(57)【要約】【課題】  熱交換器(1)を用いて、伝熱面を変質させることなく、塩素を含む塩化水素水溶液(A)を大量に加熱または冷却しうる方法を提供する。【解決手段】  本発明の方法は、熱交換器(1)の伝熱面がフッ素樹脂含浸カーボンで構成されていることを特徴とする。通常、塩化水素水溶液(A)の塩素濃度は０．２質量％以上である。熱交換器(1)は、ハウジング(14)内に、フッ素樹脂含浸カーボンで構成されてなるブロック(11)であって、塩化水素水溶液(A)が流通する塩化水素水溶液流路(12)と、熱媒体(B)が流通する熱媒体流路(13)とが設けられたブロック(11)を配置してなるブロック式熱交換器(1)が用いられる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
塩素を含む塩化水素水溶液(A)を熱交換器(1)により加熱または冷却する方法であり、
前記熱交換器(1)は、前記塩化水素水溶液(A)と接触する伝熱面がフッ素樹脂含浸カーボンで構成されていることを特徴とする前記塩化水素水溶液(A)の加熱または冷却方法。
【請求項２】
前記熱交換器(1)が、ハウジング(14)内に、フッ素樹脂含浸カーボンで構成されてなるブロック(11)であって、塩化水素水溶液(A)が流通する塩化水素水溶液流路(12)と、熱媒体(B)が流通する熱媒体流路(13)とが設けられたブロック(11)を配置してなるブロック式熱交換器(1)である請求項１に記載の加熱または冷却方法。
【請求項３】
前記塩化水素水溶液(A)の塩素濃度が０．２質量％以上である請求項１または請求項２に記載の加熱または冷却方法。
【請求項４】
塩素を含む塩化水素水溶液(A)を加熱または冷却するための熱交換器(1)であり、
前記塩化水素水溶液(A)と接触する伝熱面がフッ素樹脂含浸カーボンで構成されてなることを特徴とする熱交換器(1)。
【請求項５】
ハウジング(14)に、フッ素樹脂含浸カーボンで構成されてなるブロック(11)であって、塩化水素水溶液(A)が流通する塩化水素水溶液流路(12)と、熱媒体(B)が流通する熱媒体流路(13)とが設けられたブロック(11)を配置してなるブロック式熱交換器(1)である請求項４に記載の熱交換器(1)。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、塩素を含む塩化水素水溶液の加熱または冷却方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
塩素〔Ｃｌ2〕を含まない塩化水素〔ＨＣｌ〕の水溶液を加熱または冷却する方法としては、特許文献１〔特開平５−４３２０３号公報〕に、樹脂含浸カーボンまたはタンタルで構成された熱交換器を用いる方法が開示されている。かかる方法によれば、塩化水素水溶液と接触し、これを加熱または冷却する伝熱面などを変質させることなく、長期間にわたり、塩素を含まない塩化水素水溶液を加熱または冷却することができる。
【０００３】
一方、塩素は酸化力が比較的強いため、塩素を含む塩化水素水溶液(A)を熱交換器により加熱または冷却するには、塩化水素水溶液(A)との接触し、この塩化水素水溶液(A)を加熱または冷却する伝熱面が変質しないよう、耐食性のタンタルや、ガラス、セラミックスなどの無機酸化物材料で構成された熱交換器が、これまで用いられていた。
【０００４】
【特許文献１】特開平５−４３２０３号公報
【非特許文献１】「改訂二版化学装置便覧」第５６２頁（丸善株式会社）平成元年３月３０日発行
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、タンタルは高価で加工しにくい材料であり、またガラスなどの無機酸化物材料は脆くて取り扱いが面倒であることから、これらの材料は、大型の熱交換器の伝熱面に適用しにくく、塩素を含む塩化水素水溶液(A)を工業的規模で、大量に、加熱または冷却する方法には不向きである。
【０００６】
