JP4003083B2 - 絶縁油の精製方法 - Google Patents

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本発明はトランス、コンデンサ等の使用済みの絶縁油(鉱物油類)に含まれるポリ塩化ビフェニル類(以下PCBと称す)を分離除去して、絶縁油を無害化するための精製方法に関するものである。

PCBは、その有害性が判明したために1973年に製造、輸入、使用が禁止された。しかしそれ以前には、PCBはトランスやコンデンサ等の電気機器類に大量に使用されていた。そのため、現在においても柱上トランスやコンデンサ等において、原因は不明であるが、絶縁油中に低濃度のPCBが混在していることがしばしばある。それらのPCB濃度は比較的低く、数ppmから数十ppmのものであり、100ppmを越えるものはわずかである。しかしこれらの低濃度のPCBであっても、環境保全のためには、PCB汚染した絶縁油およびトランス、コンデンサ等を無害化処理しなければならない。一方、低濃度にPCB汚染された柱上トランスやコンデンサの数は非常に多いことが、近年明らかになっている。そのために経済的に且つ迅速に無害化処理する方法が望まれている。

絶縁油中に含まれる低濃度のPCBを分離除去する方法として、溶剤等を用いて化学的に抽出分離する方法や、酸化剤によって分解処理する方法等が従来知られている。しかしこれらの方法を実施するためには、大掛かりな設備が必要であり経済的負担が大きい。さらに処理操作も複雑である。

一方、絶縁油を直接吸着剤と接触させてPCBを吸着分離除去する方法は、設備的に簡素であり操作も簡単である。そこで吸着剤による吸着除去法が望まれるのである。しかし、絶縁油中のPCBは前述した様に微量であり、これを0.5ppm以下まで、吸着除去することは非常に難しいことである。従来から知られている吸着剤、例えば活性アルミナを用いて吸着することは困難とされてきた。そして、吸着特性に優れた新規の吸着剤を開発する研究がなされてきている。

特許公開2004-313876において、次の様な方法が示されている。この方法は、実質的に水を含まない絶縁油中の有機塩素化合物を吸着除去する方法であり、ゼオライトまたはメソポーラスシリケートを吸着剤として使用することを特徴としたものである。しかし、トランスやコンデンサ等の使用済みの絶縁油中には、水分が微量ではあるが存在しているため、この方法の実用性はない。

また特許公開2005-111387においては、微量の水分を含む絶縁油中のPCBを吸着処理する吸着剤として、アミン化合物で処理した改質活性炭を用いることが示されている。この場合、活性炭をアミン化合物、つまり芳香族ポリアミン、アルキルアミン4級塩、モノ又はジアルキルアミンのエチレンオキシド付加物およびアミンオキシドのうち少なくとも1種の化合物によって処理して、改質活性炭を製造しなければならない。その際、溶媒を使用しなければならず、改質操作はかなり煩雑である。そのため、この方法もまた実用において大きな難点がある。

PCBを含む絶縁油を直接吸着剤と接触させて、微量PCBを選択的に吸着除去するためには、吸着感度の強い吸着剤が必要であると従来考えられてきた。そして、前述の特許公開2004-313876や特許公開2005-111387のように特殊な吸着剤開発に関する研究がなされてきた。しかし、そのような特殊な吸着剤を使用しないで、汎用的な吸着剤を用いて、簡便に絶縁油からPCBを吸着除去することが望まれるのである。
本発明においては、PCBが低濃度に混入するトランスやコンデンサ等の絶縁油を対象として、特殊な吸着剤でなく汎用的な吸着剤と簡便な設備によって絶縁油を精製しようとするものである。つまり、低濃度のPCBを含む絶縁油に関し、微量の水分を含む場合においても、PCB濃度を0.5ppm以下まで吸着除去して低減する方法を提供しようとするものである。

