JP4999406B2 - Chlorine production method - Google Patents

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Description

本発明は、塩化水素と酸素とを接触気相反応させて塩化水素を酸化して塩素を製造する方法に関する。   The present invention relates to a method for producing chlorine by oxidizing hydrogen chloride by catalytic gas phase reaction between hydrogen chloride and oxygen.

塩素は、塩化ビニル、ホスゲンなどの原料として有用であり、塩化水素の酸化によって得られることもよく知られている。たとえば、塩化水素を触媒を用いて分子状酸素で接触酸化し、塩素を製造する方法としては、従来からDeacon触媒と呼ばれる銅系の触媒が従来優れた活性を有するとされ、塩化銅と塩化カリウムに第三成分として種々の化合物を添加した触媒が多数提案されている。また、Deacon触媒以外にも、酸化クロムまたはこの化合物を触媒として用いる方法、酸化ルテニウムまたはこの化合物を触媒として用いる方法も提案されている。   It is well known that chlorine is useful as a raw material for vinyl chloride, phosgene, etc., and is obtained by oxidation of hydrogen chloride. For example, as a method for producing chlorine by catalytic oxidation of hydrogen chloride with molecular oxygen using a catalyst, a copper-based catalyst conventionally called Deacon catalyst is said to have excellent activity, and copper chloride and potassium chloride. Many catalysts have been proposed in which various compounds are added as a third component. In addition to the Deacon catalyst, a method using chromium oxide or this compound as a catalyst, or a method using ruthenium oxide or this compound as a catalyst has also been proposed.

ここで、塩化水素を含む原料ガス(塩化水素原料ガス)としては、塩素化合物の熱分解反応や燃焼反応、有機化合物のホスゲン化反応または塩素化反応などにおいて副生したものがよく用いられる。このような塩化水素原料ガスには、塩化水素以外に、発生源のプロセスに由来する不純物が含まれることになる。たとえば、イソシアネートのアミンとホスゲンを反応させる工程から発生する塩化水素を含むガスを塩化水素原料ガスとして用いる場合には、一酸化炭素、ホスゲン、有機化合物などの不純物が塩化水素原料ガス中に含まれることになる。   Here, as a source gas containing hydrogen chloride (hydrogen chloride source gas), a gas that is by-produced in a pyrolysis reaction or combustion reaction of a chlorine compound, a phosgenation reaction or a chlorination reaction of an organic compound is often used. Such hydrogen chloride source gas contains impurities derived from the source process in addition to hydrogen chloride. For example, when a gas containing hydrogen chloride generated from the step of reacting an isocyanate amine with phosgene is used as the hydrogen chloride source gas, impurities such as carbon monoxide, phosgene, and organic compounds are included in the hydrogen chloride source gas. It will be.

これらの不純物を塩化水素原料ガスから除去する方法としては、従来、吸着法(たとえば特開2003−112907号公報(特許文献1)参照)や吸収・放散法(たとえば特開2000−34105号公報(特許文献2)参照)などが提案されている。しかしながら、吸着法では原料塩化水素中の一酸化炭素は除去できず、また、吸収・放散法ではコストがかかるという問題を有している。   As a method for removing these impurities from the hydrogen chloride source gas, conventionally, an adsorption method (for example, see JP-A-2003-112907 (Patent Document 1)) or an absorption / dissipation method (for example, JP-A-2000-34105 ( Patent Document 2)) is proposed. However, carbon monoxide in the raw material hydrogen chloride cannot be removed by the adsorption method, and the absorption / dissipation method has a problem that costs are high.

またたとえば国際公開第2005/090231号パンフレット(特許文献3)には、不純物の一部をそのまま塩化水素を酸化させるための反応器に導入し、塩酸酸化用触媒にて燃焼除去する方法も提案されている。しかしながら、塩化水素原料ガスに不純物として含まれる一酸化炭素は塩酸酸化触媒被毒成分であるため、できるだけ塩化水素の酸化の反応系には持ち込まないことが望ましい。また、一酸化炭素の二酸化炭素への酸化は発熱量(67kcal/mol−CO)が大きく、塩化水素の塩素への酸化発熱量(7kcal・mol−HCl)の約10倍であるため、塩化水素の酸化のための反応として通常用いられる固定床反応器における反応温度制御に支障を与える可能性があり、受入許容量に限界がある。
特開2003−112907号公報 特開2000−34105号公報 国際公開第2005/090231号パンフレット
For example, International Publication No. 2005/090231 pamphlet (Patent Document 3) also proposes a method in which a part of impurities is introduced into a reactor for oxidizing hydrogen chloride as it is and burned and removed with a catalyst for oxidizing hydrochloric acid. ing. However, since carbon monoxide contained as an impurity in the hydrogen chloride source gas is a poisoning component of the hydrochloric acid oxidation catalyst, it is desirable not to bring it into the reaction system for oxidizing hydrogen chloride as much as possible. Further, the oxidation of carbon monoxide to carbon dioxide has a large calorific value (67 kcal / mol-CO), which is about 10 times the oxidation calorific value of hydrogen chloride to chlorine (7 kcal · mol-HCl). There is a possibility that the reaction temperature control in a fixed bed reactor usually used as a reaction for the oxidation of methane is hindered, and there is a limit in the allowable amount of acceptance.
JP 2003-112907 A JP 2000-34105 A International Publication No. 2005/090231 Pamphlet

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、不純物である一酸化炭素を除去した後の塩化水素を用いて、酸素との接触気相反応によって酸化させて塩素を製造する方法を提供することである。   The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and the object of the present invention is to perform catalytic gas phase reaction with oxygen using hydrogen chloride after removing carbon monoxide as an impurity. It is to provide a method for producing chlorine by oxidation.

