(57)【要約】【課題】高圧流体抜出しシステムに関し、圧力制御弁またはキャピラリチューブ等の部品の磨耗を減少し、長期の連続運転を可能とする。【解決手段】高圧容器１、高圧流体送出管３１、気液分離器４、液体送出管３２、気体送出管３２、圧力制御弁５、液面制御弁等８を備える高圧流体抜出しシステムにおいて、気液分離器４の前段側に、高圧容器１に高圧流体送出管を介して接続され高圧容器１から流出する高圧流体に含有される固形微粒子を分離するろ過器３を設ける。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧流体を収容する高圧容器と、この高圧容器に高圧流体送出管を介して接続され、前記高圧容器から流出する高圧流体に含有される固形微粒子を分離するろ過器と、このろ過器の下流側に設けられ、前記高圧流体を気体と液体とに分離する気液分離器と、この気液分離器で分離された気体および液体をそれぞれ送出する気体送出管および液体送出管と、前記気体送出管に設けられ、前記気液分離器内の圧力を一定に保つ気体抜出し量制御用の圧力制御弁と、前記液体送出管に設けられ、前記気液分離器内の液体の液位を制御する液面制御弁とを備えたことを特徴とする高圧流体抜出しシステム。
【請求項２】
前記液体送出管の液面制御弁の後段に、圧力が低下した液体からさらに気体を分離する第２気液分離器と、この第２気液分離器で分離された気体および液体をそれぞれ送出する第２気体送出管および第２液体送出管と、前記第２気体送出管に設けられ、前記第２気液分離器内の圧力を一定に保つ気体抜出し量制御用の第２圧力制御弁と、前記第２液体送出管に設けられ、前記第２気液分離器内の液体の液位を制御する第２液面制御弁とを備えた請求項１に記載の高圧流体抜出しシステム。
【請求項３】
前記高圧容器に接続された前記高圧流体送出管の途中部分を複数の並列管路に分岐し、その各分岐管路にそれぞれ固形微粒子を分離するろ過器と、これら各ろ過器の前後に配置された管路切替え用の止弁とを設けた請求項１または請求項２記載の高圧流体抜出しシステム。
【請求項４】
前記ろ過器に液体または気体を供給する逆洗ライン、および逆洗時に前記ろ過器内の流体を排出する排出ラインを有する請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の高圧流体抜出しシステム。
【請求項５】
前記圧力制御弁は、前記高圧容器の圧力を保持して前記気液分離器から気体を抜出す背圧弁である請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の高圧流体抜出しシステム。
【請求項６】
前記気液分離器の液面レベルを高圧流体の入口および出口の差圧に基づいて検出する液面レベル検出手段と、検出された液面レベルに対応して前記液面制御弁の開度を制御する弁制御手段とを備えた請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の高圧流体抜出しシステム。
【請求項７】
前記気液分離器の内部において、液体よりも密度の小さい浮遊粒子が液体と気体との界面に一層以上形成されている請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の高圧流体抜出しシステム。
【請求項８】
前記気液分離器に接続された前記気体送出管に、気体中に混入した液体ミストを捕集し、液体からミストを分離除去するミスト分離器を設けるとともに、分離した液体を前記気液分離器に戻す液体戻りラインおよび液体戻り量を制御する弁を設けた請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の高圧流体抜出しシステム。
【請求項９】
前記気液分離器の気体送出管に、前記気液分離器と前記減圧装置との間のラインを加熱する加熱手段を備えた請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の高圧流体抜出しシステム。
【請求項１０】
高圧流体を収容する高圧容器と、この高圧容器に高圧流体送出管を介して接続され、前記高圧容器から流出する高圧流体に含有される固形微粒子を分離するろ過器と、このろ過器の下流側に設けられ、前記高圧流体を気体と液体とに分離する気液分離器と、この気液分離器で分離された気体および液体をそれぞれ送出する気体送出管および液体送出管と、前記気体送出管に設けられ、前記気液分離器内の液体の液位を制御する液面制御弁と、前記液体送出管に設けられ、前記気液分離器内の圧力を一定に保つ気体抜出し量制御用の圧力制御弁とを備えたことを特徴とする高圧流体抜出しシステム。
【請求項１１】
