JP2015047547A - 触媒、及び流体浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】無機固形物の固着による管状空間の閉塞に起因する触媒能の低下を抑えることができる触媒を用いる流体浄化装置を提供する。【解決手段】流体浄化装置における反応槽の中で、浄化対象流体中に含まれる有機物の酸化分解反応を促進するために用いられ、複数の管状空間２５ａをその長手方向と直交する方向に並べた並列管構造におけるそれら管状空間２５ａにそれぞれ受け入れた流体中の有機物の酸化分解を促進する触媒２５において、互いに隣り合う管状空間２５ａの間を仕切る複数の隔壁２５ｂにそれぞれ、互いに隣り合う管状空間２５ａを連通させるための貫通口２５ｃを設けたことを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、複数の管状空間を並べた並列管構造と、互いに隣り合う管状空間の間の隔壁にそれら管状空間を連通させるための貫通口とを具備し、複数の管状空間の中でそれぞれ流体中に含まれる特定の物質の化学反応を促進する触媒に関するものである。また、浄化対象流体を加熱及び加圧しながら酸化剤と混合して浄化対象流体中の有機物を酸化分解する反応槽と、前記反応槽の中で前記有機物の酸化分解反応を促す触媒とを備える流体浄化装置に関するものである。

従来、この種の流体浄化装置として、特許文献１に記載のものが知られている。この流体浄化装置は、反応槽の中で、浄化対象流体としての原水を酸化剤としての酸素ガスとともに温度３７４［℃］、圧力２２．１［ＭＰａ］まで加熱及び加圧して、液体と気体との中間の性質を帯びた超臨界水にする。超臨界水は、水中の有機物を一瞬のうちに溶解して加水分解したり、有機物やアンモニア態窒素を、酸素の存在下で一瞬のうちに酸化分解したりする。この酸化分解を促進するために、反応槽の中には、複数の管状空間を並べたハニカム状の触媒が配設されている。触媒は、自らの筒状空間内を管長手方向に沿って流れている超臨界水に対し、管状空間を仕切っている自らの隔壁を接触させながら、隔壁を構成している触媒物質の触媒作用により、超臨界水中の有機物の酸化分解を促す。これにより、有機物を効率良く酸化分解することができる。

しかしながら、この流体浄化装置においては、無機固形物が触媒の隔壁に析出、固着して管状空間を閉塞してしまうことがある。具体的には、反応槽内では、有機物を酸化分解することによる最終産物の一部であるアルミナ、シリカ、ジルコニア、リンなどの無機物が無機固形物として析出する。そして、それらの無機固形物が触媒の隔壁に固着してその厚みを徐々に増していくことで、やがて管状空間を閉塞してしまう。

触媒の管状空間の管長手方向における全域のうち、一部の領域だけで無機固形物の固着による閉塞が起こっただけでも、その管状空間内では流体の移動が殆どできなくなる。このため、触媒に向けて搬送される超臨界水は、閉塞が起こった管状空間に進入することができず、閉塞していない管状空間だけに進入することになる。すると、閉塞した管状空間の数が増えるほど、閉塞していない管状空間に進入する超臨界水の量が増えることから、管状空間内における超臨界水の流速が速くなって、有機物の酸化分解不良を引き起こすおそれが出てくる。

なお、反応槽の中で原水を超臨界水にする構成において生ずる問題について説明したが、水とは異なる浄化対象流体を反応槽の中で超臨界状態にする構成においても、同様の問題が生じ得る。また、浄化対象流体を反応槽の中で亜臨界状態や過熱蒸気状態にする構成においても、同様の問題が生じ得る。

本発明は、以上の背景に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、無機固形物の固着による管状空間の閉塞に起因する触媒能の低下を抑えることができる触媒や、かかる触媒を用いる流体浄化装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明は、浄化対象流体を加熱及び加圧しながら酸化剤と混合して前記浄化対象流体中の有機物を酸化分解して前記浄化対象流体を浄化する反応槽を有する流体浄化装置における前記反応槽の中で、前記浄化対象流体中に含まれる前記有機物の酸化分解反応を促進するために用いられ、複数の管状空間をその長手方向と直交する方向に並べた並列管構造におけるそれら管状空間にそれぞれ受け入れた流体中の有機物の酸化分解を促進する触媒において、互いに隣り合う前記管状空間の間を仕切る複数の隔壁にそれぞれ、互いに隣り合う前記管状空間を連通させるための貫通口を設けたことを特徴とするものである。

本発明によれば、無機固形物の固着による管状空間の閉塞に起因する触媒能の低下を抑えることができる。

実施形態に係る流体浄化装置を示す概略構成図。 同流体浄化装置に用いられる触媒を示す斜視図。 同触媒を示す縦断面図。 同触媒の管状空間内における浄化対象流体の流れの一例を説明するための縦断面図。 一部の管状空間が無機固形物の固着によって閉塞した状態の同触媒を示す縦断面図。 同触媒の第１部品を示す平面図。 同触媒の第２部品を示す平面図。 変形例に係る流体浄化装置の触媒を示す斜視図。 同触媒の第１部品を示す斜視図。 同触媒の第２部品を示す斜視図。 実施例実験１を実施した後の試験機における反応槽２０の内部を槽入口側から撮影した写真画像。