本発明の塩素の製造方法は、不純物として一酸化炭素を含む塩化水素原料ガスに塩素を添加し、さらにホスゲン化触媒と接触させる工程と、前記ホスゲン化触媒と接触させた後の塩化水素を含むガスを、酸素と接触気相反応させて酸化する工程とを含むことを特徴とする。   The method for producing chlorine of the present invention includes a step of adding chlorine to a hydrogen chloride source gas containing carbon monoxide as an impurity, and further contacting with a phosgenation catalyst, and hydrogen chloride after contacting with the phosgenation catalyst. And a step of oxidizing the gas by catalytic gas phase reaction with oxygen.

ここにおいて、前記ホスゲン化触媒は活性炭であることが好ましい。
また本発明の塩素の製造方法における前記塩化水素原料ガス中に含まれる一酸化炭素の濃度は、1体積%よりも多いことが好ましい。
Here, the phosgenation catalyst is preferably activated carbon.
Moreover, it is preferable that the density | concentration of the carbon monoxide contained in the said hydrogen chloride raw material gas in the manufacturing method of the chlorine of this invention is more than 1 volume%.

本発明の塩素の製造方法における前記接触気相反応は、固定床反応器を用いて行われることが好ましい。   The catalytic gas phase reaction in the chlorine production method of the present invention is preferably carried out using a fixed bed reactor.

また本発明の塩素の製造方法における前記接触気相反応の触媒は、酸化ルテニウムを含有する触媒であることが好ましい。   The catalyst for the catalytic gas phase reaction in the chlorine production method of the present invention is preferably a catalyst containing ruthenium oxide.

本発明の塩素の製造方法によれば、塩化水素原料ガス中に不純物として含まれる一酸化炭素を塩素と反応させてホスゲンを生成し、塩化水素原料ガスに含まれていた一酸化炭素を除去することができる。これによって、一酸化炭素が除去された塩化水素を含むガスを、塩素の製造のための酸素との接触気相反応による酸化に供することができる。   According to the chlorine production method of the present invention, carbon monoxide contained as an impurity in a hydrogen chloride source gas is reacted with chlorine to produce phosgene, and the carbon monoxide contained in the hydrogen chloride source gas is removed. be able to. Thereby, the gas containing hydrogen chloride from which carbon monoxide has been removed can be subjected to oxidation by catalytic gas phase reaction with oxygen for the production of chlorine.

また本発明の塩素の製造方法によれば、塩化水素の酸化のための触媒に対する触媒被毒成分である一酸化炭素を触媒被毒を起こさないホスゲンに転化することによって除去する。これによって、一酸化炭素を不純物として含む塩化水素原料ガスを接触気相反応による酸化に供する場合と比較して、触媒への影響を軽減することができ、触媒の長寿命化を図ることができる。   According to the chlorine production method of the present invention, carbon monoxide, which is a catalyst poisoning component for the catalyst for the oxidation of hydrogen chloride, is removed by conversion to phosgene that does not cause catalyst poisoning. As a result, the influence on the catalyst can be reduced and the life of the catalyst can be extended compared with the case where the hydrogen chloride source gas containing carbon monoxide as an impurity is subjected to oxidation by catalytic gas phase reaction. .

また、一酸化炭素あるいはホスゲンが接触気相反応器に供給された場合、一酸化炭素の二酸化炭素への酸化発熱量が67kcal/molであるのに対し、ホスゲンの酸化発熱量は41kcal/molと小さい。本発明では、この一酸化炭素をホスゲンに転化させない塩化水素を含むガスを接触気相反応による酸化に供する場合と比較して、反応温度暴走の危険性は少なく、接触気相反応の温度制御が容易となる。   Further, when carbon monoxide or phosgene is supplied to the catalytic gas phase reactor, the oxidation heat generation amount of carbon monoxide to carbon dioxide is 67 kcal / mol, whereas the oxidation heat generation amount of phosgene is 41 kcal / mol. small. In the present invention, compared with the case where the gas containing hydrogen chloride that does not convert carbon monoxide into phosgene is subjected to oxidation by catalytic gas phase reaction, there is less risk of reaction temperature runaway, and temperature control of the catalytic gas phase reaction is possible. It becomes easy.

図1は、本発明の塩素の製造方法の好ましい一例を模式的に示すフロー図である。本発明は、触媒の存在下、接触気相反応により塩化水素を酸素で酸化して塩素を製造する方法を前提とする。本発明の塩素の製造方法では、不純物として一酸化炭素を含む塩化水素原料ガスに塩素を添加後、ホスゲン化触媒と接触させる工程(図1には、「前処理」の工程として示されている)を含み、当該工程で得られた塩化水素を上述した接触気相反応に供することを特徴とする。   FIG. 1 is a flowchart schematically showing a preferred example of the method for producing chlorine according to the present invention. The present invention presupposes a method for producing chlorine by oxidizing hydrogen chloride with oxygen by catalytic gas phase reaction in the presence of a catalyst. In the method for producing chlorine according to the present invention, a step of adding chlorine to a hydrogen chloride source gas containing carbon monoxide as an impurity and then bringing it into contact with a phosgenation catalyst (shown as a “pretreatment” step in FIG. 1). And hydrogen chloride obtained in this step is subjected to the catalytic gas phase reaction described above.

