JP2019056704A - ホルムアルデヒドモノマー蒸気を発生させるための装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 ホルムアルデヒドモノマー蒸気を発生させるための装置を提供する。【解決手段】 所望のガスを発生させる装置が提供される。装置は第１の領域および第２の領域を含む流出管を含む。第１の領域は微孔質金属管の壁および閉鎖端部を含む。第２の領域は非孔質金属管および開放端部を含む。この２領域流出管は、両端部にガス入口ポートおよびガス出口ポートを有するより大きな円筒状金属ジャケットの内側に固定され、円筒状金属ジャケットは流出管の外側の上をガスが流れることを可能にする。流出管は、親化合物を含有する媒体と、不活性媒体とを含む母材を含有するように構成される。流出管を加熱し、それにより金属ジャケットの開放端部を出る所望のガスを発生させるための加熱手段。【選択図】図８
Description
ホルムアルデヒドは、屋内および屋外の大気汚染中に一般的に存在する毒性化学物質である。屋内では、家具、カーペットおよび家庭用薬品のような物質がホルムアルデヒドを放出し、屋外では、ホルムアルデヒドは、石炭および燃料の不完全な燃焼により発生され、自動車排気物および炭素系燃料を燃やす定置型の源（煙突）において一般的に見出される。ホルムアルデヒド放出物の行方および健康上の影響を査定するために、およびこれら放出物を抑制する新しい規制を公表するために、ホルムアルデヒドの正確な測定を実行する能力を有することに大きな関心が寄せられている。
ホルムアルデヒドの較正基準の現在の製造プロセスは、分析スケールの透過デバイスを使用する。このデバイスは、密封容器内でα−ポリオキシメチレン（ホルムアルデヒドの固体ポリマー）を加熱し、発生したホルムアルデヒドモノマー蒸気の少量がある長さのテフロン（登録商標）ＰＴＦＥ管を介して流体ガスストリーム中に拡散することを可能にすることによって、ホルムアルデヒド蒸気を発生させる。これはホルムアルデヒドガスを混合物に対して首尾よく発生させるが、極めて低い量のホルムアルデヒド放出物が、このプロセスを非常に長ったらしいものにし、大量のシリンダについて非実用的なものにする。
低分子量の小さな分子であるが、ホルムアルデヒドは純粋な形で高濃度にて気相として残らない。ホルムアルデヒドは、それ自体のポリマー（パラホルムアルデヒドなど）および様々なより大きな有機分子を形成するために、縮合反応によって自己反応する。ホルムアルデヒドは、有機溶剤または水との溶液（ホルマリン）中でモノマーとして安定化させることができる。
しかしながら、水性溶液はガスシリンダへの成分添加に適さない。それというのも、湿分は大抵混合物の安定に悪影響を及ぼすからである。従って、純粋で、乾燥し、汚染されていないホルムアルデヒドを、パラホルムアルデヒド、トリオキサンおよびゴム状物質管など、加熱されるとホルムアルデヒドを放出する材料から、必要に応じてその場で発生させなければならない。
本明細書中の記載は、ホルムアルデヒドモノマー蒸気の発生を制御するための新規な技術および新規な装置である。この新規なプロセスはより大量のおよびより高濃度のホルムアルデヒドを発生させ、それによってガスシリンダ中の混合物のより速い製造を促す。この新規なプロセスはまた、自己反応によるホルムアルデヒドの分解、および望ましくない副生成物の形成を最小化する。
所望のガスを発生させる装置が提供される。装置は第１の領域および第２の領域を含む流出管を含む。第１の領域は微孔質金属管の壁および閉鎖端部を含む。第２の領域は非孔質金属管および開放端部を含む。この２領域流出管は、両端部にガス入口ポートおよびガス出口ポートを有するより大きな円筒状金属ジャケットの内側に固定され、円筒状金属ジャケットは流出管の外側の上をガスが流れることを可能にする。流出管は、親化合物を含有する媒体と、不活性媒体とを含む母材を含有するように構成される。流出管を加熱し、それにより金属ジャケットの開放端部を出る所望のガスを発生させるための加熱手段。
