用于从电化学反应器的气态阳极出口料流分离氯气的方法和设备技术

本发明专利技术涉及一种用于从电化学电池反应器的气态阳极出口物流质量流中分离氯气的方法。在第一方面，该方法利用吸收步骤，其中电化学电池反应器的阳极出口料流质量流暴露于与水基本上不可混溶的有机溶剂，以实现氯气和氯化氢的

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于从电化学反应器的气态阳极出口料流分离氯气的方法和设备
本专利技术涉及一种用于从电化学电池反应器的气态阳极出口料流质量流分离氯气的方法。在第一方面，该方法利用吸收步骤，其中该电化学电池反应器的阳极出口料流质量流被暴露于有机溶剂，以用于通过将氯气溶解在有机溶剂中来实现氯气和氯化氢的效益(exergyefficient)分离。在另一方面，该方法利用吸收步骤，其中阳极出口料流质量流被暴露于离子液体，其中氯化氢溶解于所述离子液体中，由此形成基本上包含氯气的气体流和包含离子液体和氯化氢的溶液质量流。氯化氢在解吸步骤中从溶液质量流中解吸。在另一方面，该方法利用蒸馏步骤，其中在至少1巴、例如至少2巴的静态压力下分离阳极出口料流质量流以实现效益分离。
技术介绍
在多种合成方法中都需要使用氯气作为基础化学品，例如用于在工业上生产聚碳酸酯和异氰酸酯，诸如亚甲基二异氰酸酯和甲苯二异氰酸酯。在这些合成方法中，在反应步骤中采用光气，由此一方面消耗氯气，同时作为副产物产生氯化氢。作为副产物的氯化氢超过了在其他化学过程中的需要，因此有利的是对来自氯化氢的氯气进行再循环利用。在现有技术中，通过将氯化氢非均相催化转化为氯气来进行氯气的再循环，缺点是投资成本高。氯化氢的电化学转化兼具小型工厂模块化和产能灵活性的优点。氯化氢电化学转化的一种变化形式是隔膜电解槽技术，其将作为含水氢氯酸进料流进给的氯化氢进行转化。US8153838B2公开了一种利用膜的更具效益的电解槽技术变化形式，所述技术已经由Bayer和Uhdenora以工业规模进行应用。该工艺的其他细节在ThyssenKruppUhdeGmbH于2012年发表的“Hydrochloricacidelectrolysissustainablechlorineproduction”中公开。US5580437A公开了另一种用于气相工艺中的电化学转换的变化形式，其中将气态氯化氢通入可透过质子的膜阳极。在阳极通过氧化氯化氢形成包含氯气和未转化氯化氢的阳极出口料流，由此质子扩散穿过膜到达阴极并与包含氧气或含氧气体的阴极气体反应，由此形成水。通过分离器从阳极出口料流中的未反应氯化氢中分离氯气，所述分离通常涉及例如蒸馏、吸收、萃取或膜分离。DE102013009230A1公开了一种用于在气相反应中将氯化氢转化成氯气和水的电化学电池，并且建议对包含氧气或含氧气体的阴极气体进行加湿以使膜具有更好的质子电导率。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于以小的需求(exergydemand)从电化学电池反应器的气态阳极出口料流质量流中分离氯气的方法和设备。已经发现，通过在吸收步骤中施加利用有机溶剂的分离步骤可以实现减少需求。因此，本专利技术提供了一种用于从电化学电池反应器的气态阳极出口料流质量流中分离氯气的方法，所述阳极出口料流质量流基本上包含氯气和无水氯化氢。所述方法包括吸收步骤a)，其中所述阳极出口料流质量流被暴露于与水基本不可混溶的有机溶剂。由此，形成包含有机溶剂的溶液质量流，所述有机溶剂包含氯气和部分氯化氢。氯气和部分氯化氢均溶解于所述有机溶剂中。此外，形成基本上包含氯化氢的气体流。根据本专利技术，利用有机溶剂使溶液可适于在随后的解吸步骤中对氯气进行效益分离。根据本专利技术的有机溶剂是与水基本上不可混溶的有机溶剂。在一个方面，有机溶剂是非极性溶剂。例如，非极性溶剂定义为具有小于15的介电常数。应当理解，电化学电池包括通过膜分开的阳极和阴极，所述膜可透过质子以及水。其中，在阴极和阳极之间通过电源施加电势。膜将电化学电池分割成两个半电池，所述两个半电池通常仅利用质子可透过性而进行质子连接。气态氯化氢流进给至电化学电池反应器的阳极侧半电池中，所述阳极通过电源氧化氯化氢，从而形成氯气和质子。质子扩散穿过膜到达阴极。阴极气体进给至电化学电池反应器的阴极侧半电池。例如，在一个实施方案中，阴极气体包含可以进行增湿的氧气。在阴极，阴极气体中的氧气被电源还原，由此形成水和从阳极侧扩散的质子作为阴极侧半电池的产物。或者，质子在阴极被还原成氢气。在电化学电池中，在电化学电池反应器的阳极侧进给的氯化氢基本上是干燥的。这使得利用根据本专利技术的吸收步骤能够实现节省与有利的平衡两者进行结合。