JP2000512538A - 有機物質を酸化させる装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、電気化学セルのアノード液の中に高いセリウム濃度を用いることにより有機物質を酸化させる方法及び装置である。本方法及び装置は、更に、超音波ミキサを用いて、電気化学セルの中の有機物質の酸化速度を高める。

Description

【発明の詳細な説明】 有機物質を酸化させる装置及び方法 発明の分野 本発明は、一般的に、酸化物を酸化させるための装置及び方法に関する。より 詳細に言えば、本発明は、触媒が再生酸化剤である電気化学的な触媒酸化を用い る装置及び方法に関する。 発明の背景 多くの有機物質は貯蔵され、最終的には廃棄を必要とする。しかしながら、廃 棄は、環境的な規制が高まるにつれて、益々困難になってきている。また、焼却 の如き通常の廃棄方法は、別の廃棄物を生成する可能性があり、また、有機物質 が発エネルギ物質である場合には特に、有害物質を発生する可能性がある。 電気化学セルにセリウムを使用することは、１９９５年５月３０日に発行され たＳｉｌｖａ ｅｔ ａｌ．の米国特許第５，４２０，０８８号によって教示さ れている。このＳｉｌｖａ ｅｔ ａｌ．のプロセスは、潜在的な触媒物質の固 形物から触媒物質を回収することを目的としている。潜在的な触媒物質の固形物 を電気化学セルに入れる前に、油又は有機物質を潜在的な触媒物質の固形物から 抽出又は除去するのが好ましい。しかしながら、有機物質は、潜在的な触媒物質 の固形物と共に電気化学セルの中で反応することができるが、触媒物質の回収効 率は低い。 電気化学的な触媒酸化技術を用いる切削油の分解が、アノード液であるＨＮＯ ３の中の触媒として銀（ＩＩ）を用いて研究されてきた（Ｓｕｒｍａ ｅｔ ａ ｌ．１９９１）。この研究は、ほぼ完全な油の分解（９９．９＞％）が達成され ることを示している。温度、銀の濃度及び電極の電流密度から成る運転パラメー タを選択することによる油の分解速度の最適化により、９９．９％よりも高い分 解効率が得られている。約７０℃までの運転温度が好ましいと言われている。 Ｂｒａｙ ｅｔ ａｌ．の研究（１９８９）は、電気化学的な方法を銀又はセ リウムの如き触媒酸化物と組み合わせて用いることにより、有機化合物を分解す ることができることを示している。しかしながら、この研究は、セリウムは工業 的な有機物酸化プロセスを実行するためには、速度論的に十分な速度を有してい ないことを示している。 従って、環境、並びに、有機物質を取り扱う人間の両方にとって安全な有機物 質の廃棄方法が必要とされている。 発明の概要 本発明は、有機物／水／酸のエマルジョンのセリウムによる電気酸化は、その エマルジョンの有機物相に特異的であり、従って、銀よりも高い有機物反応速度 を達成するという予測しない発見に基づいている。従って、本発明は、電気化学 セルのアノード液の中に高濃度のセリウムを用いることによって有機物質を酸化 させる方法及び装置である。より詳細に言えば、有機物質は、有機液体（例えば 、油）、及び、可燃性固形物質（例えば、紙製品、プラスチック、ゴム、布、テ ープ及び木材）を含んでいる。本発明は、セリウムは、ある条件の下で、有機物 質（特に、切削油）の分解において少なくとも銀と同程度の効果を示すことがで きるという発見を含む。より詳細に言えば、セリウム（ＩＶ）による可燃性物質 の酸化を行う条件は、温度が高く（すなわち、＞８５゜Ｃ）、電気触媒の濃度が 高いことである。 電気触媒としてセリウムを用いると、アノード中の電気触媒の減損がほんの僅 かの状態で、触媒電気化学酸化プロセスを連続的に運転することができる。セリ ウムの唯一の損失は、隔膜を通ってカソード隔室の中にゆっくりと移動すること に起因するものである。