WO1991008824A1 - Procede de concentration de chlore gazeux - Google Patents

Description

明 細

塩素ガス の濃縮方法

[ 産業上の利用分野 ]

本発明 は圧カス イ ン グ吸着法を利用 す る 塩素の濃縮 方法 に 関す る も のであ る 。

[従来の技術 ]

塩素は非常に重要な工業中間原料で多 く の化学産業 で使用 さ れてお り 、 各所に塩素の分離や濃縮の た めの 設備が存在す る 。

従来塩素を含むガス よ り 塩素を分離す る 方法 と し て は 、 ガス を加圧 · 冷却 し て液体塩素 と し ガス よ り 分離 す る 方法や、 塩素系有機溶剤 に塩素を吸収さ せ吸収 し た溶剤を ス ト リ ピ ン グす る こ と に よ り 塩素を分離す る 方法な どが知 られて い る 。

し か し前者の方法は高圧のガス を取 り 扱 う ので高価 で保守管理の面倒なガス圧縮機や冷凍設備な どが必要 と な り 、 特に塩素濃度の比較的低いガス よ り 塩素を分 離す る 場合に は非常な高圧ま た は極低温に よ る 操作 と な り 設備費が増大す る 。 ま た後者の方法は通常溶剤 と し て 四塩化炭素を使用 す る が、 昨今の フ ロ ン ガス に よ る 環境問題 に よ り 四塩化炭素の使用 が禁止さ れる 方向 に あ り 将来で も有効な方法 と は言え な く な っ た 。

[発明が解決 し ょ う と す る 課題 ] こ の よ う に塩素を含有す る ガスか ら塩素を分離す る 場合、 特に塩素濃度が比較的低いガス か ら塩素を分離 す る 際に は現状は有効な方法がな い。 本発明 は高圧ガ ス と し て の取 り 扱い につ いて の法規制を受けず ま た溶 剤 に基 く 環境問題の な い、 塩素含有ガスか ら塩素を分 離 し 濃縮す る 方法を提供する こ と に あ る 。

[課題を解決す る ための手段 ]

ガス を分離す る 方法 と し て良 く 用 い られる 手段に圧 カス ィ ン グ吸着法があ る 。 酸素 · 窒素の純度ア ッ プや —酸化炭素 ♦ 水素の純度ア ッ プに使用 さ れる のが通常 で あ る 。 検討に先立っ て先行技術の調査を し たが、 塩 素 につ いて先行す る 文献 · 技術は存在 し な い。

そ こ で本発明者 ら は塩素を含有す る ガス を圧力スィ ン グ吸着に よ り 塩素を分離で き な いか と い う 点にっレヽ て鋭意検討 し 、 吸着剤にゼォ ラ イ 卜 、 活性炭及び非ゼ オ ラ イ ト 系多孔質酸性酸化物を用 い る こ と に よ り 塩素 を有効に分離す る こ と が可能であ る こ と を見出 し本発 明 に至 っ た。

[ 図 につ いて の簡単な説明 ]

図 1 は本発明 の実施を特 に連続的 に行な う ため に複 数の吸着塔 （4 a， 4 b及び 4 c ) を用 い る設備の模式図であ り 、 原料ガス は管 1 か ら圧縮機 2 を.経て吸収塔 に送 ら れ、 吸収塔で脱塩素さ れたガス はブロ ー ヮ ー 7 を経て 系 の外に送 られる 。 一方脱着さ れて塩素濃度の高め ら れ たガス は真空ポ ン プ 1 0を経て系の外に送 られる 。 8 は流量調節機構であ り 、 3 , 5 , 9 , 1 1， 1 2 a , 1 2 b及 び 1 4か ら 2 1ま で は切替弁であ る 。

[ こ の発明 を実施す る 最良の形態 ]