吸收步骤应理解为例如在吸收塔中进行，特别是在具有鼓泡塔板、筛底的吸收塔或填充式吸收塔中进行。例如，吸收塔布置为使得阳极出口料流质量流中的氯气从阳极出口料流质量流至有机溶剂具有良好的质量传输。通常，气体流在顶部离开吸收塔。溶液质量流通常在底部离开吸收塔。阳极出口料流质量流通常被通入吸收塔底部以使塔升高。有机溶剂质量流通常被通入塔顶部。通过这些方式，阳极出口料流质量流和有机溶剂质量流形成逆流流动，以实现氯气至有机溶剂中的良好的质量传输。根据本专利技术的吸收步骤使得能够将基本上包含氯化氢的气体流直接再循环到电化学电池反应器中。由此，可以利用电化学电池反应器中可能的不同单通转化来实现高的氯化氢总转化率，因此可以实现低电池电势。由于氯化氢在有机溶剂中不发生解离，因此吸收步骤意味着溶液的熵产生减少，因此可再循环的氯化氢的Gibbs焓损失减少，而没有其他损失或能耗过程。因此，投资成本也低。在吸收步骤中，通过将有机溶剂的质量流调节至将基本上所有的氯气吸收至溶液质量流中所需的最小量，能够实现进一步的节省。这允许对来自阳极出口料流质量流的大部分氯化氢直接进行再循环。通过压缩阳极出口料流质量流、然后再将其暴露于有机溶剂，能够减少吸收步骤中所需的有机溶剂的量。这使得能够额外节省。尽管压缩需要较高的电能消耗，但是在考虑使相应较少量的有机溶剂沸腾的必要费用时，已发现总的减少了。已证明，有利的吸收静态压力为至少1巴、至少2巴，例如至少8巴。进一步地，具有涉及有机溶剂的步骤a)的该方法还包括萃取步骤b)和解吸步骤c)。在萃取步骤b)中，将步骤a)中获得的溶液质量流暴露于水质量流，由此形成基本上包含水质量流和从所述溶液萃取的氯化氢的含水氯化氢质量流。从而，形成纯化的溶液质量流，所述纯化的溶液质量流由有机溶剂和氯气组成。在解吸步骤c)中，将氯气从萃取步骤b)中获得的纯化的溶液质量流中解吸出来。萃取步骤和解吸步骤c)的结合产生高纯度的解吸氯气，从而使得能够对所述氯气进行再循环并用作化学合成步骤的产物，例如用于生产聚碳酸酯和诸如亚甲基二苯基二异氰酸酯和甲苯二异氰酸酯的异氰酸酯的合成工艺。可以在萃取装置中进行萃取步骤。萃取装置应理解为用于以较大的相界面将溶液质量流暴露于水质量流的装置。有机溶剂基本上不溶于水，反之亦然。因此，可以在例如混合沉降装置中进行整个萃取步骤，其中混合沉降装置的混合组分产生所述相界面，以将氯化氢从溶液质量流良好地质量传输至水质量流中。在实现所述质量传输之后，利用混合沉降装置的沉降组分中的密度差进行含水氯化氢质量流与纯化的溶液质量流的分离，其中所述含水氯化氢质量流在溶液质量流和纯化的溶液质量流中不可溶。纯化的溶液质量流与含水氯化氢质量流从萃取装置中排出。纯化的溶液质量流进行解吸本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于从电化学电池反应器的气态阳极出口料流质量流中分离氯气的方法，所述阳极出口料流质量流基本上包含氯气和无水氯化氢，所述方法包括以下步骤：/na)吸收步骤，其中所述阳极出口料流质量流暴露于有机溶剂，由此形成：/n-溶液质量流，其包含含有氯气和部分氯化氢的有机溶剂，所述氯气和所述部分氯化氢均溶解在所述有机溶剂中/n和/n-基本上包含氯化氢的气体流，/nb)萃取步骤，其中在a)中获得的所述溶液质量流暴露于水质量流，/n由此形成：/n-含水氯化氢质量流，其基本上包含水质量流和从所述溶液中萃取的氯化氢/n和/n-纯化的溶液质量流，其由有机溶剂和氯气组成，/nc)解吸步骤，其中从b)中获得的纯化的溶液质量流中解吸氯气，/n由此所述有机溶剂与水基本上不混溶，特别地，所述有机溶剂为非极性有机溶剂。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171128 EP 17203967.91.一种用于从电化学电池反应器的气态阳极出口料流质量流中分离氯气的方法，所述阳极出口料流质量流基本上包含氯气和无水氯化氢，所述方法包括以下步骤：
a)吸收步骤，其中所述阳极出口料流质量流暴露于有机溶剂，由此形成：
-溶液质量流，其包含含有氯气和部分氯化氢的有机溶剂，所述氯气和所述部分氯化氢均溶解在所述有机溶剂中
和
-基本上包含氯化氢的气体流，
b)萃取步骤，其中在a)中获得的所述溶液质量流暴露于水质量流，
由此形成：
-含水氯化氢质量流，其基本上包含水质量流和从所述溶液中萃取的氯化氢
和
-纯化的溶液质量流，其由有机溶剂和氯气组成，
c)解吸步骤，其中从b)中获得的纯化的溶液质量流中解吸氯气，
由此所述有机溶剂与水基本上不混溶，特别地，所述有机溶剂为非极性有机溶剂。


