JP6732430B2 - モノクロラミンの製造のためのプラント及びそのプロセス - Google Patents

Description

本知見は、モノクロラミンの製造のためのシステム及び方法の分野に挿入される。

より正確には、高純度の濃縮モノクロラミン。

本発明に従うと、モノクロラミンをコントロールされた反応プロセスによって得ることができる。

コントロールされた反応環境内の溶液中で製造したモノクロラミンは、使用者側で殺菌されるべき液体中に注入される。

反応器内で溶液を調製するために浸透水を使用することで、コントロールされた環境での製造により、確実に殺菌生成物が得られ、殺菌されなければならない水質の影響を受けない。

市場には、モノクロラミンを分子として製造するための、かつ製造後に人の消費を目的とした水などを、水循環路で使用するための、複数のシステムが存在する。

数年間にわたり、イタリアでもモノクロラミンはサルデーニャ島の幾つかの水道に使用されてきた。

近年市場に現れた用途では、衛生循環路における殺菌剤としてのモノクロラミンの計測を行っている。

特に製造は、塩基性化学製品（次亜塩素酸塩溶液＋アンモニウム塩溶液）を使用者向けの衛生循環路から取り出し、 機械に入れた一部の水の中で、取り出した流れに化学試薬製品を注入することにより、直接測定することにより行われる；反応はそれ故、コントロールした環境下では生じないが、異なる変数で実施される。したがって、モノクロラミンは衛生循環路から取り出した同じ水流の中で、いかなる前処理もせずに反応させて製造され、その後再導入される。

システム及び請求項に記載のプロセスは、完全に異なった方法でモノクロラミン分子の形成及び測定を行い、後で溶液の測定を目的とする循環路にいかなる影響も与えずに、純粋なモノクロラミンの濃縮溶液を分離して製造するのに好適であるとみている。

この様式においては、本プロセス及び本発明で得られたモノクロラミンは、消毒しなければならない、使用者向け循環路の水質に関係なく製造純度を維持し、また更に、分子の製造がコントロールされた環境にて行われる。

本知見の目的は、コントロールされた反応プロセスによって高純度の濃縮モノクロラミンを製造することである。

高純度の濃縮モノクロラミンを入手するために、システム及び機械は
−反応溶液に使用される水道水の圧力を制御すること、
−浸透膜で濾過し、反応のための浸透水の一部のみを入手すること、
−蠕動ポンプ等の容積測定用定量ポンプによって化学試薬を測定すること、
−前記反応溶媒としての水と共に、好適な反応器に試薬をコントロールして導入すること、
−反応環境のｐＨを調節すること、
−こうして得られた濃縮溶液を、消毒される流体中で定量ポンプにより測定すること、
−濃縮溶液の測定の自動化を可能にする特徴パラメータの検出により、消毒した流体を分析すること
を提供する。

反応水に対してのみ浸透膜を使用して、浸透水製造プラントを挿入する目的は、反応器入口において（以下で示す試薬Ａ及びＢの後続反応のために）、塩類を欠き、有機マイクロ分子物質を欠き、プラントに流れる水が取り出される位置に関係なく、化学的・物理的感覚刺激特性が大変類似している希釈溶液を得るためである。

機械が導入される構造の供給源に関係なく、反応はいつでも確実に行われ、製造したモノクロラミンは同一の特性を有し、副生成物の形成を防止する。

前記目的及び利点は全てモノクロラミンの製造のためのプラント及びそのプロセスより達成することができ、これらを特徴とする本知見の目的を、以下に報告する請求項で提供する。

上述の特徴及び他のものは、単に非限定例として機能する、開示される図表（図１、図２、図３、図４）により指示される以下の記述により明らかとなるであろう。

プラント及び本プロセスの機能性スキームを示す。 プラント及び本プロセスの機能性スキームを示す。 プラント及び本プロセスの機能性スキームを示す。 反応器の特定の形状、並びに試薬及び浸透水の入り口での配置、加えてｐＨプローブ及び液面調節の収納を示す。

