JP2006327987A - 有機塩素化合物を含む廃棄物の再資源化方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 有機塩素化合物を含む廃棄物を熱水処理により脱塩素を行って、前記有機塩素化合物をアルコールおよび/または有機酸類と無機塩として回収して利用し、そして、前記有機塩素化合物の除去された残りの廃棄物は燃料として回収して利用する有機塩素化合物を含む廃棄物の再資源化方法により課題を解決できる。
【選択図】 図1
Description
これら脱脂洗浄、化学反応および抽出などの工程などより排出された有機塩素化合物を含む廃棄物は、有機塩素化合物の外に水、潤滑油、防錆油、油脂などの油分および樹脂分などの有機物、泥・砂などの無機物の内の1種もしくは2種類以上の成分を含んでいる。
そして、現在においては有機塩素化合物を含む廃棄物は産業廃棄物として焼却処理をされている。
(1)炭酸ナトリウムの存在下で水熱反応により有機塩素化合物を二酸化炭素、水などに分解する方法(特許文献1参照)。
(2)超臨界水を用いてPCBなどの有機塩素化合物を酸化分解する反応装置に関するもの(特許文献2参照)。
(3)ナトリウムエトキシドを触媒として水熱反応によりPCBなどの有機塩素化合物を分解する(特許文献3参照)。
(4)酢酸、亜鉛、白金などを触媒として亜臨界水反応によりPCB、農薬などの有機塩素化合物の分解を行う(特許文献4参照)。
(5)マイクロ波により熱プラズマを発生させ有機塩素化合物を分解する(特許文献5参照)。
(6)紫外線により有機塩素化合物を分解する(特許文献6参照)。
(7)アルカリメタノール液を用い加熱・加圧し脱塩反応を行う方法及び装置に関するものであり、有機塩素化合物を一酸化炭素、水素ガスに分解し、生成した蟻酸ソーダ、炭酸ソーダはアルカリ剤として脱塩素反応に利用する(特許文献7参照)。
(8)有機塩素化合物の混入した有機溶剤を金属水素化合物を用いて脱塩素を行い、有機溶剤を回収する(特許文献8参照)。脱塩素後の有機塩素化合物はメタン、エタンなどの気体となるため回収されない。
(9)ハロゲン系有機廃棄物を水熱反応により脱塩を行い、生成物をメタン発酵することによりエネルギーを回収する(特許文献9参照)。
焼却処理すると、発生する塩酸により機器が腐食し損耗が激しく、また有機塩素化合物に含有される塩素によりダイオキシン類が発生するため除去対策を行わなければならず、処理コストが非常に高くなっていた有機塩素化合物を含む廃棄物を、焼却処理することなく、廃棄物に含まれる有機塩素化合物は完全分解することなく、熱水処理により脱塩素を行ってアルコール、有機酸もしくは有機酸の塩などの有機酸類として通常の方法で回収して利用でき、生成する無機塩も通常の方法で回収して利用でき、また有機塩素化合物の除去された残りの廃棄物はその性状に応じて、液体燃料、固体燃料として重油、石炭と同様に、ボイラー燃料などとして有効に利用できるなど、有機塩素化合物を含む廃棄物のほんとど全てをそれぞれ有価物として再資源化して利用できるという顕著な効果を奏する。
脱塩反応が促進されると同時に生成したアルコール、有機酸類の分解が防止、抑制され、より効率よく熱水処理により脱塩素を行い、アルコール、有機酸類を生成できるとともに、脱塩素によりアルカリ不在時に生じた塩酸を中和することができる。
廃棄物に含まれる有機塩素化合物を完全分解することなく、効率よく熱水処理により脱塩素を行い、アルコール、有機酸類を経済的に生成できるという、さらなる顕著な効果を奏する。
本発明において有機塩素化合物を含む廃棄物を熱水処理する際は、有機塩素化合物を含む廃棄物に必要に応じて水、アルカリ剤を添加混合し所定の温度・圧力で所定の時間反応を行う。
