JP4167307B2 - 高純度塩酸の製造装置及び製造方法 - 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を工業的に製造するに適した塩酸の製造装置及びそれを用いた塩酸の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、純度の高い塩酸は例えば図４に示すように、塩化水素ガス生成装置６１において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、これをガス供給管６２を介して吸収容器６３に送り、この容器６３内で超純水に吸収させることにより工業的に製造されている。前記ガス供給管６２は、吸収容器６３の上流側近傍までは例えば塩化ビニル樹脂により構成されているが、かかる材質は水分を含まない塩化水素には冒されないが、水を含んだ塩酸には冒され、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を溶出させてしまうので、吸収容器６３の内壁、ガス供給管の該容器内に挿入されている部分及び吸収容器の下流側の製品取出管の材質は、耐酸材料、例えばフッ素樹脂等で構成されている。これによって不純物の溶出はある程度抑えられるが、かかる構成では高純度の塩酸を製造するためにはなお十分ではなかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで近年、塩酸を使用した製品の歩留まりの向上という観点から不純物濃度が１ppb以下の高純度塩酸が要求される傾向にあるが、従来の方法では塩酸の不純物濃度はせいぜい５ppb以下程度にできるにすぎず、１ppb以下に除去することは困難であった。しかも不純物濃度が１ppb以下の塩酸を工業的に製造しようとすると品質のよいときだけ製品を得ることになり、生成した塩酸の検査頻度が増し、作業が煩雑になってしまうため、大量の高純度塩酸を安定して得ることは困難であるという問題があった。
従って、本発明の課題は、簡易な構成で不純物濃度の極めて低い高純度の塩酸を大量に効率よく得ることのできる塩酸の製造装置及び製造方法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決すべく本発明者らが鋭意研究を重ねる中で、従来の塩酸製造工程においては、装置停止時等に吸収容器にて合成された塩酸が配管内を塩化水素の流れ方向と逆の方向への移動することにより、または吸収容器内の超純水や合成された塩酸の蒸気がガス供給管内に飛散してガス供給管内で塩酸が生成されることにより、ガス供給管内部での不純物の溶出を抑えることができず、その結果として生成された塩酸は不純物濃度が高いものとなってしまうという現象を究明した。
【０００５】
そこで本発明者らは、従来の塩酸製造工程において合成された塩酸の逆流や、塩酸蒸気及び超純水の飛散という現象（以下、「バックマイグレーション」ということがある）によってガス供給管内壁から不純物が溶出するという新たな知見に基づき研究を続けた結果、これに対処できる高純度の塩酸を製造する技術を完成するに至った。
即ち、本発明は、塩化水素ガス発生装置から塩化水素ガスをガス供給管を通して吸収容器内に供給し、吸収容器内の水に吸収させて塩酸を製造する装置において、前記ガス供給管内を、少なくとも合成された塩酸、該塩酸の蒸気又は吸収容器内の水の逆流又は飛散するところまでは、その内壁が塩酸により不純物を溶出しない材料でなることを特徴とするものである。
要すれば、本発明は吸収容器及びその下流側の製品取出管の内壁のみならず、ガス供給管のうち、一定の範囲の内壁をも塩酸により不純物を溶出しない材料で構成することにより、前記の問題を解決し、高純度の塩酸製造を可能とするものである。
ここでガス供給管はいかなる形態にも設計できるが、吸収容器から一定の高さ垂直に延びる部分を設けることがバックマイグレーションの防止に好ましい。そうすることにより、吸収容器内の塩酸等がこのガス供給管内を逆流しようとしても重力に逆らって進まなければならないため逆流しにくくなるためである。いずれにしても、ガス供給管の内壁は少なくともバックマイグレーションが起こる付近まではフッ素樹脂等の塩酸により不純物を溶出しない材料で構成される。
なお、前記材料は、塩酸により不純物を溶出しない材料であればいかなるものでもよいが、一例としてフッ素樹脂のような耐酸材料が挙げられる。
【０００６】
本発明の好適態様では、ガス供給管のいずれかの位置に、合成された塩酸、その蒸気又は吸収容器の水の逆流や飛散を防止し、それ以上、上流側へのバックマイグレーションを阻止する機能を有する縁切りが設けられる。これによりバックマイグレーションが阻止されるほか、ガス供給管上流からの塩化水素ガスが濾過、精製され、不純物を除去できることにもなる。
このような縁切りを設ける場合には、縁切りから吸収容器内に至るガス供給管の内壁のみを、塩酸により不純物を溶出しない材料とすることが経済的である。そうすることにより、塩酸により不純物を溶出しないフッ素樹脂などの高価な材料を使用する距離を短縮することができるからである。
また、該縁切りはガス供給管の如何なる位置に設置してもよいが、吸収容器の上流側近傍に設けることにより高価なフッ素樹脂の必要量を最小限に抑えることができ、さらに経済的である。
【０００７】
また、前記縁切りは塩酸により不純物を溶出しない材料で構成されたフィルターであることが好ましい。これによってフィルター自体から不純物が溶出されるのを防止することができる。さらにそのフィルターは疎水性であることが好ましい。それにより、フィルターを逆に通過した水蒸気や塩酸の蒸気により溶出した不純物を含む液状の塩酸がフィルターを通過しにくくなるからである。このような材料としては、フッ素樹脂が挙げられる。
上記構成により、前記バックマイグレーションに関連する不純物の溶出を抑制し、またフィルタが一種の逆止弁の作用をなしてガス供給管上流側への塩酸等の流入を防止し、高純度の塩酸の製造を簡便な手段により実現できる。
【０００８】