以下、本発明を適用した流体浄化装置の実施形態について説明する。
図１は、実施形態に係る流体浄化装置を示す概略構成図である。実施形態に係る流体浄化装置は、酸化剤供給部、浄化対象物供給部、予熱部、反応部、熱交換部、降圧部、図示しない制御部などを備えている。

酸化剤供給部は、酸化剤圧送ポンプ６、酸化剤圧力計７、酸化剤出口弁８などから構成されている。また、浄化対象物供給部は、浄化対象物タンク１、攪拌機２、浄化対象物供給ポンプ３、浄化対象物圧力計４、浄化対象物出口弁５などから構成されている。また、予熱部は、予熱槽３０、予熱槽ヒーター３１、予熱槽電熱コイル３２などから構成されている。また、反応部は、反応槽２０、反応槽ヒーター２３、反応温度計２４、触媒２５などから構成されている。また、熱交換部は、浄化流体搬送管１６、熱交換器９、熱媒体タンク１０、熱交換ポンプ１１などから構成されている。また、降圧部は、出口圧力計１２、出口弁１３、気液分離器１４、安全弁１５、フィルター１７などから構成されている。

制御部は、漏電ブレーカー、マグネットスイッチ、サーマルリレーなどの組み合わせからなる給電回路を、各駆動系機器にそれぞれ個別に対応する分だけ有している。そして、プログラマブルシーケンサーからの制御信号によって給電回路のマグネットスイッチをオンオフすることで、各駆動系機器に対する電源のオンオフを個別に制御する。

浄化流体圧力計４、酸化剤圧力計７、出口圧力計１２はそれぞれ、圧力の検知結果に応じた値の電圧を出力する。また、反応槽温度計２４は、温度の検知結果に応じた電圧を出力する。それらの測定機器から出力される電圧は、それぞれ図示しないＡ／Ｄコンバーターによって個別にデジタルデータに変換された後、センシングデータとして制御部に入力される。制御部は、それらのセンシングデータに基づいて、各種の機器の駆動を制御する。

浄化対象流体タンク１には、分子量の比較的大きな有機物を含む浄化対象流体Ｗが未浄化の状態で貯留されている。浄化対象流体Ｗは、有機溶剤廃水、有機物含有廃水、有機物含有スラリーの何れか、又はそれらの混合体からなるものである。

攪拌機２は、浄化対象流体タンク１内に貯留されている浄化対象流体Ｗを撹拌することで、浄化対象流体中に含まれる浮遊物質を均等に分散せしめて、有機物濃度の均一化を図る。浄化対象流体タンク１内の浄化対象流体Ｗは、浄化対象流体供給ポンプ３によって反応槽２０に向けて連続的に圧送される。浄化対象流体供給ポンプ３から送り出された浄化対象流体Ｗは、浄化対象流体出口弁５に流入する。浄化対象流体出口弁５は、逆止弁の役割を担っており、浄化対象流体Ｗについて、浄化対象流体供給ポンプ３側から反応槽２０側への流れを許容する一方で、逆方向の流れを阻止する。浄化対象流体出口弁５を通過した浄化対象流体Ｗは、後述する酸化剤としての空気と合流した後、反応部に流入する。

コンプレッサーなどからなる酸化剤圧送ポンプ６は、酸化剤として取り込んだ空気を、浄化対象流体Ｗと同程度の圧力で圧縮しながら、酸化剤出口弁８に向けて送り出す。逆止弁の機能を有する酸化剤出口弁８を通過した空気は、予熱部の予熱槽３０の中に流入する。予熱槽３０は、金属などの熱伝導率の高い材料からなり、その外壁は予熱槽ヒーター３１で覆われている。また、予熱槽３０の中には、予熱槽電熱コイル３２が配設されている。予熱槽３０の中に流入した空気は、予熱槽ヒーター３１や予熱槽電熱コイル３２によって予備加熱された後、予熱槽３０の外に出る。そして、浄化対象流体Ｗと合流した後に、反応部に流入する。

酸化剤としては、空気の他、酸素ガス、オゾンガス、過酸化水素水の何れか１つ、あるいは、それらの２種類以上を混合したもの、を用いることも可能である。

反応部の反応槽２０は、外筒２１と、これの内部に配設された内筒２２とを具備する２重筒構造になっている。外筒２１と内筒２２との間の空間である筒間空間には、図示しない均圧水流入手段により、均圧水が圧送される。これにより、筒間空間の圧力が高圧に維持される。

