JP2000262885A - Organic substance oxidation treatment system - Google Patents
Organic substance oxidation treatment systemInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、有機物の酸化処理
を、有機物を含む流体を高温・高圧にし、高圧の酸素を
混合させることで行うシステムに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a system for oxidizing an organic substance by subjecting a fluid containing the organic substance to high temperature and high pressure and mixing high pressure oxygen.
【０００２】[0002]
【従来の技術】水分中に有機物を多量に含む下水汚泥の
処理や、工場から排出される有機物を含む排水の処理、
ダイオキシン等の難分解性有機物の処理に関して、流体
の臨界条件（水の場合は圧力２２ＭＰａ、温度３７４
℃）を超える温度と圧力にまで、加圧及び加熱を行い、
酸化処理する技術が開発されている。2. Description of the Related Art Treatment of sewage sludge containing a large amount of organic matter in water, treatment of wastewater containing organic matter discharged from factories,
Regarding the treatment of hardly decomposable organic substances such as dioxin, the critical conditions of the fluid (in the case of water, the pressure is 22 MPa, the temperature is 374
Pressurized and heated to a temperature and pressure exceeding
Oxidation techniques have been developed.
【０００３】酸化反応を起こさせる場を、超臨界水を用
いて形成する場合、特に超臨界水酸化と呼び、様々な有
機物の処理に適用することができる。[0003] When a place where an oxidation reaction takes place is formed using supercritical water, it is particularly called supercritical water oxidation and can be applied to the treatment of various organic substances.
【０００４】この技術では、酸化剤として酸素、もしく
は空気、過酸化水素水を用いることとなるが、有機物の
加圧と同様に、これらの酸化剤を反応系の圧力と同等の
圧力に加圧する必要がある。この時、酸化剤として過酸
化水素水もしくは液体酸素を用いると、気体の酸素もし
くは空気を用いる場合に比べ、圧縮性が小さいため、酸
化剤の加圧に要するエネルギーが少なくて済む。In this technique, oxygen, air, or hydrogen peroxide is used as an oxidizing agent, but these oxidizing agents are pressurized to a pressure equivalent to the pressure of the reaction system, similarly to the pressurization of organic substances. There is a need. At this time, when hydrogen peroxide water or liquid oxygen is used as the oxidant, the compressibility is smaller than when gaseous oxygen or air is used, so that less energy is required for pressurizing the oxidant.
【０００５】しかし、過酸化水素水を用いる場合、処理
する有機物の量に比例した過酸化水素水が必要となるた
め、処理コストが大きくなる。液体酸素を用いる場合
も、液体酸素の製造にコストがかかるため、全体として
の処理コストが大きくなる。[0005] However, when using aqueous hydrogen peroxide, an aqueous hydrogen peroxide solution is required in proportion to the amount of the organic substance to be treated, so that the processing cost increases. Also in the case of using liquid oxygen, the production cost of liquid oxygen is high, so that the processing cost as a whole increases.
【０００６】酸化剤として気体の酸素もしくは空気を用
いる場合、高圧に加圧するための圧縮過程で、多大な動
力が必要となる。ただし、この圧縮動力を削減する手段
として、特公平１−３８５３２号公報に、反応後の高圧
流体で膨張タービンを駆動し、このタービンに接続され
たコンプレッサーで空気もしくは酸素を圧縮する方法が
記載されている。When gaseous oxygen or air is used as the oxidizing agent, a great deal of power is required in the compression process for pressurizing to high pressure. However, as a means for reducing the compression power, Japanese Patent Publication No. 1-38532 describes a method in which an expansion turbine is driven by a high-pressure fluid after reaction, and air or oxygen is compressed by a compressor connected to the turbine. ing.
【０００７】この方法では、有機物を超臨界水中で酸化
処理し、反応後の高圧流体を灰分分離器に通し、高圧流
体の成分を、水及び二酸化炭素、窒素にして、膨張ター
ビンに流入させている。In this method, an organic substance is oxidized in supercritical water, a high-pressure fluid after the reaction is passed through an ash separator, and components of the high-pressure fluid are converted into water, carbon dioxide, and nitrogen, and then flow into an expansion turbine. I have.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】しかし、高温高圧の流
体を利用した有機物酸化処理システムでは、酸化剤の製
造・加圧のために、多大なコストを要するという問題が
生じる。However, in the organic matter oxidation treatment system using a high-temperature and high-pressure fluid, there is a problem that enormous cost is required for production and pressurization of the oxidizing agent.
【０００９】超臨界水酸化により酸化処理した高圧流体
を膨張タービンで膨張させ、これにより得られる動力
で、酸化剤である空気もしくは酸素を圧縮する場合、膨
張タービンで高圧流体が膨張する間に流体中の水が凝縮
し、タービンを傷めるという問題が生じる。When a high-pressure fluid oxidized by supercritical water oxidation is expanded by an expansion turbine and the power obtained thereby compresses air or oxygen as an oxidizing agent, the fluid is expanded while the high-pressure fluid is expanded by the expansion turbine. A problem arises in that the water inside condenses and damages the turbine.
【００１０】水が超臨界状態で酸化反応した直後の高圧
流体は超臨界状態であり、単一相で、気体と同様の扱い
ができる。しかし、この流体を膨張機で膨張させると温
度が低下し、臨界温度を下回ると、飽和温度に応じて水
が凝縮する。水が液体となってタービン中を流れると、
液滴が羽根にぶつかること等により羽根・その他に損傷
が加わる。また、水の超臨界圧で作動する膨張タービン
は、通常のエネルギー回収に用いるタービンに比べ、使
用圧力が高く、製造コストが大きいという問題もある。[0010] The high-pressure fluid immediately after the water undergoes the oxidation reaction in the supercritical state is in the supercritical state, and can be treated as a gas in a single phase. However, when the fluid is expanded by the expander, the temperature decreases, and when the temperature falls below the critical temperature, water condenses according to the saturation temperature. When water becomes liquid and flows through the turbine,
The droplets hit the blades, and the blades and others are damaged. In addition, an expansion turbine that operates at a supercritical pressure of water has a problem that the operating pressure is higher and the manufacturing cost is higher than a turbine used for normal energy recovery.
【００１１】本発明の目的は、高圧の酸化剤を低コスト
で供給する装置を備えた、高温高圧の流体を利用した有
機物酸化処理システムを提供することにある。An object of the present invention is to provide an organic matter oxidation treatment system using a high-temperature and high-pressure fluid, which is provided with a device for supplying a high-pressure oxidant at low cost.
【００１２】[0012]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明における有機物酸化処理システムの特徴とす
るところは、酸化処理後の高温・高圧の流体内のガス成
分を分離し、分離された高圧の排ガスの圧力を用いて酸
素剤ガスを圧縮することにある。Means for Solving the Problems In order to achieve the above object, a feature of the organic matter oxidation treatment system of the present invention is to separate gas components in a high-temperature and high-pressure fluid after the oxidation treatment and to separate the gas components. And compressing the oxygen-containing gas using the pressure of the high-pressure exhaust gas.
【００１３】具体的には本発明は次に掲げるシステムを
提供する。本発明は、流体に含まれる有機物の酸化処理
に要する酸素剤ガスの圧縮を、前記酸化処理後の高温・
高圧の前記流体を利用して行なう有機物酸化処理システ
ムにおいて、前記酸化処理後の高温・高圧の前記流体内
のガス成分を分離する気液分離器と、前記分離された高
圧の排ガスの圧力を用いて前記酸素剤ガスを圧縮する排
ガス駆動圧縮機とを有することを特徴とする有機物酸化
処理システムを提供する。Specifically, the present invention provides the following systems. The present invention provides a method for compressing an oxygen-containing gas required for oxidizing organic substances contained in a fluid at a high temperature after the oxidizing treatment.
In the organic matter oxidation treatment system performed using the high-pressure fluid, a gas-liquid separator that separates a gas component in the high-temperature and high-pressure fluid after the oxidation treatment, and a pressure of the separated high-pressure exhaust gas are used. And an exhaust gas drive compressor for compressing the oxygen-containing gas.
