JP4679199B2 - 脱ハロゲン化処理反応における温度制御方法及びそれに用いられる反応装置 - Google Patents
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Description
本発明は、特に発熱量の変化が大きい脱ハロゲン化処理反応における温度制御方法及びそれに好適な反応装置に関するものである。
ポリ塩化ビフェニル（ＰＣＢ）等の有機ハロゲン化合物と金属ナトリウム等のアルカリ金属分散体とを反応させて有機ハロゲン化合物を分解処理する方法（以下、ＳＤ法という）が知られている。このＳＤ法では、槽内液を所定の温度範囲に保って反応させることが重要となるが、高発熱反応であり、反応温度を制御することは容易ではない。これは、特に、被処理液として、例えばＰＣＢ濃度が高い（含有率１％以上のもの）被処理油を処理する場合、反応温度が反応速度を高めるために１４０℃以上、また、溶媒として使用する油の劣化防止のために２００℃以下の温度範囲に維持する必要がある。また、高濃度処理では、通常、反応の初期付近において発熱量が急激に変化することからも温度制御が難しくなる。
以上の温度制御方法としては、反応槽がジャケットを有し、該ジャケット内に通過される熱媒又は冷熱媒により槽内の温度を所定温度に維持する温度制御方法が広く採用されている。ところが、従来構成では、発熱反応における急激な温度上昇に対して即座に冷熱媒を供給して冷却を開始したり、急激な温度下降に対して熱媒を供給して加熱を開始しても、ジャケットに対する冷熱媒や熱媒の供給や排出、ジャケット内の冷熱媒や熱媒から槽内液への熱伝達の時間遅れ、つまりタイムラグが生じて槽内液の温度を迅速かつ的確に制御することは困難である。
以上のような背景から、本出願人らはジャケット内に通過される熱媒又は冷熱媒により反応槽内の温度を制御する構成として、特許文献１の方法及び装置を開発した。この構成では、槽内液の反応温度を測定し、ジャケットに設けられた複数のバルブを開閉することにより、熱媒量又は冷熱媒量を変化させて反応温度を的確に制御しようとするものである。
特開２００４−２０９４３２
上記した特許文献１の構成では、ジャケット内の熱媒量又は冷熱媒量を変化させることにより槽内温度を制御するため目標温度に対応させるべく比較的敏速に加熱又は冷却することができ、また、熱媒や冷熱媒を用いる場合の欠点である反応槽自体の熱疲労も抑えられる。ところが、この構成では、槽内に貯留したアルカリ金属分散体に対し有機ハロゲン化合物を含有した被処理油を滴下し反応させることにより有機ハロゲン化合物を分解処理する脱ハロゲン化処理反応に適用した場合、槽内液の急激な温度の変動に対してより的確かつ迅速に目標温度に維持する上でタイムラグ等により限界があり、例えば、被処理油の滴下する流量（ｃｃ／ｓｅｃ）を抑えなくてはならず効率的な処理が不可能となる。本発明の目的は、上記したジャケット内に通過される熱媒又は冷熱媒により槽内の温度を所定温度に維持制御する構成において、特に発熱量の変化が大きい脱ハロゲン化処理反応に好適で槽内温度をより的確かつ迅速に制御できるようにすることにある。
