JP3426110B2 - 超臨界水雰囲気の反応場に固形物を輸送する方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超臨界水雰囲気で
粉粒状の有機固形物を分解する場合に用いられる分解対
象物の輸送方法及び装置に関し、特には、イオン交換樹
脂や活性炭等のように水中で沈降する固形物を超臨界水
酸化して処理する際に好適に用いられる分解対象物の輸
送方法及び装置に関する。

【０００２】

【発明の背景と従来技術】本発明が適用される分野の従
来技術及び課題を、イオン交換樹脂を酸化分解して減容
化する場合を例にして以下説明する。

【０００３】従来から火力発電所などの発電設備では、
復水中に含まれる不純物（クラッドやイオンなど）を除
去するために復水系統でイオン交換樹脂が使用されてお
り、このイオン交換樹脂は経時に劣化するため一定の使
用限界に至った段階で廃棄される。そしてこの廃棄イオ
ン交換樹脂は、廃棄物一般についての要請と同様に減容
化して廃棄することが従来から望まれている。しかし、
イオン交換樹脂は難分解性の物質である場合が多く、低
コストに減容化して処理できる工業的規模の減容化技術
は現在までのところ実現されていない。また、原子力発
電所の復水系で使用されたイオン交換樹脂については、
イオン交換樹脂が難分解性であるという上記の問題に加
えて、廃棄イオン交換樹脂に吸着・付着しているクラッ
ド等に放射性物質が含まれているため、その放射性物質
を封じ込めて保管するため保管設備の縮小化が求められ
ている。このように、発電所設備から生ずる廃棄イオン
交換樹脂の容積減容化の技術が従来から求められている
ことに鑑み、本発明者は容積減容化に有効な方法につい
て検討した。

【０００４】一般的な減容化方法として知られる直接燃
焼法は、焼却炉で例えば８００℃以上の高温でイオン交
換樹脂を酸化分解する方法であり、対象物の完全分解は
実現できる。しかし、ＮＯ_X 、ＳＯ_X の発生があること
や、放射性物質が含まれるような場合には、燃焼ガスを
大気に放出する際に放射性物質が廃ガスに含まれないよ
うにする対策が必要になるという問題がある。また、高
温での焼却を行うため、焼却炉の耐久性や焼却に用いる
燃料（重油等）の消費の点から、設備コストや運転コス
トが嵩むという問題がある。また他の方法として知られ
る湿式酸化法は、ＮＯ_X 、ＳＯ_X や放射性物質が大気に
放出されるという問題はないものの、難分解性であるイ
オン交換樹脂の分解が不完全となってダイオキシンなど
の有毒物質を副生するという別の問題を招く虞れがあ
る。

【０００５】これらの問題があるために、上記の直接燃
焼法、湿式酸化法の採用は、分解が比較的容易な対象物
に限定されている。

【０００６】一方、超臨界水酸化処理法は、難分解性物
質、例えば塩素化合物，窒素化合物あるいは硫黄化合物
等をその物質の化学構造に含む難分解性物質を処理する
技術として注目される（例えば特公平１−３８５３２号
公報参照）。

