JPH09286607A - 亜酸化窒素の製造方法 - Google Patents
亜酸化窒素の製造方法Info
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- JPH09286607A JPH09286607A JP8105124A JP10512496A JPH09286607A JP H09286607 A JPH09286607 A JP H09286607A JP 8105124 A JP8105124 A JP 8105124A JP 10512496 A JP10512496 A JP 10512496A JP H09286607 A JPH09286607 A JP H09286607A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】亜酸化窒素含有ガスから、亜酸化窒素と、窒素
および酸素等を分離する際に、分離装置が小型化できて
亜酸化窒素の凍結が少なく、かつ回収率の高い亜酸化窒
素の製造方法を提供する。 【解決手段】水蒸気の存在下にアンモニアおよび酸素を
反応させて得られた反応生成ガスを、亜酸化窒素、窒素
および酸素等の非凝縮性ガスと水とに冷却分離し、次い
で該非凝縮性ガスから亜酸化窒素を冷却分離するに際
し、冷媒として沸点が−４０〜−２４０℃の物質を用
い、熱交換器入り口における該冷媒の液体と気体の重量
比が１：０．０５〜２０となるように調整した冷媒を熱
交換器へ導入して、冷却し凝縮した亜酸化窒素と、窒素
および酸素を分離することを特徴とする亜酸化窒素の製
造方法。
および酸素等を分離する際に、分離装置が小型化できて
亜酸化窒素の凍結が少なく、かつ回収率の高い亜酸化窒
素の製造方法を提供する。 【解決手段】水蒸気の存在下にアンモニアおよび酸素を
反応させて得られた反応生成ガスを、亜酸化窒素、窒素
および酸素等の非凝縮性ガスと水とに冷却分離し、次い
で該非凝縮性ガスから亜酸化窒素を冷却分離するに際
し、冷媒として沸点が−４０〜−２４０℃の物質を用
い、熱交換器入り口における該冷媒の液体と気体の重量
比が１：０．０５〜２０となるように調整した冷媒を熱
交換器へ導入して、冷却し凝縮した亜酸化窒素と、窒素
および酸素を分離することを特徴とする亜酸化窒素の製
造方法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は亜酸化窒素の製造方
法に関する。詳しくは、アンモニアを水蒸気の存在下に
酸素で酸化して亜酸化窒素を製造する方法に関する。亜
酸化窒素は麻酔ガスやロケット燃料用支燃剤あるいは半
導体洗浄剤として有用な化合物である。
法に関する。詳しくは、アンモニアを水蒸気の存在下に
酸素で酸化して亜酸化窒素を製造する方法に関する。亜
酸化窒素は麻酔ガスやロケット燃料用支燃剤あるいは半
導体洗浄剤として有用な化合物である。
【０００２】
【従来の技術】従来、亜酸化窒素の製造方法としては、
(a) アンモニア酸化法、(b) 硝酸アンモニウム分解法、
(c) スルファミン酸と硝酸との反応による方法等が知ら
れている。この内、アンモニア酸化法(a) は原料が安価
なアンモニアと酸素であり、また、高収率が得られるた
めに工業的には好ましい方法である。
(a) アンモニア酸化法、(b) 硝酸アンモニウム分解法、
(c) スルファミン酸と硝酸との反応による方法等が知ら
れている。この内、アンモニア酸化法(a) は原料が安価
なアンモニアと酸素であり、また、高収率が得られるた
めに工業的には好ましい方法である。
【０００３】アンモニア酸化法(a) において、水蒸気を
共存させてアンモニアを酸化する方法が知られている。
この方法によれば、(1) 活性の劣化がないこと、(2) 水
蒸気を水に凝縮するだけで８０％以上の高濃度の亜酸化
窒素を得る事ができること、(3) 酸素あるいは窒素で爆
発限界を避ける方法に比べ安全領域が大きくより安全に
運転できること、 (4)水蒸気の熱容量が窒素や酸素より
も大きいため反応の温度制御が容易であるという長所が
ある（特開平５−５８６０７号）。
共存させてアンモニアを酸化する方法が知られている。
この方法によれば、(1) 活性の劣化がないこと、(2) 水
蒸気を水に凝縮するだけで８０％以上の高濃度の亜酸化
窒素を得る事ができること、(3) 酸素あるいは窒素で爆
発限界を避ける方法に比べ安全領域が大きくより安全に
運転できること、 (4)水蒸気の熱容量が窒素や酸素より
も大きいため反応の温度制御が容易であるという長所が
ある（特開平５−５８６０７号）。
【０００４】上記の方法で得られる反応生成物は、水蒸
気の凝縮温度以下に冷却し大部分の水を除去した後、必
要に応じてアルカリ水溶液および過マンガン酸カリウム
を溶解したアルカリ水溶液によりＮＯｘを除去し、窒素
および酸素が分離される。
気の凝縮温度以下に冷却し大部分の水を除去した後、必
要に応じてアルカリ水溶液および過マンガン酸カリウム
を溶解したアルカリ水溶液によりＮＯｘを除去し、窒素
