專利名稱：氣態氯的冷卻方法
技術領域：
本發明涉及來自高溫的氣態氯的冷卻方法，更具體講是電解所生成氣態氯的冷卻方法。
氯可由多種電解質的電解而制成，例如氯化氫水溶液電解。但更多是由堿金屬氯化物特別是氯化鈉的水溶液電解而得，此方法的全世界產量極大。
堿金屬氯化物溶液的電解可在多種槽中進行。可以采用這樣的電解槽，其中有石墨或金屬陽極和流動的汞陰極，氯在陽極釋出，鈉在電解過程中釋出后與汞陰極反應而形成堿金屬汞齊，然后與水反應形成堿金屬氫氧化物溶液和氫。
在使用隔膜式電解槽電解堿金屬水溶液時，將該溶液送入電解槽的陽極室，電解中生成的氯就從這個陽極室送出，堿金屬氯化物溶液通過隔膜，從陰極室中取走電解生成的氫和堿金屬氫氧化物，所產出的堿金屬氫氧化物是堿金屬氯化物和堿金屬氫氧化物的混合溶液。
對于隔膜式電解槽而言，將堿金屬水溶液送入該槽的陽極室并電解后，生成氯并從該陽極室除掉已消耗的堿金屬氯化物溶液，堿金屬離子穿過隔膜而進入該模的陰極室，向此室中還加入稀釋堿金屬氫氧化物的水，由堿金屬離子與水反應所生成的氫和堿金屬氫氧化物溶液即從該槽的陰極室取走。
所有這些電解過程都是高溫操作，例如接近于該電解質溶液的沸點，例如在90℃左右或更高，因為高溫時電解效率較高。電解產品也必然在進行電解的溫度產出，所以在送去貯存或冷卻之前必須冷卻。電解的氣態產品尤其需要冷卻。如果需要冷卻的氣態氯是要進行壓縮液化的情況，迄今所用的方法是用填充塔或滌氣器使氯與水直接接觸，也可由水水氯間接接觸來冷卻。
用水直接冷卻氣態氯需供應大量冷卻水，此外，由于氣態氯與冷卻水直接接觸，使得氣態氯飽和了水蒸汽，達到與冷卻水溫度的水的蒸汽壓相應的壓力。氣態氯也可能與液體水混合成霧狀。所以有必要從氣態氯中除掉這些水蒸汽和水霧滴，特別當氯是準備壓縮液化時，常用的除去水霧滴方法是將氯通過一個過濾器，例如用纖維過濾器;并且使氯與一種干燥介質(如硫酸)相接觸以除掉水蒸汽。所以干燥氯氣時需要大量的干燥介質。
GB1125453中描述了一種方法，是將電解產生的氣態氯以熱交換方式用送進電解槽之前的電解質冷卻。送進電解槽的電解質可以是堿金屬氯化物水溶液，而熱交換可采取使氣態氯與該電解質直接接觸的方式。采取這種操作方式，冷卻液體需用量大大減少，實際上已可不需用冷卻水，并且使該電解質至少部分加熱，從而為將之加熱到操作溫度減小了加熱負荷。
使氣態氯與準備送進電解槽的電解質接觸還有另外的好處。由于在給定的溫度條件下，在水溶液例如該電解質溶液上方的水蒸汽壓要小于同條件下只是水的上方的蒸汽壓，于是用這種溶液直接接觸冷卻后的氣態氯中水蒸汽含量要少于用單是水直接接觸冷卻后氣態氯中的水蒸汽含量，于是從氣態氯中除掉水的負荷減小，所需干燥介質也減少。
雖然電解生產氯時一般是在略低于常壓，而近年來已提出在高于常壓生產氯。例如，GB1547062描述了一種堿金屬囟化物水溶液電解方法，是采用隔膜電解槽，槽內壓力保持在高于常壓，但不超過7千克/平方厘米絕對壓力。加壓生產氯的好處在于，至少可以省掉其后將氯液化所需的壓縮功。
