超臨界二酸化炭素 (CO₂)

実験室から工業化へ

■	高圧装置では特に重要な、高スループット(短時間化→コンパクトな装置)、低ランニングコストを可能とするプロセス・装置の提供 (豊富な超臨界CO₂に関する研究・開発、装置製作実績に基づく最適プロセスの提案)	超臨界流体装置は、高圧ガス保安法等の規定の設計のみでは、「想定外」の事象が起こるケースもあります。・・・少なくとも次の事を再確認して下さい　! ↑クリック下さい↑
■	物性値の大幅な変化にも対応したフレキシブルで且つ安全性を重視した装置の提供 (豊富な超高圧・高圧装置の設計・製作実績に基づく信頼性の高い装置の提供 )
■	実験装置から量産装置までの幅広い装置、経済性検討(F/S)の提案、提供
■	コンピュータを活用し短期間でより効率的な工業化、大規模スケールアップの実現 (試験装置の約３千倍のスケールアップ/大規模化による工業化実績で“化学工学会技術賞”を受賞@2001.4)

　実験室から工業化へのステップ　　　　｢想定外｣でない装置実現には以下のプロセス設計が必須です !

●	基礎評価

・	効率の良いデータ収集を可能にする実験装置を提供します。
・	豊富な経験を元に、プロセスや操作条件の探索を効率よく遂行できるようにサポートします。
・	神戸製鋼グループの総合力を活用して各種アプリケーションでの受託研究・試験が可能です。詳細は、｢試験・研究の受託｣をご覧ください。

●	シミュレーション

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汎用流体解析ソフトによる超臨界流体処理容器内の流動解析などコンピュータ資源を活用し、パイロット試験することなく、より短時間でより効果的な工業化への実現をサポートします。
右図はエアロゲルの超臨界乾燥のシミュレーションの一例です。
　エアロゲルは多孔質体のため、超臨界流体は平板状の表面を流れ、多孔質体内のアルコールは拡散によってのみ抽出乾燥されます。このため、厚みと長さ方向に乾燥分布ができ、この状態を時間と厚み・長さ方向で示したものが右図です。このシミュレーションにより、効率的な流体流れと乾燥の検討ができ、プロセスと装置にフィードバックすることによって初めて実装置化に繋がります。

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豊富な経験とシミュレーションの活用により、設備費と用役費の最適化のためのシリーズ運転の検討や経済性検討(F/S)などを実施します。

●	ベンチ／パイロット試験

・	高度に自動化された試験装置を提供し、操作条件の最適化をサポート、わずらわしい装置操作から開放され、プロセス構築に専念できます。
・	シミュレーションの活用により、より精度の高い検討、計画が可能になります。

ラボ試験装置の恒温槽利用の容器例
(小サンプルでの評価、条件探索用)

ベンチ規模試験装置例
(中サンプルの評価、スケールアップ
データ等の採集用)

商業規模装置例
(シリーズ運転による最適化)

●	工業化

・	高圧装置では特に重要な、高スループット(短時間化→コンパクトな装置)、低ランニングコストを可能とするプロセス・装置を提供します。
・	二酸化炭素の供給、回収、精製･循環使用も含めた、プロセスと経済性の最適化の観点でのケーススタディ、提案を行います。経済性の検討なくして、実用化はありません！
・	さまざまなニーズに対応可能な完全カスタム仕様の装置構成を提供します。
・	高スループット、低ランニングコストを可能とするプロセス制御技術を提供します。
・	被処理物の形状に応じた最適な装填法&処理容器とセミバッチプロセスを提供します。

