BRPI0708094A2 - aparelho para reação de oxidação de ácido clorìdrico e método para reação de oxidação de acìdo clorìdrico - Google Patents
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Abstract
APARELHO PARA REAçãO DE OXIDAçãO DE áCIDO CLORìDRICO E MéTODO PARA REAçãO DE OXIDAçãO DE áCIDO CLORIDRICO. A presente invenção refere-se a um aparelho para reação de oxidação de ácido clorídrico para produção de cloro, oxidando ácido clorídrico através de uma reação de contato em fase gasosa na presença de um catalisador, usando ácido clorídrico e oxigênio como matérias-primas principais, em que o aparelho para reação de oxidação de ácido clorídrico inclui uma parte de mistura, para misturar as matérias-primas gasosas, e uma tubulação de transferência, para transferir as matérias-primas gasosas misturadas da parte de mistura a um reator para uma reação de contato em fase gasosa, sendo a superfície de contato com gás da parte de mistura e/ou uma parte da superfície de contato com gás da tubulação de transferência feita de ou coberta com tântalo ou liga tântalo-tungstênio, bem como o método para reação de oxidação de ácido clorídrico usando o mesmo.
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "APARELHOPARA REAÇÃO DE OXIDAÇÃO DE ÁCIDO CLORÍDRICO E MÉTODOPARA REAÇÃO DE OXIDAÇÃO DE ÁCIDO CLORÍDRICO".
Campo Técnico
A presente invenção refere-se a um aparelho para reação deoxidação de ácido clorídrico, produzindo cloro pela oxidação de ácido clorí-drico através de uma reação de contato em fase gasosa na presença de umcatalisador, bem como a um método para realizar tal reação de oxidação deácido clorídrico usando o referido aparelho.
Antecedentes dá Técnica
Um processo de produção de cloro por oxidação através de umareação de contato em fase gasosa na presença de um catalisador constituium método geral para produzir cloro. As matérias-primas principais no pro-cesso de oxidação de ácido clorídrico são ácido clorídrico gasoso e oxigêniogasoso. Tipicamente, entretanto, ácido clorídrico e oxigênio não reagidosque são coletados após a reação de oxidação de ácido clorídrico são reci-clados e misturados com as matérias-primas ácido clorídrico gasoso e oxi-gênio gasoso para uso como parte dos agentes da reação.
Como a reação de oxidação de ácido clorídrico é tipicamenterealizada em temperatura de reação de cerca de 300 a 400°C, é necessárioque o ácido clorídrico gasoso e o oxigênio gasoso que são as matérias-primas e os gases reciclados como o ácido clorídrico e o oxigênio recicladossejam previamente aquecidos a uma temperatura de 250 a 300°C. Tal pre-aquecimento é feito independentemente para cada gás ou após mistura par-cial ou total destes gases.
Entretanto, como uma parte desses gases de alimentação e osgases reciclados podem conter umidade, o material do aparelho da reaçãode oxidação de ácido clorídrico, particularmente o material da tubulação detransferência que alimenta as matérias-primas gasosas e os gases recicla-dos no reator para a reação de oxidação de ácido clorídrico, deve ser ade-quadamente selecionado levando em conta esta presença de umidade. Emuma temperatura que exceda suficientemente, em valor que depende dapressão e da composição do gás, o ponto de orvalho do ácido clorídrico, quefica em torno de 100 a 200°C, aço inoxidável, níquel e liga de níquel podemser usados como material da tubulação; entretanto, abaixo e na proximidadedo ponto de orvalho do ácido clorídrico estes materiais seriam sujeitos a cor-rosão, de modo que a seleção de um material adequado é difícil.
A Comissão de Pesquisa sobre Engenharia de Corrosão (Rese-arch Committee on Corrosion Engineering) da Sociedade de Ciência de Ma-teriais (Society of Materials Science), Japan Data vol. 30, No. 162, páginas11-18 (1991) descreve a seleção de materiais para o reator no processo deoxidação de ácido clorídrico; entretanto, nenhuma descrição é feita para omaterial da tubulação de transferência que leva as matérias-primas gasosase os gases reciclados ao reator.Descrição da Invenção
A presente invenção foi feita para resolver os problemas citados,e um objetivo da mesma é prover um aparelho para reação de oxidação deácido clorídrico e um método para realização da reação de oxidação de áci-do clorídrico, pelo qual a mistura das matérias-primas gasosas e/ou a intro-dução dos gases reciclados e o preaquecimento dos gases misturados pos-sam ser executados sem gerar corrosão na superfície de contato de gás daparte de mistura, para mistura das matérias-primas gasosas, na superfíciede contato de gás da parte de introdução, para introdução dos gases reci-clados, e na superfície de contato de gás da tubulação de transferência, paratransferência das matérias-primas gasosas e dos gases reciclados ao reator,para reação de oxidação de ácido clorídrico no processo de produção decloro por oxidação de ácido clorídrico através de uma reação de contato emfase gasosa, na presença de um catalisador, usando ácido clorídrico e oxi-gênio como matérias-primas principais.
A presente invenção refere-se a um aparelho para reação deoxidação de ácido clorídrico para produzir cloro oxidando ácido clorídricoatravés de uma reação de contato em fase gasosa na presença de um cata-lisador usando ácido clorídrico e oxigênio como matérias-primas principais,em que o aparelho para reação de oxidação de ácido clorídrico inclui umaparte de mistura para misturar as matérias-primas gasosas e uma tubulaçãode transferência para transferir as matérias-primas gasosas misturadas naparte de mistura a um reator, para reação de oxidação de ácido clorídrico, eem que a superfície de contato com gás da parte de mistura e/ou uma parteda superfície de contato com gás da tubulação de transferência é feita detântalo ou liga tântalo-tungstênio ou é coberta com tântalo ou liga tântalo-tungstênio.
