JP2013531605A5

JP2013531605A5 -

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Publication number: JP2013531605A5
Application number: JP2013517347A
Authority: JP
Filing date: 2011-07-05
Publication date: 2014-12-04
Anticipated expiration: 2031-07-05

Description

本発明によれば、上述の目的は二酸化塩素の連続生産プロセスによって達成することが可能であり、この生産プロセスは、
内部に複数のパッキング部材を具備するリアクターにクロレートイオン、過酸化水素、及び酸を供給する工程と、
前記リアクター内で前記クロレートイオン、過酸化水素、及び酸を反応させ、二酸化塩素を含有する生成物流を形成する工程と、
前記リアクターから前記生成物流を回収する工程と、
を含む。

リアクターに供給されるＨ_２Ｏ_２：ＣｌＯ _３ ⁻のモル比は、好適には約０．２：１〜約２：１、好ましくは約０．５：１〜約１．５：１、又は約０．５：１〜約１：１である。過酸化水素：クロレートのモル比は通常、少なくとも化学量論（すなわち、少なくとも０．５：１）であることが好ましい。アルカリ金属クロレートは、いくらかのクロリドを不純物として常に含有するが、更に他のクロリド（例えば、金属クロリド又は塩酸）をリアクターに供給することも充分可能である。ただし、塩素の形成を最小限に抑えるためには、リアクターに供給されるクロリドイオンの量（その産出物から生じた不純物としてクロレート中に存在するクロリドを含む）を低く維持することが好ましく、好適にはクロレートイオン１モルにつき約０．０１モル未満、好ましくは約０．００１モル未満、より好ましくは約０．０００５モル未満、最も好ましくは約０．０００２モル未満のクロリドイオンである。

酸が硫酸を包含する場合、生成されるＣｌＯ _２１ｋｇにつきＨ _２ＳＯ _４を約１ｋｇ〜約８ｋｇ、又は約２ｋｇ〜約６ｋｇの量で供給するのが好ましい。

リアクターはスルーフロー型ベッセル又はパイプであってよく、垂直若しくは水平に又は傾斜させて配置し得る。一実施形態において、原料化学剤はリアクターの第１の端（例えば、垂直に配置されたリアクターの下端）にてリアクター内に供給される一方、二酸化塩素を含有する生成物流はリアクターの第２の端（例えば、垂直に配置されたリアクターの上端）にて回収される。断面が取り得る形状は、例えば、円形、多角形（例えば、三角形、正方形、８角形）、又はそれに類するものなど、多種多様であり得る。一実施形態において、リアクターは実質的に管状であり、例えば、実質的に円形の断面を有する。

複数のパッキング部材を具備するリアクターを使用すると、使用しない場合に比べて気泡が減少するか或いは気泡の緻密度が低減するため、リアクター内の逆混合が増大し得ることが見出された。更に、逆混合の増大によって原料化学剤の使用効率が向上することも判明した。

複数のパッキング部材は、複数のランダムダンプド（random-dumped）パッキング部材、例えば、複数のラシヒリング（Raschig rings）、複数のポールリング（Pall rings）、複数のベルルサドル（Berl saddles）、複数のインタロックスサドル（Intalox saddles）等でもよいし、構造化された（structured）パッキング、例えば、複数の隔壁、複数の格子、複数の波状プレート、又はそれらに類するものでもよい。複数のランダムダンプド（random-dumped）パッキングは好適であり、個々の部材のサイズは好ましくは約５ｍｍ〜約５０ｍｍ、又は約１０ｍｍ〜約３０ｍｍである。リアクター全体、又はその一部のみ、例えば約３０ｖｏｌ％〜約１００ｖｏｌ％、又は約５０ｖｏｌ％〜約１００ｖｏｌ％は、複数のパッキング部材を含み得る。複数のパッキング部材を具備するリアクターの一部の画分ボイドスペースは、例えば、約４０ｖｏｌ％〜約９５ｖｏｌ％、又は約６０ｖｏｌ％〜約９５ｖｏｌ％であり得る。

一実施形態において、リアクターから回収された二酸化塩素を含有する生成物流（その中に何らかの液体及び気体を含有する）は、好ましくはエダクターにより生じた吸水力を介して、エダクターに送り込まれる。エダクターに供給される輸送流は液体、好ましくは水であるか、又は気体、好ましくは空気のような不活性気体であり得る。その後、エダクター内では供給された輸送流と生成物流が混合され、希釈された生成物流を形成する。この生成物流もまた、通常は液体及び気体の両方を含有する。エダクターは任意の種類のものを使用できる。例えば、米国特許第６７９０４２７号明細書に記載されているようなものを使用してもよいし、他の市販のエダクターを使用してもよい。希釈された生成物流は、米国特許第７６８２５９２号明細書に記載されているように再循環させてもよいし、或いは米国特許出願公開第２００７／０１１６６３７号明細書、及び米国特許出願公開第２００７／０２３７７０８号明細書に記載されているように気体−液体分離器に送り込んでもよい。

