(57)【要約】【課題】ガス状塩化水素、ガス状酸素およびガス状水分を含み、このガス状水分の凝縮温度（Ｔｃ）が３００℃未満であり、温度（Ｔ０）が３００℃を超える混合ガス（３０）を、ガス状水分の凝縮温度（Ｔｃ）以下の温度（Ｔ２）まで間接的に冷却することができ、十分な機械的強度を有し、腐食したり脆化するおそれのない冷却装置（１）を提供する。【解決手段】本発明の冷却装置（１）は、混合ガス（３０）と接触する面（１０ａ）がニッケルで構成された第一冷却器（１０）と、接触する面（２０ａ）がタンタルで構成された第二冷却器（２０）とを備えている。前記混合ガス（３０）を、第一冷却器（１０）により凝縮温度（Ｔｃ）超３００℃以下の温度（Ｔ１）まで冷却したのち、第二冷却器（２０）により凝縮温度（Ｔｃ）以下の温度（Ｔ２）まで冷却する。混合ガス（３０）は、例えばガス状塩化水素およびガス状酸素を３００℃を超える温度で反応させて得る。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス状塩化水素、ガス状酸素およびガス状水分を含み、前記ガス状水分の凝縮温度（Ｔｃ）が３００℃未満であり、温度（Ｔ０）が３００℃を超える混合ガスを前記凝縮温度（Ｔｃ）以下の温度（Ｔ２）まで冷却するための装置であり、前記混合ガスと接触する面がニッケルで構成された第一冷却器と、前記混合ガスと接触する面がタンタルで構成された第二冷却器とを備え、前記混合ガスを、前記第一冷却器により前記凝縮温度（Ｔｃ）を超え３００℃以下の温度（Ｔ１）まで冷却したのち、前記第二冷却器により前記凝縮温度（Ｔｃ）以下の温度（Ｔ２）まで冷却するように構成されていることを特徴とする前記混合ガスの冷却装置。
【請求項２】
前記混合ガスが、ガス状塩化水素およびガス状酸素を３００℃を超える温度で反応させて得られ、生成したガス状塩素、未反応のガス状塩化水素、未反応のガス状酸素および副生したガス状水分を含む混合ガスである請求項１に記載の冷却装置。
【請求項３】
ガス状塩化水素、ガス状酸素およびガス状水分を含み、前記ガス状水分の凝縮温度（Ｔｃ）が３００℃未満であり、温度（Ｔ０）が３００℃を超える混合ガスを、前記混合ガスに含まれるガス状水分の凝縮温度（Ｔｃ）以下の温度まで冷却する方法であり、前記混合ガスを、前記混合ガスと接触する面がニッケルで構成された第一冷却器により前記凝縮温度（Ｔｃ）を超え３００℃以下の温度（Ｔ１）まで冷却し、次いで前記混合ガスと接触する面がタンタルで構成された第二冷却器により前記凝縮温度（Ｔｃ）以下の温度（Ｔ２）まで冷却することを特徴とする前記混合ガスの冷却方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス状塩化水素、ガス状酸素およびガス状水分を含む混合ガスの冷却装置および冷却方法に関し、詳しくはガス状塩化水素、ガス状酸素およびガス状水分を含み、このガス状水分の凝縮温度が３００℃未満であり、温度が３００℃を超える混合ガスをガス状水分の凝縮温度以下の温度まで冷却するための装置および冷却方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
塩化水素（ＨＣｌ）および酸素（Ｏ２）を反応させて塩素（Ｃｌ２）を製造する方法は公知であり、例えば特許文献１〜特許文献６には、ガス状塩化水素およびガス状酸素を反応させて、ガス状塩素と共に未反応のガス状塩化水素、未反応のガス状酸素および副生したガス状水分を含む混合ガスを得る方法が開示されている。これらの文献によれば、反応温度は２００℃〜５００℃であり、反応温度が高いほど収率よく塩素を得ることができる。かかる方法により得られる混合ガスの温度は、反応温度と概ね等しい温度であり、３００℃を超える温度で反応させた場合には、温度が３００℃を超える混合ガスが得られる。かかる混合ガスは通常、冷却された後に、未反応のガス状塩化水素などを除去する工程などに送られる。
【０００３】
かかる混合ガスを冷却するとガス状水分が凝縮することがある。混合ガスを凝縮温度以下まで冷却するには、混合ガスと接触する面が、３００℃を超える混合ガスや、凝縮した水分によって腐食したり脆化することのない材料で構成された冷却装置を用いて間接的に冷却すればよい。かかる材料としては、石英などの無機ガラスが知られている。
【０００４】
しかし、混合ガスと接触する面が無機ガラスで構成された冷却装置では、機械的強度に欠けるという問題があった。
【０００５】
【特許文献１】特開平０９−０６７１０３号公報
【特許文献２】特開平１０−１８２１０４号公報