A presente invenção refere-se também ao aparelho para reaçãode oxidação de ácido clorídrico acima descrito, incluindo adicionalmente umaparte de introdução para introduzir um gás reciclado, que é coletado após areação de oxidação de ácido clorídrico, nas matérias-primas gasosas mistu-radas, e em que a superfície de contato com gás da parte de introdução éfeita de tântalo òu liga tântalo-tungstênio ou é coberta com tântalo ou ligatântalo-tungstênio.
Aqui é preferível que o aparelho para reação de oxidação de á-cido clorídrico acima descrito inclua adicionalmente uma instalação para su-prir vapor d' água a pelo menos uma parte da porção que é feita de ou co-berta com tântalo ou liga tântalo-tungstênio, de modo que a concentração deumidade nos gases misturados nessa parte que é feita de ou coberta comtântalo ou liga tântalo-tungstênio seja de 0,5 % em mol ou mais.
A presente invenção refere-se também a um método para rea-ção de oxidação de ácido clorídrico usando o aparelho de reação de oxida-ção de ácido clorídrico acima descrito.
Adicionalmente, a presente invenção refere-se a um método deuso de uma tubulação para transferir um gás contendo ácido clorídrico, emque uma parte da superfície de contato com gás é feita de tântalo ou ligatântalo-tungstênio ou é coberta com tântalo ou liga tântalo-tungstênio, sendoa concentração de umidade no gás contendo ácido clorídrico na parte que éfeita de ou coberta com tântalo ou liga tântalo-tungstênio ajustada em 0,5 %em mol ou mais.
De acordo com a presente invenção, a mistura das matérias-primas gasosas e/ou a introdução dos gases reciclados e o preaquecimentodos gases misturados podem ser realizados sem gerar corrosão na superfí-cie de contato dé gás da parte de mistura para misturar as matérias-primasgasosas, na superfície de contato de gás da parte de introdução para intro-duzir os gases reciclados, e na superfície de contato de gás da parte da tu-bulàção de transferência para transferir as matérias-primas gasosas e osgases reciclados ao reator, para reação de oxidação de ácido clorídrico emum processo de produção de cloro oxidando ácido clorídrico através de umareação de contato em fase gasosa na presença de um catalisador utilizandoácido clorídrico e oxigênio como matérias-primas principais. Também, deacordo com o método de uso de uma tubulação da presente invenção, gera-ção de corrosão na tubulação de transferência dos gases pode ser evitadaem várias reações que lidam com gases contendo ácido clorídrico, além dareação de oxidação de ácido clorídrico.
Isto pode reduzir trabalho adicional ou custos como os de repa-ração ou substituição da parte afetada por corrosão. Adicionalmente, podeser evitada a contaminação da tubulação de transferência usada para trans-ferir as matérias-primas gasosas, o reator, e similares, por cloretos de metalou similares.
Breve Descrição dos Desenhos
A figura 1 é uma vista conceituai mostrando o aparelho para re-ação de oxidação de ácido clorídrico um a três das modalidades da presenteinvenção.
A figura 2é uma vista conceituai mostrando o aparelho para re-ação de oxidação de ácido clorídrico do quarto da modalidade da presenteinvenção.
Descrição dos Símbolos
11, 201 parte de mistura, 12, 202 parte de introdução, 13, 203reator, 1, 2, 3, 4, 5 tubulação de transferência, T14, T15, T16, T17, T204,T205, T206, T210 tubo de transferência, 207, 208, 209 trocador de calor.
Melhores Modalidades da Invenção
O aparelho para reação de oxidação de ácido clorídrico da pre-sente invenção é um aparelho para reação de oxidação de ácido clorídricopara produzir cloro oxidando ácido clorídrico através de uma reação de con-tato em fase gasosa na presença de um catalisador, usando ácido clorídricoe oxigênio como matérias-primas principais, em que o aparelho para reaçãode oxidação de ácido clorídrico inclui uma parte de mistura para misturar asmatérias-primas gasosas e uma tubulação de transferência para transferir asmatérias-primas gasosas misturadas da parte de mistura a um reator parareação de oxidação de ácido clorídrico, e em que a superfície de contatocom gás da parte de mistura e/ou uma parte da superfície de contato comgás da parte de tubulação de transferência é feita de tântalo ou liga tântalo-tungstênio ou é coberta com tântalo ou liga tântalo-tungstênio. Por ter taiscaracterísticas, a mistura das matérias-primas gasosas e o preaquecimentodas matérias-primas gasosas misturadas podem ser realizados sem gerarcorrosão na superfície de contato de gás da parte de mistura e/ou da partede tubulação de transferência.
Na presente especificação, o termo "parte de mistura" refere-sea uma parte do aparelho para reação de oxidação de ácido clorídrico que é aparte em que o ácido clorídrico gasoso e o oxigênio gasoso que constituemas matérias-primas são misturados. A forma da "parte de mistura" não éparticularmente limitada. Entretanto, como mostrado esquematicamente nafigura 1, ela não precisa constituir uma peça independente tendo uma formaparticularmente especial, podendo ser simplesmente uma parte de conexãode um tubo de transferência para transferir ácido clorídrico gasoso e de umtubo de transferência para transferir oxigênio gasoso.
Na presente especificação, o termo "parte de introdução" refere-se a uma parte do aparelho para a reação de oxidação de ácido clorídricoque é a parte em que o gás reciclado coletado após a reação de oxidação deácido clorídrico é introduzido nas matérias-primas gasosas misturadas.
A forma da "parte de introdução" não é particularmente limitada.Entretanto, como mostrado esquematicamente na figura 1, ela não precisaconstituir uma peça independente tendo uma forma particularmente especial,podendo ser simplesmente uma parte de conexão de um tubo de transferên-cia para transferir as matérias-primas gasosas misturadas e um tubo detransferência para suprir os gases reciclados. O termo "gases reciclados"refere-se a gases que são coletados após a reação de oxidação de ácidoclorídrico e são reutilizados como parte das matérias-primas da reação deoxidação de ácido clorídrico. Especificamente, eles são ácido clorídrico eoxigênio gasosos. Estes gases reciclados podem em alguns casos contercloro gasoso e/ou água que são produtos de reação. O ácido clorídrico ga-soso e o oxigênio gasoso podem ser coletados separadamente ou em con-junto. Estes gases reciclados podem também ser introduzidos separada-mente ou em conjunto nas matérias-primas gasosas misturadas.