本発明の性質および目的のより深い理解のために、同様の要素に同じまたは類似の参照番号を付した添付の図面と併せて読まれる以下の詳細な記載を参照すべきである。
図１〜８に示されるように、装置の全体的な設計は、外部金属ジャケット２００の内側に捕捉された閉鎖端部の微孔質金属管１００を含む。微孔質金属管１００は、微孔質壁からなる第１の領域１０１と、非多孔質壁からなる第２の領域１０２とを有する。第１の領域１０１の空孔率は０．１〜５．０マイクロメートルであり得、そのような管は商業的に入手可能である。第１の領域１０１は閉鎖端部１０３を有する。第２の領域１０２は開放端部１０４を有する。以下の例において、ホルムアルデヒドガスが非限定的な例として使用される。しかしながら、後述のように、他の所望のガスを発生させるために本例の装置が使用されてもよい。
ホルムアルデヒド発生前駆体１０５が、孔質金属管１００の内側に詰め込まれる。ホルムアルデヒド発生前駆体１０５は母材１０７を形成するために不活性媒体１０６と組み合されてもよい。母材１０７は次いで金属管１００に導入され、開放端部は気密式に、例えばスチールキャップ２０１で蓋をされる。充填された孔質管１００は、本明細書中透過装置とも呼ばれ、次いで結合Ｔ字管（ｕｎｉｏｎ ｔｅｅ）、または連続Ｔ字管２０２の全長に通される。連続Ｔ字管２０２は、外部金属ジャケット２００に取り付けられ、少なくとも１つの高圧圧縮付属品、例えば管状低減装置２０３で固定される。
外部金属ジャケット２００には、高圧（典型的に約２０００ｐｓｉｇ）であることができる、連続Ｔ字管２０２に一体化された２０４ａなどの圧縮管付属品が備えられる。低減結合部２０４ｂなどの別の高圧圧縮管付属品が外部金属ジャケット２００の出口端にあり、同じく連続Ｔ字管２０２に一体化された他の付属品２０４ｃが脚部上にあり、付属品２０４ｃ中をキャリアガス２０５が流れる。
１つの代表的であるが非限定的な例において、閉鎖端部の微孔質金属管１００は、公称３／８インチの直径を有し得、外部金属ジャケット２００は公称３／４インチの直径を有し得る。これらなどのサイズの連続Ｔ字管２０２、低減結合部２０４ｂおよびスチールキャップ２０１などの付属品は商業的に入手可能である。
外部金属ジャケット２００の外側は次いで加熱デバイス７０１によって制御された温度まで加熱される、例えば、可変入力加熱制御７０４によって、ホルムアルデヒド発生前駆体１０５を解重合し、純粋なホルムアルデヒドモノマー蒸気７０２を遊離させるのに十分な温度まで加熱される。ホルムアルデヒド蒸気７０２は、ガスとして多孔微孔質金属管１０１の隙間を通過することによって逃げる。ホルムアルデヒドモノマー蒸気７０２が形成される間、キャリアガス２０５は、遊離された蒸気７０２を同伴するために、制御された速度で金属管１００と外部金属ジャケット２００との間の環状領域２０８に通される。キャリアガス２０５は、所望のホルムアルデヒド混合物７０３のバランスガス、典型的に窒素、ヘリウムまたはアルゴンと同じ組成である。
外部金属ジャケット２００の温度の密な制御の結果、ホルムアルデヒド蒸気７０２の予測可能な放出率がもたらされる。より高い温度は放出率を増大するが、過度の加熱は望ましくない副反応物および汚染物をもたらす。組成制御器７１０は外部金属ジャケットの温度を制御せず、加熱デバイス用の制御器がそれを行う。温度は、例えば温度指示器７０５によって外部金属ジャケット２００上で直接監視されてもよく、または、透過装置を出るガスの温度は、例えば温度指示器７０６によって監視されてもよい。キャリアガス２０５の流量は、例えば流れ指示器７０７によって監視されてもよく、および／またはホルムアルデヒド混合物７０３の合計流量は、例えば流れ指示器７０８によって監視されてもよい。ホルムアルデヒド混合物７０３の最終的な組成は、例えば組成指示器７０９によって監視されてもよい。例えばガス組成制御器７１０による、透過装置加熱の密な制御７０４と併せたキャリアガス流量２０５の密な制御の結果、予測可能で安定した制御可能な濃度を有する選択されたキャリアガス２０５中のホルムアルデヒドガス（または蒸気）７０２の流れストリームがもたらされる。
