IV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2012

Трихлорид азота образуется в результате взаимодействия хлора с азотом по реакции:

N₂ + 3Сl₂ = 2NCl₃

При абсорбции хлористого водорода водой или раствором хлорида аммония может протекать поглощение трихлорида азота с образованием хлорноватистой кислоты в жидкой фазе:

NCl₃ + 3H₂O + HСl = NH₄Cl + 3HOCl

Трихлорид азота или «хлористый азот» хорошо растворим в воде и водный растворах, имеет температуру плавления - 27 °С и температуру кипения 71 °С. При температуре более 90 °С - взрывается. Инициирующие свойства трихлорида азота резко увеличивают опасность стадии нейтрализации солянокислого щелока аммиаком, повышает взрывоопасность производства хлорида аммония. В связи с хорошей растворимостью его в воде промывка печных газов водой или соляной кислотой должно обеспечить в случае образования трихлорида в печи безопасность производства хлорида аммония.

При огневом обезвреживании абгазов хлорирования органических веществ в печи сжигания протекает взаимодействие:

H₂O (г) + Сl₂ = 2НСl + 0,5 О₂

Значение константы равновесия данной реакции равно:

Кр = (Р_НСl² * Р_О2⁴)/(Р_Н2О*Р_Сl2)

При 620 °С lgКр равен 1. С повышением температуры реакция смещается в сторону образования хлористого водорода. Значение константы при этом растет и при 1200 °С lgКр становится равным 30. Для постоянных парциальных давлений, характерных для реальных условий огневого обезвреживания (Р_Н2О = 0,015 МПа, Р_НСl = 0,036 МПа и Р_О2 = 0,002 МПа), парциальные давления хлора в газе на выходе из камеры сгорания не превышает 0,26*10^-41 МПа. Следовательно, доля хлора свободного в печных газах при обеспечении требуемой скорости закалки не должна превышать 10^-40 % об.

С понижением температуры газовой смеси реакция смещается в сторону образования свободного хлора. Хотя одновременно снижается и скорость превращения, однако при температурах 400-600 °С она еще достаточно велика и в печном газе доля свободного хлора возрастает до 0,12 - 0,15 % об. Для исключения образования значительных количеств трихлорида азота время пребывания газов в температурной области 400-600 °С не должно превышать 0,4 - 0,5 секунды. Таким образом, наличие хлора свободного в печном газе становится возможным при низкой скорости охлаждения (закалки) газов в котле-утилизаторе, особенно в интервале температур 400-600 °С. Наличию хлора в печных газах способствует также нарушение целостности футеровки печи и образование байпасных ходов газа между футеровкой и кожухом печи.

При наличии в абсорбционном растворе свободного аммиака на стадии абсорбции хлористого водорода из печных газов хлоридом аммония возможно протекание взаимодействий:

Сl_2(г) = Сl^-1 + Сl⁺¹

NH_3(г) + 3 Сl^-1 + 3 Сl⁺¹ = NCl_3(г) + 3НСl_(г)

NCl_3(г) + 3H₂O = NH_3(г) + 3HOCl_(г)

Образование трихлорида азота возможно и по реакции хлористого аммония с хлором:

NH₄Cl + 3Cl₂ = NCl₃ + 4HCl

Данная реакция ускоряется в щелочной среде.