JP2577976B2 - Formaldehyde standard gas generation method - Google Patents

Formaldehyde standard gas generation method

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    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J7/00Apparatus for generating gases

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ホルムアルデヒド標準ガス発生方法に関す
る。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for generating a formaldehyde standard gas.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

例えば大気中のホルムアルデヒドを分析するための分
析計を校正する場合、濃度の確かなホルムアルデヒド標
準ガス(以下、標準ガスと云う)が必要であるが、この
標準ガスを得るのに、従来よりホルムアルデヒド(HCH
O)の三量体であるトリオキサン〔(CH2O)〕の蒸気
を、リン酸を担持させた炭化珪素(SiC)からなる触媒
を充填した熱分解触媒筒を通すようにして、熱分解によ
ってトリオキサンからホルムアルデヒドに転化させ、こ
れによって得られたホルムアルデヒドを適宜希釈するよ
うにしていた。
For example, when calibrating an analyzer for analyzing formaldehyde in the atmosphere, a formaldehyde standard gas (hereinafter, referred to as a standard gas) having a certain concentration is required. To obtain this standard gas, formaldehyde (formaldehyde) has conventionally been used. HCH
The vapor of trioxane [(CH 2 O) 3 ], which is a trimer of O), is passed through a pyrolysis catalyst tube filled with a catalyst made of silicon carbide (SiC) supporting phosphoric acid, thereby performing pyrolysis. To convert the trioxane into formaldehyde, and the resulting formaldehyde is appropriately diluted.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

しかしながら、上記従来の方法では次のような問題点
があった。
However, the conventional method has the following problems.

即ち、トリオキサンの転化のために用いる触媒がリン
酸を担持させた炭化珪素であるため、トリオキサン蒸気
や転化後のホルムアルデヒドが前記触媒の表面に吸着さ
れ、トリオキサンからホルムアルデヒドへの転化率が50
〜60%に止まると共に、前記吸着の度合が変化するた
め、ホルムアルデヒドの発生量(発生濃度)が不安定に
なり易かった。
That is, since the catalyst used for conversion of trioxane is silicon carbide supporting phosphoric acid, trioxane vapor and formaldehyde after conversion are adsorbed on the surface of the catalyst, and the conversion of trioxane to formaldehyde is 50%.
In addition, the amount of formaldehyde generated (generated concentration) was liable to become unstable because the degree of adsorption was changed as well as 〜60%.

そして、上記のように吸着された物質が触媒の表面か
ら離脱することがあり、このような離脱が生じると、例
えば触媒筒の下流側に分析計を接続してこれを校正して
いるような場合、この校正に悪影響が及ぼされることに
なる。
Then, the substance adsorbed as described above may desorb from the surface of the catalyst, and when such desorption occurs, for example, it is necessary to connect an analyzer downstream of the catalyst tube and calibrate it. In this case, this calibration will be adversely affected.

また、リン酸は吸湿性があるため、これを炭化珪素に
担持させる処理が面倒で、しかも、この処理によって得
られた触媒の保管に細心の注意を払う必要があるなど、
触媒の製作および取り扱いが面倒であった。
Further, since phosphoric acid has a hygroscopic property, it is troublesome to carry it on silicon carbide, and it is necessary to pay close attention to storage of the catalyst obtained by this treatment.
The preparation and handling of the catalyst was cumbersome.

本発明は、上述の事柄に留意してなされたもので、そ
の目的とするところは、トリオキサンからホルムアルデ
ヒドへの転化率をほぼ100%にすることができるホルム
アルデヒド標準ガス発生方法を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in consideration of the above-mentioned circumstances, and an object of the present invention is to provide a method for generating a formaldehyde standard gas that can make the conversion of trioxane to formaldehyde almost 100%. .

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

上述の目的を達成するため、本発明に係るホルムアル
デヒド標準ガス発生方法は、トリオキサン蒸気を接触さ
せる触媒として炭化珪素を用いるようにした点に特徴が
ある。
In order to achieve the above object, a method for generating a formaldehyde standard gas according to the present invention is characterized in that silicon carbide is used as a catalyst for bringing trioxane vapor into contact.

