JPH0573682B2

JPH0573682B2 -

Info

Publication number: JPH0573682B2
Application number: JP1205835A
Authority: JP
Inventors: Esu Zeru Maikeru; Shii Jei Furedetsuto Moorisu
Original assignee: Tenneco Canada Inc
Current assignee: Tenneco Canada Inc
Priority date: 1988-08-10
Filing date: 1989-08-10
Publication date: 1993-10-14
Also published as: PL162392B1; AR243476A1; ATE83217T1; EP0357198B1; RU2055808C1; FI893729A0; DE68903810T2; CN1040182A; AU3895789A; NO893143D0; EP0357198A1; CA1319004C; JPH0288405A; ES2052918T3; NZ229853A; AU608456B2; PT91419A; FI89035B; ZA895230B; BR8903963A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は塩素酸ナトリウムの還元による二酸化
塩素の製造方法に関する。

パルプ工場漂白化学薬品として使用するための
二酸化塩素は水性酸性反応媒体中での塩素酸ナト
リウムの還元により製造される。二酸化塩素を製
造するための反応は下記の式により示されること
が知られている： ClO₃ ^-＋Cl^-＋2H⁺→ClO₂＋１／2Cl₂＋H₂Ｏこ
の反応において、塩素が二酸化塩素と共に製造さ
れる場合には、塩素イオンは外部供給源から提供
することができ、また、メタノール及び二酸化硫
黄のような還元剤を使用して共製造される塩素を
還元することによりその場で提供することもでき
る。

該操作の１つの既知の工業的な実施態様はいわ
ゆるエルコ（ERCO）R3法（商標）であり、こ
の操作においては、塩素酸ナトリウム、塩化ナト
リウム及び硫酸を１個の容器内で約２〜4.8規定
の酸度で反応媒体の沸点で反応器を減圧しながら
反応させるものである。二酸化塩素及び塩素はス
チームとの混合物で反応容器から取り出され、操
作開始後に無水中性硫酸ナトリウムを飽和させて
反応媒体から沈澱させる。この操作は米国特許第
3864456号明細書に記載されている。

米国特許第3895100号明細書に記載されている
ように、反応液と硫酸ナトリウム結晶のスラリー
が反応容器から除去され、結晶は過により除去
され、補充塩素酸ナトリウム及び塩化ナトリウム
を添加し、得られたリサイクル流のリボイラー中
での沸騰を防止するに充分な背圧で該リサイクル
流を再加熱する。再加熱したリサイクル液をベン
チユリ管のスロート部へ送り、補充硫酸を導入す
る。二酸化塩素の製造が直ぐに始まり、リサイク
ル混合物はベンチユリ管の下流側へ広がり、ガス
類、固体類及び液体類の得られた３相混合物は反
応容器へ再導入される。リサイクル混合物中及び
反応容器で製造された二酸化塩素及び塩素は反応
容器から除去される。

最近、エルコR8法（商標）がパルプ工場にお
いて普及している。この方法は通常約９規定以上
の非常に高い酸度及び塩化ナトリウムの代わりに
メタノールを使用する点でR3法とは異なるもの
である。更に、触媒を必要とはしない。改良の結
果として、触媒を用いるR3法により達成される
効率よりも良好な効率で実質上純粋な二酸化塩素
が生成される（メタノールは共製造される塩素を
塩素イオンへ還元する）。R8法は米国特許第
4081520号明細書、同第4393035号明細書及び同第
4393036号明細書に記載されている。

しかし、R8法の１つの欠点はR3法に使用する
酸度より非常に高い酸度のために、硫酸ナトリウ
ム副生成物が酸性であり、中和を必要とすること
である。

本発明において、R8法を行うための新規な方
法を提供するものであり、それによつて所望であ
れば二酸化塩素の製造はR8法に使用される酸度
より非常に低い酸度でR3法と併合することがで
き、それによつて二酸化塩素製造速度を保持しな
がら低酸性形態で硫酸ナトリウムが得られる。

この結果はリサイクルベンチユリ中に短い管を
設置し、該管を通してリサイクル液の一部へ硫酸
及びメタノールを導入することにより達成され
る。該管の高酸度状態での塩素酸ナトリウム、硫
酸及びメタノールの反応は非常に急速であり、反
応剤が管を出る前に実質上反応は完了する。

統合R3／R8法はリサイクル液の残余へ塩化ナ
トリウムを装入して導入された塩化ナトリウム、
リサイクル流中の塩素酸ナトリウム及び前記短い
管中へ導入さた硫酸の間の前記短い管の下流での
反応により二酸化塩素と塩素が形成される本発明
により実施することができる。こん統合法におい
て、生成物ガス流はリサイクル流へ導入される塩
化ナトリウムの量に依存する割合の塩素を含有す
る。

