JP2001120987A - バッチ式超臨界水反応装置 - Google Patents
バッチ式超臨界水反応装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 運転の容易な実用的なバッチ式超臨界水反応
装置を提供する。 【解決手段】 本バッチ式超臨界水反応装置10は、粉
砕し難い有機性固形物を超臨界水反応により処理する装
置であって、バッチ式の第1反応器12と、第1反応器
に直列に接続された、2ゾーン方式の連続式ベッセル型
第2反応器14と、第1反応器12に超臨界水を送入す
る送水手段16と、第1及び第2反応器に酸化剤として
空気を送入する空気圧縮機18と、第2反応器14から
流出した反応生成物流体及び亜臨界水排水を気液分離す
る反応生成物流出系統20及び亜臨界水排水流出系21
と、空気の送入流量を調整して、第1及び第2反応器内
の温度を制御する第1及び第2温度制御装置38、40
とを備えている。第1反応器から流出した、未分解物を
含む第1反応生成物流体を第2反応器で更に超臨界水処
理を施すことにより、粉砕し難い有機性固形物を完全に
超臨界水処理することができる。また、2ゾーン方式に
より、第2反応器の腐食性を抑制することができる。
装置を提供する。 【解決手段】 本バッチ式超臨界水反応装置10は、粉
砕し難い有機性固形物を超臨界水反応により処理する装
置であって、バッチ式の第1反応器12と、第1反応器
に直列に接続された、2ゾーン方式の連続式ベッセル型
第2反応器14と、第1反応器12に超臨界水を送入す
る送水手段16と、第1及び第2反応器に酸化剤として
空気を送入する空気圧縮機18と、第2反応器14から
流出した反応生成物流体及び亜臨界水排水を気液分離す
る反応生成物流出系統20及び亜臨界水排水流出系21
と、空気の送入流量を調整して、第1及び第2反応器内
の温度を制御する第1及び第2温度制御装置38、40
とを備えている。第1反応器から流出した、未分解物を
含む第1反応生成物流体を第2反応器で更に超臨界水処
理を施すことにより、粉砕し難い有機性固形物を完全に
超臨界水処理することができる。また、2ゾーン方式に
より、第2反応器の腐食性を抑制することができる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、バッチ式超臨界水
反応装置に関し、更に詳細には、運転が容易かつ安全
で、しかも未分解物が生じないように、処理対象物を完
全に超臨界水処理すると共に超臨界水反応による生成酸
を中和処理して装置の腐食を抑制するようにしたバッチ
式超臨界水反応装置に関するものである。
反応装置に関し、更に詳細には、運転が容易かつ安全
で、しかも未分解物が生じないように、処理対象物を完
全に超臨界水処理すると共に超臨界水反応による生成酸
を中和処理して装置の腐食を抑制するようにしたバッチ
式超臨界水反応装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】環境問題に対する認識の高まりと共に、
有機物の酸化、分解能力の高い超臨界水反応を利用し
て、環境汚染物質を分解、無害化する試みが注目されて
いる。すなわち、超臨界水の高い反応性を利用した超臨
界水反応により、従来技術では分解することが難しかっ
た有害な難分解性の有機物、例えば、PCB(ポリ塩素
化ビフェニル)、ダイオキシン、有機塩素系溶剤等を分
解して、二酸化炭素、水、無機塩などの無害な生成物に
転化する試みである。その試みの一つとして、最近で
は、このような有害な有機化合物を含む、様々な下水汚
泥、都市ゴミ、産業排水等の液状及び固体状の広義の廃
棄物の処理にも、超臨界水反応の利用が試みられてい
る。
有機物の酸化、分解能力の高い超臨界水反応を利用し
て、環境汚染物質を分解、無害化する試みが注目されて
いる。すなわち、超臨界水の高い反応性を利用した超臨
界水反応により、従来技術では分解することが難しかっ
た有害な難分解性の有機物、例えば、PCB(ポリ塩素
化ビフェニル)、ダイオキシン、有機塩素系溶剤等を分
解して、二酸化炭素、水、無機塩などの無害な生成物に
転化する試みである。その試みの一つとして、最近で
は、このような有害な有機化合物を含む、様々な下水汚
泥、都市ゴミ、産業排水等の液状及び固体状の広義の廃
棄物の処理にも、超臨界水反応の利用が試みられてい
る。
【0003】超臨界水反応装置とは、超臨界水の高い反
応性を利用して有機物を分解する装置であって、例え
ば、難分解性の有害な有機物を分解して無害な二酸化炭
素と水に転化したり、難分解性の高分子化合物を分解し
て有用な低分子化合物に転化したりするために、現在、
その実用化が盛んに研究されている。超臨界水とは、超
臨界状態にある水、即ち、水の臨界点を越えた状態にあ
る水を言い、詳しくは、374.1℃以上の温度で、か
つ22.04MPa以上の圧力下にある状態の水を言
う。超臨界水は、有機物を溶解する溶解能が高く、有機
化合物に多い非極性物質をも完全に溶解することができ
る一方、逆に、金属、塩等の無機物に対する溶解能は著
しく低い。また、超臨界水は、酸素や窒素などの気体と
任意の割合で混合して単一相を構成することができる。
応性を利用して有機物を分解する装置であって、例え
ば、難分解性の有害な有機物を分解して無害な二酸化炭
素と水に転化したり、難分解性の高分子化合物を分解し
て有用な低分子化合物に転化したりするために、現在、
その実用化が盛んに研究されている。超臨界水とは、超
臨界状態にある水、即ち、水の臨界点を越えた状態にあ
る水を言い、詳しくは、374.1℃以上の温度で、か
つ22.04MPa以上の圧力下にある状態の水を言
う。超臨界水は、有機物を溶解する溶解能が高く、有機
化合物に多い非極性物質をも完全に溶解することができ
る一方、逆に、金属、塩等の無機物に対する溶解能は著
しく低い。また、超臨界水は、酸素や窒素などの気体と
任意の割合で混合して単一相を構成することができる。
【0004】ここで、図4を参照して、従来の超臨界水
反応装置の基本的な構成を説明する。図4は従来の超臨
界水反応装置の構成を示すフローシートである。従来の
超臨界水反応装置90は、下水汚泥等の微粒固形物水ス
ラリーを超臨界水反応により処理する装置であって、図
4に示すように、超臨界水酸化反応を行う反応器とし
て、チューブ状の長い耐圧密閉型反応器91を備えてい
る。また、超臨界水反応装置90は、反応器91の上流
には反応流体を予熱する予熱器92を、反応器91の下
流には、反応流体と熱交換して反応生成物流体を冷却す
る熱交換器93、及び冷却水によって反応生成物流体を
冷却する冷却器94を備えている。
反応装置の基本的な構成を説明する。図4は従来の超臨
界水反応装置の構成を示すフローシートである。従来の
超臨界水反応装置90は、下水汚泥等の微粒固形物水ス
ラリーを超臨界水反応により処理する装置であって、図
4に示すように、超臨界水酸化反応を行う反応器とし
て、チューブ状の長い耐圧密閉型反応器91を備えてい
る。また、超臨界水反応装置90は、反応器91の上流
には反応流体を予熱する予熱器92を、反応器91の下
流には、反応流体と熱交換して反応生成物流体を冷却す
る熱交換器93、及び冷却水によって反応生成物流体を
冷却する冷却器94を備えている。
【0005】更に、超臨界水反応装置90は、冷却器9
4の下流の反応生成物ライン95に、反応器91内の圧
力を計測する圧力計96と圧力調節弁97とを有し、圧
力計96の計測値に基づいて圧力制御装置98によって
圧力調節弁97を調節することにより反応器91内の圧
力を制御する。また、超臨界水反応装置90は、反応生
成物流体をガスとスラリーとに気液分離する気液分離器
99を圧力制御弁97の下流に備え、更に、気液分離器
99で分離されたスラリー状の反応生成物を固液分離し
て、無機固形物を反応生成物から分離する固液分離器1
00を備えている。固液分離器100で分離された無機
固形物は、主として、反応物中に含まれる無機固形物で
あるものの、反応に寄与しなかったものであって、加え
て、超臨界水酸化反応により生成した塩を含むこともあ
る。
4の下流の反応生成物ライン95に、反応器91内の圧
力を計測する圧力計96と圧力調節弁97とを有し、圧
力計96の計測値に基づいて圧力制御装置98によって
圧力調節弁97を調節することにより反応器91内の圧
力を制御する。また、超臨界水反応装置90は、反応生
成物流体をガスとスラリーとに気液分離する気液分離器