即 ち 、 本発明 は塩素を吸着 し う る 吸着剤を充塡 し た 吸着塔に 、 塩素を含有す る ガス を導入 し て特に塩素を 吸着 さ せ、 そ の後ガス の導入を停止 し 、 吸着の た め に ガス を導入 し た時 よ り も低い圧力 に す る こ と で、 吸着 さ れて い た塩素ガス を脱着 し 、 導入ガス の塩素濃度よ り 高い塩素濃度のガス を得る と と も に吸着剤は再生さ れ る 技術であ り 、 こ の よ う に し て再生さ れた吸着剤は 再び前出 の塩素吸着に使用 す る こ と も で き る 特徴があ る 塩素ガス の濃縮方法に 関す る 。

本発明の方法が適用 さ れる 塩素を含有す る ガス に は 塩素以外のガス と し て は酸素、 窒素、 二酸化炭素、 一 酸化炭素水素、 アルゴン 、 メ タ ン な どの炭化水素等が 存在 し て よ いが、 圧力ス イ ン グ吸着法で こ れ ら を含む ガス か ら塩素を分離す る に は、 こ れ ら のガス と 吸着剤 と の吸着親和力が塩素に対す る 場合よ り 充分 に差があ る も の を選択す る 必要があ る 。 そ こ で本発明 に使用 す る 塩素 の 吸着剤 と し て は 、 合成お よ び天然ゼ ォ ラ イ 卜 、 非ゼォ ラ イ 卜 系多孔質酸性酸化物や活性炭お よ び 分子ふ る い カ ーボ ン の よ う な炭素質吸着剤が選択さ れ る 。 た と え ばゼォ ラ イ ト と し て は A型、 X型、 Y型、 L 型、 Z S M型、 天然モルデナイ ト な どが挙げ られる が好 ま し く は X型、 Y型、 L 型、 Z S M型であ り 、 特 に好 ま し く は高ケィ 素含有のゼォ ラ イ 卜 であ る 。 非ゼ ォ ラ イ 卜 系多孔質酸性酸化物 と し て は アル ミ ナ、 シ リ 力 、 シ リ カ アル ミ ナ、 チ タ ニ ア 、 マグネ シア等が挙げ ら れ る 。 活性炭 と し て は.果実殻系、 木材系、 石炭系、 石油系な どが吸着剤 と し て使用 で き る が こ の中で も分 子ふ る い カ ーボ ン 、 ヤ シ殻活性炭が好ま し い 。 こ れ ら の吸着剤に対 し て は塩素は前記の各ガス に比較 し よ り 強い親和力 を有 し て い る ので、 こ れ ら の吸着剤を充塡 し た吸着塔に塩素を含有す る ガス を導入す る と 塩素は 他のガス よ り 優先的 に吸着さ れる ので 、 吸着塔のガス 出 口側で は塩素濃度の低いガスが、 時に は ほ と ん ど検 出 さ れな い程度ま でのガスが得 られる 。

吸着剤に吸着さ せ る 塩素を含有す る ガス の塩素濃度 に は特に制限は な いが通常 5 〜 8 0 %塩素濃度が適用 さ れ る 。 塩素濃度が低い場合に は脱着に よ る 再生操作ま で の吸着時間を長 く 取る こ と がで き る 。

な お この吸着操作の操作圧力は後の塩素の脱着操作 よ り 高い圧力 に す る 。

操作温度は充塡す る ゼォ ラ イ 卜 の種類 · 導入ガス に 含 ま れる 塩素以外のガス の種類や経済的な問題で決定 さ れ る 。 た と え ば Y型ゼオ ラ イ ト を吸着剤 と し て使用 し 、 同伴ガス に二酸化炭素が混合さ れて い る 場合に は 常温付近で も充分な塩素吸着を行 う こ と がで き る 。 一方充塡物の劣化防止や設備の材質劣化を 防止す る た め に原料ガス 中の水分は低い方が良 く 、 1 0 0 O p p m 以 下が望ま し い。