上記目的を達成するため請求項１の発明は、反応槽がジャケットを有し、槽内に貯留したアルカリ金属分散体に対し有機ハロゲン化合物を含有した被処理油を滴下し反応させることにより前記有機ハロゲン化合物を分解処理する脱ハロゲン化処理反応であり、前記ジャケット内に出入りされる熱媒又は冷熱媒により槽内の温度を所定温度に維持する温度制御方法において、前記有機ハロゲン化合物がポリ塩化ビフェニルであり、前記被処理油の一部を１次滴下用として設定しておき、前記反応槽のジャケット内に熱媒を通過させて槽内温度を予め設定した第１基準温度である１１０〜１５０℃の範囲まで加熱する第１加熱工程と、前記第１基準温度に達した後、前記ジャケット内の熱媒を抜き出し、前記被処理油の一部を１次滴下する１次滴下工程と、前記１次滴下した後、槽内温度が予め設定した第２基準温度である１５０〜１９０℃の範囲に達した段階から、前記ジャケット内に冷熱媒を通過させて、前記第２基準温度をほぼ維持しながら前記被処理油の２次滴下を行う２次滴下工程とを経ることを特徴としている。
以上の温度制御方法において、前記第１基準温度は前記第２基準温度より少なくとも２０℃以上低く設定されること（請求項２）、前記被処理油の一部を１次滴下しても、槽内温度が第２基準温度以下にて収束した場合、前記ジャケット内に熱媒を通過させ第２基準温度まで加温した後、前記ジャケット内の熱媒を抜き出すこと（請求項３）、前記１次滴下及び２次滴下をほぼ同じ滴下流量にて行うこと（請求項４）が好ましい。
以上の温度制御方法において、前記第１基準温度は前記第２基準温度より少なくとも２０℃以上低く設定されること（請求項２）、前記被処理油の一部を１次滴下しても、槽内温度が第２基準温度以下にて収束した場合、前記ジャケット内に熱媒を通過させ第２基準温度まで加温した後、前記ジャケット内の熱媒を抜き出すこと（請求項３）、前記１次滴下及び２次滴下をほぼ同じ滴下流量にて行うこと（請求項４）が好ましい。
また、請求項５の発明装置は、請求項１から４の何れかに記載の脱ハロゲン化処理の温度制御方法に用いられて、前記反応槽が、前記被処理油をバルブ等を介して槽内に滴下する被処理油供給部と、槽内の温度を計測する温度検出部と、槽内液を混合する攪拌手段と、前記槽内の雰囲気を置換する不活性ガス供給部と、前記ジャケット内に熱媒や冷熱媒をバルブ等を介して供給する熱媒供給手段及び冷熱媒供給手段とともに、前記温度検出部の検出結果に基づいて、前記ジャケット内に通過させる前記熱媒もしくは冷熱媒を選択して前記熱媒供給手段及び冷熱媒供給手段のバルブを開閉したり、前記被処理油供給部のバルブを開閉する制御部を有していることを特徴としている。
・請求項１の発明では、まず、被処理油を１次滴下する際はジャケット内が空になっており、槽内温度が反応熱により第２基準温度まで上昇した段階でジャケット内に冷熱媒を直ちに供給して温度上昇を的確に抑制できるようにする。これは、例えば、ジャケット内から熱媒を抜き出してから冷熱媒を注入すると、槽内温度が熱媒を抜き出す間に過剰に上昇する虞を解消する。次に、被処理油を２次滴下する際は槽内温度がジャケット内に通過される冷熱媒によって第２基準温度に保たれており、槽内温度が反応熱により第２基準温度以上に上昇しないよう制御される。換言すると、１次滴下時には反応熱により第１基準温度から第２基準温度まで上昇するため、反応槽を熱媒で初期加熱する時間を短縮して、エネルギーの有効利用を図る。また、２次滴下では、滴下量が１次滴下量だけ少なくなっており、また、ジャケット内に冷熱媒を通過させながら滴下するため脱ハロゲン化処理として槽内温度を一定に維持し易い。
・請求項２の発明では、例えば、槽内温度が被処理油の１次滴下に伴う反応熱で第１基準温度から上昇されるが、予備試験などでその上昇分を予め見込んで第１基準温度を第２基準温度より２０℃以上低く設定しておくことにより、過剰な温度上昇を防いて槽内温度を所定範囲に保つよう制御する上で簡略化できるようにする。