99を圧力制御弁97の下流に備え、更に、気液分離器
99で分離されたスラリー状の反応生成物を固液分離し
て、無機固形物を反応生成物から分離する固液分離器1
00を備えている。固液分離器100で分離された無機
固形物は、主として、反応物中に含まれる無機固形物で
あるものの、反応に寄与しなかったものであって、加え
て、超臨界水酸化反応により生成した塩を含むこともあ
る。
【0006】予熱器92は、超臨界水反応により処理す
る無機固形物を含む有機物、例えば下水汚泥と、酸化剤
の空気とからなる反応物が流れる内管と、反応物を加熱
する熱媒が流れる外管とからなる二重管式熱交換器とし
て構成されている。反応器91は、反応物に対する超臨
界水反応の反応時間を確保するために、チューブ状の長
尺の反応器であって、その全域に超臨界水を滞留させ
て、超臨界水領域を構成している。反応温度にまで予熱
された反応流体は、予熱器92に近い反応器入口から反
応器91に入り、超臨界水反応して、反応生成物流体と
して反応器出口から流出する。
る無機固形物を含む有機物、例えば下水汚泥と、酸化剤
の空気とからなる反応物が流れる内管と、反応物を加熱
する熱媒が流れる外管とからなる二重管式熱交換器とし
て構成されている。反応器91は、反応物に対する超臨
界水反応の反応時間を確保するために、チューブ状の長
尺の反応器であって、その全域に超臨界水を滞留させ
て、超臨界水領域を構成している。反応温度にまで予熱
された反応流体は、予熱器92に近い反応器入口から反
応器91に入り、超臨界水反応して、反応生成物流体と
して反応器出口から流出する。
【0007】熱交換器93は、反応器91から流出した
反応生成物流体が流れる内管と、反応生成物流体により
加熱される熱媒が流れる外管とからなる二重管式熱交換
器として、冷却器94は、熱交換器93を経て降温した
反応生成物流体が流れる内管と、反応生成物流体を冷却
する冷媒体が流れる外管とからなる二重管式熱交換器と
して、それぞれ、構成されている。熱交換器93で反応
生成物流体により加熱された熱媒が予熱器92に入って
反応物流体を予熱するように、熱交換器93の外管と予
熱器92の外管とは、熱媒配管101により接続されて
いる。
反応生成物流体が流れる内管と、反応生成物流体により
加熱される熱媒が流れる外管とからなる二重管式熱交換
器として、冷却器94は、熱交換器93を経て降温した
反応生成物流体が流れる内管と、反応生成物流体を冷却
する冷媒体が流れる外管とからなる二重管式熱交換器と
して、それぞれ、構成されている。熱交換器93で反応
生成物流体により加熱された熱媒が予熱器92に入って
反応物流体を予熱するように、熱交換器93の外管と予
熱器92の外管とは、熱媒配管101により接続されて
いる。
【0008】反応物流体、例えば下水汚泥を送入する被
処理液ライン102が予熱器92の内管に接続され、被
処理液ライン102には、有機物を酸化する酸化剤、例
えば空気を送入する空気ライン103が合流している。
下水汚泥は下水汚泥ポンプ104により、空気は空気圧
縮機105により、それぞれ、被処理液ライン102及
び空気ライン103に圧入される。下水汚泥と空気とか
らなる反応物流体は、予熱器92で超臨界水酸化反応の
開始温度まで予熱され、次いで反応器91に入り、反応
器91の入口から出口に向かって流れる過程で、反応物
流体中の有機物が、超臨界水反応により、主として、水
と窒素と二酸化炭素とに転化し、反応生成物として反応
器91から流出する。反応器91は、反応開始温度から
反応温度までの加熱を下水汚泥中の有機物の酸化熱で賄
い、その後、完全な分解反応に必要な時間を有するよう
に長さが決定されている。反応生成物流体は、熱交換器
93の内管に入り、熱媒を加熱して自身は降温し、次い
で冷却器94の内管に流入し、冷媒体、例えば冷却水に
より冷却されて流出する。
処理液ライン102が予熱器92の内管に接続され、被
処理液ライン102には、有機物を酸化する酸化剤、例
えば空気を送入する空気ライン103が合流している。
下水汚泥は下水汚泥ポンプ104により、空気は空気圧
縮機105により、それぞれ、被処理液ライン102及
び空気ライン103に圧入される。下水汚泥と空気とか
らなる反応物流体は、予熱器92で超臨界水酸化反応の
開始温度まで予熱され、次いで反応器91に入り、反応
器91の入口から出口に向かって流れる過程で、反応物
流体中の有機物が、超臨界水反応により、主として、水
と窒素と二酸化炭素とに転化し、反応生成物として反応
器91から流出する。反応器91は、反応開始温度から
反応温度までの加熱を下水汚泥中の有機物の酸化熱で賄
い、その後、完全な分解反応に必要な時間を有するよう
に長さが決定されている。反応生成物流体は、熱交換器
93の内管に入り、熱媒を加熱して自身は降温し、次い
で冷却器94の内管に流入し、冷媒体、例えば冷却水に
より冷却されて流出する。
【0009】冷却器94の内管の出口には、反応生成物
ライン95が接続され、圧力制御弁97を経て、気液分
離器99に接続されている。気液分離器99では、反応
生成物は、気液分離され、ガス状の反応生成物とスラリ
ー状の反応生成物とに分離される。ガス状の反応生成物
は、大気放出又は次の処理工程に移行し、スラリー状の
反応生成物は、固液分離器100に導入される。スラリ
ー状の反応生成物は、固液分離器100で液状の処理液
と無機固形物とに固液分離され、それぞれ、外部に送出
される。
ライン95が接続され、圧力制御弁97を経て、気液分
離器99に接続されている。気液分離器99では、反応
生成物は、気液分離され、ガス状の反応生成物とスラリ
ー状の反応生成物とに分離される。ガス状の反応生成物
は、大気放出又は次の処理工程に移行し、スラリー状の
反応生成物は、固液分離器100に導入される。スラリ
ー状の反応生成物は、固液分離器100で液状の処理液
と無機固形物とに固液分離され、それぞれ、外部に送出
される。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来、実用
化されつつある超臨界水反応装置は、上述のように、連
続式の反応装置であって、ベンチ・スケール等の実験装
置を除いて実用的なバッチ式超臨界水反応装置は、現状
では、種々の技術的な問題から実現されていない。一
方、超臨界水処理すべき対象物は、近年の環境汚染の拡
がりに合わせて、種々雑多になっており、必ずしも連続
式の反応装置で処理することができないような、汚染固
形物、汚染土壌も処理する必要に迫られている。
化されつつある超臨界水反応装置は、上述のように、連
続式の反応装置であって、ベンチ・スケール等の実験装
置を除いて実用的なバッチ式超臨界水反応装置は、現状
では、種々の技術的な問題から実現されていない。一
方、超臨界水処理すべき対象物は、近年の環境汚染の拡
がりに合わせて、種々雑多になっており、必ずしも連続
式の反応装置で処理することができないような、汚染固
形物、汚染土壌も処理する必要に迫られている。
【0011】固形物を連続式の反応装置で処理する場合
には、汚染固形物を粉砕してスラリー化することが必要
であるが、汚染固形物によっては粉砕することが技術的
に難しいものもある。また、仮に汚染固形物を粉砕して
スラリー化できたととしても、次のようなスラリー固有
の問題がある。第1には、粉砕された固形物が、沈降分
離したり、浮上分離したりするために、固形物水スラリ
ーを安定して連続式反応装置に送入することが難しいこ
とが多い。第2には、固形物を処理した際、上述のよう
に固形物に含まれる無機物は超臨界水反応に与からない
ので、処理液と共に流出させることが、連続運転を継続
する上で重要であるが、連続式反応装置では、無機物、
又は無機物に由来する無機塩の排出が容易でない。第3
には、スラリーを取り扱う機器として特殊な機器を必要
とし、市販品がないという問題、更には、スラリーを取
り扱う機器の損傷が激しくて、短寿命のために、経済性
に問題がある。
には、汚染固形物を粉砕してスラリー化することが必要
であるが、汚染固形物によっては粉砕することが技術的
に難しいものもある。また、仮に汚染固形物を粉砕して
スラリー化できたととしても、次のようなスラリー固有
の問題がある。第1には、粉砕された固形物が、沈降分
離したり、浮上分離したりするために、固形物水スラリ
ーを安定して連続式反応装置に送入することが難しいこ
とが多い。第2には、固形物を処理した際、上述のよう