【０００７】この超臨界水酸化による処理方法は、分解
対象物を超臨界水雰囲気の反応場に供給すると共に、併
せて、酸素等の酸化剤及び超臨界水を供給し、反応場に
おいて水の超臨界条件下で分解対象物を酸化分解する方
法であり、生成流体は、冷却され、ガス（主に炭酸ガ
ス）は減圧機構で減圧した後排気管を通して大気に排出
し、水は必要に応じてこれに含まれる無機物等を除去し
て凝縮水排水管を通して排出させるものである。そして
この方法は、水の臨界条件すなわち臨界温度３７４℃及
び臨界圧力２２ＭＰａを越えた条件下の水（超臨界水）
の極性が温度と圧力で制御可能となって、パラフィン系
炭化水素やベンゼン等の非極性物質も溶解することがで
き、また酸素等のガスとも任意の割合で単一相で混在す
るという有機物酸化分解用の反応溶媒として極めて優れ
た特性を示すこと、分解対象物の炭素含有率が数％あれ
ば自身の酸化熱（ないし若干の補助燃料の供給）だけで
反応温度維持ができること、ほとんどの難分解性有機物
や有害有機廃棄物を超臨界水中で加水分解反応や熱分解
反応を適切にコントロールすることにより完全に分解で
きること、特に処理を閉鎖系の装置内で行えること、な
どの点で有害有機物の分解処理に極めて適している。ま
た、放射性物質を含む場合にも、水やガスの排出系でそ
の放射性物質を確実にかつ無駄なく捕捉することもでき
るので、原子力発電所設備からのイオン交換樹脂の酸化
分解処理にも好適に用いられるという利点がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したイ
オン交換樹脂は粉粒状の固形物であり、これを超臨界水
酸化で処理する場合には、次のことが問題となる。すな
わち、超臨界水酸化の処理法は、分解対象物が酸化分解
する際に発生する酸化熱を利用して反応温度を維持する
ことを特徴とし、難分解性有機物を処理する場合には、
これが不完全に分解されると上述したダイオキシン等の
有毒物質が副生される虞れがあるので、完全分解のため
に反応場における反応温度にムラが生ずることをできる
だけ回避する必要がある。このため超臨界水酸化処理で
は、反応場においての酸化熱発生量の変動を避ける必要
があり、この発熱量の変動に直接影響する分解対象物の
濃度変動（濃度ムラ）を避けることが重要となる。しか
し、例えばイオン交換樹脂を粉砕しないで、上記反応場
に濃度がムラない状態で輸送（供給）することは必ずし
も容易でない。

【０００９】この濃度ムラが起き易い理由は次のように
考えられる。すなわち、超臨界水酸化の処理は、水の臨
界圧を越えた圧力下の反応場に比較的低速で分解対象物
を供給して超臨界水酸化を行うという特殊な処理の条件
であることにその原因の一つとして挙げられる。一般に
粉粒体の輸送では、粉粒体の比重、形状、粒径、分散型
か集積型かなどの粉粒体の物性、及び輸送流体（流体）
の物性、輸送圧力、輸送速度などがその輸送効率の因子
として関係し、例えば、輸送流体と被輸送物（粉粒体）
に比重差がある場合には、ポンプの吐出圧力を高くして
輸送速度を速くするなどして粉粒体の輸送管内での堆積
やポンプ内での滞留につながる粉粒体の沈降を防いで輸
送する方法が考えられる。しかし超臨界水酸化を行うた
めに低圧下から上記の高圧下に固形物を供給する輸送で
は、通常、容積型ポンプ（プランジャーポンプ，ピスト
ンポンプ，ダイヤフラムポンプ）が使用されるので、被
輸送物質の連続輸送時に容積型ポンプに特有の輸送ムラ
（脈動）を発生することが避け難いからである。

【００１０】また、一般の輸送系では、粉粒体の沈降し
易い位置に二次流体供給して該粉粒体を流動化させるこ
とや、気体をバブリングして流動化させることもできる
が、超臨界水酸化の輸送系では、二次流体を供給するた
めに別途の高圧ポンプが必要となって設備コストや制御
上の負担を招き、気体バブリングをすれば気泡混入によ
って容積型ポンプによる輸送に支障を招く虞が大きいの
で採用は難しい。

【００１１】また以上の問題とは別に、上記の濃度ムラ
が生ずることは、反応によって中和塩を生成しなければ
ならない分解対象物の場合には、生成する酸の中和のた
めに添加する中和剤を極力当量に近似して添加すること
が減容化目的の上から望まれるにもかかわらず、変動す
る濃度ムラの上限値に基づいて中和剤を過剰に添加する
必要を招き、特に、放射性物質等を含む生成反応液を濃
縮して保管するなどの処理を行う際には、液中に含まれ
る無機塩が増加するのでその後の濃縮減容化処理が不利
になるという別の問題を派生する不具合もある。

【００１２】以上のことから、例えばイオン交換樹脂等
の粉粒体（固形物）を超臨界水酸化処理する場合には、
供給管やポンプ内での堆積，滞留による弊害を防ぎ、ひ
いては反応場に連続供給する分解対象物の濃度ムラを防
ぐことが求められ、その対策として、粉粒体を破砕，粉
砕して流動性を高めることが考えられている。

