JP6559167B2 - 高温環境における冷却用イオン性液体 - Google Patents
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Description
投入されている場合しか継続しないことが分かっている。これは、従来の分子性液体とは対照的である。例えば、鉱物油は蒸気圧を有しており、かつ約80〜100℃の温度において、可燃性ガス相を形成するので、上記の温度で点火することができ、この温度はその熱分解点よりもはるかに低い。WO2010136403A1において記載されている通り、イオン性液体は、約500℃を超える温度において、高温(還元性)表面または高温(還元性)溶融物と接触させても、爆発性の高い、水素および酸素の混合物(起爆性ガスまたは酸水素ガス)を形成しない。これは、依然として冷却剤として幅広く使用されている水とは対照的である。水と対照的にイオン性液体の欠点は、20℃において通常数10〜数100mPasという範囲の高い粘度、および比熱容量が水の約50〜75%であり得る。
、ならびに無機陽イオンおよび有機陰イオンまたは無機陰イオンからなる塩の混合物が含まれる。さらに、無機陽イオンおよび有機または無機陰イオンを有するさらなる塩が、基本となるイオン性液体において見られる同じ陰イオン(複数可)を含有する(しかし、決してそれらに限定されない)イオン性液体に溶解していてもよい。さらに、難燃剤などの添加剤が、例えば少量、イオン性液体中に溶解していてもよい。
は各窒素原子に結合している、および/または1〜4つの部分の中の1〜3つが炭素環の炭素原子に結合している。明確性の理由のため、2個以上の窒素原子がある場合、第1の部分は第1の窒素原子に結合していてもよく、また第2の部分は第2の窒素原子に結合していてもよい。
ミダゾリウム、ベンゾイミダゾリウムまたはホスホニウムから選択される、媒体を提供する。
ン酸水素イオンH2PO3 -、スルファミン酸イオンH2N−SO3 -、メタンスルホン酸イオン、ジメチルリン酸イオン、ジメチルホスホン酸イオン、ジエチルリン酸イオン、ジエチルホスホン酸イオン、テトラフルオロホウ酸イオン、トリフルオロメタンスルホン酸イオン(trifluormethanesulfonate)、トリフルオル酢酸イオン、ビス(トリフルオルメチルスルホニル)イミドイオン、トリス(トリフルオルメチルスルホニル)メチドイオン、フルオラスアルキルリン酸イオン(例えば、トリス(ペンタフルオルエチル)トリフルオロリン酸イオン、メチル硫酸イオン、エチル硫酸イオン、テトラシアノホウ酸イオン、カルボラン、アルキル−スピロホウ酸イオン(例えば、ビス(オキサレート)ホウ酸イオンまたはビス(マロネート)ホウ酸イオン)、
例えば式
[BRiRjRkRl]- Va
(式中、RiからRlは、互いに独立して、フッ素、あるいは有機、無機、脂肪族もしくはパーフルオロ化脂肪族、芳香族、複素芳香族もしくはパーフルオロ化芳香族または複素芳香族残基(例えば、5〜10個の炭素原子を含む1〜4個の芳香族または複素芳香族残基を含む脂肪族残基)であり、これらの残基は、1個もしくは複数のヘテロ原子を場合により含み、かつ/または1個もしくは複数の水素不含官能基またはハロゲンにより場合により置換されている)の四置換ホウ酸イオン、
例えば式
[Rm−SO3]- Vb
(式中、Rmは、有機、無機、脂肪族もしくはパーフルオロ化脂肪族、芳香族、複素芳香
族もしくはパーフルオロ化芳香族または複素芳香族残基(例えば、5〜10個の炭素原子を含む1〜4個の芳香族または複素芳香族残基を含む脂肪族残基)であり、これらの残基は、1個もしくは複数のヘテロ原子を場合により含み、かつ/または1個もしくは複数の水素不含官能基またはハロゲンにより場合により置換されている)の有機スルホン酸イオン、
例えば式
[Rm−OSO3]- Vc
(式中、Rmは、有機、無機、脂肪族もしくはパーフルオロ化脂肪族、芳香族、複素芳
香族もしくはパーフルオロ化芳香族または複素芳香族残基(例えば、5〜10個の炭素原子を含む1〜4個の芳香族または複素芳香族残基を含む脂肪族残基)であり、1個もしくは複数のヘテロ原子を場合により含み、かつ/または1個もしくは複数の水素不含官能基またはハロゲンにより場合により置換されている)の有機硫酸イオン、
例えば式
[Rn−COO]- Vd
