用于通过分馏纯化原料气体的方法
【专利说明】用于通过分馏纯化原料气体的方法
[0001]摘要
本发明涉及用于通过分馏纯化原料气体的方法。具体地，本发明涉及用于清洁具有溴的氯气的方法。
[0002]描述
当出于生产化学产品的目的使用原料气体时，加之于各自的原料气体的纯度要求通常随产品而不同。
[0003]例如，氯在异氰酸酯或聚碳酸酯的生产中用作原料。氯通常被溴污染，在生产某些异氰酸酯的情况下，必须将溴从氯中几乎完全除去。这需要的努力是相当大的，因为仅在困难的情况下可将氯和溴彼此分离。
[0004]另一方面，关于氯中的溴含量，用于生产聚碳酸酯的方法通常更具耐受性。在化工厂中，通常从原料的共用来源，例如通过管网供应全厂的原料储存罐供应氯。因此，纯化氯的努力必须与具有加之于氯的最高纯度要求的产品一致。
[0005]因此对于更耐受溴(bromine-tolerant)的方法，不必要地招致了高支出，这是因为也对该方法供应了清洁的氯。此外，一些原料(氯)与分离的溴一起被丢弃，导致原料的损失。
[0006]在原料(氯)的纯化过程中，还将注意的是源自电解过程的氯通常含有三氯化氮(NCl3)作为高沸点污染物。由于^13是在相对高浓度下具有自发分解的趋势的爆炸性物质，必须安全地限制其在氯中的最高浓度。本发明意义上的爆炸性物质是冗13以及具有GHS代码GHSOl (GHS，联合国采用的全球化学品统一分类和标签制度)和/或根据欧洲国际道路运输危险货物协定(ADR)的危险材料等级I和/或5.2的所有物质。具体地，本发明意义上的爆炸性物质是那些上面提到的物质，其相比于待纯化的原料是高沸点的，即在其它方面相同的条件下具有较低的蒸气压。
[0007]在出于纯化氯的目的的通过蒸馏的分馏过程中，根据作为高沸点组分的NCl3的低蒸气压，使NCl3连同溴在塔的底部富集。然后在塔的顶部排出贫溴、低沸点的氯馏分。
[0008]现在如果对底部馏分的要求低，以这样的方式设计分馏，使得仅产生小的底部物流和相应地大的顶部物流。然而这同时表示NCl3在底部馏分中的比例升高并且可能落入构成安全风险的范围。
[0009]现在如果需要同样以气态形式提供底部馏分，必须将所述馏分蒸发。在该蒸发过程中，较低沸点的组分将首先进入气相，并且高沸点组分将首先留在液相中。在该过程中，冗13还将在剩余液相中进一步富集，使得安全风险进一步上升。
[0010]现有技术中许多用于纯化氯的方法是已知的，在所述方法的过程中将溴除去。
[0011]例如，EP I 947 054 Al公开了溴与氯的分离，其中将氯气的物流自下而上引导通过洗涤塔，在其中在顶部装载的液体氯滴流向所述物流。在底部供应的物流与在顶部装载的物流必须为1/1至1/0.3的比率。该方法可以应用于生成经纯化的、贫溴的氯气物流和氯的液体富溴物流，这两个物流的质量流量比率非常受限。因此所述方法不适合现代化工厂的灵活性需求。此外，未给出如何可以由液体物流产生气态物流的描述。由于严格的安全要求，该琐碎的步骤本身非常复杂并且必须适当地进行设计。
[0012]WO 2011/058069 A2公开了用于氯物流的蒸馏纯化的方法。在该方法中，生成了作为经纯化的物流的具有小于20 ppm溴的气态氯以及氯的液体含溴物流。已经以这样的方式设计该方法，使得已经减少了对于管道和外部冷凝器的努力。此外，获得了另外的安全性，这是因为同时也降低了液体氯、溴和NCl3的滞留量。
[0013]然而WO 2011/058069 A2既未公开对在底部供应的氯物流与在顶部装载的氯物流的比率的限制，也未公开是否或如何可以任选地将氯的液体物流转化成氯的气态物流。
[0014]WO 2004/018355 Al公开了方法和器件以将溴与氯气分离。将气体导送至蒸馏塔中，从所述蒸馏塔中将经纯化的氯气的物流作为顶部产品取出。将经纯化的气体物流压缩并随后引导入冷凝器并部分液化。冷凝器已经与蒸馏塔的底部蒸发器热集成。将离开塔的液体富溴底部物流吹扫(purged)至或导送至随后的蒸发器中并蒸发。
[0015]对来自该蒸发器的气态物流在第二蒸馏塔中进行进一步纯化。从后者中，高度含溴的液体物流从底部蒸发器被排放。在顶部，气体物流流出，将其引导回进入第一塔。
[0016]然而，WO 2004/018355 Al没有解决与含NCl3的氯物流的蒸发有关的特别的安全问题。