【００１３】しかしこのようにすることは、破砕，粉砕
を行う装置が必要となることや、粉砕粒径の管理が必要
となるために工業的な設備として有利でないから、でき
ればこの工程を省略ないし負担を軽減することが望まれ
る。またイオン交換樹脂は、湿式粉砕が難しいために粉
砕に先立って乾燥の前処理が必要になり、粉砕処理を行
う方式ではその負担はより大きい。

【００１４】本発明は、以上のような超臨界水雰囲気の
処理、代表的には超臨界水酸化の処理において、特有な
上述した問題を克服して、特に難分解性有機物の完全分
解を効率的に実現するのに適した分解対象物の輸送方法
及び装置の提供を目的してなされたものである。

【００１５】本発明の別の目的は、特に使用済み廃棄イ
オン交換樹脂を超臨界水酸化法により酸化分解して減容
化する場合に、粉砕せずにあるいは粉砕処理の負担を軽
減し、しかも濃度ムラなく効率よく反応場に輸送するこ
とができて、好適な処理を実現できる輸送方法及び装置
を提供するところにある。

【００１６】また本発明の更に別の目的は、廃棄イオン
交換樹脂等の固形物を酸化分解する超臨界水酸化法にお
いて、生成する酸の中和のため添加する中和剤の量をで
きるだけ低減でき、したがって廃棄物をできるだけ減容
化することができる輸送方法及び装置を提供するところ
にある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本願発明の上記目的は、
上記特許請求の範囲の各請求項に記載した発明により達
成される。

【００１８】本願請求項１の超臨界水雰囲気の反応場に
固形物を輸送する方法の特徴は、分解対象物である粉粒
状固形物を含む輸送流体を、低圧（一般的には常圧）下
から水の臨界圧を超えた超臨界水雰囲気に維持された反
応場に連続的に供給する輸送方法であって、上記輸送流
体に、該輸送流体の粘度を増大させる有機化合物からな
る増粘剤を添加することを特徴とする。

【００１９】上記発明において、超臨界水雰囲気の反応
場で行われる反応は、酸化剤が存在しない非酸化性雰囲
気、あるいは酸化剤が存在する酸化雰囲気のいずれの条
件下で行われるものであってもよい。非酸化性雰囲気で
の反応は一般に油分を回収する目的で行われ、酸化雰囲
気での反応は一般に完全分解の目的で行われる。酸化反
応を行わせる場合に用いられる酸化剤としては、一般的
には空気、酸素、酸素富化気体を用いることができる
他、過酸化水素水等の液体酸化剤、固体酸化剤を用いる
こともできる。超臨界水雰囲気は、反応場を、水の臨界
温度３７４℃以上、臨界圧２２ＭＰａ以上とすることで
与えられるが、好ましくは２２〜２５ＭＰａ、４００〜
６５０℃とされる。反応は１〜１０分、好ましくは１〜
２分で行われる。

【００２０】超臨界水雰囲気の反応場は、管式（パイプ
式）反応器や、縦筒式のいわゆるベッセル型反応器など
の反応器中に形成され、分解対象物である固形物を含む
流体、超臨界水、必要に応じて酸化剤、中和剤などを供
給する供給系、加熱手段、冷却手段、加圧手段、減圧手
段等を適宜の位置に配置した既知の装置を用いて反応を
行わせることができる。

【００２１】分解対象物の輸送流体としては工業的には
通常水が用いられるが、限定されるものではない。な
お、以下説明では輸送流体として一般的な「水」を用い
た場合で説明する。

【００２２】本発明は主に容積型ポンプでムラなく輸送
することが難しい固形物を対象として、経時的な濃度ム
ラを招くことなく輸送できるようにするものである。固
形物のうちで水と比重が同じものは経時的な濃度ムラを
招くことなしに輸送することができるが、一般に固形物
は水に対し比重差がある場合が多く、これらは静水中で
は沈降あるいは浮遊し、特に沈降性の固形物は高圧ポン
プでは輸送できない場合がある。沈降性の有機固形物と
して代表的には、使用済みの廃棄イオン交換樹脂、廃棄
活性炭、沈降性の大きな廃棄濾過助剤挙げることができ
る。また浮遊性の固形物としてはプラスチック等を挙げ
ることができる。ただし本発明の対象がこれに限定され
るものではない。