以下、本発明を添付図面に参照して更に説明す
る：第１図は本発明により改変された二酸化塩素発
生器の概略図である；第２図は第１図の二酸化塩素発生器のベンチユ
リ管スロート部の拡大図である。

さて、図に関して記載すると、二酸化塩素発生
装置１０は、該装置１０から生成物二酸化塩素を
回収するための上部排出口１４を備える蒸発器／
結晶化器容器１２を備える。二酸化塩素生成物は
蒸発器／結晶化器容器１２中の反応媒体の蒸発に
より生ずるスチームとのガス状混合物として取り
出され、二酸化塩素製造の効率及び塩化ナトリウ
ムが還元剤として導入されるか、否かに依存して
若干の塩素が含まれることがある。蒸発器／結晶
化器容器１２は減圧下にあり、該容器内で反応媒
体を沸点に維持する。上部排出口１４中の生成物
ガス流を処理してパルプ工場の漂白工程のような
次の用途のための二酸化塩素の水溶液を形成す
る。

使用済反応媒体中の結晶化副生成物硫酸ナトリ
ウムのスラリーは導管１６により蒸発器／結晶化
器容器１２から取り出され、導管１７によりフイ
ルター１８へ送られて固相が除去され、母液は導
管１９により導管（リサイクル導管）１６へ返却
される。導管２０に回収された副生成物固相硫酸
ナトリウムは無水中性硫酸ナトリウム、セキス硫
酸ナトリウムまたは以下に説明するように約２〜
12規定、及び０規定までの範囲であることができ
る蒸発器／結晶化器容器１２中の反応媒体の合計
酸規定度に依存して種々の割合で含まれる上記両
者の混合物の形態であることができる。以下に説
明する実施態様において、二酸化塩素生成物の１
部は塩素酸ナトリウム、塩化ナトリウム及び硫酸
の間の反応により生じ、約２〜4.8規定の範囲内
の得られた低反応媒体酸度は中性無水硫酸ナトリ
ウムまたは実質上該硫酸ナトリウムである固体副
生成物硫酸ナトリウムを生ずる。約4.8〜６規定
の反応媒体酸規定度においては種々の混合物が得
られ、一方、約６〜10の酸規定度においては硫酸
ナトリウムはセキス硫酸ナトリウムまたは実質上
該硫酸ナトリウムである。

塩素酸ナトリウムを導管２２により導管（リサ
イクル導管）１６へ装入して操作において消費さ
れた塩素酸ナトリウムを補充する。塩素酸ナトリ
ウムは前記導管１６へその水溶液として装入さ
れ、通常約１〜7.5モル、好ましくは約５〜6.5モ
ルの濃度をもつ。

補充用塩素酸ナトリウム水溶液の装入は通常約
0.25〜3.5モル、好ましくは約0.5〜1.5モルの塩素
酸ナトリウム濃度をもつリサイクル溶液を形成す
る。次に、リサイクル混合物をポンプ２６により
リボイラー２４を通つてベンチユリ２８へポンプ
輸送される。リサイクル混合物はリボイラー２４
により通常約50〜90℃、好ましくは約70〜80℃の
範囲内の反応温度へ加熱される。

ベンチユリ２８の上流側はスロート部３０に向
かつてすぼまつており、リボイラー２４において
リサイクル混合物が沸騰するのを防止する背圧を
リサイクル流へ働かせる。

第２図に示す特別な方法すなわち以下に詳細に
説明するように、スロート部３０で、硫酸は導管
３２により装入され、メタノールは導管３４によ
りリサイクル流へ装入される。これらの反応剤の
装入の結果として、二酸化塩素が発生し、使用済
反応媒体と共に導管３６を通つて蒸発器／結晶化
器容器１２へ戻される。

第２図に詳細に記載するように、リサイクル流
４２の１部を通過させる低部挿入口４０を備える
細長い導管３８がベンチユリのスロート部３０内
に設置されている。細長い導管３８を通過するリ
サイクル流の割合は該導管３８に対するベンチユ
リのスロート部３０及び低部挿入口４０の相対直
径により変化する。ベンチユリ内に細長い導管３
８が備えられている第２図の配置は最も好都合な
構造である。しかし、細長い導管３８は外部バイ
パス導管であつてもよい。

