JP2012184133A - Method for stopping fixed bed reactor - Google Patents

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康彦 森
Masahiro Kinoshita
正博 木下
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a safe stopping method of a fixed bed reactor used for manufacture of chlorine by oxidizing hydrogen chloride with oxygen.SOLUTION: In the stopping method of a reaction step in the fixed bed reactor comprising a reaction tube packed with a catalyst layer containing a catalyst, and a reactor shell covering the circumference of the reactor and regulating the temperature of the reactor interior by circulating a heat medium, a raw material gas stopping operation (S10) of stopping the supply of a raw material gas to the reactor, a replacing operation (S20) of passing an inert gas in the reactor and replacing the reactor interior by the inert gas, and a cooling operation (S30) of cooling the reactor interior are carried out in order, wherein the raw material gas stopping operation (S10) and the replacing operation (S20) are carried out while the heat medium of a temperature of ≥270°C is circulated in the reactor shell.

Description

本発明は、塩化水素を酸素で酸化して塩素を製造するために用いられる固定床反応器の操作方法に関する。   The present invention relates to a method for operating a fixed bed reactor used for producing chlorine by oxidizing hydrogen chloride with oxygen.

固定床反応器を用いて塩化水素を酸素で酸化し、塩素を製造する方法は従来公知である(たとえば、特許文献1参照)。塩素は、塩化ビニル、イソシアネート化合物、ポリカーボネート、塩素化炭化水素等を製造する原料として有用である。一方、塩素は、強い毒性を有するためその製造工程においては注意を要する。固定床反応器を用いた上記製造方法においては、塩素以外にも有毒の塩化水素を扱う。   A method for producing chlorine by oxidizing hydrogen chloride with oxygen using a fixed bed reactor is conventionally known (see, for example, Patent Document 1). Chlorine is useful as a raw material for producing vinyl chloride, isocyanate compounds, polycarbonate, chlorinated hydrocarbons and the like. On the other hand, since chlorine is highly toxic, care must be taken in its production process. In the above production method using a fixed bed reactor, toxic hydrogen chloride is used in addition to chlorine.

特開2005−306734号公報JP-A-2005-306734

本発明は、塩化水素を酸素で酸化して塩素を製造するために用いられる固定床反応器の安全な停止方法を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a method for safely stopping a fixed bed reactor used for producing chlorine by oxidizing hydrogen chloride with oxygen.

本発明は、塩素を製造するために用いられる固定床反応器における反応工程の停止方法であって、上記固定床反応器は、触媒を含む触媒層が充填された反応管と、当該反応管の周囲を覆うように配置され、熱媒体を循環させて当該反応管内の温度を調整する反応器シェルとを備える。上記反応工程は、上記反応管内に塩化水素および酸素を含む原料ガスが供給され、塩化水素が酸素で酸化されて塩素が生成される工程である。本発明の停止方法は、上記反応管内への原料ガスの供給を停止する原料ガス停止操作と、上記反応管内に不活性ガスを通気して、上記反応管内を不活性ガスで置換する置換操作と、上記反応管内を冷却する冷却操作と、を順に行ない、上記原料ガス停止操作および上記置換操作は、上記反応器シェルに温度270℃以上の上記熱媒体を循環させて行なう。   The present invention is a method for stopping a reaction process in a fixed bed reactor used for producing chlorine, the fixed bed reactor comprising: a reaction tube filled with a catalyst layer containing a catalyst; And a reactor shell that is arranged so as to cover the surroundings and adjusts the temperature in the reaction tube by circulating a heat medium. The reaction step is a step in which source gas containing hydrogen chloride and oxygen is supplied into the reaction tube, and hydrogen chloride is oxidized with oxygen to generate chlorine. The stopping method of the present invention includes a raw material gas stopping operation for stopping the supply of the raw material gas into the reaction tube, and a replacement operation for ventilating the inert gas into the reaction tube and replacing the inside of the reaction tube with the inert gas. A cooling operation for cooling the inside of the reaction tube is sequentially performed, and the raw material gas stop operation and the replacement operation are performed by circulating the heat medium having a temperature of 270 ° C. or more through the reactor shell.

上記置換操作において、上記不活性ガスの通気量は、好ましくは上記触媒の体積の100倍以上である。   In the replacement operation, the inert gas flow rate is preferably 100 times or more the volume of the catalyst.

上記固定床反応器は、好ましくは複数の反応管を有する多管式反応器であり、上記熱媒体は、好ましくは溶融塩である。   The fixed bed reactor is preferably a multitubular reactor having a plurality of reaction tubes, and the heating medium is preferably a molten salt.

上記固定床反応器で用いられる上記触媒は、好ましくは表面積が10m/g以上500m/g以下である。 The catalyst used in the fixed bed reactor preferably has a surface area of 10 m 2 / g or more and 500 m 2 / g or less.

本発明の固定床反応器の停止方法によると、塩化水素を酸素で酸化して塩素を製造する反応工程を、反応管内の有害物質の残存量を安全なレベルまで低減させて停止することができる。   According to the method for stopping a fixed bed reactor of the present invention, the reaction step of producing chlorine by oxidizing hydrogen chloride with oxygen can be stopped by reducing the residual amount of harmful substances in the reaction tube to a safe level. .

本発明の固定床反応器の停止方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the stop method of the fixed bed reactor of this invention. 本発明に用いられる固定床反応器の一例である多管式固定床反応器を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows the multitubular fixed bed reactor which is an example of the fixed bed reactor used for this invention. 本発明に用いられる固定床反応器の他の例である多管式固定床反応器を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows the multitubular fixed bed reactor which is another example of the fixed bed reactor used for this invention. 実施例における、窒素通気時間と、熱媒体の温度、排ガス中の塩化水素の濃度、または排ガス中の塩素の濃度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the nitrogen ventilation time in an Example, the temperature of a heat medium, the density | concentration of hydrogen chloride in waste gas, or the density | concentration of chlorine in waste gas.

以下、図面を参照しながら本発明を詳細に説明する。
本発明は、塩化水素を酸素で酸化して塩素を製造するために用いられる固定床反応器における反応工程の停止方法である。本発明で用いられる固定床反応器は、触媒を含む触媒層が充填された反応管と、当該反応管の周囲を覆うように配置され、熱媒体を循環させて当該反応管内の温度を調整する反応器シェルとを備える。固定床反応器における反応工程とは、反応管内に塩化水素および酸素を含む原料ガスが供給され、塩化水素が酸素で酸化されて塩素が生成される工程である。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
The present invention is a method for stopping a reaction process in a fixed bed reactor used for producing chlorine by oxidizing hydrogen chloride with oxygen. The fixed bed reactor used in the present invention is arranged so as to cover a reaction tube filled with a catalyst layer containing a catalyst and the periphery of the reaction tube, and adjusts the temperature in the reaction tube by circulating a heat medium. And a reactor shell. The reaction step in the fixed bed reactor is a step in which a raw material gas containing hydrogen chloride and oxygen is supplied into a reaction tube, and hydrogen chloride is oxidized with oxygen to produce chlorine.

図1は、本発明の固定床反応器における反応工程の停止方法を示すフローチャートである。図1に示すように、本発明の固定床反応器の停止方法は、反応管内に塩化水素および酸素を含む原料ガスが供給され、塩化水素が酸素で酸化されて塩素が生成される反応工程にある固定床反応器に対して、反応管内への原料ガスの供給を停止する原料ガス停止操作(S10)と、当該反応管内に不活性ガスを通気して、当該反応管内を不活性ガスで置換する置換操作(S20)と、当該反応管内に冷却用のガスを通気して、当該反応管内を冷却する冷却操作(S30)と、を順に行ない、原料ガス停止操作(S10)および置換操作(S20)は、反応器シェルにおいて270℃以上の熱媒体を循環させて行なう。各操作の詳細については、後述する。   FIG. 1 is a flowchart showing a method for stopping a reaction process in a fixed bed reactor of the present invention. As shown in FIG. 1, the method for stopping a fixed bed reactor according to the present invention is a reaction step in which a raw material gas containing hydrogen chloride and oxygen is supplied into a reaction tube, and hydrogen chloride is oxidized with oxygen to produce chlorine. For a certain fixed-bed reactor, a raw material gas stop operation (S10) for stopping the supply of the raw material gas into the reaction tube, and an inert gas is passed through the reaction tube to replace the reaction tube with the inert gas. A replacement operation (S20) and a cooling operation (S30) for ventilating a cooling gas in the reaction tube to cool the reaction tube are sequentially performed, and a raw material gas stop operation (S10) and a replacement operation (S20) are performed. ) Is performed by circulating a heat medium of 270 ° C. or higher in the reactor shell. Details of each operation will be described later.

[固定床反応器]
まず、本発明で用いる固定床反応器について説明する。本発明においては、触媒を含む触媒層が充填された単数または複数の反応管と、反応管の周囲を覆うように配置され、熱媒体を循環させて反応管内の温度を調整する反応器シェルとを少なくとも備える熱交換型の固定床反応器が用いられる。温度制御された熱媒体を反応器シェル内に循環させることにより、酸化反応により生じた反応熱を除去したり、反応器内の温度を所望の温度に調整したりすることができる。
[Fixed bed reactor]
First, the fixed bed reactor used in the present invention will be described. In the present invention, one or a plurality of reaction tubes filled with a catalyst layer containing a catalyst, and a reactor shell arranged so as to cover the periphery of the reaction tubes and adjusting the temperature in the reaction tubes by circulating a heat medium, A heat exchange type fixed bed reactor comprising at least By circulating the temperature-controlled heat medium in the reactor shell, the reaction heat generated by the oxidation reaction can be removed, or the temperature in the reactor can be adjusted to a desired temperature.

図2は、本発明で用いられる固定床反応器の一例である多管式固定床反応器を示す断面模式図である。   FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a multitubular fixed bed reactor which is an example of a fixed bed reactor used in the present invention.

多管式固定床反応器1は、主に複数の反応管2と反応器シェル3からなり、反応管2は上管板10および下管板12によって、反応器シェル3に対して固定されている。反応器シェル3は、管軸方向に仕切り板で4段の領域31〜34に分割されている。領域数は4段に限られるものではなく、通常、2〜10段、好ましくは3〜8段、さらに好ましくは4〜6段である。3段以上、さらには4段以上に分割されている時には、各領域あたりの発熱量が比較的少なくなって各領域の温度制御がし易く、かつ本発明で用いられる多管式固定床反応器1の効果を発揮し易いため、好ましく適用される。なお、反応器シェル3は、複数の領域に分割されていないものであってもよいが、上述のように各領域での温度制御性を良くする観点から複数の領域に分割されているものが好ましい。   The multitubular fixed bed reactor 1 mainly comprises a plurality of reaction tubes 2 and a reactor shell 3. The reaction tube 2 is fixed to the reactor shell 3 by an upper tube plate 10 and a lower tube plate 12. Yes. The reactor shell 3 is divided into four stages 31 to 34 by a partition plate in the tube axis direction. The number of regions is not limited to four stages, and is usually 2 to 10 stages, preferably 3 to 8 stages, and more preferably 4 to 6 stages. When divided into three or more stages, and further four or more stages, the calorific value per area is relatively small, and the temperature of each area is easily controlled, and the multitubular fixed bed reactor used in the present invention Since the effect of 1 is easily exhibited, it is preferably applied. The reactor shell 3 may not be divided into a plurality of regions, but may be divided into a plurality of regions from the viewpoint of improving temperature controllability in each region as described above. preferable.

