JP3706003B2 - 超臨界水反応システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、難分解性物質や有害物質を完全分解処理するのに適した、超臨界水酸化分解反応システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、環境問題の観点から、有害物質の処理は重要な社会的課題になっている。特に、ダイオキシンを分析した後のサンプル瓶は、廃棄物処理業者に処理・処分を委託できず、これらを生成した分析実施場所、実験所、研究所等に保管されていた。また、ダイオキシンを分析する際には、典型的には、ダイオキシンを溶媒に溶解して溶液にしており、この溶液がサンプル瓶中に保管されている。そして、サンプル瓶を保管をしている間に、その内部のダイオキシン溶液から溶媒が除々に揮発し、サンプル瓶の内面に付着したり、乾固したりする場合があった。そこで、サンプル瓶に付着したダイオキシン等の分解対象物を溶解した後、その溶液を無害化することが所望される。
【０００３】
一方で、超臨界水による有機化合物の酸化分解反応が知られている。図４は、純粋な水の状態図を示す。固相、液相、気相は、それぞれ、Ｓ、Ｌ、Ｇで示される。曲線ＯＡは蒸気圧曲線であり、液体の蒸気圧の温度変化を表す。曲線ＯＡは臨界点Ａで終わり、臨界点の温度、圧力、モル体積をそれぞれ、臨界温度、臨界圧、臨界体積という。これらを総称して、臨界定数(critical constant)といい、臨界定数は、物質に固有の定数である。なお、臨界点では、気体と液体のモル体積は一致する。
【０００４】
臨界温度より高い温度、かつ、臨界圧力を越えた圧力の下は、気体、液体の区別ができない流体となり、かかる流体は、超臨界流体(supercritical fluid)という。例えば、純粋な水の臨界温度は３７４℃であり、臨界圧は２１８ａｔｍである。
【０００５】
超臨界とは、臨界温度より高い温度、かつ、臨界圧力を越えた圧力をいう。超臨界では、物質は、通常の気相又は液相とは異なる性質を示し、また、その反応性も異なる。そこで、超臨界条件を分解反応に応用することが研究されている。
【０００６】
例えば、超臨界水、即ち、３７４℃以上、かつ、２２ＭＰａ以上の水を分解反応の媒体として利用することが提案されている。水と油というように、水は、通常は油のような有機物を溶解しない。しかし、超臨界水は、油のような有機物をも溶解する、優れた溶媒である。
【０００７】
そして、超臨界水が存在するような高温では、有機物等は容易に熱分解する。特に、酸素等の酸化剤が存在する場合には、超臨界水を用いることにより、ほとんどの有機物を水と二酸化炭素にほぼ完全に分解することができる。このように、超臨界水を用いることにより、上記のような有害物質、廃棄物も分解することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、超臨界水を用いて、有害物質を有する容器を洗浄する場合、有害な化合物を扱うため、洗浄処理を完全に自動化させ、有害物質を含む廃液を超臨界水反応装置まで人手を介さずに導入することが必要である。
【０００９】
本発明は、超臨界水反応システムに関し、有害物質を有する容器を、完全自動洗浄処理することができるシステムを提供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の一側面では、注入装置（３０）及び超臨界水反応装置（１０）を含む超臨界水反応システムであって、前記超臨界水反応装置は、チャンバーを確定する反応器（１）と、前記反応器中の前記チャンバーに流体接続する超臨界水用ノズル（２）とを有し、前記注入装置は、容器を洗浄するための洗浄装置（４０）を有し、前記注入装置は、前記超臨界水用ノズルに流体接続されることを特徴とする超臨界水反応システムが提供される。
【００１１】
本発明の一実施形態では、前記洗浄装置（４０）が、洗浄液を容器（４２）内に導入し、かつ、廃液を排出する吐出吸引針（４４）を有することが好ましい。
【００１２】
また、本発明の一実施形態では、吐出吸引針（４４）は、洗浄液を容器（４２）内に供給し、かつ廃液を容器（４２）から排出するための、先端が針になっている内筒（４６）と、前記内筒の外側に配置され、前記容器内に気体を導入し、又は前記容器から気体を排出するための外筒（４８）とを有することが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本願を実施形態及び図面に基づいて更に説明する。図１は、本発明の実施形態に係る注入装置の全体図である。図２は、本発明の実施形態に用いる超臨界水反応装置の全体図である。図３は、本発明の実施形態に係る吐出吸引針の主要部詳細図である。
【００１４】
まず、図１を用いて、注入装置について詳細に説明する。
【００１５】
図１に示すのは、超臨界水反応装置に廃液を注入する、本発明の一実施形態に用いる注入装置３０であり、洗浄カップ５０と、洗浄カップ５０に接続された洗浄液貯蔵容器５２と、洗浄液貯蔵容器５２に接続された分注器５４と、分注器５４に接続された洗浄装置４０と、洗浄装置４０に接続された減圧廃液瓶５６とを有する。
【００１６】
洗浄カップ５０は、洗浄液を入れるための容器を有しており、洗浄ポンプ５８を介して洗浄液貯蔵容器５２に接続される。一般的に洗浄液貯蔵容器５２よりも大きく、洗浄液を大量に貯蔵するためのものである。
【００１７】
洗浄液は、超臨界水反応装置にて分解する物質（以下、「分解対象物」という）によって適宜決めることができ、特に制限されない。ヘキサン、イソプロピルアルコール等の有機溶媒であってもよいし、洗剤等の界面活性剤を含む溶液であってもよいし、後の処理で超臨界水となることから、水を含むものであってもよい。有機溶媒である場合、分解対象物を溶解可能な溶媒であることが好ましい。また、超臨界水装置内で分解対象物を燃焼させる場合は、低級アルコール、アセトン、ヘキサンなどの発火しやすい有機溶媒であることが好ましい。発火しやすい目安として、例えば、１気圧での沸点が２００℃以下の有機溶媒が好ましく、１００℃以下の有機溶媒が好ましい。また、１気圧、０℃にて液体である有機溶媒が好ましい。有機溶媒が気体である場合には、高圧を維持することが困難だからである。例えば、炭素数が１０以下の低級アルコール、ヘキサン等の極性の低い有機溶媒が用いられる。例えば、分解対象物がダイオキシン類の場合には、ヘキサン等の極性の低い有機溶媒が用いられる。
【００１８】
洗浄液貯蔵容器５２は、洗浄液を入れるための容器を有し、３方電磁弁６０を介して分注器５４と接続される。洗浄カップ５０から洗浄ポンプ５８によって導入された洗浄液を一時的に貯蔵するためのものである。
【００１９】
３方電磁弁６０は、電気的に制御され、独立して開閉可能な３つの弁６０ａ，６０ｂ，６０ｃを有する。弁６０ａと弁６０ｂとを開け、弁６０ｃを閉じることにより、洗浄液貯蔵容器５２と分注器５４とを接続する。一方、弁６０ｂと弁６０ｃとを開け、弁６０ａを閉じることにより、分注器５４と洗浄装置４０とを接続する。
