JP5856471B2 - 摩耗低減機能付き減圧システム及びそれを備える反応装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば摩耗性粉粒状物を含む超臨界状態又は亜臨界状態の液体を減圧弁でフラッシュ減圧して、少なくとも気体及び摩耗性粉粒状物を含むものとして排出することができる摩耗低減機能付き減圧システム及びそれを備える反応装置に関する。なお、フラッシュ減圧とは、液体を減圧して、少なくともその一部を気化させることを言う。

例えば摩耗性粉粒状物を含む超臨界状態又は亜臨界状態の液体を減圧弁でフラッシュ減圧して、少なくとも気体及び摩耗性粉粒状物を含むものとして排出することができる減圧システムとして、図５に示すものを本願発明者は考えている。この減圧システム１は、減圧弁２を備えており、この減圧弁２の入口に入口側配管３が接続され、減圧弁２の出口に出口側配管４が接続されている。そして、入口側配管３には、第1温度検出器Ｔ１及び第1圧力検出器Ｐ１が設けられ、出口側配管４には、第３温度検出器Ｔ３及び第３圧力検出器Ｐ３が設けられている。

第1温度検出器Ｔ１は、減圧弁２の入口に流入する液体の温度を検出して第1測定温度信号ｔ１を生成するものであり、第1圧力検出器Ｐ１は、当該液体の圧力を検出して第1測定圧力信号ｐ１を生成するものである。

第３温度検出器Ｔ３は、減圧弁２の出口から排出される気体の温度を検出して第３測定温度信号ｔ３を生成するものであり、第３圧力検出器Ｐ３は、当該気体の圧力を検出して第３測定圧力信号ｐ３を生成するものである。

そして、この減圧システム１によると、減圧弁２の入口に流入する液体の圧力（第１測定圧力信号ｐ１）が、その液体の温度（第1測定温度信号ｔ１）における飽和圧力（第１飽和圧力ｐ１ｓ）よりも高くなるように、減圧弁２の開度（減圧弁２の入口側圧力）が調整されるようになっている。これによって、減圧弁２の入口側の液体がフラッシュ（気化）しないようにすることができる。例えば減圧弁２の設定圧力をｐ１ｔとすると、ｐ１ｔ＞ｐ１ｓ＋α（ＭＰａ）の関係が成立するようにこのｐ１ｔが設定されている。

また、減圧弁２を通る液体は、減圧弁２の弁体と弁座との間の狭い隙間を通るときに、減圧、減温されてフラッシュする。このとき、減圧弁２の出口から排出される液体と気体の圧力（第３測定圧力信号ｐ３）は、この液体と気体の温度（第３測定温度信号ｔ３）における飽和圧力（第３飽和圧力ｐ３ｓ）に略等しい値となる。

このような減圧システム１に近い従来例が、特開２００８−２６４７６３号公報に開示されている。

特開２００８−２６４７６３号公報

しかし、図５に示す減圧システム１では、例えば摩耗性粉粒状物を含む超臨界状態又は亜臨界状態の液体を減圧弁２でフラッシュ減圧して、少なくとも気体及び摩耗性粉粒状物を含むものとして排出する用途で使用すると、この減圧弁２の弁体、弁座、及び弁本体内面の摩耗や損傷が短時間で進み、減圧弁２の交換や修理の回数が多くなり、この減圧システム１の寿命が短くなる。その結果、この減圧システム１に掛るコストが嵩むことになる。

因みに、減圧弁２の減圧比は、例えば１８．４（＝４．６ＭＰａ：０．２５ＭＰａ）である。

そして、このように減圧弁２の弁体、弁座、及び弁本体内面の摩耗や損傷が短時間で進むのは、減圧弁２で液体をフラッシュ減圧したときの減圧比（＝１８．４）が比較的大きいために、減圧弁２から排出される気体の体積膨張率及び流速、並びに、液体に含まれていた摩耗性粉粒状物の流速が非常に大きくなるからである。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、液体、気体及び摩耗性粉粒状物による減圧弁の弁体、弁座、及び弁本体内面の摩耗や損傷の低減を図ることによって、減圧弁の寿命を長引かせることができる摩耗低減機能付き減圧システム及びそれを備える反応装置を提供することを目的としている。

本発明に係る摩耗低減機能付き減圧システムは、入口から流入する摩耗性粉粒状物を含む超臨界状態又は亜臨界状態の液体の圧力を減圧して出口から液体として排出する第１減圧弁と、前記第１減圧弁の出口から排出される液体を冷却して液体として排出する冷却器と、前記冷却器から排出される液体の圧力をフラッシュ減圧して少なくとも気体及び摩耗性粉粒状物を含むものとして排出する第２減圧弁とを備えることを特徴とするものである。