本発明において用いられる塩化水素原料ガスとしては、塩素化合物の熱分解反応や燃焼反応、有機化合物のホスゲン化反応または塩素化反応、焼却炉の燃焼などにおいて発生した塩化水素を含むいかなるものを使用することができる。   As the hydrogen chloride source gas used in the present invention, any gas containing hydrogen chloride generated in pyrolysis reaction or combustion reaction of chlorine compound, phosgenation reaction or chlorination reaction of organic compound, combustion in incinerator, etc. is used. be able to.

本発明における塩化水素原料ガス中における塩化水素の濃度は、特に制限されるものではないが、好ましくは10体積%以上、より好ましくは50体積%以上、特に好ましくは80体積%以上である。塩化水素原料ガス中の塩化水素の濃度が10体積%よりも小さい場合には、不純物とともに除去される塩化水素が多くなってしまい、塩化水素のロスを少量に抑えることが困難になってしまう傾向にある。また、塩化水素原料ガス中の塩化水素の濃度が10体積%よりも小さい場合には、後述する精製工程で得られる未反応酸素を主成分とするガス中の酸素の濃度が低くなり、後述する循環工程で反応工程へ供給する該ガスの量を少なくしなければならないことがあるという虞もある。   The concentration of hydrogen chloride in the hydrogen chloride source gas in the present invention is not particularly limited, but is preferably 10% by volume or more, more preferably 50% by volume or more, and particularly preferably 80% by volume or more. If the concentration of hydrogen chloride in the hydrogen chloride source gas is less than 10% by volume, the amount of hydrogen chloride removed together with the impurities tends to increase, making it difficult to reduce the loss of hydrogen chloride to a small amount. It is in. Further, when the concentration of hydrogen chloride in the hydrogen chloride raw material gas is smaller than 10% by volume, the concentration of oxygen in the gas mainly composed of unreacted oxygen obtained in the purification step described later is low, which will be described later. There is also a possibility that the amount of the gas supplied to the reaction process in the circulation process may have to be reduced.

本発明に用いられる塩化水素原料ガスは、不純物として少なくとも一酸化炭素を含む。塩化水素原料ガス中に含まれる一酸化炭素の含有量は特に制限されるものではないが、反応制御における優位性を得るには、1体積%よりも多いことが好ましく、1.0〜2.0体積%の範囲内であることがより好ましい。なお、塩化水素原料ガス中の一酸化炭素の含有量は、たとえばガスクロマトグラフを用いて分析することができる。   The hydrogen chloride source gas used in the present invention contains at least carbon monoxide as an impurity. The content of carbon monoxide contained in the hydrogen chloride source gas is not particularly limited, but is preferably more than 1% by volume in order to obtain an advantage in reaction control, and is 1.0 to 2. More preferably, it is in the range of 0% by volume. The content of carbon monoxide in the hydrogen chloride source gas can be analyzed using, for example, a gas chromatograph.

塩化水素原料ガス中に含まれる不純物としては、その他、オルトジクロロベンゼン、モノクロロベンゼンなどの塩素化芳香族炭化水素、トルエン、ベンゼンなどの芳香族炭化水素、塩化メチル、塩化エチルなどの塩素化炭化水素、メタン、アセチレン、エチレン、プロピレンなどの炭化水素、窒素、アルゴン、二酸化炭素、一酸化炭素、ホスゲン、水素、硫化カルボニル、硫化水素、二酸化硫黄などの無機ガスが挙げられる。以下、表1には、典型的な一例として、イソシアネート副生塩化水素ガスを塩化水素原料ガスとして用いる場合の組成を示している。なお、表1中、ODBはo−ジクロロベンゼン、MCBはモノクロロベンゼンをそれぞれ表している。   Other impurities contained in the hydrogen chloride source gas include chlorinated aromatic hydrocarbons such as orthodichlorobenzene and monochlorobenzene, aromatic hydrocarbons such as toluene and benzene, and chlorinated hydrocarbons such as methyl chloride and ethyl chloride. And hydrocarbons such as methane, acetylene, ethylene and propylene, and inorganic gases such as nitrogen, argon, carbon dioxide, carbon monoxide, phosgene, hydrogen, carbonyl sulfide, hydrogen sulfide and sulfur dioxide. Hereinafter, Table 1 shows a composition in the case where isocyanate by-product hydrogen chloride gas is used as a hydrogen chloride source gas as a typical example. In Table 1, ODB represents o-dichlorobenzene and MCB represents monochlorobenzene.

Figure 0004999406
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塩化水素原料ガスに添加する塩素は、その添加量については特に制限されるものではないが、塩化水素原料ガス中に含まれる一酸化炭素と塩素とが1:0.5〜10(モル比)となる量を添加することが好ましく、1:1.05〜8(モル比)となる量を添加することがより好ましい。一酸化炭素と塩素とが1:0.5(モル比)未満である場合には、一酸化炭素除去率が不十分になる可能性があり、また一酸化炭素と塩素とが1:10(モル比)を超える場合には、残留塩素によるホスゲン化触媒の劣化が懸念されるためである。   The amount of chlorine added to the hydrogen chloride source gas is not particularly limited, but the amount of carbon monoxide and chlorine contained in the hydrogen chloride source gas is 1: 0.5 to 10 (molar ratio). It is preferable to add the amount which becomes, and it is more preferable to add the amount which becomes 1: 1.05-8 (molar ratio). When carbon monoxide and chlorine are less than 1: 0.5 (molar ratio), the carbon monoxide removal rate may be insufficient, and carbon monoxide and chlorine may be 1:10 ( If the molar ratio is exceeded, the phosgenation catalyst may be deteriorated by residual chlorine.