反応槽２０内の浄化対象流体Ｗや空気を加熱するための反応槽ヒーター２３によって覆われている。浄化対象流体Ｗ及び空気は、互いに合流した後に、反応槽２０の内筒２２の中に圧送される。このようにして内筒２２内に流入した浄化対象流体Ｗ及び空気は、内筒２２の壁、均圧水、及び外筒２１の壁を介して反応槽ヒーター２３によって加熱されることで昇温することに加えて、有機物が酸化分解されることによる発熱によっても昇温する。浄化対象流体Ｗが有機物を高濃度に含むものである場合、多量の有機物が酸化分解される際の多量の発熱だけで、浄化対象流体Ｗが所望の温度まで昇温することもある。この場合、装置の立ち上げ時のみ、反応槽ヒーター２３による加熱を行い、酸化分解が開始された後には、反応槽ヒーター２３に対する電源をオフにすることができる。

内筒２２内の浄化対象流体Ｗや空気の圧力としては、０．５〜３０ＭＰａ（望ましくは２〜３０ＭＰａ）の範囲を例示することができる。内筒２２内の圧力は、背圧弁からなる出口弁１３によって調整される。出口弁１３は、内筒２２内の圧力が閾値よりも高くなると、自動で弁を開いて内筒２２内の浄化対象流体Ｗや空気を内筒２２外に排出させることで、内筒２２内の圧力を閾値付近に維持する。

内筒２２内の浄化対象流体Ｗや空気の温度としては、１００〜６００℃（望ましくは２００〜５５０℃）を例示することができる。温度の調整は、上述した反応槽ヒーター２３のオンオフや、後述する熱交換器９の動作のオンオフによって行われる。

温度及び圧力の条件として、温度＝３７４．２℃以上、且つ、圧力＝２１．８ＭＰａ以上を採用した場合、水の臨界温度や臨界圧力をそれぞれ超え、且つ空気の臨界温度や臨界圧力もそれぞれ超える状態である。このため、浄化対象流体Ｗが水を含有するものである場合、その水は液体と気体との中間的な性質を帯びる超臨界水になる。かかる超臨界水中では、有機物が良好に超臨界水に溶解するとともに、空気に良好に接触することから、有機物の酸化分解が急激に進行する。

温度及び圧力の条件として、温度＝２００℃以上（望ましくは３７４．２℃以上）、且つ、圧力＝２１．８ＭＰａ未満（望ましくは１０ＭＰａ以上）の比較的高圧を採用して、内筒２２内で浄化対象流体Ｗを過熱蒸気状態にしてもよい。

流体浄化装置の運転が開始されるときには、内筒２２内の流体には高圧がかけられるが、その流体の温度はそれほど高くなっていない。そこで、運転開始時には、反応槽ヒーター２３を発熱させて、内筒２２内の流体の温度を２００〜５５０℃まで昇温させる。

内筒２２内においては、高温高圧の状態の浄化対象流体Ｗは、有機物やアンモニア態窒素が酸化分解されながら、内筒２２の入口側（図中上側）から出口側（図中下側）に向けて搬送される。内筒２２内において、出口側には、触媒２５が配設されている。浄化対象流体Ｗは、この触媒２５の中を通過する際に、触媒２５によって有機物やアンモニア態窒素の酸化分解が促される。触媒２５の後端部まで移動した浄化対象流体Ｗは、有機物やアンモニア態窒素がほぼ完全に酸化分解された状態になっている。そして、内筒２２内から排出されて浄化流体搬送管１６に流入する。

熱交換部の浄化流体搬送管１６内では、浄化済みの浄化対象流体Ｗの水分が冷却されて、超臨界状態、あるいは過熱蒸気状態、から液体状態に態様を変化させる。一方、流体中の酸素や窒素は、常に気相である。

浄化流体搬送管１６の外面には、熱交換器９が装着されている。熱交換器９の本体は、浄化流体搬送管１６の外面を覆う外管で構成され、外管と浄化流体搬送管１６の外面との間の空間を水などの熱交換流体で満たしている。そして、浄化流体搬送管１６の外面と熱交換流体との熱交換を行う。反応槽２０の運転時には、非常に高温の流体が浄化流体搬送管１６の内部に流れるため、浄化流体搬送管１６から熱交換器９内の熱交換流体に熱が移動して、熱交換流体が熱せられる。

熱交換器９内で熱せられた熱交換流体は、図示しないパイプを通って発電施設に送られる。発電施設の一例として、発電機を例示することができる。発電機では、熱せられたことによって圧力を高めている熱交換流体を液体から気体の状態にするときに発生する気流によってタービンを回転させることで発電が行われる。

熱交換部を通過した流体は、降圧部に進入する。降圧部の出口弁１３の近傍には、降圧部内の流体の温度を検知する図示しない出口温度計が設けられている。制御部は、出口温度計による検知結果が所定の数値範囲内に維持されるように、熱交換ポンプ１１の駆動を制御する。降圧部の出口弁１３を通過した流体は、気液分離器１４により、気体と液体とに分離される。