に固形物に含まれる無機物は超臨界水反応に与からない
ので、処理液と共に流出させることが、連続運転を継続
する上で重要であるが、連続式反応装置では、無機物、
又は無機物に由来する無機塩の排出が容易でない。第3
には、スラリーを取り扱う機器として特殊な機器を必要
とし、市販品がないという問題、更には、スラリーを取
り扱う機器の損傷が激しくて、短寿命のために、経済性
に問題がある。
【0012】そこで、被処理物をバッチ式で反応器に投
入し、バッチ式の超臨界水処理を行うことが必要になっ
ている。また、バッチ式反応器は、バッチ毎に反応容器
を開放するので、残留無機物又は無機塩の排出が容易で
あるという優れた利点を有する。そこで、以上の状況か
ら、本発明の目的は、運転が容易で実用的なバッチ式超
臨界水反応装置を提供することである。
入し、バッチ式の超臨界水処理を行うことが必要になっ
ている。また、バッチ式反応器は、バッチ毎に反応容器
を開放するので、残留無機物又は無機塩の排出が容易で
あるという優れた利点を有する。そこで、以上の状況か
ら、本発明の目的は、運転が容易で実用的なバッチ式超
臨界水反応装置を提供することである。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明者は、従来、実用
的なバッチ式超臨界水反応装置を実現できない技術的な
問題点を研究した結果、問題点は次の事項に集約される
ことを見い出した。第1の問題点として、超臨界水反応
条件、例えば温度600℃、圧力25MPa下では、超
臨界水の密度が、約0.07g/cm3 であって、通常の
水に比べて著しく小さく、従って、処理対象物、水、、
酸化剤及び補助燃料等を最初から反応器に入れて処理す
るならば、極めて容積の大きな反応容器が必要になっ
て、設備費が嵩むので、装置の経済性が問題となる。
的なバッチ式超臨界水反応装置を実現できない技術的な
問題点を研究した結果、問題点は次の事項に集約される
ことを見い出した。第1の問題点として、超臨界水反応
条件、例えば温度600℃、圧力25MPa下では、超
臨界水の密度が、約0.07g/cm3 であって、通常の
水に比べて著しく小さく、従って、処理対象物、水、、
酸化剤及び補助燃料等を最初から反応器に入れて処理す
るならば、極めて容積の大きな反応容器が必要になっ
て、設備費が嵩むので、装置の経済性が問題となる。
【0014】第2には、固形物を処理対象にしたバッチ
式超臨界水処理では、充填する固形物量が多過ぎると、
反応器の反応温度及び反応圧力が高くなり過ぎるので、
反応器容量に比べて、処理対象物である固形物の充填量
を制限せざるを得ないという、第1の問題に関連する問
題がある。
式超臨界水処理では、充填する固形物量が多過ぎると、
反応器の反応温度及び反応圧力が高くなり過ぎるので、
反応器容量に比べて、処理対象物である固形物の充填量
を制限せざるを得ないという、第1の問題に関連する問
題がある。
【0015】第3の問題点は、反応器に投入する処理対
象物と水との量的なバランスを正確に決めることが難し
いことである。その結果、次に述べるように、反応温度
の制御が難しいことである。酸化反応開始温度をTS 、
超臨界水酸化反応温度をTR とし、反応器の質量をWk
g、反応器に投入した処理対象物、水、及び酸素ガスの
質量をそれぞれXkg、Ykg、及びZkgする。ま
た、反応器構成部材の平均比熱をCpwkcal/kg
℃、反応器に投入した処理対象物、水、及び酸素ガスの
平均比熱をそれぞれCpxkcal/kg℃、Cpykca
l/kg℃、及びCpzkcal/kg℃とし、処理対象
物の単位質量当たりの発熱量をHkcal/kgとす
る。処理対象物の総発熱量XHは、上述の因子と次式の
関係にある。但し、qは反応器から放熱された熱量であ
る。 XH=(Y・Cpy+X・Cpx+Z・Cpz+W・Cpw)
(TR −TS )+q
象物と水との量的なバランスを正確に決めることが難し
いことである。その結果、次に述べるように、反応温度
の制御が難しいことである。酸化反応開始温度をTS 、
超臨界水酸化反応温度をTR とし、反応器の質量をWk
g、反応器に投入した処理対象物、水、及び酸素ガスの
質量をそれぞれXkg、Ykg、及びZkgする。ま
た、反応器構成部材の平均比熱をCpwkcal/kg
℃、反応器に投入した処理対象物、水、及び酸素ガスの
平均比熱をそれぞれCpxkcal/kg℃、Cpykca
l/kg℃、及びCpzkcal/kg℃とし、処理対象
物の単位質量当たりの発熱量をHkcal/kgとす
る。処理対象物の総発熱量XHは、上述の因子と次式の
関係にある。但し、qは反応器から放熱された熱量であ
る。 XH=(Y・Cpy+X・Cpx+Z・Cpz+W・Cpw)
(TR −TS )+q
【0016】従って、上述の式を満足させるように、放
熱させることができないと、反応器内の温度が上昇し、
反応の暴走等の恐れが多い。換言すれば、反応器内の温
度を制御することが難しい。また、同じ反応器を使って
処理対象固形物の量Xを増大させるには、放熱量qを増
大させる必要がある。しかし、バッチ式超臨界水反応器
では、反応の進行を外部から制御する手段が乏しく、反
応器内の温度が主として超臨界水反応の進行に委ねられ
るので、反応器内の温度を制御することは、技術的に極
めて難しい。
熱させることができないと、反応器内の温度が上昇し、
反応の暴走等の恐れが多い。換言すれば、反応器内の温
度を制御することが難しい。また、同じ反応器を使って
処理対象固形物の量Xを増大させるには、放熱量qを増
大させる必要がある。しかし、バッチ式超臨界水反応器
では、反応の進行を外部から制御する手段が乏しく、反
応器内の温度が主として超臨界水反応の進行に委ねられ
るので、反応器内の温度を制御することは、技術的に極
めて難しい。
【0017】第4には、超臨界水反応が進行するに応じ
て、CO2 ガス或いはN2 ガス等がが発生して、反応器
内の圧力が上昇し、その制御が難しいことである。
て、CO2 ガス或いはN2 ガス等がが発生して、反応器
内の圧力が上昇し、その制御が難しいことである。
【0018】そこで、本発明者は、第1の問題点は、セ
ミバッチ式超臨界水反応器を設けることにより、第2の
問題は第1反応器で比較的多量の固形物をバッチ式で前
処理的に超臨界水処理し、次いで第1反応器から流出し
た未分解物を含む反応生成流体を第2反応器で最終的に
完全に超臨界水処理することにより解決することにし
た。また、第3の問題点は、反応器から流出する処理液
の温度を測定し、その温度に基づいて酸化剤の流量を調
節して反応器の温度を制御することにより、及び第4の
問題点は、発生したCO2 ガス或いはN2 ガス等を処理
液とともに流出させることにより、それぞれ、解決する
ことを着想し、実験を重ねて、本発明を完成する到っ
た。
ミバッチ式超臨界水反応器を設けることにより、第2の
問題は第1反応器で比較的多量の固形物をバッチ式で前
処理的に超臨界水処理し、次いで第1反応器から流出し
た未分解物を含む反応生成流体を第2反応器で最終的に
完全に超臨界水処理することにより解決することにし
た。また、第3の問題点は、反応器から流出する処理液
の温度を測定し、その温度に基づいて酸化剤の流量を調
節して反応器の温度を制御することにより、及び第4の
問題点は、発生したCO2 ガス或いはN2 ガス等を処理
液とともに流出させることにより、それぞれ、解決する
ことを着想し、実験を重ねて、本発明を完成する到っ
た。
【0019】上記目的を達成するために、上記知見に基
づいて、本発明に係るバッチ式超臨界水反応装置は、開
閉自在であって、処理対象物を収容し、バッチ式の超臨
界水処理を施す第1反応器と、第1反応器に超臨界水を
送水する送水手段と、第1反応器に酸化剤を送入する第
1酸化剤送入手段と、下部に亜臨界水域を、上部に超臨
界水域を、それぞれ、有する連続式のベッセル型反応器
であって、第1反応器から流出した、未分解物を含む第
1反応生成物流体を超臨界水域に流入させ、更に超臨界
水処理を施して超臨界水域から第2反応生成物流体を流
出させ、かつ、亜臨界水域に水を流入させると共に亜臨
界水域から亜臨界水排水を流出させる第2反応器と、第
2反応器に酸化剤を送入する第2酸化剤送入手段と第2
反応器にアルカリ剤を注入するアルカリ注入手段とを備
えていることを特徴としている。
づいて、本発明に係るバッチ式超臨界水反応装置は、開
閉自在であって、処理対象物を収容し、バッチ式の超臨
界水処理を施す第1反応器と、第1反応器に超臨界水を
