JP5563937B2 - Chlorine production method - Google Patents

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Description

本発明は、固定層反応器中で、塩化水素を酸素により酸化して塩素を製造する場合に、原料ガス中に含まれる一酸化炭素による、塩素の生産性低下を抑制することで、長期に渡って、効率よく、経済的かつ安定して、高い生産性をもって、塩素を製造できる方法に関する。   In the fixed bed reactor, when chlorine is produced by oxidizing hydrogen chloride with oxygen, the reduction in chlorine productivity due to carbon monoxide contained in the raw material gas is suppressed for a long time. The present invention relates to a method capable of producing chlorine efficiently, economically and stably with high productivity.

塩素は塩化ビニル、ホスゲン等の原料として有用であり、食塩の電気分解法、あるいは塩化水素の触媒的酸化等により、工業的に製造できることが広く知られている。
しかしながら、食塩の電気分解法は、多くの電力を用いるため、エネルギー的に不利であり、また苛性ソーダを副生するため、塩素と苛性ソーダの需給バランスが常に問題となる。
It is well known that chlorine is useful as a raw material for vinyl chloride, phosgene and the like, and can be produced industrially by electrolysis of sodium chloride or catalytic oxidation of hydrogen chloride.
However, the salt electrolysis method is disadvantageous in terms of energy because it uses a large amount of electric power, and since it produces caustic soda as a by-product, the supply-demand balance between chlorine and caustic soda always becomes a problem.

一方、塩化水素の触媒的酸化による製造は、塩化ビニルモノマーやイソシアネート類を製造する際に副生する塩化水素の回収法の1つとして考案された。副生する塩化水素を原料とする為、環境負荷の観点から非常に有効なプロセスであると言える。また、触媒としては、例えば、従来からDeacon触媒と呼ばれる銅系の触媒が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、また、酸化クロムを含む触媒や酸化ルテニウムを含む触媒などが提案されている。   On the other hand, production by catalytic oxidation of hydrogen chloride has been devised as one of the methods for recovering hydrogen chloride by-produced when producing vinyl chloride monomers and isocyanates. Since hydrogen chloride produced as a by-product is used as a raw material, it can be said that this is a very effective process from the viewpoint of environmental impact. In addition, as a catalyst, for example, a copper catalyst conventionally called a Deacon catalyst is said to have excellent activity, and a catalyst in which various compounds are added as a third component to copper chloride and potassium chloride, and chromium oxide is used. A catalyst containing the catalyst or a catalyst containing ruthenium oxide has been proposed.

しかしながら、原料となる塩化水素ガスには、通常、一酸化炭素が高濃度で含まれている。そのため、高濃度の一酸化炭素に起因して、触媒成分の揮散量が増加することや、一酸化炭素の酸化による二酸化炭素の生成が著しい発熱を伴う為に、不均一触媒の表面における制御不可能な局所的温度上昇(ホットスポット)を引き起し、触媒活性の低下や失活の原因となることや、触媒表面への一酸化炭素の吸着により金属カルボニルが生成し、塩素生成反応が抑制されることなどが問題となる。これらの現象は特に固定層プロセスにおいて顕著であり、高価な一酸化炭素分離工程が必要となる場合もある。(特許文献1、2)。   However, the hydrogen chloride gas used as a raw material usually contains carbon monoxide at a high concentration. For this reason, the volatilization amount of the catalyst component increases due to the high concentration of carbon monoxide, and the generation of carbon dioxide due to the oxidation of carbon monoxide is accompanied by a significant exotherm. Causes possible local temperature rise (hot spot), resulting in decreased or deactivated catalyst activity, and carbon monoxide adsorption due to adsorption of carbon monoxide on the catalyst surface, suppressing the chlorine generation reaction Is a problem. These phenomena are particularly noticeable in the fixed bed process, and an expensive carbon monoxide separation step may be required. (Patent Documents 1 and 2).

固定層プロセスは、軸方向の流体混合が少なく、押し出し流れに近似できるので反応収率が高い。また、反応流体と触媒の接触時間を変化させることが容易であって、速い反応から遅い反応まで適用可能である。そのため、広範囲の分野で用いられ、工業的には最も好ましいプロセスと言える。   The fixed bed process has a high reaction yield because it has little axial fluid mixing and can approximate an extruded flow. Moreover, it is easy to change the contact time between the reaction fluid and the catalyst, and it can be applied from a fast reaction to a slow reaction. Therefore, it is used in a wide range of fields and can be said to be the most preferable process industrially.

しかしながら、固定層反応器内で塩素を製造する場合には、前述のホットスポットの影響が非常に大きくなるため、塩化水素と一酸化炭素を分離しなければ、工業的に安定して塩素を製造することは困難である。   However, when chlorine is produced in a fixed bed reactor, the influence of the hot spots described above becomes very large. Therefore, unless hydrogen chloride and carbon monoxide are separated, chlorine is produced stably industrially. It is difficult to do.

したがって、固定層反応器を用いて、塩化水素の触媒的酸化により塩素を製造する場合に、一酸化炭素の影響を受けずに、長期にわたって、効率よく、経済的かつ安定して、塩素を高生産性で製造できる方法が望まれていた。   Therefore, when chlorine is produced by catalytic oxidation of hydrogen chloride using a fixed bed reactor, the chlorine is increased efficiently, economically and stably over the long term without being affected by carbon monoxide. A method that can be manufactured with productivity has been desired.

なお、特許文献3には、固定層反応器を用いた塩素の製造方法であって、原料ガスに、不純物として一酸化炭素を含む場合を想定した製造モデルが開示されている。しかしながら、特許文献3は、あくまでも計算化学に基づいた理想モデルであるため、実際の塩素の製造に直ぐに適用できず、工業的に適した製造方法を得るためには、さらなる検討、改良の余地がある。   Patent Document 3 discloses a production model that is a method for producing chlorine using a fixed bed reactor and assumes that the raw material gas contains carbon monoxide as an impurity. However, since Patent Document 3 is an ideal model based on computational chemistry to the last, it cannot be immediately applied to the actual production of chlorine, and there is room for further study and improvement in order to obtain an industrially suitable production method. is there.

特開昭62−270404号公報JP-A-62-270404 特表2009−537450号公報Special table 2009-537450 gazette 特開2010−189206号公報JP 2010-189206 A

本発明は、固定層反応器を用いて、塩化水素を酸素により酸化して塩素を製造するにあたり、一酸化炭素を含む原料ガスを用いても、塩素の生産性を低下させること無く、効率よく、経済的にかつ安定して、高い生産性を長期にわたって維持が可能な塩素の製造方法を供することである。   The present invention uses a fixed bed reactor to oxidize hydrogen chloride with oxygen to produce chlorine. Even if a raw material gas containing carbon monoxide is used, the productivity of chlorine can be reduced efficiently. An object of the present invention is to provide a method for producing chlorine that is economical and stable and that can maintain high productivity over a long period of time.

本発明の塩素の製造方法は、触媒充填層からなる反応域を有する固定層反応器を用いて、塩化水素、酸素および一酸化炭素を含む原料ガス中の塩化水素を、塩素製造用触媒下で、酸素により酸化して塩素を製造する方法であり、前記原料ガス中に含まれる一酸化炭素は、前記原料ガス100vol%に対して、0.1vol%以上、8vol%以下であり、前記塩素製造用触媒は、銅元素、アルカリ金属元素および298Kにおける酸素との結合解離エネルギーが100〜185kcal/molを満たすランタノイド金属元素を含む活性成分が、多孔質担体に担持された触媒であることを特徴とする。   The method for producing chlorine of the present invention uses a fixed bed reactor having a reaction zone composed of a catalyst packed bed, and converts hydrogen chloride in a raw material gas containing hydrogen chloride, oxygen and carbon monoxide under a catalyst for producing chlorine. The method of producing chlorine by oxidizing with oxygen, wherein carbon monoxide contained in the raw material gas is 0.1 vol% or more and 8 vol% or less with respect to 100 vol% of the raw material gas, The catalyst for use is a catalyst in which an active component containing a copper element, an alkali metal element and a lanthanoid metal element satisfying a bond dissociation energy with oxygen at 298 K of 100 to 185 kcal / mol is supported on a porous carrier. To do.

前記反応域におけるガス空塔速度が、標準状態(0℃、0.1MPa)で、0.002m/s以上、10.0m/s以下であることが好ましい。
前記銅元素が、前記塩素製造用触媒100重量%あたり、1.5重量%以上、15重量%以下であることが好ましい。
The gas superficial velocity in the reaction zone is preferably 0.002 m / s or more and 10.0 m / s or less in a standard state (0 ° C., 0.1 MPa).
It is preferable that the copper element is 1.5 wt% or more and 15 wt% or less per 100 wt% of the catalyst for chlorine production.

前記反応域における反応温度が、300℃以上、420℃以下であることが好ましい。
前記反応域における塩化水素のガス空間速度が、標準状態(0℃、0.1MPa)で、250h-1以上、2000h-1以下であることが好ましい。
The reaction temperature in the reaction zone is preferably 300 ° C. or higher and 420 ° C. or lower.
The gas space velocity of hydrogen chloride in the reaction zone is preferably 250 h −1 or more and 2000 h −1 or less in a standard state (0 ° C., 0.1 MPa).

前記多孔質担体が、シリカからなる多孔質担体であることが好ましい。   It is preferable that the porous carrier is a porous carrier made of silica.

本発明によれば、固定層反応器を用いて、塩化水素を酸素により酸化し、塩素を生成する反応において、原料ガス中に、塩素の生産性を低下させる要因となる一酸化炭素が含有されていても、高い生産性を長期にわたって、効率よく、経済的にかつ安定して、塩素を製造するこができる。また、本発明の製造方法に好適な塩素製造用触媒を用いることで、使用する触媒量を削減できるため、環境への負荷を最小限にすることが可能となる。   According to the present invention, in a reaction in which hydrogen chloride is oxidized with oxygen using a fixed bed reactor to generate chlorine, carbon monoxide, which causes a reduction in chlorine productivity, is contained in the raw material gas. Even so, chlorine can be produced efficiently, economically and stably over a long period of time with high productivity. Moreover, since the amount of catalyst to be used can be reduced by using the catalyst for chlorine production suitable for the manufacturing method of the present invention, it is possible to minimize the burden on the environment.

図1に、実施例および比較例において、触媒反応試験法にて用いたハステロイ製反応管の概略図を示す。FIG. 1 shows a schematic diagram of Hastelloy reaction tubes used in the catalytic reaction test method in Examples and Comparative Examples.

本発明の塩素の製造方法は、触媒充填層からなる反応域を有する固定層反応器を用いて、原料ガス中に含まれる塩化水素を、塩素製造用触媒下で、原料ガス中に含まれる酸素により酸化して塩素を製造する方法であり、原料ガスには、一酸化炭素も含むことを特徴とする。前記原料ガス中に含まれる一酸化炭素は、原料ガス100vol%に対して、0.1vol%以上、8vol%以下であり、前記塩素製造用触媒は、銅元素、アルカリ金属元素および298Kにおける酸素との結合解離エネルギーが100〜185kcal/molの範囲を満たすランタノイド金属元素を含む活性成分が、多孔質担体に担持された触媒である。   The method for producing chlorine according to the present invention uses a fixed bed reactor having a reaction zone composed of a catalyst packed bed to convert hydrogen chloride contained in a raw material gas into oxygen contained in the raw material gas under a chlorine production catalyst. This is a method for producing chlorine by oxidation with the use of carbon monoxide in the raw material gas. Carbon monoxide contained in the raw material gas is 0.1 vol% or more and 8 vol% or less with respect to 100 vol% of the raw material gas, and the catalyst for producing chlorine includes copper element, alkali metal element and oxygen at 298K. An active component containing a lanthanoid metal element satisfying a bond dissociation energy of 100 to 185 kcal / mol is a catalyst supported on a porous carrier.

