JP4263195B2 - 塩化水素酸化反応装置および塩化水素酸化反応方法 - Google Patents

Description

本発明は、触媒の存在下、接触気相反応により塩化水素を酸化して塩素を製造するための塩化水素酸化反応装置およびこれを用いた塩化水素酸化反応方法に関する。

触媒の存在下、接触気相反応により塩化水素を酸化して塩素を製造するプロセスは、塩素を製造するための一般的な方法である。塩化水素酸化プロセスにおける主な反応原料は、塩化水素ガス、酸素ガスであるが、塩化水素酸化反応後に回収される未反応の塩化水素および酸素などはリサイクルされ、原料である塩化水素ガス、酸素ガスに混入させることにより反応剤の一部として用いるのが一般的である。

塩化水素酸化反応は通常約３００から４００℃の反応温度で行なわれるため、原料である塩化水素ガス、酸素ガスおよびリサイクル塩化水素、リサイクル酸素などのようなリサイクルガスをあらかじめ２５０〜３００℃まで加熱しておく必要がある。このような予熱は、それぞれのガス単独で、またはこれらのガスの一部または全部を混合した後に行なわれる。

しかし、これらの原料ガスおよびリサイクルガスの一部には水分が含まれていることがあるため、塩化水素酸化反応装置の材質、特に原料ガスおよびリサイクルガスを塩化水素酸化反応のための反応器へ供給するための移送配管の材質は、この水分を考慮して適切に選定されなければならない。すなわち、圧力やガス組成によって異なるが、約１００〜２００℃付近にある塩酸の露点を十分に上回る温度においては、配管の材質としてステンレス鋼、ニッケル、ニッケル合金が適用できるが、塩酸の露点以下および露点付近では、これらの金属材料は腐食してしまうため、適用可能な材質の選定には困難を伴う。

非特許文献１には、塩化水素酸化プロセスにおける反応器の材質選定について記載されているが、原料ガスやリサイクルガスを反応器に移送するための移送配管の材質に関する記載はない。
日本材料学会腐食防食部門委員会資料 ｖｏｌ．３０、Ｎｏ．１６２、１１−１８頁（１９９１）

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、塩化水素および酸素を主原料とし、触媒の存在下、接触気相反応により塩化水素を酸化して塩素を製造するプロセスにおいて、原料ガスの混合部の接ガス面、リサイクルガスの混入部の接ガス面および原料ガスやリサイクルガスを塩化水素酸化反応のための反応器へ移送するための移送配管部の接ガス面に腐食を生じさせることなく、原料ガスの混合および／またはリサイクルガスの混入ならびに混合ガスの予熱を行なうことができる塩化水素酸化反応装置および塩化水素酸化反応方法を提供することである。

本発明は、塩化水素および酸素を主原料とし、触媒の存在下、接触気相反応により塩化水素を酸化して塩素を製造するための塩化水素酸化反応装置において、該原料ガスが混合される混合部と、該混合部から塩化水素酸化反応のための反応器へと至る混合された原料ガスの移送配管部を備え、該混合部の接ガス面および／または該移送配管部の一部の接ガス面をタンタルまたはタンタル−タングステン合金で構成した、あるいはタンタルまたはタンタル−タングステン合金で被覆したことを特徴とする塩化水素酸化反応装置に関する。

また本発明は、上記混合された原料ガスに塩化水素酸化反応後に回収されるリサイクルガスが混入される混入部をさらに備え、該混入部の接ガス面をタンタルまたはタンタル−タングステン合金で構成した、あるいはタンタルまたはタンタル−タングステン合金で被覆したことを特徴とする、上記塩化水素酸化反応装置に関する。

ここにおいて、上記塩化水素酸化反応装置は、タンタルまたはタンタル−タングステン合金で構成する、あるいは被覆する部分における混合ガス中の水分濃度が０．５ｍｏｌ％以上となるように、タンタルまたはタンタル−タングステン合金で構成する、あるいは被覆する部分の少なくとも一部に水蒸気を供給するための設備をさらに備えていることが好ましい。

また本発明は、上記塩化水素酸化反応装置を用いた塩化水素酸化反応方法に関する。
さらに本発明は、接ガス面の一部をタンタルまたはタンタル−タングステン合金で構成した、あるいはタンタルまたはタンタル−タングステン合金で被覆した、塩化水素ガスを含むガスを移送するための配管の使用方法であって、タンタルまたはタンタル−タングステン合金で構成する、あるいは被覆する部分における該塩化水素ガスを含むガス中の水分濃度を０．５ｍｏｌ％以上にすることを特徴とする、配管の使用方法に関する。