送水する送水手段と、第1反応器に酸化剤を送入する第
1酸化剤送入手段と、下部に亜臨界水域を、上部に超臨
界水域を、それぞれ、有する連続式のベッセル型反応器
であって、第1反応器から流出した、未分解物を含む第
1反応生成物流体を超臨界水域に流入させ、更に超臨界
水処理を施して超臨界水域から第2反応生成物流体を流
出させ、かつ、亜臨界水域に水を流入させると共に亜臨
界水域から亜臨界水排水を流出させる第2反応器と、第
2反応器に酸化剤を送入する第2酸化剤送入手段と第2
反応器にアルカリ剤を注入するアルカリ注入手段とを備
えていることを特徴としている。
【0020】本発明では、送水手段及び第1酸化剤送入
手段により超臨界水及び酸化剤を送入しつつ、第1反応
器内に収容された処理対象物に超臨界水処理を施す結
果、超臨界水反応の反応生成物を含む第1反応生成物流
体が、第1反応器から流出する。第1反応器では、超臨
界水反応を完全に終結させることは難しいので、どうし
ても、第1反応器から流出する第1反応生成物流体は、
未分解物を含み勝ちである。本発明で、未分解物とは、
超臨界水処理を施すことにより、更に分解されて、窒
素、二酸化炭素、酸、水等を生成する物質を言い、環境
的には有害成分であることが多い。そこで、本発明で
は、下部に亜臨界水域を、上部に超臨界水域をそれぞれ
有する2ゾーン式の第2反応器を第1反応器に直列に接
続して設ける。そして、第1反応器から流出した未分解
物を含む第1反応生成流体を第2反応器の超臨界水域に
導入し、第2反応器で最終的に完全に超臨界水処理する
ことにより、第1反応器での超臨界水処理の反応条件を
過酷にすることなく、第1反応器に比較的多量の固形物
を充填し、完全に超臨界水処理を施すことができる。ま
た、本発明では、第2反応器が2ゾーン式反応器になっ
ているので、第1反応生成物流体が酸性のときには、ア
ルカリ剤を注入して中和させ、中和反応により生じた、
超臨界水に不溶な塩類を亜臨界水域に収集して、亜臨界
水排水中に溶解させて排出することができる。第1反応
生成物流体の酸性を中和できるので、第2反応器を含む
下流の装置の腐食を抑制し、比較的耐食性の低い経済的
な材料で第2反応器等を作製することができる。尚、本
発明で、第1反応器及び第2反応器の数は、必ずしも1
個である必要はなく、例えば並列に設けた複数個の第1
反応器の後に1個又は複数個の第2反応器を設けること
もできる。
手段により超臨界水及び酸化剤を送入しつつ、第1反応
器内に収容された処理対象物に超臨界水処理を施す結
果、超臨界水反応の反応生成物を含む第1反応生成物流
体が、第1反応器から流出する。第1反応器では、超臨
界水反応を完全に終結させることは難しいので、どうし
ても、第1反応器から流出する第1反応生成物流体は、
未分解物を含み勝ちである。本発明で、未分解物とは、
超臨界水処理を施すことにより、更に分解されて、窒
素、二酸化炭素、酸、水等を生成する物質を言い、環境
的には有害成分であることが多い。そこで、本発明で
は、下部に亜臨界水域を、上部に超臨界水域をそれぞれ
有する2ゾーン式の第2反応器を第1反応器に直列に接
続して設ける。そして、第1反応器から流出した未分解
物を含む第1反応生成流体を第2反応器の超臨界水域に
導入し、第2反応器で最終的に完全に超臨界水処理する
ことにより、第1反応器での超臨界水処理の反応条件を
過酷にすることなく、第1反応器に比較的多量の固形物
を充填し、完全に超臨界水処理を施すことができる。ま
た、本発明では、第2反応器が2ゾーン式反応器になっ
ているので、第1反応生成物流体が酸性のときには、ア
ルカリ剤を注入して中和させ、中和反応により生じた、
超臨界水に不溶な塩類を亜臨界水域に収集して、亜臨界
水排水中に溶解させて排出することができる。第1反応
生成物流体の酸性を中和できるので、第2反応器を含む
下流の装置の腐食を抑制し、比較的耐食性の低い経済的
な材料で第2反応器等を作製することができる。尚、本
発明で、第1反応器及び第2反応器の数は、必ずしも1
個である必要はなく、例えば並列に設けた複数個の第1
反応器の後に1個又は複数個の第2反応器を設けること
もできる。
【0021】本発明の好適な実施態様では、第1反応生
成物流体の温度を測定する第1温度計と、第1温度計に
よる温度測定値に基づいて、第1酸化剤送入手段の酸化
剤の送入流量を調整して、第1反応生成物流体の温度が
目標温度になるように制御する第1温度制御装置と、第
2反応器から流出した第2反応生成物流体の温度を測定
する第2温度計と、第2温度計による温度測定値に基づ
いて、第2酸化剤送入手段の酸化剤の送入流量を調整し
て、第2反応生成物流体の温度が目標温度になるように
制御する第2温度制御装置とを備えている。
成物流体の温度を測定する第1温度計と、第1温度計に
よる温度測定値に基づいて、第1酸化剤送入手段の酸化
剤の送入流量を調整して、第1反応生成物流体の温度が
目標温度になるように制御する第1温度制御装置と、第
2反応器から流出した第2反応生成物流体の温度を測定
する第2温度計と、第2温度計による温度測定値に基づ
いて、第2酸化剤送入手段の酸化剤の送入流量を調整し
て、第2反応生成物流体の温度が目標温度になるように
制御する第2温度制御装置とを備えている。
【0022】本実施態様では、前述したように、第1及
び第2反応器から流出する反応生成物流体の温度を測定
し、その温度に基づいて酸化剤の流量を調節することに
より、第1及び第2の反応器の温度を制御している。
び第2反応器から流出する反応生成物流体の温度を測定
し、その温度に基づいて酸化剤の流量を調節することに
より、第1及び第2の反応器の温度を制御している。
【0023】好適には、第2反応生成物流体の一部を第
1反応器に戻す手段と、第1反応生成物流体の残部を冷
却し、気液分離し、次いで得た水を加熱昇圧して超臨界
水の一部として第1反応器に送水する手段とを備えてい
る。第2反応生成物流体は、主として超臨界水により構
成されているので、第2反応生成物流体の一部、又は相
当部分を第1反応器に戻すことにより、第1反応生成物
流体を一旦冷却し、気液分離して得た水を昇圧加熱して
超臨界水にする方式に比べて、熱収支を大幅に改善する
ことができる。そして、残部を冷却、気液分離して処理
対象物から生じたガス成分及び送入した空気中の窒素成
分を除去する。
1反応器に戻す手段と、第1反応生成物流体の残部を冷
却し、気液分離し、次いで得た水を加熱昇圧して超臨界
水の一部として第1反応器に送水する手段とを備えてい
る。第2反応生成物流体は、主として超臨界水により構
成されているので、第2反応生成物流体の一部、又は相
当部分を第1反応器に戻すことにより、第1反応生成物
流体を一旦冷却し、気液分離して得た水を昇圧加熱して
超臨界水にする方式に比べて、熱収支を大幅に改善する
ことができる。そして、残部を冷却、気液分離して処理
対象物から生じたガス成分及び送入した空気中の窒素成
分を除去する。
【0024】
【発明の実施の形態】以下に、添付図面を参照し、実施
形態例を挙げて本発明の実施の形態を具体的かつ詳細に
説明する。実施形態例1 本実施形態例は、本発明に係るバッチ式超臨界水反応装
置の実施形態の一例であって、図1は本実施形態例のバ
ッチ式超臨界水反応装置の構成を示すフローシート、及
び図2は本実施形態例のバッチ式超臨界水反応装置の第
2反応生成物流体流出系及び亜臨界水排水流出系の構成
を示すフローシートである。本実施形態例のバッチ式超
臨界水反応装置10(以下、反応装置10と言う)は、
粉砕し難い有機性固形物を超臨界水反応によりバッチ式
で処理する装置である。反応装置10は、図1に示すよ
うに、バッチ式の超臨界水処理を施す第1反応器12
と、第1反応器12から流出した、未分解物を含む第1
反応生成物流体を流入させ、更に超臨界水処理を施すた
めに、第1反応器12に直列に接続された連続式ベッセ
ル型の第2反応器14とを備えている。更に、反応装置
10は、図1及び図2に示すように、第1反応器12に
超臨界水を送入する送水手段16と、第1反応器12及
び第2反応器14に酸化剤として空気を送入する空気圧
縮機18と、第2反応器14から流出した第2反応生成
流体及び亜臨界水排水を、それぞれ、冷却し、気液分離
する反応生成物流出系統20及び亜臨界水排水系統21
とを備えている。
形態例を挙げて本発明の実施の形態を具体的かつ詳細に
説明する。実施形態例1 本実施形態例は、本発明に係るバッチ式超臨界水反応装
