JP2006204984A - プロセス流体反応装置 - Google Patents

Abstract

【課題】比較的簡易な構成により反応容器内の流体に攪拌作用を与えて酸の容器内下部への偏在濃縮を抑制することができ、低コストで反応容器の腐食緩和機能を高め、より効果的に反応容器の長寿命化が図れるプロセス流体反応装置を提供する。
【解決手段】プロセス流体ａを供給するプロセス流体供給ライン２と、このラインの先端に設けられたプロセス流体供給ノズル６と、このノズルから吐出されるプロセス流体により酸が生成される反応を行わせる反応容器３と、この反応容器から反応後の流体を抜き出す流体抜き出しライン４とを備え、プロセス流体供給ノズル６の吐出口７を、反応容器３内の鉛直上方に向けて設置し、または流体抜き出しライン４の液抜き出し口９と反対方向に向けて設置する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば超臨界水処理技術等に適用されるプロセス反応装置に係り、特に反応容器内に存在する酸による反応容器腐食の抑制を図ったプロセス流体反応装置に関する。

近年、超臨界水処理技術を利用した廃棄物処理プロセスの開発が推進されている。具体的には、高温高圧水中で硫黄などの無機物を含む有機廃棄物を処理するプロセス等がある。このような技術においては、プロセス流体を超臨界水中で酸化分解することにより酸が生成されることが知られている。

反応容器内に酸が存在する場合、反応容器内の下部では酸が濃縮された状態となり、これにより反応容器の腐食が速くなる。特に、高温高圧水中の反応容器内で酸が存在するプロセスでは、酸濃度が高い程、腐食性が高くなる。この理由は、反応容器下部で酸が濃縮し、想定した酸濃度よりも高い濃度の酸が存在するためであり、これにより反応容器の寿命が短くなる。そこで、容器下部での酸の濃縮が生じることを抑え、腐食を緩和する高温高圧反応容器が望まれている。

この点に関し、従来では酸の濃縮を防ぐ方法として、反応容器内を攪拌棒により攪拌する方法が知られている。しかし、高温高圧条件では、反応容器の密封性を保ったまま、攪拌棒を取付けることが難しい。

また、従来技術として、有機性廃水の超臨界水酸化において、反応容器内に含酸素または酸素含有ガスを噴出させて塩の容器内付着を防止する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。さらに、反応容器の内面に無機酸化物のコーティング層を形成する技術も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開平９−２９９９６６号公報 特開２００１−３００２９４号公報

上述した反応容器の酸化腐食に対する従来技術では、反応容器内に格別の攪拌用駆動機構やガス噴出機構を設置したり、内面保護加工を施すことが必要となる。このため、反応容器内への設置部品が増加し、また構成が複雑化する等により、多くの材料費や製作手間を要し、高コストとなる課題がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、比較的簡易な構成により反応容器内の流体に攪拌作用を与えて酸の容器内下部への偏在濃縮を抑制することができ、低コストで反応容器の腐食緩和機能を高め、より効果的に反応容器の長寿命化が図れるプロセス流体反応装置を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するため、本発明では、プロセス流体を供給するプロセス流体供給ラインと、このラインの先端に設けられたプロセス流体供給ノズルと、このノズルから吐出される前記プロセス流体により酸が生成される反応を行わせる反応容器と、この反応容器から反応後の流体を抜き出す流体抜き出しラインとを備えたプロセス流体反応装置において、前記プロセス流体供給ノズルの吐出口を、前記反応容器内の鉛直上方に向けて設置し、または前記流体抜き出しラインの液抜き出し口と反対方向に向けて設置したことを特徴とするプロセス流体反応装置を提供する。

本発明によれば、プロセス流体供給ノズルの吐出口を反応容器内の鉛直上方に向けて設置し、または流体抜き出しラインの液抜き出出し口と反対方向に向けて設置することにより、反応容器内で流体を攪拌させることができ、反応容器内の下部に酸の濃縮が偏するのを防止することができる。したがって、酸濃度を容器内全体で均一とすることができ、反応容器の下部腐食を緩和することができ、反応容器の寿命化が図れるようになる。また、邪魔板を取付けた場合には、邪魔板によってプロセス流体の攪拌作用が拡大されるため、酸濃度がさらに均一化され、反応容器の腐食緩和が一層効果的に図られる。

また、本発明によれば、反応容器内に開口するプロセス流体供給ノズルの吐出口を特定の向きに設定した簡易な構成であり、反応容器内に格別の攪拌用駆動機構やガス噴出機構を設置したり、内面保護加工を施す必要がない。このため、反応容器内への設置部品が少なく、低コスト化が図れる。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