および酸素が分離される。
【０００５】亜酸化窒素と窒素および酸素との分離方法
には、加圧下において反応生成物を水洗して亜酸化窒素
を水に吸収させ、亜酸化窒素を吸収した高圧水を減圧す
ることにより、高濃度の亜酸化窒素ガスを分離取得する
方法（特公昭３６−１０９５８号）がある。この方法は
水に対する亜酸化窒素の溶解度が低く、大量の水を使用
するために装置が大きくなり、また亜酸化窒素の回収率
も低く経済的でない。
には、加圧下において反応生成物を水洗して亜酸化窒素
を水に吸収させ、亜酸化窒素を吸収した高圧水を減圧す
ることにより、高濃度の亜酸化窒素ガスを分離取得する
方法（特公昭３６−１０９５８号）がある。この方法は
水に対する亜酸化窒素の溶解度が低く、大量の水を使用
するために装置が大きくなり、また亜酸化窒素の回収率
も低く経済的でない。
【０００６】また、上記方法を改良したものとして、水
洗塔とガス放散塔を２器ずつ使用し亜酸化窒素の回収率
を向上させる方法（特公昭４６−３２２１０号）があ
る。この方法は亜酸化窒素の回収率は向上しているが、
さらに水洗塔とガス放散塔が１器ずつ多くなり設備費が
増加する。
洗塔とガス放散塔を２器ずつ使用し亜酸化窒素の回収率
を向上させる方法（特公昭４６−３２２１０号）があ
る。この方法は亜酸化窒素の回収率は向上しているが、
さらに水洗塔とガス放散塔が１器ずつ多くなり設備費が
増加する。
【０００７】上記した特公昭３６−１０９５８号公報に
は従来の技術として、亜酸化窒素ガス、酸素および窒素
等を含む混合ガスを−８９℃以下に冷却して亜酸化窒素
を分離濃縮する方法が示されている。しかしながら、亜
酸化窒素の凝固点は約−９０℃であり、−８９℃以下に
冷却すると亜酸化窒素が凍結し熱交換器の伝熱部に付着
する。このため、気体相の冷却効率が悪くなる。すなわ
ち、固体亜酸化窒素の付着量は増加するが気体相全体を
充分に冷却することができなくなり回収率が低下する。
したがって、運転中に固体亜酸化窒素を除去する必要が
生じ、長時間連続運転を行うことはできない。
は従来の技術として、亜酸化窒素ガス、酸素および窒素
等を含む混合ガスを−８９℃以下に冷却して亜酸化窒素
を分離濃縮する方法が示されている。しかしながら、亜
酸化窒素の凝固点は約−９０℃であり、−８９℃以下に
冷却すると亜酸化窒素が凍結し熱交換器の伝熱部に付着
する。このため、気体相の冷却効率が悪くなる。すなわ
ち、固体亜酸化窒素の付着量は増加するが気体相全体を
充分に冷却することができなくなり回収率が低下する。
したがって、運転中に固体亜酸化窒素を除去する必要が
生じ、長時間連続運転を行うことはできない。
【０００８】冷却による亜酸化窒素と窒素、酸素を分離
する他の方法としては、亜酸化窒素含有ガスを圧力１５
〜３００バール、温度０〜−８８℃とし、気体相と液体
相に分離した後、生成した亜酸化窒素の液体相をストリ
ッピングし、さらに気体相を膨張により冷却した後亜酸
化窒素含有ガスを冷却する冷媒として使用する方法が示
されている（特開昭５４−２０９９４号）。この方法は
冷却のためのエネルギーを気体相の膨張により得ている
ためエネルギー消費量は少ないが、亜酸化窒素を凝縮さ
せる冷媒に気体を使用するため熱交換器の伝熱面積を大
きくする必要があり、その結果、多くの熱交換器を使用
する必要がある等設備費が大きくなる。
する他の方法としては、亜酸化窒素含有ガスを圧力１５
〜３００バール、温度０〜−８８℃とし、気体相と液体
相に分離した後、生成した亜酸化窒素の液体相をストリ
ッピングし、さらに気体相を膨張により冷却した後亜酸
化窒素含有ガスを冷却する冷媒として使用する方法が示
されている（特開昭５４−２０９９４号）。この方法は
冷却のためのエネルギーを気体相の膨張により得ている
ためエネルギー消費量は少ないが、亜酸化窒素を凝縮さ
せる冷媒に気体を使用するため熱交換器の伝熱面積を大
きくする必要があり、その結果、多くの熱交換器を使用
する必要がある等設備費が大きくなる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、亜酸
化窒素を加圧下で水に吸収させる方法は大量に水を使用
するため装置が大きくなる。また、亜酸化窒素を冷却し
液体として回収する方法は、亜酸化窒素が凍結する。さ
らに、冷媒に気体のみを用いた場合、熱交換器の伝熱面
積が大きくなる等の問題がある。
化窒素を加圧下で水に吸収させる方法は大量に水を使用
するため装置が大きくなる。また、亜酸化窒素を冷却し
液体として回収する方法は、亜酸化窒素が凍結する。さ
らに、冷媒に気体のみを用いた場合、熱交換器の伝熱面
積が大きくなる等の問題がある。
【００１０】本発明の目的は、亜酸化窒素と窒素および
酸素等を分離する際に、装置が小型化でき亜酸化窒素の
凍結が少ない亜酸化窒素の製造方法を提供するものであ
る。
酸素等を分離する際に、装置が小型化でき亜酸化窒素の
凍結が少ない亜酸化窒素の製造方法を提供するものであ
