JP3337213B2 - 発熱化学反応への液体二酸化炭素の注入 - Google Patents
発熱化学反応への液体二酸化炭素の注入Info
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Description
【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は一般に水性環境におけるCO2による化学反応
実施方法の改良に関する。さらに詳しくは、本発明は特
に炭酸カルシウムの製造における発熱化学反応実施への
液体二酸化炭素の使用に関する。
実施方法の改良に関する。さらに詳しくは、本発明は特
に炭酸カルシウムの製造における発熱化学反応実施への
液体二酸化炭素の使用に関する。
発明の背景 炭酸カルシウムは石灰石の主成分であり、２つの結晶
形、霰石と方解石として天然に生ずる。制御か焼条件下
で石灰石を加熱すると、二酸化炭素が駆逐され、他の点
では生石灰として知られる、カルシウムと酸化マグネシ
ウムとが残される。流出する二酸化炭素ガスは製紙プロ
セスからの廃棄残渣の処理にしばしば関連づけられてき
た。大抵のパルプ製造及び製紙プロセスからの排出物は
特に水酸化カルシウムとしての高レベルの苛性成分を有
する。石灰石のか焼から流出するガスは沈降炭酸カルシ
ウムを形成するために、水酸化カルシウムとの反応に用
いられている。「沈降炭酸カルシウム」なる用語は一般
に、化学的手段によって製造される炭酸カルシウムの商
業的種類に適用される。高レベルの水酸化カルシウムを
有する排出物を発生する製紙プロセスは石灰石加工プラ
ントからの生産高に密接に関係する。流出する二酸化炭
素富化ガスの利用可能性は、ガスが望ましい時点におけ
る石灰石生産作業の操作に依存する。沈降炭酸カルシウ
ムの全ての製造方法は、制御条件下でカルシウムイオン
とカルボネートイオンとを一緒にし、このようにして製
造された炭酸カルシウムを分離し、乾燥させ、砕解又は
粉状化することに依存し、今までのこのような方法はガ
ス状二酸化炭素の使用に依存していた。
形、霰石と方解石として天然に生ずる。制御か焼条件下
で石灰石を加熱すると、二酸化炭素が駆逐され、他の点
では生石灰として知られる、カルシウムと酸化マグネシ
ウムとが残される。流出する二酸化炭素ガスは製紙プロ
セスからの廃棄残渣の処理にしばしば関連づけられてき
た。大抵のパルプ製造及び製紙プロセスからの排出物は
特に水酸化カルシウムとしての高レベルの苛性成分を有
する。石灰石のか焼から流出するガスは沈降炭酸カルシ
ウムを形成するために、水酸化カルシウムとの反応に用
いられている。「沈降炭酸カルシウム」なる用語は一般
に、化学的手段によって製造される炭酸カルシウムの商
業的種類に適用される。高レベルの水酸化カルシウムを
有する排出物を発生する製紙プロセスは石灰石加工プラ
ントからの生産高に密接に関係する。流出する二酸化炭
素富化ガスの利用可能性は、ガスが望ましい時点におけ
る石灰石生産作業の操作に依存する。沈降炭酸カルシウ
ムの全ての製造方法は、制御条件下でカルシウムイオン
とカルボネートイオンとを一緒にし、このようにして製
造された炭酸カルシウムを分離し、乾燥させ、砕解又は
粉状化することに依存し、今までのこのような方法はガ
ス状二酸化炭素の使用に依存していた。
沈降炭酸カルシウムの主要な用途は製紙産業における
フィラーとしての用途である。化学パルプから製造され
る紙は両面を印刷される場合に良好な印刷性を得るため
に必要な不透明度を有さない。例えば新聞のような、粉
砕パルプからの紙はプリントスルーの無い印刷を可能に
するために充分に大きい表面積を与えるコース（cours
e）繊維を有する。化学パルプ化からの高品質紙はこれ
らの繊維の半透明性を克服するためにフィラー添加され
なければならない。
フィラーとしての用途である。化学パルプから製造され
る紙は両面を印刷される場合に良好な印刷性を得るため
に必要な不透明度を有さない。例えば新聞のような、粉
砕パルプからの紙はプリントスルーの無い印刷を可能に
するために充分に大きい表面積を与えるコース（cours
e）繊維を有する。化学パルプ化からの高品質紙はこれ
らの繊維の半透明性を克服するためにフィラー添加され
なければならない。
最も一般的なフィラーは無機顔料であり、中でも炭酸
カルシウムが主要な顔料である。他の顔料には粘土、二
酸化チタン、水和アルミナ及びタルクがある。炭酸カル
シウムは酸と反応するので、中性又は弱アルカリ性であ
る製紙系に用いられる。一般に用いられるフィラーの中
では、二酸化チタンは最高の光沢を与えるが、非常に高
価である。炭酸カルシウムは光沢において二酸化チタン
にやや劣る。製紙産業に沈降炭酸カルシウムを供給する
商業的製造方法の一つは石灰石又はいずれかの天然生成
炭酸カルシウムから出発する。天然炭酸カルシウムは不
純物を含むが、これは焼成中に一部除去され、後の加工
工程によって完全に除去される。焼成はキルン内の分解
温度において酸化カルシウムと二酸化炭素とを生ずる。
石灰石をキルン内で焼成すると、生石灰とキルンガスが
生ずる。生石灰を水によって消化し、ふるい分けし、添
加水によって希釈して、酸化カルシウム約70〜80g/l含
む石灰乳を形成する。30％以上の二酸化炭素を含むキル
ンガスをスクラビングによって精製し、次に石灰懸濁液
中に供給する。液体とガスとの間の接触は石灰懸濁液を