内筒２２内の圧力としては、これまで例示した値でなくても、大気圧以上であればよい。また、内筒２２内の流体の温度としては、これまで例示した値でなくても、１００［℃］以上であればよい。

次に、実施形態に係る流体浄化装置の特徴的な構成について説明する。
図２は、触媒２５を示す斜視図である。触媒２５は、複数の管状空間２５ａをその長手方向と直交する方向に並べた並列管構造（ハニカム状構造）になっている。

図３は、触媒２５を示す縦断面図である。触媒２５において、互いに隣り合う管状空間２５ａの間に位置する複数の隔壁２５ｂには、それぞれ互いに隣り合う管状空間２５ａを連通させるための貫通口２５ｃが設けられている。

図４は、触媒２５の管状空間２５ａ内における浄化対象流体Ｗの流れの一例を説明するための縦断面図である。同図において、浄化対象流体Ｗは、触媒２５における図中上側の端から、管状空間２５ａに流入する。図中の左から３番目の管状空間２５ａに流入した浄化対象流体２５ａは、基本的には、左から３番目の管状空間２５ａの中を、図中上側から下側に向けて流れる。以下、管状空間２５ａに番号を付して説明する場合には、その番号は左からの並び順とする。

３番目の管状空間２５ａ内に流入した浄化対象流体Ｗの全てが、３番目の管状空間２５ａ内だけを流れるとは限らない。例えば、３番目の管状空間２５ａと、４番目の管状空間２５ａとの間の隔壁２５ｂに設けられた貫通口２５ｃを通じて、一部の浄化対象流体Ｗが３番目の管状空間２５ａから４番目の管状空間２５に移動することもある。同様に、４番目の管状空間２５ａ内に流入した浄化対象流体Ｗは、３番目の管状空間２５ａと４番目の管状空間２５ａとの間の隔壁２５ｂに設けられた貫通口２５ｃを通じて、４番目の管状空間２５ａから３番目の管状空間２５ａに移動することが可能である。

４番目の管状空間２５ａにおいて、図５に示されるように、長手方向における一部の位置で無機固形物５０が隔壁２５ｂに固着して、４番目の管状空間２５ａを閉塞したとする。このような閉塞が生じたとしても、４番目の管状空間２５ａ内で浄化対象流体Ｗの流れを維持することが可能である。具体的には、無機固形物５０よりも流体搬送方向の上流側では、浄化対象流体Ｗの流れが次のようにして維持される。即ち、４番目の管状空間２５ａを囲んでいる複数の隔壁２５ｂにそれぞれ設けられた貫通口２５ｃのうち、無機固形物５０よりも上流側にある貫通口２５ｃを通じて、浄化対象流体Ｗが４番目の管状空間２５ａに隣接している管状空間２５ａに移動する。図示の例では、３番目の管状空間２５ａと４番目の管状空間２５ａとの間の隔壁２５ｂに設けられた２つの貫通口２５ｃのうち、一方が無機固形物５０よりも上流側に位置している。無機固形物５０よりも上流側では、４番目の管状空間２５ａ内の浄化対象流体Ｗが、その一方の貫通口２５ａを通じて３番目の貫通口２５ａ内に移動する。この移動により、４番目の管状空間２５ａ内において、無機固形物５０よりも上流側の浄化対象流体Ｗの流れが維持される。

また、無機固形物５０よりも下流側では、浄化対象流体Ｗの流れが次のようにして維持される。即ち、４番目の管状空間２５ａを囲んでいる複数の隔壁２５ｂにそれぞれ設けられた貫通口２５ｃのうち、無機固形物５０よりも下流側にある貫通口２５ｃを通じて、浄化対象流体Ｗが４番目の管状空間２５ａに流入する。図示の例では、３番目の管状空間２５ａと４番目の管状空間２５ａとの間の隔壁２５ｂや、４番目の管状空間２５ａと５番目の管状空間２５ａとの間の隔壁２５ｂがそれぞれ、無機固形物５０よりも下流側に貫通口を有している。それらの貫通口を通じて、３番目の管状空間２５ａ内の浄化対象流体Ｗが４番目の管状空間２５ａ内に流入したり、５番目の管状空間２５ａ内の浄化対象流体Ｗが４番目の管状空間２５ａ内に流入したりする。これにより、無機固形物５０よりも下流側における浄化対象流体Ｗの流れが維持される。

なお、３番目の管状空間２５ａには、４番目の管状空間２５ａにおける無機固形物５０よりも上流側の浄化対象流体が貫通口２５ｃを通じて流入することから、３番目の管状空間２５ａ内の浄化対象流体は通常よりも加圧される傾向にある。このため、無機固形物５０よりも下流側では、５番目の管状空間２５ａ内の浄化対象流体よりも、３番目の管状空間２５ａ内の浄化対象流体が優先して、貫通口２５ｃを通じて４番目の管状空間２５ａ内に流入する傾向になる。これにより、複数の管状空間２５ａ間における浄化対象流体Ｗの圧力の均一化や流速の均一化が図られる。