Na presente especificação, o termo "superfície de contato comgás" refere-se a uma superfície de parede interna que é posta em contatocom os gases transferidos.Primeira Modalidade
Em seguida, o primeiro modalidade do aparelho para reação deoxidação de ácido clorídrico será descrito com referência a figura 1. A figura1 é uma vista conceituai mostrando uma modalidade do aparelho para rea-ção de oxidação de ácido clorídrico da presente invenção, e ilustra esque-maticamente vias de passagem dos tubos de transferência para transferirmatérias-primas gasosas de cada parte de suprimento alimentando ácidoclorídrico gasoso CG1 e oxigênio gasoso OG1 que são as matérias-primasda reação a um reator 13 para a reação de oxidação de ácido clorídrico.Aqui, na descrição da presente modalidade, é assumido que o gás recicladoRG1 e o vapor de água VG1 descritos na figura 1, bem como os tubos detransferência (T16, T17) para suprimento dos mesmos, estão ausentes.
Na figura 1, primeiramente, ácido clorídrico gasoso CG1 e oxi-gênio gasoso OG1, que são matérias-primas para a reação, são fornecidos apartir das respectivas partes de suprimento e passam através de tubos detransferência separados (T14 ou T15) para chegar à parte de mistura 11 pa-ra serem misturados. As matérias-primas gasosas misturadas passam su-cessivamente através de uma tubulação de transferência 1, uma tubulaçãode transferência 2, e uma tubulação de transferência 3 com trocador de calor(não ilustrado) e são pré-aquecidas pará ter eventualmente uma temperaturade cerca de 250°C para suprimento ao reator 13. Aqui, na tubulação detransferência 1, as matérias-primas gasosas misturadas são aquecidas datemperatura ambiente até cerca de 100 a 160°C. Na tubulação de transfe-rência 2, as matérias-primas gasosas misturadas são aquecidas até cercade 200°C. Na tubulação de transferência 3, as matérias-primas gasosasmisturadas são aquecidas até cerca de 250°C.
Na presente modalidade, ácido clorídrico gasoso CG1 e oxigêniogasoso OG1, que são matérias-primas, são supridos em temperatura próxi-ma da ambiente. A pressão das matérias-primas gasosas pode ser a pres-são atmosférica ou maior. Quando as matérias-primas gasosas são pressu-rizadas, é particularmente preferível que a pressão seja de 0,1 a 1,0 MPa. Omaterial do tubo de transferência T14 entre a parte de suprimento de ácidoclorídrico gasoso e a parte de mistura 11 e nã parte de mistura 11, pode serqualquer material que não sofra corrosão por ácido clorídrico gasoso nestatemperatura; entretanto, metais como aço carbono, aço inoxidável, uma ligade níquel e uma fluoro-resina podem ser mencionados como exemplos.
Uma tubulação cuja superfície de contato com gás seja feita deou coberta com tântalo ou liga tântalo-tungstênio pode ser usada para estaspartes; entretanto, em vista dos custos, é preferível usar uma tubulação feitacom os materiais acima mencionados. Também, como material do tubo detransferência T15 da parte supridora de oxigênio à parte de mistura 11, umaampla faixa de materiais pode ser selecionada porque o oxigênio não é cor-rosivo, e materiais não inflamáveis como aço inoxidável como SUS304 ouSUS316L, aço carbono, níquel, ou uma liga de níquel podem ser usados.Naturalmente, de modo similar, uma tubulação cuja superfície de contatocom gás seja feita de ou coberta com tântalo ou liga tântalo-tungstênio podetambém ser usada.
Aqui, tântalo usado como material de construção ou material decobertura não é particularmente limitado; entretanto, é usado, de preferên-cia, tântalo com pureza de 99,80% ou acima. A liga tântalo-tungstênio usa-da como material de construção ou material de cobertura não é particular-mente limitada; entretanto, por exemplo, tântalo-2,5% tungstênio, tântalo-10% tungstênio, ou similares podem ser usadas. Entre estas, tântalo-2,5%tungstênio tem característica anticorrosão equivalente à do tântalo, e é por-tanto, especialmente preferível. Também, métodos convencionalmente co-nhecidos podem ser usados para recobrir a superfície de contato com gás,com tântalo ou liga tântalo-tungstênio, e um método de revestimento podeser mencionado como exemplo.
Como material da tubulação de transferência 1, é usada, de pre-ferência, uma fluoro-resina. Uma tubulação cuja superfície de contato comgás seja feita de ou coberta com tântalo ou liga tântalo-tungstênio pode serusada para a tubulação de transferência 1; entretanto, em vista dos custos, épreferível usar uma tubulação feita com uma fluoro-resina ou uma tubulaçãocuja superfície interna seja revestida com uma fluoro-resina.
Na tubulação de transferência 2, as matérias-primas gasosassão adicionalmente aquecidas até cerca de 200°C. A superfície de contatocom gás da tubulação de transferência 2 é feita de ou coberta com tântaloou liga tântalo-tungstênio. Pela construção ou cobertura da superfície decontato com gás da tubulação de transferência 2 com tântalo ou liga tântalo-tungstênio, as matérias-primas gasosas misturadas podem ser preaquecidasa cerca de 200°C sem provocar corrosão na superfície de contato com gásda tubulação de transferência 2 mesmo se as matérias-primas gasosas con-tiverem. Aqui, uma tubulação feita com uma fluoro-resina ou similares nãopode ser usada como tubulação de transferência 2. Pois seria amolecida emtemperatura de 160 a 200°C. Uma tubulação feita com um material metálicocomo aço inoxidável, níquel, ou uma liga de níquel também não pode serusada, porque caso houver umidade nas matérias-primas gasosas, estesmetais sofrerão corrosão na faixa de temperaturas à qual a tubulação detransferência 2 será exposta.