【００１４】また、本発明は、流体に含まれる有機物の
酸化処理に要する酸素剤ガスの圧縮を、前記酸化処理後
の高圧の前記流体を利用して行なう有機物酸化処理シス
テムにおいて、前記酸化処理後の高圧の前記流体内のガ
ス成分を分離する気液分離器と、前記分離された高圧の
排ガスの圧力を用いて前記酸素剤ガスを圧縮する排ガス
駆動圧縮機とを備え、前記排ガス駆動圧縮機は、前記分
離された高圧の排ガスが導入される排ガス側シリンダ
と、前記導入された排ガスの圧力を受け、前記排ガスが
膨張することで排ガス側シリンダ内を動く排ガス側ピス
トンと、前記排ガス側ピストンに接続され前記排ガス側
ピストンが動くことにより回転するクランク軸と、前記
酸素剤ガスが導入される酸素剤ガス側シリンダと、前記
クランク軸に接続され前記クランク軸が回転することに
より前記導入された酸素剤ガスを圧縮する酸素剤ガス側
ピストンとを有することを特徴とする有機物酸化処理シ
ステムを提供する。Further, the present invention provides an organic matter oxidation treatment system for compressing an oxygen-containing gas required for oxidation treatment of organic matter contained in a fluid by using the high-pressure fluid after the oxidation treatment. A gas-liquid separator that separates a gas component in the high-pressure fluid, and an exhaust gas drive compressor that compresses the oxygen-containing gas using the pressure of the separated high-pressure exhaust gas. An exhaust gas side cylinder into which the separated high-pressure exhaust gas is introduced, an exhaust gas side piston that moves in the exhaust gas side cylinder by receiving the pressure of the introduced exhaust gas and expands the exhaust gas, and an exhaust gas side piston. A crankshaft that is connected to the exhaust gas-side piston and that rotates when the exhaust-gas-side piston moves; an oxygen-containing gas-side cylinder into which the oxygen-containing gas is introduced; Providing organic matter oxidation processing system characterized by having an oxygen-containing gas side piston for compressing the introduced oxygen-containing gas by the crankshaft rotates.
【００１５】このように、高温・高圧で処理した後の高
圧流体を気液分離器に通し、分離された高圧の排ガスを
排ガス側シリンダに導入し、排ガス側ピストンでその圧
力を受けながら排ガスを膨張させ、これにより得られる
動力を、酸化剤である酸素もしくは酸素を含む空気を圧
縮するための動力として用いる。ただし、システムの起
動時のように高圧の排ガスが存在しない時は、モータで
排ガス駆動圧縮機を駆動する。As described above, the high-pressure fluid treated at a high temperature and a high pressure is passed through a gas-liquid separator, and the separated high-pressure exhaust gas is introduced into an exhaust gas side cylinder. The expansion is performed, and the power obtained by the expansion is used as power for compressing oxygen as an oxidizing agent or air containing oxygen. However, when high-pressure exhaust gas does not exist, such as when the system is started, the exhaust gas drive compressor is driven by the motor.
【００１６】システム起動後に、高圧の排ガスが発生す
るようになり、排ガスで排ガス駆動圧縮機を駆動するこ
とができるようになると、モータ動力が不要になり、高
圧の酸化剤を生成するコストが大幅に低下する。After the system is started, high-pressure exhaust gas is generated, and if the exhaust gas can drive the exhaust gas drive compressor, motor power is not required and the cost of generating a high-pressure oxidant is greatly increased. To decline.
【００１７】また、排ガスを膨張させる排ガス側シリン
ダと、酸素剤ガスを圧縮する酸素剤ガス側シリンダをク
ランク軸をはさんで対向に配置し、対向したシリンダ対
において、排ガス側のピストンロッドに接続されるコネ
クティングロッドと、酸素剤ガス側のピストンロッドに
接続されるコネクティングロッドとを同一の接続金具で
クランク軸に接続することで、排ガス側のピストンが流
体から受ける力の向きと、酸素剤ガス側のピストンが流
体から受ける力の向きが反対になるため、クランク軸に
接続する接続金具が受ける力の多くが相殺され、クラン
ク軸にかかる応力を低減することができる。これによ
り、排ガス駆動圧縮機を運転する時に生じる振動が低減
されため、排ガス駆動圧縮機の強度上の信頼性が確保さ
れ、排ガス駆動圧縮機の製造コストが低減する。Further, an exhaust gas side cylinder for expanding the exhaust gas and an oxidant gas side cylinder for compressing the oxidant gas are arranged opposite to each other with a crankshaft interposed therebetween, and the opposed cylinder pair is connected to a piston rod on the exhaust gas side. By connecting the connecting rod to be connected and the connecting rod connected to the oxidant gas side piston rod to the crankshaft with the same connection fitting, the direction of the force that the exhaust gas side piston receives from the fluid and the oxidant gas Since the direction of the force that the piston on the side receives from the fluid is opposite, much of the force received by the connection fitting connected to the crankshaft is canceled, and the stress applied to the crankshaft can be reduced. Accordingly, vibration generated when the exhaust gas driven compressor is operated is reduced, so that the reliability of the exhaust gas driven compressor in terms of strength is secured, and the manufacturing cost of the exhaust gas driven compressor is reduced.
【００１８】また、対向させることで対になった排ガス
側シリンダと酸素剤ガス側シリンダを複数段備えること
で、１段の膨張・圧縮で生じる圧力の変化量を抑える。
排ガスの膨張及び酸素剤ガスの圧縮は、クランク軸が１
８０°回転する間に１行程として行われるが、この１行
程の間で、排ガスは膨張することで圧力が下がり、酸素
剤ガスは圧縮されることで圧力が上がる。Further, by providing a plurality of exhaust gas side cylinders and oxidizing agent gas side cylinders which are paired by opposing each other, the amount of pressure change caused by one-stage expansion / compression is suppressed.
The expansion of the exhaust gas and the compression of the oxygen-containing gas require one crankshaft.
The process is performed as one stroke during the rotation of 80 °. During this one stroke, the pressure of the exhaust gas decreases due to expansion, and the pressure of the oxygen-containing gas increases due to compression.
【００１９】これにより、排ガス側ピストンが圧力によ
って受ける力と、酸素剤ガス側ピストンが圧力によって
受ける力が、１行程の中で変化することになる。この変
化の仕方は排ガス側と酸素剤ガス側で異なり、排ガス側
の力は低下していき、酸素剤ガス側の力は上昇してい
く。このため、１行程の中で、排ガス側ピストンが受け
る力と酸素剤ガス側ピストンが受ける力の差が変化する
ことになる。この力の差が大きく変化すると、前述した
「クランク軸に接続する接続金具が受ける力の多くが相
殺される」という効果が出なくなり、クランク軸等の強
度設計に負荷がかかる。Accordingly, the force received by the exhaust gas side piston by pressure and the force received by the oxygen agent gas side piston by pressure change in one stroke. The manner of this change differs between the exhaust gas side and the oxidant gas side, and the force on the exhaust gas side decreases and the force on the oxidant gas side increases. Therefore, in one stroke, the difference between the force received by the exhaust gas side piston and the force received by the oxidant gas side piston changes. If the difference between the forces greatly changes, the above-described effect of "many of the forces received by the fittings connected to the crankshaft is canceled out" is not obtained, and a load is applied to the strength design of the crankshaft and the like.
【００２０】また、この力の差が大きく変化すると、一
時的に酸素剤ガス圧縮に要する動力が不足したり、排ガ
スの膨張で得られる動力が余剰になることを繰り返すこ
とになり、動力の需要と供給の差が周期変動することに
なる。この場合、連続的な運転をするためには、フライ
ホイールのようなエネルギーを貯蔵・放出する装置が必
要となる。しかし、対向した排ガス側シリンダと酸素剤
ガス側シリンダとを複数段備え、１行程で生じる圧力の
変化量を抑えることで、フライホイールのような装置が
不要になる。If the difference in the power greatly changes, the power required for compressing the oxygen-containing gas temporarily becomes insufficient, or the power obtained by the expansion of the exhaust gas repeatedly becomes excessive. And the supply difference will fluctuate periodically. In this case, a device that stores and discharges energy, such as a flywheel, is required for continuous operation. However, by providing a plurality of opposed exhaust gas side cylinders and oxidant gas side cylinders in a plurality of stages and suppressing the amount of pressure change generated in one stroke, a device such as a flywheel becomes unnecessary.
【００２１】また、気液分離器で分離した高圧の排ガス
を、酸化反応後の高温の流体と熱交換させて加熱するこ
とで、排ガスの温度を高めることにより、排ガスが膨張
するときに取り出せるエネルギーを高めると同時に、排
ガスが膨張して温度が低下する際、排ガスに含まれる水
蒸気が凝縮することを防止する。The high-pressure exhaust gas separated by the gas-liquid separator is heated by exchanging heat with a high-temperature fluid after the oxidation reaction, thereby increasing the temperature of the exhaust gas. And at the same time, prevent the water vapor contained in the exhaust gas from condensing when the exhaust gas expands and the temperature decreases.
【００２２】[0022]
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態例に
係る有機物酸化処理システムを、図を用いて説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, an organic matter oxidation treatment system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
【００２３】図１は、本発明の第一の実施の形態例に係
る有機物酸化処理システムの構成を示すものであり、有
機物を含むスラリーとして水が主成分である場合を例に
とって説明する。FIG. 1 shows the configuration of an organic matter oxidation treatment system according to a first embodiment of the present invention. The case where water is the main component as a slurry containing an organic matter will be described as an example.