本発明の塩素の製造方法は、固定層反応器内に、塩素製造用触媒を充填することで反応域を形成して実施する。固定層反応器は、特に限定されないが、たとえば、化学工学便覧(改訂六版、発行年月:平成11年2月25日、編者:化学工学会、発行元:丸善株式会社)の189頁に記載されている公知の固定層反応器を任意に使用可能であるが、好ましくは、塩化水素の酸化反応が発熱反応であるため、多管式熱交換器型が好適である。   The chlorine production method of the present invention is carried out by forming a reaction zone by filling a catalyst for chlorine production in a fixed bed reactor. The fixed bed reactor is not particularly limited. For example, see page 189 of Chemical Engineering Handbook (6th revised edition, date of publication: February 25, 1999, editor: Society of Chemical Engineering, publisher: Maruzen Co., Ltd.). Although the known fixed bed reactors described can be used arbitrarily, a multitubular heat exchanger type is preferred because the oxidation reaction of hydrogen chloride is an exothermic reaction.

また、本発明においては、固定層反応管内に二つ以上の触媒充填層からなる反応域を有してもよい。二つ以上の触媒充填層からなる反応域を形成する方法としては、反応管内の触媒充填層を管軸方向に、二つ以上の反応域に分割して、同一、または活性成分の組成や触媒形状等の異なる触媒を充填する方法、触媒を担体のみからなる等の不活性物質で希釈させた混合触媒を、希釈率を変えて充填する方法、などを挙げることができ、これらの方法を適宜、組み合わせて用いることが出来る。   Moreover, in this invention, you may have the reaction zone which consists of two or more catalyst packed layers in a fixed bed reaction tube. As a method of forming a reaction zone composed of two or more catalyst packed beds, the catalyst packed bed in the reaction tube is divided into two or more reaction zones in the tube axis direction, and the same or active component composition or catalyst is divided. Examples include a method of filling a catalyst having a different shape and the like, a method of filling a mixed catalyst obtained by diluting the catalyst with an inert substance such as a carrier only, and changing the dilution rate. Can be used in combination.

通常、連続する反応域は直に接している状態にあるが、反応域の間に不活性物質や担体のみからなる層を設置してもよい。ただし、不活性物質や担体のみで成型した充填物のみからなる充填層は、触媒充填層とは見なさない。   Usually, continuous reaction zones are in direct contact with each other, but a layer composed of only an inert substance or a carrier may be provided between the reaction zones. However, a packed bed consisting only of a packing formed only with an inert substance or a carrier is not regarded as a catalyst packed bed.

本発明の塩素の製造方法においては、触媒充填層からなる反応域の温度制御を、二つ以上の独立した温度制御方法によって制御しても良い。温度制御を、二つ以上の独立した温度制御により行なう方法としては、例えば、反応管内に管軸方向に少なくとも二つ以上の異なる触媒からなる触媒充填層を設置し、反応域に分割して反応熱の発生量を制御することにより触媒充填層の温度を制御する方法、少なくとも二つ以上に分割された反応域に、それぞれ独立した熱交換器を設置し、それぞれ独立に温度制御を行なう方法、少なくとも2つ以上の固定層反応器を直列に接続し、それぞれ独立に温度制御を行なう方法等を挙げることができ、これらの方法を単独、もしくは複数用いることができる。これらの方法により、触媒充填層からなる反応域の温度制御が容易に可能となる。   In the chlorine production method of the present invention, the temperature control of the reaction zone comprising the catalyst packed bed may be controlled by two or more independent temperature control methods. As a method of performing temperature control by two or more independent temperature controls, for example, a catalyst packed bed composed of at least two or more different catalysts in the tube axis direction is installed in the reaction tube, and the reaction is divided into reaction zones. A method of controlling the temperature of the catalyst packed bed by controlling the amount of heat generated, a method of installing independent heat exchangers in each of the reaction zones divided into at least two, and performing temperature control independently of each other, Examples include a method in which at least two fixed bed reactors are connected in series and temperature control is independently performed, and these methods can be used alone or in combination. By these methods, it is possible to easily control the temperature of the reaction zone composed of the catalyst packed bed.

本発明における、固定層反応管の内径は、通常10〜80mm、好ましくは10〜60mm、更に好ましくは10〜50mmである。反応管の内径が10mm未満であると、一定量の塩素製造量を確保する為に必要な反応管数が過剰に必要となるため、製造効率が悪く、装置の建設コストが増加するため好ましくない。一方、反応管の内径が80mmより大きいと、触媒充填層からなる反応域の温度制御が困難となり、過度のホットスポットが生じるおそれがあり、好ましくない。   In the present invention, the inner diameter of the fixed bed reaction tube is usually 10 to 80 mm, preferably 10 to 60 mm, and more preferably 10 to 50 mm. If the inner diameter of the reaction tube is less than 10 mm, an excessive number of reaction tubes are required to secure a certain amount of chlorine production, which is not preferable because the production efficiency is poor and the construction cost of the apparatus increases. . On the other hand, if the inner diameter of the reaction tube is larger than 80 mm, it is difficult to control the temperature of the reaction zone composed of the catalyst packed layer, and an excessive hot spot may be generated, which is not preferable.

本発明において用いられる塩化水素は、特に限定されず、通常は塩化水素の発生源からガス状で供給される塩化水素を含むガスをそのまま反応器に供給する。塩化水素を工業的に得る場合、塩化水素は有機化合物の置換反応や縮合反応などの副生物として得られるために、かならずしも高純度ではなく、不純物として、例えばベンゼン、クロロベンゼンなどの有機化合物や、窒素、アルゴン、一酸化炭素、二酸化炭素、水素などの無機性ガスなどが含まれることがある。これらのうち有機化合物は塩素化されて高沸点化合物となり、ガスラインの閉塞などプラントトラブルの原因となりえることから、通常反応前に除去される。本発明においても、塩化水素中の有機化合物は極力除去することが好ましい。有機化合物を除去する方法としては、特に限定されないが、活性炭等の吸着剤に接触させて有機化合物を除去する方法や、有機化合物を含むガスを加圧、冷却して有機化合物を凝縮除去する方法等が挙げられる。また、これらの方法を併用しても良い。   The hydrogen chloride used in the present invention is not particularly limited, and a gas containing hydrogen chloride that is normally supplied in a gaseous form from a hydrogen chloride generation source is supplied to the reactor as it is. When hydrogen chloride is obtained industrially, since hydrogen chloride is obtained as a by-product such as a substitution reaction or condensation reaction of an organic compound, it is not necessarily highly pure, and impurities such as organic compounds such as benzene and chlorobenzene, nitrogen Inorganic gas such as argon, carbon monoxide, carbon dioxide and hydrogen may be contained. Of these, organic compounds are chlorinated to become high-boiling compounds, which can cause plant troubles such as gas line blockage and are usually removed before the reaction. Also in the present invention, it is preferable to remove organic compounds in hydrogen chloride as much as possible. A method for removing the organic compound is not particularly limited, but a method for removing the organic compound by contacting with an adsorbent such as activated carbon, or a method for condensing and removing the organic compound by pressurizing and cooling a gas containing the organic compound. Etc. Moreover, you may use these methods together.

また、工業的に塩素を製造する場合、反応ガスから生成物である塩素を分離したガスを、再度、固定層反応器にリサイクルすることが一般的である。このリサイクルガス中には、塩素を分離する方法にもよるが、塩化水素、酸素、塩素、一酸化炭素、二酸化炭素、窒素等が含まれる。   Moreover, when manufacturing chlorine industrially, it is common to recycle the gas which isolate | separated the product chlorine from the reaction gas to a fixed bed reactor again. This recycle gas contains hydrogen chloride, oxygen, chlorine, carbon monoxide, carbon dioxide, nitrogen, etc., depending on the method for separating chlorine.

従って、本発明にかかる原料ガスには、塩素の原料となる塩化水素、酸素の他に、ベンゼン、クロロベンゼン等の有機化合物、窒素、アルゴン、一酸化炭素、二酸化炭素、水素、塩素等を含むことがある。   Therefore, the source gas according to the present invention contains organic compounds such as benzene and chlorobenzene, nitrogen, argon, carbon monoxide, carbon dioxide, hydrogen, chlorine, etc., in addition to hydrogen chloride and oxygen which are chlorine raw materials. There is.

原料ガス中に含まれる、一酸化炭素以外の無機ガスは、そのまま反応器へ混入しても特に問題はないが、無機ガスの濃度が高くなると、相対的に塩化水素及び酸素の濃度が低下し、結果的に塩素の生産性が低下するおそれがあるため、好ましくない。本発明において、一酸化炭素以外の無機ガスの全濃度は、供給されるガスの全量に対して、50vol%以下、好ましくは40vol%以下、更に好ましくは30vol%以下である。   Inorganic gas other than carbon monoxide contained in the raw material gas can be mixed into the reactor as it is, but there is no problem, but as the concentration of the inorganic gas increases, the concentration of hydrogen chloride and oxygen decreases relatively. As a result, the productivity of chlorine may decrease, which is not preferable. In the present invention, the total concentration of inorganic gases other than carbon monoxide is 50 vol% or less, preferably 40 vol% or less, more preferably 30 vol% or less, based on the total amount of gas supplied.

本発明において、定常運転時の原料ガス中に含まれる塩化水素の濃度は、特に限定されないが、通常、原料ガス100vol%に対して、20vol%以上、80vol%以下であり、好ましくは30vol%以上、70vol%以下、より好ましくは40vol%以上、60vol%以下である。20vol%未満であると、原料である塩化水素の濃度が低いために塩素の生産性が低下するおそれがあり、好ましくない。一方、80vol%より大きいと、塩化水素に対して酸素が不足するために、塩化水素の塩素への転化率が低下し、安定して塩素を製造できないおそれがあるため、好ましくない。   In the present invention, the concentration of hydrogen chloride contained in the raw material gas during steady operation is not particularly limited, but is usually 20 vol% or more and 80 vol% or less, preferably 30 vol% or more with respect to 100 vol% of the raw material gas. 70 vol% or less, more preferably 40 vol% or more and 60 vol% or less. If it is less than 20 vol%, the concentration of hydrogen chloride as a raw material is low, which may reduce the productivity of chlorine, which is not preferable. On the other hand, if it is larger than 80 vol%, oxygen is insufficient with respect to hydrogen chloride, so the conversion rate of hydrogen chloride to chlorine is lowered, and there is a possibility that chlorine cannot be produced stably, which is not preferable.

また、該原料ガス中には、一酸化炭素が、原料ガス100vol%に対して、0.1vol%以上、8vol%以下含まれる。一酸化炭素の濃度が、8vol%を超えると、塩化水素の濃度が低下することにより、塩素の生産性が著しく減少してしまうため、好ましくない。なお、塩素の製造においては、原料ガス中に一酸化炭素が完全に含まれていないことが望ましいため、下限値は、理想的には0vol%である。本発明においては、従来の製造方法では悪影響が生じると推定される0.1vol%を下限と記載したが、この値未満でも、本発明の目的を損なわないので、本発明の塩素の製造方法を用いることができる。   In addition, the raw material gas contains carbon monoxide in an amount of 0.1 vol% or more and 8 vol% or less with respect to 100 vol% of the raw material gas. If the concentration of carbon monoxide exceeds 8 vol%, the concentration of hydrogen chloride decreases, and the productivity of chlorine is significantly reduced. In the production of chlorine, since it is desirable that carbon monoxide is not completely contained in the raw material gas, the lower limit value is ideally 0 vol%. In the present invention, the lower limit of 0.1 vol%, which is estimated to have an adverse effect in the conventional production method, is described as the lower limit. However, even if less than this value, the purpose of the present invention is not impaired. Can be used.