る。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決するために鋭意検討した結果、冷媒として液化ガ
スを使用し、該液化ガスを液体と気体の混合状態で亜酸
化窒素と熱交換させることにより熱交換器が小型化で
き、さらに亜酸化窒素の凍結を防止できることを見いだ
し本発明を完成した。すなわち、本発明は、水蒸気の存
在下にアンモニアおよび酸素を反応させて得られた反応
生成ガスを、亜酸化窒素、窒素および酸素等の非凝縮性
ガスと水とに冷却分離し、次いで該非凝縮性ガスから亜
酸化窒素を冷却分離するに際し、冷媒として沸点が−４
０〜−２４０℃の物質を用い、熱交換器入り口における
該冷媒の液体と気体の重量比が１：０．０５〜２０とな
るように調製した冷媒を熱交換器へ導入して、冷却し凝
縮した亜酸化窒素と、窒素および酸素を分離することを
特徴とする亜酸化窒素の製造方法である。
を解決するために鋭意検討した結果、冷媒として液化ガ
スを使用し、該液化ガスを液体と気体の混合状態で亜酸
化窒素と熱交換させることにより熱交換器が小型化で
き、さらに亜酸化窒素の凍結を防止できることを見いだ
し本発明を完成した。すなわち、本発明は、水蒸気の存
在下にアンモニアおよび酸素を反応させて得られた反応
生成ガスを、亜酸化窒素、窒素および酸素等の非凝縮性
ガスと水とに冷却分離し、次いで該非凝縮性ガスから亜
酸化窒素を冷却分離するに際し、冷媒として沸点が−４
０〜−２４０℃の物質を用い、熱交換器入り口における
該冷媒の液体と気体の重量比が１：０．０５〜２０とな
るように調製した冷媒を熱交換器へ導入して、冷却し凝
縮した亜酸化窒素と、窒素および酸素を分離することを
特徴とする亜酸化窒素の製造方法である。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明における亜酸化窒素
含有ガスとは、水蒸気の存在下にアンモニアおよび酸素
を反応させて得られた反応生成ガスを、水の沸点以下に
冷却して大部分の水とアンモニアを分離し得られた非凝
縮性ガスを、さらに必要に応じＮＯｘを除去した後、水
分をも完全に除去して得られる亜酸化窒素、窒素および
酸素を主体とする混合ガスである。
含有ガスとは、水蒸気の存在下にアンモニアおよび酸素
を反応させて得られた反応生成ガスを、水の沸点以下に
冷却して大部分の水とアンモニアを分離し得られた非凝
縮性ガスを、さらに必要に応じＮＯｘを除去した後、水
分をも完全に除去して得られる亜酸化窒素、窒素および
酸素を主体とする混合ガスである。
【００１３】ここでアンモニアおよび酸素の反応に使用
する触媒は、アンモニア酸化用触媒として知られている
公知の触媒を使用することができる。驚くべきことに、
水を添加すると、今まで触媒の劣化が認められた触媒に
おいても、その劣化は極めて少ない。おそらく触媒上の
硝酸痕のような被毒物質の洗浄効果あるいは触媒の酸化
状態の保持効果のためと推測される。このような触媒の
例としては、ＣｕＯ−ＭｎＯ2 系、Ｂｉ2Ｏ3 系、Ｆｅ2
Ｏ3−Ｂｉ2Ｏ3−ＭｎＯ2 系、ＭｎＯ2−ＣｏＯ−ＮｉＯ
系、Ｂａ2Ｏ−ＣｕＯ系、ＭｎＯ2 系、Ｐｒ2Ｏ3−Ｎｄ2
Ｏ3−ＣｅＯ3 系、Ｐｔ系が挙げられる。この中でもＭ
ｎ含有触媒が高活性であり好ましい。さらに調製が容易
なＣｕＯ−ＭｎＯ2 系が特に好ましい。これらの触媒は
通常管型反応器へ充填され、アンモニア、酸素および水
蒸気等の混合ガスが供給され反応が行われる。
する触媒は、アンモニア酸化用触媒として知られている
公知の触媒を使用することができる。驚くべきことに、
水を添加すると、今まで触媒の劣化が認められた触媒に
おいても、その劣化は極めて少ない。おそらく触媒上の
硝酸痕のような被毒物質の洗浄効果あるいは触媒の酸化
状態の保持効果のためと推測される。このような触媒の
例としては、ＣｕＯ−ＭｎＯ2 系、Ｂｉ2Ｏ3 系、Ｆｅ2
Ｏ3−Ｂｉ2Ｏ3−ＭｎＯ2 系、ＭｎＯ2−ＣｏＯ−ＮｉＯ
系、Ｂａ2Ｏ−ＣｕＯ系、ＭｎＯ2 系、Ｐｒ2Ｏ3−Ｎｄ2
Ｏ3−ＣｅＯ3 系、Ｐｔ系が挙げられる。この中でもＭ
ｎ含有触媒が高活性であり好ましい。さらに調製が容易
なＣｕＯ−ＭｎＯ2 系が特に好ましい。これらの触媒は
通常管型反応器へ充填され、アンモニア、酸素および水
蒸気等の混合ガスが供給され反応が行われる。
【００１４】本発明の水蒸気の存在下にアンモニアを酸
素で酸化反応せしめるに際し、反応器入り口での組成
は、水蒸気濃度が５０ｖｏｌ％以上にすることで特に触
媒活性の劣化を抑制する効果があり望ましい。また、こ
のアンモニアの酸化反応においてはアンモニアの濃度い
かんでは爆発の危険性があり、そのアンモニアの爆発下
限界は約１５ｖｏｌ％で、この爆発領域を避けるために
酸素あるいは窒素で希釈して反応ガス中のアンモニア濃
度を約１５ｖｏｌ％以下にする必要があり、安全性の面
からは１０ｖｏｌ％以下にすることが好ましい。このよ
うに酸素あるいは窒素で希釈した場合には、アンモニア
濃度が小さいため反応効率が悪く、さらには得られる反