有機塩素化合物を含む廃油、水、アルカリ剤は全て混合した後、加熱・加圧を行い反応させてもよく、またそれぞれを単独で、もしくは2種類以上を混合して加熱・加圧を行った後全てを混合して反応を行ってもよい。
有機塩素化合物であるジクロロメタンは次式(1)、(2)のごとく反応が進みアルコール、有機酸、無機塩が生成すると考えられる。ジクロロメタンに含まれる塩素量の1.2倍当量の水酸化ナトリウムを使用し、反応温度100〜230℃、反応圧力2〜5MPaの亜臨界水条件で反応時間30分以内で90%以上の脱塩素率を達成できた。
2CH2(OH)2 → CH3OH + HCOOH + H2O 式(2)
CH2Cl2 + −OH → CH2Cl(OH) + −Cl 式(1−1)
CH2Cl(OH) + −OH→ 2CH2(OH)2+ −Cl 式(1−2)
k2=−d[CH2Cl(OH) ]/dt
反応時間が長すぎると、一旦生成したアルコール、有機酸などが更に分解し、水と二酸化炭素などとなり収率が低下するため好ましくない。
所定の時間反応を行った後、反応生成物は冷却後、水分と油分と固形分に分かれる。
反応生成物を約80℃でフラッシュさせると沸点が80℃以下のアルコールは大部分が気化するためコンデンサーで冷却凝縮して回収される。
得られた脱塩油は、その性状により軽油、重油と同様にボイラー用燃料、ビルの暖房用燃料、ディーゼル燃料、ハウス栽培用燃料などとして利用することができる。
(実施例1)
有機塩素化合物を含む廃油の模擬廃油として、ジクロロメタン(試薬特級)12.00gを100mlメスフラスコに入れ、機械油を加えて全量を100mlとしたものを用いた。
反応容器は、内径14mm、厚さ1.65mm、内容積30mlのステンレス( SUSTP 10A sch10S) 製チューブの両端にスウェージロックを付した円柱型耐圧反応器を用いた。
反応操作としては、一端をスウェージロックで閉じた反応容器に模擬廃油8.0g、1.1gの水酸化ナトリウムを溶解した蒸留水14.52g(ジクロロメタンに含まれる塩素量の1.2倍当量の水酸化ナトリウムを含む)を入れ、アルゴンガスで空間部の空気を置換した後、スウェージロックで反応容器を閉じ、230℃に設定したオイルバスに所定の時間(5、10、40、60分)投入(反応圧力は水の飽和蒸気圧であるため2.8MPaである)した後取り出し、水槽に投入し急冷して反応を止めた。
反応容器が充分に冷えた後、反応生成物を取り出し、油層と水層に分け、水層に含まれる塩素イオン量をJIS K0101に従い測定し、脱塩率を算出し表1に水層のpH値とともに示した。
1.1gの水酸化ナトリウムの代わりに1.0gの水酸化カルシウム(ジクロロメタンに含まれる塩素量の1.2倍当量の水酸化カルシウムを含む)を添加した以外は実施例1と同様に操作して、脱塩率を算出し表1にpH値とともに示した。
1.1gの水酸化ナトリウムを添加しなかった以外は実施例1と同様に操作して、脱塩率を算出し表1にpH値とともに示した。
有機塩素化合物を含む廃油の模擬廃油として、クロロホルム、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン(各試薬特級)をそれぞれ12.00gを100mlメスフラスコに入れ、機械油を加えて全量を100mlとしたもの8.0gを用い、アルカリ剤は水酸化ナトリウムを模擬廃油に含まれる有機塩素化合物量の塩素量の1.2倍等量を10%水溶液として用い、80〜250℃に設定したオイルバスに所定の時間(5〜90分)投入した後取り出し、水槽に投入し急冷して反応を止め、脱塩率を算出した以外は、実施例1と同様に行った。尚反応圧力は、反応温度での飽和水蒸気圧である。