高圧流体を収容する高圧容器と、この高圧容器に高圧流体送出管を介して接続され、前記高圧容器から流出する高圧流体に含有される固形微粒子を分離するろ過器と、このろ過器の下流側に設けられ、前記高圧流体を気体と液体とに分離する気液分離器と、この気液分離器で分離された気体および液体をそれぞれ送出する気体送出管および液体送出管と、前記気体送出管に設けられ、前記気液分離器内の圧力を一定に保つ気体抜出し量制御用の圧力制御弁と、前記液体送出管に設けられ、前記気液分離器内の液体の液位を制御する液面制御弁とを備え、前記ろ過器は、金属系、セラミックス系またはフッ素樹脂系のフィルタを有することを特徴とする高圧流体抜出し装置。
【請求項１２】
前記圧力制御弁または前記液面制御弁の弁体の材質は、高耐食性ステンレス鋼またはγ析出硬化型ステンレス鋼である請求項１１に記載の高圧流体抜出し装置。
【請求項１３】
前記気液分離器は、密閉型のケーシングと、このケーシング内の中央位置に上方から導入された流体吹込み管とを有し、前記流体吹込み管の内径は、前記ケーシングへの導入基部側から先端開口部側に次第に拡大している請求項１１または請求項１２に記載の高圧流体抜出し装置。
【請求項１４】
前記気液分離器は円筒状のケーシングを有するとともに、気液混合流入口を前記ケーシング上部の接線方向に配置し、流入流体中の液体が遠心力により前記ケーシングの内壁を旋回しながら降下する構成とした請求項１１ないし請求項１３のいずれかに記載の高圧流体抜出し装置。
【請求項１５】
前記気液分離器の上側に充填物の層または邪魔板からなる障害物を配置した請求項１１ないし請求項１４のいずれかに記載の高圧流体抜出し装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は超臨界連続処理システム等に適用される高圧流体抜出し技術に係り、特に構成部品の摩耗防止を図って長期の連続運転を可能とする高圧流体抜出しシステムおよび高圧流体抜出し装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、高圧容器から高圧流体を抜出す高圧流体抜出しシステム、例えば超臨界連続処理システムが知られている。この超臨界連続処理システムでは一般に、処理対象物を高圧用ポンプで加圧し、加熱した流体を高圧容器である反応用器に供給して処理を行い、キャピラリチューブや圧力制御弁により一段または複数段で減圧を行って、反応容器の高圧流体を抜出している。
【０００３】
このような高圧流体抜出しシステムについて、これまでに提案された技術としては、例えば反応容器から送出される高圧流体を冷却し、圧力制御弁により中圧または低圧に減圧して気液分離器により気体と液体とに分離し、この分離された気体を気体送出管に設けられた圧力調整弁から抜出して気液分離器の圧力を調整する一方、液体は液体送出管に設けたフィルタを通して固形物を除去した後に液面制御弁から抜出し、気液分離器の液面を調整するシステムがある（例えば特許文献１参照）。なお、弁に替えてオリフィスを使用することも可能である。
【０００４】
また、他の技術として、反応容器から流出した処理液を常温まで冷却してキャピラリチューブにより減圧し、気液分離器により気体と液体とを分離するシステムがある。この技術では、キャピラリチューブに別の系統から送水することにより、処理液の変動に起因する圧力損失の変化を補償して、部品の寿命を長くすることが提案されている（例えば特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００１−４６８５５号公報
【特許文献２】特開２０００−２７６２３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、従来の高圧流体抜出しシステムにおいては、圧力制御弁またはキャピラリチューブ等がフィルタよりも上流側に設置されている。このような構成においては、固形微粒子を含有する液体と気体との混合流体が高差圧環境下で減圧作用を受けるため、圧力制御弁またはキャピラリチューブ等の部品の磨耗が激しく、圧力を維持できなくなる等、長期の連続運転が妨げられるという課題がある。
【０００６】
本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、固形微粒子等の固形分を予め除去し、その後に減圧処理をすることにより、圧力制御弁またはキャピラリチューブ等の部品の磨耗を抑制することができ、これにより長期の連続運転を可能とする高圧流体抜出しシステムおよび高圧流体抜出し装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記の目的を達成するため、本発明では、高圧流体を収容する高圧容器と、この高圧容器に高圧流体送出管を介して接続され、前記高圧容器から流出する高圧流体に含有される固形微粒子を分離するろ過器と、このろ過器の下流側に設けられ、前記高圧流体を気体と液体とに分離する気液分離器と、この気液分離器で分離された気体および液体をそれぞれ送出する気体送出管および液体送出管と、前記気体送出管に設けられ、前記気液分離器内の圧力を一定に保つ気体抜出し量制御用の圧力制御弁と、前記液体送出管に設けられ、前記気液分離器内の液体の液位を制御する液面制御弁とを備えたことを特徴とする高圧流体抜出しシステムを提供する。
