JP3105834B2 - 臭化水素ガスの製造方法とその実施装置 - Google Patents

臭化水素ガスの製造方法とその実施装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は水素中で臭素を直接燃焼
することによって純粋な臭化水素を製造する方法に関す
るものである。本発明はさらに、この方法を実施するた
めの装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】米国特許第2,070,263 号には、第1段階
で温度37℃〜42℃に保った液体臭素中に水素を通して臭
素と水素ガスの混合物を作り、これを600 ℃〜850 ℃の
温度で燃焼して臭化水素酸の水溶液を得る方法が記載さ
れている。この方法は温度と熱力学的平衡を厳密に維持
することが困難であるために、臭素と水素の均質な混合
物を化学量論量で得るのは難しい。
【0003】また、水素中での臭素の直接燃焼をH2
Br2 のモル比を1より大きくした装置では反応物の混
合方法が特に考慮されておらず、燃焼火炎が不安定であ
ることが知られている。そのためバーナー出口での火炎
が大きく変動し、バーナーから火炎が離れ(吹き消え)
てしまう。それによって爆発の危険性があり、また、製
造された臭化水素ガスの品質にむらができる。
【0004】さらに、このフレームは伸びて底が円錐形
になり、反応体がこの領域から燃焼しないで逃げる可能
性がある。このため、水素中での臭素の燃焼が妨げら
れ、その結果、燃焼ガス中に臭素が残留することにな
る。これはバーナーの寿命をかなり短くし、バーナーと
して使用できる材料が制限され、臭化水素ガスの品質が
低下する。そのため、この方法で得られたガスは、下流
の合成(第2反応、製品の着色)および臭化水素酸溶液
の製造での反応剤として使用することができない。
【0005】フランス国特許第 2,365,516号に記載の方
法は、円筒形チャンバ中に臭素の螺旋流を形成し、この
臭素の螺旋流向けて水素を半径方向外側へ注入し、臭素
と水素の螺旋流を含むチャンバの近くに火炎を連続的に
供給して水素中の臭素の燃焼で得られる火炎の安定性を
向上させる。この方法では 2.6%のモル過剰量の水素を
用いて容量で300 ppm の臭素を含むHBrガスが得られ
るが、この方法にも下流の合成物の着色や、上記の問題
点がある。さらに、バーナーが複雑になり、融通性に欠
けるという欠点がある。特に装置の容量を増加する場合
には同じチャンバ中に複数のバーナーを並べて取り付け
るが、この構成では平行に取付けた各バーナーからの火
炎が互いに干渉し合うことになる。さらに、この構成で
は反応物の良好な分布を得ることは不可能である。従っ
て、この構成では臭素の転換率が低下し、生成したHB
rの冷却制御が複雑になり、爆発の危険性が増加する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明者は、水素中で
の臭素の直接燃焼によって、H2 +Br2 →2HBrに
従って、純粋な臭化水素を製造する方法を見出した。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は下記段階を順次
実施することを特徴とする: (1) チャンバ中で大気圧以上の圧力で水素と燃料(comb
urant 、酸化剤、空気)とを均質に混合し、 (2) チャンバの出口で火炎を発生させ、 (3) 空気の全部または一部を予め気化させた臭素に代え
て、チャンバの出口および燃焼領域において安定したフ
レームを維持するのに十分なH2/Br2モル比にし、そ
れによって水素中で臭素を完全に燃焼させ、 (4) 燃焼ガスを冷却領域で冷却し、 (5) 少なくとも1絶対バール、好ましくは1.3 絶対バー
ル以上、好ましくは1.8〜10絶対バールの圧力下かつ 12
5℃以下の温度、好ましくは40〜125 ℃の温度で臭化水
素ガス流を回収する。
【0008】
【発明の実施の態様】本発明では「燃料(comburant 、
酸化剤) 」として水素によって燃焼可能な混合物を生成
するのに十分な量の酸素を含む、HBr生成反応の反応
剤に対して不活性な任意のガスを用いることができる
が、この燃料は空気にするのが好ましい。不活性ガスと
しては窒素を用いることができる。本発明では空気の一
部または全部を臭素に置換することができる。所定量の
空気を維持する必要がある場合のその量は広範囲に変え
ることができ、臭素ガスの供給流中に存在する有機不純
物、装置寸法および生成したHBrの下流での使用方法
に依存する。
【0009】水素と空気は室温でチャンバ中に気体とし
て導入する。火炎が開始時には空気は沸点より若干高い
