KR101829472B1

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Publication number: KR101829472B1
Application number: KR1020127015317A
Authority: KR
Inventors: 스티븐 달라스 가그논; 요한네스 자콥스; 로버트 에이. 되르; 케니쓰 케이. 보르델론; 토마스 에이. 그르잔카
Original assignee: 바스프 에스이
Priority date: 2009-11-13
Filing date: 2010-11-10
Publication date: 2018-02-14
Anticipated expiration: 2030-11-10
Also published as: EP2499090A2; JP2013510790A; KR20120101072A; WO2011058069A3; US8715467B2; HUE032915T2; CN102666371B; US8512447B2; US20110144381A1; US20130303803A1; JP5671550B2; CN102666371A; WO2011058069A2; EP2499090B1

Abstract

본 발명은 염소 성분, 브롬 성분, 및 삼염화질소를 포함하는 염소 공급물을 정제하는 방법을 제공한다. 이 방법은 염소 공급물을 기화기 내로 도입하는 단계, 그 기화기에서 염소 공급물을 가열하여 증기를 형성시키는 단계, 및 그 증기를 증류 시스템 내로 도입하여 정제된 염소 가스를 제공하고, 액체와 브롬 성분, 및 삼염화질소를 함유하는 바닥부 성분을 포함하는 증류물을 제공하는 단계를 포함한다. 그 방법은 또한 환류 응축기에서 증기를 응축하는 단계, 그 응축물을 재비기에서 가열하는 단계, 정제된 염소 가스를 증류 시스템으로부터 회수하는 단계, 및 증류물을 증류 시스템으로부터 회수하는 단계를 추가로 포함한다.

Description

염소 공급물의 정제 방법{METHOD FOR PURIFYING A CHLORINE SUPPLY}

본 발명은 일반적으로 염소 성분, 브롬 성분, 및 삼염화질소를 포함하는 염소 공급물(chlorine supply)을 정제하는 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 그 방법은 특정 증류 시스템을 이용하여 정제된 염소 가스를 형성시키며 그리고 삼염화질소를 분해하는 것을 포함한다.

염소 가스는 전형적으로 하나 이상의 잘 알려진 전기분해 공정, 예컨대 수은 전지 전기분해, 격막 전지 전기분해, 막 전지 전기분해, 및/또는 다운스 프로세스(Downs Process)에 따른 융합된 클로라이드 염의 전기분해를 이용하여 상업적으로 제조된다. 이 전기분해 공정들은 전형적으로 다음과 같이 염수 용액(예를 들면, NaCl 및 KCl 용액)에서 전기화학 반응을 통해 염소를 생성한다.

캐소드: 2 H⁺ (aq) + 2 e^- → H₂ (g)

애노드: 2 Cl^- (aq) → Cl₂ (g) + 2 e^-

전체 공정: 2 NaCl (또는 KCl) + 2 H₂O → Cl₂ (g) + H₂ + 2 NaOH (또는 KOH)

형성 후, 염소 가스는 물 및/또는 스팀으로 처리할 수 있고, 이어서 냉각 또는 황산에 의한 처리로 건조되어 염소 수화물 형성을 최소화할 수 있다. 염소 가스의 형성 동안 다양한 시점에서, 삼염화질소(NCl₃)가 또한 전형적으로 형성된다. NCl₃은 그 공정에서 하나 이상의 시점에서 존재하는 무수 암모니아 또는 암모늄 염(예를 들면, 수산화암모늄, 염화암모늄 및 황산암모늄)과 염소 원자의 부반응으로부터 형성되는 것으로 알려져 있다. 이러한 부반응은 전형적으로 다음과 같이 일아난다:

NH₃ + 3Cl₂ → NCl₃ + 3H⁺ + 3Cl^-

NH₄⁺ + 3Cl₂ → NCl₃ + 4H⁺ + 3Cl^-

NH₄⁺ + Cl^- + 3HClO → NCl₃ + H⁺ + Cl^- + 3H₂O

삼염화질소의 형성은 전형적으로 염수 오염, 스팀 오염 및/또는 물 오염에 기인하여 일어난다. 그 염수, 스팀 또는 물 내에 존재하는 임의의 우레아가 가수분해되어 암모늄을 형성할 수 있고, 이어서 그 암모늄이 삼염화질소로 전환될 수 있다. 대안으로, 염수를 형성하는데 사용된 염이 질산암모늄에 의해 오염될 수 있으며, 이어서 그 질산암모늄이 삼염화질소로 전환될 수 있다. 염수를 형성하는데 전형적으로 사용되는 수산화나트륨은 또한 정제 공정에 따라 좌우되어 암모니아에 의해 오염될 수도 있다. 일부 사례에서, 염소 가스를 건조하는데 사용된 황산이 암모나에 의해 오염될 수 있다. 또다른 사례에서, 직접 접촉 냉각 물 또는 스팀은 삼염화질소의 형성을 유발할 수 있는 아민, 암모니아계 응결제, 또는 클로르아민에 의해 처리될 수 있다. 심지어는 지하수가 삼염화질소로 전환될 수 있는 암모니아 화합물을 포함할 수 있다.

해당 기술 분야에 잘 알려진 바와 같이, 삼염화질소는 열, 광, 소리 및 충격에 민감하며 그리고 폭발을 야기하기에 충분한 속도로 급속히 분해될 수 있다. 따라서, 삼염화질소는 염소 가스로부터 제거되는 것이 바람직하지만, 전형적으로 복잡하고, 시간 소모적이며 그리고 값 비싼 방식으로 그렇게 수행된다. 종래 기술을 나타내는 도 1에서 설명된 바와 같이, 건조된, 전기분해로부터 형성된 염소 가스는 전형적으로 세척 컬럼에서 액체 염소에 의해 세척되어 삼염화질소의 양을 최소화하고 염소 가스를 냉각함으로써 안전성을 증가시키게 된다. 게다가, 그 세척 컬럼은 또한 염소화된 유기 화합물을 그 염소 가스로부터 분리함으로써 염소 가스의 순도를 증가시키게 된다. 또한 도 1에서 설명된 바와 같이, 세척 컬럼은 전형적으로 외부 응축기(condensor) 및 재비기(reboiler)에 연결되어 세척 공정의 효율을 증가시키게 된다. 세척 컬럼에서, 삼염화질소 및 다양한 염소화된 유기 화합물은 전형적으로 액체 염소 중에 응축 또는 용해되며 그리고 상기 설명된 바와 같이 외부 응축기 및 재비기를 통해 재순환될 수 있다. 그 재비기는 전형적으로 저온(0℃ ~ 5℃) 또는 고온(45℃ ~ 60℃)에서 작동되며, 그리고 삼염화질소에 대한 저장 용기로서 또는 분해의 시점으로서 작용할 수 있다. 사염화탄소(CCl₄)는 전형적으로 세척 컬럼에 첨가되어 삼염화질소를 추출하며 그리고 세척 컬럼 및 후속 처분으로부터 그의 제거를 허용한다. 사염화탄소(CCl₄)를 첨가하자마자, 삼염화질소가 염소로부터 분리되고, 재비기에서 기화되며 그리고 세척 컬럼으로 복귀된다. 염소 가스가 세척되고 삼염화질소 및 다양한 염소화 유기 화합물로부터 분리된 후, 그 염소 가스는 전형적으로 액체 링 압축, 왕복 압축, 또는 원심 압축을 이용하여 압축되고, 인터-쿨러 및 애프터-쿨러를 사용하여 냉각되며, 이어서 액체 염소로 액화된다. 이어서, 그 액체 염소는 스크러빙 처리될 수 있으며 그리고 상업적으로 시판될 수 있다. 그러나, 심지어는 건조, 세척, 압축, 냉각 및 액화 후에도, 스크러빙용 화합물 이외에도, 미량의 사염화탄소 및 삼염화질소 모두는, 액체 염소 및/또는 염소 가스가 하류 상업적인 합성 공정에서 사용될 때, 전형적으로 액체 염소 내로 침출하게 되어 불순물로서 작용을 한다.

삼염화질소 이외에도, 염소 가스의 상업적인 제조는 분자 브롬(Br₂), 브롬-클로라이드(Br-Cl) 및 다양한 유기 화합물을 비롯하여 다양한 부산물을 생성하는 경향이 있다. 사염화탄소 및 삼염화질소 이외에도, 그러한 부산물은 또한 염소 가스가 상업적인 공정에서 사용될 때 불순물이 된다. 해당 기술 분야에 공지되어 있는 바와 같이, 염소 가스가 포스겐을 합성하는데 사용될 때(이어서, 그 포스겐은 이소시아네이트를 합성하는데 사용됨), 사염화탄소, 삼염화질소 및 브롬화 화합물의 존재는 전형적으로 이소시아네이트를 상업적으로 보다 덜 바람직하게 만드는 색상을 이소이사네이트에 부가한다. 따라서, 그러한 부산물은 전형적으로 염소 가스가 부산물의 다수보다 더 큰 휘발성을 지니고 있기 때문에 증류 및 다른 분리 기법을 이용하여 제거된다. 그러나, 전체 염소 스트림은 전형적으로 증발되어 그러한 증류를 달성하게 된다. 증류 공정의 하나의 예가 상기 제일 먼저 도입된 바와 같이 도 1에 개략적으로 설명되어 있다. 이러한 증류 공정에서, 그리고 많은 유사 공정에서, 외부 응축기 및 재비기가 사용되고 긴 라인의 파이프를 통해 연결되어 효과적인 증류 시스템을 형성하게 된다. 그러나, 이러한 유형의 시스템을 이용하는 것은 매우 비싸고, 미숙하며 그리고 복잡하다. 게다가, 이러한 시스템에 사용된 파이프의 긴 길이는 단지 그 시스템이 정지할 수 있는 다수의 지점만을 증가시킴으로써 안전성 위험 및 관심을 증가시키게 된다. 더구나, 이들 시스템 중 다수는 또한 삼염화질소의 양을 충분한 수준으로 효과적으로 감소시키기 못하게 된다.

일부 증류 시스템은 막 비등(film boiling), 열점, 및 과열된 염소 가스를 유도하는 경향을 갖는 고압 스팀 가열된 재비기를 이용하며, 이들 모두는 바람직하지 못한 것들이다. 더구나, 수 많은 증류 시스템은 염소 및 삼염화질소 "보유성(holdup)", 즉 증류 시스템에서 염소 가스 및 삼염화질소의 과량의 축적으로부터 손상을 당하는 경향을 갖는데, 이는 안전성 및 환경적 관심을 유발하게 된다.

다른 증류 시스템은 증류의 효율 및 원하는 화합물의 분리에 관하여 유입되는 염소의 양을 효과적으로 제어하지 못한다. 이러한 제어의 부족은 증류 시스템의 효율을 감소시키는 경향이 있으며, 그리고 원하는 화합물의 분리를 최대화하는 증류 공정의 규격화(customization)를 허용하지 못한다. 또한, 이러한 제어의 부족은 염소 및 삼염화질소의 보유성에 기여하므로, 안전성 관심을 더욱 더 증가시키게 된다.