・請求項３の発明では、１次滴下に伴う反応熱で槽内温度が第２基準温度まで上昇しなかった場合に熱媒を利用して加熱するものである。これは、例えば、被処理油に不純物が含まれていると、１次滴下の開始から初期反応が現れるまで時間的にばらつきがでることなどを想定し、そのような場合でも反応を正常に維持可能にして、槽内温度が低いと反応時間が長くなったり、良好な反応が維持されなくなる虞を解消する。
・請求項４の発明では、被処理油をほぼ同じ流量（量／時間）にて滴下することで、反応熱の変動を抑え、それにより熱媒又は冷熱媒による温度制御を行い易くする。
・請求項５の発明では、以上の温度制御方法を簡易な装置構造により実施可能にする。
・請求項３の発明では、１次滴下に伴う反応熱で槽内温度が第２基準温度まで上昇しなかった場合に熱媒を利用して加熱するものである。これは、例えば、被処理油に不純物が含まれていると、１次滴下の開始から初期反応が現れるまで時間的にばらつきがでることなどを想定し、そのような場合でも反応を正常に維持可能にして、槽内温度が低いと反応時間が長くなったり、良好な反応が維持されなくなる虞を解消する。
・請求項４の発明では、被処理油をほぼ同じ流量（量／時間）にて滴下することで、反応熱の変動を抑え、それにより熱媒又は冷熱媒による温度制御を行い易くする。
・請求項５の発明では、以上の温度制御方法を簡易な装置構造により実施可能にする。
（装置構造）本発明の好適な形態例を図１の模式図を参照しながら説明する。図１の反応装置は、反応槽１がジャケット１０を有し、槽内に貯留したアルカリ金属分散体に対し有機ハロゲン化合物を含有した被処理油を滴下し反応させることで有機ハロゲン化合物を分解処理する脱ハロゲン化処理反応に用いられ、ジャケット１０内に出入りされる熱媒又は冷熱媒により槽内温度を所定温度に維持する温度制御方法の適用に好適なものである。構造は、反応槽１が、槽内にアルカリ金属分散体を供給する分散体導入部２と、槽内に被処理油を滴下する被処理油供給部３と、槽内の温度を計測する温度検出部４と、槽内液を混合する攪拌手段５と、槽内の雰囲気を置換するガス供給部６と、槽下部に設けられた排出部７と、ジャケット１０内に熱媒ａや冷熱媒ｂを供給する熱媒供給手段８及び冷熱媒供給手段９と、温度検出部４の検出結果に基づいて、例えば、ジャケット１０内に通過させる熱媒ａもしくは冷熱媒ｂを選択して熱媒供給手段８及び冷熱媒供給手段９を駆動制御する制御部１１とを有している。
ここで、反応槽１及びジャケット１０は、材質として、熱媒や冷熱媒の温度や設備費などに応じて鉄鋼（ＳＳ）やステンレス鋼（ＳＵＳ）を適宜選択し用いられる。
分散体導入部２は、反応槽上部に設けられ、不図示の貯め部からアルカリ金属分散体を配管１２ａ及びバルブ１３ａ等を介し槽内に供給可能にする。被処理油供給部３は、反応槽上部に設けられ、貯め部１４内の有機ハロゲン化合物を含有した被処理油を配管１２ｂ及びバルブ１３ｂ等を介し槽内に滴下可能にする。この場合は、バルブ１３ｂが制御部１１から配線２１等を介して送られる信号により制御されて前記被処理油を目的の流量（ｃｃ／ｓｅｃ）で滴下する。
温度検出部４は、槽内の液温度を計測するもので、その計測値を配線２２等を介して制御部１１へ送信するようになっている。温度検出部４の構成は、検出部が反応液中に浸漬されるように設置されるものであるが、反応状態によっては局部的に温度上昇が著しい箇所があることより、数箇所配置して温度上昇をより詳しく確認できる状態にしておくことが好ましい。なお、制御部１１では、温度検出部４の計測値に基づいてジャケット１０内に通過させる熱媒ａもしくは冷熱媒ｂを選択したり、熱媒ａもしくは冷熱媒ｂを熱媒供給手段８や冷熱媒供給手段９を介してジャケット１０内へ供給したりジャケット１０内から排出するよう後述するバルブ（三方弁）１８，２８等へ信号を送信する。