この発明に係る摩耗低減機能付き減圧システムによると、まず、第１減圧弁は、その入口から流入する摩耗性粉粒状物を含む超臨界状態又は亜臨界状態の液体の圧力を減圧して出口から液体として排出することができ、次に、第１減圧弁の出口から排出される液体を、冷却器で冷却して液体として排出することができる。そして、冷却器から排出される液体を、第２減圧弁でフラッシュ減圧（液体を減圧して気化させる）して少なくとも気体及び摩耗性粉粒状物を含むものとして排出することができる。

このように、液体の圧力を減圧して気体及び摩耗性粉粒状物を含むものとして排出するときに（又は取出すときに）、まず、液体の圧力を第1減圧弁で減圧することによって、第２減圧弁での減圧比を小さくすることができるので、この第２減圧弁で液体をフラッシュ減圧したときに、第２減圧弁から排出される気体の体積膨張率及び流速、並びに、液体及び液体に含まれている摩耗性粉粒状物の流速を小さくすることができる。その結果、この気体及び摩耗性粉粒状物による第２減圧弁の例えば弁体、弁座、及び弁本体内面の摩耗や損傷の低減を図ることができる。

そして、第1減圧弁は、その入口から流入する液体の圧力を減圧して出口から液体として排出するので、第１減圧弁から排出される液体の体積膨張率及び流速を、気体の場合と比較して低く抑えることができる。よって、気体及び摩耗性粉粒状物による第１減圧弁の例えば弁体、弁座、及び弁本体内面の摩耗や損傷を抑制することができる。

また、第1減圧弁で減圧されて排出された液体を冷却器で冷却した後で、この冷却された液体を第２減圧弁でフラッシュ減圧しているので、この第２減圧弁から排出される液体のフラッシュ（気化）が開始される圧力を低い圧力に抑えることができる。これによって、第２減圧弁から排出される気体の体積膨張率及び流速、並びに、液体及び液体に含まれている摩耗性粉粒状物の流速を小さくすることができる。

この発明に係る摩耗低減機能付き減圧システムにおいて、前記第1減圧弁の入口に設けられ、前記第1減圧弁の入口から流入する液体の温度を検出して第1測定温度信号を生成する第1温度検出器、及び当該液体の圧力を検出して第1測定圧力信号を生成する第1圧力検出器と、前記第1減圧弁の入口の液体の圧力が、前記第1測定温度信号における第１飽和圧力よりも高くなるように、前記第1測定温度信号及び前記第１測定圧力信号に基づいて、前記第１減圧弁の開度を制御する第1制御手段とを備えるものとするとよい。

このようにすると、第1温度検出器は、第1減圧弁の入口から流入する液体の温度を検出して第1測定温度信号を生成することができ、そして、第1圧力検出器は、当該液体の圧力を検出して第1測定圧力信号を生成することができる。また、第1制御手段は、第1減圧弁の入口から流入する液体の圧力（第１測定圧力信号）が、第1測定温度信号における第１飽和圧力よりも高くなるように、前記第1測定温度信号及び第１測定圧力信号に基づいて、第１減圧弁の開度を制御することができる。これによって、第1減圧弁で液体の圧力を減圧するときに、第１減圧弁の入口側で液体がフラッシュ（気化）することを防止することができ、液体、気体及び摩耗性粉粒状物による第１減圧弁の例えば弁体、弁座、及び弁本体内面の摩耗や損傷を確実に抑制することができる。

この発明に係る摩耗低減機能付き減圧システムにおいて、前記冷却器の出口から前記第２減圧弁の入口までの間に設けられ、前記冷却器の出口から流出する液体の温度を検出して第２測定温度信号を生成する第２温度検出器と、前記冷却器に使用される冷却媒体の流量を調節するための流量調節弁と、前記冷却器の出口の液体の温度が所定の設定温度となるように、前記第２測定温度信号に基づいて、前記流量調節弁の開度を制御する第２制御手段とを備えるものとするとよい。

このようにすると、第２温度検出器は、冷却器の出口から流出する液体の温度を検出して第２測定温度信号を生成することができる。そして、流量調節弁は、冷却器に使用される冷却媒体の流量を調節することができ、これによって、冷却器の入口から流入する液体を冷却することができる冷却能力を変更することができる。また、第２制御手段は、冷却器の出口から流出する液体の温度（第２測定温度信号）が、所定の冷却設定温度となるように、流量調節弁の開度を制御することができる。これによって、第２減圧弁から排出される液体のフラッシュ（気化）が開始される圧力が所望の圧力となるように制御することができる。よって、第２減圧弁から排出される液体、気体の体積膨張率及び流速、並びに、摩耗性粉粒状物の流速を、予め定めた範囲内に収めるように制御することが可能となる。