反応器シェル3を複数の領域31〜34に分割するには通常、中間管板または遮断板などの仕切板11が用いられる。中間管板は、互いに隣接する領域31,32間で熱媒体C1,C2が相互に移動しないように、反応管2と密着して反応器シェル3内に設けられる仕切板である。遮断板は、反応管2との間に隙間を空けて反応器シェル3内に設けられ、隣接する領域31,32間で熱媒体C1,C2が僅かに移動することを許容する仕切板11である。   In order to divide the reactor shell 3 into a plurality of regions 31 to 34, a partition plate 11 such as an intermediate tube plate or a blocking plate is usually used. The intermediate tube plate is a partition plate provided in the reactor shell 3 in close contact with the reaction tube 2 so that the heat mediums C1 and C2 do not move between the adjacent regions 31 and 32. The blocking plate is a partition plate 11 provided in the reactor shell 3 with a gap between the reaction tube 2 and allowing the heat mediums C1 and C2 to move slightly between the adjacent regions 31 and 32. is there.

各領域31〜34を循環する熱媒体C1〜C4としては、目的とする反応温度、熱媒体の取扱いの容易さなどに応じて適宜選択され、例えば亜硝酸ナトリウム40質量%、硝酸ナトリウム7質量%及び硝酸カリウム53質量%の混合物、亜硝酸ナトリウム50質量%及び硝酸カリウム50質量%の混合物などの溶融塩(HTS:Heat Transfer Salt)等の無機物からなる無機熱媒体、アルキルビフェニル類、ビフェニル類とジフェニルオキサイド類との混合物、ビフェニル類とジフェニルエーテル類との混合物、トリフェニル類、ジベンジルトルエン類、アルキルベンゼン類、アルキルナフタリン類、アリールアルキル類などの有機物からなる有機熱媒、水、イオン性液体などが挙げられる。   The heat mediums C1 to C4 circulating in each of the regions 31 to 34 are appropriately selected according to the target reaction temperature, ease of handling of the heat medium, and the like. For example, sodium nitrite 40% by mass, sodium nitrate 7% by mass And an inorganic heat medium composed of an inorganic substance such as a molten salt (HTS: Heat Transfer Salt) such as a mixture of 53% by mass of potassium nitrate, a mixture of 50% by mass of sodium nitrite and 50% by mass of potassium nitrate, alkylbiphenyls, biphenyls and diphenyl oxide A mixture of biphenyls and diphenyl ethers, triphenyls, dibenzyltoluenes, alkylbenzenes, alkylnaphthalenes, arylalkyls, organic heat transfer mediums, water, ionic liquids, etc. It is done.

反応器シェル3内の各領域31〜34には、熱媒体C1〜C4の流動方向を整えるために邪魔板13を設けてもよい。邪魔板の形状としては、例えば円板状、穴開円板状、欠円形などが挙げられる。邪魔板13は通常、熱媒体C1の流れ方向が反応管2に対して概ね直角になるように設けられる。邪魔板13は、全ての領域31〜34に設けてもよいし、特に効率よく反応熱を除去したい領域だけに設けてもよい。また、領域毎に邪魔板数を異ならせてもよい。一つの領域31に設けられる邪魔板の数は通常、1〜7枚程度である。複数の欠円形の邪魔板を設置する場合は、米国特許3807963号に記載されているように、邪魔板の開口部を互い違いに配置する方法が一般的に用いられる。   A baffle plate 13 may be provided in each of the regions 31 to 34 in the reactor shell 3 in order to adjust the flow direction of the heat mediums C1 to C4. Examples of the shape of the baffle plate include a disc shape, a perforated disc shape, and a missing circle shape. The baffle plate 13 is usually provided so that the flow direction of the heat medium C1 is substantially perpendicular to the reaction tube 2. The baffle plate 13 may be provided in all the regions 31 to 34, or may be provided only in a region where reaction heat is desired to be removed efficiently. Further, the number of baffle plates may be different for each region. The number of baffle plates provided in one region 31 is usually about 1 to 7. When installing a plurality of non-circular baffle plates, a method of staggering the baffle plate openings is generally used as described in US Pat. No. 3,807,963.

それぞれの領域31〜34には熱媒体C1〜C4が循環し、各熱媒体C1〜C4の温度を制御する温度制御手段が反応器に備えられている。温度制御手段によって、循環する熱媒体の温度が制御され、領域の温度を制御される。分割された領域に対応するように備えられる温度制御手段は、冷却器および/または加熱器からなる。   The heat mediums C1 to C4 circulate in the respective regions 31 to 34, and temperature control means for controlling the temperatures of the heat mediums C1 to C4 are provided in the reactor. The temperature of the circulating heat medium is controlled by the temperature control means, and the temperature of the region is controlled. The temperature control means provided so as to correspond to the divided areas includes a cooler and / or a heater.

図2に示す多管式固定床反応器1では、各領域毎に循環ポンプ61〜64および冷却器81〜84を設け、循環ポンプ61〜64により各領域31〜34ごとに冷却器81〜84との間で熱媒体C1〜C4を循環させることにより、冷却している。各領域における熱媒体C1〜C4の温度は、各冷却器81〜84における熱媒体C1〜C4の冷却温度を調整する方法などにより、各領域31〜34ごとに調整することができる。   In the multi-tubular fixed bed reactor 1 shown in FIG. 2, circulation pumps 61 to 64 and coolers 81 to 84 are provided for each region, and the coolers 81 to 84 are disposed for each region 31 to 34 by the circulation pumps 61 to 64. Cooling is performed by circulating the heat mediums C1 to C4 between the two. The temperature of the heat medium C1 to C4 in each region can be adjusted for each region 31 to 34 by a method of adjusting the cooling temperature of the heat medium C1 to C4 in each cooler 81 to 84.

更に、多管式固定床反応器1では、流量調整弁U1〜U4と分割された各領域31〜34との間の配管の途中に、循環する熱媒体C1〜C4を加熱するための加熱器41〜44がそれぞれ設けられている。これにより、全ての領域の熱媒体C1〜C4について、それぞれ他の領域の熱媒体から独立して加熱することができる。各領域における熱媒体C1〜C4の温度は、各冷却器81〜84と各加熱器41〜44により調整される。   Furthermore, in the multitubular fixed bed reactor 1, a heater for heating the circulating heat mediums C1 to C4 in the middle of the piping between the flow control valves U1 to U4 and the divided regions 31 to 34. 41 to 44 are provided. Thereby, it can heat independently about the heat medium of other area | region about the heat medium C1-C4 of all the area | regions, respectively. The temperature of the heat mediums C1 to C4 in each region is adjusted by the coolers 81 to 84 and the heaters 41 to 44.

図3は本発明で用いることができる多管式固定床反応器の他の例を示す断面模式図である。図2に示す多管式固定床反応器と同様に、4段の領域31〜34に分割された多管式固定床反応器である。多管式固定床反応器1では、各領域31〜34に予め冷却された熱媒体(C0)を加えることにより、各領域の熱媒体C1〜C4を冷却している。すなわち、この多管式固定床反応器1では、各領域31〜34ごとに循環ポンプ61〜64および循環タンク51〜54を設け、循環ポンプ61〜64により、各領域31〜34と循環タンク51〜54との間で熱媒体C1〜C4をそれぞれ循環させている。これと共に、各循環タンク51〜54には、熱媒体タンク7から予め冷却された熱媒体(C0)を分配して加えており、これにより、各領域31〜34の熱媒体C1〜C4を冷却している。各領域における熱媒体C1〜C4の温度は、循環タンク51〜54および/または各領域31〜34に設置された温度計により測定することができ、この温度が所定値となるように、熱媒体タンク7と各循環タンク51〜54との間に設けられた流量調整弁V1〜V4により熱媒体(C0)の供給量を調整する方法などにより、各領域31〜34ごとに調整することができる。   FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing another example of a multitubular fixed bed reactor that can be used in the present invention. Similar to the multitubular fixed bed reactor shown in FIG. 2, the multitubular fixed bed reactor is divided into four stages 31 to 34. In the multitubular fixed bed reactor 1, the heat medium C <b> 1 to C <b> 4 in each region is cooled by adding a pre-cooled heat medium (C <b> 0) to each region 31 to 34. That is, in this multitubular fixed bed reactor 1, the circulation pumps 61 to 64 and the circulation tanks 51 to 54 are provided for each of the regions 31 to 34, and the regions 31 to 34 and the circulation tank 51 are provided by the circulation pumps 61 to 64. Heat mediums C1 to C4 are circulated between. At the same time, the heat medium (C0) cooled in advance from the heat medium tank 7 is distributed and added to each of the circulation tanks 51 to 54, thereby cooling the heat mediums C1 to C4 in the respective areas 31 to 34. is doing. The temperature of the heat medium C1 to C4 in each region can be measured by the circulation tanks 51 to 54 and / or thermometers installed in each region 31 to 34, and the heat medium is set so that the temperature becomes a predetermined value. Each region 31 to 34 can be adjusted by a method of adjusting the supply amount of the heat medium (C0) by the flow rate adjusting valves V1 to V4 provided between the tank 7 and the circulation tanks 51 to 54. .

なお、この多管式固定床反応器1において、熱媒体タンク7には冷却器8が設けられており、反応熱により温度が高くなった熱媒体(C0)は、この冷却器8により冷却される。冷却器8における冷媒としては水が好適に用いられ、この場合スチームが発生し、これをプロセスで利用することにより効率的な反応熱の回収を行うことができる。各循環タンク51〜54からは、余剰となった熱媒体C1〜C4がオーバーフローして熱媒体タンク7に送られる。また、各循環タンク51〜54は、それぞれの領域31〜34にできるだけ接近して設けられることが、各領域と循環タンクとの間の配管を短くし、溶融塩の固結を防止できるため好ましい。また、配管での固結防止のため、配管外部から電気ヒーターや高温流体トレスにより加熱することが好ましい。熱媒体タンク7には予熱器9が設けられており、運転開始時などに、この予熱器9により、予め熱媒体(C0)を所定の温度に加熱しておき、これを各循環タンク51〜54に供給することも可能である。予熱器9としては、電気ヒーターが好ましく適用される。   In this multi-tubular fixed bed reactor 1, the heat medium tank 7 is provided with a cooler 8, and the heat medium (C 0) whose temperature has been increased by reaction heat is cooled by the cooler 8. The As the refrigerant in the cooler 8, water is preferably used. In this case, steam is generated, and by utilizing this in the process, efficient reaction heat can be recovered. From each of the circulation tanks 51 to 54, the excess heat medium C 1 to C 4 overflows and is sent to the heat medium tank 7. Further, it is preferable that each of the circulation tanks 51 to 54 be provided as close as possible to each of the regions 31 to 34 because the piping between each region and the circulation tank can be shortened to prevent the molten salt from consolidating. . Moreover, in order to prevent caking in piping, it is preferable to heat from outside the piping with an electric heater or a high-temperature fluid trace. The heat medium tank 7 is provided with a preheater 9. When the operation is started, the preheater 9 preheats the heat medium (C 0) to a predetermined temperature, and each of the circulation tanks 51-1. 54 can also be supplied. As the preheater 9, an electric heater is preferably applied.