Como material da tubulação de transferência 3, é preferível usaraço inoxidável, níquel, uma liga de níquel, ou similares. Isto porque estesmateriais não sofrerão corrosão em uma faixa de temperaturas altas como200 to 250°C que é suficientemente mais alta que a temperatura de ponto deorvalho do ácido clorídrico. Uma tubulação cuja superfície de contato comgás é feita de ou coberta com tântalo ou liga tântalo-tungstênio pode ser u-sada para a tubulação de transferência 3; entretanto, em vista dos custos, épreferível usar uma tubulação feita com aço inoxidável, níquel, uma liga deníquel, ou similares.
Como descrito acima, construindo ou cobrindo pelo menos a su-perfície de contato com gás da tubulação de transferência 2 com tântalo ouliga tântalo-tungstênio, as matérias-primas gasosas podem ser preaquecidasaté uma temperatura pré-determinada sem gerar corrosão.
Segundo modalidade
A segunda modalidade do aparelho para reação de oxidação deácido clorídrico da presente invenção é um aparelho para reação de oxida-ção de ácido clorídrico em que a primeira modalidade é adicionalmente pro-vido com uma parte de introdução 12, para introduzir um gás reciclado RG1nas as matérias-primas gasosas misturadas, sendo a superfície de contatocom gás da parte de introdução 12 feita de ou coberta com tântalo ou ligatântalo-tungstênio. Tendo tais características, a introdução de gás recicladoRG1 e o preaquecimento das matérias-primas gasosas misturadas e dasmatérias-primas gasosas após a introdução dos gases reciclados podem serrealizados sem gerar corrosão na parte de introdução 12.
A presente modalidade será também descrita com referência àfigura 1 e na descrição da presente modalidade, é assumido que vapor deágua VG1 ilustrado na figura 1 e o tubo de transferência T17 para seu su-primento estão ausentes.
Aqui, a descrição de partes já descritas na primeira modalidadenão será repetida, e apenas as características do atual modalidade serãodescritas. A peça característica da presente modalidade é a parte de intro-dução 12 para introduzir gás reciclado RG1 nas matérias-primas gasosas.Na atual modalidade, a parte de introdução 12 está disposta na tubulação detransferência 2. Gás reciclado RG1 entra na tubulação de transferência 2através desta parte de introdução 12, e é introduzido nas matérias-primasgasosas incluindo ácido clorídrico gasoso CG1 e oxigênio gasoso OG1. Asmatérias-primas gasosas nas quais o gás reciclado RG1 foi introduzido sãoaquecidas eventualmente até cerca de 200°C na tubulação de transferência
2. A temperatura do gás reciclado introduzido RG1 não é particularmentelimitada; entretanto, é cerca de 120°C na atual modalidade .
A superfície de contato com gás da parte de introdução 12 naqual o gás reciclado RG1 é introduzido e da tubulação de transferência 2 éfeita de ou coberta com tântalo ou liga tântalo-tungstênio. Construindo oucobrindo a superfície de contato com gás da parte de introdução 12 e da tu-bulação de transferência 2 com tântalo ou liga tântalo-tungstênio desta ma-neira, as matérias-primas gasosas incluindo ácido clorídrico gasoso CG1 eoxigênio gasoso OG1 podem ser misturadas com gás reciclado RG1 semgerar corrosão na superfície de contato de gás da parte de introdução 12 ena superfície de contato de gás da tubulação de transferência 2, e adicio-nalmente as matérias-primas gasosas podem ser preaquecidas até cerca de200°C. Aqui, um material como uma fluoro-resina não pode ser usado para a tubulação de transferência 2, porque será amolecido em uma temperaturade 160 a 200°C. Um material metálico como aço inoxidável, níquel, ou umaliga de níquel também não pode ser usado. Porque se as matérias-primasgasosas ou o gás reciclado contiverem umidade os metais citados sofrerãocorrosão na faixa de temperaturas a que a parte de introdução 12 e a tubu-lação de transferência 2 estão expostas.
Aqui, a posição da parte de introdução 12 na tubulação de trans-ferência 2 não é particularmente limitada. Também no caso em que ácidoclorídrico e oxigênio são coletados separadamente, após a reação de oxida-ção de ácido clorídrico, várias partes de introdução podem ser providas demodo que os respectivos gases reciclados possam ser separadamente in-troduzidos nas matérias-primas gasosas.
Como descrito acima, construindo ou cobrindo pelo menos assuperfícies de contato com gás da parte de introdução 12 e da tubulação detransferência 2 com tântalo ou liga tântalo-tungstênio, as matérias-primasgasosas podem ser preaquecidas até uma temperatura predeterminada semgerar corrosão.
Terceira modalidadeA terceira modalidade do aparelho para reação de oxidação deácido clorídrico da presente invenção é um aparelho para reação de oxida-ção de ácido clorídrico em que a primeira modalidade ou a segunda modali-dade é adicionalmente provida com uma instalação para suprir vapor de á-gua VG1 a pelo menos uma parte da porção que é feita de ou coberta comtântalo ou liga tântalo-tungstênio de modo que a concentração de umidadenos gases misturados na parte que é feita de ou coberta com tântalo ou ligatântalo-tungstênio fique em 0,5 % em mol ou acima. Aqui o termo "gasesmisturados" refere-se às matérias-primas gasosas obtidas misturando ácidoclorídrico gasoso CG1 e oxigênio gasoso OG1 constituindo as matérias-primas ou às matérias-primas gasosas obtidas introduzindo gás recicladoRG1 nas matérias-primas gasosas misturadas. Com tais características,corrosão das porções que são feitas de ou cobertas com tântalo ou liga tân-talo-tungstênio pode ser evitada com maior certeza particularmente em umafaixa de alta temperatura, de cerca de 150°C ou acima.