本発明において、定常運転時の原料ガス中に含まれる酸素の濃度は、特に限定されないが、通常、原料ガス100vol%に対して、10vol%以上、50vol%以下であり、好ましくは15vol%以上、45vol%以下、より好ましくは20vol%以上、40vol%以下である。10vol%未満であると、原料である酸素の濃度が低いために塩素の生産性が低下するおそれがあり、好ましくない。一方、50vol%より大きいと、塩化水素の濃度の低下を招き、塩素の生産性を低下し、安定して塩素を製造できないおそれがあるため、好ましくない。また、本発明に用いる酸素は、酸素または空気が使用される。空気をそのまま使用してもよいが、塩化水素の酸化反応は平衡反応であり、ガス中の酸素分圧が高いほど、平衡は塩素生成に優位に作用する為、不純物ガスの少ない酸素ガスを用いることが好ましく、高純度の酸素を用いることが最も好ましい。   In the present invention, the concentration of oxygen contained in the raw material gas during steady operation is not particularly limited, but is usually 10 vol% or more and 50 vol% or less, preferably 15 vol% or more, relative to 100 vol% of the raw material gas. It is 45 vol% or less, More preferably, it is 20 vol% or more and 40 vol% or less. If it is less than 10 vol%, the concentration of oxygen as a raw material is low, which may reduce the productivity of chlorine, which is not preferable. On the other hand, if it is higher than 50 vol%, the concentration of hydrogen chloride is lowered, the productivity of chlorine is lowered, and there is a possibility that chlorine cannot be produced stably. The oxygen used in the present invention is oxygen or air. Although air may be used as it is, the oxidation reaction of hydrogen chloride is an equilibrium reaction, and the higher the oxygen partial pressure in the gas, the more the equilibrium acts on chlorine generation, so use oxygen gas with less impurity gas It is preferable to use high-purity oxygen.

本発明の塩素の製造方法において、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、塩素の生産性を向上させる観点からは、理論モル量以上の酸素を供給することが好ましく、原料ガス中の塩化水素に対する酸素のモル比は、0.25以上、2.0以下が好ましく、0.30以上、1.5以下がより好ましく、0.40以上、1.0以下が最も好ましい。塩化水素に対する酸素のモル比が0.25未満であると、塩化水素の酸化が充分に進行しないおそれがあり、好ましくない。2.0より大きいと、原料ガス中に含まれる塩化水素の濃度が低くなり、結果として塩素の生産性が悪化するおそれがあり、好ましくない。   In the chlorine production method of the present invention, the theoretical molar amount of oxygen with respect to 1 mol of hydrogen chloride is 0.25 mol. However, from the viewpoint of improving the productivity of chlorine, it is possible to supply oxygen in excess of the theoretical molar amount. Preferably, the molar ratio of oxygen to hydrogen chloride in the raw material gas is preferably 0.25 or more and 2.0 or less, more preferably 0.30 or more and 1.5 or less, and 0.40 or more and 1.0 or less. Most preferred. If the molar ratio of oxygen to hydrogen chloride is less than 0.25, oxidation of hydrogen chloride may not proceed sufficiently, such being undesirable. If it is larger than 2.0, the concentration of hydrogen chloride contained in the raw material gas is lowered, and as a result, the productivity of chlorine may be deteriorated, which is not preferable.

本発明における塩素製造用触媒量に対する塩化水素量、すなわち塩化水素のガス空間速度(GHSV)は、標準状態(0℃、0.1MPa)における塩化水素の供給速度(L/hr)と、触媒充填層の体積(L)との比で表すことができ、通常、250h-1以上、2000h-1以下、好ましくは300h-1以上、1500h-1以下である。250h-1未満であると塩化水素量に対して使用する触媒量が過剰であり、触媒コストが増大する為、効率的ではない。2000h-1より大きいと、塩化水素酸化反応が充分に進行せず、塩素の生産性が悪化するおそれがあり、好ましくない。 The amount of hydrogen chloride relative to the amount of catalyst for chlorine production in the present invention, that is, the gas space velocity (GHSV) of hydrogen chloride, the supply rate of hydrogen chloride (L / hr) in the standard state (0 ° C., 0.1 MPa), and the catalyst filling can be expressed by the ratio of the volume (L) of the layer, usually, 250h -1 or more, 2000h -1 or less, preferably 300h -1 or more and 1500h -1 or less. If it is less than 250 h −1 , the amount of catalyst used is excessive with respect to the amount of hydrogen chloride, and the catalyst cost increases, which is not efficient. If it is larger than 2000 h −1 , the hydrogen chloride oxidation reaction does not proceed sufficiently and the productivity of chlorine may be deteriorated, which is not preferable.

本発明においては、触媒充填層からなる反応域におけるガス空塔速度は、0.002m/s以上、10.0m/s未満であることが好ましく、0.005m/s以上、5.0m/s未満であることがより好ましく、0.01m/s以上、3.0m/s未満であることがさらに好ましい。尚、本発明におけるガス空塔速度とは、触媒充填層に供給される全てのガス、すなわち原料ガスの標準状態(0℃、0.1MPa)における供給速度と固定層反応管の内断面積との比を意味する。なお、ガス空塔速度は一般に反応域の後半になるにつれて遅くなるが、本発明においては、反応域の初期におけるガス空塔速度、すなわち第1反応域入口におけるガス空塔速度を示す。なお、第1反応域とは、原料ガスの流れについての最も上流側の反応域を意味する。   In the present invention, the gas superficial velocity in the reaction zone composed of the catalyst packed bed is preferably 0.002 m / s or more and less than 10.0 m / s, 0.005 m / s or more, 5.0 m / s. Is more preferably 0.01 m / s or more and less than 3.0 m / s. Note that the gas superficial velocity in the present invention refers to the supply rate in the standard state (0 ° C., 0.1 MPa) of all gases supplied to the catalyst packed bed, that is, the inner sectional area of the fixed bed reaction tube. Means the ratio of Note that the gas superficial velocity generally decreases as the latter half of the reaction zone is reached. In the present invention, the gas superficial velocity at the initial stage of the reaction zone, that is, the gas superficial velocity at the first reaction zone inlet is shown. The first reaction zone means the most upstream reaction zone in the raw material gas flow.

本発明において、触媒層からなる反応域の最高温度は、効率よく安定し、高い生産性をもって塩素を製造し得る点から、300℃以上、420℃以下が好ましく、320℃以上410℃以下がより好ましく、340℃以上、400℃以下が最も好ましい。最高温度が300℃未満であると、塩化水素酸化反応が充分に進行せず、好ましくない。一方、420℃より高いと、触媒主成分である銅の揮散速度が大きくなり、触媒活性の劣化を招き、またホットスポットを引き起こすおそれがある為、好ましくない。   In the present invention, the maximum temperature of the reaction zone composed of the catalyst layer is preferably 300 ° C. or higher and 420 ° C. or lower, more preferably 320 ° C. or higher and 410 ° C. or lower, from the viewpoint of being able to produce chlorine with high efficiency and high productivity. It is preferably 340 ° C. or higher and 400 ° C. or lower. When the maximum temperature is less than 300 ° C., the hydrogen chloride oxidation reaction does not proceed sufficiently, which is not preferable. On the other hand, if it is higher than 420 ° C., the volatilization rate of copper, which is the main component of the catalyst, increases, which may lead to deterioration of catalytic activity and cause hot spots, which is not preferable.

本発明における、固定層反応器内の圧力は特に限定されないが、通常、常圧〜5MPaGが好ましい。加圧条件下で反応を実施する場合は、反応器に装入するガスを公知の圧縮機を用いて加圧する。圧縮機としては、例えばターボ型の軸流圧縮機、遠心圧縮機、容積型の往復式圧縮機、ねじ式(スクリュー)圧縮機等が挙げられ、必要とする圧力、風量を勘案して適宜選択される。圧縮機の腐食の観点から、反応器に装入するガス、特に塩化水素を乾燥させることが好ましい。   In the present invention, the pressure in the fixed bed reactor is not particularly limited, but usually normal pressure to 5 MPaG is preferable. When the reaction is carried out under pressurized conditions, the gas charged into the reactor is pressurized using a known compressor. Examples of the compressor include a turbo type axial flow compressor, a centrifugal compressor, a positive displacement reciprocating compressor, a screw type (screw) compressor, and the like, and are appropriately selected in consideration of the required pressure and air volume. Is done. From the viewpoint of corrosion of the compressor, it is preferable to dry the gas charged into the reactor, particularly hydrogen chloride.

本発明における塩素の製造方法において、その製造工程は特に限定されないが、以下の各工程を含むことが好ましい。
(1)塩化水素、酸素、一酸化炭素を含有する原料ガスを予め加熱する工程
(2)塩化水素の酸化反応を行なう工程
(3)塩化水素、酸素、塩素、水、一酸化炭素、二酸化炭素を含有する生成ガスを冷却する工程
(4)生成ガスから塩化水素を回収・除去する工程
(5)生成ガスを脱水する工程
(6)生成ガスを圧縮、冷却し、塩素を液化塩素として分離する工程
In the method for producing chlorine in the present invention, the production process is not particularly limited, but preferably includes the following steps.
(1) A step of preheating a source gas containing hydrogen chloride, oxygen, and carbon monoxide (2) A step of performing an oxidation reaction of hydrogen chloride (3) Hydrogen chloride, oxygen, chlorine, water, carbon monoxide, carbon dioxide (4) Steps for recovering and removing hydrogen chloride from the product gas (5) Steps for dehydrating the product gas (6) Compressing and cooling the product gas to separate chlorine as liquefied chlorine Process

塩化水素、酸素、一酸化炭素を含有する原料ガスを予め加熱する工程においては、固定層反応器にガスが導入する前に100℃以上、400℃未満に加熱することが好ましく、150℃以上、350℃未満であることがより望ましい。予め加熱する温度が100℃未満であると、塩化水素ガスが系内で凝縮し、装置腐食が進行してしまうおそれがあるため、好ましくない。   In the step of preheating the raw material gas containing hydrogen chloride, oxygen, and carbon monoxide, it is preferably heated to 100 ° C. or more and less than 400 ° C. before the gas is introduced into the fixed bed reactor, 150 ° C. or more, More desirably, the temperature is less than 350 ° C. If the temperature to be heated in advance is less than 100 ° C., hydrogen chloride gas condenses in the system, and there is a possibility that device corrosion proceeds, which is not preferable.

塩化水素、酸素および一酸化炭素、及び生成物である、塩素、水および二酸化炭素を含有する生成ガスを冷却する工程においては、固定層反応器内で生成した塩素、水および二酸化炭素と、未反応の塩化水素、酸素および一酸化炭素を含む生成ガスを冷媒によって冷却する。冷媒は特に限定されないが、水が好ましい。   In the process of cooling the product gas containing hydrogen chloride, oxygen and carbon monoxide and the products chlorine, water and carbon dioxide, chlorine, water and carbon dioxide produced in the fixed bed reactor The product gas containing hydrogen chloride, oxygen and carbon monoxide in the reaction is cooled by a refrigerant. The refrigerant is not particularly limited, but water is preferable.

生成ガスから塩化水素を回収・除去する工程は、塩化水素、酸素、塩素、水、一酸化炭素、二酸化炭素を含有する生成ガスから未反応の塩化水素を回収・除去することを目的とする。塩化水素の回収・除去方法は、特に限定されないが、塩化水素を回収媒体に吸収させる方法が好ましい。回収媒体は、特に限定されないが、取り扱いの容易さから水が好ましい。また、生成ガスを冷却する工程、及び塩化水素を吸収する工程は、別々の装置を用いて実施しても良いし、同一の装置で実施しても良い。   The step of recovering / removing hydrogen chloride from the product gas aims at recovering / removing unreacted hydrogen chloride from the product gas containing hydrogen chloride, oxygen, chlorine, water, carbon monoxide, and carbon dioxide. The method for recovering and removing hydrogen chloride is not particularly limited, but a method in which hydrogen chloride is absorbed by the recovery medium is preferable. The recovery medium is not particularly limited, but water is preferable because of easy handling. In addition, the step of cooling the product gas and the step of absorbing hydrogen chloride may be performed using separate apparatuses or may be performed using the same apparatus.

生成ガスを脱水する工程は、塩素、酸素、水を含む生成ガスから水を除去することを目的とする。脱水方法は、特に限定されないが、冷却脱水法、吸収脱水法、吸着脱水法、圧縮脱水法等の方法が好適に使用でき、吸収脱水法による方法が特に好ましい。当該工程を用いることで、生成ガス中に含まれる残存水分をほぼ完全に除去できる。   The step of dehydrating the product gas is intended to remove water from the product gas containing chlorine, oxygen, and water. The dehydration method is not particularly limited, and methods such as a cooling dehydration method, an absorption dehydration method, an adsorption dehydration method, and a compression dehydration method can be suitably used, and a method by an absorption dehydration method is particularly preferable. By using this process, residual moisture contained in the product gas can be removed almost completely.