(式中、Rnは、有機、無機、脂肪族もしくはパーフルオロ化脂肪族、芳香族、複素芳香
族もしくはパーフルオロ化芳香族または複素芳香族残基(例えば、5〜10個の炭素原子を含む1〜4個の芳香族または複素芳香族残基を含む脂肪族残基)であり、これらの残基は、1個もしくは複数のヘテロ原子を場合により含み、かつ/または1個もしくは複数の水素不含官能基またはハロゲンにより場合により置換されている)のカルボン酸イオン、例えば式
[PFx(CyF2y+1-zHz)6-x]- Ve、
(式中、1≦x≦6、1≦y≦8、および0≦z≦2y+1である)の(フルオロアルキル)フルオロリン酸イオン、
式
[Ro−SO2−N−SO2−Rp]- Vf、
[Rr−SO2−N−CO−Rs]- Vg、または
[Rt−CO−N−CO−Ru]- Vh
(式中、RoからRuは、互いに独立して、フッ素、あるいは有機、無機、脂肪族もしくはパーフルオロ化脂肪族、芳香族、複素芳香族もしくはパーフルオロ化芳香族または複素芳香族残基(例えば、5〜10個の炭素原子を含む1〜4個の芳香族または複素芳香族残基を含む脂肪族残基)であり、これらの残基は、1個もしくは複数のヘテロ原子を場合により含み、かつ/または1個もしくは複数の水素不含官能基またはハロゲンにより場合により置換されている)のイミド
式
[Rm−OPO3]2-または(Vj)[Rm−OPO2−ORn]- Vi
(式中、Rmは、有機、無機、脂肪族もしくはパーフルオロ化脂肪族、芳香族、複素芳香
族もしくはパーフルオロ化芳香族または複素芳香族残基(例えば、1〜4個の炭素原子を含む脂肪族残基、または5〜10個の炭素原子を含む1〜4個の芳香族または複素芳香族残基を含む脂肪族残基)であり、これらの残基は、1個もしくは複数のヘテロ原子を場合により含み、かつ/または1個もしくは複数の水素不含官能基またはハロゲンにより場合により置換されており、またRnは、水素、あるいは有機、無機、脂肪族もしくはパーフ
ルオロ化脂肪族、芳香族、複素芳香族もしくはパーフルオロ化芳香族または複素芳香族残基(例えば、1〜4個の炭素原子を含む脂肪族残基、または5〜10個の炭素原子を含む1〜4個の芳香族または複素芳香族残基を含む脂肪族残基)であり、これらの残基は、1個もしくは複数のヘテロ原子を場合により含み、かつ/または1個もしくは複数の水素不含官能基またはハロゲンにより場合により置換されている)の有機リン酸イオン、
式
[Rm−PO3]2- Vk、または
[Rm−PO3−Rn]- Vl
(式中、Rmは、有機、無機、脂肪族もしくはパーフルオロ化脂肪族、芳香族、複素芳
香族もしくはパーフルオロ化芳香族または複素芳香族残基(例えば、1〜4個の炭素原子を含む脂肪族残基、または5〜10個の炭素原子を含む1〜4個の芳香族または複素芳香族残基を含む脂肪族残基)であり、これらの残基は、1個もしくは複数のヘテロ原子を場合により含み、かつ/または1個もしくは複数の水素不含官能基またはハロゲンにより場合により置換されており、
また、式中、Rnは、有機、無機、脂肪族もしくはパーフルオロ化脂肪族、芳香族、複素
芳香族もしくはパーフルオロ化芳香族または複素芳香族残基(例えば、1〜4個の炭素原子を含む脂肪族残基、または5〜10個の炭素原子を含む1〜4個の芳香族または複素芳香族残基を含む脂肪族残基)であり、これらの残基は、1個もしくは複数のヘテロ原子を場合により含み、かつ/または1個もしくは複数の水素不含官能基またはハロゲンにより場合により置換されている)の有機ホスホン酸イオン
が含まれる。
酸イオンなどのフッ化物イオン、または塩化物イオン(例えば、テトラクロロ鉄(III)酸イオン(tetrachloroferrat)))が含まれる。これらの陰イオンは場合により、例えばC1〜C8アルキル(トリフルオロメチルなどのハロゲン化C1〜C8アルキルを含む)によりアルキル化されているか、または例えばフェニル基によりアリール化されている。例えば、メチル硫酸イオン、エチル硫酸イオンなどのC1〜C4アルキル硫酸イオン、ジエチルリン酸イオンなどのC1〜C6ジアルキルリン酸イオン、C1〜C4アルキルスルホン酸イオン(アルキルは場合により、メタンスルホン酸イオン、トリフルオロメタンスルホン酸イオン、SiF6 2-などハロゲン化(例えば、フッ素化)