トリムゾル（Ｔｒｉｍｓｏｌ）の分解を行うための電気 触媒として銀を用いた場合には、その触媒の一部が、塩素との沈降反応で失われ る。また、アノードをカソードに関して分離する隔膜を横断するセリウムの移動 は、銀に関して観察された移動よりも、かなり少ないことが観察された。 電気触媒としてセリウムを使用することは、銀を使用する場合よりも多くの利 点を有している。より詳細に言えば、セリウムは、銀のように塩化物として沈降 （析出）ことに起因する損失を生ずることがない。セリウムは、有害物質又はリ ストに挙げられた物質ではなく、消尽したアノード液の処分を容易にする。セリ ウムを用いるセルの運転は、また、より高い電流密度を用いることができ、これ により、電気触媒が銀である場合よりもより高い効率を生じさせるという利点も 有している。また、セリウムを選択される電気触媒とするという、パイロットプ ラントの運転に関する他の利点も観察された。セリウムは、リストに挙げられた 化合物でもなく、また、有害な化合物でもないので、セリウム系の電気化学的酸 化プロセスを焼却よりも魅力的な代替技術とするという別の利点も認識されてい る。 本方法及び装置は、更に、攪拌乳化機を用いて、有機物相のサイズを減少させ ると共に有機物相の表面積を増大させ、これにより、電気化学セルにおける有機 物質の酸化速度を向上させる。 本発明の目的は、有機物質を酸化させる方法を提供することである。 本発明の上記主題は、本明細書の終結部分に特に指摘され且つ明確に主張され ている。しかしながら、本発明の運転の構成及び方法、並びに、その別の利点及 び目的は、同一の参照符号を用いて同一の構成要素を示している添付の図面に関 連して以下の説明を参照することにより、最も良く理解することができる。 図面の簡単な説明 図１は、本発明の装置の概略図である。 図２は、油の分解量、並びに、装置のＣＯ₂濃度を時間の関数として示すグラ フである。 図３は、種々の運転温度に関する油の分解量と時間との関係を示すグラフであ る。 図４は、種々の運転温度に関するクーロン効率と時間の関係を示すグラフであ る。 図５は、力率を温度の関数として示すグラフである。 図６は、例５に関する油の分解量、ＣＯ₂濃度及びクーロン効率を時間の関数 として示すグラフである。 好ましい実施の形態の説明 本発明の好ましい方法によれば、（ａ）多孔膜によって分離されたカソード隔 室及びアノード隔室を有する電気化学セルを準備する工程と、（ｂ）上記アノー ド隔室の中のアノード液に、水溶液とは反応しないが有機物相とは反応する酸化 剤を加えて混合物を形成する工程と、（ｃ）上記混合物をセリウムと一緒に加熱 する工程と、（ｄ）上記加熱された混合物を乳化して上記有機物相の表面積を増 大させる工程と、（ｅ）上記電気化学セルに電流を流して上記アノード隔室の中 の上記有機物の分子を酸化させる工程とによって、有機物質が分解される。 上記有機物質は、任意の有機物質とすることができるが、本発明のプロセスは 、非混和性の有機液体に関して特に有用であり、特に限定するものではないが、 戦争用の化学剤（例えば、サリン（Ｃ₄Ｈ₁₀ＦＯ₂Ｐ））、及び、高性能爆薬（例 えば、ＨＭＸ（Ｃ₄Ｈ₈Ｎ₈Ｏ₈）、ＲＤＸ、ニトロセルロース、トリニトロトルエ ン、及び、ニトログリセリン）を含む発エネルギ物質に関して特に有用である。 勿論、あらゆる可燃性有機物質は発エネルギ物質である。 酸化剤は、セリウムであるのが好ましい。セリウムに関して、電気化学セルは 、アノード液に適合する任意の温度で運転することができ、約３０゜Ｃから約１ ００゜Ｃの温度で運転するのが好ましく、更に、約８０゜Ｃから約１００゜Ｃの 温度で運転するのが最も好ましい。セリウムの濃度は、少なくとも約０．５Ｍ（ モル）である。セリウムの濃度は、約１．０Ｍから約１．７Ｍであるのが好まし く、更に、約１．５Ｍから約１．７Ｍであるのが最も好ましい。