試験結果を図1(図に示す温度でクロロホルムを含む模擬廃油を熱水処理した際のクロロホルムの脱塩率と時間との関係を示すグラフ)、図2(図に示す温度でトリクロロエチレンを含む模擬廃油を熱水処理した際のトリクロロエチレンの脱塩率と時間との関係を示すグラフ)および図3(図に示す温度でテトラクロロエチレンを含む模擬廃油を熱水処理した際のテトラクロロエチレンの脱塩率と時間との関係を示すグラフ)に示す。
図2から、トリクロロエチレンは反応温度230℃、反応圧力2.80MPa、反応時間10分で脱塩率が95%以上となることが分かる。
図3から、テトラクロロエチレンは反応温度250℃、反応圧力3.98MPa、反応時間30分で脱塩率が95%以上となることが分かる。
実際の有機塩素化合物を含む廃油として表2に示す廃油−1(高沸点溶剤を主として含む合成反応廃油、ジクロロメタン43.6%含有)を用い、反応容器として、内容量100mlの攪拌器付オートクレーブ(オーエムラボテック(株)社製高圧マイクロリアクターMMJ−100)を用いて反応を行った。
廃油−1 30g、水酸化ナトリウム14.78gを溶解した蒸留水30gをオートクレーブに入れ、反応容器空間部の空気をアルゴンガスで置換して反応温度220℃、反応圧力2.32MPaで15分間熱水処理反応を行った後、オートクレーブの反応容器部を水槽に漬けて反応を停止した。本操作を10回行い580gの反応生成物を得た。
反応生成物をビーカーに投入し静置したところ油層と水層に別れ、水層下部には塩化ナトリウムの結晶が沈殿した。
次に水層に含まれる塩化ナトリウムの結晶をろ過し乾燥して7.6gの塩化ナトリウムを得た。得られた塩化ナトリウムの純度は87%であった。
塩化ナトリウムを除去したろ液から常圧蒸留により23.5gのメタノールを分離した。得られたメタノールには10質量%の水が含まれていた。
メタノールを除去した水層に含まれる反応生成物である蟻酸はナトリウム塩となっているため、塩酸を加えてpH=2に調整し蟻酸にした後、蟻酸および水を蒸留により除去して8.9gの塩化ナトリウムを得た。得られた塩化ナトリウムの純度は92%であった。
得られたメタノール、塩化ナトリウムは工業原料として、充分に利用可能であり、用途に応じ更に精製を行った後使用する。
脱塩油に含まれるジクロロメタン量は3200ppmと非常に少なく、その主成分は高沸点溶剤であることから、A重油に相当するボイラー燃料として利用できる。
蒸留により回収した蟻酸水溶液の蟻酸濃度は約8質量%でありメタン発酵に適する組成物である。
実施例4と同様のオートクレーブを用い、表2に示す廃油−2(防錆油を主として含む金属洗浄廃油、テトラクロロエチレン41.3%含有)20gおよび9.56gの水酸化ナトリウムを溶解した40gの蒸留水をオートクレーブに入れ、反応容器空間部の空気をアルゴンガスで置換して反応温度250℃、反応圧力4.01MPaで30分間熱水処理反応を行った後、オートクレーブの反応容器部を水槽に漬けて反応を停止した。本操作を10回行い585gの反応生成物を得た。
反応生成物をビーカーに投入し静置したところ油層と水層の2層に分かれ、上部の油層を取り出して10.8gの脱塩油を得た。
次に水層に含まれるグリコール酸はナトリウム塩となっているため塩酸を加えpH=2としグリコール酸とした後、水分を蒸留により除去して、グリコール酸と塩化ナトリウム結晶の混合物を得た。
この混合物にイソプロピルアルコールを加え、グリコール酸を溶解し、ろ過により結晶塩化ナトリウムを分離し、乾燥して102gの塩化ナトリウムを得た。塩化ナトリウムの純度は87.4%であった。
塩化ナトリウム結晶を分離したグリコール酸イソプロピルアルコール溶液を蒸留によりイソプロピルアルコールを除去し33gのグリコール酸を得た。グリコール酸の純度は86.9%であった。
得られた脱塩油に含まれるテトラクロロエチレン濃度は2200ppmで非常に少なく、脱塩油の主成分は防錆油であるためA重油に相当するボイラー燃料として利用できる。
