JP2002210347A

JP2002210347A - 反応装置

Info

Publication number: JP2002210347A
Application number: JP2001014306A
Authority: JP
Inventors: Noritaka Sato; 則孝佐藤; Tsutomu Noguchi; 勉野口
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2001-01-23
Filing date: 2001-01-23
Publication date: 2002-07-30
Also published as: CN1457269A; KR20030011799A; WO2002058836A1; EP1354624A1; US7147828B2; US20030155999A1

Abstract

(57)【要約】【課題】被反応体をできるだけ目的とする温度だけにて
反応させることが可能な反応装置を提供する。【解決手段】目的とする反応温度および反応圧力に設定
された水を含む流体を収容し、当該流体により被反応物
を反応処理する反応器３１と、反応器３１に接続された
配管２５と、反応器３１から配管２５への、少なくとも
流体、被反応物および反応生成物のいずれかの流出を防
止する流出防止手段５０とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、所定の温
度および圧力に設定された超臨界水や熱水によって、被
反応物を反応処理する反応装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】超臨界流体は、その物質固有の臨界温度
と臨界圧力とを越えたもので、通常の条件下における流
体とはかなり異なる性質を示す。反応場として用いる
と、反応特性にも特異的現象が見られる。

【０００３】例えば水の場合、温度が３７４℃、圧力が
２２ＭＰａという高温高圧を越えると超臨界水となる。
超臨界水は、水蒸気の物性と水の物性とを合わせもち、
また、有機物を溶かすことができる。このような特性を
活かし、近年ＰＣＢ（ポリクロロビフェニルの混合物）
やダイオキシンなどの物質を超臨界水中において酸化分
解する研究開発が行われている。

【０００４】このような反応を行わせるときのポイント
は、温度と圧力である。多くの場合、温度条件を変える
ことで、被反応物に違った反応を起こさせることが可能
である。また、超臨界状態までに至らない熱水において
も、その温度圧力条件に依存した特異的な反応を起こさ
せることが可能である。なお、本願明細書では、熱水と
いう用語には超臨界水の他、上記のような温度圧力条件
に依存した特異的な反応を起こさせることが可能な水の
意を含むものとする。

【０００５】さらに、被反応物あるいは水に、何らかの
添加物を加えることで、違った反応を起こさせることも
可能である。なお、ここでいう違った反応とは、主に反
応生成物の違うものを生じる反応を意味することに加
え、広義には、同じ反応生成物を生じる場合でも、反応
速度の異なる反応や、反応生成物の収率の異なる反応を
も意味する。

【０００６】被反応物を大量に処理するときには、図示
はしないが、いわゆる連続式の装置が多く用いられる。
被反応物は、通常、前処理によってスラリーにされ、被
反応物は水とともに装置に連続的に送り込まれ高圧にさ
れて、配管のまわりのヒーターによって次第に加熱さ
れ、目的とする温度に加熱されて反応が起こり、冷却
後、装置から連続的に排出される。

【０００７】上記のような装置では、被反応物が次第に
加熱されることから、目的とする温度条件にさらされる
前に、それより低い温度にさらされることは避けられ
ず、目的としない反応が起きてしまうことがある。

【０００８】従って、被反応物を目的としない温度にさ
らすことなく、また、さらすとしてもほんの一瞬で済む
ように、被反応物を熱水に投入することができる装置と
して、図９に示すラピッドインジェクション式の反応装
置が知られている。この反応装置は、主に被反応物があ
る程度固形のものに対して適用される。

【０００９】図９に示す反応装置では、熱水の供給系と
して、使用する水Ｗを貯蔵するタンク１１と、タンク１
１からの水Ｗを送液し、目的とする高圧を作り出すポン
プ１２と、配管の周囲に設置され配管内の水Ｗを加熱す
るヒータ１３ａと当該ヒータ１３ａの温度を測定する温
度センサ１３ｂを備えた予熱器１３とを有する。

【００１０】被反応物の供給系としては、被反応物を一
時保持する待機室２３と、バルブ２４、配管２５とを有
する。

【００１１】被反応物の反応系としては、被反応物に対
し所定の反応処理を行う反応器３１と、反応器３１の周
囲に設置され反応器３１を所定の温度に加熱するヒータ
３２と、反応器３１内の温度を測定する温度センサ３３
と、反応器３１内の圧力を測定する圧力センサ３４とを
有する。

【００１２】排出系としては、反応器３１の下方に接続
された配管４１、不図示の冷媒循環装置から供給される
冷媒が配管４１の周囲に流通するように構成され、水を
室温程度まで冷却する冷却器４２とを有している。

【００１３】上記の反応装置においては、配管（２５，
４１）を含めた全ての配管、待機室２３、反応器３１内
は水で充満されている。

【００１４】また、各配管や反応器３１は、高温高圧に
耐えられるような材質、例えばＳＵＳ３１６、インコネ
ルあるいはハステロイ等で構成されている。

【００１５】上記の反応装置による被反応物の反応処理
について説明する。まず、タンク１１からポンプ１２を
介して水Ｗが予熱器１３に連続的に供給され、配管内の
水Ｗは予熱器１３により所定の高温に加熱されて熱水と
なって反応器３１内に供給され、反応器３１から配管４
１へと排出され、冷却器４２により室温程度の温度に冷
却されて装置外部へ排出されている状態にしておく。こ
こで、反応器３１内は、ヒータ３２により所定の温度に
加熱されている。

