利用超临界流体或亚临界流体的有机物质等的反应装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种使用超临界流体或亚临界流体的有机物质等的反应装置，可在均匀的状态下向反应机中注入有机物质等的被反应物质而在该注入部分不产生堵塞，同时可以高效且工业化运转。该反应装置的反应机（１２）由汽缸（１２ａ）与设于该汽缸（１２ａ）中的活塞（１２ｂ）构成。通过使活塞（１２ｂ）运动，压缩流体的蒸气，获得超临界流体或亚临界流体，在被反应物质的化学反应结束后，使活塞（１２ｂ）向相反方向运动，降低温度和压力，使反应停止，从汽缸（１２ａ）中取出所得的生成物，同时向汽缸（１２ａ）中喷入新的流体蒸气，从而可以周期性地运转。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及使用超临界流体或亚临界流体的有机物质等的反应装置。更具体地讲，涉及以生物体等的有机物质等为被反应物质、使用超临界流体或亚临界流体将该被反应物质进行分解或反应处理用的反应装置。
技术介绍
很早，作为对生物体等的有机物质进行物理化学的分解反应方法，如特公平1-38532号公报所公开的，提出了使用超临界流体的分解处理方法来代替已知的药品氧化法、光氧化法、燃烧法、热水反应法。有机物质等使用这种超临界流体的分解处理方法，与反应条件为200-300℃的低温条件的热水反应法不同，是使用超过水的临界温度374℃、临界压力218个大气压条件下的超临界水对有机物质等的被反应物质进行分解。这种超临界水具有许多优点，例如其极性可以用温度和压力控制，链烷烃系烃或苯等的非极性物质也可以进行溶解，另外，作为与氧等的气体以任意的比例进行混合的这种有机物氧化分解用的反应溶剂显示出极好的性能。此外，分解对象物的碳含量是百分之几，只靠氧化热便可升温到临界温度以上，故热能利用非常好，另外，使用超临界水可以将通过水解反应或热分解反应几乎难分解的有机物或有毒有机物等大致完全分解等。使用以往超临界流体的方法按照以下的流程进行。即，在将含有机物质等的被反应物质的水、氧等的氧化剂流体及超临界流体这三种流体预先混合状态或部分混合状态下，供给进行超临界水氧化反应的反应容器。在水的超临界条件下通过氧化过程将对象物进行分解。此外，通过氧化反应还可以处理成一氧化碳或氢等。使用以往超临界流体的反应装置，都是把流体加压后进行加热使流体成为超临界状态或亚临界状态的高温高压的状态，由此而进行反应，因此，使流体成为高温高压状态时需要大量的能量。对超临界流体或亚临界流体的高温高压的流体，作为降低加压时的能量的方法，有采用管路系统的连续式高压釜的开发(山崎仲道等著，《水热科学实验所报告》，Vol.3，1-4(1979))。这种方法是使用活塞和汽缸回收处理后的高温高压流体的压力，利用与回收用的另外的活塞连动的活塞和汽缸，降低对加压前的流体进行加压时的能量。为了降低对超临界流体或亚临界流体的高温高压流体加压时的能量，也有使用特开2000-233127号公报公开的装置的方法。该装置使用汽缸中的活塞接收处理后的高温高压流体的压力，作为对处理前流体进行加压用的力进行传导的第1驱动手段上又设加载驱动力的第2驱动手段。即，处理后的高压流体的能量，在利用背压阀降低后导入前述第1驱动手段中的汽缸。因此，是使含被反应物质的流体变成高温高压后稳定地供给反应体系的装置。另外，超临界流体或亚临界流体因为是高温高压，流体中的分解反应等非常快。因此，必须缩短在超临界流体或亚临界流体中处理被反应物质的时间，使超临界流体或亚临界流体中的高速反应迅速停止。作为利用超临界流体或亚临界流体的高温高压流体缩短在短时间内处理被反应物质时间的方法，有利用纤维素水解用连续反应装置(M.Sasaki，B.Kabyemela，R.Hilaluan S.Mirose，N.Takeda，T.Adschiri，K.Arai；亚临界和超临界水中的纤维素水解，J.Supercrit.Fluids1998.13.261-268)的方法。该方法是流动型反应装置，采用以下的流程进行被反应物质的处理。即，在反应器的入口附近使被反应物质与加热加压到规定条件的超临界水迅速升温到直接混合为目的的最佳反应温度。另外，通过在反应器的出口向反应液直接喷入冷水进行外部冷却的方法进行急冷。