JP2010227805A

JP2010227805A - 連続処理装置

Info

Publication number: JP2010227805A
Application number: JP2009077435A
Authority: JP
Inventors: Shin Matsugi; 伸真継
Original assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2009-03-26
Filing date: 2009-03-26
Publication date: 2010-10-14

Abstract

【課題】被処理物の分解が十分に進むまで反応器内に滞留させることが可能な連続処理装置を提供する。
【解決手段】被処理物３と流体４を筒型の反応器１の一端に連続的に供給して被処理物３を超臨界もしくは亜臨界の流体４で分解し、その分解生成物を含む流体４を前記反応器１の他端から連続的に取り出して冷却部２で冷却して回収する連続処理装置において、前記反応器１は、流体４が上向流を形成する流路を有し、その流路の下流側の断面積が上流側の断面積よりも大きくなるように構成され、かつ、反応器入口部１１は、分解前の被処理物３が浮上しないような流速で流体４が流れるようにした断面積を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、被処理物を連続的に分解処理するための連続処理装置に関するものである。

従来より、樹脂成分と無機物からなる複合材料等の被処理物を超臨界もしくは亜臨界の水で分解する技術が提案されている（例えば、特許文献１−２参照）。この種の分解処理技術では十分な分解時間を確保して被処理物を分解処理する必要があるため、被処理物を分解するのにどの程度の時間を要するのか予め確認した上で、反応条件等を適宜設定して所定の分解時間を確保していた。しかしながら、被処理物が廃プラスチックのように組成未知のものを分解する場合、その都度分解時間を確認することは多大な労力を要するという問題があった。

特開平１１−１４０２２４号公報特開２０００−９３９２６号公報

本発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされたものであり、被処理物の分解が十分に進むまで反応器内に滞留させることが可能な連続処理装置を提供することを課題としている。

本発明は以下のことを特徴としている。

第１には、被処理物と流体を筒型の反応器の一端に連続的に供給して被処理物を超臨界もしくは亜臨界の流体で分解し、その分解生成物を含む流体を前記反応器の他端から連続的に取り出して冷却部で冷却して回収する連続処理装置において、前記反応器は、流体が上向流を形成する流路を有し、その流路の下流側の断面積が上流側の断面積よりも大きくなるように構成され、かつ、反応器入口部は、分解前の被処理物が浮上しないような流速で流体が流れるようにした断面積を有する。

第２には、上記第１の発明において、反応器の断面積が、流体の流れ方向に沿って漸増している。

第３には、上記第１の発明において、反応器の断面積が、流体の流れ方向に沿って段階的に大きくなっている。

第４には、上記第１から第３の発明において、反応器出口部は、被処理物の未分解物を浮上させるような流速で分解生成物を含む流体が流れるようにした断面積を有し、未分解物を分解生成物を含む流体と共に反応器から取り出す。

第５には、上記第４の発明において、反応器が複数であり、各々が直列に接続され、後段の反応器入口部の断面積が前段の反応器出口部の断面積よりも大きくなっており、かつ、最後段の反応器出口部の断面積が被処理物の未分解物を浮上させるような流速で分解生成物を含む流体が流れるようにした断面積を有する。

第６には、上記第４または第５の発明において、反応器の下流に固液分離部を備えている。

第７には、上記第１から第３の発明において、反応器出口部は、被処理物の未分解物を沈降させるような流速で分解生成物を含む流体が流れるようにした断面積を有する。

第８には、上記第７の発明において、反応器内の未分解物を排出する清掃手段を備え、前記清掃手段が、反応器から取り出して冷却した分解生成物を含む流体を反応器に導入する手段と、反応器内の未分解物が反応器からその流体と共に排出されるように分解生成物を含む流体を反応器に送り込む手段で構成される。

第９には、上記第７の発明において、反応器内の未分解物を排出する清掃手段を備え、前記清掃手段が、反応器から取り出して冷却した分解生成物を含む流体が再び反応器を経由する循環路と、反応器内の未分解物を反応器入口部から排出する手段で構成される。