【００２０】
分注器５４は、モータ等の駆動装置５４ａと、洗浄液を一定量保持する保持部を有し、３方切換バルブ６４を介して洗浄装置４０に接続される。分注器５４には、駆動装置５４ａにより洗浄液貯蔵容器５２から設定量の洗浄液が導入される。この設定量は、分解対象物を有する容器４２の容量に合わせて予め決められる。分注器５４の保持部に洗浄液が導入されるときは、上述したように、３方電磁弁６０のうち、弁６０ａと弁６０ｂとが開いており、弁６０ｃが閉じられる。設定量の洗浄液の導入が終了すると、弁６０ａが閉じられ、弁６０ｃが開く。分注器５４の保持部に保持された設定量の洗浄液は、駆動装置５４ａにより、洗浄装置４０側へ押し出される。
【００２１】
３方切換バルブ６４は、分注器５４、洗浄装置４０及び減圧廃液瓶５６に接続される。３方切換バルブ６４は、切換え可能な２つのライン６４ａ−６４ｂと、６４ｂ−６４ｃとを有しており、ライン６４ａ−６４ｂが有効なとき、ライン６４ｂ−６４ｃは接続されておらず、分注器５４と洗浄装置４０との接続のみを可能にする。一方、ライン６４ｂ−６４ｃが有効なとき、ライン６４ａ−６４ｂは接続されておらず、洗浄装置４０と減圧廃液瓶５６との接続のみを可能にする。
【００２２】
分注器５４から押し出された定量の洗浄液は、３方切換バルブ６４のライン６４ａ−６４ｂを介して洗浄装置４０に導入される。
【００２３】
洗浄装置４０は、駆動装置６８と、この駆動装置６８、及び、３方切換バルブ６４に接続されたライン７２を保持する保持部７０と、ライン７２と接続された吐出吸引針４４と、分解対象物を有する容器４２を保持するラック６６とを有する。
【００２４】
保持部７０は、駆動装置６８とライン７２を保持し、ライン７２及びライン７２に接続される吐出吸引針４４の位置を変化させる。駆動装置６８は単一であっても、複数あってもよい。駆動装置６８により、ライン７２及び吐出吸引針４４の位置を変化させ、吐出吸引針４４をラック６６内に保持された所定の容器４２内に挿入させる。吐出吸引針４４は、単一であっても、複数であってもよい。２以上有すると、同時に複数の容器を洗浄処理することが可能となる。
【００２５】
ラック６６には、１以上の容器４２が配置されている。配置される容器４２が複数である場合は、通常、一定の間隔をおいて配置される。吐出吸引針４４をそれぞれの容器４２に挿入しやすくするためである。ラック６６は、ラック６６を移動させるための駆動装置を有していてもよい。
【００２６】
容器４２は、分解対象物を有する容器である。
【００２７】
分解対象物は、固体であっても、液体であってもよく、ゾル、ゲル、比重が高い場合は気体であってもよい。ダイオキシン等の有害物質、医療廃棄物、血液等の生体サンプル、微生物分離後の媒質等の廃棄物、実験後の廃棄溶液などを挙げることができる。一般的な有機物は勿論のこと、残留性有機汚染物質（ＰＯＰｓ：PersistentOrganic Pollutants ）或いは残留性有害生物蓄積物質（ＰＴＢｓ：PersistentToxic Bio-accumlatives ）、環境基準において有害物質指定されているＰＣＢｓ，トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、廃農薬等の有機塩素化合物等を挙げることができる。また、塩素のほかにもハロゲン化物は一般に難分解性であるが、例えば、有機臭素化合物等も挙げることができる。さらに、各種の工場における生産工程からは様々な硫黄化合物、窒素化合物、リン化合物等が排出され、これらの完全分解が求められる有機物を挙げることもできる。
【００２８】
分解対象物は、例えば、サンプル瓶中のダイオキシン等の有害物溶液から溶媒が揮発した後の付着物又は乾固物であってもよい。
【００２９】
容器としては、通常有害な物質を収納することができる容器であればよく、特には限定されない。例えば、ガラス製のサンプル瓶、試験管、フラスコ、シャーレ等を挙げることができる。
【００３０】
「分解対象物を有する容器」とは、分解対象物を内部に有する容器のことであり、典型的には、分解対象物が内部に残留し、又は付着している容器や、分解対象物を内部に保持した容器を指し、例えば、分解対象物を分析、分離する際に使用したすべての容器、分解対象物が付着したすべての容器、分解対象物を保持した容器などを挙げることができる。
【００３１】
内部に有する分解対象物を外界に露出させない観点から、容器４２は、蓋４２ａを有していることが好ましい。蓋４２ａは、吐出吸引針４４が挿入しやすい材質からできていることが好ましい。
【００３２】
以下、図３を用いて、吐出吸引針４４について詳細に説明する。
【００３３】
吐出吸引針４４は、洗浄液を容器４２内に供給し、かつ廃液を容器４２から排出するための、先端が針になっている内筒４６と、内筒４６の外側に配置され、容器４２内に気体を導入し、又は容器４２から気体を排出するための外筒４８とを有する２重管構造を持つ。
【００３４】
内筒４６は、洗浄液の導入、排出が可能になるように、両端が開口されている。一方の開口端は、容器４２内への洗浄液の吐出を可能としている。また、この開口端は先端が針状になっており、容器４２が蓋４２ａを有する場合も、吐出吸引針４４の容器４２への挿入を可能にする。もう一方の開口端は、ライン７２に接続され、分注器５４からの洗浄液の導入を可能にする。
【００３５】
外筒４８は、一端のみ開口されている。即ち、吐出吸引針４４が容器４２内に挿入された際に、容器４２内に位置する一端は閉塞されているため、容器４２内の洗浄液が外筒４８を経て外界に排出されることがない。また、吐出吸引針４４が容器４２内に挿入された際に、容器４２外に位置する他端は開口され、大気中にさらされている。
【００３６】
外筒４８の側面には、通気孔４８ａが形成され、容器４２内の気体の通気を可能にしている。容器４２が密封容器である場合に、吐出吸引針４４に通気孔を設けることにより、容器４２内への洗浄液の導入、廃液の排出が容易になる。この通気孔４８ａは、吐出吸引針４４が完全に容器４２内に挿入された状態で、容器４２の蓋４２ａに近い位置にくるように設計されているため、洗浄液は通気孔４８ａを通じて排出されることがない。また、外筒４８には図示しない弁が設けられているため、洗浄液は外筒４８を経て大気中に排出されない。
【００３７】
図１に示すように、容器４２を洗浄する際は、駆動装置６８により、吐出吸引針４４を洗浄する容器４２の上側まで移動させ、吐出吸引針４４を容器４２内に挿入させる。この際、ラック６６を移動させてもよい。所定量の洗浄液は、ライン６４ａ−６４ｂが有効である３方切換バルブ６４を介して、分注器５４から導入され、内筒４６を経て容器４２内に導入される。この際、通気孔４８ａを経て容器４２内の気体は排出される。
【００３８】