【００１６】上記の状態で、待機室２３に保持された被
反応物をバルブ２４を開けることにより、配管２５を介
して反応器３１内に落下させ、当該被反応物は、反応器
３１内の熱水により酸化分解等の反応処理がなされて、
その反応生成物および未反応の被反応物は、熱水ととも
に配管４１を介して排出され、冷却器４２により室温程
度の温度に冷却された後、装置外部に排出される。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】ここで、待機室２３
は、被反応物が一時留まるので、室温程度にしておく必
要がある。バルブ２４から上部を室温付近に保つには、
配管２５が、被反応物を通過させる働きに加え、反応器
３１での高温を遮断する働きを有さねばならない。そこ
で、配管２５は、ある程度の長さにし、放冷するように
しておくことが考えられる。

【００１８】しかし、配管２５を長くすると、被反応物
が落下する際に時間を要し、その間に目的の反応温度よ
り低い温度の熱水にさらされることとなり好ましくな
い。そこで、配管２５をあまり長くせず、そのかわり
に、その周囲に不図示の空冷用のフィンを設けたり、不
図示の冷媒を循環させることが考えられ、これらの熱伝
導を考慮し、配管２５の長さおよびその不図示の冷却機
構が設計された。

【００１９】一方、反応器３１に投入された被反応物
は、分散および拡散し、その一部は配管２５へも達す
る。すなわち、上記の配管２５の長さおよびその不図示
の冷却機構を設計した場合に、被反応物は目的とする温
度より、かなり低い温度にもさらされることとなる。配
管２５のバルブ２４側の近傍は、反応器３１の温度より
かなり低く、室温に近いものになるよう冷却機構を設計
しているからである。このことは、この装置の目的から
すれば、あまり好ましくはないが、その影響は、無視で
きるレベルと考えられていた。

【００２０】しかしながら、実際に稼働させてみて、バ
ルブ２４および待機室２３の温度は設計予想値をはるか
に上回るものとなった。これは、想定していなかった配
管２５での水の対流が発生していたためである。

【００２１】この様子を図１０に模式的に示す。反応器
３１内の高温の水ＨＷがその温度をほぼ保ったまま、バ
ルブ２４まであるいはその近傍まで達していたのであ
る。すなわち、反応器３１内の熱水は、配管２５内の水
よりも温度が高いため、この部分の熱水は膨張により密
度が小さくなり浮力によって上昇し、配管２５内の水が
これに代わって反応器３１内に流入し、循環する流れが
生じていたのである。

【００２２】この対流のため、バルブ２４が過熱し、熱
的に損傷を受けてしまうという問題が発生した。現在、
バルブは、上記のような高温かつ高圧下で使用可能なも
のは皆無であり、バルブの損傷を防ぐには、配管２５で
の冷却を強化する方法が考えられるが、空冷等にも限界
があることから、配管２４の長さを非常に長くして対応
している。これは、前述したように、被反応物が配管２
５を通過するのに時間をより要し、この装置の目的から
して好ましくない。すなわち、被反応物が目的温度より
低い温度にさらされることと、装置の損傷とはトレード
オフとなっていた。

【００２３】さらに、配管２５での対流は、投入されて
水に分散（溶解）している被反応物をも配管２５の上部
へ運ぶこととなる。つまり、被反応物が目的とする反応
温度よりかなり低い温度にさらされることとなる。

【００２４】このことは、前述した拡散に起因する問
題、および被反応物が投入される際に配管２５で目的と
しない温度にさらされる時間に起因する問題に比して、
非常に大きな問題となる。

【００２５】以上のように、図９に示す従来の装置で
は、被反応物を目的とする温度だけにて反応させること
はできなかった。

【００２６】本発明は上記の問題点に鑑みてなされたも
のであり、従って、本発明は、被反応物をできるだけ目
的とする温度だけにて反応させることが可能な反応装置
を提供することを目的とする。

【００２７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の反応装置は、目的とする反応温度および反
応圧力に設定された水を含む流体を収容し、当該流体に
より被反応物を反応処理する反応器と、前記反応器に接
続された配管と、前記反応器から前記配管への、少なく
とも前記流体、前記被反応物および反応生成物のいずれ
かの流出を防止する流出防止手段とを有する。

【００２８】上記の本発明の反応装置によれば、目的と
する反応温度および反応圧力に設定された水を含む流体
が反応器に収容され、被反応物が反応処理される際に、
流出防止手段により、反応器に接続された配管への少な
くとも流体、被反応物および反応生成物のいずれかの流
出が防止される。これにより、反応器内に被反応物等が
留まることから、被反応物を反応器内において目的とす
る反応温度および反応圧力の水を含む流体により反応処
理することができ、目的とする反応温度だけにて反応処
理を行うことができる。

【００２９】好適には、前記流出防止手段は、前記配管
と前記反応器との間を仕切る仕切手段を有する。これに
より、反応器へ供給された被反応物が、配管へ侵入する
ことを防止することができることから、反応器の内部で
のみ被反応物の反応処理を行うことができ、その結果、
反応温度の条件を一定に保つことができる。

【００３０】好適には、前記配管は、前記被反応物を供
給する被反応物供給配管を有し、前記仕切手段は、前記
被反応物供給配管と前記反応器との間を仕切る。これに
より、反応器へ供給された被反応物が、被反応物供給配
管へ侵入することを防止することができることから、反
応器の内部でのみ被反応物の反応処理を行うことがで
き、その結果、反応温度の条件を一定に保つことができ
る。