実施例4と同様のオートクレーブを用い、表2に示す廃油−3(水を主として含む金属洗浄廃油、トリクロロエチレン96.2%含有)20g、21.09gの水酸化ナトリウムを溶解・分散した40gの蒸留水をオートクレーブに入れ、反応容器空間部の空気をアルゴンガスで置換して反応温度250℃、反応圧力4.01MPaで30分間熱水処理反応を行った後、オートクレーブの反応容器部を水槽に漬けて反応を停止した。本操作を10回行い570gの反応生成物を得た。
反応生成物をビーカーに投入したところ、油層は認められず、下部に塩化ナトリウム結晶が堆積している水層のみであった。
水層に含まれる塩化ナトリウム結晶をろ過し乾燥して13.1gの塩化ナトリウムを得た。塩化ナトリウムの純度は85.3%であった。
次に水層に含まれるグリコール酸はナトリウム塩となっているため塩酸を加えpH=2としグリコール酸とした後、蒸留により水分を除去し、グリコール酸と塩化ナトリウムの結晶の混合物を得た。
塩化ナトリウムを除去したグリコール酸イソプロピルアルコール溶液から蒸留によりイソプロピルアルコールを除去し103gのグリコール酸を得た。グリコール酸の純度は92.5%であった。
得られた塩化ナトリウム、グリコール酸は工業原料として充分に利用可能であり、その用途に応じ更に精製を行い使用する。
焼却処理すると、発生する塩酸により機器が腐食し損耗が激しく、また有機塩素化合物に含有される塩素によりダイオキシン類が発生するため除去対策を行わなければならず、処理コストが非常に高くなっていた有機塩素化合物を含む廃棄物を、焼却処理することなく、廃棄物に含まれる有機塩素化合物は完全分解することなく、熱水処理により脱塩素を行ってアルコール、有機酸もしくは有機酸の塩などの有機酸類として通常の方法で回収して利用し、生成する無機塩も通常の方法で回収して利用でき、また有機塩素化合物の除去された残りの廃棄物はその性状に応じて、液体燃料、固体燃料として重油、石炭と同様に、ボイラー燃料などとして有効に利用できるなど、有機塩素化合物を含む廃棄物のほんとど全てをそれぞれ有価物として再資源化して利用できるという顕著な効果を奏するので、産業上の利用価値が高い。
Claims (5)
- 有機塩素化合物を含む廃棄物を熱水処理により脱塩素を行って、前記有機塩素化合物をアルコールおよび/または有機酸類と無機塩として回収して利用し、そして、前記有機塩素化合物の除去された残りの廃棄物は燃料として回収して利用することを特徴とする有機塩素化合物を含む廃棄物の再資源化方法。
- 熱水処理の反応温度が80〜300℃、反応圧力が前記反応温度での飽和蒸気圧以上15MPa以下であることを特徴とする請求項1に記載の有機塩素化合物を含む廃棄物の再資源化方法。
- 有機塩素化合物を含む廃油の熱水処理を行う際にアルカリ剤を使用することを特徴とする請求項1あるいは請求項2に記載の有機塩素化合物を含む廃棄物の再資源化方法。
- 前記アルカリ剤の使用量が廃棄物中に含まれる有機塩素化合物に含まれる塩素量の1.0から2倍当量であることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の有機塩素化合物を含む廃油の再資源化方法。
- 前記有機塩素化合物がジクロロメタン、クロロホルム、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、四塩化炭素から選択される少なくとも1つの化合物であることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の有機塩素化合物を含む廃棄物の再資源化方法。
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