置の実施形態の一例であって、図1は本実施形態例のバ
ッチ式超臨界水反応装置の構成を示すフローシート、及
び図2は本実施形態例のバッチ式超臨界水反応装置の第
2反応生成物流体流出系及び亜臨界水排水流出系の構成
を示すフローシートである。本実施形態例のバッチ式超
臨界水反応装置10(以下、反応装置10と言う)は、
粉砕し難い有機性固形物を超臨界水反応によりバッチ式
で処理する装置である。反応装置10は、図1に示すよ
うに、バッチ式の超臨界水処理を施す第1反応器12
と、第1反応器12から流出した、未分解物を含む第1
反応生成物流体を流入させ、更に超臨界水処理を施すた
めに、第1反応器12に直列に接続された連続式ベッセ
ル型の第2反応器14とを備えている。更に、反応装置
10は、図1及び図2に示すように、第1反応器12に
超臨界水を送入する送水手段16と、第1反応器12及
び第2反応器14に酸化剤として空気を送入する空気圧
縮機18と、第2反応器14から流出した第2反応生成
流体及び亜臨界水排水を、それぞれ、冷却し、気液分離
する反応生成物流出系統20及び亜臨界水排水系統21
とを備えている。
【0025】第1反応器12は、処理対象物を内部に収
容し、超臨界水処理を施す、開閉自在なオートクレーブ
式の反応器であって、反応器内部に処理対象物を支持
し、生成反応物及び超臨界水を通過させる目板状の支持
板21と支持板21上の処理対象物が分散しないように
一か所に保持する内筒22とを有する。第2反応器14
は、上部に超臨界水域24を、下部に亜臨界水域25を
それぞれ有する2ゾーン方式の連続式ベッセル型反応器
であって、第1反応器12の第1反応器出口管23に接
続され、第1反応生成物流体を超臨界水域24に導入す
る。第2反応器14は、超臨界水域24から第2反応器
出口管46を介して第2反応生成物流体を流出させ、ま
た、亜臨界水域25から亜臨界水排水管47を介して亜
臨界水排水を流出させる。また、第1反応器出口管23
には、ガス成分中のCO濃度を測定するためにCO濃度
計66が設けてある。
容し、超臨界水処理を施す、開閉自在なオートクレーブ
式の反応器であって、反応器内部に処理対象物を支持
し、生成反応物及び超臨界水を通過させる目板状の支持
板21と支持板21上の処理対象物が分散しないように
一か所に保持する内筒22とを有する。第2反応器14
は、上部に超臨界水域24を、下部に亜臨界水域25を
それぞれ有する2ゾーン方式の連続式ベッセル型反応器
であって、第1反応器12の第1反応器出口管23に接
続され、第1反応生成物流体を超臨界水域24に導入す
る。第2反応器14は、超臨界水域24から第2反応器
出口管46を介して第2反応生成物流体を流出させ、ま
た、亜臨界水域25から亜臨界水排水管47を介して亜
臨界水排水を流出させる。また、第1反応器出口管23
には、ガス成分中のCO濃度を測定するためにCO濃度
計66が設けてある。
【0026】送水手段16は、水を収容した水タンク2
6と、水タンク26に収容された水を送水する送水ポン
プ28と、送水ポンプ28によって送水された水を加熱
する加熱炉30とを備え、第1送水管32を介して超臨
界水を第1反応器12に送水する。また、送水手段16
は、第2送水管33を介して送水ポンプ28によって水
を第2反応器14の亜臨界水域25に送入する。
6と、水タンク26に収容された水を送水する送水ポン
プ28と、送水ポンプ28によって送水された水を加熱
する加熱炉30とを備え、第1送水管32を介して超臨
界水を第1反応器12に送水する。また、送水手段16
は、第2送水管33を介して送水ポンプ28によって水
を第2反応器14の亜臨界水域25に送入する。
【0027】空気圧縮機18は、吐出配管に設けた流量
制御弁を調節することによって空気の送入流量を容易に
制御できる型式の圧縮器であって、第1空気供給管34
と送水管32とを介して第1反応器12に、及び、第2
空気供給管36と第1反応器出口管23とを介して第2
反応器14に、それぞれ、酸化剤として空気を送入す
る。空気圧縮機18の送入流量は、次に説明するよう
に、反応生成物流体の温度に基づいて温度制御装置によ
り調整される。即ち、反応装置10は、第1反応器12
及び第2反応器14に送入する空気量を調整して、それ
ぞれ、第1反応器12内の温度、及び第2反応器内の温
度を制御する第1温度制御装置38及び第2温度制御装
置40を備えている。
制御弁を調節することによって空気の送入流量を容易に
制御できる型式の圧縮器であって、第1空気供給管34
と送水管32とを介して第1反応器12に、及び、第2
空気供給管36と第1反応器出口管23とを介して第2
反応器14に、それぞれ、酸化剤として空気を送入す
る。空気圧縮機18の送入流量は、次に説明するよう
に、反応生成物流体の温度に基づいて温度制御装置によ
り調整される。即ち、反応装置10は、第1反応器12
及び第2反応器14に送入する空気量を調整して、それ
ぞれ、第1反応器12内の温度、及び第2反応器内の温
度を制御する第1温度制御装置38及び第2温度制御装
置40を備えている。
【0028】第1温度制御装置38は、第1反応器出口
管23に設けた第1温度計42の温度測定値に基づい
て、空気圧縮機18の吐出側の第1空気供給管34に設
けた第1流量調節弁44の弁開度を調節して第1反応器
12に送入する空気の流量を調整し、第1反応器12内
の温度を所定温度に制御する。即ち、第1温度計42の
温度測定値が所定温度より高いときには、空気の流量を
減少して第1反応器12内の超臨界水反応の進行を抑制
し、第1温度計42の温度測定値が所定温度より低いと
きには、空気の流量を増大して超臨界水反応の進行を促
進する。通常、第1反応器の目標温度は500〜550
℃程度である。
管23に設けた第1温度計42の温度測定値に基づい
て、空気圧縮機18の吐出側の第1空気供給管34に設
けた第1流量調節弁44の弁開度を調節して第1反応器
12に送入する空気の流量を調整し、第1反応器12内
の温度を所定温度に制御する。即ち、第1温度計42の
温度測定値が所定温度より高いときには、空気の流量を
減少して第1反応器12内の超臨界水反応の進行を抑制
し、第1温度計42の温度測定値が所定温度より低いと
きには、空気の流量を増大して超臨界水反応の進行を促
進する。通常、第1反応器の目標温度は500〜550
℃程度である。
【0029】第2温度制御装置40は、第2反応器出口
管46に設けた第2温度計48の温度測定値に基づい
て、空気圧縮機18の吐出側の第2空気供給管36に設
けた第2流量調節弁50の弁開度を調節して第2反応器
14に送入する空気の流量を調整し、第2反応器14内
の温度を所定温度に制御する。即ち、第2温度計48の
温度測定値が所定温度より高いときには、空気の流量を
減少して超臨界水反応の進行を抑制し、第2温度計48
の温度測定値が所定温度より低いときには、空気の流量
を増大して超臨界水反応を完結させる。第2反応器14
の目標温度は、600〜650℃程度であり、必要に応
じて外部から補助燃料を投入してもよい。
管46に設けた第2温度計48の温度測定値に基づい
て、空気圧縮機18の吐出側の第2空気供給管36に設
けた第2流量調節弁50の弁開度を調節して第2反応器
14に送入する空気の流量を調整し、第2反応器14内
の温度を所定温度に制御する。即ち、第2温度計48の
温度測定値が所定温度より高いときには、空気の流量を
減少して超臨界水反応の進行を抑制し、第2温度計48
の温度測定値が所定温度より低いときには、空気の流量
を増大して超臨界水反応を完結させる。第2反応器14
の目標温度は、600〜650℃程度であり、必要に応
じて外部から補助燃料を投入してもよい。
【0030】反応生成物流出系20は、図2に示すよう
に、第2反応器14の超臨界水域24から流出した第2
反応生成物流体を流出させる第2反応器出口管46に設
けられ、第2反応生成物流体を冷却する第1冷却器52
と、第1冷却器52の下流に設けられた第1気液分離器
54と、第1気液分離器54の圧力、従って間接的に第
2反応器14、更には第1反応器12の圧力を制御する
圧力制御装置56と、気液分離器54の液面を制御する
第1液面制御装置58とを備えている。
に、第2反応器14の超臨界水域24から流出した第2
反応生成物流体を流出させる第2反応器出口管46に設
けられ、第2反応生成物流体を冷却する第1冷却器52
と、第1冷却器52の下流に設けられた第1気液分離器
