用于从含氯气体中分离、存储和运输氯气的存储介质和方法

本发明涉及使用基于离子化合物的存储介质的方法，所述存储介质可以吸收、存储氯气和来自工艺气体的氯气并通过改变环境条件再释放它们，其中所述存储介质在卸载后可再用于此任务。本发明的优点在于通过存储介质的氯气吸收是在温和条件下进行的，该存储介质在荷载和空载状态下都是液体，并且在环境条件，该氯与元素氯相比具有显著降低的蒸气压，这提高了氯气存储和运输的安全性。

在氯气的工业生产和使用中有各种工艺步骤，其能够优化。这些包括用于净化氯气的氯气液化、从含氯工艺气体中回收氯气和为了存储和运输氯气而进行的液化。

因此，在氯气生产中利用氯气的液化，以分离出作为杂质与氯气一起存在的其它气体。这些杂质包括如氧气、氮气或二氧化碳之类的气体，它们具有比氯气低的沸点并因此可通过氯气的液化而分离出去。在氯气液化中，冷却氯气所需的大能量输入和与此相关的能量成本是主要的缺点。

对于工业应用，氯气以液体形式存储并运输到各自的使用点，其中通过管道或在地上通过公路或轨道实现运输。氯气在此通常在室温下在例如7巴的提高的压力下以液体形式存在。作为替代，氯气也可在低压下、但此时在同时-35℃左右的极低温度下储存。在明显较低压力，优选1000 hPa，和中等温度，优选25℃下以液体形式运输氯气将是有利的。

在氯气生产时以及在使用氯气的其它化学生产时生成含有残留量氯气的各种工艺气体。在工业上，通过化学反应，例如与氢氧化钠溶液的化学反应从工艺气体中除去残留氯气，其中形成次氯酸钠。通过加入盐酸可以再释放一些氯气，但在此消耗盐酸并且形成氯化钠作为副产物。有利的是以高效率从工艺气体中除去所有氯气并能够完全再利用存储的氯气的方法。

上述通过液化或气体洗涤进行净化、存储和运输的方法是现有技术和工业应用中常见的。

要解决的挑战是提供可逆存储介质，其可以在温和条件下，优选在25℃的温度和环境压力（通常1000 ± 100 hPa）下吸收、存储大量氯气并根据需要再释放所述氯气，以避免在低温和/或高压下的能量密集型液化。这种存储介质应该在工作范围内，即在荷载和空载状态之间特别为液体，以可借助常规的泵将该存储介质泵送和运输到使用点。

要实现的另一个目的是提供具有上述性质的存储介质，从而以简单方式从气体混合物中分离和回收氯气，其中该存储介质在其卸载后可再利用。

要实现的另一个目的是提供存储介质，其在上述条件下结合氯并因此与未结合的氯气相比显著降低氯气的蒸气压。这样的存储介质的一个优点在于，在存储容器发生泄漏的情况下，结合的氯比元素氯明显更慢地逸出到环境中，这提供更多时间以采取适当的防护和维修措施。

在现有技术中描述了基于通过变压吸附（PSA，变压吸附）方法在多孔固体上吸附氯气的存储介质。作为氯气吸附剂，EP0741108A2提出沸石、非沸石的多孔酸性氧化物、活性炭和分子筛碳。US5376164A1描述了分子筛作为吸附剂，其包括沸石筛、活性炭、活性粘土、硅胶和活性氧化铝。在US5376164A1中描述的各种沸石和硅胶上的氯气吸附测量表现出在各自的测量条件（室温，最多0.87巴）下每克存储材料< 0.2克氯气的最大载量，这是极低的并且对工业应用而言太昂贵。此外，该存储介质是固体，这特别限制了存储的氯气的灌装和运输的灵活性。

本发明基于现有技术中描述的观察，即由有机阳离子和作为阴离子的氯离子组成的某些离子化合物对氯气和含氯气体具有亲和力并能够吸收氯气以形成多氯化物（Cl

例如，US7638058 BB要求保护在容器内使用离子液体存储和净化不稳定流体并向客户提供这种容器的方法。通过提高温度、降低环境压力或通过用惰性气体吹扫来释放流体。不稳定流体优选是选自乙锗烷、硼烷、乙硼烷、乙硅烷、氟、卤代碳-氢-氧化合物、硒化氢、锑化氢、氧化氮、有机金属化合物及其混合物的化合物。为了存储，使该流体与离子液体接触。为了从流体中净化出水、CO

