JP3197818B2 - 有機塩素化合物の脱塩素化方法 - Google Patents
有機塩素化合物の脱塩素化方法Info
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Description
フェニ−ル(以下PCBと略す)、ダイオキシン等の有
機塩素化合物を脱塩素化し、安全に処理することは、産
業上、環境保全上極めて重要である。
に保管されていることになっているが、年月を経て、そ
の保管状態が必ずしも万全とはいえない様になりつつあ
り、安全且つ経済的な処理法が望まれている。
の試みがなされたが、処理基準の問題や経済性の問題等
の制約があり、充分なプロセスは確立されなかった。
物のアルカリ分解方法については、多年の研究を行い、
刮目すべき発明を完成している(特開平6−25691
号、特開平7−8572号、特開平7ー313620
号)。今般さらに厳密な実験を数多く重ねた結果、より
一層経済的な新プロセスを完成するに至った。即ち、有
機塩素化合物とアルカリとを極性溶剤中で、100℃な
いし300℃にて攪拌混合し、脱塩素化する反応を行
い、過剰のアルカリは反応液を濾過して分離した固形分
より低級アルコールにて回収して、回分反応による次の
本反応に用い、濾液の溶剤はそのままか或いは一部、若
しくは大部分を蒸留回収して次の回分反応に供すること
により、本工程の排出物をアルカリ塩酸塩と原料有機塩
素化合物の脱塩素化合物のみとすることができ、且つ全
て無害の一般廃棄物とすることが可能なことを見出した
のである。
と原料有機塩素化合物の脱塩素化合物とは、それぞれ分
析に付し、有機塩素化合物等好ましからざる成分が、充
分に取り除かれていることを分析により確認するまで貯
えられた後、再利用に供されるか、一般廃棄物として処
理する。
の発明は、誠に有効かつ優れた方法であるといえるが、
よりよい結果を得るためには、過剰のアルカリの使用が
必要であることが知られている(特開平7ー31362
0号)。従って、実用性と経済性を一層高めるには、過
剰のアルカリの回収が極性溶剤の回収と共に重要な課題
である。
B濃度が高感度ガスクロマトグラフ質量分析法(GC−
MS)で分析検知限界以下になるまでの反応時間が長く
かかる問題があった。この反応時間を短縮することも課
題の一つである。
は、低級アルコールによりアルカリを回収する手段が脱
塩素化方法に非常に有効なことを見出した。即ち、アル
カリは低級アルコールに充分溶解するのみならず、低級
アルコールにて回収されたアルカリは、新たに加えられ
たアルカリにも増して、反応の促進効果のあることが知
られた。反応機構等その学理的説明は、目下さらに探求
が行われており、いずれ解明される。
級アルコ−ル中の水分を10%以下、特に好ましくは付
着水分のみに抑制することである。多量の水分は、装置
の腐蝕のみならず、反応生成物をよく溶解するので、脱
ハロゲン化反応を反応終点に近いところで阻害すること
を見出された。しかし、極微量の水分の役割については
未だ明らかにされていないが、反応生成物の分布から見
て、何らかの有効な役割を果たしていると考えられる。
合物を含む炭化水素油、例えばPCB汚染トランス油或
いは100%PCBの処理に適用しても、良い結果が得
られ、場合によっては、前記炭化水素油が再生され、再
利用が可能となる。
B、ポリクロロジベンゾジオキシン、ポリクロロジベン
ゾフラン、或いは1,2,3トリクロロ−4’−ニトロ
−ビフェニルエ−テル(以下CNPと略す)等の難分解
性有機塩素化合物を指し、アルカリとは苛性ソ−ダ、苛
性カリ、ナトリウム低級アルコキシド、カリウム低級ア
ルコキシド、水酸化カルシウム、酸化カルシウムなる群
から選ばれた少なくとも1つの化合物、或いは2つ以上
の混合物を指す。そして、経済性から特に好ましいの
は、苛性ソーダである。
(以下DMSOと略す)、1,3−ジメチル−2−イミ
ダゾリジノン(以下DMIと略す)、ジメチルポリアル
キレングリコ−ル、テトラメチル尿素、N−メチルピロ
リドン等であって、これらの群から選ばれた1種、或い
は2種以上の混合物を50%以上含むものを用いるが、
化学的安全性、コスト等の点から、DMSO、DMI、