なお、この塩化水素原料ガスに添加する塩素としては、塩化水素を接触気相反応によって酸素で酸化させて得られた塩素の一部を用いるようにしてもよい(図1に示す例)し、このように得られたものでない別個の塩素を用いてもよい。   In addition, as chlorine added to this hydrogen chloride source gas, you may make it use a part of chlorine obtained by oxidizing hydrogen chloride with oxygen by catalytic gas phase reaction (example shown in FIG. 1), Separate chlorine not obtained in this way may be used.

本発明においては、上述のように塩化水素原料ガスに塩素を添加後、ホスゲン化触媒と接触させる。ここで、ホスゲン化触媒とは、一酸化炭素と塩素とからホスゲン(COCl2)を生成する下記のような反応に用いられる触媒を指す。 In the present invention, as described above, chlorine is added to the hydrogen chloride source gas and then brought into contact with the phosgenation catalyst. Here, the phosgenation catalyst refers to a catalyst used in the following reaction for producing phosgene (COCl 2 ) from carbon monoxide and chlorine.

CO+Cl2→COCl2
本発明において用いられるホスゲン化触媒としては、従来公知のものを特に制限なく用いることができ、一般的には活性炭を用いることができ、木材、ヤシガラ、リグニン、亜炭、褐炭、石炭などを挙げることができる。ホスゲン化触媒として活性炭を用いる場合、具体的には、ヤシガラ活性炭が好適に使用され、たとえば白鷺WH2C(日本エンバイロケミカル(株)製)などのグレードのものを用いることが好ましい。
CO + Cl 2 → COCl 2
As the phosgenation catalyst used in the present invention, conventionally known phosgenation catalysts can be used without particular limitation, generally activated carbon can be used, and examples thereof include wood, coconut husk, lignin, lignite, lignite, and coal. Can do. Specifically, when activated carbon is used as the phosgenation catalyst, coconut shell activated carbon is preferably used, and for example, a grade such as Shirasagi WH2C (manufactured by Nippon Enviro Chemical Co., Ltd.) is preferably used.

本発明の塩素の製造方法では、上述したように塩化水素原料ガスに塩素を添加し、ホスゲン化触媒と接触させることによって、塩化水素原料ガス中に含まれる一酸化炭素を塩素との反応によってホスゲンとすることで、一酸化炭素を除去する。本明細書では、この一酸化炭素を除去した後の塩化水素原料ガスを単に「塩化水素を含むガス」と呼称する。本発明では、このようにして得られた塩化水素を含むガスを、接触気相反応により酸素で酸化することによる塩素の製造に供する。   In the chlorine production method of the present invention, as described above, chlorine is added to the hydrogen chloride source gas and brought into contact with the phosgenation catalyst, whereby carbon monoxide contained in the hydrogen chloride source gas is reacted with chlorine to react with phosgene. Thus, carbon monoxide is removed. In the present specification, the hydrogen chloride source gas after removing the carbon monoxide is simply referred to as “gas containing hydrogen chloride”. In the present invention, the gas containing hydrogen chloride thus obtained is used for the production of chlorine by oxidizing with oxygen by a catalytic gas phase reaction.

一酸化炭素は、接触気相反応のための触媒に対し被毒性を有する。本発明の塩素の製造方法では、上述のように塩化水素原料ガスに含まれていた一酸化炭素を触媒被毒を起こさないホスゲンに転化した後の塩化水素を含むガスを接触気相反応による酸化に供するため、一酸化炭素を不純物として含む塩化水素原料ガスを接触気相反応による酸化に供する場合と比較して、触媒への影響を軽減することができ、触媒の長寿命化を図ることができる。   Carbon monoxide is toxic to catalysts for catalytic gas phase reactions. In the method for producing chlorine of the present invention, as described above, the gas containing hydrogen chloride after the conversion of carbon monoxide contained in the hydrogen chloride source gas into phosgene that does not cause catalyst poisoning is oxidized by catalytic gas phase reaction. Therefore, compared with the case where a hydrogen chloride source gas containing carbon monoxide as an impurity is subjected to oxidation by catalytic gas phase reaction, the influence on the catalyst can be reduced and the life of the catalyst can be extended. it can.

また、一酸化炭素あるいはホスゲンが接触気相反応器に供給され酸化された場合、一酸化炭素の二酸化炭素への酸化発熱量が67kcal/molであるのに対し、ホスゲンの酸化発熱量は41kcal/molと小さい。本発明では、この一酸化炭素をホスゲンに転化させない塩化水素を含むガスを接触気相反応による酸化に供する場合と比較して、反応温度暴走の危険は少なく、接触気相反応の温度制御が容易となるという利点も有する。   When carbon monoxide or phosgene is supplied to the catalytic gas phase reactor and oxidized, the calorific value of carbon monoxide to carbon dioxide is 67 kcal / mol, whereas the oxidative calorific value of phosgene is 41 kcal / mol. As small as mol. In the present invention, compared with the case where the gas containing hydrogen chloride that does not convert carbon monoxide into phosgene is subjected to oxidation by catalytic gas phase reaction, there is less risk of reaction temperature runaway, and temperature control of the catalytic gas phase reaction is easy. It also has the advantage of becoming.