本發明的基本點在于冷卻氣態氯的方法是用一種溶質例如電解質的水溶液在送入電解槽之前與電解生成的氯直接接觸，而不是用水本身與氯直接接觸，當該氣態氯是在升壓條件下操作時，帶來額外的意想不到的好處。當氣態氯是與水直接接觸而冷卻時，會生成氯的水合物。生成氯的水合物是非常不利的，因為它是一種固體物，會從冷卻水中沉淀出來，導致裝置及設備堵塞。例如，當氯壓力為4巴表壓時，在氯與水直接接觸時當溫度低于23.5℃時即生成氯的水合物。而為了便于液化，氯一定要冷卻到遠低于23.5℃，并且通過干燥來降低氯中水分含量，所以在與水直接接觸冷卻時，生成氯水合物的機會很大。另方面，在同上壓力由氣態氯與20%(重量)的氯化鈉水溶液接觸時，只有當溫度下降到低于14℃才能形成氯的水合物，所以生成氯的水合物的機會就小得多。當在更高壓力使氣態氯與水直接接觸時，氯趨向于冷凝成液體。所以在7.5巴表壓，于低于28℃與冷卻水接觸會形成液態氯和氯的水合物，若是與20%(重量)氯化鈉水溶液接觸，只是當溫度低于20℃方才形成液氯與氯水合物的混合物。
本發明是提供一種氣態氯冷卻方法，其中的氣態氯是高于0.5巴表壓，并使之與一種溶質的水溶液直接接觸而冷卻。
本發明方法涉及氣態氯的冷卻，不論該氣態氯是如何生產的。但是，一般是電解法生產的氣態氯，例如由堿金屬氯化物水溶液電解而得，該氯也可由任何適宜電解質的電解而制得;例如用氯化氫水溶液電解。該氯可由任何適宜類型電解槽制得，但最好是由隔膜型電解槽制得，例如用配備有陽離子交換膜的電解槽，因為此型的電解槽特別適用于高于常壓操作。
氣態氯可以與任何適當溶質的水溶液直接接觸而冷卻。而特別便利的方式是使氣態氯與一種電解質的水溶液直接接觸，例如用于電解生產氯的堿金屬氯化物水溶液，并且是在該溶液送進該電解槽之前進行接觸。按本發明方法這樣操作，至少能完成該氣態氯所需的部分冷卻，同時完成該溶液的部分升溫，而該溶液送入電解槽之前是需要加熱的。此外，溶解于冷卻液體中的氯不需要另外回收，因為它與電解質水溶液一起送入電解槽。
氣態氯由該溶液直接接觸冷卻后，溶液的溫度一定是低于氣態氯的溫度。溶液的適當溫度是環境溫度，例如25℃，但可以高些或低些。
與氣態氯接觸的水溶液中溶質濃度越高，在室溫度條件下該溶液上方的水蒸汽壓力越低，并且氣態氯與該溶液直接接觸后其中所含水蒸汽量也越少，并且氣態氯于后工序干燥時除水量也越少。為此理由，所用水溶液最好是高濃度的，優選溶質濃度至少10%(重量)，更好是至少20%(重量)。使用飽和溶液是適宜的。
舉例而言，干25℃在水本身上方的蒸汽壓是23.9毫米，而濃度25%(重量)NaCl水溶液的水蒸汽壓只有18.5毫米。在該水溶液中存在有NaCl使水蒸汽壓下降23%，并在氣態氯與該溶液直接接觸后將之冷卻到25℃，同時和與水直接接觸冷卻相比，也相應地降低了冷卻后氣態氯中水蒸汽含量。
由上述理由，在用堿金屬水溶液電解生產氯時，最好該溶液是飽和或基本上飽和的溶液。
按本發明所生產氣態氯的壓力可在廣范圍內變化。氣態氯的壓力可以與電解槽中生產氯的壓力相同。另外方式，也可將剛生產出來的氣態氯在按本發明方法冷卻之前先將之升高壓力。例如，氣態氯的壓力可以大于1巴表壓，也可以高達10巴表壓、12巴表壓或更高。按本發明方法，氯達到冷卻后溫度時可這仍處于氣態。另外的方式，氣態氯也可以是這樣的壓力，當其按本發明方法冷卻后而液化。氣態氯的壓力一般不高于10巴表壓。在實施中，對于氣態氯壓力可有一個上限，就是電解槽能承受的最大壓力。