応生成ガス中の余分な酸素および窒素を亜酸化窒素と分
離する必要がある。
素で酸化反応せしめるに際し、反応器入り口での組成
は、水蒸気濃度が５０ｖｏｌ％以上にすることで特に触
媒活性の劣化を抑制する効果があり望ましい。また、こ
のアンモニアの酸化反応においてはアンモニアの濃度い
かんでは爆発の危険性があり、そのアンモニアの爆発下
限界は約１５ｖｏｌ％で、この爆発領域を避けるために
酸素あるいは窒素で希釈して反応ガス中のアンモニア濃
度を約１５ｖｏｌ％以下にする必要があり、安全性の面
からは１０ｖｏｌ％以下にすることが好ましい。このよ
うに酸素あるいは窒素で希釈した場合には、アンモニア
濃度が小さいため反応効率が悪く、さらには得られる反
応生成ガス中の余分な酸素および窒素を亜酸化窒素と分
離する必要がある。
【００１５】しかしながら、水蒸気濃度を約６０％以上
にすればアンモニア、酸素のモル比によらず爆発領域を
回避できる事も見いだしている。このように反応器入り
口において水蒸気が６０ｖｏｌ％以上であれば前記した
希釈用としての余分な酸素や窒素は必要がなく、容易に
高濃度の亜酸化窒素を分離することができる。したがっ
て、好ましい水蒸気の使用量は反応器入り口濃度で５０
ｖｏｌ％以上、さらに好ましくは６０ｖｏｌ％以上であ
る。
にすればアンモニア、酸素のモル比によらず爆発領域を
回避できる事も見いだしている。このように反応器入り
口において水蒸気が６０ｖｏｌ％以上であれば前記した
希釈用としての余分な酸素や窒素は必要がなく、容易に
高濃度の亜酸化窒素を分離することができる。したがっ
て、好ましい水蒸気の使用量は反応器入り口濃度で５０
ｖｏｌ％以上、さらに好ましくは６０ｖｏｌ％以上であ
る。
【００１６】本発明の方法で使用するアンモニアは純粋
なアンモニアを使用してもよいが、アンモニア水溶液を
用いることもできる。アンモニアの反応器入り口の濃度
は上記したように、爆発領域を避けるために１０ｖｏｌ
％以下が好ましいが、水蒸気の使用量を６０ｖｏｌ％以
上にすることでその制限はなく、反応器入り口における
アンモニアの濃度は１〜３０ｖｏｌ％の範囲であり、好
ましくは１〜２０ｖｏｌ％の範囲である。
なアンモニアを使用してもよいが、アンモニア水溶液を
用いることもできる。アンモニアの反応器入り口の濃度
は上記したように、爆発領域を避けるために１０ｖｏｌ
％以下が好ましいが、水蒸気の使用量を６０ｖｏｌ％以
上にすることでその制限はなく、反応器入り口における
アンモニアの濃度は１〜３０ｖｏｌ％の範囲であり、好
ましくは１〜２０ｖｏｌ％の範囲である。
【００１７】本発明で使用する酸化源としての酸素は純
粋な酸素は勿論のこと、窒素等の不活性ガスを含んだ酸
素や空気を用いることもできるが、上述したように、こ
れ以上の窒素等で希釈された酸素を用いることは反応生
成ガス中の亜酸化窒素濃度が低くなり好ましくない。好
ましい酸素の使用量はアンモニア１モルに対し０．３〜
１．５モルの範囲である。
粋な酸素は勿論のこと、窒素等の不活性ガスを含んだ酸
素や空気を用いることもできるが、上述したように、こ
れ以上の窒素等で希釈された酸素を用いることは反応生
成ガス中の亜酸化窒素濃度が低くなり好ましくない。好
ましい酸素の使用量はアンモニア１モルに対し０．３〜
１．５モルの範囲である。
【００１８】これらのアンモニア、酸素および水蒸気等
の混合ガスの供給速度は、０℃、１気圧の状態に換算し
て空間速度１００〜１０，０００／ｈｒ、好ましくは
１，０００〜５０，０００／ｈｒの範囲である。
の混合ガスの供給速度は、０℃、１気圧の状態に換算し
て空間速度１００〜１０，０００／ｈｒ、好ましくは
１，０００〜５０，０００／ｈｒの範囲である。
【００１９】反応温度は２００〜５００℃が好ましい
が、高すぎると窒素酸化物の副生量が増加し好ましくな
い。従って、さらに好ましくは２５０〜４５０℃であ
る。
が、高すぎると窒素酸化物の副生量が増加し好ましくな
い。従って、さらに好ましくは２５０〜４５０℃であ
る。
【００２０】反応圧力は高圧の方が反応速度が早くなる
が、反応器が高価になり不経済であり、好ましくは０〜
２０ｋｇ／ｃｍ2-Ｇ、更に好ましくは０．３〜５ｋｇ／
ｃｍ 2-Ｇである。
が、反応器が高価になり不経済であり、好ましくは０〜
２０ｋｇ／ｃｍ2-Ｇ、更に好ましくは０．３〜５ｋｇ／
ｃｍ 2-Ｇである。
【００２１】このようにして得られた反応生成ガスを水
蒸気の沸点以下に冷却し、水蒸気と、亜酸化窒素、酸素
および窒素等の非凝縮性ガスとに分離される。得られる
非凝縮性ガス中には、通常亜酸化窒素が４０〜９０ｖｏ
ｌ％程度含まれている。
蒸気の沸点以下に冷却し、水蒸気と、亜酸化窒素、酸素
および窒素等の非凝縮性ガスとに分離される。得られる
非凝縮性ガス中には、通常亜酸化窒素が４０〜９０ｖｏ
ｌ％程度含まれている。
【００２２】さらに必要に応じて、アルカリ水溶液およ
び過マンガン酸を含むアルカリ水溶液に接触させ微量の
窒素酸化物を除去し、次いで水分を除去して得た亜酸化
窒素含有ガスを加圧下で冷却し、亜酸化窒素を液化する