そこで本発明者は、熱交換器(1)を用いて、塩化水素水溶液(A)と接触する伝熱面を変質させることなく、塩素を含む塩化水素水溶液(A)を、大量に加熱または冷却しうる方法を開発するべく鋭意検討した結果、フッ素樹脂含浸カーボンは、塩素を含む塩化水素水溶液(A)と接触しても変質せず、また、加工が容易であることから、大型の熱交換器(1)への適用が容易であることを見出し、本発明に至った。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
すなわち本発明は、塩素を含む塩化水素水溶液(A)を熱交換器(1)により加熱または冷却する方法であり、
前記熱交換器(1)は、前記塩化水素水溶液(A)と接触する伝熱面がフッ素樹脂含浸カーボンで構成されていることを特徴とする前記塩化水素水溶液(A)の加熱または冷却方法を提供するものである。
【０００８】
図１には、本発明の方法により、上記塩化水素水溶液(A)を加熱または冷却するための熱交換器(1)の一例を模式的に示す。この熱交換器(1)は、前記塩化水素水溶液(A)と接触する伝熱面がフッ素樹脂含浸カーボンで構成されてなることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の加熱または冷却方法によれば、塩化水素水溶液(A)と接触する伝熱面がフッ素樹脂含浸カーボンで構成された熱交換器(1)を用いるので、この伝熱面を塩素により変質させることなく、長期間にわたり、塩素を含む塩化水素水溶液(A)を加熱または冷却することができる。また、伝熱面がフッ素樹脂カーボンで構成された熱交換器(1)は、大型のものを比較的容易に制作できるので、塩素を含む塩化水素水溶液(A)を工業的規模で、大量に加熱または冷却することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の方法により加熱または冷却される塩化水素水溶液(A)における塩化水素濃度は、塩化水素水溶液(A)を基準として、通常２質量％〜３５質量％、好ましくは５質量％〜３０質量％である。
【００１１】
塩化水素水溶液(A)には、塩素が含まれている。塩素の含有量は、塩化水素水溶液(A)を基準として通常０．２質量％以上であって、飽和濃度であってもよく、通常は３質量％以下の範囲である。塩化水素水溶液(A)は、絶対圧力で０．１５ＭＰａ以上、通常は１ＭＰａ以下の圧力下であれば、このような濃度で塩素を含み得る。
【００１２】
本発明の方法に使用される熱交換器(1)は、熱媒体(B)との熱交換により塩化水素水溶液(A)を加熱または冷却する熱交換器(1)であり、例えば図１〜図４に示すような、フッ素樹脂含浸カーボンで構成されたブロック(11)であって、塩化水素水溶液(A)が流通する塩化水素水溶液流路(12)と、熱媒体(B)が流通する熱媒体流路(13)とが設けられたブロック(11)を用い、ハウジング(14)内に、このブロック(11)を配置してなるブロック式熱交換器(1)が、制作が簡便である点で、好ましく用いられる〔非特許文献１：「改訂二版化学装置便覧」第５６２頁（丸善株式会社）平成元年３月３０日発行〕。
【００１３】
このブロック式熱交換器(1)において、塩化水素水溶液流路(12)と熱媒体流路(13)とは、互いに連通することなく、それぞれ独立して塩化水素水溶液(A)および熱媒体(B)が流れるように構成されている。そして、それぞれの流路(12、13)を独立して流れる塩化水素水溶液(A)と熱媒体(B)とが、互いに熱交換することにより、塩化水素水溶液(A)が加熱または冷却される。このブロック(11)に設けられた塩化水素水溶液流路(12)は、その内面が、流露(12)を流れる塩化水素水溶液(A)に熱を伝える伝熱面となっており、この流路(12)を流れる塩化水素水溶液(A)は、この伝熱面に接触することにより、加熱または冷却される。
【００１４】
かかるブロック(11)を構成するフッ素樹脂含浸カーボンは、ポリ四フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）、パーフルオロアルコキシアルカン樹脂（ＰＦＡ）などのフッ素樹脂が含浸された黒鉛であり、例えばル・カーボン(株)、ＳＧＬ Ｃａｒｂｏｎ社などから市販されている。
【００１５】
