JPH0985075A

JPH0985075A - 高圧反応方法及び高圧反応装置

Info

Publication number: JPH0985075A
Application number: JP26917495A
Authority: JP
Inventors: Akira Suzuki; 明鈴木; Osamu Takahashi; 治高橋; Shigeru Harada; 茂原田; Tomohiro Kawakita; 智博河北
Original assignee: Organo Corp; Japan Organo Co Ltd
Current assignee: Organo Corp
Priority date: 1995-09-22
Filing date: 1995-09-22
Publication date: 1997-03-31
Anticipated expiration: 2015-09-22
Also published as: JP3368410B2

Abstract

(57)【要約】【課題】反応容器コストの著しく低下された安全性の
高い高圧反応方法及び高圧反応装置を提供する。【解決手段】耐圧容器内に反応容器を配設した構造を
有する反応装置におけるその反応容器内で高圧反応を行
うとともに、その耐圧容器内面と反応容器外面との間に
形成される空隙部内に高圧流体を充填し、かつその反応
容器内の圧力と該空隙部内の圧力を実質的に同じ圧力に
保持することを特徴とする高圧反応方法。耐圧容器内に
反応容器を配設した構造を有し、耐圧容器内面と反応容
器の外面との間に形成される空隙部と反応器内部とが開
口又は配管を介して流体的に連絡していることを特徴と
する高圧反応装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高圧反応方法及び
高圧反応装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】有機物質を超臨界条件下にある水（超臨
界水）中において酸化分解する方法は知られている（特
開平２−７５９１１号）。このような超臨界水を用いる
反応では、その反応圧力は２２０気圧以上と非常に高い
ものになる。しかも、前記反応では、有機物質中に塩素
等のハロゲン原子が含まれていると、腐食性の強いハロ
ゲン化水素が発生する。従って、この場合の反応容器と
しては、耐圧性のみならず、高度の耐腐食性を有するも
のが要求されることとなり、その反応容器コストは非常
に高くなるという問題を生じる。従来の高圧反応容器で
は、一般的にその耐腐食性は不十分であるため、これを
前記反応を行うための反応容器として用いると、その反
応容器寿命が短く、新しいものと比較的頻繁に交換する
ことが必要となり、その結果、反応容器コストは非常に
高くなる。しかも、反応容器の交換時期が遅れると、内
部の高圧流体が反応容器の腐食により生じたピンホール
等から外部に噴出するという危険も生じる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、反応容器コ
ストの著しく低下された安全性の高い高圧反応方法及び
高圧反応装置を提供することをその課題とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記課題
を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成する
に至った。即ち、本発明によれば、耐圧容器内に反応容
器を配設した構造を有する反応装置におけるその反応容
器内で高圧反応を行うとともに、その耐圧容器内面と反
応容器外面との間に形成される空隙部内に高圧流体を充
填し、かつその反応容器内の圧力と該空隙部内の圧力を
実質的に同じ圧力に保持することを特徴とする高圧反応
方法が提供される。また、本発明によれば、耐圧容器内
に反応容器を配設した構造を有し、耐圧容器内面と反応
容器の外面との間に形成される空隙部と反応器内部とが
開口又は配管を介して流体的に連絡していることを特徴
とする高圧反応装置が提供される。さらに、本発明によ
れば、耐圧容器内に反応容器を配設した構造を有する反
応装置本体と、該反応容器内に反応原料を導入するため
の配管と、該反応容器内の反応生成物を排出するための
配管と、該耐圧容器内面と反応容器外面との間に形成さ
れる空隙部に高圧流体を導入するための配管を備え、該
空隙部と反応容器内部とが開口又は配管を介して流体的
に連絡していることを特徴とする高圧反応装置が提供さ
れる。さらにまた、本発明によれば、耐圧容器内に反応
容器を配設した構造を有する反応装置本体と、該反応容
器内に反応原料を導入するための配管と、該反応容器内
の反応生成物を排出するための配管と、該耐圧容器内面
と反応容器外面との間に形成される空隙部に高圧流体を
導入するための配管を備えるとともに、該空隙部内の圧
力と反応容器内の圧力とを実質的に同じ圧力に保持する
ための圧力制御系を有することを特徴とする高圧反応装
置が提供される。