ことにより、亜酸化窒素と酸素および窒素とに分離す
る。
び過マンガン酸を含むアルカリ水溶液に接触させ微量の
窒素酸化物を除去し、次いで水分を除去して得た亜酸化
窒素含有ガスを加圧下で冷却し、亜酸化窒素を液化する
ことにより、亜酸化窒素と酸素および窒素とに分離す
る。
【００２３】この亜酸化窒素含有ガスを冷却する冷媒と
しては、−４０〜−２４０℃、好ましくは−６０〜−２
００℃、さらに好ましくは−９０〜−２００℃の範囲に
沸点を持つ物質を用いる。冷媒の蒸発熱を利用すること
により熱交換器の伝熱面積を小さくすることができる。
冷媒の沸点が−４０℃より高いと冷却温度が高くなり、
回収率が低下する。また、この場合回収率を高くするた
めには、より高い圧力で亜酸化窒素含有ガスを冷却しな
ければならない。冷媒の沸点が−２４０℃より低いと局
部冷却が起こり亜酸化窒素の凍結が起こり易くなる。
しては、−４０〜−２４０℃、好ましくは−６０〜−２
００℃、さらに好ましくは−９０〜−２００℃の範囲に
沸点を持つ物質を用いる。冷媒の蒸発熱を利用すること
により熱交換器の伝熱面積を小さくすることができる。
冷媒の沸点が−４０℃より高いと冷却温度が高くなり、
回収率が低下する。また、この場合回収率を高くするた
めには、より高い圧力で亜酸化窒素含有ガスを冷却しな
ければならない。冷媒の沸点が−２４０℃より低いと局
部冷却が起こり亜酸化窒素の凍結が起こり易くなる。
【００２４】このような冷媒としては、例えば塩素、酸
素、窒素、アルゴン、キセノン、クリプトン、アンモニ
ア、メタン、エタン、エチレン、プロパン、シクロプロ
パン、プロピレン、フロン−１２、フロン−１３、フロ
ン−２２、フロン−２３、フロン−４１、フロン−１１
６等があるが、中でも腐食性が低く亜酸化窒素に混入し
ても燃焼を起こさず安全な酸素、窒素、アルゴン、キセ
ノン、クリプトン、フロン−１３、フロン−２２、フロ
ン−２３、フロン−４１、フロン−１１６等が好ましく
用いられるが、さらに、空気中に放出しても環境問題を
引き起こすことがない酸素、窒素、アルゴンは特に好ま
しいく用いられる。
素、窒素、アルゴン、キセノン、クリプトン、アンモニ
ア、メタン、エタン、エチレン、プロパン、シクロプロ
パン、プロピレン、フロン−１２、フロン−１３、フロ
ン−２２、フロン−２３、フロン−４１、フロン−１１
６等があるが、中でも腐食性が低く亜酸化窒素に混入し
ても燃焼を起こさず安全な酸素、窒素、アルゴン、キセ
ノン、クリプトン、フロン−１３、フロン−２２、フロ
ン−２３、フロン−４１、フロン−１１６等が好ましく
用いられるが、さらに、空気中に放出しても環境問題を
引き起こすことがない酸素、窒素、アルゴンは特に好ま
しいく用いられる。
【００２５】本発明で重要なのは、冷媒には液体と気体
の混合物を用いることである。冷媒に液体を使用するこ
とにより、液化ガスが気化する際の蒸発熱を利用するこ
とができ、熱交換器の伝熱面積を小さくすることができ
る。また、液体と同時に気体を存在させることにより、
亜酸化窒素の局部冷却を防止し亜酸化窒素の凍結を防ぐ
ことができる。
の混合物を用いることである。冷媒に液体を使用するこ
とにより、液化ガスが気化する際の蒸発熱を利用するこ
とができ、熱交換器の伝熱面積を小さくすることができ
る。また、液体と同時に気体を存在させることにより、
亜酸化窒素の局部冷却を防止し亜酸化窒素の凍結を防ぐ
ことができる。
【００２６】このような冷媒は、液体と気体とを混合し
た混合物の温度が均一な状態となったものを使用しても
よいし、液体の一部を蒸発させて得られる液体と気体の
混合物を使用してもよい。また、予め凝縮温度まで冷却
された気体と液体を熱交換器入り口において混合してか
ら熱交換器に導入してもよい。いずれの場合において
も、熱交換器入り口において冷媒の液体と気体の存在比
が重量比で１：０．０５〜２０、好ましくは１：０．１
〜１０となるようにする。液体と気体の存在比が１：
０．０５より小さいと亜酸化窒素が凍結し易くなる。一
旦、亜酸化窒素の凍結が生じると、熱交換器の伝熱部ま
たは凝固した亜酸化窒素と気体相の接触部分で亜酸化窒
素の凍結が進行し、ついには熱交換器の閉塞を起こす。
た混合物の温度が均一な状態となったものを使用しても
よいし、液体の一部を蒸発させて得られる液体と気体の
混合物を使用してもよい。また、予め凝縮温度まで冷却
された気体と液体を熱交換器入り口において混合してか
ら熱交換器に導入してもよい。いずれの場合において
も、熱交換器入り口において冷媒の液体と気体の存在比
が重量比で１：０．０５〜２０、好ましくは１：０．１
〜１０となるようにする。液体と気体の存在比が１：
０．０５より小さいと亜酸化窒素が凍結し易くなる。一
旦、亜酸化窒素の凍結が生じると、熱交換器の伝熱部ま
たは凝固した亜酸化窒素と気体相の接触部分で亜酸化窒
素の凍結が進行し、ついには熱交換器の閉塞を起こす。
【００２７】また、一方では、熱交換器の伝熱部に固体
状の亜酸化窒素が付着することにより総括伝熱係数が低
