シアン化ナトリウムの最新製造プロセス

はじめに

シアン化ナトリウム（NaCN）は、金採掘、電気めっき、化学合成など、様々な産業で広く使用されている重要な化学物質です。シアン化ナトリウムの製造プロセスは、効率向上、コスト削減、環境負荷低減を目指して絶えず進化を続けています。本稿では、シアン化ナトリウムの最新の製造プロセスをいくつかご紹介します。

2. アンモニア-ナトリウム法

2.1 プロセスの原則

アンモニア-ナトリウム法では、まず金属ナトリウムと石油コークスを一定の割合で反応器に投入します。次に温度を650℃まで上昇させ、アンモニアガスを導入します。さらに温度を800℃まで上昇させると、7時間かけて反応が起こり、金属ナトリウムは完全にシアン化ナトリウムに変換されます。その後、反応物を650℃で濾過し、余分な石油コークスを除去します。溶融した生成物を排出し、所望の形状に鋳造してシアン化ナトリウム製品を得ます。

2.2 利点と欠点

• 利点：このプロセスは比較的単純な反応原理に基づいており、原料であるナトリウムとアンモニアは化学工業において比較的入手しやすい。

• 欠点：高温での反応条件は、多量のエネルギー消費を必要とする。また、金属ナトリウムは反応性が高いため、一定の安全上のリスクを伴う。

3. シアン化物溶融法

3.1 プロセスの原則

抽出タンクにシアン化物溶融塩と酸化鉛を投入します。シアン化物溶融塩と酸化鉛の典型的な比率は（500～700）:1です。酸化鉛を投入することで硫化鉛の沈殿物が形成され、脱硫が促進されます。抽出液を静置すると、80～90g/LのNaCNを含む透明な液体が得られます。生成器でこの液体は濃硫酸と反応し、シアン化水素ガスを生成します。凝縮して水分を除去した後、シアン化水素ガスは吸収反応器に入り、液体アルカリ（水酸化ナトリウム溶液）と反応してシアン化ナトリウムを生成します。

3.2 利点と欠点

• 利点：このプロセスでは、酸化鉛を添加することで硫黄不純物を効果的に除去できるため、最終製品の品質向上に役立ちます。

• デメリット：酸化鉛の使用は、鉛に関連する環境汚染問題を引き起こす可能性があります。さらに、抽出、反応、吸収など複数の工程が含まれるため、操作が複雑になります。

4. アンドルソウ法（アンシグ法）

4.1 プロセスの原則

アンドルソフ法では、天然ガス、アンモニア、空気を原料として使用します。まず、天然ガスを水洗浄塔で洗浄し、無機硫黄と有機硫黄の一部を除去します。ろ過後、精製された天然ガスの硫黄含有量は1 mg/m³以下、C₂以上の炭化水素含有量は2%未満である必要があります。液体アンモニアは気化器で気化され、空気はフィルターでろ過されます。次に、3つの原料をミキサーでアンモニア：メタン：空気＝1：（1.15～1.17）：（6.70～6.80）の比率で混合します。混合ガスは、白金-ロジウム合金を触媒とする酸化反応器に入ります。1070～1120℃の温度で反応が起こり、8.5%のシアン化水素を含む混合ガスが生成されます。

ガスは冷却され、アンモニア吸収塔に入り、残留アンモニアは硫酸に吸収されます。その後、水で冷却され、シアン化水素は低温水に吸収されます。排ガスはアルカリ洗浄塔で洗浄された後、排出されます。水に吸収されたシアン化水素溶液は熱交換され、脱着塔に入ります。脱着塔の上部では、純度98％のシアン化水素が得られます。このシアン化水素はアルカリ溶液と反応してシアン化ナトリウム溶液を形成し、蒸発、結晶化、乾燥、成形を経て、最終的なシアン化ナトリウム製品が得られます。

4.2 利点と欠点

• 利点：天然ガス資源が豊富な地域では、原材料費が比較的低い。また、工業用途におけるプロセスが比較的成熟しており、生産規模も比較的大きい。

• デメリット：天然ガス資源が乏しい地域では、天然ガス不足、政策、価格などの要因の影響を受け、生産コストが大きく変動する可能性がある。高温での反応条件のため、耐熱性の高い設備が必要となり、大量のエネルギーを消費する。

5. 炎処理

5.1 プロセスの原則

原料として天然ガス、酸素、アンモニアを用います。これら1500つのガスはそれぞれ個別に濾過され、不純物が除去された後、安定化・計量された後、ミキサーに送られます。酸素の一部は主酸素としてミキサーに供給され、残りはノズルに直接供給されて点火されます。XNUMXつの原料は一定の割合で混合され、燃焼反応を起こし、XNUMX℃の温度でシアン化水素を合成します。