生成ガスを圧縮、冷却し、塩素を液化塩素として分離する工程においては、前工程で水分除去された生成ガスを圧縮・冷却し、塩素を液化させてガス相より分離する。この際に塩素を液化分離した後のガス相は、酸素、未回収の塩素を含んでいる。この酸素を含むガスは、(1)塩化水素、酸素を含有する原料ガスを予め加熱する工程へ、再度、導入することにより、(2)塩化水素の酸化反応工程の原料ガスとして使用することができる。   In the step of compressing and cooling the product gas and separating chlorine as liquefied chlorine, the product gas from which moisture has been removed in the previous step is compressed and cooled to liquefy the chlorine and separate it from the gas phase. At this time, the gas phase after chlorine is liquefied and separated contains oxygen and unrecovered chlorine. This gas containing oxygen can be used as a raw material gas in the (2) hydrogen chloride oxidation reaction step by reintroducing it into the step of (1) preheating the hydrogen chloride and oxygen-containing raw material gas in advance. it can.

これらの工程を経ることにより、高純度の塩素が、連続的かつ効率的に製造可能となる。
本発明にかかる塩素製造用触媒は、銅元素、アルカリ金属元素および298Kにおける酸素との結合解離エネルギーが100〜185kcal/molを満たすランタノイド金属元素を含む活性成分が、多孔質担体に担持された触媒である。本発明において、このような特定の触媒を用いることで、原料ガス中に一酸化炭素が含まれていても、高い生産性を長期にわたって、効率よく、経済的にかつ安定して、塩素を製造するこができる。また、該触媒は高寿命であるため、使用する触媒量を著しく削減でき、環境への負荷を最小限にすることが可能となる。
Through these steps, high-purity chlorine can be produced continuously and efficiently.
A catalyst for producing chlorine according to the present invention is a catalyst in which an active component containing a lanthanoid metal element satisfying a bond dissociation energy with oxygen at 298 K of 100 to 185 kcal / mol is supported on a porous carrier. It is. In the present invention, by using such a specific catalyst, chlorine can be produced efficiently, economically and stably over a long period of time even when carbon monoxide is contained in the raw material gas. Can do. Further, since the catalyst has a long life, the amount of catalyst used can be significantly reduced, and the burden on the environment can be minimized.

該触媒中において、銅元素は、原子価が1価、2価いずれの状態で含まれていてもよい。銅元素の含有量は、触媒100重量%あたり、1.5重量%以上、15.0重量%以下であり、好ましくは3.0重量%以上、7.5重量%以下、より好ましくは4.5重量%以上、10.0重量%以下である。銅含有量は高いほど高活性であるが、15.0重量%より大きいと、触媒の製造が困難となるおそれがあり、好ましくなく、銅含有量が1.5重量%未満であると、充分な塩素収率が得られなくなるおそれがあり、好ましくない。   In the catalyst, the copper element may be contained in either a monovalent or divalent state. The content of copper element is 1.5% by weight or more and 15.0% by weight or less per 100% by weight of the catalyst, preferably 3.0% by weight or more and 7.5% by weight or less, more preferably 4. 5 wt% or more and 10.0 wt% or less. The higher the copper content is, the higher the activity is. However, when the content is more than 15.0% by weight, it may be difficult to produce the catalyst. This is not preferable, and the copper content is less than 1.5% by weight. It is not preferable because a high chlorine yield may not be obtained.

該触媒に含まれるアルカリ金属元素としては、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、フランシウムが挙げられる。これらのアルカリ金属元素は、触媒中に単独で含まれても、2種以上組み合わせて含まれてもよい。このうち、ナトリウムおよび/またはカリウムが好ましく、カリウムがより好ましい。アルカリ金属元素の含有量は、特に限定されないが、触媒100重量%あたり、1.0重量%以上、10.0重量%以下が好ましく、2.0重量%以上、8.0重量%以下がより好ましく、3.0重量%以上、6.0重量%以下がさらに好ましい。   Examples of the alkali metal element contained in the catalyst include lithium, sodium, potassium, rubidium, cesium, and francium. These alkali metal elements may be contained alone or in combination of two or more in the catalyst. Among these, sodium and / or potassium are preferable, and potassium is more preferable. The content of the alkali metal element is not particularly limited, but is preferably 1.0% by weight or more and 10.0% by weight or less, more preferably 2.0% by weight or more and 8.0% by weight or less per 100% by weight of the catalyst. Preferably, 3.0% by weight or more and 6.0% by weight or less is more preferable.

該触媒に含まれるランタノイド元素は、原子番号57〜71のいわゆるランタノイド元素のうち、298Kにおける酸素との結合解離エネルギーが100〜185kcal/molの範囲にある。ここで、ランタノイドと酸素との298Kにおける結合解離エネルギーは、次の表1に示すとおりであり、触媒に含まれるランタノイド元素としては、具体的には、プラセオジム(Pr)、ネオジム(Nd)、プロメチウム(Pm)、サマリウム(Sm)、ユウロピウム(Eu)、ガドリニウム(Gd)、テルビウム(Tb)、ジスプロシウム(Dy)、ホルミウム(Ho)、エルビウム(Er)、ツリウム(Tm)およびルテチウム(Lu)よりなる群から選ばれる1種以上のランタノイド元素が挙げられる。   The lanthanoid element contained in the catalyst has a bond dissociation energy with oxygen at 298 K in the range of 100 to 185 kcal / mol among so-called lanthanoid elements having atomic numbers 57 to 71. Here, the bond dissociation energy of lanthanoid and oxygen at 298K is as shown in the following Table 1, and specific examples of lanthanoid elements contained in the catalyst include praseodymium (Pr), neodymium (Nd), and promethium. (Pm), samarium (Sm), europium (Eu), gadolinium (Gd), terbium (Tb), dysprosium (Dy), holmium (Ho), erbium (Er), thulium (Tm) and lutetium (Lu) One or more lanthanoid elements selected from the group can be mentioned.

Figure 0005563937
なお、上記表1に記載の298KでのLn−O(ランタノイド−酸素)結合解離エネルギーD298の値は、有機金属反応剤ハンドブック(玉尾皓平編著、化学同人、発行年月:2003年6月)223頁表2に記載の値である。
Figure 0005563937
Incidentally, Ln-O at 298K according to Table 1 - the value of (lanthanide oxygen) bond dissociation energy D 298 is an organometallic reagent Handbook (Tamao Akirataira eds, Kagaku Dojin, Publication date: June 2003 ) The values described in Table 2 on page 223.

本発明において、ランタノイド元素の結合解離エネルギーが185kcal/molを超えると、酸素との結合が強くなりすぎ、また100kcal/mol未満であれば、酸素との親和性が低くなりすぎるため、反応活性(塩素収率)を十分に向上させることができない場合がある。   In the present invention, if the bond dissociation energy of the lanthanoid element exceeds 185 kcal / mol, the bond with oxygen becomes too strong, and if it is less than 100 kcal / mol, the affinity with oxygen becomes too low, so the reaction activity ( (Chlorine yield) may not be sufficiently improved.

これらのランタノイド元素のうちでは、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、ジスプロシウムが好ましく、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユウロピウムがより好ましい。これらのランタノイド元素は、単独で使用しても、2種以上で使用しても構わない。   Of these lanthanoid elements, praseodymium, neodymium, samarium, europium, gadolinium, and dysprosium are preferable, and praseodymium, neodymium, samarium, and europium are more preferable. These lanthanoid elements may be used alone or in combination of two or more.

ランタノイド元素の含有量は、特に限定されないが、塩素製造用触媒100重量%あたり、1.5重量%以上、15.0重量%以下が好ましく、3.0重量%以上、12.5重量%以下がより好ましく、4.5重量%以上、10.0重量%以下がさらに好ましい。   The content of the lanthanoid element is not particularly limited, but is preferably 1.5% by weight or more and 15.0% by weight or less per 100% by weight of the catalyst for chlorine production, and is 3.0% by weight or more and 12.5% by weight or less. Is more preferably 4.5% by weight or more and 10.0% by weight or less.

該触媒における銅元素、アルカリ金属元素、およびランタノイド元素の重量比は、特に限定されないが、銅元素とアルカリ金属元素との重量比が1:0.2〜1:4.0の範囲であり、かつ、銅元素とランタノイド元素との重量比が1:0.2〜1:6.0の範囲であることが好ましい。また、銅元素とアルカリ金属元素の重量比は、1:0.2〜1:2.0の範囲であり、銅元素とランタノイド元素との重量比が、1:0.2〜1:3.0であることがより好ましく、銅元素とアルカリ金属元素との重量比は、1:0.3〜1:1.5であり、銅元素とランタノイド元素との重量比が、1:0.3〜1:2.5であることがさらに好ましく、銅元素とアルカリ金属元素との重量比は、1:0.4〜1:1.0であり、銅元素とランタノイド元素との重量比が、1:0.4〜1:2.0であることが最も好ましい。上記範囲では活性成分である各元素が複合化しやすく、長寿命が得られ、塩素製造用触媒が活性に優れたものとなるため、好ましい。   The weight ratio of copper element, alkali metal element, and lanthanoid element in the catalyst is not particularly limited, but the weight ratio of copper element to alkali metal element is in the range of 1: 0.2 to 1: 4.0, And it is preferable that the weight ratio of a copper element and a lanthanoid element is the range of 1: 0.2-1: 6.0. The weight ratio of copper element to alkali metal element is in the range of 1: 0.2 to 1: 2.0, and the weight ratio of copper element to lanthanoid element is 1: 0.2 to 1: 3. More preferably, the weight ratio of copper element to alkali metal element is 1: 0.3 to 1: 1.5, and the weight ratio of copper element to lanthanoid element is 1: 0.3. More preferably, the weight ratio of copper element to alkali metal element is 1: 0.4 to 1: 1.0, and the weight ratio of copper element to lanthanoid element is Most preferably, it is 1: 0.4 to 1: 2.0. The above range is preferable because each element as an active component is easily complexed, a long life is obtained, and the catalyst for producing chlorine is excellent in activity.

また、該触媒では、本発明の目的を損なわない範囲において、鉄元素、ニッケル元素、あるいは、ランタン、セリウム、イッテルビウム、スカンジウム、イットリウムなどのその他の希土類元素を1種または2種以上含んでいてもよい。なお、これらの元素は、本発明の目的を損なわない範囲で適宜使用できるが、好ましくは、塩素製造用触媒100重量%あたり、0.001重量%以上、10重量%以下である。   Further, the catalyst may contain one or more of iron element, nickel element, or other rare earth elements such as lanthanum, cerium, ytterbium, scandium, yttrium and the like within a range not impairing the object of the present invention. Good. These elements can be appropriately used as long as the object of the present invention is not impaired, but preferably 0.001% by weight or more and 10% by weight or less per 100% by weight of the catalyst for chlorine production.

また、該触媒には、金、銀、白金、パラジウム、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウムからなる貴金属元素、及びクロム元素の含有量の合計が、触媒100重量%あたり、1.0重量%以下であることが好ましく、0.5重量%以下であることがより好ましく、0.1重量%以下であることが最も好ましい。貴金属元素、及びクロム元素の含有量が1.0重量%より大きいと、原料ガス中に含まれる一酸化炭素の酸化反応が急激に進行し、反応域の反応温度の制御が困難となるおそれがあるため、望ましくない。   The catalyst has a total content of noble metal elements composed of gold, silver, platinum, palladium, rhodium, iridium, ruthenium, and osmium, and chromium element of 1.0% by weight or less per 100% by weight of the catalyst. Preferably, it is 0.5 wt% or less, and most preferably 0.1 wt% or less. If the content of the noble metal element and chromium element is greater than 1.0% by weight, the oxidation reaction of carbon monoxide contained in the raw material gas may proceed rapidly, making it difficult to control the reaction temperature in the reaction zone. Because it is not desirable.