ブロック(11)は、図１に示すような角形の角形ブロックであってもよいし、図４に示すような円形の円形ブロックであってもよい。ブロック(11)の大きさは、目的とする熱交換器(1)により異なるが、例えば角形ブロックにあっては、縦横それぞれ１５ｃｍ〜６０ｃｍ程度、高さ２０ｃｍ〜１．５ｍ程度であり、円形ブロックにあっては、直径１２ｃｍ〜１．２ｍ程度、高さ１０ｃｍ〜５０ｃｍ程度である。
【００１６】
図２は、角形ブロック(11)を用いたブロック式熱交換器(1)の断面図であって、塩化水素水溶液流路(12)を含む断面における横断面図である。この図に示すように、塩化水素水溶液流路(12)は、ブロック(11)を貫通する孔であり、通常は複数の孔で構成される。この孔の径は、通常１０ｍｍ〜２０ｍｍ程度であり、孔と孔との間の間隔は通常３ｍｍ〜１０ｍｍ程度である。
【００１７】
図３は、角形ブロック(11)を用いたブロック式熱交換器(1)の断面図であって、熱媒体流路(13)を含む断面における横断面図である。この図に示すように、熱媒体流路(13)は、ブロック(1)を貫通する孔であり、通常は複数の孔で構成される。この孔の径は、通常８ｍｍ〜１５ｍｍ程度であり、孔と孔との間の間隔は通常３ｍｍ〜１０ｍｍ程度である。
【００１８】
これら塩化水素水溶液流路(12)と熱媒体流路(13)とは、通常３ｍｍ〜８ｍｍ程度の間隔を開けて設けられ、効率よく熱交換できるよう、通常は、互いに直交する方向に設けられる。
【００１９】
なお、ブロック式熱交換器(1)を構成するハウジング(14)にも、通常は塩化水素水溶液(A)と接触する接触面があるが、この接触面は、耐食性材料、例えばタンタルなどのような耐食性の金属材料、無機ガラス、セラミックスなどのような耐食性の無機材料、フッ素樹脂などのような耐食性の樹脂材料、フッ素樹脂含浸カーボンなどで構成され、通常はコストの点で、鋳鉄、ステンレス鋼などのような耐食性のない通常の金属材料で構成されたハウジング(14)を用い、その塩化水素水溶液(A)との接触面を上記耐食材料で覆って使用される。
【００２０】
かかるブロック式熱交換器(1)では、塩化水素水溶液(A)に、塩化水素溶液流路(12)を通過させると共に、熱媒体(B)に、熱媒体流路(B)を通過させることにより、塩化水素水溶液(A)と熱媒体(B)との間で熱交換が起こり、塩化水素水溶液(A)が加熱または冷却される。
【００２１】
加熱または冷却温度は、通常４０℃〜２００℃程度であり、例えば５０℃以上の塩化水素水溶液(A)であっても、熱交換器(1)の接触面を変質させることなく、加熱又は冷却することができる。
【００２２】
熱媒体(B)としては、フッ素樹脂含浸カーボンに対して不活性なもの、例えばスチーム、水、ブラインなどが挙げられ、加熱または冷却の目的温度などに応じて適宜選択される。熱媒体(B)の流量は、塩化水素水溶液(A)の温度、流量、目的温度などに応じて適宜選択される。
【実施例】
【００２３】
以下、実施例により本発明をより詳細に説明するが、本発明は、かかる実施例により限定されるものではない。
【００２４】
実施例１
ル・カーボン(株)から入手したＰＴＦＥ含浸カーボン〔「ＧＲＡＰＨＩＬＯＲ ＴＨ」〕を幅５ｍｍ、長さ２０ｍｍ、厚さ５ｍｍの板状に切り出して試験片とし、８０℃、絶対圧力０．３ＭＰａ下に塩素を飽和させた塩化水素水溶液〔塩化水素濃度３０質量％、塩素濃度０．３質量％〕に３７日間浸漬した。浸漬後の質量を測定したところ、浸漬前と比べて１ｃｍ2当り約２０ｇ質量が減少していた。また、ＡＳＴＭ  Ｅ１８に従って、浸漬後の試験片のロックウェルスーパーフィシャル硬さを測定したところ、浸漬前と比較して２ポイント（１５Ｘスケール）だけ硬さが増加していた。
【００２５】
また、上記と同様にして切り出した試験片を、５６℃、絶対圧力０．２ＭＰａ下に、塩素を飽和させた塩化水素水溶液〔塩化水素濃度２５質量％、塩素濃度０．２５質量％〕に３２２日間浸漬した。浸漬後の試験片には変化は見られなかった。
【００２６】