温度で導入された臭素で置換されている。チャンバ中の
圧力は少なくとも1絶対バール、好ましくは 1.3絶対バ
ール以上であり、さらに好ましくは 1.8〜10絶対バール
の間にある。圧力が大気圧より若干低い場合も本発明の
範囲を逸脱するわけではない。
【0010】H2 /Br2 のモル比は1以上、好ましく
は1〜1.4 の間にする。本発明の反応条件下では臭素が
瞬間的にほぼ完全に消費されるということを本出願人は
確認している。臭素と水素の反応は熱の放出(生成され
たHBrガスの1モル当たり12.3キロカロリー)を伴
い、それによって燃焼フレームの温度は断熱条件下で16
00℃以上に上昇する。
【0011】本発明では、生成された臭化水素の冷却は
燃焼領域でそれが生成した時点から開始し、冷却領域中
継続する。冷却領域は温度がこの領域で徐々に降下し、
冷却領域の出口で約60℃、好ましくは40〜125 ℃になる
ように設計されている。この冷却領域のに圧力は少なく
とも1絶対バール、好ましくは1.3 〜10絶対バールにす
る。
【0012】本発明方法は〔図1〕に概念的に示した装
置を用いて実施することができる。この装置は下記 (a)
〜(f) で構成される: (a) 臭素および/または空気を導入する手段(2)と、水
素を導入する手段(3)と、これらの反応物を接触させる
手段で構成されるバーナー (1)と、 (b) 燃焼室 (4)と、 (c) 火炎の発生を開始させる手段 (5)と、 (d) 燃焼ガス(HBr) を冷却する手段 (6)と、 (e) 燃焼ガス(HBr) を排出する手段(7、8)と、 (f) 安全要素 (9 、10)。
【0013】バーナー (1)は鉛直な燃焼室 (E)で構成さ
れ、この燃焼室 (E)内には〔図2〕に示すように、垂直
円筒管が配置されている。この円筒管は下記で構成され
ている: (1) 長さL1、直径D1の両端が開口した上部円筒
(A)、(2) 長さL2、び直径D2(D2>D1)の下部
円筒 (B)。この下部円筒 (B)はオリフィス (F)を有し、
その下端は球形キャップ (C)で終っている。オリフィス
(F)は傾斜しているのが好ましい。
【0014】上部円筒 (A)と下部円筒 (B)は球状部分
(S)を介して互いに結合されている。L1、L2、D
1、D2およびオリフィス (F)の数を変えることによっ
て種々の装置に適用することができる (融通性が大き
い) 。当業者はこれらの値を必要な能力および産業上の
制約に合せることができる。本発明では、臭素および/
または空気が(2) から垂直管 (1)の上部円筒 (A)の上部
へに直接導入され、水素は (3)からチャンバ (E)と垂直
管 (1)との間に形成される空間内に、好ましくは垂直管
(1)対して直角に導入される。チャンバおよび垂直管
(1)はシリカ、石英のような耐火材料あるいはニッケル
のような反応物に適した耐久性を有する金属で作ること
ができる。
【0015】本発明では、バーナーの底部は燃焼室 (4)
内に挿入され、冷却されるのが好ましい。燃焼室は火炎
を開始させる手段 (5)を備えている。火炎は点火に必要
なエネルギーを供給する点火素子によって開始すること
できる。点火素子は点検窓(図1には図示せず)を介し
て挿入された小型の補助バーナーにすることができる。
燃焼室をフェノール樹脂またはフッ素化ポリマーを含浸
させたグラファイトで作り、その外側を鋼のジャケット
で被い、ジャケット内に冷却液体を循環させることがで
きる。
【0016】本発明では、含浸グラファイトは本発明に
適した熱的、機械的、化学的に耐久性耐性の有するもの
でなければならない。本発明で使用できる含浸グラファ
イトの例としてはカルボンロレーヌ社(Carbone Lorrain
e)社から市販されているグラフロル (Graphylor 、登録
商標) のHB、TH、GHタイプを挙げることができる。冷却
領域 (6)は鋼のジャケットから成り、その内部には含浸
グラファイトのブロックが積層されている。このブロッ
クには内部を燃焼ガスが循環する軸方向通路と、内部を
水が循環する半径方向通路とが形成されている。使用す
るブロックの数は広範囲に変えることができ、下部ポッ
ト (8)に到達する燃焼ガスの温度が 125℃以下。好まし
くは40〜60℃の間になるようにする。
【0017】燃焼ガス(HBr) の排出手段(8) は外側に鋼
のジャケットを備えた下部ポット、特に焼結PVDFの下部
ポットにすることができる。このポットは生成したガス
の側部出口(7) と、破断板(9) のような安全要素とで構
成され、この安全要素にはスクリーン(pare-eclats)(1
0) が連結されている。燃焼室の火炎に近接した位置に
1つまたは複数の点検窓を設けて、この点検窓から火炎