따라서, 감소된 환경적 관심을 지니면서 안전하게 사용될 수 있는 염소 공급물로부터 부산물을 제거하기 위한 비용 효과적이고 에너지 효율적인 방법을 개발하는 기회가 여전히 존재한다.

발명의 개요 및 이점

본 발명은 염소 공급물을 정제하는 방법을 제공한다. 그 염소 공급물은 염소 성분, 브롬 성분 및 삼염화질소를 포함한다. 그 염소 공급물은 정제된 염소 가스 일백만 중량부 당 브롬 성분 20 중량부 미만을 갖는 정제된 염소 가스를 형성하며 그리고 액체 염소와 브롬 성분을 포함하는 증류물을 형성하는 증류 시스템에서 정제된다. 그 증류 시스템은 유체적으로 기화기(vaporizer)에 연결되어 있으며, 그리고 상단부, 하단부, 이 상단부 및 하단부를 통해 연장되는 수직 축, 및 증기와 응축물 사이의 증기-액체 계면을 제공하는 증기-액체 접촉 장치를 갖는 증류 탑을 포함한다. 그 증류 시스템은 또한 증류 탑 위에 배치되고 증류 탑의 상단부와 유체 소통하는 환류 응축기를 포함한다. 이 환류 응축기는 증류 탑과 수직 축을 공유한다. 증류 시스템은 또한 증류 탑 아래에 배치되고 증류 탑의 하단부와 유체 소통하는 재비기를 포함한다. 그 방법은 염소 공급물을 기화기 내로 도입하는 단계, 기화기에서 염소 공급물을 가열하여 증기를 형성시키는 단계 및 증기를 증류 시스템 내로 도입하여 정제된 염소 가스를 제공하고, 액체 염소와 브롬 성분, 및 삼염화질소를 포함하는 바닥부 성분을 포함하는 증류물을 제공하는 단계를 포함한다. 그 방법은 또한 환류 응축기에서 증기를 응축하여 응축물을 형성함으로써 정제된 염소 가스 및 증류물을 형성하는 단계로서, 응축물은 이 응축물은 증기-액체 접촉 장치에서 증기와 상호작용하도록 환류 응축기로부터 증류 탑의 상단부 내로 흐르는 것인 단계를 포함한다. 게다가, 상기 방법은 재비기에서 응축물을 가열하는 단계, 정제된 염소 가스를 증류 시스템으로부터 회수하는 단계, 및 증류물을 증류 시스템으로부터 회수하는 단계를 포함한다.

본 발명의 방법은 에너지 효율이 증가되고, 비용 절감이 증가되며, 그리고 안전성이 증가된 염소 공급물을 정제함으로써, 환경적 관심을 감소시키게 된다. 본 방법은 또한 삼염화질소, 액체 염소 및 브롬 성분의 보유성을 동시적으로 감소시키면서 다양한 부산물로부터 염소 가스를 효율적으로 분리한다. 본 발명은 또한 배관 및 외부 응축기 및 재비기의 감소된 사용을 통해 증류 탑 디자인과 관련된 환경적 관심을 감소시키며 그리고 안전성을 증가시킨다.

도면 중 몇 도면에 관한 간단한 설명

도 1은 염소 가스가 전기분해로부터 형성되고, 여과되며, 건조되고, 세척되며 이어서 증류 탑 및 이 증류 탑과 별도로 배치되어 있는 응축기 및 재비기를 포함하는 증류 시스템에서 정제되는 종래 기술의 염소 정제 시스템의 개략도이다.

도 2는 증류 탑과 별도로 배치되어 있는 응축기, 펌프 및 재비기 및 이들 사이에 배치된 배관의 긴 길이를 포함하는 종래 기술의 전형적인 증류 탑의 개략도이다.

도 3은 상단부의 폭이 하단부의 폭보다 더 큰 상단부 및 하단부를 갖는 본 발명의 증류 탑의 하나의 실시양태의 측면도이다.

도 4는 증류 탑, 응축물이 증류 탑의 상단부 내로 흐르도록 증기를 응축물로 응축하기 위한, 증류 탑 위에 배치되고 증류 탑의 상단부와 유체 소통하며 그리고 증류 탑과 수직 축을 공유하는 환류 응축기, 및 응축물을 가열하기 위한, 증류 탑 아래에 배치되고 증류 탑의 하단부와 유체 소통하는 재비기를 포함하는 증류 시스템을 나타내는 본 발명의 하나의 실시양태의 개략도이다.

도 5는 중화 탑과 유체 소통하는 도 4의 증류 시스템을 나타내는 본 발명의 다른 실시양태의 개략도이다.

도 6은 제1 단부의 폭이 제2 단부의 폭보다 더 큰 제1 단부 및 제2 단부를 갖는 중화 탑의 실시양태의 측면도이다.

발명의 상세한 설명

본 발명은 증류 시스템(10)에서 염소(Cl₂) 공급물을 정제하며 그리고 정제된 염소 가스(또한 종래 기술에서 "오버헤드 스트림"이라고도 공지되어 있음)를 생성하는 방법을 제공한다. 정제된 염소 가스는 증류/분별증류 절차를 통해 형성된다. 염소 공급물은 구체적으로 제한되어 있지 않으며, 임의의 특정한 형성 방법에 따라 좌우되지 않는다. 염소 공급물은 액체 염소(Cl₂_(l)) 및 기체 염소(Cl₂_(g)), 예컨대 상업적 및 공업적 용도에 사용된 유형을 포함할 수 있다. 염소 공급물(또한 해당 기술 분야에 "유입된 공급물(feed in)"로서도 공지되어 있음)은 한정된 공급물 및 연속적 공급물일 수 있으며 그리고 연속식 또는 뱃치식 염소 공급 공정으로부터 제공될 수 있고/있거나, 불연속 유닛으로, 예컨대 상업적 트럭 또는 기관차 탱크로부터 제공될 수 있다. 하나의 실시양태에서, 염소 공급물은 반뱃치식 공정으로 제공된다. 전형적으로, 염소 공급물은 액체로서 파이프라인을 통해 하나 이상의 저장 위치에 제공되고 이어서 정제되며 사용된다. 그러나, 심지어는 액체로서 제공될 때에도, 일부 염소 가스는 존재하는 경향이 있다. 그 파이프라인은 전형적으로 레일카로부터 공급된다. 대안으로, 염소 공급물은 가스로서 또는 액체와 가스의 혼합물로서 제공될 수 있다.

염소 공급물은 액체 염소(Cl₂_(l)), 기체 염소(Cl₂_(g)), 염화제2철(염화철(III)) 및/또는 염소화 탄화수소, 예컨대 사염화탄소, 클로로포름 및 메틸렌 클로라이드를 포함할 수 있거나, 이들로 주구성될 수 있거나, 또는 이들로 구성될 수 있는 염소 성분을 포함한다. "(으)로 주구성되는(essentially consist of)"의 용어는 하나의 실시양태에서 염소 성분의 기본적이고 새로운 특징에 실질적으로 영향을 미치는 임의의 다른 화합물, 예컨대 유기 화합물의 양을 포함하는 것으로부터 염소 성분을 제한한다. 미량의 이러한 다른 화합물, 예컨대 미량의 유기 화합물은 그 미량이 염소 성분의 기본적이고 새로운 특징에 실질적으로 영향을 미치지 않는 한 포함될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 염소 공급물은 또한 삼염화질소(NCl₃)를 포함한다. 이 삼염화질소는 액체로서 또는 기체로서 또는 액체와 기체의 혼합물로서 존재할 수 있다.

추가로, 염소 공급물은 또한 액체 브롬(Br₂_(l)), 기체 브롬(Br₂_(g)), 브롬-모노클로라이드(Br-Cl) 및/또는 브롬화 탄화수소를 포함할 수 있거나, 이들로 주구성될 수 있거나, 또는 이들로 구성될 수 있는 브롬 성분을 포함한다. "으로 주구성되는"의 용어는 하나의 실시양태에서 브롬 성분의 기본적이고 새로운 특징에 실질적으로 영향을 미치는 임의의 다른 화합물, 예컨대 유기 화합물을 포함하는 것으로부터 브롬 성분을 제한한다. 미량의 이러한 다른 화합물, 예컨대 미량의 유기 화합물은 그 미량이 브롬 성분의 기본적이고 새로운 특징에 실질적으로 영향을 미치지 않는 한 포함될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 하나의 실시양태에서, 브롬 성분은 액체 브롬(Br₂_(l)), 기체 브롬(Br₂_(g)) 및 브롬-모노클로라이드(Br-Cl)를 포함한다.

염소 공급물은 염소 공급물 100 중량부 당 염소 성분 전형적으로 95 중량부 이상, 보다 전형적으로 97 중량부 이상, 보다 더 전형적으로 99 중량부 이상, 훨씬 더 전형적으로 99.5 중량부 이상, 가장 전형적으로 99.9 중량부 이상을 포함한다. 염소 공급물은 또한 염소 공급물 일백만 중량부 당 브롬 성분 전형적으로 1 내지 500 중량부, 보다 전형적으로 1 내지 300 중량부, 보다 더 전형적으로 50 내지 300 중량부, 훨씬 더 전형적으로 50 내지 200 중량부를 포함한다. 하나의 실시양태에서, 염소 공급물은 염소 공급물 일백만 중량부 당 브롬 성분 대략 200 중량부를 포함한다. 염소 공급물은 추가로 염소 공급물 일백만 중량부 당 삼염화질소를 전형적으로 약 5 중량부 미만, 보다 전형적으로 2 내지 5 중량부 미만을 포함한다. 그 염소 공급물은 또한 물을 포함할 수 있다. 다양한 실시양태에서, 그 물은 염소 공급물 일백만 중량부 당 전형적으로 약 30 중량부 미만, 보다 전형적으로 5 내지 25 중량부의 양으로 존재한다.

염소 성분, 브롬 성분, 삼염화질소 및/또는 물 이외에도, 상기 설명된 바와 같이 염소 공급물은 또한 사염화탄소(CCl₄)를 포함할 수 있다. 다양한 실시양태에서, 염소 공급물은 염소 공급물 일백만 중량부 당 사염화탄소를 전형적으로 약 20 중량부 미만, 보다 전형적으로 약 15 중량부 미만, 가장 전형적으로 약 10 중량부 미만을 포함한다.

염소 공급물이 염소 성분, 브롬 성분, 삼염화질소, 물 및/또는 사염화탄소(CCl₄)를 포함할 수 있지만, 본 발명의 방법에서 형성되는 정제된 염소 가스는 정제된 염소 가스 일백만 중량부 당 브롬 성분을 전형적으로 20 중량부 미만, 보다 전형적으로 15 중량부 미만, 보다 더 전형적으로 10 중량부 미만, 훨씬 더 전형적으로 5 중량부 미만을 포함한다. 정제된 염소 가스는 그 정제된 염소 가스 일백만 중량부 당 브롬 성분 약 4, 3, 2 또는 1 중량부를 포함할 수 있는 것으로 이해된다.