細長い導管３８は該導管へ装入される反応剤類
を高酸度環境に規制し、それによつて非常に急速
な反応が得られ且つ流れる反応剤類を細長い導管
３８内で制限しながら、該反応剤類から製造され
る全ての二酸化塩素を形成することができる。

細長い導管３８は該導管内の反応剤類が全て該
導管から造られるはずの二酸化塩素全量を形成さ
せるに充分な細長い導管３８内での滞留時間を提
供するように設計する。滞留時間は通常約0.01〜
１秒、好ましくは約0.2〜0.5秒である。この滞留
時間は導管の長さと直径並びに流体流速の任意の
所望の組み合わせにより得ることができる。

導管３２中の硫酸は細長い導管３８へ連通する
導管４４へ装入される。硫酸は通常約30〜36規定
の濃度の濃厚な酸として細長い導管３８へ装入さ
れる。硫酸は細長い導管３８中の反応媒体の所望
の酸度並びに蒸発器／結晶化器容器１２中の反応
媒体の所望の酸度をも確立するに充分な流速で装
入される。導管３６に対する底部挿入口（オリフ
イス）４０の直径を制御して硫酸の流速に釣り合
わせるために必要なリサイクル流４２の割合を
得、それによつて所望の範囲内の酸規定度をもつ
細長い管３８内の局部的条件を達成する。

導管３４中のメタノールを導管（硫酸装入導
管）３２へ装入し、そこから細長い導管３８へ装
入される。別法として、メタノールを別個の導管
４６により細長い導管（反応器導管）３８装入す
ることもできる。

細長い導管３８を通過するリサイクル流４２の
流速と併合され硫酸及びメタノールの装入物は細
長い導管３８内で二酸化塩素発生反応媒体を形成
する。そのようにして形成された反応媒体は通常
約0.25〜3.5モル、好ましくは約0.5〜1.5モルの塩
素酸塩濃度及び約２〜10規定、好ましくは約９〜
10規定の酸度をもつ。通常の反応濃度［すなわち
リボイラー２４を出るリサイクル流４２の温度］
で、二酸化塩素は急速に形成され、そのような形
成は物質が細長い導管３８から抜け出る時点まで
に完了し、細長い導管３８を迂回するリサイクル
流４２の１部と併合流５０を形成し、蒸発器／結
晶化器容器１２へ送られる。

細長い導管３８中での二酸化塩素の製造は全二
酸化塩素の一部を形成することができ、二酸化塩
素の残余は塩素酸ナトリウムの導管５２により導
管（リサイクル導管）１６へ装入される通常塩化
ナトリウムの形態の添加塩素イオンによる還元に
より発生する。該塩化ナトリウムは通常約１〜５
モル、好ましくは約4.5〜５モルの濃度の水溶液
として添加され、また、導管２２中の塩素酸ナト
リウムとの混合物として導管（リサイクル導管）
１６へ装入することができる。

導管（リサイクル導管）１６への塩化ナトリウ
ム溶液の装入は約0.001〜２モルのリサイクル溶
液中の塩化ナトリウム濃度を生ずる。

二酸化塩素が塩素酸ナトリウム、塩化ナトリウ
ム及び硫酸の間の反応により部分的に発生する場
合に、細長い導管３８の下流及び蒸発器／結晶化
器容器（反応容器）１２の反応媒体の酸度はR3
法に通常使用される範囲内すなわち実質上中性無
水硫酸ナトリウムの製造を生ずる約２〜4.8規定
の範囲内が好ましい。

反応媒体の酸度は細長い導管３８への硫酸の流
速により制御される。下記の式の結果として知る
ことができる。

HSO₄ ^-＝H⁺＋SO₄ ⁼ ｋ＝２×10^-2、溶液が蒸発器／結晶化器容器１２
中の反応媒体中のように硫酸イオンに関して飽和
しているという条件下で酸度の約98％はHSO₄ ^-
として固定されており、約２％だけが遊離水素イ
オンである。９規定の硫酸では、約0.18規定の遊
離水素イオンを生ずる。

また、二酸化塩素の製造は下記の関係で比例す
ることがしられている：Ｔ［H⁺］^3〜4［ClO₃ ^-］²［Cl^-］²／［ClO₂］［Cl₂］遊離水素イオンのみが二酸化塩素を製造するこ
とができる。導管３２により36規定の硫酸が添加
され、18規定の遊離H⁺を製造する場合には、非
平衡状態が存在するために、蒸発器／結晶化器容
器（反応容器）１２中で、０規定までの非常に低
い合計酸規定度においてさえも細長い導管３８内
では、少なくとも0.18規定の水素イオンを提供す
ることができる。

