JP3616702B2 - 過熱蒸気分解装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、過熱蒸気分解に用いる冷却装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
環境汚染物質等の難分解物質（例えば、フロン、トリクロロエタン、クロロベンゼン等）を分解して無害化する方法として、難分解物質と溶媒（例えば、水）との混合物を所定温度（通常の蒸発温度）より高い温度（例えば、６５０℃）の過熱蒸気となし、その状態を所定時間保持させることにより難分解物質を分解する過熱蒸気分解法が採用されてきている。
【０００３】
ところで、上記過熱蒸気分解法によってフロンを分解する場合、次のような加水分解が行われる。
【０００４】
ＣＣｌ_２Ｆ_２＋２Ｈ_２Ｏ→ＣＯ_２＋２ＨＦ＋２ＨＣｌ
上記過熱蒸気分解法により分解された生成ガス（炭酸ガスＣＯ_２、フッ化水素ＨＦ、塩化水素ＨＣｌ）は、過熱状態（即ち、６５０℃）の高温ガスとなっているため、これを冷却液化した後、無害化処理（即ち、アルカリによる中和処理）を施す必要がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、過熱蒸気状態（即ち、６５０℃）の生成ガスをそのまま冷却液化すると、その過程において、生成ガス中のフッ化水素ＨＦおよび塩化水素ＨＣｌが水溶液となると強酸性溶液となる。この強酸性溶液は、極めて高い腐食性を有しているところから、ハステロイ、インコネル等の耐食性に優れた特殊金属を使用した冷却装置であっても短時間で腐食が進行してしまい、使用不能に陥ってしまう。一方、高い耐食性を示す物質にテフロン等の合成樹脂があるが、これらは、耐熱性に問題があり、過熱蒸気状態（即ち、６５０℃）の生成ガスの冷却用としては使用できないという問題がある。
【０００６】
本願発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、過熱蒸気分解により生成されたガスを２段階で冷却液化することにより、腐食性に十分耐えることのできる低コストの冷却装置を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本願発明の基本構成では、上記課題を解決するための手段として、難分解物質を過熱蒸気分解する反応装置と、該反応装置の下流側に設けられる冷却装置とを備えた過熱蒸気分解装置において、前記冷却装置を、前記反応装置から供給される生成ガスをガス状態を保持する所定温度まで１次冷却する第１の冷却手段と、該第１の冷却手段により１次冷却された生成ガスを冷却液化する第２の冷却手段とによって構成している。
【０００８】
上記のように構成したことにより、第１の冷却手段により高い腐食性を示さないガス状態のまま生成ガスを所定温度まで冷却した後、第２の冷却手段により生成ガスを冷却液化することができることとなり、第１の冷却手段としては腐食性を考慮することなく耐熱性のみを考慮する構成のものが使用できるとともに、第２の冷却手段としては耐熱性をあまり考慮することなく耐食性に優れた構成のものが使用できる。
【０００９】
本願発明の基本構成において、前記第１の冷却手段を、前記反応装置から供給される生成ガスが流通するとともに耐熱性に優れた材料からなる伝熱管と、該伝熱管の外周側にあって冷媒が流通する胴体とによって構成した場合、耐食性をあまり考慮することなく耐熱性を主に考慮した伝熱管を用いて高温の生成ガスを所定温度まで冷却できることとなり、装置の低コスト化に寄与する。
【００１０】
また、前記第２の冷却手段を、前記第１の冷却手段から供給された生成ガスが流通するとともに耐食性に優れた合成樹脂材料からなる伝熱管と、該伝熱管の外周側にあって冷媒が流通する容器とによって構成した場合、耐熱性をあまり考慮することなく耐食性を主に考慮した低コストの合成樹脂材料からなる伝熱管を用いて生成ガスの冷却液化が行えることとなり、装置の低コスト化に寄与する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照して、本願発明の幾つかの好適な実施の形態について詳述する。
【００１２】
第１の実施の形態
図１および図２には、本願発明の第１の実施の形態にかかる過熱蒸気分解装置が示されている。
【００１３】
