JP3641049B2 - 高純度塩酸の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、不純物濃度の極めて低い高純度塩酸の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、塩酸は合成塩酸法や副生塩酸法等により塩化水素ガスを生成し、これを水に吸収させることにより製造されている。合成塩酸法により得られる塩酸は副生塩酸法により得られる塩酸に比べてかなり純度が高いものの、これらの方法により製造された塩酸には、例えば鉄、銅、亜鉛、ニッケル、ナトリウム、カルシウム、カリウムなどの不純物が含まれているので、例えば蒸留することにより不純物を除去している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら塩酸を蒸留すると、共沸現象（例えば２０．２４％の塩酸では１ａｔｍの下で一定の沸点１１０℃をもつ）を生じるので分留は困難であり、この方法で塩酸の精製度を高めようとすると、工程が複雑化し、装置が大規模となってしまうという問題がある。従ってこの方法では、塩酸中の不純物例えば鉄を例えば１０ｐｐｂ以下程度に除去することは難しく、このため塩酸の純度を極めて高くすることは困難であり、特に純度の低い副生塩酸法により製造された塩酸ではなおさら難しかった。
【０００４】
本発明はこのような事情の下になされたものであり、その目的は、不純物濃度の極めて低い高純度の塩酸を得ることのできる高純度塩酸の製造方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、不純物濃度の高い塩化水素ガスを液化させる液化工程と、
この工程で液化した塩酸を気化させて、不純物濃度の低い塩化水素ガスを得る気化精製工程と、
この工程で気化した塩化水素ガスを密閉容器内における超純水から生成した塩酸中に供給して当該塩化水素ガス中の不純物を当該塩酸中に取り込ませ、当該塩酸中に溶解されなかった塩化水素ガスを発生させることによりさらに不純物濃度の低い塩化水素ガスを得る精製工程と、
この精製工程で発生させた塩化水素ガスを超純水に吸収させて、不純物の濃度の低い塩酸を得る塩酸生成工程と、を含むことを特徴とする。なお超純水は、比抵抗が１７．７×１０ ^６ Ωｃｍ以上であることが望ましい。
【０００６】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明方法を実施する塩酸製造装置の一形態を示す構成図である。図中１は不純物濃度の高い塩化水素ガス（原料ガス）を液化する液化装置であり、２は液化装置にて液化された塩酸を封入するための高圧ガス容器である。この高圧ガス容器２は通気管２１を介して第１吸収塔３に接続されており、第１吸収塔３は通気管３２を介して第２吸収塔４に接続されている。
【０００７】
これら第１及び第２吸収塔３、４は、例えば外周囲に水冷ジャケット３１（４１）を備えた、耐酸材料例えばテフロン製の密閉容器であり、これら第１及び第２吸収塔３、４には夫々超純水供給管５１、５２を介して超純水貯槽５が接続されている。これら第１及び第２吸収塔３、４の内部には水例えば超純水が供給されていて、前記通気管２１、３２の先端部はこの超純水の内部に入り込むように設けられている。また第２の吸収塔４には、容器内の気相部分に連通する通気管４２が非常用ガス抜きバルブＶ３を介して設けられると共に、容器内の液相部分に接続されるように塩酸排出管４３がバルブＶ４を介して設けられている。図中Ｖ１、Ｖ２は夫々バルブを示している。
【０００８】
次にこのような塩酸製造装置で実施される塩酸製造方法について説明する。この塩酸製造装置では、液化装置１にて液化工程、高圧ガス容器２にて気化精製工程、第１吸収塔３にて精製工程、第２吸収塔４にて塩酸生成工程が夫々実施される。先ず不純物濃度の高い原料ガスを液化装置１にて例えば加圧圧縮することにより液化する。次いで液化された塩酸を高圧ガス容器２に封入する。高圧ガス容器２内では液化された塩酸の気化が起こり、気化する塩化水素ガスの量が多くなって容器内の圧力が高くなってくると、塩化水素ガスは通気管２１を介して第１吸収塔３内へ通気していく。