【００２４】有機物を含むスラリー５０はスラリー用高
圧ポンプ１で反応系で必要な圧力にまで加圧され、予熱
器２に供給される。予熱器２は、二重管熱交換器で構成
するのがよい。二重管の内管側にスラリー５０を流し、
外管側に処理後の流体を流すことで、外部からの熱の供
給を必要としなくなる。また、二重管の内管側にスラリ
ー５０を流す場合は、流動性の悪いスラリーに対しても
よどみ部を生じることなく流すことができる。その他、
二重管熱交換器はそれ以外の熱交換器に比べ胴体の直径
が小さくなるため、高圧に耐える設計にすることが容易
である。The slurry 50 containing an organic substance is pressurized to a required pressure in the reaction system by the high-pressure pump 1 for slurry and supplied to the preheater 2. The preheater 2 is preferably composed of a double tube heat exchanger. The slurry 50 is flown to the inner tube side of the double tube,
By flowing the processed fluid to the outer tube side, it is not necessary to supply heat from the outside. Further, when the slurry 50 is caused to flow on the inner pipe side of the double pipe, it is possible to flow the slurry having poor fluidity without generating a stagnation portion. Others
Since the diameter of the body of the double-pipe heat exchanger is smaller than that of the other heat exchangers, it is easy to design it to withstand high pressure.
【００２５】予熱器２で加熱されたスラリー５０は高圧
酸素と混合し、反応器３で酸化反応を行う。酸化反応に
よって高温になった反応流体５１は予熱器２に送られ、
予熱のための熱源として使われる。The slurry 50 heated in the preheater 2 is mixed with high-pressure oxygen, and an oxidation reaction is performed in the reactor 3. The reaction fluid 51 heated to a high temperature by the oxidation reaction is sent to the preheater 2,
Used as a heat source for preheating.
【００２６】熱交換によって温度が低下した流体を灰分
離器４に送る。ここで、珪素化合物や金属酸化物等から
なる灰を分離し、抜取る。灰の分離方法としては、灰と
流体の密度差を利用し、重力もしくは遠心力を用いて分
離する方法と、フィルタを用いて分離する方法があり、
重力、遠心力、フィルタの順に細かな灰まで分離するこ
とができるようになる。The fluid whose temperature has been reduced by the heat exchange is sent to the ash separator 4. Here, the ash made of a silicon compound, a metal oxide, or the like is separated and extracted. As a method of separating ash, there is a method of separating by using gravity or centrifugal force using a difference in density between the ash and the fluid, and a method of separating by using a filter.
It becomes possible to separate fine ash in the order of gravity, centrifugal force and filter.
【００２７】灰が抜取られ、ガスと水のみになった流体
６４は反応系保圧弁８を通り、気液分離器５に送られ
る。保圧弁８には、ばね力で一次側の流体の圧力を一定
に保つ背圧弁を用いるのがよい。保圧弁８を通過した後
の流体に、多少圧力変動があっても、保圧弁８より上流
にその圧力変動は伝わらないため、保圧弁８によって反
応系の圧力を一定に保つことができる。The fluid 64 from which the ash has been removed and which has become only gas and water passes through the reaction system pressure-holding valve 8 and is sent to the gas-liquid separator 5. As the pressure holding valve 8, a back pressure valve that keeps the pressure of the fluid on the primary side constant by a spring force is preferably used. Even if there is some pressure fluctuation in the fluid after passing through the pressure holding valve 8, the pressure fluctuation is not transmitted upstream of the pressure holding valve 8, so that the pressure of the reaction system can be kept constant by the pressure holding valve 8.
【００２８】保圧弁８を通過し、背圧保持弁９が決める
圧力になった流体は、気液分離器５に送られる。反応系
の圧力に多少の変動が生じても構わない場合は、保圧弁
８を置かずに、気液分離器５と反応系を同じ圧力にし
て、背圧保持弁９で反応系の圧力を制御してもよい。The fluid that has passed through the pressure holding valve 8 and has reached the pressure determined by the back pressure holding valve 9 is sent to the gas-liquid separator 5. If it is acceptable for the pressure of the reaction system to slightly fluctuate, the pressure of the reaction system is set to the same pressure as that of the gas-liquid separator 5 without the pressure holding valve 8 and the back pressure holding valve 9 is used. It may be controlled.
【００２９】気液分離器５での気液の分離では気相と液
相の密度差を利用し、密度の小さい気相が上に溜まる構
造とすることで分離を行う。In the gas-liquid separation in the gas-liquid separator 5, separation is performed by utilizing a density difference between a gas phase and a liquid phase and adopting a structure in which a gas phase having a low density accumulates thereon.
【００３０】気相として分離された高圧の排ガス５４は
排ガス駆動圧縮機７に送られ、圧縮機７の駆動源として
用いられる。排ガス５４は圧縮機７で膨張し、エネルギ
ーを供給する間に圧力が低下し、最後に大気圧の外部に
放出される。The high-pressure exhaust gas 54 separated as a gas phase is sent to the exhaust gas drive compressor 7 and used as a drive source of the compressor 7. The exhaust gas 54 expands in the compressor 7, the pressure decreases while supplying energy, and is finally discharged outside the atmospheric pressure.
【００３１】また、気液分離器５で液相として分離され
た処理水５３は、背圧保持弁９を通過し、外部に放出さ
れる。The treated water 53 separated as a liquid phase by the gas-liquid separator 5 passes through the back pressure holding valve 9 and is discharged to the outside.
【００３２】図１では、高圧酸素の製造にあたって、空
気５５を吸込み、酸素分離器６を用いて酸素の濃度を高
め、酸素濃度が高まった酸素ガス５６を排ガス駆動圧縮
機７で圧縮し、高圧化している。酸素分離器６には、Ｐ
ＳＡ（圧力スイング吸着）と呼ばれる方法を用いるのが
よい。In FIG. 1, when producing high-pressure oxygen, air 55 is sucked in, the oxygen concentration is increased using the oxygen separator 6, and the oxygen gas 56 having the increased oxygen concentration is compressed by the exhaust gas drive compressor 7, Is becoming The oxygen separator 6 contains P
It is preferable to use a method called SA (pressure swing adsorption).
【００３３】酸素分離器６を用いるのは、ガスの圧縮に
かかる負荷を減らすためと、有機物の酸化反応を起こす
際に、アンモニアなどの窒素化合物の生成を抑制するた
めであるが、窒素化合物が問題にならない場合には、空
気５５を排ガス駆動圧縮機７で直接圧縮し、酸化剤とし
て利用してもよい。この他、高濃度の酸素ガス５６が供
給される場合には、酸素分離器６は不要となる。The reason why the oxygen separator 6 is used is to reduce the load applied to the gas compression and to suppress the generation of nitrogen compounds such as ammonia when the oxidation reaction of organic substances is caused. If no problem occurs, the air 55 may be directly compressed by the exhaust gas driven compressor 7 and used as an oxidizing agent. In addition, when the high-concentration oxygen gas 56 is supplied, the oxygen separator 6 becomes unnecessary.
【００３４】図１に示した排ガス駆動圧縮機７では、排
ガス５４が通過するシリンダと酸素５６が通過するシリ
ンダがそれぞれ３段有り、それぞれのピストンの動きを
決めるコネクティングロッドは、排ガス側と酸素側で向
かい合ったシリンダ同士、同じ接続金具でクランク軸に
接続される。In the exhaust gas driven compressor 7 shown in FIG. 1, there are three stages of cylinders through which the exhaust gas 54 passes and cylinders through which the oxygen 56 passes, and the connecting rods which determine the movements of the respective pistons are on the exhaust gas side and the oxygen side. The cylinders facing each other are connected to the crankshaft with the same connection fitting.
【００３５】このため、向かい合ったシリンダのピスト
ン同士は常に同じ向きに動き、クランク軸に接続する接
続金具の部分で、排ガス５４から受ける力と、酸素ガス
から受ける力の大部分が打ち消し合い、酸素ガスを圧縮
する上で必要となるクランク軸でのモータ１９による補
助動力がほとんど不要になる。For this reason, the pistons of the cylinders facing each other always move in the same direction, and the force received from the exhaust gas 54 and most of the force received from the oxygen gas cancel each other at the connection fitting connected to the crankshaft. Almost no auxiliary power is required by the motor 19 on the crankshaft, which is necessary for compressing the gas.
【００３６】また、排ガス側のシリンダ同士において、
隣り合うシリンダでは、ピストンの動きの位相を１８０
°ずらすことで、片方が吸込み行程のときはもう一方が
吐出し行程となるようにする。多段の圧縮機や膨張機で
は、このような１８０°位相がずれる動きによって、複
数段の圧縮・膨張を行うことができるようになる。この
ため、酸素側のシリンダにおいても、隣り合うシリンダ
ではピストンの動きが１８０°位相がずれる。In the cylinders on the exhaust gas side,
In adjacent cylinders, the phase of piston movement is 180
By shifting by one degree, when one is a suction stroke, the other is a discharge stroke. In a multi-stage compressor or expander, such a 180 ° out-of-phase movement enables a plurality of stages of compression / expansion. Therefore, even in the cylinder on the oxygen side, the movement of the piston is shifted by 180 ° in the adjacent cylinder.