この過熱蒸気分解装置は、図１に示すように、被分解物質（例えば、フロンＸ）を貯蔵するタンク１から流量調整弁２および流量計３を介して供給される被分解物質（例えば、フロンＸ）と溶媒タンク４からポンプ５により供給される溶媒（例えば、水Ｗ）とを混合しつつ所定温度（例えば、４００℃）に加熱して蒸気化する混合蒸気発生装置６と、該混合蒸気発生装置６により得られた混合蒸気をさらに高温（例えば、６５０℃）に加熱して過熱蒸気となす過熱蒸気発生装置７と、該過熱蒸気発生装置７により得られた過熱蒸気をその状態で所定時間だけ保持することにより被分解物質（例えば、フロンＸ）を加水分解する反応装置８と、該反応装置８により得られた生成ガスＧ（例えば、過熱水蒸気、炭酸ガスＣＯ_２、フッ化水素ＨＦ、塩化水素ＨＣｌの混合物）を冷却液化する冷却装置９と、該冷却装置９により冷却されて得られた溶液Ｌから気液を分離する（即ち、フッ酸と塩酸との溶液から炭酸ガスＣＯ_２、フッ化水素ＨＦ、塩化水素ＨＣｌを分離する）気液分離装置１０と、該気液分離装置１０からでる気体（即ち、炭酸ガスＣＯ_２、フッ化水素ＨＦ、塩化水素ＨＣｌ）をアルカリ水溶液のシャワーにより中和除去する除去装置１１とを備えて構成されている。符号１２，１３，１４は加熱用のヒータである。
【００１４】
しかして、前記冷却装置９は、前記反応装置８から供給される生成ガスＧをガス状態を保持する所定温度（例えば、１８０℃）まで１次冷却する第１の冷却手段９Ａと、該第１の冷却手段９Ａにより１次冷却された生成ガスＧを冷却液化する第２の冷却手段９Ｂとによって構成されている。
【００１５】
前記第１の冷却手段９Ａは、円筒状の胴体１５と該胴体１５内に平行に配設された複数の伝熱管１６，１６・・とにより構成されており、前記胴体１５内における両端には、反応装置８から供給される生成ガスＧを伝熱管１６，１６・・に分配するための入口チャンバ１７と、前記伝熱管１６，１６・・から出る冷却された生成ガスＧを集合させる出口チャンバ１８が形成されている（図２参照）。
【００１６】
そして、前記胴体１５内には、ファン１９により圧送され、加熱手段２０により所定温度（例えば、１５０℃）に加熱され、冷媒として作用する空気（換言すれば、温風）Ａが供給されることとなっており、該温風Ａと前記伝熱管１６，１６・・内を流通する生成ガスＧ（例えば、６５０℃の高温）との間で熱交換することにより、生成ガスＧがガス状態を保持する所定温度（例えば、１８０℃）にまで冷却されることとなっている。
【００１７】
前記加熱手段２０は、電気ヒータ等からなっており、図示しない制御手段により供給される温風Ａの温度を温度センサー２１により検出し、温風Ａの温度が１５０℃となるように通電量制御されている。このようにすると、図３のタイムチャートに示すように、生成ガスＧの温度は、第１の冷却手段９Ａにおける入口チャンバ１７（即ち、時間Ｔ_１）では６５０℃であったものが、第１の冷却手段９Ａにおける出口チャンバ１８（即ち、時間Ｔ_２）ではガス状態を保持したまま１８０℃にまで冷却される。つまり、冷媒である温風Ａの温度を制御することにより、生成ガスＧが液化されるまで冷却されることがないようになっているのである。なお、胴体１５内に供給された温風Ａは生成ガスＧとの熱交換により加熱されて高温となり、排出管２２から空気中へ放出される。
【００１８】
上記したように、第１の冷却手段９Ａにおいては、伝熱管１６，１６・・内を流通する生成ガスＧはガス状態のままとされているため、腐食性が極めて低く抑えられることとなる。従って、伝熱管１６，１６・・の材質選定においては、高温（例えば、６５０℃）に耐え得るものであれば、腐食性についてはあまり考慮する必要がなくなる。つまり、伝熱管１６，１６・・の材質としてはステンレス等の比較的低コストなものを選定できることとなるのである。なお、耐食性をも考慮してセラミック製の伝熱管を使用するのが望ましい。
【００１９】
一方、第２の冷却手段９Ｂは、前記第１の冷却手段９Ａの胴体１５における出口チャンバ１８から供給された生成ガスＧが流通するとともに耐食性に優れた合成樹脂材料（例えば、テフロン等）からなる伝熱管２３と、該伝熱管２３の外周側にあって冷媒（例えば、水）が流通する容器２４とによって構成されており（図２参照）、該水と前記伝熱管２３内を流通する生成ガスＧ（例えば、１８０℃）との間で熱交換することにより、生成ガスＧが常温（例えば、２０℃）にまで冷却されて液化されることとなっている。この冷却過程においては、生成ガスＧ中のフッ化水素ＨＦおよび塩化水素ＨＣｌが液化された水に溶解して強酸性水溶液Ｌが生ずるが、耐食性に優れた合成樹脂製の伝熱管２３内を流れることとなっているので、腐食するおそれはない。しかも、第２の冷却手段９Ｂを流れる生成ガスＧおよび強酸性水溶液Ｌの温度はあまり高くない（即ち、２０℃〜１８０℃）ため、合成樹脂製の伝熱管２３で十分に耐え得る。