吸着塔への塩素の吸着が進み、 飽和状態に近づい た と こ ろ で原料 と し て の塩素を含有す る ガス の吸着塔へ の供給を停止す る 。 続いて吸着塔の操作圧力を降下さ せ 、 吸着 し て い る 塩素お よ びそ の他のガス を脱着さ せ る 。 こ の時の操作圧力は吸着時の圧力以下 と し 、 必要 に応 じ て は真空ポ ン プに よ り 大気圧以下 に す る こ と も 有効で あ る 。 ま た操作温度は任意であ る が、 基本的 に は吸着時の温度 と 同 じ と す る 方が経済的であ る 。 も ち ろ ん経済的 に有効であればいわ ゆ る サーマルスィ ン グ 方式 を取 る こ と も可能であ る 。

更 に 、 脱着操作時に少量の不活性ガス 、 好 ま し く は 窒素ガス を通気さ せ る こ と は吸着剤か ら塩素ガス の脱 着が促進さ れ好ま し い態様で あ る 。

こ の脱着操作に よ り 導入ガス に お け る よ り も塩素濃 度の高いガス を得 る こ と がで き る と と も に 、 塩素を吸 着 し た 吸着剤 は 脱塩素 さ れ る の で再生す る こ と がで き 、 再び次の吸着操作を繰 り 返 し行 う こ と がで き る 。

次 に工業規模に お け る よ り 具体的な形で の実施の状 態 に つ いて説明す る 。 第 1 図はそ の形態を示す 。

第 1 図で は塩素を含有す る 原料ガス は管 1 よ り ガス 圧縮機 2 に送 ら れ、 こ こ で所定圧力 ま で昇圧さ れた 後、 切換弁 3 を経て、 3 基の吸着塔 4a, 4b, 4cの内の 第 1 の吸着塔 4aに送 り 込ま れる 。 3 基の吸着塔 4a, 4b, 4cは各々 前出の塩素を優先的に吸着する吸着剤が 充塡されてお り 、 加圧状態で導入された原料ガス中の 塩素が優先的に吸着され、 吸着塔 4aの出口には塩素の 含有率の低いガス、 時にはほ と ん ど検出で き ない程度 に低い塩素濃度のガス （以下処理済ガス と する ） が得 られる 。 こ の脱塩素ガスは切換弁 5 、 弁 6 を経てプロ ヮ 7 に送られ排出される 。

こ の時、 第 2 の吸着塔 4bで は、 第 1 の吸着塔 4aか ら 吐出 し た処理済ガス の一部が流量調節機構 8 、 切換弁 9 を経て第 2 の吸着塔 4b内に導入され、 こ の塔内の圧 力が処理済ガス に よ っ て高められる充圧工程が実施さ れてお り 、 ま た第 3 の吸着塔 4 cでは こ の塔内の真空ポ ンプ 10と が切換弁 11 , 12a を経て接続され、 こ の塔内 の吸着剤が減圧状態で再生処理される再生ェ程が実施 さ れてレ、る 。

そ して所定量の塩素を吸着 して飽和寸前と なっ た吸 着塔 4aは、 切換弁 3 の切 り 換え に よ っ て原料ガスの導 入が停止される と共に、 切換弁 14の切 り 換え に よ っ て 塔内が真空ポンプ 10で排気されて減圧状態と な り 、 吸 着剤に吸着された塩素が脱着さ れ、 吸着剤が再生され ― る （再生工程） 。 こ の再生工程で製品と しての塩素濃 度の高いガス を真空ポ ン プ 10の吐出 口か ら得 る こ と が で き 、 こ の塩素を高濃度に含有 し たガス は下流の消費 ェ程 に送 られる

の時第 2 の吸着塔 4bで は、 原料ガス が切換弁 15を 経 て 導入 さ れ 、 こ の塔の 出 口 か ら 処理済ガス が吐出 し 、 切換弁 16、 弁 6 を経てブロ ワ 7 に送 ら れ、 さ ら に 消費工程へ送 られる 。 ま た第 3 の吸着塔 4cで は第 2 の 吸着塔 4bか ら吐出 さ れる 処理済ガス の一部が流量調節 機構 8 、 切換弁 Πを経て導入さ れ、 こ の塔内の圧力が 処理済ガス に よ つ て高め られる 充圧工程が実施さ れて い る

