JPH04231305A - 二酸化塩素の製造方法 - Google Patents
二酸化塩素の製造方法Info
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
、鉱酸および還元剤から二酸化塩素を製造する方法に関
する。より詳しくは、本発明は、還元剤として過酸化水
素を用いる二酸化塩素の製造方法に関する。上記製造方
法は大気圧より低い圧力下で操作される容器内で行なわ
れ、それによって水が二酸化塩素および酸素と共に蒸発
して取り出され、かつ鉱酸のアルカリ金属塩は反応容器
中で結晶化されてそこから取り出される。
主にパルプの漂白において、また水の浄化、油の漂白、
工業廃物からのフェノール類の除去等においても、商業
上かなり重要なものである。従って、二酸化塩素を効率
よく製造することが可能な方法の提供が望まれる。
還元剤として塩化物イオンを使用するため、塩素ガスが
しばしば副生成物として形成される。かかる製造方法に
関係する基本的な化学反応は化1によって約言される。
塩素酸ナトリウムによって供給され、上記塩化物イオン
はアルカリ金属塩化物、好ましくは塩化ナトリウムによ
って、あるいは塩化水素によって供給され、上記水素イ
オンは鉱酸、通常は硫酸および/または塩酸によって供
給される。
用いる二酸化塩素の製造にあっては、1/2モルの塩素
が二酸化塩素1モルに対して生成される。この塩素ガス
副生成物は、以前は製紙工場において水溶液中に漂白剤
として使用されてきた。しかしながら、環境上の要求が
増大し、結果として工業的に純粋な二酸化塩素漂白に転
換してきた。純粋な二酸化塩素漂白を達成するために、
副生成物として塩素を生成しない二酸化塩素の製造方法
に対する要求が増大している。
、塩化物以外の、還元時に塩素を生成しない還元剤を用
いることである。いわゆる「ソルベイ(Solvay)
」法においては、アルカリ金属塩素酸塩が酸性媒体中で
還元剤としてメタノールを用いて還元され、また「マチ
ェソン(Mathieson)」法においては、上記塩
素酸塩が硫酸含有媒体中で二酸化硫黄を用いて還元され
る。これらの還元剤は間接的な還元剤であり、それらの
反応は非常に遅い。米国特許第4,081,520号(
US 4,081,520)においては、単一の反応
容器中で減圧および高酸規定度を採用することによって
、より効果的な「ソルベイ」法が得られている。
黄との間の直接的な反応は非常に遅く、これらの場合に
おける直接的な還元剤は化1に従って反応する塩化物イ
オンである。生成された塩素は、それから化2に従って
メタノールと反応して塩化物イオンを再生するか、ある
いは化3に従って二酸化硫黄と反応する。
を連続的に添加する必要がしばしばある。還元剤として
メタノールおよび二酸化硫黄を用いてもまた幾らかの量
の塩素副生成物が生成される。還元剤としてメタノール
を用いて操作する米国特許第4,081,520号によ
れば、生成される塩素副生成物の量が反応媒体中の酸規
定度の増加に伴って減少する。その反応速度もまた酸強
度の増加に伴って増大する。9を超える酸規定度がすす
められている。反応媒体中を高酸強度とすることに伴う
不利な点は、装置中のより多くの腐食の他に、セスキ硫
酸塩(Na3H(SO)2)または重硫酸塩(NaHS
O4)の形で酸塩が生成することである。酸塩は上記製
造における酸の損失を引き起こし、その塩を中和するた
めの費用がかかる。
う一つの不利な点は、漂白装置(train)において
、メタノールの副生成物から塩素化有機化合物が形成さ
れることであろう。添加されたメタノールの効率が、ホ
ルムアルデヒドやギ酸が形成される副反応のために低下
することは良く知られている。また、幾らかのメタノー
ルは還元に関与することなく反応器から出てしまう。 その上、対応するエーテルおよびエステルもおそらくそ
こに存在するであろう。前記漂白装置中で上記アルデヒ
