(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被分解処理物と溶媒を加熱器に導入して加熱混合することにより、被分解処理物と溶媒の混合ガスを過熱蒸気とし、該混合ガスの過熱蒸気を外周部に誘導加熱コイルが巻着されて誘導加熱された中空円筒状の反応装置内に導入し、常圧下の反応装置内で迂回流通している間に反応装置の誘導加熱による加熱と、誘導加熱に起因して発生する電磁波による電磁波加熱によって反応させて分解することを特徴とする難分解物質の分解処理方法。
【請求項２】
加熱器及び反応装置の何れか一方もしくは双方に、被分解処理物と溶媒の混合ガスと反応して水素を生成する物質を配置して、加熱器もしくは反応装置内で生成した水素による還元反応と、過熱蒸気による加水分解反応と、誘導加熱による加熱及び誘導加熱に起因して発生する電磁波による電磁波加熱による分解反応の組合わせにより常圧下で被分解処理物と溶媒を反応させて分解する請求項１記載の難分解物質の分解処理方法。
【請求項３】
過熱蒸気と反応して水素を生成する物質として、鉄，炭素，炭素鋼から選択された１種又は複数のものを使用する請求項２記載の難分解物質の分解処理方法。
【請求項４】
溶媒として水もしくは過酸化水素水を用いた請求項１，２又は３記載の難分解物質の分解処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は環境汚染物質等の難分解物質の分解処理方法に関し、特にはフロンガスとかポリエチレン，プラスチック，木材，更にはベンゼン核を持つ有機化合物及びその他の産業廃棄物等の環境汚染物質を、誘導加熱と誘導加熱に起因して発生する電磁波による電磁波加熱によって反応させることにより分解し、更に加水分解，還元反応，酸化反応との組合せ反応によって分解するようにした処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から冷媒とかスプレー剤として使用されているフロンガス及び消火剤として使用されているハロンガスは環境汚染物質であることが指摘されており、これら物質の無害化処理が地球環境を守る観点から全世界的な関心事となって各種の対処手段が提案されている。例えばフロンガス処理方法に関しては、水熱反応法，焼却法，爆発反応分解法，微生物分解法，超音波分解法及びプラズマ反応法等が提案されている。
【０００３】
これらの処理方法の中で、水熱反応法はフロンガス等に限定することなく、トリクレン等有機溶剤、廃油、ダイオキシン、ＰＣＢ、糞尿等の産業廃棄物を主体とする被分解物質全般に対し汎用性のある処理方法として利用されている。この水熱反応法では、例えばフロンガスを塩化ナトリウム、二酸化炭素等の安全な物質に分解することができる。
【０００４】
水熱反応法を具体化するための装置に関しては、実験室においてオートクレーブを用いた処理実験、例えば苛性ソーダ液，エタノール，フロン液の混合比率、温度の設定値、圧力の設定値及び反応時間の設定値についての実験が行われているが、通常水熱反応は３００〜４５０℃で１００〜２５０(ｋｇ／ｃｍ2）という高温高圧条件を維持して行われている。
【０００５】
本願出願人は先に特願平８−１５５９９３号により、被分解処理物と溶媒を混合したものを所定の温度に加熱して過熱蒸気とし、過熱蒸気を所定の温度に加熱された常圧の反応装置内を所定の時間をかけて経過させて通過させることにより、被分解処理物を分解処理する難分解物質の分解処理方法を提案した。更に特願平８−３４０５６０号により、溶媒として水もしくは過酸化水素を使用して、被分解処理物と溶媒を混合したものを、過熱蒸気と反応して水素を生成する物質を配置した加熱器と反応装置を用いて所定の温度に加熱して過熱蒸気とし、反応装置内で所定の時間をかけて通過させることによって被分解処理物を加熱器もしくは反応装置内で生成した水素による還元反応と、過熱蒸気による加水分解反応により分解する方法を提案した。
【０００６】
図９により従来の反応装置の一例を説明すると、１は装置本体であり、装置本体１内に配置された隔壁２，２によってガスが流通する迂回路が形成されている。３は被分解処理物と溶媒の混合ガス入口、４は同ガス出口である。更に装置本体１の側部から複数個のヒータ５，５が挿入配置されていて、矢印ａに示すように迂回して流れる混合ガスをヒータ５，５により加熱して過熱蒸気を生成し、前記したように水素による還元反応と過熱蒸気による加水分解反応によって難分解物質の分解処理が行われる。
【０００７】