この発明に係る摩耗低減機能付き減圧システムにおいて、前記冷却器の出口から前記第２減圧弁の入口までの間に設けられ、前記冷却器の出口から流出する液体の圧力を検出して第２測定圧力信号を生成する第２圧力検出器と、前記冷却器の出口から排出される液体の圧力が、前記第２測定温度信号における第２飽和圧力よりも高くなるように、前記第２測定温度信号及び前記第２測定圧力信号に基づいて、前記第２減圧弁の開度を制御する第３制御手段とを備えるものとするとよい。

このようにすると、第２圧力検出器は、冷却器の出口から流出する液体の圧力を検出して第２測定圧力信号を生成することができる。そして、第３制御手段は、冷却器の出口から流出する液体の圧力が、第２測定温度信号における第２飽和圧力よりも高くなるように、前記第２測定温度信号及び第２測定圧力信号に基づいて第２減圧弁の開度を制御することができる。これによって、第２減圧弁の入口から流入する液体をフラッシュ減圧して、その出口から液体、気体及び摩耗性粉粒状物を排出する際に、第２減圧弁の入口側の液体がフラッシュ（気化）しないように制御することができる。よって、液体、気体及び摩耗性粉粒状物による第２減圧弁の例えば弁体、弁座、及び弁本体内面の摩耗や損傷を確実に抑制することができる。

この発明に係る摩耗低減機能付き減圧システムにおいて、前記第３制御手段は、前記冷却器の出口から排出される液体の圧力が、前記第２測定温度信号における第２飽和圧力よりも高くなるように、前記第２測定温度信号及び前記第２測定圧力信号に基づいて、前記第１減圧弁の開度を制御するものとするとよい。

このようにすると、第３制御手段は、冷却器の出口から流出する液体の圧力が、第２測定温度信号における第２飽和圧力よりも高くなるように、第２測定温度信号及び第２測定圧力信号に基づいて、第２減圧弁に加えて第１減圧弁の開度を制御することができる。これによって、第１減圧弁で液体の圧力を減圧するときに、第２減圧弁の入口側の液体がフラッシュ（気化）しないように、第１減圧弁で制御することができる。よって、気体及び摩耗性粉粒状物による第２減圧弁の例えば弁体、弁座、及び弁本体内面の摩耗や損傷を確実に抑制することができる。

この発明に係る反応装置は、超臨界状態又は亜臨界状態において被処理物を熱水処理するための反応槽と、前記反応槽に設けられ、前記反応槽で被処理物を熱水処理して得られた摩耗性粉粒状物を含む液体を、液体、気体及び摩耗性粉粒状物として取り出すための取出し部とを備え、前記取出し部に本発明に係る摩耗低減機能付き減圧システムが設けられていることを特徴とするものである。

本発明に係る反応装置によると、反応槽で超臨界状態又は亜臨界状態において被処理物を熱水処理することができ、この反応槽で被処理物を熱水処理して得られた摩耗性粉粒状物を含む液体を、本発明の摩耗低減機能付き減圧システムによって、上記と同様にフラッシュ減圧して、少なくとも気体及び摩耗性粉粒状物を含むものとして取出し部から取り出すことができる。

この発明に係る摩耗低減機能付き減圧システム、及びそれを備える反応装置によると、液体、気体及び摩耗性粉粒状物による第１及び第２減圧弁の例えば弁体、弁座、及び弁本体内面の摩耗や損傷の低減を図ることができる構成としたので、第１及び第２減圧弁の交換や修理の回数を少なくすることができ、ひいては、この摩耗低減機能付き減圧システムの寿命を長引かせることができる。その結果、摩耗低減機能付き減圧システムに掛るコストの低減を図ることができる。

この発明の一実施形態に係る摩耗低減機能付き減圧システムを示す図である。 図１に示す摩耗低減機能付き減圧システムの制御ブロック図である。 図１に示す摩耗低減機能付き減圧システムを説明するためのｐ−ｈ線図である。 図１に示す摩耗低減機能付き減圧システムを備える反応装置を含むバイオエタノール製造設備の概念図である。 従来の減圧システムを示す図である。

以下、本発明に係る摩耗低減機能付き減圧システム及びそれを備える反応装置の一実施形態を、図１〜図４を参照して説明する。この摩耗低減機能付き減圧システム１１は、図１に示すものであり、例えば摩耗性粉粒状物を含む超臨界状態又は亜臨界状態の液体を第１減圧弁１２で減圧し（第１減圧工程）、次に、この減圧された液体を冷却器１３で冷却して（冷却工程）、しかる後に、この冷却された液体を第２減圧弁１４でフラッシュ減圧して、少なくとも気体及び摩耗性粉粒状物を含むもの（例えば液体、気体、及び固体を含むスラリー）として排出する（第２減圧工程）ことができるものである。

この摩耗低減機能付き減圧システム１１は、図１に示すように、第１減圧弁１２の入口に第１配管１５が接続されている。そして、第１減圧弁１２の出口と、冷却管１９の入口とが第２配管１６で接続されている。この冷却管１９は、冷却器１３が備えているものである。そして、この冷却管１９には、冷却媒体管２０が設けられ、この冷却媒体管２０を流れる冷却媒体によって、冷却管１９を流れる液体を冷却して液体として排出できるようになっている。