第１０には、上記第８または第９の発明において、反応器内の未分解物を清掃手段で定期的に反応器から排出する制御部を備えている。

第１の発明によれば、被処理物が超臨界もしくは亜臨界の流体で徐々に分解されるにしたがって流体の流れにのって反応器内を浮上していくが、反応器の下流側では上流側よりも断面積が大きくなっているため流体の流速が小さくなる。流体の流速が小さくなると被処理物の浮上が抑制されるため、反応器内において被処理物の滞留時間を十分に確保することが可能になり、被処理物を効果的に分解することができる。

第２の発明によれば、被処理物が徐々に浮上するため、被処理物の滞留時間をより確実に確保することができる。

第３の発明によれば、被処理物の滞留時間を選択的に変化させることにより、処理時間の調整を容易にすることができる。

第４の発明によれば、被処理物に含まれている無機物等の未分解物を反応器に堆積させることがないので、反応器内から未分解物を除去する等の清掃を行う必要はない。

第５の発明によれば、複数の反応器を直列に接続することにより、反応器の縦方向の長さを抑えることができる。反応器を１つ有する連続処理装置を設置する際に高さ方向の制限のために設置できなかった場合でも複数の反応器を平面方向に並べて設置できるようになるため、設置可能な場所の選択の幅が増える。

第６の発明によれば、反応器から取り出した未分解物と分解生成物を含む流体とを分離して回収することができる。

第７の発明によれば、被処理物に含まれている無機物等の未分解物によって反応器の圧力を調整する減圧弁が閉塞してしまうおそれがなくなる。

第８の発明によれば、反応器内の流体を冷却することなく、より短時間で反応器内に堆積した未分解物を除去することができる。

第９の発明によれば、未分解物による減圧弁の閉塞をより効果的に抑制しつつ反応器内の流体を冷却して反応器内に堆積した未分解物を除去することができる。

第１０の発明によれば、反応器内に堆積した未分解物を定期的に確実に除去することができる。

図１は、実施形態１に係る連続処理装置の概要構成図である。図２は、実施形態２に係る連続処理装置の概要構成図である。図３は、実施形態３に係る連続処理装置の概要構成図である。図４は、実施形態４に係る連続処理装置の概要構成図である。図５は、実施形態５に係る連続処理装置の概要構成図である。

本発明の連続処理装置は上記のとおりの特徴を有するものであって、ＦＲＰ等のプラスチックの分解による有機酸、アルコール等のプラスチック原料の回収並びにガラス繊維等の無機物の回収をはじめ、ダイオキシン、ＰＣＢ等の有機物の分解、木質材の分解によるリグニン、エタノールの回収、魚類、肉類等の食品タンパク質廃棄物の分解による有機酸、アミノ酸、アルコール等の回収等のために適用される。特にガラス繊維等の無機物を未分解物として３０〜８０質量％程度の割合で含む被処理物の分解処理に好適である。

そこで、以下に、本発明の連続処理装置に係る実施形態について説明する。もちろん、本発明は以下の例示によって限定されるものではない。
＜実施形態１＞
図１は、実施形態１に係る連続処理装置の概要構成図である。図１に示すように、実施形態１に係る連続処理装置は、混合槽５と、予備破砕部６と、供給ポンプ７と、昇温部８と、反応器１と、冷却部２と、減圧弁９と、分解液回収槽２０と、送液ポンプ２１と、固液分離部２２と、回収槽２３とを備えている。