【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が、本発明がこれに限定されるものでないことはいうまでもない。図１は本発明の高純度塩酸の製造装置の実施の一形態を示す構成図である。図中１は液化塩化水素を貯留するための液化塩化水素貯槽である。この液化塩化水素貯槽１の下流側には、例えば塩化ビニル樹脂製のガス供給管２０を介してフィルター２を設けることができる。
【０００９】
前記フィルター２は塩酸により浸食されて不純物が溶出しない材料例えばポリテトラフルオロエチレン（テフロン）等のフッ素樹脂により構成することが好ましく、テフロン製のプリーツ構造の膜により形成される。このフィルター２の下流側には、例えばフッ素樹脂製の密閉容器からなる吸収容器３が設けられる。
【００１０】
ガス供給管２１の先端部は吸収容器３の底部付近まで延びるように設けられている。吸収容器３には、供給管４１を介して例えば比抵抗が１７.７×１０⁶Ωcm以上の超純水を貯留するための超純水貯槽４が接続される。図中３２、４２はバルブである。
【００１１】
次に、このような塩酸の製造装置で実施される塩酸の製造工程について説明する。先ず原料塩化水素ガスを液化装置にて例えば加圧圧縮することにより液化し、次いで液化された塩化水素を液化塩化水素貯槽１に貯留する。液化塩化水素貯槽１内では液化された塩化水素の気化が起こり、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、塩化水素ガスはガス供給管２０を介して通気していく。
塩化水素ガスはフィルター２を通過すると、塩化水素ガス中に粒子状で存在している不純物がフィルター２により除去され、不純物濃度が低くなる。
【００１２】
また吸収容器３には、超純水貯槽４から予め所定量の超純水が供給されており、ここにガス供給管２１を介して塩化水素ガスが供給されると、該ガスは超純水に吸収され塩酸が製造される。ここで前記超純水は、比抵抗が１７.７×１０⁶Ωcm以上の純水、特に１８×１０⁶Ωcm程度であることが望ましく、このような極めて純度が高い超純水に、前記フィルター２による濾過により精製されフッ素樹脂製のガス供給管２１を通ってきた塩化水素ガスを吸収させることにより、吸収容器３にて得られる塩酸は不純物濃度が１ppb以下の極めて純度が高いものとなる。
【００１３】
ガス供給管２０の上流側所定の位置まではその内壁がフッ素樹脂等により構成されているので、仮に吸収容器３で合成された塩酸が逆流したり、吸収容器３中の超純水や合成された塩酸の蒸気が飛散してきたとしても、ガス供給管２０が塩酸により浸食されることはない。このためガス供給管２０から不純物が溶出して、後からガス供給管２０を通過して吸収容器３に通気される塩化水素ガスの不純物濃度が高くなることはない。
【００１４】
またガス供給管にフィルターを設けることにより、仮に吸収容器３内の超純水や合成された塩酸がフィルター２の上流側まで逆流したり、超純水等の蒸気が飛散して、フィルター２の上流側のガス供給管２０が塩酸により浸蝕され、ガス供給管２０から不純物が溶出してきたとしても、生じた不純物はフィルター２により除去されるため、吸収容器３へ通気される塩化水素ガスの不純物濃度が高くなることはない。
【００１５】
このように本発明は簡易な構成で高純度塩酸を製造することができるので、高純度塩酸の工業的製造に適したものであり、高純度塩酸を安定して大量に製造することができる。
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る。また本発明では、原料ガスを一旦液化させずに、直接フィルターを介して吸収容器に通気させるようにしてもよい。
【００１６】
【実験例】
本発明の効果を確認するために図２に示す本願発明の装置（装置Ａ）及び図３に示す従来の装置（装置Ｂ）を用いて次の比較実験を行った。
実験に用いた装置
装置Ａとしては、内径１５ｍｍ、長さ３０ｍのガス供給管５０（斜線部）は塩化ビニル樹脂製であり、フィルター５１、ガス供給管５２、吸収容器５３、余剰ガス排出用配管５４及び余剰ガス吸収容器５５は全てテフロン製であるものを用いた。フィルター５１としては、大きさが１３０ｍｍ×８０ｍｍφの、テフロン製のプリーツ構造の膜により形成されているものを用いた。
なお、本実験は、図２又は図３から明らかなとおり、バッチ式で行なうことから、吸収容器５３に導入された塩化水素の余剰ガスを排出、吸収するための前記余剰ガス排出用配管５４及び余剰ガス吸収容器５５が設けられている。
一方、装置Ｂとしては、ガス供給管５０（斜線部）は吸収容器５３に接触するところまで塩ビ製であり、かつフィルター５１が存在しないこと以外は、装置Ａと同様のものを用いた。
【００１７】
実験例１
装置Ａ、装置Ｂそれぞれに対し、吸収容器から超純水が逆流した状態と同様の状態にするために、予め水蒸気を５分間吹き込み、その後下記の不純物を含む塩化水素ガスを、吸収容器５５内の塩酸濃度が３９％になるまで通気した。次いで、それぞれの塩酸中の不純物濃度を測定した。
鉄 １ｐｐｂ以下、銅 ０．１ｐｐｂ以下、亜鉛 ０．１ｐｐｂ以下、ニッケル ０．１ｐｐｂ以下、ナトリウム ０．１ｐｐｂ以下、カルシウム ０．５ｐｐｂ以下、アルミニウム ０．１ｐｐｂ以下、カリウム ０．１ｐｐｂ以下。
【００１８】
実験例２
装置Ａ、装置Ｂそれぞれに対し、水蒸気を吹き込むことなく、下記の不純物を含む塩化水素ガスを、吸収容器５５内の塩酸濃度が３９％になるまで通気した。次いで、それぞれの塩酸中の不純物濃度を測定した。
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、アルミニウム １ｐｐｂ以下、カリウム ２ｐｐｂ以下。
【００１９】
実験結果
実験例１及び実験例２の結果を表１及び表２にそれぞれ示す。
実験例１の結果からテフロン製のフィルター及び／又はフィルター下流側のテフロン配管の存在により、バックマイグレーションによる純度の低下を防ぎ、合成された塩酸の純度を有意に向上できることが認められる。また、実験例２の結果からは、バックマイグレーションの有無に拘らず、テフロン製フィルターが合成された塩酸の純度を向上せしめるのに有効であることが認められる。
【００２０】
【表１】
表１