　複数の処理容器を切替え、超臨界CO₂を連続供給することにより、効率的な運転を実現
　　（容器A:被処理物を装填中、容器B:処理中）

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工業化　：　「想定外」がない装置でしょうか　？

超臨界流体装置は、高圧ガス保安法等に規定の設計のみでは、「想定外」の事象が起こるケースもあります。・・・「法は最低限の決まり！」です。
超臨界流体は、流体の特性を踏まえたプロセス設計が最重要です　!
超臨界流体は、圧力と温度で物性値が大きく変化する事が特徴のため、機械設計・製作の知見(高圧装置技術/機械工学)だけでは満足な運転ができず、装置製作メーカに｢想定外｣でしたと言われかねません。化学プラントの設計では、エンジニアリング会社などが危険リスクも含めた各種プロセス検討(プロセス技術/化学工学)を行います。超臨界装置も同様な検討が必須ですが、化学プラント設計での常識が、機械メーカではその必要性・存在も知らないケースがあります。この結果、
大型装置が「想定外」との理由で満足に稼働していない事例が、国内に沢山存在します。
超臨界流体装置の導入を検討される場合には、以下を装置メーカに再確認し、｢想定外｣と言われないようにする必要があります。

★１：安全弁･安全装置は、高圧ガス保安法の規定条件以外も考慮しているか　？	【装置の安全に係わる最重要事項です ! 】
(Ｑ＆Ａの【Ae10】を参照下さい)
★２：熱交換器は、運転最大圧力・最大温度以外の条件も考慮しているか　？	【他の条件で満足な運転ができません ! 】
(Ｑ＆Ａの【Ae6】を参照下さい)
★３：圧力制御弁は、超臨界流体の特性を考慮して選定されているか　？	【安定した圧力制御、減圧ができません ! 】
★４：二酸化炭素の昇圧ポンプは、「加速度抵抗」を考慮して設計しているか　？	【所定の流量がでない場合があります ! 】
(Ｑ＆Ａの【Ae4】を参照下さい)
★５：実用化･工業装置の経済性を考慮したプロセス検討･設計をしているか　？	【研究･開発が成功しても実用化しない場合があります ! 】
★６：減圧工程含めた最適スループット（処理時間）を考慮した設計か　？	【減圧時間が経済性を大きく左右する場合があります ! 】
(減圧時間を短くする方法の例(参考)：神戸製鋼Gr公開特許2010-174,071他)
★７：実験室から工業化へのステップに示すプロセス設計が全てされているか　？	【運転はできるが実用化しない場合があります ! 】
★８：アプリケーションに最適な超臨界条件が選択されているか　？	【実現性が低下します ! 】
例：溶解度が１０倍変化 ! Ex：0.2wt% @ 20MPa → 22wt% @ 77MPa 　　　　　　　　　　　　　　界面張力フリーな超臨界CO₂で、割れ･収縮が起こる ! 　物質移動には時間項の考慮が必要です

● 神戸製鋼グループの高圧関連装置の納入実績

(1)	高圧圧力容器(多層巻) ： 1,000 基以上	向け先：国内、世界各国
(2)	化学及び石油化学工業向けプラント：多数	向け先：国内、世界各国 (肥料、石油化学、樹脂他)
(3)	超高圧装置　　１００ＭＰａ以上 1 .HIP(Hot Isostatic Press) ：300台以上 2. CIP(Cold Isostatic Press)：300台以上	向け先：国内各都道府県、韓国、台湾、米国、ブラジルその他
(4)	超臨界プラント(二酸化炭素、水)　(化学、食品、その他)：30 基以上	向け先：国内、韓国、中国
(5)	高圧アニール装置(半導体用)　：　3 台	(現在、製作しておりません)
(6)	超臨界二酸化炭素装置(半導体用)：[社内評価用]α０装置(８”バッチ式)１台、 α０’(８”枚葉式チャンバ)１台、α１装置、３００ミリ試作機 [納入実績]小型実験装置３台、評価装置２台。

小型上下蓋自動開閉式抽出容器 (上蓋開状態：右側)		大型上下蓋自動開閉式抽出容器 (390Liter)		超臨界抽出装置の鳥瞰図 (抽出器容量390Liter)

超大型抽出装置の分離器群（蓋自動開閉式）		半導体用超臨界乾燥装置（α機）		半導体用超臨界乾燥装置（β機）
		半導体用超臨界装置で０.１５μmの大きさのパーティクルが200mmウェハー上に１０個程度のクリーン度を実現（山手線の内側に１０円玉の大きさのゴミが１０個程度に相当）