本発明によれば、塩化水素および酸素を主原料とし、触媒の存在下、接触気相反応により塩化水素を酸化して塩素を製造するプロセスにおいて、原料ガスの混合部の接ガス面、リサイクルガスの混入部の接ガス面および原料ガスやリサイクルガスを塩化水素酸化反応のための反応器へ移送するための移送配管部の接ガス面に腐食を生じさせることなく、原料ガスの混合および／またはリサイクルガスの混入ならびに混合ガスの予熱を行なうことができる。また、本発明の配管の使用方法によれば、塩化水素酸化反応に限らず、塩化水素を含むガスを扱う各種反応においても当該ガスを移送するための配管に腐食を生じさせなくすることが可能となる。

これにより、腐食部の修繕あるいは交換などの付加的な作業やコストを削減することができる。さらには原料ガスの移送配管や反応器などが金属塩化物などにより汚染されるのを防ぐことができる。

本発明の塩化水素酸化反応装置は、塩化水素および酸素を主原料とし、触媒の存在下、接触気相反応により塩化水素を酸化して塩素を製造するための塩化水素酸化反応装置において、該原料ガスが混合される混合部と、該混合部から塩化水素酸化反応のための反応器へと至る混合された原料ガスの移送配管部を備え、該混合部の接ガス面および／または該移送配管部の一部の接ガス面をタンタルまたはタンタル−タングステン合金で構成した、あるいはタンタルまたはタンタル−タングステン合金で被覆したことを特徴とする。このような特徴を有することにより、該混合部の接ガス面および／または該移送配管部に腐食を生じさせることなく、原料ガスの混合および混合された原料ガスの予熱を行なうことができる。

ここで、本明細書において「混合部」とは、塩化水素酸化反応装置の一部分であって、原料である塩化水素ガスと酸素ガスが混合される部分である。「混合部」の形状は特に制限されないが、たとえば図１で概略的に示しているように、格別特別な形状を有する独立した部分を構成する必要はなく、単に塩化水素ガスの移送管と酸素ガスの移送管との連結部であってもよい。

本明細書において「混入部」とは、塩化水素酸化反応装置の一部分であって、混合された原料ガスに塩化水素酸化反応後に回収されたリサイクルガスが混入される部分である。「混入部」の形状は特に制限されないが、たとえば図１で概略的に示しているように、格別特別な形状を有する独立した部分を構成する必要はなく、単に混合された原料ガスの移送管とリサイクルガスが供給される移送管との連結部であってもよい。「リサイクルガス」とは、塩化水素酸化反応後に回収され、塩化水素酸化反応の原料の一部として再利用されるガスであり、具体的には塩化水素ガス、酸素ガスであるが、これらのリサイクルガスは反応生成物である塩素ガスおよび／または水を含む場合がある。塩化水素ガス、酸素ガスはそれぞれ別々に回収されてもよく、または一緒に回収されてもよい。また、これらのリサイクルガスは、混合された原料ガスに別々に混入されてもよく、一緒に混入されてもよい。

また、本明細書において「接ガス面」とは、移送されるガスに接触する内壁面を指す。
＜第１の実施形態＞
ここで、塩化水素酸化反応装置の第１の実施形態を、図１を参照して説明する。図１は、本発明の塩化水素酸化反応装置の一つの実施形態を示す概念図であり、反応原料である塩化水素ガスＣＧ１、酸素ガスＯＧ１の各供給部から塩化水素酸化反応のための反応器１３へと至る原料ガスの移送管の経路を概略的に図示したものである。ここで、本実施形態の説明においては、図１に記載されているリサイクルガスＲＧ１および水蒸気ＶＧ１ならびにこれらを供給するための移送管（Ｔ１６、Ｔ１７）はないものとする。

図１において、まず反応原料である塩化水素ガスＣＧ１および酸素ガスＯＧ１は各供給部より供給され、別々の移送管（Ｔ１４またはＴ１５）を通って混合部１１へと至り混合される。混合された原料ガスは、熱交換器を有する（図示せず）移送配管１、移送配管２、移送配管３を順次通過するとともに予熱され、最終的には２５０℃程度となって反応器１３へと供給される。ここで、移送配管１において、混合された原料ガスは常温付近から１００〜１６０℃程度まで加熱される。移送配管２において、混合された原料ガスは約２００℃まで加熱される。移送配管３において、混合された原料ガスは約２５０℃まで加熱される。