ジメチルポリアルキレングリコ−ルのいずれかを50%
以上含有する溶剤を用いるのが特に好ましい。これらの
溶剤の含有率が50%以下になると、塩素の完全な除去
が極めて困難となる。
で攪拌する温度としては、100℃ないし300℃が適
当であるが、処理温度が100℃以下の場合は、非常に
長時間を要することがあり、300℃以上の場合は、溶
剤や有機塩素化合物の蒸散、副反応による予期せざるゲ
ル化等の危険性がある。特に添加物を使用しない場合に
おいては、150℃ないし250℃で行われるのが好ま
しい。
吸引減圧濾過等が適当であるが、それは原料有機塩素化
合物の濃度、系の粘度等の条件を考えて選ばれる。濾液
中の溶剤の蒸留回収は、減圧蒸留、減圧薄膜蒸留等効率
の良い方法であれば、その実施の形態を問わない。蒸留
残渣が乾いた固形状になるのが便利であれば、徹底して
蒸留を行い、固形物を砕いて濾過し、固形物は低級アル
コ−ルで抽出洗浄してアルカリを回収すれば良く、高粘
度の流体であれば、数バッチを合わせ低級アルコ−ルで
希釈した後、塩類を濾過し、濾液のアルカリを分析し
て、次の回分反応の原料に用いる。
溶剤を適当に選び、アルカリを最も経済的に選択すれ
ば、反応生成物と無機塩とは室温ではこの溶剤にあまり
溶解しないので、比較的面倒な手順を経ずに濾過分別で
き、且つアルカリのみは低級アルコ−ルに溶解しやすい
ので、抽出回収が有利に行える。
れたアルカリ物質が、本法では最初に使用するアルカリ
より尚一層反応活性があることも、本プロセスの優れた
点の一例である。
溶媒中で反応させるには、本法で示した攪拌機付き反応
槽で回分反応を行う必要がある。この反応はppbオー
ダーまでPCB濃度を下げるため、反応はPCB濃度が
極く希薄な状態下においても進行する必要がある。又、
高濃度PCBを処理する場合も、反応が進行していく過
程でPCB濃度は希薄となる。従って、反応が進むため
には当然希薄なPCB分子とアルカリ分子が接触しなけ
ればならず、そのためには液を剪断、会合することによ
り液の混合度を上げる必要がある。そこで、スタティッ
クミキサーで好ましいのは、比較的小型で混合度を上げ
ることができることと、混合に際し、このミキサー前後
の圧力損失によるエネルギー消費は攪拌機に比較して少
なく、従って非常に少ないエネルギーで混合効果が得ら
れることもある。
ルカリとPCBが液相で反応し、脱塩素化反応が進行す
ると考えられている。そのため、反応を促進するには、
DMI中に溶解したアルカリ濃度を高く維持して、DM
I存在下でアルカリ分子とPCB分子が会合して接触す
ることを促進しなければならない。そこで反応に使うア
ルカリは、DMI中への溶解を容易にするために、微粉
砕した固体苛性ソーダ又は苛性カリをDMI中に懸濁し
て、脱塩素化反応で消費されるDMI中に溶存するアル
カリを補う必要がある。その方法について種々検討した
結果、DMIと微粉砕したアルカリを混合する攪拌機付
き混合槽で懸濁液をつくり、それを攪拌機を備えた反応
槽中のPCBを含む液へ直接供給し混合する方法に比
べ、PCBを含む液を反応槽から抜き出してスタティッ
クミキサーを通した後、反応槽へ戻す循環ラインをつく
り、スタティックミキサーの入口に前記懸濁液を混入し
てスタティックミキサーを通す方法のほうが、DMI中
へのアルカリの溶解が促進され、操作が容易になる。こ
のようにして懸濁液を供給しつつ、又は供給した後反応
槽を昇温し、反応温度を一定にして脱塩素反応を進行さ
せるが、この過程においても、常に反応液の一部をスタ
ティックミキサーを通して循環させる。このようにする
ことにより、脱塩素化反応を進行させ、所期の目的を達
成させることができる。
次に本プロセスを図により説明する。又、本プロセスの
代表的フロ−シ−トを図1、図2、図5、図6、図7に
示し、図3にアルカリ、溶剤回収がないケースについ
て、図4にアルカリ、溶剤回収があるケースについて、
図8にDMI、回収アルカリをリサイクルするケースに
ついての物質収支の一例を示した。
は実施場所の条件に合わせ、フロ−の本質を変えない程
度の変更を加えることは、本発明の精神を逸脱せざる限
り、図面により限定されないことは明白であり、本プロ
セスの優位性に何らの負の要因たり得ないことは、自明