本発明に係るプロセスは、二酸化塩素を小規模又は中規模（例えば約０．５ｋｇ〜約３００ｋｇＣｌＯ _２／ｈｒ、又は約１０ｋｇ〜約２００ｋｇＣｌＯ _２／ｈｒの規模）で生産する場合に使用し得る。本プロセスはまた、より大規模（例えば、最大約６００ｋｇＣｌＯ _２／ｈｒ又は最大約７００ｋｇＣｌＯ _２／ｈｒ又はそれ以上の規模）で生産する場合にも使用し得る。

［実施例１］
発明によって達成し得る改善を示すために、非工業用ラボリアクターを含めた実験的セットアップを使用して、二酸化塩素の生成を行った。ラボリアクターは内径７５ｍｍ、長さ６００ｍｍの管形状を有し、垂直に配置されていた。リアクターの内側には、公称サイズ１５ｍｍのＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）製の複数のポールリング（Pall rings）付きチタンホルダーが設置された。チタンホルダーの下部には、第１の複数のノズルセットを通して７８重量％の硫酸を供給し、第１のノズルセットと対向した第２の複数のノズルセットを通して予混合された水溶液（４０重量％の塩素酸ナトリウムと８重量％の過酸化水素とを含有するもの）を供給した。原料化学剤は室温（例えば、約２０℃）で供給された。形成された二酸化塩素を含有する生成物流をリアクターから回収し、輸送水が供給されるエダクターに引き込んで吸水力を生じさせ、その吸水力を全ての実験を通じて一定に維持した。その吸水力によって、４０℃〜５０℃の温度でリアクター内の圧力が１０ｋＰａ〜３５ｋＰａになった。原料化学剤を使用し、３通りの流速で試験を実施した。それぞれの流速で数回の試験を実施し、生成物流の濃度に基づいて二酸化塩素の生産量を測定した。比較のため、ポールリング（Pall rings）付きホルダー（例えば「空」のリアクター）を具備しないことを除き同じリアクターを用い、同一の条件の下で試験を実施した。全ての試験の各流速別の平均生成速度、及びリアクターのセットアップを下表に示す。

［実施例２］
原料化学剤の温度が貯蔵タンク中では０℃、且つリアクターに投入する時点で約５℃であったことを除き、実施例１と同様の方法で実施した。温度は反応速度に対する影響力を有する。これは、本プロセスに合わせて最適化されない条件であることを示す。リアクター内の温度は２５℃〜５０℃であった。供給速度及び結果を下の表２に示す。

これらの試験においても、全ての供給速度に関して、充填型リアクターを使用することによって二酸化塩素の生産量が有意に増加したことが見受けられる。

Claims

二酸化塩素の連続生産プロセスであって、
内部に複数のパッキング部材を具備するリアクターにクロレートイオン、過酸化水素、及び酸を供給する工程と、
前記リアクター内で前記クロレートイオン、過酸化水素、及び酸を反応させ、二酸化塩素を含有する生成物流を形成する工程と、
前記リアクターから前記生成物流を回収する工程とを含む、二酸化塩素の連続生産プロセス。
前記リアクターが、複数のランダムダンプド（random-dumped）パッキング部材を備える、請求項１に記載のプロセス。
前記リアクターが、構造化されたパッキングを具備する、請求項１に記載のプロセス。
前記構造化されたパッキングが、複数の隔壁を備える、請求項３に記載のプロセス。
前記リアクターがスルーフロー型ベッセル又はパイプであり、前記クロレートイオン、過酸化水素、及び酸は前記リアクターの第１の端で供給され、二酸化塩素を含有する前記生成物流は前記リアクターの第２の端で回収される、請求項１から４のいずれか一項に記載のプロセス。
前記リアクターが垂直に配置され、前記クロレートイオン、過酸化水素、及び酸は前記リアクターの下端で供給され、二酸化塩素を含有する前記生成物流は前記リアクターの上端で回収される、請求項５に記載のプロセス。
前記リアクターの流れ方向の長さが１５０ｍｍ〜２０００ｍｍである、請求項５又は６に記載のプロセス。
前記リアクターの液力直径が２５ｍｍ〜６００ｍｍである、請求項５から７のいずれか一項に記載のプロセス。
クロレートイオンがアルカリ金属クロレートとして供給される、請求項１から８のいずれか一項に記載のプロセス。
前記酸が硫酸である、請求項１から９のいずれか一項に記載のプロセス。
前記リアクターに供給されるクロリドイオン量が、クロレートイオン１モルにつき０．０１モル未満（その産出物から生じた不純物としてクロレート中に存在するクロリドを含める）である、請求項１から１０のいずれか一項に記載のプロセス。
前記生成物流が液体と気体の両方を含有する、請求項１から１１のいずれか一項に記載のプロセス。
前記リアクター内で維持される圧力が１０ｋＰａ〜１００ｋＰａ（絶対圧）である、請求項１から１２のいずれか一項に記載のプロセス。
前記リアクターから回収された二酸化塩素を含有する前記生成物流がエダクターに送り込まれる、請求項１から１３のいずれか一項に記載のプロセス。
前記リアクターから回収された二酸化塩素を含有する前記生成物流を気体−液体分離器に送り込み、二酸化塩素を含有する気体を得る、請求項１から１３のいずれか一項に記載のプロセス。