【００２０】
上記のように本実施の形態においては、第１の冷却手段９Ａにより高い腐食性を示さないガス状態のまま生成ガスＧを所定温度（例えば、１８０℃）まで冷却した後、第２の冷却手段９Ｂにより生成ガスＧを冷却液化することができることとなり、第１の冷却手段９Ａとしては腐食性を考慮することなく耐熱性のみを考慮する構成のもの（例えば、ステンレス、セラミック等からなる伝熱管１６，１６・・を有するもの）が使用できるとともに、第２の冷却手段９Ｂとしては耐熱性をあまり考慮することなく耐食性に優れた構成のもの（例えば、テフロン等の合成樹脂からなる伝熱管２３を有するもの）が使用できる。従って、加熱蒸気分解装置の低コスト化に大いに寄与することとなる。
【００２１】
第２の実施の形態
図４には、本願発明の第２の実施の形態にかかる過熱蒸気分解装置における冷却装置が示されている。
【００２２】
この場合、第１の冷却手段９Ａにおける冷媒としてオイルＯが採用されている。従って、前記オイルＯを貯溜するオイルタンク２５、ファン１９に代わるポンプ２６、排出管２２に代わる還流オイルパイプ２７、還流オイルＯを冷却する冷却器２８、オイルを還流させるためのポンプ２９が付設されている。この場合、冷媒として温度制御が容易なオイルＯを使用しているため、第１の冷却手段９Ａにおける冷却効率が向上することとなる。その他の構成および作用効果は第１の実施の形態におけると同様なので説明を省略する。
【００２３】
上記実施の形態においては、フロンを分解する場合について説明したが、その他の難分解物質（例えば、トリクロロエタン、クロロベンゼン等）を分解する場合にも本願発明の過熱蒸気分解装置は適用可能である。
【００２４】
【発明の効果】
本願発明によれば、難分解物質を過熱蒸気分解する反応装置と、該反応装置の下流側に設けられる冷却装置とを備えた過熱蒸気分解装置において、前記冷却装置を、前記反応装置から供給される生成ガスをガス状態を保持する所定温度まで１次冷却する第１の冷却手段と、該第１の冷却手段により１次冷却された生成ガスを冷却液化する第２の冷却手段とによって構成して、第１の冷却手段により高い腐食性を示さないガス状態のまま生成ガスを所定温度まで冷却した後、第２の冷却手段により生成ガスを冷却液化することができるようにしたので、第１の冷却手段としては腐食性を考慮することなく耐熱性のみを考慮する構成のものが使用できるとともに、第２の冷却手段としては耐熱性をあまり考慮することなく耐食性に優れた構成のものが使用できることとなり、難分解物質の過熱蒸気分解を低コストな装置で容易に行えるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の第１の実施の形態にかかる過熱蒸気分解装置の概略構成を示すシステム図である。
【図２】本願発明の第１の実施の形態にかかる過熱蒸気分解装置における冷却装置の構成を示すシステム図である。
【図３】本願発明の第１の実施の形態にかかる過熱蒸気分解装置における冷却装置を通過する生成ガスの温度変化を示すタイムチャートである。
【図４】本願発明の第２の実施の形態にかかる過熱蒸気分解装置における冷却装置の構成を示すシステム図である。
【符号の説明】
８は反応装置、９は冷却装置、９Ａは第１の冷却手段、９Ｂは第２の冷却手段、１６は伝熱管、１５は胴体、２３は伝熱管、２４は容器、Ｘは難分解物質（フロン）、Ｗは溶媒（水）。

Claims (3)

1. 難分解物質を過熱蒸気分解する反応装置と、該反応装置の下流側に設けられる冷却装置とを備えた過熱蒸気分解装置であって、前記冷却装置を、前記反応装置から供給される生成ガスをガス状態を保持する所定温度まで１次冷却する第１の冷却手段と、該第１の冷却手段により１次冷却された生成ガスを冷却液化する第２の冷却手段とによって構成したことを特徴とする過熱蒸気分解装置。
2. 前記第１の冷却手段は、前記反応装置から供給される生成ガスが流通するとともに耐熱性に優れた材料からなる伝熱管と、該伝熱管の外周側にあって冷媒が流通する胴体とによって構成されていることを特徴とする前記請求項１記載の過熱蒸気分解装置。
3. 前記第２の冷却手段は、前記第１の冷却手段から供給された生成ガスが流通するとともに耐食性に優れた合成樹脂材料からなる伝熱管と、該伝熱管の外周側にあって冷媒が流通する容器とによって構成されていることを特徴とする前記請求項１および請求項２のいずれか一項記載の過熱蒸気分解装置。

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