本発明の別の実施形態において、キャリアガス２０５自体が、外部金属ジャケット２００に入る前に、例えば外側熱源７１２によって、外側で加熱される。この実施形態では、キャリアガス２０５の熱は、透過装置管１００の内側のホルムアルデヒド前駆体１０７の解重合を引き起こすために使用される。温度は例えば温度指示器７１３によって監視されてもよく、ガス組成制御器７１０、またはキャリアガス流れ制御器７１４への入力として提供されてもよい。
本発明の別の実施形態において、図５に示すように、外部金属ジャケット２００は、小さな直径の金属管の密なコイル７０１で包まれる。非限定的な例において、この金属管は、１／８インチの公称外径を有し得る。キャリアガス２０５ａは、上述のように外側加熱器７１２に通される。加熱されたキャリアガス２０５ｂは、次いで、コイル７０１に通される。加熱されたキャリアガス２０５ｂは、外部金属ジャケット２００を外側で加熱する。次いで、結果として得られた暖かいキャリアガス２０５ｃは、上述のように連続Ｔ字管２０２に入り、次いで、透過装置を内側で加熱し、その結果、潜在的に改善された温度制御がもたらされる。
様々な材料が加熱時にホルムアルデヒドを放出することが当該技術分野で知られている。非限定的な例は、パラホルムアルデヒド、トリオキサンおよびゴム状物質管さえ含む。商業的に入手可能な分析透過システムは供給源としてホルムアルデヒドポリマーを典型的に使用する。それというのも、無色の粒状固体であるなど、それらの便利な取扱い特性のためである。しかしながら、当業者であれば、それは加熱され過ぎるとパラホルムアルデヒドが炭化および溶融し、従って収量および純度の低下がもたらされることに気付くであろう。
１つの初期の参考文献である（特許文献１）において、微粉化されたパラホルムアルデヒド粉末を、低蒸気圧の非反応性油および流体などの撹拌された液体媒体中に懸濁させることが提案されている。この参考文献では、その後、液体媒体が加熱されると、非常に純粋なホルムアルデヒド蒸気が発生される。しかしながら、この手法は、シリンダガス用途において作用しない。それというのも、そのような用途は厳密な乾燥基準を有し、あらゆる種類の液体媒体も許容しないからである。
本発明の一実施形態において、微細パラホルムアルデヒド粉末（または他のホルムアルデヒド放出物質）１０５は、純粋シリカ、アルミナまたは他の無機基体などの非反応性固体分散媒体１０６中に懸濁される。分散媒体１０６は、非常に純粋で、乾燥し、ホルムアルデヒドと反応し得る有機材料を全く含まない。シリカおよびアルミナの両方は適切な純度で商業的に入手可能である。支持媒体１０６の粒子サイズ分布は、それが、（加熱されたときに自己反応を抑制するために）パラホルムアルデヒド粉末粒子１０５を互いに分散するのに十分に小さいが、支持媒体１０６およびパラホルムアルデヒド粒子１０５を透過装置多孔質ハウジング１００の内側に保持するのに十分に大きい。支持媒体１０６はまた、混合物１０７中の均一な熱の分散をもたらし、増大された表面面積のためにホルムアルデヒド蒸気７０２が形成されるペースを加速し得る。ホルムアルデヒド蒸気７０２が形成されるとき、分散媒体１０６は、あらゆる他の固体または非揮発性混入物質とともに、透過装置１００内に残留する。
本発明、すなわち、材料を固体支持体上に分散し次いで多孔質金属透過装置を使用して制御されたガスストリームを形成することは、気相にするために穏やかな加熱を必要とする他の材料、例えば、加熱されると所望の成分を放出する材料、または室温で低い固有蒸気圧を有する材料にも適用可能であり得る。