また、この冷却媒体管２０の出口側配管２０ａの途中に流量調節弁２１が設けられ、この流量調節弁２１は、冷却媒体管２０を流れる冷却媒体の流量を調節することができるものである。更に、図１に示すように、冷却管１９の出口と、第２減圧弁１４の入口とが第３配管１７で接続され、第２減圧弁１４の出口に第４配管１８が接続されている。

第１減圧弁１２は、入口から流入する例えば摩耗性粉粒状物を含む超臨界状態又は亜臨界状態の液体の圧力を減圧して出口から液体として排出することができるものである。

冷却器１３は、第１減圧弁１２の出口から排出される液体を冷却して液体として排出することができるものである。

第２減圧弁１４は、冷却器１３から排出される液体の圧力をフラッシュ減圧して少なくとも気体及び摩耗性粉粒状物を含むものを排出するものである。

更に、この第１及び第２減圧弁１２、１４は、それぞれの一次圧の設定圧力を調節できるものであり、この一次圧の設定圧力は、後述する制御部２２から出力される第１及び第２設定圧力制御信号ｐ１ｔｓ、ｐ２ｔｓによって調節されるようになっている。また、流量調節弁２１は、制御部２２から出力される設定流量制御信号Ｑｔｓによって設定流量が調節されるようになっている。

そして、第１配管１５の第１減圧弁１２の入口付近には、第1温度検出器Ｔ１及び第1圧力検出器Ｐ１が設けられている。そして、冷却管１９の入口には、第４温度検出器Ｔ４及び第４圧力検出器Ｐ４が設けられ、冷却管１９の出口には、第２温度検出器Ｔ２及び第２圧力検出器Ｐ２が設けられている。また、第４配管１８の第２減圧弁１４の出口付近には、第３温度検出器Ｔ３及び第３圧力検出器Ｐ３が設けられている。

第1温度検出器Ｔ１は、第１減圧弁１２の入口に流入する液体の温度を検出して第1測定温度信号ｔ１を生成するものであり、第1圧力検出器Ｐ１は、当該液体の圧力を検出して第1測定圧力信号ｐ１を生成するものである。

第４温度検出器Ｔ４は、冷却管１９の入口に流入する液体の温度を検出して第４測定温度信号ｔ４を生成するものであり、第４圧力検出器Ｐ４は、当該液体の圧力を検出して第４測定圧力信号ｐ４を生成するものである。

第２温度検出器Ｔ２は、冷却管１９の出口から排出される液体の温度を検出して第２測定温度信号ｔ２を生成するものであり、第２圧力検出器Ｐ２は、当該液体の圧力を検出して第２測定圧力信号ｐ２を生成するものである。

第３温度検出器Ｔ３は、第２減圧弁１４の出口から排出される液体と気体の温度を検出して第３測定温度信号ｔ３を生成するものであり、第３圧力検出器Ｐ３は、当該液体と気体の圧力を検出して第３測定圧力信号ｐ３を生成するものである。

図２は、図１に示す摩耗低減機能付き減圧システム１１の制御ブロック図である。第１〜第４温度検出器Ｔ１〜Ｔ４、第１〜第４圧力検出器Ｐ１〜Ｐ４、第１及び第２減圧弁１２、１４、並びに、流量調節弁２１が制御部２２に電気的に接続している。

この制御部２２は、中央演算処理装置で構成され、予め記憶部（図示せず）に記憶されている所定のプログラムに従って各種演算及び処理等を行うことができるものである。この制御部２２は、第１、第２、及び第３制御手段を備えている。

第１制御手段は、第１減圧弁１２の入口の液体の圧力ｐ１が、当該液体の第1測定温度信号ｔ１における第１飽和圧力ｐ１ｓよりも高くなるように（液体がフラッシュしないように）、第１測定温度信号ｔ１及び第１測定圧力信号ｐ１に基づいて、第１減圧弁１２の開度Ｋ１（第１減圧弁１２の入口側の液体の圧力）を制御するものである。

第２制御手段は、冷却器１３の出口の液体の温度ｔ２が所定の設定温度ｔｓｅとなるように、第２測定温度信号ｔ２に基づいて、流量調節弁２１の開度Ｋ３を制御するものである。

第３制御手段は、冷却器１３の出口から排出される液体の圧力ｐ２が、当該液体の第２測定温度信号ｔ２における第２飽和圧力ｐ２ｓよりも高くなるように（液体がフラッシュしないように）、第２測定温度信号ｔ２及び第２測定圧力信号ｐ２に基づいて、第１及び第２減圧弁１２、１４の開度Ｋ１，Ｋ２（第２減圧弁１４の入口側の液体の圧力）を制御するものである。