容器４２内に導入された洗浄液は、容器４２内に有する分解対象物と混合され、または分解対象物を溶解し、廃液となる。例えば、分解対象物が容器４２に付着又は乾固している有害物である場合には、洗浄液がこのような有害物を溶解して、廃液となる。
【００３９】
所定量の洗浄液が容器４２内に導入されると、３方切換バルブ６４のラインが切り換わり、ライン６４ｂ−６４ｃが有効となる。
【００４０】
洗浄装置４０は、３方切換バルブ６４のライン６４ｂ−６４ｃを介して減圧廃液瓶５６に接続される。減圧廃液瓶５６は、減圧ポンプ５６ａと、超臨界水反応装置１０に接続されるライン５６ｂとを有する。
【００４１】
減圧ポンプ５６ａにより、容器４２内の廃液は吸引され、減圧廃液瓶５６内に排出される。この際、通気孔４８ａを経て、大気中から空気が容器４２内に導入される。また、減圧ポンプ５６ａの排気は、蒸発した洗浄液を含むおそれがあるため、減圧ポンプ５６ａの排気側には活性炭等の吸着材を設けることが好ましい。
【００４２】
廃液の排出が終了すると、駆動装置６８により吐出吸引針４４は容器４２から抜き取られ、まだ洗浄されていない容器４２がある場合は、その容器４２の上側へ移動され、上記の操作が繰り返される。
【００４３】
減圧廃液瓶５６は、ライン５６ｂを介して超臨界水反応装置１０の供給系に接続される。
【００４４】
以上のように形成された注入装置３０では、まず、洗浄すべき容器４２をラック６６にセットし、洗浄すべき容器４２の容量、内部に有する分解対象物の量から、洗浄に必要な洗浄液の量を設定する。
【００４５】
次に、駆動装置５４ａを駆動させて、予め洗浄液が貯蔵されている洗浄液貯蔵容器５２から、３方電磁弁６０を介して設定量の洗浄液を分注器５４に導入する。この際、３方電磁弁の弁６０ａ及び弁６０ｂが開かれ、弁６０ｃが閉じられている。
【００４６】
図示しないスタートボタンを押すと、弁６０ａが閉じられ、弁６０ｃが開く。また、駆動装置６８により、吐出吸引針４４が洗浄しようとする容器４２に挿入される。駆動装置５４ａが駆動し、注入器５４内の洗浄液が、３方切換バルブ６４のライン６４ａ−６４ｂを経て、吐出吸引針４４を介して容器４２に導入される。容器４２内に導入された洗浄液は、容器４２内に有する分解対象物と混合され、または分解対象物を溶解し、廃液となる。例えば、分解対象物が容器４２に付着又は乾固している有害物である場合には、洗浄液がこのような有害物を溶解して、廃液となる。
【００４７】
所定量の洗浄液の導入が終了すると、３方切換バルブ６４のラインが、ライン６４ｂ−６４ｃに切り替わり、減圧ポンプ５６ａに吸引されて、廃液は減圧廃液瓶５６に導入される。
【００４８】
必要があれば、以上の操作を繰り返し行い、分解対象物を有する容器４２を洗浄する。
【００４９】
このように、超臨界水用ノズルに廃液を注入する注入装置は、完全に機械化されているため、人手を介することなく、安全に、有害物質を有する容器を洗浄処理することができる。
【００５０】
続いて、図２を用いて、超臨界水反応装置について詳細に説明する。
【００５１】
図２に示すのは、反応器１と、その反応器１内へ超臨界水、酸化剤、分解対象物および燃料等の流体を吐出させる超臨界水用ノズル２とを備えた超臨界水反応装置１０である。
【００５２】
本発明の一実施形態に用いる超臨界水反応装置１０は、チャンバー３を確定する反応器１を備える。
【００５３】
反応器１は、温度及び圧力が水の臨界点以上の反応領域を形成することができる管式反応器である。本実施形態では、燃料を供給して燃焼させるので、その燃焼温度に耐えられることが必要である。
【００５４】
もっとも、反応器１は管式反応器に限られず、温度及び圧力が水の臨界点以上の反応領域を形成することができるものであれば反応器の型式に限定されない。例えば、いわゆる管式反応器の他、ベッセル型反応器（縦型筒状反応器）などのいずれの反応器も採用することができる。「管式反応器」は、直線的に延びた筒状構造、曲線的に延びた筒状構造、これらを組み合わせた構造等のいずれのものであってもよく、その延設構造などによって限定されるものではない。「ベッセル型反応器」は、超臨界水酸化反応を行うための超臨界領域を器内上部に有し、かつ亜臨界領域を器内下部に有する縦型筒状構造のものをいう。下部の亜臨界領域に落下した塩を亜臨界水に溶解させて器外に排出できるので、超臨界酸化反応で生成する酸をアルカリで中和することが必要な反応に好適に用いられる。有機物分解の超臨界水酸化の条件は、一般的には、反応温度が４００℃以上、好ましくは５５０℃〜６５０℃前後であり、反応圧力は２２ＭＰａ〜６０ＭＰａ、好ましくは２２ＭＰａ〜３０ＭＰａである。反応時間は、例えば、１秒〜２４時間であり、好ましくは、１分〜２時間であり、更に好ましくは１分〜１０分、更になお好ましくは１分〜２分である。
【００５５】
反応器１は、上流側がハウジング１ａの内側に支持されている。反応器１の上流側には超臨界水用ノズル２が備えられており、チャンバー３と流体接続する吐出口１６を有する。ノズル２には、３つの導入管２ａ、２ｂ、２ｃが接続されており、それぞれハウジング１ａに支持される。導入管２ａ，２ｂ及び２ｃのいずれかは、注入装置３０のライン５６ｂと接続されており、分解対象物を含む廃液がノズル２に導入される。同様に、導入管２ａ，２ｂ及び２ｃのいずれかから、超臨界水、酸化剤および燃料等の流体がノズル２に導入される。
【００５６】
「超臨界水」とは、水の臨界点以上、すなわち３７４℃以上の温度かつ２２ＭＰａ以上の圧力下に存在する水をいう。超臨界水は、分解対象物に対する溶媒としての役割を果たす。このため、超臨界水の量や温度は、分解対象物の反応温度、供給量、予熱の有無などに応じて決めるが、一般的には一気に昇温できるように、５００℃〜６５０℃の超臨界水を供給するのが好ましい場合が多い。
【００５７】
「酸化剤」とは、酸素、空気等のガス状酸化剤あるいは過酸化水素水等の液状酸化剤などがある。通常、費用の点から空気が選ばれることが多い。
【００５８】
「分解対象物を含む廃液」とは、上述したように、注入装置３０から排出される廃液を指す。分解対象物が容器４２に付着又は乾固している有害物である場合には、洗浄液がこのような有害物を希釈、溶解又は再溶解して、廃液となる。
【００５９】
燃焼に用いる「燃料」は、イソプロピルアルコール等の低級アルコール、アセトン等の低級ケトン、ヘキサン等の低級アルカンなどの発火しやすい有機溶媒である。望ましくは低級アルコール又は低級アルカンであり、更に望ましくはイソプロピルアルコール又はヘキサンである。容器４２を洗浄する際に使用した洗浄液であってもよい。
【００６０】
「超臨界水用ノズル」とは、２つの流体を並流させる二流体ノズルであってもよいし、３つの流体を並流させる三流体ノズルであってもよいし、それ以上の多流体ノズルであってもよい。
【００６１】
導入管２ａ，２ｂ，２ｃにより導入された流体は、ノズル２の吐出口１６から反応器１に向かって吐出され、噴出しながら超臨界水反応を起こし、炎を発生しながら燃焼する。