全般的な化学的考慮事項
モノクロラミンを得るために、アンモニアと次亜塩素酸塩の反応は以下の式に従って発生しなければならないことが知られている：
ＮＨ_３（ａｑ） ＋ ＨＯＣｌ −＞ ＮＨ_２Ｃｌ ＋ Ｈ_２Ｏ

したがって、２つの導入用試薬、試薬Ａ及び試薬Ｂが存在し、これらの反応が継続して、モノクロラミン及び水を製造する。

前記試薬は以下の通り定義される：

用語「試薬Ａ」に関しては、次亜塩素酸ナトリウムを示す；本発明では、次亜塩素酸塩は特定の濃度で安定する；以下、試薬Ａは用語「ＡＣＩＳＡＮ−Ｃ」として示される。

用語「試薬Ｂ」に関しては、一定のｐＨ値及び定義したアンモニア濃度に到達するため、他の物質を含む溶液形態の、塩形態のアンモニウムを示す；以下、試薬Ｂを用語「ＡＣＩＳＡＮ−ＡＭ」として定義する。

試薬の比率
試薬間の比率に関して、使用した式は以下の通りである：

モノクロラミンの製造のための塩基反応：
ＮＨ_３ ＋ ＨＣｌＯ ＝ ＮＨ_２Ｃｌ ＋ Ｈ_２Ｏ
（式中、
ＮＨ_２Ｃｌはモノクロラミンである
ＮＨ_３はアンモニアである）

ＨＣｌＯは以下の反応による次亜塩素酸ナトリウムの加水分解で入手した次亜塩素酸である：
ＮａＣｌＯ ＋ Ｈ_２Ｏ ＝ ＨＣｌＯ ＋ ＮａＯＨ

本発明の場合、試薬Ｂ、即ちＡＣＩＳＡＮ ＡＭはＮＨ_４Ｃｌ、ＮａＯＨ及びＮＨ_３を含有するため、上記塩基形成に加えて反応全体もまた、以下の式で構成される：
ＮＨ_４Ｃｌ ＋ ＮＨ_３ ＋ ＮａＯＨ ＋ ２ＨＣｌＯ ＝ ２ＮＨ_２Ｃｌ ＋ ＮａＣｌ ＋ ３Ｈ_２Ｏ

モノクロラミンの製造を得るために、機械及びプロセスは
−使用者向けの、反応溶液に使用される最小部分の水を引き抜くこと；
−反応溶液に使用される水道水の圧力を調節すること；
−反応溶液に使用される水を浸透膜で濾過し、浸透水を得ること（かかる目的のために、浸透水製造プラントを浸透膜と共に挿入する。これは、塩、浸透プロセスで保持された有機ミクロ分子物質を欠く希釈溶液を反応中に挿入することが必要だからである。これらは全て、反応溶液に使用される水の一部の供給源に関係なく、大変類似した化学的・物理的感覚刺激特性を得るためである）；
−純粋なモノクロラミン溶液を入手するために、後述のように図２、図３を参照して好適な反応器内で起こる反応；
−好適なタンク６及び７に、Ｃｌ_２ ０．７３ｍｇ／Ｌから３６５ｍｇ／Ｌに等しい、モノクロラミン１ｍｇ／Ｌから５００ｍｇ／Ｌの間で変化する濃度の溶液を作製するのに適切な割合で入れた、化学製品（ＡＣＩＳＡＮ ＡＭ及びＡＣＩＳＡＮ Ｃ）の測定
を提供する。

モノクロラミン分子が製造された際、分子は、温水又は冷水に限らず、人の消費向けに、消毒を行うために循環路に注入することができる安定性を有する。

製造プラントは概略的には、以下の方法で生じる；以下の構成部品が機械内部に存在する：
１）反応溶液用の入口線の圧力制御を行う入口レジューサー２（水の入口線４）、マノスタット３、前記圧力値は２〜５バールで制御される；
２）浸透プラント５；浸透プラント内に配置されるポンプを有し、該ポンプは圧力レジューサー２（上記参照）により減少した圧力で水を汲み取り、浸透圧（水が浸透膜を通過できるようにするために必要な圧力）を克服するために圧力をかけ、反応溶液を供給するために必要な残留物を得る；
３）図４で詳細を示す反応器１；浸透水は、ＥＶ１で示す荷電電磁弁をマイクロメーター制御することにより、Ｃで示す第１のオリフィスに入る；
４）反応器１はまた、反応に関係するように適合した、すでに上記で記述したＡ及びＢで示される構成成分のための、更に２つの入口を提供する。