セリウムの濃度 が高くなればなるほど、電気化学セルをより高い電流密度で、また、より高い電 流効率で運転することが可能になる。電流消費量は、有機物質１ポンド当たり約 ４ｋＷｈから約９ｋＷｈの範囲である。大部分の有機物質は、ほぼ１００％のク ーロン効率で処理することができる。すなわち、使用される電力量は、有機物質 をＣＯ₂及びＨ₂Ｏ、並びに、アノード液に存在する可能性がある無機酸に完全に 酸化するために必要とされる理論電力に極めて近い。 有機物質を水の中に混合して混合物を形成し、この混合物を攪拌乳化機に通し た場合に、より高い効率が得られる。上記攪拌乳化機は、より完全な混合を行う と共に有機物質を水の中により均一に分布させる。溶液の場合に、上記攪拌乳化 機は、上記有機物質／水の混合物を完全に均質化する。２相系の混合物の場合に 、上記攪拌乳化機は、有機物相を破壊してより小さな「泡」にし、これにより、 混合物を乳化すると共にその表面積を増大させる。溶液の場合でも、あるいは、 多相系の混合物の場合でも、上記攪拌乳化機は、混合物の物理的性質を改善して 電 極に良好に接触するようにする。攪拌乳化機は、任意の攪拌乳化機とすることが でき、特に限定するものではないが、超音波振動機及び高速プロペラを挙げるこ とができる。 また、電極を振動させ、液体と電極との間の物質／電荷移動係数を増大させる ことによって、より高い効率を実現することができる。 本発明の装置が図１に示されている。電気化学セル１００は、多孔膜１０６に よって分離されたカソード隔室１０２及びアノード隔室１０４を備えている。電 気化学セル１００は、アノード液中の濃度が少なくとも１Ｍであるセリウムの溶 液で満たされている。セリウムは、一般的に、三価のセリウムイオン（Ｃｅ（Ｉ ＩＩ））として存在するので、アノード隔室の中で四価のセリウムイオン（セリ ウム（ＩＶ））に酸化される。四価のセリウムイオンは、有機物質と反応して該 有機物質を分解する。上記電気化学セルを通って流れる電流は、アノード隔室１ ０４の中の三価のセリウムイオンを再度酸化させるエネルギを与え、カソード隔 室１０２の中の有機分子を引き続き酸化させる役割を果たす。供給原料は、定量 ポンプ１１０を有するアノード液のループ（閉回路）１０８に供給される液体有 機物から構成することができる。代わりに、製紙用パルプ及び木片の如き固形物 を、アノード液タンク１１２のスクリーン（篩）付きのケージ（図示せず）を介 してアノード液ループに導入することができる。 アノード液は、攪拌乳化機１１４を有するアノード液ループ１０８を通して圧 送することができる（ポンプ１１３）。攪拌乳化機１１４は、酸化速度を高める ために有機物の表面積を増大させる役割を果たし、１００ワット乃至５，０００ ワットあるいはそれ以上のエネルギをアノード液／有機物質の溶液に与えること ができる。この溶液は、乳化された後に、電気化学セルのアノード隔室１０４に 入り、そこで金属触媒が酸化される（例えば、Ｃｅ³⁺がＣｅ⁴⁺になる）。セリウ ム（ＩＶ）は、速度論的に速く強力な酸化剤であり、有機分子と反応してこれを 酸化させることによって、還元される。セリウム（ＩＶ）は、還元された後に、 電気化学セル１００の中で再度酸化される。この反復操作により、セリウムは、 酸化触媒として作用して、酸化されている物質からアノード１１６へ電子を搬送 する。アノード液は、電気化学セル１００の後に、アノード液タンク１１２に入 る。このアノード液タンクは、気液分離器及びサージタンクの役割を果たすだけ ではなく、固形物を酸化させる機能も有している。アノード液タンク１１２を出 たガスすなわち気体は、凝縮器１１７に通される。アノード液タンク１１２には 、固形物の酸化を評価する場合には、物質移動を促進する攪拌機１１８が設けら れる。