ド、酸、エーテルおよびエステルと共に反応が生じ、結
果として塩素化有機化合物をもたらすということが予想
される。
は、塩素がほとんどあるいは全く副生成物として形成さ
れない、高効率かつ高生産速度の二酸化塩素の製造方法
を提供することである。本発明のさらなる目的は、他の
有害な副生成物が一切形成されない方法を提供すること
である。
許請求の範囲に記載したように、減圧を伴う単容器法(
single vessel process)を
使用しかつ還元剤として過酸化水素を用いて二酸化塩素
を製造する方法によって達成された。還元剤として過酸
化水素を用いて、非常に高反応速度でかつ効率のよい方
法を得ることが可能であるということが驚くべきことに
見出された。本発明による製造方法によって、本質的な
塩素を伴わない方法が得られる。
られている。「過酸化水素およびその誘導化学並びに応
用(Wasserstoffperoxid und
seine Derivative Chem
ie und Anwendung)」には、過酸
化水素が二酸化塩素製造における塩素酸塩の還元剤とし
て報告されている。その有利な点は、塩素を伴わない二
酸化塩素の製造にあると言及されている。しかしながら
、不利な点として重硫酸塩(NaHSO4)の生成が述
べられている。これは、反応媒体中において約11Nよ
り高い酸規定度を有することが必要であるとみなしてい
たということを意味する。下記化4が提示される。
なのである。
03号(JP88−8203)においては、還元剤とし
て過酸化水素および塩化物を用いて8〜11Nの酸強度
で二酸化塩素の製造が行なわれている。塩化物の必要量
が0.02〜0.1mol/lと与えられている。
過酸化水素と共に使用すれば、約5〜約11Nの間の酸
規定度で実質的に塩素を含まない状態で二酸化塩素を製
造することが可能であり、そしてそれ故重硫酸塩より弱
酸性の塩を製造することが可能であるということが見出
された。下記化5はその反応を示す。
ということが見出された。
安定させるために少量の塩化物イオンを添加するのが普
通である。減圧並びに還元剤としてのメタノールを伴う
単容器法において用いられる以前は、塩化ナトリウムの
添加量は、通常、塩素酸ナトリウムに対して0.5〜5
重量%の範囲である。日本国特許出願昭63−8203
(JP 88−8203)においては、過酸化水素と
共に0.02〜0.1mol/lの塩化物を有すること
が必要である。しかしながら、本法によると、塩化物イ
オンを実質的に添加することなく二酸化塩素を製造する
ことが可能であり、それによって本質的に塩素を伴わな
い方法が得られる。
化水素を用いるもう一つの有利な点は、副生成物が酸素
であるということである。副生成物が無害のガスである
ことに加えて、この酸素は製紙工場において二酸化塩素
と共に漂白剤として使用可能である。本発明に従って製
造される二酸化塩素を、形成された酸素の全てもしくは
一部と共に製紙工場において漂白剤として使用すること
が本発明のもう一つの好ましい実施態様である。
酸化水素の量は、塩素酸塩1トン当り約0.06〜約0
.6トン、適切には約0.16〜約0.32トン、好ま
しくは0.16〜0.22トンである。
化させることができ、約0.25Mの低濃度から飽和濃
度まで、好ましくは約0.4Mから飽和濃度まで、特に
好ましくは約0.7Mから約2.5Mまで変化させるこ
とができる。
。実質的な量の塩化物イオンは添加されない。本法にお
いて用いられる塩素酸塩は普通、市販の塩素酸塩である
。製造の過程でかかる塩素酸塩は常に少量の塩化物を含
有する。その少量の塩化物は、約0.5重量%以下、し
ばしば約0.05重量%以下、好ましくは約0.02重
量%以下、特に好ましくは約0.01重量%以下のアル
カリ金属塩化物である。前記塩素酸塩中の不純物である
上記少量の塩化物のほかには、さらなる塩化物は添加さ
れない。より多量の塩化物を含有する市販の塩素酸塩も
