문맥 (context)
많은 공업적 규모의 화학적 공정, 예컨대 이소시아네이트, 특히 MDI 및 TDI의 제조에서, 및 유기 물질의 염소화 공정에서, 염소는 원료 물질로서 사용되며, HCl 기체 스트림이 일반적으로 부산물로 생성된다. 이 HCl 기체는 종종 공정 특유의 유기 및 무기 물질로 오염된다. 특히 이소시아네이트 제조 플랜트로부터의 HCl 기체에 대한 불순물로서 공지된 것은 다음과 같다:
포스겐 제조로부터의 여분의 일산화탄소, 미량의 포스겐, 미량의 용매 (예를 들어, 톨루엔, 모노클로로벤젠 또는 디클로로벤젠), 미량의 저비점 할로겐화 탄화수소 및 질소, 이산화탄소 또는 영족 기체와 같은 화학적 비활성 성분.
하기 상이한 공업적 규모의 공정은 여기서 염소 제조 및 이소시아네이트 제조 방법에서 불가피하게 형성되는 염산 이용의 예로서 언급된다:
1. NaCl 전기분해에서의 염소의 제조 및 판매 또는 옥시염소화(oxychlorination) 공정, 예를 들어 염화비닐의 제조에서의 추가 가공에 의한 HCl의 이용.
2. 애노드와 캐소드 챔버 사이의 분리 매질로서 격막 또는 막을 이용한 수성 HCl의 전기분해에 의한 HCl의 염소로의 전환. 여기서 결합 생성물은 수소이다.
3. 산소 소모 캐소드 (ODC)가 있는 전기분해 전지에서의 산소의 존재하에 수성 HCl의 전기분해에 의한 HCl의 염소로의 전환. 여기서 결합 생성물은 물이다.
4. 승온에서 촉매 상에 산소를 이용한 HCl의 기체 상 산화에 의한 HCl 기체의 염소로의 전환. 여기서 결합 생성물은 또한 물이다. "디콘(Deacon) 방법"으로 공지된 상기 방법은 100년 넘게 사용되어 왔다.
모든 상기 방법은 결합 생성물 (1의 경우 예를 들어 수산화나트륨 용액, 수소, 염화비닐)에 대한 시장 조건, 각 부문에서의 한계 조건 (예를 들어 에너지 가격, 염소 산업 기반의 통합) 및 자본 지출 및 운전 비용에 따라 이소시아네이트 제조에 대한 다양한 정도의 장점을 제공한다. 마지막에 언급한 디콘 방법이 점점 중요해지고 있다.
HCl, 염소 및 산소 사이의 화학적 평형을 반응기에서 확립하고, 압력, 온도, 산소 과량, 체류 시간 및 다른 파라미터에 따라 보통 약 70 내지 90%의 HCl 전환율만을 허용하는 디콘 방법에서 문제가 발생한다. 즉 공정 기체는 목표 생성물인 염소 이외에, 현저한 양의 미반응 HCl 및 현저한 양의 과량으로 사용된 산소를 함유한다.
이 공정 기체의 마무리는 디콘 방법의 주요 문제이다. 단지 대략적으로 30 내지 50 부피%의 염소를 함유하는 공정 기체로부터 목표 생성물인 염소를 선택적으로 제거하고, 예를 들어 이소시아네이트 제조에서의 재사용을 위해 이를 준비하고, 가능한 한 염소가 제거된 잔류 기체를 디콘 반응기로 재순환시키는 것이 목적이다.
그러나, 압력 하에서의 염소 액화를 위한 통상적인 방법 (문헌 [Ullmanns Encyclopedia of Industrial Chemistry, Chlorine, Wiley VCH Verlag 2006, (DOI: 10.1002/14356007.a06_399.pub2)] 참조)은 염소 함유 잔류 기체를 생성하며, 이는 극도의 저온 조건하에서만 충분히 염소가 제거된 상태로 얻어질 수 있다. 순환에서 비활성 성분의 농축을 피하기 위해 액화로부터의 염소 함유 잔류 기체 중 일부를 디콘 방법의 기체 순환으로부터 제거해야 한다. 이 경우, 제거해야 하는 상기 염소 함유 잔류 기체의 폐기체 세척을 일반적으로 수산화나트륨 용액 또는 Na2SO3로 수행하여야 하며 (EP 0 406 675 A1호 참조), 이 방법은 목적하지 않은 추가 원료 물질 소비 및 폐수 내 목적하지 않은 양의 염을 야기한다.
"쉘 디콘 방법" (문헌 [The Chemical Engineer, (1963), pp. 224 - 232] 참조)이라고 공지된 방법에서, 염소는 사염화탄소 (CCl4)에 의한 흡착/탈착 단계에 의해 디콘 방법으로부터의 반응 기체로부터 순수한 형태로 얻어진다.