該触媒は、特に限定されるものではないが、たとえば、平均細孔径が3nm以上、50nm以下であることが好ましく、6nm以上、30nm以下であることがより好ましい。平均細孔径が3nm未満であると、細孔内に銅をはじめとする活性成分を導入しがたく、表面での凝集、細孔の閉塞などを招くこととなり好ましくない。一方、平均細孔径が50nmより大きいと、触媒の表面積の低下を招くこととなり、反応効率が低下してしまうおそれがあり好ましくない。   The catalyst is not particularly limited, but for example, the average pore diameter is preferably 3 nm or more and 50 nm or less, and more preferably 6 nm or more and 30 nm or less. If the average pore diameter is less than 3 nm, it is difficult to introduce an active ingredient such as copper into the pores, which leads to aggregation on the surface and blockage of the pores. On the other hand, if the average pore diameter is larger than 50 nm, the surface area of the catalyst is decreased, and the reaction efficiency may be decreased, which is not preferable.

該触媒は、特に限定されるものではないが、たとえば、比表面積は30m2/g以上、1000m2/g以下であることが好ましく、50m2/g以上、500m2/g以下であることがより好ましく、100m2/g以上、300m2/g以下であることがさらに好ましい。尚、本発明において、比表面積は、BET法比表面積測定装置(BELSORP−max、日本ベル株式会社製)を用いて測定した。 The catalyst is not particularly limited, but for example, the specific surface area is preferably 30 m 2 / g or more and 1000 m 2 / g or less, and preferably 50 m 2 / g or more and 500 m 2 / g or less. more preferably, 100 m 2 / g or more, more preferably 300 meters 2 / g or less. In addition, in this invention, the specific surface area was measured using the BET method specific surface area measuring apparatus (BELSORP-max, Nippon Bell Co., Ltd. product).

また該触媒は、特に限定されるものではないが、嵩密度が0.20g/ml以上、1.00g/ml以下であることが好ましく、0.30g/ml以上、0.80g/ml以下であることがより好ましい。   The catalyst is not particularly limited, but preferably has a bulk density of 0.20 g / ml or more and 1.00 g / ml or less, and 0.30 g / ml or more and 0.80 g / ml or less. More preferably.

また該触媒は、特に限定されるものではないが、細孔容積が0.3ml/g以上、3.0ml/g以下であることが好ましく、0.5ml/g以上、2.0ml/g以下であることがより好ましく、0.6ml/g以上、1.5ml/g以下であることがさらに好ましい。0.3ml/g未満であると、細孔内の空間が不足し基質の拡散が不充分となる、比表面積が低下し反応効率が低下する、等を招く場合があり好ましくない。一方、3.0ml/gよりも大きいと、触媒としての強度が低下し、反応中に触媒自身が破壊されてしまう場合があるため好ましくない。   The catalyst is not particularly limited, but preferably has a pore volume of 0.3 ml / g or more and 3.0 ml / g or less, 0.5 ml / g or more and 2.0 ml / g or less. It is more preferable that it is 0.6 ml / g or more and 1.5 ml / g or less. If it is less than 0.3 ml / g, the space in the pores is insufficient and the diffusion of the substrate becomes insufficient, the specific surface area is lowered, and the reaction efficiency is lowered. On the other hand, if it is larger than 3.0 ml / g, the strength as a catalyst is lowered, and the catalyst itself may be destroyed during the reaction, which is not preferable.

また、該触媒の形状は、反応圧力の制御の観点から、成形体が好ましい。成形体の形状は特に限定されず、タブレット状、リング状、円柱状、球状、顆粒状、塊状、フレーク状など、いずれの形状でも好適に利用できる。触媒のサイズについても、反応器に充填可能なサイズであれば特に限定されないが、触媒の長径が0.5〜10mmの範囲が好ましく、1〜8mmが特に好ましい。触媒のサイズが小さすぎると圧力損失が大きくなり、加圧する必要がある。反応管サイズにもよるが、反応管径が小さい場合、触媒サイズが大きすぎるとガス抜けが起こり、反応率が低下する恐れがある。なお、ここでいう触媒の長径とは、例えば球状の場合は球の直径、円柱形ペレットの場合には断面の長い方の径、その他の形状では最大の径を意味する。   The shape of the catalyst is preferably a molded body from the viewpoint of controlling the reaction pressure. The shape of the molded body is not particularly limited, and any shape such as a tablet shape, a ring shape, a cylindrical shape, a spherical shape, a granular shape, a lump shape, or a flake shape can be suitably used. The size of the catalyst is not particularly limited as long as it can be charged into the reactor, but the major axis of the catalyst is preferably in the range of 0.5 to 10 mm, particularly preferably 1 to 8 mm. If the size of the catalyst is too small, the pressure loss increases and it is necessary to pressurize. Although depending on the reaction tube size, when the reaction tube diameter is small, if the catalyst size is too large, gas may escape and the reaction rate may decrease. The major axis of the catalyst here means, for example, the diameter of a sphere in the case of a spherical shape, the diameter of the longer cross section in the case of a cylindrical pellet, and the maximum diameter in other shapes.

該触媒における、多孔質担体の素材としては、シリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア、シリカアルミナ、などが挙げられるが、なかでも高強度であるため、触媒が長寿命になる点でシリカが好ましい。   Examples of the material for the porous carrier in the catalyst include silica, alumina, titania, zirconia, silica alumina, and the like. Among them, silica is preferable because of its high strength and long life of the catalyst.

多孔質担体の、細孔直径の平均値(以下、平均細孔径とも称す)は3nm以上、50nm以下であることが好ましく、6nm以上、30nm以下であることがより好ましい。平均細孔径が3nm未満であると、細孔内に銅をはじめとする活性成分を導入しがたく、表面での凝集、細孔の閉塞などを招くおそれがあり、好ましくない。一方、平均細孔径が50nmより大きいと、担体の表面積の低下を招くこととなり、反応効率が低下してしまうおそれがあるため、好ましくない。   The average value of pore diameter (hereinafter also referred to as average pore diameter) of the porous carrier is preferably 3 nm or more and 50 nm or less, and more preferably 6 nm or more and 30 nm or less. If the average pore diameter is less than 3 nm, it is difficult to introduce active ingredients such as copper into the pores, which may cause aggregation on the surface, blockage of pores, and the like, which is not preferable. On the other hand, when the average pore diameter is larger than 50 nm, the surface area of the carrier is reduced, and the reaction efficiency may be lowered.

また、多孔質担体の比表面積は30m2/g以上、1000m2/g以下であることが好ましく、50m2/g以上、500m2/g以下であることがより好ましく、100m2/g以上、300m2/g以下であることがさらに好ましい。比表面積が30m2/g未満であると反応点の減少を招くおそれがあり、好ましくない。1000m2/gより大きいと、担体の製造に特殊な手法が必要となり、効率的でなく、製造コストの観点からも好ましくない。尚、本発明において比表面積は、BET法比表面積測定装置(BELSORP−max、日本ベル株式会社製)を用いて測定した。 The specific surface area of the porous carrier is preferably 30 m 2 / g or more and 1000 m 2 / g or less, more preferably 50 m 2 / g or more and 500 m 2 / g or less, 100 m 2 / g or more, More preferably, it is 300 m 2 / g or less. If the specific surface area is less than 30 m 2 / g, the reaction point may be decreased, which is not preferable. If it is larger than 1000 m 2 / g, a special method is required for production of the carrier, which is not efficient and is not preferable from the viewpoint of production cost. In addition, in this invention, the specific surface area was measured using the BET method specific surface area measuring apparatus (BELSORP-max, Nippon Bell Co., Ltd. product).

また、多孔質担体の嵩密度は0.20g/ml以上、1.00g/ml以下であることが好ましく、0.30g/ml以上、0.80g/ml以下であることがより好ましい。
さらに、多孔質担体の細孔容積は0.3ml/g以上、3.0ml/g以下であることが好ましく、0.5ml/g以上、2.0ml/g以下であることがより好ましく、0.6ml/g以上、1.5ml/g以下であることがさらに好ましい。0.3ml/g未満であると、細孔内の空間が充分でなく、反応効率の低下を招く場合があり好ましくない。一方、3.0ml/gよりも大きいと、担体としての強度が低下し、反応中に触媒自身が破壊されてしまう場合があるため好ましくない。
The bulk density of the porous carrier is preferably 0.20 g / ml or more and 1.00 g / ml or less, more preferably 0.30 g / ml or more and 0.80 g / ml or less.
Further, the pore volume of the porous carrier is preferably 0.3 ml / g or more and 3.0 ml / g or less, more preferably 0.5 ml / g or more and 2.0 ml / g or less. More preferably, it is 6 ml / g or more and 1.5 ml / g or less. If it is less than 0.3 ml / g, the space in the pores is not sufficient, and the reaction efficiency may be lowered. On the other hand, when it is larger than 3.0 ml / g, the strength as a support is lowered, and the catalyst itself may be destroyed during the reaction, which is not preferable.

本発明にかかる塩素製造用触媒は、特に限定されないが、例えば次のような方法で製造することができる。
該触媒は、銅元素、アルカリ金属元素および特定のランタノイド金属元素を含む活性成分が、多孔質担体に担持された構造をとる。活性成分を担持する方法は、銅化合物とアルカリ金属化合物とランタノイド化合物とを多孔質担体に分散する工程と、銅化合物とアルカリ金属化合物とランタノイド化合物とが分散された担体を、乾燥あるいは焼成する工程とを有する。活性成分である銅元素、アルカリ金属元素、および特定のランタノイド元素は、それぞれ銅化合物とアルカリ金属化合物、およびランタノイド化合物として多孔質担体に分散される。多孔質担体としては、前述したものが好適に使用できる。
Although the catalyst for chlorine manufacture concerning this invention is not specifically limited, For example, it can manufacture by the following methods.
The catalyst has a structure in which an active component containing a copper element, an alkali metal element and a specific lanthanoid metal element is supported on a porous carrier. The method of supporting an active ingredient includes a step of dispersing a copper compound, an alkali metal compound, and a lanthanoid compound in a porous carrier, and a step of drying or firing the carrier in which the copper compound, the alkali metal compound, and the lanthanoid compound are dispersed. And have. The active element copper element, alkali metal element, and specific lanthanoid element are dispersed in the porous carrier as a copper compound, an alkali metal compound, and a lanthanoid compound, respectively. As the porous carrier, those described above can be preferably used.

活性成分を多孔質担体に分散して担持させる方法については特に限定されず、真空チャンバー内での上記元素の蒸着、気相担持、液相担持(液相調製法)のいずれの方法も使用できるが、操作性や、均一分散性を考慮すると、液相担持が望ましい。液相担持の場合、各活性成分を含む化合物を溶媒に添加し、原料溶液や原料が溶媒中に分散した原料分散液とした後に、多孔質担体に吹き付けてもよいし、あるいは、多孔質担体を、前記原料溶液や原料分散液中に浸した後、そのまま、原料溶液や原料分散液を攪拌しながら蒸発乾固を行ってもよく、また、多孔質担体を、活性成分を含有する前記原料溶液や原料分散液中に浸した後、多孔質担体をこの原料溶液や原料分散液中から引き上げ、乾燥する方法を採用することもできる。   The method for dispersing and supporting the active ingredient on the porous carrier is not particularly limited, and any of the above-described element deposition in a vacuum chamber, vapor phase loading, and liquid phase loading (liquid phase preparation method) can be used. However, in consideration of operability and uniform dispersibility, liquid phase support is desirable. In the case of liquid phase support, a compound containing each active ingredient may be added to a solvent to obtain a raw material solution or a raw material dispersion in which the raw material is dispersed in the solvent, and then sprayed onto the porous carrier, or the porous carrier May be evaporated and dried while stirring the raw material solution or the raw material dispersion as it is, and a porous carrier may be used as the raw material containing the active ingredient. It is also possible to employ a method in which the porous carrier is lifted from the raw material solution or the raw material dispersion and dried after being immersed in the solution or the raw material dispersion.