アノード液ループ１０８及びカソード液ループ１２０の温度、圧力、密度 及び流量が測定される。 アノード及びカソードのセル温度は、電気化学セル１００の外側の流体ジャケ ット１２２との間の熱交換によって、別々に維持することができる。アノード液 の運転温度は、約２０゜Ｃから約１００゜Ｃの範囲とすることができるが、約３ ０゜Ｃから約１００゜Ｃの範囲であるのが好ましく、更に、約８０゜Ｃから約１ ００゜Ｃの範囲であるのが最も好ましい。運転圧力は、約１気圧の大気圧である のが好ましい。加熱操作は、別個に行うか、あるいは、電気化学セルに電流を流 すことによって行うことができる。カソード液の温度は、アノード液の温度とほ ぼ同じにすることができるが、気体状の窒素酸化物（ＮＯ_x）の発生を低減させ るために、カソード液の温度をアノード液の温度よりも低い温度に維持するのが 好ましい。カソード液を、該カソード液の凍結温度よりも僅かに高い温度まで冷 却することができる。カソード液の温度は、アノード液よりも約３０゜Ｃだけ冷 たい約２５゜Ｃ乃至約７０゜Ｃの温度に維持されるのが好ましい。 カソード液ループ１２０は、多孔性隔膜１０６によってアノード液ループ１０ ８から分離されており、上記多孔性隔膜は、混合作用を最小限にすると共に導電 率を維持するように選択されている。カソード液ポンプ１２３は、カソード液を カソード液ループ１２０を通して移動させる。カソード液ループ１２０の中にお ける主要な化学反応は、硝酸のＨＮＯ₂への還元反応であり、このＨＮＯ２の一 部は、カソード液タンクからの溶液にＯ₂をバブリングするすなわち吹き込むこ とによって、再度酸化される。補給酸（酸添加装置１２５）をカソード液ループ １２０に加えて酸濃度を維持する。上記酸は、セリウムが溶解することのできる 無機酸である。上記酸は、セリウムに対して高い溶解度を有する硝酸であるのが 好ましい。他の酸としては、硫酸及び塩酸を挙げることができる。 アノード液タンク１１２及びカソード液タンク１２８から発生したガスすなわ ち気体は、ＮＯ_xを除去した後に、大気に排気される。ガス配分器（図示せず） が必要に応じて、カソード液の廃ガスのＮＯ_x及びアノード液の廃ガスのＯ₂の調 節混合を行う。また、必要に応じて、上記発生ガスを反応槽（図示せず）に通し 、そこで、ＮＯのＮＯ₂への気相触媒酸化を行わせることができる。ＮＯ₂は、Ｎ Ｏよりも迅速に水に吸収されるので、上記反応は、ＮＯ_xスクラバ１２４の効率 を大幅に向上させる。ガスは、ＮＯ_xスクラバを出た後に、大気に排気される。 スクラバの温度は、該スクラバ１２４を通って伸長している冷却コイル１２６に よって維持される。 実例のためのデータ収集 ３８６コンピュータをＡＩＭＡＸ−ＰＬＵＳデータ収集／制御ソフトウエアと 共に用いて、オペレータの過失が殆ど無い状態で、プロセス制御を行った。測定 されたパラメータを自動的に記録し、コンピュータが、４つの最終的な制御要素 を直接制御した。アノード液及びカソード液の温度を電動弁によって調節した。 この電動弁は、アノード液及びカソード液の温度を設定値に維持するように開閉 する。第３の電動弁が、アノード液ループとカソード液ループとの間の差圧を最 小限にした。（過去においては、上記両ループの一方に圧力が形成されると、隔 膜の破断が生じていた。）。第４の最終的な制御要素は、補給ＨＮＯ₃の速度、 すなわち、定量ポンプである。ＨＮＯ₃の添加により、酸濃度が設定値に維持さ れ、Ｈ₂の発生を阻止した。最終的な制御要素は総て、コンピュータから発生さ れる４−２０アンペアの信号によって制御された。 通常の運転の間に、コンピュータは、プロセスダイアグラムを表示し、このプ ロセスダイアグラムによって、オペレータは制御パラメータを監視する。測定さ れた総てのパラメータを上記プロセスダイアグラム上に表示し、オペレータに実 時間の測定値を与えることができる。