2.一种用于从电化学电池反应器的气态阳极出口料流质量流中分离氯气的方法，所述阳极出口料流质量流基本上包含氯气和无水氯化氢，所述方法包括以下步骤：
a)吸收步骤，其中所述阳极出口料流质量流暴露于离子液体，由此形成溶液质量流，所述溶液质量流包含含有溶于所述离子液体的氯化氢的离子液体和基本上含有氯气的气体流，
b)解吸步骤，其中通过降低压力和/或升高温度从所获得的溶液质量流将氯化氢解吸出来。


3.一种用于从电化学电池反应器的气态阳极出口料流质量流中分离氯气的方法，所述阳极出口料流质量流基本上包含氯气和无水氯化氢，所述方法包括蒸馏步骤，其中在至少1巴、例如至少2巴、例如至少3巴的静态压力下分离所述阳极出口料流质量流，由此形成包含氯化氢的顶部产物质量流和包含氯气的底部产物质量流。


4.根据权利要求3所述的用于从气态阳极出口料流质量流中分离氯气的方法，其中在蒸馏步骤中使用的蒸馏塔中的冷凝器温度高于195K。


5.根据权利要求3或4所述的用于从气态阳极出口料流质量流中分离氯气的方法，其中所述静态压力为至少4巴、至少6巴、至少8巴。


6.根据权利要求1中任一项所述的用于从气态阳极出口料流质量流中分离氯气的方法，其中所述溶剂为选自芳香族溶剂、卤代烷烃、烷烃和环烷烃的非极性有机溶剂，包括氯仿、苯、甲苯和辛烷。


7.根据前述权利要求中任一项所述的用于从气态阳极出口料流质量流中分离氯气的方法，由此分离的氯化氢被至少部分再循环至所述电化学电池反应器的阳极的入口。


8.根据前述权利要求中任一项所述的用于从气态阳极出口料流质量流中分离氯气的方法，由此分离的氯化氢被至少部分转化成浓盐酸。


9.根据权利要求1所述的用于从气态阳极出口料流质量流中分离氯气的方法，其中所述解吸步骤c.)是蒸馏步骤。


10.根据前述权利要求中任一项所述的用于从气态阳极出口料流质量流中分离氯气的方法，其中所述出口料流包含根据氯化氢至氯气的转化率为50％-80％的氯气。...

【专利技术属性】
技术研发人员：西蒙·贝克特尔，坦贾·维达科维奇·科赫，卡伊·松德马赫尔，
申请(专利权)人：马克斯·普朗克科学促进学会，
类型：发明
国别省市：德国;DE