【００６２】
「超臨界水反応」とは、超臨界水を使用して生じる反応のすべてをいい、典型的には分解対象物の分解反応をいう。
【００６３】
反応器１は、高温かつ高圧に耐えられる材料で構成されており、例えば、インコネル、特に、インコネル６２５から構成される。例えば、６００℃の温度、３０ＭＰａの圧力に耐えられる材料を用いる。なお、吐出口１６の下、火炎そのものは７００℃、８００℃になったとしても、チャンバーの内壁では６００℃の温度に耐えられればよいこともある。
【００６４】
超臨界水反応装置は、反応器１の周囲には、チャンバーを加熱するため、電熱コイル等の加熱器４が設けられている。加熱器４の系方向に外側は、断熱材等の保温材５で被覆されている。加熱器４及び保温材５は、ハウジング５ａの内側に支持される。
【００６５】
超臨界水反応装置は、チャンバー３の下流に、熱交換機６を有しても良い。熱交換機６は、ハウジング６ａと、その内部にほぼ平行に配置されている複数の管と、ハウジング６ａに設けられた冷媒入口６ｂと、ハウジング６ａに設けられた冷媒出口６ｃを有する。管の内側がチャンバー３に流体接続しており、これにより、チャンバー３内を通過した反応生成物が熱交換機６の管の内部を流れることができる。一方、それらの管の外側かつハウジング６ａの内側を空気等の冷媒が、冷媒入口６ｂから冷媒出口６ｃに向かって、反応生成物と逆方向に流れることができる。
【００６６】
次いで、熱交換機６の下流に更に熱交換機７を有することが好ましい。熱交換機７は、ハウジング７ａと、その内部にほぼ平行に配置されている複数の管と、冷媒入口（図示せず）と、その上流側に冷媒出口７ｃとを有する。それらの管の内側が熱交換機６の管の内側に流体接続しており、これにより、熱交換機６の管の内部を通過した反応生成物が更に熱交換機７の管の内部を流れることができる。一方、その管の外側かつハウジング７ａの内側を、冷媒入口（図示せず）から冷媒出口７ｃに向かって、水等の冷媒が反応生成物と逆方向に流れることができる。
【００６７】
熱交換機６と熱交換機７とは、例えば、フランジ８ａ及びフランジ８ｂを介して接続される。
【００６８】
例えば、熱交換機６では、冷媒として、空気等の気体が好ましく用いられる。一方、熱交換機７では、冷媒として、水等の液体が好ましく用いられる。熱交換機６の管としては、例えば、６００℃の温度、かつ、３０ＭＰａの圧力に耐える部材、例えば、インコネル６２５が用いられる。熱交換機７の管としては、例えば、３７０℃の温度、かつ、３０ＭＰａの圧力に耐える部材、例えば、インコネル６２５が用いられる。
【００６９】
本発明の一実施形態に用いる超臨界水反応装置は、以上のように構成される。
【００７０】
導入管２ａ，２ｂ，２ｃによりノズル２に導入された超臨界水、分解対象物を含む廃液、酸化物及び燃料等の流体は、ノズル２の吐出口１６から反応器１へ向かって吐出され、噴出し、適宜設計したノズル構造や供給流量の設定により与えられる所定粒径の液滴となって反応器１内に噴出する。そしてこの際に、被処理流体は超臨界水との混合により一気に水の臨界温度以上に昇温され、酸化剤の存在により発熱反応し、酸化分解や加水分解等により水（この条件下では超臨界水）、二酸化炭素、窒素等の単純な化合物まで分解される反応が進行する。この際、反応器１に確定されるチャンバー３内は、超臨界水反応が生じる環境となるように、加熱器４により加熱され、それらは保温材５により保温される。
【００７１】
反応生成物は、チャンバー３内を通過して下流側に流れ、チャンバー３の下流側に備えられた熱交換機６により冷却される。反応生成物の冷却は、冷媒入口６ｂから冷媒出口６ｃに向かって流れる冷媒が、熱交換機６を構成する複数の管の内側を下流に向かって流れる反応生成物の温度を奪うことによって行われる。
【００７２】
熱交換機６によって、ある程度冷却された反応生成物は、熱交換機６の下流側に設けられた熱交換機７によって更に冷却される。この際、反応生成物の冷却は、同様に、冷媒入口（図示せず）から冷媒出口（図示せず）に向かって流れる冷媒が、熱交換機７を構成する複数の管の内側を下流に向かって流れる反応生成物の温度を奪うことによって行われる。
【００７３】
以上のように冷却された反応生成物は、収集可能な状態になる。収集可能な状態になった反応生成物は、収集され、器外に排出される。
【００７４】
超臨界水用ノズルに廃液を注入する注入装置、及び注入された廃液を分解処理する超臨界水反応装置を完全に機械化することにより、人手を介することなく、安全に、有害物質を有する容器を洗浄処理することができる。
【００７５】
【発明の効果】
本発明によれば、注入装置及び超臨界水反応装置が完全に自動化されているため、人手を介さずに簡便かつ安全に有害物質を分解処理することができ、有害物質を有する容器の自動洗浄が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に用いる注入装置の全体図である。
【図２】本発明の実施形態に用いる超臨界水反応装置の全体図である。
【図３】本発明の実施形態に用いる吐出吸引針の主要部詳細図である。
【図４】純粋な水の状態図である。
【符号の説明】
１ 反応器
１ａ，５ａ，６ａ，７ａ ハウジング
２ 超臨界水用ノズル
２ａ，２ｂ，２ｃ 導入管
３ チャンバー
４ 加熱器
５ 保温材
６，７ 熱交換機
６ｂ 冷媒入口
６ｃ 冷媒出口
８ａ，８ｂ フランジ
１０ 超臨界水反応装置
１６ 吐出口
３０ 注入装置
４０ 洗浄装置
４２ 容器
４２ａ 蓋
４４ 吐出吸引針
４６ 内筒
４８ 外筒
４８ａ 通気孔
５０ 洗浄カップ
５２ 洗浄液貯蔵容器
５４ 分注器
５４ａ 駆動装置
５６ 減圧廃液瓶
５６ａ 減圧ポンプ
５６ｂ，７２ ライン
５８ 洗浄ポンプ
６０ ３方電磁弁
６０ａ，６０ｂ，６０ｃ 弁
６４ ３方切換バルブ
６４ａ―６４ｂ，６４ｂ−６４ｃ ライン
６６ ラック
６８ 駆動装置
７０ 保持部
【発明の属する技術分野】
本発明は、難分解性物質や有害物質を完全分解処理するのに適した、超臨界水酸化分解反応システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、環境問題の観点から、有害物質の処理は重要な社会的課題になっている。特に、ダイオキシンを分析した後のサンプル瓶は、廃棄物処理業者に処理・処分を委託できず、これらを生成した分析実施場所、実験所、研究所等に保管されていた。また、ダイオキシンを分析する際には、典型的には、ダイオキシンを溶媒に溶解して溶液にしており、この溶液がサンプル瓶中に保管されている。そして、サンプル瓶を保管をしている間に、その内部のダイオキシン溶液から溶媒が除々に揮発し、サンプル瓶の内面に付着したり、乾固したりする場合があった。そこで、サンプル瓶に付着したダイオキシン等の分解対象物を溶解した後、その溶液を無害化することが所望される。
【０００３】