【０００８】
また、本発明では、高圧流体を収容する高圧容器と、この高圧容器に高圧流体送出管を介して接続され、前記高圧容器から流出する高圧流体に含有される固形微粒子を分離するろ過器と、このろ過器の下流側に設けられ、前記高圧流体を気体と液体とに分離する気液分離器と、この気液分離器で分離された気体および液体をそれぞれ送出する気体送出管および液体送出管と、前記気体送出管に設けられ、前記気液分離器内の圧力を一定に保つ気体抜出し量制御用の圧力制御弁と、前記液体送出管に設けられ、前記気液分離器内の液体の液位を制御する液面制御弁とを備え、前記ろ過器は、金属系、セラミックス系またはフッ素樹脂系のフィルタを有することを特徴とする高圧流体抜出し装置を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、圧力制御弁よりも上流側にフィルタを配置して固形微粒子等の固形分を予め除去し、その後に減圧処理をすることにより、圧力制御弁またはキャピラリチューブ等の部品の磨耗を抑制することができ、これにより長期の連続運転が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明に係る高圧流体抜出しシステムおよび高圧流体抜出し装置の実施形態について、超臨界連続処理システムおよび同装置を例として説明する。
【００１１】
［第１実施形態（図１）］
図１は、本発明の第１実施形態による高圧流体抜出しシステムを示す系統図である。図１に示すように、本実施形態では高圧流体を収容する高圧容器として、例えば超臨界水の酸化反応を行なうための反応容器１を備えている。反応容器１には、高圧流体を排出するための高圧流体送出管３１が接続されており、この高圧流体送出管３１の最上流側には冷却器２が設けられている。この冷却器２において、反応容器１から流出する高圧流体が冷却される。
【００１２】
高圧流体送出管３１における冷却器２の下流側には、フィルタ１６を有するろ過器３が設けられている。このろ過器３により、冷却器２で冷却された高圧流体に含有されている固形微粒子が分離除去される。
【００１３】
そして、高圧流体送出管３１における、ろ過器３の下流側に、気液分離器４が連結されている。この気液分離器４により、高圧流体が気体と液体とに分離される。
【００１４】
さらに、気液分離器４には、気体送出管３２および液体送出管３３が設けられ、これらの気体送出管３２および液体送出管３３には、気液分離器４により分離された気体９ａおよび液体１０がそれぞれ送出される。なお、液体送出管３３側に流れる液体１０には微量の気体９ｂが含まれる。
【００１５】
気体送出管３２には、気液分離器４内の圧力を一定に保つ気体抜出し量制御用の圧力制御弁５が設けられている。この圧力制御弁５は、気体送出管３２内ひいては気液分離器４内の圧力を圧力計４０を介して検出して、液面制御弁信号４２を出力する圧力制御装置６により駆動される。
【００１６】
一方、液体送出管３３には、気液分離器４内の液体の液位を制御する液面制御弁７が設けられている。この液面制御弁７は、気液分離器４内の液面を液位検出計４１を介して検出して、液面制御弁信号４３を出力する液面制御装置８により駆動される。
【００１７】
すなわち、本実施形態では、反応容器１から流出する高温高圧流体を冷却する冷却器２と、固形物を除去するろ過器３と、気体と液体とを分離する気液分離器４と、気体を抜出す圧力調整弁５と、その開度を調整する圧力制御装置６と、液体を抜出す液面制御弁７と、その弁開度を調整する液面制御装置８とを備えた構成とされている。
【００１８】
このように構成された本実施形態において、反応容器１から流出する固形微粒子を含有する高温高圧流体は、冷却器２で冷却された後に、ろ過器３のフィルタ１６により固形微粒子が除去される。そして、固形微粒子が除去された高圧流体が気液分離４に供給され、気体と液体とに分離され、圧力調整装置６により気液分離器４の圧力が検出されて、圧力調整弁５の開度が調整されて気体９ａが排出される。
【００１９】
これにより、気液分離器４内の圧力ｈｓが一定に維持され、液面制御装置８により気液分離器４内の液体１０の液位が検出されて、液面制御弁７の開度が調整され、液体１０を排出することにより、液位が一定範囲に維持される。
【００２０】
本実施形態によれば、固形微粒子がろ過器３で除去された後の、固形微粒子を含まない気体９ａ，９ｂおよび液体１０が、圧力制御弁５および液面制御弁７を通過するので、弁の磨耗が従来に比して減少し、長期の連続運転が可能となる。なお、本実施形態および下記の他の実施形態においては、圧力制御弁に代えて、キャピラリチューブを適用することができる。
【００２１】
［第２実施形態（図２）］