【００２３】粉粒状の大きさは、上記反応場に供給する
のに支障がなければ特に限定されるものではなく、超臨
界水反応の設備の規模，設計や分解対象である固形物の
特性（比重等）などによって必ずしも一律に決めること
はできないが、一般的には上限が１ｍｍ以下、好ましく
は０．５ｍｍ以下の粒径のものが対象とされる。分解対
象物が小さければ、比重が極端に大きいものでないかぎ
り上記輸送系での沈降による不具合の虞れは小さい。反
対に分解対象物があまり大きいと容積型ポンプや配管内
の詰まりによって輸送不良を招く虞れが大きい。本発明
の方法により輸送できる固形物は、一般的には比重が３
以下のものを挙げることができる。

【００２４】上記した発明において用いられる有機化合
物からなる増粘剤は、澱粉、砂糖、或いは下記表１に示
した有機高分子化合物が好ましく使用される。増粘剤は
水溶性であってもなくともよく、コロイド状に固形物を
分散させるものでもよい。

【００２５】

【表１】

【００２６】本発明において増粘剤として有機化合物を
用いるのは、この増粘剤も超臨界水雰囲気での反応によ
り分解させるためである。したがって酸化反応等により
容易に分解するものが好ましく用いられる。

【００２７】増粘の程度は、固形物の大きさや比重によ
り異なるが、あまり粘度が高いと流体の管内輸送やポン
プ吐出に支障を招くので、固形物を含む流体の反応場へ
の輸送に支障がない範囲で、増粘剤の選択、添加量を調
整することができ、一般的には５０〜２５０ｃＰ、好ま
しくは１００〜１５０ｃＰとされるが、実験的に添加量
を確認することもできる。なお、流体の比重を有機固形
物と同比重にする物質を混合することによっても、粉粒
状の有機固形物を沈降させずに流体で輸送することもで
きるが、このような比重調整のための物質も一般的には
増粘効果を有するのが普通であり、増粘と共に比重調整
の作用を有する物質も本発明の増粘剤から除外するもの
ではない。

【００２８】なお、増粘剤添加による水の増粘効果は高
温になるにしたがって低下するが、固形物輸送時の輸送
ムラの発生は主に高圧ポンプ部分を通過する際が問題で
あり、この工程を低温で通過するので、反応器近傍で予
熱等により温度が上昇してもその後、速やかに超臨界反
応が進行するので大きな影響はない。輸送流体に対する
有機固形物と増粘剤の添加，混合は、いずれを先に行っ
てもよい。

【００２９】上記発明の方法によれば、粉粒状の有機固
形物をプランジャーポンプ等の容積型ポンプで高圧下に
比較的低速（０．１ｍ／ｓ以下）で輸送する場合の濃度
ムラが大幅に低減される。したがって、分解時の発熱で
反応を維持する場合の温度変動の防止が図られるので不
完全分解の虞れを低減，解消できる。また濃度ムラを抑
制できるので、生成流体中に酸が含まれる場合の中和剤
の量を過剰に添加しなければならないという不具合を防
止できる。

【００３０】本願請求項３の発明は、上記の増粘剤が金
属に対する腐食性の酸を生成する元素を含まないものと
したことを特徴とし、請求項４の発明は、上記の増粘剤
が酸とアルカリの中和塩を生成する物質を含まないもの
としたことを特徴とする。このような増粘剤としては、
例えば澱粉、砂糖、ポリアクリルアミド等を挙げること
ができる。

【００３１】これらの発明によれば、例えば塩酸や硫酸
を生成するＣｌ，Ｓ等の元素を含まない増粘剤を用いる
ことで、分解対象物が同様に酸を生成しないものである
場合には中和剤（アルカリ）の添加を不要とでき、分解
対象物が酸を生成するものである場合にも、中和剤の添
加量を無用に多くする必要がない。また発生する塩の量
を抑制できるので、最終的な廃棄物量を低減でき、特に
難分解性物質の物質、あるいは原子力発電所から排出さ
れる使用済み廃棄イオン交換樹脂の超臨界水酸化による
減容化処理に有効である。