このように、実施形態に係る流体浄化装置においては、触媒２５における複数の管状空間２５ａのうち、何れかの管状空間２５ａで無機固形物５０による閉塞が起こったとしても、その管状空間２５ａ内における浄化対象流体Ｗの流れを維持する。これにより、閉塞してしまった管状空間２５ａ内においても浄化対象流体Ｗの有機物の酸化分解を促すことが可能であるので、無機固形物５０の固着による管状空間２５ａの閉塞に起因する触媒能の低下を抑えることができる。

また、隔壁２５ｂに複数の貫通口２５ｃを設けることで、隔壁２５ｂの軽量化を図ることもできる。

貫通口２５ｃの口形状としては、円状、楕円状、多角形状、スプライン状、あるいはそれらの組み合わせを例示することができる。

触媒２５の隔壁２５ｂは、少なくともその表面が有機物の酸化分解を促進する触媒物質からなるものである。かかる触媒物質としては、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｅ、Ｔｉ、Ｍｎの何れか、あるいは何れか１つを含む化合物を例示することができる。

隔壁２５ｂは、基材の表面に、前述した触媒物質からなる触媒層が被覆されたものである。かかる基材の材料としては、次に掲げるもののうち、何れか１つであればよい。
・Ｔｉ、Ｔａ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｚｒ及びＶからなる第１群における何れか１つ。
・少なくとも第１群における何れか１つを含む合金。
・金属酸化物。
・第１群における何れか１つ、前記合金、及び金属酸化物における２つ以上の組み合わせ。
・Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏにおける少なくとも何れか１つを含む合金。
・セラミック。
・石英ガラス。

管状空間２５ａの口形状としては、円状、楕円状、多角形状、スプライン状、あるいはそれらの２つ以上の組み合わせ、を例示することができる。

図６は、触媒２５の第１部品１００Ａを示す平面図である。平板状の第１部品１００Ａは、図中矢印で示される浄化対象流体搬送方向（以下、単に流体搬送方向という）の上流側端部に、流体搬送方向に並ぶ複数の長穴１０１Ａを具備している。矩形状の長穴１０１Ａは、流体搬送方向と直交する方向（以下、搬送直交方向という）に延在している。

第１部品１００Ａの流体搬送方向における中央から下流端にかけての領域には、複数の孔１０２Ａが形成されている。また、搬送直交方向に並ぶ複数のスリット１０３Ａも形成されている。スリット１０３Ａは、流体搬送方向に延在している。なお、長穴１０１Ａや孔１０２Ａは、後に触媒２５の貫通口２５ｃとなるものである。

図７は、触媒２５の第２部品１００Ｂを示す平面図である。平板状の第２部品１００Ｂは、流体搬送方向の下流側端部に、流体搬送方向に並ぶ複数の長穴１０１Ｂを具備している。矩形状の長穴１０１Ｂは、搬送直交方向に延在している。

第２部品１００Ｂの流体搬送方向における中央から上流端にかけての領域には、複数の孔１０２Ｂが形成されている。また、搬送直交方向に並ぶ複数のスリット１０３Ｂも形成されている。スリット１０３Ｂは、流体搬送方向に延在している。なお、長穴１０１Ｂや孔１０２Ｂは、後に触媒２５の貫通口２５ｃとなるものである。

長穴１０１Ａ、長穴１０１Ｂ、孔１０２Ａ、孔１０２Ｂは、スリット１０３Ａ、スリット１０３Ｂそれぞれレーザー加工によって形成されたものである。レーザー加工に代えて、フォトリソグラフィー法によって形成してもよい。また、焼成の際に燃焼する物質を焼成前の部品に埋め込んでおき、焼成によってその物質を燃焼させることで形成してもよい。

図７では、第２部品１００Ｂの平面における短辺を図の紙面の左右方向に沿わせる姿勢で示しているが、第１部品１００Ａ及び第２部品１００Ｂを組み合わせて触媒２５を製造する際には、例えば、次のようにする。即ち、第２部品１００Ｂの平面における短辺を図の紙面に直交する方向に沿わせる姿勢にし、且つ第１部品１００Ａを図６で示されているのと同じ姿勢にする。そして、第１部品１００Ａの複数のスリット１０３Ａにおける何れか１つに、第２部品１００Ｂの複数のスリット１０３Ｂにおける何れか１つを噛み合わせる。このようにして、複数の第１部品１００Ａと第２部品１００Ｂとを噛み合わせることで、触媒２５を製造することができる。