図１０は従来の反応装置の他の例を示したものであって、装置本体１の外周部を覆って複数個のヒータ６，６が配置されており、各ヒータ６，６の電極端子６ａ，６ａがコントローラ７を介して電源８に接続されている。そして混合ガス入口３から流入した被分解処理物と溶媒の混合ガスが装置本体１内でヒータ６，６によりコントローラ７で設定された温度で加熱され、前記した作用により難分解物質の分解処理が行われ、ガス出口４から流出する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前記したように従来の反応装置は、側部から挿入配置された複数個のヒータ５，５を用いた加熱方法（図９の例）とか、装置本体の外周部を覆って配置された複数個のヒータ６，６を用いた加熱方法（図１０の例）が用いられているが、このようなヒータによる混合ガスの加熱手段では、必ずしも効率的に難分解物質の分解処理を行うことができず、分解終了までに高い反応温度と長い反応時間を要してしまうという難点がある。更に、ヒータによる加熱手段では昇温可能な温度が７００℃程度であって、これ以上は昇温できないため、結果として反応時間が長く必要となったり、分解効率が低下したり、あるいは全く分解することができなくなったりしてしまう。
【０００９】
そこで本発明は環境汚染物質であるフロンガスとかポリエチレン，プラスチック，木材，更にはベンゼン核を持つ有機化合物及びその他の産業廃棄物等の難分解物質の分解を行うシステムにおける上記問題点を解消して、分解速度が促進されて効率良く分解を行うことができる難分解物質の分解処理方法を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、難分解物質の処理方法として、被分解処理物と溶媒を加熱器に導入して加熱混合することにより、被分解処理物と溶媒の混合ガスを過熱蒸気とし、該混合ガスの過熱蒸気を外周部に誘導加熱コイルが巻着されて誘導加熱された中空円筒状の反応装置内に導入し、常圧下の反応装置内で迂回流通している間に反応装置の誘導加熱による加熱と、誘導加熱に起因して発生する電磁波による電磁波加熱によって反応させて分解することを基本として提供する。
【００１１】
具体的な処理方法として、加熱器及び反応装置の何れか一方もしくは双方に、被分解処理物と溶媒の混合ガスと反応して水素を生成する物質を配置して、加熱器もしくは反応装置内で生成した水素による還元反応と、過熱蒸気による加水分解反応と、誘導加熱による加熱及び誘導加熱に起因して発生する電磁波による電磁波加熱による分解反応の組合わせにより常圧下で被分解処理物と溶媒を反応させて分解する方法を提供する。過熱蒸気と反応して水素を生成する物質として、鉄，炭素，炭素鋼から選択された１種又は複数のものを使用する方法、溶媒として水もしくは過酸化水素水を用いる方法を提供する。
【００１６】
かかる分解処理方法によれば、フロンガスとかベンゼン核を持つ有機化合物及びその他の産業廃棄物等の難分解物質は被分解処理物と溶媒との混合ガスとして反応装置に供給され、反応装置で迂回流通している間に反応装置の誘導加熱による加熱と、誘導加熱に起因して発生する電磁波による電磁波加熱によって反応して常圧で分解作用が進行する。加熱器及び反応装置の何れか一方もしくは双方に被分解処理物と溶媒の混合ガスと反応して水素を生成する物質を配置した場合には、加熱器もしくは反応装置内で生成した水素による還元反応と、反応装置の誘導加熱による加熱と、誘導加熱に起因して発生する電磁波による電磁波加熱による分解反応の組合わせにより反応が進行する。
【００１７】
被分解処理物と溶媒を加熱して過熱蒸気とした場合には、過熱蒸気による加水分解反応及び反応装置の誘導加熱による加熱と、誘導加熱に起因して発生する電磁波による電磁波加熱による分解反応の組合わせにより被分解処理物と溶媒が反応し熱分解が進行する。その後分解の終了したガスは冷却液化して排出される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下図面に基づいて本発明にかかる難分解物質の分解処理方法の具体的な実施形態を説明する。本願発明者らは前記従来の技術手段に種々の改良実験を試みた結果、反応装置を加熱する手段として誘導加熱を採用することにより、誘導加熱の誘導電流によって反応装置が発熱して加熱されると共に、誘導加熱に起因して発生する電磁波によって電磁波加熱が生じるとの知見を得た。即ち、電磁波加熱を行なうために誘導加熱コイルに電流を流すと、この時に発生する磁束により、反応装置に渦電流が発生し、ジュール熱により発熱して反応装置を加熱する。同時にこの誘導加熱コイルに電流を流すことによって発生するのは磁束だけでなく電界も発生する。即ち、電磁波が発生することとなり（このときの周波数は誘導加熱に用いた周波数の電磁波となる）、この電磁波によって分子の摩擦、衝突の増大が２次的に起こって電磁波加熱によって被分解処理物が加熱されることとなる。本発明はこの誘導加熱による反応装置の加熱と共に、誘導加熱に起因して発生する電磁波による電磁波加熱を積極的に利用して加熱効率を高め、更に分子運動を活発化させることにより分子同士の衝突の回数及び衝突力を増大して分解効率を高めることを特徴とする。
【００１９】