［第１実施形態（図１）］
図１は、本発明の第１実施形態によるプロセス流体反応装置の構成を示す断面図である。

図１に示すように、本実施形態のプロセス流体反応装置１は、プロセス流体ａを供給するプロセス流体供給ライン２と、このプロセス流体供給ライン２から供給されるプロセス流体ａにより反応を行わせる反応容器３と、この反応容器３から反応後の流体ｂを抜き出す流体抜き出しライン４とを備えている。

反応容器３は密閉容器として構成されており、例えば縦、横、斜め等の軸心をもつ筒状または管状、あるいは矩形状、円形状等、任意形状の箱型とされている。

プロセス流体供給ライン２は、例えば水平な横向き配管５として構成され、この横向き配管５の基端側が図示省略の流体供給源に接続されるとともに、先端が反応容器３に接続されている。この横向き配管５の先端は、反応容器３の一方の側壁３ａを高さ方向略中央高さ位置で貫通して反応容器３内に挿入されており、その挿入部分５ａは、反応容器３の横方向略中央位置から鉛直上方に折曲して立ち上がっている。そして、この立上り部分５ｂの先端（上端）がプロセス流体供給ノズル６とされている。プロセス流体供給ノズル６の吐出口７は、反応容器３内の鉛直上方に向って開口し、供給されるプロセス流体ａを反応容器３内の鉛直上方に向って吐出する構成となっている。

一方、流体抜き出しライン４も水平な横向き配管８として構成されており、反応容器３の他方の側壁、すなわちプロセス流体供給ライン２と反対側の側壁３ｂの例えば同一高さ位置またはそれよりも低い位置に開口した液抜き出し口９に一端が連通接続され、他端が図示省略の液排出部に配置されている。

プロセス流体ａの処理時においては、プロセス流体ａを、プロセス流体供給ライン２を通して反応容器３の側方から供給し、流体抜き出しライン４を通して連続的に抜き出す。反応容器３内においては、プロセス流体ａが吐出されるプロセス流体供給ノズル６の吐出口７が反応容器３内の鉛直上方に向いているため、反応容器３内に供給されたプロセス流体ａは一旦、上向きに噴出した後、反応容器３内で酸を生成する反応を経て、流体抜き出し口９に流動する。なお、本実施形態において、反応容器３の運転条件は、水の臨界点を超える温度および圧力条件に設定されている。

次に、具体的な実施例について説明する。

下記の表１は、例えば、プロセス流体ａを超臨界水中で酸化分解することにより酸が発生するプロセスを想定し、反応容器３の上側と下側での腐食速度の違いを調べた結果を示している。この表１の実施例では、例えばチタンを内張りした反応容器３としての高圧容器に、ＳＵＳ３１６Ｌ製の平板（図示省略）を容器上部および容器下部にそれぞれセットし、そこに硫酸と過酸化水素を含む流体を連続的に供給した。試験条件は、温度４５０℃、圧力３０ＭＰａ、堆積時間８時間である。

表１に試料Ｎｏ．１として示したように、プロセス流体供給ノズル６を上向きにせず、単に横向きとした場合には、反応容器３の上部にセットした平板の腐食速度が１０ｍｍ／年であり、反応容器３の下部にセットした平板の腐食速度は２００ｍｍ／年であった。このように、反応容器３の下部にセットした平板の腐食速度の方が、上部にセットした平板に比べて腐食速度が速い結果が得られた。

これに対し、表１に試料Ｎｏ．２として示した本実施形態のように、プロセス流体供給ノズル６を上向きにした場合には、反応容器３の上部にセットした平板の腐食速度が９０ｍｍ／年、反応容器３の下部にセットした平板の腐食速度が１００ｍｍ／年となり、反応容器３の上下部にセットした平板の腐食速度はほとんど変わらず、プロセス流体供給ノズル６を上向きにしない場合の下部にセットした平板に比べて遅くなった。これはプロセス流体供給ノズル６を上向きにすることで反応容器３内の流体が攪拌され、酸濃度が均一になったためである。

以上のように、本実施形態によれば、プロセス流体供給ノズル６の吐出口７を反応容器３内の鉛直上方に向けて設置することにより、反応容器３内で流体を攪拌させることができ、反応容器３内の下部に酸の濃縮が偏するのを防止することができ、酸濃度を容器内全体で均一として、反応容器３の下部腐食を緩和することができ、反応容器３の寿命化が図れることが確認された。

また、本実施形態によれば、反応容器３内に開口するプロセス流体供給ノズル６の吐出口７を鉛直上方に設定しただけの簡易な構成であり、反応容器３内への設置部品が少なく、低コスト化が図れることも確認された。