図８は、変形例に係る流体浄化装置の触媒２５を示す斜視図である。この触媒２５は、口形状が三角形状である複数の管状空間２５ａを具備している。

図９は、変形例に係る流体浄化装置の触媒２５の第１部品１００Ｃを示す斜視図である。平板状の第１部品１００Ｃは、短辺方向や長辺方向にそれぞれ規則的に並ぶ複数の孔１０１Ｃを具備している。これら孔１０１Ｃは、後に触媒２５の貫通口２５ｃになるものである。

図１０は、変形例に係る流体浄化装置の触媒２５の第２部品１００Ｄを示す斜視図である。第２部品１００Ｄは、図示のように波板状の折れ目を有するものである。この第２部品１００Ｄは、第１部品１００Ｃに対してその厚み方向に合わされることで、１つの第１部品１００Ｃと１つの第２部品１００Ｄとからなる部品対を形成する。この部品対を複数重ねた後、それらを周知の技術によって束ねるか、あるいは接合することにより、触媒２５を製造することができる。

次に、本発明者らが行った実験について説明する。
［実施例実験１］
本発明者らは、実施形態に係る流体浄化装置の触媒２５と同様のものを試作した。但し、並列管構造のマトリクスについては、縦３列×横３列とした。この触媒２５を製造するための第１部品１００Ａや第２部品１００Ｂの基材としては、Ｔｉからなるものを用いた。また、基材の表面に被覆する触媒層としては、Ｐｂからなるものを用いた。以下、この触媒２５を、第１実施例触媒という。

実施形態に係る流体浄化装置の試作機を用意した。そして、この試作機の内筒２２内に第１実施例触媒を配設した。内筒２２内の圧力を１０［ＭＰａ］、温度を４００［℃］に設定して、試運転を行った。この試運転において、浄化対象流体Ｗとしては、メタノール、シリカ、アルミナの混合溶液からなるものを用いた。そのＴＯＣ（Total Organic Carbon）濃度は、５００［ｍｇ／ｌ］である。このような浄化対象流体Ｗを、２．０［ｍｌ／ｍｉｎ］の流速で内筒２２内に圧送した。同時に、空気を８．０［ｍｌ／ｍｉｎ］の流速で内筒２２内に圧送した。

浄化対象流体Ｗの流入開始から２８０分後に運転を停止させて、そのときに気液分離器１４に流入してきた液体（浄化液）のＴＯＣ濃度を測定した。すると、３４６．８［ｍｇ／ｌ］であった。

［実施例実験２］
本発明者らは、変形例に係る流体浄化装置の触媒２５と同様のものを試作した。但し、並列管構造のマトリクスについては、縦３列×横３列とした。この触媒２５を製造するための第１部品１００Ｃや第２部品１００Ｄの基材としては、ＳＵＳ３０４からなるものを用いた。また、基材の表面に被覆する触媒層としては、Ｐｄからなるものを用いた。以下、この触媒２５を、第２実施例触媒という。

試作機の内筒２２内に第２実施例触媒を配設した。そして、実施例実験１と同様にして試運転を行い、２８０分後に得られた浄化液のＴＯＣ濃度を測定した。すると、３０３．９［ｍｇ／ｌ］であった。

［比較例実験］
隔壁２５ｂに貫通口を設けていない点の他は、実施形態に係る浄化対象流体の触媒２５と同じ構成の触媒を試作した。以下、この触媒を、比較例触媒という。

試作機の内筒２２内に比較例触媒を配設した。そして、実施例実験１と同様にして試運転を行い、２８０分後に得られた浄化液のＴＯＣ濃度を測定した。すると、８３３．９［ｍｇ／ｌ］であった。

以上の実験の結果を、次の表１に示す。

上述したように、比較例実験は、隔壁に貫通口を形成していない比較例触媒を用いた点の他は、実施例実験１と同様の条件でなされたものである。この比較例実験では、２８０分後の浄化液のＴＯＣ濃度が、実施例実験１の２．４倍になった。それだけ、浄化能力が実施例実験１よりも低下しているのである。

図１１は、実施例実験１を実施した後の試験機における反応槽２０の内部を槽入口側から撮影した写真画像である。同図において、二重の円構造に見えるのは反応槽２０の外筒２１及び内筒２２による二重筒構造である。触媒２５は、内筒２２の内側の円構造に隙間無く嵌り込む形状になっている。このため、縦３列×横３列のマトリクスにおける９個の管状空間２５ａのうち、四隅にある４つの管状空間２５ａは、図示のように、口形状が扇状になっており、四角状の管状空間２５ａに比べて断面積が小さくなっている。そして、図中で白く見えるのは、無機固形物５０である。断面積の小さな扇状の管状空間２５ａが、無機固形物５０によって閉塞していることがわかる。断面積の大きな四角状の管状空間２５ａでは隔壁への無機固形物５０の固着がなく、閉塞していない。