パラメータの測定に加えて、制御システム は、アノード液ポンプ及びカソード液ポンプ、電源の電圧及び電流、並びに、コ ンピュータによる総ての最終的な制御要素をオーバーライドする機能の手動制御 をオペレータに与える。例 １ セリウム又は銀を用いた場合、また、乳化操作を行った場合又は行わない場合 について、電気化学セルの中の有機物相の分解を比較するための実験を行った。 この実験においては、攪拌乳化機は、Ｈｅａｔ Ｓｙｓｔｅｍｓ−Ｕｌｔｒａｓ ｏｎｉｃｓ社（ニューヨーク州Ｆａｒｍｉｎｇｄａｌｅ）の超音波ミキサＭｏｄ ｅ１８００Ｄであった。銀（ＩＩ）の酸化電位は約１．９８ボルトであり、また 、セリウム（ＩＶ）の酸化電位は、約１．６４ボルトであるので、銀はセリウム よりも性能が優れていると予測された。有機物質は、トリムゾル切削油であった 。 乳化操作を行わないテストに関しては、有機物相は、効果的に分解されなかっ た。超音波混合操作を行わない場合には、非混和性の有機液体の酸化は、殆ど又 は全く検知されなかった。また、超音波乳化装置の運転を不用意に中断した場合 には、有機物の酸化速度は急激に低下した。 乳化操作を行った場合のテストに関しては、下の表１．１にその結果が示され ている。 表１．１：有機物分解速度 酸 化 剤 温 度 有機物相の量 有機物分解速度 （゜Ｃ） （ｇ／ｈｒ） 銀（ＩＩ） ７０ ２０ｍｌバッチ ２４ セリウム（ＩＶ） ９５ １０ｍｌバッチ ２４ セリウム（ＩＶ） ８５ １０ｍｌバッチ ６．２４ セリウム（ＩＶ） ８０ １０ｍｌバッチ ０．４ 銀（ＩＩ） ７０ １１８ｍｌ連続 ５１ セリウム（ＩＶ） ９５ １１６ｍｌ連続 ６０ セリウムの有機物分解速度は、温度によって強く影響される。銀は、７０゜Ｃ に関してだけ示されており、その理由は、７０℃より高いと銀は、水の分離及び 酸素の放出を生じさせるからである。７０℃よりも高い温度におけるテストを試 みたところ、約８５゜Ｃ程度までしか達せず、それよりも高い温度では、水溶液 からの酸素の発生によりテストを行うことが困難であった。有機物分解速度は、 存在する有機物相の量又は濃度の関数でもあり、有機物相の量が減少すると低下 する。従って、セリウムが、１０ｍｌの有機物相に関して、２０ｍｌの有機物相 で始めた銀の分解速度に等しい分解速度を有するということは、セリウムの分解 速度は銀の分解速度よりも高いことを示している。連続運転のテストにおいては 、共に最適な運転温度で運転した場合に、セリウムは銀よりも高い分解速度を示 している。セリウムは、高い温度の水溶液と激しく反応することはないが、水溶 液を沸騰させないことが好ましい。例 ２ サリン（Ｃ₄Ｈ₁₀ＦＯ₂Ｐ）の分解を証明するための実験を行った。水中のサリ ンに関して、リン酸、フッ化水素及び二酸化炭素に分解させるためには、サリン １モル当たり２６ファラデーの電荷、すなわち、サリン１ポンド当たり約５ｋＷ ｈを必要とする。電気化学セル１００は、大気圧において約４０゜Ｃと６０゜Ｃ との間の温度で運転された。銀の濃度は約０．５Ｍであった。 廃ガスを分析することによって、分解効率は、９９．９９９９％よりも良好で あると計算された。従って、サリンに関しては、セリウムを用いることは、銀に 比較して、分解効率を何等改善しないように思われる。例 ３ 本発明に従ってオットー燃料（ＯＴＴＯ Ｆｕｅｌ ＩＩ）の分解を証明する ための実験を行った。ＯＴＴＯ Ｆｕｅｌ ＩＩの元素分析の結果は以下の通り であった。 炭素：３２．５０重量％ 水素： ５．２２重量％ 窒素：１２．８７重量％ 酸素：４９．４１重量％。 （１）電気化学的酸化を行わない基準又は調節、及び、（２）電気化学的酸化 を行う２つのテストを行った。運転条件は、上記基準テストにおいて電流を通さ ないことを除いて、両方のテストに関して同一であった。