下し、気体相全体を充分に冷却することができなくな
り、亜酸化窒素の回収率が低下する。また、液体と気体
の存在比が１：２０より大きいと熱交換器の伝熱面積を
大きくする必要があり設備費が高くなる。
状の亜酸化窒素が付着することにより総括伝熱係数が低
下し、気体相全体を充分に冷却することができなくな
り、亜酸化窒素の回収率が低下する。また、液体と気体
の存在比が１：２０より大きいと熱交換器の伝熱面積を
大きくする必要があり設備費が高くなる。
【００２８】冷媒を熱交換器に導入する方法に関しては
特に制限はなく、あらかじめ気体と液体が充分混合され
ている状態で導入してもよいし、別々に熱交換器に導入
してもよいが、熱交換器内においては気体と液体が充分
に混合されていることが好ましい。冷却に使用した冷媒
は回収し再利用することができる。
特に制限はなく、あらかじめ気体と液体が充分混合され
ている状態で導入してもよいし、別々に熱交換器に導入
してもよいが、熱交換器内においては気体と液体が充分
に混合されていることが好ましい。冷却に使用した冷媒
は回収し再利用することができる。
【００２９】亜酸化窒素含有ガスの冷却は加圧下で行
う。加圧することにより亜酸化窒素の凝縮温度が高くな
り、亜酸化窒素を液体として分離しやすくなり回収率が
高くなる。通常、圧力は５〜１００ｋｇ／ｃｍ2-Ｇ、好
ましくは１０〜５０ｋｇ／ｃｍ 2-Ｇである。圧力が５ｋ
ｇ／ｃｍ2-Ｇに満たないと気体相に残存する亜酸化窒素
の割合が多くなり回収率が低下する。また、１００ｋｇ
／ｃｍ2-Ｇを越えると加圧のためのエネルギーが大きく
なり運転コストが高くなる上、設備費も高くなる。
う。加圧することにより亜酸化窒素の凝縮温度が高くな
り、亜酸化窒素を液体として分離しやすくなり回収率が
高くなる。通常、圧力は５〜１００ｋｇ／ｃｍ2-Ｇ、好
ましくは１０〜５０ｋｇ／ｃｍ 2-Ｇである。圧力が５ｋ
ｇ／ｃｍ2-Ｇに満たないと気体相に残存する亜酸化窒素
の割合が多くなり回収率が低下する。また、１００ｋｇ
／ｃｍ2-Ｇを越えると加圧のためのエネルギーが大きく
なり運転コストが高くなる上、設備費も高くなる。
【００３０】このような条件下に冷媒と亜酸化窒素含有
ガスの熱交換は、並流でも向流でもよいが、並流の方が
亜酸化窒素の局部冷却が起こりにくく、亜酸化窒素の凍
結を防ぎ易い。
ガスの熱交換は、並流でも向流でもよいが、並流の方が
亜酸化窒素の局部冷却が起こりにくく、亜酸化窒素の凍
結を防ぎ易い。
【００３１】上記のような条件で亜酸化窒素含有ガスを
−４０〜−９０℃に冷却し、凝縮した亜酸化窒素を、窒
素および酸素と分離する。液化した亜酸化窒素を蒸留し
再び冷却凝縮させてもよい。このようにして得られる亜
酸化窒素は純度９９％以上であり、回収率は９０％以上
に達する。
−４０〜−９０℃に冷却し、凝縮した亜酸化窒素を、窒
素および酸素と分離する。液化した亜酸化窒素を蒸留し
再び冷却凝縮させてもよい。このようにして得られる亜
酸化窒素は純度９９％以上であり、回収率は９０％以上
に達する。
【００３２】
【実施例】以下、本発明を実施例により詳細に説明す
る。
る。
【００３３】実施例１ 水蒸気の存在下アンモニアを酸素で酸化し、得られた反
応生成ガスを３０℃に冷却し、さらに残留する水分を完
全に除去した。このようにして、亜酸化窒素７３ｖｏｌ
％、窒素１６ｖｏｌ％、酸素１１ｖｏｌ％の亜酸化窒素
含有ガスを連続的に合成した。この亜酸化窒素含有ガス
を圧縮器で２０ｋｇ／ｃｍ2-Ｇまで圧縮し、亜酸化窒素
を凝縮するための熱交換器に送入した。この熱交換器に
冷媒として液体の窒素とあらかじめ凝縮温度まで冷却し
た気体の窒素を１：２となるように、また、亜酸化窒素
含有ガスに並流で熱交換器へ供給し、徐々に冷却を行っ
た。窒素を液体と気体の合計で１２０ｇ／ｈｒ流したと
き、亜酸化窒素含有ガスを−６０℃の温度で冷却した結
果、亜酸化窒素の凍結は観察されず、この状態で３０日
間の連続運転ができたことから、それ以上の長期に渡る
連続運転も可能であり、このときの亜酸化窒素の回収率
は９２％だった。結果を表１に示す。
応生成ガスを３０℃に冷却し、さらに残留する水分を完
全に除去した。このようにして、亜酸化窒素７３ｖｏｌ
％、窒素１６ｖｏｌ％、酸素１１ｖｏｌ％の亜酸化窒素
含有ガスを連続的に合成した。この亜酸化窒素含有ガス
を圧縮器で２０ｋｇ／ｃｍ2-Ｇまで圧縮し、亜酸化窒素
を凝縮するための熱交換器に送入した。この熱交換器に
冷媒として液体の窒素とあらかじめ凝縮温度まで冷却し
た気体の窒素を１：２となるように、また、亜酸化窒素
含有ガスに並流で熱交換器へ供給し、徐々に冷却を行っ
た。窒素を液体と気体の合計で１２０ｇ／ｈｒ流したと
き、亜酸化窒素含有ガスを−６０℃の温度で冷却した結
果、亜酸化窒素の凍結は観察されず、この状態で３０日
間の連続運転ができたことから、それ以上の長期に渡る
連続運転も可能であり、このときの亜酸化窒素の回収率
は９２％だった。結果を表１に示す。
【００３４】実施例２〜９ 熱交換器入り口において、冷媒として窒素の液体と気体