A presente modalidade também será descrita com referência afigura 1. Aqui, a descrição de partes já descritas na primeira modalidade nãoserá repetida, e apenas a peça característica do atual modalidade será des-crita. A peça característica da presente modalidade é uma instalação parasuprir vapor de água VG1 a pelo menos uma parte da porção que é feita deou coberta com tântalo ou liga tântalo-tungstênio.
Na presente modalidade, uma instalação para suprir vapor deágua VG1 à tubulação de transferência 2 é anexada. A instalação para su-prir vapor de água não é particularmente limitada desde que possa suprirvapor de água, de modo que ela pode ter uma estrutura em que um tubo detransferência para suprir vapor de água é simplesmente conectado à tubula-ção de transferência 2, como mostrado na figura 1. Pode haver uma ou vá-rias instalações para suprir vapor de água por aparelho para reação de oxi-dação de ácido clorídrico. Suprindo vapor de água de modo que a concen-tração de umidade nos gases misturados na parte que é feita de ou cobertacom tântalo ou liga tântalo-tungstênio fique em 0,5 % em mol ou acima, acorrosão das porções que são feitas ou cobertas com tântalo ou liga tântalo-tungstênio pode ser evitada com maior certeza, particularmente em uma fai-xa de temperaturas de cerca de 150°C ou acima.
A posição na qual o vapor de água é suprido fica de preferênciaantes da parte de introdução 12 para introdução de gás reciclado RG1, Istoporque se o vapor de água é suprido após a parte de introdução, a concen-tração de umidade nos gases misturados pode ser menor que 0,5 % em molantes da parte de introdução. A posição na qual o vapor de água é supridofica também de preferência na primeira metade da tubulação de transferên-cia 2, e com maior preferência junto à fronteira entre a tubulação de transfe-rência 1 e a tubulação de transferência 2. Com a posição do suprimento devapor de água na primeira metade da tubulação de transferência 2, a parteda tubulação de transferência na qual a concentração de umidade nos gasesmisturados é inferior a 0,5 % em mol pode ser tornada tão pequena comopossível. Com a posição do suprimento de vapor de água junto à fronteiraentre a tubulação de transferência 1 e a tubulação de transferência 2, a parteda tubulação de transferência na qual a concentração de umidade nos gasesmisturados é mais baixa que 0, 5 % em mol pode ser eliminada.
O montante de vapor de água suprido pela instalação para su-primento de vapor de água não é particularmente limitado desde que sejaem montante tal que a concentração de umidade nos gases misturados naparte que é feita de ou coberta com tântalo ou liga tântalo-tungstênio seja de0, 5 % em mol ou acima. Entretanto, quando a concentração de umidade édemasiadamente alta existe uma possibilidade de afetar a velocidade dareação de oxidação de ácido clorídrico, de modo que ela é preferivelmenteigual ou menor que 10 % em mol.
Quarta modalidade
A figura 2 é uma vista conceituai mostrando um aparelho de rea-ção de oxidação de ácido clorídrico da quarta modalidade da presente in-venção e ilustra esquematicamente vias de passagem dos tubos de transfe-rência para transferir matérias-primas gasosas de cada parte supridora parasuprir ácido clorídrico gasoso CG2 e oxigênio gasoso OG2, que são maté-rias-primas da reação, e um gás reciclado RG2 coletado após a reação deoxidação de ácido clorídrico, ao reator 203, para a reação de oxidação deácido clorídrico.
Na figura 2, primeiramente, ácido clorídrico gasoso CG2 e oxi-gênio gasoso OG2, que são matérias-primas da reação, são supridos dasrespectivas porções de suprimento, e após preaquecimento até cerca de200°C, respectivamente pelos trocadores de calor 207, 208, os gases che-gam à parte de mistura 201 para serem misturados. De modo similar, vaporde água VG2 pré-aquecido até cerca de 200°C por um trocador de calor 209é suprido à parte de mistura 201. As matérias-primas gasosas misturadas,incluindo ácido clorídrico gasoso, oxigênio gasoso, e vapor de água passamsucessivamente através de uma tubulação de transferência 4 e uma tubula-ção de transferência 5 com um trocador de calor (não ilustrado) para prea-quecimento, de modo a atingir eventualmente uma temperatura de cerca de250°C para suprimento ao reator 203. Um tubo de transferência T210 paraintrodução de gás reciclado RG2 coletado após a reação de oxidação deácido clorídrico é conectado à tubulação de transferência 4 por meio de umaparte de introdução 202. Gás reciclado RG2 entra na tubulação de transfe-rência 4 através desta parte de introdução 202, e é introduzido nas matérias-primas gasosas que incluem ácido clorídrico gasoso CG2, oxigênio gasosoOG2, e vapor de água VG2. Na tubulação de transferência 4, as matérias-primas gasosas nas quais o gás reciclado RG2 foi introduzido terão tempora-riamente uma temperatura mais baixa, pois o gás reciclado RG2 tem tempe-ratura comparativamente baixa. Eventualmente, entretanto, na tubulação detransferência 5, os gases misturados nos quais o gás reciclado RG2 foi in-traduzido serão aquecidos até cerca de 250°C.