炭酸塩化室中に噴霧し、この室の底部に設置したパドル
型撹拌機を用いることによって行われる。この製造系は
温度、反応物質の濃度及び反応速度：製造される炭酸カ
ルシウムの粒度分布とそれに依存する性質とに影響する
要素の制御におけるかなりの寛容度を認める。
カルシウムが主要な顔料である。他の顔料には粘土、二
酸化チタン、水和アルミナ及びタルクがある。炭酸カル
シウムは酸と反応するので、中性又は弱アルカリ性であ
る製紙系に用いられる。一般に用いられるフィラーの中
では、二酸化チタンは最高の光沢を与えるが、非常に高
価である。炭酸カルシウムは光沢において二酸化チタン
にやや劣る。製紙産業に沈降炭酸カルシウムを供給する
商業的製造方法の一つは石灰石又はいずれかの天然生成
炭酸カルシウムから出発する。天然炭酸カルシウムは不
純物を含むが、これは焼成中に一部除去され、後の加工
工程によって完全に除去される。焼成はキルン内の分解
温度において酸化カルシウムと二酸化炭素とを生ずる。
石灰石をキルン内で焼成すると、生石灰とキルンガスが
生ずる。生石灰を水によって消化し、ふるい分けし、添
加水によって希釈して、酸化カルシウム約70〜80g/l含
む石灰乳を形成する。30％以上の二酸化炭素を含むキル
ンガスをスクラビングによって精製し、次に石灰懸濁液
中に供給する。液体とガスとの間の接触は石灰懸濁液を
炭酸塩化室中に噴霧し、この室の底部に設置したパドル
型撹拌機を用いることによって行われる。この製造系は
温度、反応物質の濃度及び反応速度：製造される炭酸カ
ルシウムの粒度分布とそれに依存する性質とに影響する
要素の制御におけるかなりの寛容度を認める。
結果は高純度炭酸カルシウムであり、これの結晶型と
粒度は炭酸塩化工程における反応条件によって制御する
ことができる。これらの条件は紙コーチングにとって最
も望ましい特徴に対して最適化される。
粒度は炭酸塩化工程における反応条件によって制御する
ことができる。これらの条件は紙コーチングにとって最
も望ましい特徴に対して最適化される。
上述したように、沈降炭酸カルシウムはガス状二酸化
炭素による苛性排出物の処理によって製紙産業の副生成
物としても製造されている。製紙プロセスからの排出物
のこのような処理は、通常は石灰石処理設備からの又は
液体二酸化炭素の気化による多量のガス状二酸化炭素の
存在をあてにしている。石灰石キルンとペーパーミル
（paper mill）とを合体すると、石灰石キルンからの
ガスの浄化は通常、経済的に正当化されず、生ずる沈降
炭酸カルシウムは汚染されることがあり、紙のフィラー
添加のためにあまり望ましくない低度の炭酸カルシウム
を生ずることがある。いずれにせよ、高純度の沈降炭酸
カルシウムを製造するためには比較的高品質のガス状二
酸化炭素供給源を用いることが必要であると考えられて
いた。粒度と光沢との関係は微細な粒度は紙に大きな光
沢を与えることによって明らかにされる。
炭素による苛性排出物の処理によって製紙産業の副生成
物としても製造されている。製紙プロセスからの排出物
のこのような処理は、通常は石灰石処理設備からの又は
液体二酸化炭素の気化による多量のガス状二酸化炭素の
存在をあてにしている。石灰石キルンとペーパーミル
（paper mill）とを合体すると、石灰石キルンからの
ガスの浄化は通常、経済的に正当化されず、生ずる沈降
炭酸カルシウムは汚染されることがあり、紙のフィラー
添加のためにあまり望ましくない低度の炭酸カルシウム
を生ずることがある。いずれにせよ、高純度の沈降炭酸
カルシウムを製造するためには比較的高品質のガス状二
酸化炭素供給源を用いることが必要であると考えられて
いた。粒度と光沢との関係は微細な粒度は紙に大きな光
沢を与えることによって明らかにされる。
本発明によると、製紙プロセスの排出プロセスからの
沈降二酸化炭素の製造に用いるための二酸化炭素の補助
供給源を提供する。液体二酸化炭素を気化させてから、
生ずるガス状二酸化炭素と水酸化カルシウムとを接触さ
せて炭酸カルシウムを製造するプロセスによって、沈降
炭酸カルシウムの製造に液体二酸化炭素を用いることは
既に提案されている。このような気化は水酸化カルシウ
ムと二酸化炭素との発熱性反応のために必要であると考
えられた。本発明によると、液体二酸化炭素を水酸化カ
ルシウム溶液中に直接注入して、沈降炭酸カルシウムを
製造することができることが発見された。本発明の方法
は液体二酸化炭素をガス状二酸化炭素に気化させる必要
性に関係する動力消費の節約という利益を提供する。他
の利益は、生産が利用可能である石灰キルンスタックガ
スの濃度と量とによって限定されないことである。液体
二酸化炭素の補充は製紙プロセスでの需要時に必要に応
じて沈降炭酸カルシウムを製造する能力を提供する。フ
レキシビリティを与え、生産高を増加させるために既存
反応器を実質的な改良なしに使用可能である。
沈降二酸化炭素の製造に用いるための二酸化炭素の補助
供給源を提供する。液体二酸化炭素を気化させてから、
生ずるガス状二酸化炭素と水酸化カルシウムとを接触さ
せて炭酸カルシウムを製造するプロセスによって、沈降
炭酸カルシウムの製造に液体二酸化炭素を用いることは
既に提案されている。このような気化は水酸化カルシウ
ムと二酸化炭素との発熱性反応のために必要であると考
えられた。本発明によると、液体二酸化炭素を水酸化カ
ルシウム溶液中に直接注入して、沈降炭酸カルシウムを
製造することができることが発見された。本発明の方法