〔作用〕[Action]

上記方法によれば、トリオキサン蒸気や転化後のホル
ムアルデヒドが炭化珪素からなる触媒の表面に吸着され
ることがなく、従って、トリオキサンからホルムアルデ
ヒドへの転化率がほぼ100%になる。
According to the above method, the trioxane vapor and the converted formaldehyde are not adsorbed on the surface of the catalyst made of silicon carbide, so that the conversion from trioxane to formaldehyde is almost 100%.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の一実施例を、図面を参照しながら説明
する。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図は本発明方法を実施するための標準ガス発生装
置のフローシートの一例を示し、同図において、1はマ
スフローコントローラで、その上流側(図中の左方)に
設けられたガス源(図外)から供給されるキャリヤガス
としての窒素ガス(以下、N2ガスと云う)の流量を精密
に制御するものである。
FIG. 1 shows an example of a flow sheet of a standard gas generator for carrying out the method of the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a mass flow controller, which is a gas source provided on the upstream side (left side in the figure). It precisely controls the flow rate of nitrogen gas (hereinafter, referred to as N 2 gas) as a carrier gas supplied from an outside (not shown).

2は恒温槽3内に設けられたベーパライザで、例えば
ステンレスよりなる筒体内に適宜量のトリオキサンが充
填してある。そして、このベーパライザ2が適宜の温度
に加熱・保温されることにより、トリオキサンが蒸発し
て所定の蒸気圧のトリオキサン蒸気となり、マスフロー
コントローラ1からのN2ガスによって下流側に搬送され
るようにしてある。4はベーパライザ2と直列接続され
た予熱管、5は圧力ゲージである。
Reference numeral 2 denotes a vaporizer provided in the thermostat 3, in which a cylinder made of, for example, stainless steel is filled with an appropriate amount of trioxane. Then, by heating and keeping the vaporizer 2 at an appropriate temperature, trioxane evaporates to form trioxane vapor having a predetermined vapor pressure, and is conveyed to the downstream side by N 2 gas from the mass flow controller 1. is there. 4 is a preheating tube connected in series with the vaporizer 2, and 5 is a pressure gauge.

6は乾燥機7内に設けられた熱分解触媒筒で、例えば
ステンレスよりなる筒体内に触媒として粒状の炭化珪素
(粒径100メッシュ)を所定量充填してあると共に、所
定の温度に加熱・保温されるように構成してある。そし
て、ベーパライザ2からのトリオキサン蒸気はこの熱分
解触媒筒6内の炭化珪素に接触することにより、所定の
条件下において熱分解され、ホルムアルデヒドに転化さ
れる。
Reference numeral 6 denotes a pyrolysis catalyst tube provided in a dryer 7, which is filled with a predetermined amount of granular silicon carbide (particle size: 100 mesh) as a catalyst in a cylinder made of, for example, stainless steel, and is heated to a predetermined temperature. It is configured to be kept warm. Then, the trioxane vapor from the vaporizer 2 comes into contact with the silicon carbide in the thermal decomposition catalyst tube 6 to be thermally decomposed under predetermined conditions and converted into formaldehyde.

8は熱分解触媒筒6の下流側の出口に近い点Aにおい
て合流するように設けられた希釈ガス供給ラインで、図
外のガス源から供給される希釈ガスとしてのN2ガスの流
量を精密に制御するためのマスフローコントローラ9と
予熱管10とを備えている。そして、熱分解触媒筒6にお
いて生成されたホルムアルデヒドはこの希釈ガス供給ラ
イン8からのN2ガスにより所望の濃度に希釈されて標準
ガスとなる。
Reference numeral 8 denotes a dilution gas supply line provided so as to merge at a point A near the outlet on the downstream side of the pyrolysis catalyst tube 6, and precisely controls the flow rate of N 2 gas as a dilution gas supplied from a gas source (not shown). A mass flow controller 9 and a preheating tube 10 for controlling the temperature. Then, the formaldehyde generated in the pyrolysis catalyst tube 6 is diluted to a desired concentration by the N 2 gas from the dilution gas supply line 8 to become a standard gas.

11は熱分解触媒筒6の下流側にサンプラー12を介して
設けられるガスクロマトグラフィで、熱分解触媒筒6か
らの標準ガスを分析し、その濃度を測定する。
Reference numeral 11 denotes a gas chromatography provided downstream of the pyrolysis catalyst tube 6 via a sampler 12, which analyzes a standard gas from the pyrolysis catalyst tube 6 and measures its concentration.