本発明者らは絶縁油中の微量PCBの吸着除去に関して鋭意研究した結果、絶縁油中の水分を事前に除去して、その後、活性アルミナ系吸着剤と接触させることによって、絶縁油中の微量PCBを効果的に吸着除去できることを発見した。さらに、絶縁油中の微量水分は、脱水剤によって吸着除去できることを見出した。そして、これらの知見に基づいて本発明をなすにいたった。

即ち、低濃度のポリ塩化ビフェニルを含有する絶縁油を精製する方法において、該絶縁
油を吸着容器に室温にて供給し、該吸着容器において該絶縁油の流れ方向の上流部に脱水剤を充填し配置し、下流部に活性アルミナ系吸着剤、活性アルミナシリカゲル系吸着剤、活性ケイ酸マグネシウム系吸着剤のうち少なくとも一つを充填し配置し、該絶縁油と接触させて低濃度ポリ塩化ビフェニル類を吸着除去することを特徴とし、該絶縁油中のポリ塩化ビフェニル濃度を0.5ppm以下にすることを特徴とした絶縁油の精製方法

本発明の方法において使用する吸着剤は、汎用性のある吸着剤であり、比較的安価なものである。また吸着後において、再生して再使用することも容易であり、経済的な吸着剤である。精製設備は吸着剤を充填した吸着容器と絶縁油を移送するポンプであり、これらは簡素な設備である。つまり、本発明の方法によると、低濃度のPCBを含有する絶縁油からPCBを簡便に且つ経済的に吸着除去して、絶縁油を精製することができるのである。

さらに本発明の方法によると、精製設備は簡素であるため、可搬式として移動設置することも可能である。そこで、汚染したトランスやコンデンサを移動せずに、精製設備をその場所に移動して、絶縁油からPCBを分離除去することも可能である。

絶縁油中のPCB濃度は0.5〜100ppm程度が適当である。絶縁油中のPCB濃度が高くなると、吸着に必要な吸着剤の量が大量となり、吸着容器は大きくなる。そのため、本方法は実用的でなくなる。

使用済みのトランスやコンデンサの絶縁油中には、通常の場合数ppmから数十ppm程度以上の微量の水分が混在している。絶縁油中の微量PCBを吸着除去する操作においては、この微量水分が吸着特性に大きく影響する。特に、活性アルミナ系吸着剤によってPCBを吸着除去する場合には、水分によって吸着性能は大幅に低下してしまう。水分による影響を調べるために、絶縁油に水分を100ppm混入させて吸着性能を試験したところ、吸着性能は水分を含まない時の性能の25%以下に低下してしまった。その原因としては、吸着剤が水分を吸着し、その結果PCB吸着性能が低下すると考えられる。そこでPCBを吸着分離する前に、絶縁油中の微量の水分を除去しておくことが、本発明の必須の要件である。水分を除去する方法としては、いろいろな公知の方法がある。本発明者はその中から、経済的で使用方法の簡便な脱水剤を探索した結果、脱水剤として無水硫酸ナトリウム、シリカゲル、塩化カルシウム、過塩素酸マグネシウム、合成ゼオライト、活性白土のいずれかを用いて脱水することが可能であることを見出した。なお活性アルミナも脱水剤として使用することが可能であるが、活性アルミナは同時にPCBも吸着してしまう。脱水剤としては、吸着装置の設計および運転操作の事情から、好ましくは水分のみを吸着し、PCBを吸着しないものであることが好ましいのである。

これらの脱水剤は経済的であり、汎用性もある。そして絶縁油と脱水剤を直接接触させることによって、絶縁油中の水分を容易に除去することができる。水分を50ppm含む絶縁油を、ガラスカラムに充填したシリカゲルと直接接触させて脱水処理したところ、処理後の絶縁油中の水分はほとんどゼロであった。つまり、シリカゲルによって絶縁油中の水分を吸着除去することができたのである。なおこの水分除去操作の際、絶縁油中の微量PCBは、シリカゲルにはほとんど吸着されていないことを、分析測定して確認している。

