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JP3213828B2 - HFC−32、HFC−152a用乾燥剤 - Google Patents

HFC−32、HFC−152a用乾燥剤

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JP3213828B2
JP3213828B2 JP14254093A JP14254093A JP3213828B2 JP 3213828 B2 JP3213828 B2 JP 3213828B2 JP 14254093 A JP14254093 A JP 14254093A JP 14254093 A JP14254093 A JP 14254093A JP 3213828 B2 JP3213828 B2 JP 3213828B2
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Japan
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hfc
zeolite
desiccant
adsorption capacity
molded body
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繁 安達
正之 阿部
末雄 高嶋
正幸 橋本
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Union Showa KK
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Union Showa KK
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    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C17/00Preparation of halogenated hydrocarbons
    • C07C17/38Separation; Purification; Stabilisation; Use of additives
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/02Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
    • B01J20/10Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising silica or silicate
    • B01J20/16Alumino-silicates
    • B01J20/18Synthetic zeolitic molecular sieves
    • B01J20/186Chemical treatments in view of modifying the properties of the sieve, e.g. increasing the stability or the activity, also decreasing the activity

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  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
  • Drying Of Gases (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は冷凍機や空調機器の冷媒
として好適なHFC−32、HFC−152a中の水分
の除去に有効な乾燥剤に関する。
【0002】
【従来の技術】冷蔵庫やエアコン等の冷凍機や空調機器
等には冷媒が使用されている。冷媒は機器内を循環して
いるが、水分が含まれていると、次に例示するように多
くの障害を生ずる。先ず第一に、冷凍サイクルにおい
て、冷媒が断熱膨張する際に急激に温度が低下するため
水分は凍結して氷となり、冷媒の循環が妨げられる。第
二に、水分は冷媒やコンプレッサー油と反応し、フッ酸
や塩酸等の酸を発生し、系内に使用されている金属を腐
食させる。第三に、コンプレッサー油が、水分や、水分
があるために前述したように発生した酸により変性し、
油のスラッジが形成され、サイクルを閉塞させる。第四
に電気化学反応により、銅配管の内壁が鉄イオンでめっ
きされるカッパープレーティング現象が起こる。
【0003】従って冷媒中の水分は除去する必要があ