図１に示すように、このＰＴＦＥ含浸カーボンのブロック(11)に塩化水素水溶液流路(12)およびスチーム流路(13)を設け、図２および図３に示すように、このブロック(11)をハウジング(14)内に配置したブロック式熱交換器(1)は、５６℃、０．２ＭＰａ（絶対圧力）下で、飽和濃度の塩素を含む塩化水素水溶液(A)を長期間にわたり加熱しても、ブロック(11)に変質を生じない。
【００２７】
比較例１
ＰＴＦＥ含浸カーボンに代えて、フェノール樹脂含浸カーボン〔ル・カーボン社、「「ＧＲＡＰＨＩＬＯＲ ＢＳ」」を用いた以外は実施例１と同様に操作して試験片を得、８０℃、絶対圧力０．３ＭＰａ下に塩素を飽和させた塩化水素水溶液〔塩化水素濃度３０質量％、塩素濃度０．３質量％〕に３７日間浸漬した。浸漬後の質量を測定したところ、浸漬前と比較して、１ｃｍ2当りの約６０ｇ質量が減少していた。また、実施例１と同様にしてロックウェルスーパーフィシャル硬さを測定したところ、浸漬前と比較して４ポイント（１５Ｘスケール）だけ硬さが低下していた。
【００２８】
実施例１と同様にして切り出した試験片を、５６℃、絶対圧力０．２ＭＰａ下に、塩素を飽和させた塩化水素水溶液〔塩化水素濃度２５質量％、塩素濃度０．２５質量％〕に３２２日間浸漬した。浸漬後の試験片は、フェノール樹脂が消失していた。
【００２９】
図１に示すように、このＰＴＦＥ含浸カーボンのブロック(11)に塩化水素水溶液流路(12)およびスチーム流路(13)を設け、図２および図３に示すように、このブロック(11)をハウジング(14)内に配置したブロック式熱交換器(1)は、５６℃、０．２ＭＰａ（絶対圧力）下で、飽和濃度の塩素を含む塩化水素水溶液(A)を長期間にわたり加熱すると、ブロック(11)が変質する。
【００３０】
比較例２
ＰＴＦＥ含浸カーボンに代えて、ジビニルベンゼン樹脂含浸カーボン〔日本カーボン(株)製、「レスボン  Ｎ２１０」〕を用いた以外は実施例１と同様に操作して試験片を得、８０℃、絶対圧力０．３ＭＰａ下に塩素を飽和させた塩化水素水溶液〔塩化水素濃度３０質量％、塩素濃度０．３質量％〕に３７日間浸漬した。浸漬後の質量を測定し、浸漬前の質量と比較したところ、１ｃｍ2当りの約８１ｇ質量が減少していた。なお、実施例１と同様にしてロックウェルスーパーフィシャル硬さを測定したところ、浸漬前と比較して１ポイント（１５Ｘスケール）だけ硬さが増加していた。
【００３１】
実施例１と同様にして切り出した試験片を、５６℃、絶対圧力０．２ＭＰａ下に、塩素を飽和させた塩化水素水溶液〔塩化水素濃度２５質量％、塩素濃度０．２５質量％〕に３２２日間浸漬した。浸漬後の試験片は、ジビニルベンゼン樹脂が変色していた。
【００３２】
図１に示すように、このＰＴＦＥ含浸カーボンのブロック(11)に塩化水素水溶液流路(12)およびスチーム流路(13)を設け、図２および図３に示すように、このブロック(11)をハウジング(14)内に配置したブロック式熱交換器(1)は、５６℃、０．２ＭＰａ（絶対圧力）下で、飽和濃度の塩素を含む塩化水素水溶液(A)を長期間にわたり加熱すると、ブロック(11)が変質する。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の加熱または冷却方法に使用しうるブロック式熱交換器に用いられる角形ブロックの一例を模式的に示す図である。
【図２】角形ブロックを用いたブロック式熱交換器の断面図であって、塩化水素水溶液流路を含む横断面を模式的に示す図である。
【図３】角形ブロックを用いたブロック式熱交換器の断面図であって、熱媒体流路を含む横断面を模式的に示す図である。
【図４】本発明の加熱または冷却方法に使用しうるブロック式熱交換器に用いられる円形ブロックの一例を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
Ａ：塩化水素水溶液  Ｂ：熱媒体
１：熱交換器
11：ブロック      12：塩化水素水溶液流路                  13：熱媒体流路
14：ハウジング
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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