多管式固定床反応器1において、反応器シェル3が遮断板により分割されている場合には、各領域31〜34の間の熱媒体C1〜C4の移動を少なくできる点で、各循環タンク51〜54における熱媒体の液面の高さを一致させることが好ましく、さらに各領域31〜34間で熱媒体C1〜C4の移動を最小限にするよう、循環流量調節弁U1〜U4により、各領域31〜34と循環タンク51〜54との間の循環流量を調節することも好ましい。各循環タンク51〜54における熱媒体の液面は、通常の液面計(図示せず)により測定することができる。   In the multi-tubular fixed bed reactor 1, when the reactor shell 3 is divided by the blocking plate, each circulation tank can be reduced in that the movement of the heat mediums C 1 to C 4 between the regions 31 to 34 can be reduced. It is preferable to match the height of the liquid level of the heat medium in 51 to 54, and to further minimize the movement of the heat medium C1 to C4 between the regions 31 to 34, the circulation flow rate control valves U1 to U4 It is also preferable to adjust the circulation flow rate between each region 31 to 34 and the circulation tanks 51 to 54. The liquid level of the heat medium in each of the circulation tanks 51 to 54 can be measured by a normal liquid level gauge (not shown).

多管式固定床反応器1は、各熱媒体C1〜C4を独立して加熱する加熱器41〜44を備える。加熱器41〜44としては、例えば電気ヒーター、熱交換式の加熱器などが挙げられるが、電気ヒーターが好ましく用いられる。   The multitubular fixed-bed reactor 1 includes heaters 41 to 44 that heat the heating media C1 to C4 independently. Examples of the heaters 41 to 44 include an electric heater and a heat exchange type heater, and an electric heater is preferably used.

図2および図3で用いられる循環ポンプ61〜64としては、軸流ポンプ、遠心渦巻ポンプなどが用いられ、中でも縦型の遠心渦巻ポンプが好ましく用いられる。また、反応器1は、反応管2等のプロセスガスと接触する部分は腐食防止の観点からニッケルまたはニッケルライニングで構成されることが好ましい。   As the circulation pumps 61 to 64 used in FIGS. 2 and 3, an axial flow pump, a centrifugal vortex pump, or the like is used, and among them, a vertical centrifugal vortex pump is preferably used. Further, the reactor 1 is preferably made of nickel or a nickel lining at a portion in contact with the process gas such as the reaction tube 2 from the viewpoint of preventing corrosion.

図2および図3に示した多管式固定床反応器1によれば、必要により、各領域の温度を緻密に調整することが容易となり、例えば原料ガスの供給量が少なくて、発熱反応による発熱量が少ない場合にも、容易に領域を所定の反応温度に維持することができる。   According to the multitubular fixed bed reactor 1 shown in FIG. 2 and FIG. 3, it becomes easy to finely adjust the temperature of each region if necessary. For example, the supply amount of the raw material gas is small and the exothermic reaction is performed. Even when the calorific value is small, the region can be easily maintained at a predetermined reaction temperature.

反応管2の入口付近に充填した触媒は比較的早く劣化し易いのに対して、出口付近の触媒は劣化が比較的遅い傾向にあるので、入口付近に相当する領域31の触媒が劣化して、この領域31における収率が低下した時には、出口付近に相当する領域34の熱媒体C4を加熱することにより反応温度を上げ、この領域34における塩化水素の転化率を上げることができる。   The catalyst packed near the inlet of the reaction tube 2 tends to deteriorate relatively quickly, whereas the catalyst near the outlet tends to deteriorate relatively slowly. Therefore, the catalyst in the region 31 corresponding to the vicinity of the inlet deteriorates. When the yield in this region 31 decreases, the reaction temperature can be raised by heating the heat medium C4 in the region 34 corresponding to the vicinity of the outlet, and the conversion rate of hydrogen chloride in this region 34 can be increased.

温度制御方法は、図2および図3に示されている領域毎に循環ポンプを有し、熱媒体を循環させるものに限らず、図3に示すような熱媒体タンクから熱媒体をそれぞれの領域に、循環タンクを設けることなく、流量調節弁、冷却器または加熱器を経由して供給し、それぞれの領域から熱媒体を熱媒体タンクに直接戻す方法等でもよい。   The temperature control method is not limited to one having a circulation pump for each of the regions shown in FIGS. 2 and 3 and circulating the heat medium, and the heat medium from the heat medium tank as shown in FIG. In addition, a method of supplying the heat medium via a flow rate adjusting valve, a cooler, or a heater without providing a circulation tank and returning the heat medium directly from the respective regions to the heat medium tank may be used.

反応管2内には、入口から出口方向に、通常、触媒活性の異なる触媒が層状に、好ましくは触媒活性が高くなるように触媒が充填される。具体的には、組成や製法および/または粒径が異なることによる触媒活性の異なる触媒を使用して、または触媒を不活性物質および/または担体のみで成型した充填物で希釈して充填される。触媒層の入口部や出口部さらには触媒層間に不活性物質を充填してもよい。不活性物質とはプロセスガスに対して不活性な固体であり、アルミナ、シリカ、炭化珪素、ニッケル等から成る成型体が適用できる。特にα-アルミナからなる球状体が好適に用いられる。   In the reaction tube 2, catalysts having different catalytic activities are usually packed in layers in the direction from the inlet to the outlet, preferably so that the catalytic activity is increased. Specifically, a catalyst having a different catalytic activity due to a difference in composition, production method and / or particle size is used, or the catalyst is diluted with a packing formed only of an inert substance and / or a carrier and then packed. . An inert substance may be filled in the inlet and outlet portions of the catalyst layer and further between the catalyst layers. The inert substance is a solid inert to the process gas, and a molded body made of alumina, silica, silicon carbide, nickel or the like can be applied. In particular, a spherical body made of α-alumina is preferably used.

反応器シェル3の分割された領域に対応する反応管2の部分毎に、触媒活性が異なるように触媒を充填することができるが、必ずしもこれに限られるものではなく、一つの領域に対応する反応管2部分に触媒活性の異なる複数の触媒を充填してもよいし、また連続する複数の領域に対応する反応管2部分に同じ触媒活性の触媒を充填してもよい。すなわち、分割された反応器シェル3と異なる触媒の領域は一致していなくても良い。   The catalyst can be filled so that the catalytic activity is different for each portion of the reaction tube 2 corresponding to the divided region of the reactor shell 3, but this is not necessarily limited, and it corresponds to one region. The reaction tube 2 portion may be filled with a plurality of catalysts having different catalytic activities, or the reaction tube 2 portions corresponding to a plurality of continuous regions may be filled with the same catalyst activity catalyst. That is, the areas of the catalyst different from the divided reactor shell 3 do not have to coincide.

塩化水素を酸素で酸化して塩素を製造する際に使用する触媒としては、酸化ルテニウム触媒が、特に、酸化チタン含有担体に酸化ルテニウムが担持された触媒が好ましい。これら酸化ルテニウム触媒は、特開平9−67103号公報、特開2000−281314号公報に記載の方法によって調製されたものが好ましく使用される。本発明において特に好適な触媒として、具体的には、酸化ルテニウムの含有量が、1〜20質量%であり、酸化ルテニウムの中心径が1.0〜10.0nmである担持酸化ルテニウム触媒または酸化ルテニウム複合酸化物型触媒を挙げることができるが、これに限定されるものではない。   As a catalyst used for producing chlorine by oxidizing hydrogen chloride with oxygen, a ruthenium oxide catalyst is preferable, and a catalyst in which ruthenium oxide is supported on a titanium oxide-containing support is particularly preferable. As these ruthenium oxide catalysts, those prepared by the methods described in JP-A-9-67103 and JP-A-2000-281314 are preferably used. As a particularly suitable catalyst in the present invention, specifically, a supported ruthenium oxide catalyst or an oxide having a ruthenium oxide content of 1 to 20% by mass and a ruthenium oxide central diameter of 1.0 to 10.0 nm. Although a ruthenium complex oxide type catalyst can be mentioned, it is not limited to this.

触媒の形状は、球形粒状、円柱形ペレット状、押出形状、リング形状、ハニカム状または成型後に粉砕分級した適度の大きさの顆粒状などで用いられる。この際、触媒直径としては5mm以下が好ましい。触媒直径が5mmを越えると、活性が低下する場合があるためである。触媒直径の下限は特に制限はないが、過度に小さくなると、触媒充填層での圧力損失が大きくなるため、通常は0.5mm以上のものが用いられる。なお、ここでいう触媒直径とは、球形粒状では球の直径、円柱形ペレット状では断面の直径、その他の形状では断面の最大直径を意味する。触媒の表面積は10m/g以上500m/g以下であることが好ましい。表面積が10m/g未満では、充分な反応活性を得ることが難しく、また500m/gを超えると触媒の熱安定性が劣るものとなる。 The catalyst may be used in the form of a spherical particle, a cylindrical pellet, an extruded shape, a ring shape, a honeycomb shape, or an appropriately sized granule that has been pulverized and classified after molding. At this time, the catalyst diameter is preferably 5 mm or less. This is because the activity may decrease when the catalyst diameter exceeds 5 mm. The lower limit of the catalyst diameter is not particularly limited, but if it is excessively small, the pressure loss in the catalyst packed bed increases, so that a catalyst having a diameter of 0.5 mm or more is usually used. The catalyst diameter here means the diameter of a sphere in the case of spherical particles, the diameter of a cross section in the case of a cylindrical pellet, and the maximum diameter of a cross section in other shapes. The surface area of the catalyst is preferably 10 m 2 / g or more and 500 m 2 / g or less. When the surface area is less than 10 m 2 / g, it is difficult to obtain sufficient reaction activity, and when it exceeds 500 m 2 / g, the thermal stability of the catalyst becomes poor.

塩化水素を酸素で酸化して塩素を製造する際には、上記した多管式固定床反応器であって、反応器のシェル内が管軸方向に仕切り板で複数の領域に分割され、少なくとも一つの分割された領域に、循環する熱媒体の温度制御手段を備えている反応器を用い、好ましくは上記の酸化ルテニウム触媒を上記の方法によって充填して行われる。   When producing chlorine by oxidizing hydrogen chloride with oxygen, the above-described multitubular fixed bed reactor is divided into a plurality of regions by partition plates in the tube axis direction in the shell of the reactor, and at least Using a reactor equipped with a temperature control means for circulating heat medium in one divided region, the above ruthenium oxide catalyst is preferably charged by the above method.

固定床反応器1では、反応工程において、矢印Aにしたがって入口から塩化水素および酸素を含有する原料ガスが供給され、矢印Bにしたがって出口から塩素とともに未反応の塩化水素および酸素を含む生成物ガスが取り出される。固定床反応器1における反応工程は、たとえば、次に詳細を説明する塩素の製造方法の一工程である。   In the fixed bed reactor 1, in the reaction step, a raw material gas containing hydrogen chloride and oxygen is supplied from the inlet according to arrow A, and a product gas containing unreacted hydrogen chloride and oxygen from the outlet according to arrow B along with chlorine. Is taken out. The reaction step in the fixed bed reactor 1 is, for example, one step of the chlorine production method described in detail below.

[塩素の製造方法]
ここで例示する塩素の製造方法は、固定床反応器における反応工程と、固定床反応器以外の他の設備における吸収工程、乾燥工程、精製工程を少なくとも含む。
[Chlorine production method]
The method for producing chlorine exemplified here includes at least a reaction step in a fixed bed reactor and an absorption step, a drying step, and a purification step in equipment other than the fixed bed reactor.

<反応工程>
反応工程では、固定床反応器の反応管の入口から塩化水素および酸素を含む原料ガスを供給する。反応工程における、反応管内の圧力は約0.1〜1MPaGが好ましく、約0.1〜0.8MPaGがさらに好ましく、約0.1〜0.6MPaGが特に好ましい。反応管内の温度は約200〜500℃、好ましくは約200〜380℃である。反応温度が低すぎる場合は、塩化水素の転化率が低くなる場合があり、一方、反応温度が高すぎる場合は、触媒成分が揮発したり、金属製の反応管が腐食する場合がある。
<Reaction process>
In the reaction step, a raw material gas containing hydrogen chloride and oxygen is supplied from the inlet of the reaction tube of the fixed bed reactor. In the reaction step, the pressure in the reaction tube is preferably about 0.1 to 1 MPaG, more preferably about 0.1 to 0.8 MPaG, and particularly preferably about 0.1 to 0.6 MPaG. The temperature in the reaction tube is about 200 to 500 ° C, preferably about 200 to 380 ° C. If the reaction temperature is too low, the conversion rate of hydrogen chloride may be low. On the other hand, if the reaction temperature is too high, the catalyst component may volatilize or the metal reaction tube may corrode.