Aqui, na atual modalidade, ácido clorídrico gasoso CG2, oxigê-nio gasoso OG2, e vapor de água VG2 são pré-aquecidos até cerca de200°C sem, entretanto, haver limitação para apenas esta temperatura. Apressão das matérias-primas gasosas pode ser uma pressão atmosférica ouos gases podem ser pressurizados. No caso de pressurização a pressãofica preferivelmente entre 0,1 e 1,0 MPa. A pressão do vapor de água podeser uma pressão atmosférica ou o vapor de água pode ser pressurizado. Nocaso de pressurização a pressão fica preferivelmente entre 0,1 e 1,0 MPa.Como material do tubo de transferência T204 da parte supridora de ácidoclorídrico gasoso até a parte de mistura 201, são usados, por exemplo, açocarbono ou açó inoxidável, a fim de evitar corrosão. Como material do tubode transferência T205 da parte supridora de oxigênio até a parte de mistura201, uma faixa comparativamente ampla de materiais pode ser usada por-que oxigênio não é corrosivo para metais e, por exemplo, aço inoxidável co-mo SUS304 ou SUS316L, aço carbono, níquel, ou uma liga de níquel podemser usados. Como material do tubo de transferência T206 da parte supridorade vapor de água até a parte de conexão ao tubo de transferência de oxigê-nio, podem também ser usados, por exemplo, aço inoxidável como SUS304ou SUS316L, aço carbono, níquel, ou uma liga de níquel. Aqui, na atualmodalidade, o tubo de transferência T206 para suprimento de vapor de águaé conectado ao tubo de transferência T205 de suprimento de oxigênio antesda parte de mistura 201; entretanto, é possível usar uma estrutura em que otubo de transferência T206 para suprimento de vapor de água é conectadodiretamente à parte de mistura 201.
O montante de vapor de água suprido não é particularmente limi-tado desde que seja suficiente para que a concentração de umidade nosgases misturados na parte que é feita de ou coberta com tântalo ou liga tân-talo-tungstênio seja de 0,5 % em mol ou acima. Entretanto,quando a con-centração de umidade é demasiadamente alta existe uma possibilidade deinfluência sobre a velocidade da reação de oxidação de ácido clorídrico, demodo que é preferível que ela fique em 10 % em mol ou abaixo. Para cadaaparelho para reação de oxidação de ácido clorídrico pode haver uma ouvárias instalações para suprir vapor de água.
A superfície de contato com gás da parte de mistura 201 na qualácido clorídrico gasoso CG2 e oxigênio gasoso OG2 servindo como maté-rias-primas e vapor de água VG2 são misturados é feita de ou coberta comtântalo ou liga tântalo-tungstênio. Construindo ou cobrindo a superfície decontato com gás da parte de mistura 201 com tântalo ou liga tântalo-tungstênio, pode ser evitada a corrosão da parte de mistura 201, e suprindoadicionalmente vapor de água VG2 à parte de mistura 201, a corrosão daparte de mistura 201 pode ser evitada com maior certeza. Aqui, para o tubode transferência da periferia da parte de mistura 201, pode ser usada tubula-ção feita com ou coberta com tântalo ou liga tântalo-tungstênio.
A superfície de contato com gás da parte de introdução 202 naqual o gás reciclado RG2 é introduzido e da tubulação de transferência 4 étambém feita de ou coberta com tântalo ou liga tântalo-tungstênio. Constru-indo ou cobrindo as superfícies de contato com gás da parte de introdução202 e da tubulação de transferência 4 com tântalo ou liga tântalo-tungstêniodesta maneira, o gás reciclado RG2 pode ser introduzido nas matérias-primas gasosas, incluindo ácido clorídrico gasoso CG2 e oxigênio gasosoOG2, sem gerar corrosão na superfície de contato de gás da parte de intro-dução 202 e na superfície de contato de gás da tubulação de transferência4, e adicionalmente os gases misturados podem ser pré-aquecidos até cercade 200°C. Como as matérias-primas gasosas às quais vapor de água VG2foi suprido na parte de introdução 201 entram na tubulação de transferência4 mantendo a mesma composição, a concentração de umidade nos gasesmisturados é basicamente mantida em 0,5 % em mol ou acima na tubulaçãode transferência 4 e na parte de introdução 202. Isto pode evitar a corrosãoda tubulação de transferência 4 e da parte de introdução 202 com certeza.
A descrição "basicamente" é feita porque, dependendo da concentração deumidade do gás reciclado introduzido RG2, a concentração de umidade dosgases misturados após a introdução of gás reciclado RG2 pode não ser emalguns casos, 0,5 % em mol ou acima. A fim de evitar tal ocorrência, o mon-tante de vapor de água suprido à parte de mistura 201 pode ser previamenteaumentado ou outra instalação para suprir vapor de água pode ser providaantes da parte de introdução 202 na tubulação de transferência 4. Aqui, arazão pela qual as matérias-primas gasosas que entraram na tubulação detransferência 4 a cerca de 200°C devem ser aquecidas de novo a cerca de200°C é que, no atual modalidade , o gás reciclado é introduzido em umatemperatura de cerca de 120°C na tubulação de transferência 4. Entretanto,a temperatura do gás reciclado não é particularmente limitada. Aqui, no ca-so em que ácido clorídrico e oxigênio são respectivamente separadamentecoletados após a reação de oxidação de ácido clorídrico, várias porções deintrodução podem ser providas de modo que os respectivos gases recicla-dos possam ser separadamente introduzidos nas matérias-primas gasosas.
Como material da tubulação de transferência 5, é preferível usaraço inoxidável, níquel, uma liga de níquel, ou similares. Isto porque estesmateriais não sofrerão corrosão em uma faixa de temperaturas altas de 200a 250°C situadas suficientemente acima do ponto de orvalho do ácido clorí-drico. A tubulação cuja superfície de contato com gás é feita de ou cobertacom tântalo ou liga tântalo-tungstênio pode ser usada para a tubulação detransferência 5. Aqui, a pureza do tântalo ou liga tântalo-tungstênio usadacomo material de construção ou material de cobertura, bem como o métodode cobertura são similares aos da primeira modalidade.