次に、上記のように構成された摩耗低減機能付き減圧システム１１の作用を説明する。例えばまず、第１減圧弁１２は、その入口から流入する摩耗性粉粒状物を含む超臨界状態又は亜臨界状態の液体の圧力を減圧して出口から液体として排出することができ、次に、第１減圧弁１２の出口から排出される液体を、冷却器１３で冷却して液体として排出することができる。そして、冷却器１３から排出される液体を、第２減圧弁１４でフラッシュ減圧（液体を減圧して少なくともその一部を気化させる）して，少なくとも気体及び摩耗性粉粒状物を含むもの、例えば気体、液体、及び摩耗性粉粒状物を排出することができる。

このように、液体の圧力を減圧して少なくとも気体及び摩耗性粉粒状物を含むものとして排出するときに（又は取出すときに）、まず、液体の圧力を第１減圧弁１２で減圧することによって、第２減圧弁１４での減圧比を小さくすることができるので、この第２減圧弁１４で液体をフラッシュ減圧したときに、第２減圧弁１４から排出される気体の体積膨張率及び流速、並びに、液体及び液体に含まれている摩耗性粉粒状物の流速を小さくすることができる。その結果、この気体及び摩耗性粉粒状物による第２減圧弁１４の例えば弁体、弁座、及び弁本体内面の摩耗や損傷の低減を図ることができる。

そして、第１減圧弁１２は、その入口から流入する液体の圧力を減圧して出口から液体として排出するので、第１減圧弁１２から排出される液体の体積膨張率及び流速を、気体の場合と比較して低く抑えることができる。よって、気体及び摩耗性粉粒状物による第１減圧弁１２の例えば弁体、弁座、及び弁本体内面の摩耗や損傷を抑制することができる。

また、第１減圧弁１２で減圧されて排出された液体を冷却器１３で冷却した後で、この冷却された液体を第２減圧弁１４でフラッシュ減圧しているので、この第２減圧弁１４から排出される液体のフラッシュ（気化）が開始される圧力を低い圧力に抑えることができる。これによって、第２減圧弁１４から排出される気体の体積膨張率及び流速、並びに、液体及び液体に含まれている摩耗性粉粒状物の流速を小さくすることができる。

従って、この摩耗低減機能付き減圧システム１１によると、第１及び第２減圧弁１２、１４の交換や修理の回数を少なくすることができ、ひいては、この減圧システム１１の寿命を長引かせることができる。その結果、摩耗低減機能付き減圧システム１１に掛るコストの低減を図ることができる。

図３は、ｐ−ｈ線図である。この図３は、図１に示す減圧システム１１を使用して、上記のように、例えば摩耗性粉粒状物を含む超臨界状態又は亜臨界状態の液体を第１減圧弁１２で減圧し（第１減圧工程）、次に、この減圧された液体を冷却器１３で冷却して（冷却工程）、しかる後に、この冷却された液体を第２減圧弁１４でフラッシュ減圧して気体及び摩耗性粉粒状物を含むものとして排出する（第２減圧工程）各工程を示している。

図３に示す温度ｔ及び圧力ｐの一例として、ｔ１は、第1測定温度（信号）であり約２３０℃、ｐ１は、第1測定圧力（信号）であり約４．６ＭＰａ、ｔ４は、第４測定温度（信号）であり約１６５℃、ｐ４は、第４測定圧力（信号）であり約０．８ＭＰａである。

そして、ｔ２は、第２測定温度（信号）であり約１５０℃、ｐ２は、第２測定圧力（信号）であり約０．８ＭＰａ、ｔ３は、第３測定温度（信号）であり約１２７℃、ｐ３は、第３測定圧力（信号）であり約０．２５ＭＰａである。

また、第１減圧弁１２の減圧比は、５．７５（＝４．６ＭＰａ：０．８ＭＰａ）であり、第２減圧弁１４の減圧比は、３．２（＝０．８ＭＰａ：０．２５ＭＰａ）である。

また、図１に示す減圧システム１１によると、制御部２２の第1制御手段は、第１減圧弁１２の入口から流入する液体の圧力（第１測定圧力信号ｐ１）が、当該液体の第1測定温度信号ｔ１における第１飽和圧力ｐ１ｓよりも高くなるように、第１測定温度信号ｔ１及び第１測定圧力信号ｐ１に基づいて、第１減圧弁１２の開度Ｋ１（入口側の液体の圧力）を制御することができる。これによって、第１減圧弁１２で液体の圧力を減圧するときに、第１減圧弁１２の入口側で液体がフラッシュ（気化）することを防止でき、液体、気体及び摩耗性粉粒状物による第１減圧弁１２の例えば弁体、弁座、及び弁本体内面の摩耗や損傷を確実に抑制することができる。