は液体二酸化炭素をガス状二酸化炭素に気化させる必要
性に関係する動力消費の節約という利益を提供する。他
の利益は、生産が利用可能である石灰キルンスタックガ
スの濃度と量とによって限定されないことである。液体
二酸化炭素の補充は製紙プロセスでの需要時に必要に応
じて沈降炭酸カルシウムを製造する能力を提供する。フ
レキシビリティを与え、生産高を増加させるために既存
反応器を実質的な改良なしに使用可能である。
従って、水性環境における液体二酸化炭素による発熱
性化学反応の実施方法を提供することが、本発明の第一
目的である。
性化学反応の実施方法を提供することが、本発明の第一
目的である。
液体二酸化炭素を用いる沈降炭酸カルシウムの製造方
法を提供することが、本発明のもう一つの目的である。
法を提供することが、本発明のもう一つの目的である。
液体二酸化炭素を直接注入して、製紙プロセスにおけ
るフィラーとして用いるための改良された性質を有する
沈降炭酸カルシウム製品を形成することによる沈降炭酸
カルシウムの製造方法を提供することが、本発明の他の
目的である。
るフィラーとして用いるための改良された性質を有する
沈降炭酸カルシウム製品を形成することによる沈降炭酸
カルシウムの製造方法を提供することが、本発明の他の
目的である。
本発明の上記その他の目的は以下の詳細な説明と添付
図面によってさらに明らかになると思われる。
図面によってさらに明らかになると思われる。
図面の簡単な説明 図１は本発明の炭酸カルシウム製造方法に有用な装置
の概略断面図であり； 図２は本発明の炭酸カルシウム製造方法に有用な装置
の他の実施態様の概略断面図である。
の概略断面図であり； 図２は本発明の炭酸カルシウム製造方法に有用な装置
の他の実施態様の概略断面図である。
発明の概要 本発明は水性環境における二酸化炭素による発熱化学
反応の実施方法の改良に関する。この方法では、二酸化
炭素と発熱的に反応する、少なくとも１種の化学反応物
質を含む流体溶液を形成する。次いで、少なくとも約60
psigの三重点を越える圧力において、液体二酸化炭素を
化学反応物質の溶液中に注入する。液体二酸化炭素の注
入は、液体二酸化炭素が膨張して二酸化炭素蒸気を形成
するような乱流条件下で実施する。二酸化炭素蒸気は過
熱して、二酸化炭素蒸気と化学反応物質との間に生ずる
発熱性反応温度に近づく。化学反応物質と二酸化炭素と
は分散系中で発熱的に反応して化学反応生成物を製造す
る。液体二酸化炭素の流量を調節して、反応器冷却装置
又は熱交換装置を備える必要性なく、反応温度を制御す
ることができる。
反応の実施方法の改良に関する。この方法では、二酸化
炭素と発熱的に反応する、少なくとも１種の化学反応物
質を含む流体溶液を形成する。次いで、少なくとも約60
psigの三重点を越える圧力において、液体二酸化炭素を
化学反応物質の溶液中に注入する。液体二酸化炭素の注
入は、液体二酸化炭素が膨張して二酸化炭素蒸気を形成
するような乱流条件下で実施する。二酸化炭素蒸気は過
熱して、二酸化炭素蒸気と化学反応物質との間に生ずる
発熱性反応温度に近づく。化学反応物質と二酸化炭素と
は分散系中で発熱的に反応して化学反応生成物を製造す
る。液体二酸化炭素の流量を調節して、反応器冷却装置
又は熱交換装置を備える必要性なく、反応温度を制御す
ることができる。
発明の詳細な説明 本発明の方法は特に、製紙プロセスから生ずる苛性排
出物からの炭酸カルシウムの製造に適する。しかし、本
発明は二酸化炭素と、化学反応物質の流体溶液との発熱
反応によって製造される化学物質の製造に同様に適す
る。流体は好ましくは水であるが、発熱化学反応に参加
しない如何なる流体も使用可能である。他の適当な流体
には、アンモニア、及び例えばエチルアルコール、ベン
ゼン、トルエンのような有機溶剤がある。本発明の方法
によって製造される典型的な化学物質は、二酸化炭素と
水酸化アンモニウムとの反応及び二酸化炭素と、水酸化
ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化ストロンチウム、
水酸化リチウム及び水酸化バリウムを含む、溶解性アル
カリ金属もしくはアルカリ土類金属の酸化物又は水酸化
物のいずれかとの反応から生ずる化学物質である。しか
し、簡単性のために、本発明の方法を以下では沈降炭酸
カルシウムの製造に関して特に説明する。
出物からの炭酸カルシウムの製造に適する。しかし、本
発明は二酸化炭素と、化学反応物質の流体溶液との発熱
反応によって製造される化学物質の製造に同様に適す
る。流体は好ましくは水であるが、発熱化学反応に参加
しない如何なる流体も使用可能である。他の適当な流体
には、アンモニア、及び例えばエチルアルコール、ベン
ゼン、トルエンのような有機溶剤がある。本発明の方法
によって製造される典型的な化学物質は、二酸化炭素と
水酸化アンモニウムとの反応及び二酸化炭素と、水酸化
ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化ストロンチウム、
水酸化リチウム及び水酸化バリウムを含む、溶解性アル
カリ金属もしくはアルカリ土類金属の酸化物又は水酸化
物のいずれかとの反応から生ずる化学物質である。しか
し、簡単性のために、本発明の方法を以下では沈降炭酸
カルシウムの製造に関して特に説明する。
本発明によると、水酸化カルシウムの苛性溶液の供給
材料を化学反応器に導入する。水酸化カルシウム又は他