先ずフロン等の被分解処理物を溶媒としての水，過酸化水素水を用いて加熱器により加熱してガス化し、被分解処理物と溶媒の混合ガスを反応装置の誘導加熱による加熱と、誘導加熱に起因して発生する電磁波による電磁波加熱の雰囲気中で反応させることにより、反応装置内を高圧状態とすることなく、常圧としたままの状態で効率的に難分解物質の分解を進行させることができた。更に被分解処理物と溶媒の過熱蒸気を生成したり、混合ガスと略同温度に加熱した鉄，炭素，炭素鋼或は混合ガスと反応して水素を生成する他の物質と接触させることにより、反応装置内に生成した水素による還元反応でフロン等の被分解処理物を分解し、同時に加水分解によっても被分解処理物を分解することができた。以下に具体的な実施形態を説明する。
【００２０】
本発明はフロンガス等の環境汚染物質を始めとする難分解物質を常圧の状態で分解処理するものであり、対象とする難分解物質は有機、無機化合物で安定なものや有害なものをいうが、特に限定はなく、フロンガス、トリクレン等有機溶剤、廃油、ダイオキシン、ＰＣＢ、糞尿等の産業廃棄物、木材、紙、ゴム等あらゆるものを対象とし、その状態は固体、液体、気体を問わず特に限定がない。なお、主には▲１▼有機化合物で有用ではあるが使用後の処理が困難なものや有害なもの、例えばトリクロロエタン、ＰＣＢ、フロン（ハロゲン炭素化合物）等であり、又▲２▼有機化合物で有用であるが極めて安定なものであって有害ではないが処理の困難なもの、例えばポリエチレン、プラスチック、ゴム等である。
【００２１】
これらは石油を原料とする場合が多く、分解するとほとんど油化できるから燃料として用いるか、リサイクルできるように分解処理することを目的とする。また、ゴムの場合は有機化合物を無害化処理するか、リサイクルできるように分解処理をすることを目的とする。更に紙や木材等の分解はセルロースを分解してグルコースに変えるものであり、利用価値が少ないものを有用なものに変換することを目的とする。
【００２２】
本発明で使用する溶媒は加熱によってガス化もしくは水素を生成するものであればどのようなものであってもよいが、最も適当なものは水であり、過酸化水素水も使用できる。過酸化水素水を溶媒とすれば酸素量が多くなり湿式酸化が効果的にできるようになる。なお、本発明では溶媒を使用することなく被分解処理物のみを反応装置に供給するようにしてもよい。
【００２３】
また、本発明によればベンゼン環を開環することが可能であり、本発明が分解対象としているベンゼンは芳香族炭化水素の基本的化合物であり、Ｃ6Ｈ6で表わされ、モノクロロベンゼンはＣ6Ｈ5Ｃｌで表わされる。ベンゼン核を持つ有機化合物としてはフェノール類が挙げられる。このフェノール類はベンゼン核にＯＨ基が結合した有機化合物の総称であり、Ｃ6Ｈ5ＯＨで表わされる。また、本発明によればベンゼン環を骨格構造とするダイオキシン、ＰＣＢなども分解して無害化することが可能である。
【００２４】
図１は本発明の一実施形態を概略的に示すシステム図であり、図中の２１はフロン等被分解物タンク、２２は被分解物ポンプ、２３は溶媒としての水タンク、２４は水ポンプ、２５は加熱器であり、この加熱器２５には内部ヒータ２６と外部ヒータ２７が配置され、更に加熱器２５内には混合ガスと反応して水素を生成する物質として複数枚の鉄板２８，２８が配置されている。被分解物ポンプ２２としては被分解処理物に応じて被分解処理物を圧送可能なポンプが選択され、高濃度スラリー、粉体混合スラリー等を圧送できる圧送力が高く、容積効率がよいスラリーポンプを用いるのが適当である。尚、混合ガスと反応して水素を生成する物質は使用しなくてもよいケースもあり、更に物質として前記鉄板２８以外に炭素，炭素鋼等を用いることもできる。
【００２５】
２９は誘導加熱による加熱と、誘導加熱に起因して発生する電磁波による電磁波加熱を利用した中空円筒状の反応装置であり、この反応装置２９は導入された前記被分解処理物と溶媒の混合ガス及び水素を所定の温度を保って所定時間反応させて分解する機能を有している。反応装置２９には電源３０とマッチング用トランス３１が配備されていて、マッチング用トランス３１から取り出された誘導加熱コイル１０が反応装置２９の外周部に巻着されている。この誘導加熱コイル１０の内部は図３に示すように中空としてあり、この中空部に冷却水を流通させている。尚、反応装置２９内に前記鉄板等の混合ガスと反応して水素を生成する物質を配置することも可能である。
【００２６】
上記反応装置２９内は加圧されておらず、排出口側を開放した常圧としている。つまり混合ガス注入口側の配管の圧力は管路による圧損のみの圧力勾配となっている。反応装置２９内は混合ガスによって僅かな圧力が自然に発生し、圧力勾配となって被分解物を移送する。本発明で常圧とはこのように強制的に高圧に加圧することなく、排出口を開放した状態であることを示している。
【００２７】