該プロセスはモノクロラミンの製造の以下のプロセスを提供する。
構成成分ＡＣＩＳＡＮ−ＡＭ（試薬Ｂ）を、オリフィスＢを通して、反応器１の中に、浸透水の入口と同時に挿入する。試薬Ｂの供給は、設定可能な所定のレベルに到達するまで、ＰＬＣで制御した測定ポンプ８（即ち蠕動ポンプ）により行うことができる。
規定時間が過ぎた後、又は設定したレベルに到達したら、浸透水は反応器に流れ続け、試薬Ａ、即ちＡＣＩＳＡＮ−Ｃが、Ａで示した第３のオリフィスを通して中に入る；試薬Ａは、設定可能な所定のレベルに到達するまで、ＰＬＣによって制御されるポンプ９（即ち蠕動ポンプ）により導入される。
規定時間が過ぎた後、又は設定したレベルに到達したら、事前に浸透した水は、図４に示す空間Ｍに収納したセンサーによって規定される、最終レベルに到達するまで、Ｃを通して反応器１に流れ続ける。

浸透水の機能は、希釈液として機能するのに加え、反応器の内部形状により、既に上で記載した塩基性化学製品Ａ及びＢ（ＡＣＩＳＡＮ−Ｃ、ＡＣＩＳＡＮ−ＡＭ）を必ず混合することが可能となる。

副生成物の形成を回避するために、本発明のモノクロラミン形成プロセスは、反応が、ｐＨ８〜１２で規定される範囲に当てはまる、コントロールされたｐＨレベルで行われる。かかる目的のため、反応器内部にプローブ１１又はｐＨプローブが、図４の空間Ｎに収納されて配置され、溶液のｐＨがｐＨ８〜１２の範囲内となることを確認する。

この測定はプロセスＣに到達する中で行われる。プロセスＣの最後での読み取り値がｐＨ８〜１２の範囲外であれば、システムはＰＬＣからアラームを作成し、製造をブロックし、前記範囲外の全ての製造物を除外する。

これに対して、ＰＬＣが行う制御に則り規則的に反応が起こり、ｐＨが所定の８〜１２の範囲内となれば、純粋なモノクロラミン溶液の製造が行われるため、溶液が反応器から、電磁弁ＥＶ２により貯蔵タンク１２に移り、使用可能となる。

浸透水、ＡＣＩＳＡＮ−ＡＭ（即ち製品Ｂ）及びＡＣＩＳＡＮ−Ｃ（即ち製品Ａ）を混合すること（順番では、まずＡＣＩＳＡＮ−ＡＭを測定し、次にＡＣＩＳＡＮ−Ｃを測定）で入手した、反応器１で製造したモノクロラミン溶液は、Ｃｌ_２ ０．７３ｍｇ／Ｌから３６５ｍｇ／Ｌに等しいモノクロラミン１ｍｇ／Ｌから５００ｍｇ／Ｌで変化する、モノクロラミンの濃度を有する。

センサー１３によりレベルを調節する貯蔵タンク１２にモノクロラミンを貯蔵すると、ＰＩＤ及び／又は比例−体積測定論理に従って作動する定量ポンプ１４により、消毒使用者Ｕ１〜Ｕｎのために測定される。

比例−体積測定型の測定論理に関して、モノクロラミンの測定は測定ポンプにより行い、流量検出器Ｃ１〜Ｃｎからの信号に応じて注入する。信号は流量検出器を通過する水量に比例する。

ＰＩＤ型の測定論理に関して、測定は、ポンプそのものの外側又は内側にある制御ユニットから信号を受け取る測定ポンプにより行われる。例えば、測定した溶液が循環路中に広がり、分析システムに到達するのに必要な時間を計算する循環路惰性に応じて、技術者により挿入可能な分析システム１５及び時間により、使用者Ｕ１〜Ｕｎで測定したモノクロラミンの濃度に比例した信号のような複数の値が、制御ユニットに到達する。同時に、流量検出器の表示もまた挿入される。