の反応物質は供給材料中に約２％から約50％までのレベ
ルで存在することが好ましい。ここで用いる％の全て
は、他に指定しないかぎり、重量によるものである。化
学反応器のサイズは決定的ではなく、数ガロンの小型実
験反応器から数千ガロンの工業的処理化学反応器までの
範囲をとりうる。図１に示すように、反応器11は撹拌装
置13を含む、一般的連続撹拌タンク反応器である。液体
二酸化炭素の貯蔵タンク15は液体二酸化炭素ライン17と
蒸気二酸化炭素ライン19とを備える。
材料を化学反応器に導入する。水酸化カルシウム又は他
の反応物質は供給材料中に約２％から約50％までのレベ
ルで存在することが好ましい。ここで用いる％の全て
は、他に指定しないかぎり、重量によるものである。化
学反応器のサイズは決定的ではなく、数ガロンの小型実
験反応器から数千ガロンの工業的処理化学反応器までの
範囲をとりうる。図１に示すように、反応器11は撹拌装
置13を含む、一般的連続撹拌タンク反応器である。液体
二酸化炭素の貯蔵タンク15は液体二酸化炭素ライン17と
蒸気二酸化炭素ライン19とを備える。
液体二酸化炭素は高圧非断熱鋼シリンダーに入れて又
は断熱トラックトレイラー中の冷凍低圧液体として分配
することができる。二酸化炭素はシリンダーもしくはト
ラックトレイラーから液体二酸化炭素として取り出すこ
とができる、又は圧力を減ずることによって二酸化炭素
ガスとして取り出すことができる。二酸化炭素蒸気ライ
ン19はマニホルド11の前方のドライアイス形成を阻止す
るためにライン圧力を三重点より高く維持するためのパ
ージガスとして用いられる。液体二酸化炭素と蒸気二酸
化炭素ガスとは液体弁23と蒸気弁25とを通してマニホル
ド21に導かれる。反応の実施に用いられる液体二酸化炭
素は流路27を通してマニホルド29に導かれ、マニホルド
29は２個以上の注入弁31に供給する。注入弁31はTyree
の米国特許第3,815,377号に述べられているような、適
当な圧力操作弁である。
は断熱トラックトレイラー中の冷凍低圧液体として分配
することができる。二酸化炭素はシリンダーもしくはト
ラックトレイラーから液体二酸化炭素として取り出すこ
とができる、又は圧力を減ずることによって二酸化炭素
ガスとして取り出すことができる。二酸化炭素蒸気ライ
ン19はマニホルド11の前方のドライアイス形成を阻止す
るためにライン圧力を三重点より高く維持するためのパ
ージガスとして用いられる。液体二酸化炭素と蒸気二酸
化炭素ガスとは液体弁23と蒸気弁25とを通してマニホル
ド21に導かれる。反応の実施に用いられる液体二酸化炭
素は流路27を通してマニホルド29に導かれ、マニホルド
29は２個以上の注入弁31に供給する。注入弁31はTyree
の米国特許第3,815,377号に述べられているような、適
当な圧力操作弁である。
いずれの理論に縛られることも望まないが、液体二酸
化炭素が弁から出て、極端な乱流によって膨張して、二
酸化炭素雪及び蒸気になると考えられる。二酸化炭素雪
は瞬間的に昇華して飽和蒸気になり、反応器を通り、バ
ッフル33を過ぎて上昇する。バッフル33は二酸化炭素蒸
気をタンクの周辺に分散させるように作用する。撹拌装
置13はプロペラ型撹拌機33を含み、撹拌機33は二酸化炭
素蒸気と水酸化カルシウムスラリーとを乱流により完全
に混合するように作用する。
化炭素が弁から出て、極端な乱流によって膨張して、二
酸化炭素雪及び蒸気になると考えられる。二酸化炭素雪
は瞬間的に昇華して飽和蒸気になり、反応器を通り、バ
ッフル33を過ぎて上昇する。バッフル33は二酸化炭素蒸
気をタンクの周辺に分散させるように作用する。撹拌装
置13はプロペラ型撹拌機33を含み、撹拌機33は二酸化炭
素蒸気と水酸化カルシウムスラリーとを乱流により完全
に混合するように作用する。
反応器に液体二酸化炭素を用いて、二酸化炭素と発熱
反応を生ずる化学反応物質と反応させるという考えは意
外であり、新規である。液体二酸化炭素の低温がこのよ
うな発熱反応を抑制し、緩慢にすると考えられる。その
代わり、意外にも、液体二酸化炭素の導入速度を変える
ことによって、断熱材又は熱交換装置の使用を必要とす
ることなく、膨張した二酸化炭素の低温を用いて発熱反
応の速度と温度とを制御することができる。
反応を生ずる化学反応物質と反応させるという考えは意
外であり、新規である。液体二酸化炭素の低温がこのよ
うな発熱反応を抑制し、緩慢にすると考えられる。その
代わり、意外にも、液体二酸化炭素の導入速度を変える
ことによって、断熱材又は熱交換装置の使用を必要とす
ることなく、膨張した二酸化炭素の低温を用いて発熱反
応の速度と温度とを制御することができる。
好ましくは、タンク内の化学反応物質の流体溶液を反
応中に約大気圧から約200psigまでの圧力に維持する。
最も好ましくは、反応器内の圧力は約大気圧である。液
体二酸化炭素は二酸化炭素の三重点を越える如何なる温
度及び圧力をも当然とりうる。三重点は−57℃と、31℃
の臨界温度までの60psigの圧力と、1051psigの圧力とで
ある。しかし、実際には、液体二酸化炭素の圧力を約15
0psigから約350psigまでの範囲内に維持することが好ま
しい。
応中に約大気圧から約200psigまでの圧力に維持する。
最も好ましくは、反応器内の圧力は約大気圧である。液
体二酸化炭素は二酸化炭素の三重点を越える如何なる温