54と、第1気液分離器54の圧力、従って間接的に第
2反応器14、更には第1反応器12の圧力を制御する
圧力制御装置56と、気液分離器54の液面を制御する
第1液面制御装置58とを備えている。
【0031】第1気液分離器54は、第2反応器14か
ら流出した第2反応生成物流体を気液分離してガス成分
と水成分とに分離する。ガス成分は、第1気液分離器5
4の頂部に接続されたガス放出管60を経て大気に放出
される。圧力制御装置56は、ガス放出管60に設けら
れた圧力計62の計測値に基づいて圧力調節弁64の弁
開度を調節し、第1気液分離器54の圧力を所定圧力に
なるように制御する。また、ガス放出管60には、ガス
成分中のCOガス濃度を測定するために、CO濃度計6
7を設けてもよい。第1液面制御装置58は、気液分離
器54から水成分を流出させる液体流出管68に設けた
流量調節弁70の弁開度を調節することにより、気液分
離器54の液面を制御する。液体流出管68から流出し
た水成分の一部は、水タンク26の戻され、残部は系外
に送水される。
ら流出した第2反応生成物流体を気液分離してガス成分
と水成分とに分離する。ガス成分は、第1気液分離器5
4の頂部に接続されたガス放出管60を経て大気に放出
される。圧力制御装置56は、ガス放出管60に設けら
れた圧力計62の計測値に基づいて圧力調節弁64の弁
開度を調節し、第1気液分離器54の圧力を所定圧力に
なるように制御する。また、ガス放出管60には、ガス
成分中のCOガス濃度を測定するために、CO濃度計6
7を設けてもよい。第1液面制御装置58は、気液分離
器54から水成分を流出させる液体流出管68に設けた
流量調節弁70の弁開度を調節することにより、気液分
離器54の液面を制御する。液体流出管68から流出し
た水成分の一部は、水タンク26の戻され、残部は系外
に送水される。
【0032】亜臨界水排水流出系21は、図2に示すよ
うに、第2反応器14の亜臨界水域25から亜臨界水排
水を流出させる亜臨界水排水管47に設けられ、亜臨界
水排水を冷却する第2冷却器53と、第2冷却器53の
下流に設けられ、かつ圧力制御装置56によって第1気
液分離器54と共に圧力制御される第2気液分離器55
と、第2気液分離器55の液面を制御する第2液面制御
装置59と、気液分離された液体中の塩類を除去する無
機塩分離装置61とを備えている。
うに、第2反応器14の亜臨界水域25から亜臨界水排
水を流出させる亜臨界水排水管47に設けられ、亜臨界
水排水を冷却する第2冷却器53と、第2冷却器53の
下流に設けられ、かつ圧力制御装置56によって第1気
液分離器54と共に圧力制御される第2気液分離器55
と、第2気液分離器55の液面を制御する第2液面制御
装置59と、気液分離された液体中の塩類を除去する無
機塩分離装置61とを備えている。
【0033】第2気液分離器55は、第2反応器14の
亜臨界水域25から流出した亜臨界水排水を気液分離し
てガス成分と水成分とに分離する。ガス成分は、第2気
液分離器55の頂部からガス放出管60に接続された第
2ガス放出管63を介して大気に放出される。第2液面
制御装置59は、第2気液分離器55から水成分を流出
させる亜臨界水排水流出管69に設けた流量調節弁71
の弁開度を調節することにより、第2気液分離器55の
液面を制御する。第2気液分離器55から亜臨界水排水
流出管69を通って流出する亜臨界水排水は、無機塩分
離装置61を通って無機塩分離処理された後、系外に送
水される。但し、亜臨界水排水の無機塩の濃度が低いと
きには、必ずしも、無機塩分離処理を施す必要はない。
無機塩分離装置61は、液体中の無機塩を分離する装置
であって、例えばイオン交換樹脂装置である。
亜臨界水域25から流出した亜臨界水排水を気液分離し
てガス成分と水成分とに分離する。ガス成分は、第2気
液分離器55の頂部からガス放出管60に接続された第
2ガス放出管63を介して大気に放出される。第2液面
制御装置59は、第2気液分離器55から水成分を流出
させる亜臨界水排水流出管69に設けた流量調節弁71
の弁開度を調節することにより、第2気液分離器55の
液面を制御する。第2気液分離器55から亜臨界水排水
流出管69を通って流出する亜臨界水排水は、無機塩分
離装置61を通って無機塩分離処理された後、系外に送
水される。但し、亜臨界水排水の無機塩の濃度が低いと
きには、必ずしも、無機塩分離処理を施す必要はない。
無機塩分離装置61は、液体中の無機塩を分離する装置
であって、例えばイオン交換樹脂装置である。
【0034】更に、反応装置10は、図1に示すよう
に、第1反応器出口管23にアルカリ水溶液を注入する
設備を備えている。アルカリ水溶液の注入設備は、アル
カリ水溶液タンク72と、アルカリ水溶液ポンプ74
と、第1反応器出口管23に接続されたアルカリ水溶液
注入管76とを備え、アルカリ水溶液ポンプ74によっ
てアルカリ水溶液タンク72からアルカリ水溶液をポン
ピングしてアルカリ水溶液注入管76を介して第1反応
器出口管23に注入する。
に、第1反応器出口管23にアルカリ水溶液を注入する
設備を備えている。アルカリ水溶液の注入設備は、アル
カリ水溶液タンク72と、アルカリ水溶液ポンプ74
と、第1反応器出口管23に接続されたアルカリ水溶液
注入管76とを備え、アルカリ水溶液ポンプ74によっ
てアルカリ水溶液タンク72からアルカリ水溶液をポン
ピングしてアルカリ水溶液注入管76を介して第1反応
器出口管23に注入する。
【0035】次に、図1を参照して、本実施形態例のバ
ッチ式超臨界水反応装置10を運転する方法を説明す
る。先ず、第1反応器12を開放して、バッチ運転1回
分の処理対象物を内筒22内の支持板21上に載せ、第
1反応器12を閉止する。なお、処理対象物がスラリ状
の流体である場合には、第1反応器12を開放しない
で、そのまま、送水管32等を介して充填することもで
きる。次いで、送水ポンプ28を起動して水タンク26
から水を送水管32を介して加熱炉30に送り、加熱し
て第1反応器12に供給する。第1反応器12から流出
した水は、第2反応器14及び第1冷却器52を通って
第1気液分離器54に入る。次いで、第1気液分離器5
4から抜き出した水を、液体流出管68から水タンク2
6に戻す循環手段(図示せず)によって、送水ポンプ2
8からの水と合流させ、加熱炉30で加熱して反応器1
2に入れ、徐々に循環を開始する。循環の水量が増加す
るにつれて、送水ポンプ28による送水量を減少させ、
最終的には、ガス放出管60からガスと共に系外に流出
する水の量だけ、送水ポンプ28により補充することに
なる。次いで、第2反応器14の亜臨界水域25に第2
送水管33から水を導入し、亜臨界水排水管47から排
出する。
ッチ式超臨界水反応装置10を運転する方法を説明す
る。先ず、第1反応器12を開放して、バッチ運転1回
分の処理対象物を内筒22内の支持板21上に載せ、第
1反応器12を閉止する。なお、処理対象物がスラリ状
の流体である場合には、第1反応器12を開放しない
で、そのまま、送水管32等を介して充填することもで
きる。次いで、送水ポンプ28を起動して水タンク26
から水を送水管32を介して加熱炉30に送り、加熱し
て第1反応器12に供給する。第1反応器12から流出
した水は、第2反応器14及び第1冷却器52を通って
第1気液分離器54に入る。次いで、第1気液分離器5
4から抜き出した水を、液体流出管68から水タンク2
6に戻す循環手段(図示せず)によって、送水ポンプ2
8からの水と合流させ、加熱炉30で加熱して反応器1
2に入れ、徐々に循環を開始する。循環の水量が増加す
るにつれて、送水ポンプ28による送水量を減少させ、
最終的には、ガス放出管60からガスと共に系外に流出
する水の量だけ、送水ポンプ28により補充することに
なる。次いで、第2反応器14の亜臨界水域25に第2
送水管33から水を導入し、亜臨界水排水管47から排
出する。
【0036】第1温度計42で測定した温度が370℃
に到達した時点で、空気圧縮機18を起動して、第1空
気供給管34び送水管32を経由して空気を第1反応器
12に、第2空気供給管36び第1反応器出口管23を
経由して空気を第2反応器14に、それぞれ、送入す
る。なお、システム圧力を一定にするために、スタート
アップ時から空気圧縮機18を運転するようにしても良
い。また第1反応器、第2反応器ともに外部に設定した
電気炉等の加熱手段により、所定の温度まで昇温するこ
ともできる。この場合、外部加熱手段として電気炉の