【００３７】排ガス駆動圧縮機７の構成に関しては、図
１の場合、簡略化した図で示しているが、実用上は図４
や図５に示す構成で行うのがよい。The configuration of the exhaust gas driven compressor 7 is shown in a simplified diagram in the case of FIG.
Or the configuration shown in FIG.
【００３８】システムの起動時のように、高圧の排ガス
５４が存在しない時は、気液分離器５のガスの排出管を
閉鎖し、排ガス側のシリンダの中で、ガスが自由に行き
来できるように弁を開き、排ガス側のピストンが空運転
される状態にして、モータ動力によってクランク軸を回
し、排ガス駆動圧縮機７を駆動する。When the high-pressure exhaust gas 54 does not exist, such as when the system is started, the gas discharge pipe of the gas-liquid separator 5 is closed so that the gas can freely flow in the cylinder on the exhaust gas side. Then, the exhaust-gas-side piston is idled, the crankshaft is rotated by the motor power, and the exhaust-gas-driven compressor 7 is driven.
【００３９】有機物の酸化運転を始めることで、気液分
離器５に排ガス５４が貯まってきたら、気液分離器５の
内部に設置した液面計でこれを感知し、気液分離器５の
排ガスの排出管を開放して排ガスを流出させ、排ガス側
のシリンダで排ガスが仕事を行うようにする。When the exhaust gas 54 accumulates in the gas-liquid separator 5 by starting the organic matter oxidizing operation, the exhaust gas 54 is sensed by a liquid level gauge installed inside the gas-liquid separator 5 and The exhaust gas discharge pipe is opened to discharge the exhaust gas, and the exhaust gas performs work in the cylinder on the exhaust gas side.
【００４０】図２に、本発明の第二の実施の形態例に係
る有機物酸化処理システムの構成を示す。本実施の形態
例における、第一の実施の形態例との大きな違いは、気
液分離器で分離された排ガス５４を排ガス熱交換器１１
で加熱することと、反応系保圧弁８の使用温度を低くす
ること、圧力の異なる気液分離器４４を備え、比較的低
圧の排ガスからエネルギー回収すること、および、高圧
ポンプ１の上流側のスラリー５０を予熱することであ
る。FIG. 2 shows the configuration of an organic oxidation treatment system according to a second embodiment of the present invention. The major difference between the present embodiment and the first embodiment is that the exhaust gas 54 separated by the gas-liquid separator is separated from the exhaust gas heat exchanger 11.
Heating, reducing the operating temperature of the reaction system pressure-holding valve 8, providing gas-liquid separators 44 having different pressures, recovering energy from relatively low-pressure exhaust gas, and Preheating the slurry 50.
【００４１】前述した第一の実施の形態例と共通の構成
手段には、同一の符号を付して重複する説明を省略す
る。The same components as those in the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted.
【００４２】スラリー５０を高圧ポンプ１で加圧する前
に、前段予熱器１３で予熱を行う。この予熱器１３は、
大気圧で熱交換させる。このため、前段予熱器１３は、
熱交換器としての構造を取る以外に、スラリー５０を一
時的に貯蔵するタンクを熱媒体５８を用いて温めるとい
う構造でもよい。また、大気圧であることから、スラリ
ー５０の主成分が水である場合、沸騰を避けるために、
予熱温度は１００℃未満にする。Before the slurry 50 is pressurized by the high-pressure pump 1, preheating is performed by the pre-heater 13. This preheater 13
Heat exchange at atmospheric pressure. For this reason, the pre-stage preheater 13
In addition to adopting a structure as a heat exchanger, a structure in which a tank for temporarily storing the slurry 50 is heated using a heat medium 58 may be used. In addition, since the main component of the slurry 50 is water because of the atmospheric pressure, in order to avoid boiling,
The preheating temperature is less than 100 ° C.
【００４３】次に、スラリー５０は高圧ポンプ１で加圧
され、予熱器２で加熱され、反応器３で酸化反応する。
反応流体５１は排ガス熱交換器１１に送られ、排ガス５
４の加熱に用いられる。Next, the slurry 50 is pressurized by the high-pressure pump 1, heated by the preheater 2, and oxidized by the reactor 3.
The reaction fluid 51 is sent to the exhaust gas heat exchanger 11 and the exhaust gas 5
4 is used for heating.
【００４４】排ガス熱交換器１１を出た反応流体５１は
予熱器２に送られ、反応前のスラリー５０と熱交換し、
気液分離器５に送られる。気液分離器５には、排ガスと
処理水と灰が混じった流体が流入することになるが、排
ガスの密度の小ささを利用して、気相とそれ以外を分離
する。The reaction fluid 51 exiting the exhaust gas heat exchanger 11 is sent to the preheater 2 and exchanges heat with the slurry 50 before the reaction.
It is sent to the gas-liquid separator 5. A fluid in which exhaust gas, treated water, and ash are mixed flows into the gas-liquid separator 5, and the gas phase is separated from the other by utilizing the low density of the exhaust gas.
【００４５】気液分離器５で気相として分離された排ガ
ス５４は、排ガス熱交換器１１に送られ、反応直後の高
温の流体と熱交換することで、高温に加熱される。排ガ
ス５４の温度が上がることで、流体として持つエネルギ
ーが上がり、排ガス駆動圧縮機７で回収できる動力が増
える。The exhaust gas 54 separated as a gas phase by the gas-liquid separator 5 is sent to the exhaust gas heat exchanger 11 and is heated to a high temperature by exchanging heat with a high-temperature fluid immediately after the reaction. As the temperature of the exhaust gas 54 increases, the energy of the fluid increases, and the power that can be recovered by the exhaust gas drive compressor 7 increases.
【００４６】さらに、排ガス５４の温度を上げ、密度を
下げることで、酸素側の体積流量に対し排ガス側の体積
流量が上回れば、排ガス駆動圧縮機７で発電を行うこと
も可能になる。また、排ガス５４には、水蒸気が含まれ
ているが、排ガス５４が膨張する過程で温度が下がり、
水蒸気の分圧に対する飽和温度を下回る温度になると、
水の凝縮が起きるが、あらかじめ排ガス５４の温度を上
げておくことでこれを防止することができる。Further, by increasing the temperature of the exhaust gas 54 and decreasing the density, if the volume flow rate on the exhaust gas side exceeds the volume flow rate on the oxygen side, it is possible to generate power with the exhaust gas drive compressor 7. Although the exhaust gas 54 contains water vapor, the temperature of the exhaust gas 54 decreases in the process of expansion,
When the temperature falls below the saturation temperature for the partial pressure of steam,
Water condensation occurs, but this can be prevented by raising the temperature of the exhaust gas 54 in advance.
【００４７】気液分離器５から排出される処理水と灰が
混合した流体５７は灰分離器４に送られ、灰５２が抜取
られ、処理水が処理水冷却器１２に送られる。処理水冷
却器１２で、熱媒体である冷却水５８と熱交換し、処理
水の温度を下げた後、反応系保圧弁８に流通させる。The fluid 57 mixed with treated water and ash discharged from the gas-liquid separator 5 is sent to the ash separator 4, the ash 52 is extracted, and the treated water is sent to the treated water cooler 12. In the treated water cooler 12, heat is exchanged with cooling water 58 as a heat medium to lower the temperature of the treated water.
【００４８】冷却する前の処理水は、反応熱を受けてい
る分、温度が高い状態にあり、そのまま保圧弁８に通す
と弁の温度を上げることになる。保圧弁８は常温で作動
させるものの方が高温で作動するものより安価であるた
め、処理水の温度を下げることは、保圧弁８を安価にす
ることにつながる。The temperature of the treated water before cooling is high due to the reaction heat, and the temperature of the treated water rises when it is passed through the pressure holding valve 8 as it is. Since the pressure-holding valve 8 that operates at normal temperature is less expensive than the one that operates at high temperature, lowering the temperature of the treated water leads to lowering the pressure of the pressure-holding valve 8.
【００４９】処理水冷却器１２で用いた冷却水５８は、
前段予熱器１３に送りスラリー５０に熱を与えると同時
に冷却され、再び冷却器１２の冷熱源として用いること
ができる。The cooling water 58 used in the treated water cooler 12 is
The slurry 50 is sent to the pre-stage pre-heater 13, and is cooled at the same time as applying heat to the slurry 50, so that the slurry 50 can be used again as a cold heat source of the cooler 12.