そ の後第 3 の吸着塔 4cで は切換弁 18を経て原料ガス が導入さ れ、 処理済ガス が切換弁 19、 弁 6 を経て プロ つ 7 に送 られ排出 さ れる 。 こ れ と 同時 に第 1 の吸着塔 4aで は 、 第 3 の吸着塔 4cか ら吐出 さ れる 処理済ガス の 一部が流量調節機構 8 、 切換弁 20を経て導入さ れ、 こ の塔内の圧力が処理済ガス に よ っ て高め ら れる 充圧ェ 程が実施さ れて レ、 る 。

の時第 2 の吸着塔 4bで は、 切換弁 15の切 り 換え に よ り 原料ガス の導入が停止さ れる と 共 に 、 切換弁 21の 切 り 換え に よ っ て塔内が真空ポ ン プ 1 Gで排気さ れて減 圧状態に な り 、 吸着剤に吸着さ れた塩素が脱着さ れ、 吸着剤が再生さ れる 。

以下同様に 、 こ の一連操作を 3 基の吸着塔 4a， 4b, 4cにつ いて交互に繰 り 返す こ と に よ っ て塩素を含有す る 原料ガス よ り 塩素を分離 し 、 原料ガス 中の塩素濃度 以上の塩素濃度のガス を連続的 に得る こ と がで き る 。

[発明 の効果 ]

本発 明 は圧力 ス イ ン グ吸着法を適用 す る こ と に よ り 、 塩素を含有す る ガスか ら塩素を容易 に分離、 濃縮 す る 方法を提供す る も ので、 その工業的価値は非常に 大 き い。

[実施例 ]

次 に実施例 に よ り 本発明 を さ ら に詳細に説明す る 。 実施例 1

合成 Y型ゼオ ラ イ ト （ Z E O C H E M製） 40g を充 塡 し たス テ ン レス製の吸着カ ラ ム に 25〜 30°C に て塩素 ( 15% ) ♦ 二酸化炭素 （ 15% ) ' 酸素 （ 70% ) の組成 の ガス を 5 atm の圧力 に調節 し て 200m £ Z m i n で 12分 間通気 し た。 こ の間カ ラ ム か ら流出す る ガス をガス ク ロ マ 卜 グラ フ 分析を行いガス組成を分析 し た と こ ろ 塩 素ガス は 100 〜 3Q0ppm検出 さ れた。 通気完了後原料ガ ス の供給を停止 し 、 真空ポ ン プで吸着カ ラ ム を 60mmH_g abs.の圧力 に 5 分間お き 、 塩素ガス を脱着さ せ た。 脱 着 し たガス を分析 し た と こ ろ 塩素濃度 78 % であ っ た。 こ の脱着後の吸着カ ラ ム に再び初め と 同様の組成のガ ス を 同条件で通気 し た と こ ろ 、 や は り 12分間は流出す る ガスの塩素濃度は 100 〜 300 ΡΡΠ1であ っ た。 実施例 2

合成 Y型ゼオ ラ イ ト （ Z E O C H E M製） 40g を充 塡 し たス テ ン レ ス製の吸着カ ラ ム に 25〜 30°C に て塩素 ( 5 % ) ' 二酸化炭素 （ 15% ) ♦ ヘ リ ウ ム （ 80% ) の 組成のガス を 5 atm の圧力 に調節 し て 200 m JG ノ m i n で 25分間通気 し た。 こ の間カ ラ ム か ら流出 す る ガス をガ ス ク ロ マ 卜 グラ フ 分析を行いガス組成を分析 し た と こ ろ 塩素ガス は 100 〜 300 ppm検出 さ れた。 通気完了後原 料ガ ス の供給を停止 し 、 真空ポ ン プで吸着カ ラ ム を 60 mmHg abs. の圧力 に 5 分間お き 、 塩素ガス を脱着さ せ た 。 脱着 し たガス を分析 し た と こ ろ 塩素濃度 55 % であ つ た 。 こ の脱着後の吸着カ ラ ム に再び初め と 同様の組 成の ガス を 同条件で通気 し た と こ ろ 、 や は り 25分間は 流出 す る ガス の塩素濃度は 100 〜 300 p p mであ つ た。 実施例 3