他、熱媒加熱等も用いることができる。次いで、第1温
度制御装置38を動作させて、第1温度計42で測定し
た温度が所定温度になるように、第1流量調節弁44の
弁開度を調整して、第1反応器12に送入する空気量を
調節する。
に到達した時点で、空気圧縮機18を起動して、第1空
気供給管34び送水管32を経由して空気を第1反応器
12に、第2空気供給管36び第1反応器出口管23を
経由して空気を第2反応器14に、それぞれ、送入す
る。なお、システム圧力を一定にするために、スタート
アップ時から空気圧縮機18を運転するようにしても良
い。また第1反応器、第2反応器ともに外部に設定した
電気炉等の加熱手段により、所定の温度まで昇温するこ
ともできる。この場合、外部加熱手段として電気炉の
他、熱媒加熱等も用いることができる。次いで、第1温
度制御装置38を動作させて、第1温度計42で測定し
た温度が所定温度になるように、第1流量調節弁44の
弁開度を調整して、第1反応器12に送入する空気量を
調節する。
【0037】第1反応器12内の条件が超臨界水反応の
条件に到達すると、超臨界水反応が開始され、徐々に進
行する。第1反応器12から流出する第1反応生成物流
体中には、未分解物が残留するので、第1反応生成物流
体に対して第2反応器14で更に超臨界水処理を施す。
超臨界水反応の進行と共に第2反応器出口管46から流
出する流体は、ガス成分、例えばCO2 ガスを同伴する
ようになり、第1冷却器52で冷却された後、第1気液
分離器54で分離され、圧力制御装置56の制御下で、
ガス放出管60に介して放出される。
条件に到達すると、超臨界水反応が開始され、徐々に進
行する。第1反応器12から流出する第1反応生成物流
体中には、未分解物が残留するので、第1反応生成物流
体に対して第2反応器14で更に超臨界水処理を施す。
超臨界水反応の進行と共に第2反応器出口管46から流
出する流体は、ガス成分、例えばCO2 ガスを同伴する
ようになり、第1冷却器52で冷却された後、第1気液
分離器54で分離され、圧力制御装置56の制御下で、
ガス放出管60に介して放出される。
【0038】第1反応生成物流体中の未分解物を完全に
超臨界水処理して、COガス濃度計でCOガス濃度が一
定の低い値で持続されるように、第2反応器14内の温
度を調整する。第1反応器出口管23に設けたCOガス
濃度が検出されないようになると、第1反応器12内の
超臨界水反応が終点に達したと判断できる。あるいは、
別途、小型基礎試験器により予め反応試験を行い、その
結果から反応終結時間を予測することもできる。なお、
ガス放出管60に設けたCO濃度計67により、放出ガ
ス中にCOガスがないことを確認することが好ましい。
超臨界水反応が終点に達した時点で、バッチ式超臨界水
反応装置10全体の圧力を降圧し、次いで第1反応器1
2を開放する。
超臨界水処理して、COガス濃度計でCOガス濃度が一
定の低い値で持続されるように、第2反応器14内の温
度を調整する。第1反応器出口管23に設けたCOガス
濃度が検出されないようになると、第1反応器12内の
超臨界水反応が終点に達したと判断できる。あるいは、
別途、小型基礎試験器により予め反応試験を行い、その
結果から反応終結時間を予測することもできる。なお、
ガス放出管60に設けたCO濃度計67により、放出ガ
ス中にCOガスがないことを確認することが好ましい。
超臨界水反応が終点に達した時点で、バッチ式超臨界水
反応装置10全体の圧力を降圧し、次いで第1反応器1
2を開放する。
【0039】実施形態例2 本実施形態例は、本発明に係るバッチ式超臨界水反応装
置の実施形態の別の例であって、図3は本実施形態例の
バッチ式超臨界水反応装置の構成を示すフローシートで
ある。本実施形態例のバッチ式超臨界水反応装置80
(以下、反応装置80と言う)は、実施形態例1と同様
に、粉砕し難い有機性固形物を超臨界水反応によりバッ
チ処理する装置である。反応装置80は、図3に示すよ
うに、第2反応器出口管46にブースタポンプ82を備
え、第2反応器14の超臨界水域24から流出した第2
反応生成物流体の一部を戻し管84を介して第1反応器
12に戻すことを除いて、実施形態例1の構成と同じ構
成を備えている。
置の実施形態の別の例であって、図3は本実施形態例の
バッチ式超臨界水反応装置の構成を示すフローシートで
ある。本実施形態例のバッチ式超臨界水反応装置80
(以下、反応装置80と言う)は、実施形態例1と同様
に、粉砕し難い有機性固形物を超臨界水反応によりバッ
チ処理する装置である。反応装置80は、図3に示すよ
うに、第2反応器出口管46にブースタポンプ82を備
え、第2反応器14の超臨界水域24から流出した第2
反応生成物流体の一部を戻し管84を介して第1反応器
12に戻すことを除いて、実施形態例1の構成と同じ構
成を備えている。
【0040】本実施形態例の反応装置80の運転は、ブ
ースタポンプ32によって第2反応生成物流体の一部を
第1反応器12に戻すことを除いて、実施形態例1の反
応装置10と同様である。これにより、送水手段16に
よって第1反応器12に送っている超臨界水の流量を低
減できるので、加熱器30による加熱量が減少し、大幅
に熱収支を向上させることができる。
ースタポンプ32によって第2反応生成物流体の一部を
第1反応器12に戻すことを除いて、実施形態例1の反
応装置10と同様である。これにより、送水手段16に
よって第1反応器12に送っている超臨界水の流量を低
減できるので、加熱器30による加熱量が減少し、大幅
に熱収支を向上させることができる。
【0041】
【発明の効果】本発明によれば、超臨界水処理を施すバ
ッチ式反応器と、バッチ式反応器の下流に2ゾーン方式
の連続式反応器とを備えることにより、処理対象物をバ
ッチ式反応器によって前処理的に超臨界水処理し、次い
で連続式反応器によって未分解物が残らないように完全
に超臨界水処理することができる。また、第1反応生成
物流体の温度測定値に基づいて、温度制御装置により第
1反応器への酸化剤の送入流量を調整して、流体の温度
が目標温度になるように、第1反応器内の温度を制御す
ることにより、運転が容易で安全なバッチ式超臨界水反
応装置を実現している。また、本発明では、第2反応器
が2ゾーン式反応器になっているので、第1反応生成物
流体が酸性のときには、アルカリ剤を注入して中和さ
せ、中和反応により生じた、超臨界水に不溶な塩類を亜
臨界水域に収集して、亜臨界水排水中に溶解して排出す
ることができる。第1反応生成物流体の酸性を中和でき
るので、第2反応器の腐食性を抑制し、比較的耐食性の
低い経済的な材料で第2反応器を含む下流の機器を作製
することができる。
ッチ式反応器と、バッチ式反応器の下流に2ゾーン方式
の連続式反応器とを備えることにより、処理対象物をバ
ッチ式反応器によって前処理的に超臨界水処理し、次い
で連続式反応器によって未分解物が残らないように完全
に超臨界水処理することができる。また、第1反応生成
物流体の温度測定値に基づいて、温度制御装置により第
1反応器への酸化剤の送入流量を調整して、流体の温度
が目標温度になるように、第1反応器内の温度を制御す
ることにより、運転が容易で安全なバッチ式超臨界水反
応装置を実現している。また、本発明では、第2反応器
が2ゾーン式反応器になっているので、第1反応生成物
流体が酸性のときには、アルカリ剤を注入して中和さ
せ、中和反応により生じた、超臨界水に不溶な塩類を亜
臨界水域に収集して、亜臨界水排水中に溶解して排出す
ることができる。第1反応生成物流体の酸性を中和でき
るので、第2反応器の腐食性を抑制し、比較的耐食性の
低い経済的な材料で第2反応器を含む下流の機器を作製
することができる。
【図1】実施形態例1のバッチ式超臨界水反応装置の反
応器周りの構成を示すフローシートである。
応器周りの構成を示すフローシートである。
【図2】実施形態例1のバッチ式超臨界水反応装置の第
2反応生成物流体流出系及び亜臨界水排水流出系の構成
を示すフローシートである。
2反応生成物流体流出系及び亜臨界水排水流出系の構成
を示すフローシートである。
【図3】実施形態例2のバッチ式超臨界水反応装置の反
応器周りの構成を示すフローシートである。
応器周りの構成を示すフローシートである。
【図4】従来の超臨界水反応装置の構成を示すフローシ
ートである。
ートである。