原料ガスは、塩化水素を含むガスと酸素を含むガスとが混合されたものである。塩化水素を含むガスとしては、塩素化合物の熱分解反応や燃焼反応、有機化合物のホスゲン化反応または塩素化反応、焼却炉の燃焼等において発生した塩化水素を含むガスを使用することができる。塩化水素を含むガスとしては、塩化水素の発生源からガス状で供給される塩化水素をそのまま、または塩化水素を水に吸収して供給される塩酸を加熱して塩化水素ガスを発生させて使用してもよい。酸素を含むガスとししては、酸素または空気を使用することができる。また、塩化水素を酸素で酸化することによって生成した塩素と分離された未反応酸素を含むガスは、酸素を含むガスの一部として使用することができる。   The source gas is a mixture of a gas containing hydrogen chloride and a gas containing oxygen. As the gas containing hydrogen chloride, a gas containing hydrogen chloride generated in a pyrolysis reaction or combustion reaction of a chlorine compound, a phosgenation reaction or chlorination reaction of an organic compound, combustion in an incinerator, or the like can be used. As gas containing hydrogen chloride, hydrogen chloride supplied in gaseous form from the source of hydrogen chloride is used as it is, or hydrogen chloride is absorbed in water and hydrochloric acid supplied is heated to generate hydrogen chloride gas. May be. As the gas containing oxygen, oxygen or air can be used. In addition, a gas containing unreacted oxygen separated from chlorine generated by oxidizing hydrogen chloride with oxygen can be used as part of a gas containing oxygen.

塩化水素に不純物として有機物や硫黄化合物等の触媒毒になる化合物が含有される場合には、得られる塩素の純度が低下したり、多塩素化物が発生したり、触媒の活性が低下したりするので、吸着剤による吸着、水洗浄等によって除去して供給する。不純物を除去する方法として、例えば、硫化カルボニル等の水に溶解し難いものを塩化水素ガスが含む場合は、水に吸収させて塩酸として不純物を除去し、得られる塩酸を加熱して塩化水素ガスを発生させて供給する。有機化合物は活性炭等で吸着して除去し供給する。塩化水素がガスの場合、直接、活性炭等に吸着させても良いが、加圧、冷却して有機物を凝縮除去した後、活性炭等に吸着除去しても良い。不純物として、ベンゼン、トルエン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、ニトロベンゼン等の芳香族化合物が含まれることがあるが、これらの芳香族化合物は、気相においても液相においても活性炭に吸着し易く、活性炭で容易に除去することができる。有機物が吸着した活性炭は、加熱した窒素や空気等のガスを通気して有機物を脱離させる等の公知の方法で再生し、再使用することができる。また、エタン、プロパン、ジクロロエタン、クロロホルム等の低沸点有機化合物は活性炭への吸着容量が小さく、これら有機化合物が含まれる場合は、発生する塩化水素ガスを水に吸収することで該有機化合物の大部分を除去し、得られた塩酸を加熱して塩化水素ガスを発生させて用いても良い。   If hydrogen chloride contains impurities or impurities such as organic substances or sulfur compounds, the purity of the resulting chlorine may be reduced, polychlorinated products may be generated, and the activity of the catalyst may be reduced. Therefore, it is removed and supplied by adsorption with an adsorbent, washing with water or the like. As a method for removing impurities, for example, when hydrogen chloride gas contains something that is difficult to dissolve in water, such as carbonyl sulfide, it is absorbed in water to remove impurities as hydrochloric acid, and the resulting hydrochloric acid is heated to produce hydrogen chloride gas. Is generated and supplied. Organic compounds are adsorbed and removed by activated carbon. When hydrogen chloride is a gas, it may be directly adsorbed on activated carbon or the like, but it may be adsorbed and removed on activated carbon or the like after condensing and removing organic substances by pressurization and cooling. Impurities may include aromatic compounds such as benzene, toluene, chlorobenzene, dichlorobenzene, nitrobenzene, etc., but these aromatic compounds are easily adsorbed on activated carbon in the gas phase and in the liquid phase, and easily on activated carbon. Can be removed. The activated carbon on which the organic matter is adsorbed can be regenerated and reused by a known method such as passing a gas such as heated nitrogen or air to desorb the organic matter. In addition, low boiling point organic compounds such as ethane, propane, dichloroethane, chloroform and the like have a small adsorption capacity to activated carbon, and when these organic compounds are contained, a large amount of the organic compound is absorbed by absorbing the generated hydrogen chloride gas in water. The portion may be removed, and the resulting hydrochloric acid may be heated to generate hydrogen chloride gas for use.

塩酸から塩化水素を発生するには、通常、放散塔に供給し、スチームを用いてリボイラーで加熱して行う。塩化水素ガスを発生させると、通常、塔底から共沸組成の塩酸が得られる。この塩酸は、その濃度で用途があれば、それに使用し、または塩化水素の発生プラントにリサイクルして塩化水素の吸収に好ましく使用される。塩化水素濃度が高い塩酸ほど塩化水素を発生させる際の加熱に要するスチームは少なくてすむが、塔底から抜出される温度の高い塩酸と供給する塩酸と熱交換して加熱スチームを低減するのが好ましい。放散塔の材質には、タンタル、炭素、フッ素樹脂ライニング等が適用できる。   In order to generate hydrogen chloride from hydrochloric acid, it is usually supplied to a stripping tower and heated with a reboiler using steam. When hydrogen chloride gas is generated, hydrochloric acid having an azeotropic composition is usually obtained from the bottom of the column. This hydrochloric acid is preferably used for absorption of hydrogen chloride if it is used at that concentration, or recycled to a hydrogen chloride generation plant. Hydrochloric acid with higher hydrogen chloride concentration requires less steam to generate hydrogen chloride. However, heat steam is reduced by exchanging heat with hydrochloric acid with a high temperature extracted from the bottom of the tower and the supplied hydrochloric acid. preferable. Tantalum, carbon, fluororesin lining, etc. can be applied as the material for the stripping tower.

反応は、圧力が約0.1〜1MPaGで行なわれ、そのために塩化水素を含むガスが公知の圧縮機を用いて加圧される場合もある。圧縮機としては、例えばターボ型の軸流圧縮機、遠心圧縮機、容積型の往復式圧縮機、ねじ式(スクリュー)圧縮機等が挙げられ、必要とする圧力、風量を勘案して適宜選択される。圧縮機の腐食の観点から、乾燥した塩化水素を含むガスを加圧するのが好ましい。   The reaction is carried out at a pressure of about 0.1 to 1 MPaG, so that a gas containing hydrogen chloride may be pressurized using a known compressor. Examples of the compressor include a turbo type axial flow compressor, a centrifugal compressor, a positive displacement reciprocating compressor, a screw type (screw) compressor, and the like, and are appropriately selected in consideration of the required pressure and air volume. Is done. From the viewpoint of the corrosion of the compressor, it is preferable to pressurize a gas containing dry hydrogen chloride.

酸素を含むガスとしては、酸素または空気が使用されるが、好ましくは酸素の濃度が80体積%以上、さらに好ましくは90体積%以上のものが用いられる。酸素以外の成分としては、窒素(N)、アルゴン(Ar)、炭酸ガス(CO)などが挙げられる。酸素の濃度が80体積%よりも小さい場合には、後述する精製工程で得られる未反応酸素を主成分とするガス中の酸素濃度が低くなり、後述する循環工程で反応工程へ供給する該ガスの量を少なくしなければならないことがある。酸素濃度が80体積%以上の酸素を含むガスは、空気の圧力スイング法や深冷分離などの通常の工業的な方法によって得ることができる。 As the gas containing oxygen, oxygen or air is used. Preferably, the oxygen concentration is 80% by volume or more, more preferably 90% by volume or more. Examples of components other than oxygen include nitrogen (N 2 ), argon (Ar), carbon dioxide (CO 2 ), and the like. When the oxygen concentration is less than 80% by volume, the oxygen concentration in the gas mainly composed of unreacted oxygen obtained in the purification step described later is low, and the gas supplied to the reaction step in the circulation step described later You may need to reduce the amount of. A gas containing oxygen having an oxygen concentration of 80% by volume or more can be obtained by an ordinary industrial method such as an air pressure swing method or a cryogenic separation.

塩化水素1モルに対する酸素の理論モル量は0.25モルであるが、理論量以上供給することが好ましく、塩化水素1モルに対し酸素0.25〜2モルがさらに好ましい。酸素の量が少な過ぎると、塩化水素の転化率が低くなる場合があり、一方酸素の量が多過ぎると生成した塩素と未反応酸素の分離が困難になる場合がある。   Although the theoretical molar amount of oxygen with respect to 1 mol of hydrogen chloride is 0.25 mol, it is preferable to supply more than the theoretical amount, and more preferably 0.25 to 2 mol of oxygen with respect to 1 mol of hydrogen chloride. If the amount of oxygen is too small, the conversion rate of hydrogen chloride may be low. On the other hand, if the amount of oxygen is too large, separation of generated chlorine and unreacted oxygen may be difficult.

通常、塩化水素と酸素を含むガスを混合して反応器に供給するが、触媒層内の温度分布を平滑化させることによって、触媒層を有効に活用し、かつ触媒の安定した活性を維持するために、水分の存在下で反応させるのが好ましい。水分の塩化水素に対するモル比は、0.001〜1.0であることが好ましく、更に好ましくは0.005〜1.0、最も好ましくは0.01〜1.0である。水分の塩化水素に対するモル比が過小な場合には、触媒層内の温度分布を平滑化することが困難になることがあり、該モル比が過大な場合には、塩化水素の転化率が低くなることがある。   Normally, a gas containing hydrogen chloride and oxygen is mixed and supplied to the reactor. By smoothing the temperature distribution in the catalyst layer, the catalyst layer is effectively used and the stable activity of the catalyst is maintained. Therefore, the reaction is preferably performed in the presence of moisture. The molar ratio of water to hydrogen chloride is preferably 0.001 to 1.0, more preferably 0.005 to 1.0, and most preferably 0.01 to 1.0. If the molar ratio of water to hydrogen chloride is too small, it may be difficult to smooth the temperature distribution in the catalyst layer. If the molar ratio is excessive, the conversion rate of hydrogen chloride is low. May be.

水分の添加方法としては、単に塩化水素を含むガス中に添加する方法、塩酸から塩化水素を発生させ、塩化水素と共に同伴する水分を原料の塩化水素ガスに加える方法、反応後、生成する塩素および未反応の塩化水素を回収した後、未反応の酸素ガスを回収して原料の塩化水素ガスに加える際に、加湿して加える方法がある。   As a method of adding moisture, a method of simply adding it into a gas containing hydrogen chloride, a method of generating hydrogen chloride from hydrochloric acid, and adding moisture accompanying hydrogen chloride to the raw material hydrogen chloride gas, chlorine generated after the reaction, and There is a method in which after unreacted hydrogen chloride is recovered, it is humidified when unreacted oxygen gas is recovered and added to the raw material hydrogen chloride gas.