【００３１】好適には、前記仕切手段は、前記反応器の
内部に設置されている。これにより、反応器内の温度条
件の均一性を向上させることができる。

【００３２】例えば、前記仕切手段は、前記被反応物供
給配管から前記反応器への前記被反応物の供給の際に開
いて、前記反応器へ前記被反応物を供給する。これによ
り、被反応物を反応器へ供給することができ、供給後に
は前記反応器内の流体等を反応器内に留まらせることが
できる。

【００３３】例えば、前記配管は、少なくとも前記流
体、前記被反応物および前記反応生成物のいずれかを排
出する排出配管を有し、前記仕切手段は、前記排出配管
と前記反応器との間を仕切る。これにより、反応器へ供
給された被反応物が、排出配管へ拡散することを防止す
ることができることから、反応器の内部でのみ被反応物
の反応処理を行うことができ、その結果、反応温度の条
件を一定に保つことができる。

【００３４】例えば、前記仕切手段は、前記反応器の内
部に設置されている。これにより、反応器内の温度条件
の均一性を向上させることができる。

【００３５】好適には、前記仕切手段は、前記反応器か
ら前記排出配管への少なくとも前記流体、前記被反応物
および前記反応生成物のいずれかの排出の際に開いて、
前記排出配管へ少なくとも前記流体、前記被反応物およ
び前記反応生成物のいずれかを排出する。これにより、
流体等を反応器から排出することができ、排出後には反
応器内の流体等を反応器内に留まらせることができる。

【００３６】好適には、前記配管は、前記被反応物を供
給する被反応物供給配管を有し、前記流出防止手段は、
少なくとも被反応物供給配管の反応器に対する位置を上
方あるいは下方に反転可能な反転手段を有する。これに
より、通常は、高温となる反応器を上部に、低温となる
被反応物供給配管を下部に位置させることができ、流体
の対流を防止することができる。

【００３７】さらに、上記の目的を達成するため、本発
明の反応装置は、目的とする反応温度および反応圧力に
設定された水を含む流体を収容し、当該流体により被反
応物を反応処理する反応器と、前記反応器の下方に接続
され、前記反応温度よりも低い温度で前記被反応物を供
給する被反応物供給手段とを有する。これにより、高温
となる反応器を上部に、低温となる被反応物供給手段を
下部に位置させることができ、流体の対流を防止するこ
とができる。

【００３８】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の反応装置の実施
の形態について、図面を参照して説明する。

【００３９】第１実施形態図１は本実施形態に係る反応装置の概略構成図である。
図１に示す反応装置では、大別して熱水の供給系１０
と、被反応物の供給系２０と、被反応物の反応系３０
と、排出系４０とを有する。なお、本願明細書では、熱
水という用語には超臨界水の意も含むものとする。

【００４０】熱水の供給系１０として、タンク１１と、
ポンプ１２と、予熱器１３とを有する。

【００４１】タンク１１は、使用する水Ｗを貯蔵する。
ポンプ１２は、タンク１１からの水を送液し、目的とす
る高圧を作り出す。なお、ポンプ１２には、不図示の制
御部が接続されており、当該制御部により後述する圧力
センサ３３による検出圧力を受けて、設定圧力に近くな
るようポンプ１２から送液される水の流量を制御可能と
なっている。

【００４２】予熱器１３は、配管の周囲にヒータ１３ａ
を配したもので、目的の温度程度にまで配管内に流れる
水Ｗを加熱する。予熱器１３のヒータ１３ａには、温度
センサ１３ｂが設けられており、当該温度センサ１３ｂ
には、不図示の制御部が接続され、温度センサ１３ｂに
よる検出温度を受けて、設定温度に近くなるよう制御部
によりヒータ１３ａの温度を制御可能となっている。

【００４３】被反応物の供給系２０は、被反応物を反応
系３０へ供給するものであり、その上方から仕込み口２
１と、バルブ２２と、待機室２３と、バルブ２４と、被
反応物の投入用の配管２５とを有し、さらに待機室２３
に接続するバルブ２６を有する。仕込み口２１の上部
は、反応装置の外部雰囲気に導通しており、当該仕込み
口２１に目的とする被反応物を挿入し、挿入された被反
応物は、バルブ２２の上端で支持されることになる。

【００４４】待機室２３は、バルブ２２が開くことによ
り、仕込み口２１から投入された被反応物をバルブ２４
の上端で支持して一時待機させる。

【００４５】バルブ２４は、開くことにより待機室２３
内にある被反応物を反応系３０へ投入する。

【００４６】配管２５は、反応系３０に接続しており、
バルブ２４が開くことにより待機室２３から投入された
被反応物を反応器に導く。

【００４７】バルブ２６は、後述するように、開くこと
により排気系４０と、待機室２３との圧力が同程度とな
るように調節するために設けられている。

【００４８】仕込み口２１から反応系３０へ接続される
間の各バルブ（２２，２４）、待機室２３および配管２
５は、不図示の被反応物が通過できるのに十分な太さお
よび形状を有している。例えば、バルブ（２２，２４）
は、被反応物の通過のため、ある程度の太さと形状とが
要求されるボアスルー型のもので構成される。なお、３
つのバルブ（２２，２４，２６）の両端の圧力差は、装
置内部の高圧と大気圧（０．１ＭＰａ）との差になるこ
とがあるため、少なくともこれに耐え得る材料のもので
構成される。