Como descrito acima, construindo ou cobrindo pelo menos assuperfícies de contato com gás da parte de mistura 201, na qual ácido clorí-drico gasoso CG2 e oxigênio gasoso OG2 servindo como matérias-primassão misturados, parte de introdução 202, na qual o gás reciclado RG2 é in-troduzido, e tubulação de transferência 4, com tântalo ou liga tântalo-tungstênio, as matérias-primas gasosas podem ser misturadas, e adicional-mente gás reciclado RG2 pode ser introduzido nas matérias-primas gasosas,e também os gases misturados podem ser preaquecidas até uma temperatu-ra predeterminada sem gerar corrosão. Além disso, suprindo vapor de águaVG2 de modo que a concentração de umidade nos gases misturados na par-te que é feita de ou coberta com tântalo ou liga tântalo-tungstênio seja de 0,5% em mol ou acima, a corrosão das porções que são feitas de ou cobertascom tântalo ou liga tântalo-tungstênio pode ser evitada com certeza.
Método para reação de oxidacão de ácido clorídrico
Pelo método para reação de oxidação de ácido clorídrico usandoo aparelho para reação de oxidação de ácido clorídrico da presente inven-ção, a mistura das matérias-primas gasosas e/ou a introdução dos gasesreciclados e o preaquecimento dos gases misturados podem ser realizadossem gerar corrosão na superfície de contato de gás da parte de mistura, pa-ra misturar as matérias-primas gasosas, na superfície de contato de gás daparte de introdução, para introduzir os gases reciclados, e na superfície decontato de gás da parte da tubulação de transferência, para transferir as ma-térias-primas gasosas e os gases reciclados ao reator para reação de oxida-ção de ácido clorídrico, em um processo de produção de cloro que oxidaácido clorídrico através de uma reação de contato em fase gasosa na pre-sença de um catalisador usando ácido clorídrico e oxigênio como matérias-primas principais. Além disso, pela provisão de uma etapa de suprimento devapor de água de modo que a concentração de umidade nos gases mistura-dos na parte qué é feita de ou coberta com tântalo ou liga tântalo-tungstênioseja de 0,5 % em mol ou acima, a corrosão das porções que são feitas de oucobertas com tântalo ou liga tântalo-tungstênio pode ser evitada com certe-za.
A presente invenção refere-se também a um método de uso deuma tubulação para transferir um gás contendo ácido clorídrico gasoso, sen-do uma parte da superfície de contato com gás da mesma feita de tântalo ouliga tântalo-tungstênio ou coberta com tântalo ou liga tântalo-tungstênio, eem que a concentração de umidade no gás contendo ácido clorídrico gasosona parte que é feita de ou coberta com tântalo ou liga tântalo-tungstênio éajustada para 0,5 % em mol ou acima. De acordo com o método de uso deuma tubulação da presente invenção, a geração de corrosão na tubulaçãode transferência dos gases em várias reações que lidam com gases conten-do ácido clorídrico, além da reação de oxidação de ácido clorídrico, pode serevitada.
Exemplos
O resultado da medição da resistência a corrosão de tântalo,SUS316L, e níquel pelos gases misturados é mostrado abaixo.<table>table see original document page 19</column></row><table>Método de teste
A Tabela 1 mostra a taxa de corrosão e a presença ou ausênciade fragilização para a peça de teste referente a tântalo quando cada umadas peças de teste de tântalo, SUS316L, e níquel foi exposta a um gás ten-do uma composição de gás misturado variável em várias temperaturas. A-qui, a composição de gás da Tabela 1 é assumida como composição de áci-do clorídrico e oxigênio gasosos, que são as matérias-primas do processode oxidação de ácido clorídrico, matérias-primas gasosas misturadas, e ga-ses misturados obtidos por introdução de gás reciclado nestas matérias-primas gasosas. A razão pela qual cloro está contido nos gases misturadosem alguns testes é que na coleta de ácido clorídrico e oxigênio não reagidos,após a reação de oxidação de ácido clorídrico, uma parte do cloro que é oproduto pode estar misturado com estes gases reciclados.Taxa de corrosão
A taxa de corrosão (mm/ano) é um parâmetro que representa ograu de corrosão, e será um índice da existência ou não de resistência acorrosão em determinada substância. Na Tabela 1, a taxa pela qual cadamaterial diminui de espessura por corrosão é representada pela diminuiçãode espessura em um ano. A taxa de corrosão nesta tabela foi determinadapela conversão da variação da massa da peça de teste, antes e depois doteste, na variação de espessura da peça de teste. Aqui, o tempo de teste foide 168 horas para os testes N- 1 a 8, e foi de 720 horas para o teste No. 9.Foi usado tântalo com pureza de 99, 8% .
Geralmente, é determinado que há pouca corrosão quando ataxa de corrosão não supera cerca de 0, 002 mm/ano, de modo que o mate-rial pode ser usado para a tubulação de transferência dos gases misturadoscontendo ácido clorídrico e oxigênio. Quando a taxa de corrosão é de cercade 0, 02 mm/ano ou maior, é determinado que o grau de corrosão é grandede modo que este é inadequado como material da tubulação de transferên-cia.
Fragilização
Presença ou ausência de fragilização pode ser um índice da e-xistência ou não de resistência a corrosão em determinada substância. Istoé, quando a fragilização é confirmada, é determinado que a substância tembaixa confiabilidade como material para o aparelho em tal ambiente. O testede fragilização foi efetuado por meio de um teste de dobramento de 180° (oraio de curvatura sendo o dobro da espessura da chapa da peça de teste)em um teste de dobramento de três pontos para as peças de teste submeti-das ao teste de taxa de corrosão acima descrito.
A presença ou ausência de trincamento foi avaliada por teste depenetração por sonda na superfície da peça de teste flexionada e observa-ção em microscópio óptico da seção da peça de teste (ampliação de 500 vezes).
Resultado do teste
Como mostrado na Tabela 1, pode ser entendido que tântalotem alta propriedade de resistência a corrosão por gases misturados con-tendo ácido clorídrico e oxigênio. Em uma ampla faixa de temperaturas de156 a 300°C, a taxa de corrosão fica entre 0, 000 e 0, 005 mm/ano, que éum valor do mesmo grau ou mais baixo que o de SUS316L ou níquel (testesN- 1 a 8). Também na faixa de 156 a 250°C, fragilidade não foi confirmada(testes N- 1, 2, e 4 a 7). Com estas propriedades, tântalo será extrema-mente eficaz como material para constituir ou cobrir a superfície de contatocom gás em um aparelho para reação de oxidação de ácido clorídrico.