実質的に、ＰＩＤ測定は３つのパラメータ（消毒剤の濃度分析、循環路の惰性時間、使用者に対する水の流量）に依存する。これにより規則的な測定が可能となり、循環路内での幾つかの箇所における濃度超過を防止する。システムはまた、酸化還元電位、ｐＨ、遊離塩素、総塩素、遊離ＮＨ_３等の、消毒使用者Ｕ１〜Ｕｎにおけるモノクロラミンの測定を制御する、管理ＰＬＣにより挿入可能な他の分析器１５を提供する。

反応器の説明
図１、２、３及び特に図４で、全体を１で示した反応器は、ベース端で閉じた円筒形容器である。

下部のベースは、製造したモノクロラミンの貯蔵タンク１２と接続するための出口を報告している。

上部ベースは、図４でＡ及びＢで示す、少なくとも２個の開口部を有し、これらを通して反応物Ａ（ＡＣＩＳＡＮ−Ｃ）及び反応物Ｂ（ＡＣＩＳＡＮ−ＡＭ）の溶液がそれぞれ中に入る。浸透希釈水の入口は、入口Ｃで示している。

入口Ｃは、反応器の横方向の円筒系ジャケットに位置している。

入口Ｃはジャケットに対して垂直ではない、即ち、半径方向にない。

入口Ｃは、点Ｈの挿入点の正接に対して４５℃の角度を形成し（図４の参照１０を確認のこと）、ここで、反応器内の浸透水を放出し、水がダクトＩを通り移動する。

点Ｈは反応器の内側、ジャケットに隣接する下部ゾーンに位置するが、ジャケットからは離れている。

製品Ａは、図４の反応器の断面が示す通り反応器内に導入される。点Ｈにも隣接するが、反応器そのものに対する軸方向にしたがう。このようにするために、ダクトＬの存在が確認され、これは上部ベースから到達し、点Ｈまで反応器内まで伸びる。

したがって、製品Ａ及びＢの入口が反応器１の同一軸方向にあるにも関わらず、浸透プラント５からの浸透水の入口は、反応器１のベースに平行な面に存在する。

反応器１の前記形状、及び製品の入口Ａ、Ｂ、Ｃの配置は、これらの反応を促進し、本発明による溶液の混合及びモノクロラミンの形成に寄与する。

図４の反応器の平面図が示す通り、製品Ｂは、反応器の最上部のオリフィスＢで反応器に導入される。

モノクロラミンの反応溶液に使用される浸透水は、最終使用者向けの水の一部である；モノクロラミンの反応溶液に使用される前記浸透水は、反応の最後に循環路に再導入される。図１はその例を示す。

Ｅ＋Ｆで示される、使用者向けの水の流量（プロセスは最少部分のＦを必要とする）は浸透膜によって濾過された後、試薬Ａ及びＢと共に反応器内に導入される；次に、反応器で製造した等量のモノクロラミンを循環路に戻す。

Claims (9)