銀及びセリウムを酸化 剤として用いて両方のテストを行って、銀とセリウムとの間の分解性能を比較し た。 銀に関する運転条件は、以下の通りであった。 電気触媒の温度＝５０゜Ｃ、 ４Ｍ−ＨＮＯ₃／０．５Ｍ−銀、及び、 ＯＴＴＯ Ｆｕｅｌの初期濃度≒１，０００ｐｐｍ。 銀によるＯＴＴＯ Ｆｕｅｌの全有機炭素（ＴＯＣ）に関する分解速度は、セル を通る１クーロンの電荷当たり約０．００４−０．０２０ｐｐｍ−ＴＯＣであっ た。 セリウムに関する運転条件は、以下の通りであった。 電気触媒温度＝７５゜Ｃ、 ４Ｍ−ＨＮＯ₃／１．５Ｍ−セリウム、及び、 ＯＴＴＯ Ｆｕｅｌの初期濃度≒２，６００ｐｐｍ。 セリウムによるＯＴＴＯ Ｆｕｅｌの全有機炭素（ＴＯＣ）に関する分解速度は 、セルを通る１クーロンの電荷当たり約０．０２５ｐｐｍ−ＴＯＣであった。こ れは、セリウムを用いた場合の分解速度が、銀に比較して、少なくとも２５％、 また、最大で６倍だけ増大するという予測しない結果を示している。 電気化学セルは、超音波振動を用いて又は用いずに運転されたが、分解性能の 差は観察されなかった。この結果は、予測されたものであり、その理由は、４Ｍ −硝酸の中のＯＴＴＯ Ｆｕｅｌの濃度は、ほぼその溶解度の限界であり、従っ て、ＯＴＴＯ Ｆｕｅｌは溶液中に存在していたからである。セリウムによる電 気化学セルの運転を約２時間にわたって行った。その結果、全有機炭素の２８％ が分解した。この実験を最後まで行ったと仮定すると、上記条件における完全な 分解は、約７時間の間に生じたであろうことが予想される。例 ４ 切削油、より詳細に言えばトリムゾル切削油の分解を証明するために、実験を 行った。 これらの実験は、上に説明し且つ図１に示す触媒電気化学酸化システムで行っ た。 最初の７つの実験は、トリムゾル切削油を酸化させるための最適運転条件を決 定するために行った。表４．１は、上記７つのテストに関する条件を列挙してい る。 表４．１：電気触媒としてセリウム（ＩＶ）を１．５Ｍ／Ｌの濃度で使用した場 合のパラメータを検討するための運転条件： 実験番号 電流密度（アンペア／ｍ²） 温度（℃） 実験 １ ３，７５０ ８０ 実験 ２ ２，５００ ８０ 実験 ３ ５，０００ ９０ 実験 ４ ５，０００ ８０ 実験 ５ ２，５００ ９７ 実験 ６ ２，５００ ８５ 実験 ７ ３，７５０ ９５ 上記７つのテストは総て、１０ｍｌのトリムゾル油の酸化に関するものであっ た。トリムゾル油は、１ｍｌ／分の供給速度で１０分間にわたって連続的に供給 された。供給が終了した後に、アノード隔室からのＣＯ₂の発生が油が注入され る前の基準値に到達するまで、装置を運転した。図２は、実験５のデータに関す るものであって、トリムゾル油が約１時間の間にほぼ完全に分解したことを示し ている。図３は、分解速度に与える温度の効果を示しており、また、図４は、ク ーロン効率に与える温度の効果を示している。この実験のデータの表現方法は、 その後の総ての実験に関する表現方法を代表するものであって、ＣＯ₂濃度のデ ータが、分解された油の計算値と共に示されており、全分解効率及びクーロン効 率のデータが示されている。図４において約１０分の時点でＣＯ₂濃度がシャー プに増大していることは、比較的大きなトリムゾル油の初期の分解速度に対応し ている。酸化速度は、アノード液の中の油の濃度が減少するにつれて、減少して いる。このデータは、酸化速度がアノード液の温度に対して強い関係を有してい ることを示している。これは、各々の実験に関して示されたクーロン効率におい て明らかである。一般的に、セルが高い温度（すなわち、９０゜Ｃよりも高い温 度）で運転された場合に、より高いクーロン効率が得られることが示されている 。実験３及び実験４においては上記傾向の例外が存在している。その理由は、セ ルは高い電流密度で運転されていて、アノード表面における副反応（すなわち、 水の酸化 ：Ｈ₂Ｏ→ｅ^-＋Ｈ⁺＋Ｏ₂）によって非効率性が生じているからである。 