염소 공급물을 정제하는 방법은 염소 공급물을 기화기(12) 내로 도입하는 단계, 및 그 기화기(12)에서 염소 공급물을 가열하여 증기를 형성하는 단계를 포함한다. 전형적으로, 염소 공급물은 0℃ 내지 20℃, 5℃ 내지 20℃, 5℃ 내지 15℃, 또는 약 10℃의 온도에서 저장 유닛으로부터 기화기(12) 내로 펌핑된다. 그 염소 공급물은 또한 1 내지 20 bar, 5 내지 15 bar, 10 내지 15 bar, 또는 약 12 내지 약 14 bar의 압력에서 기화기(12) 내로 펌핑된다. 염소 공급물은 전형적으로 액체로서 기화기(12) 내로 도입되지만, 액체와 기체의 혼합물로서 기화기(12) 내로 도입될 수 있다.

기화기(12)는 해당 기술 분야에 공지된 임의의 것일 수 있으며 그리고 전형적으로 열 전도, 대류 또는 열 방사를 통해 작동된다. 전형적으로, 기화기(12)는 염소 공급물을 그 비등점 넘게 가열하여 (염소) 증기를 형성한다. 가장 전형적으로, 그 기화기(12)는 50℃ 내지 120℃, 보다 더 전형적으로 70 내지 110℃, 훨씬 더 전형적으로 90℃ 내지 100℃, 가장 전형적으로는 95℃ 내지 100℃의 온도로 가열한다. 하나의 실시양태에서, 기화기(12)는 염소 공급물을 약 92℃ 내지 98℃의 온도로 가열한다. 염소 공급물을 가열하는 단계는 염소 공급물을 기화 및 과열하여 삼염화질소의 분해를 용이하게 하는 것으로서 추가 한정될 수 있다. 임의의 특정한 이론에 의해 한정하고자 하는 것은 아니지만, 121℃ 이상의 온도에서, 탄소강은, European Chlorine Industry("Euro Chlor") 및 Chlorine Institute에 잘 공지되어 있는 바와 같이, 부식에서의 급속 증가를 경험하게 된다. 전형적으로, 기화기(12)는 5 내지 20 bar, 10 내지 20 bar, 또는 10 내지 15 bar의 압력에서 증기를 형성한다. 하나의 실시양태에서, 기화기(12)는 약 10 내지 14 bar의 압력에서 증기를 형성한다.

다른 실시양태에서, 염소 공급물에서 기화기(12)로의 흐름은 압력에 의해 제어된다. 액체 염소는 12.5 bar 게이지에서 기화될 수 있고 1 내지 12 bar, 1 내지 5 bar, 또는 1 내지 2 bar에서 스팀의 사용을 통해 95℃로 과열될 수 있다. 가장 바람직하게는, 그 스팀은 액체 염소, 및 염소 증기가 120℃ 이상의 온도에 도달하지 않도록 1.2 bar로 가압된다. 120℃ 이상의 온도에서, 염소-철 반응성은 실질적으로 증가하는 것으로 이해된다. 전형적으로, 그 스팀은 약 85℃ 내지 약 105℃의 염소 과열 온도를 달성하도록 자동적으로 스로틀 조절된다(throttled). 하나의 실시양태에서, 약 10 내지 약 14 bar의 작동 압력은 증류 탑(14)의 적당한 수행능을 보장하는데 요구된다.

방법은 또한 기화기(12)에 유체적으로 연결되어 있는 증류 시스템(10) 내로 증기를 도입하는 단계를 포함한다. 그 증기는 전형적으로 5 내지 20 bar, 10 내지 20 bar, 또는 10 내지 15 bar의 압력에서 증류 시스템(10) 내로 도입된다. 하나의 실시양태에서, 증기는 약 10 내지 14 bar의 압력에서 증류 시스템(10) 내로 도입된다. 증기는 전형적으로 증기 도입부(vapor input)(도면에는 도시되어 있지 않음)를 통해 증류 탑(14) 내로 도입된다. 증기 도입부는 밸브, 조절기, 노즐, 분출구(spout), 꼭지(faucet) 및 기타 중 임의 유형일 수 있다. 증기 도입부는 전형적으로 증기 라인, 파이프 또는 튜브를 통해 증류 탑(12) 및 기화기(12)에 유체적으로 연결된다. 증기 도입부는 하기 보다 상세히 기술되어 있는 흐름 제어 장치에 의해 제어될 수 있다.

전형적으로, 증기를 증류 시스템(10) 내로 도입하는 단계는 증류 시스템(10)에서 액체 염소 및 정제된 염소 가스를 생성한다. 증기를 증류 시스템(10) 내로 도입하는 단계는 또한 전형적으로 브롬 성분 약 5 ppmw 이하를 포함하는 오버헤드 증기 및 브롬 성분 약 15 중량% 이하를 포함하는 염소 성분의 바닥부 생성물을 생성한다. 증류 시스템(10)은 증류 및/또는 분별증류 목적에 적합한 해당 기술 분야에 공지된 임의의 것일 수 있다. 전형적으로, 증류 시스템(10)은 분별증류 탑으로서 해당 기술 분야에서 또한 공지되어 있는 상기 제일 먼저 설명된 증류 탑(14)을 포함한다. 증류 시스템(10)은 또한 하기에 보다 상세히 설명되어 있는 환류 응축기(24) 및 재비기(26)를 포함한다. 증류 시스템(10)은 또한 흐름 제어 장치를 포함할 수 있다. 증류 탑(14)은, 해당 기술 분야의 당업자에 의해 필요에 따라 증류 탑(14)으로부터 임의 성분을 회수하거나 그 증류 탑(14)으로 그 임의 성분을 첨가하기 위한, 증기 도입부와는 다른 하나 이상의 밸브, 제어 장치, 조절기, 노즐, 분출기, 꼭지 또는 기타를 가질 수 있다.

증류 탑(14)은 임의의 크기 및 형상을 가질 수 있으며 그리고 해당 기술 분야에 잘 알려진 바와 같이 McCabe-Thiele 방법, Fenske 방정식 또는 다양한 시뮬레이션 모델을 이용하여 설계될 수 있다. 전형적으로, 증류 탑(14)은 도 3에 도시된 바와 같은 형상을 갖지만, 이러한 형상에 국한되는 것은 아니다. 증류 탑(14)은 전형적으로 상단부(16) 및 하단부(18)를 갖는 컬럼이다. 그 상단부(16) 및 하단부(18)는 전형적으로 다양한 폭, 예를 들면 직경(각각 D₁, D₂)을 갖는다. 바꾸어 말하면, 증류 탑(14)은 전형적으로 도 3-5에 도시되어 있는 바와 같이 그 탑을 따라 상이한 지점에서 다양한 폭을 갖는다.

다양한 실시양태에서, 상단부(16)의 폭 대 하단부(18)의 폭의 비율은 약 1:1, 2:1, 3:1, 4:1, 5:1, 6:1, 7:1, 또는 8:1이다. 또한, 이들 비율은 ±60%, ±50%, ±40%, ±30%, ±25%, ±20%, ±10%, ±5%로 다양할 수 있는 것으로 생각된다. 또한, 상기 언급된 값들 중 하나 이상 사이에 있는 임의의 범위가 이용될 수 있는 것으로 고려된다. 증류 탑(14)은 전형적으로 4 내지 30 미터(13 내지 98 피트)의 높이를 갖는다. 다양한 실시양태에서, 증류 탑(14)은 9 내지 21 미터(30 내지 70 피트), 보다 전형적으로 9 내지 18 미터(30 내지 60 피트), 가장 전형적으로 12 내지 15 미터(40 내지 50 피트)의 높이를 갖는다. 하나의 실시양태에서, 상단부(16)는 0.5 미터 이상의 직경을 가지며 그리고 하단부(18)는 0.5 미터 미만의 직경을 갖는다. 다양한 실시양태에서, 증류 탑(14)은 폭 및/또는 높이 ± 60%, ± 50%, ± 40%, ± 30%, ± 25%, ± 20%, ±10%, ± 5%, 또는 상기 언급된 값들 중 사이의 임의 범위를 갖는다. 전형적으로, 증류 탑(14)의 직경 및 높이는 성분들에서의 휘발성 차이, 분리하고자 하는 브롬 및 염소의 양/속도, 유입되는 염소 공급물의 순도, 작동 온도, 에너지 요건, 원하는 분리 수준 등(이들에 국한되는 것은 아님)을 비롯한 다양한 인자에 따라 좌우되어 달라진다. 또한, 증류 탑(14)의 높이는 전형적으로 해당 기술 분야의 당업자에 의해 선택되는 바와 같이 필요한 이론 단의 수 및 필요한 증류의 품질에 따라 좌우되어 달라진다. 따라서, 이들 인자 중 하나 이상은 해당 기술 분야의 당업자에 의해 결정되는 바와 같이 본 발명에서 조작될 수 있다. 전형적으로, 이들 인자 중 하나 이상은 증류 탑(14)의 치수를 규격화하는 데 이용될 수 있는 McCabe-Thiele 방법 및/또는 Fenske 방정식으로부터 유도된 시뮬레션에 기초하여 조작할 수 있다.

증류 탑(14)은 상단부(16) 및 하단부(18)를 가지며 그리고 둘 다는 도 3에 도시된 바와 같이 전형적으로 실린더형이다. 그 상단부 및 하단부(16, 18)는 직각 원형 실린더, 타원형 실린더, 포물선형 실린더, 또는 쌍곡선형 실린더일 수 있다. 그 상단부 및 하단부(16, 18)는 동일 형상 또는 상이 형상을 가질 수 있으며 그리고 둘 다 실린더형일 수 없다. 상기 상이한 상단부 및 하단부(16, 18)는 임의의 형상을 가질 수 있다. 전형적으로 상단부(16)는 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 직각 원형 실린더이고, 이것은 또한 전형적으로 직각 원형 실린더인 하단부(18)보다 더 큰 직경을 갖는다.

상단부(16)는 중력 및 지면에 관하여 하단부(18) 위에 배치된다. 증류 탑(14)은 전형적으로 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 상단부 및 하단부(16, 18)를 통하여 연장되는 수직 축(V₁)을 갖는다. 전형적으로, 상단부 및 하단부(16, 18)는 수직 축(V₁)을 따라 연장된다. 하나의 실시양태에서, 증류 탑(14)은 수직 축으로부터 방사상으로 연장되는 2개의 소울더 쌍을 갖는다. 제1 쌍의 소울더(34)는 전형적으로 상단부(16)의 부근에 있고, 수직 축에 대하여 예각을 형성한다. 제2 쌍의 소울더(35)는 전형적으로 하단부(18)에 배치되고, 수직 축(V₁)과 둔각을 형성한다. 증류 탑(14)은 또한 전형적으로 도 3에 마찬가지로 도시되어 있는 바와 같이 상단부(16)와 하단부(18) 사이에 연장되는 수평 축(H₁)을 갖는다. 부가적으로, 하기에 보다 상세히 설명되어 있는 바와 같이, 증류 탑(14)의 상단부(16)는 정제된 염소 가스를 회수하기 위한 오리피스(도시되어 있지 않음)를 한정하고, 반면에 증류 탑(14)의 하단부(18)는 전형적으로 본 방법으로부터 생성된 다른 화합물을 회수하기 위한 제2 오리피스(도시되어 있지 않음)를 한정한다.