本実施形態では、ＦＲＰ等の被処理物３と、被処理物３を分解するための反応媒体としての水やアルコール等の流体４、さらに必要に応じて反応触媒が混合槽５に導入される。被処理物３の分解率向上および分解液の排出性向上を図るため、被処理物３を予め粒径１〜２０ｍｍ程度に粉砕し、混合槽５で流体と攪拌混合してスラリー状にする。スラリー状に調製された被処理物３と流体４の混合物は供給ポンプ７により電気ヒータや誘導加熱装置等の昇温部８に搬送されて加熱され、超臨界もしくは亜臨界の状態で反応器１に連続的に送られる。被処理物３の粉砕径は供給ポンプ７の制約により決定される。混合槽５と供給ポンプ７の間に予備破砕部６として湿式の破砕ポンプを設けた場合には、被処理物３の粉砕径を１０〜３０ｍｍ程度にして混合槽５に導入し、予備破砕部６で粒径１〜２０ｍｍに粉砕して供給ポンプ７で送液するようにしてもよい。被処理物３と流体４との混合比は、被処理物３の搬送性を考慮して設定され、例えば、重量比で被処理物：流体＝１：２〜１：１０とすることができる。

反応器１は、筒型であり略鉛直に設置され、被処理物３と流体４が配管を通じて下端から導入されて上向流を形成し、被処理物３の分解生成物と流体４が上端から配管を通じて排出されるようになっている。反応器１の形状は、断面が略円形であり、流体４の流れ方向、つまり上方に向かって内径が漸次大きくなる形状を有し、上向流を形成する流路の下流側の断面積が上流側よりも大きくなっている。反応器入口部１１の内径は被処理物３と流体４を導入する配管の内径よりも大きく設定され、流体４の流速が反応器１内で遅くなるようにしている。さらに本実施形態では、反応器入口部１１において分解前の被処理物３が浮上しないように、すなわち、分解前の被処理物３がその自重により流体４中に沈降するか、あるいは分解前の被処理物３に作用する流体抵抗と被処理物３の重力とが釣り合って被処理物３が流体４中に静止（浮遊）するように反応器入口部１１の内径が設定され、反応器入口部１１を通過する流体４の流速が調整される。好ましくは分解前の被処理物３が流体４中に静止するように反応器入口部１１の内径が設定される。なお、このような反応器入口部１１の内径は、被処理物３と流体４の物性値により容易に設定できる。

以上のような反応器１に被処理物３と流体４が下端から導入されると、被処理物３は流体４中に沈降あるいは静止した状態で滞留する。反応器１内に滞留した被処理物３は時間の経過とともに超臨界もしくは亜臨界の流体４で徐々に分解され、径が小さくなったり、内部からの溶出により密度が小さくなっていく。その結果、流体４中の被処理物３に作用する流体抵抗と被処理物３の重力とのバランスが崩れて流体抵抗が勝るようになり、被処理物３は浮上していく。反応器１の上方にいくほど反応器１の内径が大きくなって流体４の流速が小さくなるため、被処理物３が浮上すると被処理物３に作用する流体抵抗が小さくなり被処理物３に作用する流体抵抗と被処理物３の重力とが釣り合って再度滞留する。この繰り返しで被処理物３が十分に分解するまで反応器１内に滞留するようにしている。なお、被処理物３が分解して生成した分解生成物は流体４に溶解している。

本実施形態では、反応器出口部１２において被処理物３の未分解物、つまり、被処理物３中の分解可能成分が全て分解したときに残分（例えば、被処理物３がＦＲＰであれば、ＦＲＰ中に含まれる無機充填材やガラス繊維等）が浮上するように反応器出口部１２の内径が設定されている。すなわち、未分解物に作用する流体抵抗が未分解物の重力に勝るように反応器出口部１２の内径が設定され、反応器出口部１２を通過する流体４の流速が調整されており、被処理物３が十分に分解されていなければそれに作用する流体抵抗よりもその重力が勝り、被処理物３が十分に分解されていない状態で反応器出口部１２を通過しないように調整されている。したがって、本実施形態では、被処理物３の分解可能成分が全て分解されるまで被処理物３は反応器１内に滞留することになり、被処理物３の分解時間を十分に確保することができる。被処理物３の分解可能成分が全て分解されると、未分解物は分解生成物が溶解している流体４と共に反応器１の上端から排出される。