多孔質担体を、活性成分を含有する原料溶液や原料分散液中に浸して分散担持する場合は、担持量が少ない場合には、再度多孔質担体を原料溶液や原料分散液中に浸すことにより、活性成分の含有率を上げることができる。前記原料溶液や原料分散液中の活性成分は、担体の細孔内へ入る大きさであれば、溶媒中に溶解していない、固体状態のままでも構わないが、活性成分を均一に細孔内へ分散させるためには、各活性成分が溶媒中に溶解した状態すなわち原料溶液であることが好ましい。   In the case where the porous carrier is dispersed and supported in a raw material solution or raw material dispersion containing the active ingredient, if the supported amount is small, the porous carrier is again immersed in the raw material solution or raw material dispersion. The content of the active ingredient can be increased. The active ingredient in the raw material solution or the raw material dispersion liquid may be in a solid state not dissolved in the solvent as long as the active ingredient has a size that can enter the pores of the carrier. In order to disperse in the inside, it is preferable that each active ingredient is dissolved in a solvent, that is, a raw material solution.

原料溶液や原料が溶媒中に分散した原料分散液を、多孔質担体に吹き付ける場合には、原料分散液の容量が多孔質担体の細孔容積以下であることが望ましい。原料分散液容量が多孔質担体の細孔容積よりも大きいと、原料分散液が、多孔質担体の細孔内に充填しきれず、多孔質担体の表面に存在することとなり、好ましくない。   When the raw material solution or the raw material dispersion in which the raw material is dispersed in the solvent is sprayed on the porous carrier, the volume of the raw material dispersion is preferably equal to or less than the pore volume of the porous carrier. When the volume of the raw material dispersion is larger than the pore volume of the porous carrier, the raw material dispersion cannot be completely filled in the pores of the porous carrier and is present on the surface of the porous carrier, which is not preferable.

これら液相で担持する場合の各活性成分の溶媒としては、活性成分を含む化合物を溶解または分散できるものであれば特に限定されないが、取り扱いの容易さから水が好ましい。活性成分を溶媒に溶解、分散するときの濃度は、活性成分の化合物が均一に溶解または分散できれば、特に制限されないが、濃度が低すぎると、担持に時間がかかるため、活性成分および溶媒の合計100重量%当たりの活性成分量は、好ましくは1〜50重量%、更に好ましくは2〜40重量%である。   The solvent for each active ingredient when supported in the liquid phase is not particularly limited as long as it can dissolve or disperse the compound containing the active ingredient, but water is preferable from the viewpoint of ease of handling. The concentration when the active ingredient is dissolved and dispersed in the solvent is not particularly limited as long as the compound of the active ingredient can be uniformly dissolved or dispersed. However, if the concentration is too low, it takes time to carry the active ingredient and the total amount of the active ingredient and the solvent. The amount of the active ingredient per 100% by weight is preferably 1 to 50% by weight, more preferably 2 to 40% by weight.

該触媒を製造する際には、前記分散後の触媒に細孔容積以上の量の溶媒が残存する場合には、前記分散後、反応器への充填前に溶媒除去が必要となるが、細孔容積以下の溶媒量であれば、そのままの状態で反応に用いても、溶媒除去を行ってもよい。溶媒を除去する場合には、乾燥だけでも良いが、更に焼成を行ってもよい。乾燥条件としては、特に限定されないが、通常は、大気中または減圧下、0〜200℃、10min〜24hrの条件で実施される。また、焼成条件としては、特に限定されないが、通常は、大気中下、200℃〜600℃、10min〜24hrの条件で実施することができる。   When the catalyst is produced, if a solvent having an amount larger than the pore volume remains in the catalyst after the dispersion, it is necessary to remove the solvent after the dispersion and before filling the reactor. As long as the amount of the solvent is not more than the pore volume, it may be used in the reaction as it is, or the solvent may be removed. When removing the solvent, only drying may be performed, but further baking may be performed. Although it does not specifically limit as drying conditions, Usually, it implements on the conditions of 0-200 degreeC and 10min-24hr in air | atmosphere or under pressure reduction. Moreover, it is although it does not specifically limit as baking conditions, Usually, it can implement on the conditions of 200 to 600 degreeC and 10 min to 24 hr under air | atmosphere.

多孔質担体に分散される銅化合物、アルカリ金属化合物、および特定のランタノイド化合物は、どのような化合物、塩や錯塩でもよいが、それぞれ独立に、ハロゲン化物、硝酸塩、硫酸塩、酢酸塩、炭酸塩、シュウ酸塩、アルコキシドまたは錯塩であることが好ましい。中でも塩化物、硝酸塩または酢酸塩であることが複合塩を形成しやすいという点で好ましい。   The copper compound, alkali metal compound, and specific lanthanoid compound dispersed in the porous carrier may be any compound, salt or complex salt, but independently of each other, halide, nitrate, sulfate, acetate, carbonate An oxalate, an alkoxide, or a complex salt is preferable. Of these, chlorides, nitrates and acetates are preferred from the viewpoint that complex salts are easily formed.

また多孔質担体は、市販されているものをそのまま使用することもできるが、活性成分の担持前に、30〜700℃の温度で乾燥または焼成して使用することもできる。
該触媒の成形体を製造する方法としては、予め成形された多孔質担体に活性成分を担持してもよいし、活性成分を担持した多孔質担体を成形しても良く、あるいは活性成分の一部を担持した多孔質担体を成形した後、残りの活性成分を担持する方法でも良い。成形方法としては特に限定されず、公知の方法が利用できる。例えば、圧縮成形法、押し出し成形法、噴霧乾燥造粒法、転動造粒法、ビード造粒法、打錠成形法、等が好適に利用できる。また、各成形時に、加工性、保形性、均質性等の付与、あるいは向上の為に、公知のバインダー、あるいは添加剤を使用することも可能である。
A commercially available porous carrier can be used as it is, but it can also be used after drying or baking at a temperature of 30 to 700 ° C. before supporting the active ingredient.
As a method for producing a molded body of the catalyst, an active component may be supported on a preformed porous carrier, a porous carrier supporting an active component may be molded, or one of the active components may be molded. Alternatively, a method may be used in which the remaining active ingredient is supported after the porous carrier supporting the part is formed. It does not specifically limit as a shaping | molding method, A well-known method can be utilized. For example, a compression molding method, an extrusion molding method, a spray drying granulation method, a rolling granulation method, a bead granulation method, a tableting molding method, and the like can be suitably used. Moreover, it is also possible to use a known binder or additive for imparting or improving processability, shape retention, homogeneity, etc. during each molding.

以下、本発明を実施例、比較例によって更に詳述するが、本発明はこれによって限定されるものではない。
なお、以下の実施例または比較例で得た触媒の触媒活性評価における塩素収率の測定は以下の方法により行なった。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited thereto.
In addition, the measurement of the chlorine yield in the catalyst activity evaluation of the catalyst obtained by the following example or the comparative example was performed with the following method.

[塩素収率]
ヨウ化カリウム(関東化学(株)、オキシダント測定用)を水に溶解し、0.2mol/L溶液を調製する。この溶液300mlに反応管から生成ガスを8分間吸収させた。この溶液を0.1mol/Lチオ硫酸ナトリウム溶液(関東化学(株))で滴定し、生成した塩素の量を測定し、塩素収率を求めた。
[Chlorine yield]
Potassium iodide (Kanto Chemical Co., Inc., for oxidant measurement) is dissolved in water to prepare a 0.2 mol / L solution. The generated gas was absorbed into the 300 ml of the solution from the reaction tube for 8 minutes. This solution was titrated with a 0.1 mol / L sodium thiosulfate solution (Kanto Chemical Co., Inc.), and the amount of generated chlorine was measured to determine the chlorine yield.

[触媒中の各元素の濃度]
触媒中の各元素の含有量は、蛍光X線分析法(LAB CENTER XRE−1700、島津製作所社製)を用いて測定した。
[Concentration of each element in the catalyst]
The content of each element in the catalyst was measured using a fluorescent X-ray analysis method (LAB CENTER XRE-1700, manufactured by Shimadzu Corporation).

[触媒の嵩密度]
嵩密度は、100mlメスシリンダー中に、容積が100mlとなるように触媒粒子を充填し、その重量:m(g)から以下の式により算出した。
嵩密度(g/ml)=m(g)/100
[Bulk density of catalyst]
The bulk density was calculated from the weight: m (g) according to the following formula by filling catalyst particles in a 100 ml graduated cylinder so that the volume was 100 ml.
Bulk density (g / ml) = m (g) / 100

[触媒調製例1]
200mlガラス製ビーカーに、硝酸第二銅・三水和物(和光純薬工業株式会社製、純度:99.9%):12.12g、硝酸カリウム(和光純薬工業株式会社製、純度:99%):4.99g、硝酸サマリウム・六水和物(和光純薬工業株式会社製、純度:99.9%):9.42gを秤取する。容積が50mlとなるように水を加えた後、常温で攪拌し、完全に溶解させ、含浸液1を調製する。この含浸液1に、シリカ(SS62138、サンゴバン(株)社製、粒径:φ4mm、全細孔容積:0.96ml/g)を20.00g添加する。常温にて1時間静置した後、ポリエチレンメッシュシートを用いて、含浸液1とシリカを分離する。シリカ表面に付着した含浸液1を市販のペーパーでふき取った後、電気炉を用いて、120℃で3時間乾燥した後、500℃で5時間焼成処理を施し、担持触媒1を得た。
[Catalyst Preparation Example 1]
In a 200 ml glass beaker, cupric nitrate trihydrate (Wako Pure Chemical Industries, Ltd., purity: 99.9%): 12.12 g, potassium nitrate (Wako Pure Chemical Industries, purity: 99%) ): 4.9 g, samarium nitrate hexahydrate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., purity: 99.9%): 9.42 g is weighed. Water is added so that the volume becomes 50 ml, and the mixture is stirred at room temperature and completely dissolved to prepare the impregnating solution 1. 20.00 g of silica (SS62138, manufactured by Saint-Gobain Co., Ltd., particle size: φ4 mm, total pore volume: 0.96 ml / g) is added to the impregnating liquid 1. After standing at room temperature for 1 hour, the impregnating liquid 1 and silica are separated using a polyethylene mesh sheet. After the impregnating liquid 1 adhering to the silica surface was wiped off with a commercially available paper, it was dried at 120 ° C. for 3 hours using an electric furnace and then subjected to a calcination treatment at 500 ° C. for 5 hours to obtain a supported catalyst 1.

担持触媒1中に含まれる、銅濃度は5.0重量%、カリウム濃度は3.0重量%、サマリウム濃度は5.0重量%であり、嵩密度は0.47g/mlであった。   The copper concentration contained in the supported catalyst 1 was 5.0 wt%, the potassium concentration was 3.0 wt%, the samarium concentration was 5.0 wt%, and the bulk density was 0.47 g / ml.

[触媒調製例2]
硝酸第二銅・三水和物の使用量を16.96g、硝酸カリウムの使用量を6.99g、硝酸サマリウム・六水和物の使用量を13.19gとする以外は触媒調製例1と同様の方法により、担持触媒2を調製した。
[Catalyst Preparation Example 2]
Same as Catalyst Preparation Example 1 except that the amount of cupric nitrate trihydrate used was 16.96 g, the amount of potassium nitrate used was 6.99 g, and the amount of samarium nitrate hexahydrate used was 13.19 g. The supported catalyst 2 was prepared by the method described above.

担持触媒2中に含まれる、銅濃度は7.0重量%、カリウム濃度は4.2重量%、サマリウム濃度は7.0重量%であり、嵩密度は0.49g/mlであった。   The copper concentration contained in the supported catalyst 2 was 7.0 wt%, the potassium concentration was 4.2 wt%, the samarium concentration was 7.0 wt%, and the bulk density was 0.49 g / ml.

[触媒調製例3]
硝酸サマリウム・六水和物:9.42gの代わりに、硝酸プラセオジウム・六水和物(アルドリッチ社製、純度:99.9%):9.22gを用いる以外は触媒調製例1と同様の方法により、担持触媒3を調製した。
[Catalyst Preparation Example 3]
Samarium nitrate hexahydrate: The same method as in Catalyst Preparation Example 1, except that instead of 9.42 g, praseodymium nitrate hexahydrate (Aldrich, purity: 99.9%): 9.22 g was used. Thus, supported catalyst 3 was prepared.