按本發明方法，氣態氯開始與水溶液直接接觸的溫度一般是氯生產出來時(例如電解生產)的同一溫度，例如約90℃。
按本發明方法，當氣態氯是準備冷卻而液化時，則要求將氯冷卻至盡量低的溫度，但不能冷卻到形成氯的水合物的溫度。此外，還要求當氣態氯與該水溶液直接接觸時，不要冷卻到氯液化的溫度。
采用與水溶液直接接觸法氯可以冷卻到的溫度是取決于氣態氯的壓力和該溶質在水溶液中的濃度，但一般情況下氯應冷卻至不高于30℃，最好是冷卻至不高于20℃。
本發明方法可在適當容器中實施，在該容器中使氣態氯與一種溶質的水溶液直接接觸。例如，可在迄今為止由與水直接接觸法冷卻氯所慣用的滌氣器或填料塔中使氣態氯與該溶液接觸，此處不必詳述，但為使該等容器能在高壓操作，可能要增加某些簡單措施。
在本發明的優選實施方案中，是以逆流方式使氣態氯料流與該水溶液直接接觸。例如，氣態氯料流與水溶液的接觸可以在多個容器中分級進行，使氣態氯和水溶液以逆流方式通過這一串容器。這樣，氣態氯的溫度逐級下降，而水溶液溫度逐級升高;例如當該水溶液是一種堿金屬氯化物水溶液時，從這一串的最后一個容器放出的溶液就達到或接近電解槽所要求的電解溶液溫度。
按本發明方法與水溶液直接接觸后的氣態氯可含有一些霧滴形式的該溶液，可將這些溶液霧滴與氯氣分開，然后再將氣態氯送去干燥，除掉水蒸汽。除掉這些霧滴可采用已知方法，例如將氣態氯通過一個過濾器，例如用纖維過濾器。
氣態氯可通過與一種干燥介質接觸而干燥，例如用硫酸干燥，并在需要時，可將干燥后氯氣壓縮和/或液化。
權利要求
1.一種冷卻氣態氯的方法，其特征在于將高溫和高于0.5巴表壓的氣態氯與一種溶質的水溶液直接接觸而冷卻。
2.按權利要求1的方法，其中的氯是由堿金屬氯化物水溶液經電解所制得。
3.按權利要求2的方法，其中該溶液是在隔膜式電解槽中進行電解。
4.按權利要求1-3中任一項的方法，其中該氣態氯是與一種堿金屬氯化物水溶液直接接觸。
5.按權利要求4的方法，其中所述直接接觸是在該堿金屬氯化物水溶液進行電解之前由氣態氯與該溶液直接接觸。
6.按權利要求1-5中任一項的方法，其中該水溶液中的溶質濃度是至少10%(重量)。
7.按權利要求6的方法，其中該水溶液是基本上飽和的溶液。
8.按權利要求1-7中任一項的方法，其中氣態氯的壓力是大于1巴表壓。
9.按權利要求8的方法，其中氣態氯的壓力最高可達10巴表壓。
10.按權利要求1-9中任一項的方法，其中的氣態氯是冷卻到不高于30℃的溫度。
11.按權利要求1-10中任一項的方法，其中的氣態氯和一種溶質的水溶液是以逆流方式直接接觸。
全文摘要
一種冷卻氣態氯的方法，其中的氣態氯是在高溫和高于0.5巴表壓的壓力，便如高達12巴表壓，其冷卻方法是使之與一種溶質的水溶液直接接觸，該溶液例如是電解法生產氯的堿金屬氯化物的水溶液。
文檔編號C25B1/46GK1041404SQ8910746
公開日1990年4月18日 申請日期1989年9月19日 優先權日1988年9月19日
發明者斯蒂芬·弗朗西斯·凱爾漢姆 申請人:帝國化學工業公司