증류 탑(14)은 전형적으로 또한 하나 이상의 증기-액체 접촉 장치를 포함한다. 하나의 실시양태에서, 하나 이상의 증기-액체 접촉 장치는 수직 축(V₁)에 대하여 실질적으로 횡으로 그리고 수평 축(H₁)에 대하여 실질적으로 평형하게 배치된다. 그 하나 이상의 증기-액체 접촉 장치는 증류 탑(14)에서 상승하는 증기와 환류 응축기(24)로부터 증류 탑(14) 아래로 하향 흐르는 응축물과의 증기-액체 계면을 제공한다. 그 응축물은 하기 보다 상세히 설명된 바와 같이 정제된 염소 및 증류물 일부를 포함할 수 있다. 응축물 및 환류 응축기(24)는 하기 보다 상세히 실명되어 있다. 증기-액체 계면에서, 증기-액체 평형은 응축물이 불순물을 흡수함으로써 증기를 정제하도록 존재한다. 임의의 특정한 이론에 의해 한정하고자 하는 것은 아니지만, 증류 탑(14)에서 증기-액체 계면은 액체 염소가 염소 증기를 "스크러빙" 처리하게 끔 하는 것으로 생각된다. 보다 구체적으로, 액체 염소는 재비기(26)로부터 상승하는 증기와 상호작용을 한다. 증기와 응축물의 상호작용은 정류 및 분리를 통해 정제된 염소 가스를 형성하는 것으로 생각된다. 바꾸어 말하면, 응축물은 재비기(26)로부터 상응하는 증기를 응축하는데 필요한 냉각을 제공함으로써 증류 탑(14)의 효과를 증가시키게 된다. 응축물과 증기의 증가된 상호작용은 증류 탑(14)의 효과를 증가시키며 그리고 정제된 염소 가스의 형성을 증가시키게 된다. 정제된 염소 가스를 형성하는 것 이외에도, 그 응축물은 전형적으로 증기-액체 접촉 장치에서 증기와 상호작용하여 증류물(또한 종래 기술에서는 "배출된 공급물(feed out)"이라고도 칭함)을 형성하게 된다. 정제된 염소 가스 및 증류물은 증류 탑(14)으로부터 회수될 수 있다.

그 증기-액체 접촉 장치는 해당 기술 분야에 공지된 임의의 것일 수 있으며, 그리고 해당 기술 분야에 잘 알려진 바와 같이 전형적으로 복수의 트레이(20) 및/또는 충전 물질(22)을 포함한다. 하나의 실시양태에서, 증류 탑(14)은 상단부(16) 내에 제1 증기-액체 접촉 장치를 그리고 하단부(18) 내에 제2 증기-액체 접촉 장치를 포함한다. 이 실시양태에서, 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 제1 증기-접촉 장치는 전형적으로 충전 물질(22)의 바디로서 추가 한정되고, 반면에 제2 증기-액체 접촉 장치는 전형적으로 복수의 트레이(20)로서 추가 한정된다.

전형적으로, 증기는 복수의 트레이(20) 및/또는 충전 물질(22) 상에서 응축되고 증류 탑(14) 아래로 흐른다. 최고 온도를 갖는 트레이(20)는 지면에 대하여 최저 위치에서 증류 탑(14)에 전형적으로 배치된다. 최저 온도를 지닌 트레이(20)는 전형적으로 지면에 대하여 최고 위치에 전형적으로 배치된다. 해당 기술 분야에 잘 알려진 바와 같이, 정상 상태(steady state) 조건에서, 각 트레이(20) 상의 증기 및 액체는 열적 평형에 있다.

복수의 트레이(20)는 해당 기술 분야의 당업자에 의해 결정된 바와 같이 트레이(20)의 임의 수를 포함할 수 있다. 그러나, 복수의 트레이(20)는 전형적으로 3 내지 30개, 5 내지 25개, 5 내지 20개, 5 내지 15개, 또는 5 내지 10개의 트레이(20)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 언급된 범위 내에 있는 트레이(20)의 임의 수가 이용될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 게다가, 해당 기술 분야의 당업자에 의해 선택되는 바와 같이, 트레이(20)의 임의 유형이 본 발명에서 사용될 수 있다. 하나의 실시양태에서, 복수의 트레이(20)는 수직 축(V₁)에 대하여 실질적으로 횡으로 배치되며 그리고 수평 축(H₁)에 실질적으로 평행하게 배치된다. 다른 실시양태에서, 복수의 트레이(20)는 추가로 수평 트레이(20)로서 추가 한정된다.

전형적으로, 복수의 트레이(20) 각각은 0.25 내지 0.76 미터(10 내지 30 인치), 0.25 내지 0.50 미터(10 내지 20 인치), 또는 0.38 내지 0.64 미터(15 내지 25 인치)의 직경을 갖는다. 그러나, 복수의 트레이(20) 각각은 크기 및 형상에 있어 제한되지 않는다. 더구나, 복수의 트레이(20) 각각은 전형적으로 0.25 내지 0.76 미터(10 내지 30 인치), 0.25 내지 0.50 미터(10 내지 20 인치) 또는 0.38 내지 0.64 미터(15 내지 25 인치)의 거리로 서로 이격되어 있다. 마찬가지로, 이 거리는 제한되는 것이 아니며 그리고 해당 기술 분야의 당업자에 의해 변경될 수 있다. 또한, 상기 설명된 직경 및 이격은 ±60%, ±50%, ±40%, ±30%, ±25%, ±20%, ±10%, ±5%, 또는 상기 언급된 값들 중 사이의 임의 범위로 변할 수 있는 것으로 생각된다.

충전 물질(22)은, 증류 탑(14)을 가로 지른 낮은 압력 강하가 사용될 때, 예컨대 진공이 사용될 때, 전형적으로 사용된다. 하나의 실시양태에서, 충전 물질(22)이 트레이(20)의 배제에 사용된다. 다른 실시양태에서, 충전 물질(22) 및 트레이(20)가 사용된다. 전형적으로, 충전 물질(22)은 불규칙하게 채워지는 충전 물질(22)(예를 들면, 0.3~0.9 미터(1-3 피트) 폭), 예컨대 Rasching 고리 또는 구조화 강철 금속이다. 증류 탑(14)에서 생성된 액체, 예컨대 응축물 및 증류물은 전형적으로 충전 물질(22)을 습윤화하고, 반면에 증기는 충전 물질(22)을 가로 질러 통과하여 증기의 질량 이동 및 정제가 발생하도록 허용한다. 해당 기술 분야에 잘 알려진 바와 같이, 증기 액체 평형 곡선은 충전 물질(22)이 연속적으로 사용될 때 형성되고, 이는 복수의 트레이(20)가 사용될 때와 반대되며, 여기서 각각의 트레이(20)가 증기 액체 평형의 별도의 개별적인 지점을 나타낸다.

최적 액체 증기 계면을 위한 유닛 체적 당 표면적을 최대화하기 위해서, 구조화 충전 물질(22)이 증류 탑(14)의 상부에 이용될 수 있다. 해당 기술 분야에 공지되어 있는 바와 같이, 이상적인 충전 물질(22) 크기의 선택은 최대 효율과 최대 용량 간의 균형을 조절하는 것을 포함한다. 본 발명의 하나의 실시양태에서, Flexipac 1YHC 구조 충전 물질(22)이 사용된다. 대안으로, 다양한 랜덤 및/또는 덤프 충전 물질(22)이 역시 마찬가지로 이용될 수 있다. 그 충전 물질(22)은 본 발명에 매우 제한적인 것이 아니고, 해당 기술 분야에 공지된 임의의 것을 포함할 수 있다. 하나의 실시양태에서, 충전 물질(22)은 스테인레스강, 세라믹, 니켈, 크롬, 망간, 철 및/또는 염소 안정성 중합체, 예컨대 퍼플루오르화 중합체(예를 들면, PTFE)를 포함한다. 다른 실시양태에서, 그 충전 물질(22)은 상표명 Hastelloy 하에 상업적으로 이용가능하다.

전형적으로, 충전 물질(22)은 50:1 이상, 바람직하게는 더 높은 표면적 대 부피 비율을 갖는다. 다앙한 실시양태에서, 충전 물질(22)은 약 75:1, 100:1, 150:1, 200:1, 250:1, 300:1, 350:1, 400:1, 450:1, 또는 500:1의 표면적 대 부피 비율을 갖는다. 또한, 상기 언급된 비율 내에 속하는 표면적 대 부피 비율이 이용될 수 있는 것으로 이해된다. 충전 물질(22)은 증류 탑(14) 내에 임의의 양으로 배치될 수 있다. 전형적으로, 증류 탑(14)에 배치된 충전 물질(22)의 양은 McCade-Thiele 방법 및/또는 Fenske 방정식으로부터 유도된 시뮬레이션에 기초하여 최적화된다. 다양한 실시양태에서, 충전 물질(22)은 1.5 내지 7.6 미터(5 내지 25 피트), 3 내지 7.6 미터(10 내지 25 피트), 3 내지 6 미터(10 내지 20 피트), 또는 3.6 내지 4.9 미터(12 내지 16 피트)의 높이에서 증류 탑(14)에 배치되어 있다. 또한, 상기 바로 설명된 높이는 ±60%, ± 50%, ± 40%, ±30%, ±25%, ±20%, ±10%, ±5%, 또는 상기 언급된 값들 중 사이에 있는 임의의 범위로 다양할 수 있는 것으로 생각된다.

본 발명의 충전 물질(22)은 전형적으로 응축물이 지나친 축적 없이 컬럼 아래 연속적 하부 트레이(20)로 이동하는 것을 허용하면서 증류 탑에서 응축물 상에서 증기의 드래그(drag)를 감소시키게 된다. 그 충전 물질(22)은 전형적으로 증기-액체 계면에서 임의의 액체 보유성을 감소시키며 그리고 증기 흐름에 대한 개방 면적을 증가시키게 된다. 그 응축물 및 증기는 전형적으로 충전 물질(22)의 바닥부 에지에서 전단 작용을 감소시키면서 증류 탑(14) 내에 있는 수직 역류 방향으로 흐른다. 이는 결과적으로 현저히 보다 높은 플러딩 용량(flooding capacity) 및 충전 물질(22)의 로딩 영역에서의 감소된 압력 강하를 형성하는 것으로 생각된다. 더구나, 수증기-액체 계면에서 수직 영역은 증기 흐름에 대한 회전 반경을 확대하는 경향이 있으며 그리고 복수의 트레이(20) 사이의 회전과 관련된 압력 강하를 감소시키는 경향이 있다. 복수의 트레이(20) 사이의 원활한 전이는 증류 탑(14)의 증기 취급 용량을 강화시킨다. 하나의 실시양태에서, 증가된 컬럼 효율은 보다 낮은 HETP 및 보다 높은 NTSM와 함께 감소된 크림프 크기를 지닌 충전 물질(22)의 사용을 통해 용량 손실 없이 실현될 수 있다.