【００４９】不図示の被反応物は、後述するように熱水
より比重が大きければ自重で反応系３０へ落下できる。
なお、反応系３０に供給される熱水は、常温常圧の水よ
り密度が小さいことが多い。被反応物で比重が熱水より
小さいものは、比重の大きい何らかのカプセルに詰めて
投入する。例えば、カプセルは、金属製で中空を有する
円柱状で、その側面がメッシュあるいは多数の小さい穴
の開いたものを使用することができる。この場合、被反
応物あるいはそれを含むカプセルが室温程度の待機室２
３から目的とする温度に加熱されている反応系３０へ重
力によって落下することで急速な投入が可能となる。

【００５０】不図示の被反応物が液体の場合、何らかの
方法で封入して、反応系に落下させることができる。具
体的には、例えば、樹脂性の袋に液体の被反応物を入
れ、ヒートシールにて封入すればよい。もし、この封入
物が熱水より比重が軽ければ、前述のようなカプセルを
用いればよい。このとき、被反応物の目的とする反応
を、その樹脂が妨げないよう、樹脂の材質を選定する。
もちろん、被反応物の量に比べ、その樹脂の量を少なく
する（厚みを薄くする）のがよいことは言うまでもな
い。また、被反応物が気体の場合でも液体の場合と同様
にすることができる。

【００５１】被反応物の反応系３０は、反応器３１と、
ヒータ３２と、温度センサ３３と、圧力センサ３４とを
有する。

【００５２】反応器３１には、予熱器１３を通過して熱
水となった水が連続的に投入され、かつ、反応処理の際
に配管２５から被反応物が投入されることにより、当該
被反応物は熱水により酸化分解や加水分解等の所定の反
応処理が行われる。

【００５３】図２に本実施形態に係る反応器３１の拡大
断面図を示す。なお、図２には、反応器３１の上部の主
要な構成のみを示しており、温度センサ３３等を示すの
は省略している。

【００５４】本実施形態に係る反応装置では、反応器３
１の内部に仕切手段５０が設置されている。仕切手段５
０は、弁５１と、軸５２と、重り５３と、支持部材５４
と、配管５５とから構成されている。

【００５５】弁５１は、軸５２によって支えられてお
り、弁５１の反対側には、重り５３が設置されている。
弁５１は、軸５２を回転中心として、図の矢印方向に回
転可能となっている。軸５２は、支持部材５４によって
支持されており、支持部材５４は、配管５５に固定され
ている。重り５３は、通常は弁２４が閉じられているよ
うな重さ、かつ、投入される被反応物の重さで弁５１が
開くような重さを有している。配管５５は、不図示の支
持部材により反応器３１の内壁に固定されている。

【００５６】上記の仕切手段５０を構成する各構造物
（５１〜５５）の材質として、例えば、ＳＵＳ３１６や
インコネル等を使用することができる。

【００５７】上記の仕切手段５０の動作について説明す
る。通常は、重り５３によって弁５１は、図２に示すよ
うな状態となっている。つまり、配管２５と反応器３１
との内部を隔離している。このとき、弁５１は反応器３
１内を完全には密封できてはいないが、反応器３１中の
熱水がその対流により配管２５へ多量に侵入させること
を防げる働きを有している。

【００５８】そして、不図示の被反応物が配管２５を経
て落下してくると、被反応物が弁５１を矢印の方向に押
し開き、通過する。被反応物が通過した後、重り５３に
よって弁５１は再び図２に示すような状態に戻る。

【００５９】なお、配管２５の内部では、高温の下部
と、低温の上部とで対流は起きていると考えられるが、
弁５１によって、反応器３１とは隔離されているので、
反応器３１へ投入された被反応物が、配管２５へ侵入す
ることは殆ど無視できる量となる。

【００６０】ヒータ３２は、反応器３１の周囲に設置さ
れ、反応器３１を所定の温度に加熱する。また、温度セ
ンサ３３は、反応器３１内の温度を測定する。温度セン
サ３３には、不図示の制御部が接続されており、当該制
御部により温度センサによる検出温度を受けて、設定温
度に近くなるようヒータ３２の温度を制御可能となって
いる。

【００６１】圧力センサ３４は、反応器３１内の圧力を
測定する。圧力センサ３４には、不図示の制御部が接続
されており、当該制御部により圧力センサ３４による検
出圧力を受けて、設定圧力に近くなるようポンプ１２か
ら送液される水の流量を制御可能となっている。

【００６２】排出系４０は、反応器３１の下方に接続さ
れた配管４１、冷却器４２、保圧弁４３とを有してい
る。

【００６３】冷却器４２は、不図示の冷媒循環装置から
供給される冷媒が配管４１の周囲に流通するように構成
されており、水を室温程度まで冷却する。

【００６４】保圧弁４３は、配管内の圧力を保つもの
で、その手前で配管が分岐しており、配管内の圧力が目
的とする圧力を越える場合に冷却器４２を通過した水は
保圧弁４３を経て外部へ排出される。なお、通常、冷却
器４２を通過した水の主流は、保圧弁４３を経て排出さ
れる。

【００６５】保圧弁４３手前で分岐したもう一方の配管
は、バルブ２６を経て、待機室２３に接続されている。
なお、この配管は、高圧を伝えることだけを目的とする
から、水の流れは基本的にはない。

