JP2003340263A - 水熱反応方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 短時間で、かつ排水の発生量を最小限に抑え
て水熱反応を開始することができる水熱反応方法および
装置を提供する。 【解決手段】 三方バルブＶ８のバルブを調節し、灯油
２６を可燃物循環路２５を通して循環させ、反応器２の
圧力より高い圧力に加圧する。水も同様にして加圧す
る。これと並行し、高温高圧流体生成装置３に燃料導入
路１３から灯油および空気を導入して燃焼させ、生成さ
せた高温高圧流体を反応器２に供給して反応器２を予熱
する。次に三方バルブＶ８、Ｖ５のバルブを調節し、前
記加圧した灯油２６および水２７を供給装置１１に送
り、供給装置１１から反応器２に供給し、灯油２６の水
熱反応を行い、この反応熱により反応器２をさらに予熱
する。反応器２が所定の温度に達したのち、加圧した被
処理物２８の供給を開始し、水の超臨界または亜臨界状
態で水熱反応を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は廃棄物の分解、エネ
ルギー生成または化学物質の製造などに利用される水熱
反応を水の超臨界または亜臨界状態で行う水熱反応方法
および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】被処理物を処理して酸化分解や加水分解
を行うことにより、廃棄物を処理したり、エネルギーを
生成したり、化学物質を製造したりする水熱反応処理は
３０年以上にわたって研究され、利用されている。特
に、近年、水の超臨界または亜臨界状態で、被処理物と
酸化剤を含んだ水とを反応器で反応させることにより、
燃焼を含む酸化反応（以下、単に反応という場合があ
る）を生じさせ、被処理物中の有機物を短時間でほぼ完
全に分解する水熱酸化反応処理が注目されている。

【０００３】このような水熱反応を行う場合、水熱反応
を開始する際、すなわち水熱反応装置を起動する際、通
常反応器は所定の温度になるように加熱され、その後被
処理物が導入されて水熱反応が行われる。例えば特開平
１０−１５６１７５号では、定常反応時と同じ反応圧力
で昇温操作を行い、水熱反応に必要な温度になってから
被処理物を供給している。この際、昇温のための媒体と
しては超臨界水を用い、これを反応器に供給している。

【０００４】しかし上記従来の方法では水を外側から加
熱する間接加熱となるため、熱交換効率が悪く、流体を
目的とする温度まで加熱するのに時間がかかり、装置の
起動に時間がかかる。また、コスト高になるとともに、
加熱に使用した多量の排水が起動時に発生するという問
題点がある。

【０００５】また特開平１１−２４４６８５号には、高
温高圧流体生成装置で発生させた高温高圧流体で反応器
を予熱した後、水熱反応を実施する方法が記載されてい
る。この方法では高い熱効率で高温高圧流体を生成させ
ることができるが、肉厚の水熱反応器を定常反応温度
（５５０〜７００℃）に加熱するにはやはり時間がかか
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、短時
間で、かつ排水の発生量を最小限に抑えて水熱反応を開
始することができる水熱反応方法および装置を提供する
ことである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は次の水熱反応方
法および装置である。 （１） 被処理物の水熱反応を行う前に、予め反応器を
加熱する予熱工程と、被処理物を反応器に供給し、水お
よび酸化剤の存在下に、水の超臨界または亜臨界状態で
水熱反応を行う水熱反応工程とを含む水熱反応方法であ
って、前記予熱工程は、高温高圧流体を流体供給路から
反応器に供給して加熱する第一予熱工程と、可燃性有機
物を可燃物供給路中で加圧し、第一予熱工程の反応器の
圧力とほぼ同じか、高い圧力まで加圧する可燃物加圧工
程と、水を水供給路中で加圧し、第一予熱工程の反応器
の圧力とほぼ同じか、高い圧力まで加圧する水加圧工程
と、可燃物加圧工程で加圧した可燃性有機物および水加
圧工程で加圧した水を、可燃物供給路および水供給路か
ら反応器に供給し、酸化剤の存在下に水熱反応させて反
応器を定常状態時の反応温度まで加熱する第二予熱工程
とを含む水熱反応方法。 （２） 第二予熱工程の水熱反応が安定して進行するよ
うになった後、高温高圧流体の供給を中止して第一予熱
工程を終了する上記（１）記載の水熱反応方法。 （３） 被処理物、水および酸化剤を導入し、水の超臨
界または亜臨界状態で水熱反応を行う反応器と、高温高
圧流体を生成する高温高圧流体生成装置と、高温高圧流
体を反応器に供給する流体供給路と、可燃性有機物を貯
留する可燃物槽と、可燃物槽から可燃性有機物を反応器
に供給する可燃物供給路と、可燃物供給路に設けられた
高圧ポンプと、可燃物供給路に設けられた三方バルブ
と、三方バルブから可燃性有機物を可燃物槽に循環する
可燃物循環路と、可燃物循環路に設けられた圧力調整バ
ルブと、水を貯留する水槽と、水槽から水を反応器に供
給する水供給路と、水供給路に設けられた高圧ポンプ
と、水供給路に設けられた三方バルブと、三方バルブか
ら水を水槽に循環する水循環路と、水循環路に設けられ
た圧力調整バルブとを含む水熱反応装置。