被処理物３が例えばＦＲＰである場合、一般的にＦＲＰに使用される無機充填材やガラス繊維の種類は限られており、これらのデータに基づいて反応器出口部１２の内径を容易に設定することができる。このように反応器出口部１２の内径が設定された連続処理装置でＦＲＰを分解処理する場合、樹脂成分が完全に分解していない状態では反応器１の上端から排出されない。つまり、樹脂成分が完全に分解して無機充填材やガラス繊維等の未分解物のみが残るような状態になるまで反応器１内に滞留することになる。したがって、組成が未知のＦＲＰであっても、樹脂成分が完全に分解するまで反応器１内に滞留させることができる。

反応器１から排出された未分解物および分解生成物を含む流体４は、冷却部２で冷却されて分解液回収槽２０に回収される。冷却部２と分解液回収槽２０の間には減圧弁９が設けられており、弁開度を調整して反応器１の反応圧力を制御している。分解液回収槽２０の下流には、送液ポンプ２１、固液分離部２２、回収槽２３が順次設けられており、分解液回収槽２０に回収された未分解物および分解生成物を含む流体４が送液ポンプ２１で送液され、固液分離部２２で固形分である未分解物と液体成分である分解生成物を含む流体４とに分離され、分解生成物を含む流体４が回収槽２３に回収されるようになっている。

別の実施形態として、反応器出口部１２において被処理物３の未分解物が沈降するように反応器出口部１２の内径を設定して反応器出口部１２を通過する流体４の流速を調整してもよい。この場合、反応器１の上端から未分解物が排出されず、分解生成物を溶解している流体４のみが反応器１から排出されるので、分解液回収槽２０の下流の送液ポンプ２１、固液分離部２２、回収槽２３は不要である。従来、未分解物の割合が高い被処理物３やＦＲＰのように未分解物としてガラス繊維を含む被処理物３を分解処理すると減圧弁９が閉塞するおそれがあったが、本実施形態では未分解物が反応器１から排出されないので、減圧弁９が未分解物によって閉塞してしまうというおそれがなくなる。
＜実施形態２＞
図２は、実施形態２に係る連続処理装置の概要構成図である。なお、図１に示した部分と同一の部分については同じ符号を付し、説明を省略する。

本実施形態では、反応器１の形状が、断面が略円形であり、流体４の流れ方向に沿って内径が段階的に大きくなる形状を有し、上向流を形成する流路の下流側の断面積が上流側よりも大きくなっている。実施形態１は、反応器１内では流体４の流速が下流になるにつれて徐々に小さくなり、それに伴い被処理物３も反応器１内を徐々に移動していくため、分解処理は確実になされるが非常に時間がかかる。本実施形態では、反応器１内の流体４の流速を下流になるにつれて段階的に小さくなるようにしている。これによって、反応器１の断面積を反応器１の下流側から上流側まで、適宜設定して、被処理物３の滞留時間を選択的に変化させることにより、処理時間の調整を容易にすることができる。
＜実施形態３＞
図３は、実施形態３に係る連続処理装置の概要構成図である。なお、図１に示した部分と同一の部分については同じ符号を付し、説明を省略する。

本実施形態では、実施形態１に示した反応器１に加えて、その下流にもう一つ反応器１０が直列に配管を介して接続されている。後段の反応器１０の形状も前段の反応器１の形状と同様に、断面が略円形であり、流体４の流れ方向に沿って内径が漸次大きくなる形状を有している。さらに本実施形態では、後段の反応器入口部１０１の内径が前段の反応器出口部１２の内径よりも大きく、かつ、後段の反応器出口部１０２において被処理物３の未分解物が浮上するように後段の反応器出口部１０２の内径が設定され、後段の反応器出口部１０２を通過する流体４の速度が調整されている。また、前段と後段の反応器１，１０を接続する配管径は、その配管において被処理物３が堆積しないような流速で流体４が流れるように設定されている。このような連続処理装置においては、前段の反応器１から排出された被処理物３は後段の反応器１０内に滞留して分解処理が行われ、後段の反応器１０で被処理物３の分解可能成分が全て分解されると、後段の反応器１０の上端から未分解物および分解生成物を含む流体４が排出される。