一方で、超臨界水による有機化合物の酸化分解反応が知られている。図４は、純粋な水の状態図を示す。固相、液相、気相は、それぞれ、Ｓ、Ｌ、Ｇで示される。曲線ＯＡは蒸気圧曲線であり、液体の蒸気圧の温度変化を表す。曲線ＯＡは臨界点Ａで終わり、臨界点の温度、圧力、モル体積をそれぞれ、臨界温度、臨界圧、臨界体積という。これらを総称して、臨界定数(critical constant)といい、臨界定数は、物質に固有の定数である。なお、臨界点では、気体と液体のモル体積は一致する。
【０００４】
臨界温度より高い温度、かつ、臨界圧力を越えた圧力の下は、気体、液体の区別ができない流体となり、かかる流体は、超臨界流体(supercritical fluid)という。例えば、純粋な水の臨界温度は３７４℃であり、臨界圧は２１８ａｔｍである。
【０００５】
超臨界とは、臨界温度より高い温度、かつ、臨界圧力を越えた圧力をいう。超臨界では、物質は、通常の気相又は液相とは異なる性質を示し、また、その反応性も異なる。そこで、超臨界条件を分解反応に応用することが研究されている。
【０００６】
例えば、超臨界水、即ち、３７４℃以上、かつ、２２ＭＰａ以上の水を分解反応の媒体として利用することが提案されている。水と油というように、水は、通常は油のような有機物を溶解しない。しかし、超臨界水は、油のような有機物をも溶解する、優れた溶媒である。
【０００７】
そして、超臨界水が存在するような高温では、有機物等は容易に熱分解する。特に、酸素等の酸化剤が存在する場合には、超臨界水を用いることにより、ほとんどの有機物を水と二酸化炭素にほぼ完全に分解することができる。このように、超臨界水を用いることにより、上記のような有害物質、廃棄物も分解することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、超臨界水を用いて、有害物質を有する容器を洗浄する場合、有害な化合物を扱うため、洗浄処理を完全に自動化させ、有害物質を含む廃液を超臨界水反応装置まで人手を介さずに導入することが必要である。
【０００９】
本発明は、超臨界水反応システムに関し、有害物質を有する容器を、完全自動洗浄処理することができるシステムを提供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の一側面では、注入装置（３０）及び超臨界水反応装置（１０）を含む超臨界水反応システムであって、前記超臨界水反応装置は、チャンバーを確定する反応器（１）と、前記反応器中の前記チャンバーに流体接続する超臨界水用ノズル（２）とを有し、前記注入装置は、容器を洗浄するための洗浄装置（４０）を有し、前記注入装置は、前記超臨界水用ノズルに流体接続されることを特徴とする超臨界水反応システムが提供される。
【００１１】
本発明の一実施形態では、前記洗浄装置（４０）が、洗浄液を容器（４２）内に導入し、かつ、廃液を排出する吐出吸引針（４４）を有することが好ましい。
【００１２】
また、本発明の一実施形態では、吐出吸引針（４４）は、洗浄液を容器（４２）内に供給し、かつ廃液を容器（４２）から排出するための、先端が針になっている内筒（４６）と、前記内筒の外側に配置され、前記容器内に気体を導入し、又は前記容器から気体を排出するための外筒（４８）とを有することが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本願を実施形態及び図面に基づいて更に説明する。図１は、本発明の実施形態に係る注入装置の全体図である。図２は、本発明の実施形態に用いる超臨界水反応装置の全体図である。図３は、本発明の実施形態に係る吐出吸引針の主要部詳細図である。
【００１４】
まず、図１を用いて、注入装置について詳細に説明する。
【００１５】
図１に示すのは、超臨界水反応装置に廃液を注入する、本発明の一実施形態に用いる注入装置３０であり、洗浄カップ５０と、洗浄カップ５０に接続された洗浄液貯蔵容器５２と、洗浄液貯蔵容器５２に接続された分注器５４と、分注器５４に接続された洗浄装置４０と、洗浄装置４０に接続された減圧廃液瓶５６とを有する。
【００１６】
洗浄カップ５０は、洗浄液を入れるための容器を有しており、洗浄ポンプ５８を介して洗浄液貯蔵容器５２に接続される。一般的に洗浄液貯蔵容器５２よりも大きく、洗浄液を大量に貯蔵するためのものである。
【００１７】
洗浄液は、超臨界水反応装置にて分解する物質（以下、「分解対象物」という）によって適宜決めることができ、特に制限されない。ヘキサン、イソプロピルアルコール等の有機溶媒であってもよいし、洗剤等の界面活性剤を含む溶液であってもよいし、後の処理で超臨界水となることから、水を含むものであってもよい。有機溶媒である場合、分解対象物を溶解可能な溶媒であることが好ましい。また、超臨界水装置内で分解対象物を燃焼させる場合は、低級アルコール、アセトン、ヘキサンなどの発火しやすい有機溶媒であることが好ましい。発火しやすい目安として、例えば、１気圧での沸点が２００℃以下の有機溶媒が好ましく、１００℃以下の有機溶媒が好ましい。また、１気圧、０℃にて液体である有機溶媒が好ましい。有機溶媒が気体である場合には、高圧を維持することが困難だからである。例えば、炭素数が１０以下の低級アルコール、ヘキサン等の極性の低い有機溶媒が用いられる。例えば、分解対象物がダイオキシン類の場合には、ヘキサン等の極性の低い有機溶媒が用いられる。
【００１８】
洗浄液貯蔵容器５２は、洗浄液を入れるための容器を有し、３方電磁弁６０を介して分注器５４と接続される。洗浄カップ５０から洗浄ポンプ５８によって導入された洗浄液を一時的に貯蔵するためのものである。
【００１９】
３方電磁弁６０は、電気的に制御され、独立して開閉可能な３つの弁６０ａ，６０ｂ，６０ｃを有する。弁６０ａと弁６０ｂとを開け、弁６０ｃを閉じることにより、洗浄液貯蔵容器５２と分注器５４とを接続する。一方、弁６０ｂと弁６０ｃとを開け、弁６０ａを閉じることにより、分注器５４と洗浄装置４０とを接続する。
【００２０】
分注器５４は、モータ等の駆動装置５４ａと、洗浄液を一定量保持する保持部を有し、３方切換バルブ６４を介して洗浄装置４０に接続される。分注器５４には、駆動装置５４ａにより洗浄液貯蔵容器５２から設定量の洗浄液が導入される。この設定量は、分解対象物を有する容器４２の容量に合わせて予め決められる。分注器５４の保持部に洗浄液が導入されるときは、上述したように、３方電磁弁６０のうち、弁６０ａと弁６０ｂとが開いており、弁６０ｃが閉じられる。設定量の洗浄液の導入が終了すると、弁６０ａが閉じられ、弁６０ｃが開く。分注器５４の保持部に保持された設定量の洗浄液は、駆動装置５４ａにより、洗浄装置４０側へ押し出される。
【００２１】
３方切換バルブ６４は、分注器５４、洗浄装置４０及び減圧廃液瓶５６に接続される。３方切換バルブ６４は、切換え可能な２つのライン６４ａ−６４ｂと、６４ｂ−６４ｃとを有しており、ライン６４ａ−６４ｂが有効なとき、ライン６４ｂ−６４ｃは接続されておらず、分注器５４と洗浄装置４０との接続のみを可能にする。一方、ライン６４ｂ−６４ｃが有効なとき、ライン６４ａ−６４ｂは接続されておらず、洗浄装置４０と減圧廃液瓶５６との接続のみを可能にする。