塩化水素の供給速度は、GHSV(0℃、0.1MPaにおける塩化水素(体積)/触媒(体積))で表すと、通常10〜2000h−1、好ましくは200〜1000h−1、更に好ましくは300〜700h−1で行われる。 The feed rate of hydrogen chloride, GHSV is represented by (0 ° C., hydrogen chloride in 0.1 MPa (volume) / catalyst (volume)), usually 10~2000H -1, preferably 200~1000H -1, more preferably 300 Done at ~ 700h- 1 .

反応管内への原料ガスの供給とともに、反応器シェル内に加熱した熱媒体を循環させる。これにより、反応器内の原料ガスが加熱され、反応が進行する。通常、初めに約260〜280℃の熱媒体を各領域に循環する。そして、充填されている触媒の活性によって、触媒層内の温度が変わる。分割された領域部分の反応管内の触媒層(反応ゾーン)の最高温度と熱媒体温度との差(ΔTmax)が所定の範囲内になるように熱媒体の温度調節を行う。   Along with the supply of the raw material gas into the reaction tube, a heated heat medium is circulated in the reactor shell. Thereby, the source gas in the reactor is heated and the reaction proceeds. Usually, a heating medium of about 260 to 280 ° C. is first circulated to each region. And the temperature in a catalyst layer changes with the activity of the catalyst currently filled. The temperature of the heat medium is adjusted so that the difference (ΔTmax) between the maximum temperature of the catalyst layer (reaction zone) in the reaction tube in the divided region and the heat medium temperature is within a predetermined range.

各反応ゾーンのΔTmaxは、たとえば、シェルが5分割され、5個の反応ゾーンを有する多管式固定床反応器の場合、反応器入口側から第1ゾーンは15〜40℃、好ましくは20〜35℃、第2ゾーンは10〜30℃、好ましくは15〜25℃、第3ゾーンは10〜25℃、好ましくは10〜20℃、第4、第5ゾーンは0〜15℃、好ましくは5〜10℃とする。ΔTmaxが40℃を越えると温度暴走し、温度制御不能となる恐れがあるので好ましくない。ΔTmaxは反応管の中心部に管軸方向に取り付けられた温度センサーにより測定することができる。通常、複数の反応管と温度センサーを用いて、反応管一本につき温度センサー一本を、複数の反応管で温度検出部の管軸方向の位置が異なるように配置し、各反応ゾーンのΔTmaxを同時に測定する。しかしながら原料ガス中に触媒毒成分が混入する場合等は、触媒の活性が入口側から低下し、ΔTmaxが下流側に移動することがあり、ΔTmaxを正確に測定するために、温度センサーの検出位置を移動させる必要がある。そこで、1本の温度センサーに複数の温度計測部が取り付けられた多点式温度計を用いれば、容易にΔTmaxを検出することができるため好ましい。   The ΔTmax of each reaction zone is, for example, in the case of a multi-tube fixed bed reactor in which the shell is divided into five and has five reaction zones, the first zone from the reactor inlet side is 15 to 40 ° C., preferably 20 to 35 ° C, the second zone is 10-30 ° C, preferably 15-25 ° C, the third zone is 10-25 ° C, preferably 10-20 ° C, the fourth and fifth zones are 0-15 ° C, preferably 5 -10 ° C. If ΔTmax exceeds 40 ° C., temperature runaway may occur and temperature control may become impossible. ΔTmax can be measured by a temperature sensor attached to the center of the reaction tube in the tube axis direction. Usually, using a plurality of reaction tubes and temperature sensors, one temperature sensor is arranged for each reaction tube so that the positions of the temperature detectors in the tube axis direction are different in the plurality of reaction tubes, and ΔTmax of each reaction zone. Are measured simultaneously. However, when a catalyst poison component is mixed in the raw material gas, the activity of the catalyst may decrease from the inlet side, and ΔTmax may move downstream. In order to accurately measure ΔTmax, the detection position of the temperature sensor Need to be moved. Therefore, it is preferable to use a multipoint thermometer in which a plurality of temperature measuring units are attached to one temperature sensor because ΔTmax can be easily detected.

このような温度管理をすることにより、各ゾーン出口の塩化水素の転化率は、それぞれ約15〜25%、約35〜45%、約50〜60%、約65〜75%、約80〜90%になる。最終出口の転化率以外は、各ゾーン毎に実験を行って想定したものであり、具体的には最終転化率を約80〜90%にすることを目標にする。   By performing such temperature control, the conversion rate of hydrogen chloride at the outlet of each zone is about 15-25%, about 35-45%, about 50-60%, about 65-75%, about 80-90, respectively. %become. Except for the conversion rate at the final outlet, the experiment is performed for each zone, and specifically, the final conversion rate is set to about 80 to 90%.

反応の継続と共に、順次触媒の活性が低下し、塩化水素の転化率が低下してくるので、上記のΔTmaxの範囲を維持しつつ、第1ゾーン熱媒体の温度を上げ、最終転化率を上記の範囲になるように調整する。第1ゾーンの次は順次第2ゾーン、第3ゾーンの温度を上げる。通常、最も活性が高い触媒が充填されている最終ゾーンの温度はできるだけ上げないようにする。最終的には、反応ゾーンの最高温度が500℃、好ましくは400℃を超えるようになったら触媒の更新を検討する。   As the reaction continues, the activity of the catalyst gradually decreases and the conversion rate of hydrogen chloride decreases, so the temperature of the first zone heat medium is increased while maintaining the above range of ΔTmax, and the final conversion rate is set to the above value. Adjust so that it is within the range. Next to the first zone, the temperature of the second zone and the third zone is sequentially increased. In general, the temperature of the final zone filled with the most active catalyst should be kept as low as possible. Eventually, renewal of the catalyst is considered when the maximum temperature of the reaction zone exceeds 500 ° C, preferably 400 ° C.

反応管の出口から取り出される生成物ガスは、塩素とともに未反応の塩化水素および酸素などを含む。   The product gas taken out from the outlet of the reaction tube contains unreacted hydrogen chloride and oxygen together with chlorine.

<吸収工程>
吸収工程は、上記反応工程で得られた塩素、水、未反応塩化水素および未反応酸素などを含む生成物ガスから、未反応塩化水素を回収するとともに、塩素および未反応の酸素を主成分とするガスを得る工程である。未反応塩化水素の回収は、反応工程で得られた生成物ガスを、水または塩酸水と接触させ、場合によってはさらに冷却することにより、未反応塩化水素を当該水または塩酸水に吸収させて塩化水素および水を主成分とする溶液とすることにより行なわれる。当該吸収工程により、塩素および酸素を主成分とするガスが得られる。
<Absorption process>
The absorption step recovers unreacted hydrogen chloride from the product gas containing chlorine, water, unreacted hydrogen chloride and unreacted oxygen obtained in the reaction step, and contains chlorine and unreacted oxygen as main components. It is the process of obtaining the gas to perform. The unreacted hydrogen chloride is recovered by bringing the product gas obtained in the reaction step into contact with water or hydrochloric acid water, and further cooling it to absorb the unreacted hydrogen chloride in the water or hydrochloric acid water. It is carried out by preparing a solution mainly composed of hydrogen chloride and water. By the absorption step, a gas mainly containing chlorine and oxygen is obtained.

吸収工程において、未反応塩化水素を含む反応工程で得られた生成物ガスと水または塩酸とを接触させる際の温度は、特に制限されるものではないが、塩化水素の水への吸収性を損なわず、かつ、塩酸水へのガス成分の溶存を極力避ける観点から、好ましくは0〜100℃である。また、接触させる際の圧力は、塩化水素の水への吸収性を損なわず、かつ、塩酸水へのガス成分の溶存を極力避ける観点から、0.05〜1.0MPaGである。なお、吸収工程では、塩素水和物析出防止のために、特開2003−261306号公報に記載の方法を採用するのが好ましい。吸収工程で得られた塩化水素および水を主成分とする溶液は、後述する放散工程に供することができる。   In the absorption process, the temperature at which the product gas obtained in the reaction process including unreacted hydrogen chloride is brought into contact with water or hydrochloric acid is not particularly limited, but the absorption of hydrogen chloride into water is not limited. It is preferably 0 to 100 ° C. from the viewpoint of not damaging and avoiding the dissolution of the gas component in hydrochloric acid water as much as possible. Moreover, the pressure at the time of making it contact is 0.05-1.0 MPaG from a viewpoint which does not impair the absorptivity to the water of hydrogen chloride, and avoids dissolution of the gas component to hydrochloric acid water as much as possible. In the absorption step, it is preferable to employ the method described in JP-A-2003-261306 in order to prevent precipitation of chlorine hydrate. The solution mainly composed of hydrogen chloride and water obtained in the absorption step can be subjected to a diffusion step described later.

<乾燥工程>
乾燥工程は、吸収工程で得られた塩素および未反応の酸素を主成分とするガス中の水分を除去することにより、乾燥したガスを得る工程である。乾燥工程後のガス中の水分は0.5mg/l以下、好ましくは0.1mg/l以下である。ガス中の水分を除去する化合物としては、硫酸、塩化カルシウム、過塩素酸マグネシウム、ゼオライトなどが挙げられるが、なかでも使用後の排出が容易であることから、硫酸が好ましい。ガス中の水分を除去する方法としては、吸収工程で得られた塩素と未反応の酸素を主成分とするガスを硫酸と接触させる方法が挙げられる。
<Drying process>
The drying step is a step of obtaining a dried gas by removing moisture in the gas mainly composed of chlorine and unreacted oxygen obtained in the absorption step. The moisture in the gas after the drying step is 0.5 mg / l or less, preferably 0.1 mg / l or less. Examples of the compound that removes moisture in the gas include sulfuric acid, calcium chloride, magnesium perchlorate, zeolite, and the like. Among them, sulfuric acid is preferable because it can be easily discharged after use. Examples of the method for removing moisture in the gas include a method in which a gas mainly composed of chlorine and unreacted oxygen obtained in the absorption step is brought into contact with sulfuric acid.

乾燥工程において用いられる硫酸の濃度は、90質量%以上が好ましい。硫酸濃度が90質量%よりも小さいと、ガス中の水分が十分に除去されないことがある。接触温度は0〜80℃、圧力は0.05〜1MPaG程度であることが好ましい。乾燥剤として硫酸を使用した場合は、乾燥工程の直後で硫酸ミストを除去するのが好ましい。たとえば、ブリンクエリミネーターや特開2003−181235号公報記載の方法を適用することができる。   The concentration of sulfuric acid used in the drying step is preferably 90% by mass or more. If the sulfuric acid concentration is lower than 90% by mass, moisture in the gas may not be sufficiently removed. The contact temperature is preferably 0 to 80 ° C., and the pressure is preferably about 0.05 to 1 MPaG. When sulfuric acid is used as the desiccant, it is preferable to remove the sulfuric acid mist immediately after the drying step. For example, a blink eliminator or a method described in JP-A No. 2003-181235 can be applied.