絶縁油中のPCBを吸着するための吸着剤について、本発明者らは種々の吸着剤について試験研究した結果、活性アルミナ系吸着剤、活性アルミナシリカゲル系吸着剤、活性ケイ酸マグネシウム系吸着剤が実施可能であり、好ましくは活性塩基性アルミナが実用的な吸着剤であることを見出した。通常、使用済みトランス等の絶縁油中には数ppmから数十ppm程度以上の微量の水分が含まれている。そしてこの微量水分がPCB吸着特性を大幅に低下させてしまう。とくに活性塩基性アルミナはその影響が甚だしく大きく、絶縁油中の微量PCBを選択的に吸着除去することは困難である。そのため、従来は活性アルミナによって絶縁油中の微量PCBを吸着除去することは困難であるとされてきた。しかし本発明者らは、絶縁油を事前に脱水剤と接触させてから、活性塩基性アルミナと接触させることによって、PCBを選択的に吸着除去することができることを見出したのである。すなわち、ガラスカラムに2グラムの乾燥処理済みの活性塩基性アルミナを充填し、これにPCB濃度3マイクログラム/グラムの絶縁油2グラムを脱水処理してから通液したところ、ガラスカラムから流出する絶縁油中のPCB濃度は0.4マイクログラム/グラムであった。この事実によると、数十ppmのPCBを含む絶縁油を活性塩基性アルミナによって吸着処理して、0.5ppm濃度以下に低下させることができることが分かる。

絶縁油と吸着剤を接触させる方法すなわち吸着容器の構造形式としては、公知のさまざまな方法が実施可能であり、特に制約はない。固定床式のものや流動床式のもの、多段接触式のもの等が実施可能である。通常は、吸着剤を固定床式に充填した吸着塔を使用する。この場合、絶縁油は粘性が高いので、吸着剤充填層を通過する流速を充分に遅くして、充填層を通過するときの圧力損失がむやみと大きくならないようにすることが大事である。通過流速は吸着剤形状や吸着容器構造等によって適切な値を選択するが、通常の場合、1分当り1〜50cm程度の流速とすることが好ましい。また吸着剤の形状としては、通常の場合粒状のものであるが、その他に膜状に成型したものも実施可能である。絶縁油は粘性が高い液体であるため、絶縁油の通過面積を大きくする必要がある。絶縁油通過面積を大きくする方法としては、吸着容器の断面積を大きくすることが基本である。さらにこの他に、吸着剤を円筒形状等のさまざまな形状に成型したり、配置したりする方法も可能である。なお、さまざまな形状配置としては、ろ過器やフィルター等において公知の方法が多数ある。

吸着容器には、絶縁油の通過順に第1層に水分脱水剤を充填し、次に第2層にPCB吸着剤を充填する。吸着容器は通常はひとつとするが、第1層と第2層を別々にしても良い。また第2層を2つ以上に分割して、多段式にしても実施可能である。吸着剤の充填は均一な厚みとなるように行い、絶縁油との良好な接触状態となるように行う。吸着容器の配置は縦型であっても、横型であっても実施可能である。また、回転式の吸着容器も公知であり、これによる場合は吸着と再生を同時に行うことが可能である。

絶縁油は通常の場合、事前にトランスやコンデンサ等から抜き出して絶縁油貯槽に貯められている。そこで貯槽からポンプ等によって抜き出し、配管を通じて吸着容器へ供給する。吸着容器においてPCBを吸着除去された絶縁油は、精製絶縁油貯槽へ貯められる。トランスやコンデンサ等に絶縁油の抜き出し口と戻り口がある場合、あるいはそれらを取り付け可能な場合には、吸着容器とトランス或いはコンデンサ等を直接に配管で接続することができる。そして、ポンプによって絶縁油を循環して精製することも可能である。