図２は、本発明の第２実施形態による高圧流体抜出しシステムを示す系統図である。本実施形態では、液体送出管３３ａの液面制御弁７ａの後段に、圧力が低下した液体１０から、さらに気体９ｂを分離する第２気液分離器４ｂと、この第２気液分離器４ｂで分離された気体９ｂおよび液体１０をそれぞれ送出する第２気体送出管３２ｂおよび第２液体送出管３３ｂと、第２気体送出管に設けられ、第２気液分離器４ｂ内の圧力を一定に保つ気体抜出し量制御用の第２圧力制御弁５ｂと、第２液体送出管３３ｂに設けられ、第２気液分離器４ｂ内の液体の液位を制御する第２液面制御弁７ｂとを備えた高圧流体抜出しシステムについて説明する。なお、第１実施形態と同一の構成については、図２に図１と同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００２２】
図２に示すように、本実施形態では、反応容器１から流出する高温高圧流体を冷却する冷却器２と、固形物を除去するろ過器３と、気体と液体とを分離する気液分離器４ａと、気体を抜出す圧力調整弁５ａと、その開度を調整する圧力調整装置６ａと、液体を抜出す液面制御弁７ａと、その開度を調整する液面制御装置８ａと、液面制御弁７ａから流出した流体を気体と液体とに分離する第２気液分離器４ｂと、気体を抜出す第２圧力調整弁５ｂと、その開度を調整する第２圧力調整装置６ｂと、液体を抜出す第２液面制御弁７ｂと、その開度を調整する第２液面制御装置８ｂとを備えている。
【００２３】
このように構成された本実施形態においては、液面制御弁７ａから抜出されて圧力が低下し、気体を発生した流体を第２気液分離器４ｂに供給して気体と液体とに分離し、第２圧力調整装置６ｂにより第２気液分離器４ｂの圧力を検出して第２圧力調整弁５ｂの開度を調整して気体９ａを排出することにより、気液分離器４の圧力を一定に維持し、第２液面制御装置８ｂにより第２気液分離器４ｂ内の液体の液位を液位検出計４１ｂを介して検出して液面制御弁信号４３ｂを出力し、第２液面制御弁８ｂの開度を調整し、液体を排出することにより、液位を一定範囲に維持することができる。
【００２４】
なお、第２気液分離器４ｂ内の流体の温度は、気体９ｂが液化しない温度まで、冷却器２により冷却される。また、第２気液分離器４ｂ内の流体の温度を一定範囲に維持する制御装置を備えることは、気体の回収率向上に有効である。
【００２５】
さらに、気液分離器４ａにより、２種類以上の気体が液化している場合には、図示しないが、気液分離器４ｂの後段に、同様第３，第４‥の気液分離器４ｂを複数段設置して、流体の温度と圧力を制御しながら圧力を下げていくことにより、気体を分離して回収することが可能である。
【００２６】
本実施形態によれば、例えば超臨界酸化処理システムに適用した場合、高圧の気液分離器４ａにより窒素および酸素などの液化し難い気体を分離することができるので、後段の低圧の第２気液分離器４ｂ等で高濃度の二酸化炭素を回収することができ、原料としての有効利用が期待できるようになる。
【００２７】
また、合成や分解など高圧の反応システムにおいても、温度と圧力とを段階的に低下することにより、複数種類の気体を分離回収することができ、原料として有効利用することができる。
【００２８】
［第３実施形態（図３）］
図３は、本発明の第３実施形態による高圧流体抜出しシステムを示す系統図である。本実施形態では、高圧容器としての反応容器１に接続された高圧流体送出管３１の途中部分を複数の並列な分岐管路３１ａ，３１ｂに分岐し、その各分岐管路３１ａ，３１ｂにそれぞれ固形微粒子を分離するろ過器３ａ，３ｂと、これら各ろ過器３ａ，３ｂの前後に配置された管路切替え用の止弁１１，１２，１１ｂ，１２ｂとを設けた高圧流体抜出しシステムについて説明する。
【００２９】
また、本実施形態では、ろ過器３ａ，３ｂに液体または気体を供給する逆洗ライン３４，３４ｂ、および逆洗時にろ過器３ａ，３ｂ内の流体を排出する排出ライン３５ａ，３５ｂを有する高圧流体抜出しシステムについて説明する。なお、第１実施形態と同一の構成については、図３に図１と同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００３０】
上記構成により処理を行なう場合には、まず一方の分岐管路３１ａに設けられているろ過器３ａの前後の弁１１ａおよび弁１２ａを開き、他方のろ過器３ｂの前後の弁１１ｂおよび弁１２ｂを閉じてシステムを運転する。
【００３１】
ろ過器３ａに流体から分離除去された固形微粒子が溜まったら、他方のろ過器３ｂの前後の弁１１ｂおよび弁１２ｂを開き、続いて、一方のろ過器３ａの前後の弁１１ａおよび弁１２ａを閉じる。他方のろ過器３ｂでろ過をしている間に、一方のろ過器３ａのフィルタ１６ａを交換して設置し、または洗浄してフィルタを再生する。
【００３２】