この遊離水素イオンの概念から、充分な二酸化
塩素製造量を更に保持しながら、細長い導管３８
へ迂回する低塩素酸塩濃度のリサイクル液を多量
に使用することができる。それによつて、本方法
に一層融通性を与える。

また、慣用のR3法に従つて効率向上触媒を蒸
発器／結晶化器容器（反応容器）１２中の反応媒
体中に含ませることができる。このような触媒に
は金属形態、化合物形態、錯化合物形態のAg，
Mn，Cr，Pd及びPtがある。

添加塩素イオン及びメタノールにより行われる
塩素酸塩の還元の相対割合は通常0.1％がメタノ
ールで、残りが塩素イオンであるものから100％
メタノールであるものまで種々変化させることが
できる。塩素イオンである還元剤の割合が増加す
ると、より多量の共製造される塩素が生成物ガス
流中に現れる。

本発明を以下の実施例により更に説明する。

実施例１ 10TPD（トン／日）の二酸化塩素発生プラント
を第１図及び第２図に説明したように組み立て
た。約７規定の酸度及び４モル濃度の塩素酸ナト
リウム濃度をもつリサイクル液4000USGPM（米
国ガロン／分）（約15000／分）がベンチユリ管
のスロート部３０へ入る。細長い導管３８の上流
端部の開口部は細長い導管３８へ10USGPMの流
れを可能とする寸法である。36規定の硫酸
1.0USGPM（約3.75／分）及びメタノール
0.3USGPM（約1.25／分）を導管４４を介して
細長い導管３８へ流して細長い導管３８内で9.38
規定の酸度を確立する。細長い導管３８内で生ず
る塩素酸ナトリウムの二酸化塩素への反応を完了
させるための充分な0.5秒の滞留時間を可能とす
るような寸法を細長い導管３８はもつ。98％の化
学的効率で純度98％の二酸化塩素を上部排出口
（導管）１４により発生器から回収する。導管２
０中の発生器から回収された硫酸ナトリウムの結
晶を分析すると、ほぼ100％セキス硫酸ナトリウ
ムである。

実施例２二酸化塩素製造量の50％を細長い導管３８中の
メタノールとの反応によるものとし、50％を導管
（リサイクル導管）１６へ導管５２により装入さ
れた塩化ナトリウムによるものとした以外は実施
例１の操作を反復した。リサイクル液は3.5規定
の酸度及び４モルの塩素酸ナトリウム濃度をも
つ。この場合には、5.0モル塩化ナトリウム
2.8USGPM（約9.6／分）を導管（リサイクル導
管）１６へ装入し、36規定硫酸の1.3USGPM（約
５／分）及びメタノールの0.15USGPM（約0.6
／分）を導管４４により細長い導管３８へ流し
て7.14規定の酸度を細長い導管３８内に確立す
る。

二酸化塩素は97％の化学的効率で製造され、上
部排出口１４により発生器から回収される。発生
器から無水中性硫酸ナトリウムの結晶が回収され
る。約3TPDのCl₂が10TPDの二酸化塩素と共に
製造され、すなわち二酸化塩素は約77％の純度を
もつ。

実施例３リサイクル流の合計酸規定度を3.5規定に減少
させる以外は実施例１の操作を反復する。これら
の条件下で、細長い導管３８中の合計酸規定度は
実施例１の合計酸規定度9.38から6.28へ降下す
る。細長い導管３８中の遊離水素イオン濃度が下
記の計算式から観察できるようにまだ少なくとも
0.18規定であるために効率的な二酸化塩素製造は
保持される： 10×0.02×3.5＋１×18規定遊離H⁺／11.3USGPM（約43
／分）＝1.65規定遊離H⁺ 実施例４２モルNaClO₃20USGPMをリサイクル流とし
て使用する以外は実施例１の操作を反復する。こ
の流速は8.62規定の合計酸規定度を生ずる。下記
の計算式から観察できるように遊離水素イオン濃
度が少なくとも0.18規定の遊離H⁺を残存するた
めに、効率的な二酸化塩素製造が保持される。

20×0.02×７×１×18／21.3USGPM（約80／分）＝0.9
8規定遊離H⁺ 実施例５細長い導管３８に入るリサイクル流は０規定の
合計酸規定度のような低い酸規定度をもつことが
でき、更に、充分な遊離水素イオン濃度を細長い
導管３８中で得ることができ、それによつて効率
的な二酸化塩素製造を行うことができる。０規定
の合計酸規定度のリサイクル流を用いる以外は実
施例１の操作を反復する。実施例３の計算式に対
応する計算式： 10×０＋１×18／11.3＝1.56規定遊離H⁺ 細長い導管３８中の合計酸規定度は下記のよう
に計算される。