吸着剤には吸着容量に限界があり、飽和吸着量近くまで吸着した場合、再生するか或いは新品と交換しなければならない。通常、脱水剤は再生せずに焼却処分することが実用的である。PCB吸着剤については、再生する方法と処理処分する方法とがある。再生する場合、PCB吸着剤をジクロロメタン等の有機溶剤で洗浄して、吸着剤からPCBを抽出分離する。そして抽出分離した有機溶剤は、蒸発分離して有機溶剤とPCBに分離する。この有機溶剤は再利用することができる。またPCBは焼却処理等の公知の方法によって分解処理することができる。PCB吸着剤をそのまま処理処分する場合には、焼却処分する方法が実用的である。

本発明の方法を実施例に基づいてさらに詳しく説明する。実施例を図1に示す。図において、使用済みのトランスから抜き出した未処理絶縁油21が未処理絶縁油槽1に貯留されている。未処理絶縁油槽1は公知の貯油構造のものである。この絶縁油21中の水分濃度およびPCB濃度を測定したところ、水分は約50ppm、PCBは約50ppmであった。また絶縁油の色は茶褐色であった。絶縁油21を未処理絶縁油槽1から、ポンプ2によって抜き出し、吸着容器3へ供給した。ポンプ2は公知の市販品ポンプであり、毎分0.3リットルの流量を加圧して移送した。なお、絶縁油の供給方式としては、必ずしもポンプでなくてもよい。例えば、未処理絶縁油槽1を加圧して、絶縁油を押し出す方法も可能である。吸着容器3は直径10cmの竪型円筒型の容器とした。絶縁油は上部から導入し、内部を流下して、底部から排出する。吸着容器3の内部は上下に2段の充填層に分かれており、上段充填層11にはシリカゲルが、高さ5cm充填されている。下段充填層12には粒状の乾燥処理済みの活性塩基性アルミナが、高さ30cm充填されている。上下の充填層のそれぞれの上下には市販のフィルターと支持材を設置し、シリカゲルおよび活性塩基性アルミナを固定保持している。吸着容器3の構造は公知の吸着塔と同様のものである。未処理絶縁油21は吸着容器3の上部から流入し、まず上段充填層を通過し、水分が吸着除去される。次に下段充填層を通過し、PCBが選択的に吸着除去される。そして、こうして精製された絶縁油は吸着容器の下部から排出される。この時、絶縁油は無色透明になっていた。つまり、未処理絶縁油21中の褐色の着色成分も吸着容器内で吸着除去された。吸着容器から排出された精製絶縁油22は精製絶縁油槽4に貯留される。精製絶縁油槽4内の絶縁油中のPCB濃度を測定したところ、0.5ppm以下であった。

本実施例においては未処理絶縁油槽1と精製絶縁油槽4を分離しているが、必ずしも分離する必要はない。精製絶縁油22を未処理絶縁油槽1へ戻し、そして再度ポンプ2によって吸着容器3へ循環する方法も実施可能である。この方法は、トランスと吸着容器を配管によって直接接続して、絶縁油を精製する場合の実施方法である。すると、トランスから絶縁油を抜き出さずに、絶縁油の精製を行うことができるので、非常に好都合である。

絶縁由の精製図

符号の説明

1 未処理絶縁油槽
2 ポンプ
3 吸着容器
4 精製絶縁油
11 シリカゲル充填層
12 活性塩基性アルミナ充填層
21 未処理絶縁油
22 精製絶縁油

Claims (1)

  1. 低濃度のポリ塩化ビフェニル類を含有する絶縁油を精製する方法において、該絶縁油を
    吸着容器に室温にて供給し、該吸着容器において該絶縁油の流れ方向の上流部に脱水剤を
    充填し配置し、下流部に活性アルミナ系吸着剤、活性アルミナシリカゲル系吸着剤、活性
    ケイ酸マグネシウム系吸着剤のうち少なくとも一つを充填し配置し、該絶縁油と接触させ
    て低濃度ポリ塩化ビフェニル類を吸着除去することを特徴とし、該絶縁油中のポリ塩化ビ
    フェニル濃度を0.5ppm以下にすることを特徴とした絶縁油の精製方法
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