本実施形態では、反応器を１つ有する連続処理装置が設置スペースの高さ制限のために設置できない場合でも、反応器を複数にし、これらを平面方向に並べることで設置することができる。

以上の実施形態では、反応器が２つの例を示したがこれに限定されるものではなく、３つ以上の反応器を備えるようにしてもよい。また反応器の形状も流体４の流れ方向に沿って内径が段階的に大きくなる形状であってもよい。
＜実施形態４＞
図４は、実施形態４に係る連続処理装置の概要構成図である。なお、図１に示した部分と同一の部分については同じ符号を付し、説明を省略する。

反応器出口部１２において被処理物３の未分解物が沈降するように反応器出口部１２の内径が設定された場合、分解処理が進むにつれて反応器１内に未分解物が堆積するので、定期的に反応器１内を清掃して未分解物を除去する必要がある。そこで本実施形態では、未分解物を排出する清掃手段を設けている。清掃手段は、反応器１から取り出して冷却した分解生成物を含む流体４を反応器１に導入する手段と、反応器１内の未分解物が反応器１からその流体４と共に排出されるように分解生成物を含む流体４を反応器１に送り込む手段で構成されており、図４に示すようにそれぞれ、分解液回収槽２０に回収された分解生成物を含む流体４を供給ポンプ７の上流に導入する配管２４と、供給ポンプ７で構成される。

清掃時には、供給ポンプ７で分解液回収槽２０の分解生成物を含む流体４を吸引して反応器１内に送り込み、反応器１内の未分解物を分解生成物を含む流体４と共に反応器１の上端から排出する。分解処理時は未分解物を反応器１から排出させないようにしていたが、清掃時においては未分解物を反応器１から排出させるために分解液回収槽２０からの分解生成物を含む流体４を大流量で反応器１に流す必要がある。このため、供給ポンプ７をインバータ制御したり、図示しないが配管のバルブの開度を広げるなどして分解液回収槽２０からの分解生成物を含む流体４の流速を大きくして大流量で流すようにする。また、清掃時には電気ヒータ等の昇温部８の電源をオフにしている。

反応器１の上端から排出した未分解物および分解生成物を含む流体４は冷却部２で冷却する。このとき反応器１の上端から排出した分解生成物を含む流体４の流量は分解処理時よりも増大しているので、冷却部２の冷却水量を分解処理時よりも増やすなどして冷却部２の冷却性能を増大して対応する。また、反応器１の上端から排出した未分解物および分解生成物を含む流体４は固形分比率の高いスラリーであるため、冷却部２と減圧弁９の間に配管を介して分解液回収槽２７を接続し、分解処理時とは異なる管路で未分解物および分解生成物を含む流体４を回収する。分解液回収槽２７の上流に設けた減圧弁２６は、分解生成物を含む流体４が大流量であり、しかも固形分比率の高いスラリーであるため、弁開度を大きく設定して閉塞を抑制している。

分解液回収槽２７の下流には、図示しないが、送液ポンプ、固液分離部、回収槽を順次設け、分解液回収槽２７の未分解物および分解生成物を含む流体を固液分離して分解生成物を含む流体を回収してもよい。

以上の反応器内の清掃は被処理物３の連続分解処理の途中に行うものであるが、本実施形態の清掃は、清掃毎に反応器１内の流体４を冷却することなく未分解物を反応器１から排出することが可能であり、比較的に短時間で清掃できるという利点がある。このような清掃が定期的に行われるようにタイマ等の制御部２８を設けて所定時間毎に行われるようにしてもよいし、流体４の積算処理量を検出して所定の処理量毎に行われるようにしてもよい。
＜実施形態５＞
図５は、実施形態５に係る連続処理装置の概要構成図である。なお、図１に示した部分と同一の部分については同じ符号を付し、説明を省略する。