本実施形態においては、原料である塩化水素ガスＣＧ１および酸素ガスＯＧ１は常温付近の温度で供給される。原料ガスの圧力は、常圧であっても加圧されていてもよいが、加圧される場合、０．１から１．０ＭＰａであることが特に好ましい。塩化水素ガス供給部から混合部１１へと至る移送管Ｔ１４および混合部１１の材質としては、この温度で塩化水素ガスにより腐食されないものであればどのような材質でも用いることができるが、たとえば炭素鋼、ステンレス鋼、ニッケル合金などの金属やフッ素樹脂などが挙げられる。これらの部分に、接ガス面がタンタルまたはタンタル−タングステン合金で構成された、あるいは被覆された配管を使用することも可能であるが、コスト面を考慮すると、前記の材料でできた配管を用いるのが好ましい。また、酸素供給部から混合部１１に至るまでの移送管Ｔ１５の材質としては、酸素自身、金属腐食性を有しないことから、比較的広範囲の材質を選択することができ、例えばＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１６Ｌなどのステンレス鋼、炭素鋼、ニッケル、ニッケル合金などの不燃性材料を用いることができる。勿論、同様に接ガス面がタンタルまたはタンタル−タングステン合金で構成された、あるいは被覆された配管を使用することも可能である。

ここで、構成材料または被覆材料として使用されるタンタルとしては、特に限定されないが、好ましくは９９．８０％以上の純度のものが用いられる。構成材料または被覆材料として使用されるタンタル−タングステン合金としては、特に限定されないが、例えばタンタル−２．５％タングステン、タンタル−１０％タングステンなどを用いることができる。中でもタンタル−２．５％タングステンはタンタルと同等の耐食性を有するため、特に好ましい。また、当該接ガス面をタンタルまたはタンタル−タングステン合金で被覆する方法としては、従来公知の方法を用いることができ、たとえばコーティングやライニングによる方法が挙げられる。

移送配管１の材質には好ましくはフッ素樹脂が用いられる。移送配管１に、接ガス面がタンタルまたはタンタル−タングステン合金で構成された、あるいは被覆された配管を使用することも可能であるが、コスト面を考慮すると、フッ素樹脂でできた配管あるいはフッ素樹脂により内面をコーティングもしくはライニングした配管を用いるのが好ましい。

移送配管２において原料ガスは、２００℃程度にまでさらに加熱される。移送配管２の接ガス面は、タンタルまたはタンタル−タングステン合金で構成され、あるいは被覆されている。このように、移送配管２の接ガス面をタンタルまたはタンタル−タングステン合金で構成する、あるいは被覆することによって、仮に原料ガスに水分が含まれている場合であっても、移送配管２の接ガス面に腐食を生じさせることなく、２００℃程度まで混合された原料ガスを予熱することが可能となる。ここで、移送配管２にフッ素樹脂などでできた配管を用いることはできない。なぜなら、１６０〜２００℃の温度では軟化してしまうからである。また、ステンレス鋼、ニッケル、ニッケル合金などの金属材料からなる配管を使用することもできない。なぜなら、原料ガスに水分が含まれている場合、移送配管２が曝される温度領域では、これらの金属は腐食されてしまうからである。

移送配管３の材質としては、ステンレス鋼、ニッケル、ニッケル合金などを用いることが好ましい。２００〜２５０℃の高温領域では、塩酸の露点より十分に高いため、これらの材質は腐食されないからである。移送配管３に、接ガス面がタンタルまたはタンタル−タングステン合金で構成された、あるいは被覆された配管を使用することも可能であるが、コスト面を考慮すると、ステンレス鋼、ニッケル、ニッケル合金などでできた配管を用いるのが好ましい。

以上のように、少なくとも移送配管２の接ガス面をタンタルまたはタンタル−タングステン合金で構成する、あるいは被覆することにより、腐食を生じさせることなく、原料ガスを所定の温度まで予熱することができる。