위에서 제일 먼저 도입된 환류 응축기(24)는 전형적으로 증류 탑(14)의 상단부(16)와 유체 소통하여 증기를 응축하고 위에 도입된 응축물을 형성한다. 전형적으로, 그 응축물은 증류 탑(14)의 상단부(16) 내로 흐른다(예를 들면, 분배된다). 환류 응축기(24)는 전형적으로 응축물이 증류 탑(14)의 상단부(16) 내로 다시 직접 흘러 들어 가도록 증류 탑(14)과 직접 접촉한 상태로 배치된다. 이는 최소화된 튜브 및 파이프를 사용할 수 있게 함으로써 안전성, 효율 및 비용 효과를 증가시키게 된다.

환류 응축기(24)는 전형적으로 밀접하게 커플링된 것으로서 추가 한정되며 그리고 추가로 통합적 오버헤드 환류 응축기(24) 또는 오버헤드 내부 녹백(konckback) 응축기로서 추가 한정될 수 있다. 이 녹백 응축기는 해당 기술 분야에서 공지된 임의의 것일 수 있으며, 그리고 상향류 또는 하향류 녹백 응축기일 수 있다. 해당 기술 분야에 알려져 있는 바와 같이, 녹백 응축기는 전형적으로 증기 수직관(riser)을 이용하여 증기의 흐름을 열 교환기 위의 상부 공간(headspace) 내로 도입함으로써, 응축물의 흐름을 달성하게 된다. 본 발명에서, 응축물의 흐름은 전형적으로 상기 설명된 바와 같이 증류 탑(14)의 상단부(16) 내로 다시 직접 분배되고, 반면에 일부분이 하기에 보다 상세히 기술된 증류물로서 회수된다. 하나의 실시양태에서, 환류 응축기(24)는 해당 기술 분야에 공지된 임의의 것일 수 있는 액체 냉각제를 사용하여 냉각된다. 해당 기술 분야에 공지된 바와 같이, 응축물로서 환류되지 않은 증기의 부분은 정제된 염수 가스로서 회수될 수 있다. 이 정제된 염소 가스는 증류 탑 조작 압력 하에 염소의 비등점과 동일하거나 그 비등점보다 더 높은 임의의 온도에서 증류 시스템(10)으로부터 회수될 수 있다.

상기 설명된 재비기(26)을 다시 언급하면, 그 재비기(26)는 전형적으로 증류 탑(14) 아래에 배치되어 있고 증류 탑(14)의 하단부(18)와 유체 소통한다. 이 재비기(26)는 응축물을 가열하며 그리고 삼염화질소를 분해하는데 사용될 수 있지만, 그러한 단계는 본 발명에서 요구되지 않는다. 하나의 실시양태에서, 재비기(26)의 온도는 삼염화질소의 분해 온도 이하에 있다. 해당 기술 분야에 알려져 있는 바와 같이, 재비기(26)는 열 교환기이며, 그리고 전형적으로 증류 탑(14)의 바닥부에 열을 제공하는데 사용된다. 하나의 실시양태에서, 재비기(26)는 증류 탑(14)의 상단부(16)가 약 90℃ 내지 약 110℃의 온도로 유지되고 반면에 하단부(18)가 약 70℃ 내지 90℃의 온도로 유지되도록 증류 탑(14)에 열을 제공한다. 다른 실시양태에서, 상단부(16) 및 하단부(18)는 약 1℃, 3℃, 5℃, 10℃, 15℃, 20℃ 또는 25℃로 차이가 나는 온도에서 유지된다. 바꾸어 말하면, 재비기(26)는 에너지를 사용하여 증기를 증류 탑(14)까지 구동한다. 따라서, 증류 탑(14)에서 증기의 총량은 증기 도입부를 통해 기화기 내로 진입하는 증기 및 재비기(26)로부터 형성된 증기의 함수이다. 하나의 실시양태에서, 증류 탑의 바닥부는 고 비등점 성분의 상승된 함량 및 포화 온도에서 작동하는 과열 스팀의 이용에 기인하여 정상부보다 약간 더 높은 온도에서 작동된다. 다양한 실시양태에서, 본 발명의 재비기(26)는 환류 응축기(24) 및 증기 도입부와 (예를 들면, 전기적으로) 커플링되어 증류 탑(14)으로 유입되는 증기의 양을 제어하게 된다. 전형적으로, 재비기(26)는 가열된 유체를 포함하는 열 교환기의 유형(예를 들면, 쉘 및 튜브 또는 플레이트 및 프레임)이다. 그 가열된 유체는 증류 탑(14)에서 액체(예컨대, 응축물) 위로 또는 그 액체 옆으로 통과하게 되고, 액체/유체 접촉 없이 그 액체와 에너지 또는 열 교환하게 된다.

본 발명의 재비기(26)는 전형적으로 응축물을 기화 또는 비등하며 그리고 동시적으로 증류 탑(14)에서 증기를 형성 및 가열하면서 삼염화질소를 분해할 수 있다. 그러나, 증기는 해당 기술 분야에 공지된 임의의 수단에 의해 증류 탑(14)에서 가열될 수 있다. 증기는, 재비기(26)를 제외한, 증류 탑(14)과 접촉한 상태로 배치된 가열 수단을 통한 것을 비롯한 다른 수단을 통해 가열될 수 있다. 하나의 실시양태에서, 증류 시스템(10)에서 증기는 증류 시스템(10)에 진입하는 추가의 염소 증기에 의해 가열된다.

하나의 실시양태에서, 재비기(26)의 열은 삼염화질소를 안전하게 그리고 임의의 어느 한 시점에서 증류 시스템(10)에 존재하는 삼염화질소의 총량을 감소시키는 방식으로 분해한다. 임의의 특정한 이론에 의해 한정하고자 하는 것은 아니지만, 삼염화질소는 불활성 질소가 형성되며 그리고 증류 탑(14) 내로 재유입되어 정제된 염소 가스 내로 혼입될 수 있는 염소 가스가 형성되도록 하기 방정식에 따라 분해되는 것으로 생각된다.

NCl₃→ ㆍNCl₂ + Clㆍ(개시 반응)

Cl₂ → 2 Clㆍ(개시 반응)

Clㆍ+ NCl₃→ ㆍNCl₂ + Cl₂(전파 반응)

ㆍNCl₂ + NCl₃ → N₂ + 2 Cl₂ + ㆍCl(전파 반응)

재비기(26)는 해당 기술 분야에 공지된 임의의 유형일 수 있으며 그리고 열 조건, 대류 또는 열 방사를 통해 작동될 수 있다. 하나의 실시양태에서, 재비기(26)는 스팀 작동된다. 다른 실시양태에서, 재비기(26)는 고온 오일 또는 합성 유기 열 전달 유체, 예컨대 Dowtherm(등록상표)(Dow Chemical Company로부터 상업적으로 이용가능함)을 사용할 수 있다. 또다른 실시양태에서, 저압 스팀(예를 들면, 1.2 내지 10 bar의 압력에서의 스팀)이 사용되어 응축물이 120℃ 초과의 온도에 도달할 확율을 최소화한다. 전형적으로, 저압 스팀은 보다 높은 압력 응축물로부터 회수된 후에 재분배된다. 대안으로, 1.2 bar 이상의 압력에서의 스팀은 크로스 교환기에서 사용될 수 있다. 전형적으로, 재비기(26)는 쉘 및 튜브 열 교환기로서 추가 한정된다. 그러나, 본 발명은 그러한 재비기(26)에 국한되지 않는다. 그 재비기(26)는 케틀형(kettle) 재비기(26), 열사이펀형(thermosyphon) 재비기(26), 연소형(fired) 재비기(26) 또는 강제 순환형 재비기(26)로서 추가 한정된다. 하나의 실시양태에서, 재비기(26)는 증류 탑(14)에서 성분들의 원하는 잔량을 달성하도록 제어 또는 조절되는 1 내지 3 bar에서 스팀으로 가열된다.

다양한 실시양태에서, 다양한 비등 액체의 특정량이 재비기(26)에서 유지된다. 이러한 액체는 추가 정제를 필요로 할 수 있거나, 또는 폐기물로서 처리될 수 있다. 전형적으로, 액체의 수준은 재비기(26)으로부터 흐름을 추가의 증류 시스템 또는 불순물 분해 장치로 흐르게 조작하는 수준 제어 밸브를 통해 재비기(26)에서 유지된다.

하나의 대안적인 실시양태에서, 환류 응축기(24), 재비기(26) 및 증기 도입부는, 상기 제일 먼저 설명되어 있는 바와 같이, 증기를 증류 시스템(10)으로 도입하는 속도를 제어하기 위한 흐름 제어 장치(도면에 도시되어 있지 않음)에 커플링되어 있다. 그 흐름 제어 장치는 해당 기술 분야에 공지된 임의의 것일 수 있다. 하나의 실시양태에서, 그 흐름 제어 장치는 자동화되어 있으며 그리고 수요에 따라 증기의 공급의 속도를 변경하는 것을 허용하는 흐름 제어 밸브이다. 그 흐름 제어 장치는 컴퓨터에 연결될 수 있다. 다른 실시양태에서, 그 흐름 제어 장치는 오리피스를 한정하는 금속의 평평한 부분인 오리피스 플레이트이다. 오리피스의 크기는 오리피스 플레이트를 가로 지르는 압력차에 따라 좌우되어 공급 속도를 결정한다. 또다른 실시양태에서, 흐름 제어 장치는 수동 블록 밸브이다. 흐름 제어 장치가 이용될 때, 본 방법은 전형적으로 환류 응축기(24)로부터 증류 탑(14)의 상단부(16) 내로 분배된 응축물의 양에 대한 함수로서 그리고 재비기(26)으로부터 형성된 증기의 양에 대한 함수로서 증류 시스템(10) 내로 증기를 도입하는 속도를 제어하는 단계를 추가로 포함한다.

그 증류 시스템(10)은 또한 증류 탑(14)과 유체적으로 연결되어 있는 중화 탑(28)을 포함할 수도 있다. 증류 탑(14)에서 형성된 증류물은 중화 탑(28) 내로 도입될 수 있거나, 또는 중화 탑(28)을 사용하는 일 없이 다른 목적에, 예컨대 "염소 버너"에서 수소를 사용하여 염화수소를 형성시키는 것, 상승된 브롬 수준이 최종 생성물의 품질에 유의적으로 영향을 미치지 않는 공정에 있어 포스겐을 형성시키는 것, 또는 브롬이 최종 생성물 품질 또는 전체 공정에 유의적으로 영향을 미치지 않는 다른 공정 중 직접 염소화하는 것에 사용될 수 있다.