の理である。
る。9は比較的高濃度のPCB含有絶縁油で、約7%程
度のPCBを含有している。1は溶媒(例えばDM
I)、2はアルカリ(例えば苛性ソーダ)、14は反応
後蒸留器で回収されたDMI、13はアルカリを溶解し
た低級アルコール(例えばエタノール)を示す。これら
を5のジャケット付き攪拌機付き反応槽4に供給し、ジ
ャケット5に加熱した熱媒を通して約210℃に加熱し
常圧で1〜4時間反応させる。反応液20中のPCBを
分析し、検知限界以下になった時点で反応を終了させ
る。この液をジャケット5に低温の冷媒を通して常温ま
で冷却し、ここで生成した固体のNaClを含むスラリ
ー状の液20を6の濾過器(1)で濾過する。濾液10は
蒸留器8に供給して溶媒を回収し、次の回分反応に再使
用する。このようにして得られた釜残15について、P
CBの分析を行った。
0.5ppb(GC−MS実績)以下であった。分離さ
れた11のケーキ(1)は溶解槽19で、ケーキ中に含ま
れる未反応アルカリ分をエタノール中に溶解した後、7
の濾過器(2)で濾液13と12のケーキ(2)に分離す
る。濾液13は回収アルカリを溶存するエタノールで、
回分操作により次の反応に再利用する。ここでは濾過器
6と7は2つ別々に示してあるが、2つに分けずに回分
操作により同一のものを使い分けすることもできる。図
3は比較的高濃度のPCB含有絶縁油を分解するケース
で、アルカリ、溶剤を再使用しない、最初の回分操作の
物質収支の概略の一例を示す。
スで、アルカリ、溶剤を再使用する場合の実施例につい
ての物質収支の一例を示す。各部の温度、操作条件は実
施例1に示したものとほぼ同じである。
のである。9は比較的低濃度のPCB含有絶縁油で、2
0ppm程度のPCBを含有している。ここでいう低濃
度とは、反応後冷却しても反応生成物の析出が比較的少
ない希薄なPCB濃度を指す。それ以外の番号は、図1
で説明したものと同一のもの、或いはほぼ同じ機能又は
性質を有するものである。攪拌反応槽での操作は実施例
1の場合と同様であるが、反応終了後、反応液は本反応
の微粉砕苛性ソーダ以外の固形物を含まないので、その
まま蒸留器へ供給され、溶剤を回収し、釜残は溶解槽1
9で未反応アルカリをエタノール中に溶解させる。それ
を分液槽で油相とアルカリを溶解したアルコール相に分
け、アルコール相は、回分操作により次の回分反応に再
利用する。油相は水洗後、酸で中和し油相と水相に分離
する。ここで得られる油相についてPCBを分析した結
果は、PCBは0.5ppb以下の検出限界以下まで除
去されていることが分かった。
である。ここに示した番号は図1、2と共通である。こ
れら原料は、混合槽中で予めよく混合した後、供給ポン
プ32を使って反応液循環ライン30に混入する。この
混入した反応循環液はスタティックミキサー29で完全
混合された後、攪拌機付き反応槽4に戻され、更に攪拌
機3により攪拌操作を受ける。
拌操作を受ける液の一部を抜き出すため、スタティック
ミキサーでの混合強度は攪拌槽内での混合強度よりも更
に強力なものを選ぶ必要があるのは当然である。
べて重いため、攪拌反応槽底部に一部が沈殿し、遠心攪
拌が主である反応器の場合には、懸濁状態を維持できず
に反応液との接触が不完全となる傾向がある。これを改
善する方法として、沈殿した固形分を底部より抜き出し
スタティックミキサーを通すことにより、反応液中への
懸濁状態を維持改善することが可能となる。この操作は
原料供給後も継続して行う。
を加熱するヒータで、循環ラインでの熱損失による温度
低下を補うと共に、必要に応じて昇温させ、それにより
反応速度を高める効果も合わせ持たせることができるよ
うになっている。
度210℃、常圧で反応を行う場合、原料供給法につい
て直接反応槽へ供給する方法と、スタティックミキサー
で供給する方法を比較した結果、 (1)直接供給法に比べて、混合槽を設ける方法では仕込
操作が容易になった。 (2)反応槽内でのアルカリ固形物の底部沈殿が防止さ
れ、それにより懸濁状態が維持されることによって、反
応の促進効果が得られた。 (3)その結果、スタティックミキサー使用の場合は、直
接法の所要時間の約80%で所期の目的が達成された。
低濃度のPCB含有絶縁油についての処理例を示したも