３２は冷却器であり、冷却器３２内には反応装置２９から導出された配管と連通する配管３３が配置されている。３４は冷却水の入口、３５は冷却水の出口である。３６は気液分離器、３７は中和装置であって、冷却器３２から導出された配管３８の他端部が気液分離器３６に挿入されており、気液分離器３６から導出された配管３９の他端部が中和装置３７に挿入されている。４０は処理液の排出口である。
【００２８】
図２は反応装置２９の具体的な取付例を示す側面図、図３は同反応装置２９の縦断面図である。図２に示したように、中空円筒状の反応装置２９は支持台４１，４１上に搭載されており、この反応装置２９の外周部に前記誘導加熱コイル１０が巻着され、電源ターミナル１０ａ，１０ａに接続されている。更に反応装置２９の周囲を被覆する位置に断熱材４２が配置されていて、この断熱材４２の外側に外郭部材４７が配備されて、反応装置２９自体が全体的に密閉された構造となっている。
【００２９】
図３に示したように、反応装置２９は内部に配置された隔壁４３，４４によって混合ガスが流通する迂回路が形成されていて、配管４５から導入された被分解処理物と溶媒の混合ガスが、図中の矢印ａに示したように反応装置２９内を迂回しながら誘導加熱コイル１０の作用により加熱されて被分解処理物の分解が進行する。
【００３０】
かかる本実施形態の動作態様を説明する。環境汚染物質であるフロンガスを分解処理する場合を例に取ると、被分解物タンク２１内にフロンを投入し、被分解物ポンプ２２と水ポンプ２４を起動することによってフロンと溶媒としての水が配管を通して加熱器２５に送り込まれ、適当な比率で混合される。
【００３１】
予め加熱器２５に配置された内部ヒータ２６と外部ヒータ２７を働かせて、加熱器２５の内部を５００℃〜７５０℃に加熱しておくことによってフロンガスと溶媒の混合ガスが所定温度に加熱されて次段の反応装置２９内に送りこまれる。分解処理するために必要な温度は被分解処理物によって異なるため、それぞれ被分解処理物に応じて設定する。例えばフロンガスの場合は５００℃〜７５０℃、ポリエチレンで４００℃前後に設定するのが適当であるが、上記以上の加熱であってもよい。又、被分解物の種類によっては被分解物と溶媒の過熱蒸気を生成することが有効である。
【００３２】
加熱器２５内において鉄板２８，２８がほぼ同温度に加熱されると、混合ガスが鉄板２８と接触して以下の反応式によりマグネタイトと水素を生成する。
３Ｆｅ＋４Ｈ2Ｏ → Ｆｅ3Ｏ4＋４Ｈ2………（１）
ここで生成した水素は非常に還元力が強く、多くの物質と結合して被分解処理物を分解する作用がある。
【００３３】
フロンガスと溶媒の混合ガスは次段の反応装置２９内に送りこまれて、隔壁４３，４４によって形成された迂回路を流通するが、予め電源３０からマッチング用トランス３１を介して反応装置２９の外周部に巻着されている誘導加熱コイル１０に通電することで発生する磁束によって誘起される渦電流によるジュール熱により発熱して反応装置２９が加熱されることにより混合ガスが加熱されてフロンガスの熱分解作用が進行する。同時にこの誘導加熱コイル１０に電流を流すことによって発生するのは磁束だけでなく電界も同時に発生する。即ち、電磁波が発生することとなり（このときの周波数は誘導加熱に用いた周波数の電磁波となる）、この電磁波によって分子の摩擦、衝突の増大が２次的に起こって電磁波加熱によっても混合ガスが加熱されてフロンガスの熱分解作用が進行する。本発明はこの誘導加熱による反応装置の加熱と共に、誘導加熱に起因して発生する電磁波による電磁波加熱を積極的に利用して加熱効率を高め、更に分子運動を活発化させることにより分子同士の衝突の回数及び衝突力を増大して分解効率を高めることに特徴を有するものである。なお、誘導加熱に使用する周波数は数ｋＨｚから数百ｋＨｚが使用可能であり、実施例では８０ｋＨｚのものを使用した。
【００３４】
反応装置２９内に混合ガスと反応して水素を生成する物質を配置した場合には上記（１）式の反応が促進され、水素の還元力を利用した複合的な分解反応が進行する。これに伴って被分解処理物の分解速度が高くなるとともに分解率も向上し、圧力勾配によって次段の冷却器３２に移送される。
【００３５】
冷却装置３２では冷却水の入口３４から冷却水を供給して同出口３５から流出させることにより、反応装置２９と連通する配管３３内で分解処理された分解物のガスが冷却されて液化する。冷却器３２内の温度は分解物のガスを液化できる温度であればよく、フロンガスの場合は略１８℃とする。このように液化することにより副生成物の発生が防止されるとともに、ガス状のまま放出して大気中に飛散することによる２次汚染の心配もない。
【００３６】
排液は配管３８を通って気液分離器３６に入り、気液が分離されて液状物が中和装置３７に流入し、所定の中和処理が行われて排出口４０から排出され、図外の排液タンク内に貯留される。気液分離器３６内に残る無害化されたガスは大気中に放散される。上記冷却器３２に熱交換器を組み込んで、熱交換器により冷却する熱を回収して再利用することも可能である。