【００３２】本願請求項５の発明は、上記の超臨界水雰
囲気に維持された反応場で行われる反応が、酸化剤の存
在下で行われる酸化反応（超臨界水酸化反応）、または
酸化剤が存在しない非酸化分解反応（超臨界水分解反
応）のいずれかであることを特徴とする。

【００３３】この発明によれば、例えば、請求項７で例
示するように、使用済みの廃棄イオン交換樹脂を完全酸
化分解して大幅に減容化することができ、しかもイオン
交換樹脂の破砕処理を不要とできるか、破砕処理の負担
を軽減できるので、破砕が容易でないイオン交換樹脂の
減容化処理方法に用いる場合に極めて有用性が高い。粉
粒状のイオン交換樹脂は、一般に比重が１．１〜１．３
程度、粒径が０．４〜０．６ｍｍ程度のものであり、本
発明はカチオン交換樹脂，アニオン交換樹脂のいずれも
対象とできる。また、これらを混合して輸送する場合、
分離して個々に輸送する場合のいずれにも適用できる。
分離して輸送する場合には、アニオン交換樹脂とカチオ
ン交換樹脂は一般に比重に差があるので（通常、カチオ
ン交換樹脂の比重が大）、逆洗・沈整により比重差分離
すればよい。

【００３４】上記のうちのアニオン交換樹脂は、一般に
酸を生成する物質を含んでいないので、増粘剤として上
記請求項３の金属に対する腐食性の酸を生成する元素を
含まないもの、更には上記請求項４の酸とアルカリの中
和塩を生成する物質を含まないものを用いることで、最
終廃棄物な塩を含まないものとできる。

【００３５】本願請求項８の超臨界水雰囲気の反応場に
固形物を輸送する装置の発明は、分解対象物である粉粒
状固形物を含んだ輸送流体を、低圧（通常は常圧）下か
ら水の臨界圧を超えた超臨界水雰囲気に維持された反応
場に連続的に供給するための流体輸送装置であって、上
記輸送流体に対してその粘度を増大させる有機化合物か
らなる増粘剤を添加する増粘剤添加手段と、増粘剤及び
上記分解対象物を含む輸送流体を低圧下から水の臨界圧
を超えた圧力に加圧すると共に、上記反応場に供給する
搬送力を与える高圧輸送ポンプとを備えたことを特徴と
する。

【００３６】上記の構成において、固形物の輸送流体へ
の混合は一般的には常圧下の混合槽中で行うことができ
る他、配管中で混合させる構成とすることもできる。こ
れらの混合槽、混合配管の中には適宜の攪拌装置を設け
ることがよい。なお、固形物の混合は輸送流体に対する
増粘剤の添加前、又は添加後のいずれで行ってもよい。

【００３７】上記高圧ポンプには、プランジャーポン
プ，ピストンポンプ，ダイヤフラムポンプなどの容積型
ポンプが使用され、混合槽等から高圧ポンプへの流体の
給送はスラリーポンプを用いて行うことができる。

【００３８】

【発明の実施の形態】以下本発明を図面に示す実施形態
により説明する。

【００３９】実施形態１ 図１は、イオン交換樹脂を超臨界水酸化処理するのに、
本発明の輸送方法を適用した場合の装置を、各物質の流
れの概要として示した図であり、この図において１は大
気開放型の混合槽であり、所定水量の水を張った状態
で、試料タンク２から使用済み廃棄イオン交換樹脂の所
定量が添加されると共に、増粘剤タンク３から増粘剤が
所定量が添加されるように設けられている。４は混合槽
１に設けられた撹拌装置であり、これらにより混合槽１
内においてイオン交換樹脂と増粘剤を含む混合液は十分
に攪拌混合されて、イオン交換樹脂が水中に概ね均一に
分散した状態にスラリー化（以下「スラリー」という）
する。

【００４０】５はスラリーポンプであり、上記スラリー
はこのスラリーポンプ５により高圧ポンプ６の吸引側に
輸送管７を介して送られ、余剰分は返送管８により混合
槽１に戻される。