10 実施形態例1のバッチ式超臨界水反応装置 12 第1反応器 14 第2反応器 16 送水手段 18 空気圧縮機 20 反応生成物流出系統 22 目板状の支持板 23 第1反応器出口管 24 超臨界水域 25 亜臨界水域 26 水タンク 28 送水ポンプ 30 加熱炉 32 第1送水管 33 第2送水管 34 第1空気供給管 36 第2空気供給管 38 第1温度制御装置 40 第2温度制御装置 42 第1温度計 44 第1流量調節弁 46 第2反応器出口管 47 亜臨界水排水管 48 第2温度計 50 第2流量調節弁 52 第1冷却器 53 第2冷却器 54 第1気液分離器 55 第2気液分離器 56 圧力制御装置 58 第1液面制御装置 59 第2液面制御装置 60 ガス放出管 61 無機塩分離装置 62 圧力計 63 第2ガス放出管 64 圧力調節弁 66、67 CO濃度計 68 液体流出管 69 亜臨界水排水流出管 70 流量調節弁 72 アルカリ水溶液タンク 74 アルカリ水溶液ポンプ 76 アルカリ水溶液注入管 80 実施形態例2のバッチ式超臨界水反応装置 82 ブースタ・ポンプ 84 戻し管 90 従来の連続式超臨界水反応装置 91 耐圧密閉型反応器 92 予熱器 93 熱交換器 94 冷却器 95 反応生成物ライン 96 圧力計 97 圧力制御弁 98 圧力制御装置 99 気液分離器 100 固液分離器 101 熱媒配管 102 被処理液ライン 103 空気ライン 104 下水汚泥ポンプ 105 空気圧縮機
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4D004 AA02 AB06 AB07 AC04 CA22 CA36 CA39 CB04 CC02 DA01 DA02 DA06 4D050 AA13 AA15 AB19 BB01 BC01 BC02 BC10 BD02 BD06 BD08 CA01 CA08 CA13 4D059 AA03 BC01 DA01 DA47 EA08 EA20 EB08 EB11 EB20 4G075 AA15 AA35 AA37 BA05 BA06 BD13 CA02 CA65 CA66 DA01 DA11 EA06 EB01
Claims (3)
- 【請求項1】 開閉自在であって、処理対象物を収容
し、バッチ式の超臨界水処理を施す第1反応器と、 第1反応器に超臨界水を送水する送水手段と、 第1反応器に酸化剤を送入する第1酸化剤送入手段と、 下部に亜臨界水域を、上部に超臨界水域を、それぞれ、
有する連続式のベッセル型反応器であって、第1反応器
から流出した、未分解物を含む第1反応生成物流体を超
臨界水域に流入させ、更に超臨界水処理を施して超臨界
水域から第2反応生成物流体を流出させ、かつ、亜臨界
水域に水を流入させると共に亜臨界水域から亜臨界水排
水を流出させる第2反応器と、 第2反応器に酸化剤を送入する第2酸化剤送入手段と第
2反応器にアルカリ剤を注入するアルカリ注入手段とを
備えていることを特徴とするバッチ式超臨界水反応装
置。 - 【請求項2】 第1反応生成物流体の温度を測定する第
1温度計と、 第1温度計による温度測定値に基づいて、第1酸化剤送
入手段の酸化剤の送入流量を調整して、第1反応生成物
流体の温度が目標温度になるように制御する第1温度制
御装置と、 第2反応器から流出した第2反応生成物流体の温度を測
定する第2温度計と、 第2温度計による温度測定値に基づいて、第2酸化剤送
入手段の酸化剤の送入流量を調整して、第2反応生成物
流体の温度が目標温度になるように制御する第2温度制
御装置とを備えていることを特徴とする請求項1に記載
のバッチ式超臨界水反応装置。 - 【請求項3】 第1反応生成物流体の一部を第1反応器
に戻す手段と、 第1反応生成物流体の残部を冷却し、気液分離し、次い
で得た水を昇圧加熱して超臨界水の一部として第1反応
器に送水する手段とを備えていることを特徴とする請求
項1又は2に記載のバッチ式超臨界水反応装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP30527799A JP2001120987A (ja) | 1999-10-27 | 1999-10-27 | バッチ式超臨界水反応装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP30527799A JP2001120987A (ja) | 1999-10-27 | 1999-10-27 | バッチ式超臨界水反応装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001120987A true JP2001120987A (ja) | 2001-05-08 |
Family
ID=17943170
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP30527799A Pending JP2001120987A (ja) | 1999-10-27 | 1999-10-27 | バッチ式超臨界水反応装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2001120987A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007090289A (ja) * | 2005-09-30 | 2007-04-12 | Onomori:Kk | 食品廃棄物からの有効成分抽出方法及び廃棄物減量方法、並びに有効成分抽出装置及び廃棄物減量装置 |
JP2011230059A (ja) * | 2010-04-28 | 2011-11-17 | Fujimura Invent Inc | 水蒸気の水成分と熱を利用した被処理物の水熱処理方法と酸化型亜臨界処理装置 |
CN112142577A (zh) * | 2020-09-23 | 2020-12-29 | 浙江工业大学 | 一种无金属催化氧化***、氧气氧化方法以及应用于苯甲酸衍生物的生产方法 |
JP7063511B1 (ja) | 2021-10-25 | 2022-05-09 | サステイナブルエネルギー開発株式会社 | 半炭化装置、亜臨界水処理ユニットおよび半炭化物の製造方法 |
-
1999
- 1999-10-27 JP JP30527799A patent/JP2001120987A/ja active Pending
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007090289A (ja) * | 2005-09-30 | 2007-04-12 | Onomori:Kk | 食品廃棄物からの有効成分抽出方法及び廃棄物減量方法、並びに有効成分抽出装置及び廃棄物減量装置 |
JP2011230059A (ja) * | 2010-04-28 | 2011-11-17 | Fujimura Invent Inc | 水蒸気の水成分と熱を利用した被処理物の水熱処理方法と酸化型亜臨界処理装置 |
CN112142577A (zh) * | 2020-09-23 | 2020-12-29 | 浙江工业大学 | 一种无金属催化氧化***、氧气氧化方法以及应用于苯甲酸衍生物的生产方法 |
JP6893627B1 (ja) * | 2020-09-23 | 2021-06-23 | 浙江工▲業▼大学 | 無金属触媒酸化システム、触媒酸化方法、および安息香酸誘導体の生成方法 |
JP2022052682A (ja) * | 2020-09-23 | 2022-04-04 | 浙江工▲業▼大学 | 無金属触媒酸化システム、触媒酸化方法、および安息香酸誘導体の生成方法 |
CN112142577B (zh) * | 2020-09-23 | 2022-04-29 | 浙江工业大学 | 一种无金属催化氧化***、氧气氧化方法以及应用于苯甲酸衍生物的生产方法 |
JP7063511B1 (ja) | 2021-10-25 | 2022-05-09 | サステイナブルエネルギー開発株式会社 | 半炭化装置、亜臨界水処理ユニットおよび半炭化物の製造方法 |
JP2023063733A (ja) * | 2021-10-25 | 2023-05-10 | サステイナブルエネルギー開発株式会社 | 半炭化装置、亜臨界水処理ユニットおよび半炭化物の製造方法 |
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