【００３７】
上記の説明において、溶媒としての水のみを加熱器２５により加熱して反応装置２９に連続して供給し、この溶媒雰囲気中の反応装置２９内に被分解処理物を供給して所定の反応時間を経過させて分解処理することもできる。この構成は被分解処理物として流体状又は気体状以外の固形状の被分解処理物、例えばＰＥ、プラスチック、ゴム、木材、紙等を分解処理する場合に適しており、固形状の被分解処理物を反応装置２９に供給すると共に、反応装置２９内にフィーダ等の被分解処理物の移送手段を設けておくとよい。
【００３８】
図４に示す（イ）は、フロンＲ１２とＲ２２の各７０（ｇ／ｍｉｎ）について水７０（ｇ／ｍｉｎ）を溶媒として加えて過熱蒸気を生成させ、本実施例を適用した誘導加熱法による反応装置で反応させた場合の温度と分解率の関係を示すグラフである。（ロ）と（ハ）は同じ試料を従来のヒータ加熱手段による反応装置で反応させた場合の同様なグラフである。
【００３９】
グラフ（イ）では温度が５００℃で分解率が既に９９.７６％，９９.７３％に達しており、温度が１０００℃になるまでに９９.９９％に微増しているのに対して、グラフ（ロ）と（ハ）では温度が５５０℃前後では９５.３６％及び９３.１２％と低く、８００℃で９９.１４％及び９９.７４％に達している。図４から理解されるように、誘導加熱法による反応とヒータによる反応とは、同じ温度条件であってもフロンＲ１２とＲ２２の分解率に大きな相違が生じている。
【００４０】
図５に示す（イ）は、ベンゼン核を持つ有機物であるクロロベンゼン（Ｃ6Ｈ5Ｃｌ）の２０（ｇ／ｍｉｎ）について水６０（ｇ／ｍｉｎ）を溶媒として加えて過熱蒸気を生成させ、本実施例を適用した誘導加熱法による反応装置で反応させた場合の温度と分解率の関係を示すグラフ、（ロ）は同じ試料を従来のヒータ加熱手段による反応装置で反応させた場合の同様なグラフである。
【００４１】
グラフ（イ）では温度が５００℃で分解率が９９.１６％、温度が７５０℃前後で９９.９９％に達しているのに対して、グラフ（ロ）では温度が６００℃で分解率が９２.９８％と低く、８００℃で９６.２４％に達している。図５からも誘導加熱法による反応とヒータによる反応とは、同じ温度条件であってもクロロベンゼンの分解率に大きな相違が生じていることがわかる。
【００４２】
図６はフロンＲ１１３と溶媒としての水を、重量比１：１で容積が１０００（ｃｍ3）の反応装置に投入し、６５０℃の反応条件で本実施例を適用した誘導加熱法と従来のヒータ加熱手段を用いた場合の反応時間（秒）と分解率の関係を示すグラフである。
【００４３】
誘導加熱法によれば、反応時間が１秒で分解率が既に９９.９６％に達しており、以下１０秒〜４５秒の間は９９.９９％に保たれているのに対して、ヒータ加熱の場合には反応時間が２秒前後で分解率が４０.０８％、反応時間３０秒で９９.９９％に達している。従って誘導加熱法による反応とヒータによる反応とは、同じ温度条件であっても分解に要する反応時間にも大きな相違があることがわかる。
【００４４】
図７は溶媒を用いずにフロンＲ１２のみを容積が１０００（ｃｍ3）の反応装置に投入し、６５０℃，７５０℃，８５０℃の各反応温度条件で本実施例を適用した誘導加熱法と従来のヒータ加熱手段を用いた場合の反応時間（秒）と分解率の関係を示すグラフである。
【００４５】
ヒータ加熱の場合には反応温度６５０℃と７５０℃の何れの場合もフロンの分解がほとんど進行しておらず、反応温度が８５０℃で始めて分解作用が生じ、６０秒の反応時間で７９.１％の分解率に達したのに対して、誘導加熱法によれば、６５０℃，７５０℃，８５０℃の各反応温度条件で１秒からフロンの分解が進行しており、特に８５０℃の場合には６０秒の反応時間で分解率が既に９９.９％に達している。従って誘導加熱法を用いることによって溶媒を使用しなくても反応が速やかに生じることがわかる。
【００４６】
図８は溶媒を用いずにクロロベンゼン（Ｃ6Ｈ5Ｃｌ）のみを容積が１０００（ｃｍ3）の反応装置に投入し、８５０℃，９５０℃の各反応温度条件で本実施例を適用した誘導加熱法で反応させた場合と、従来のヒータ加熱手段を用いて８５０℃で反応させた場合の反応時間（秒）と分解率の関係を示すグラフである。
【００４７】
ヒータ加熱の場合には反応温度８５０℃でもクロロベンゼンの分解がほとんど進行していないのに対して、誘導加熱法によれば、８５０℃の反応温度条件で５秒後の分解率が２２.１％、７０秒後には４４.３％に達している。更に９５０℃の反応温度条件では、５秒後の分解率が６３.０％、７５秒後には９２.５％に達している。従って誘導加熱法を用いることによって溶媒を使用しなくてもクロロベンゼンの分解が可能であることがわかる。
【００４８】