この操作をろ過器３ａと、ろ過器３ｂとで交互に行うことにより、連続運転が可能となる。なお図示しないが、ろ過器３ａ，３ｂの入口と出口のそれぞれの差圧を測定する装置を設置すれば、差圧の上昇により、ろ過器の切替時期を検出することができる。また、ろ過器３ａ，３ｂの再生に長時間がかかる場合には、同様のろ過器のラインを３系統以上設置することにより、連続運転が可能となる。
【００３３】
なお、本実施形態においては、ろ過器３ａ，３ｂに気体または液体供給用ラインと弁、およびドレン用ラインと弁を設けることが可能である。例えば、ろ過器３ａの再生方法を例に説明する。ろ過器３ａはろ過対象流体の出入り口にドレン弁（弁１１ａおよび弁１２ａ）、および気体９ｃまたは液体１０ａを供給するラインの弁１３ａ、およびろ過器３ａに溜まった固形微粒子を含有する廃液を排出するラインの１４ａから構成される。
【００３４】
そして、まず、一方のろ過器３ａの弁１１ａおよび弁１２ａを閉じて弁１４ａを開くと、ろ過器内部の高圧の流体は常圧になるため、体積膨張して廃液が排出される。この時、フィルタ１６ａの弁１４ａ側に存在した流体は膨張してフィルタ１６ａの面をろ過時と逆方向に通過してフィルタ１６ａの表面に堆積している固形微粒子を除去する逆洗が行われ、これによりフィルタ１６ａが再生される。
【００３５】
さらに、弁１３ａを開として気体９ａまたは液体１０ａをろ過器３ａに供給してフィルタ１６ａを逆洗する。弁１４ａおよび弁１３ａを閉じて再生を終了する。例えば、気体９ａとしては、空気、窒素などの不活性ガスや気液分離器４ａから回収される気体９ａまたは気体９ｂが利用できる。液体１０ａとしては、水、液体１０、フィルタ１６ａの洗浄に使われる薬剤が使用できる。
【００３６】
また、複数の気体または液体、あるいは気体と液体との組み合わせにより逆洗することも有効である。さらに、ろ過器３ａの内部を液体で満たして再生を終了することにより、ろ過器切替時の圧力変動を抑制する効果が奏される。
【００３７】
なお、気体または液体の供給ラインと弁１３ａとを削除して、フィルタ１６ａの弁１２ａ側に存在した流体の膨張のみで、フィルタ１６ａの表面に堆積している固形微粒子を逆洗除去することも可能である。一方のろ過器３ａと並列に設置された他方のろ過器３ｂにおいても、上述と同様の方法で逆洗を行うことにより、ろ過３ｂからフィルタ１６ｂを取外して洗浄することが不要になり、取り付けたままフィルタ１６ｂの再生を行なうことができる。
【００３８】
本実施形態によれば、ろ過器のラインが並列であるため、長期間の連続運転ができる。また、逆洗設備を備えた別の実施形態では、ろ過器からフィルタを取外して洗浄することが不要となり、作業効率が向上する。さらに、システムから回収される気体や液体の一部を逆洗に有効利用することができる。
【００３９】
［第４実施形態（図４）］
図４は、本発明の第４実施形態による高圧流体抜出しシステムを示す系統図である。本実施形態では、高圧流体を収容する高圧容器としての反応容器１と、この反応容器１に高圧流体送出管３１を介して接続され、反応容器１から流出する高圧流体に含有される固形微粒子を分離するろ過器３と、このろ過器３の下流側に設けられ、高圧流体を気体と液体とに分離する気液分離器４と、この気液分離器４で分離された気体および液体をそれぞれ送出する気体送出管３２および液体送出管３３と、気体送出管３２に設けられ、気液分離器４内の圧力を一定に保つ気体抜出し量制御用の圧力制御弁５と、液体送出管３３に設けられ、気液分離器４内の液体の液位を制御する液面制御弁７とを備え、ろ過器３は、金属系、セラミックス系またはフッ素樹脂系のフィルタ１６を有する高圧流体抜出し装置について説明する。なお、第１実施形態と同一の構成については、図４に図１と同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００４０】
本実施形態では、反応容器１と、ろ過器３との間に冷却器２ａを配置し、気液分離器４から気体および液体を抜出す気体送出管３２、液体送出管３３に冷却器２ｂ、２ｃをそれぞれ配置し、ろ過器３の中には金属系またはセラミックス系またはフッ素樹脂系、またはこれらの複合材で構成されたフィルタ１６を設置する。
【００４１】
そして、反応器１から流出する高温高圧流体を冷却器２ａにより冷却し、ろ過器３により固形微粒子を除去して気液分離器４に供給し、冷却器２ｂ，冷却器２ｃにより冷却して、それぞれの流体を抜出す。フィルタ１６の耐熱性により、冷却温度を高くすることができる。例えば、フッ素樹脂系であれば最高２３０℃程度まで使用でき、金属系、セラミックス系では、さらに高温まで使用することができるので、流体温度がフィルタ１６の耐熱温度以下であれば、冷却器２ａを除去することができる。
【００４２】
気体９ａは、圧力制御弁５により圧力が低下して断熱膨張して温度が低下し、温度低下が著しい場合には、気体９ａ中に含まれている水分等が凝固して固体を生成する。この固体が圧力制御弁５の圧力を減圧する隙間部分の材料を磨耗させて圧力制御ができなくなり、長期の連続運転を妨げる。