攪拌手段５は、槽上壁の略中央部に設置されたモータＭ及びギア機構等の駆動部に対し軸上端を支持した状態で槽内上下方向に貫通配置されて下端側に攪拌翼を付設した駆動軸を有している。攪拌機構的には、反応溶液を十分攪拌する能力があればよく、攪拌翼形状として、例えばパドル翼やタービン翼が好ましい。
ガス供給部６は反応槽上部に設けられ、不図示の窒素やアルゴン等の不活性ガスをタンクから配管１２ｃ及びバルブ１３ｃ等を介し槽内に供給する。符号１５は排ガス部であり、槽内からガスを排出可能にする。排出部７は、例えば、槽内から分解処理後の溶液を配管１２ｄ及びバルブ１３ｄを介して排出する。
熱媒供給手段８は、蒸気等の気体又は液体（以下、これを熱媒体と略称することもある）を加温機構で目的の温度まで加熱する加熱部１６と、加熱部１６の熱媒体をポンプ１７およびバルブ（三方弁）１８を介してジャケット１０内に導入可能にする配管１９ａ，１９ｂと、ジャケット１０内の熱媒体を加熱部１６に循環式に抜き出すための配管２０とを有しているとともに、ジャケット１０内の熱媒体をバルブ１８とジャケット１０の下側部分とを接続している配管１９ｂからバルブ１８と加熱部１６との間を接続している配管を通って加熱部１６に抜き出して空にする。すなわち、この構成では、例えば、バルブ１８が制御部１１から配線２３等を介して送られる信号により弁方向を切り換えて、加熱部１６の熱媒体を配管１９ａ，１９ｂを介しジャケット１０内に導入したり、更にジャケット１０から配管２０を介して加熱部１６に循環したり、ジャケット１０内の熱媒体を配管１９ｂからバルブ１８などを介して加熱部１６に抜き出し可能にする。なお、制御部１１は加熱部１６の加温機構なども制御可能になっている。
冷熱媒供給手段９は、蒸気等の気体又は液体（以下、これを冷熱媒体と略称することもある）を冷却機構で目的の温度まで冷やす冷却部２６と、冷却部２６の冷熱媒体をポンプ２７およびバルブ（三方弁）２８を介してジャケット１０内に導入可能にする配管２９ａ，２９ｂと、ジャケット１０内の冷熱媒体を冷却部２６に循環式に抜き出すための配管３０とを有しているとともに、ジャケット１０内の冷熱媒体をバルブ２８とジャケット１０の下側部分とを接続している配管２９ｂからバルブ２８と冷却部２６との間を接続している配管を通って冷却部２６に抜き出して空にする。すなわち、この構成では、例えば、バルブ２８が制御部１１から配線２４等を介して送られる信号により弁方向を切り換えて、冷却部２６の冷熱媒体を配管２９ａ，２９ｂを介しジャケット１０内に導入したり、更にジャケット１０から配管３０を介して冷却部２６に循環したり、ジャケット１０内の冷熱媒体を配管２９ｂからバルブ１８などを介して加熱部１６に抜き出し可能にする。なお、制御部１１は冷却部２６の冷却機構なども制御可能になっている。