る。現在前述の冷凍機や空調機器等にはCFC−12や
HCFC−22により代表されるクロロフルオロカーボ
ン系の冷媒が使用されており、それらの冷媒の乾燥剤と
しては合成ゼオライトが実用的に用いられている。合成
ゼオライトは各種のものがあり、冷媒の種類より適宜選
択される。
【0004】次に乾燥剤としての合成ゼオライトの選択
の一般的な基準を次に記載する。合成ゼオライトはその
分子にナノメーターのオーダーの細孔を有する。この細
孔の有効径より小さな分子径の分子は吸着されるが、有
効径より大きな分子径の分子は吸着されない。
【0005】具体例としてCFC−12について説明す
る。CFC−12の計算で求めた分子径は0.44n
m、又水の分子径は0.21nmである。このためCF
C−12の乾燥剤としては有効径0.4nmの4A型ゼ
オライトが用いられる。CFC−12の分子径は4A型
ゼオライトの有効径より大であるので、吸着されず、水
の分子径は小であるのでゼオライトに吸着される。即ち
CFC−12に含まれる水は4A型ゼオライトにより吸
着除去される。又HCFC−22は分子径が0.38n
mであるので4A型ゼオライトは有効でなく、4A型ゼ
オライト中のナトリウムイオンの一部がカリウムイオン
で置換された有効細孔径0.3nmの3A型ゼオライト
が乾燥剤として有効である。
【0006】最近前述の広く冷媒として使用されていた
CFC−12やHCFC−22は次に説明する理由によ
り使用が制限又は禁止される方向にある。即ち、CFC
−12は地球を取り巻くオゾン層を破壊するため紫外線
がオゾン層に吸収されず、地表に多量に到達するため皮
膚癌を誘発せしめることが確認された。そのため、19
96年にはその使用を全廃することが国際的に決定され
ている。又、HCFC−22についても地球の温暖化に
大きく影響しているとの報告があり、近い将来にはその
使用を制限する方向で検討されている。
【0007】前記のCFC−12やHCFC−22の代
替フロンとして、オゾン破壊や、地球温暖化等の恐れの
少ない塩素を含まず水素を含むフロオロカーボンである
HFC−32、HFC−152aの使用が有望視されて
いる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】前記HFC−32、H
FC−152aの実用化のためにはその乾燥方法の開発
が急がれている。HFC−32、HFC−152aの計
算される分子径は夫々0.33nm、0.39nmであ
り、一方水の分子径は前述のように0.21nmである
ので、有効細孔径0.3nmの3A型ゼオライトは前述
の選択基準に従えば、乾燥剤として適当な筈である。
【0009】然しながら3A型ゼオライトにHFC−3
2、HFC−152aのいずれもが吸着され、更に分解
等の反応を起こすことが確認され、これらの乾燥剤とし
ては不適当であることが判明した。この解決方法として
は、乾燥剤、即ちゼオライトの有効細孔径を更に小さく
することが考えられる。然しイオン交換法により、実用
的な安価に製造されるゼオライトしては3A型の有効細
孔径が最小であり、又、高温焼成等でゼオライトの細孔
を歪めさせた場合は、水の吸着容量を低下させる。即ち
前記HFC−32、HFC−152aを実質的に吸着せ
ず、且つ高い水分吸着容量を有する乾燥剤の開発が実用
的に要望されている。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明者らは前記要望に
応ずる乾燥剤を開発する目的で研究の結果3A型ゼオラ
イト成型体を更に処理することにより、目的を達成する
ことを確認し本発明を完成した。即ち本発明はイオン当
量比で20〜60%のナトリウムイオンがカリウムイオ
ンにより交換された3A型ゼオライト成型体を、ケイ酸
ナトリウム、ケイ酸カリウム中の少なくとも一種の水溶
液に浸漬させて該成型体にSiO2 を付着させ、次いで
該成型体を水溶液より取り出した後、脱水、活性化して
得られたHFC−32、HFC−152a用乾燥剤に関
する。
【0011】本発明に用いられるゼオライトについては
特公昭42−6977号公報等に開示されているが、先
ず3A型ゼオライト成型体の製造法について説明する。
即ち4A型ゼオライトを粉末又は含水スラリ状で塩化カ
リウム水溶液に浸漬又は塩化カリウム水溶液と混合し、
4A型ゼオライトのナトリウムイオンの一部をカリウム
イオンで交換して3A型ゼオライトを得、このものを粉
末状にしたる後、粘土系結合剤や成型助剤を加え、焼成
することにより3A型ゼオライト成型体が得られる。前
記方法において、イオン交換率はゼオライトのナトリウ
ムイオンのイオン当量比で20〜60%がカリウムイオ