Por outro lado no caso de SUS316L e níquel, embora o grau dedecréscimo de espessura seja pequeno em uma temperatura elevada de200°C ou mais alta (testes N- 4 a 8, taxa de corrosão 0, 002 a 0, 010mm/ano), o grau de decréscimo de espessura é grande a 156°C ou 177°C(testes N- 1 a 3, taxa de corrosão 0, 022 a 13, 98 mm/ano), e o decréscimode espessura é particularmente considerável a 156°C.
Adicionalmente, na faixa de 156 a cerca de 200°C na qual o de-créscimo de espessura é grande no caso de SUS316L ou níquel, a resistên-cia a corrosão do tântalo contra os gases misturados é excelente no casoem que a concentração de umidade nos gases misturados é de 0, 5 % emmol ou maior (testes N- 1 a 3). Isto é, mesmo na faixa de temperaturas de156 a cerca de 200°C, tântalo não apresenta decréscimo de espessura nemfragilização. Com tal propriedade, tântalo pode ser adequadamente usadopara construção ou cobertura da superfície de contato com gás da parte demistura, da superfície de contato com gás da parte de introdução para intro-duzir os gás reciclado, e da superfície de contato com gás da tubulação detransferência usada para transferir os gases misturados e o gás reciclado aoreator para a reação de oxidação de ácido clorídrico mesmo na faixa detemperaturas de 156 a cerca de 200°C quando os gases misturados contêmumidade de concentração predeterminada em um processo de produção decloro por oxidação de ácido clorídrico através de uma reação de contato emfase gasosa na presença de um catalisador.
As modalidades e os Exemplos agora descritos constituem ape-nas uma exemplificação e não devem ser considerados como sendo Iimitati-vos. O escopo da presente invenção é o que consta das reivindicações enão o da descrição acima e é pretendido que todas as modificações equiva-lentes ou dentro do escopo das reivindicações estejam nelas incluídas.Aplicabilidade Industrial
De acordo com presente invenção, a mistura das matérias-primas gasosas e/ou a introdução dos gases reciclados e o preaquecimentodos gases misturados podem ser realizados sem gerar corrosão na superfí-cie de contato de gás da parte de mistura para misturar as matérias-primasgasosas, na superfície de contato de gás da parte de introdução para intro-duzir os gases reciclados, e na superfície de contato de gás da parte da tu-bulação de transferência para transferir as matérias-primas gasosas e osgases reciclados ao reator para reação de oxidação de ácido clorídrico emum processo de produção de cloro oxidando ácido clorídrico através de umareação de contato em fase gasosa na presença de um catalisador usandoácido clorídrico e oxigênio como matérias-primas principais. Também, deacordo com o método de uso de uma tubulação da presente invenção, gera-ção de corrosão na tubulação de transferência dos gases pode ser evitadaem várias reações que lidam com gases contendo ácido clorídrico, além dareação de oxidação de ácido clorídrico.Isto pode reduzir trabalho adicional ou custos como os de reparoou substituição dê parte que sofreu corrosão. Adicionalmente, contaminaçãoda tubulação de transferência usada para transferir as matérias-primas ga-sosas do reator, e similares, por cloreto metálico ou similar, pode ser evitada.
Claims (5)
1. Aparelho para reação de oxidação de ácido clorídrico paraprodução de cloro, oxidando ácido clorídrico, através de uma reação de con-tato em fase gasosa na presença de um catalisador, e usando ácido clorídri-co e oxigênio como matérias-primas principais, em que o aparelho para rea-ção de oxidação de ácido clorídrico compreende uma parte de mistura, paramisturar as matérias-primas gasosas, e uma tubulação de transferência,para transferir as matérias-primas gasosas misturadas da parte de mistura aum reator para reação de oxidação de ácido clorídrico, e em que a superfíciede contato com gás da parte de mistura e/ou uma parte da superfície de con-tato com gás da tubulação de transferência é feita de tântalo ou liga tântalo-tungstênio ou é coberta com tântalo ou liga tântalo-tungstênio.
2. Aparelho para reação de oxidação de ácido clorídrico de a-cordo com a reivindicação 1, compreendendo adicionalmente uma parte deintrodução para introdução de um gás reciclado, que é coletado após a rea-ção de oxidação de ácido clorídrico, nas matérias-primas gasosas mistura-das, sendo a superfície dé contato com gás da parte de introdução feita detântalo ou liga tântalo-tungstênio ou coberta com tântalo ou liga tântalo-tungstênio.
3. Aparelho para reação de oxidação de ácido clorídrico de a-cordo com a reivindicação 1 ou 2, compreendendo adicionalmente uma ins-talação para suprir vapor de água a pelo menos uma parte da porção feitade ou coberta com tântalo ou liga tântalo-tungstênio, de modo que a concen-tração de umidade nos gases misturados na parte que é feita de ou cobertacom tântalo ou liga tântalo-tungstênio seja de 0, 5 % em mol ou maior.
4. Método para reação de oxidação de ácido clorídrico usando oaparelho para reação de oxidação de ácido clorídrico como definido em qual-quer uma das reivindicações 1 a 3.
5. Método de uso de uma tubulação para transferir um gás con-tendo ácido clorídrico gasoso, sendo uma parte da superfície de contato comgás da mesma feita de tântalo ou liga tântalo-tungstênio ou coberta com tân-talo ou liga tântalo-tungstênio, e em que a concentração de umidade no gáscontendo ácido clorídrico gasoso na parte que é feita de ou coberta com tân-talo ou liga tântalo-tungstênio é ajustada para O, 5 % em mol ou mais.
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