ここで本発明における誘導加熱による加熱と、誘導加熱に起因して発生する電磁波による電磁波加熱を利用した反応装置２９の発熱の原理を簡単に説明する。一般に誘導加熱は非接触の電磁誘導作用によって導電性抵抗体を加熱する方法である。例えば一般の変圧器の場合は、一次側と二次側にそれぞれコイルがあり、一次側のコイルで作る交流磁界が二次側コイルと結合した分だけ二次側に誘導電圧を発生し、二次側に接続した負荷回路に電流を供給する。
【００４９】
本願発明のように高周波交流を通じた誘導加熱コイル１０の中に置かれた金属体には起電力が発生し、誘導電流としての渦電流（eddy current）が流れる。この渦電流は金属体の表面に集中し、内部にいくに従って指数関数的に減少し、位相が遅れて高周波誘導加熱の特色である一定の浸透深さを持つ「表皮効果」が生じる。また、発熱現象をもたらす渦電流損は、渦電流によって生じる抵抗損失（joule's loss）であり、円筒状の導電性金属に発熱効果を発生する電力は、周波数が高くなると▲１▼誘導加熱コイル１０に流れる電流の２乗に比例し、▲２▼コイルの巻数の２乗に比例し、▲３▼周波数の平方根に比例し、▲４▼円筒の半径の４乗に比例し、▲５▼材料の比透磁率の平方根に比例し、▲６▼材料の抵抗率の平方根に比例する。
【００５０】
従って交流周波数が高くなるほど発熱は大きくなるが、発熱と発生電力の分岐点が誘導加熱の臨界周波数と呼ばれ、どの周波数を選ぶかが問題の１つであって、用途に応じて最適な周波数を選択しなければならない。一方、反応装置２９の中空部には渦電流（２次電流）によって電界も同時に発生する。この電界は１次電流によって生じる磁束の変化を妨げる方向に発生するため、反応装置２９内には電磁波が発生することとなる。この電磁波によって分子の摩擦、衝突の増大が２次的に起こって電磁波加熱によって被分解処理物が加熱される。
【００５１】
誘導加熱の特徴は、熱伝導に要する時間が短縮されるとともに高い熱効率と高速応答性が得られ、しかも被加熱物自体が発熱体として同時に発熱するので、被加熱物の形状に関係なく均一加熱が可能になる点にある。本実施形態例では反応装置２９の全長をＬとし、コイルの巻数をＮとしてコイル電流Ｉが流れると磁界Ｈが発生する。この磁界Ｈの強さは〔ＮＩ／Ｌ〕である。
【００５２】
円筒状に構成された反応装置２９の透磁率をμとすると磁束密度Ｂは、
磁束密度Ｂ＝μＮＩ／Ｌ
となり、磁束Ａは
磁束Ａ＝μＳＮＩ／Ｌ
となって磁束密度Ｂは透磁率μが大きいほど大きくなる。従って反応装置２９の円筒部分を多くの磁束が通ることになる。
【００５３】
次に被分解処理物の分解原理と、結果の測定原理について説明する。被分解処理物としてフロンガスを用いた場合、下記の生成物が確認された。先ず気体はＣＯ2，Ｈ2，ＨＣｌ，ＨＦ，ＣＯ（微量）であり、液体はＨＣｌ，ＨＦ，Ｆｅ3+である。固体はＦｅ2Ｏ4，Ｃ（グラファイト），ＦｅＦ2，ＦｅＦ2・４Ｈ2Ｏ，ＦｅＣｌ2，ＦｅＣｌ2・４Ｈ2Ｏである。尚、測定方法として、ガスはＧＣ−ＭＣ法，Ｈ2とＣＯはＧＣ−ＴＣＤ法，ＨＣｌとＨＦはイオンクロマトグラフ法，ＣＯ2は検知管法，金属はＩＣＰ発光法，固体はＸ線回折法を用いた。
【００５４】
フロンＣＦＣ−１２の分解反応は以下の通りである。
［溶媒として水を使用した場合］
ＣＣｌ2Ｆ2＋２Ｈ2 → ＋２ＨＣｌ＋２ＨＦ＋Ｃ…………（２）
ＣＣｌ2Ｆ2＋２Ｈ2Ｏ → ２ＨＣｌ＋２ＨＦ＋ＣＯ2………（３）
２ＣＣｌ2Ｆ2＋３Ｈ2Ｏ → ２ＨＣｌ＋２ＨＦ＋ＣＯ2＋ＣＯ＋Ｈ2…（４）
【００５５】
（２）式は水素による還元反応の分解、（３）（４）式は水による加水分解であり、ＣＯの量からみて（３）式の反応が主体となっており、全体的には（２）（３）式の反応が９５％以上、（４）式の反応は５％程度である。
【００５６】
更に生成物の塩酸ガスとフッ酸ガスが鉄に作用して以下の反応が生起する。
Ｆｅ＋２ＨＣｌ → ＦｅＣｌ2＋Ｈ2………（５）
Ｆｅ＋２ＨＦ → ＦｅＦ2＋Ｈ2…………（６）
【００５７】
これを冷却器３２で冷却すると、空気中の水分を吸収してそれぞれＦｅＣｌ2・４Ｈ2Ｏ，ＦｅＦ2・４Ｈ2Ｏに変化する。
【００５８】
次に鉄板２８に代えて炭素もしくは炭素鋼を用いた場合の反応式を述べる。即ち、炭素に溶媒としての水の過熱蒸気を作用させると、
Ｃ＋Ｈ2Ｏ → ＣＯ＋Ｈ2………（７）
となり、ＣＯとＨ2の混合ガスである水性ガスが発生する。得られた水素によって前記（１）式〜（６）式の反応が生じてフロンガスが分解される。但し炭素を用いた場合には、鉄もしくは炭素鋼を用いた場合よりも水素発生量が若干少なく、９９.９９の分解率を達成するのに１０秒程度多くの時間がかかるため、分解効率はやや低下する。
【００５９】
前記（１）式におけるマグネタイト（Ｆｅ3Ｏ4）は酸に対する耐蝕性が高い不動態であり、容器等の表面に付着して保護膜を形成する。また、鉄板２８上に付着したマグネタイトは炭素と反応して
Ｆｅ3Ｏ4＋２Ｃ → ３Ｆｅ＋２ＣＯ2………（８）