【００２２】
分注器５４から押し出された定量の洗浄液は、３方切換バルブ６４のライン６４ａ−６４ｂを介して洗浄装置４０に導入される。
【００２３】
洗浄装置４０は、駆動装置６８と、この駆動装置６８、及び、３方切換バルブ６４に接続されたライン７２を保持する保持部７０と、ライン７２と接続された吐出吸引針４４と、分解対象物を有する容器４２を保持するラック６６とを有する。
【００２４】
保持部７０は、駆動装置６８とライン７２を保持し、ライン７２及びライン７２に接続される吐出吸引針４４の位置を変化させる。駆動装置６８は単一であっても、複数あってもよい。駆動装置６８により、ライン７２及び吐出吸引針４４の位置を変化させ、吐出吸引針４４をラック６６内に保持された所定の容器４２内に挿入させる。吐出吸引針４４は、単一であっても、複数であってもよい。２以上有すると、同時に複数の容器を洗浄処理することが可能となる。
【００２５】
ラック６６には、１以上の容器４２が配置されている。配置される容器４２が複数である場合は、通常、一定の間隔をおいて配置される。吐出吸引針４４をそれぞれの容器４２に挿入しやすくするためである。ラック６６は、ラック６６を移動させるための駆動装置を有していてもよい。
【００２６】
容器４２は、分解対象物を有する容器である。
【００２７】
分解対象物は、固体であっても、液体であってもよく、ゾル、ゲル、比重が高い場合は気体であってもよい。ダイオキシン等の有害物質、医療廃棄物、血液等の生体サンプル、微生物分離後の媒質等の廃棄物、実験後の廃棄溶液などを挙げることができる。一般的な有機物は勿論のこと、残留性有機汚染物質（ＰＯＰｓ：PersistentOrganic Pollutants ）或いは残留性有害生物蓄積物質（ＰＴＢｓ：PersistentToxic Bio-accumlatives ）、環境基準において有害物質指定されているＰＣＢｓ，トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、廃農薬等の有機塩素化合物等を挙げることができる。また、塩素のほかにもハロゲン化物は一般に難分解性であるが、例えば、有機臭素化合物等も挙げることができる。さらに、各種の工場における生産工程からは様々な硫黄化合物、窒素化合物、リン化合物等が排出され、これらの完全分解が求められる有機物を挙げることもできる。
【００２８】
分解対象物は、例えば、サンプル瓶中のダイオキシン等の有害物溶液から溶媒が揮発した後の付着物又は乾固物であってもよい。
【００２９】
容器としては、通常有害な物質を収納することができる容器であればよく、特には限定されない。例えば、ガラス製のサンプル瓶、試験管、フラスコ、シャーレ等を挙げることができる。
【００３０】
「分解対象物を有する容器」とは、分解対象物を内部に有する容器のことであり、典型的には、分解対象物が内部に残留し、又は付着している容器や、分解対象物を内部に保持した容器を指し、例えば、分解対象物を分析、分離する際に使用したすべての容器、分解対象物が付着したすべての容器、分解対象物を保持した容器などを挙げることができる。
【００３１】
内部に有する分解対象物を外界に露出させない観点から、容器４２は、蓋４２ａを有していることが好ましい。蓋４２ａは、吐出吸引針４４が挿入しやすい材質からできていることが好ましい。
【００３２】
以下、図３を用いて、吐出吸引針４４について詳細に説明する。
【００３３】
吐出吸引針４４は、洗浄液を容器４２内に供給し、かつ廃液を容器４２から排出するための、先端が針になっている内筒４６と、内筒４６の外側に配置され、容器４２内に気体を導入し、又は容器４２から気体を排出するための外筒４８とを有する２重管構造を持つ。
【００３４】
内筒４６は、洗浄液の導入、排出が可能になるように、両端が開口されている。一方の開口端は、容器４２内への洗浄液の吐出を可能としている。また、この開口端は先端が針状になっており、容器４２が蓋４２ａを有する場合も、吐出吸引針４４の容器４２への挿入を可能にする。もう一方の開口端は、ライン７２に接続され、分注器５４からの洗浄液の導入を可能にする。
【００３５】
外筒４８は、一端のみ開口されている。即ち、吐出吸引針４４が容器４２内に挿入された際に、容器４２内に位置する一端は閉塞されているため、容器４２内の洗浄液が外筒４８を経て外界に排出されることがない。また、吐出吸引針４４が容器４２内に挿入された際に、容器４２外に位置する他端は開口され、大気中にさらされている。
【００３６】
外筒４８の側面には、通気孔４８ａが形成され、容器４２内の気体の通気を可能にしている。容器４２が密封容器である場合に、吐出吸引針４４に通気孔を設けることにより、容器４２内への洗浄液の導入、廃液の排出が容易になる。この通気孔４８ａは、吐出吸引針４４が完全に容器４２内に挿入された状態で、容器４２の蓋４２ａに近い位置にくるように設計されているため、洗浄液は通気孔４８ａを通じて排出されることがない。また、外筒４８には図示しない弁が設けられているため、洗浄液は外筒４８を経て大気中に排出されない。
【００３７】
図１に示すように、容器４２を洗浄する際は、駆動装置６８により、吐出吸引針４４を洗浄する容器４２の上側まで移動させ、吐出吸引針４４を容器４２内に挿入させる。この際、ラック６６を移動させてもよい。所定量の洗浄液は、ライン６４ａ−６４ｂが有効である３方切換バルブ６４を介して、分注器５４から導入され、内筒４６を経て容器４２内に導入される。この際、通気孔４８ａを経て容器４２内の気体は排出される。
【００３８】
容器４２内に導入された洗浄液は、容器４２内に有する分解対象物と混合され、または分解対象物を溶解し、廃液となる。例えば、分解対象物が容器４２に付着又は乾固している有害物である場合には、洗浄液がこのような有害物を溶解して、廃液となる。
【００３９】
所定量の洗浄液が容器４２内に導入されると、３方切換バルブ６４のラインが切り換わり、ライン６４ｂ−６４ｃが有効となる。
【００４０】
洗浄装置４０は、３方切換バルブ６４のライン６４ｂ−６４ｃを介して減圧廃液瓶５６に接続される。減圧廃液瓶５６は、減圧ポンプ５６ａと、超臨界水反応装置１０に接続されるライン５６ｂとを有する。
【００４１】
減圧ポンプ５６ａにより、容器４２内の廃液は吸引され、減圧廃液瓶５６内に排出される。この際、通気孔４８ａを経て、大気中から空気が容器４２内に導入される。また、減圧ポンプ５６ａの排気は、蒸発した洗浄液を含むおそれがあるため、減圧ポンプ５６ａの排気側には活性炭等の吸着材を設けることが好ましい。
【００４２】
廃液の排出が終了すると、駆動装置６８により吐出吸引針４４は容器４２から抜き取られ、まだ洗浄されていない容器４２がある場合は、その容器４２の上側へ移動され、上記の操作が繰り返される。