度及び圧力をも当然とりうる。三重点は−57℃と、31℃
の臨界温度までの60psigの圧力と、1051psigの圧力とで
ある。しかし、実際には、液体二酸化炭素の圧力を約15
0psigから約350psigまでの範囲内に維持することが好ま
しい。
苛性水酸化カルシウムの処理では、水酸化カルシウム
溶液の出発温度は典型的に約周囲温度である。二酸化炭
素との反応によって炭酸カルシウムを製造する発熱反応
中に、約30分間から約200分間までの反応時間中に温度
は約80℃から約100℃までの範囲内に上昇する。発熱反
応は充分な熱を発生して、液体二酸化炭素を気化させ
る。さらに詳しくは、発熱反応は好ましくは反応生成物
1kgにつき少なくとも約667BTU（１ポンドにつき少なく
とも約300BTU）を遊離させる。
溶液の出発温度は典型的に約周囲温度である。二酸化炭
素との反応によって炭酸カルシウムを製造する発熱反応
中に、約30分間から約200分間までの反応時間中に温度
は約80℃から約100℃までの範囲内に上昇する。発熱反
応は充分な熱を発生して、液体二酸化炭素を気化させ
る。さらに詳しくは、発熱反応は好ましくは反応生成物
1kgにつき少なくとも約667BTU（１ポンドにつき少なく
とも約300BTU）を遊離させる。
沈降炭酸カルシウム及び他のアルカリ金属とアルカリ
土類金属の炭酸塩を製造するための本発明の方法は、約
１ミクロンから約10ミクロンまでの狭いサイズ範囲内の
粒度を有し、粒子の少なくとも約50％が平均直径の50％
範囲内に入り、粒子の約90％が約４ミクロン未満であ
り、粒子の約10％が約２ミクロン未満であるような粒度
分布を有する優れた生成物を製造する。本発明の方法は
少なくとも約80−90の光学的TAPPI光沢度と約20−40％
の75゜グロス（gloss）とを有する炭酸カルシウム結晶
を生ずる。
土類金属の炭酸塩を製造するための本発明の方法は、約
１ミクロンから約10ミクロンまでの狭いサイズ範囲内の
粒度を有し、粒子の少なくとも約50％が平均直径の50％
範囲内に入り、粒子の約90％が約４ミクロン未満であ
り、粒子の約10％が約２ミクロン未満であるような粒度
分布を有する優れた生成物を製造する。本発明の方法は
少なくとも約80−90の光学的TAPPI光沢度と約20−40％
の75゜グロス（gloss）とを有する炭酸カルシウム結晶
を生ずる。
図２に示すような、本発明の代替え実施態様では、減
圧弁35を反応器の頂部から下方に伸びるステンレス鋼流
路37のスターク（stalk）に取り付ける。次に、液体二
酸化炭素を反応器の実質的な垂直長さを通して注入す
る。必要なかぎりの多くの減圧弁35をスタークに配置す
ることができる。この実施態様には一般に２〜７個の減
圧弁が用いられる。
圧弁35を反応器の頂部から下方に伸びるステンレス鋼流
路37のスターク（stalk）に取り付ける。次に、液体二
酸化炭素を反応器の実質的な垂直長さを通して注入す
る。必要なかぎりの多くの減圧弁35をスタークに配置す
ることができる。この実施態様には一般に２〜７個の減
圧弁が用いられる。
下記実施態様は本発明の種々な特徴をさらに説明する
が、請求の範囲において定義される本発明の範囲を決し
て限定しないように意図するものである。
が、請求の範囲において定義される本発明の範囲を決し
て限定しないように意図するものである。
実施例１ 図１に示す装置は水酸化カルシウムスラリーから炭酸
カルシウムを製造するのに使用した。水酸化カルシウム
供給材料をタンクに導入した。液体二酸化炭素を液体二
酸化炭素約17640kg（約39,200ポンド）を含む容器から
タンクに導入した。液体二酸化炭素を含むタンクカー上
のトレイラー液体レベルゲージは最初、87％容量の読み
取り値である。零に等しい時点では、最小マニホルド圧
は、液体二酸化炭素弁を完全に開放して、230psigであ
った。75分間後に、マニホルド圧は200psigに低下し
た。液体二酸化炭素は50ポンド液体二酸化炭素／分の速
度で供給し、反応温度は発熱反応のためにあまりに迅速
に上昇すると判断された。180分間後に、マニホルド圧
はまだ200psigに維持され、反応器内の最終バッチ温度8
0℃が得られた。反応終点は沈降炭酸カルシウム生成物
の導電率を監視することによって判定した。導電率曲線
は典型的に定常速度において徐々に減少し、次に急激に
終点まで低下する。反応は直ちに停止し、最終生成物を
分析のために取り出して、適当な場合には生産プラント
に供給する。
カルシウムを製造するのに使用した。水酸化カルシウム
供給材料をタンクに導入した。液体二酸化炭素を液体二
酸化炭素約17640kg（約39,200ポンド）を含む容器から
タンクに導入した。液体二酸化炭素を含むタンクカー上
のトレイラー液体レベルゲージは最初、87％容量の読み
取り値である。零に等しい時点では、最小マニホルド圧
は、液体二酸化炭素弁を完全に開放して、230psigであ
った。75分間後に、マニホルド圧は200psigに低下し
た。液体二酸化炭素は50ポンド液体二酸化炭素／分の速
度で供給し、反応温度は発熱反応のためにあまりに迅速
に上昇すると判断された。180分間後に、マニホルド圧
はまだ200psigに維持され、反応器内の最終バッチ温度8
0℃が得られた。反応終点は沈降炭酸カルシウム生成物
の導電率を監視することによって判定した。導電率曲線
は典型的に定常速度において徐々に減少し、次に急激に
終点まで低下する。反応は直ちに停止し、最終生成物を