【００５０】保圧弁８を通過した処理水は、低圧用の気
液分離器４４で気相と液相を分離する。気液分離器４４
の圧力は背圧弁１６が決めることになるが、ここの圧力
を大気圧に近付ける程、気液分離器４４で取出すことが
できるガスの量は増える。The treated water that has passed through the pressure holding valve 8 is separated into a gas phase and a liquid phase by a gas-liquid separator 44 for low pressure. Gas-liquid separator 44
Is determined by the back pressure valve 16, but as the pressure approaches the atmospheric pressure, the amount of gas that can be extracted by the gas-liquid separator 44 increases.
【００５１】気液分離器４４で生じるガスは、気液分離
器５で液相側に気泡として混入したガスと、液相にガス
が溶解していて、保圧弁８を通過し、減圧されたことに
より、溶解度が下がり発生するガスとからなる。この溶
解していたガスを気相にするために気液分離器４４の圧
力を反応系の圧力より充分に下げる必要がある。The gas generated in the gas-liquid separator 44 is reduced in pressure by the gas mixed in the liquid phase side as bubbles in the gas-liquid separator 5 and the gas being dissolved in the liquid phase and passing through the pressure holding valve 8. Thereby, it is composed of a gas whose solubility decreases and which is generated. In order to convert the dissolved gas into a gaseous phase, the pressure of the gas-liquid separator 44 needs to be sufficiently lower than the pressure of the reaction system.
【００５２】気液分離器４４から排出される低圧ガスは
膨張タービン１４に送られて仕事をし、酸素ガス５６の
低圧での圧縮を行う圧縮タービン１５を駆動する。The low-pressure gas discharged from the gas-liquid separator 44 is sent to the expansion turbine 14 to perform work, and drives the compression turbine 15 for compressing the oxygen gas 56 at a low pressure.
【００５３】図３に、本発明の第三の実施の形態例に係
る有機物酸化処理システムの構成を示す。本実施形態に
おける、第一および第二の実施の形態例との大きな違い
は、反応流体５１を予熱器２に導入する前に灰分離器４
で灰を取り除くことと、気液分離器５で分離した高圧の
処理水５３を排水駆動高圧ポンプ１８の駆動源に用いる
ことである。FIG. 3 shows a configuration of an organic oxidation treatment system according to a third embodiment of the present invention. The major difference between this embodiment and the first and second embodiments is that the ash separator 4 is provided before the reaction fluid 51 is introduced into the preheater 2.
To remove the ash and to use the high-pressure treated water 53 separated by the gas-liquid separator 5 as the drive source of the drainage drive high-pressure pump 18.
【００５４】前述した実施の形態例と共通の構成手段に
は、同一の照符号を付して重複する説明を省略する。The same components as those in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted.
【００５５】反応流体５１を予熱器２に導入する前に灰
分離器４で灰を取り除くことは、予熱器２の汚れ防止に
つながる。予熱器２の反応流体５１が流れる部分には、
どうしてもよどみ部ができてしまうが、この部分に灰が
蓄積され、伝熱面の汚れにつながる。このため、予熱器
２に入る前に流体５１の灰を取り除くことが望ましい。
ただし、この場合灰分離器４の温度が高くなるため、材
料強度の面で負荷が大きくなる。Removing the ash with the ash separator 4 before introducing the reaction fluid 51 into the preheater 2 leads to prevention of contamination of the preheater 2. In the portion of the preheater 2 where the reaction fluid 51 flows,
Although stagnation is inevitable, ash accumulates in this area, leading to contamination of the heat transfer surface. For this reason, it is desirable to remove the ash of the fluid 51 before entering the preheater 2.
However, in this case, since the temperature of the ash separator 4 increases, the load increases in terms of material strength.
【００５６】気液分離器５で分離された高圧の処理水５
３はスラリー５０を高圧供給するための排水駆動高圧ポ
ンプ１８の駆動源として用いられる。スラリー補給ポン
プ１７でシリンダにスラリー５０を充填し、ピストンで
スラリー５０を加圧・供給する。このピストンの背圧に
処理水５３の圧力をかけ、ピストンを駆動するためのモ
ータの動力を低減させる。The high-pressure treated water 5 separated by the gas-liquid separator 5
Reference numeral 3 is used as a drive source of a drain drive high pressure pump 18 for supplying the slurry 50 at high pressure. The cylinder is filled with the slurry 50 by the slurry supply pump 17 and the slurry 50 is pressurized and supplied by the piston. The pressure of the treated water 53 is applied to the back pressure of the piston to reduce the power of a motor for driving the piston.
【００５７】また、反応系の圧力を一定に保つ手段とし
て、処理水５３を余らせるようにし、この余った処理水
５９を背圧弁９を通して外部に放出するようにする。こ
うすることで、背圧弁９より上流側の圧力が一定に保た
れる。この方法よりさらに高精度で、反応系の圧力を一
定に保ちたい時は、気液分離器５の前に保圧弁を置くの
がよい。As a means for keeping the pressure of the reaction system constant, the treated water 53 is made to remain, and the surplus treated water 59 is discharged to the outside through the back pressure valve 9. In this way, the pressure upstream of the back pressure valve 9 is kept constant. When it is desired to maintain the pressure of the reaction system at a higher precision than this method, it is preferable to place a pressure-holding valve in front of the gas-liquid separator 5.
【００５８】図４に、図１〜図３に用いられた排ガス駆
動圧縮機の他の実施の形態例を示す。本実施の形態例の
排ガス駆動圧縮機と、図１〜３に用いられた排ガス駆動
圧縮機のとの大きな違いは、排ガス側および酸素側のシ
リンダにおいて、ピストンの背面にも気体を導入するこ
とである。このことで、1サイクルでされる仕事の量が
２倍になり、排ガス駆動圧縮機の小型化につながる。ま
た、本実施の形態例では、シリンダを４段用いて膨張・
圧縮を行う。FIG. 4 shows another embodiment of the exhaust gas driven compressor used in FIGS. The major difference between the exhaust gas driven compressor of the present embodiment and the exhaust gas driven compressor used in FIGS. 1 to 3 is that, in the exhaust gas side and oxygen side cylinders, gas is also introduced into the back of the piston. It is. As a result, the amount of work performed in one cycle is doubled, and the exhaust gas driven compressor is reduced in size. Also, in the present embodiment, the cylinder is inflated and expanded using four stages.
Perform compression.
【００５９】排ガス側の膨張機は、開閉弁２２、シリン
ダ２３〜２６、その内にあるピストン、ピストンと一体
になってつながっているピストンロッド４０、ピストン
ロッドの並進運動を回転運動に伝達するコネクティング
ロッド４２、およびクランク軸２０からなる。The expander on the exhaust gas side includes an on-off valve 22, cylinders 23 to 26, a piston therein, a piston rod 40 integrally connected to the piston, and a connecting member for transmitting the translational movement of the piston rod to the rotational movement. It comprises a rod 42 and the crankshaft 20.
【００６０】酸素側の圧縮機は、逆止弁２１、シリンダ
２７〜３０、ピストン、ピストンロッド４１、コネクテ
ィングロッド４３からなり、向かい合ったシリンダ同士
で同一の接続金具４４を介してクランク軸２０につなが
る。酸素側の圧縮機は、発火防止のために潤滑油が使え
ないという制約はあるが、基本的には排ガス側と同様の
ピストン・シリンダでよい。The compressor on the oxygen side comprises a check valve 21, cylinders 27 to 30, a piston, a piston rod 41, and a connecting rod 43, and the cylinders facing each other are connected to the crankshaft 20 via the same connection fitting 44. . Although the compressor on the oxygen side has a restriction that lubricating oil cannot be used to prevent ignition, it is basically possible to use a piston and a cylinder similar to those on the exhaust gas side.
【００６１】また、クランク軸２０にはモータ１９が接
続し、起動時の動力と、排ガス側からの仕事が不足する
場合の動力を供給する。A motor 19 is connected to the crankshaft 20 to supply the power at the time of starting and the power when the work from the exhaust gas side is insufficient.
【００６２】高圧の排ガス５４は、まず２つの流路に別
れ、開閉弁２２の開いている側を通過してシリンダ２３
に流入する。図４における状態では、シリンダ２３にと
っての吸入弁は右側の弁が開いており、排ガス５４はシ
リンダ２３の右側（ピストンの表側）に流入し、シリン
ダ２３のピストンを左側に押す。この時、シリンダ２３
とシリンダ２４をつなぐ流路は左側の流路の弁が開いて
おり、シリンダ２３の左側（ピストンの裏側）にあった
排ガス５４がシリンダ２４の左側（ピストンの裏側）に
流入し、シリンダ２４のピストンを右側に押す。The high-pressure exhaust gas 54 first splits into two flow paths, passes through the side where the on-off valve 22 is open, and
Flows into. In the state in FIG. 4, the intake valve for the cylinder 23 has the right valve open, and the exhaust gas 54 flows into the right side of the cylinder 23 (the front side of the piston), and pushes the piston of the cylinder 23 to the left. At this time, the cylinder 23
The flow path connecting the cylinder 24 with the cylinder 24 has a left flow path valve open, and the exhaust gas 54 on the left side of the cylinder 23 (back side of the piston) flows into the left side of the cylinder 24 (back side of the piston). Push the piston to the right.
