(57)【要約】【課題】ガスケットを介在させたフランジ同士の締結により一対のフランジ付部材が接続された接続構造であって、高温の塩素含有ガスを当該接続構造内に流通させる場合であってもそのシール性が良好であり、長期にわたって塩素含有ガスの漏洩を防止することのできるフランジ付部材の接続構造、及び当該接続構造を形成するためのフランジ付部材の接続方法を提供する。【解決手段】１５０℃以上の塩素含有ガスを流通させるための一対のフランジ付部材がガスケットを介在させたフランジ同士の締結により接続されたフランジ付部材の接続構造であって、それぞれのフランジとガスケットとの間にマイカを含むシール材が配置されている接続構造及び当該接続構造を形成するためのフランジ付部材の接続方法である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１５０℃以上の塩素含有ガスを流通させるための一対のフランジ付部材がガスケットを介在させたフランジ同士の締結により接続されたフランジ付部材の接続構造であって、
それぞれの前記フランジと前記ガスケットとの間にマイカを含むシール材が配置されている接続構造。
【請求項２】
１５０℃以上の塩素含有ガスを流通させるための一対のフランジ付部材をフランジ同士の締結により接続するフランジ付部材の接続方法であって、
対向する一対の前記フランジ間にガスケットを介在させるとともに、それぞれの前記フランジと前記ガスケットとの間にマイカ粉末を含むシール材ペーストを配置した状態で前記締結を行う接続方法。
【請求項３】
前記シール材ペースト中における前記マイカ粉末の含有率が１０〜６０重量％である請求項２に記載の接続方法。
【請求項４】
前記シール材ペーストは水を含み、
前記シール材ペースト中における前記水の含有率が５〜３０重量％である請求項２又は３に記載の接続方法。
【請求項５】
一方の前記フランジと前記ガスケットとの間に配置される前記シール材ペーストの量、及び、他方の前記フランジと前記ガスケットとの間に配置される前記シール材ペーストの量がそれぞれ、前記ガスケット１ｍ2あたり５０〜４００ｇである請求項２〜４のいずれかに記載の接続方法。
【請求項６】
前記塩素含有ガス中の塩素濃度が０．１〜９９．９９体積％である請求項２〜５のいずれかに記載の接続方法。
【請求項７】
前記塩素含有ガス中の水分濃度が０．０１〜３０体積％である請求項２〜６のいずれかに記載の接続方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フランジを備える一対の部材（フランジ付部材）がそれらのフランジ同士の締結により接続された接続構造及び当該接続構造を形成するためのフランジ付部材の接続方法に関し、特に、高温の塩素含有ガスを流通させるのに用いられる接続構造及び当該接続構造を形成するためのフランジ付部材の接続方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種の化学品製造プラントは通常、反応器等を含む複数の機器と、これら複数の機器間を接続する配管等の各種配管とから構成されており、機器と機器との接続、機器と配管との接続、配管と配管との接続は一般的に、これらの機器や配管の接続部分に備えられたフランジ同士を締結することにより行われる。フランジとは、機器や配管の接続部分（末端部分）に設けられるつば状の継手であり、フランジ同士は、例えばボルト／ナット等を用いて締結され、接続構造が形成される。
【０００３】
上記機器や配管内に気体又は液体である流体を流通させる場合には、フランジ接続構造部分からの流体の漏洩を防止するために、通常は、接続されるフランジ間にガスケット（パッキン）を挟み込む。このガスケットは、流通させる流体に対して耐腐食性を有する材料から構成される。
【０００４】
しかしながら、流通させる流体が塩素含有ガスである場合には、ガスケットに適した材料は耐腐食性の観点から極めて限定される。特に、触媒存在下に塩化水素を酸素で酸化し、塩素を製造する塩酸酸化プロセス（例えば特許文献１参照）で取り扱う塩素含有ガスのように、流通させる塩素含有ガスが１５０℃以上の高温状態にある場合や、塩素含有ガスが高温状態にあり、かつ水分を含む場合には、ガスケット材料はさらに限定され、その極めて限られた代表例はニッケル金属である。