【０００５】

【発明の実施の形態】次に、本発明を図面を参照しなが
ら詳述する。図１は、本発明の高圧反応装置の１つの実
施例についての模式図を示す。この図において、１は耐
圧容器、２は反応容器、３は原料供給ノズル、４は内
管、５は外管、６は反応生成物排出管、７は開口部、Ａ
は反応器内部、Ｂは耐圧容器内壁と反応容器外壁との間
に形成される空間部を示す。図１に示した本発明の高圧
反応装置本体は、耐圧容器１と、その内部に配設された
反応容器２とからなる。耐圧容器１は、通常、断面円形
状の筒体からなる。このものは、高圧に対する十分な機
械的強度を有するものであればよく、高度の耐腐食性は
特に要求されない。従って、この耐圧容器の材質は、従
来の耐圧容器に用いられているものと同じ材質とするこ
とができ、例えば、炭素鋼やステンレススチール等であ
ることができる。反応容器２は、耐圧容器１とは異な
り、耐高圧性は特に必要とされないが、耐腐食性にすぐ
れているものであることが好ましい。従って、この反応
容器の材質としては、ニッケル合金、鉄合金、炭素鋼の
他、セラミックスを用いることができ、場合によって
は、プラスチックも用いることができる。反応容器２
は、一般的には、５ｋｇ／ｃｍ²Ｇ以上の圧力、好まし
くは１０〜２０ｋｇ／ｃｍ²Ｇの圧力に耐え得るもので
あればよい。前記した反応容器の耐熱性は、その反応容
器内で実施する反応温度に耐え得るものであればよい。
超臨界水を用いる場合、反応容器は、３７４℃以上の温
度に対して耐久性を有するものであればよい。

【０００６】原料供給ノズル３は、２重管構造のもの
で、内管４と外管５とからなる。これらの管体の材質と
しては、ニッケル合金、鉄合金、ステンレススチール等
を用いることができる。反応生成物排出管６は、反応容
器２内の反応生成物を反応装置外部へ排出させるための
ものである。開口部７は、反応容器２の内部Ａと、耐圧
容器内面と反応容器外面との間の空隙部Ｂとを流体的に
連絡させるものである。従って、本発明の反応装置にお
いては、反応容器の内部Ａと、その反応容器の外面と耐
圧容器内面との間に形成される空隙部Ｂとは実質上同じ
圧力に保持される。即ち、反応容器内の圧力が高くなる
と、それに応じて反応容器を包囲する空隙部の圧力も増
加し、反応容器の内部圧力と同じ圧力になる。このこと
により、反応容器２の内外圧は実質上同じになるため、
反応容器の耐高圧性は特に必要とされなくなる。前記反
応生成物排出管６の材質としては、ニッケル合金や鉄合
金等を用いることができる。

【０００７】図１に示した反応装置を用いて、有機物質
を超臨界水中で酸化分解する反応例を示すと、先ず、ラ
イン１５を通る空気（又は酸素）をライン１３、ライン
１６を通して外管５に導入し、２重管ノズル３の先端か
ら反応容器内に噴出させるとともに、ライン１５を通る
空気（又は酸素）の一部をライン１４を通して反応容器
外面と耐圧容器内面との間の空隙部Ｂ内に導入する。ラ
イン１２を通して超臨界水をライン１６に導入して空気
（又は酸素）と混合し、空気（又は酸素）とともに２重
管ノズル３の先端から反応容器内に噴出させ、反応容器
２の内部Ａ内に超臨界水と空気（又は酸素）との混合物
を充満させる。超臨界水に空気（又は酸素）を混合する
と、空気（又は酸素）は超臨界水に溶解する。従って、
反応容器２の内部Ａ内においては、空気は超臨界水に溶
解した状態で存在する。次に、前記のように、超臨界水
と空気（又は酸素）を反応容器内に供給しながら、ライ
ン１１から有機物質を含む原料液を内管４に導入し、そ
の先端から反応容器内へ噴出させ、前記超臨界水と空気
（又は酸素）との混合物に混合させる。ライン１２を通
る前記超臨界水の温度は約４００〜６００℃であり、そ
の圧力は約２２１〜４５０気圧である。ライン１３を通
る空気（又は酸素）の温度は約２０〜６００℃であり、
その圧力は約２２１〜４５０気圧である。有機物質を含
む原料液の温度は約２０〜２００℃であり、その圧力は
約２２１〜４５０気圧である。空気（又は酸素）量は、
有機物質を分解するのに必要な理論量以上であればよ
い。