ンに交換されたものであることが好ましい。20%に達
しない場合、本発明の乾燥剤は冷媒を吸着する傾向が増
大し、60%を超えると水分吸着容量が低下する。
【0012】粘土結合剤としてはカオリン系や木節系粘
土が一般的に使用され、成型助剤として例えばCMC等
の有機化合物が適している。粘土結合剤や成型助剤によ
り成型体の成型性や強度が維持される。3A型ゼオライ
ト成型体の形状は目的により任意に選択されるが、乾燥
剤としては実用的にはペレット状、ビーズ状が好まし
く、又強度保持や乾燥能力を有効に発揮するためには、
ペレットの場合は径が0.5〜5mmφ、長さ3〜30
mm、ビーズの場合は1〜7mmφであることが好まし
い。又3A型ゼオライト成型体中の粘土結合剤、成型助
剤の量は必ずしも特定されないが実用的には20〜30
重量%の範囲のものが好ましい。前記未処理の3A型ゼ
オライト成型体は前述のように有効細孔径は約0.3n
m程度であるにもかゝわらず、HFC−32、HFC−
152a用の乾燥剤としての性質を具備していない。
【0013】本発明の乾燥剤はこのため前記3A型ゼオ
ライト成型体を更に、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウ
ム中の少なくとも一種の水溶液に浸漬させて、成型体に
SiO2 を付着させ、脱水、活性化処理をすることに特
徴がある。
【0014】前述のケイ酸アルカリ水溶液を具体例で示
すと、市販の40重量%ケイ酸ナトリウム水溶液や30
重量%ケイ酸カリウム水溶液等である。この水溶液はそ
のまゝ、あるいは水1000倍程度まで希釈して用い
る。即ちケイ酸アルカリ水溶液は0.03重量%程度ま
で希釈しても効果がある。このケイ酸アルカリ水溶液の
浸漬により3A型ゼオライト成型体にSiO2 が付着す
る。この付着量は実験的にはゼオライトの0.3%〜5
%の範囲であることが好ましい。又ゼオライトの有効細
孔径が平均的に約0.2nm小さくなることが観測され
た。次に該成型体を水溶液より取り出し、公知の手段で
乾燥し、更に加熱することにより、活性化した。尚活性
化とはゼオライト細孔内に取り込まれている水を脱離
し、水分等の吸着能を賦活することをいう。
【0015】
【発明の効果】HFC−32、HFC−152a用の乾
燥剤を完成したので、それら冷媒の実用的使用が可能と
なった。
【0016】
【実施例】以下本発明について具体例、比較例を示す。 実施例 1 カリウムイオン交換率33%、平均粒径2.1mmφの
ビーズ状で、ゼオライト分80%の3A型ゼオライト成
型体100gを40重量%ケイ酸ナトリウム水溶液10
0部に対して水20部を加えた水溶液に完全に浸漬し、
室温で24時間保持した。次に成型体を取り出し水洗
し、200℃で2時間乾燥し、450℃で2時間活性化
し、本発明の乾燥剤を得た。尚SiO2 付着量は15m
g/gであった。この乾燥剤の25℃、500torr
におけるHFC−32の吸着容量は0.49g/100
g、25℃、17.5torrにおける水分吸着容量は
18.0g/100gであった。又この乾燥剤15gと
エステル油55.5g及びHFC−32を400gステ
ンレス製耐圧容器に入れ、120℃で1週間保持した後
の乾燥剤の結晶化度は新品を100%とした場合98.
2%、水分吸着容量は17.5g/100gであった。
【0017】比較例 1 実施例1において使用したと同様の未処理ビーズ状3A
型ゼオライト成型体の25℃、500torrにおける
HFC−32吸着容量は17.8g/100g、25
℃、17.5torrにおける水分吸着容量は19.5
g/100gであった。又前記の未処理のビーズ状3A
型ゼオライト成型体を実施例1と同様に処理した後の結
晶化度は63.2%、水分吸着容量は0.43g/10
0gであった。
【0018】実施例 2 カリウムイオン交換率52%、平均1.6mmφ、8.
0mmのペレット状で、ゼオライト分77%の3A型ゼ
オライト成型体100gを30重量%ケイ酸カリウム水
溶液に完全に浸漬し、室温で2時間保持した。次に成型
体を取り出し、水洗し200℃で4時間乾燥し、550
℃で2時間活性化し、本発明の乾燥剤を得た。SiO2
の付着量は20mg/gであった。この乾燥剤の25
℃、500torrにおけるHFC−32の吸着量は
0.18g/100gであり、25℃、17.5tor
rにおける水分吸着容量は16.6g/100gであっ
た。
【0019】比較例 2 実施例2において使用したと同様の未処理ペレット状3
A型ゼオライト成型体の25℃、500torrにおけ
るHFC−32の吸着容量は16.3g/100g、2
5℃、17.5torrにおける水分吸着容量は19.