【００４１】上記の高圧ポンプ６は、容積型の例えばプ
ランジャーポンプとして構成され、上記輸送管７によっ
て吸引側に送られてきた上記スラリーを加圧して高圧輸
送管９に吐出する。そしてこの高圧輸送管９は、吐出さ
れたスラリーを超臨界水酸化の処理をする反応器１０に
輸送供給する。この反応器１０には、難分解性のイオン
交換樹脂（例えばカチオン交換樹脂）の場合には、ベッ
セル型が好ましく用いられ、生成する酸の中和のために
中和剤の添加を行う中和剤供給管を併設することができ
る。またアニオン交換樹脂の場合には中和材の添加が必
要ない場合が多いのでパイプ式の反応器を用いることが
できるが、いずれも限定されるものではない。

【００４２】なお、この高圧輸送管９の途中（好ましく
は反応器の近傍）には、図示しない予熱器を配置して該
混合液を所定の温度まで予熱することもできる。

【００４３】高圧輸送管９には、途中で高圧に加圧した
空気を酸化剤として酸化剤供給管１１から合流させ、ま
た超臨界水を超臨界水供給管１２から合流させるように
設けられる。なお、反応器１０から排出管１３へ排出さ
れた超臨界水反応生成流体は、冷却，減圧等の所定の過
程を経て系外に排出される。

【００４４】本例の装置によれば、常圧下の混合槽１に
おいてイオン交換樹脂を含む水に増粘剤を添加するの
で、増粘作用によりイオン交換樹脂の沈降が抑制され、
輸送管７によりスラリーが良好に輸送されると共に、高
圧ポンプ６及びこれから吐出された高圧輸送管９におい
て、滞留や堆積を招くことなく良好に輸送される。これ
により、連続的に高圧ポンプ６から反応器１０まで輸送
される混合液は、大きな濃度ムラを生ずることなく安定
したイオン交換樹脂濃度の状態で反応器１０に供給され
て超臨界水酸化され、反応温度の大きな変動を招くこと
がない。したがって、特に難分解性のイオン交換樹脂を
超臨界水酸化により完全分解することができて、分解の
不十分性による有害物質の生成という不具合を招く虞れ
を低減できるという効果が奏される。

【００４５】なお、本例装置は以上説明した構成を有す
るものであるが、本発明の装置がこの例に限定されるも
のでなく、種々変更した態様の装置を用いることもでき
る。例えば増粘剤を予め添加した水を輸送管内に流しな
がらイオン交換樹脂を連続的に供給して混合させること
もできる。

【００４６】参考例１ 図３に示した本例は、増粘剤タンク３から増粘剤を添加
する系を省略し、試料タンク２から使用済み廃棄イオン
交換樹脂を混合槽１に添加する経路の途中に、破砕装置
１４を設けた例を示している。その他の構成は図１と同
じであるので同一の装置，部材には同じ符号を付した。

【００４７】この例によれば、破砕装置１４でイオン交
換樹脂を破砕しているので固形物の流動性が高くなり、
高圧ポンプ内での詰まりなどの不具合の発生の虞れは減
少する。

【００４８】すなわち、イオン交換樹脂は輸送流体であ
る水に対して沈降性があるので、非粉砕の状態では、高
圧ポンプ６内でのイオン交換樹脂の滞留しこの滞留によ
って詰まりを招く虞れがあり、更に高圧ポンプ６内でも
吐出したスラリーが高圧輸送管９内で堆積し該輸送管９
の閉塞を招く虞れがあるが、上記破砕処理によってこれ
らの虞れは低減される。

【００４９】しかし、イオン交換樹脂を破砕（粉砕）す
る上記装置１４が必要で、しかもイオン交換樹脂は湿式
破砕は一般に難しいため乾燥して行うのが普通であるこ
とから、乾燥工程も更に必要となる点で設備的な負担
や、操作上の負担が増す。特に放射性物質が含まれるイ
オン交換樹脂の場合には、乾燥，破砕等の工程での取り
扱い上の負担増は大きな問題となるので採用は難しい。

【００５０】

【実施例】

実施例１ 図１の装置を用いて、以下の条件で、超臨界水酸化の処
理を行う反応器にイオン交換樹脂を破砕せずに、水を輸
送流体として用いて輸送し、同超臨界水酸化処理を行っ
た。