13はガスクロマトグラフィ11へのガスライン14におけ
る点Bから分岐したガスライン15に設けられた熱酸化筒
で、例えばステンレスよりなる筒体内に適宜量の酸化触
媒が充填してあると共に、適宜の温度に加熱・保温され
るようにしてあり、熱分解触媒筒6からの標準ガスと未
転化のトリオキサンとを熱酸化して炭酸ガス(CO2)に
変換する。そして、この熱酸化筒13の下流側にはCO2
度計16が設けてあり、熱酸化筒13からのCO2の濃度を測
定する。つまり、このCO2濃度計16によって、熱分解触
媒筒6から排出されるホルムアルデヒドと未転化のトリ
オキサンとの総量が計測されるのである。
Reference numeral 13 denotes a thermal oxidation cylinder provided in a gas line 15 branched from a point B in a gas line 14 to a gas chromatography 11, and a cylinder made of, for example, stainless steel is filled with an appropriate amount of an oxidation catalyst and has an appropriate temperature. The standard gas from the pyrolysis catalyst tube 6 and the unconverted trioxane are thermally oxidized to be converted to carbon dioxide (CO 2 ). Further, a CO 2 concentration meter 16 is provided downstream of the thermal oxidation cylinder 13 to measure the concentration of CO 2 from the thermal oxidation cylinder 13. That is, the total amount of formaldehyde and unconverted trioxane discharged from the pyrolysis catalyst tube 6 is measured by the CO 2 concentration meter 16.

17は上記熱酸化に供される酸素ガス(O2)の流量を制
御するためのマスフローコントローラで、図外のガス源
に接続してある。また、18,19はニードルバルブであ
る。
Reference numeral 17 denotes a mass flow controller for controlling the flow rate of the oxygen gas (O 2 ) supplied to the thermal oxidation, which is connected to a gas source (not shown). Reference numerals 18 and 19 are needle valves.

なお、恒温槽3と乾燥器7との間、乾燥器7とガスク
ロマトグラフィ11との間、点Bと熱酸化筒13との間のそ
れぞれの管路にはヒータが設けてあり、これらの管路を
少なくとも90℃、あるいは、ホルムアルデヒドの濃度が
数%を超える場合には250℃以上になるように加熱・保
温するようにしてある。
In addition, heaters are provided between the thermostatic bath 3 and the dryer 7, between the dryer 7 and the gas chromatography 11, and between the point B and the thermal oxidation cylinder 13, respectively. The passage is heated and kept at least at 90 ° C. or 250 ° C. or more when the concentration of formaldehyde exceeds several percent.

第2図は上記ベーパライザ2,熱分解触媒筒6,熱酸化筒
13に用いられる筒体20の一例を示し、図中のdは筒体20
の内径を示し、本実施例においては7mmである。また、
Xは筒体20内に充填される充填物の長さを示し、ベーパ
ライザ2においては充填物としてトリオキサンを10cm、
熱分解触媒筒6においては炭化珪素を10cm(このときの
炭化珪素の重量は約6g)、また、熱酸化筒13においては
酸化用触媒としてDASHー220(日本エンゲルハルド
(株)社製)を23cm充填した。なお、21,21は筒体20の
両端開口部に詰め部材として設けられる石英ウールであ
る。
Fig. 2 shows the vaporizer 2, the thermal decomposition catalyst cylinder 6, and the thermal oxidation cylinder.
13 shows an example of the cylindrical body 20 used for the cylindrical body 13, and d in the figure indicates the cylindrical body 20.
Is 7 mm in this embodiment. Also,
X indicates the length of the packing to be filled in the cylindrical body 20, and in the vaporizer 2, trioxane is 10 cm as the packing,
In the thermal decomposition catalyst tube 6, silicon carbide was 10 cm (the weight of silicon carbide at this time was about 6 g). In the thermal oxidation tube 13, DASH-220 (manufactured by Nippon Engelhard Co., Ltd.) was used as an oxidation catalyst. Filled 23cm. Reference numerals 21 and 21 denote quartz wool provided as packing members at both ends of the cylindrical body 20.

而して、上記構成において、ベーパライザ2において
所定の蒸気圧でトリオキサン蒸気が発生している状態
で、マスフローコントローラ1を介してN2ガスを、その
最大流量が200cc/minになるようにしてベーパライザ2
に供給すると、トリオキサン蒸気は熱分解触媒筒6方向
に搬送され、ここで、熱分解触媒筒6内の炭化珪素に接
触することにより熱分解され、トリオキサンがほぼ100
%の割合でホルムアルデヒドに転化する。この反応によ
って生成するホルムアルデヒドの濃度は、前記N2ガスの
流量やベーパライザ2の温度に依存するが、0.1〜20%
の範囲の濃度で所定量に発生する。そして、このホルム
アルデヒドをマスフローコントローラ9を介して供給さ
れるN2ガスで希釈することにより、ppbオーダ〜数10%
オーダの標準ガスが得られる。
Thus, in the above configuration, in a state where trioxane vapor is generated at a predetermined vapor pressure in the vaporizer 2, N 2 gas is supplied through the mass flow controller 1 so that the maximum flow rate thereof is 200 cc / min. 2
, The trioxane vapor is conveyed in the direction of the pyrolysis catalyst tube 6, where it is thermally decomposed by contacting the silicon carbide in the pyrolysis catalyst tube 6, and the trioxane is almost 100
% To formaldehyde. The concentration of formaldehyde generated by this reaction depends on the flow rate of the N 2 gas and the temperature of the vaporizer 2, but is 0.1 to 20%.
Occurs in a predetermined amount at a concentration in the range of Then, by diluting this formaldehyde with N 2 gas supplied via the mass flow controller 9, the order of ppb to several tens% is obtained.
An order standard gas is obtained.