のである。ここでは反応槽の他に蒸留器を別に設け、こ
こで溶剤の回収を行っている。溶剤としてDMIを用い
た場合、その沸点は常圧で225.5℃であるのに対
し、絶縁油では250〜470℃であるため、単蒸留で
容易に分離できるので、反応槽を蒸留器としても使用可
能である。このようにするとプロセスは簡単にすること
ができ、設備費も節約できて処理コストを低減すること
が可能となる。この例を図6に示した。
行っても良く、例えば絶対圧40mmHgでは、150
℃でDMIを反応液より留出分離することができる。
アルコール中に溶解したアルカリを再使用することによ
り、極めて経済的にTFO(絶縁油)からPCBを除去
することができ、更にPCBを除いて無害化した絶縁油
は、燃料油として再利用できる。この例のプロセスフロ
ーを図7、その際のマテリアルバランスを図8に示し
た。
ルし、変成エチルアルコールで回収したアルカリは15
回以上リサイクルを行うことができた例である。
して、80ppmのPCBを含有する新TFO中のPC
Bを脱塩素化反応させる。この後の液は、TFO相とD
MI相(苛性ソーダの固体を含んだ固液相)とに分相
し、このDMI相(苛性ソーダを含む)を再び反応に使
用する。80ppmのPCBを含有したTFO1,00
0g・DMI1,000g・苛性ソーダ60gを加え、
反応槽に入れる。200℃まで昇温し、2時間強く攪拌
する。2時間後の系中のPCBの残存濃度は0.5pp
b(検出限界以下=N.D.)となる。
I相とに分離する。このとき、必要なら反応及び分相促
進のため、少量の低級アルコール(10%以下の水分含
有)を加えても良い。更に分相を助けるには一度簡単な
濾過を行い(加圧又は減圧)、その後分相をする。TF
O相は水洗した後、重油に混合して燃料油に再利用す
る。DMI相のDMIと苛性ソーダは、新しいTFO中
のPCBを分解反応させるために再使用する。これを1
5回繰り返す。反応のために、必要に応じて少量のDM
I及び少量の苛性ソーダを加えることもある。苛性ソー
ダ、反応生成物及び塩化ナトリウムを含んだDMI相
は、通常はまず遠心濾過器で濾過し、固液を分離する。
液相の濾液を蒸留してDMIを回収する。このDMI
は、次の反応にリサイクルする。一方、固相分(ケー
キ)は、苛性ソーダを充分溶解する量の変成エチルアル
コールを加えて、脱塩素化反応に使用した後の残存苛性
ソーダを回収する。このとき、反応生成物の大部分及び
生成した塩化ナトリウムは、変成エチルアルコールにほ
とんど溶解しないので、固体として存在する。これらの
混合物を遠心濾過器で濾過して、固液の分離を行う。苛
性ソーダは液相の濾液にほとんど移り、次の反応のため
にリサイクルする。DMI及びアルカリの回収率は、そ
れぞれ99%及び91%であった。
であるが、溶剤として、DMIの代わりにトリエチレン
グリコールジメチルエーテル(沸点216℃)或いはテ
トラエチレングリコールジメチルエーテル(沸点27
5.3℃)を使用し、且つアルカリとして苛性ソーダを
使用して反応させ、15回リサイクルしたプロセスに関
する実施例である。溶剤とTFOの分相において、含水
メタノール(10%水分含有)を使用する。
経済的に有機塩素化合物を脱塩素化及び無害化するプロ
セスに関するものであり、従って、本発明を実施するこ
とにより、経済的に、安全に環境の改善に寄与すること
ができる。
る。
る。
溶剤回収がないケースについて物質収支の一例を示す図
である。
溶剤回収があるケースについて物質収支の一例を示す図
である。
方法の一例を示す図である。
る。
絶縁油を燃料油に再利用することを示す図である。
収アルカリを15回リサイクルし、燃料油に再利用する
際のマテリアルバランスを示す図である。
る。) [図7における符号] 39 調整槽 40 冷却槽 41 濾液受槽 42 留出液(DMI)受槽 43 分離器 44 高圧絶縁油(TFO)受槽 45 釜残液受槽 46 アルカリ溶解槽 47 アルコ−ル供給槽 48 アルカリ含有アルコ−ル溶液貯槽 49 アルカリ供給槽 50 ケ−キ貯槽 51 原料(PCB含有TFO)供給槽 52 溶媒(DMI)供給槽 53 新アルカリ供給槽 54 攪拌用駆動モ−タ− 55 TFO水洗槽 56 TFO水洗受槽 57 TFO重油混合槽 (上記以外の番号は図1,2に示したものと共通であ