の重量比、および亜酸化窒素含有ガスの熱交換器への装
入圧力、冷却温度を変化させた他は実施例１と同様にし
た。このときの結果を表１に示す。なお、いずれの実施
例においても、亜酸化窒素の凍結は観察されなかった。
の重量比、および亜酸化窒素含有ガスの熱交換器への装
入圧力、冷却温度を変化させた他は実施例１と同様にし
た。このときの結果を表１に示す。なお、いずれの実施
例においても、亜酸化窒素の凍結は観察されなかった。
【００３５】
【表１】
【００３６】比較例１ 冷媒として、熱交換器入り口における窒素の液体と気体
の重量比を１：３０とした他は実施例１と同様にした。
窒素の流量が実施例１と同じ量になったときの亜酸化窒
素含有ガスの温度は−１５℃であり、このときの亜酸化
窒素回収率は１３％だった。さらに液体と気体の割合を
一定にしたまま窒素の流量を増やしたが、−３０℃付近
までしか冷却できなかった。また、−３０℃のときの亜
酸化窒素の回収率は６９％だった。この条件では結果的
に伝熱面積不足であった。
の重量比を１：３０とした他は実施例１と同様にした。
窒素の流量が実施例１と同じ量になったときの亜酸化窒
素含有ガスの温度は−１５℃であり、このときの亜酸化
窒素回収率は１３％だった。さらに液体と気体の割合を
一定にしたまま窒素の流量を増やしたが、−３０℃付近
までしか冷却できなかった。また、−３０℃のときの亜
酸化窒素の回収率は６９％だった。この条件では結果的
に伝熱面積不足であった。
【００３７】比較例２ 熱交換器入り口における窒素の液体と気体の重量比を
１：０．０２とした他は実施例１と同様にした。徐々に
窒素の流量を増加させながら、冷却する亜酸化窒素含有
ガスの温度が−４０℃付近を過ぎたとき以降は、窒素流
量の変化に対する温度変化が緩やかになり、熱交換器の
総括伝熱係数が低下した。熱交換器を解体して内部を観
察したところ、固体亜酸化窒素が伝熱部に付着してい
た。
１：０．０２とした他は実施例１と同様にした。徐々に
窒素の流量を増加させながら、冷却する亜酸化窒素含有
ガスの温度が−４０℃付近を過ぎたとき以降は、窒素流
量の変化に対する温度変化が緩やかになり、熱交換器の
総括伝熱係数が低下した。熱交換器を解体して内部を観
察したところ、固体亜酸化窒素が伝熱部に付着してい
た。
【００３８】比較例３ 冷媒として液体窒素のみを使用した他は実施例１と同様
にした。液体窒素の量を徐々に増加させたところ、冷却
する亜酸化窒素含有ガスの温度が約−２５℃になったと
き比較例２と同様に窒素流量の変化に対する温度変化の
緩やかな現象が生じ、固体亜酸化窒素が熱交換器内部に
付着していた。
にした。液体窒素の量を徐々に増加させたところ、冷却
する亜酸化窒素含有ガスの温度が約−２５℃になったと
き比較例２と同様に窒素流量の変化に対する温度変化の
緩やかな現象が生じ、固体亜酸化窒素が熱交換器内部に
付着していた。
【００３９】実施例１０ 窒素の代わりに酸素を使用し、熱交換器入り口での液体
と気体の重量比を１：４とした他は実施例１と同様にし
た。亜酸化窒素含有ガスの冷却温度が−６０℃のとき、
亜酸化窒素の回収率は実施例１と同じ値を示し、亜酸化
窒素の凍結は観察されなかった。この状態で３０日間の
連続運転ができたことから、それ以上の長期に渡る連続
運転も可能である。
と気体の重量比を１：４とした他は実施例１と同様にし
た。亜酸化窒素含有ガスの冷却温度が−６０℃のとき、
亜酸化窒素の回収率は実施例１と同じ値を示し、亜酸化
窒素の凍結は観察されなかった。この状態で３０日間の
連続運転ができたことから、それ以上の長期に渡る連続
運転も可能である。
【００４０】
【発明の効果】アンモニア酸化法により得られた亜酸化
窒素含有ガスから亜酸化窒素を冷却分離するに際し、冷
媒として気液混合状態の液化ガスを用いることにより、
亜酸化窒素の凍結が防止でき、効率良く回収率の高い工
業的に優位な亜酸化窒素の製造方法を提供できる。
窒素含有ガスから亜酸化窒素を冷却分離するに際し、冷
媒として気液混合状態の液化ガスを用いることにより、
亜酸化窒素の凍結が防止でき、効率良く回収率の高い工
業的に優位な亜酸化窒素の製造方法を提供できる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 寛 大阪府高石市高砂１丁目６番地 三井東圧 化学株式会社内 (72)発明者 吉永 進 大阪府高石市高砂１丁目６番地 三井東圧 化学株式会社内
Claims (2)
- 【請求項１】水蒸気の存在下にアンモニアおよび酸素を
反応させて得られた反応生成ガスを、亜酸化窒素、窒素
および酸素等の非凝縮性ガスと水とに冷却分離し、次い
で該非凝縮性ガスから亜酸化窒素を冷却分離するに際
し、冷媒として沸点が−４０〜−２４０℃の物質を用
い、熱交換器入り口における該冷媒の液体と気体の重量
比が１：０．０５〜２０となるように調整した冷媒を熱
交換器へ導入して、冷却し凝縮した亜酸化窒素と、窒素
および酸素を分離することを特徴とする亜酸化窒素の製