例えば第１減圧弁１２の設定圧力をｐ１ｔとすると、ｐ１ｔ＞ｐ１ｓ＋α（α＝０．１〜０．５ＭＰａ）の関係が成立するようにこのｐ１ｔが設定される。

この第１制御手段は、第１測定圧力（信号）ｐ１が、設定圧力ｐ１ｔよりも低くなれば、第１減圧弁１２の開度Ｋ１を小さくするように制御する。そして、第１制御手段は、第１測定圧力（信号）ｐ１が、設定圧力ｐ１ｔよりも高くなれば、第１減圧弁１２の開度Ｋ１を大きくするように制御する。

つまり、図２に示すように、制御部２２は、第１減圧弁１２に第１設定圧力制御信号ｐ１ｔｓを出力することによって、第１減圧弁１２の開度Ｋ１を調節して第１減圧弁１２の設定圧力ｐ１ｔを制御するようになっている。

更に、図1に示すように、第２温度検出器Ｔ２は、冷却器１３の出口から流出する液体の温度を検出して第２測定温度信号ｔ２を生成することができる。そして、流量調節弁２１は、冷却器１３に使用される冷却媒体の流量を調節することができ、これによって、冷却器１３の入口から流入する液体を冷却することができる冷却能力を変更することができる。

また、制御部２２の第２制御手段は、冷却器１３の出口から流出する液体の温度（第２測定温度信号ｔ２）が、所定の冷却設定温度となるように、流量調節弁２１の開度Ｋ３を制御することができる。

この第２制御手段は、冷却器１３の出口から流出する液体の温度（第２測定温度信号ｔ２）が、冷却設定温度よりも低下すると、流量調節弁２１の開度Ｋ３が小さくなるように制御する。そして、第２制御手段は、冷却器１３の出口から流出する液体の温度（第２測定温度信号ｔ２）が、冷却設定温度よりも上がると、流量調節弁２１の開度Ｋ３が大きくなるように制御する。

これによって、第２減圧弁１４から排出される液体のフラッシュ（気化）が開始される圧力が所望の圧力となるように制御することができる。よって、第２減圧弁１４から排出される液体、気体の体積膨張率及び流速、並びに、摩耗性粉粒状物の流速を、予め定めた範囲内に収めるように制御することが可能となる。

そして、図１に示す第２圧力検出器Ｐ２は、冷却器１３の出口から流出する液体の圧力を検出して第２測定圧力信号ｐ２を生成することができる。そして、制御部２２の第３制御手段は、冷却器１３の出口から流出する液体の圧力が、当該液体の第２測定温度信号ｔ２における第２飽和圧力ｐ２ｓよりも高くなるように、第２測定温度信号ｔ２及び第２測定圧力信号ｐ２に基づいて第２減圧弁１４の開度Ｋ２を制御することができる。これによって、第２減圧弁１４の入口から流入する液体をフラッシュ減圧して、その出口から液体、気体及び摩耗性粉粒状物（スラリー等）を排出する際に、第２減圧弁１４の入口側の液体がフラッシュ（気化）しないように制御することができる。よって、液体、気体及び摩耗性粉粒状物による第２減圧弁１４の例えば弁体、弁座、及び弁本体内面の摩耗や損傷を確実に抑制することができる。

なお、例えば第２減圧弁１４の設定圧力をｐ２ｔとすると、ｐ２ｔ＞ｐ２ｓ＋α（α＝０．１〜０．５ＭＰａ）の関係が成立するようにこのｐ２ｔが設定される。

また、第２減圧弁１４を通る液体は、第２減圧弁１４の弁体と弁座との間の狭い隙間を通るときに、減圧、減温されてフラッシュする。このとき、第２減圧弁１４の出口から排出される液体と気体の圧力（第３測定圧力信号ｐ３）は、この液体と気体の温度（第３測定温度信号ｔ３）における第３飽和圧力ｐ３ｓに略等しい値となる。

更に、制御部２２の第３制御手段は、上記の制御において、第２減圧弁１４に加えて第１減圧弁１２の開度Ｋ１（入口側の液体の圧力）を制御することができるようにもなっており、第２減圧弁１４の入口側で液体がフラッシュ（気化）することを確実に防止できる。

例えば、この第３制御手段は、第２測定圧力（信号）ｐ２が低くなれば（又は高くなれば）、第２減圧弁１４の開度Ｋ２を小さく（又は大きく）すると共に、第１減圧弁１２の開度Ｋ１を大きく（又は小さく）するように制御する。

つまり、図２に示すように、制御部２２は、第２減圧弁１４に第２設定圧力制御信号ｐ２ｔｓを出力することによって、第２減圧弁１４の開度Ｋ２を調節して第２減圧弁１４の設定圧力ｐ２ｔを制御するようになっている。

更に、制御部２２は、第１減圧弁１２に第１設定圧力制御信号ｐ１ｔｓを出力することによって、第１減圧弁１４の開度Ｋ１を調節して第１減圧弁１２の設定圧力ｐ１ｔを制御するようにもなっている。