加熱デバイス７０１は、外部金属ジャケット２００に直接取り付けられていようと、（前述のように）キャリアガス流れシステム２０５に一体化されていようと、温度の細かい調整を実行できる可変入力制御７０４を備えられる。ホルムアルデヒド発生器の外部金属ジャケット２００は、温度を測定し、フィードバックを加熱デバイスに提供して温度の閉ループ制御７１０を達成するために、１つまたは複数の温度指示器または熱電対７０５を取り付けられる。
発生器システムは、ホルムアルデヒド／キャリアガスストリーム７０３が形成されるとき、その濃度７０８のリアルタイム分析７１０を備えることもできる。これを達成するために、Ｔ字管が、キャリアガス出口ライン内に、発生器の下流に設置される。ホルムアルデヒド／キャリアガス混合物ストリームからの少量のバイパス流が、ホルムアルデヒド分析器７０８に向けられる。分析器７０８は化学セル、ＦＴＩＲ、または当該技術分野で知られる他のホルムアルデヒドセンサであり得る。このように、ホルムアルデヒド放出率またはキャリアガス流のいかなる変化も直接測定可能であり、温度またはキャリアガス流速に対する調整が、例えば弁７１１によって行われる。所望ならまたは実用的であれば、リアルタイム分析器７１０からの出力は、閉ループ制御を達成するために、発生器温度制御器７０４へ、またはキャリアガス流れ制御器７１４へ、またはその両方へフィードバックすることができる。
本発明の一実施形態において、所望のガスを発生させる装置が提供される。装置は第１の領域１０１および第２の領域１０２を有する流出管１００を含む。第１の領域１０１は微孔質金属管の壁および閉鎖端部１０３を含む。第２の領域１０２は非孔質金属管および開放端部１０４を含む。２領域流出管１００は、より大きな円筒状金属ジャケット２００の内側に固定される。円筒状金属ジャケット２００は、両端部にガス入口ポート２０６およびガス出口ポート２０７を有し得る。環状領域２０８が内部流出管１００と外部円筒状金属ジャケット２００との間に形成される。キャリアガス２０５がこの環状領域２０８を通りおよび流出管１００の外側の上を流れる。
流出管１００は、親化合物１０５を含有する媒体と、不活性媒体１０６とを含む母材１０７を含有するように構成される。装置は、流出管１００を加熱し、それにより開放端部２０７を出る所望のガス７０２を発生させるための加熱デバイス７０１を含む。
装置は、ブレンドされたガス７０３が約２５００ｐｓｉｇまでの圧力で発生されてもよいように構成されてもよい。ブレンドされたガス７０３は、約５００ｐｓｉまで、好ましくは約１０００ｐｓｉまで、より好ましくは約１２００ｐｓｉまで、さらにより好ましくは約１６５０ｐｓｉまで、およびより好ましくは約２２００ｐｓｉまでの圧力で発生されてもよい。流出管１００は４８２°Ｆ以下まで加熱されてもよい。
加熱デバイス７０１は、加熱テープ、ロープヒータ、または加熱コードであってもよい。加熱デバイス７０１は管炉であってもよい。装置はまた、キャリアガス２０５を導入するための手段を含む。装置はまた、キャリアガスを所望のガスとブレンドするように構成された手段を含む。装置はまた、所望のガスをガスシリンダ７１５へ導入するように構成された手段を含む。
本発明の性質を説明するために本明細書に記載されている詳細、材料、ステップおよび部品の配置の多くの追加的な変更が、添付の特許請求の範囲に明示される本発明の原理および範囲内で当業者によってなされ得ることが理解されよう。従って、本発明は、上記の実施例における特定の実施形態に限定されるものではない。
１００ 閉鎖端部の微孔質金属管
１０１ 第１の領域（閉鎖端部の微孔質金属管の微孔質セクション）
１０２ 第２の領域（閉鎖端部の微孔質金属管の固体セクション）
１０３ （閉鎖端部の微孔質金属管の）閉鎖端部
１０４ （閉鎖端部の微孔質金属管の）開放端部
１０５ ホルムアルデヒド発生前駆体
１０６ 不活性媒体
１０７ （ホルムアルデヒド発生前駆体および不活性媒体の）母材
２００ 外部金属ジャケット
２０１ （開放端部を閉鎖するための）スチールキャップ
２０２ 連続Ｔ字管（結合Ｔ字管）
２０３ 管状低減装置