＜第２の実施形態＞
本発明の塩化水素酸化反応装置の第２の実施形態は、第１の実施形態にさらに、混合された原料ガスにリサイクルガスＲＧ１を混入させる混入部１２を設けた塩化水素酸化反応装置であって、当該混入部１２の接ガス面をタンタルまたはタンタル−タングステン合金で構成した、あるいは被覆したことを特徴とする。このような特徴を有することにより、さらに混入部１２にも腐食を生じさせることなく、リサイクルガスＲＧ１の混入ならびに混合された原料ガスおよびリサイクルガス混入後の原料ガスの予熱を行なうことができる。

本実施形態も図１を参照して説明する。ここで、本実施形態の説明においては、図１に記載されている水蒸気ＶＧ１およびこれを供給するための移送管Ｔ１７はないものとする。

ここでは、第１の実施形態と重複する部分については説明を省略し、本実施形態に特徴的な部分のみ説明することとする。本実施形態に特徴的な部分とは、リサイクルガスＲＧ１が原料ガスに混入される混入部１２である。本実施形態において、混入部１２は移送配管２に設けられている。リサイクルガスＲＧ１は、この混入部１２より移送配管２内に入り、塩化水素ガスＣＧ１および酸素ガスＯＧ１からなる原料ガスに混入される。リサイクルガスＲＧ１が混入された原料ガスは移送配管２において最終的に約２００℃まで加熱される。混入されるリサイクルガスＲＧ１の温度は、特に制限されるものではないが、本実施形態では約１２０℃である。

リサイクルガスＲＧ１が混入される混入部１２および移送配管２の接ガス面は、タンタルまたはタンタル−タングステン合金で構成され、あるいは被覆されている。このように、混入部１２および移送配管２の接ガス面をタンタルまたはタンタル−タングステン合金で構成あるいは被覆することによって、塩化水素ガスＣＧ１および酸素ガスＯＧ１からなる原料ガスとリサイクルガスＲＧ１を、混入部１２の接ガス面および移送配管２の接ガス面に腐食を生じさせることなく混合することができ、さらには２００℃程度まで原料ガスを予熱することが可能となる。ここで、移送配管２にフッ素樹脂などの材料を用いることはできない。なぜなら、１６０〜２００℃の温度では軟化してしまうからである。また、ステンレス鋼、ニッケル、ニッケル合金などの金属材料を使用することもできない。なぜなら、原料ガスまたはリサイクルガスに水分が含まれている場合、混入部１２および移送配管２が曝される温度領域では、これらの金属は腐食されてしまうからである。

なお、混入部１２の移送配管２における位置は特に制限されるものではない。また、たとえば塩化水素酸化反応後に塩化水素と酸素がそれぞれ別々に回収されるような場合には、それぞれのリサイクルガスを別々に原料ガスに混入させることができるよう、混入部を複数設けてもよい。

以上のように、少なくとも混入部１２および移送配管２の接ガス面をタンタルまたはタンタル−タングステン合金で構成する、あるいは被覆することにより、腐食を生じさせることなく、原料ガスを所定の温度まで予熱することができる。

＜第３の実施形態＞
本発明の塩化水素酸化反応装置の第３の実施形態は、第１の実施形態または第２の実施形態にさらに、タンタルまたはタンタル−タングステン合金で構成する、あるいは被覆する部分における混合ガス中の水分濃度が０．５ｍｏｌ％以上となるように、タンタルまたはタンタル−タングステン合金で構成する、あるいは被覆する部分の少なくとも一部に水蒸気ＶＧ１を供給するための設備を備えることを特徴とする。ここで、「混合ガス」とは、原料である塩化水素ガスＣＧ１および酸素ガスＯＧ１が混合された原料ガスまたは当該混合された原料ガスにリサイクルガスＲＧ１が混入された原料ガスのいずれかを指す。このような特徴を有することにより、特に約１５０℃以上の高温領域において、タンタルまたはタンタル−タングステン合金で構成され、あるいは被覆された部分の腐食をより確実に防ぐことができる。

本実施形態も図１を参照して説明する。ここでは、第１または第２の実施形態と重複する部分については説明を省略し、本実施形態に特徴的な部分のみ説明することとする。本実施形態に特徴的な部分とは、タンタルまたはタンタル−タングステン合金で構成する、あるいは被覆する部分の少なくとも一部に水蒸気ＶＧ１を供給するための設備である。