중화 탑(28)은 해당 기술 분야에 공지되어 있는 바와 같이 임의의 크기 및 형상을 가질 수 있다. 전형적으로, 그 중화 탑(28)은 도 5 및 6에 설명된 바와 같은 형상을 갖지만, 그러한 형상에 국한되어 있지 않다. 그 중화 탑(28)은 전형적으로 제1 단부(30) 및 제2 단부(32)를 갖는 컬럼이다. 이 제1 단부(30) 및 제2 단부(32)는 도 5 및 6에 도시되어 있는 바와 같이 전형적으로 다양한 폭, 예를 들면 직경(D₃, D₄)을 갖는다. 바꾸어 말하면, 그 중화 탑(28)은 전형적으로 다양한 지점에서 다양한 폭을 갖는다. 전형적으로, 그 다양한 폭 또는 직경(D₃, D₄)은 6 인치 내지 5 피트이다. 중화 탑(28)은 전형적으로 1 미터 내지 100 미터의 높이를 갖는다. 하나의 실시양태에서, 제1 단부(30)는 실린더형이고, 약 10 인치의 직경을 갖는다. 다른 실시양태에서, 제2 단부(32)는 실린더형이고, 약 3 피트의 직경을 갖는다. 다른 실시양태에서, 중화 탑(28)은 폭 및/또는 높이 ± 60%, ± 50%, ± 40%, ± 30%, ± 25%, ± 20%, ±10%, ± 5%, 또는 상기 언급된 값들 중 사이의 임의 범위를 갖는다.

그 중화 탑(28)의 제1 단부(30)는 중력 및 지면에 관하여 제2 단부(32) 위에 배치된다. 중화 탑(28)은 도 5 및 6에서 설명된 바와 같이 전형적으로 제1 단부 및 제2 단부(30, 32)를 통해 연장되는 수직 축(V₂)을 갖는다. 전형적으로, 제1 단부 및 제2 단부(30, 32)는 수직 축(V₂)에 따라 연장된다. 하나의 실시양태에서, 중화 탑(28)은 수직 축(V₂)으로부터 방사상으로 연장되며 그리고 그 수직 축(V₂)과 둔각을 형성하는 제3 쌍의 소울더(38)를 갖는다. 중화 탑(28)은 또한 제1 단부 및 제2 단부(30, 32)를 분리할 수 있거나 분리하지 않을 수 있는 수평 축(H₂)을 가질 수 있다.

중화 탑(28)은 증류 탑(14)과 동일한 것일 수 있거나, 또는 상이한 것일 수 있다. 중화 탑(28)은 증류 탑(14)과 비하여 상기 설명된 것과 동일한 치수를 가질 수 있거나, 또는 상이한 치수를 가질 수 있다.

전형적으로, 중화 탑(28)은 액체 염소 및 브롬 성분, 예를 들면 분자 브롬 및 브롬-모노클로라이드를 중화시키는데 사용된다. 하나의 실시양태에서, 중화 탑(28)은 환원제 및 환원 촉매를 함유한다. 전형적으로, 그 환원제는 금속 수산화물, 금속 아황산화물 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 하나의 실시양태에서, 환원제는 알칼리 금속 수산화물, 알칼리 토금속 수산화물 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 다른 실시양태에서, 환원제는 알칼리 금속 아황산화물, 알칼리 토금속 아황산화물 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 또다른 실시양태에서, 환원제는 수산화나트륨(NaOH), 중아황산나트륨(NaHSO₃), 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 그 환원 촉매는 해당 기술 분야에 공지된 임의의 것일 수 있으며 그리고 전형적으로 금속 환원 촉매로서 추가 한정된다. 전형적인 금속 환원 촉매로는 팔라듐, 백금, 니켈 및 이들의 조합이 포함되지만, 이에 국한되는 것은 아니다. 단지 설명적인 목적으로, 액체 염소, 분자 브롬 및 브롬 모노클로라이드의 전형적인 환원 반응(및 다른 부반응)은 다음과 같이 설명된다:

(1) Br₂ + Cl₂ ↔ 2 BrCl

(2) Br₂_(l) + 2 NaOH₍_aq₎→ NaBr₍_aq₎+ NaOBr₍_aq₎ + H₂O_(l)

(3) 3 BrO^-₍_aq₎ → 2 Br^-₍_aq₎+ BrO₃^-₍_aq₎

(4) Cl₂₍_aq₎ + 2 Br^-₍_aq₎　 →　 2 Cl^-₍_aq₎+ Br₂₍_aq₎

(5) Cl₂_(l) + 2 NaOH₍_aq_{) →} NaCl₍_aq₎+ NaOCl₍_aq₎ + H₂O_(l)

(6) 3 ClO^-₍_aq₎ → 2 Cl^-₍_aq₎+ ClO₃^-₍_aq₎

(7) Br₂₍_aq₎ + 2 Cl^-₍_aq₎　 →　 2 Br^-₍_aq₎+ Cl₂₍_aq₎

(8) NaOBr₍_aq₎ + NaHSO₃ + NaOH → Na₂SO₄ + NaBr + H₂O

(9) NaOCl₍_aq₎ + NaOH →　Na₂SO₄ + NaCl + H₂O

하나의 실시양태에서, 액체 염소 및 브롬 성분은 가성 물질(caustic agent), 예컨대 상기 기술된 것들에 의한 처리를 통해 하이포염소산염으로 전환된다. 하이포염소산염은 분해되어 알칼리 할로겐화물 및 산소를 형성할 수 있다. 임의의 특정한 이론에 의해 한정하고자 하는 것은 아니지만, 주요 화학 반응은 다음의 방정식으로 표시될 수 있는 것으로 생각된다:

하나의 실시양태에서, 염소 가스는 수산화나트륨과 반응되어 염화나트륨 및 하이포염소산나트륨을 형성하고, 이어서 그 하이포염소산나트륨은, 예를 들면 하기 기술된 Hydecat 공정을 이용하여, 추가 처리될 수 있다. 전형적으로, 하이포염소산나트륨 및 염화나트륨을 처리하는데 사용된 촉매는 코발트, 구리, 철, 마그네슘, 몰리브덴 및/또는 니켈의 금속 산화물 또는 수산화물을 포함한다. 이러한 촉매는 지지될 수 있거나 지지되지 않을 수 있다. 하이포염소산나트륨을 염화나트륨으로 전환시키는데 사용된 촉매는 본 발명에서 구체적으로 한정되어 있지 않다. 임의의 특정한 이론에 의해 한정하고자 하는 것은 아니지만, 시간, 온도, pH, 및 촉매 및 하이포염소산염의 농도는 상기 설명된 반응에 영향을 미치는 것으로 생각된다. 전형적으로, pH 7 이하에서, 하이포염소산염은 용이하게 분해되어 유리 염소를 방출한다.

하나의 실시양태에서, 본 발명은 명백하게 본원에 참고 인용되어 있는 미국 특허 번호 4,764,286에 기술된 바와 같은 촉매를 사용한다. 다른 실시양태에서, 본 발명은 마찬가지로 명백하게 본원에 참고 인용되어 있는 미국 특허 번호 4,963,341에 기술된 바와 같은 촉매를 사용한다. 게다가, 본 발명은 또한 마찬가지로 명백하게 본원에 참고 인용되어 있는 WO 9218235에 기술된 바와 같은 Hydecat(등록상표) 공정을 이용한다.

증류 시스템(10)은 또한 해당 기술 분야에 공지된 바와 같이 추가의 부품을 포함할 수 있다. 예를 들면, 증류 시스템(10)은 증류 및 증류 시스템(10) 및 부품에 관하여 명백하게 본원에 참고 인용되어 있는 문헌[Perry's Chemical Engineer's Handbook, McGraw-Hill Professional; 8th edition(October 23, 2007)]에 기술된, 추가의 응축기, 추가의 증류 탑(14), 추가의 재비기(26) 및 적당한 밸브, 배관 및 임의의 다른 적합한 부품을 포함할 수 있다.

다시 본 방법을 언급하면, 방법은 또한 증기를 증류 시스템(10) 내로 도입하여 정제된 염소 가스를 제공하고, 액체 염소와 브롬 성분, 및 삼염화질소를 포함하는 바닥부 성분을 포함하는 증류물을 제공하는 단계를 포함한다. 방법은 또한 환류 응축기(24)에서 증기를 응축하여 응축물을 형성함으로써 정제된 염소 가스 및 증류물을 형성하는 단계로서, 응축물은 이 응축물이 증기-액체 접촉 장치에서 증기와 상호작용하도록 환류 응축기(24)로부터 증류 탑(14)의 상단부(16) 내로 흐르는 것인 단계를 포함한다. 그 방법은 또한 재비기(26)에서 응축물을 가열하는 단계를 포함한다. 이 단계는 바닥부 성분내 삼염화질소를 분해할 수 있다. 게다가, 방법은 증류 시스템(10)으로부터 정제된 염소 가스를 회수하고 증류 시스템(10)으로부터 증류물을 회수하는 단계를 포함한다. 상기 설명된 바와 같이, 증류물은 증류 시스템(10)으로부터 회수되어 중화 탑(28) 내로 도입될 수 있거나, 또는 다른 목적에 사용될 수 있다. 하나의 실시양태에서, 기화기(12)는 증류 탑(14) 및/또는 재비기(24)의 크기가 감소될 수 있도록 증류 시스템(10)에 열을 가한다. 이 실시양태에서, 재비기(26)는 필요한 것보다 달리 더 적은 에너지를 사용하는데, 왜냐하면 기화기(12)가 염소를 적당한 온도로 가열하고 동시에 재비기(26)가 그 온도를 유지하기 때문이다. 이 실시양태에서, 과열된 염소 가스는 기화기(12)로부터 증류 탑(14)으로 진입된다. 임의의 특정한 이론에 의해 한정하고자 하는 것은 아니지만, 이 실시양태, 및 본 발명은 에너지 소비를 감소시키고 안전성을 증가시키는 것으로 생각된다.

상기 설명된 바와 같이, 증류물은 전형적으로 액체 염소 및 브롬 성분, 그리고 삼염화질소를 포함하는 바닥부 성분을 포함한다. 하나의 실시양태에서, 증류물은 Br₂ 및 BrCl를 포함한다. 증류물은 전형적으로 삼염화질소를 분해할 수 있는 재비기(26)에서 가열된다. 증류물이 증류 탑(14)으로부터 회수될 때, 브롬 성분은 전형적으로 마찬가지로 회수된다. 브롬 성분은 해당 기술 분야의 당업자에 의해 선택된 바와 같이 임의 온도에서 증류 시스템(10)으로부터 회수될 수 있다. 하나의 실시양태에서, 증류 시스템(10)은 상기 설명된 바와 같이 브롬 성분이 감소되고 처분되도록 중화 탑(28)과 유체 소통한 상태에 있다. 다른 실시양태에서, 증류 시스템(10)은 브롬 성분이 다양한 하류 용도에서 사용될 수 있도록 저장 탱크와 유체 소통한 상태에 있다. 본 발명은 또한 기화기(12)에서 증류 시스템(10)으로의 흐름을 제어하는 방법을 제공한다. 이 방법에서, 환류 응축기(24), 재비기(26) 및 증기 도입부는 전형적으로 흐름 제어 장치와 전기적으로 커플링되어 있다. 그 방법은 증기를 증류 탑(14) 내로 도입하는 단계, 환류 응축기(24)에서 증기를 응축하여 응축물을 형성하는 단계, 재비기(26)에서 응축물을 가열하는 단계, 및 환류 응축기(24)로부터 증류 탑(14)의 상단부(16) 내로 흐르는 응축물의 양에 대한 함수로서 그리고 재비기(26)로부터 형성된 증기의 양에 대한 함수로서 증기를 증류 탑(14) 내로 도입하는 속도를 제어하여 증류 탑(14)에서 응축물의 축적을 최소화하는 단계를 포함한다.