【００４３】
そこで、冷却器２ｂでは、気体９ａの温度が固体を発生する温度以上になるように、必要以上の冷却を行わない。すなわち、冷却器２ｂの冷却温度は液面制御弁７の耐熱温度と後段の液温を考慮して、必要以上に冷却を行わない。この方法によるシステム全体の冷却能力の削減には、装置および配管からの放熱を利用することも有効であり、冷却器２ａ、２ｂ、２ｃのいずれかの削除も可能である。
【００４４】
また、第２実施形態または第３実施形態の気液分離器４ａの高圧流体抜出、または気液分離器４ａおよび気液分離器４ｂの高圧流体抜出にもこの方法を適用することができ、冷却能力の減少と圧力制御弁５ａおよび圧力制御弁５ｂの寿命の長期化にも有効である。
【００４５】
本実施形態によれば、冷却能力を低減することができ、冷却装置の小型化による省スペースとエネルギー消費の削減が図れる。
【００４６】
また、気体の断熱膨張による水分等の固体発生を防止できるので、圧力制御弁の寿命を長くする効果も期待できる。さらに、弁の損傷のリスクが減少するのでメンテナンス費用が軽減され、長期の連続運転が可能となり、年間の処理能力は増加する。
【００４７】
［第５実施形態］
本実施形態は第１実施形態から第４実施形態までにおける圧力制御弁５の弁方式に係るものであり、圧力制御弁５として、背圧方式の弁を使適用するものである。
【００４８】
すなわち、背圧方式では弁自体が開度を自動的に調整して流量を変化させることにより、圧力を一定に維持する機能を有している。さらに、流量制御弁のように硬度が高い金属間の隙間で減圧および流量調整を行なう方式では、圧力変動に対して圧力を一定に維持するため変動を検出して外部から隙間の間隔を変化させて制御する。
【００４９】
そのため、金属表面の磨耗が激しくなるので、硬度の高い材質で磨耗を減少して、弁の寿命を延ばす方法が取られている。一方、背圧方式では、減圧部分の材質は金属とプラスチックの異種材料を使用している。金属とプラスチックを押し付ける力が圧力に対応しており、圧力が増加すると隙間を広げ、逆に圧力が低下すると隙間が狭まるというような、自動制御機能を有している。また、弾性を有するプラスチックを使用しているので、金属が磨耗しても隙間の維持が容易であり、圧力を保持できるので弁の寿命が長い。
【００５０】
本実施形態では、圧力制御弁５に弁自身が自動で圧力を制御する機能を有する背圧弁を利用するので、圧力変動が抑制されて安定した反応を行うことができる。また、減圧部分に弾性の高いプラスチックを使用するので、金属の磨耗に対する圧力維持機能の低下を抑制でき、弁の寿命が延びるのでメンテナンス時間の削減とコスト削減が期待できる。
【００５１】
［第６実施形態］
本実施形態は、第１実施形態から第４実施形態までの構成が酸化雰囲気下で使用される場合の圧力制御弁５の材質に関するものである。
【００５２】
すなわち、圧力制御に流量制御弁５を使用した場合に、減圧部分の材質として高耐食性のステンレスまたはγ析出硬化型ステンレスを使用する。例えば、高耐食性のステンレスとしては、ＳＵＳ６３０、ＳＵＳ４４０Ａ等、γ析出硬化型ステンレスとしては、ＰＨ３、ＰＨ７等を使用する。一般に硬度が高く磨耗に強い理由により、流量調整弁に使用されているステライト等のＣｏ系合金は酸化雰囲気ではエロージョンが起こりやすいが、上述のステンレス系材料はエロージョンに対する耐食性が高い。そのため、材料の腐食が抑えられて弁の性能が長期間維持できる。
【００５３】
本実施形態では、圧力調整弁の圧力を減圧する部分の材質に酸化雰囲気でエロージョンに強いステンレス系材料を使用するので、弁の性能劣化が抑えられて長期の連続運転が可能となり、メンテナンス時間の削減によるコスト削減が期待できる。
【００５４】
［第７実施形態（図５）］
本実施形態は、第１実施形態から第４実施形態までの構成における高圧の気液分離器４に係るものである。気液分離器の液面レベルを検出する方法の原理を図５を用いて説明する。
【００５５】
図５に示すように、液体１０と気体９の密度をそれぞれρＬとρＧとし、気液分離器の高さをｈ０、液面の高さをｈ、気体９の高さおよび液体１０の高さに相当する圧力をＰＧおよびＰＬとし、重力加速度をｇとする。気液分離器出口の圧力をＰ０とすると、高さｈの圧力はＰ０とＰＧの和になり、同様に高さ０における圧力はＰ０とＰＧとＰＬの和になる。ＰＧとＰＬはρＬとρＧは次のように表すことができる。  
［数１］
ＰＧ  ＝  ρＧ（ｈ０−ｈ）ｇ
ＰＬ  ＝  ρＬ  ｈ  ｇ
気液分離器の入口と出口の差圧ΔＰは、
［数２］
ΔＰ  ＝（Ｐ０＋ＰＧ＋ＰＬ）−  Ｐ０
＝  ＰＧ＋ＰＬ
＝ρＧ（ｈ０−ｈ）ｇ＋ρＬ  ｈ  ｇ
となる。液面の高さｈは、
［数３］
ｈ  ＝  （ΔＰ−ρＧ  ｈ０  ｇ）  ／  （ρＬ−ρＧ）ｇ