ある。その塩素酸塩は、塩素酸塩に特別にアルカリ金属
塩化物を添加することによって得られてきた。かかる塩
素酸塩は本法には不適である。
容器(発生器−蒸発器−結晶器)中で行なわれる。適切
な反応器としては登録商標SVP(単容器法)反応器が
ある。前記各反応剤は反応器中に連続的に添加される。 アルカリ金属塩素酸塩は二酸化塩素1トン当り1.58
〜2.0トンの量が添加され、過酸化水素は上述の範囲
内の量が添加される。その反応は50〜100℃、好ま
しくは50〜75℃の温度で、かつ大気圧より低い圧力
、好ましくは60〜400mmHgの圧力下で適切に行
なわれる。それから、形成された二酸化塩素が安全な濃
度まで希釈されるのに充分な量の反応媒体を沸騰させる
かまたは水を蒸発させる。反応器中の酸性度は鉱酸、好
ましくは硫酸を添加することによって調節される。上記
反応器中において鉱酸のアルカリ金属塩が連続的に結晶
化され、そしてそれは適切な方法で分離される。上記の
方法はいかなるアルカリ金属にも限定されないが、ナト
リウムが最も好ましい。
囲内でよい。しかしながら、上記反応を約9N未満の酸
性度で行なうことが好ましい。
デヒド、ギ酸、糖アルコール、二酸化硫黄および塩化物
等の他の還元剤を添加してもよい。銀、マンガン、バナ
ジウム、モリブデン、パラジウムおよびプラチナ等の触
媒を、もし適当ならば添加してもよい。
こで、「部」および「パーセント」は、特に示さない限
り「重量部」および「重量パーセント」を意味する。
h)の水溶液を30%濃度のH2O2(207g/h)
と共に連続的に添加した。50%濃度のH2SO4を酸
強度が8.3Nに維持されるのに充分量送り込んだ。0
.15g/hのNaClもまた上記塩素酸塩溶液と共に
添加された(普通の塩素酸塩の塩化物不純物から生じて
いるものである)。上記発生器は約70℃の温度で連続
的に作用させ、かつ上記反応媒体を絶対圧力150mm
Hgすなわち大気圧未満で沸騰状態に保った。二酸化塩
素の生産量は1.9kg/lかつ24hrで収率は10
0%であった。
Claims (10)
- 【請求項1】 反応容器中において、二酸化塩素を発
生するような割合で、アルカリ金属塩素酸塩、鉱酸およ
び還元剤を、約50℃〜約100℃の温度にかつ約5N
〜約11Nの酸性度に維持されかつ水を蒸発させるのに
充分な大気圧未満の圧力下にある反応媒体中で反応させ
ることにより、二酸化塩素と酸素と水蒸気との混合物が
該反応容器中の蒸発帯域から取り出されかつアルカリ金
属硫酸塩が該反応容器中の晶出帯域に析出される二酸化
塩素の製造方法であって、上記還元剤として過酸化水素
を用いる前記二酸化塩素の製造方法。 - 【請求項2】 前記二酸化塩素の製造を、塩化物イオ
ンを実質的に添加することなく行なう、請求項1に記載
の方法。 - 【請求項3】 前記過酸化水素を塩素酸塩1トン当り
約0.06〜約0.6トン使用する、請求項1に記載の
方法。 - 【請求項4】 前記過酸化水素を塩素酸塩1トン当り
約0.16〜約0.32トン使用する、請求項1に記載
の方法。 - 【請求項5】 前記塩素酸塩濃度が前記反応容器中約
0.25M〜飽和濃度である、請求項1に記載の方法。 - 【請求項6】 前記塩素酸塩濃度が前記反応容器中約
0.4M〜飽和濃度である、請求項1に記載の方法。 - 【請求項7】 前記塩素酸塩濃度が前記反応容器中約
0.7M〜約2.5Mである、請求項1に記載の方法。 - 【請求項8】 普通のアルカリ金属塩素酸塩を、特に
アルカリ金属塩化物を添加せずに用いる、請求項1に記
載の方法。 - 【請求項9】 前記アルカリ金属がナトリウムである
、請求項1に記載の方法。 - 【請求項10】 請求項1に記載の方法によって製造
される二酸化塩素を、該方法によって形成される酸素と
共にパルプ工場において漂白剤として使用する方法。
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