하나의 실시양태에서, 증류 시스템(10)은 정제된 염소 가스가 일산화탄소와 반응하여 포스겐 가스를 생성할 수 있도록(Cl₂ + CO → COCl₂) 포스겐 반응기와 유체 소통한 상태에 있다.

본 발명은 또한 바로 위에서 설명된 바와 같이 생성될 수 있는 아민과 포스겐의 반응 생성물을 포함하는 이소시아네이트를 형성하는 방법을 제공한다. 그 이소시아네이트는 디이소시아네이트, 폴리이소시아네이트, 이소시아네이트 및 폴리이소시아네이트의 바이우레트, 이소시아네이트 및 폴리이소시아네이트의 이소시아누레이트, 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. 하나의 실시양태에서, 이소시아누레이트는 n-작용성 이소시아네이트이다. 이 실시양태에서, n은 바람직하게는 2 내지 5의 수, 보다 바람직하게는 2 내지 4의 수, 가장 바람직하게는 2 내지 3의 수이다. n은 정수일 수 있거나 또는 2 내지 5의 중간 값을 가질 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 대안으로, 이소시아네이트는 방향족 이소시아네이트, 지방족 이소시아네이트 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 다른 실시양태에서, 이소시아네이트는 지방족 이소시아네이트, 예컨대 헥사메틸렌 디이소시아네이트 또는 H12MDI이다. 이소시아네이트 성분은 또한 변성 다가 지방족 이소시아네이트로서, 즉 지방족 디이소시아네이트 및/또는 지방족 폴리이소시아네이트의 화학 반응을 통해 얻어지는 생성물로서 추가 한정될 수 있다. 예로는 우레아, 바이우레트, 알로파네이트, 카르보디이미드, 우레토이민, 이소시아누레이트, 우레탄 기, 다이머, 트리머 및 이들의 조합(이들에 국한되는 것은 아님)이 포함된다. 하나의 실시양태에서, 이소시아네이트는 방향족 이소시아네이트로서 추가 한정된다. 전형적으로, 방향족 이소시아네이트는 화학식 R'(NCO)_Z에 해당하고, 여기서 R'는 방향족이고, z는 R'의 원자가에 상응하는 정수이다. 바람직하게는 z는 2 이상이다. 방향족 이소시아네이트의 적합한 예로는 테트라메틸크실릴렌 디이소시아네이트(TMXDI), 1,4-디이소시아네이토벤젠, 1,3-디이소시아네이토-O-크실렌, 1,3-디이소시아네이토-p-크실렌, 1,3-디이소시아네이토-m-크실렌, 2,4-디이소시아네이토-1-클로로벤젠, 2,4-디이소시아네이토-1-니트로-벤젠, 2,5-디이소시아네이토-1-니트로벤젠, m-페닐렌 디이소시아네이트, p-페닐렌 디이소시아네이트, 2,4-톨루엔 디이소시아네이트, 2,6-톨루엔 디이소시아네이트, 2,4- 및 2,6-톨루엔 디이소시아네이트의 혼합물, 1,5-나프탈렌 디이소시아네이트, 1-메톡시-2,4-페닐렌 디이소시아네이트, 4,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트, 2,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트, 4,4'-바이페닐렌 디이소시아네이트, 3,3'-디메틸-4,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트, 3,3'-디메틸디페닐메탄-4,4'-디이소시아네이트, 트리이소시아네이트, 예컨대 4,4',4"-트리페닐메탄 트리이소시아네이트, 폴리메틸렌 폴리페닐렌 폴리이소시아네이트 및 2,4,6-톨루엔 트리이소시아네이트, 테트라이소시아네이트, 예컨대 4,4'-디메틸-2,2'-5,5'-디페닐메탄 테트라이소시아네이트, 툴루엔 디이소시아네이트, 2,2'-디페닐메탄 디이소시아네이트, 2,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트, 4,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트, 폴리메틸렌 폴리페닐렌 폴리이소시아네이트, 이들의 상응하는 이성질체 혼합물, 및 이들 조합(이들에 국한되는 것은 아님)이 포함된다. 대안으로, 방향족 이소시아네이트는 m-TMXDI와 1,1,1-트리메틸올프로판의 트리이소시아네이트 생성물, 톨루엔 디이소시아네이트와 1,1,1-트리메틸올프로판의 반응 생성물, 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. 하나의 실시양태에서, 이소시아네이트는 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트, 톨루엔 디이소시아네이트, 헥사메틸렌 디이소시아네이트, H12MDI 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된다.

포스겐과 반응하여 이소시아네이트를 형성하는 아민은 해당 기술 분야에 공지된 것일 수 있다. 하나의 실시양태에서, 그 아민은 포스겐과 반응하여 중간체 이소시아네이트를 형성하고, 이어서 그 중간체 이소시아네이트는 추가 반응하여 상기 설명된 이소시아네이트 중 하나 이상을 형성한다. 전형적으로, 아민은 피리딘과 같은 염기의 존재 하에 하기 방정식에 따라 포스겐과 반응한다:

RNH₂ + COCl₂ → RN=C=O + 2 HCl

이소시아네이트를 형성하는 방법은 전형적으로 염소 공급물을 기화기(12) 내로 도입하는 단계, 기화기(12)에서 염소 공급물을 가열하여 증기를 형성하는 단계, 및 증기를 기화기(12)와 유체적으로 연결되어 있는 증류 탑(14) 내로 도입하는 단계를 포함한다. 염소 공급물, 기화기(12), 증기 및 증류 탑(14)은 전형적으로 상기 기술되어 있는 바와 같지만, 상기 설명에 국한되는 것은 아니다. 이 방법은 전형적으로 증류 탑(14)에서 증기를 증류하여 정제된 염소 가스 일백만 중량부 당 브롬 성분 5 중량부 미만을 갖는 정제된 염소 가스를 형성하는 단계를 포함한다. 추가로, 그 방법은 전형적으로 응축물을 가열하고 재비기(26)에서 삼염화질소를 분해하는 단계, 정제된 염소 가스를 증류 탑(14)으로부터 회수하는 단계, 증류물을 증류 탑(14)로부터 회수하는 단계, 정제된 염소 가스를 일산화탄소와 반응하여 포스겐을 형성하는 단계, 및 그 포스겐을 아민과 반응하여 이소시아네이트를 형성하는 단계를 포함한다. 이 방법의 단계들은 상기 설명된 것들과 동일하거나 상이한 것일 수 있다.

본 발명은 예시적인 방식으로 설명되어 있으며, 사용되는 용어는 제한하는 단어라기보다는 오히려 설명하는 단어의 성질에 있는 것으로 이해되어야 한다. 명백하게도, 본 발명의 수 많은 변경예 및 변형예는 상기 교시내용의 측면에서 가능하며, 그리고 본 발명은 구체적으로 설명된 바와 달리 실시할 수 있다.