【００２１】
【表２】
表２

【００２２】
【発明の効果】
本発明によって、簡易な構成で不純物濃度の極めて低い高純度の塩酸を大量に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高純度塩酸の製造装置の一実施の形態を示す模式図である。
【図２】本発明の効果を確認するために行なった実験例で用いた本願発明の装置（装置Ａ）を示す模式図である。
【図３】本発明の効果を確認するために行なった実験例で用いた従来の装置（装置Ｂ）を示す模式図である。
【図４】従来の塩酸の製造装置の一部を示す模式図である。
【符号の説明】
１ 液化塩化水素貯槽
２、５１ フィルター
３、５３、６３ 吸収容器
４ 超純水貯槽
２０、２１、５０、５２、６２ ガス供給管
３１、６４ 塩酸取り出し用配管
３２、４２、６５ バルブ
４１ 超純水供給管
５４ 余剰ガス排出用配管
５５ 余剰ガス吸収容器
６１ 塩化水素ガス発生装置

Claims (3)

1. 塩化水素ガス発生装置から塩化水素ガスをガス供給管を通して吸収容器内に供給し、吸収容器内の水に吸収させて塩酸を製造する装置において、
   前記ガス供給管の内壁が、少なくとも合成された塩酸、該塩酸の蒸気又は吸収容器内の水が逆流又は飛散するところまでは、塩酸により不純物を溶出しない材料でなり、
   前記ガス供給管のいずれかの位置に、合成された塩酸、その蒸気又は吸収容器の水の逆流や飛散を防止する、塩酸により不純物を溶出しない材料で構成された疎水性のフィルターを設けたことを特徴とする、前記装置。
2. 塩酸により不純物を溶出しない材料が、フッ素樹脂であることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 請求項１または２に記載の装置を用いて塩酸を製造する方法。

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