10×０＋１×36／11.3＝3.18規定本発明の開示を要約すると、本発明は余り塩素
に汚染されていない二酸化塩素を余り酸性硫酸ナ
トリウムを製造させずに製造することができる二
酸化塩素の新規な製造方法を提供することにあ
る。本発明の精神の範囲内で改良を行うことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明により改変された二酸化塩素発
生器の概略図であり、第２図は第１図の二酸化塩
素発生器のベンチユリ管スロート部の拡大図であ
る。図中、１０……二酸化塩素発生装置、１２……
蒸発器／結晶化器容器、１４……上部排出口、１
６……導管、１７……導管、１８……フイルタ
ー、１９……導管、２０……導管、２２……導
管、２４……リボイラー、２６……ポンプ、２８
……ベンチユリ、３０……スロート部、３２……
導管、３４……導管、３８……細長い導管、４０
……低部挿入口、４２……リサイクル流、４８…
…下流開口部、５０……併合流。

Claims

【特許請求の範囲】１二酸化塩素の製造方法において、(a)第１の細
長い帯域の下流端部へ適用される減圧条件で水性
塩素酸ナトリウム含有流の沸点に対応する加熱温
度をもつ前記水性塩素酸ナトリウム含有流を前記
第１の細長い帯域へ装入し、(b)前記水性塩素酸ナ
トリウム含有流の１部を第２の細長い帯域へ迂回
させ、(c)メタノール及び硫酸を第２の細長い帯域
へ装入して該帯域内で二酸化塩素発生用反応媒体
を形成し、(d)第２の細長い帯域中で二酸化塩素発
生用反応媒体から二酸化塩素を発生させ、(e)第２
の細長い帯域からの二酸化塩素及び使用済反応媒
体並びに第１の細長い帯域からの水性塩素酸ナト
リウム含有流を蒸発及び結晶化帯域へ排出して副
生成物結晶性硫酸ナトリウムを形成し、且つ(f)二
酸化塩素及びスチームのガス状混合物を回収し且
つ蒸発及び結晶化帯域から結晶性硫酸ナトリウム
を除去することを特徴とする二酸化塩素の製造方
法。２第２の細長い帯域が第１の細長い帯域の中に
設置されている請求項１記載の方法。３水性塩素酸ナトリウム含有流の第２の細長い
帯域へ向かう区分及び装入されたメタノール及び
硫酸が少なくとも0.18規定の第２の細長い帯域中
での遊離水素イオン濃度を生ずる請求項１または
２記載の方法。４二酸化塩素発生用反応媒体が第２の細長い帯
域中で0.01〜１秒の滞留時間をもつ請求項１ない
し３のいずれか１項記載の方法。５第２の細長い帯域中の二酸化塩素発生用反応
媒体が0.25〜3.5モルの塩素酸塩濃度及び２〜10
規定の酸度をもつ請求項１ないし４のいずれか１
項記載の方法。６水性塩素酸ナトリウム含有流が0.001〜２モ
ルの塩化ナトリウム濃度をもち、それによつて第
２の細長い帯域の下流の蒸発及び結晶化帯域中の
反応媒体中の塩素酸ナトリウム、塩化ナトリウム
及び硫酸の間の反応により二酸化塩素が発生する
請求項１ないし５のいずれか１項記載の方法。７蒸発及び結晶化帯域中の反応媒体が4.8規定
以下の酸度をもつ請求項６記載の方法。８第２の細長い帯域中でもメタノールとの反応
により形成された二酸化塩素の割合と第２の細長
い帯域の下流の塩素イオンによる反応により形成
された二酸化塩素の割合が少なくとも0.1％がメ
タノールにより、99.9％以下が塩素イオンによる
ものである請求項６または７項記載の方法。９使用済反応媒体が０〜12規定の合計酸規定度
をもつ請求項１ないし６のいずれか１項記載の方
法。１０副生成物の結晶性硫酸ナトリウムが使用済
反応媒体との混合物として蒸発及び結晶化帯域か
ら除去され、補充用塩素酸ナトリウムが該混合物
へ添加され、副生成物硫酸ナトリウムを該混合物
から除去して塩素酸ナトリウム及び硫酸含有リサ
イクル流を提供し、リサイクル流を減圧条件下で
のリサイクル流の沸点に対応する加熱温度へ加熱
し、加熱したリサイクル流を第１の細長い帯域へ
水性塩素酸ナトリウム含有流として装入する請求
項１記載の方法。