を目視検査し、点火手段が導入できるようにするのが好
ましい。
【0018】本発明方法は〔図3〕の概念図に示した装
置で実施することもできる。この装置では仕上げ段が
(11) が冷却領域(6) とポット(8) との間に配置されて
いる。この仕上げ段は鋼のジャケットから成り、内部に
は活性炭のような触媒が充填されている。ジャケット内
には冷却用の水または塩を循環させることができる。こ
の変形実施例で仕上げ段に入るガスは 150〜200 ℃であ
る。
【0019】仕上げ段(11)の後に少なくとも一つの含
浸グラファイトブロックを含む冷却領域(12)を組込んで
も本発明の範囲を逸脱するものではない。本発明方法は
融通性に富むだけでなく、運転の安全性および操作性に
優れている。所定寸法の燃焼室および冷却領域に対する
反応物の導入流量は広範囲で変えることができる。これ
はバーナーを容易に取り替えることが可能になったため
である。
【0020】本発明方法には十分な圧力で極めて純粋な
臭化水素が得られるという利点がある。従って、本発明
で得られた臭化水素は有機合成における反応体として使
用でき、高価な再圧縮や精製手段を用いずに純粋なHB
r溶液を製造することができる。さらに、本発明方法で
は臭素が存在しないガスを得ることができる。以下、本
発明の実施例を説明する。
【0021】
【実施例】下記の要素を含む図1に示す発生装置を用い
た: (1) 内部には図2に概念的に示した鉛直管を有する石英
のチャンバから成るバーナー、(2) 入口温度が28℃とな
るように水で冷却されたグラフロル (Graphylor 、登録
商標) のHBタイプから成る直径が250 mm、高さが1,200
mmの燃焼室、(3) 水を循環することによって冷却された
グラフロル (Graphylor 、登録商標)のHBタイプの5つ
の含浸グラファイトブロックを備えた冷却領域、(3) 焼
結PVDFから成るポット (8)、(4) 排出ライン (7)、(5)
破断板 (9)およびスクリーン(10)。
【0022】発生装置には、バーナーの底部の位置で燃
焼室の壁の直径方向で互いに反対側にある2つの点検窓
が備けられている。この装置の各要素の寸法は一日当た
り 1.4〜9.6 トンの量の純粋な臭化水素が製造できるよ
うに決定する。
【0023】バーナーには下記の反応物を供給する: (1) 水素: 流量:5kg/時 圧力:3絶対バール 温度:25℃ (2) 空気(燃料): 流量:30kg/時 圧力:3絶対バール 温度:30℃
【0024】2つの点検窓の一つを通って挿入されたH
2 /空気の点火バーナーから成る装置(5) を用いて火炎
を開始する。火炎が開始した後、空気流の代わりに臭素
ガス流を下記条件で導入する: 流量:395 kg/時 圧力:3バール 温度:95℃ 水分含有率:<0.01% 塩素含有率:<0.05%
【0025】火炎の発生は点検窓から観察することがで
きる。点検窓の一つに取り付けた検知セルによって各燃
料反応物の比率(フレームの色)を正確に知ることがこ
とができ、それによって流量を調節することができる。
この発生装置器を温度40℃、圧力 1.8絶対バールで連続
運転すると、(7) から少なくとも399.9 kgの純粋なHB
rを含むHBrガスを400 kg/時で生成することができ
る。得られた臭化水素の臭素含有率含は1kgのHBr当
たり50mg以下である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明方法を実施するための装置の概念図。
【図2】 〔図1〕の装置で用いられるバーナーの概念
図。
【図3】 本発明方法を実施するための装置の他の実施
例の概念図。
【符号の説明】
1 バーナー 2 臭素および/
または空気の導入手段 3 水素を導入する手段 4 燃焼室 5 火炎の発生を開始させる手段 6 燃焼ガス(HB
r) を冷却する手段 7、8 燃焼ガスの排出手段 9、10 安全要素
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 シルヴィー デル フランス国 13220 シャトーヌフ−レ −マルティグ リュ デ ラヴァンド 1 (72)発明者 ジル ドリヴォン フランス国 69850 サン−マルタン− アン−オリュ ジュアニ クールビエー ル 3 (72)発明者 ティエリ ノダリ フランス国 54000 ナンシー リュ デ ベゴニア 4 (72)発明者 ミシェル レイデッケル フランス国 54530 パニ−シュール− モーゼルジャルダン ドゥ ラ エ 22 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C01B 7/09