【００６６】上記の反応装置においては、全ての配管、
待機室２３、反応器３１内は水で充満されている。

【００６７】また、各配管や反応器３１は、高温高圧に
耐えられるような材質、例えばＳＵＳ３１６で構成され
ている。なお、温度が高温にならない部分、例えばポン
プ１２から予熱器１３までの配管は、耐圧性を備えた材
質や構造（肉圧）であればよいし、高温にも高圧にもな
らない部分、例えばタンク１１からポンプ１２までの配
管は耐圧性も要しない。

【００６８】被反応物に例えば酸やアルカリ等のような
腐食性のある物質が含まれたり、腐食性のものが反応に
よって発生する場合、あるいは予め使用する水に腐食性
を有する何らかの物質を加えておく場合には、各配管等
は、耐腐食性に優れた材質でなければならない。よっ
て、このような場合には、各配管等の材料として、イン
コネル、ハステロイ等の使用が挙げられる。

【００６９】上記の本実施形態に係る反応装置の動作に
ついて説明する。まず、タンク１１からポンプ１２を介
して水Ｗが予熱器１３に供給され、配管内の水Ｗは予熱
器１３により所定の高温に加熱されて熱水となって反応
器３１内に供給され、反応器３１から配管４１へと排出
され、冷却器４２により室温程度の温度に冷却されて装
置外部へ排出されている。ここで、反応器３１内におい
ては、ヒータ３２により所定の温度に設定されている。

【００７０】上記の状態で被反応物の反応器３１への供
給を行う。図３を用いて、被反応物の供給系２０の動作
の詳細を説明する。図３（ａ）に示すように、被反応物
を投入する前のバルブ（２２，２４，２６）の開閉状態
は、バルブ（２２，２４）が閉じられており、バルブ２
６が開かれている。そして、仕込み口２１には、被反応
物Ｒが入れられている。

【００７１】そして、図３（ｂ）に示すように、被反応
物Ｒを待機室２３に投入するために、バルブ２６を閉
じ、バルブ２２を開けることにより、被反応物Ｒが仕込
み口２１から待機室２３へ投入され、被反応物Ｒは待機
室２３へとどまることになる。

【００７２】次に、図４（ｃ）に示すように、バルブ２
２を閉め、バルブ２６を開けることにより、待機室１２
の圧力を反応器３１の圧力と同等の高い圧力になるよう
にする。

【００７３】次に、図４（ｄ）に示すように、バルブ２
６を閉め、バルブ２４を開けることにより、被反応物は
配管２５を経て、反応器３１へ落下することになる。

【００７４】被反応物Ｒの反応器３１への投入後、再び
図３（ａ）に示すように、バルブ２４を閉め、バルブ２
６を開ける。

【００７５】図２に示すように、被反応物が配管２５を
経て落下してくると、被反応物が弁５１を矢印の方向に
押し開き、通過する。被反応物が通過した後、重り５３
によって弁５１は再び図２に示すような状態に戻る。

【００７６】そして、反応器３１内に連続して熱水が供
給されている状態で、反応器３１内に急速に投入された
被反応物は、反応器３１内の熱水により酸化分解等の反
応処理がなされる。

【００７７】その後、反応生成物および未反応の被反応
物は、熱水とともに反応器３１内から配管４１へと排出
され、冷却器４２により室温程度の温度に冷却された
後、反応装置外部に排出される。

【００７８】なお、上記の例では、熱水を絶えず送り込
む例を説明したが、熱水を絶えず送り込むと、被反応物
が熱水中に溶解あるいは分散しただけで、反応が十分に
進行しないうちに、反応器３１から排出されてしまう場
合もある。このような場合には、送り込む熱水の流量を
少なくして、被反応物が反応器３１に滞留する時間を長
くさせ、十分に反応が進行するようにすることもでき
る。あるいは、被反応物の投入後、熱水を送りこむのを
停止させ、ある時間そのまま保持し、その後に、熱水を
送り込んで排出させることもできる。

【００７９】本実施形態では、前述した問題は、水の対
流が主として原因であるから、対流を防止する観点から
設けられたものである。すなわち、反応器３１と配管２
５との接続部分の近傍に新たに仕切手段５０を設けてい
る。なお、この仕切手段５０として通常のバルブの使用
も考えられるが、いわゆる両端の圧力差を遮断できる通
常のバルブでは、この場合の使用条件、例えば４００
℃、２５ＭＰａ程度の高温かつ高圧の熱水に耐えられる
ものは現在の技術では皆無である。そこで、この場合、
圧力の遮断は無視し、圧力の遮断はバルブ２４に受け持
たせ、新たに設けるバルブは、水および分散溶解してい
る被反応物の流通を遮断、あるいは妨げるものであれば
よいという観点から設置されている。この仕切手段５０
は、反応器３１とそれに接続される配管２５とのちょう
ど接合面に設けるのが理想的ではあるが、その機構自体
にある程度の大きさを要するため、仕切手段５０は反応
器の内側あるいは外側に位置することになる。なお、外
側に設ける場合に比して、本実施形態で説明したような
反応器３１の内側に仕切手段５０を設ける方が、反応器
３１内の温度条件の均一性をさらに向上させることがで
きる。

【００８０】従って、本実施形態に係る反応装置では、
仕切手段５０によって、被反応物投入用の配管２５と反
応器３１とを隔離することにより、反応器３１へ投入さ
れた被反応物が、配管２５へ侵入することを防止するこ
とができる。これにより、反応器３１の内部でのみ、被
反応物の反応処理を行うことができ、その結果、反応温
度の条件を一定に保つことができる。また、反応器３１
の内部の熱水が配管２５へは直接には侵入しないため、
弁５１が無い従来に比して、配管２５への熱の伝達をか
なり抑制できる。よって、配管２５の内部で対流が発生
しても、その上部にあるバルブ２４が過熱するのを防止
することができる。