1g/100gであった。
【0020】比較例 3 カリウムイオン交換率42%、3A型ゼオライトを含ん
だ成型体(ゼオライト77%)の25℃、17.5to
rrにおける水分吸着容量は19.9g/100gであ
ったが、25℃、500torrにおけるHFC−32
吸着容量も16.1g/100gであり、HFC−32
も多量吸着された。実施例1と同様にエージングテスト
をしたところ結晶化度は76.1%、水分吸着容量は
0.71g/100gであり、ゼオライトの結晶は破壊
されていた。 比較例 4 4A型ゼオライトをそのまゝ成型体とした以外は実施例
2と全く同様に処理した。得られた物質の水分吸着容量
は19.7g/100g、HFC−32吸着容量は1
4.3g/100gであった。
【0021】比較例 5 実施例1において3A型ゼオライト成型体のカリウムイ
オン交換率を70%とした以外すべて実施例1と同様に
処理した。得られた物質の水分吸着容量は14.1g/
100gと低かった。 比較例 6 カリウムイオン交換率44%、平均粒径4.2mmφの
ビーズ状でゼオライト分75%の3A型ゼオライト成型
体100gを30重量%ケイ酸ナトリウム水溶液100
部に対し、水1200部を加えた水溶液中に浸漬させ、
実施例1と全く同様に処理した。このもののHFC−3
2吸着容量は7.34g/100gであり、エージング
テスト後も結晶化度は87.1%、水分吸着容量は1
4.5g/100gであった。 実施例 3 カリウムイオン交換率30%、平均粒径2.1mmφの
ビーズ状で、ゼオライト分77%の3A型ゼオライト成
型体100gを40重量%ケイ酸ナトリウム水溶液10
0部に対して水200部を加えた水溶液200g中に浸
漬し、室温で6時間保持した。次に成型体を取り出し水
洗し、200℃で2時間乾燥し、450℃で2時間活性
化した。この乾燥剤のSiO2 付着量は9mg/gであ
った。25℃、500torrにおけるHFC−152
aの吸着容量は0.23g/100g、25℃、17.
5torrにおける水分吸着容量は17.6g/100
gであった。またこの乾燥剤15gとエステル油60g
及びHFC−152aを350gをステンレス製耐圧容
器に入れ、120℃で1週間保持した後の乾燥剤の結晶
化度は96.3%、水分吸着容量は16.8g/100
gであった。 比較例 7 実施例3において使用したと同様の未処理ビーズ状3A
型ゼオライト成型体の25℃、500torrにおける
HFC−152a吸着容量は4.3g/100g、25
℃、17.5torrにおける水分吸着容量は17.9
g/100gであった。又実施例3と同様にエージング
テストをしたところ結晶化度80.3%、水分吸着容量
は5.8g/100gであった。実施例1と比較例1、
実施例2と比較例2及び比較例3,4より3A型ゼオラ
イト成型体をケイ酸アルカリ処理することにより水分吸
着能力が増加し、HFC−32は実質的に吸着されない
乾燥剤が得られることが理解される。比較例5では3A
型ゼオライト成型体のカリウムイオン交換率が本発明外
である場合、比較例6では3A型ゼオライト成型体を浸
漬するケイ酸アルカリ水溶液濃度が希薄の場合本発明の
乾燥剤が得られないことを示している。また実施例3と
比較例7よりHFC−152aについてもHFC−32
と実質的に同一の効果のあることが示されている。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高嶋 末雄 三重県四日市市日永東3丁目3−27 ユ ニオン昭和株式会社四日市工場内 (72)発明者 橋本 正幸 三重県四日市市日永東3丁目3−27 ユ ニオン昭和株式会社四日市工場内 (56)参考文献 特開 昭62−27037(JP,A) 特開 昭61−101412(JP,A) 特開 平5−23587(JP,A) 特開 昭62−191021(JP,A) 特開 昭59−203638(JP,A) 特公 昭36−515(JP,B1) 特公 昭50−23400(JP,B1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B01J 20/00 - 20/34

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 イオン当量比で、20〜60%のナトリ
    ウムイオンがカリウムイオンにより交換された3A型ゼ
    オライト成型体を、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム
    中の少なくとも一種の水溶液に浸漬させて該成型体にS
    iO2 を付着させ、次いで該成型体を水溶液よりだした
    後、脱水、活性化して得られたHFC−32、HFC−
    152a用乾燥剤。
JP14254093A 1993-05-24 1993-05-24 HFC−32、HFC−152a用乾燥剤 Expired - Lifetime JP3213828B2 (ja)

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