反応ガスは水噴霧によって急冷され、冷却器で冷却されます。その後、アンモニア吸収塔に入り、反応ガス中の残留アンモニアは15％～20％の硫酸に吸収され、硫酸アンモニウムが回収されます。シアン化水素を含む反応ガスは水で冷却され、その後低温水に吸収されて1.5％のシアン化水素溶液が形成されます。この溶液を蒸留塔で蒸留し、98％～99％の含有量のシアン化水素を得ます。最後にアルカリ溶液に吸収させ、蒸発、結晶化、乾燥、成形を経て、シアン化ナトリウム製品が得られます。

5.2 利点と欠点

• 利点：このプロセスにより、比較的高純度のシアン化水素を製造できる。副産物として硫酸アンモニウムを回収することで、一定の経済的利益が得られる。

• 欠点：高温燃焼反応には大量のエネルギー投入が必要となる。また、このプロセスにはガス混合、燃焼、急冷、吸収といった複雑な工程が含まれ、高度なプロセス制御が求められる。

6. 軽油熱分解法

6.1 プロセスの原則

軽油とアンモニアを噴霧器で一定の割合で混合し、280℃に予熱します。その後、混合物を電気アーク炉に投入し、熱分解反応を行います。キャリアガスには石油コークスを使用し、密閉環境下での酸化を防ぐため、窒素を保護ガスとして使用します。1450℃の温度で反応が起こり、シアン化水素ガスが発生します。その後、ガスは除塵、冷却され、アンモニア除去、水洗、吸収、蒸留などの工程を経て、純粋なシアン化水素が得られます。最終的に、シアン化水素はアルカリ溶液（水酸化ナトリウム）と反応し、シアン化ナトリウムを生成します。

6.2 利点と欠点

• 利点：プロセス技術は比較的成熟している。石油化学産業で比較的一般的な原料である軽油を使用できる。

• 欠点：シアン化水素の脱硫および不純物除去が困難である。製品のエネルギー消費量が多く、「三廃」（排ガス、廃水、廃残渣）の処理が困難である。製造コストが比較的高い。

7. アクリロニトリル副産物法

7.1 プロセスの原則

プロピレンのアンモ酸化によるアクリロニトリル製造工程では、副産物としてシアン化水素ガスが発生します（その量はアクリロニトリル生産量の4～10%に相当します）。このシアン化水素を含むガスはアルカリ溶液に吸収され、蒸発、濃縮、分離、乾燥を経て、製品であるシアン化ナトリウムが得られます。

7.2 利点と欠点

• 利点：これは副産物利用プロセスであり、資源を最大限に活用し、生産コストをある程度削減することができます。

• 欠点：シアン化ナトリウムの生産量は、アクリロニトリルの生産規模によって制限される。副産物であるシアン化水素の品質は、アクリロニトリルの主生産工程の影響を受ける可能性があり、厳格な管理と精製が必要となる。

8. メタノールアンモ酸化法

8.1 プロセスの原則

空気はフィルターと予熱器を通過し、反応炉に入ります。液体アンモニアは気化し、メタノールは蒸発します。これらは混合予熱器に入り、反応炉内で空気と反応します。Fe-Mo酸化物を主成分とする触媒の作用により、反応によりシアン化水素が発生します。シアン化水素ガスは脱アンモニア塔に入り、アンモニアを除去してシアン化水素を得ます。最後に、アルカリ溶液に吸収させてシアン化ナトリウムを生成します。

8.2 利点と欠点

• 利点：原料としてメタノールとアンモニアを使用することは比較的一般的であり、触媒はある程度リサイクルおよび再利用が可能である。また、生産ニーズに応じてプロセスを調整できる。

• 欠点：触媒は反応条件に敏感であり、温度、圧力、原料比率のわずかな変化でも触媒の活性と選択性に影響を与え、ひいては製品の収率と品質に影響を与える可能性がある。

9. 結論

シアン化ナトリウムの製造プロセスはそれぞれ独自の特徴を持っています。製造プロセスの選択は、原料の入手可能性、コスト、環境要件、生産規模など、様々な要因に依存します。技術の継続的な発展に伴い、将来的にはシアン化ナトリウムの生産効率と環境性能をさらに向上させることを目的とした新たな製造プロセスが登場する可能性があります。様々な産業におけるシアン化ナトリウムの需要が拡大し続ける中、生産プロセスの最適化と革新は、市場のニーズを満たし、持続可能な発展を確保する上で重要な役割を果たすでしょう。