这种情况下，通过缩小反应器的容积或提高流速，可以缩短在超临界水中处理被反应物质的时间。然而，目前还没有可以回收能量、且使用超临界流体在极短时间内处理被反应物质、同时可以使用前述以往的超临界流体有效地实施有机物质等的反应、进行高温高压流体的超临界状态操作用的工业化装置。有机物质等使用以往超临界流体的反应装置，例如，被反应物质是木粉等有机物质的场合，迅速将分散有机物质的高压水加热，将超临界或亚临界状态保持一定时间，通过该超临界或亚临界状态的水解反应，可进行使木粉等的有机物质向葡萄糖等低分子糖转化的糖化反应。为了防止该糖化反应结束后生成的低分子糖类再分解，必须将高温的超临界水或亚临界水进行急冷停止反应。该糖化反应也可以使用间歇型及流动型的任一种装置进行。以前的反应装置提出了使用流动型进行反应时，高温超临界水状态的实现使分散木粉的低温超临界压水与高温的超临界水混合进行反应。另外，为了停止该反应，采用注入冷水的过程的装置。但是，这种以前的反应装置，要进行上述的各过程，还存在以下的诸问题。(1)要构成装置必须有顺序导入水的加压、加热、反应、冷却及减压器，因此装置构成整体来讲变得复杂。(2)为了缩短木质等有机物质糖化反应的时间，必须混合冷水停止反应。若延长反应时间，则被反应物过度分解后不能得到糖。(3)因此通过使用冷水急冷停止反应，故水使用量增多。因此，反应后浓缩糖的规模大。(4)因为使用冷水的冷却过程，因此能量消耗大。(5)很难用高压水使木质等的有机物质在同样地分散的状态下分布。因此，本专利技术的目的在于提供可在均匀状态下将有机物质等的被反应物质注入反应器、可以用极短的时间对被反应物质进行超临界流体处理、同时能量效率高且可工业运转的使用超临界流体或亚临界流体的有机物质等的反应装置。
技术实现思路
为了达到上述的目的，本专利技术的使用超临界流体或亚临界流体的有机物质等的反应装置，其特征在于，由压缩蒸气获得超临界流体或亚临界流体的手段，使该超临界流体或亚临界流体与有机物等的被反应物质接触进行化学反应的手段，以及使含该化学反应所生成产物的流体膨胀后减压的手段构成。本专利技术的使用超临界流体或亚临界流体的有机物质等的反应装置的压缩蒸气获得超临界流体或亚临界流体的手段，使超临界流体或亚临界流体与有机物等的被反应物质接触进行化学反应的手段，以及使含化学反应所生成产物的流体膨胀后减压的手段，由汽缸与设在该汽缸上的活塞构成，通过使该活塞运动压缩蒸气。化学反应结束后，使活塞向反方向运动，降低温度和压力，从汽缸中取出含所得产物的流体并向汽缸中喷入新的蒸气而周期性地运转。这里，上述的汽缸与活塞是往复式的反应机，在功能上是与柱塞在汽缸内往复运动的柱塞式反应器完全相同的物理形式的装置。本专利技术的反应装置通过活塞在汽缸中的运动，在同一个汽缸内进行加压、加热、反应、冷却及减压。因此，可以使整个装置简化。本专利技术的反应装置，使用活塞将导入汽缸中的蒸气进行绝热压缩，实现流体的超临界或亚临界状态。然后，再驱动活塞，使流体绝热膨胀，对该流体的超临界或亚临界状态进行冷却。此时，通过使活塞的上下运动变换成旋转运动等调节其速度，可以在极短时间内中断超临界或亚临界流体中的反应，抑制被反应物质的过度分解，不混合低温的液体(流体是水时，为冷水)而可以迅速停止反应(冻结)。其结果，由于不使用低温的流体，所以可以高度确保所得反应产物糖等的浓度。此外，通过使活塞绝热膨胀的功变换成旋转运动等，可以再用于再次绝热压缩用的功，在秒单位以下的极短时间内中断被处理物质的反应时，可以使用少的能耗进行处理。在本专利技术装置内实现的超临界流体的温度压力条件，可以利用流体的压缩比、导入的饱和蒸气的温度、液体(流体是水时，为水)的添加量自由地控制。而且，本文档来自技高网...

【技术保护点】
使用超临界流体或亚临界流体的有机物质等的反应装置，其特征在于，由压缩蒸气获得超临界流体或亚临界流体的手段，使该超临界流体或亚临界流体与有机物等的被反应物质接触进行化学反应的手段及使含该化学反应所生成产物的流体膨胀后减压的手段构成。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：池上询，川边研，
申请(专利权)人：洋马株式会社，坂志朗，池上询，
类型：发明
国别省市：JP[日本]