力率対温度をまとめたものが図５に示されている。トリムゾル切削油の酸化に 関して合理的且つ費用対効果比の良好な性能を得るためには、９０℃よりも高い 温度においてＣＥＯプロセスを運転する必要があることが示されている。 これらの条件において、トリムゾル切削油の酸化に必要な電力は、分解される 切削油１ガロン当たり２０５ｋＷｈであることが観察される。これは、１ガロン の処理量当たり６．００ドル乃至１０．００ドルの範囲のコストに対応する。例 ５ 連続運転下におけるパイロットプラントの性能を評価するために、３つの追加 のテストを行った。より詳細に言えば、これらのテストは、異なる運転条件下で 達成可能な定常状態の分解速度を決定するために行われた。対象とする主要な運 転パラメータは、アノード液隔室の中の切削油の濃度であった。これらのテスト の総括が下の表４．１に示されている。 テスト８のデータが図６に示されている。アノード液の中の油の濃度が増大す るに従って、テスト８の間に、６０ｍｌ／時の定常状態の酸化速度が得られたこ とが観察された。クーロン効率は、テスト１乃至７よりもかなり高く、その理由 は、テスト８におけるアノード液の中の油の濃度は、それ以前のテストに比較し てかなり高いからである。 テスト９のデータも、ＣＯ₂濃度の曲線が平坦になっていることにより証明さ れるように、定常状態の油の分解速度が得られたことを示しており、また、その 分解速度がテスト８の分解速度に極めて近いことを示している。 表５．１：パイロットプラントの連続運転を行うための運転条件 テスト８ テスト９ テスト１０ 電流密度 ３，７５０ ２，５００ ２，５００ （アンペア／ｍ²） 温度（℃） ９５ ９５ ９５ 油供給速度 １．８ ４．０ １．０−４．０ （ｍｌ／分） セリウム濃度 １．５ １．０ １．５ （モル／リットル） テストの継続時間 ３ ５ ８ （時間） 全供給油（ｍｌ） １１５．４２ ５０７ ５００ テスト９の継続時間全体を通じて、アノード液隔室への油の供給速度を変えた。 しかしながら、その平均速度はテスト８の速度に極めて近かった。従って、定常 状態の条件は、これら２つのテストに関してほぼ同じであることが予測された。 供給速度を４ｍｌ／分まで増大させた期間の間に、８０ｍｌ／時の定常状態の油 分解速度が観察された。アノード液の中の有機物（油）の濃度を更に増大させる ことにより、より高い速度が達成可能であることが予測される。結言 本発明の好ましい実施の形態を図示し且つ上に説明したが、本発明の広い特徴 から逸脱することなく、多くの変形及び変更を行うことができることは、当業者 には明らかであろう。従って、添付の請求の範囲は、本発明の真の精神及び範囲 に入るそのような総ての変形及び変更を包含することを意図している。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ブライアン，ゲイリー・エイチ アメリカ合衆国ワシントン州99336，ケネ ウィック，サウス・フィルモア 508 (72)発明者 ゲッティング，ジョン・ジー・エイチ アメリカ合衆国ワシントン州99353，ウエ スト・リッチランド，ウエストレイク・ド ライブ 4021 (72)発明者 バットナー，アール・スコット アメリカ合衆国ワシントン州98366，ポー ト・オーチャード，ベイビュー・ドライ ブ・サウス・イースト 7058