【０００９】
ここで原料ガスには、例えば鉄、銅、亜鉛、ニッケル、ナトリウム、カルシウム、カリウムなどが不純物として含まれているが、ここでは、塩酸の気化により単蒸留が行なわれることとなり、この結果気化により得られた塩化水素ガスは原料ガスに比べて不純物濃度が低い、精製されたガスとなる。
【００１０】
超純水貯槽５には例えば比抵抗が１８×１０⁶ Ωｃｍの超純水が貯留されており、第１吸収塔３及び第２吸収塔４には、この超純水貯槽５から予め所定量の超純水が供給されている。そして超純水が供給された第１吸収塔３内に前記通気管２１を介して塩化水素ガスが供給されると、当該ガスは超純水に吸収され塩酸が製造される。この際塩化水素の超純水に対する溶解熱により、吸収塔内の温度が上昇するので例えば水冷ジャケット３１に冷却水を通流させて、吸収塔内を外部から冷却する。また第１吸収塔３、第２吸収塔４の内部に例えば水冷管を設けて、これら吸収塔内を内部から冷却するようにしてもよい。
【００１１】
ここで前記超純水は、比抵抗が１７．７×１０⁶ Ωｃｍ以上の純水であることが望ましく、特に１８×１０⁶ Ωｃｍ程度であることが望ましい。このように極めて純度が高い超純水に、前記高圧ガス容器２内における気化により精製されたガスを吸収させることにより、第１吸収塔３にて得られる塩酸は純度が高いものとなる。
【００１２】
そして供給された塩化水素ガスの量に応じて徐々に塩酸中の塩化水素濃度が高まってくるが、塩化水素ガスの供給量が超純水から生成した塩酸中の溶解度を越えると、当該溶解度を越える量の塩化水素ガスは超純水（塩酸）内に存在できずに気化し、塩化水素ガスミストとして吸収塔３内の気相空間に放出され、いわば塩化水素ガスが第１吸収塔３内の塩酸中を通過した状態となる。そしてこのミストの量が多くなって第１吸収塔３内の圧力が高くなってくると、ミストは通気管３２を介して第２吸収塔４内に通気していく。
【００１３】
ここで第１吸収塔３にて超純水に吸収される塩化水素ガスには原料ガスよりは少ないものの前記不純物が含まれているが、この塩化水素ガスが超純水から生成された塩酸中を通過すると、塩化水素ガス中に含まれる不純物は塩酸との接触により濡れて気化できずに塩酸中に取込まれ、また蒸気圧が極めて低いので塩酸中にとどまることになる。従って第１吸収塔３を通過した塩化水素ガスは不純物が除去された、極めて高純度のものとなる。
【００１４】
第２吸収塔４では、予め供給された超純水に前記通気管３２を介して塩化水素ガスミストが供給されると、当該ガスは超純水に吸収され塩酸が製造される。このとき塩酸の濃度は、バルブＶ２の開度を制御して超純水貯槽５から供給される超純水の流量を調節することにより調整され、このようにして目的の濃度の塩酸を製造することができる。このバルブＶ２の開度の制御は手動で行ってもよいし、例えば第２吸収塔４内の塩酸の電気伝導度或いは酸化還元電位を検出し、この値に基づいて図示しない制御部により行うようにしてもよい。
【００１５】
この第２吸収塔４においても塩化水素の超純水に対する溶解熱により、吸収塔内の温度が上昇するので例えば水冷ジャケット４１にて、第１吸収塔３と同様に吸収塔４内を外部から冷却する。また上述のように、吸収塔内を水冷管にて内部から冷却するようにしてもよい。なお第１吸収塔３から供給される塩化水素ガスミストの量が多く、第２吸収塔４内の圧力が上昇した場合には、バルブＶ３を開いて吸収塔４内のガスを排気する。
【００１６】
こうして第２吸収塔４内では塩酸が製造されるが、この際吸収塔内に供給されている超純水は、上述のように純度が極めて高く、またこの超純水に吸収させる塩化水素ガスミストは、高圧ガス容器２内における精製と第１吸収塔３内における精製との２段階の精製工程を経た精製度の高いものであるため、ここで得られる塩酸は、極めて不純物濃度の低いものとなる。