【００８１】第２実施形態第１実施形態では、熱対流による問題を解決することが
できるが、このとき、反応器３１中の被反応物や反応生
成物は、反応器３１へ接続される各種の配管へも拡散し
ており、被反応物を投入後に反応器３１に送り込む熱水
を停止する場合等は、拡散のために充分な時間があるた
め、拡散による問題が顕在化する場合がある。

【００８２】なお、ここでいう拡散とは、濃度分布に起
因する拡散の他、温度分布に起因する熱拡散の意も含ま
れる。

【００８３】そこで、本実施形態に係る反応装置では、
第１実施形態とその装置構成は基本的に同様であるが、
反応器３１に以下の構成を付加している。なお、説明の
簡略化のため、本実施形態に係る反応装置において、第
１実施形態と異なる構成のみを説明する。

【００８４】図５に本実施形態に係る反応器３１の拡大
断面図を示す。なお、図５には、反応器３１の下部の主
要な構成のみを示しており、温度センサ３３等を示すの
は省略している。

【００８５】第１実施形態に係る反応装置では、被反応
物の供給系２０の配管２５と、反応器３１との間に仕切
手段５０を設けていたが、本実施形態に係る反応装置で
は、排出系４０の配管４１と、反応器３１との間にさら
に同様の仕切手段６０を設ける。

【００８６】仕切手段６０は、第１実施形態と同様、弁
６１と、軸６２と、重り６３と、支持部材６４と、配管
６５とから構成されている。

【００８７】弁６１は、軸６２によって支えられてお
り、弁６１の反対側には、重り６３が設置されている。
弁６１は、軸６２を回転中心として、図の矢印方向に回
転可能となっている。軸６２は、支持部材６４によって
支持されており、支持部材６４は、配管６５に固定され
ている。重り６３は、通常は弁６１が閉じられているよ
うな重さ、かつ、排水の所定の重さで弁６１が開くよう
な重さを有している。配管６５は、不図示の支持部材に
より反応器３１の内壁に固定されている。

【００８８】上記の各構造物（６１〜６５）の材質とし
て、例えば、ＳＵＳ３１６やインコネル等を使用するこ
とができる。

【００８９】上記の仕切手段６０の動作について説明す
る。通常は、重り６３によって弁６１は、図５に示すよ
うな状態となっている。つまり、配管４１と反応器３１
との内部を隔離している。このとき、弁６１は反応器３
１内を完全には密封できてはいないが、反応器３１中の
熱水が拡散により配管４１へ多量に侵入させることを防
げる働きを有している。

【００９０】そして、弁６１上の反応生成物、未反応の
被反応物、熱水（以下、排水という）が所定の重量にな
ると、排水が弁６１を矢印の方向に押し開き、通過す
る。排水が通過した後、重り６３によって弁６１は再び
図５に示すような状態に戻る。

【００９１】本実施形態に係る反応装置によれば、第１
実施形態の効果に加え、弁６１によって、反応器３１と
は配管４１とを隔離しているので、被反応物を投入後に
反応器３１に送り込む熱水を停止する場合等のような反
応器３１外へ拡散するのに充分な時間がある場合であっ
ても、反応器３１内の被反応物や反応生成物が、配管４
１へ拡散するのを防止することができる。従って、この
ような場合であっても、反応器３１の内部でのみ被反応
物の反応処理を行うことができ、その結果、反応温度の
条件を一定に保つことができる。

【００９２】第３実施形態本実施形態に係る反応装置では、高温となる反応器３１
が下部にあり、低温となる被反応物投入用の配管２５が
上部にあることから、対流が発生することに着目し、そ
れを逆転することによって、対流が発生しないようにす
るものである。

【００９３】そこで、本実施形態に係る反応装置では、
第１実施形態とその装置構成は基本的に同様であるが、
以下の構成を付加している。なお、説明の簡略化のた
め、本実施形態に係る反応装置において、第１実施形態
と異なる構成のみを説明する。

【００９４】図６に本実施形態に係る反応装置の概略構
成図を示す。図６に示す反応装置では、図１で示した反
応装置の本体部分１を収容する筐体７０を有し、当該筐
体７０の両側には、軸７１が接続されており、軸７１
は、支持部材７２によって支持されている。

【００９５】反応装置の本体部分１を収容する筐体７０
は、軸７１によって図６の矢印方向に回転できるように
なっている。なお、連続で回転できる必要はなく、往復
的に半回転できればよい。上記の軸７１の回転は、手動
で行ってもよいし、不図示のモータ等の動力で回転させ
る機構を設けてもよい。

【００９６】また、反応装置の本体部分１において必要
とする、電力、循環冷媒等を供給するための不図示の配
線、配管等は、フレキシブルな材料により構成され、外
部と接続されている。また、水を供給および排水するた
めの配管も、同様にフレキシブルな材料により構成さ
れ、外部と接続されている。

【００９７】上記の反応装置の動作としては、通常は、
軸７１により反応装置の本体部分１を反転させておく。
つまり、図６に示す状態とは上下方向が逆となるように
しておく。なお、ここでいう上方と下方とは、重力方向
に対して決まるものである。そして、被反応物を投入す
るときだけ、一時的に図６に示す配置となるよう、軸７
１により反応装置の本体部分１の上下を反転させる。