本実施形態は実施形態４とは異なる清掃手段を設けている。本実施形態の清掃手段は、反応器１から取り出して冷却した分解生成物を含む流体４が再び反応器１を経由する循環路と、反応器１内の未分解物を反応器入口部１１から排出する手段で構成されており、図５に示すようにそれぞれ、分解液回収槽２０の上流で分岐して供給ポンプ７の上流に配管２５が接続されて、冷却部２で冷却した分解生成物を含む流体４が分解液回収槽２０を経由せずに供給ポンプ７、昇温部８、反応器１、冷却部２、減圧弁９を経由する循環路と、反応器入口部１１の上流に接続された、開閉弁３０を備える排出配管２９で構成される。

清掃時には、電気ヒータ等の昇温部８の電源をオフにして供給ポンプ７で分解処理時と同様の流量で分解生成物を含む流体４を吸引して反応器１内に送り込み、反応器１の上端から前記流体４を排出して冷却部２で冷却するサイクルを反応器１内の流体４の温度が常温になるまで繰り返す。反応器１内の流体４の温度が常温まで下がった後は、開閉弁３０を開放して排出配管２９を通じて未分解物を含む流体４を反応器１内から全量取り出す。

本実施形態の清掃は、清掃時においても未分解物による減圧弁９の閉塞をより効果的に抑制しつつ反応器１内の流体４を冷却して反応器１内の未分解物を除去することができる。このような清掃が定期的に行われるように、実施形態４と同様にタイマ等の制御部２８を設けて所定時間毎に行われるようにしてもよいし、流体４の積算処理量を検出して所定の処理量毎に行われるようにしてもよい。

１，１０反応器
１１，１０１反応器入口部
１２，１０２反応器出口部
２冷却部
３被処理物
４流体
７供給ポンプ
２２固液分離部
２４，２５配管
２８制御部
２９排出配管
３０開閉弁

Claims

被処理物と流体を筒型の反応器の一端に連続的に供給して被処理物を超臨界もしくは亜臨界の流体で分解し、その分解生成物を含む流体を前記反応器の他端から連続的に取り出して冷却部で冷却して回収する連続処理装置において、
前記反応器は、流体が上向流を形成する流路を有し、その流路の下流側の断面積が上流側の断面積よりも大きくなるように構成され、かつ、反応器入口部は、分解前の被処理物が浮上しないような流速で流体が流れるようにした断面積を有することを特徴とする連続処理装置。
反応器の断面積が、流体の流れ方向に沿って漸増していることを特徴とする請求項１に記載の連続処理装置。
反応器の断面積が、流体の流れ方向に沿って段階的に大きくなっていることを特徴とする請求項１に記載の連続処理装置。
反応器出口部は、被処理物の未分解物を浮上させるような流速で分解生成物を含む流体が流れるようにした断面積を有し、未分解物を分解生成物を含む流体と共に反応器から取り出すことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の連続処理装置。
反応器が複数であり、各々が直列に接続され、後段の反応器入口部の断面積が前段の反応器出口部の断面積よりも大きくなっており、かつ、最後段の反応器出口部の断面積が被処理物の未分解物を浮上させるような流速で分解生成物を含む流体が流れるようにした断面積を有することを特徴とする請求項４に記載の連続処理装置。
反応器の下流に固液分離部を備えたことを特徴とする請求項４または５に記載の連続処理装置。
反応器出口部は、被処理物の未分解物を沈降させるような流速で分解生成物を含む流体が流れるようにした断面積を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の連続処理装置。
反応器内の未分解物を排出する清掃手段を備え、前記清掃手段が、反応器から取り出して冷却した分解生成物を含む流体を反応器に導入する手段と、反応器内の未分解物が反応器からその流体と共に排出されるように分解生成物を含む流体を反応器に送り込む手段で構成されることを特徴とする請求項７に記載の連続処理装置。
反応器内の未分解物を排出する清掃手段を備え、前記清掃手段が、反応器から取り出して冷却した分解生成物を含む流体が再び反応器を経由する循環路と、反応器内の未分解物を反応器入口部から排出する手段で構成されることを特徴とする請求項７に記載の連続処理装置。
反応器内の未分解物を清掃手段で定期的に反応器から排出する制御部を備えていることを特徴とする請求項８または９に記載の連続処理装置。