本発明における接触気相反応による塩化水素の酸化は、図1のフロー図に示すように、通常、〔1〕反応工程(図1中、反応器中で行なわれる)、〔2〕吸収工程(図1中、吸収塔中で行なわれる)、〔3〕乾燥工程(図1中、乾燥塔中で行なわれる)、〔4〕精製工程(図1中、精製塔中で行なわれる)、の4つの工程を基本的に含む。   As shown in the flow chart of FIG. 1, the oxidation of hydrogen chloride by catalytic gas phase reaction in the present invention is usually performed by [1] reaction step (performed in the reactor in FIG. 1), [2] absorption step ( 1 is performed in the absorption tower), [3] drying step (performed in the drying tower in FIG. 1), and [4] purification step (performed in the purification tower in FIG. 1). Basically includes one process.

〔1〕反応工程
触媒下、塩化水素を含むガスを酸素で酸化し、塩素、水、未反応塩化水素および未反応酸素を主成分とするガスを得る工程である。塩化水素を含むガスと反応させるための酸素を含むガスとしては、酸素または空気が使用されるが、好ましくは酸素の濃度が80体積%以上、さらに好ましくは90体積%以上のものが用いられる。酸素の濃度が80体積%よりも小さい場合には、精製工程で得られる未反応酸素を主成分とするガス中の酸素濃度が低くなり、循環工程で反応工程へ供給する該ガスの量を少なくしなければならないことがある。酸素濃度が80体積%以上の酸素を含むガスは、空気の圧力スイング法や深冷分離などの通常の工業的な方法によって得ることができる。酸素を含むガス中の塩化水素以外の成分としては、窒素(N2)、アルゴン(Ar)などが挙げられる。
[1] Reaction step In this step, a gas containing hydrogen chloride is oxidized with oxygen under a catalyst to obtain a gas mainly composed of chlorine, water, unreacted hydrogen chloride and unreacted oxygen. As the gas containing oxygen for reacting with the gas containing hydrogen chloride, oxygen or air is used. Preferably, the oxygen concentration is 80% by volume or more, more preferably 90% by volume or more. When the oxygen concentration is less than 80% by volume, the oxygen concentration in the gas mainly composed of unreacted oxygen obtained in the purification process is low, and the amount of the gas supplied to the reaction process in the circulation process is reduced. There are things you have to do. A gas containing oxygen having an oxygen concentration of 80% by volume or more can be obtained by an ordinary industrial method such as an air pressure swing method or a cryogenic separation. Examples of components other than hydrogen chloride in a gas containing oxygen include nitrogen (N 2 ) and argon (Ar).

塩化水素1モルに対する酸素の理論モル量は0.25モルであるが、理論量以上供給することが好ましく、塩化水素1モルに対し酸素0.25〜2モルがさらに好ましい。酸素の量が過少であると、塩化水素の転化率が低くなる場合があり、一方酸素の量が過多であると生成した塩素と未反応酸素の分離が困難になる場合がある。   Although the theoretical molar amount of oxygen with respect to 1 mol of hydrogen chloride is 0.25 mol, it is preferable to supply more than the theoretical amount, and more preferably 0.25 to 2 mol of oxygen with respect to 1 mol of hydrogen chloride. If the amount of oxygen is too small, the conversion rate of hydrogen chloride may be low. On the other hand, if the amount of oxygen is excessive, it may be difficult to separate generated chlorine and unreacted oxygen.

塩化水素を酸素で酸化するに際しては、金属酸化物担体上に酸化ルテニウムが担持された触媒を用いることが好ましい。   When oxidizing hydrogen chloride with oxygen, it is preferable to use a catalyst in which ruthenium oxide is supported on a metal oxide support.

触媒中の酸化ルテニウムの含有量は、0.1〜20重量%が好ましい。触媒中の酸化ルテニウムの含有量が0.1重量%未満であると、触媒活性が低く塩化水素の転化率が低くなる傾向にあるためであり、また、触媒中の酸化ルテニウムの含有量が20重量%を超えると、触媒価格が高くなる傾向にあるからである。   The content of ruthenium oxide in the catalyst is preferably 0.1 to 20% by weight. This is because if the ruthenium oxide content in the catalyst is less than 0.1% by weight, the catalytic activity tends to be low and the conversion rate of hydrogen chloride tends to be low, and the ruthenium oxide content in the catalyst is 20%. This is because the catalyst price tends to increase when the amount exceeds wt%.

酸化ルテニウムの粒径は、特に制限されるものではないが、1〜10nmの範囲内であるのが好ましい。なお、前記酸化ルテニウムの粒径は、たとえば、電子顕微鏡による観察により測定された値を指す。   The particle size of ruthenium oxide is not particularly limited, but is preferably in the range of 1 to 10 nm. In addition, the particle size of the ruthenium oxide refers to a value measured by observation with an electron microscope, for example.

本発明における触媒中の金属酸化物担体としては、たとえば、γ−アルミナ、α−アルミナ、ルチル型チタニア、アナターゼ型チタニア、シリカ、ジルコニアなどの金属酸化物で形成された担体が挙げられる。中でも、反応活性が高く、また低下しにくいことから、アルミナ、チタニア、シリカで形成された金属酸化物担体を用いるのが好ましい。   Examples of the metal oxide support in the catalyst of the present invention include a support formed of a metal oxide such as γ-alumina, α-alumina, rutile titania, anatase titania, silica, zirconia. Among them, it is preferable to use a metal oxide support formed of alumina, titania, or silica because the reaction activity is high and it is difficult to decrease.