【００６３】シリンダ２３とシリンダ２４とでは、ピス
トンの位相が１８０°ずれているために、常に互いのピ
ストンは反対向きに動くことになるが、これによってシ
リンダ２３からシリンダ２４へのガスの移動が滑らかに
行われる。シリンダ２３よりシリンダ２４の行程容積を
大きくしておくことで、この入れ替え過程でガスが膨張
する。Since the phases of the pistons of the cylinders 23 and 24 are shifted from each other by 180 °, the pistons always move in opposite directions. As a result, the movement of the gas from the cylinder 23 to the cylinder 24 is prevented. It is done smoothly. By making the stroke volume of the cylinder 24 larger than that of the cylinder 23, the gas expands during this replacement process.
【００６４】また同時に、シリンダ２４とシリンダ２５
をつなぐ流路の弁は右側の流路の弁が開いており、シリ
ンダ２４の右側（ピストンの表側）にあった排ガス５４
がシリンダ２５の右側（ピストンの表側）に流入する。
同様にシリンダ２５の排ガス５４はシリンダ２６に流入
し、最後にシリンダ２６から排ガス５４は大気に放出さ
れる。At the same time, the cylinders 24 and 25
The valve of the flow path on the right side is open, and the exhaust gas 54 on the right side of the cylinder 24 (the front side of the piston) is opened.
Flows into the right side of the cylinder 25 (the front side of the piston).
Similarly, the exhaust gas 54 of the cylinder 25 flows into the cylinder 26, and finally the exhaust gas 54 is released from the cylinder 26 to the atmosphere.
【００６５】酸素側の圧縮機の場合、開閉弁でなく逆止
弁２１を用いることができるので、膨張機の場合のよう
な開閉操作をする必要がない。図４の時点では、排ガス
側のシリンダ２６のピストンが右側に向かって動いてい
るため、酸素側のシリンダ３０のピストンも右側に向か
って動いている。In the case of the compressor on the oxygen side, the check valve 21 can be used instead of the open / close valve, so that it is not necessary to perform the open / close operation as in the case of the expander. At the time of FIG. 4, the piston of the cylinder 26 on the exhaust gas side moves to the right, and the piston of the cylinder 30 on the oxygen side also moves to the right.
【００６６】このため、酸素ガス５６はこの時、シリン
ダ３０の左側（ピストンの表側）に吸込まれる。これと
同時に、シリンダ２９のピストンは左側に向かって動
き、シリンダ３０の右側（ピストンの裏側）にあった酸
素ガスがシリンダ２９の右側（ピストンの表側）に押し
込まれる。At this time, the oxygen gas 56 is sucked into the left side of the cylinder 30 (the front side of the piston). At the same time, the piston of the cylinder 29 moves toward the left side, and the oxygen gas on the right side of the cylinder 30 (the back side of the piston) is pushed into the right side of the cylinder 29 (the front side of the piston).
【００６７】シリンダ２９の行程容積をシリンダ３０よ
り小さくしておくことで、この入れ替え過程で酸素ガス
５６が圧縮される。同時に、シリンダ２９の酸素ガス５
６がシリンダ２８に行き、さらに、シリンダ２７に行っ
て圧縮され、最終的に反応系の圧力にまで圧縮された圧
縮酸素６０として吐出される。By setting the stroke volume of the cylinder 29 smaller than that of the cylinder 30, the oxygen gas 56 is compressed in the replacement process. At the same time, the oxygen gas 5
6 goes to the cylinder 28 and then goes to the cylinder 27 where it is compressed and finally discharged as compressed oxygen 60 compressed to the pressure of the reaction system.
【００６８】排ガス５４が膨張する過程で、断熱膨張を
させた場合、温度が急激に低下する。このため、低圧段
のシリンダ２６に向かうほど温度が下がり、ガス圧も下
がることになるが、外気等から熱を取り込み、等温膨張
に多少なりとも近付けると、シリンダ２６でのガス圧が
高まり、ピストンに必要とされる力が不足するおそれが
減る。このため、ガスの温度が低下するシリンダ２５、
２６や、その間をつなぐ流路では、加熱のための熱交換
を行ったり、外気の熱を取り込むフィンを設けたりする
のがよい。If the adiabatic expansion is performed in the process of expanding the exhaust gas 54, the temperature drops sharply. Therefore, the temperature decreases and the gas pressure decreases toward the cylinder 26 at the low pressure stage. However, when heat is taken in from the outside air and the temperature approaches the isothermal expansion to some extent, the gas pressure in the cylinder 26 increases, and the piston pressure increases. The risk of running out of required force is reduced. For this reason, the cylinder 25 in which the temperature of the gas decreases,
It is preferable to provide heat exchange for heating or to provide fins for taking in the heat of the outside air in the passage 26 and the flow path connecting them.
【００６９】逆に酸素ガス５６が圧縮される過程で、断
熱圧縮された場合、温度が急激に上昇する。このため、
高圧のシリンダ２７に向かうほど温度が上がり、ガス圧
が上がることになるが、不要にガス圧が上がった場合、
圧縮機の負荷が大きくなるため、圧縮の過程では酸素ガ
ス５６の温度を下げた方がよい。このため、シリンダ３
０〜２７や、その間をつなぐ流路では、冷却のための熱
交換を行ったり、外気に熱を放出するフィンを設けたり
するのがよい。On the other hand, when the oxygen gas 56 is compressed in the process of being compressed, the temperature rises sharply. For this reason,
The temperature rises toward the high-pressure cylinder 27 and the gas pressure rises, but if the gas pressure rises unnecessarily,
Since the load on the compressor increases, it is better to lower the temperature of the oxygen gas 56 during the compression process. For this reason, cylinder 3
In the channels 0 to 27 and the flow path connecting them, it is preferable to perform heat exchange for cooling or to provide fins for releasing heat to the outside air.
【００７０】図４の膨張機・圧縮機ではシリンダを４段
にしたものを説明したが、この段数は１段から可能であ
るが、段数が少ないと、１サイクルでの圧力変化が大き
く、クランク軸の負荷が増えるので、段数が多い方が運
転にはよい。Although the expander / compressor shown in FIG. 4 has four cylinders, the number of cylinders can be reduced from one. However, if the number of stages is small, the pressure change in one cycle is large, and Since the load on the shaft increases, the greater the number of stages, the better the operation.
【００７１】図５に、図１〜図３に用いられた排ガス駆
動圧縮機の更に他の実施の形態例を示す。本実施の形態
例の排ガス駆動圧縮機と、図４の排ガス駆動圧縮機との
大きな違いは、排ガス側および酸素側のシリンダで、ピ
ストンロッドがある空間とない空間での行程容積の違い
を利用して、膨張および圧縮を行うことと、排ガス５４
の加熱および酸素ガス５６の冷却を行う熱交換器を設け
ることである。FIG. 5 shows still another embodiment of the exhaust gas driven compressor used in FIGS. The major difference between the exhaust gas driven compressor of the present embodiment and the exhaust gas driven compressor of FIG. 4 is that the difference between the stroke volumes of the cylinders on the exhaust gas side and the oxygen side in the space with and without the piston rod is used. To perform expansion and compression, and
And a heat exchanger for heating the oxygen gas and cooling the oxygen gas 56.
【００７２】高圧の排ガス５４は、開閉弁２２が開いて
いる間、シリンダ３１の左側（ピストンの裏側）に流入
し、シリンダ３１のピストンを右側に向かって押す。こ
の時、シリンダ３１の左側と右側をつなぐ流路の弁を閉
じ、シリンダ３１の右側（ピストンの表側）とシリンダ
３２の左側（ピストンの裏側）をつなぐ流路の弁が開く
ことで、シリンダ３１の右側にある排ガス５４をシリン
ダ３２の左側に流入させシリンダ３２のピストンを右側
に向かって押す。While the open / close valve 22 is open, the high-pressure exhaust gas 54 flows into the left side of the cylinder 31 (behind the piston) and pushes the piston of the cylinder 31 rightward. At this time, the valve of the flow path connecting the left side and the right side of the cylinder 31 is closed, and the valve of the flow path connecting the right side of the cylinder 31 (the front side of the piston) and the left side of the cylinder 32 (the back side of the piston) is opened. The exhaust gas 54 on the right side of the cylinder 32 flows into the left side of the cylinder 32 and pushes the piston of the cylinder 32 rightward.