合成 Y型ゼオ ラ イ ト （ Z E O C H E M製） 40g を充 塡 し たス テ ン レ ス製の吸着カ ラ ム に 25〜 30 °C に て塩素 ( 15% ) ' 窒素 （ 15% ) ' ヘ リ ウ ム （ 70% ) の組成の ガス を 5 atm の圧力 に調節 し て ZOOmje Z min で 12分間 通気 し た。 こ の間カ ラ ム か ら流出す る ガス をガス ク ロ マ 卜 グ ラ フ 分析を行いガス組成を分析 し た と こ ろ 塩素 ガ ス は 100 〜 300 ppm検出 さ れた。 通気完了後原料ガス の 供給 を 停止 し 、 真空 ポ ン プで 吸着 カ ラ ム を 60mmHg abs. の圧力 に 5 分間お き 、 更に窒素ガス を Ym^ Z min で 3 分間通気 し塩素ガス を脱着さ せ た。

脱着 し たガス を分析 し た と こ ろ 塩素濃度 83 % であ つ た 。 こ の脱着後の吸着カ ラ ム に再び初め と 同様の組成 の ガス を 同条件で通気 し た と こ ろ 、 'や は り 12分間は流 出 す る ガス の塩素濃度は 100 〜 300ppmであ っ た。

実施例 4

合成 13X型ゼォ ラ イ 卜 （富士デ ビ ソ ン製） 40g を充 塡 し たス テ ン レ ス製の吸着カ ラ ム に 60。C に て塩素 （ 15 % ) ' 二酸化炭素 （ 15% ) ' ヘ リ ウ ム （ 70% ) の組成 のガス を 5 atm の圧力 に調節 し て 200mje Zmin で 6 分 間通気 し た。 こ の間カ ラ ムか ら流出す る ガス をガス ク ロ マ 卜 グラ フ 分析を行いガス組成を分析 し た と こ ろ 塩 素ガス は 200 〜 500ppm検出 さ れた。 通気完了後原料ガ ス の供給を停止 し 、 真空ポ ン プで吸着カ ラ ム を 6 OmmHg abs.の圧力 に 5 分間お き 、 塩素ガス を脱着さ せ た。 脱 着 し たガス を分析 し た と こ ろ塩素濃度 72 % であ っ た。 こ の脱着後の吸着カ ラ ム に再び初め と 同様の組成のガ ス を 同条件で通気 し た と こ ろ 、 や は り 6分間 は流出す る ガス の塩素濃度は 200 〜 500 ppmであ っ た。

実施例 5

ガ ス吸着用活性炭 P C B (東洋カ ル ゴ ン製） 30g を 充塡 し た ス テ ン レ ス 製の 吸着カ ラ ム に 60°C に て 塩素 ( 15% ) . 二酸化炭素 （ 15% ) ' ヘ リ ウ ム （ 70% ) の 組成のガス を 5 atm の圧力 に調節 し て 200mje / min で 6 分間通気 し た。 こ の間カ ラ ム か ら流出 す る ガス をガ ス ク ロ マ 卜 グラ フ 分析を行いガス組成を分析 し た と こ ろ 塩素ガス は 300 〜 800 ppm検出 さ れた。 通気完了後原 料ガス の供給を停止 し 、 真空ボ ン プ'で吸着カ ラ ム を 60 mmHg abs. の圧力 に 5 分間お き 、 塩素ガス を脱着さ せ た 。 脱着 し たガス を分析 し た と こ ろ 塩素濃度 72 % であ つ た 。 こ の脱着後の吸着カ ラ ム に再び初め と 同様の組 成のガス を 同条件で通気 し た と こ ろ 、 や は り 6 分間は 流出 す るガス の塩素濃度は 300 〜 800 p p mで あ つ た。 実施例 6