る。)
Claims (11)
- 【請求項1】 反応槽内で有機塩素化合物を過剰のアル
カリと非プロトン性極性溶剤(以下、極性溶剤とい
う。)の存在下、100℃〜300℃にて攪拌、混合す
ることにより脱塩素化物に転化する脱塩素化反応(以
下、本反応という。)を行う方法において、本反応後、 (i).反応生成物より過剰の未反応アルカリを低級アルコ
ールに溶解、分離回収して本反応に再使用するととも
に、 (ii).反応生成物より極性溶剤を分離回収して本反応に
再使用すること、 を特徴とする有機塩素化合物の脱塩素化方法。 - 【請求項2】 反応生成物より未反応アルカリ及び極性
溶剤を回収する方法が、 (i).前記未反応アルカリの回収が、反応生成物を冷却し
て生成した固形分を分離した後、該固形分中に含まれる
アルカリを低級アルコールに溶解、分離回収するもので
あり、かつ、 (ii).前記極性溶剤の回収が、前記固形分を分離した残
液を蒸留して回収するものである、 請求項1に記載の有機塩素化合物の脱塩素化方法。 - 【請求項3】 反応生成物より未反応アルカリ及び極性
溶剤を回収する方法が、 (i).前記未反応アルカリの回収が、反応生成物を冷却せ
ずにそのまま蒸留し、釜残中に含まれるアルカリを低級
アルコールに溶解、分離回収するものであり、かつ、 (ii). 前記極性溶剤の回収が、前記蒸留工程を利用して
回収するものである、請求項1に記載の有機塩素化合物
の脱塩素化方法。 - 【請求項4】 極性溶剤の回収が、反応生成物を冷却し
て静置し、極性溶剤と脱塩素化物を含む反応液を2層に
相分離し、極性溶剤を回収するものである請求項1に記
載の有機塩素化合物の脱塩素化方法。 - 【請求項5】 極性溶剤と脱塩素化物を含む反応液を2
層に相分離する際、アルカリを溶解、分離回収する際に
用いた低級アルコールを添加する請求項4に記載の有機
塩素化合物の脱塩素化方法。 - 【請求項6】 アルカリを溶解、分離回収するために使
用する低級アルコールが、水分10%以下の炭素数1〜
4のアルコール類からなる群から選ばれた少なくとも1
種のものである請求項1に記載の有機塩素化合物の脱塩
素化方法。 - 【請求項7】 極性溶剤が、スルフォラン、ジメチルス
ルホキシド、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノ
ン、ジメチルポリアルキレングリコール、テトラメチル
尿素、N−メチルピロリドンから成る群から選ばれた少
なくとも1種のものである請求項1に記載の有機塩素化
合物の脱塩素化方法。 - 【請求項8】 低級アルコールにより溶解、分離回収さ
れて本反応に再使用されるアルカリ(以下、回収アルカ
リという。)と、本反応で消費された分を補うアルカリ
を反応槽に供給し、極性溶剤と共に反応開始のために昇
温することにより、該低級アルコールの大部分を系外に
留出せしめ、これを回収して次回の本反応後の未反応ア
ルカリの回収に再使用する請求項1に記載の有機塩素化
合物の脱塩素化方法。 - 【請求項9】 反応槽に供給される有機塩素化合物、回
収アルカリ、新たに供給されるアルカリ、新たに供給さ
れる極性溶剤、及び、回収されて本反応に再使用される
極性溶剤(以下、回収極性溶剤という。)において、予
めこれらの少なくとも2種が混合されたものである請求
項1に記載の有機塩素化合物の脱塩素化方法。 - 【請求項10】 予め混合する方法が、攪拌機付き混合
槽とスタティックミキサーを単独、若しくは組み合わせ
て使うものである請求項9に記載の有機塩素化合物の脱
塩素化方法。 - 【請求項11】 攪拌機付き混合槽を使う方法が、攪拌
機付き混合槽に回収極性溶剤及び新たに供給される極性
溶剤の一部を投入した後、アルカリとして微粉砕した固
体苛性ソーダまたは苛性カリ及び回収アルカリとを混入
してスラリー化するとともに、反応槽内の反応液の一部
を抜き出し、これを前記スラリーと混合して反応槽に供
給するものである請求項10に記載の有機塩素化合物の
脱塩素化方法。
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