本実施形態においては、移送配管２に水蒸気ＶＧ１を供給するための設備が付設されている。水蒸気を供給するための設備は、水蒸気を供給できるものであれば特に限定されず、図１のように、単に水蒸気を供給するための移送管を移送配管２に連結する構造であってもよい。水蒸気を供給するための設備は、１つの塩化水素酸化反応装置につき、１つであってもよく、複数であってもよい。水蒸気の供給により、タンタルまたはタンタル−タングステン合金で構成する、あるいは被覆する部分における混合ガス中の水分濃度を０．５ｍｏｌ％以上とすることにより、特に約１５０℃以上の高温領域において、タンタルまたはタンタル−タングステン合金で構成され、あるいは被覆された部分の腐食をより確実に防ぐことができる。

水蒸気が供給される位置は、リサイクルガスＲＧ１が混入される混入部１２より手前であることが好ましい。なぜなら、水蒸気供給位置が混入部より後にある場合、混入部手前では混合ガス中の水分濃度が０．５ｍｏｌ％より低くなることがあるからである。また、水蒸気が供給される位置は、移送配管２の前半部が好ましく、より好ましくは、移送配管１と移送配管２の境界付近である。水蒸気供給位置を移送配管２の前半部に設けることにより、混合ガス中の水分濃度が０．５ｍｏｌ％未満になる移送配管部を極力少なくすることができ、また、水蒸気供給位置を移送配管１と移送配管２の境界付近に設けることにより混合ガス中の水分濃度が０．５ｍｏｌ％未満となる移送配管部をなくすことができる。

水蒸気を供給するための設備により供給される水蒸気の量は、タンタルまたはタンタル−タングステン合金で構成あるいは被覆された部分における混合ガス中の水分濃度が０．５ｍｏｌ％以上となるような量であれば、特に制限されるものではないが、水分濃度が過剰に過ぎると塩化水素酸化反応の反応速度に影響を与える可能性があるため１０ｍｏｌ％以下であることが好ましい。

＜第４の実施形態＞
図２は、本発明の第４の実施形態の塩化水素酸化反応装置を示す概念図であり、反応原料である塩化水素ガスＣＧ２、酸素ガスＯＧ２および塩化水素酸化反応後に回収されたリサイクルガスＲＧ２の各供給部から塩化水素酸化反応のための反応器２０３へと至る原料ガス移送管の経路を概略的に図示したものである。

図２において、まず反応原料である塩化水素ガスＣＧ２および酸素ガスＯＧ２は各供給部より供給され、それぞれ熱交換器２０７、２０８により約２００℃まで予熱された後、混合部２０１へと至り混合される。混合部２０１には同様に、熱交換器２０９により約２００℃に予熱された水蒸気ＶＧ２が供給される。混合された塩化水素ガス、酸素ガスおよび水蒸気からなる原料ガスは、熱交換器を有する（図示せず）移送配管４、移送配管５を順次通過するとともに予熱され、最終的には２５０℃程度となって反応器２０３へと供給される。移送配管４には、塩化水素酸化反応後に回収されたリサイクルガスＲＧ２を混入させるための移送管Ｔ２１０が、混入部２０２を介して連結されており、リサイクルガスＲＧ２は、この混入部２０２より移送配管４内に入り、塩化水素ガスＣＧ２、酸素ガスＯＧ２および水蒸気ＶＧ２からなる原料ガスに混入される。移送配管４において、リサイクルガスＲＧ２が混入された原料ガスは、比較的温度が低いリサイクルガスＲＧ２により一旦温度が下がるが、最終的に移送配管５において、リサイクルガスＲＧ２が混入された混合ガスは、約２５０℃まで加熱される。

なお、本実施形態においては、塩化水素ガスＣＧ２、酸素ガスＯＧ２および水蒸気ＶＧ２は約２００℃に予熱されているが、この温度に限られるものではない。原料ガスの圧力は、常圧であっても加圧されていてもよいが、加圧される場合、０．１から１．０ＭＰａであることが好ましい。水蒸気の圧力は、常圧であっても加圧されていてもよいが、加圧される場合、０．１から１．０ＭＰａであることが好ましい。塩化水素ガス供給部から混合部２０１へと至る移送管Ｔ２０４の材質としては、腐食を防ぐため、たとえば炭素鋼やステンレス鋼などが用いられる。酸素供給部から混合部２０１に至るまでの移送管Ｔ２０５の材質としては、酸素自身、金属腐食性を有しないことから、比較的広範囲の材質を選択することができ、例えばＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１６Ｌなどのステンレス鋼、炭素鋼、ニッケル、ニッケル合金などを用いることができる。また、水蒸気供給部から酸素移送管との連結部に至るまでの移送管Ｔ２０６の材質としては、たとえばＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１６Ｌなどのステンレス鋼、炭素鋼、ニッケル、ニッケル合金などが用いられる。なお、本実施形態においては水蒸気を供給するための移送管Ｔ２０６は、混合部２０１に至る前に酸素を供給するための移送管Ｔ２０５に連結されているが、水蒸気を供給するための移送管Ｔ２０６が直接混合部２０１に連結される構造としてもよい。