本発明において特に好適な触媒として、具体的には、特開平10−338502号公報に記載された、酸化ルテニウムの含有量が、1〜20重量%であり、酸化ルテニウムの中心径が1.0〜10.0nmである担持酸化ルテニウム触媒または酸化ルテニウム複合酸化物型触媒を挙げることができるが、これに限定されるものではない。   As a particularly suitable catalyst in the present invention, specifically, the ruthenium oxide content described in JP-A-10-338502 is 1 to 20% by weight, and the center diameter of ruthenium oxide is 1.0. A supported ruthenium oxide catalyst or ruthenium oxide composite oxide type catalyst having a diameter of ˜10.0 nm can be mentioned, but is not limited thereto.

触媒の形状は、球形粒状、円柱形ペレット状、押出形状、リング形状、ハニカム状または成型後に粉砕分級した適度の大きさの顆粒状などで用いられる。この際、触媒直径としては5mm以下が好ましい。触媒直径が5mmを超えると、活性が低下する場合があるためである。触媒直径の下限は特に制限はないが、過度に小さくなると、触媒充填層での圧力損失が大きくなるため、通常は0.5mm以上のものが用いられる。なお、ここでいう触媒直径とは、球形粒状では球の直径、円柱形ペレット状では断面の直径、その他の形状では断面の最大直径を意味する。   The catalyst may be used in the form of a spherical particle, a cylindrical pellet, an extruded shape, a ring shape, a honeycomb shape, or an appropriately sized granule that has been pulverized and classified after molding. At this time, the catalyst diameter is preferably 5 mm or less. This is because if the catalyst diameter exceeds 5 mm, the activity may decrease. The lower limit of the catalyst diameter is not particularly limited, but if it is excessively small, the pressure loss in the catalyst packed bed increases, so that a catalyst having a diameter of 0.5 mm or more is usually used. The catalyst diameter here means the diameter of a sphere in the case of spherical particles, the diameter of a cross section in the case of a cylindrical pellet, and the maximum diameter of a cross section in other shapes.

反応方式としては、固定床反応器を用いた固定床気相流通方式を適用することが好ましい。本発明における固定床式反応器には、たとえば特開2000−272907号公報に記載の方法によって、反応域のうち少なくとも二の反応域の温度制御を熱交換方式で行うものを用いてもよい。このような反応領域を2つ以上に分けた反応器では、第1段目の反応域を2つ準備し、2段目以降が被毒される前に、第1段目を交互に切り替えて使用すれば実質的に問題を回避できる。しかし、高価な反応器を2基準備することはコストの観点から不利であるという面もある。   As the reaction method, it is preferable to apply a fixed bed gas phase flow method using a fixed bed reactor. As the fixed bed reactor in the present invention, a reactor in which the temperature control of at least two reaction zones among the reaction zones is performed by a heat exchange method, for example, by the method described in JP-A No. 2000-272907 may be used. In such a reactor with two or more reaction zones, two first-stage reaction zones are prepared. Before the second and subsequent stages are poisoned, the first stage is switched alternately. If used, problems can be substantially avoided. However, preparing two expensive reactors is also disadvantageous from the viewpoint of cost.

固定床式反応器としては、単一または直列に連結された複数の固定床反応管で、反応管の外側にジャケット部を有するものが挙げられる。反応管内の温度は、ジャケット部の熱媒体によって制御される。反応で生成した反応熱は、熱媒体を通じて、スチームを発生させて回収することができる。熱媒体としては、溶融塩、有機熱媒体および溶融金属などを挙げることができるが、熱安定性や取り扱いの容易さなどの点から溶融塩が好ましい。溶融塩の組成としては、硝酸カリウム50重量%と亜硝酸ナトリウム50重量%の混合物、硝酸カリウム53重量%と亜硝酸ナトリウム40重量%と硝酸ナトリウム7重量%の混合物を挙げることができる。反応管に使用される材質としては、金属、ガラス、セラミックなどが挙げられる。金属材料としては、Ni、SUS316L、SUS310、SUS304、ハステロイB、ハステロイCおよびインコネルなどが挙げられるが、中でもNiが好ましく、炭素含有量が0.02重量%以下のNiが特に好ましい。   Examples of the fixed bed reactor include a single fixed bed or a plurality of fixed bed reaction tubes connected in series and having a jacket portion outside the reaction tube. The temperature in the reaction tube is controlled by the heat medium in the jacket portion. The reaction heat generated by the reaction can be recovered by generating steam through the heat medium. Examples of the heat medium include a molten salt, an organic heat medium, and a molten metal, but a molten salt is preferable in terms of heat stability and ease of handling. Examples of the composition of the molten salt include a mixture of 50% by weight of potassium nitrate and 50% by weight of sodium nitrite, and a mixture of 53% by weight of potassium nitrate, 40% by weight of sodium nitrite and 7% by weight of sodium nitrate. Examples of the material used for the reaction tube include metal, glass, and ceramic. Examples of the metal material include Ni, SUS316L, SUS310, SUS304, Hastelloy B, Hastelloy C, and Inconel. Among them, Ni is preferable, and Ni having a carbon content of 0.02% by weight or less is particularly preferable.