<精製工程>
精製工程は、乾燥工程で得られた乾燥したガスを、塩素を主成分とする液体またはガスと未反応酸素を主成分とするガスとに分離することにより塩素を得る工程である。塩素を主成分とする液体またはガスと未反応酸素を主成分とするガスとに分離する方法としては、たとえば、乾燥工程で得られたガスを圧縮および/または冷却することによって、塩素を主成分とする液体が未反応酸素を主成分とするガスと分離される。塩素の液化は、圧力と温度で規定される塩素が液体状態で存在し得る範囲で実施される。工業的には設備などの問題から、圧縮圧力と冷却温度はこの範囲内の最適な経済条件を考慮して決められる。通常の運転においては、塩素液化の圧縮圧力は0.5〜5MPaG、冷却温度は−70〜40℃の範囲である。
<Purification process>
The purification step is a step of obtaining chlorine by separating the dried gas obtained in the drying step into a liquid or gas containing chlorine as a main component and a gas containing unreacted oxygen as a main component. As a method of separating the liquid or gas mainly containing chlorine and the gas mainly containing unreacted oxygen, for example, by compressing and / or cooling the gas obtained in the drying step, Is separated from a gas mainly composed of unreacted oxygen. The liquefaction of chlorine is carried out to the extent that chlorine specified by pressure and temperature can exist in a liquid state. Industrially, the compression pressure and the cooling temperature are determined in consideration of the optimal economic conditions within this range due to problems such as equipment. In normal operation, the compression pressure for liquefaction of chlorine is 0.5 to 5 MPaG, and the cooling temperature is in the range of −70 to 40 ° C.

得られた塩素を主成分とする液体は、そのまま、あるいは一部または全部を気化させた後、製品塩素とすることができる。製品塩素は、たとえば塩化ビニル、ホスゲンなどの原料として用いることができる。塩素を主成分とする液体の一部または全部を気化させる場合、乾燥工程で得られるガスの熱交換を行なうことにより、気化に必要な熱の一部を得ると同時に、乾燥工程で得られるガス中の塩素の液化に必要な外部冷媒による冷却負荷を削減することが可能である。同様に、液体フロンの予備冷却や、塩素蒸留塔などの還流液の冷却に用いることもできる。   The obtained liquid containing chlorine as a main component can be used as product chlorine as it is or after part or all of the liquid is vaporized. Product chlorine can be used as a raw material for vinyl chloride, phosgene, and the like. When vaporizing a part or all of the liquid mainly composed of chlorine, the gas obtained in the drying process is obtained at the same time as obtaining a part of the heat necessary for vaporization by performing heat exchange of the gas obtained in the drying process. It is possible to reduce the cooling load due to the external refrigerant necessary for liquefying the chlorine in the inside. Similarly, it can be used for pre-cooling liquid chlorofluorocarbons or for cooling a reflux liquid such as a chlorine distillation column.

なお、塩素の製造方法は、上記各工程以外に、放散工程、循環工程、除害工程など、塩素の製造方法において通常含まれ得る公知の適宜の工程を任意に含んでいてもよい。以下、これらの各工程について説明する。   In addition to the above steps, the chlorine production method may optionally include known appropriate steps that can be normally included in the chlorine production method, such as a diffusion step, a circulation step, and a detoxification step. Hereinafter, each of these steps will be described.

<放散工程>
放散工程は、吸収工程で得られた塩化水素および水を含む溶液を放散させて塩化水素を主成分とするガスを得る工程である。放散工程で放散される塩化水素および水を含む溶液は、通常、当該放散工程の際の圧力下での塩化水素と水の共沸組成よりも多い塩化水素を含有する。このような塩化水素および水を含む溶液の組成は、通常、塩化水素25〜40質量%、水60〜75質量%である。
<Dissipation process>
The stripping step is a step of obtaining a gas containing hydrogen chloride as a main component by stripping the solution containing hydrogen chloride and water obtained in the absorption step. The solution containing hydrogen chloride and water that is diffused in the stripping step usually contains more hydrogen chloride than the azeotropic composition of hydrogen chloride and water under pressure during the stripping step. The composition of such a solution containing hydrogen chloride and water is usually 25 to 40% by mass of hydrogen chloride and 60 to 75% by mass of water.

放散工程の際の圧力(放散工程に用いられる放散塔の塔頂における圧力)は、当該放散工程に続いて後述する脱水工程を行なう場合には、脱水工程の際の圧力より高い圧力を選択するのが好ましく、通常、0.05〜1.0MPaGである。また、放散工程における温度(放散塔の塔底における温度)は、上記圧力と放散工程での放散に供される塩化水素および水を含む溶液の組成により決まるが、通常、100〜180℃である。   The pressure during the stripping step (pressure at the top of the stripping tower used in the stripping step) is selected to be higher than the pressure during the dehydration step when the dehydration step described later is performed following the stripping step. It is preferably 0.05 to 1.0 MPaG. The temperature in the stripping process (the temperature at the bottom of the stripping tower) is determined by the composition of the solution containing hydrogen chloride and water used for stripping in the stripping process and the above pressure, but is usually 100 to 180 ° C. .

放散工程において、放散塔の塔頂からは高濃度の塩化水素を主成分とするガスが得られる。このようにして得られた塩化水素を主成分とするガスは、塩酸酸化反応の原料として好適に用いることができる。なお、放散工程で得られた塩化水素を主成分とするガスは、若干の水を含んでいるが、これを冷却し、凝縮した塩化水素水溶液を放散塔に戻す分縮操作を加えることで、ガス中に含まれる水分を低減させることができる。塩化水素を主成分とするガスを分離後の塩酸水は、脱水工程に供し、塩酸と廃水とに分離し、回収された塩酸を吸収工程にリサイクルすることが好ましい。   In the stripping step, a gas mainly composed of high concentration hydrogen chloride is obtained from the top of the stripping tower. The gas containing hydrogen chloride as a main component thus obtained can be suitably used as a raw material for the hydrochloric acid oxidation reaction. In addition, although the gas mainly composed of hydrogen chloride obtained in the stripping step contains some water, it is cooled, and by adding a contraction operation to return the condensed hydrogen chloride aqueous solution to the stripping tower, Water contained in the gas can be reduced. It is preferable that the hydrochloric acid water after separating the gas containing hydrogen chloride as a main component is subjected to a dehydration step, separated into hydrochloric acid and waste water, and the recovered hydrochloric acid is recycled to the absorption step.

脱水工程では、放散工程で用いた放散塔とは別の蒸留塔を用い、放散工程よりも低い圧力下で、放散工程で得られた塩酸水を放散させる。当該塩酸水は、脱水工程における圧力での塩化水素と水の共沸組成よりも多く水を含む。この脱水工程では、上記塩酸水を放散し、放散塔の塔頂から水を回収し、放散塔の塔底から水と分離された塩酸を回収する。   In the dehydration process, a distillation tower different from the stripping tower used in the stripping process is used, and the hydrochloric acid water obtained in the stripping process is stripped under a pressure lower than that in the stripping process. The hydrochloric acid water contains more water than the azeotropic composition of hydrogen chloride and water at the pressure in the dehydration process. In this dehydration step, the hydrochloric acid water is diffused, water is recovered from the top of the stripping tower, and hydrochloric acid separated from the water is recovered from the bottom of the stripping tower.

脱水工程の際の圧力は、上述した放散工程の際の圧力よりも低く設定すればよく、特に制限されるものではないが、−0.090〜0.05MPaGであるのが好ましい。また、脱水工程の際の温度は、上記圧力と放散に供する塩酸水の組成により適宜決定されるが、通常50〜90℃である。この温度は、硫酸などの強電解質を第三成分として添加する場合の脱水工程の温度より低いため、使用する加熱源をより広い範囲から選択することができ、また機器の装置材料についても選択範囲が広くグラスライニングやグラスファイバー含有樹脂など、比較的安価なものが使用できる。   What is necessary is just to set the pressure in the case of a spin-drying | dehydration process lower than the pressure in the case of the diffusion process mentioned above, Although it does not restrict | limit in particular, It is preferable that it is -0.090-0.05MPaG. Moreover, the temperature in the dehydration step is appropriately determined depending on the pressure and the composition of hydrochloric acid water used for diffusion, but is usually 50 to 90 ° C. Since this temperature is lower than the temperature of the dehydration step when a strong electrolyte such as sulfuric acid is added as the third component, the heating source to be used can be selected from a wider range, and the equipment material of the equipment is also selected. However, relatively inexpensive materials such as glass lining and glass fiber-containing resins can be used.

放散工程および脱水工程を含むことにより、分離回収が困難である吸収工程後の塩化水素水溶液を、第三成分を添加することなく、効率的に塩化水素と水とに分離回収することができ、こうして得られた塩化水素を主成分とするガスを再び反応工程に供することで、より効率的に塩素を製造することが可能となる。   By including the diffusion step and the dehydration step, the hydrogen chloride aqueous solution after the absorption step, which is difficult to separate and recover, can be efficiently separated and recovered into hydrogen chloride and water without adding a third component, By using the gas containing hydrogen chloride as a main component thus obtained again for the reaction step, chlorine can be produced more efficiently.

<循環工程>
循環工程は、精製工程で得られた未反応酸素を主成分とするガスの一部または全部を反応工程へ供給する工程である。好ましくは、未反応酸素を主成分とするガスは、不純物の蓄積を避けるために、一部がパージされ、残り全量が反応工程に供される。未反応酸素を主成分とするガスを反応工程に循環させるに際しては、このガスを水で洗浄するなどして硫酸ミストを除去することが好ましい。
<Circulation process>
The circulation step is a step of supplying a part or all of the gas mainly composed of unreacted oxygen obtained in the purification step to the reaction step. Preferably, the gas containing unreacted oxygen as a main component is partially purged and the entire remaining amount is subjected to the reaction step in order to avoid accumulation of impurities. When the gas containing unreacted oxygen as a main component is circulated in the reaction step, it is preferable to remove the sulfuric acid mist by washing the gas with water.

<除害工程>
除害工程とは、精製工程で得られた未反応酸素を主成分とするガス、または上述した循環工程で反応工程へ供給されなかったガス(パージされたガス)を該ガス中に含まれる塩素を除去した後、系外に排出する工程である。塩素を除害する方法としては、ガスをアルカリ金属水酸化物の水溶液、またはアルカリ金属チオ硫酸塩の水溶液、またはアルカリ金属亜硫酸塩とアルカリ金属炭酸塩を溶解させた水溶液、またはアルカリ金属亜硫酸塩とアルカリ金属炭酸塩を溶解させた水溶液、またはアルカリ金属水酸化物とアルカリ金属亜硫酸塩を溶解させた水溶液と接触させて除害する方法、ガス中の塩素を分離回収する公知の方法(特開平3−262514号公報、特開平10−25102号公報、特表平11−500954号公報)が挙げられる。
<Detoxification process>
The detoxification step refers to a gas containing unreacted oxygen obtained in the purification step as a main component, or a gas (purged gas) not supplied to the reaction step in the circulation step described above. This is a step of discharging to the outside of the system after removing. As a method for detoxifying chlorine, the gas may be an aqueous solution of an alkali metal hydroxide, an aqueous solution of an alkali metal thiosulfate, an aqueous solution in which an alkali metal sulfite and an alkali metal carbonate are dissolved, or an alkali metal sulfite. A method of detoxification by contacting with an aqueous solution in which an alkali metal carbonate is dissolved or an aqueous solution in which an alkali metal hydroxide and an alkali metal sulfite are dissolved, and a known method for separating and recovering chlorine in a gas -262514, JP-A-10-25102, JP-A-11-500754).

[固定床反応器の停止方法]
次に、図1にフローチャートを示した本発明に係る固定床反応器の停止方法における各操作の詳細を説明する。
[How to stop the fixed bed reactor]
Next, the details of each operation in the method for stopping the fixed bed reactor according to the present invention shown in the flowchart of FIG. 1 will be described.