供給される水蒸気の量は、タンタルまたはタンタル−タングステン合金で構成あるいは被覆された部分における混合ガス中の水分濃度が、０．５ｍｏｌ％以上となるような量であれば、特に制限されるものではないが、水分濃度が過剰に過ぎると塩化水素酸化反応の反応速度に影響を与える可能性があるため１０ｍｏｌ％以下であることが好ましい。水蒸気を供給するための設備は、１つの塩化水素酸化反応装置につき、１つであってもよく、複数であってもよい。

原料である塩化水素ガスＣＧ２、酸素ガスＯＧ２および水蒸気ＶＧ２が混合される混合部２０１の接ガス面は、タンタルまたはタンタル−タングステン合金で構成され、あるいは被覆されている。このように混合部２０１の接ガス面をタンタルまたはタンタル−タングステン合金で構成あるいは被覆することで、混合部２０１の腐食を回避することが可能となり、さらには混合部２０１に水蒸気ＶＧ２を供給することにより、混合部２０１の腐食をより確実に防ぐことができる。なお、混合部２０１周辺の移送管にも、タンタルまたはタンタル−タングステンで構成された、あるいは被覆された配管を使用してもよい。

リサイクルガスＲＧ２が混入される混入部２０２および移送配管４の接ガス面もまた、タンタルまたはタンタル−タングステン合金で構成され、あるいは被覆されている。このように、混入部２０２および移送配管４の接ガス面をタンタルまたはタンタル−タングステン合金で構成あるいは被覆することによって、塩化水素ガスＣＧ２および酸素ガスＯＧ２からなる原料ガスにリサイクルガスＲＧ２を、混入部２０２の接ガス面および移送配管４の接ガス面に腐食生じさせることなく混入させることができ、さらには２００℃程度まで混合ガスを予熱することが可能となる。また、混合部２０１において水蒸気ＶＧ２を供給された原料ガスは同じガス組成のまま移送配管４に入ってくることから、基本的には移送配管４および混入部２０２においても混合ガス中の水分濃度は０．５ｍｏｌ％以上に維持されている。これにより、移送配管４および混入部２０２の腐食を確実に防ぐことができる。「基本的には」となっているのは、混入されるリサイクルガスＲＧ２の水分濃度によっては、リサイクルガスＲＧ２の混入後の混合ガスの水分濃度が０．５ｍｏｌ％以上にならない場合があるためである。このような場合に備え、あらかじめ混合部２０１に供給される水蒸気の量を増やすか、または移送配管４における混入部２０２の手前にもう一つの水蒸気供給設備を設けてもよい。ここで、約２００℃で移送配管４に入った原料ガスを再度約２００℃まで加熱する必要があるのは、本実施形態においては、リサイクルガスが約１２０℃の温度で移送配管４に導入されるからである。ただし、リサイクルガスの温度は、特に制限されるものではない。なお、たとえば塩化水素酸化反応後に塩化水素と酸素がそれぞれ別々に回収されるような場合には、それぞれのリサイクルガスを別々に原料ガスに混入させることができるよう、混入部を複数設けてもよい。

移送配管５の材質としては、ステンレス鋼、ニッケル、ニッケル合金などを用いることが好ましい。２００〜２５０℃の温度領域では、塩酸の露点より十分に高いため、これらの材質は腐食されない。移送配管５に、接ガス面がタンタルまたはタンタル−タングステン合金で構成あるいは被覆された配管を使用することも可能である。なお、構成材料あるいは被覆材料として用いられるタンタルおよびタンタル−タングステン合金の純度および被覆方法は第１の実施形態と同様である。