となり、差圧ΔＰにより液面レベルｈを検出することができる。圧力制御弁５により制御する圧力Ｐ０が変動しても、検出される液面レベルｈは影響を受けず、安定した液位制御を行うことができる。このため、液面レベルを正確に制御することができるので、液面制御弁７から排出する液体への気体の混入を抑制でき、弁の減圧部分の磨耗の抑制に効果がある。
【００５６】
本実施形態では、高圧気液分離器の圧力変動に影響されずに液面レベルを検出できるので、液面制御弁から排出する液体への気体の混入を抑えることができ、弁の寿命が延びメンテナンスのコスト低減が期待できる。
【００５７】
［第８実施形態（図６、図７）］
図６は、本実施形態の第１実施形態から第４実施形態までの構成における高圧の気液分離器４の構造に係るものである。気液分離器４の構造について図６を参照して説明する。
【００５８】
本実施形態では、気液分離器４の内部において、液体１０よりも密度の小さい浮遊粒子２３が液体１０と気体９との界面に一層以上形成されている高圧流体抜出しシステムについて説明する。
【００５９】
また、気液分離器４に接続された気体送出管３２に、気体中に混入した液体ミストを捕集し、液体からミストを分離除去するミスト分離器２４を設けるとともに、分離した液体を気液分離器４に戻す液体戻りライン２５および液体戻り量を制御する弁１４ｃを設けた高圧流体抜出しシステムについて説明する。
【００６０】
さらに、気液分離器４の気体送出管３２に、気液分離器４と減圧装置である圧力制御弁５との間のラインを加熱する加熱手段４４を備えた高圧流体抜出しシステムについて説明する。
【００６１】
図６に示すように、気液分離器４の内部の中心位置に高圧の流体を気液分離器４に供給する入口ノズル１７が配置されている。入口ノズル１７は気液分離器４に接続された入口１７ａよりも出口１７ｂの内径が大きくなっている。内径の変化は例えば段状で、３段以上、または連続的である。
【００６２】
気液混合流１８は入口ノズル１７から入り、内径が増加するために速度が低下し、気体９と液体１０とに分離する。分離した液体１０は液体の流れ１９として示すように、液体１０の層に落下して液体出口２０から排出される。一方、分離した気体９は、気体の流れ２１として矢示したように、反転して入口ノズル１７の外側に沿って気体出口２２から排出される。入口ノズル１７の内径が増加することにより、気液混合流体の流速が遅くなって気体９と液体１０の分離が容易となり、排出される気体９への液体１０の混入を抑制する効果がある。
【００６３】
また、図７に示すように、入口ノズル１７の内径が増加する下側部分の内壁に気液混合流体１８が衝突して、気体の流れ２１として示すような旋回流が生成するように、斜め方向に供給される形状とすることも有効である。旋回流により液体は、液体の流れ１９として矢示したように、遠心力で入口ノズル１７の内壁を移動して気体から分離されるので、気体と液体の分離性能が向上する。
【００６４】
また、図６に示したように、液体よりも密度が小さい浮遊粒子２３を気液分離器４内に入れ、液体１０の液面に一層以上形成させることにより、液体出口２０から排出される液体１０への気体の混入を抑制することができる。
【００６５】
また、気体出口２２の後段の気体送出管３２にミスト分離器２４を配置し、気体９に含有される液体１０ａを分離してから減圧を行うことは、弁１４ｃの磨耗を抑制する効果がある。ミスト分離器２４により分離された液体１０ａは弁１４ｃの開閉により排出する。この時、ミスト分離器２４と気液分離器４とを接続する液体戻りライン２５を備えれば、弁１４ｃの圧力差は小さいので、液体１０ａの排出は容易である。
【００６６】
また、気体出口２２から圧力調整弁５の間のラインに加熱機構４４を設けることにより、気体の断熱膨張による冷却により気体中の液体が固体に変化するのを防止することができ、弁の磨耗を抑制する効果が奏される。
【００６７】
本実施形態によれば、高圧気液分離器４の気体と液体との分離が容易となり、気体への液体の混入および液体への気体の混入を抑制する効果が奏され、気体または液体を減圧する弁の磨耗を抑制し、弁の寿命を長くしてメンテナンスの低減と長時間の運転が可能となる。
【００６８】
［第９実施形態（図８、図９）］
図８は、本発明の第９実施形態による高圧流体抜出し装置を示す断面図である。図９は、図８のＡ−Ａ線断面図である。
【００６９】
本実施形態では、気液分離器４が円筒状のケーシング５０を有するとともに、気液混合流入口１７ａをケーシング５０の上部の接線方向に沿って配置し、流入流体である気液混合流１８中の液体１０が遠心力によりケーシング５０の内壁に沿って旋回しながら降下する構成とした高圧流体抜出し装置について説明する。
【００７０】
また、気液分離器４の上側に充填物の層または邪魔板からなる障害物２５を配置した高圧流体抜出し装置について説明する。
【００７１】