【００９８】そして、図６に示す配置にしたら、速やか
に、第１実施形態と同様の処理を行うことによって、被
反応物を投入する。被反応物を投入後、また、速やか
に、反応装置の本体部分１の上下を反転させる。

【００９９】本実施形態に係る反応装置によれば、通常
は、図６に示す反応装置の本体部分１の上下関係を逆転
しておくことにより、高温となる反応器３１が上部で、
低温となる被反応物投入用の配管２５が下部となり、水
の対流を防止することができる。なお、被反応物を投入
するときだけ、一時的に図６に示すような配置にするた
め、水の対流は発生するが、ごく短時間であればその影
響を無視できるほどに抑制することができる。

【０１００】第４実施形態図７に本実施形態に係る反応装置の構成図を示す。な
お、第１実施形態に対応する構成部材については同じ符
号を付してある。なお、説明の簡略化のため、本実施形
態に係る反応装置において、第１実施形態と異なる構成
のみを説明する。

【０１０１】図７に示す反応装置では、被反応物の供給
系２０を、反応器３１の下方に接続している。従って、
被反応物の供給系２０を構成する配管等の温度は、反応
器３１から離れている（下方にいく）に従い、反応器３
１の温度より次第に低くすることができる。

【０１０２】予熱器１３からの配管が反応器３１の上部
に接続されているが、この配管も反応器３１の他の位
置、例えば、下方や側面に接続してもよい。

【０１０３】図８に待機室２３付近の詳細を示す。な
お、図８では、温度センサ３３や圧力センサ３４等につ
いては省略してある。

【０１０４】本実施形態では、被反応物の供給系２０
を、反応器３１の下方に接続しているため、被反応物を
下方から反応器３１へ送り込むことを可能にする機構を
備えている。なお、このときの被反応物は、待機室２３
内の水に比べて、比重が大きいものを想定している。

【０１０５】本実施形態では、被反応物の供給系２０と
して、さらに、台８１、送り棒８２、歯車８３、回転軸
８４、シール部材８５とを有する。

【０１０６】台８１は、被反応物を乗せるものである。
送り棒８２は、台８１の下方に接続され、平板の歯車の
形状を備えている。従って、送り棒８２と歯車８３とで
ラックピニオンを構成しており、台８１が送り棒８２と
ともに、上下方向に移動可能となっている。送り棒８２
は、反応器３１の内部へ台８１を侵入するのに十分な長
さを有している。

【０１０７】待機室２３は、図８に示すような被反応物
の待機状態において、送り棒８２を収納できるような長
さおよび形状を有している。また、待機室２３は、その
側面へ接続されたバルブ２２を介して、仕込み口２１へ
接続されている。なお、図８では、バルブ２２と待機室
２３とを接続する配管が水平となっている例を示してい
るが、仕込み口２１から待機室２３への被反応物の装填
を容易にするためには、当該配管を傾け、仕込み口２１
が上方を向くようにして、その傾斜によって、被反応物
を待機室２３へと容易に落とし込むこともできる。

【０１０８】回転軸８４は、待機室２３の外部よりその
内部へ回転の動力を伝えるものであり、外部よりシール
部材８５を貫いて待機室２３へ侵入しており、待機室２
３の内部にて、歯車８３に接続されている。

【０１０９】シール部材８５は、待機室２３の圧力（高
圧）がその外部へ漏れないようにするためのものであ
る。このシール部材８５は、従来の技術で製造されるバ
ルブのシール部材と同様に構成することができるので、
詳細な構造の説明は省略する。

【０１１０】上記の各構成部材の材質は、第１実施形態
の反応装置と同様にすることができる。例えば、台８１
や送り棒８２は、反応器３１の内部へ侵入されるので、
ＳＵＳ３１６やインコネル等が望ましい。

【０１１１】次に、上記の被反応物の供給系２０によ
り、被反応物を反応器３１へ投入する方法について説明
する。

【０１１２】まず、初めに第１実施形態と同様、被反応
物を待機室２３へ装填する。但し、本実施形態では、被
反応物は、待機室２３の側面に接続されているバルブ２
２を経るので、図示しない何らかの棒を用いて、台８１
のところまで、押し込むのが望ましい。なお、上述した
ように、仕込み口２１と待機室２３とを接続する配管を
傾け、仕込み口２１が上方を向くようにして、その傾斜
によって、被反応物を待機室２３へと落とし込んでもよ
い。

【０１１３】次に、バルブ２４を開けた後、回転軸８４
を手動あるいは不図示のモータ等の駆動装置により適当
な方向へ回す。これにより、その回転により、送り棒８
２と歯車８３により構成されたラックピニオンによっ
て、台８１とともにそれに乗せておいた被反応物が反応
器３１へ投入される。このとき、その移動速度は、なる
べく速いのが望ましい。移動速度が遅いと、被反応物が
配管２５を通過する際に、目的とする温度より低い温度
にさらされる時間が長くなり好ましくないからである。

【０１１４】被反応物を投入後、被反応物が反応器３１
中の熱水に速やかに溶解分散すれば、回転軸８４を手動
あるいは不図示のモータ等の駆動装置により前述とは反
対の方向へ回して、台８１をもとの位置へ戻し、バルブ
２４を閉める。被反応物が反応器３１中の熱水に速やか
に溶解分散しない場合には、溶解分散するまで待つ。あ
るいは、反応器３１から台８１を下方に戻しても、被反
応物が、反応器３１に留まるような機構を設ける場合に
は、反応器３１から台８１を戻してもよい。例えば、こ
れを実現するためには、反応装置１全体に傾きを設ける
ことが考えられる。反応器３１内に入った被反応物は、
この傾きにより、台８１から落下し、例えば図中、反応
器３１の右下下部に移動することとなる。このようにす
れば、反応器３１に台８１を送り込んですぐに、台８１
を元の位置に戻すことができる。