【０００５】
ところが、ニッケル金属からなるガスケットは硬質であるため、これをフランジ間に介在させてフランジ同士を締結する際の締結強度を精密に調整することが難しく、この調整が不十分であると十分なシール性を確保できず、塩素含有ガスの漏洩を招く。フランジ同士の締結強度が弱すぎる場合には勿論のこと、締結強度が強すぎる場合においても、ガスケットに発生する傷等に起因して塩素含有ガスの漏洩が生じ得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許３２８４８７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
フランジ接続構造部分からの流体の漏洩を防止する手段としては、各フランジとガスケットとの間にペースト状のシール材（シール材ペースト）を塗布してシール性を高める方法が考えられる。このようなシール材ペーストを介在させる方法によれば、フランジ同士の締結強度を精密に調整することなく、良好なシール性を確保できる可能性がある。
【０００８】
シール材ペーストを介在させる場合には、機器や配管内を流通させる流体の種類や状態、ひいてはフランジ接続構造部分が晒される条件に対して耐性のあるシール材ペーストを使用する必要がある。高温状態での使用に耐え得るシール材ペーストとしては、バインダー成分にカーボン粉末が配合されたものが知られている。
【０００９】
しかし、各フランジとガスケットとの間に上記カーボン粉末を配合したシール材ペーストを塗布して形成したフランジ接続構造によっても、これに１５０℃以上の高温の塩素含有ガスを流通させた場合には、高温の塩素との反応によりカーボン粉末が徐々に消失し、良好なシール性の維持が困難となることが本発明者の検討によって明らかとなった。
【００１０】
そこで本発明の目的は、ガスケットを介在させたフランジ同士の締結により一対のフランジ付部材が接続された接続構造であって、高温の塩素含有ガスを当該接続構造内に流通させる場合であってもそのシール性が良好であり、長期にわたって塩素含有ガスの漏洩を防止することのできるフランジ付部材の接続構造、及び当該接続構造を形成するためのフランジ付部材の接続方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は以下のものを含む。
［１］  １５０℃以上の塩素含有ガスを流通させるための一対のフランジ付部材がガスケットを介在させたフランジ同士の締結により接続されたフランジ付部材の接続構造であって、
それぞれの前記フランジと前記ガスケットとの間にマイカを含むシール材が配置されている接続構造。
【００１２】
［２］  １５０℃以上の塩素含有ガスを流通させるための一対のフランジ付部材をフランジ同士の締結により接続するフランジ付部材の接続方法であって、
対向する一対の前記フランジ間にガスケットを介在させるとともに、それぞれの前記フランジと前記ガスケットとの間にマイカ粉末を含むシール材ペーストを配置した状態で前記締結を行う接続方法。
【００１３】
［３］  前記シール材ペースト中における前記マイカ粉末の含有率が１０〜６０重量％である［２］に記載の接続方法。
【００１４】
［４］  前記シール材ペーストは水を含み、
前記シール材ペースト中における前記水の含有率が５〜３０重量％である［２］又は［３］に記載の接続方法。
【００１５】
［５］  一方の前記フランジと前記ガスケットとの間に配置される前記シール材ペーストの量、及び、他方の前記フランジと前記ガスケットとの間に配置される前記シール材ペーストの量がそれぞれ、前記ガスケット１ｍ2あたり５０〜４００ｇである［２］〜［４］のいずれかに記載の接続方法。
【００１６】
［６］  前記塩素含有ガス中の塩素濃度が０．１〜９９．９９体積％である［２］〜［５］のいずれかに記載の接続方法。