以上のように、少なくとも原料である塩化水素ガスＣＧ２および酸素ガスＯＧ２が混合される混合部２０１、リサイクルガスＲＧ２が混入される混入部２０２および移送配管４の接ガス面をタンタルまたはタンタル−タングステン合金で構成する、あるいは被覆することにより、腐食を生じさせることなく、原料ガスを混合、さらには原料ガスにリサイクルガスＲＧ２を混入させることができ、かつ混合ガスを所定の温度まで予熱することができる。さらには、水蒸気ＶＧ２を供給し、タンタルまたはタンタル−タングステン合金で構成する、あるいは被覆する部分における混合ガスの水分濃度を０．５ｍｏｌ％以上とすることにより、タンタルまたはタンタル−タングステン合金で被覆した部分の腐食を確実に防ぐことができる。

＜塩化水素酸化反応方法＞
また、本発明の塩化水素酸化反応装置を用いた塩化水素酸化反応方法によれば、塩化水素および酸素を主原料とし、触媒の存在下、接触気相反応により塩化水素を酸化して塩素を製造するプロセスにおいて、原料ガスの混合部の接ガス面、リサイクルガスの混入部の接ガス面および原料ガスやリサイクルガスを塩化水素酸化反応のための反応器へ移送するための移送配管の接ガス面に腐食を生じさせることなく、原料ガスの混合および／またはリサイクルガスの混入ならびに混合ガスの予熱を行なうことができる。さらには、水蒸気を供給し、タンタルまたはタンタル−タングステン合金で構成する、あるいは被覆する部分における混合ガスの水分濃度を０．５ｍｏｌ％以上とするステップを設けることにより、タンタルまたはタンタル−タングステン合金で構成した、あるいは被覆した部分の腐食を確実に防ぐことができる。

また本発明は、接ガス面の一部をタンタルまたはタンタル−タングステン合金で構成した、あるいはタンタルまたはタンタル−タングステン合金で被覆した、塩化水素ガスを含むガスを移送するための配管の使用方法であって、タンタルまたはタンタル−タングステン合金で構成する、あるいは被覆する部分における該塩化水素ガスを含むガス中の水分濃度を０．５ｍｏｌ％以上にすることを特徴とする、配管の使用方法に関する。本発明の配管の使用方法によれば、塩化水素酸化反応に限らず、塩化水素を含むガスを扱う各種反応においても当該ガスを移送するための配管に腐食を生じさせなくすることが可能となる。

タンタル、ＳＵＳ３１６Ｌおよびニッケルの混合ガスに対する耐食性を測定した結果を以下に示す。

［試験方法］
表１は、タンタル、ＳＵＳ３１６Ｌおよびニッケルそれぞれの試験片を種々の温度において、種々の混合ガス組成を有するガスに暴露させた場合の腐食速度およびタンタル試験片に関する脆化の有無をまとめたものである。ここで、表１のガス組成比は、塩化水素酸化プロセスにおける原料である塩化水素ガス、酸素ガス、混合された原料ガス、およびこれら原料ガスにさらにリサイクルガスが混入された混合ガスの組成比を想定したものである。一部の試験において、混合ガス中に塩素が含まれているのは、塩化水素酸化反応後に未反応の塩化水素、酸素を回収する際、これらリサイクルガス中に生成物である塩素が一部混入する場合があるためである。

＜腐食速度＞
腐食速度（ｍｍ／年）は、腐食の程度を示す１つのパラメーターであり、ある物質について耐食性を有するかどうかの１つの指針となるものである。表１では、各材料が腐食により減肉する速度を、１年あたりの材料が減肉する厚さで表している。この表の腐食速度は、試験前後の試験片の重量変化を試験片の厚さに換算して求めたものである。なお試験時間は、試験Ｎｏ．１〜８については、１６８時間であり、試験Ｎｏ．９については７２０時間である。なお、タンタルは、純度が９９．８％のものを用いた。

概して、腐食速度がおよそ０．００２ｍｍ／年以内であれば腐食は殆どないと判断されるため、塩化水素や酸素を含む混合ガスを移送する配管の材質として使用することが可能である。また、およそ０．０２ｍｍ／年以上である場合には、腐食の程度が大きいと判断されるため、移送配管の材質としては不適であるといえる。

＜脆化＞
脆化の有無もまた、ある物質について耐食性を有するかどうかの１つの指針となるものである。すなわち、脆化が確認される場合には、その環境では、装置材料としての信頼性が低いと判断される。脆化試験は、具体的には、上記腐食速度試験を実施した試験片について、三点曲げ試験法で１８０°曲げ試験（曲げ半径は試験片板厚の２倍）を行なった。その曲げた試験片表面の浸透探傷試験と試験片断面の光学顕微鏡観察（５００倍）によって、割れの有無を評価した。