されている)、ハロゲン化(例えばフッ素化ホウ酸イオン)(例えばテトラフルオロホウ酸イオン)、アリール化リン酸イオン(例えば、トリフェニルリン酸イオン)、テトラクロロ鉄酸イオン(III)などの鉄酸イオン、例えば、ジエチルリン酸イオン、トリフェニルリン酸イオン、メタンスルホン酸イオン、トリフルオルメタンスルホン酸イオン、メチル硫酸イオン、エチル硫酸イオン、SiF6 2-、テトラクロロ鉄酸(III)イオン、
および/またはテトラフルオロホウ酸イオンが含まれる。
技術的不備、人的過誤、自然災害および事故の場合における破壊的結果、または壊滅的な結果さえも伴う爆発性の分解反応の発生を防止するための、水もしくは水をベースとする冷却用流体の代替として、または有機液体(いわゆる、サーモオイル、例えばパラフィンおよびナフテン(naphthen)、鉱物油、アルキルベンゼン、ベンジルトルエンおよびジベンジルトルエン、ビフェニル、ジフェニルエーテル、ターフェニル、部分水素化ターフェニル、クワテルフェニル(quaterphenyles)、トリアリールエーテル、アルキルナフタリン、ポリアルキレングリコール(polyalkylenglykole)、高沸点エステル、シリコンオイル)に基づく冷却用流体の代替としての、高温環境(500℃〜2000℃)における工業装置の冷却。
特に、冶金用オーブンおよびそれらのアグリゲート(構成部材)の冷却:一般に金属、金属合金、および金属間化合物の製造および処理、シリコン、高融点金属、ならびにホウ素、炭素、窒素およびシリコンとの金属間化合物の製造および処理を含む、灰および鉱滓の取り扱いにおける冶金用機器の冷却。例えばアルミニウムまたはナトリウムの製造用の融解塩電解。
ガラスおよびセラミック製造産業における、オーブンおよびアグリゲート(構成部材)の冷却
セメント製造産業における、オーブンおよびアグリゲート(構成部材)の冷却
有機物およびバイオフィードストックのガス化における反応器およびアグリゲート(構成部材)の冷却。
例えば、アフターバーナーによる、排ガス焼却を含む、焼却プラントにおけるオーブンおよびアグリゲート(構成部材)の冷却、ならびに灰および鉱滓の冷却
原子力発電所における反応器およびアグリゲート(構成部材)の冷却
従来の火力発電所における燃焼チャンバおよびアグリゲート(構成部材)の冷却。
する。
高温環境における工業装置、
冶金用オーブン、およびそれらのアグリゲート(構成部材)、
ガラスおよびセラミック製造産業における、オーブンおよびアグリゲート(構成部材)、
セメント製造産業における、オーブンおよびアグリゲート(構成部材)、
有機物およびバイオフィードストックのガス化における反応器およびアグリゲート(構成部材)の冷却、
焼却プラントにおけるオーブンおよびアグリゲート(構成部材)、
原子力発電所における反応器およびアグリゲート(構成部材)、
従来の火力発電所における燃焼チャンバおよびアグリゲート(構成部材)。
反応性:0〜5
0=スパッタリング、ガス発生、または爆発的な蒸発は観察されない。
5=非常に深刻なスパッタリング、ガス発生、または爆発的な蒸発がある。
火炎体積:0〜5
0=火炎は観察されない。
5=非常に大きな火炎体積。
ベンチマーク:鉱物油「Castrol HDX」は、表を参照されたい。
以下の表1において、イオン性液体の組成、それらの全式(sum formula)、ガス状燃焼生成物を形成し得る炭素原子「C」、水素原子「H」および他の原子「Z」の重量%での含有量計算値、熱天秤により測定した(DIN51007による)、空気中
での分解に対するT開始温度、引火点(DIN ISO2592による)、ならびに反応性(RA)および火炎体積(FV)に関する評価。列挙した個々の重量%は、組成物の総mol重量に基づいている。Z=ガス状燃焼生成物を形成する他の原子、例えばN、S、F、ClであるがOは除く。EMIMは、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムであり、BMIMは、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムである。