Claims

염소 성분, 브롬 성분, 및 삼염화질소를 포함하는 염소 공급물(chlorine supply)을 증류 시스템에서 정제하여 정제된 염소 가스 일백만 중량부 당 브롬 성분 20 중량부 미만을 갖는 정제된 염소 가스를 형성시키고 액체 염소와 브롬 성분을 포함하는 증류물(distillate)을 형성시키는 방법으로서,
상기 증류 시스템은 기화기(vaporizer)에 유체적으로 연결되어 있으며, 그리고 상단부 및 하단부, 이 상단부 및 하단부를 통해 연장되는 수직 축, 및 증기와 응축물 간의 증기-액체 계면을 제공하는 증기-액체 접촉 장치를 갖는 증류 탑(distillation tower), 증류 탑의 상단부와 유체 소통하고 증류 탑 위에 배치되며 증류 탑과 수직 축을 공유하는 환류 응축기(reflux condensor)를 포함하고,
상기 증류 시스템은 또한 증류 탑 아래에 배치되고 증류 탑의 하단부와 유체 소통하는 재비기(reboiler)를 포함하며,
상기 방법은
A. 염소 공급물을 기화기 내로 도입하는 단계,
B. 기화기에서 염소 공급물을 50℃ 내지 120℃의 온도로 가열하여 증기를 형성시키는 단계,
C. 증기를 증류 시스템 내로 도입하여 정제된 염소 가스를 제공하고, 액체 염소와 브롬 성분, 및 삼염화질소를 포함하는 바닥부 성분을 포함하는 증류물을 제공하는 단계,
D. 환류 응축기에서 증기를 응축하여 응축물을 형성함으로써 정제된 염소 가스 및 증류물을 형성하는 단계로서, 응축물은 이 응축물이 증기-액체 접촉 장치에서 증기와 상호작용하도록 환류 응축기로부터 증류 탑의 상단부 내로 흐르는 것인 단계,
E. 응축물을 재비기에서 가열하는 단계,
F. 정제된 염소 가스를 증류 시스템으로부터 회수하는 단계, 및
G. 증류물을 증류 시스템으로부터 회수하는 단계
를 포함하는 것인 방법.
제1항에 있어서, 염소 공급물은 물 및 사염화탄소를 추가로 포함하는 것인 방법.
제2항에 있어서, 염소 성분은 액체 분자 염소 및 기체 분자 염소를 포함하는 것인 방법.
제1항에 있어서, 브롬 성분은 분자 브롬 및 브롬 모노클로라이드(bromine monochloride)를 포함하는 것인 방법.
제1항에 있어서, 염소 공급물은 염소 성분, 브롬 성분, 삼염화질소, 물 및 사염화탄소로 주구성되고, 염소 성분은 액체 분자 염소 및 기체 분자 염소를 포함하며, 브롬 성분은 분자 브롬 및 브롬 모노클로라이드를 포함하는 것인 방법.
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제1항에 있어서, 액체 염소 및 브롬 성분을 중화하는 단계를 추가로 포함하며, 중화 단계는 환원 촉매의 존재 하에 액체 염소 및 브롬 성분을 환원제와 반응시켜 염을 형성시키는 것으로서 추가 한정되고, 환원제는 금속 수산화물, 금속 아황산염 및 이들의 조합으로 된 군으로부터 임의로 선택되며, 환원 촉매는 금속인 것인 방법.
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제1항에 있어서, 정제된 염소 가스를 회수하는 단계 및 증류물을 회수하는 단계는 동시에 일어나는 것인 방법.
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제1항에 있어서, 증류 탑은 실린더형이고, 증류 탑의 상단부는, 액체 염소 및 증류 탑의 바닥부에 존재하는 삼염화질소의 양을 최소화하도록, 증류 탑의 하단부의 직경보다 더 큰 직경을 갖는 것인 방법.
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제1항에 있어서, 재비기에서 응축물을 가열하는 단계는 90℃ 내지 110℃의 온도로 가열하는 것으로서 추가 한정되는 것인 방법.
제1항에 있어서, 환류 응축기, 재비기 및 증류 탑에 대한 증기 도입부(vapor input)가 증기를 증류 시스템 내로 도입하는 속도를 제어하기 위한 흐름 제어 장치에 전기적으로 커플링되어 있고, 방법은 환류 응축기로부터 증류 탑의 상단부 내로 흐르는 응축물의 양에 대한 함수로서 그리고 재비기로부터 형성된 증기의 양에 대한 함수로서 증기 도입부를 통해 증류 시스템 내로 증기를 도입하는 속도를 제어하는 단계를 추가로 포함하는 것인 방법.
제1항에 기재된 방법으로부터 얻어지는 정제된 염소 가스와 일산화탄소를 반응시키는 단계를 포함하는, 포스겐을 형성시키는 방법.
제19항에 기재된 방법으로부터 형성된 포스겐과 아민의 반응 생성물을 포함하는 이소시아네이트를 형성시키는 방법.
분자 염소를 포함하는 염소 성분, 분자 브롬과 브롬 모노클로라이드를 포함하는 브롬 성분, 삼염화질소, 물 및 사염화탄소로 주구성되는 염소 공급물을 증류 시스템에서 정제하여 정제된 염소 가스 일백만 중량부 당 브롬 성분 20 중량부 미만을 갖는 정제된 염소 가스를 형성시키고 액체 염소 및 브롬 성분을 포함하는 증류물을 형성시키는 방법으로서,
상기 증류 시스템은 기화기에 유체적으로 연결되어 있으며, 그리고 상단부, 하단부, 및 이 상단부 및 하단부를 통해 연장되는 수직 축을 갖는 증류 탑을 포함하고, 상단부는 하단부의 직경보다 더 큰 직경을 가지며, 증류 탑은 증기와 응축물 간의 증기-액체 계면을 제공하는 복수의 수평 트레이, 증류 탑 위에 배치되고 증류 탑의 상단부와 유체 소통하며 증류 탑과 수직 축을 공유하는 환류 응축기, 및 증류 탑 아래에 배치되고 증류 탑의 하단부와 유체 소통하는 재비기를 포함하며, 환류 응축기, 재비기 및 증류 탑에 대한 증기 도입부가 증기를 증류 시스템 내로 도입하는 속도를 제어하기 위한 흐름 제어 장치에 전기적으로 커플링되어 있고,
상기 방법은 환류 응축기로부터 증류 탑의 상단부 내로 흐르는 응축물의 양에 대한 함수로서 그리고 재비기로부터 형성된 증기의 양에 대한 함수로서 증기 도입부를 통해 증기를 증류 시스템 내로 도입하는 속도를 제어하는 단계를 추가로 포함하며,
상기 방법은
A. 염소 공급물을 기화기 내로 도입하는 단계,
B. 기화기에서 염소 공급물을 50℃ 내지 120℃의 온도로 가열하여 증기를 형성시키는 단계,
C. 증기를 증류 시스템 내로 도입하여 정제된 염소 가스를 제공하고, 액체 염소와 브롬 성분, 및 삼염화질소를 포함하는 바닥부 성분을 포함하는 증류물을 제공하는 단계로서, 증기를 증류 시스템 내로 도입하는 속도는 환류 응축기로부터 형성된 응축물의 양에 대한 함수로서 그리고 재비기로부터 형성된 증기의 양에 대한 함수로서 제어되도록 한 것인 단계,
D. 환류 응축기에서 증기를 응축하여 응축물을 형성함으로써 정제된 염소 가스 및 증류물을 형성하는 단계로서, 응축물은 이 응축물이 증기-액체 접촉 장치에서 증기와 상호작용하도록 환류 응축기로부터 증류 탑의 상단부 내로 흐르는 것인 단계,
E. 재비기에서 응축물을 90℃ 내지 110℃의 온도로 가열하는 단계, 및
F. 정제된 염소 가스 및 증류물을 증류 시스템으로부터 동시에 회수하는 단계
를 포함하는 것인 방법.
제21항에 있어서, 증류물과 환원제를 반응시켜 염을 형성시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
제22항에 있어서, 증류물과 환원제를 반응시키는 단계는 환원 촉매의 존재 하에 증류물과 환원제를 반응시키는 것으로서 추가 한정되고, 환원제는 금속 수산화물, 금속 아황산염, 및 이들의 조합으로 된 군으로부터 선택되며, 환원 촉매는 금속인 것인 방법.
제22항에 기재된 방법으로부터 얻어지는 정제된 염소 가스와 일산화탄소를 반응시키는 단계를 포함하는, 포스겐을 형성시키는 방법.
염소 성분, 브롬 성분, 및 삼염화질소를 포함하는 염소 공급물을 정제하는 증류 시스템으로서,
상기 증류 시스템은 정제된 염소 가스의 일백만 중량부 당 브롬 성분 20 중량부 미만을 갖는 정제된 염소 가스를 형성시키고 액체 염소 및 브롬 성분을 포함하는 증류물을 형성시키고,
상기 증류 시스템은
A. 상단부, 하단부, 이 상단부와 하단부를 통해 연장되는 수직 축을 갖는 증류 탑으로서, 상단부는 하단부의 직경보다 더 큰 직경을 가지며, 증류 탑은 증기와 응축물 간의 증기-액체 계면을 제공하는 복수의 수평 트레이를 포함하는 것인 증류 탑,
B. 증류 탑 위에 배치되고 증류 탑의 상단부와 유체 소통하며 상기 증류 탑과 수직 축을 공유하는 환류 응축기,
C. 증류 탑 아래에 배치되고 증류 탑의 하단부와 유체 소통하는 재비기, 및
D. 증기 도입부를 통해 증류 탑에 유체적으로 연결되어 있으며 염소 공급물을 50℃ 내지 120℃의 온도로 가열하여 증기를 형성시키는 기화기
를 포함하고, 환류 응축기, 재비기 및 증류 탑에 대한 증기 도입부는 환류 응축기로부터 증류 탑의 상단부 내로 흐르는 응축물의 양에 대한 함수로서 그리고 재비기로부터 형성된 증기의 양에 대한 함수로서 증기 도입부를 통해 증기를 증류 시스템 내로 도입하는 속도를 제어하기 위한 흐름 제어 장치에 전기적으로 커플링되어 있는 것인 증류 시스템.
제25항에 있어서, 환류 응축기는 녹백 응축기로서 추가 한정되는 것인 증류 시스템.
제25항에 있어서, 증류 탑의 상단부 직경과 하단부 직경의 비율이 2:1 내지 8:1인 증류 시스템.
제25항에 있어서, 염소 성분은 액체 분자 염소 및 기체 분자 염소를 포함하고, 브롬 성분은 분자 브롬 및 브롬 모노클로라이드를 포함하는 것인 증류 시스템.
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제25항에 있어서, 증류물을 중화시키기 위해 증류 탑에 유체적으로 연결된 중화 탑(neutralization tower)을 추가로 포함하며, 중화 탑은, 액체 염소, 분자 브롬 및 브롬 모노클로라이드를 중화시키기 위해, 금속 수산화물, 금속 아황산염, 및 이들의 조합으로 된 군으로부터 선택된 환원제 및 금속 환원 촉매를 포함하는 것인 증류 시스템.
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제25항에 있어서, 정제된 염소 가스와 일산화탄소를 반응시켜 포스겐을 형성시키기 위한 포스겐 반응기와 유체 소통하는 증류 시스템.
기화기로부터 증류 시스템으로 가는 증기의 흐름을 제어하는 방법으로서,
상기 증류 시스템은 상단부, 하단부, 및 증기-액체 접촉 장치를 갖는 증류 탑, 응축물이 증류 탑의 상단부 내로 흐르도록 증기를 응축물로 응축하는, 증류 탑 위에 배치되고 증류 탑의 상단부와 유체 소통하는 환류 응축기, 응축물을 가열하는, 증류 탑 아래에 배치되고 증류 탑의 하단부와 유체 소통하는 재비기, 및 증기 도입부를 통해 증류 탑에 유체적으로 연결되어 있으며 염소 공급물을 50℃ 내지 120℃의 온도로 가열하여 증기를 형성시키는 기화기를 포함하고, 상기 환류 응축기, 재비기 및 증류 탑에 대한 증기 도입부는 증기를 증류 시스템 내로 도입하는 속도를 제어하기 위한 흐름 제어 장치에 전기적으로 커플링되어 있으며,
상기 방법은
A. 증기를 증류 탑 내로 도입하는 단계,
B. 환류 응축기에서 증기를 응축하여 응축물을 형성시키는 단계,
C. 재비기에서 응축물을 가열하는 단계, 및
D. 환류 응축기로부터 증류 탑의 상단부 내로 흐르는 응축물의 양에 대한 함수로서 그리고 재비기로부터 형성된 증기의 양에 대한 함수로서 흐름 제어 장치에 의해 증기를 증류 탑 내로 도입하는 속도를 제어하여 증류 탑에서 응축물의 축적을 최소화하는 단계
를 포함하는 것인 방법.
제34항에 있어서, 증류 탑은 상단부 및 하단부를 통해 연장되는 수직 축 및 상단부와 하단부 사이에 연장되는 수평 축을 가지며, 상단부는 하단부의 직경보다 더 큰 직경을 갖고, 증기-액체 접촉 장치는 증기와 응축물 사이의 증기-액체 계면을 제공하도록 복수의 수평 트레이로서 추가 한정되는 것인 방법.
제34항에 있어서, 증류 탑의 상단부는 0.5 미터 이상의 직경을 가지며, 증류 탑의 하단부는 0.5 미터 미만의 직경을 갖는 것인 방법.
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제34항에 있어서, 염소 공급물은 염소 성분, 브롬 성분, 및 삼염화질소를 포함하고, 방법은 정제된 염소 가스 일백만 중량부 당 브롬 성분 20 중량부 미만을 갖는 정제된 염소 가스를 형성시키고 액체 염소와 브롬 성분을 포함하는 증류물을 형성시키는 단계를 추가로 포함하는 것인 방법.
제39항에 있어서, 브롬 성분은 분자 브롬 및 브롬 모노클로라이드를 포함하는 것인 방법.
제40항에 있어서, 증기는 물 및 사염화탄소를 추가로 포함하는 것인 방법.
제41항에 있어서, 증기는 염소 성분, 분자 브롬, 브롬 모노클로라이드, 삼염화질소, 물, 및 사염화탄소로 주구성되는 것인 방법.
제40항에 있어서, 증류 시스템은, 액체 염소, 분자 브롬 및 브롬 모노클로라이드를 중화하기 위한, 증류 탑과 유체적으로 연결되어 있으며, 그리고 금속 수산화물, 금속 아황산염 및 이들의 조합으로 된 군으로부터 선택된 환원제 및 환원 촉매를 함유하는 중화 탑을 추가로 포함하는 것인 방법.
제39항에 있어서, 동시적으로 실시하는 정제된 염소 가스를 회수하는 단계 및 증류물을 회수하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
제39항에 있어서, 증류 시스템은 일산화탄소와 정제된 염소 가스를 반응시키기 위한 포스겐 반응기와 유체 소통하고, 방법은 일산화탄소와 정제된 염소 가스를 반응시켜 포스겐을 형성시키는 단계를 추가로 포함하는 것인 방법.