【特許文献３】特開平１０−１９４７０５号公報
【特許文献４】特開平１０−３３８５０２号公報
【特許文献５】特開平１１−１８０７０１号公報
【特許文献６】特開２０００−２７２９０６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明者は、ガス状塩化水素、ガス状酸素およびガス状水分を含み、このガス状水分の凝縮温度が３００℃未満であり、温度が３００℃を超える混合ガスをガス状水分の凝縮温度以下の温度まで間接的に冷却することができ、十分な機械的強度を有し、混合ガスと接触する面が腐食したり脆化するおそれのない冷却装置を開発するべく鋭意検討した結果、混合ガスと接触する面がニッケルで構成された第一冷却器と、タンタルで構成された第二冷却器とを備え、混合ガスを第一冷却器でガス状水分の凝縮温度を超え３００℃以下の温度まで冷却したのちに、第二冷却器でガス状水分の凝縮温度以下まで冷却するように構成された冷却装置であれば、混合ガスと接触する面がニッケルまたはタンタルで構成されているので十分な機械的強度を有し、また第一冷却器および第二冷却器の混合ガスと接触する面が腐食されたり、脆化するおそれもないことを見出し、本発明に至った。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明は、ガス状塩化水素、ガス状酸素およびガス状水分を含み、前記ガス状水分の凝縮温度（Ｔｃ）が３００℃未満であり、温度（Ｔ０）が３００℃を超える混合ガス（３０）を前記凝縮温度（Ｔｃ）以下の温度（Ｔ２）まで冷却するための装置（１）であり、
前記混合ガス（３０）と接触する面（１０ａ）がニッケルで構成された第一冷却器（１０）と、
前記混合ガス（３０）と接触する面（２０ａ）がタンタルで構成された第二冷却器（２０）とを備え、
前記混合ガス（３０）を、前記第一冷却器（１０）により前記凝縮温度（Ｔｃ）を超え３００℃以下の温度（Ｔ１）まで冷却したのち、
前記第二冷却器（２０）により前記凝縮温度（Ｔｃ）以下の温度（Ｔ２）まで冷却するように構成されていることを特徴とする前記混合ガス（３０）の冷却装置（１）を提供するものである。本発明の冷却装置（１）の一例を図１に模式的に示す。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図１に基づき、本発明の冷却装置（１）について説明する。本発明の冷却装置（１）は、ガス状塩化水素、ガス状酸素およびガス状水分を含み、前記ガス状水分の凝縮温度（Ｔｃ）が３００℃未満であり、温度（Ｔ０）が３００℃を超える混合ガス（３０）を冷却する装置（１）である。
【０００９】
混合ガス（３０）は、ガス状塩化水素、ガス状酸素およびガス状水分を含む。ガス状塩化水素の含有量はモル分率で、例えば２％以上６０％以下であり、ガス状酸素の含有量はモル分率で、例えば１０％以上３０％以下であり、ガス状水分の含有量はモル分率で、例えば１０％以上４０％以下である。混合ガス（３０）の圧力は絶対圧力で通常は０．１ＭＰａ以上２ＭＰａ以下程度である。かかる混合ガス（３０）に含まれるガス状水分の凝縮温度（Ｔｃ）は３００℃未満である。
【００１０】
混合ガス（３０）は、ガス状塩素を含んでいてもよく、その含有量はモル分率で、例えば５％以上８０％以下である。ガス状塩素を含む混合ガス（３０）は、例えばガス状塩化水素およびガス状酸素を反応させてガス状塩素を製造するための反応装置から得ることができる（特許文献６）。かかる反応装置において、ガス状塩化水素およびガス状酸素は、式（１）
【化１】
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に従って反応が進行し、生成したガス状塩素の他に、未反応のガス状塩化水素、未反応のガス状酸素および副生したガス状水分を含む混合ガスが得られる。反応は通常、触媒の存在下に行われる。触媒としては、例えば担体に金属ルテニウムまたはルテニウム化合物が担持された触媒、酸化ルテニウム、ルテニウムと他の金属との複合酸化物、金属ルテニウムの粉末などの固体触媒が用いられる（特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５）。
【００１１】
３００℃を超える温度（Ｔ０）の混合ガスを得るには、３００℃を超える温度で上記反応式（１）に従いガス状塩化水素およびガス状酸素を反応させればよい。かかる温度で反応させることで、３００℃を超える温度（Ｔ０）の混合ガスを得ることができる。混合ガスの温度（Ｔ０）は通常５００℃以下であり、好ましくは３４０℃以上である。