次に、図４を参照して、図１に示す摩耗低減機能付き減圧システム１１が適用された反応装置を説明する。この図４は、図１に示す摩耗低減機能付き減圧システム１１を備える２つの第１及び第２反応装置２４、２５を含むバイオエタノール製造設備２６の概念図である。

この第１及び第２の各反応装置２４、２５は、超臨界状態又は亜臨界状態において被処理物を熱水処理するための反応槽２７、２８と、反応槽２７、２８に設けられ、反応槽２７、２８で被処理物を熱水処理して得られた摩耗性粉粒状物を含む液体を、少なくとも気体及び摩耗性粉粒状物を含むものとして取り出すための取出し部２９、３０とを備えている。そして、この取出し部２９、３０に摩耗低減機能付き減圧システム１１、１１が設けられている。

この図４に示す第１及び第２反応装置２４、２５によると、反応槽２７、２８で超臨界状態又は亜臨界状態において被処理物を熱水処理することができ、この反応槽２７、２８で被処理物を熱水処理して得られた摩耗性粉粒状物を含む液体を、摩耗低減機能付き減圧システム１１、１１によって、上記と同様にフラッシュ減圧して、少なくとも気体及び摩耗性粉粒状物を含むものとして取出し部２９、３０から取り出すことができる。

次に、図４に示す第１及び第２反応装置２４、２５を含むエタノール製造設備２６の全体を説明する。このエタノール製造設備２６は、セルロース系バイオマスに対して分解処理等を行い、生成した糖を発酵してエタノールを製造することができる設備である。

（スラリーの調製）
図４に示すように、まず、セルロース系バイオマス（例えば、バガス、甜菜かす、又はわらのような草木系バイオマス）を、前処理として数ｍｍ以下に粉砕する。粉砕後のセルロース系バイオマスは、混合槽３１に供給され、水及び酸を加えて攪拌され、スラリー化される。

（第一糖化分解工程）
次に、スラリーは、必要に応じて予熱された後、ヘミセルロース糖化反応器（反応槽）２７へと供給される。ヘミセルロース糖化反応器２７内で、スラリーは、圧力１ＭＰａ以上５ＭＰａ以下で熱水処理される。この熱水処理によって、セルロース系バイオマス中のヘミセルロースは、酸の触媒作用によってC5単糖に効率よく糖化分解（加水分解）される。

一定時間の熱水処理が行われた後、スラリー（液体と摩耗性粉粒状物とが混合したもの）は、ヘミセルロース糖化反応器２７から、本発明に係る摩耗低減機能付き減圧システム１１でフラッシュ減圧されてフラッシュタンク３２へと供給される。フラッシュ蒸発によって、スラリーは、亜臨界状態以下の温度に急冷され、ヘミセルロースの糖化分解反応（加水分解反応）が終了する。

（第一固液分離工程）
次に、摩耗性粉粒状物を含むスラリーは、フラッシュタンク３２から固液分離装置３３へと供給され、C5糖化液と脱水ケーキ１とに分離される。C5糖化液は、後続するアルコール発酵工程へと供給される。一方、脱水ケーキ（脱水ケーキ１）は、加圧式反応器（反応槽）２８の反応室へと供給される。

（第二糖化分解工程）
脱水ケーキ１が供給された後、加圧式反応器２８の反応室には、外部の蒸気発生装置（図示せず）から蒸気が供給される。その後、反応室は、所定の圧力範囲内となるまで加圧される。

一定時間の加熱及び加圧処理（糖化分解処理）が行われた後、処理後のスラリーは、本発明に係る摩耗低減機能付き減圧システム１１でフラッシュ減圧されてフラッシュタンク３４へと供給される。このとき、スラリーには、C6糖化液が含有されている。フラッシュ蒸発によって、スラリーは、亜臨界状態以下の温度に急冷され、セルロースの加水分解反応が終了する。

（第二固液分離工程）
次に、摩耗性粉粒状物を含むスラリーは、フラッシュタンク３４から固液分離装置３５へと供給され、C6糖化液と脱水ケーキ２とに分離される。C6糖化液は、後続するアルコール発酵工程へと供給される。一方、脱水ケーキ２は、適宜系外に取り出される。

（発酵工程）
次に、C5糖化液及びC6糖化液は、発酵工程において、酵母を利用してエタノールへと変換される。発酵工程は、公知の発酵方法を採用することができる。

（蒸留工程）
次に、発酵工程によって得られたアルコール発酵液は、蒸留され、エタノールが濃縮される。

ただし、上記実施形態では、図４に示すエタノール製造設備２６が備える第１及び第２の各反応装置２４、２５に摩耗低減機能付き減圧システム１１、１１を適用したが、このようなエタノール製造設備２６、並びに、第１及び第２反応装置２４、２５以外の設備や装置に、摩耗低減機能付き減圧システム１１を適用してもよい。