【０１１５】本実施形態に係る反応装置によれば、低温
となっている被反応物を投入する配管２５を、高温とな
っている反応器３１の下方に設置し、下方から被反応物
を投入することにより、対流を抑制し、反応器３１へ投
入された被反応物が、配管２５へ侵入することを抑制す
ることができる。従って、反応器３１の内部でのみ、被
反応物の反応処理を行うことができ、その結果、反応温
度の条件を一定に保つことができる。また、反応器３１
の下部にあるバルブ２４が対流により、過熱するのを防
止することができる。

【０１１６】本発明の反応装置は、上記の実施形態の説
明に限定されない。例えば、水には酸素や過酸化水素等
の酸化剤等を添加してもよい。また、配管等を構成する
材料や、被反応物の反応器への投入方法、使用するバル
ブの数や構成等は、種々の変更が可能である。その他、
本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能で
ある。

【０１１７】

【発明の効果】本発明の反応装置によれば、被反応物を
できるだけ目的とする温度により反応させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本実施形態に係る反応装置の概略構成
図である。

【図２】図２は、図１に示す反応器の拡大断面図であ
る。

【図３】図３は、被反応物の供給系の動作の詳細を説明
するための図である。

【図４】図４は、被反応物の供給系の動作の詳細を説明
するための図であり、図３の続きの動作を示す。

【図５】図５は、第２実施形態に係る反応装置における
反応器の拡大断面図である。。

【図６】図６は、第３実施形態に係る反応装置の概略構
成図である。

【図７】図７は、第４実施形態に係る反応装置の概略構
成図である。

【図８】図８は、第４実施形態に係る反応装置における
待機室付近の詳細を示す図である。

【図９】図９は、従来例に係る反応装置の概略構成図で
ある。

【図１０】図１０は、従来例に係る反応装置の問題点を
説明するための図である。

【符号の説明】

１…反応装置、１０…熱水の供給系、１１…タンク、１
２…ポンプ、１３…予熱器、１３ａ…ヒータ、１３ｂ…
温度センサ、２０…被反応物の供給系、２１…仕込み
口、２２…バルブ、２３…待機室、２４…バルブ、２５
…配管、２６…バルブ、３０…被反応物の反応系、３１
…反応器、３２…ヒータ、３３…温度センサ、３４…圧
力センサ、４０…排出系、４１…配管、４２…冷却器、
４３…保圧弁、５０…仕切り手段、５１…弁、５２…
軸、５３…重り、５４…支持部材、５５…配管、６０…
仕切り手段、６１…弁、６２…軸、６３…重り、６４…
支持部材、６５…配管、７０…筐体、７１…軸、７２…
支持部材、８１…台、８２…送り棒、８３…歯車、８４
…回転軸、８５…シール部材。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】目的とする反応温度および反応圧力に設定
された水を含む流体を収容し、当該流体により被反応物
を反応処理する反応器と、前記反応器に接続された配管と、前記反応器から前記配管への、少なくとも前記流体、前
記被反応物および反応生成物のいずれかの流出を防止す
る流出防止手段とを有する反応装置。
【請求項２】前記反応器内は、前記目的とする反応温度
で均一にされている請求項１記載の反応装置。
【請求項３】前記流出防止手段は、前記配管と前記反応
器との間を仕切る仕切手段を有する請求項１記載の反応
装置。
【請求項４】前記配管は、前記被反応物を供給する被反
応物供給配管を有し、前記仕切手段は、前記被反応物供給配管と前記反応器と
の間を仕切る請求項３記載の反応装置。
【請求項５】前記仕切手段は、前記反応器の内部に設置
されている請求項４記載の反応装置。
【請求項６】前記仕切手段は、前記被反応物供給配管か
ら前記反応器への前記被反応物の供給の際に開いて、前
記反応器へ前記被反応物を供給する請求項４記載の反応
装置。
【請求項７】前記配管は、少なくとも前記流体、前記被
反応物および前記反応生成物のいずれかを排出する排出
配管を有し、前記仕切手段は、前記排出配管と前記反応器との間を仕
切る請求項３記載の反応装置。
【請求項８】前記仕切手段は、前記反応器の内部に設置
されている請求項７記載の反応装置。
【請求項９】前記仕切手段は、前記反応器から前記排出
配管への少なくとも前記流体、前記被反応物および前記
反応生成物のいずれかの排出の際に開いて、前記排出配
管へ少なくとも前記流体、前記被反応物および前記反応
生成物のいずれかを排出する請求項７記載の反応装置。
【請求項１０】前記配管は、前記被反応物を供給する被
反応物供給配管を有し、前記流出防止手段は、少なくとも被反応物供給配管の反
応器に対する位置を上方あるいは下方に反転可能な反転
手段を有する請求項１記載の反応装置。
【請求項１１】目的とする反応温度および反応圧力に設
定された水を含む流体を収容し、当該流体により被反応
物を反応処理する反応器と、前記反応器の下方に接続され、前記反応温度よりも低い
温度で前記被反応物を供給する被反応物供給手段とを有
する反応装置。