すなわち、本実施形態では、反応容器３内の酸濃度が均一になるため、反応容器材料の腐食が反応容器３内の場所に依らず一定の速さとなる。反応容器３を作成する場合には、最大の腐食速度に合わせて肉厚を決める必要があるため、より低コストで作製することが可能である。

［第２実施形態（図２）］
図２は、本発明の第２実施形態によるプロセス流体反応装置１の構成を示す断面図である。本実施形態が第１実施形態と異なる点は、プロセス流体供給ライン２および流体抜き出しライン４を鉛直方向に配設した構成にある。

すなわち、図２に示すように、本実施形態のプロセス流体供給ライン２は、鉛直な縦配管１０として構成されており、この縦配管１０の先端が、反応容器３の上壁中央部を貫通して反応容器３内に挿入されており、その挿入部分１０ａは、反応容器３の縦方向略中央位置から横方向に折曲し、さらに鉛直上方に向って立上がっている。そして、この立上り部分１０ｂの先端（上端）がプロセス流体供給ノズル６とされている。プロセス流体供給ノズル６の吐出口７は、反応容器３内の鉛直上方に向って開口し、供給されるプロセス流体ａを反応容器３内の鉛直上方に向って吐出する構成となっている。

一方、流体抜き出しライン４も鉛直な縦配管１１として構成されており、反応容器３の下端壁、すなわちプロセス流体供給ライン２と反対側の壁の対向位置に開口した液抜き出し口９に一端が連通接続され、他端が図示省略の液排出部に配置されている。

なお、以上の構成は、プロセス流体供給ノズル６の吐出口７を流体抜き出しライン４の液抜き出し口９と反対方向に向けて設置した構成として捉えることもできる。なお、図２の例では、反応容器３が縦長な構成とされているが、第１実施形態と同様に、種々の構成とすることができる。

以上の第２実施形態においては、プロセス流体ａを、プロセス流体供給ライン２を通して反応容器３の上側から供給し、反応容器３の下側に設けた流体抜き出しライン４から反応後の流体ｂを連続的に抜き出す。

このような構成によっても、プロセス流体ａが吐出されるプロセス流体供給ノズル６の吐出口７を反応容器３の鉛直上向きに設けることで、第１実施形態と同様の作用効果が奏される。

［第３実施形態（図３）］
図３は、本発明の第３実施形態によるプロセス流体反応装置１の構成を示す断面図である。本実施形態では、プロセス流体供給ノズル６の吐出口７を流体抜き出しライン４の液抜き出し口９と反対方向に向けて設置したプロセス流体反応装置１について説明する。

図３に示すように、本実施形態では、反応容器３が縦長な構成とされている。そして、プロセス流体供給ライン２は、プロセス流体ａを下方から上方に向けて供給する鉛直な縦配管１２として構成されており、この縦配管１２の先端（上端）が、縦長な反応容器３の下壁中央部を貫通して反応容器３内に挿入されており、その挿入部分１２ａは、反応容器３の縦方向略中央位置よりも上方の位置から横方向に折曲し、さらに鉛直下方に向って立下がっている。この立下がり部分１２ｂの先端（下端）がプロセス流体供給ノズル６とされている。プロセス流体供給ノズル６の吐出口７は、反応容器３内の鉛直下方に向って開口し、供給されるプロセス流体ａを反応容器３内の鉛直下方に向って吐出する構成となっている。

一方、流体抜き出しライン４も鉛直な縦配管１３として構成されており、反応容器３の上端壁、すなわちプロセス流体供給ライン２と反対側の壁の対向位置に開口した液抜き出し口９に一端（下端）が連通接続され、他端（上端）が図示省略の液排出部に配置されている。なお、本実施形態において第１実施形態と共通な構成については、第１実施形態の説明を参照する。

以上の第３実施形態においては、プロセス流体ａを、プロセス流体供給ライン２を通して反応容器３の下側から供給し、反応容器３の上側に設けた流体抜き出しライン４から反応後の流体ｂを連続的に抜き出す。

本実施形態によれば、プロセス流体供給ノズル６の吐出口７を反応容器３の出口側とは反対の向き、即ち反応容器３の鉛直下向きに設けることで、反応容器３内で流体を攪拌させることができ、反応容器３内の下部に酸の濃縮が偏するのを防止することができ、酸濃度を容器内全体で均一として、反応容器３の下部腐食を緩和することができ、反応容器３の寿命化が図れる。

また、本実施形態によれば、反応容器３内に開口するプロセス流体供給ノズル６の吐出口７を鉛直下方に設定しただけの簡易な構成であり、反応容器３内への設置部品が少なく、低コスト化が図れる。