以上のように、本発明に係る摩耗低減機能付き減圧システム及びそれを備える反応装置は、第１及び第２減圧弁の弁体、弁座、及び内面の摩耗や損傷の低減を図ることによって、第１及び第２減圧弁の寿命を長引かせることができる優れた効果を有し、摩耗性粉粒状物を含む高温高圧のスラリー等の減圧システム及びそのようなシステムを必要とする反応装置に適用するのに適している。

１１ 摩耗低減機能付き減圧システム
１２ 第１減圧弁
１３ 冷却器
１４ 第２減圧弁
１５、１６、１７、１８ 第１配管、第２配管、第３配管、第４配管
１９ 冷却管
２０ 冷却媒体管
２０ａ 出口側配管
２１ 流量調節弁
２２ 制御部
２４、２５ 第１及び第２反応装置
２６ エタノール製造設備
２７ 反応器（反応槽）
２８ 加圧式反応器（反応槽）
２９、３０ 取出し部
３１ 混合槽
３２、３４ フラッシュタンク
３３、３５ 固液分離装置
Ｔ１〜Ｔ４ 第1〜第４温度検出器
Ｐ１〜Ｐ４ 第1〜第４圧力検出器
ｔ１〜t４ 第1〜第４測定温度信号
ｐ１〜ｐ４ 第1〜第４測定圧力信号
ｐ１ｔｓ、ｐ２ｔｓ 第１及び第２減圧弁の設定圧力制御信号
Ｑｔｓ 設定流量制御信号
ｐ１ｔ、ｐ２ｔ 第１及び第２減圧弁の設定圧力
ｔｓｅ 冷却器の設定温度
Ｋ１ 第１減圧弁の開度
Ｋ２ 第２減圧弁の開度
Ｋ３ 流量調節弁の開度
ｐ１ｓ、ｐ２ｓ 飽和圧力

Claims (6)

1. 入口から流入する摩耗性粉粒状物を含む超臨界状態又は亜臨界状態の液体の圧力を減圧して出口から液体として排出する第１減圧弁と、
   前記第１減圧弁の出口から排出される液体を冷却して液体として排出する冷却器と、
   前記冷却器から排出される液体の圧力をフラッシュ減圧して少なくとも気体及び摩耗性粉粒状物を含むものとして排出する第２減圧弁とを備えることを特徴とする摩耗低減機能付き減圧システム。
2. 前記第1減圧弁の入口に設けられ、前記第1減圧弁の入口から流入する液体の温度を検出して第1測定温度信号を生成する第1温度検出器、及び当該液体の圧力を検出して第1測定圧力信号を生成する第1圧力検出器と、
   前記第1減圧弁の入口の液体の圧力が、前記第1測定温度信号における第１飽和圧力よりも高くなるように、前記第1測定温度信号及び前記第１測定圧力信号に基づいて、前記第１減圧弁の開度を制御する第1制御手段とを備えることを特徴とする請求項１記載の摩耗低減機能付き減圧システム。
3. 前記冷却器の出口から前記第２減圧弁の入口までの間に設けられ、前記冷却器の出口から流出する液体の温度を検出して第２測定温度信号を生成する第２温度検出器と、
   前記冷却器に使用される冷却媒体の流量を調節するための流量調節弁と、
   前記冷却器の出口の液体の温度が所定の設定温度となるように、前記第２測定温度信号に基づいて、前記流量調節弁の開度を制御する第２制御手段とを備えることを特徴とする請求項１又は２記載の摩耗低減機能付き減圧システム。
4. 前記冷却器の出口から前記第２減圧弁の入口までの間に設けられ、前記冷却器の出口から流出する液体の圧力を検出して第２測定圧力信号を生成する第２圧力検出器と、
   前記冷却器の出口から排出される液体の圧力が、前記第２測定温度信号における第２飽和圧力よりも高くなるように、前記第２測定温度信号及び前記第２測定圧力信号に基づいて、前記第２減圧弁の開度を制御する第３制御手段とを備えることを特徴とする請求項３記載の摩耗低減機能付き減圧システム。
5. 前記第３制御手段は、前記冷却器の出口から排出される液体の圧力が、前記第２測定温度信号における第２飽和圧力よりも高くなるように、前記第２測定温度信号及び前記第２測定圧力信号に基づいて、前記第１減圧弁の開度を制御することを特徴とする請求項４記載の摩耗低減機能付き減圧システム。
6. 超臨界状態又は亜臨界状態において被処理物を熱水処理するための反応槽と、
   前記反応槽に設けられ、前記反応槽で被処理物を熱水処理して得られた摩耗性粉粒状物を含む液体を、液体、気体及び摩耗性粉粒状物として取り出すための取出し部とを備え、
   前記取出し部に請求項１乃至５のいずれかに記載の摩耗低減機能付き減圧システムが設けられていることを特徴とする反応装置。

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