造方法。 - 【請求項２】冷媒が、酸素、窒素およびアルゴンからな
る群より選ばれる一種類以上の物質である請求項１記載
の方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10512496A JP3590192B2 (ja) | 1996-04-25 | 1996-04-25 | 亜酸化窒素の製造方法 |
| US08/829,612 US5849257A (en) | 1996-04-03 | 1997-03-31 | Process for preparation of nitrous oxide |
| EP97302295A EP0799792B1 (en) | 1996-04-03 | 1997-04-03 | Process and catalyst for preparation of nitrous oxide |
| DE69702630T DE69702630T2 (de) | 1996-04-03 | 1997-04-03 | Verfahren und Katalysator zur Herstellung von Distickstoffmonoxid |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10512496A JP3590192B2 (ja) | 1996-04-25 | 1996-04-25 | 亜酸化窒素の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09286607A true JPH09286607A (ja) | 1997-11-04 |
| JP3590192B2 JP3590192B2 (ja) | 2004-11-17 |
Family
ID=14399052
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10512496A Expired - Lifetime JP3590192B2 (ja) | 1996-04-03 | 1996-04-25 | 亜酸化窒素の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3590192B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20110009124A (ko) * | 2008-04-02 | 2011-01-27 | 바스프 에스이 | Ｎ２０의 정제 방법 |
| JP2015027929A (ja) * | 2013-06-18 | 2015-02-12 | エア プロダクツ アンド ケミカルズ インコーポレイテッドＡｉｒ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ Ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ | 亜酸化窒素の回収及び精製 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101318555B1 (ko) * | 2005-05-13 | 2013-10-16 | 에네세틱 가스 레클레메이션, 엘엘씨 | 마취가스 재생 방법 및 장치 |
-
1996
- 1996-04-25 JP JP10512496A patent/JP3590192B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20110009124A (ko) * | 2008-04-02 | 2011-01-27 | 바스프 에스이 | Ｎ２０의 정제 방법 |
| JP2015027929A (ja) * | 2013-06-18 | 2015-02-12 | エア プロダクツ アンド ケミカルズ インコーポレイテッドＡｉｒ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ Ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ | 亜酸化窒素の回収及び精製 |
| US10464813B2 (en) | 2013-06-18 | 2019-11-05 | Versum Materials Us, Llc | Process for recovery and purification of nitrous oxide |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3590192B2 (ja) | 2004-11-17 |
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|---|---|---|---|
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