【０００８】前記のようにして、反応容器２内におい
て、有機物質を含む原料液と超臨界水と空気との混合物
が生成されるが、この混合物は超臨界状態を形成し、有
機物質の酸化分解が急速に進行し、その酸化熱でさらに
温度が上昇し、有機物質は完全に分解される。反応容器
内の条件は、水の超臨界状態を保持し得る条件であり、
その反応温度は３７４〜６５０℃であり、その圧力は２
２１〜４５０気圧である。反応容器内の反応生成物は、
反応生成物排出管６及びライン１７を介して排出され
る。

【０００９】図１に示した装置例では、反応容器２の底
面と耐圧容器１の底面とを共用しているが、この理由は
反応生成物を反応容器２の上方から排出するようにして
いるため、反応容器２の底面があまり高温とならず、底
面においては格別の腐食の問題を生じないことによる。
なお、このような場合においても、反応容器２にその側
面及び上面と同じ材質を用いた底面を設けてよいことは
云うまでもなく、また反応生成物を反応容器の下方から
排出するような場合も、同じように側面及び上面と材質
が等しい底面を設けることが好ましい。

【００１０】本発明の高圧反応装置においては、前記し
たように、反応容器の内外圧を常にほぼ同一の圧力に保
持することができる。反応容器にかかる圧力は、通常、
２ｋｇ／ｃｍ²以下である。従って、本発明で用いる反
応容器の耐圧性は非常に小さくてすみ、それに応じて、
反応容器壁の厚みも、非常に小さくてすむ。反応容器壁
の厚みは、反応容器の直径にもよるが、一般的には、２
〜１０ｍｍ程度で十分である。一方、有機物質がハロゲ
ン等の腐食性元素を含む場合には、そのハロゲンは有機
物質の分解により高腐食性のハロゲン化水素に変換され
るため、反応容器の内壁面は高度の耐腐食性を有するも
のであることが必要になる。このような場合には、反応
容器の材質そのものを耐腐食性のものにするか、反応容
器内壁面上に耐腐食性材料をコーティングすればよい。
本発明の場合には、反応容器の材質自体を高耐腐食性の
ものとしても、前記のように、反応容器壁の厚さは小さ
くてすむことから、従来技術のように、耐圧容器自体を
高耐腐食性のものにする場合に比べて、その反応容器コ
ストは著しく少なくてすむ。また、反応容器に寿命がき
て、これを交換する必要性が生じたときには、本発明の
場合は、従来のように、反応装置全体を交換する必要は
なく、耐圧容器はそのままにして、薄肉厚に形成された
反応容器のみを交換すればよく、反応装置コストの大幅
な低減が可能となる。さらに、反応容器２の壁面に腐食
によりピンホールが生じた場合でも、反応容器内の内容
物は空隙部Ｂに噴出するだけであるので、従来の高圧反
応装置の場合のように、装置外部へ噴出するようなこと
はなく、非常に安全である。

【００１１】次に、本発明の高圧反応装置において、反
応容器の内部Ａと空隙部Ｂとが流体的に連絡する他の実
施例についての模式図を図２〜図４に示す。これらの図
において、図１に示したのと同じ符号は同じ意味を有す
る。図２に示した装置において、一方の反応流体Ｃはラ
イン２１を通って空隙部Ｂ内に入り、ここからライン２
２を通って外部へ抜出された後、他方の反応流体Ｄが通
るライン２３に導入され、ここで両者の反応流体が混合
される。この混合物はノズル２５を通ってそのノズル先
端から反応容器２内に噴出され、反応容器の内部Ａにお
いて両者の反応が行われる。反応生成物はライン２４を
通って外部へ排出される。図２に示した反応装置におい
ては、反応容器２の内部Ａと空隙部Ｂとは、ライン２
２、ライン２３及びノズル２５を介して流体的に連絡し
ており、反応容器の内部Ａと空隙部Ｂとは実質的に同じ
圧力に保持される。

【００１２】図３に示した装置において、ライン３１を
通る一方の反応流体Ｃの一部はライン３２を通って空隙
部Ｂ内に入り、その残部はライン３３を通って反応容器
２内に導入される。一方、他方の反応流体Ｄはライン３
４を通って反応容器２内に導入される。反応容器２内に
おいて両者の反応流体が混合反応される。反応生成物は
ライン３５を通って外部へ排出される。図３に示した反
応装置においては、反応容器２の内部Ａと空隙部Ｂと
は、ライン３２及びライン３３を介して流体的に連絡し
ており、反応容器の内部Ａと空隙部Ｂとは実質的に同じ
圧力に保持される。