[0017]从现有技术的缺点出发，由此提出目标，即提供用于清洁具有不期望组分的原料气体的方法，克服了现有技术的缺点的方法，所述不期望组分具有比原料气体更高的沸点。特别地，在根据本发明的方法的情况下，相比于现有技术，纯化努力将被降低并且安全问题将被避免，所述安全问题由已经富集有污染物的原料气体的物流中的一种爆炸性物质或几种爆炸性物质的富集引起。
[0018]通过具有权利要求1的特征的方法实现该目标。另外，优选的配置将存在于从属权利要求中。
[0019]因此，本发明提供
用于通过分馏清洁具有污染物的原料的方法，使用该方法将原料分成具有高纯度的气体物流和具有低纯度的气体物流，所述污染物具有比原料更高的沸点并且污染物中的至少一种是爆炸性物质，所述方法的特征在于以下步骤:
1.a)在第一蒸发器中将原料完全蒸发以产生原料气体，或
b)在第一蒸发器中将原料部分蒸发以产生原料气体，或
c)提供来自供应源的原料气体，
I1.将原料气体引入洗涤塔，在其中用于减少污染物含量的洗涤液体滴流向所述气体，
II1.在洗涤塔顶部取出并部分冷凝以这种方式纯化的原料气体，将冷凝物作为洗涤液体引导回洗涤塔顶部并且剩余的原料气体从洗涤塔流出，所述气体表现出比步骤I中的原料气体更低的污染物含量，
IV.洗涤液体作为液体物流在洗涤塔底部流出，洗涤液体表现出比在步骤II中更高的污染物含量，
V.将洗涤液体从上部引入具有水平管的第二蒸发器的壳程，洗涤液体在那里进入蒸发器的管束并在其到达蒸发器的底部之前蒸发，
V1.以并流流动方式引领由洗涤液体生成的蒸气和尚未蒸发的洗涤液体， V1.a.任选地，在本发明的优选实施方案中，通过挡板使由洗涤液体生成的蒸气重新定向，由此所述蒸气在所述挡板的另一侧上再次流过第二蒸发器，
VI1.在包括步骤V1.a的优选实施方案中，由洗涤液体生成的蒸气在第二蒸发器的顶部，作为气体物流从第二蒸发器流出，所述气体表现出比步骤I中的原料气体更高的污染物含量。
[0020]在替代的1.c)中，步骤II中使用的原料气体源自不同于第一蒸发器的来源，例如来自作为供应源的原料气体储存。这样的供应源的其它实例将为用于生产原料气体的方法；在氯作为原料气体的情况下，例如是氯-碱电解或Deacon法。在这些情况下，第一蒸发器将不再是必需的。
[0021]也可以通过已经布置在蒸发器底部的气体出口或通过在垂直布置的管子中蒸发获得对由洗涤液体生成的蒸气和尚未蒸发的洗涤液体在第二蒸发器中的并流流动引领，其中通过将气体出口布置在蒸发器底部迫使生成的蒸气和洗涤液体自上而下并流流动。
[0022]在这一点上，将通过在本发明意义上的术语“纯化”，来理解污染物含量的降低。
[0023]具体地，就原料而言，其为氯的问题，并且就污染物而言，其为溴和％13的问题，但是所述方法不限于这些物质。
[0024]凭借根据本发明的用于通过分馏纯化原料气体的方法，通过根据本发明的分馏生成具有低污染物含量的经纯化的原料气体的物流和具有较高污染物含量的另外的原料气体的物流。通过两步蒸发实现根据本发明的分馏。
[0025]凭借两步蒸发，降低了纯化努力，因为不必须纯化全部的原料气体。此外，根据本发明的方法涵盖大范围的具有低污染物含量的原料气体与具有高污染物含量的原料气体的质量流量比率。此外，根据本发明的方法是非常灵活的，因为它能够根据需要将来自步骤I的原料气体还分成非常大比例的根据步骤III的经纯化的原料气体和相应的小比例的根据步骤VII的具有相对高的污染物含量的原料气体。具有低污染物含量的原料气体的物流与具有高污染物含量的原料气体的物流的比率可位于0.1-100，优选0.1-10的范围。该高度灵活性来源于第二蒸发器的操作模式，因为凭借对洗涤液体的蒸气和尚未蒸发的洗涤液体的并流流动引领，可以在那里控制爆炸性物质的富集。此外，由此避免了由于具有高污染物含量的原料气体的物流中的爆炸性物质的富集产生的安全问题。
[0026]凭借根据本发明的分馏，可以将原料分成两个等级:具有低污染物含量和具有较高污染物含量。在这一点上，两个馏分的规模(size)与对相应生产方法的原料的要求一致。
[0027]在本发明的第一实施方案中，将液体、受污染的原料从原料储存罐中取出并导送至第一蒸发器中，在所述第一蒸发器中完全蒸发所述原料并使其过热。在所述方法的该阶段，没有分馏发生。
[0028