WO2007109611A1描述了在环境压力下安全存储和运输氯气的方法。1-甲基-3-乙基氯化咪唑鎓和吡啶盐酸盐是优选的。还提到四烷基铵和鏻氯化物。

WO12130803A1描述了从物质混合物（CO、CO

众所周知，以固体形式存在的离子化合物可通过引入氯气而液化。但是，如WO12130803A1中提到的基于离子化合物三己基十四烷基三氯化鏻的可逆液体存储介质的工业实施已被证实不利，因为所提到的化合物在荷载状态下非常粘（在25℃下η > 407mPa·s，X. Li, A. Van den Bossche, T. Vander Hoogerstraete, K. Binnemans,

另一挑战在于该存储介质需要对腐蚀性的氯气化学以及结构稳定。一方面，有机阳离子的氯化导致释放盐酸，其由于其腐蚀性而会具有对设备部件的不利影响。另一方面，阳离子的氯化导致离子化合物的分子量提高，这导致相对载量（克氯气/克离子化合物）降低并因此减小该存储介质的经济可行性。因此，如US7638058 B、WO2007109611A1和WO12130803A1中提到的基于咪唑鎓的阳离子最终不合适，因为芳环和链长为4个或更多碳原子的侧链发生氯化（X. Li, A. Van den Bossche, T. Vander Hoogerstraete, K.Binnemans,

令人惊讶地发现，基于通式N-R1

该化合物相应地具有短烷基链并且不是芳族的，以防止该离子化合物的氯化。本发明基于其中r、s = 1的式N-R1

为了获得在氯气荷载和空载状态下都为液体的可逆储氯体，使上述固体在初始荷载中与氯气接触并为使用进行调适（konditioniert）。以此方式最初形成例如式N-R1

当在存在的吸收条件（所选温度和所选压力）下不再由存储介质吸收进一步的氯气时，该存储介质被认为荷载。通过改变环境条件（提高温度，降低分压）或通过使外来气体经过其中，将存储介质卸载。当在所选环境条件（所选温度和所选压力）下不再从存储介质中释放进一步的氯气时，该存储介质被认为空载。存储介质的荷载和空载状态之间的差异对应于释放和因此可用的氯气量。对于工业实施，高氯气释放是重要的，并且该存储介质在所选条件（温度和压力）下足够液态，以借助泵和其它传送系统进行处理。联合这些要求代表现有技术中尚未充分解决的重大挑战。

本发明的主题因此是用于从含氯气体中可逆吸收氯气的存储介质 – 在上文和下文中也简称为“储氯体”，其至少包含至少一种通式(I)和/或(II)的离子化合物，

(I) N-R1

(II) P-R4

优选通式(I)的离子化合物，

其中基团R1、R2、R3、R4和R5彼此独立地为选自以下组的相同或不同的烷基：甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基和2-甲基丙基，优选甲基、乙基或正丙基，但其中限制在于至少一个基团R1、R2或R3不同于各自的其它基团R1、R2和R3并且基团R4和R5彼此不同，

其中字符m、n、o、p和q彼此独立地为选自0至3的整数，其中m+n+o之和和p+q之和必须得出4的值，

字符r和s彼此独立地为1至7的奇数，r、s优选是1或3，

并且其中所述存储介质在荷载氯气和卸载氯气的工作范围内，特别是在25℃的温度和1000 ± 100 hPa的压力下为液体。

当存储介质基于在上述物理条件下为固体的通式(I)和/或(II)的离子化合物（例如其中指数r、s = 1）时，则在一个优选实施方案中在该存储介质中需要至少一种附加化合物（特别是通式(I)和/或(II)），其在这些条件下为液体或使得该混合物为液体（例如低共熔）。

特别优选的是这样的存储介质，其中离子化合物(I)或(II)选自以下组的至少一种化合物：NEtMe

在本发明的一个优选变体中，存储介质中的离子化合物 (I)或(II)选自以下组的至少一种化合物：NEtMe

化合物(I)非常特别优选选自以下组的至少一种化合物：NEtMe

因此优选的是这样的新型存储介质，其中使所包含的式(I)和/或式(II)的离子化合物与氯气接触。在此，在温和条件下，优选在≥ 0℃至≤ 40℃的温度下，更优选在≥ 15℃至≤ 30℃的温度下和在≥ 900 hPa至≤ 7000 hPa，优选≥ 900 hPa至≤ 1100 hPa的压力下吸收氯气。