<原料ガス停止操作(S10)>
反応工程にある固定床反応器において、まず原料ガス停止操作(S10)を行なう。原料ガス停止操作(S10)では、反応管2内への原料ガスの供給を停止する。原料ガス停止操作(S10)が行なわれても、反応器シェル3内における熱媒体の循環は継続する。このとき、循環させる熱媒体の温度が270℃以上を維持するように、熱媒体を加熱する加熱器を制御する。原料ガスの供給は、原料ガス配管と反応管の間に設置されている弁を閉じることにより停止することができる。
<Raw material gas stop operation (S10)>
In the fixed bed reactor in the reaction step, first, a raw material gas stop operation (S10) is performed. In the source gas stop operation (S10), the supply of the source gas into the reaction tube 2 is stopped. Even if the source gas stop operation (S10) is performed, the circulation of the heat medium in the reactor shell 3 continues. At this time, the heater for heating the heat medium is controlled so that the temperature of the heat medium to be circulated is maintained at 270 ° C. or higher. The supply of the raw material gas can be stopped by closing a valve installed between the raw material gas pipe and the reaction tube.

<置換操作(S20)>
原料ガス停止操作(S10)を行ない、反応管2内の圧力が低下して大気圧付近となった後に、置換操作(S20)を行なう。置換操作(S20)では、反応管2の入口から不活性ガスを供給し、反応管2内を通気させて、出口から排気する。不活性ガスとしては窒素、アルゴンなどを用いることができる。置換操作(S20)においても、反応器シェル3内における熱媒体の循環を継続する。このとき、循環させる熱媒体の温度は270℃以上を維持するようにする。270℃以上の熱媒体を循環させながら、反応管2内に不活性ガスを通気することにより、触媒に吸着された有害物質である塩化水素や塩素の脱着を促進して反応管2内に有害物質が残存することを防ぐことができる。熱媒体の温度が270℃未満の場合、有害物質の脱着が充分でない場合がある。
<Replacement operation (S20)>
The source gas stop operation (S10) is performed, and after the pressure in the reaction tube 2 is reduced to near atmospheric pressure, the replacement operation (S20) is performed. In the replacement operation (S20), an inert gas is supplied from the inlet of the reaction tube 2, and the reaction tube 2 is vented and exhausted from the outlet. Nitrogen, argon, etc. can be used as the inert gas. Also in the replacement operation (S20), the circulation of the heat medium in the reactor shell 3 is continued. At this time, the temperature of the circulating heat medium is maintained at 270 ° C. or higher. By circulating an inert gas through the reaction tube 2 while circulating a heat medium of 270 ° C. or higher, the desorption of hydrogen chloride and chlorine, which are harmful substances adsorbed on the catalyst, is promoted and harmful to the reaction tube 2 The substance can be prevented from remaining. When the temperature of the heat medium is less than 270 ° C., desorption of harmful substances may not be sufficient.

不活性ガスの通気速度としては、触媒体積に対する流量GHSVが3〜10hr−1の範囲であることが好ましい。通気速度GHSVが10hr−1より大きい場合、触媒の細孔内部の拡散律速となり有害物質の脱着効果が不十分となる場合がある。通気速度GHSVが3hr−1より小さいと、有害物質を脱着するのに時間を要する場合がある。 As a flow rate of the inert gas, the flow rate GHSV with respect to the catalyst volume is preferably in the range of 3 to 10 hr −1 . When the aeration rate GHSV is larger than 10 hr −1 , the diffusion rate is limited within the pores of the catalyst, and the desorption effect of harmful substances may be insufficient. If the ventilation rate GHSV is less than 3 hr −1 , it may take time to desorb the harmful substances.

置換操作(S20)における不活性ガスの反応管内での総通気量は、触媒体積の100倍以上であることが好ましい。総通気量が触媒体積の100倍未満では、触媒中の有害物質の脱着が不充分である場合がある。なお、総通気量は触媒体積の100倍以上であれば、これ以上多くしても脱着の顕著な向上を望むことは難しく、不活性ガスの浪費につながる場合があることから、たとえば10,000倍以下が好ましい。   The total aeration amount of the inert gas in the reaction tube in the replacement operation (S20) is preferably 100 times or more the catalyst volume. When the total aeration amount is less than 100 times the catalyst volume, desorption of harmful substances in the catalyst may be insufficient. In addition, if the total aeration amount is 100 times or more of the catalyst volume, it is difficult to desire a remarkable improvement in desorption even if it is increased more than this, and it may lead to waste of inert gas. Double or less is preferable.

以上の操作を行なうことにより、反応管内の水分も充分に除去される。反応管の原料ガスと接触する部分は、好ましくはニッケルまたはニッケルライニングで構成されている。反応管2の内部に水分が残存している場合には、置換操作(S20)の後に行なわれる冷却操作(S30)で水が凝縮し、そこにHCl、Clが溶解することで、ニッケル塩化物が潮解して、強い腐食環境が形成されることになる。置換操作(S20)を行なうことにより、反応管2内の水分が充分に除去されるので、このような腐食環境の形成を抑制することができる。 By performing the above operation, water in the reaction tube is also sufficiently removed. The portion of the reaction tube that contacts the source gas is preferably made of nickel or nickel lining. When water remains in the reaction tube 2, the water is condensed in the cooling operation (S30) performed after the replacement operation (S20), and HCl and Cl 2 are dissolved therein, thereby causing nickel chloride. Things will deliquesce and a strong corrosive environment will be formed. By performing the replacement operation (S20), the water in the reaction tube 2 is sufficiently removed, so that the formation of such a corrosive environment can be suppressed.

なお、置換操作(S20)で用いられ、反応管2の出口から排気された不活性ガスは、上述の塩素製造方法の反応工程以降の各工程で用いられる設備に送られ、これらを通気する。したがって、置換操作(S20)により、反応器1の反応管2のみならず、これに接続される各設備における有害物質の脱着も促進される。   In addition, the inert gas used by substitution operation (S20) and exhausted from the exit of the reaction tube 2 is sent to the equipment used in each process after the reaction process of the above-mentioned chlorine manufacturing method, and vents these. Therefore, the replacement operation (S20) facilitates desorption of harmful substances not only in the reaction tube 2 of the reactor 1 but also in each facility connected thereto.

<冷却操作(S30)>
冷却操作(S30)においては、まずは、好ましくは反応器シェル内に循環させる熱媒体の温度を200℃以下に降温して、反応管内を冷却する。この際、置換操作(S20)における場合と同様に、反応管内への不活性ガスの通気は継続することが好ましい。熱媒体の温度が200℃以下まで降温したら、熱媒体の循環を停止し熱媒体を反応器シェル内から抜き出す。熱媒体として用いる溶融塩の融点は、亜硝酸ナトリウム(NaNO)、硝酸カリウム(KNO)、硝酸ナトリウム(NaNO)のいずれか2つ以上の組み合わせによる混合物の場合、130〜150℃であるため、溶融塩が固結する前に抜き出すことが好ましい。
<Cooling operation (S30)>
In the cooling operation (S30), first, the temperature of the heat medium circulated in the reactor shell is preferably lowered to 200 ° C. or lower to cool the inside of the reaction tube. At this time, as in the replacement operation (S20), it is preferable to continue the flow of the inert gas into the reaction tube. When the temperature of the heat medium is lowered to 200 ° C. or lower, circulation of the heat medium is stopped and the heat medium is extracted from the reactor shell. The melting point of the molten salt used as the heat medium is 130 to 150 ° C. in the case of a mixture of two or more of sodium nitrite (NaNO 2 ), potassium nitrate (KNO 3 ), and sodium nitrate (NaNO 3 ). The molten salt is preferably extracted before solidification.

反応器1の開放に向けて、さらに反応管2の温度を下げるために、好ましくは反応管2内に冷却用のガスを通気する。冷却用のガスとしては、窒素、アルゴン、空気などを用いることができ、これらは脱湿されていることが好ましい。経済的には、空気を用いることが好ましい。また、反応器1の開放時の作業者の窒息防止の観点からも空気を用いることが好ましい。冷却用のガスの通気速度としては、反応管2内における標準状態基準の空塔速度で、0.05〜5m/sで通気することが好ましい。ガス速度が0.05m/s未満の場合は、反応管2への伝熱性が悪くなり、5m/sを超えると反応管2における差圧が大きくなり、ガスの昇圧に使用する圧縮機の能力が過大となり経済的に不利となる。   In order to further lower the temperature of the reaction tube 2 toward the opening of the reactor 1, a cooling gas is preferably passed through the reaction tube 2. Nitrogen, argon, air, etc. can be used as the cooling gas, and these are preferably dehumidified. Economically, it is preferable to use air. Air is also preferably used from the viewpoint of preventing suffocation of workers when the reactor 1 is opened. As the ventilation speed of the cooling gas, it is preferable that the gas is vented at 0.05 to 5 m / s at a standard superficial velocity in the reaction tube 2. When the gas velocity is less than 0.05 m / s, the heat transfer to the reaction tube 2 is poor, and when it exceeds 5 m / s, the differential pressure in the reaction tube 2 increases, and the capacity of the compressor used for gas pressure increase. Becomes excessively disadvantageous economically.

以上の操作により固定床反応器1の反応工程を停止する。本発明の固定床反応器の停止方法を行なった後は、メンテナンス等のために反応器1の開放を行なってもよく、または長期保管を行なってもよい。開放を行なう場合、作業者の安全性に影響を与える程の有害物質の残存がなく、開放時の作業安全性を確保することができる。また、触媒において、有害物質が付着した状態が長期間維持されないので、触媒のダメージを防止することができる。   The reaction process of the fixed bed reactor 1 is stopped by the above operation. After performing the method for stopping the fixed bed reactor of the present invention, the reactor 1 may be opened for maintenance or the like, or may be stored for a long time. When opening, there is no residual of harmful substances that affect the safety of workers, and the work safety at the time of opening can be ensured. Further, since the catalyst is not maintained in a state in which harmful substances are attached for a long period of time, damage to the catalyst can be prevented.

固定床反応器を長期間保管する場合は、反応管2の出口側からの水分の流入等を防ぐために、反応器1内への不活性ガス(たとえば、冷却操作における冷却用のガス)の通気を継続することが好ましい。   When the fixed bed reactor is stored for a long period of time, an inert gas (for example, a cooling gas in the cooling operation) is vented into the reactor 1 in order to prevent inflow of moisture from the outlet side of the reaction tube 2. It is preferable to continue.

以下、実施例を示して本発明をより詳細に説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example is shown and this invention is demonstrated in detail, this invention is not limited to this Example.

下記の多管式固定床反応器を用い、下記の反応条件にて、塩化水素および酸素を含有するガスを原料ガスとして塩素の製造を行なった。   Using the following multi-tube fixed bed reactor, chlorine was produced under the following reaction conditions using a gas containing hydrogen chloride and oxygen as a raw material gas.

(1)多管式固定床反応器
反応器シェル3内が複数の領域に分割されていないこと以外は、図2と同様の多管式固定床反応器を用いた。反応管としては、内径25mmのNi製直管を用い、この直管の中心部に外径6mmの鞘管を挿入し、この鞘管内に温度センサーを設置した。熱媒体には、NaNO2(50質量%)およびKNO3(50質量%)からなる溶融塩を用いた。
(1) Multitubular fixed bed reactor A multitubular fixed bed reactor similar to that shown in Fig. 2 was used except that the inside of the reactor shell 3 was not divided into a plurality of regions. As a reaction tube, an Ni straight tube having an inner diameter of 25 mm was used, a sheath tube having an outer diameter of 6 mm was inserted into the center of the straight tube, and a temperature sensor was installed in the sheath tube. As the heat medium, a molten salt composed of NaNO 2 (50 mass%) and KNO 3 (50 mass%) was used.