【００１７】
［７］  前記塩素含有ガス中の水分濃度が０．０１〜３０体積％である［２］〜［６］のいずれかに記載の接続方法。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、フランジ付部材の接続構造内に１５０℃以上の高温の塩素含有ガスを流通させる場合においても良好なシール性が得られ、長期にわたって塩素含有ガスの漏洩を有効に防止することができる。このことは、本発明に係る接続構造を適用した製造プラント（及びその構成部材）の腐食防止及び長寿命化に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係るフランジ付部材の接続構造の一例を示す概略断面図である。
【図２】製造プラントが備える反応器の一例を模式的に示す側面図である。
【図３】塩酸酸化プロセスを模式的に示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
＜フランジ付部材の接続構造＞
本発明に係るフランジ付部材の接続構造は、一対のフランジ付部材がガスケットを介在させたフランジ同士の締結により接続された構造であり、それぞれのフランジとガスケットとの間にマイカを含むシール材が配置されていることを特徴としている。すなわち、この接続構造は、それぞれのフランジ付部材が備える一対の対向配置されたフランジ同士を締結した構造において、当該一対のフランジ間にガスケットを介在させ、さらに各フランジとガスケットとの間を上記シール材でシールした構造である。
【００２１】
マイカを含むシール材が、塩素含有ガス、特に１５０℃以上の高温の塩素含有ガス、さらには１５０℃以上の高温であり、かつ水分を含む塩素含有ガスに対して優れた耐性を示し、上記塩素含有ガスに晒される条件下においてもシール材成分の消失、変性等の劣化が極めて生じにくく、長期にわたって優れたシール性を維持できることは、本発明者によって初めて見出された知見である。本発明に係るフランジ付部材の接続構造によれば、長期にわたって高温の、さらには水分を含む塩素含有ガスの漏洩を有効に防止することができる。
【００２２】
本発明に係るフランジ付部材の接続構造の一例をその概略断面図で図１に示す。図１に例示される接続構造１０は、配管である第１のフランジ付部材１と、同じく配管である第２のフランジ付部材２とを、対向配置された第１のフランジ３及び第２のフランジ４をボルト５／ナット６によって締結することにより接続された構造となっている。第１のフランジ３と第２のフランジ４との間にはガスケット（パッキン）７が配置され、第１のフランジ３とガスケット７との間及び第２のフランジ４とガスケット７との間はそれぞれ、マイカを含むシール材８でシールされている。接続構造１０は、１５０℃以上（通常は５００℃以下）の塩素含有ガスＸを流通させるのに用いられるものであり、例えば製造プラントの一部として使用される。なお、図１では、ガスケット７及びシール材８の配置位置を見やすくするためにこれらの厚みを大き目に描画しているが、第１及び第２のフランジ付部材１，２の大きさと比較したときのこれらの実際の厚みは通常、図１の描画よりもより小さいものとなり得る。
【００２３】
（フランジ付部材）
フランジ付部材とは、その接続部分にフランジを備えた部材（又は部品）であり、典型的には各種製造プラントの構成部材として使用されるものである。フランジ付部材の具体的な例は、図１に示すような配管の他、例えば製造プラント内に組み込まれる各種機器等を含む。機器の具体例としては、例えば反応器、熱交換器、塔、タンク等が挙げられるが、特に限定されるものではない。本発明に係る接続構造は、同種のフランジ付部材同士の接続構造（例えば、配管と配管との接続構造、機器と機器との接続構造）であってもよいし、異種のフランジ付部材同士の接続構造（例えば、配管と機器との接続構造）であってもよい。
【００２４】