1. 使用者（Ｕ１〜Ｕｎ）向けの水道水の一部を引き抜き、前記水道水の一部をモノクロラミン溶液の調製のために全て使用すること；
   前記モノクロラミン溶液を調製するための前記水道水の一部を浸透膜上で処理し、浸透水を得ること；
   前記浸透水を反応器（１）中で試薬（Ａ、Ｂ）と反応させること（前記試薬（Ａ、Ｂ）の入口は、前記反応器（１）と同一軸方向にあり、一方で浸透水の入口（Ｃ）は前記反応器（１）のベースに対して平行な面に非半径方向にあり、かつ前記試薬（Ｂ）は前記反応器（１）中の前記浸透水と同時に提供する）：
   塩形態のアンモニウム溶液を含む試薬（Ｂ）を、オリフィス（Ｂ）を通して導入すること；規定時間の経過後又は前記反応器（１）に導入される浸透水の量が、所定レベルに到達後、
   安定化した次亜塩素酸ナトリウムを含む試薬（Ａ）を、第３のオリフィス（Ａ）を通して導入すること；前記試薬（Ａ）と同時に導入される浸透水は反応器（１）内に流れ続ける、
   前記反応器（１）に導入される浸透水の量が、最終レベルに到達するまで浸透水を反応器（１）に導入すること、
   製造した純粋なモノクロラミン溶液のｐＨを測定すること及び前記ｐＨの値を８〜１２の範囲内に納めること；その場合、
   前記反応器（１）で製造した前記溶液を、貯蔵タンク（１２）に向けて放出し、前記反応により製造したモノクロラミンを使用可能にすること
   を提供することを特徴とする、モノクロラミンの製造のためのプロセス。
2. 前記試薬（Ａ）を前記反応器（１）に導入することが前記反応器内側の点（Ｈ）に隣接して生じ、前記浸透水を前記反応器（１）に放出することもまた前記点（Ｈ）に隣接して生じることを特徴とする、請求項１に記載のプロセス。
3. 浸透しモノクロラミンの反応溶液に使用される浸透水は、最終使用者向けの水道水の一部であり；前記モノクロラミンの反応溶液に使用される前記浸透水を、前記反応の最後に循環路に再導入し；使用者向けの水道水の流量が、循環路に流れる水道水の流量（Ｅ）と浸透膜に濾過される水道水の流量（Ｆ）に分けられて示され、浸透膜に濾過される水道水の流量（Ｆ）の水道水は前記浸透膜によって濾過された後、前記反応器に導入させることを必要とし；次に、反応器により生産されたモノクロラミンが前記循環路に戻ることを特徴とする、請求項１に記載のプロセス。
4. 前記反応器（１）で製造した前記モノクロラミン溶液が、Ｃｌ_２ ０．７３ｍｇ／Ｌから３６５ｍｇ／Ｌに等しいモノクロラミン１ｍｇ／Ｌから５００ｍｇ／Ｌで変化する、モノクロラミンの濃度を有することを特徴とする、請求項１に記載のプロセス。
5. 前記試薬（Ｂ）がＮＨ_４Ｃｌ ＋ ＮａＯＨ ＋ ＮＨ_３を含有することを特徴とする、請求項１に記載のプロセス。
6. 前記試薬（Ａ、Ｂ）の供給を、所定のレベルに到達するまでＰＬＣにより制御される蠕動ポンプを用いて行うことを特徴とする、請求項１に記載のプロセス。
7. 前記モノクロラミン溶液を調製するために使用される前記水道水の圧力を制御することを特徴とする、請求項１に記載のプロセス。
8. 浸透プラント内に配置されるポンプを有し、前記水道水を受け取り、浸透圧を克服するために、水が浸透膜を通過するのに必要な圧力をかけ、循環路に供給するために必要な圧力を与える１つの浸透プラント（５）；
   荷電電磁弁（ＥＶ１）をマイクロメーター制御することにより、前記浸透水が第１のオリフィス（Ｃ）に入る１つの反応器（１）；前記反応器（１）はまた、反応のための試薬（Ａ、Ｂ）のセット用の更なる２つのオリフィス（Ａ、Ｂ）を備え、 前記反応器（１）は、円筒形容器であり、下部ベースが製造したモノクロラミン貯蔵タンクと接続する出口を備え、一方前記反応器（１）の上部ベースは、前記試薬（Ａ）及び試薬（Ｂ）溶液が入り、反応に関係する少なくとも２個の開口部を有し；前記オリフィス（Ｃ）は、前記反応器（１）の横方向の円筒形ジャケットに、非半径方向で横方向に存在し、前記反応器（１）の点（Ｈ）は、前記試薬（Ａ）及び浸透水の導入の接触点を規定する；
   前記反応器（１）により製造された前記モノクロラミン溶液が貯蔵され、使用者（Ｕ１〜Ｕｎ）の測定に利用可能となる、１つの製造モノクロラミン溶液貯蔵タンク（１２）
   を少なくとも含むことを特徴とする、請求項１に記載のプロセスによるモノクロラミンの製造のためのプラント。
9. 入口（４）において、前記圧力が２〜５バールの値に制御される圧力制御レジューサー（２）を含むことを特徴とする、請求項８に記載のプラント。

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