同図により、実施例実験１を実施した後の管状空間２５ａの閉塞状況を示したが、比較例実験においても、実施例実験１とほぼ同様の閉塞が発生した。にもかかわらず、実施例実験１における浄化液のＴＯＣ濃度が比較例実験よりも大幅に低くなったのは、実施例実験１では、隔壁２５ｂに設けられた貫通口２５ｃにより、閉塞した管状空間２５ａ内でも流体の流れを発生させているからだと思われる。

なお、特開平６−２０６２７１号公報には、隔壁に設けた貫通口により、互いに隣り合う管状空間を連通させたハニカム状の触媒が開示されている。しかしながら、この触媒は、排気ガス中に含まれる特定の物質を除去するために排気ガスが通されるものであり、本発明に係る触媒のように、流体浄化装置の反応槽内に配設されて浄化対象流体中の有機物の酸化分解を促すものではない。

以上に説明したものは一例であり、本発明は、次の態様毎に特有の効果を奏する。
［態様Ａ］
態様Ａは、浄化対象流体を加熱及び加圧しながら酸化剤（例えば空気）と混合して前記浄化対象流体中の有機物を酸化分解して前記浄化対象流体を浄化する反応槽（例えば反応槽２０）を有する流体浄化装置における前記反応槽の中で、前記浄化対象流体中に含まれる前記有機物の酸化分解反応を促進するために用いられ、複数の管状空間（例えば管状空間２５ａ）をその長手方向と直交する方向に並べた並列管構造におけるそれら管状空間にそれぞれ受け入れた流体中の有機物の酸化分解を促進する触媒（例えば触媒２５）において、互いに隣り合う前記管状空間の間を仕切る複数の隔壁（例えば隔壁２５ｂ）にそれぞれ、互いに隣り合う前記管状空間を連通させるための貫通口（例えば貫通口２５ｃ）を設けたことを特徴とするものである。

かかる構成においては、複数の管状空間における何れかに無機固形物５０による閉塞が生じても、その管状空間内における浄化対象流体の流れを維持して浄化対象流体中の有機物の酸化分解を促すことが可能である。例えば、閉塞した管状空間の閉塞箇所よりも流体搬送方向の上流側の領域において隔壁の貫通口が存在している場合には、閉塞箇所よりも上流側において、浄化対象流体の流れが次のように維持される。即ち、管状空間の入口から管状空間に進入した浄化対象流体が閉塞箇所に向けて流れた後、閉塞箇所の手前で貫通口に進入して隣の管状空間に移動する。これにより、入口から貫通口までの領域で、閉塞前と同様に浄化対象流体の流れが維持されて、浄化対象流体中の有機物の酸化分解が促される。また、閉塞した管状空間の閉塞箇所よりも下流側の領域において隔壁の貫通口が存在している場合には、閉塞箇所よりも下流側において、浄化対象流体の流れが次のように維持される。即ち、閉塞した管状空間の隣りに存在している管状空間内を入口側から出口側に向けて流れている浄化対象流体の一部が貫通口に進入して、閉塞した管状空間に移動する。そして、閉塞した管状空間内を貫通口側から出口側に向けて流れて出口から排出される。これにより、閉塞箇所よりも下流側における貫通口から出口までの領域で、閉塞前と同様に浄化対象流体の流れが維持されて、浄化対象流体中の有機物の酸化分解が促される。このように、閉塞した管状空間内で浄化対象流体の流れを維持することで、管状空間の閉塞に起因する触媒能の低下を抑えることができる。

［態様Ｂ］
態様Ｂは、態様Ａであって、前記隔壁が前記長手方向における互いに異なる位置にそれぞれ配設された複数の前記貫通口を具備するものであることを特徴とするものである。かかる構成では、発明の実施の形態で説明したように、閉塞した管状空間の閉塞箇所よりも上流側と下流側とでそれぞれ隔壁の貫通口が存在している場合に、閉塞した管状空間における閉塞箇所よりも上流側及び下流側でそれぞれ浄化対象流体の流れを維持する。これにより、触媒能の低下をより確実に抑えることができる。

［態様Ｃ］
態様Ｃは、態様Ａ又はＢであって、前記貫通口の口形状が円状、楕円状、多角形状、曲線状、又はそれらを組み合わせた形状であることを特徴とするものである。

［態様Ｄ］
態様Ｄは、態様Ａ〜Ｃの何れかであって、少なくとも表面が、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｅ、Ｔｉ及びＭｎのうち、少なくとも何れか１つを含む物質からなることを特徴とするものである。

［態様Ｅ］
態様Ｅは、態様Ａ〜Ｄの何れかであって、Ｔｉ、Ｔａ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｚｒ及びＶからなる第１群における何れか１つと、少なくとも前記第１群における何れか１つを含む合金と、金属酸化物と、前記第１群における何れか１つ、前記合金及び前記金属酸化物のうちの２つ以上の組み合わせと、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ及びＭｏにおける少なくとも何れか１つを含む合金と、セラミックと、石英ガラスとのうち、何れか１つからなる基材と、前記基材の表面に被覆された触媒作用を発揮する物質からなる触媒層とを有することを特徴とするものである。