また本発明において、互いに接続される一対のフランジ付部材は、１つの機器を構成する一対の構成部材であってもよい。例えば製造プラントが備える反応器には、図２に示されるように、接続部分にフランジ２１，２２を有する筒状の胴体部２０と、胴体部２０の上下に配置され、胴体部２０との接続部分にフランジ３１を有する上筺板３０及び胴体部２０との接続部分にフランジ４１を有する下筺板４０とで構成したものがあるが、このような場合において、一対のフランジ付部材は、上筺板３０及び胴体部２０、又は、胴体部２０及び下筺板４０であることができる。なお、図２において、ガスケット及びシール材は図示を割愛している。
【００２５】
フランジ付部材は、他のフランジ付部材との接続部分にフランジを備えており、当該接続部分は通常、フランジ付部材のいずれかの端部である。フランジは、他のフランジ付部材のフランジとの接続が可能になるよう、その接続側表面を外側に向けて備えられる。フランジ付部材が機器である場合においてフランジは、機器から延びる配管の接続部分に備えられてもよい。フランジは、機器や配管等と一体となっていてもよいし（図１及び図２のように）、あるいは、機器や配管等に対して脱着可能（機器や配管等とは別の部材）となっていてもよく、従来公知の構造のものを用いることができる。
【００２６】
フランジ付部材は、高温の塩素含有ガスに対する耐腐食性を考慮して、例えばニッケル金属のほか、ニッケルクラッド、タンタル、タンタルライニング等が用いられる。本発明に係る接続構造内を流通させる塩素含有ガスは、１５０℃以上で、通常は５００℃以下の高温の塩素含有ガスである。塩素含有ガス中の塩素濃度は、例えば０．１〜９９．９９体積％であることができ、触媒存在下に塩化水素を酸素で酸化し、塩素を製造する後述の塩酸酸化プロセスの製造プラントに本発明に係る接続構造を適用する場合、流通される塩素含有ガスの塩素濃度は、より典型的には１０〜６０体積％である。塩素含有ガスは水分を含んでいてもよく、その水分濃度は、例えば０．０１〜３０体積％であることができる。塩素含有ガスは、水分以外の他の成分（不純物等）を含み得る。
【００２７】
（ガスケット）
本発明に係る接続構造において、一対のフランジ間に配置されるガスケット（パッキン）は、高温の、さらには水分を含む塩素含有ガスに対して耐腐食性を有する材質からなるものであり、上述のように、その代表例はニッケル金属である。ニッケル金属からなるガスケットは、市販のものを用いることができる。ガスケットの形状は、フランジの形状に合うものであり、通常はリング状である。
【００２８】
（シール材）
各フランジとガスケットとの間に配置され、シール性を高める役割を担う本発明に係るシール材は、マイカを含むものである。マイカを含むシール材は、１５０℃以上の高温の塩素含有ガス、さらには１５０℃以上の高温であり、かつ水分を含む塩素含有ガスに晒される条件下においても、マイカ成分の消失、変性等の劣化を起こさず、長期にわたって優れたシール性を示す。これは、シール材に含まれるマイカそのものによるものである。また、各フランジとガスケットとの間にマイカを含むシール材を介在させることにより、フランジ間の締結強度を精密に調整することなく、塩素含有ガスの漏洩を長期にわたって防止できるシール性に優れた接続構造を形成できる。
【００２９】
接続構造においてマイカを含むシール材は、実質的にマイカのみからなっていてもよいし、マイカ以外の成分を含んでいてもよい。マイカ以外の成分をさらに含むシール材としては、後述するシール材ペーストそのものの他、当該ペーストからマイカ以外の成分の一部が消失したものが挙げられる。一方、実質的にマイカのみからなるシール材としては、シール材がマイカそのものである場合の他、後述するシール材ペーストからマイカ以外の成分の全部又はほぼ全部が消失したものが挙げられる。
【００３０】
シール材に含まれるマイカは、粉末状態であることが好ましいが、他の形態を有していてもよい。
【００３１】
＜フランジ付部材の接続方法＞
以下に示す本発明に係るフランジ付部材の接続方法は、上記接続構造を形成するための方法として好適に用いることができる。
【００３２】