反応管内に、それぞれ充填高さ1.25mの触媒充填量で、下記方法により調製した担持酸化ルテニウム触媒の円柱状ペレットを充填した。各反応管内の充填量は779gであった。反応管内の担持酸化ルテニウム触媒ペレットが充填されていない領域には、不活性物質としてα−アルミナ球状体を充填した。   The reaction tube was filled with cylindrical pellets of a supported ruthenium oxide catalyst prepared by the following method with a catalyst filling amount of 1.25 m. The filling amount in each reaction tube was 779 g. A region of the reaction tube not filled with the supported ruthenium oxide catalyst pellets was filled with α-alumina spheres as an inert substance.

担持酸化ルテニウム触媒ペレットの調製方法は次のとおりである。酸化チタン〔堺化学(株)製の「STR−60R」、100%ルチル型〕50質量部、α−アルミナ〔住友化学(株)製の「AES−12」〕100質量部、チタニアゾル〔堺化学(株)製の「CSB」、チタニア含有量:38質量%〕13.2質量部、および、メチルセルロース〔信越化学(株)製の「メトローズ65SH−4000」〕2質量部を混合し、ついで細孔容積調整用の純水を33質量部加えて混練した。この混練物を直径3.0mmφの円柱状に押出し、乾燥した後、長さ4〜6mm程度に破砕した。得られた成型体を空気中、800℃で3時間焼成し、酸化チタンとα−アルミナの混合物からなる担体を得た。この担体に、塩化ルテニウムの水溶液を含浸し、乾燥した後、空気中、250℃で2時間焼成することにより、酸化ルテニウムが2質量%の担持率で上記担体に担持されてなる青灰色の担持酸化ルテニウム触媒ペレットを得た。この担持酸化ルテニウム触媒ペレットの触媒表面積は14m/gであった。 The method for preparing the supported ruthenium oxide catalyst pellets is as follows. 50 parts by mass of titanium oxide (“STR-60R” manufactured by Sakai Chemical Co., Ltd., 100% rutile type), 100 parts by mass of α-alumina (“AES-12” manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.), titania sol [Sakai Chemical “CSB” manufactured by Co., Ltd., titania content: 38% by mass] 13.2 parts by mass, and 2 parts by mass of methyl cellulose [“Metroze 65SH-4000” manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.] were mixed and then finely mixed. 33 parts by mass of pure water for adjusting the pore volume was added and kneaded. The kneaded product was extruded into a cylindrical shape having a diameter of 3.0 mmφ, dried, and then crushed to a length of about 4 to 6 mm. The obtained molded body was fired in air at 800 ° C. for 3 hours to obtain a carrier made of a mixture of titanium oxide and α-alumina. This carrier is impregnated with an aqueous solution of ruthenium chloride, dried, and then fired in air at 250 ° C. for 2 hours, whereby ruthenium oxide is supported on the carrier at a loading ratio of 2% by mass. Ruthenium oxide catalyst pellets were obtained. The catalyst surface area of this supported ruthenium oxide catalyst pellet was 14 m 2 / g.

(2)反応工程
反応器シェル内に循環させる熱媒体の温度を300℃に制御しつつ、塩化水素ガス〔純度99体積%以上〕924cc/min、酸素ガス〔純度99体積%以上〕463cc/minを上記多管式固定床反応器の反応管に供給した。塩化水素/酸素のモル比は2/1、塩化水素のGHSVは146h−1、原料ガスの空塔基準のガス線速度は0.05m/sと計算された。反応管内の圧力は大気圧に制御した。
(2) Reaction step Hydrogen chloride gas (purity 99 vol% or more) 924 cc / min, oxygen gas (purity 99 vol% or more) 463 cc / min while controlling the temperature of the heat medium circulated in the reactor shell to 300 ° C Was fed to the reaction tube of the multi-tube fixed bed reactor. The molar ratio of hydrogen chloride / oxygen was calculated as 2/1, the GHSV of hydrogen chloride was calculated as 146 h −1 , and the gas linear velocity based on the empty space of the raw material gas was calculated as 0.05 m / s. The pressure in the reaction tube was controlled to atmospheric pressure.

(3)塩化水素の塩素への転化率
上記反応工程において、塩化水素の塩素への転化率は88.6%であった。塩化水素の塩素への転化率は、反応管出口から排出された生成物ガスをヨウ化カリウム水溶液にサンプリングして、生成した塩素と未反応の塩化水素と生成水とを吸収させ、ヨウ素滴定により塩素の生成量を、中和滴定により未反応塩化水素量を測定することにより求めた。
(3) Conversion rate of hydrogen chloride to chlorine In the above reaction step, the conversion rate of hydrogen chloride to chlorine was 88.6%. The conversion rate of hydrogen chloride to chlorine is determined by sampling the product gas discharged from the outlet of the reaction tube into an aqueous potassium iodide solution to absorb the generated chlorine, unreacted hydrogen chloride, and generated water. The amount of chlorine produced was determined by measuring the amount of unreacted hydrogen chloride by neutralization titration.

(4)反応工程の停止
反応工程を2時間実施した後、原料ガス(塩化水素ガスおよび酸素ガス)の供給を停止した(原料ガス停止操作)。つづいて、反応器シェル内に循環させる熱媒体の温度を300℃を維持した状態で反応管の入口から窒素を供給した(置換操作)。窒素ガスの流量は、4.1L/hrであり、GHSVは7.1h−1であった。この条件で21時間窒素ガスの通気を継続した。窒素の通気量は積算で触媒の体積の149倍となった。その後、反応器シェル内に循環させる熱媒体の温度を200℃以下まで降下させた(冷却操作)。
(4) Stopping the reaction process After carrying out the reaction process for 2 hours, the supply of the raw material gases (hydrogen chloride gas and oxygen gas) was stopped (raw material gas stop operation). Subsequently, nitrogen was supplied from the inlet of the reaction tube while maintaining the temperature of the heat medium circulated in the reactor shell at 300 ° C. (substitution operation). The flow rate of nitrogen gas was 4.1 L / hr, and GHSV was 7.1 h −1 . Nitrogen gas aeration was continued for 21 hours under these conditions. The total amount of nitrogen aerated was 149 times the volume of the catalyst. Thereafter, the temperature of the heat medium circulated in the reactor shell was lowered to 200 ° C. or lower (cooling operation).

(5)有害物質残存量の評価
上記(4)の各操作実施中に排ガス(反応管の出口から排出されるガス)における塩化水素および塩素の濃度を検出した。図4は、上記(4)において、窒素の供給を開始した時点を0時間として、窒素通気時間と、熱媒体の温度、排ガス中の塩化水素の濃度、または排ガス中の塩素の濃度との関係を示す。排ガス中の塩化水素および塩素の濃度は、GASTEC社製の塩化水素検知管および塩素検知管により測定をした。なお、日本産業衛生学界で定める塩化水素および塩素の作業環境許容濃度は、それぞれ5体積ppmと0.5体積ppmである。本実施例においては、窒素通気時間が21時間を経過した後の塩素の濃度は、作業環境許容濃度である0.5体積ppmを下回り、また窒素通気時間が28時間を経過した後の塩化水素の濃度は作業環境許容濃度である5体積ppmを下回った。
(5) Evaluation of residual amount of harmful substances During the operations of (4) above, the concentrations of hydrogen chloride and chlorine in the exhaust gas (gas discharged from the outlet of the reaction tube) were detected. FIG. 4 shows the relationship between the nitrogen aeration time and the temperature of the heat medium, the concentration of hydrogen chloride in the exhaust gas, or the concentration of chlorine in the exhaust gas, with the time point when the supply of nitrogen is started as 0 hour in the above (4) Indicates. The concentrations of hydrogen chloride and chlorine in the exhaust gas were measured with a hydrogen chloride detector tube and a chlorine detector tube manufactured by GASTEC. The working environment allowable concentrations of hydrogen chloride and chlorine determined by the Japanese industrial hygiene academia are 5 ppm by volume and 0.5 ppm by volume, respectively. In this example, the chlorine concentration after 21 hours of nitrogen aeration time is less than 0.5 ppm by volume, which is an allowable working environment concentration, and hydrogen chloride after 28 hours of nitrogen aeration time. The concentration of was lower than the working environment allowable concentration of 5 vol ppm.

1 多管式固定床反応器、2 反応管、3 反応器シェル、7 熱媒体タンク、8 冷却器、9 予熱器、10 上管板、11 仕切板、12 下管板、13 邪魔板、31〜34 分割された領域、41〜44 加熱器、51〜54 循環タンク、61〜64 循環ポンプ、81〜84 冷却器、C0〜C4 熱媒体、U1〜U4 流量調整弁、V1〜V4 流量調整弁。   1 multi-tube fixed bed reactor, 2 reaction tubes, 3 reactor shells, 7 heat medium tank, 8 cooler, 9 preheater, 10 upper tube plate, 11 partition plate, 12 lower tube plate, 13 baffle plate, 31 -34 Divided area, 41-44 Heater, 51-54 Circulation tank, 61-64 Circulation pump, 81-84 Cooler, C0-C4 Heat medium, U1-U4 Flow control valve, V1-V4 Flow control valve .

Claims (4)

塩素を製造するために用いられる固定床反応器における反応工程の停止方法であって、
前記固定床反応器は、触媒を含む触媒層が充填された反応管と、前記反応管の周囲を覆うように配置され、熱媒体を循環させて前記反応管内の温度を調整する反応器シェルとを備え、
前記反応工程は、前記反応管内に塩化水素および酸素を含む原料ガスが供給され、前記塩化水素が前記酸素で酸化されて塩素が生成される工程であり、
前記停止方法は、
前記反応管内への前記原料ガスの供給を停止する原料ガス停止操作と、
前記反応管内に不活性ガスを通気して、前記反応管内を不活性ガスで置換する置換操作と、
前記反応管内を冷却する冷却操作と、を順に行ない、
前記原料ガス停止操作および前記置換操作は、前記反応器シェルに温度270℃以上の前記熱媒体を循環させて行なう、固定床反応器の停止方法。
A method for stopping a reaction process in a fixed bed reactor used to produce chlorine, comprising:
The fixed bed reactor includes a reaction tube filled with a catalyst layer containing a catalyst, a reactor shell that is disposed so as to cover the periphery of the reaction tube, and adjusts the temperature in the reaction tube by circulating a heat medium. With
The reaction step is a step in which a raw material gas containing hydrogen chloride and oxygen is supplied into the reaction tube, and the hydrogen chloride is oxidized with the oxygen to generate chlorine.
The stopping method is:
A source gas stop operation for stopping the supply of the source gas into the reaction tube;
A replacement operation of passing an inert gas through the reaction tube and replacing the inside of the reaction tube with an inert gas;
A cooling operation for cooling the inside of the reaction tube, in order,
The method for stopping a fixed bed reactor, wherein the source gas stop operation and the replacement operation are performed by circulating the heat medium having a temperature of 270 ° C. or higher through the reactor shell.
前記置換操作において、前記不活性ガスの通気量は前記触媒の体積の100倍以上である、請求項1に記載の固定床反応器の停止方法。   2. The method for stopping a fixed bed reactor according to claim 1, wherein in the replacement operation, the flow rate of the inert gas is 100 times or more the volume of the catalyst. 前記固定床反応器は複数の前記反応管を有する多管式反応器であり、前記熱媒体は溶融塩である、請求項1または2に記載の固定床反応器の停止方法。   The method for stopping a fixed bed reactor according to claim 1 or 2, wherein the fixed bed reactor is a multitubular reactor having a plurality of the reaction tubes, and the heat medium is a molten salt. 前記触媒の表面積が10m/g以上500m/g以下である、請求項1〜3のいずれかに記載の固定床反応器の停止方法。 The surface area of the catalyst is not more than 10 m 2 / g or more 500m 2 / g, the method of stopping the fixed bed reactor according to claim 1.
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