担持触媒3中に含まれる、銅濃度は5.0重量%、カリウム濃度は3.0重量%、プラセオジウム濃度は5.0重量%であり、嵩密度は0.47g/mlであった。   The copper concentration contained in the supported catalyst 3 was 5.0 wt%, the potassium concentration was 3.0 wt%, the praseodymium concentration was 5.0 wt%, and the bulk density was 0.47 g / ml.

[触媒調製例4]
硝酸サマリウム・六水和物:9.42gの代わりに、硝酸ネオジム・六水和物(和光純薬工業株式会社製、純度:99.5%):9.33gを用いる以外は触媒調製例1と同様の方法により、担持触媒4を調製した。
[Catalyst Preparation Example 4]
Catalyst Preparation Example 1 except that neodymium nitrate hexahydrate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., purity: 99.5%): 9.33 g was used instead of 9.42 g of samarium nitrate hexahydrate A supported catalyst 4 was prepared in the same manner as described above.

担持触媒4中に含まれる、銅濃度は5.0重量%、カリウム濃度は3.0重量%、ネオジム濃度は5.0重量%であり、嵩密度は0.47g/mlであった。   The copper concentration contained in the supported catalyst 4 was 5.0% by weight, the potassium concentration was 3.0% by weight, the neodymium concentration was 5.0% by weight, and the bulk density was 0.47 g / ml.

[触媒調製例5]
硝酸サマリウム・六水和物:9.42gの代わりに、硝酸ユウロピウム・五水和物(アルドリッチ社製、純度:99.9%):9.07gを用いる以外は触媒調製例1と同様の方法により、担持触媒5を調製した。
[Catalyst Preparation Example 5]
Samarium nitrate hexahydrate: The same method as in Catalyst Preparation Example 1, except that instead of 9.42 g, europium nitrate pentahydrate (Aldrich, purity: 99.9%): 9.07 g is used. Thus, supported catalyst 5 was prepared.

担持触媒5中に含まれる、銅濃度は5.0重量%、カリウム濃度は3.0重量%、ユウロピウム濃度は5.0重量%であり、嵩密度は0.47g/mlであった。   The copper concentration contained in the supported catalyst 5 was 5.0% by weight, the potassium concentration was 3.0% by weight, the europium concentration was 5.0% by weight, and the bulk density was 0.47 g / ml.

[触媒調製例6]
クロミア75重量%、酸化ケイ素25重量%からなる微小酸化クロム触媒50gをCuCl2・2H2O 6.71g、KCl 2.85g、La(NO33・6H2O 7.79gを溶解させた水溶液25mlに含浸後、510℃で5hr焼成し、酸化ケイ素と酸化クロムからなる担持触媒6を得た。担持触媒6の嵩密度は1.01g/mlであった。
[Catalyst Preparation Example 6]
CuCl 2 · 2H 2 O 6.71 g, KCl 2.85 g, La (NO 3 ) 3 · 6H 2 O 7.79 g were dissolved in 50 g of a fine chromium oxide catalyst composed of 75% by weight of chromia and 25% by weight of silicon oxide. After impregnation in 25 ml of an aqueous solution, it was fired at 510 ° C. for 5 hours to obtain a supported catalyst 6 composed of silicon oxide and chromium oxide. The bulk density of the supported catalyst 6 was 1.01 g / ml.

尚、この触媒は、日本国特開昭61−275104号、及び日本国特許3270670号に記載の方法を参考に調製した。   This catalyst was prepared with reference to the methods described in Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 61-275104 and Japanese Patent No. 3270670.

[触媒調製例7]
硝酸サマリウム・六水和物:9.42gの代わりに、硝酸ランタン・六水和物(和光純薬工業株式会社製、純度:99.9%):9.18gを用いる以外は触媒調製例1と同様の方法により、担持触媒7を調製した。
[Catalyst Preparation Example 7]
Catalyst preparation example 1 except that samarium nitrate hexahydrate: 9.18 g was used instead of lanthanum nitrate hexahydrate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., purity: 99.9%): 9.18 g A supported catalyst 7 was prepared in the same manner as described above.

担持触媒7中に含まれる、銅濃度は5.0重量%、カリウム濃度は3.0重量%、ランタン濃度は5.0重量%であり、嵩密度は0.48g/mlであった。   The copper concentration contained in the supported catalyst 7 was 5.0% by weight, the potassium concentration was 3.0% by weight, the lanthanum concentration was 5.0% by weight, and the bulk density was 0.48 g / ml.

[実施例1](参考例)
担持触媒1をアルミナ乳鉢中で破砕後、10〜20メッシュの粒径にそろえた。ついで、該触媒を、内径1/2インチのハステロイ製反応管に図1のように2.0g充填した。酸素:24ml/min、窒素:14ml/minを流通させながら、触媒層の温度が350℃になるまでヒーターで昇温した。触媒層の温度が350℃となった後、塩化水素:40ml/min、一酸化炭素:2ml/minを追加供給し、塩化水素酸化反応を開始した。反応中は、触媒層の反応温度が350℃となるように制御した。この際の標準状態(0℃、0.1MPa)における塩化水素のガス空間速度は564h-1、標準状態0℃、0.1MPa)におけるガス空塔速度は0.011m/sであった。
反応開始後、5時間経過した時点の塩素収率は50.1%であり、反応開始後、100時間経過した時点の塩素収率は49.3%であった。
[Example 1] (Reference Example)
The supported catalyst 1 was crushed in an alumina mortar and then adjusted to a particle size of 10 to 20 mesh. Then, 2.0 g of the catalyst was charged into a Hastelloy reaction tube having an inner diameter of 1/2 inch as shown in FIG. While circulating oxygen: 24 ml / min and nitrogen: 14 ml / min, the temperature of the catalyst layer was raised with a heater until the temperature reached 350 ° C. After the temperature of the catalyst layer reached 350 ° C., hydrogen chloride: 40 ml / min and carbon monoxide: 2 ml / min were additionally supplied to start the hydrogen chloride oxidation reaction. During the reaction, the reaction temperature of the catalyst layer was controlled to be 350 ° C. At this time, the gas space velocity of hydrogen chloride in the standard state (0 ° C., 0.1 MPa) was 564 h −1 and the gas superficial velocity in the standard state (0 ° C., 0.1 MPa) was 0.011 m / s.
The chlorine yield after 5 hours from the start of the reaction was 50.1%, and the chlorine yield after 100 hours from the start of the reaction was 49.3%.

[実施例2](参考例)
担持触媒1の代わりに担持触媒2を用いる以外は実施例1と同様の方法で塩化水素酸化反応を実施した。この際の標準状態における塩化水素のガス空間速度は588h-1、標準状態におけるガス空塔速度は0.011m/sであった。
反応開始後、5時間経過した時点の塩素収率は54.2%であり、反応開始後、100時間経過した時点の塩素収率は53.4%であった。
[Example 2] (Reference Example)
A hydrogen chloride oxidation reaction was performed in the same manner as in Example 1 except that the supported catalyst 2 was used instead of the supported catalyst 1. At this time, the gas space velocity of hydrogen chloride in the standard state was 588 h −1 , and the gas superficial velocity in the standard state was 0.011 m / s.
The chlorine yield when 5 hours passed after the start of the reaction was 54.2%, and the chlorine yield when 100 hours passed after the start of the reaction was 53.4%.

[実施例3](参考例)
担持触媒1の代わりに担持触媒3を用いる以外は実施例1と同様の方法で塩化水素酸化反応を実施した。この際の標準状態における塩化水素のガス空間速度は588h-1、標準状態におけるガス空塔速度は0.011m/sであった。
反応開始後、5時間経過した時点の塩素収率は49.8%であり、反応開始後、100時間経過した時点の塩素収率は49.4%であった。
[Example 3] (Reference Example)
A hydrogen chloride oxidation reaction was performed in the same manner as in Example 1 except that the supported catalyst 3 was used instead of the supported catalyst 1. At this time, the gas space velocity of hydrogen chloride in the standard state was 588 h −1 , and the gas superficial velocity in the standard state was 0.011 m / s.
The chlorine yield when 4 hours passed after the start of the reaction was 49.8%, and the chlorine yield when 100 hours passed after the start of the reaction was 49.4%.

[実施例4](参考例)
担持触媒1の代わりに担持触媒4を用いる以外は実施例1と同様の方法で塩化水素酸化反応を実施した。この際の標準状態における塩化水素のガス空間速度は588h-1、標準状態におけるガス空塔速度は0.011m/sであった。
反応開始後、5時間経過した時点の塩素収率は50.3%であり、反応開始後、100時間経過した時点の塩素収率は49.9%であった。
[Example 4] (Reference Example)
A hydrogen chloride oxidation reaction was performed in the same manner as in Example 1 except that the supported catalyst 4 was used instead of the supported catalyst 1. At this time, the gas space velocity of hydrogen chloride in the standard state was 588 h −1 , and the gas superficial velocity in the standard state was 0.011 m / s.
The chlorine yield after 5 hours from the start of the reaction was 50.3%, and the chlorine yield after 100 hours from the start of the reaction was 49.9%.

[実施例5](参考例)
担持触媒1の代わりに担持触媒5を用いる以外は実施例1と同様の方法で塩化水素酸化反応を実施した。この際の標準状態における塩化水素のガス空間速度は588h-1、標準状態におけるガス空塔速度は0.011m/sであった。
反応開始後、5時間経過した時点の塩素収率は49.2%であり、反応開始後、100時間経過した時点の塩素収率は49.1%であった。
[Example 5] (Reference Example)
A hydrogen chloride oxidation reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except that the supported catalyst 5 was used instead of the supported catalyst 1. At this time, the gas space velocity of hydrogen chloride in the standard state was 588 h −1 , and the gas superficial velocity in the standard state was 0.011 m / s.
The chlorine yield after 5 hours from the start of the reaction was 49.2%, and the chlorine yield after 100 hours from the start of the reaction was 49.1%.

[参考例1]
担持触媒1をアルミナ乳鉢中で破砕後、10〜20メッシュの粒径にそろえた。ついで、該触媒を、内径1/2インチのハステロイ製反応管に図1のように2.0g充填した。酸素:24ml/min、窒素:14ml/minを流通させながら、触媒層の温度が350℃になるまでヒーターで昇温した。触媒層の温度が350℃となった後、塩化水素:40ml/min、窒素:2ml/minを追加供給し、塩化水素酸化反応を開始した。反応中は、触媒層の反応温度が350℃となるように制御した。この際の標準状態における塩化水素のガス空間速度は564h-1、標準状態におけるガス空塔速度は0.011m/sであった。
反応開始後、5時間経過した時点の塩素収率は50.8%であり、反応開始後、100時間経過した時点の塩素収率は49.9%であった。
[Reference Example 1]
The supported catalyst 1 was crushed in an alumina mortar and then adjusted to a particle size of 10 to 20 mesh. Then, 2.0 g of the catalyst was charged into a Hastelloy reaction tube having an inner diameter of 1/2 inch as shown in FIG. While circulating oxygen: 24 ml / min and nitrogen: 14 ml / min, the temperature of the catalyst layer was raised with a heater until the temperature reached 350 ° C. After the temperature of the catalyst layer reached 350 ° C., hydrogen chloride: 40 ml / min and nitrogen: 2 ml / min were additionally supplied to start the hydrogen chloride oxidation reaction. During the reaction, the reaction temperature of the catalyst layer was controlled to be 350 ° C. At this time, the gas space velocity of hydrogen chloride in the standard state was 564 h −1 , and the gas superficial velocity in the standard state was 0.011 m / s.
The chlorine yield when 5 hours passed after the start of the reaction was 50.8%, and the chlorine yield when 100 hours passed after the start of the reaction was 49.9%.