（温度制御方法）以下、以上のような反応装置を使用して、反応槽１内に貯留したアルカリ金属分散体に対し有機ハロゲン化合物を含有した被処理油を被処理油供給部３から滴下し反応させることにより前記有機ハロゲン化合物を分解処理する脱ハロゲン化処理反応であって、ジャケット１０内に出入りされる熱媒ａ又は冷熱媒ｂにより槽内の温度を所定温度に維持する温度制御方法について説明する。この温度制御方法では、まず、反応槽１に仕込まれるアルカリ金属分散体の総量に応じ、被処理油供給部３から滴下する被処理油の総量から１次滴下量として反応熱を考慮した量が１次滴下用として設定される。そして、温度制御方法としては、ジャケット１０内に熱媒ａを通過させて槽内温度を第１基準温度まで加熱する第１加熱工程と、第１基準温度に達した後、ジャケット１０内の熱媒ａを抜き出し、前記設定された被処理油の１次滴下量分を滴下する１次滴下工程と、槽内温度が予め設定した第２基準温度に達した段階から、ジャケット１０内に冷熱媒ｂを通過させて、第２基準温度をほぼ維持しながら被処理油の２次滴下を行う２次滴下工程とを経る。
すなわち、第１加熱工程では、制御部１１からの信号によりバルブ１８を切り換える等して、加熱部１６の熱媒ａをジャケット１０を循環、つまり配管１９ｂ、ジャケット１０、配管２０を介してジャケット内を循環させることで槽内温度を予め設定した第１基準温度（例えば、１１０〜１５０℃の範囲）に加熱する。１次滴下工程では、槽内温度が第１基準温度に達したことを温度検出部４で検出し、それに基づいて制御部１１からの信号によりバルブ１８を切り換える等して、ジャケット１０内の熱媒ａを配管１９ｂなどを介して加熱部１６に抜き出す。その後、制御部１１からの信号によりバルブ１３ｂを切り換える等にして、前記設定された被処理油の１次滴下量分を被処理油供給部３から槽内に滴下する。２次滴下工程では、１次滴下による反応熱で槽内温度が予め設定した第２基準温度（例えば、１５０〜２００℃の範囲）に達した段階から、制御部１１からの信号によりバルブ２８を切り換える等して、ジャケット１０内に冷熱媒ｂを循環、つまり配管２９ｂ、ジャケット１０、配管３０を介してジャケット内を循環させることで第２基準温度をほぼ維持しながら、制御部１１からの信号によりバルブ１３ｂを切り換える等にして、被処理油供給部３から槽内に被処理油の２次滴下を行う。この２次滴下量は、アルカリ金属分散体の総量に対応して算出された被処理油供給部３から滴下する被処理油の総量から１次滴下量分を減じた量である。
なお、以上の有機ハロゲン化合物としては、ＰＣＢをそのまま用いてもよいが、脂肪族炭化水素などの溶媒に溶解して処理するのに適した濃度に調整してもよい。また、アルカリ金属としては、ナトリウム、カリウム、リチウム、セシウム、これらの合金を例示することができる。アルカリ金属は溶媒に分散した分散体の形態で使用される。アルカリ金属分散体中のアルカリ金属濃度は、任意に選択可能であるが、特に１〜５０％程度のものが好ましい。金属分散体の平均粒径は２０μｍ以下、好ましくは１０μｍ以下のものが好ましい。
この実施例は、図１と実質的に同じ反応装置を用いて、まず、反応槽（容積が５００Ｌの槽）に電気絶縁油を約１６０ｋｇ、電気絶縁油に分散させ１５ｗｔ％濃度に調整したＳＤを約１１０ｋｇ仕込んだ。そして、反応槽内の溶液を攪拌すると同時に１９０℃の熱媒をジャケットに通過させ、反応槽を加温した。反応槽内温度が１３０℃まで上昇したと同時に、ジャケット内の熱媒をすべて抜き出し、抜き出したことを確認した後、ＰＣＢ濃度を５０ｗｔ％に調整した電気絶縁油１５ｋｇを一定流量にて１次滴下した。その後、発熱反応によって反応槽内温度が急激に上昇するのを確認し、反応槽内温度が１６０℃付近でゆるやかな温度上昇となったと同時に、ジャケットに８０℃の冷熱媒を通過させ、反応槽内を冷却しながら２次滴下を開始した。２次滴下は１次滴下と同じ滴下流量で行った。２次滴下終了時まで、冷熱媒を通過させながら反応を行った。反応槽内温度の変化はほとんど無く、１６５℃前後でスムーズな分解処理反応が行われ、２次滴下を終了した。図２は、以上の実施例における時間と温度とをプロットした１次滴下開始から２次滴下による過程の反応槽内温度を表したものである。