更にＣＯとも反応して
Ｆｅ3Ｏ4＋４ＣＯ → ３Ｆｅ＋４ＣＯ2………（９）
となり、前記（１）式の反応に必要な鉄がリサイクルされる。しかし、多くは熱による膨張と収縮が進行してマグネタイトが剥離して新しい鉄表面が露出し、反応が継続する。
【００６０】
尚、フロンの溶媒として水を用いた場合に上記（２）式の反応によって生じた塩酸及びフッ酸の作用で混合液が強酸性となり、パイプ及びチューブ類の腐食が激しくなって装置の寿命が低下する虞れがある。従って通常は下記の（１０）式に示したようにフロンの濃度に応じて苛性ソーダＮａＯＨを加えて炭酸ガスを重炭酸ソーダＮａＨＣＯ3とし、（１１）式のように苛性ソーダと塩酸の反応で食塩ＮａＣｌを生成して、更に（１２）式のように苛性ソーダとフッ酸の反応でフッ化ナトリウムＮａＦを生成して対処する場合もある。
ＮａＯＨ＋ＣＯ2  →  ＮａＨＣＯ3………（１０）
ＮａＯＨ＋ＨＣｌ  →  ＮａＣｌ＋Ｈ2Ｏ………（１１）
ＮａＯＨ＋ＨＦ    →  ＮａＦ＋Ｈ2Ｏ………（１２）
【００６１】
［溶媒として過酸化水素水を使用した場合］
過酸化水素水が熱分解して、水と酸素が生成される。
２Ｈ2Ｏ2 → ２Ｈ2Ｏ＋Ｏ2………（１３）
そのため、Ｈ2Ｏ，Ｏ2によって加水分解のほかに酸素による次の反応が同時におきる。
ＣＣｌ2Ｆ2＋Ｏ2→ＣＯ2＋Ｃｌ2＋Ｆ2………（１４）
（１４）式は酸化反応である。酸化反応によって得られたＣｌ2，Ｆ2は、
Ｃｌ2＋Ｈ2 → ２ＨＣｌ………（１５）
Ｆ2＋Ｈ2 → ２ＨＦ………（１６）
となってＨＣｌ，ＨＦに変わる。
【００６２】
以上のように溶媒として過酸化水素水を使用した場合は、前記した加水分解、還元反応に加えて、上記した酸化反応が同時に進行するため分解速度は早く、被分解処理物は早くから安定な物質と変わるため、余分な副生成物は生成されない。
【００６３】
この実施形態は流体状或は気体状の被分解処理物を分解処理するためのものであり、環境汚染物質としてフロンガスの外にクロロベンゼン，トリクロロエタン等のハロゲン炭化化合物の液状物の分解が可能であるが、フロンガスの場合の実験条件として加熱器２５及び反応装置２９内の温度を６５０℃、冷却器３２内の配管３３の温度を１８℃とした。また、モル比で溶媒である水（又は過酸化水素水）の方が過剰になるように選択した。即ち、フロンガス：水（又は過酸化水素水）＝１：３とした。この時の分解率はガスクロマトグラフィーでフロンが検出されない程度まで、換言すれば９９.９９％以上の分解率が得られた。
【００６４】
次に本実施形態によるトリクロロエタン（ＣＨ3・ＣＣｌ3）及びベンゼン核を持つ有機物であるクロロベンゼン（Ｃ6Ｈ5Ｃｌ）の分解反応を説明する。反応温度は６５０℃とした。
【００６５】
先ずトリクロロエタン（ＣＨ3・ＣＣｌ3）を分解する場合は以下のように反応が進行する。
【００６６】
［溶媒として水を使用した場合］
溶媒として水を使用すると加水分解は、
ＣＨ3・ＣＣｌ3＋Ｈ2Ｏ → ３ＨＣｌ＋ＣＯ＋Ｃ＋Ｈ2………（１７）
ＣＨ3・ＣＣｌ3＋２Ｈ2Ｏ → ３ＨＣｌ＋ＣＯ2＋Ｃ＋２Ｈ2……（１８）
となる。一方、前記（１）式に示すように過熱蒸気が鉄板２８と接触して生成された水素による分解は、分解途中のガスを定性分析し、その生成物から分解反応は先ず、
ＣＨ3・ＣＣｌ3＋３Ｈ2 → ＣＨ3・ＣＨ3＋３ＨＣｌ………（１９）
となる水素による置換反応が認められ、更に
ＣＨ3・ＣＨ3＋Ｈ2 → ２ＣＨ4………（２０）
なる分解が進行し、次いで
ＣＨ4 → Ｃ＋２Ｈ2………（２１）
となる。
従って、この分解反応では最終的にＣＯ2，ＣＯ，Ｈ2，Ｃ，ＨＣｌに分解される。
【００６７】
［溶媒として過酸化水素水を使用した場合］
溶媒に過酸化水素水を用いると前記した加水分解と水素による分解の他に
ＣＨ3・ＣＣｌ3＋２Ｏ2 → ２ＣＯ2＋３ＨＣｌ………（２２）
となる酸化による分解反応が起き（２０）式で生成されたＣＨ4も一部酸化されて、
ＣＨ4＋２Ｏ2 → ＣＯ2＋２Ｈ2Ｏ………（２３）
となり、加水分解、水素による還元反応の分解、酸化分解が並行して起きて、分解効率が更に改善される。
【００６８】
次にクロロベンゼン（Ｃ6Ｈ5Ｃｌ）を分解する場合は以下のように反応が進行する。
【００６９】
［溶媒として水を使用した場合］
溶媒として水を使用すると加水分解は、
Ｃ6Ｈ5Ｃｌ＋Ｈ2Ｏ → Ｃ6Ｈ5ＯＨ＋ＨＣｌ………（２４）
などとなるが、一方、前記（１）式に示すように過熱蒸気が鉄板２８と接触して生成された水素による分解は、分解途中のガスを定性分析し、その生成物から分解反応は先ず、ＣｌがＨに置換されて、
Ｃ6Ｈ5Ｃｌ＋Ｈ2 → Ｃ6Ｈ6＋ＨＣｌ………（２５）
となって、ベンゼンと塩酸が生成されるが、更にＨが付加されて、
Ｃ6Ｈ6＋３Ｈ2 → Ｃ6Ｈ12………（２６）
となり、シクロヘキサン（Ｃ6Ｈ12）が生成され、更に開環されてメタン、エタン等に分解される。