［試験結果］
表１に示すように、タンタルは塩化水素、酸素を含む混合ガスに対して、耐食性が高いことがわかる。すなわち、１５６〜３００℃という広範囲の温度領域において、腐食速度は、０．０００〜０．００５ｍｍ／年であって、ＳＵＳ３１６Ｌ、ニッケルと同程度またはそれ以下の値を示す（試験Ｎｏ．１〜８）。また、１５６〜２５０℃において、脆化は確認されなかった（試験Ｎｏ．１、２、４〜７）。このようなタンタルの特性により、タンタルは塩化水素酸化反応装置において、接ガス面を構成する、あるいは被覆するための材料として極めて有効となる。

一方、ＳＵＳ３１６Ｌおよびニッケルの場合、２００℃以上の高温においては減肉の程度は小さいものの（試験Ｎｏ．４−８、腐食速度０．００２〜０．０１０ｍｍ／年）、１５６℃または１７７℃では、減肉の程度が大きく（試験Ｎｏ．１−３、腐食速度０．０２２〜１３．９８ｍｍ／年）、特に１５６℃において減肉は著しい。

さらに、ＳＵＳ３１６Ｌやニッケルでは減肉が著しい１５６〜約２００℃においても、混合ガス中の水分濃度が０．５ｍｏｌ％以上の場合にはタンタルの混合ガスに対する耐食性は極めて優秀である（試験Ｎｏ．１〜３）。すなわち、１５６℃〜約２５０℃の温度領域においてもタンタルは、減肉および脆化を生じない。このような特性によりタンタルは、触媒の存在下、接触気相反応により塩化水素を酸化して塩素を製造するプロセスにおいて、１５６〜約２００℃の温度領域においても、混合ガスが所定濃度の水分を含む場合には、混合部の接ガス面、リサイクルガスの混入部の接ガス面および原料ガスやリサイクルガスを塩化水素酸化反応のための反応器へ移送するための移送配管の接ガス面を構成する、あるいは被覆するために好適に使用され得る。

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の第１〜３の実施形態の塩化水素酸化反応装置を示す概念図である。 本発明の第４の実施形態の塩化水素酸化反応装置を示す概念図である。

符号の説明

１１，２０１ 混合部、１２，２０２ 混入部、１３，２０３ 反応器、１，２，３，４，５ 移送配管、Ｔ１４，Ｔ１５，Ｔ１６，Ｔ１７，Ｔ２０４，Ｔ２０５，Ｔ２０６，Ｔ２１０ 移送管、２０７，２０８，２０９ 熱交換器。

Claims (5)

1. 塩化水素および酸素を主原料とし、触媒の存在下、接触気相反応により塩化水素を酸化して塩素を製造するための塩化水素酸化反応装置において、該原料ガスが混合される混合部と、該混合部から塩化水素酸化反応のための反応器へと至る混合された原料ガスの移送配管部を備え、該混合部の接ガス面および／または該移送配管部の一部の接ガス面をタンタルまたはタンタル−タングステン合金で構成した、あるいはタンタルまたはタンタル−タングステン合金で被覆したことを特徴とする塩化水素酸化反応装置。
2. 前記混合された原料ガスに塩化水素酸化反応後に回収されるリサイクルガスが混入される混入部をさらに備え、該混入部の接ガス面をタンタルまたはタンタル−タングステン合金で構成した、あるいはタンタルまたはタンタル−タングステン合金で被覆したことを特徴とする、請求項１に記載の塩化水素酸化反応装置。
3. タンタルまたはタンタル−タングステン合金で構成する、あるいは被覆する部分における混合ガス中の水分濃度が０．５ｍｏｌ％以上となるように、タンタルまたはタンタル−タングステン合金で構成する、あるいは被覆する部分の少なくとも一部に水蒸気を供給するための設備をさらに備える、請求項１または２に記載の塩化水素酸化反応装置。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の塩化水素酸化反応装置を用いた塩化水素酸化反応方法。
5. 接ガス面の一部をタンタルまたはタンタル−タングステン合金で構成した、あるいはタンタルまたはタンタル−タングステン合金で被覆した、塩化水素ガスを含むガスを移送するための配管の使用方法であって、タンタルまたはタンタル−タングステン合金で構成する、あるいは被覆する部分における該塩化水素ガスを含むガス中の水分濃度を０．５ｍｏｌ％以上にすることを特徴とする、配管の使用方法。

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