는 물질의 양을 하기 표 1에 기재하였다. The amounts of substances discharged from each device in the comparative examples and examples are listed in Table 1 below.

비교예Comparative example 실시예Example sheep 순도water sheep 순도water kg/hrkg/hr wt%wt% kg/hrkg/hr wt%wt% 염산 생산량hydrochloric acid production 9103.349103.34 30.0030.00 9137.789137.78 30.0030.00 황산 생산량Sulfuric acid production 643.12643.12 65.0065.00 700.79700.79 65.0065.00 염소 생산량goat production 1500015000 99.9599.95 1500015000 99.9599.95 염화 수소 소모량Hydrogen chloride consumption 18478.6718478.67 98.5498.54 18549.518549.5 98.5498.54 산소 소모량oxygen consumption 40654065 99.7099.70 36503650 99.7099.70 Feed 내 CO2 순환량CO 2 circulation amount in feed 5322.155322.15 12.7712.77 3592.373592.37 8.318.31

상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 실시예의 염소 제조 방법은 동일한 수준의 염화 수소 소모량 및 염소 생산량에서, 비교예 대비 이산화탄소를 안정적으로 제거하여 Feed 내 CO2 순환량을 저감할 수 있고, 산소를 안정적으로 재순환시킴으로써 산소 소모량을 저감하여 전체적인 공정 효율을 개선할 수 있다.As shown in Table 1, the chlorine production method of the example can stably remove carbon dioxide compared to the comparative example at the same level of hydrogen chloride consumption and chlorine production, thereby reducing the amount of CO 2 circulation in the feed and stably recirculating oxygen. By doing so, oxygen consumption can be reduced and overall process efficiency can be improved.

1: 염화 수소 고정층 산화 반응기
2: 염산 흡수탑
3: 황산 건조탑
4: 염소 정제탑
5: 배출가스 정제탑
1: Hydrogen chloride fixed bed oxidation reactor
2: Hydrochloric acid absorption tower
3: Sulfuric acid drying tower
4: Chlorine purification tower
5: Exhaust gas purification tower

Claims (14)