Ｃ6Ｈ12＋６Ｈ2 → ６ＣＨ4………（２７）
このメタンは
ＣＨ4 → Ｃ＋２Ｈ2………（２８）
となってＣ（グラファイト）と塩酸と水素に分解される。
【００７０】
［溶媒として過酸化水素水を使用した場合］
溶媒に過酸化水素水を用いると前記した加水分解と水素による分解の他に
Ｃ6Ｈ5Ｃｌ＋６Ｏ2 → ６ＣＯ2＋ＨＣｌ＋２Ｈ2………（２９）
となる酸化反応が同時に起る。
【００７１】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によればフロンガスとかベンゼン核を持つ有機化合物及びその他の産業廃棄物等の難分解物質が溶媒とともに混合ガスとして反応装置に供給され、反応装置で迂回流通している間に反応装置の誘導加熱による加熱と、誘導加熱に起因して発生する電磁波による電磁波加熱によって被分解処理物と溶媒とを反応させて、常圧で熱分解作用を効率よく行わせることができる。特に常圧下での加熱が主工程となっているため、高圧ポンプは不要であり、弁とか配管が破損する懸念はない。更に反応は全て反応装置の中で起こるクローズドシステムであるので二次汚染がないという効果が得られる。
【００７２】
加熱器及び反応装置の何れか一方もしくは双方に混合ガスと反応して水素を生成する物質を配置した場合には、加熱器もしくは反応装置内で生成した水素による還元反応と、反応装置の誘導加熱による加熱と、誘導加熱に起因して発生する電磁波による電磁波加熱による分解反応の組合わせにより反応が進行し、被分解処理物と溶媒を加熱して過熱蒸気とした場合には、過熱蒸気による加水分解反応及び反応装置の誘導加熱による加熱と、誘導加熱に起因して発生する電磁波による電磁波加熱による分解反応の組合わせにより被分解処理物と溶媒の反応が進行する。その後分解の終了したガスは冷却液化して排出することができる。
【００７３】
加熱器と反応装置の反応時間と温度を任意に設定することにより、分解の程度をコントロールすることができ、ポリエチレンは油化の程度を変えて、又ゴムは再度ゴムとして、更に廃木材中のセルロースは有用なグルコースとしてリサイクル可能な条件で処理することができる。
【００７４】
特に従来から知られている触媒法の場合には、触媒の酸化等による劣化が生じる難点があるのに対して、本発明の場合には触媒を使用していないために上記の問題点はなく、しかもフロンのみならず他の産業廃棄物とかベンゼン核を持つ有機物にも適用可能である。
【００７５】
更に本発明によれば、低圧で工程が進行するため所定の高温に耐えられる材質であれば材質は任意に選択することが出来る上、機械的な強度及び引張応力とか熱応力に耐えるための設計は要求されないという利点があり、各種機器の破損に対する対策は容易であるとともに装置自体の自動化も容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基本的実施形態を示すシステム図。
【図２】本実施形態で用いた反応装置の側面図。
【図３】反応装置の構造例を示す縦断面図。
【図４】フロンＲ１２とＲ２２について水を溶媒として誘導加熱法により反応させた場合の温度と分解率の関係を示すグラフ。
【図５】クロロベンゼンについて水を溶媒として誘導加熱法により反応させた場合の温度と分解率の関係を示すグラフ。
【図６】フロンＲ１１３について水を溶媒として本実施例と従来のヒータ加熱手段を用いて反応させた場合の反応時間と分解率の関係を示すグラフ。
【図７】フロンＲ１２のみを各反応温度条件で本実施例と従来の加熱手段を用いた場合の反応時間と分解率の関係を示すグラフ。
【図８】クロロベンゼンのみを各反応温度条件で本実施例と従来の加熱手段を用いた場合の反応時間と分解率の関係を示すグラフ。
【図９】従来の反応装置の一例を説明するための要部縦断面図。
【図１０】従来の他の反応装置の例を説明するための概要図。
【符号の説明】
２１…被分解物タンク
２２…被分解物ポンプ
２３…水タンク
２４…水ポンプ
２５…加熱器
２６…内部ヒータ
２７…外部ヒータ
２８…鉄板
２９…（誘導加熱）反応装置
３０…電源
３１…マッチング用トランス
３２…冷却器
３６…気液分離器
３７…中和装置
４１…支持台
４２…断熱材
４３，４４…隔壁
【図１】
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【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】
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【図９】
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【図１０】
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