本発明の塩素の製造方法において、塩化水素の酸化の際の反応温度は、通常100〜500℃、好ましくは200〜400℃であり、反応圧力は、通常0.1〜5MPa程度である。   In the chlorine production method of the present invention, the reaction temperature during the oxidation of hydrogen chloride is usually 100 to 500 ° C, preferably 200 to 400 ° C, and the reaction pressure is usually about 0.1 to 5 MPa.

〔2〕吸収工程
反応工程で得た塩素、水、未反応塩化水素および未反応酸素を主成分とするガスを、水および/または塩酸水と接触させることにより、および/または、冷却することにより、塩化水素と水を主成分とする溶液を回収し、塩素と未反応酸素を主成分とするガスを得る工程である。接触温度は0〜100℃、圧力は0.05〜1MPaで行われる。接触させる塩酸水の濃度は、25重量%以下が好ましい。また、塩素水和物析出防止のために、特開2003−261306号公報に記載の方法を採用するのが好ましい。
[2] Absorption process By bringing the gas mainly composed of chlorine, water, unreacted hydrogen chloride and unreacted oxygen obtained in the reaction process into contact with water and / or hydrochloric acid and / or by cooling. In this step, a solution containing hydrogen chloride and water as main components is collected to obtain a gas containing chlorine and unreacted oxygen as main components. The contact temperature is 0 to 100 ° C. and the pressure is 0.05 to 1 MPa. The concentration of hydrochloric acid to be contacted is preferably 25% by weight or less. In order to prevent precipitation of chlorine hydrate, it is preferable to employ the method described in JP-A-2003-261306.

得られた溶液は、そのまま、あるいは溶液中に含まれる塩素を加熱、および/または窒素などの不活性なガスのバブリングにより除去した後、電解槽のpH調整、ボイラーフィールド水の中和、アニリンとホルマリンの縮合転移反応および塩酸水電解の原料、食品添加用などに用いることができる。また、ソーダハンドブック1998、p315の図3.173に記載されているように塩酸の全部および一部を放散させてHClガスを得、反応原料として塩素収率を高めることも、さらには特開2001−139305号公報に記載の方法で、前記放散後の残塩酸から水を除去することで、塩素の収率をほぼ100%にすることも可能である。   The obtained solution is used as it is or after removing chlorine contained in the solution by heating and / or bubbling with an inert gas such as nitrogen, and then adjusting the pH of the electrolytic cell, neutralizing boiler field water, and aniline. It can be used as a raw material for condensation transition reaction of formalin, hydrochloric acid water electrolysis, food addition and the like. Further, as described in FIG. 3.173 of Soda Handbook 1998, p315, all or part of hydrochloric acid is diffused to obtain HCl gas, and the chlorine yield as a reaction raw material can be increased. It is also possible to make the yield of chlorine almost 100% by removing water from the residual hydrochloric acid after the diffusion by the method described in JP-A-139305.

〔3〕乾燥工程
吸収工程で得たガス中の水分を除去することにより、乾燥したガスを得る工程である。乾燥工程後のガス中の水分は0.5mg/l以下、好ましくは0.1mg/l以下である。ガス中の水分を除去する化合物としては、硫酸、塩化カルシウム、過塩素酸マグネシウム、ゼオライトなどが挙げられるが、中でも使用後の排出が容易であることから、硫酸が好ましい。ガス中の水分を除去する方法としては、吸収工程で得た塩素と未反応酸素を主成分とするガスを硫酸と接触させる方法が挙げられる。
[3] Drying step In this step, a dried gas is obtained by removing moisture in the gas obtained in the absorption step. The moisture in the gas after the drying step is 0.5 mg / l or less, preferably 0.1 mg / l or less. Examples of the compound that removes moisture in the gas include sulfuric acid, calcium chloride, magnesium perchlorate, zeolite, and the like. Among them, sulfuric acid is preferable because it can be easily discharged after use. Examples of the method for removing moisture in the gas include a method in which chlorine obtained in the absorption step and a gas mainly composed of unreacted oxygen are brought into contact with sulfuric acid.

工程に加える硫酸の濃度は、90重量%以上が好ましい。硫酸濃度が90重量%よりも小さいと、ガス中の水分が十分に除去されないことがある。接触温度は0〜80℃、圧力は0.05〜1MPaで行われる。乾燥剤として硫酸を使用した場合は、乾燥工程の直後で硫酸ミストを除去するのが好ましい。たとえば、ブリンクエリミネーターや特開2003−181235号公報記載の方法を適用することができる。   The concentration of sulfuric acid added to the process is preferably 90% by weight or more. If the sulfuric acid concentration is less than 90% by weight, moisture in the gas may not be sufficiently removed. The contact temperature is 0 to 80 ° C. and the pressure is 0.05 to 1 MPa. When sulfuric acid is used as the desiccant, it is preferable to remove the sulfuric acid mist immediately after the drying step. For example, a blink eliminator or a method described in JP-A No. 2003-181235 can be applied.