２０４ａ 圧縮管付属品（連続Ｔ字管２０２と一体）
２０４ｂ 低減結合部
２０４ｃ 圧縮管付属品（連続Ｔ字管２０２と一体）
２０５ キャリアガス
２０５ａ 加熱されていないキャリアガス
２０５ｂ 加熱されたキャリアガス
２０５ｃ 暖かいキャリアガス
２０６ （外部金属ジャケットの）ガス入口ポート
２０７ （外部金属ジャケットの）ガス出口ポート
２０８ （閉鎖端部の微孔質金属管と外部金属ジャケットとの間の）環状領域
７０１ 加熱デバイス
７０２ 純粋なホルムアルデヒドモノマー蒸気
７０３ 所望のホルムアルデヒド混合物
７０４ 可変入力加熱制御（発生器温度制御器）
７０５ 温度指示器
７０６ 温度指示器
７０７ 流れ指示器
７０８ 流れ指示器
７０９ 組成指示器
７１０ ガス組成制御器
７１１ 弁
７１２ 外部熱源
７１３ 温度指示器
７１４ キャリアガス流れ制御器
７１５ ガスシリンダ
１０１ 第１の領域（閉鎖端部の微孔質金属管の微孔質セクション）
１０２ 第２の領域（閉鎖端部の微孔質金属管の固体セクション）
１０３ （閉鎖端部の微孔質金属管の）閉鎖端部
１０４ （閉鎖端部の微孔質金属管の）開放端部
１０５ ホルムアルデヒド発生前駆体
１０６ 不活性媒体
１０７ （ホルムアルデヒド発生前駆体および不活性媒体の）母材
２００ 外部金属ジャケット
２０１ （開放端部を閉鎖するための）スチールキャップ
２０２ 連続Ｔ字管（結合Ｔ字管）
２０３ 管状低減装置
２０４ａ 圧縮管付属品（連続Ｔ字管２０２と一体）
２０４ｂ 低減結合部
２０４ｃ 圧縮管付属品（連続Ｔ字管２０２と一体）
２０５ キャリアガス
２０５ａ 加熱されていないキャリアガス
２０５ｂ 加熱されたキャリアガス
２０５ｃ 暖かいキャリアガス
２０６ （外部金属ジャケットの）ガス入口ポート
２０７ （外部金属ジャケットの）ガス出口ポート
２０８ （閉鎖端部の微孔質金属管と外部金属ジャケットとの間の）環状領域
７０１ 加熱デバイス
７０２ 純粋なホルムアルデヒドモノマー蒸気
７０３ 所望のホルムアルデヒド混合物
７０４ 可変入力加熱制御（発生器温度制御器）
７０５ 温度指示器
７０６ 温度指示器
７０７ 流れ指示器
７０８ 流れ指示器
７０９ 組成指示器
７１０ ガス組成制御器
７１１ 弁
７１２ 外部熱源
７１３ 温度指示器
７１４ キャリアガス流れ制御器
７１５ ガスシリンダ
Claims (8)
- 所望のガスを発生させる装置であって、
・第１の領域および第２の領域を含む流出管であって、
前記第１の領域が微孔質金属管の壁および閉鎖端部を含み、
前記第２の領域が非孔質金属管および開放端部を含み、
前記２領域流出管が、両端部にガス入口ポートおよびガス出口ポートを有するより大きな円筒状金属ジャケットの内側に固定され、前記円筒状金属ジャケットは前記流出管の外側の上をガスが流れることを可能にし、
前記流出管が、親化合物を含有する媒体と、不活性媒体とを含む母材を含有するように構成されている、流出管と、
・前記流出管を加熱し、それにより前記金属ジャケットの前記開放端部を出る所望のガスを発生させるための加熱手段と
を含む装置。 - 前記ブレンドされたガスが２５００ｐｓｉｇまでの様々な圧力で発生されるように前記装置が構成される、請求項１に記載の装置。
- 前記流出管が４８２°Ｆ以下まで加熱されるように前記装置が構成される、請求項１に記載の装置。
- 前記加熱手段が、加熱テープ、ロープヒータおよび加熱コードからなる群から選択される、請求項１に記載の装置。
- 前記加熱手段が管炉である、請求項１に記載の装置。
- キャリアガスを導入するための手段をさらに含む、請求項１に記載の装置。
- 前記キャリアガスを前記所望のガスとブレンドするように構成された手段をさらに含む、請求項１に記載の装置。
- 前記所望のガスをガスシリンダに導入するように構成された手段をさらに含む、請求項１に記載の装置。
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