【００１２】
混合ガス（３０）に含まれるガス状水分の凝縮温度（Ｔｃ）は３００℃未満であり、混合ガス中のガス状水分の含有量、混合ガスの圧力などによって異なるが、通常は１００℃以上２００℃以下程度である。また、３００℃を超える温度の混合ガス（３０）において塩化水素、酸素および水分は通常、ガス状で存在し、液状塩化水素、液状酸素、液状水分は含まれない。
【００１３】
本発明の冷却装置（１）は、かかる混合ガス（３０）をガス状水分の凝縮温度（Ｔｃ）以下の温度まで冷却するための装置（１）であり、第一冷却器（１０）および第二冷却器（２０）を備えている。
【００１４】
第一冷却器（１０）は、３００℃を超える温度（Ｔ０）の混合ガス（３０）を間接的に冷却する冷却器である。この第一冷却器（１０）は、混合ガス（３０）と接触する面（１０ａ）がニッケルで構成されている。かかる面（１０ａ）を構成するニッケルは、０．１質量％以下であれば炭素を含有していてもよいし、好ましくは炭素含有量が０．０２質量％以下、さらには実質的に炭素を全く含まないものであってもよい。第一冷却器（１０）は、かかる面（１０ａ）がニッケルで構成されていればよく、かかる面（１０ａ）以外の部分はニッケルで構成されていてもよいし、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６Ｌなどのステンレス鋼、炭素鋼などで構成されていてもよい。第一冷却器（１０）まで３００℃を超える温度（Ｔ０）の混合ガス（３０）を導く配管（４１）はニッケルで構成されていることが好ましい。またかかる配管（４１）がニッケルで構成されている場合、０．１質量％以下であれば炭素を含有していてもよいし、好ましくは炭素含有量が０．０２質量％以下、さらには実質的に炭素を全く含まないものであってもよい。
【００１５】
第一冷却器（１０）で混合ガス（３０）を間接的に冷却するために使用される熱媒体（１１）は、第一冷却器（１０）を構成する材料に対して不活性なものであれば特に限定されるものではなく、例えば水、油、空気などの他、硝酸カリウムと亜硝酸ナトリウムとの混合物、硝酸カリウムと亜硝酸ナトリウムと亜硝酸カリウムとの混合物などを用いることもできる。
【００１６】
本発明の冷却装置（１）では、かかる第一冷却器（１０）により、混合ガス（３０）を３００℃以下、好ましくは２８０℃以下で、混合ガスに含まれるガス状水分の凝縮温度（Ｔｃ）を超える温度（Ｔ１）、好ましくは凝縮温度（Ｔｃ）よりも１０℃高い温度（Ｔｃ＋１０℃）以上の温度（Ｔ１）まで、冷却する。混合ガス（３０）を３００℃以下まで冷却しないと、後述する第二冷却器（２０）の混合ガスと接触する面（２０ａ）が脆化するおそれがある。またガス状水分の凝縮温度（Ｔｃ）以下まで冷却してしまうと、混合ガス（３０）に含まれるガス状水分が凝縮して液状水分が生じ、この液状水分がガス状塩化水素と共存することによりニッケルを腐食させるおそれが生ずるため、好ましくない。なお、第一冷却器（１０）で冷却された後の混合ガス（３０）は、ガス状水分の凝縮温度（Ｔｃ）を超える温度であるので、液状水分を含まないが、かかる温度で塩化水素および酸素が液状となることはなく、かかる混合ガス（３０）は、液状塩化水素および液状酸素をも含まないものである。また、用いた混合ガスがガス状塩素を含む場合には、ガス状水分の凝縮温度（Ｔｃ）を超える温度では、塩素が液状となることはなく、かかる混合ガス（３０）は液状塩素を含まない。
【００１７】
この第一冷却器（１０）は、混合ガス（３０）と接触する面（１０ａ）がニッケルで構成されているので、混合ガスに含まれているガス状塩化水素、ガス状酸素およびガス状水分によってかかる面（１０ａ）が腐食したり、脆化することがない。また、第一冷却器（１０）における混合ガス（３０）の温度（Ｔ１）はガス状水分の凝縮温度（Ｔｃ）を超える温度であるので、第一冷却器（１０）には液状水分が存在せず、ニッケルで構成される面（１０ａ）がこの液状水分によって腐食したり、脆化することもない。
【００１８】
本発明の冷却装置（１）では、第一冷却器（１０）で冷却された後の混合ガス（３０）を第二冷却器（２０）でさらに冷却する。第二冷却器（２０）は、混合ガス（３０）を間接的に冷却する冷却器であり、混合ガス（３０）と接触する面（２０ａ）がタンタルで構成されている。かかる面（２０ａ）以外の部分は、タンタルで構成されていてもよいし、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６Ｌなどのステンレス鋼、炭素鋼などで構成されていてもよい。第一冷却器（１０）で冷却された後の混合ガス（３０）を第二冷却器（２０）まで導く配管（４２）は、ニッケルで構成されていてもよいし、タンタルで構成されていてもよく、図１に示すように、ニッケルで構成された第一冷却器（１０）側の配管と、タンタルで構成された第二冷却器（２０）側の配管とを互いに接続して構成してもよい。