特别地，通过该存储介质在环境压力（环境大气压，例如在海平面1巴（1000 hPa））和20-25℃下吸收氯气，其中该存储介质中包含的离子化合物反应以形成式(III)和/或式(IV)的多氯化物，

(III) N-R1

(IV) P-R4

优选通式(III)的离子化合物，

其中在式(III)和(IV)中，基团R1、R2、R3、R4和R5彼此独立地为选自以下组的相同或不同的烷基：甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基和2-甲基丙基，优选甲基、乙基或正丙基，并且其中基团R1、R2和R3以及基团R4和R5在每种情况下彼此不同，

其中字符m、n、o、p和q彼此独立地为选自0至3的整数，其中m+n+o之和和p+q之和必须得出4的值，

字符r和s彼此独立地为1至7的奇数，r、s优选彼此独立地为1或3。

根据本发明的储氯体可吸收大量氯气并在荷载状态下（特别在25℃和1000 hPa下测量）含有特别至少0.65克Cl

本发明的主题还是在存储介质中可逆存储氯气和来自含氯气体的氯气的方法，其特征在于，在第一步骤中，实施用于从含氯气体中分离出和存储氯气的上述新型方法，并且在进一步的方法步骤中，通过提高存储介质的温度和/或降低存储介质上的分压，从荷载的存储介质中脱除存储的氯气，并排出所得氯气。

根据上文陈述，在第一步骤中进行存储介质的初始荷载和因此调适，特别进行一次（该第一步骤可在空间上以及在时间上与可逆储氯的任务分开或在其上游），以获得其中r、s ≥ 1的式N-R1

荷载的储氯体可随后借助泵泵送、运输和存储。当需要时，可通过将荷载的储氯体供入分离装置而从储氯体中再释放结合的氯气。在卸载时，其中r、s ≥ 1的式N-R1

储氯体的卸载通过有针对性地改变环境条件（提高温度和/或降低分压）进行。在此通常将储氯体以如下程度卸载，以使空载的储氯体仍为液体并对应于其中r、s ≥ 1的式N-R1

可逆存储介质的卸载在≥ 40℃至≤ 200℃，优选≥ 50℃至≤ 150℃，更优选≥60℃至≤ 100℃的温度和1000 ± 100 hPa下进行。可任选通过降低分压引发释放，优选与第一步骤相比将分压降低至少100 hPa。

在一个特别优选的实施方案中，储氯体在1000 hPa和60℃的温度下卸载。特别地，在此从储氯体中释放至少0.10克氯气/克离子化合物，优选至少0.20克氯气/克离子化合物，更优选至少0.30克氯气/克离子化合物。

优选的是在空载状态下为液体并具有≤ 400 mPa·s，更优选≤ 200 mPa·s（在1000 hPa和25℃下测量）的动力粘度η

本发明的另一主题是从含氯气体中分离出氯气的方法，其特征在于使所述气体与包含式(I)和/或式(II)的离子化合物的液体存储介质接触，其中所述气体中包含的氯气以式(III)和/或式(IV)的离子化合物的形式

(III) N-R1

(IV) P-R4

优选以通式(III)的离子化合物的形式被结合，

其中在式(III)和(IV)中，基团R1、R2、R3、R4和R5彼此独立地为选自以下组的相同或不同的烷基：甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基和2-甲基丙基，优选甲基、乙基或正丙基，但其中限制在于至少一个基团R1、R2或R3不同于各自的其它基团R1、R2和R3并且基团R4和R5彼此不同，

其中字符m、n、o、p和q彼此独立地为选自0至3的整数，其中m+n+o之和和p+q之和必须得出4的值，

字符r和s彼此独立地为1至7的奇数，r、s优选彼此独立地为1或3。

进一步优选的方法的特征在于，在作为调适的第一步骤中，包含其中指数r和s特别= 1的式(I)和/或式(II)的化合物的存储介质仅以如下程度荷载氯气，直至存储介质液化。