たものであった(融点が34〜35℃のEMIM−メタンスルホン酸イオンおよびBmim−オクチル硫酸イオンを除き、すべて室温で液体である)。表1から、反応性RA、および火炎体積FVは、ガス状燃焼生成物を形成する他の原子の含有量が上昇している場合でさえも、水素含有量の低下に伴って低下していることは明白である。さらに、水素含有量9.26%のものは、水素含有量が8.5%未満である本発明の化合物とRAおよびFVに関して明確な違いを示していることが分かる。例えば、反応性RAは、水素含有量が8.5%を超える(9.26%)化合物の3.5から、本発明のイオン性液体の少なくとも3(約14%の低下)から1(約71%の低下)まで低下している。同様に、火炎体積は、水素含有量が8.5%を超える(9.26%)化合物の3.5から、本発明のイオン性液体の少なくとも2(約43%の低下)から1(約71%の低下)まで低下している。
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Claims (16)
- 工業装置を冷却するための冷却用媒体の使用であって、
前記冷却用媒体は、水素原子含有量が0重量%〜8.5重量%のイオン性液体を含み、
前記工業装置は、500℃〜2000℃の温度を有し、
前記イオン性液体は溶融物に接触するか、技術的不備の場合に溶融物に接触する、冷却用媒体の使用。 - 前記イオン性液体の水素原子含有量が0重量%〜7重量%である、請求項1に記載の冷却用媒体の使用。
- 前記イオン性液体の水素原子含有量が0重量%〜6.5重量%である、請求項1または2に記載の冷却用媒体の使用。
- 前記イオン性液体が、DIN ISO2592に従って測定される、少なくとも200℃の引火点を有する、請求項1から3のいずれか一項に記載の冷却用媒体の使用。
- 前記イオン性液体が、DIN ISO2592に従って測定される、少なくとも250℃の引火点を有する、請求項4に記載の冷却用媒体の使用。
- 前記イオン性液体が、40℃以下の融点を有する、請求項1から5のいずれか一項に記載の冷却用媒体の使用。
- 前記イオン性液体が、−20℃以下の融点を有する、請求項6に記載の冷却用媒体の使用。
- 前記イオン性液体の陽イオンが、アンモニウム、ホスホニウム、ピリジニウム、ピロリウム、ピペリジニウム、ピロリジニウム、モルホリニウム、(ベンゾ)イミダゾリウム、またはピラゾリウムから選択される、請求項1から7のいずれか一項に記載の冷却用媒体の使用。
- 前記イオン性液体の陽イオンが、C1〜C4アルキル、パーフルオロC1〜C4アルキルにより、および/またはシアノにより場合により独立して置換されている、イミダゾリウム、ベンゾイミダゾリウムまたはホスホニウムから選択される、請求項8に記載の冷却用媒体の使用。
- 前記イオン性液体の陰イオンがヘテロ元素を含む、請求項1から9のいずれか一項に記載の冷却用媒体の使用。
- 前記イオン性液体の陰イオンが、3個以下の水素原子を含有する、請求項1から10のいずれか一項に記載の冷却用媒体の使用。
- 前記イオン性液体の陰イオンが、ジエチルリン酸イオン、トリフェニルリン酸イオン、メタンスルホン酸イオン、トリフルオルメタンスルホン酸イオン、メチル硫酸イオン、エチル硫酸イオン、SiF6 2-、テトラクロロ鉄酸イオン(III)、および/またはテトラフルオロホウ酸イオンから選択される、請求項10または11に記載の冷却用媒体の使用。
- 前記冷却溶媒が、無機陽イオン、および有機または無機陰イオンを有する、溶解している塩をさらに含む、請求項1から12のいずれか一項に記載の冷却用媒体の使用。
- 前記冷却溶媒が、溶解している難燃剤をさらに含む、請求項1から13のいずれか一項に記載の冷却用媒体の使用。
- 前記イオン性液体の陰イオンが、水素不含である、請求項1から14のいずれか一項に記載の冷却用媒体の使用。
- 冷却用媒体の使用であって、
前記冷却用媒体は、水素原子含有量が0重量%〜8.5重量%のイオン性液体を含み、
前記イオン性液体は溶融物に接触するか、技術的不備の場合に溶融物に接触し、
冶金用オーブン、およびそれらのアグリゲート(構成部材)、
ガラスおよびセラミック製造産業における、オーブンおよびアグリゲート(構成部材)、
セメント製造産業における、オーブンおよびアグリゲート(構成部材)、
焼却プラント中のオーブンおよびアグリゲート(構成部材)、
原子力発電所における反応器およびアグリゲート(構成部材)、または
火力発電所における燃焼チャンバおよびアグリゲート(構成部材)
を冷却するための冷却用媒体の使用。
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