【００１９】
第二冷却器（２０）で混合ガス（３０）を間接的に冷却するために使用される熱媒体（１２）は、第二冷却器（２０）を構成する材料に対して不活性なものであれば特に限定されるものではなく、例えば水、油、空気などが挙げられる。
【００２０】
本発明の冷却装置（１）では、かかる第二冷却器（２０）により、混合ガス（３０）がガス状水分の凝縮温度（Ｔｃ）以下の温度、好ましくは凝縮温度（Ｔｃ）よりも１０℃低い温度（Ｔｃ−１０℃）以下の温度、通常は０℃以上の温度まで冷却される。
【００２１】
この第二冷却器（２０）は、混合ガス（３０）と接触する面（２０ａ）がタンタルで構成されているので、混合ガス（３０）に含まれるガス状塩化水素やガス状水分、および混合ガスから凝縮した液状水分によって、かかる面（２０ａ）が腐食することがない。また、第二冷却器（２０）で冷却される混合ガス（３０）は、予め第一冷却器（１０）で３００℃以下の温度（Ｔ１）まで冷却されているので、タンタルで構成された面（２０ａ）がガス状酸素によって脆化することもない。
【００２２】
第二冷却器（２０）で冷却された後の混合ガス（３０）を外部に導く配管（４３）は、例えばタンタル、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）、セラミクスなどで構成されている。また、ステンレス鋼、炭素鋼などで構成されていて、その内面が無機ガラス、フッ素樹脂などで被覆（ライニング）されていてもよい。
【００２３】
本発明の冷却装置（１）では、ガス状塩化水素、ガス状酸素およびガス状水分を含み、前記ガス状水分の凝縮温度（Ｔｃ）が３００℃未満であり、温度（Ｔ０）が３００℃を超える混合ガス（３０）を、前記混合ガス（３０）に含まれるガス状水分の凝縮温度（Ｔｃ）以下の温度まで冷却することができ、この混合ガス（３０）を、前記混合ガス（３０）と接触する面（１０ａ）がニッケルで構成された第一冷却器（１０）により前記凝縮温度（Ｔｃ）を超え３００℃以下の温度（Ｔ１）まで冷却し、次いで前記混合ガス（３０）と接触する面（２０ａ）がタンタルで構成された第二冷却器（２０）により前記凝縮温度（Ｔｃ）以下の温度（Ｔ２）まで冷却することができる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明の冷却装置によれば、ガス状塩化水素、ガス状酸素およびガス状水分を含み、このガス状水分の凝縮温度が３００℃未満であり、温度が３００℃を超える混合ガスを、液状の冷却水と接触させることなく、ガス状水分の凝縮温度以下の温度まで間接的に冷却することができる。また第一冷却器は混合ガスと接触する面がニッケルで構成され、また第二冷却器は混合ガスと接触する面がタンタルで構成されているので、十分な機械的強度を有している。さらに第一冷却器は混合ガスと接触する面がニッケルで構成されているが、第一冷却器における混合ガスの冷却はガス状水分の凝縮温度を超える温度までであるので、水分が凝縮することによって、かかる面が腐食することがない。また、第二冷却器は、混合ガスと接触する面がタンタルで構成されているので、塩化水素などによって腐食することがなく、また混合ガスは既に第一冷却器によって３００℃以下まで冷却されているので、混合ガスによってかかる面が脆化するおそれもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の冷却装置の一例を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
１：冷却装置
１０：第一冷却器    １０ａ：混合ガスと接触する面
２０：第二冷却器    ２０ａ：混合ガスと接触する面
１１、１２：熱媒体          ３０：混合ガス            ４１、４２、４３：配管
Ｔｃ：ガス状水分の凝縮温度
Ｔ０：第一冷却器で冷却する前の混合ガスの温度
Ｔ１：第一冷却器で冷却直後の混合ガスの温度
Ｔ２：第二冷却器で冷却後の混合ガスの温度
【図１】
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