分析のために取り出して、適当な場合には生産プラント
に供給する。
この実施例では、最終バッチ温度は80℃であり、終点
は開始から180分間後に生じた。最終トレイラー液体レ
ベルは70％容量であった。生産される理論的沈降炭酸カ
ルシウムに基づく二酸化炭素必要量は液体二酸化炭素約
3960kg（8800ポンド）と算出された。粒度はフィラー等
級の沈降炭酸カルシウムとして用いるためには微粒すぎ
ると判断された。1.8ミクロン方解石結晶がコピー紙用
のフィラー等級沈降炭酸カルシウムの最小規格である。
この微細生成物は最小規格を満たさなかったので、生成
物を要件を満たす別のバッチと混合して、製紙プラント
に送った。
は開始から180分間後に生じた。最終トレイラー液体レ
ベルは70％容量であった。生産される理論的沈降炭酸カ
ルシウムに基づく二酸化炭素必要量は液体二酸化炭素約
3960kg（8800ポンド）と算出された。粒度はフィラー等
級の沈降炭酸カルシウムとして用いるためには微粒すぎ
ると判断された。1.8ミクロン方解石結晶がコピー紙用
のフィラー等級沈降炭酸カルシウムの最小規格である。
この微細生成物は最小規格を満たさなかったので、生成
物を要件を満たす別のバッチと混合して、製紙プラント
に送った。
実施例２ 図１の装置を用いる第２実施例では、水酸化カルシウ
ム供給材料をタンク11に注入した。零に等しい時点で
は、入口弁を部分的に絞ることによって最小マニホルド
圧190psigが得られた。圧力は190psigに一定に維持され
た。トレイラー液体レベルゲージは開始時に70％を示し
た。開始から205分間の時点において、マニホルド圧は
まだ190psigであり、トレイラー液体レベルゲージは52
％に等しかった。トレイラー容量の18％は液体レベルゲ
ージ読み取り値に従って試験に用いた。生産される理論
的沈降炭酸カルシウムに基づく二酸化炭素必要量は液体
二酸化炭素約3960kg（8800ポンド）と算出された。得ら
れた粒度分布は実施例１の粒度分布よりも粗粒であった
が、フィラー等級の沈降炭酸カルシウムとして用いるた
めにはまだあまりにも微粒であった。
ム供給材料をタンク11に注入した。零に等しい時点で
は、入口弁を部分的に絞ることによって最小マニホルド
圧190psigが得られた。圧力は190psigに一定に維持され
た。トレイラー液体レベルゲージは開始時に70％を示し
た。開始から205分間の時点において、マニホルド圧は
まだ190psigであり、トレイラー液体レベルゲージは52
％に等しかった。トレイラー容量の18％は液体レベルゲ
ージ読み取り値に従って試験に用いた。生産される理論
的沈降炭酸カルシウムに基づく二酸化炭素必要量は液体
二酸化炭素約3960kg（8800ポンド）と算出された。得ら
れた粒度分布は実施例１の粒度分布よりも粗粒であった
が、フィラー等級の沈降炭酸カルシウムとして用いるた
めにはまだあまりにも微粒であった。
実施例３ 水酸化カルシウム供給材料をタンク11に導入した。零
に等しい時点では、マニホルド圧を190psigに調節し、
タンクの液体レベルは52％であった。208分間目に、ト
レイラー液体レベルゲージは34％であった。生成物はコ
ピー紙用のフィラー等級沈降炭酸カルシウムの最小規格
に従って用いるために適切であると判断された。
に等しい時点では、マニホルド圧を190psigに調節し、
タンクの液体レベルは52％であった。208分間目に、ト
レイラー液体レベルゲージは34％であった。生成物はコ
ピー紙用のフィラー等級沈降炭酸カルシウムの最小規格
に従って用いるために適切であると判断された。
二酸化炭素蒸気は液体二酸化炭素を用いて製造される
実施例のいずれの排気スタック中にも目視不能であった
が、通常の石灰キルンスタックガスを用いる排気スタッ
ク中には二酸化炭素蒸気が目視可能であった。このこと
は、液体二酸化炭素を低温−５℃（23゜F）周囲温度に
おいて白い曇りを形成するほどの充分な濃度で用いた場
合には排気スタック中に二酸化炭素が存在しないことを
示唆する。このことは液体二酸化炭素が炭酸塩化容器で
効果的に反応し、排気スタック中の損失が無視できるほ
どであることを示す。
実施例のいずれの排気スタック中にも目視不能であった
が、通常の石灰キルンスタックガスを用いる排気スタッ
ク中には二酸化炭素蒸気が目視可能であった。このこと
は、液体二酸化炭素を低温−５℃（23゜F）周囲温度に
おいて白い曇りを形成するほどの充分な濃度で用いた場
合には排気スタック中に二酸化炭素が存在しないことを
示唆する。このことは液体二酸化炭素が炭酸塩化容器で
効果的に反応し、排気スタック中の損失が無視できるほ
どであることを示す。
液体二酸化炭素によって製造される生成物は石灰キル
ンスタックガスによって製造される沈降炭酸カルシウム
に比べて大きい光沢を有した。
ンスタックガスによって製造される沈降炭酸カルシウム
に比べて大きい光沢を有した。
本発明の実施態様は次の通りである。
1.反応器中に少なくとも１種の化学反応物質の流体溶液
を形成し、前記溶液中に液体CO2を注入し、前記反応器
中で前記液体CO2をCO2蒸気に膨張させ、前記CO2を前記
溶液中の前記化学反応物質と発熱反応させて、化学反応
生成物を製造することを含む、CO2による発熱化学反応
の改良実施方法。
を形成し、前記溶液中に液体CO2を注入し、前記反応器
中で前記液体CO2をCO2蒸気に膨張させ、前記CO2を前記