図８に示すように、気液分離器４の上部では内径が下側に向かって増加し、気液混合流入口１７ａは気液分離器４のケーシング５０の中心から外れた位置、すなわちケーシング５０の接線方向に沿って設置されている。気液混合流体１８は気液分離器４の内壁で旋回流を形成し、密度の高い液体の流れ１９は外側に密度の低い気体の流れ２１は内側に形成され、気体９と液体１０とが分離する。
【００７２】
また、気液分離器４内の上部側に設けられた下端開口の出口筒５１からなる気体排出部に障害物２６を設けることは、気体９に同伴する液体１０を分離して液層に戻す効果がある。この障害物２６には、例えば邪魔板、網状物、充填物、焼結金属、ポーラスなセラミックス等が適用できる。上述の入口構造および出口構造は、一方でも気体９と液体１０を分離する効果はあるが、両方を備えることにより、さらなる効果が奏される。
【００７３】
また、第８実施形態の浮遊物２３、ミスト分離器２４等を追加することにより、気体９と液体１０との分離性能を向上することができる。
【００７４】
さらに、気体出口ライン２２ａに加熱機構４４を設け、減圧部で気体に含まれる液体１０が固体に変化するのを抑制すれば、弁の磨耗を抑制する効果が高まる。
【００７５】
本実施形態によれば、気液分離器４の気体９と液体１０との分離性能が向上し、気体９への液体１０の混入や液体１０への気体９の混入を抑制する効果が奏され、気体９または液体１０を減圧する弁の磨耗を抑制して、弁の寿命を長くし、メンテナンスの低減と長時間の運転が可能となる。
【００７６】
［第１０実施形態（図１０）］
図１０は、本発明の第１０実施形態による高圧流体抜出しシステムを示す系統図である。本実施形態では、高圧流体を収容する高圧容器としての反応容器１、この反応容器１に高圧流体送出管３１を介して接続され、反応容器１から流出する高圧流体に含有される固形微粒子を分離するろ過器３と、このろ過器３の下流側に設けられ、高圧流体を気体と液体とに分離する気液分離器４と、この気液分離器４で分離された気体および液体をそれぞれ送出する気体送出管３３および液体送出管３３と、気体送出管３３に設けられ、気液分離器４内の液体の液位を制御する液面制御弁７と、液体送出管３３に設けられ、気液分離器内４の圧力を一定に保つ気体抜出し量制御用の圧力制御弁５とを備えている。
【００７７】
このように構成された本実施形態において、図１とは逆に、液体抜出しにより圧力制御を行い、気体の抜出しにより液面の制御を行う。液体は圧力による体積変化が気体よりも小さいので、圧力制御弁の制御が容易となり、減圧部分の隙間の変化も少なくなるので弁の磨耗抑制の効果も期待することができる。
【００７８】
本実施形態によれば、圧力変動が少なくなるので、圧力制御弁および液面制御弁の制御が容易になり、安定した液体と気体の抜出しが可能となり、弁の磨耗を抑える効果が奏される。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明に係る高圧流体抜出しシステムの第１実施形態を示す系統図。
【図２】本発明に係る高圧流体抜出しシステムの第２実施形態を示す系統図。
【図３】本発明に係る高圧流体抜出しシステムの第３実施形態を示す系統図。
【図４】本発明に係る高圧流体抜出しシステムの第４実施形態を示す系統図。
【図５】前記各実施形態における気液分離器の液面レベル検出原理を示す説明図。
【図６】前記各実施形態における気液分離器の構造図。
【図７】図６に示した気液分離器の別の構造図。
【図８】本発明に係る高圧流体抜出し装置の実施形態（第９実施形態）の構成を示す断面図。
【図９】図８のＡ−Ａ線断面図。
【図１０】本発明の第１０実施形態による高圧流体抜出しシステムを示す系統図。
【符号の説明】
【００８０】
１‥反応容器、２，２ａ，２ｂ，２ｃ‥冷却器、３，３ａ，３ｂ‥ろ過器、４，４ａ，４ｂ‥気液分離器、５，５ａ，５ｂ‥圧力調整弁、６，６ａ，６ｂ‥圧力制御装置、７，７ａ，７ｂ‥液面制御弁、８，８ａ，８ｂ‥液面制御装置、９，９ａ，９ｂ，９ｃ‥気体、１０，１０ａ‥液体、１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂ，１４ｃ‥弁、１５‥廃液、１６‥フィルタ、１７‥入口ノズル、１７ａ‥気液混合流入口、１８‥気液混合流、１９‥液体の流れ、２０‥液体出口、２１‥気体の流れ、２２‥気体出口、２２ａ‥気体出口ライン、２３‥浮遊粒子、２４‥ミスト分離器、２５‥液体戻りライン、２６‥障害物、３１‥高圧流体送出管、３２‥気体送出管、３３‥液体送出管、４０，４０ａ，４０ｂ‥圧力計、４１，４１ａ，４１ｂ‥液位検出計、４２，４２ａ，４２ｂ，４３，４３ａ，４３ｂ‥液面制御弁信号。
【図１】
2008093572.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2008093572.tif 000010
【図９】
2008093572.tif 000011
【図１０】
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