DE 195 36 976 A1호에서, 사염화탄소 (CCl4) 또는 다른 용매 중에서 흡착에 의해 공정 기체로부터 염소를 제거하고 추가 탈착 단계에서 염소 함유 용매로부터 염소를 회수하는 것도 또한 제안되었다.
그러나, 디콘 반응 기체의 다른 성분의 존재하에서의 CCl4 중 염소의 흡착은 별로 선택적이지 않고 또한 추가 정제 단계를 필요로 한다. 또한, 그의 높은 오존 소모 잠재력으로 인해, CCl4의 사용은 대기 보호의 이유로 인해 한정적인 국제적 제한을 받는다.
상기 방법의 추가 문제는 디콘 반응기 및 디콘 촉매에 대한 부정적인 영향을 피하기 위해 충분히 CCl4가 제거된 재순환 기체를 얻고 정화 기체 세척에서 추가 정제 단계를 제거하는 것이다.
독일 특허 출원 제2426056호는 추가로 CO2 및 공기를 함유하는 염소 함유 공정 기체로부터 염소의 증류에 의한 선택적 제거 문제를 시험하였다. 증류 컬럼 내의 정류 구획에도 불구하고, 약 7 bar의 압력에서 여전히 5 내지 9 부피%의 염소를 함유하는 공정 기체가 회수되었다. 또한, 고체 CO2의 융점 (-56.6℃)은 극복하기 어려운 장벽임이 지적되었다.
지시문 (instruction)
주어진 원문을 읽고 필요한 정보를 파악하여, 원문에 근거해 질문에 답하라.
질문 (question)
디콘(Deacon) 방법의 공정 기체 마무리 과정에서 달성하고자 하는 구체적인 목적은 무엇인가?
추론 과정 (compact_reasoning)
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1과제 해석
task_interpretation디콘 방법의 공정 기체 마무리 단계에서 해결하려는 기술적 목적을 파악한다.
- 디콘 방법의 주요 문제이다. 단지 대략적으로 30 내지 50 부피%의 염소를 함유하는 공정 기체로부터 목표 생성물인 염소를 선택적으로 제거하고, 예를 들어 이소시아네이트 제조에서의 재사용을 위해 이를 준비하고, 가능한 한 염소가 제거된 잔류 기체를 디콘 반응기로 재순환시키는 것이 목적이다.
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2정보 추출
information_extraction공정 기체 내의 성분 구성과 처리해야 할 대상을 추출한다.
- 단지 대략적으로 30 내지 50 부피%의 염소를 함유하는 공정 기체
- 미반응 HCl 및 현저한 양의 과량으로 사용된 산소를 함유한다.
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3근거 선택
evidence_selection목적을 명시한 문장을 직접적으로 선택한다.
- 단지 대략적으로 30 내지 50 부피%의 염소를 함유하는 공정 기체로부터 목표 생성물인 염소를 선택적으로 제거하고, 예를 들어 이소시아네이트 제조에서의 재사용을 위해 이를 준비하고, 가능한 한 염소가 제거된 잔류 기체를 디콘 반응기로 재순환시키는 것이 목적이다.
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4논리 통합
logical_integration염소의 선택적 제거, 재사용을 위한 준비, 잔류 기체의 재순환이라는 세 가지 핵심 요소를 통합한다.
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5결론 도출
conclusion_formulation추출된 정보를 바탕으로 기술적 목적을 정리한다.
- 염소를 선택적으로 제거하고, 예를 들어 이소시아네이트 제조에서의 재사용을 위해 이를 준비하고, 가능한 한 염소가 제거된 잔류 기체를 디콘 반응기로 재순환시키는 것이 목적이다.
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6답변 생성
answer_generation질문에 대해 문맥에 근거한 완성된 문장으로 답변을 작성한다.
- 단지 대략적으로 30 내지 50 부피%의 염소를 함유하는 공정 기체로부터 목표 생성물인 염소를 선택적으로 제거하고, 예를 들어 이소시아네이트 제조에서의 재사용을 위해 이를 준비하고, 가능한 한 염소가 제거된 잔류 기체를 디콘 반응기로 재순환시키는 것이 목적이다.
최종 답변 (final_answer)
약 30 내지 50 부피%의 염소를 함유하는 공정 기체로부터 목표 생성물인 염소를 선택적으로 제거하여 이소시아네이트 제조 등에서 재사용할 수 있도록 준비하고, 가능한 한 염소가 제거된 잔류 기체를 디콘 반응기로 재순환시키는 것이다.
핵심 해석 (core_interpretation)
디콘(Deacon) 방법의 공정 기체 마무리 과정에서 염소를 선택적으로 분리·회수하고 잔류 기체를 디콘 반응기로 재순환시킨다.