そして、熱分解触媒筒6における温度を変化させて、
反応温度とトリオキサンのホルムアルデヒドへの転化率
との関係を求めたところ、表1に示すような結果が得ら
れた。
Then, by changing the temperature in the pyrolysis catalyst tube 6,
When the relationship between the reaction temperature and the conversion of trioxane to formaldehyde was determined, the results shown in Table 1 were obtained.

このときの他の発生条件は次の通りである。 Other conditions at this time are as follows.

ベーパライザ温度;46.2℃ ベーパライザへのN2ガス流量;60cc/min 希釈用N2ガス量;6l/min ゲージ圧力;0.8kg/cm2G 炭化珪素の充填長さ10cm 上記表1から、熱分解時の反応温度が250℃において
は、トリオキサンのホルムアルデヒドへの転化率が98.7
%となり、前記温度が270℃以上においては転化率が100
%になることが判る。
Vaporizer temperature; 46.2 ° C N 2 gas flow rate to vaporizer; 60 cc / min N 2 gas amount for dilution; 6 l / min Gauge pressure; 0.8 kg / cm 2 G Filling length of silicon carbide 10 cm From Table 1 above, at a reaction temperature of 250 ° C. during the pyrolysis, the conversion of trioxane to formaldehyde was 98.7%.
% When the temperature is 270 ° C. or higher, the conversion is 100%.
%.

次に、熱分解触媒筒6(筒体20の内径は20mm)に充填
する炭化珪素の充填長さ(充填量)を変化させて、炭化
珪素の充填長さとトリオキサンのホルムアルデヒドへの
転化率との関係を求めたところ、表2に示すような結果
が得られた。
Next, by changing the filling length (filling amount) of silicon carbide to be filled in the pyrolysis catalyst tube 6 (the inner diameter of the tube body 20 is 20 mm), the filling length of silicon carbide and the conversion rate of trioxane to formaldehyde are changed. When the relationship was obtained, the results shown in Table 2 were obtained.

このときの他の発生条件は次の通りである。 Other conditions at this time are as follows.

ベーパライザ温度;46.2℃ ベーパライザへのN2ガス流量;60cc/min 希釈用N2ガス量;6l/min ゲージ圧力;0.8kg/cm2G 熱分解触媒筒温度;270℃ 上記表2から、炭化珪素の充填長さが10cm(充填量と
して約6g)あれば、転化率が100%になることが判る。
Vaporizer temperature; 46.2 ° C N 2 gas flow rate to vaporizer; 60 cc / min N 2 gas amount for dilution; 6 l / min Gauge pressure; 0.8 kg / cm 2 G Pyrolysis catalyst cylinder temperature; 270 ° C. From Table 2 above, it can be seen that if the filling length of silicon carbide is 10 cm (about 6 g as filling amount), the conversion becomes 100%.

また、重量法によりトリオキサンの定時間での減少量
を計り、発生したホルムアルデヒドの濃度より収率を求
めたところ、98.1%であった。
Further, the amount of trioxane reduced in a fixed time was measured by a gravimetric method, and the yield was determined from the concentration of generated formaldehyde. As a result, it was 98.1%.

さらに、ベーパライザ2の温度を30〜50℃において5
℃ずつ変化させ、発生したホルムアルデヒドとの関係を
求めたところ、濃度は各温度に依存しており、蒸気圧を
濃度から求めたところ、クラジウスークラペイロンの関
係と一致することが確かめられた。
Further, when the temperature of the vaporizer 2 is 30 to 50 ° C., 5
When the relationship with the generated formaldehyde was determined by changing the temperature in units of ° C, the concentration was dependent on each temperature, and when the vapor pressure was determined from the concentration, it was confirmed that the vapor pressure was consistent with the relationship between Claudius and Clapeyron.