溶液中の前記化学反応物質と発熱反応させて、化学反応
生成物を製造することを含む、CO2による発熱化学反応
の改良実施方法。
2.前記反応を大気圧において実施し、前記液体CO2を4.2
Kg/cm2・Ｇ〜73.2Kg/cm2・Ｇ（60psig〜1050psig）の圧
力において注入する上記１記載の方法。
Kg/cm2・Ｇ〜73.2Kg/cm2・Ｇ（60psig〜1050psig）の圧
力において注入する上記１記載の方法。
3.前記液体二酸化炭素を10.5Kg/cm2・Ｇ〜24.4Kg/cm2・
Ｇ（150psig〜350psig）の圧力において注入する上記１
記載の方法。
Ｇ（150psig〜350psig）の圧力において注入する上記１
記載の方法。
4.前記発熱反応が前記液体CO2を気化させるために充分
な熱を放出する上記１記載の方法。
な熱を放出する上記１記載の方法。
5.前記発熱反応が反応生成物1kgにつき少なくとも168.1
Kcal（667BTU）（0.45Kg（１ポンド）につき少なくとも
75.6Kcal（300BTU））を放出する上記４記載の方法。
Kcal（667BTU）（0.45Kg（１ポンド）につき少なくとも
75.6Kcal（300BTU））を放出する上記４記載の方法。
6.前記化学反応物質がアルカリ金属酸化物又はアルカリ
土類金属酸化物である上記１記載の方法。
土類金属酸化物である上記１記載の方法。
7.前記化学反応物質が酸化ナトリウム、酸化カリウム、
酸化カルシウム、酸化ストロンチウム、酸化リチウム及
び酸化バリウムから成る群がら選択される上記６記載の
方法。
酸化カルシウム、酸化ストロンチウム、酸化リチウム及
び酸化バリウムから成る群がら選択される上記６記載の
方法。
8.前記化学反応物質がアルカリ金属水酸化物又はアルカ
リ土類金属水酸化物である上記１記載の方法。
リ土類金属水酸化物である上記１記載の方法。
9.前記化学反応物質が水酸化ナトリウム、水酸化カリウ
ム、水酸化カルシウム、水酸化ストロンチウム、水酸化
リチウム及び水酸化バリウムから成る群がら選択される
上記８記載の方法。
ム、水酸化カルシウム、水酸化ストロンチウム、水酸化
リチウム及び水酸化バリウムから成る群がら選択される
上記８記載の方法。
10.前記流体が水、アンモニア、エチルアルコール、ベ
ンゼン及びトルエンから選択される上記１記載の方法。
ンゼン及びトルエンから選択される上記１記載の方法。
11.前記溶液が２重量％〜50重量％のCa（OH）２を有す
るCa（OH）２の水溶液である上記１記載の方法。
るCa（OH）２の水溶液である上記１記載の方法。
12.前記流体が水である上記10記載の方法。
13.高品質アルカリ紙製品の光沢と不透明度とを改良す
る沈降炭酸カルシウムの改良製造方法において、水酸化
カルシウムを含む水溶液を形成し、前記溶液中に注入弁
を通して液体CO2を注入し、前記注入の前に前記液体CO2
の圧力が4.2Kg/cm2・Ｇ〜73.2Kg/cm2・Ｇ（60psig〜105
0psig）の圧力であり、前記CO2の前記注入が乱流状態を
生じ、この状態において前記液体CO2が膨張してCO2雪と
蒸気とになり、前記雪が昇華して蒸気になり、過熱され
て、発熱反応温度に近づき、発熱反応温度において前記
水酸化カルシウムと前記CO2とが発熱反応して炭酸カル
シウムを製造し、炭酸カルシウムが前記溶液から個別の
結晶粒子として沈殿することを含む方法。
る沈降炭酸カルシウムの改良製造方法において、水酸化
カルシウムを含む水溶液を形成し、前記溶液中に注入弁
を通して液体CO2を注入し、前記注入の前に前記液体CO2
の圧力が4.2Kg/cm2・Ｇ〜73.2Kg/cm2・Ｇ（60psig〜105
0psig）の圧力であり、前記CO2の前記注入が乱流状態を
生じ、この状態において前記液体CO2が膨張してCO2雪と
蒸気とになり、前記雪が昇華して蒸気になり、過熱され
て、発熱反応温度に近づき、発熱反応温度において前記
水酸化カルシウムと前記CO2とが発熱反応して炭酸カル
シウムを製造し、炭酸カルシウムが前記溶液から個別の
結晶粒子として沈殿することを含む方法。
14.前記溶液が30分間〜200分間の反応時間中に初期周囲
温度から80℃〜100℃の温度に温度上昇する上記13記載
の方法。
温度から80℃〜100℃の温度に温度上昇する上記13記載
の方法。
15.前記沈降炭酸カルシウム結晶が80−90以上の光学的T
APPI光沢度と20−40％の75゜グロスを有する上記13記載
の方法。
APPI光沢度と20−40％の75゜グロスを有する上記13記載
の方法。
16.前記沈降炭酸カルシウム方解石結晶が１ミクロンか
ら10ミクロンまで平均粒度を有し、前記粒子の少なくと
も50％が平均直径の50％範囲内に入り、前記粒子の90％
以上が４ミクロンより微粒であり、前記粒子の10％が２
ミクロンより微粒である粒度分布を有する上記13記載の
方法。
ら10ミクロンまで平均粒度を有し、前記粒子の少なくと
も50％が平均直径の50％範囲内に入り、前記粒子の90％
以上が４ミクロンより微粒であり、前記粒子の10％が２
ミクロンより微粒である粒度分布を有する上記13記載の
方法。
17.前記液体二酸化炭素を10.5Kg/cm2・Ｇ〜24.4Kg/cm2
・Ｇ（150psig〜350psig）の圧力において注入する上記
13記載の方法。
・Ｇ（150psig〜350psig）の圧力において注入する上記