〔4〕精製工程
乾燥工程で得た乾燥したガスを、塩素を主成分とする液体またはガスと未反応酸素を主成分とするガスとに分離することにより塩素を得る工程である。塩素を主成分とする液体またはガスと未反応酸素を主成分とするガスとに分離する方法としては、圧縮および/または冷却する方法、および/または公知の方法(特開平3−262514号公報、特表平11−500954号公報)が挙げられる。たとえば、乾燥工程で得たガスを圧縮および/または冷却することによって、塩素を主成分とする液体が未反応酸素を主成分とするガスと分離される。塩素の液化は、圧力と温度で規定される塩素が液体状態で存在し得る範囲で実施される。その範囲で低温にすればするほど、圧縮圧力が低くなるために圧縮動力は小さくできるが、工業的には、圧縮圧力と冷却温度は最適な経済条件を考慮して決められる。通常の運転においては、塩素液化の圧縮圧力は0.5〜5MPa、冷却温度は−70〜40℃で行われる。
[4] Purification step In this step, chlorine is obtained by separating the dried gas obtained in the drying step into a liquid or gas containing chlorine as a main component and a gas containing unreacted oxygen as a main component. As a method of separating the liquid or gas mainly containing chlorine and the gas mainly containing unreacted oxygen, a method of compressing and / or cooling and / or a known method (Japanese Patent Laid-Open No. 3-262514, JP-A-11-500954). For example, by compressing and / or cooling the gas obtained in the drying step, a liquid containing chlorine as a main component is separated from a gas containing unreacted oxygen as a main component. The liquefaction of chlorine is carried out to the extent that chlorine specified by pressure and temperature can exist in a liquid state. The lower the temperature is within this range, the lower the compression pressure, and the smaller the compression power, but industrially, the compression pressure and the cooling temperature are determined in consideration of optimal economic conditions. In normal operation, the compression pressure for liquefaction of chlorine is 0.5 to 5 MPa, and the cooling temperature is −70 to 40 ° C.

得られた塩素を主成分とする液体は、そのまま、あるいは一部または全部を気化させた後、塩化ビニル、ホスゲンなどの原料として用いることができる。一部または全部を気化させた後に用いる場合は、乾燥工程で得られるガスの熱交換を行うことにより、気化に必要な熱の一部を得ると同時に、乾燥工程で得られるガス中の塩素の液化に必要な外部冷媒による冷却負荷を削減することが可能である。同様に、塩素の液化用などの冷媒として用いられる液体フロンの予備冷却や、塩素蒸留塔などの還流液の冷却や凝縮に用いることもできる。   The obtained liquid containing chlorine as a main component can be used as a raw material for vinyl chloride, phosgene and the like as it is or after partially or completely vaporizing. When used after vaporizing part or all of the gas, heat exchange of the gas obtained in the drying step is performed to obtain part of the heat necessary for vaporization, and at the same time, the chlorine in the gas obtained in the drying step It is possible to reduce the cooling load due to the external refrigerant necessary for liquefaction. Similarly, it can also be used for precooling liquid CFCs used as refrigerants for liquefaction of chlorine, and cooling and condensation of reflux liquids such as chlorine distillation towers.

本発明の塩素の製造方法においては、塩化水素の酸化の際の未反応酸素を、水洗後、塩化水素の酸化のための反応原料の一部として再利用することが好ましい。すなわち、図1に示す例では、上記精製工程にて塩素を主成分とする液体またはガスと分離後の未反応酸素を主成分とするガスの一部または全部を水による洗浄後、反応工程へ供給する。このようにすることにより、酸素原単位を低減できるという利点がある。この未反応酸素の水洗は特に制限されることなく、従来公知のように洗浄塔を用いて適宜行うことができる。   In the chlorine production method of the present invention, it is preferable to reuse unreacted oxygen during hydrogen chloride oxidation as a part of a reaction raw material for hydrogen chloride oxidation after washing with water. That is, in the example shown in FIG. 1, the liquid or gas mainly containing chlorine and the gas mainly containing unreacted oxygen after separation are washed with water in the purification step, and then the reaction step is performed. Supply. By doing in this way, there exists an advantage that an oxygen basic unit can be reduced. This washing of unreacted oxygen with water is not particularly limited and can be appropriately performed using a washing tower as conventionally known.

本発明の塩素の製造方法の好ましい一例を模式的に示すフロー図である。It is a flowchart which shows typically a preferable example of the manufacturing method of the chlorine of this invention.

Claims (5)

不純物として一酸化炭素を含む塩化水素原料ガスに塩素を添加し、さらにホスゲン化触媒と接触させる工程と、
前記ホスゲン化触媒と接触させた後の塩化水素を含むガスを、酸素と接触気相反応させて酸化する工程とを含む、塩素の製造方法。
Adding chlorine to a hydrogen chloride source gas containing carbon monoxide as an impurity, and further contacting with a phosgenation catalyst;
And a step of oxidizing the gas containing hydrogen chloride after being brought into contact with the phosgenation catalyst by causing a gas phase reaction with oxygen to be oxidized.
前記ホスゲン化触媒が活性炭であることを特徴とする請求項1に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the phosgenation catalyst is activated carbon. 前記塩化水素原料ガス中に含まれる一酸化炭素の濃度が1体積%よりも多いことを特徴とする請求項1または2に記載の方法。   The method according to claim 1 or 2, wherein the concentration of carbon monoxide contained in the hydrogen chloride source gas is more than 1% by volume. 前記接触気相反応が固定床反応器を用いて行われることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the catalytic gas phase reaction is carried out using a fixed bed reactor. 前記接触気相反応の触媒が酸化ルテニウムを含有する触媒であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the catalyst for the catalytic gas phase reaction is a catalyst containing ruthenium oxide.
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