【００７３】シリンダ３１の右側の行程容積より、シリ
ンダ３２の左側の行程容積が大きくなっていることで、
この過程で排ガス５４が膨張する。Since the stroke volume on the left side of the cylinder 32 is larger than the stroke volume on the right side of the cylinder 31,
In this process, the exhaust gas 54 expands.
【００７４】図５ではピストンが全て右に向かって動い
ている時の状態を示しているが、これと逆の位相で、ピ
ストンが全て左に向かって動いている時は、開閉弁２２
は全て開閉が逆の状態になる。この時、シリンダ３１の
左側の吸込み側の弁と、シリンダ３１の右側の吐出弁が
閉じ、シリンダ３１の左側と右側をつなぐ流路の弁が開
き、ピストンが左に動くことで、シリンダ３１の左側に
ある排ガス５４が右側に移る。FIG. 5 shows a state in which the pistons are all moving to the right. However, when the pistons are all moving to the left in the opposite phase, the on-off valve 22
Are all opened and closed in reverse. At this time, the valve on the suction side on the left side of the cylinder 31 and the discharge valve on the right side of the cylinder 31 close, the valve on the flow path connecting the left side and the right side of the cylinder 31 opens, and the piston moves to the left. Exhaust gas 54 on the left moves to the right.
【００７５】シリンダ３１内の行程容積は、左側と右側
でピストンロッドの有無の差で、右側が大きい。このた
め、シリンダ３１の中で、左側から右側に移るだけで排
ガス５４が膨張することになり、シリンダ３1のピスト
ンを左に向かって動かす力が生じる。The stroke volume in the cylinder 31 is large on the right side due to the difference between the presence or absence of the piston rod on the left side and the right side. For this reason, the exhaust gas 54 expands only by moving from the left side to the right side in the cylinder 31, and a force for moving the piston of the cylinder 31 toward the left is generated.
【００７６】以上の行程を用い、排ガス５４は、シリン
ダ３１の左側→右側→シリンダ３２の左側→右側→シリ
ンダ３３の左側→右側と進み、最後に大気に放出され
る。Using the above process, the exhaust gas 54 proceeds in the order of the left side of the cylinder 31 → the right side → the left side of the cylinder 32 → the right side → the left side of the cylinder 33 → the right side, and is finally discharged to the atmosphere.
【００７７】酸素ガス５６の圧縮はちょうど正反対の行
程で、シリンダ３６の左側→右側→シリンダ３５の左側
→右側→シリンダ３４の左側→右側の順に進み、圧縮酸
素６０として供給される。The compression of the oxygen gas 56 proceeds in exactly the opposite direction, and proceeds in the order of the left side of the cylinder 36 → the right side → the left side of the cylinder 35 → the right side → the left side of the cylinder 34 → the right side.
【００７８】排ガス５４の膨張に伴う温度低下を抑える
ために、熱交換器３９を備え、高温流体６３を用いて排
ガス５４の加熱を行う。高温流体６３としては、酸化処
理システムの中で発生する高温処理水を用いることがで
きる。In order to suppress a decrease in temperature due to expansion of the exhaust gas 54, a heat exchanger 39 is provided, and the exhaust gas 54 is heated using the high-temperature fluid 63. As the high-temperature fluid 63, high-temperature treated water generated in the oxidation treatment system can be used.
【００７９】酸素ガス５６の圧縮に伴う温度上昇を抑え
るために、熱交換器３８を備え、冷却水６２を用いて酸
素ガス５６の冷却を行う。この場合、冷却水を循環させ
るためにポンプ３７が必要になる。In order to suppress a rise in temperature due to the compression of the oxygen gas 56, a heat exchanger 38 is provided, and the oxygen gas 56 is cooled using the cooling water 62. In this case, a pump 37 is required to circulate the cooling water.
【００８０】[0080]
【発明の効果】本発明によれば、酸化処理に伴って発生
する高圧排ガス利用して、酸化処理に用いる高圧酸素剤
ガスを製造することができ、高圧酸素剤ガスの製造に要
する動力を大幅に低減することができる。According to the present invention, a high-pressure oxygen gas used for an oxidation process can be produced by utilizing a high-pressure exhaust gas generated by the oxidation process, and the power required for producing the high-pressure oxygen gas can be greatly reduced. Can be reduced.
【００８１】また、高圧排ガスの圧力をピストンで受
け、その力で酸素剤ガスの圧縮を行うピストンを押すた
め、ピストンを駆動するためのクランク軸にかかる力が
小さく、強度的な信頼性が高く、振動の少ない圧縮機を
実現することができる。Further, since the piston receives the pressure of the high-pressure exhaust gas and presses the piston which compresses the oxygen-containing gas with the force, the force applied to the crankshaft for driving the piston is small, and the reliability in terms of strength is high. Thus, a compressor with less vibration can be realized.
【００８２】また、排ガスの膨張シリンダと酸素剤ガス
の圧縮シリンダを複数段設けることで、１段での膨張・
圧縮に伴う圧力変化を小さくし、膨張ピストンで発生す
る力と圧縮ピストンで必要となる力の差を小さくし、ク
ランク軸にかかる力の変動を小さくすることができる。Further, by providing a plurality of expansion cylinders for the exhaust gas and compression cylinders for the oxygen-containing gas, the expansion and compression in one stage can be achieved.
The change in pressure due to compression can be reduced, the difference between the force generated by the expansion piston and the force required by the compression piston can be reduced, and the fluctuation of the force applied to the crankshaft can be reduced.
【図１】本発明の第一の実施の形態例に係る有機物酸化
処理システムの構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of an organic matter oxidation treatment system according to a first embodiment of the present invention.
【図２】本発明の第二の実施の形態例に係る有機物酸化
処理システムの構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram of an organic matter oxidation treatment system according to a second embodiment of the present invention.
【図３】本発明の第三の実施の形態例に係る有機物酸化
処理システムの構成図である。FIG. 3 is a configuration diagram of an organic matter oxidation treatment system according to a third embodiment of the present invention.
【図４】図１〜図３に用いられた排ガス駆動圧縮機の他
の実施の形態例に係わる排ガス駆動圧縮機の構成図であ
る。FIG. 4 is a configuration diagram of an exhaust gas driven compressor according to another embodiment of the exhaust gas driven compressor used in FIGS. 1 to 3;
【図５】図１〜図３に用いられた排ガス駆動圧縮機の更
に他の実施の形態例に係わる排ガス駆動圧縮機の構成図
である。FIG. 5 is a configuration diagram of an exhaust gas driven compressor according to still another embodiment of the exhaust gas driven compressor used in FIGS.
１…高圧ポンプ、２…予熱器、３…反応器、４…灰分離
器、５…気液分離器、６…酸素分離器、７…排ガス駆動
圧縮機、８…反応系保圧弁、９…背圧保持弁、１１…排
ガス熱交換器、１２…処理水冷却器、１３…前段予熱
器、１４…膨張タービン、１５…圧縮タービン、１７…
補給ポンプ、１８…排水駆動高圧ポンプ、１９…モー
タ、２０…クランク軸、２１…逆止弁、２２…開閉弁、
４０，４１…ピストンロッド、４２，４３…コネクティ
ングロッド、４４…接続金具、５０…スラリー、５１…
反応流体、５２…灰、５４…排ガス、５５…外気、５６
…酸素ガス、５８…冷却水、６０…圧縮酸素、６２…冷
却水、６３…高温流体、６４…高圧の流体DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... High pressure pump, 2 ... Preheater, 3 ... Reactor, 4 ... Ash separator, 5 ... Gas-liquid separator, 6 ... Oxygen separator, 7 ... Exhaust gas drive compressor, 8 ... Reaction system pressure keeping valve, 9 ... Back pressure holding valve, 11: exhaust gas heat exchanger, 12: treated water cooler, 13: pre-stage preheater, 14: expansion turbine, 15: compression turbine, 17 ...
Replenishment pump, 18 ... drain drive high pressure pump, 19 ... motor, 20 ... crankshaft, 21 ... check valve, 22 ... open / close valve,
40, 41 ... piston rod, 42, 43 ... connecting rod, 44 ... connection fitting, 50 ... slurry, 51 ...