【００１３】図４に示した装置は、空隙部Ｂ内の流体の
一部がライン４６を通って外部へ排出されている点で、
図３の装置と相違するだけである。この装置において
も、反応容器２の内部Ａと空隙部とは実質的に同じ圧力
に保持される。

【００１４】本発明の高圧反応装置のさらに他の実施例
についての模式図を図５及び図６に示す。これらの図に
おいて、図１に示したのと同じ符号は同じ意味を有す
る。また、これらの図に示した装置は、図１〜図４に示
した装置とは異なり、反応容器２の内部Ａと空隙部Ｂと
は流体的には連絡されておらず、両者の圧力は、圧力制
御系により同じ圧力に保持される。この場合の圧力制御
系は、反応容器の内部Ａの圧力と空隙部Ｂの圧力を同じ
にするように設計されたものであれば、どのようなもの
でもよいが、一般的には、空隙部Ｂ内に気体又は液体の
圧力媒体を充填しておき、反応容器内に導入される気体
又は液体の原料の圧力を検知し、この検知圧力に基づい
て空隙部Ｂ内の圧力媒体の圧力を同じ圧力に制御する圧
力制御系や、反応容器内の圧力と、圧力媒体の充填され
た空隙部Ｂ内の圧力差を検知し、この検知された圧力差
に基づいて空隙部Ｂ内の圧力を反応容器内の圧力と同じ
圧力に制御する圧力制御系等が採用される。

【００１５】図５に示した装置において、一方の反応流
体Ｃはライン５１を通って反応容器２の内部へ導入さ
れ、他方の反応流体Ｄはライン５２を通って反応容器２
の内部へ導入される。両者の反応流体は反応容器２の内
部において混合反応され、反応生成物はライン５３を通
って排出される。一方、圧力媒体（空気、水、油等の気
体又は液体）Ｅがライン５５からポンプ５８、圧力調節
バルブ５７を通って空隙部Ｂ内に導入され、その一部が
ライン５４を通って外部へ排出される。ただし、圧力媒
体は必ずしも外部へ排出させる必要ない。ライン５１に
は圧力検出器５６が付設され、この圧力信号は圧力調節
バルブ５７に送られ、空隙部Ｂ内の圧力がライン５１の
圧力と同じ圧力になるように、空隙部Ｂ内へ導入される
圧力媒体の流量が調節される。

【００１６】図６に示した装置において、一方の反応流
体Ｃはライン６１を通って反応容器２の内部へ導入さ
れ、他方の反応流体Ｄはライン６２を通って反応容器２
の内部へ導入される。両者の反応流体は反応容器２の内
部において混合反応され、反応生成物はライン６３を通
って排出される。一方、圧力媒体（空気、水、油等の気
体又は液体）Ｅがライン６７からポンプ６６、圧力調節
バルブ６８を通って空隙部Ｂ内に圧入され、空隙部Ｂ内
の圧力は圧力調節バルブ６８により一定圧力に保持され
る。ライン６１と空隙部Ｂとの間には差圧計６４が付設
され、この差圧信号は圧力調節バルブ６８に送られ、空
隙部Ｂ内の圧力がライン５１の圧力と同じ圧力に保持さ
れる。

【００１７】反応容器内に導入される流体は、１種又は
複数種であり、反応の種類に応じて適当種の反応流体が
選ばれる。また、反応流体としては、液体の他、スラリ
ー液、気体等を用いることができる。

【００１８】

【実施例】次に本発明を実施例によりさらに詳細に説明
する。

【００１９】実施例１図１に示した構造の反応装置を用いて、トリクロロエチ
レンとイソプロピルアルコールの混合物の酸化分解反応
を行った。この場合、耐圧容器１としては、器壁の厚さ
が１３０ｍｍの炭素鋼製容器を用い、反応容器２として
は、器壁の厚さが１０ｍｍの耐食金属製容器を用いた。
先ず、外管５を通して、超臨界水１００重量部に空気１
００重量部を混合して混合物Ｆを作り、これを反応容器
２内に１００ｋｇ／ｈの流速で噴出させ、反応容器内部
Ａ及び反応容器外面と耐圧容器内面との間の空隙部Ｂ内
に充満させた。混合物Ｆの温度は６００℃であり、その
圧力は２４０気圧である。次に、混合物Ｆを反応容器内
に噴出させながら、有機物質としてイソプロピルアルコ
ールとトリクロロエチレンとの混合物を２０重量％含む
水溶液を、５０ｋｇ／ｈの流速で反応容器内に噴出させ
た。この水溶液の噴出により、有機物質としてのイソプ
ロピルアルコールの急速な酸化分解が起り、反応容器の
内部温度は、６００℃にまで上昇し、以後、この反応温
度により反応は進行した。反応生成物は、その排出管６
を介して排出し、冷却した。この反応生成物の性状を示
すと次表の通りである。本表から明らかなように、イソ
プロピルアルコールとトリクロロエチレンは完全に分解
されていた。