[参考例2]
担持触媒1の代わりに担持触媒2を用いる以外は参考例1と同様の方法で塩化水素酸化反応を実施した。この際の標準状態における塩化水素のガス空間速度は588h-1、標準状態におけるガス空塔速度は0.011m/sであった。
反応開始後、5時間経過した時点の塩素収率は54.7%であり、反応開始後、100時間経過した時点の塩素収率は54.1%であった。
[Reference Example 2]
A hydrogen chloride oxidation reaction was carried out in the same manner as in Reference Example 1 except that the supported catalyst 2 was used instead of the supported catalyst 1. At this time, the gas space velocity of hydrogen chloride in the standard state was 588 h −1 , and the gas superficial velocity in the standard state was 0.011 m / s.
The chlorine yield after 5 hours from the start of the reaction was 54.7%, and the chlorine yield after 100 hours from the start of the reaction was 54.1%.

[比較例1]
担持触媒1をメノウ乳鉢中で破砕後、10〜20メッシュの粒径にそろえた。ついで、該触媒を、内径1/2インチのハステロイ製反応管に図1のように2.0g充填した。酸素:24ml/min、窒素:8ml/minを流通させながら、触媒層の温度が350℃になるまでヒーターで昇温した。触媒層の温度が350℃となった後、塩化水素:40ml/min、一酸化炭素:8ml/minを追加供給し、塩化水素酸化反応を開始した。反応中は、触媒層の反応温度が350℃となるように制御した。この際の標準状態における塩化水素のガス空間速度は564h-1、標準状態におけるガス空塔速度は0.011m/sであった。
反応開始後、5時間経過した時点の塩素収率は44.2%であり、反応開始後、100時間経過した時点の塩素収率は39.8%であった。
[Comparative Example 1]
The supported catalyst 1 was crushed in an agate mortar and then adjusted to a particle size of 10 to 20 mesh. Then, 2.0 g of the catalyst was charged into a Hastelloy reaction tube having an inner diameter of 1/2 inch as shown in FIG. While circulating oxygen: 24 ml / min and nitrogen: 8 ml / min, the temperature was raised with a heater until the temperature of the catalyst layer reached 350 ° C. After the temperature of the catalyst layer reached 350 ° C., hydrogen chloride: 40 ml / min and carbon monoxide: 8 ml / min were additionally supplied to start the hydrogen chloride oxidation reaction. During the reaction, the reaction temperature of the catalyst layer was controlled to be 350 ° C. At this time, the gas space velocity of hydrogen chloride in the standard state was 564 h −1 , and the gas superficial velocity in the standard state was 0.011 m / s.
The chlorine yield after 4 hours from the start of the reaction was 44.2%, and the chlorine yield after 100 hours from the start of the reaction was 39.8%.

[比較例2]
担持触媒1の代わりに担持触媒2を用いる以外は比較例1と同様の方法で塩化水素酸化反応を実施した。この際の標準状態における塩化水素のガス空間速度は588h-1、標準状態におけるガス空塔速度は0.011m/sであった。
反応開始後、5時間経過した時点の塩素収率は48.7%であり、反応開始後、100時間経過した時点の塩素収率は42.1%であった。
[Comparative Example 2]
A hydrogen chloride oxidation reaction was carried out in the same manner as in Comparative Example 1 except that the supported catalyst 2 was used instead of the supported catalyst 1. At this time, the gas space velocity of hydrogen chloride in the standard state was 588 h −1 , and the gas superficial velocity in the standard state was 0.011 m / s.
The chlorine yield when 4 hours passed after the start of the reaction was 48.7%, and the chlorine yield when 100 hours passed after the start of the reaction was 42.1%.

[比較例3]
担持触媒1の代わりに担持触媒6を用い、触媒量を4.0gとする以外は実施例1と同様の方法で塩化水素酸化反応を実施した。この際の標準状態における塩化水素のガス空間速度は606h-1、標準状態におけるガス空塔速度は0.011m/sであった。
反応開始後、5時間経過した時点の塩素収率は28.1%であり、反応開始後、100時間経過した時点の塩素収率は20.4%であった。
[Comparative Example 3]
A hydrogen chloride oxidation reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except that the supported catalyst 6 was used in place of the supported catalyst 1 and the amount of the catalyst was 4.0 g. At this time, the gas space velocity of hydrogen chloride in the standard state was 606 h −1 , and the gas superficial velocity in the standard state was 0.011 m / s.
The chlorine yield when 2 hours passed after the start of the reaction was 28.1%, and the chlorine yield when 2 hours passed after the start of the reaction was 20.4%.

[比較例4]
担持触媒1の代わりに担持触媒7を用いる以外は実施例1と同様の方法で塩化水素酸化反応を実施した。この際の標準状態における塩化水素のガス空間速度は576h-1、標準状態におけるガス空塔速度は0.011m/sであった。
反応開始後、5時間経過した時点の塩素収率は37.1%であり、反応開始後、100時間経過した時点の塩素収率は35.3%であった。
[Comparative Example 4]
A hydrogen chloride oxidation reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except that the supported catalyst 7 was used instead of the supported catalyst 1. At this time, the gas space velocity of hydrogen chloride in the standard state was 576 h −1 , and the gas superficial velocity in the standard state was 0.011 m / s.
The chlorine yield after 3 hours from the start of the reaction was 37.1%, and the chlorine yield after 100 hours from the start of the reaction was 35.3%.

本発明によれば、長期に渡り、効率よく、経済的にかつ安定して、高い生産性をもって、塩素を製造できる。
また、使用する触媒量を大きく削減できるため、環境への負荷を最小限にすることが可能となる。
According to the present invention, chlorine can be produced efficiently, economically and stably over a long period of time with high productivity.
In addition, since the amount of catalyst used can be greatly reduced, the burden on the environment can be minimized.

1 原料ガス
2 生成ガス
3 ハステロイ製反応管
4 ヒーター
5 石英砂
6 触媒層
7 ガラスウール
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Source gas 2 Generated gas 3 Hastelloy reaction tube 4 Heater 5 Quartz sand 6 Catalyst layer 7 Glass wool

Claims (6)

触媒充填層からなる反応域を有する固定層反応器を用いて、塩化水素、酸素および一酸化炭素を含む原料ガス中の塩化水素を、塩素製造用触媒下で、酸素により酸化して塩素を製造する方法であり、
前記原料ガス中に含まれる一酸化炭素は、前記原料ガス100vol%に対して、0.1vol%以上、8vol%以下であり、前記原料ガス中の塩化水素に対する酸素のモル比は、0.25以上、2.0以下であり、
前記塩素製造用触媒は、銅元素、アルカリ金属元素および298Kにおける酸素との結合解離エネルギーが100〜185kcal/molを満たすランタノイド金属元素を含む活性成分が、多孔質担体に担持された触媒であり、前記銅元素は、前記塩素製造用触媒100重量%あたり、1.5重量%以上、15重量%以下であり、前記ランタノイド金属元素は、プラセオジム、ネオジム、サマリウムおよびユウロピウムから選ばれる少なくとも1種であり、銅元素とアルカリ金属元素との重量比は、1:0.2〜1:4.0の範囲であり、かつ、銅元素とランタノイド元素との重量比は、1:0.2〜1:6.0の範囲であり、
前記反応域におけるガス空塔速度は、標準状態(0℃、0.1MPa)で、0.01m/s以上、10.0m/s以下であり、
前記反応域における塩化水素のガス空間速度(GHSV)は、標準状態(0℃、0.1MPa)で、250h -1 以上、1500h -1 以下であり、
前記反応域における最高温度は、300℃以上、420℃以下であ
ことを特徴とする塩素の製造方法
(ただし、塩化水素を含むガス中の塩化水素を、酸素を含むガスを用いて、触媒充填層からなる反応域を有する固定床反応方式で酸化する方法であって、前記反応域における空塔速度が0.70m/s未満であり、前記触媒充填層に充填される触媒の嵩密度が700kg/m 3 未満である塩素の製造方法を除く)。
Using a fixed bed reactor with a reaction zone consisting of a catalyst packed bed, hydrogen chloride in the raw material gas containing hydrogen chloride, oxygen and carbon monoxide is oxidized with oxygen under a catalyst for chlorine production to produce chlorine. And how to
Carbon monoxide contained in the raw material gas is 0.1 vol% or more and 8 vol% or less with respect to 100 vol% of the raw material gas , and the molar ratio of oxygen to hydrogen chloride in the raw material gas is 0.25. Above and below 2.0,
The chlorine production catalyst is elemental copper, the active ingredient bond dissociation energy comprises a lanthanoid metal element satisfying 100~185kcal / mol with oxygen in an alkaline metal element and 298K is, Ri catalyst der supported on a porous carrier The copper element is 1.5% by weight or more and 15% by weight or less per 100% by weight of the catalyst for chlorine production, and the lanthanoid metal element is at least one selected from praseodymium, neodymium, samarium and europium. The weight ratio of copper element to alkali metal element is in the range of 1: 0.2 to 1: 4.0, and the weight ratio of copper element to lanthanoid element is 1: 0.2 to 1 : In the range of 6.0,
The gas superficial velocity in the reaction zone is 0.01 m / s or more and 10.0 m / s or less in a standard state (0 ° C., 0.1 MPa),
The gas space velocity (GHSV) of hydrogen chloride in the reaction zone is 250 h −1 or more and 1500 h −1 or less in a standard state (0 ° C., 0.1 MPa) ,
Maximum temperature in the reaction zone, 300 ° C. or higher, the production method of chlorine, wherein 420 ° C. der Rukoto less
(However, it is a method of oxidizing hydrogen chloride in a gas containing hydrogen chloride using a gas containing oxygen in a fixed bed reaction system having a reaction zone composed of a catalyst packed bed, and a superficial velocity in the reaction zone. Is less than 0.70 m / s, and the bulk density of the catalyst packed in the catalyst packed bed is less than 700 kg / m 3 ).
前記アルカリ金属元素が、ナトリウムおよび/またはカリウムであることを特徴とする請求項1に記載の塩素の製造方法。The method for producing chlorine according to claim 1, wherein the alkali metal element is sodium and / or potassium. 前記アルカリ金属元素が、前記塩素製造用触媒100重量%あたり、1.0重量%以上、10重量%以下であり、The alkali metal element is 1.0 wt% or more and 10 wt% or less per 100 wt% of the catalyst for chlorine production,
前記ランタノイド金属元素が、前記塩素製造用触媒100重量%あたり、1.5重量%以上、15重量%以下であるThe lanthanoid metal element is not less than 1.5% by weight and not more than 15% by weight per 100% by weight of the catalyst for chlorine production.
ことを特徴とする請求項1または2に記載の塩素の製造方法。The method for producing chlorine according to claim 1 or 2, wherein:
前記塩素の製造方法が、A method for producing the chlorine,
(1)塩化水素、酸素、一酸化炭素を含有する原料ガスを予め加熱する工程(1) A step of previously heating a source gas containing hydrogen chloride, oxygen, and carbon monoxide
(2)塩化水素の酸化反応を行なう工程(2) Step of performing oxidation reaction of hydrogen chloride
(3)塩化水素、酸素、塩素、水、一酸化炭素、二酸化炭素を含有する生成ガスを冷却する工程(3) Step of cooling the product gas containing hydrogen chloride, oxygen, chlorine, water, carbon monoxide, carbon dioxide
(4)生成ガスから塩化水素を回収・除去する工程(4) Process for recovering and removing hydrogen chloride from the product gas
(5)生成ガスを脱水する工程(5) Dehydrating the generated gas
(6)生成ガスを圧縮、冷却し、塩素を液化塩素として分離する工程(6) The process of compressing and cooling the product gas and separating chlorine as liquefied chlorine
を含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の塩素の製造方法。The method for producing chlorine according to any one of claims 1 to 3, comprising:
前記工程(1)の固定層反応器に原料ガスを導入する前に行う加熱が、100℃以上、400℃未満であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の塩素の製造方法。The chlorine according to any one of claims 1 to 4, wherein the heating performed before introducing the raw material gas into the fixed bed reactor in the step (1) is 100 ° C or higher and lower than 400 ° C. Manufacturing method. 前記多孔質担体が、シリカからなる多孔質担体であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の塩素の製造方法。 The said porous support | carrier is a porous support | carrier which consists of silicas, The manufacturing method of the chlorine as described in any one of Claims 1-5 characterized by the above-mentioned.
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