【００４３】
減圧廃液瓶５６は、ライン５６ｂを介して超臨界水反応装置１０の供給系に接続される。
【００４４】
以上のように形成された注入装置３０では、まず、洗浄すべき容器４２をラック６６にセットし、洗浄すべき容器４２の容量、内部に有する分解対象物の量から、洗浄に必要な洗浄液の量を設定する。
【００４５】
次に、駆動装置５４ａを駆動させて、予め洗浄液が貯蔵されている洗浄液貯蔵容器５２から、３方電磁弁６０を介して設定量の洗浄液を分注器５４に導入する。この際、３方電磁弁の弁６０ａ及び弁６０ｂが開かれ、弁６０ｃが閉じられている。
【００４６】
図示しないスタートボタンを押すと、弁６０ａが閉じられ、弁６０ｃが開く。また、駆動装置６８により、吐出吸引針４４が洗浄しようとする容器４２に挿入される。駆動装置５４ａが駆動し、注入器５４内の洗浄液が、３方切換バルブ６４のライン６４ａ−６４ｂを経て、吐出吸引針４４を介して容器４２に導入される。容器４２内に導入された洗浄液は、容器４２内に有する分解対象物と混合され、または分解対象物を溶解し、廃液となる。例えば、分解対象物が容器４２に付着又は乾固している有害物である場合には、洗浄液がこのような有害物を溶解して、廃液となる。
【００４７】
所定量の洗浄液の導入が終了すると、３方切換バルブ６４のラインが、ライン６４ｂ−６４ｃに切り替わり、減圧ポンプ５６ａに吸引されて、廃液は減圧廃液瓶５６に導入される。
【００４８】
必要があれば、以上の操作を繰り返し行い、分解対象物を有する容器４２を洗浄する。
【００４９】
このように、超臨界水用ノズルに廃液を注入する注入装置は、完全に機械化されているため、人手を介することなく、安全に、有害物質を有する容器を洗浄処理することができる。
【００５０】
続いて、図２を用いて、超臨界水反応装置について詳細に説明する。
【００５１】
図２に示すのは、反応器１と、その反応器１内へ超臨界水、酸化剤、分解対象物および燃料等の流体を吐出させる超臨界水用ノズル２とを備えた超臨界水反応装置１０である。
【００５２】
本発明の一実施形態に用いる超臨界水反応装置１０は、チャンバー３を確定する反応器１を備える。
【００５３】
反応器１は、温度及び圧力が水の臨界点以上の反応領域を形成することができる管式反応器である。本実施形態では、燃料を供給して燃焼させるので、その燃焼温度に耐えられることが必要である。
【００５４】
もっとも、反応器１は管式反応器に限られず、温度及び圧力が水の臨界点以上の反応領域を形成することができるものであれば反応器の型式に限定されない。例えば、いわゆる管式反応器の他、ベッセル型反応器（縦型筒状反応器）などのいずれの反応器も採用することができる。「管式反応器」は、直線的に延びた筒状構造、曲線的に延びた筒状構造、これらを組み合わせた構造等のいずれのものであってもよく、その延設構造などによって限定されるものではない。「ベッセル型反応器」は、超臨界水酸化反応を行うための超臨界領域を器内上部に有し、かつ亜臨界領域を器内下部に有する縦型筒状構造のものをいう。下部の亜臨界領域に落下した塩を亜臨界水に溶解させて器外に排出できるので、超臨界酸化反応で生成する酸をアルカリで中和することが必要な反応に好適に用いられる。有機物分解の超臨界水酸化の条件は、一般的には、反応温度が４００℃以上、好ましくは５５０℃〜６５０℃前後であり、反応圧力は２２ＭＰａ〜６０ＭＰａ、好ましくは２２ＭＰａ〜３０ＭＰａである。反応時間は、例えば、１秒〜２４時間であり、好ましくは、１分〜２時間であり、更に好ましくは１分〜１０分、更になお好ましくは１分〜２分である。
【００５５】
反応器１は、上流側がハウジング１ａの内側に支持されている。反応器１の上流側には超臨界水用ノズル２が備えられており、チャンバー３と流体接続する吐出口１６を有する。ノズル２には、３つの導入管２ａ、２ｂ、２ｃが接続されており、それぞれハウジング１ａに支持される。導入管２ａ，２ｂ及び２ｃのいずれかは、注入装置３０のライン５６ｂと接続されており、分解対象物を含む廃液がノズル２に導入される。同様に、導入管２ａ，２ｂ及び２ｃのいずれかから、超臨界水、酸化剤および燃料等の流体がノズル２に導入される。
【００５６】
「超臨界水」とは、水の臨界点以上、すなわち３７４℃以上の温度かつ２２ＭＰａ以上の圧力下に存在する水をいう。超臨界水は、分解対象物に対する溶媒としての役割を果たす。このため、超臨界水の量や温度は、分解対象物の反応温度、供給量、予熱の有無などに応じて決めるが、一般的には一気に昇温できるように、５００℃〜６５０℃の超臨界水を供給するのが好ましい場合が多い。
【００５７】
「酸化剤」とは、酸素、空気等のガス状酸化剤あるいは過酸化水素水等の液状酸化剤などがある。通常、費用の点から空気が選ばれることが多い。
【００５８】
「分解対象物を含む廃液」とは、上述したように、注入装置３０から排出される廃液を指す。分解対象物が容器４２に付着又は乾固している有害物である場合には、洗浄液がこのような有害物を希釈、溶解又は再溶解して、廃液となる。
【００５９】
燃焼に用いる「燃料」は、イソプロピルアルコール等の低級アルコール、アセトン等の低級ケトン、ヘキサン等の低級アルカンなどの発火しやすい有機溶媒である。望ましくは低級アルコール又は低級アルカンであり、更に望ましくはイソプロピルアルコール又はヘキサンである。容器４２を洗浄する際に使用した洗浄液であってもよい。
【００６０】
「超臨界水用ノズル」とは、２つの流体を並流させる二流体ノズルであってもよいし、３つの流体を並流させる三流体ノズルであってもよいし、それ以上の多流体ノズルであってもよい。
【００６１】
導入管２ａ，２ｂ，２ｃにより導入された流体は、ノズル２の吐出口１６から反応器１に向かって吐出され、噴出しながら超臨界水反応を起こし、炎を発生しながら燃焼する。
【００６２】
「超臨界水反応」とは、超臨界水を使用して生じる反応のすべてをいい、典型的には分解対象物の分解反応をいう。
【００６３】
反応器１は、高温かつ高圧に耐えられる材料で構成されており、例えば、インコネル、特に、インコネル６２５から構成される。例えば、６００℃の温度、３０ＭＰａの圧力に耐えられる材料を用いる。なお、吐出口１６の下、火炎そのものは７００℃、８００℃になったとしても、チャンバーの内壁では６００℃の温度に耐えられればよいこともある。
【００６４】
超臨界水反応装置は、反応器１の周囲には、チャンバーを加熱するため、電熱コイル等の加熱器４が設けられている。加熱器４の系方向に外側は、断熱材等の保温材５で被覆されている。加熱器４及び保温材５は、ハウジング５ａの内側に支持される。
【００６５】
超臨界水反応装置は、チャンバー３の下流に、熱交換機６を有しても良い。熱交換機６は、ハウジング６ａと、その内部にほぼ平行に配置されている複数の管と、ハウジング６ａに設けられた冷媒入口６ｂと、ハウジング６ａに設けられた冷媒出口６ｃを有する。管の内側がチャンバー３に流体接続しており、これにより、チャンバー３内を通過した反応生成物が熱交換機６の管の内部を流れることができる。一方、それらの管の外側かつハウジング６ａの内側を空気等の冷媒が、冷媒入口６ｂから冷媒出口６ｃに向かって、反応生成物と逆方向に流れることができる。