Reaction fluid, 52 ash, 54 exhaust gas, 55 outside air, 56
... Oxygen gas, 58 ... Cooling water, 60 ... Compressed oxygen, 62 ... Cooling water, 63 ... High temperature fluid, 64 ... High pressure fluid
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 楠本 寛 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 笹尾 桂史 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 菊池 宏成 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 新藤 紀一 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 舘 隆広 東京都千代田区神田駿河台四丁目６番地 株式会社日立製作所機電事業部内 (72)発明者 川尻 斉 東京都千代田区内神田一丁目１番14号 日 立プラント建設株式会社内 (72)発明者 麻生 伸二 東京都千代田区内神田一丁目１番14号 日 立プラント建設株式会社内 (72)発明者 宮林 哲司 東京都千代田区内神田一丁目１番14号 日 立プラント建設株式会社内 Ｆターム(参考） 4D050 AA12 AA13 AB11 AB19 BB01 BC01 BC02 BD02 BD03 BD04 BD06 CA01 CA20 4D059 AA03 AA18 BC01 BC10 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Hiroshi Kusumoto 502, Kandate-cho, Tsuchiura-shi, Ibaraki Pref. Machinery Research Laboratories, Hitachi, Ltd. Inside the Machinery Research Laboratory (72) Inventor Hironari Kikuchi 502 Kandachi-cho, Tsuchiura-shi, Ibaraki Pref. Inside the Machinery Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (72) Kiichi Shinto 3-1-1 Sachicho, Hitachi-shi, Ibaraki Co., Ltd. Hitachi Works Hitachi Plant (72) Inventor Takahiro Tachi 4-6 Kanda Surugadai, Chiyoda-ku, Tokyo Inside the Electric Machinery Division, Hitachi, Ltd. (72) Inventor Hitoshi Kawajiri 1-1-14 Uchikanda, Chiyoda-ku, Tokyo Hitachi Plant Construction Co., Ltd. (72) Inventor Shinji Aso 1-1-1 Uchikanda, Chiyoda-ku, Tokyo Japan Plant Construction Co., Ltd. (72) Inventor Tetsuji Miyabayashi F-term (reference) 4D050 AA12 AA13 AB11 AB19 BB01 BC01 BC02 BD02 BD03 BD04 BD06 CA01 CA20 4D059 AA03 AA18 BC01 1-11-1 Uchikanda, Chiyoda-ku, Tokyo BC10
Claims (6)
酸素剤ガスの圧縮を、前記酸化処理後の高温・高圧の前
記流体を利用して行なう有機物酸化処理システムにおい
て、 前記酸化処理後の高温・高圧の前記流体内のガス成分を
分離する気液分離器と、前記分離された高圧の排ガスの
圧力を用いて前記酸素剤ガスを圧縮する排ガス駆動圧縮
機とを有することを特徴とする有機物酸化処理システ
ム。1. An organic matter oxidation treatment system for compressing an oxidant gas required for an oxidation treatment of an organic matter contained in a fluid by using the fluid having a high temperature and a high pressure after the oxidation treatment. An organic substance, comprising: a gas-liquid separator for separating gas components in the high-pressure fluid; and an exhaust gas drive compressor for compressing the oxygen-containing gas using the pressure of the separated high-pressure exhaust gas. Oxidation treatment system.
酸素剤ガスの圧縮を、前記酸化処理後の高圧の前記流体
を利用して行なう有機物酸化処理システムにおいて、 前記酸化処理後の高圧の前記流体内のガス成分を分離す
る気液分離器と、前記分離された高圧の排ガスの圧力を
用いて前記酸素剤ガスを圧縮する排ガス駆動圧縮機とを
備え、 前記排ガス駆動圧縮機は、前記分離された高圧の排ガス
が導入される排ガス側シリンダと、前記導入された排ガ
スの圧力を受け、前記排ガスが膨張することで排ガス側
シリンダ内を動く排ガス側ピストンと、前記排ガス側ピ
ストンに接続され前記排ガス側ピストンが動くことによ
り回転するクランク軸と、前記酸素剤ガスが導入される
酸素剤ガス側シリンダと、前記クランク軸に接続され前
記クランク軸が回転することにより前記導入された酸素
剤ガスを圧縮する酸素剤ガス側ピストンとを有すること
を特徴とする有機物酸化処理システム。2. An organic matter oxidizing system for compressing an oxygen-containing gas required for oxidizing organic matter contained in a fluid by using the high-pressure fluid after the oxidizing treatment, comprising the steps of: A gas-liquid separator that separates gas components in the fluid; and an exhaust gas drive compressor that compresses the oxygen-containing gas using the pressure of the separated high-pressure exhaust gas. An exhaust gas side cylinder into which the high-pressure exhaust gas introduced is introduced, an exhaust gas side piston that moves in the exhaust gas side cylinder by receiving the pressure of the introduced exhaust gas and expands the exhaust gas, and is connected to the exhaust gas side piston. A crankshaft that is rotated by movement of an exhaust gas side piston, an oxygen gas side cylinder into which the oxygen gas is introduced, and the crank connected to the crankshaft. There organics oxidation processing system characterized by having an oxygen-containing gas side piston for compressing the introduced oxygen-containing gas by rotating.
と前記酸素剤ガス側シリンダとは、前記クランク軸をは
さんで対向に配置され、前記対向したシリンダ対におい
て、前記排ガス側ピストンに接続された排ガス側コネク
ティングロッドと、前記酸素剤ガス側ピストンに接続さ
れた酸素剤ガス側コネクティングロッドとは、同一の接
続金具で前記クランク軸に接続されていることを特徴と
する有機物酸化処理システム。3. The exhaust gas side cylinder and the oxygen-containing gas side cylinder according to claim 2, wherein the cylinder and the oxygen-containing gas side cylinder are arranged to face each other with the crankshaft interposed therebetween, and are connected to the exhaust gas side piston at the opposed cylinder pair. The exhaust gas-side connecting rod and the oxygen-containing gas-side connecting rod connected to the oxygen-containing gas-side piston are connected to the crankshaft with the same connection fitting.
は、前記排ガス側シリンダと前記酸素剤ガス側シリンダ
とを複数段備え、前記排ガス側シリンダは、複数段の膨
張過程に従って順次シリンダの行程容積が大きくなり、
前記酸素剤ガス側シリンダは、複数段の圧縮過程に従っ
て順次シリンダの行程容積が小さくなるように構成され
ていることを特徴とする有機物酸化処理システム。4. The exhaust gas drive compressor according to claim 2, wherein the exhaust gas driven compressor includes a plurality of stages of the exhaust gas side cylinder and the oxygen-containing gas side cylinder, and the exhaust gas side cylinder sequentially performs a stroke of the cylinder in accordance with a multistage expansion process. The volume increases,
The organic matter oxidation treatment system according to claim 1, wherein the oxygen-agent-gas-side cylinder is configured such that the stroke volume of the cylinder is sequentially reduced according to a plurality of stages of compression processes.
ダの中で隣合うシリンダのピストンは、該ピストンの動
きの位相が、互いに１８０°ずれるように構成され、か
つ前記酸素剤ガス側シリンダの隣合うシリンダのピスト
ンも、該ピストンの動きの位相が、互いに１８０°ずれ
るように構成されていることを特徴とする有機物酸化処
理システム。5. A cylinder according to claim 4, wherein the pistons of adjacent cylinders in each of said exhaust gas side cylinders are configured such that the phases of movement of said pistons are shifted from each other by 180 °, and An organic matter oxidation treatment system, wherein the pistons of adjacent cylinders are also configured so that the phases of the movements of the pistons are shifted from each other by 180 °.
液分離器で分離された高圧の排ガスを、酸化反応後の高
温の前記流体と熱交換させて加熱することを特徴とする
有機物酸化処理システム。6. The organic matter oxidation method according to claim 1, wherein the high-pressure exhaust gas separated by the gas-liquid separator is heated by exchanging heat with the high-temperature fluid after the oxidation reaction. Processing system.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07078599A JP3765941B2 (en) | 1999-03-16 | 1999-03-16 | Organic oxidation system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07078599A JP3765941B2 (en) | 1999-03-16 | 1999-03-16 | Organic oxidation system |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000262885A true JP2000262885A (en) | 2000-09-26 |
| JP3765941B2 JP3765941B2 (en) | 2006-04-12 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP07078599A Expired - Fee Related JP3765941B2 (en) | 1999-03-16 | 1999-03-16 | Organic oxidation system |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3765941B2 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100355493C (en) * | 2005-11-09 | 2007-12-19 | 邰学林 | Isobaric internal cooling type high temperature high pressure chemical reactor |
| CN100512939C (en) * | 2006-06-01 | 2009-07-15 | 北京承禹科信环保技术开发有限公司 | High-concentration industrial-water treatment system and treatment method |
| CN108178480A (en) * | 2017-12-30 | 2018-06-19 | 郑州赫恩电子信息技术有限公司 | A kind of crank controls excrement dehydration device |
-
1999
- 1999-03-16 JP JP07078599A patent/JP3765941B2/en not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
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| CN100512939C (en) * | 2006-06-01 | 2009-07-15 | 北京承禹科信环保技术开发有限公司 | High-concentration industrial-water treatment system and treatment method |
| CN108178480A (en) * | 2017-12-30 | 2018-06-19 | 郑州赫恩电子信息技术有限公司 | A kind of crank controls excrement dehydration device |
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| Publication number | Publication date |
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| JP3765941B2 (en) | 2006-04-12 |
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