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 水溶液中の有機物相の混合物を分解する方法であって、 （ａ） 多孔膜によって分離されたカソード隔室及びアノード隔室を有する電 気化学セルを準備する工程と、 （ｂ） 前記アノード隔室の中のアノード液の中の水溶液と約７０゜Ｃよりも 高い運転温度では実質的に反応しない酸化剤を準備する工程と、 （ｃ） 前記混合物を乳化させて、前記有機物相の表面積を増大させる工程と 、 （ｄ） 前記電気化学セルに電流を流して、前記アノード隔室の中の有機分子 を酸化させる工程とを備えること、を特徴とする方法。 ２． 請求項１に記載の方法において、前記有機物質は発エネルギ物質である こと、を特徴とする方法。 ３． 請求項２に記載の方法において、前記発エネルギ物質は、戦争用化学剤 及び高性能爆薬から成る群から選択されること、を特徴とする方法。 ４． 請求項１に記載の方法において、前記運転温度は、約８０゜Ｃから約１ ００℃であること、を特徴とする方法。 ５． 請求項４に記載の方法において、前記運転温度は、前記電気化学セルの 外側の流体ジャケットによって維持されること、を特徴とする方法。 ６． 請求項１に記載の方法において、前記酸化剤がセリウムであること、を 特徴とする方法。 ７． 請求項６に記載の方法において、前記セリウムの濃度が、約１．０Ｍか ら約１．７Ｍであること、を特徴とする方法。 ８． 請求項１に記載の方法において、前記電流密度は、前記有機物質１ポン ド当たり少なくとも約４ｋＷｈであること、を特徴とする方法。 ９． 請求項１に記載の方法において、前記攪拌乳化する工程は、 前記有機物質を超音波ミキサに通す工程から成ること、を特徴とする方法。 １０． 請求項１に記載の方法において、更に、カソード液の温度を前記アノー ド液の温度よりも低い温度に維持する工程を備えること、を特徴とする方法。 １１． 請求項１０に記載の方法において、前記カソード液の温度は、前記カ ソ ード液の凍結温度よりも高いこと、を特徴とする方法。 １２． 請求項１１に記載の方法において、前記カソード液の温度は、約２５゜ Ｃから約７０゜Ｃであること、を特徴とする方法。 １３． 水溶液の中の有機物相を分解する装置であって、 （ａ） 多孔膜によって分離されたカソード隔室及びアノード隔室を有する電 気化学セルと、 （ｂ） 前記アノード隔室の中のアノード液の中のセリウムと、 （ｃ） 前記有機物相の表面積を増大させる攪拌乳化機とを備えること、を特 徴とする装置。 １４． 請求項１３に記載の装置において、更に、 前記電気化学セルの温度を上昇させるヒータを備えており、前記電気化学セル に電流を流すことによって、前記アノード隔室の中の前記有機分子を酸化させる ように構成されたこと、を特徴とする装置。 １５． 請求項１３に記載の装置において、前記有機物質は発エネルギ物質であ ること、を特徴とする装置。 １６． 請求項１５に記載の装置において、前記発エネルギ物質は、戦争用化学 剤及び高性能爆薬から成る群から選択されること、を特徴とする装置。 １７． 請求項１４に記載の装置において、運転温度が、約３０゜Ｃから約８０ ゜Ｃであること、を特徴とする装置。 １８． 請求項１４に記載の装置において、セリウムの濃度が、約１．５Ｍから 約１．７Ｍであること、を特徴とする装置。 １９． 請求項１４に記載の装置において、前記攪拌乳化機は、前記電気化学セ ルの前で前記有機物質を混合する超音波ミキサであること、を特徴とする装置。 ２０． 請求項１４に記載の装置において、前記ヒータは、前記電気化学セルの 外側に設けられる流体ジャケットであること、を特徴とする装置。 ２１． 請求項２０に記載の装置において、更に、カソード液を冷却するための 第２の流体ジャケットを備えること、を特徴とする装置。 ２２． 有機物質を分解する装置であって、 （ａ） 多孔膜によって分離されたカソード隔室及びアノード隔室を有する電 気化学セルと、 （ｂ） 前記カソード隔室に入る有機物質を混合するための超音波ミキサとを 備えており、 （ｃ） 前記電気化学セルに電流を流すことにより前記アノード隔室の中の有 機分子を酸化させるように構成されたこと、を特徴とする装置。