［態様Ｆ］
態様Ｆは、態様Ａ〜Ｅの何れかであって、前記管状空間の横断面方向の形状が、円状、楕円状、多角形状、曲線状又はそれらを組み合わせた形状であることを特徴とするものである。

［態様Ｇ］
態様Ｇは、浄化対象流体を加熱及び加圧しながら酸化剤と混合して浄化対象流体中の有機物を酸化分解する反応槽と、前記反応槽の中で前記有機物の酸化分解反応を促す触媒とを備える流体浄化装置において、前記触媒として、態様Ａ〜Ｆの何れかを用いたことを特徴とするものである。

［態様Ｈ］
態様Ｈは、態様Ｇであって、前記浄化対象流体が、有機物を含む廃水、有機物を含むスラリー、有機溶剤、及び有機溶剤水溶液のうち、少なくとも何れか１つを含むものであることを特徴とするものである。

［態様Ｉ］
態様Ｉは、態様Ｇ又はＨであって、前記反応槽の中で前記浄化対象流体を１００［℃］以上に加熱することを特徴とするものである。

［態様Ｊ］
態様Ｊは、態様Ｇ〜Ｉの何れかであって、前記反応槽の中で前記浄化対象流体を大気圧以上の圧力で加圧することを特徴とするものである。

Ｗ：浄化対象流体
２０：反応槽
２５：触媒
２５ａ：管状空間
２５ｂ：隔壁
２５ｃ：貫通口
１００Ａ：第１部品
１００Ｂ：第２部品
１００Ｃ：第１部品
１００Ｄ：第２部品

特開２００１−２０５２７９号公報

Claims (10)

1. 浄化対象流体を加熱及び加圧しながら酸化剤と混合して前記浄化対象流体中の有機物を酸化分解して前記浄化対象流体を浄化する反応槽を有する流体浄化装置における前記反応槽の中で、前記浄化対象流体中に含まれる前記有機物の酸化分解反応を促進するために用いられ、複数の管状空間をその長手方向と直交する方向に並べた並列管構造におけるそれら管状空間にそれぞれ受け入れた流体中の有機物の酸化分解を促進する触媒において、
   互いに隣り合う前記管状空間の間を仕切る複数の隔壁にそれぞれ、互いに隣り合う前記管状空間を連通させるための貫通口を設けたことを特徴とする触媒。
2. 請求項１の触媒であって、
   前記隔壁が前記長手方向における互いに異なる位置にそれぞれ配設された複数の前記貫通口を具備するものであることを特徴とする触媒。
3. 請求項１又は２の触媒であって、
   前記貫通口の口形状が円状、楕円状、多角形状、曲線状、又はそれらを組み合わせた形状であることを特徴とする触媒。
4. 請求項１乃至３の何れかの触媒であって、
   少なくとも表面が、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｅ、Ｔｉ及びＭｎのうち、少なくとも何れか１つを含む物質からなることを特徴とする触媒。
5. 請求項１乃至４の何れかの触媒であって、
   Ｔｉ、Ｔａ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｚｒ及びＶからなる第１群における何れか１つと、
   少なくとも前記第１群における何れか１つを含む合金と、
   金属酸化物と、
   前記第１群における何れか１つ、前記合金及び前記金属酸化物のうちの２つ以上の組み合わせと、
   Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ及びＭｏにおける少なくとも何れか１つを含む合金と、
   セラミックと、
   石英ガラスとのうち、何れか１つからなる基材と、
   前記基材の表面に被覆された触媒作用を発揮する物質からなる触媒層とを有することを特徴とする触媒。
6. 請求項１乃至５の何れかの触媒であって、
   前記管状空間の横断面方向の形状が、円状、楕円状、多角形状、曲線状又はそれらを組み合わせた形状であることを特徴とする触媒。
7. 浄化対象流体を加熱及び加圧しながら酸化剤と混合して浄化対象流体中の有機物を酸化分解する反応槽と、前記反応槽の中で前記有機物の酸化分解反応を促す触媒とを備える流体浄化装置において、
   前記触媒として、請求項１乃至６の何れかの触媒を用いたことを特徴とする流体浄化装置。
8. 請求項７の流体浄化装置であって、
   前記浄化対象流体が、有機物を含む廃水、有機物を含むスラリー、有機溶剤、及び有機溶剤水溶液のうち、少なくとも何れか１つを含むものであることを特徴とする流体浄化装置。
9. 請求項７又は８の流体浄化装置であって、
   前記反応槽の中で前記浄化対象流体を１００［℃］以上に加熱することを特徴とする流体浄化装置。
10. 請求項７乃至９の何れかの流体浄化装置であって、
    前記反応槽の中で前記浄化対象流体を大気圧以上の圧力で加圧することを特徴とする流体浄化装置。