13記載の方法。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 メリテロ，ロナルド・ジョン アメリカ合衆国イリノイ州60601，シカ ゴ，ノース・ハーバー・ドライブ 175, ナンバー 3305 (72)発明者 ジズダ，レナード・エミル アメリカ合衆国イリノイ州60089，バッ ファロー・グローブ，サティンウッド・ コート・ノース 350 (72)発明者 アイゼンワッサー，ヤコブ・デーヴィッ ド アメリカ合衆国イリノイ州60422，フロ スモーア，ポリー・レーン 3033 (72)発明者 ランベシス，ゲイリー・ジェームズ アメリカ合衆国イリノイ州60457，ヒッ コリー・ヒルズ，ウエスト・シャディ・ ドライブ 9060 (56)参考文献 特開 昭58−101788（ＪＰ，Ａ) 米国特許1423510（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C01F 11/18 C01B 31/24 ＥＵＲＯＰＡＴ（ＱＵＥＳＴＥＬ)
Claims (4)
- 【請求項１】反応器中にCa（OH）２の流体溶液を提供
し、前記溶液中に液体CO2を注入し、前記CO2を前記溶液
中のCa（OH）２と発熱反応させて、炭酸カルシウムを製
造することを含む、CO2による発熱化学反応の改良実施
方法。 - 【請求項２】前記液体二酸化炭素を10.5Kg/cm2・Ｇ〜2
4.4Kg/cm2・Ｇ（150psig〜350psig）の圧力において注
入する請求項１記載の方法。 - 【請求項３】高品質アルカリ紙製品の光沢と不透明度と
を改良する沈降炭酸カルシウムの改良製造方法におい
て、水酸化カルシウムを含む水溶液を形成し、前記溶液
中に注入弁を通して液体CO2を注入し、前記注入の前に
前記液体CO2の圧力が4.2Kg/cm2・Ｇ〜73.2Kg/cm2・Ｇ
（60psig〜1050psig）の圧力であり、前記CO2の前記注
入が乱流状態を生じ、この状態において前記液体CO2が
膨張してCO2雪と蒸気とになり、前記雪が昇華して蒸気
になり、過熱されて、発熱反応温度に近づき、発熱反応
温度において前記水酸化カルシウムと前記CO2とが発熱
反応して炭酸カルシウムを製造し、炭酸カルシウムが前
記溶液から個別の結晶粒子として沈殿することを含む方
法。 - 【請求項４】前記沈降炭酸カルシウム方解石結晶が１ミ
クロンから10ミクロンまで平均粒度を有し、前記粒子の
少なくとも50％が平均直径の50％範囲内に入り、前記粒
子の90％以上が４ミクロンより微粒であり、前記粒子の
10％が２ミクロンより微粒である粒度分布を有する請求
項３記載の方法。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/500,719 US5059407A (en) | 1990-03-28 | 1990-03-28 | Liquid carbon dioxide injection in exothermic chemical reactions |
| US500,719 | 1990-03-28 | ||
| PCT/US1991/002085 WO1991014653A1 (en) | 1990-03-28 | 1991-03-27 | Liquid carbon dioxide injection in exothermic chemical reactions |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05508144A JPH05508144A (ja) | 1993-11-18 |
| JP3337213B2 true JP3337213B2 (ja) | 2002-10-21 |
Family
ID=23990626
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP50739091A Expired - Fee Related JP3337213B2 (ja) | 1990-03-28 | 1991-03-27 | 発熱化学反応への液体二酸化炭素の注入 |
Country Status (15)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5059407A (ja) |
| EP (1) | EP0522068B1 (ja) |
| JP (1) | JP3337213B2 (ja) |
| CN (1) | CN1032129C (ja) |
| AR (1) | AR243136A1 (ja) |
| AT (1) | ATE130584T1 (ja) |
| AU (1) | AU7654391A (ja) |
| BR (1) | BR9106282A (ja) |
| CA (1) | CA2081920C (ja) |
| DE (1) | DE69114837T2 (ja) |
| ES (1) | ES2079655T3 (ja) |
| MX (1) | MX173583B (ja) |
| NZ (1) | NZ237487A (ja) |
| WO (1) | WO1991014653A1 (ja) |
| ZA (1) | ZA912199B (ja) |
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