本発明に係るフランジ付部材の接続方法では、一対のフランジ付部材が備える各フランジを対向配置させ、当該フランジ間にガスケットを介在させるとともに、各フランジとガスケットとの間にマイカ粉末を含むシール材ペーストを配置した状態でフランジ同士の締結を行う。フランジ付部材、ガスケット及びフランジ同士の締結方法については上述の記載が引用される。
【００３３】
（シール材ペースト）
本発明に用いるシール材ペーストは、少なくともマイカ粉末を含むペースト状物であり、ペースト状態を実現するために、通常、バインダー成分と溶媒とをさらに含む。バインダー成分としては高分子成分が挙げられ、溶媒としては水が好適に用いられる。
【００３４】
シール材ペーストの塗工性、被塗物への付着性等に鑑み、シール材ペースト中におけるマイカ粉末の含有率は、例えば１０〜６０重量％であり、好ましくは２０〜５０重量％、より好ましくは３０〜４０重量％である。シール材ペースト中におけるバインダー成分の含有率は、例えば３０〜６０重量％であり、好ましくは３５〜５５重量％、より好ましくは４０〜５０重量％である。シール材ペースト中における水の含有率は、例えば５〜３０重量％であり、好ましくは７〜２５重量％、より好ましくは１０〜２０重量％である。これらの成分を均一に混合することによりシール材ペーストが得られる。
【００３５】
各フランジとガスケットとの間にシール材ペーストを配置するには、ガスケットの両面（各フランジとの接合面）及び／又は各フランジにおけるガスケットとの接合面にシール材ペーストを塗工すればよい。好ましくは、ガスケットの両面にシール材ペーストを塗工する。塗工手段は特に限定されない。
【００３６】
一方のフランジとガスケットとの間に配置されるシール材ペーストの量、及び、他方のフランジとガスケットとの間に配置されるシール材ペーストの量はそれぞれ、十分なシール性を確保する観点から、ガスケット１ｍ2あたり５０〜４００ｇであることが好ましく、１００〜３５０ｇであることがより好ましく、２００〜３５０ｇであることがさらに好ましい。
【００３７】
典型的には、ガスケットの両面それぞれの全体又は一部にシール材ペーストを塗工し、これを対向配置させた一対のフランジ間に配置した状態で、ボルト／ナット等を用いてフランジ同士を締結することによりフランジ付部材の接続構造を形成する。なお、以上で説明したフランジ付部材の接続方法の他、ガスケットの両面全体に予めマイカが固着されたものを用い、これを対向配置させた一対のフランジ間に配置した状態でフランジ同士を締結することによりフランジ付部材の接続構造を形成することもできる。
【００３８】
＜フランジ付部材の接続構造の適用例＞
本発明に係るフランジ付部材の接続構造は、１５０℃以上の高温の塩素含有ガス、さらには１５０℃以上の高温であり、かつ水分を含む塩素含有ガスに対して優れた耐性を示し、長期にわたって当該塩素含有ガスの漏洩を防止することができるため、このような塩素含有ガスを取り扱う各種製造プラントの構成部材として好適に用いることができる。かかる製造プラントは特に制限されないが、その代表なものは、触媒存在下に塩化水素を酸素で酸化し、塩素を製造する塩酸酸化プロセスを行う製造プラントである。
【００３９】
図３は、上記の塩酸酸化プロセスを模式的に示すフロー図である。図３に示されるように、塩酸酸化プロセスは基本的に下記の工程を含む。
【００４０】
（１）加熱した塩化水素ガス及び酸素ガスを反応器に供給し、触媒の存在下、塩化水素ガスを酸素ガスで酸化することにより塩素を含むガスを得る酸化工程、
（２）吸収塔にて、酸化工程で得られた塩素を含むガスを水（又は塩酸水）と接触させることにより、塩化水素および水を主成分とする溶液（未反応塩酸）として未反応の塩化水素を回収するとともに、塩素および酸素を主成分とするガスを得る吸収工程、
（３）乾燥塔にて、吸収工程で得られたガスを硫酸を用いて乾燥する乾燥工程、
（４）塩素精製塔にて、乾燥工程で得られたガスを、塩素を主成分とする液体またはガスと、未反応酸素を主成分とするガスとに分離する精製工程、及び