고정층 반응기에서 염화 수소를 포함하는 기체 혼합물과 산소를 촉매 존재 하에 반응시켜 염소를 제조하는 단계(단계 1);
염산 흡수탑에서 미반응 염화 수소를 물에 흡수시켜 염산 형태로 제거하고, 염소, 및 미반응 산소를 포함하는 기상 생성물을 분리하는 단계(단계 2);
건조탑에서 단계 2를 거친 기상 생성물을 건조하는 단계(단계 3);
건조된 기상 생성물에서 염소를 정제하고, 미반응 산소를 상기 단계 1로 재순환하는 단계(단계 4); 및
잔여 미반응 산소를 정제하는 단계(단계 5);를 포함하고,
상기 단계 1의 기체 혼합물은 적어도 이산화탄소를 포함하고, 이산화탄소를 상기 단계 5에서 가성 소다 수용액을 이용하여 제거하며, 단계 5를 거친 잔여 미반응 산소를 포함하는 기상 물질을 상기 단계 3에 재투입하는 단계를 포함하는,
염소 제조 방법.
Producing chlorine by reacting a gas mixture containing hydrogen chloride with oxygen in the presence of a catalyst in a fixed bed reactor (step 1);
Absorbing unreacted hydrogen chloride in water in a hydrochloric acid absorption tower to remove it in the form of hydrochloric acid, and separating a gaseous product containing chlorine and unreacted oxygen (step 2);
Drying the gaseous product that passed step 2 in a drying tower (step 3);
Purifying chlorine from the dried gaseous product and recycling unreacted oxygen to step 1 (step 4); and
It includes a step of purifying remaining unreacted oxygen (step 5),
The gas mixture of step 1 contains at least carbon dioxide, carbon dioxide is removed using an aqueous caustic soda solution in step 5, and the gaseous material containing residual unreacted oxygen that has passed through step 5 is reintroduced into step 3. Including,
How to make chlorine.
제1항에 있어서,
상기 단계 5를 거친 기상 물질을 재투입하는 단계는, 단계 2를 거친 기상 생성물과 혼합하여 건조탑에 투입하는,
염소 제조 방법.
According to paragraph 1,
The step of reintroducing the gaseous material that has gone through step 5 is mixing it with the gaseous product that has gone through step 2 and adding it to the drying tower.
How to make chlorine.
제1항에 있어서,
상기 단계 1의 촉매는 세리아, 알루미나, 산화 구리, 산화 루테늄, 및 실리카로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나인,
염소 제조 방법.
According to paragraph 1,
The catalyst of step 1 is any one selected from the group consisting of ceria, alumina, copper oxide, ruthenium oxide, and silica,
How to make chlorine.
제1항에 있어서,
상기 단계 1은 200 내지 500 ℃에서 진행되는,
염소 제조 방법.
According to paragraph 1,
Step 1 is carried out at 200 to 500 ° C.
How to make chlorine.
제1항에 있어서,
상기 단계 2는 30 내지 50 ℃ 및 0.01 내지 0.1 MPa에서 진행되는,
염소 제조 방법.
According to paragraph 1,
Step 2 is carried out at 30 to 50 ℃ and 0.01 to 0.1 MPa,
How to make chlorine.
제1항에 있어서,
상기 단계 2를 거쳐, 흡수탑 하부로 배출되는 염산의 농도는 20 내지 35 중량%인,
염소 제조 방법.
According to paragraph 1,
Through step 2, the concentration of hydrochloric acid discharged to the bottom of the absorption tower is 20 to 35% by weight,
How to make chlorine.
제1항에 있어서,
상기 단계 3의 기상 생성물을 건조하는 단계는 황산을 이용하는,
염소 제조 방법.
According to paragraph 1,
Drying the gaseous product of step 3 uses sulfuric acid,
How to make chlorine.
제7항에 있어서,
황산은 단계 3으로 투입되는 기상 생성물의 0.5 내지 2.0 중량%인,
염소 제조 방법.
In clause 7,
Sulfuric acid is 0.5 to 2.0% by weight of the gaseous product fed into step 3,
How to make chlorine.
제1항에 있어서,
상기 단계 4는 -60 내지 -10 ℃ 및 10 내지 30 bar 하에서 진행되는,
염소 제조 방법.
According to paragraph 1,
Step 4 is carried out under -60 to -10 ℃ and 10 to 30 bar,
How to make chlorine.
제1항에 있어서,
상기 단계 1의 고정층 반응기로 투입되는 이산화탄소는 반응기로 투입되는 전체 기상 물질의 5 내지 15 중량%로 포함되는,
염소 제조 방법.
According to paragraph 1,
Carbon dioxide introduced into the fixed bed reactor of step 1 is comprised of 5 to 15% by weight of the total gaseous material introduced into the reactor.
How to make chlorine.
제1항에 있어서,
상기 단계 5를 거친 잔여 미반응 산소를 포함하는 기상 물질 스트림의 질량 기준 50 내지 95%를 단계 3에 재투입하는,
염소 제조 방법.
According to paragraph 1,
Reintroducing 50 to 95% by mass of the gaseous material stream containing residual unreacted oxygen that has passed through step 5 into step 3,
How to make chlorine.
제1항에 있어서,
상기 단계 5를 거친 잔여 미반응 산소를 포함하는 기상 물질은 이산화탄소를 10% 이하로 포함하는,
염소 제조 방법.
According to paragraph 1,
The gaseous material containing residual unreacted oxygen that has gone through step 5 contains less than 10% carbon dioxide,
How to make chlorine.
제1항에 있어서,
상기 가성 소다 수용액은 단계 5로 투입되는 기상 스트림 대비 200 내지 500 중량%인,
염소 제조 방법.
According to paragraph 1,
The caustic soda aqueous solution is 200 to 500% by weight relative to the gaseous stream introduced in step 5,
How to make chlorine.
제1항에 있어서,
상기 가성 소다 수용액의 농도는 5 내지 50 중량% 인,
염소 제조 방법.

According to paragraph 1,
The concentration of the caustic soda aqueous solution is 5 to 50% by weight,
How to make chlorine.

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