在该新型方法的一个优选变体中，氯气的初始荷载和因此调适以如下程度进行，以获得其中r和s彼此独立地为1至7的奇数，r、s优选彼此独立地为1或3的式(I)和/或式(I)的存储介质，并且其中所述存储介质没有满载氯气。

在该新型方法的一个特别优选的实施方案中，通过与上述未满载的存储介质接触而从含氯气体中分离出氯气，因此存储介质进行荷载，并且对应于式(I)和/或式(II)的存储介质反应以形成式(III)或(IV)的离子化合物。

优选地，在温和温度下，优选在≥ 0℃至≤ 40℃的温度下，更优选在≥ 15℃至≤30℃的温度下，和在≥ 900 hPa至≤ 7000 hPa，优选≥ 900 hPa至≤ 1100 hPa的压力下从含氯气体中分离出氯气。

特别地，上述液体可逆储氯体可用于从含氯工艺气体中分离出氯气，以从工艺气体中净化出氯气并以使得氯气随后可再用于其它用途。分离任务包括从工艺气体，尤其是包含H

存储介质与含氯气体的接触原则上可在已知的气液吸收装置中，例如填充塔、板式塔等中进行。

通过所述接触，获得包含式N-R1

不受制于特定设备设置，该液体荷载储氯体可在相同设备中通过提高温度和/或降低压力而再卸载，或借助泵转移到单独的用于卸载的设备。荷载储氯体的卸载原则上可类似于上文陈述进行。

本发明的另一主题是该新型存储介质用于存储氯气和用于从含氯气体中分离出氯气，特别用于灌装氯气存储容器的用途。特别可考虑作为存储容器的是压力罐、气瓶，以及用于腐蚀性液体的安全容器。

该新型存储介质优选结合氯气，以使储氯体的蒸气压低于在相同条件下的元素氯的蒸气压。这导致在操作氯气时，尤其在运输和存储过程中的安全性提高。万一由于泄漏而释放这样的储氯体，氯气更慢地释放到环境中。由此与气态元素氯逸出时相比有更多时间可供采取适当的防护和应急措施。

实施例

为了获得可逆存储介质，首先将在室温和环境压力下为固体的离子化合物（例如对应于上式 I，其中r、s = 1）供入初始氯气荷载，以进行该离子化合物的液化以形成多氯化物。液化的含离子化合物的多氯化物此后充当可逆存储介质并通过所选释放参数仅部分卸载，由此使得该存储介质在荷载和空载状态下都为液体。对于应在存储介质中使用的本身在室温下为液体的氯气离子化合物或不同离子化合物的液体混合物，不需要预荷载氯气以实现液态。

实施例1（现有技术）

向反应器预先装载四丁基氯化铵[NBu

荷载的储氯体的高粘度和低氯气释放以及最初固体存储材料的更困难的操作的组合已被证实不利于该实验室方法在工业规模下实施。

实施例2（根据本发明）

为了获得液体和可逆的存储介质，在第一步骤中向反应器预先装载固体三乙基甲基氯化铵[NEt

与基于[NBu

所述在60℃下卸载的液体储氯体可以重新荷载氯气，其中在上述条件下进行吸收（在大约1000 hPa下引入氯气和将反应器在20℃下调温）。在重新荷载时，再吸收87克氯气，即0.87克氯气/克离子化合物，并在随后在上述条件（60℃）下卸载时，再释放30克氯气，即0.30克氯气/克离子化合物，其中该存储介质在荷载和空载状态下始终保持液体。该存储介质可以荷载和卸载多于4次，而没有发现存储和释放的氯气量降低。

实施例3（根据本发明）

为了获得液体和可逆的存储介质，在第一步骤中向反应器预先装载固体二乙基二甲基氯化铵[NEt

与基于[NBu

以类似于实施例2的方式，该荷载的液体储氯体可重新荷载氯气，其中在上述条件下进行吸收（在大约1000 hPa下引入氯气和将反应器在20℃下调温）。在重新荷载中，吸收82克氯气，即0.82克氯气/克离子化合物，并在随后在上述条件下卸载时，再释放29克氯气，即0.29克氯气/克离子化合物，其中该存储介质在荷载和空载状态下始终保持液体。该存储介质可荷载和卸载多于4次，而没有发现存储和释放的氯气量降低。