そして、ベーパライザ2に供給されるN2ガスの流量を
変化することによって、ホルムアルデヒドの発生濃度
を、500,1000,1500,2000ppmと段階的に変化させたとき
のステップ応答を調べたところ、第3図に示す通りであ
り、応答性にすぐていることが判る。なお、ベーパライ
ザ2に供給されるN2ガスの流量を変化させたとき、前記
濃度が安定するまでに5分程度必要であった。
The step response when the formaldehyde generation concentration was changed stepwise to 500, 1000, 1500 and 2000 ppm by changing the flow rate of the N 2 gas supplied to the vaporizer 2 was examined. As shown in the figure, it can be seen that the response is excellent. When the flow rate of the N 2 gas supplied to the vaporizer 2 was changed, it took about 5 minutes for the concentration to stabilize.

また、ホルムアルデヒドを連続的に980ppm発生させた
ときのCO2濃度計16による測定結果は第4図に示す通り
である。そして、ガスクロマトグラフの結果では、5分
間おきに20回サンプリングを行い面積を比較したとこ
ろ、変動係数は1.8%であり、これらのことから、安定
性に優れていることが判る。
FIG. 4 shows the measurement results obtained by the CO 2 concentration meter 16 when formaldehyde was continuously generated at 980 ppm. Then, as a result of gas chromatography, when sampling was performed 20 times every 5 minutes and the areas were compared, the coefficient of variation was 1.8%, which indicates that the stability was excellent.

上記実施例では、キャリヤガスおよび希釈ガスとして
N2ガスを用いているが、他の不活性ガスを用いてもよ
い。
In the above embodiment, the carrier gas and the diluting gas
Although N 2 gas is used, another inert gas may be used.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明したように、本発明によれば、きわめて安定
してトリオキサンからホルムアルデヒドに転化させるこ
とができ、特に、270℃以上の反応温度で、炭化珪素の
充填長さが10mm(内径7mm、充填量6g)以上あれば、そ
の転化率を100%にすることができ、従来方法では実現
が困難であった10%以上の標準ガスを発生させることが
でき、この標準ガスをN2ガスなど不活性ガスを用いて希
釈することにより、任意濃度の標準ガスを得ることがで
きる。
As described above, according to the present invention, it is possible to convert trioxane to formaldehyde extremely stably. Particularly, at a reaction temperature of 270 ° C. or more, the filling length of silicon carbide is 10 mm (inner diameter 7 mm, filling amount). if 6 g) or more, the conversion rate can be 100%, the conventional method can generate more than 10% of the standard gas realization is difficult, the standard gas N 2 gas such as an inert By diluting with a gas, a standard gas having an arbitrary concentration can be obtained.

そして、本発明によれば、従来方法のように触媒によ
るガス吸着がないから、この吸着に起因する弊害を一掃
することができる。
Further, according to the present invention, since there is no gas adsorption by the catalyst as in the conventional method, it is possible to eliminate the adverse effects caused by this adsorption.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明方法を実施するための標準ガス発生装置
のフローシートである。 第2図はベーパライザ,熱分解触媒筒,熱酸化筒に用い
られる筒体の一例を示す図である。 第3図はステップ応答性を示す図である。 第4図は安定性を示す図である。 2……ベーパライザ、6……熱分解触媒筒。
FIG. 1 is a flow sheet of a standard gas generator for carrying out the method of the present invention. FIG. 2 is a diagram showing an example of a cylinder used for a vaporizer, a pyrolysis catalyst cylinder, and a thermal oxidation cylinder. FIG. 3 is a diagram showing step response. FIG. 4 is a diagram showing stability. 2 ... vaporizer, 6 ... pyrolysis catalyst tube.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 G01N 31/00 GAB G01N 31/00 GABV // C07B 61/00 300 C07B 61/00 300 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Agency reference number FI Technical display location G01N 31/00 GAB G01N 31/00 GABV // C07B 61/00 300 C07B 61/00 300

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】トリオキサン蒸気を所定温度に加熱された
触媒に接触させて熱分解によりホルムアルデヒドを発生
するようにしたホルムアルデヒド標準ガス発生方法にお
いて、前記触媒として炭化珪素を用いることを特徴とす
るホルムアルデヒド標準ガス発生方法。
1. A method for generating formaldehyde standard gas in which trioxane vapor is brought into contact with a catalyst heated to a predetermined temperature to generate formaldehyde by thermal decomposition, wherein silicon carbide is used as the catalyst. Gas generation method.
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