Claims (16)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 下記段階を順次実施することを特徴とす
    る水素中で臭素を直接燃焼することによってH2+Br2
    →2HBrの反応に従って、純粋な臭化水素を製造する
    方法: (1) チャンバ中で大気圧以上の圧力で水素と空気とを均
    質に混合し、 (2) チャンバの出口で火炎を発生させ、 (3) 空気の全部または一部を予め気化させた臭素に代え
    て、チャンバの出口および燃焼領域において安定したフ
    レームを維持するのに十分なH2/Br2モル比にし、そ
    れによって水素中で臭素を完全に燃焼させ、 (4) 燃焼ガスを冷却領域で冷却し、 (5) 少なくとも1絶対バールの圧力下かつ 125℃以下温
    度で臭化水素ガス流を回収する。
  2. 【請求項2】 空気の全部を臭素流に代える請求項1に
    記載の方法。
  3. 【請求項3】 空気の一部を臭素流にえる請求項1に
    記載の方法。
  4. 【請求項4】 チャンバ中の圧力が少なくとも1絶対バ
    ールにする請求項1に記載の方法。
  5. 【請求項5】 H2/Br2のモル比を1〜1.4 の間にす
    る請求項1に記載の方法。
  6. 【請求項6】 冷却領域の圧力を少なくとも 1.3絶対バ
    ールする請求項1に記載の方法。
  7. 【請求項7】 1.3 〜10絶対バールの圧力下かつ40〜12
    5 ℃の温度で臭化水素ガス流を回収する請求項1に記載
    の方法。
  8. 【請求項8】 下記 (a)〜(f) で構成されることを特徴
    とする請求項1〜のいずれか一項に記載の方法を実施
    するための装置: (a) 臭素および/または空気を導入する手段 (2)と、水
    素を導入するの手段 (3)と、これらの反応物を接触させ
    る手段で構成されるバーナー (1)と、 (b) 燃焼室 (4)と、 (c) 火炎の発生を開始させる手段 (5)と、 (d) 燃焼ガスを冷却する手段 (6)と、 (e) 燃焼ガスを排出する手段(7、8)と、 (f) 安全要素 (9 、10)。
  9. 【請求項9】 バーナーが垂直な燃焼室 (E)で構成さ
    れ、この燃焼室内には垂直な円筒管が配置され、この円
    筒管は直径がD1である両端が開口した上部円筒(A)
    と、球形部分(S) を介してこの上部円筒(A) に連結され
    た直径がD2(D2>D1)である下部円筒 (B)とで構
    成され、下部円筒 (B)にはオリイス(F) が形成されてお
    り、下部円筒 (B)の下端は球形キャップ(C) で終わって
    いる請求項に記載の装置。
  10. 【請求項10】 燃焼室(4)内に挿入されたバーナー底
    部が冷却される請求項8または9に記載の装置。
  11. 【請求項11】 燃焼室 (4)が含浸グラファイトで作ら
    れている請求項に記載の装置。
  12. 【請求項12】 含浸グラファイトがフェノール樹脂ま
    たはフッ素化ポリマーを含浸させたグラファイトある
    請求項11に記載の装置。
  13. 【請求項13】 冷却領域が鋼製ジャケットで構成さ
    れ、この鋼製ジャケットの内部には含浸グラファイトの
    ブロックが積層されており、このブロックには内部を燃
    焼ガスが循環する軸方向通路と、内部を水が循環する半
    径方向通路とが形成されている請求項に記載の装置。
  14. 【請求項14】 含浸グラファイトがフェノール樹脂ま
    たはフッ素化ポリマーを含浸させたグラファイトある
    請求項13に記載の装置。
  15. 【請求項15】 最終段が鋼のジャケットから成り、冷
    却領域 (6)とポット (8)との間のジャケットの内部には
    触媒が充填されている請求項8に記載の装置。
  16. 【請求項16】 触媒が活性炭である請求項に記載の
    装置。
JP09189314A 1996-06-28 1997-06-30 臭化水素ガスの製造方法とその実施装置 Expired - Fee Related JP3105834B2 (ja)

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FR9608116A FR2750412B1 (fr) 1996-06-28 1996-06-28 Procede de production de bromure d'hydrogene gazeux et dispositif pour sa mise en oeuvre

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