分子ふ る いカ ーボ ン M S C (武田製薬製） 30g を充 塡 し たス テ ン レ ス製の吸着カ ラ ム に 60°C に て塩素 （ 15 % ) ' 二酸化炭素 （ 15% ) ' ヘ リ ウ ム （ 70% ) の組成 の ガス を 5 atm の圧力 に調節 し て 200mjG ノ min で 6 分 間通気 し た 。 こ の間カ ラ ム か ら流出す る ガス をガス ク ロ マ ト グラ フ 分析を行いガス組成を分析 し た と こ ろ塩 素ガス は 2 Q0 〜 500 ppm検出 さ れた。 通気完了後原料ガ ス の供給を停止 し 、 真空ポ ン プで吸着カ ラ ム を 60mmHg abs. の圧力 に 5 分間お き 、 塩素ガス を脱着さ せ た。 脱着 し た ガ ス を 分析 し た と こ ろ 塩素濃度 79 % で あ つ た 。 こ の脱着後の吸着カ ラ ム に再び初め と 同様の組成 の ガス を 同条件で通気 し た と こ ろ 、 や は り 6 分間 は流 出 す る ガス の塩素濃度は 200 〜 500 ppmで あ っ た。

実施例 7 シ リ カ 30g を充塡 し たス テ ン レス製の吸着カ ラ ム に 60 °C にて塩素 （ 15 % ) ♦ 二酸化炭素 （ 15 % ) · へ リ ウ ム （ 70% ) の 組成の ガス を 5 atm の圧力 に 調節 し て 200nuG / min で 6 分間通気 し た。 こ の間カ ラ ム か ら流 出 す る ガス をガス ク ロ マ ト グラ フ 分析を行いガス組成 を 分析 し た と こ ろ 塩素ガ ス は 200 〜 500ppm検出 さ れ た 。 通気完了後原料ガス の供給を停止 し 、 真空ポ ン プ で吸着カ ラ ム を 60mmHg abs. の圧力 に 5 分間お き 、 塩 素ガス を脱着さ せた。 脱着 し たガス を分析 レた と こ ろ 塩素濃度 79 % であ っ た。 こ の脱着後の吸着カ ラ ム に再 び初 め と 同 様の 組成のガス を 同条件で通気 し た と こ ろ 、 や は り 6 分間 は流出す る ガス の塩素濃度は 2 Q 0 〜 500 p p mであ っ た。

[産業上の利用方法 ]

比較的 う すい濃度で含ま れる 塩素ガス か ら 、 吸着剤 を用 いて比較的高い濃度で回収す る 技術であ っ て 、 高 圧ガス を取扱 う 法律の規制を受けず又溶剤の再生も要 し な い方法であ る 。

塩素を利用 す る 設備に お いて付属設備 と し て利用 さ れ る 。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 塩素を吸着 し う る 吸着剤を充塡 し た吸着塔に、 塩素を含有す る ガス を導入 し て塩素を吸着さ せ、 そ の 後ガス の導入を停止 し 、 ガス導入時よ り も低い圧力下 で脱着を行な い、 導入ガス の塩素濃度よ り 高い塩素濃 度のガス を得る と と も に吸着剤を再生す る こ と を特徵 と す る 塩素ガス の濃縮方法。

2 . 塩素を吸着 し う る 吸着剤がゼォ ラ イ ト であ る 請 求項 1 記載の方法。

3 . 塩素を吸着 し う る 吸着剤が非ゼォ ラ イ 卜 系多孔 質酸性酸化物であ る 請求項 1 記載の方法。

4 . 塩素を吸着 し う る 吸着剤が活性炭であ る 請求項

1 記載の方法。

5 . 活性炭が分子ふ る いカ ーボ ン であ る 請求項 4 記 載の方法。