（５）任意で実施される、精製工程で得られた未反応酸素を主成分とするガスの一部又は全部を、洗浄塔にて水で洗浄した後、リサイクルガスとして酸化工程の反応器へ供給する循環工程。
【００４１】
酸化工程（１）は、例えば、酸化ルテニウム系触媒を充填した固定床反応器に塩化水素ガス、酸素ガス及び任意で供給されるリサイクルガスを供給することにより行うことができる。酸化反応の反応温度は、１００〜５００℃の範囲内であることが好ましく、２００〜４００℃の範囲内であることがより好ましい。原料ガスである塩化水素ガス、酸素及び任意で供給されるリサイクルガスは、反応器に供給される前に熱交換器（ヒーター）を用いて酸化反応温度又はその近傍まで加熱される。
【００４２】
吸収工程（２）は未反応の塩化水素を塩酸として除去する工程である。吸収塔に供給されることとなる反応器出口から排出されるガスは酸化反応温度を維持しているため、通常は、吸収塔へ導入する前に熱交換器（クーラー）を用いて５０〜１２０℃程度まで冷却される。
【００４３】
乾燥工程（３）及び精製工程（４）を経て、塩素を主成分とする液体またはガスである製品塩素が得られるが、精製工程（４）において未反応酸素を主成分とするガスが副生する。任意で実施される循環工程（６）は、この副生ガスの一部又は全部を洗浄してリサイクルガスとし、原料ガスの一部として再利用する工程である。
【００４４】
以上のような塩酸酸化プロセスの製造プラントにおいて、本発明に係る接続構造は、高温の塩素含有ガス（この塩素含有ガスは通常、水分を含む）が流通し得る図３において太線で示した部分（太線の途中に介在する機器を含む）に好適に適用することができ、より具体的には、
（ａ）太線で示される配管ラインのいずれかが複数の配管から構成される場合において、当該複数の配管同士を接続した接続構造、
（ｂ）原料ガスである塩化水素ガス及び酸素ガスを加熱するための熱交換器と、これに隣接する配管とを接続した接続構造、
（ｃ）洗浄塔から出たリサイクルガスを加熱するための熱交換器と、これに隣接する配管とを接続した接続構造、
（ｄ）反応器と、これに隣接する配管とを接続した接続構造、
（ｅ）反応器出口から排出されるガスを冷却するための熱交換器と、これに隣接する配管とを接続した接続構造、
（ｆ）吸収塔と、これに反応器から排出されたガスを導入するための配管とを接続した接続構造、
（ｇ）反応器の上筺板と胴体部との接続構造、及び／又は、胴体部と下筺板との接続構造、
等として好適に適用することができる。
【実施例】
【００４５】
以下、実施例を示して本発明をより詳細に説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
【００４６】
ニッケル製ガスケットの両面に、２００ｇ／ｍ2の塗布量でマイカ粉末を含むシール材ペースト（ニチアス（株）製「オイルタイトペースト  Ｎｏ．９１０６）を塗布したものを２枚用意し、図２を参照して、これらをフランジ２１と３１との間、及び、フランジ２２と４１との間に挟んでフランジ同士をボルト／ナットで締結することにより、図２に示される構造を有する塩酸酸化プロセスの反応器を作製した。
【００４７】
作製した反応器内に、０．４ＭＰａＧの圧力条件下で、２６０℃の塩素含有ガス（塩素ガス：３２体積％、塩化水素ガス：２３体積％、酸素ガス：１５体積％、水：１７体積％、二酸化炭素ガス：８体積％、窒素ガス：５体積％）を７９００時間連続的に流通させたが、フランジ接続部からの塩素含有ガスの漏れは検出されなかった。
【符号の説明】
【００４８】
１  第１のフランジ付部材、２  第２のフランジ付部材、３  第１のフランジ、４  第２のフランジ、５  ボルト、６  ナット、７  ガスケット、８  シール材、１０  接続構造、２０  胴体部、２１，２２  フランジ、３０  上筺板３０、３１  フランジ、４０  下筺板、４１  フランジ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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