【００６６】
次いで、熱交換機６の下流に更に熱交換機７を有することが好ましい。熱交換機７は、ハウジング７ａと、その内部にほぼ平行に配置されている複数の管と、冷媒入口（図示せず）と、その上流側に冷媒出口７ｃとを有する。それらの管の内側が熱交換機６の管の内側に流体接続しており、これにより、熱交換機６の管の内部を通過した反応生成物が更に熱交換機７の管の内部を流れることができる。一方、その管の外側かつハウジング７ａの内側を、冷媒入口（図示せず）から冷媒出口７ｃに向かって、水等の冷媒が反応生成物と逆方向に流れることができる。
【００６７】
熱交換機６と熱交換機７とは、例えば、フランジ８ａ及びフランジ８ｂを介して接続される。
【００６８】
例えば、熱交換機６では、冷媒として、空気等の気体が好ましく用いられる。一方、熱交換機７では、冷媒として、水等の液体が好ましく用いられる。熱交換機６の管としては、例えば、６００℃の温度、かつ、３０ＭＰａの圧力に耐える部材、例えば、インコネル６２５が用いられる。熱交換機７の管としては、例えば、３７０℃の温度、かつ、３０ＭＰａの圧力に耐える部材、例えば、インコネル６２５が用いられる。
【００６９】
本発明の一実施形態に用いる超臨界水反応装置は、以上のように構成される。
【００７０】
導入管２ａ，２ｂ，２ｃによりノズル２に導入された超臨界水、分解対象物を含む廃液、酸化物及び燃料等の流体は、ノズル２の吐出口１６から反応器１へ向かって吐出され、噴出し、適宜設計したノズル構造や供給流量の設定により与えられる所定粒径の液滴となって反応器１内に噴出する。そしてこの際に、被処理流体は超臨界水との混合により一気に水の臨界温度以上に昇温され、酸化剤の存在により発熱反応し、酸化分解や加水分解等により水（この条件下では超臨界水）、二酸化炭素、窒素等の単純な化合物まで分解される反応が進行する。この際、反応器１に確定されるチャンバー３内は、超臨界水反応が生じる環境となるように、加熱器４により加熱され、それらは保温材５により保温される。
【００７１】
反応生成物は、チャンバー３内を通過して下流側に流れ、チャンバー３の下流側に備えられた熱交換機６により冷却される。反応生成物の冷却は、冷媒入口６ｂから冷媒出口６ｃに向かって流れる冷媒が、熱交換機６を構成する複数の管の内側を下流に向かって流れる反応生成物の温度を奪うことによって行われる。
【００７２】
熱交換機６によって、ある程度冷却された反応生成物は、熱交換機６の下流側に設けられた熱交換機７によって更に冷却される。この際、反応生成物の冷却は、同様に、冷媒入口（図示せず）から冷媒出口（図示せず）に向かって流れる冷媒が、熱交換機７を構成する複数の管の内側を下流に向かって流れる反応生成物の温度を奪うことによって行われる。
【００７３】
以上のように冷却された反応生成物は、収集可能な状態になる。収集可能な状態になった反応生成物は、収集され、器外に排出される。
【００７４】
超臨界水用ノズルに廃液を注入する注入装置、及び注入された廃液を分解処理する超臨界水反応装置を完全に機械化することにより、人手を介することなく、安全に、有害物質を有する容器を洗浄処理することができる。
【００７５】
【発明の効果】
本発明によれば、注入装置及び超臨界水反応装置が完全に自動化されているため、人手を介さずに簡便かつ安全に有害物質を分解処理することができ、有害物質を有する容器の自動洗浄が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に用いる注入装置の全体図である。
【図２】本発明の実施形態に用いる超臨界水反応装置の全体図である。
【図３】本発明の実施形態に用いる吐出吸引針の主要部詳細図である。
【図４】純粋な水の状態図である。
【符号の説明】
１ 反応器
１ａ，５ａ，６ａ，７ａ ハウジング
２ 超臨界水用ノズル
２ａ，２ｂ，２ｃ 導入管
３ チャンバー
４ 加熱器
５ 保温材
６，７ 熱交換機
６ｂ 冷媒入口
６ｃ 冷媒出口
８ａ，８ｂ フランジ
１０ 超臨界水反応装置
１６ 吐出口
３０ 注入装置
４０ 洗浄装置
４２ 容器
４２ａ 蓋
４４ 吐出吸引針
４６ 内筒
４８ 外筒
４８ａ 通気孔
５０ 洗浄カップ
５２ 洗浄液貯蔵容器
５４ 分注器
５４ａ 駆動装置
５６ 減圧廃液瓶
５６ａ 減圧ポンプ
５６ｂ，７２ ライン
５８ 洗浄ポンプ
６０ ３方電磁弁
６０ａ，６０ｂ，６０ｃ 弁
６４ ３方切換バルブ
６４ａ―６４ｂ，６４ｂ−６４ｃ ライン
６６ ラック
６８ 駆動装置
７０ 保持部
Claims (3)
- 注入装置及び超臨界水反応装置を含む超臨界水反応システムであって、
前記超臨界水反応装置は、内部にチャンバーを確定する反応器と、
前記反応器内の前記チャンバーに流体接続する超臨界水用ノズルとを有し、
前記注入装置は、容器を洗浄するための洗浄装置を有し、
前記注入装置は、前記超臨界水用ノズルに流体接続されることを特徴とする超臨界水反応システム。 - 前記洗浄装置が、洗浄液を前記容器内に導入し、かつ、廃液を排出する吐出吸引針を有することを特徴とする請求項１に記載の超臨界水反応システム。
- 前記吐出吸引針が、
前記洗浄液を前記容器内に供給し、かつ前記廃液を前記容器から排出するための、先端が針になっている内筒と、
前記内筒の外側に配置され、前記容器内に気体を導入し、又は前記容器から気体を排出するための外筒とを有することを特徴とする請求項２に記載の超臨界水反応システム。
Priority Applications (1)
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| JP2000173001A JP3706003B2 (ja) | 2000-05-30 | 2000-06-09 | 超臨界水反応システム |
Applications Claiming Priority (3)
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|---|---|---|---|
| JP2000-160171 | 2000-05-30 | ||
| JP2000160171 | 2000-05-30 | ||
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| JP2002052334A JP2002052334A (ja) | 2002-02-19 |
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2000
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