氯化氮

氯化氮

氯化氮,純淨的NCl3是黃色、油狀、具有刺激性氣味的揮發性有毒液體,氯化氮的性質很活潑,很容易水解生成氨和次氯酸。強氧化劑。

基本信息

物理性質

三氯化氮,分子式:NCl3,相對分子質量120.5,NCl3是一種呈淡黃色或琥珀色光敏性粘稠液體,結晶為斜方形晶體,有類似氯氣的強烈刺激氣味,密度1653kg/m^3,熔點<-40℃,沸點<71℃,自燃自爆炸點95℃。NCl3不溶於水,可溶於二硫化碳、三氯化磷、四氯化碳、氯仿、氯苯、液氯、乙醚等。

NCl3極不穩定,在陽光下激劇分解爆炸,與自氧、氧化氮、油脂或有機物接觸也可誘發爆炸。三氯化氮在氯氣中的體積占5%-6%時,就可能爆炸,三氯化氮在液氯中的爆炸下限為18%。 

NCl3爆炸反應式如下:2NCl3→N2+3NCl2+460kJ

NCl3爆炸威力相當巨大,在容積不變的條件下爆炸時,溫度可達2128℃,壓力為536.1MPa,在空氣中爆炸溫度為1700℃。

化學反應

NCl3易水解:NCl3(l)+3H2O(l)=NH3(aq)+3HClO(aq)。生成的NH3又被HClO氧化生成N2。

總反應式為2NCl3(l)+3H2O(l)=N2(g)+3HCl(aq)+3HClO(aq)。

此物質極不穩定,稍加震動或光照就會發生爆炸性分解。

2NCl3(l)=光照=N2(g)+3Cl2(g)

生成反應

在銨鹽溶液中通入Cl2得到NCl3水溶液

NH4Cl+3Cl2===NCl3+4HCl

由NH3和過量的Cl2反應製得

Cl2或次氯酸與NH3、銨鹽反應可得到NCl3,但必須是在酸性條件下,鹼性或中性條件下得不到NCl3。在水溶液中,氨分子中的氫可被氯取代生成3種氯取代物NH3-nCln(n=1-3),它們之間存在的平衡反應與溶液的pH有關,要使NCl3顯著生成,條件是pH<4.5。文獻對反應(1)在氯氣過量情況下的其他因素影響(溶液的酸度,NH4+離子的濃度,反應溫度)進行了報導,從pH=4.6到鹽酸濃度6.8mol#L-1 的範圍內,在其他條件相同時,鹽酸濃度接近1mol#L-1時生成NCl3的量最大;當c(HCl)>5mol#L-1時,NCl3生成的量很少;在弱酸介質中(pH1-6),NCl3反應產率為30%-70%;在pH\10和c(HCl)>6mol#L-1條件下,沒有NCl3生成。

富集

在氯鹼生產中,正常情況下,無論氣氯還是液氯中的NCl3一般都達不到爆炸濃度。危險主要發生在液氯汽化器,液氯汽化器通過熱水將其汽化,其作用一:是通過汽化增壓進行液氯包裝;二:是汽化為高純度的氯氣供使用。由於氯和NCl3沸點存在較大差異,隨氯一同汽化的NCl3量很小,隨著液氯汽化量的增加,NCl3即在汽化器內富集,達到一定的濃度,遇到引爆因素,即發生爆炸

防治

1.控制原料中銨離子含量

嚴格控制原鹽(滷水),化鹽用水及精鹽水中的含銨量。一般控制指標見表1

表1:一般控制指標

指標​ ​原鹽 滷水​ 化鹽用水​ ​精鹽水
​ρ(無機銨) ​≤0.3mg/100g ​≤0.1mg/L ​≤0.2mg/L ​≤1.0mg/L
ρ(總胺)​ ≤1.0mg/100g​ ≤0.4mg/L​ ​≤1mg/L ​≤4.0mg/L

在鹽水中加入次氯酸鈉可以有效的脫除銨類物質,氯鹼廠一般都有NaCl產品。NaCl和銨類物質在pH值大於9時生成易分解的一氯銨及二氯銨:NH4++Cl-→NH2Cl+H2O然後用壓縮空氣吹除,脫除率一般無機銨約80%~90%,總銨約60%-70%。

2.噴淋洗滌方法

可以採用鹽酸、液氯或氯水在專用的洗滌塔中進行噴淋洗滌,也可以除去氯氣中的NCl3,但因噴淋後的洗滌液較難處理,對設備的防腐要求高,所以在生產實踐中很少套用。

3.催化分解法

(1)蒙乃爾合金法蒙乃爾合金是1種以為主的合金,當氯氣或液氯通過裝填有蒙乃爾合金的設備時,NCl3即分解。使用過的蒙乃爾合金可以再生。該法對NCl3的去除率較高,但設備造價高,氯鹼廠家也較少使用。

(2)AC催化分解法錦西化工研究院開發的催化劑分解NCl3技術是將含NCl3的乾燥氯氣通過1個填充AC-Ⅰ型和AC-Ⅱ型催化劑的分解器,NCl3與催化劑的活性表面接觸,迅速分解成N2和Cl2。分解率一般在90%以上。AC催化劑分解法流程短、設備簡單、操作方便、投資不大,已為不少氯鹼廠家採用。

4.排污法

降低氯氣和液氯中的NCl3含量,可以有效地預防NCl3的危害,但正如上面談到的,由於NCl3和Cl2沸點差異較大,因此隨著Cl2的汽化,NCl3會在汽化器產生富集,達到一定濃度,仍然會發生爆炸,特別是對於汽化量很大的氯鹼企業危險性更大,因此排污法是氯鹼廠家普遍採用的1種方法。所謂排污法就是定期將液氯汽化器中的液氯殘液排掉,殘液中還含有大量的氯氣,可回收生產次氯酸鈉,然後將排掉的殘液用稀鹼處理。實踐說明,排污是一個有效的防治NCl3的辦法,已被氯鹼廠家廣泛採用。但是在排污操作上,一定要注意以下幾點:

(1)。液氯汽化器內的液氯任何時候都不能用完,一定要保持一定的 液氯液位,以稀釋NCl3的濃度;

(2)。排污時一定要帶著液氯排,絕對禁止“乾排”;

(3)。加強氯氣,液氯中的NCl3監測,發現含量偏高時,增加排污次 數,實行勤排。氯氣中一般要求ψ(NCl3)<5×10^-4%,排污液中的NCl3含量則在60g/L以上;

(4)。排污時間選擇在避開陽光直射的時段進行,排污管線要設靜電 接地裝置,不要使用膠管膠墊。

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