【００２０】

【表１】＊ＴＯＣ：全有機炭素濃度ＴＣＥ：トリクロロエチレン濃度ＣＯ：一酸化炭素

【００２１】

【発明の効果】本発明においては、耐圧容器内に反応容
器を配設した構造の高圧反応装置を用い、反応容器の内
外圧が実質的に同じ圧力に保持された状態で高圧反応を
行う。従って、本発明の場合、反応容器は、耐高圧性の
ものにする必要がないことから、非常に安価に製造する
ことができる。また、反応容器の寿命がきて又は破損を
生じて、反応容器を交換する必要が生じたときには、従
来のように、反応装置全体を交換する必要はなく、耐圧
容器はそのままにして、薄肉厚に形成された反応容器の
みを交換すればよいことから、反応装置コストの大幅な
低減が可能となる。また、反応容器が破損しても、高圧
の反応流体が装置外部へ飛散することもないので、その
高圧反応は安全に実施することができる。本発明の高圧
反応装置は、超臨界水や超臨界ＣＯ₂等の超臨界液体を
用いる高圧反応用の反応装置として好適なものである
が、他の高圧液相反応や、高圧気相反応用の反応装置と
して用いることができる。このような高圧反応の例とし
ては、例えば、下水汚泥や、し尿、難分解性有機廃液の
湿式酸化反応、下水汚泥、木材、アルコール残温等を熱
化学的に液化（油化）させる反応、石炭の液化反応等を
挙げることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の高圧反応装置の１つの実施例について
の模式図を示す。

【図２】本発明の高圧反応装置の他の実施例についての
模式図を示す。

【図３】本発明の高圧反応装置のさらに他の実施例につ
いての模式図を示す。

【図４】本発明の高圧反応装置のさらに他の実施例につ
いての模式図を示す。

【図５】本発明の高圧反応装置のさらに他の実施例につ
いての模式図を示す。

【図６】本発明の高圧反応装置のさらに他の実施例につ
いての模式図を示す。

【符号の説明】

１耐圧容器２反応容器３二重管ノズル４内管５外管６反応生成物排出管７開口部Ａ反応容器内部Ｂ耐圧容器と反応容器との間の空隙部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者河北智博埼玉県戸田市川岸１−４−９オルガノ株式会社総合研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】耐圧容器内に反応容器を配設した構造を
有する反応装置におけるその反応容器内で高圧反応を行
うとともに、その耐圧容器内面と反応容器外面との間に
形成される空隙部内に高圧流体を充填し、かつその反応
容器内の圧力と該空隙部内の圧力を実質的に同じ圧力に
保持することを特徴とする高圧反応方法。
【請求項２】耐圧容器内に反応容器を配設した構造を
有し、耐圧容器内面と反応容器外面との間に形成される
空隙部と反応器内部とが開口又は配管を介して流体的に
連絡していることを特徴とする高圧反応装置。
【請求項３】耐圧容器内に反応容器を配設した構造を
有する反応装置本体と、該反応容器内に反応原料を導入
するための配管と、該反応容器内の反応生成物を排出す
るための配管と、該耐圧容器内面と反応容器外面との間
に形成される空隙部に高圧流体を導入するための配管を
備え、該空隙部と反応容器内部とが開口又は配管を介し
て流体的に連絡していることを特徴とする高圧反応装
置。
【請求項４】耐圧容器内に反応容器を配設した構造を
有する反応装置本体と、該反応容器内に反応原料を導入
するための配管と、該反応容器内の反応生成物を排出す
るための配管と、該耐圧容器内面と反応容器外面との間
に形成される空隙部に高圧流体を導入するための配管を
備えるとともに、該空隙部内の圧力と反応容器内の圧力
とを実質的に同じ圧力に保持するための圧力制御系を有
することを特徴とする高圧反応装置。