【００１７】
このように本発明の高純度塩酸の製造方法では、先ず高圧ガス容器２内における気化精製工程にて精製された不純物濃度の低い塩化水素ガスを得、次いで第１吸収塔３内における精製工程にて極めて不純物濃度の低い塩化水素ガスを得て、この塩化水素ガスを第２吸収塔４において極めて純度の高い超純水に吸収させることにより塩酸を製造しているので、得られる塩酸は不純物濃度が極めて低いものとなる。
【００１８】
しかも気化精製工程では液化した塩酸の気化により不純物濃度の低い塩化水素ガスを得ており、また精製工程では超純水に溶解度を越えた量の塩化水素ガスを吸収させることにより、余剰分の塩化水素を気化させて、さらに不純物濃度の低い塩化水素ガスを得ているので、蒸留法において問題であった共沸現象を生じることなく、塩化水素ガスのみを得ることができるため、塩酸の精製を容易に行なうことができて、極めて純度の高い塩酸を容易に得ることができる。
【００１９】
以上において本発明では、原料ガスとしては合成塩酸法や副生塩酸法によって製造された塩化水素ガスや塩素と水素とを燃焼させて得た塩化水素ガスを用いることができ、副生塩酸法によって製造された純度の低い塩化水素ガスを原料ガスとして用いても、得られる塩酸は不純物濃度が極めて低いものとなる。
【００２０】
また本発明では、不純物濃度の高い原料ガスに対して直接第１吸収塔にて精製工程を実施するようにしてもよい。さらに高圧ガス容器にて気化精製工程により精製された塩化水素ガスを、第２吸収塔に導き塩酸生成工程を実施するようにしてもよい。さらに第１吸収塔内の超純水は塩化水素を含むものであってもよい。なお第１吸収塔において製造された塩酸も純度が高い塩酸であり、これを例えば工業用塩酸として用いてもよい。
【００２１】
【実施例】
以下本発明の実施例を記載する。
実施例
上述の塩酸精製装置において、不純物として鉄１ｐｐｂ以下，銅１ｐｐｂ以下，亜鉛１ｐｐｂ以下，ニッケル１ｐｐｂ以下，ナトリウム２ｐｐｂ以下，カルシウム２ｐｐｂ以下，カリウム２ｐｐｂ以下を含む塩化水素ガスを原料ガスとして用いて、塩酸の精製を行なった。第２吸収塔では、塩酸の濃度を３６％となるように調整を行ない、得られた塩酸中の不純物濃度を測定した。この結果を従来の方法により製造された塩酸の測定結果と合わせて表１に示す。
【表１】

【００２２】
この結果により、本発明方法により製造された塩酸の各不純物濃度は従来の方法により製造された不純物濃度に比べて、１／２５００〜１／１００程度と極めて低い、高純度のものであることが確認された。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、極めて不純物の濃度の低い高純度の塩酸を簡易な手法により製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法を実施する塩酸製造装置の一形態を示す構成図である。
【符号の説明】
１ 液化装置
２ 高圧ガス容器
３ 第１吸収塔
４ 第２吸収塔
５ 超純水貯槽

Claims (2)

1. 不純物濃度の高い塩化水素ガスを液化させる液化工程と、
   この工程で液化した塩酸を気化させて、不純物濃度の低い塩化水素ガスを得る気化精製工程と、
   この工程で気化した塩化水素ガスを、密閉容器内における超純水から生成した塩酸中に供給して当該塩化水素ガス中の不純物を当該塩酸中に取り込ませ、当該塩酸中に溶解されなかった塩化水素ガスを発生させることによりさらに不純物濃度の低い塩化水素ガスを得る精製工程と、
   この精製工程で発生させた塩化水素ガスを超純水に吸収させて、不純物の濃度の低い塩酸を得る塩酸生成工程と、
   を含むことを特徴とする高純度塩酸の製造方法。
2. 前記超純水は、比抵抗が１７．７×１０⁶ Ωｃｍ以上の超純水であることを特徴とする請求項１記載の高純度塩酸の製造方法。

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