JP2001120987A

JP2001120987A - バッチ式超臨界水反応装置

Info

Publication number: JP2001120987A
Application number: JP30527799A
Authority: JP
Inventors: Akira Suzuki; 明鈴木
Original assignee: Organo Corp; Japan Organo Co Ltd
Current assignee: Organo Corp
Priority date: 1999-10-27
Filing date: 1999-10-27
Publication date: 2001-05-08

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。

Description

【発明の詳細な説明】

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【図面の簡単な説明】

【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。

【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。

【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。

【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。

【符号の説明】

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、６７ＣＯ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

【特許請求の範囲】

【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。