［第４実施形態（図４、図５）］
図４は、本発明の第４実施形態によるプロセス流体反応装置１の構成を示す断面図であり、図５は、図４のＡ−Ａ線断面図である。

本実施形態では、第３実施形態で示した構成を基本として、反応容器３内にプロセス流体ａを混合させる邪魔板を設けた構成の実施形態について説明する。

図４および図５に示すように、本実施形態では、反応容器３が縦長な構成とされている。そして、プロセス流体供給ライン２は、プロセス流体ａを下方から上方に向けて供給する鉛直な縦配管１２として構成されており、この縦配管１２の先端（上端）が、縦長な反応容器３の下壁中央部を貫通して反応容器３内に挿入されており、その挿入部分１２ａは、反応容器３の縦方向略中央位置よりも上方の位置から横方向に折曲し、さらに鉛直下方に向って立下がっている。この立下がり部分１２ｂの先端（下端）がプロセス流体供給ノズル６とされている。プロセス流体供給ノズル６の吐出口７は、反応容器３内の鉛直下方に向って開口し、供給されるプロセス流体ａを反応容器３内の鉛直下方に向って吐出する構成となっている。

一方、流体抜き出しライン４も鉛直な縦配管１３として構成されており、反応容器３の上端壁、すなわちプロセス流体供給ライン２と反対側の壁の対向位置に開口した液抜き出し口９に一端（下端）が連通接続され、他端（上端）が図示省略の液排出部に配置されている。

このような構成において、プロセス流体供給ライン２における鉛直な縦配管１２の反応容器内挿入部１２ａの周囲に所定の離間距離（例えば一定の半径）をあけて、縦軸筒状（例えば円筒状）の邪魔板１４が配置されている。この邪魔板１４は、反応容器３の周壁内面から中心側に向って突出する複数（３体）のサポート１５によって固定支持されている。

以上の第３実施形態においては、プロセス流体ａを、プロセス流体供給ライン２を通して反応容器３の下側から供給し、反応容器３の上側に設けた流体抜き出しライン４から反応後の流体ｂを連続的に抜き出す。

この場合、プロセス流体ａ１は、プロセス流体供給ノズル６の吐出口７から反応容器３内に吐出された後、邪魔板１４により流れの抵抗を受けるため、さらに攪拌されて、酸濃度がより均一になった後、外部に抜き出される。プロセス流体ａが邪魔板１４によって攪拌作用が拡大されるため、酸濃度がさらに均一化され、反応容器３の腐食緩和が一層効果的に図られる。

本発明の第１実施形態によるプロセス流体反応装置の構成を示す断面図。 本発明の第２実施形態によるプロセス流体反応装置の構成を示す断面図。 本発明の第３実施形態によるプロセス流体反応装置の構成を示す断面図。 本発明の第４実施形態によるプロセス流体反応装置の構成を示す断面図。 図４のＡ−Ａ線断面図。

符号の説明

１ プロセス流体反応装置
２ プロセス流体供給ライン
３ 反応容器
４ 流体抜き出しライン
５ 横向き配管
６ プロセス流体供給ノズル
７ 吐出口
８ 横向き配管
９ 液抜き出し口
１０ 縦配管
１１ 縦配管
１２ 縦配管
１３ 縦配管
１４ 邪魔板
１５ サポート
ａ プロセス流体

Claims (4)

1. プロセス流体を供給するプロセス流体供給ラインと、このラインの先端に設けられたプロセス流体供給ノズルと、このノズルから吐出される前記プロセス流体に酸が生成される反応を行わせる反応容器と、この反応容器から反応後の流体を抜き出す流体抜き出しラインとを備えたプロセス流体反応装置において、前記プロセス流体供給ノズルの吐出口を前記反応容器内の鉛直上方に向けて設置したことを特徴とするプロセス流体反応装置。
2. プロセス流体を供給するプロセス流体供給ラインと、このラインの先端に設けられたプロセス流体供給ノズルと、このノズルから吐出される前記プロセス流体に酸が生成される反応を行わせる反応容器と、この反応容器から反応後の流体を抜き出す流体抜き出しラインとを備えたプロセス流体反応装置において、前記プロセス流体供給ノズルの吐出口を前記流体抜き出しラインの液抜き出し口と反対方向に向けて設置したことを特徴とするプロセス流体反応装置。
3. 前記反応容器内に前記プロセス流体を混合させる邪魔板を設けた請求項１または２記載のプロセス流体反応装置。
4. 前記反応容器の運転条件は、水の臨界点を超える温度および圧力条件に設定されている請求項１から３までのいずれかに記載のプロセス流体反応装置。
   
   

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