以上のように、本発明は、請求項で特定した要件を充足すればよく、細部は以上の実施形態及び実施例を参照して種々変形したり展開可能なものである。
１・・・反応槽
２・・・分散体導入部
３・・・被処理油供給部
４・・・温度検出部
５・・・攪拌手段
８・・・熱媒供給手段
９・・・冷熱媒供給手段
１０・・・ジャケット
１１・・・制御部
１３ａ〜１３ｄ・・・バルブ（電磁弁等）
１８，２８・・・バルブ（三方弁等）
２・・・分散体導入部
３・・・被処理油供給部
４・・・温度検出部
５・・・攪拌手段
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１０・・・ジャケット
１１・・・制御部
１３ａ〜１３ｄ・・・バルブ（電磁弁等）
１８，２８・・・バルブ（三方弁等）
Claims (5)
- 反応槽がジャケットを有し、槽内に貯留したアルカリ金属分散体に対し有機ハロゲン化合物を含有した被処理油を滴下し反応させることにより前記有機ハロゲン化合物を分解処理する脱ハロゲン化処理反応であり、前記ジャケット内に出入りされる熱媒又は冷熱媒により槽内の温度を所定温度に維持する温度制御方法において、
前記有機ハロゲン化合物がポリ塩化ビフェニルであり、前記被処理油の一部を１次滴下用として設定しておき、
前記反応槽のジャケット内に熱媒を通過させて槽内温度を予め設定した第１基準温度である１１０〜１５０℃の範囲まで加熱する第１加熱工程と、
前記第１基準温度に達した後、前記ジャケット内の熱媒を抜き出し、前記被処理油の一部を１次滴下する１次滴下工程と、前記１次滴下した後、槽内温度が予め設定した第２基準温度である１５０〜１９０℃の範囲に達した段階から、前記ジャケット内に冷熱媒を通過させて、前記第２基準温度をほぼ維持しながら前記被処理油の２次滴下を行う２次滴下工程
とを経ることを特徴とする脱ハロゲン化処理反応における温度制御方法。 - 前記第１基準温度は、前記第２基準温度より少なくとも２０℃以上低く設定されることを特徴とする請求項１に記載の脱ハロゲン化処理反応における温度制御方法。
- 前記被処理油の一部を１次滴下しても、槽内温度が第２基準温度以下にて収束した場合、前記ジャケット内に熱媒を通過させ第２基準温度まで加温した後、前記ジャケット内の熱媒を抜き出すことを特徴とする請求項１又は２に記載の脱ハロゲン化処理反応における温度制御方法。
- 前記１次滴下及び２次滴下をほぼ同じ滴下流量にて行うことを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の脱ハロゲン化処理反応における温度制御方法。
- 請求項１から４の何れかに記載の脱ハロゲン化処理における温度制御方法に用いられて、
前記反応槽が、前記被処理油をバルブ等を介して槽内に滴下する被処理油供給部と、槽内の温度を計測する温度検出部と、槽内液を混合する攪拌手段と、前記槽内の雰囲気を置換する不活性ガス供給部と、前記ジャケット内に熱媒や冷熱媒をバルブ等を介して供給する熱媒供給手段及び冷熱媒供給手段とともに、
前記温度検出手段の検出結果に基づいて、前記ジャケット内に通過させる前記熱媒もしくは冷熱媒を選択して前記熱媒供給手段及び冷熱媒供給手段のバルブを開閉したり、前記被処理油供給部のバルブを開閉する制御部を有していることを特徴とする反応装置。
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