【００５１】輸送系 イオン交換樹脂と混合量： 種類 ・・・アニオン交換樹脂（アンバーライト
（登録商標）ＩＲＡ−４００Ｔ）：（比重１．１，粒径
０．４〜０．６ｍｍ） スラリー濃度・・・２ｗｔ％ 増粘剤と添加量： 種類 ・・・ポリアクリルアミド 濃度 ・・・０．１％ スラリーポンプ： 輸送量 ・・・５０ｍｌ／ｍｉｎ（返送量２２ｍｌ
／ｍｉｎ） 高圧ポンプの型と吐出量： 高圧ポンプ・・・２連シリンジポンプ 吐出量 ・・・２８ｍｌ／ｍｉｎ 反応器と超臨界水酸化処理 反応器・・・管状型反応器（直径６．８ｍｍ，長さ１５
ｍ） 温度 ・・・６５０℃ 圧力 ・・・２５ＭＰａ 酸化剤・・・３０％Ｈ₂ Ｏ₂ ，酸素比１．５ 以上の条件でイオン交換樹脂の輸送を行い、反応容器内
で行われる超臨界水酸化反応の温度を、スラリー供給口
から８ｍまでの距離別に測定した結果を図２に示した。
なお温度は、反応器外壁に多数設置した熱電対を用いて
測定した。

【００５２】この結果から分かるように、反応器内で温
度は滑らかに上昇し、所定の目標温度（本例では６００
〜６５０℃）の状態が、該反応器内の比較的長い範囲に
渡って安定して得られた。

【００５３】比較例１ 図１の装置を用いて、実施例１と同じ種類の同じ量のイ
オン交換樹脂を、増粘剤を添加しないことを除いては同
条件で超臨界水酸化処理を行ったところ、イオン交換樹
脂がポンプや配管内につまり、反応装置に送ることがで
きなかった。

【００５４】比較例２ 図３の装置を用いて、同じ種類の同じ量のイオン交換樹
脂を０．１ｍｍ以下になるように破砕し、増粘剤の添加
なしで同じように超臨界水酸化処理を行った。その結果
運転中の反応温度は、図４（図３と同様にスラリー供給
口から８ｍまでの温度分布）に示すように入口部分の温
度が低くなった。

【００５５】その理由としては、破砕したとはいえ、増
粘剤を添加しないと分解対象物の移送濃度にムラが生じ
たことが考えられる。ムラが生ずることにより部会対象
物の流入量が減少した場合、その減少分に相当する量の
発熱量が低下するため、図４に示されるように反応器入
口部分の温度が低下し、全体的にみて酸化分解が不安定
となる。

【００５６】

【発明の効果】以上の説明したように、粉粒状の固形物
を超臨界水雰囲気の反応場に輸送する方法あるいは装置
を提供する本発明によれば、従来法と比較して以下の効
果が奏される。

【００５７】：輸送流体の粘度を調整（高める）こと
によって、沈降性のある又は浮遊性のある粉粒状の固形
物を、輸送流体に均一に分散させた状態で反応場に輸送
供給することができる。したがって、超臨界水雰囲気で
の処理に適用される輸送系の途中で、上記の粉粒体であ
る分解対象物が滞留して閉塞を招くことを防止できるこ
とは勿論のこととして、更に、反応場に供給される分解
対象物の濃度ムラを低減ないしなくすことができるた
め、酸化処理の場合の反応温度が不安定となることによ
る不完全分解の防止、酸を生成する元素が含まれる場合
の中和剤添加量の低減、等々の優れた効果を奏すること
ができる。

【００５８】：請求項３，４の発明によれば、中和で
最終的に生成される塩物質の量を少なくすることがで
き、特に放射性物質を含む物質（例えばイオン交換樹
脂）の減容化のために極めて有用である。

【００５９】：イオン交換樹脂を分解対象物とした場
合には、破砕，粉砕の処理が容易でない該物質について
の処理操作上の負担を軽減できること、また、難分解性
のイオン交換樹脂を酸化処理する処理に用いる場合に有
効であること、特に放射性物質を含むイオン交換樹脂を
酸化処理して減容化する処理に用いる場合に極めて有効
であること、等々の優れた効果が奏される。

【００６０】：本発明において添加される増粘剤は有
機化合物であるから、その分解反応熱も超臨界水反応を
維持するための反応熱として結果的に利用されるから、
例えば、発熱量が比較的小さい固形物の処理において補
助発熱物質を用いるような場合にその添加量を削減でき
るという利点もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１の超臨界水酸化装置の構成
概要をフローで示した図。

【図２】実施形態１の装置を用いて行った実施例１の超
臨界水酸化処理時の反応容器内の温度分布を示した図。

【図３】参考例１の超臨界水酸化装置の構成概要をフロ
ーで示した図。

【図４】参考例１の装置を用いて行った比較例１の超臨
界水酸化処理時の反応容器内の温度分布を示した図。

【符号の説明】

１・・・混合槽、２・・・試料タンク、３・・・増粘剤
タンク、４・・・撹拌装置、５・・・スラリーポンプ、
６・・・高圧ポンプ、７・・・輸送管、８・・・返送
管、９・・・高圧輸送管、１０・・・反応器、１１・・
・中和剤供給管、１２・・・超臨界水供給管、１３・・
・、１４・・・排出管、１５・・・破砕装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大橋 伸一 埼玉県戸田市川岸１丁目４番９号 オル ガノ株式会社総合研究所内 (72)発明者 倉持 太郎 埼玉県戸田市川岸１丁目４番９号 オル ガノ株式会社総合研究所内 (56)参考文献 特開 平１−38532（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−165696（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B01J 3/00 - 3/04 B01J 4/00 - 4/02

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 分解対象物である粉粒状固形物を含む輸
   送流体を、低圧下から水の臨界圧を超えた超臨界水雰囲
   気に維持された反応場に連続的に供給する輸送方法であ
   って、上記輸送流体に、該輸送流体の粘度を増大させる
   有機化合物からなる増粘剤を添加することを特徴とする
   超臨界水雰囲気の反応場に固形物を輸送する方法。
2. 【請求項２】 請求項１における分解対象物が、増粘剤
   を添加する前の上記輸送流体に対して沈降性を有する物
   質であるか、または浮遊性を有する物質であることを特
   徴とする超臨界水雰囲気の反応場に固形物を輸送する方
   法。
3. 【請求項３】 請求項１又は２において、増粘剤が、金
   属に対する腐食性の酸を生成する元素を含まないもので
   あることを特徴とする超臨界水雰囲気の反応場に固形物
   を輸送する方法。
4. 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれかにおいて、
   増粘剤が、酸とアルカリの中和塩を生成する物質を含ま
   ないものであることを特徴とする超臨界水雰囲気の反応
   場に固形物を輸送する方法。
5. 【請求項５】 請求項１ないし４のいずれかにおいて、
   超臨界水雰囲気に維持された反応場で行われる反応が、
   酸化剤の存在下で行われる酸化分解反応、または酸化剤
   の非存在下で行われる非酸化分解反応、のいずれかであ
   ることを特徴とする超臨界水雰囲気の反応場に固形物を
   輸送する方法。
6. 【請求項６】 請求項１ないし５のいずれかにおいて、
   輸送流体が水であることを特徴とする超臨界水雰囲気の
   反応場に固形物を輸送する方法。
7. 【請求項７】 請求項１ないし６のいずれかにおいて、
   分解対象物である粉粒状固形物がイオン交換樹脂であ
   り、超臨界水雰囲気が酸化条件下に維持されることを特
   徴とする超臨界水雰囲気の反応場に固形物を輸送する方
   法。
8. 【請求項８】 分解対象物である粉粒状固形物を含む輸
   送流体を、低圧下から水の臨界圧を超えた超臨界水雰囲
   気に維持された反応場に連続的に供給するための流体輸
   送装置であって、 上記輸送流体に対してその粘度を増大させる有機化合物
   からなる増粘剤を添加する増粘剤添加手段と、増粘剤及
   び上記分解対象物を含む輸送流体を常圧下から水の臨界
   圧を超えた圧力に加圧すると共に、上記反応場に供給す
   る搬送力を与える高圧輸送ポンプと、を備えたことを特
   徴とする超臨界水雰囲気の反応場に固形物を輸送する装
   置。
9. 【請求項９】 請求項８において、分解対象物を含む輸
   送流体を貯留する貯留槽を有すると共に、この貯留槽に
   対して分解対象物及び／又は増粘剤を添加する手段を有
   することを特徴とする超臨界水雰囲気の反応場に固形物
   を輸送する装置。