【０００８】本発明の予熱工程は、第一予熱工程、可燃
物加圧工程、水加圧工程および第二予熱工程を含む。第
一予熱工程では、高温高圧の流体を流体供給路から反応
器に供給して加熱する。この時使用する高温高圧流体
は、例えば耐圧容器、燃料導入路、酸化剤導入路、高温
流体排出部を有する高温高圧流体生成装置に、可燃性流
体および酸化剤を導入して燃焼させることにより生成さ
せることができる。上記高温高圧流体生成装置に酸化剤
を高圧で供給すると、その結果高圧下に高温流体が高温
流体排出部から排出されるので、この高温高圧流体を反
応器に供給する。上記可燃性流体としては、重油、軽
油、灯油、ガソリン、天然ガス、ＬＰＧなどがあげられ
る。上記酸化剤としては空気が好ましいが、酸素、過酸
化水素、オゾン、その他酸化性物質などを使用すること
もできる。高温高圧流体生成装置の具体的なものとして
は、特開平１１−２４４６８５号などに記載されている
ような高温高圧流体生成装置が例示される。

【０００９】第一予熱工程では、第二予熱工程で可燃性
有機物が水熱反応を起こすことができる最低限の温度ま
で加熱するのが好ましい。この温度は使用する可燃性有
機物の種類や性状によって異なるが、例えば可燃性有機
物として灯油を使用する場合であれば３５０℃以上であ
る。

【００１０】続いて第二予熱工程において、可燃性有機
物および水を可燃物供給路および水供給路から反応器に
供給し、水熱酸化反応を生じさせ、その反応熱により反
応器を加熱するが、この時供給する可燃性有機物および
水は、可燃物加圧工程および水加圧工程において、第一
予熱反応工程の反応器の圧力とほぼ同じか、高い圧力、
好ましくは０．１〜０．５ＭＰａ高い圧力に加圧した
後、反応器への供給を開始する。

【００１１】可燃物加圧工程では、可燃性有機物を可燃
物供給路中で加圧し、第一予熱工程の反応器の圧力とほ
ぼ同じか、高い圧力まで加圧する。水加圧工程では、水
を水供給路中で加圧し、第一予熱工程の反応器の圧力と
ほぼ同じか、高い圧力まで加圧する。

【００１２】上記可燃性有機物としては、発火性が高
く、かつ安全性が高く低コストのものが好ましく、これ
らの点を考慮すると、灯油等の炭化水素類；イソプロピ
ルアルコール等のアルコール類などが好ましい。上記炭
化水素類やアルコール類は比較的安全であり、万が一未
分解の物質が排出されても環境への影響を最小限に抑え
ることができる。第二予熱工程の反応温度は定常状態時
の温度に上昇するまでの温度、換言すれば定常状態時の
温度より低い温度で水熱酸化反応が行われるため、安全
性の高い有機物を使用するのが好ましい。ここで、定常
状態とは、被処理物の供給量、酸化剤の供給量、反応温
度および反応圧力がほぼ一定で、安定した反応状態を維
持して処理を継続している状態を意味する。可燃性有機
物としては発火性のより高い有機物を使用するのが好ま
しく、この場合第二予熱工程において水熱反応をより確
実に、かつより安定して行うことができる。

【００１３】可燃物加圧工程および水加圧工程における
具体的な加圧方法としては、次の方法があげられる。例
えば、可燃物供給路に三方バルブを設けるとともに、三
方バルブから可燃物槽に可燃性有機物を戻す可燃物循環
路を設け、可燃性有機物が可燃物槽、可燃物供給路、高
圧ポンプ、三方バルブ、可燃物循環路、可燃物槽の順路
で循環する循環系路を構成し、この循環系路に高圧ポン
プで可燃性有機物を循環させる。循環させる可燃性有機
物の圧力は、可燃物循環路に圧力調整バルブを設けるこ
とにより調整することができる。このようにして可燃性
有機物を加圧し、第一予熱工程の反応器の圧力とほぼ同
じか、高い圧力まで加圧した後、可燃性有機物を反応器
に供給するように三方バルブを切り替え、可燃性有機物
の反応器への供給を開始する。水を供給する場合も、上
記可燃性有機物と同じ方法で供給を開始することがで
き、水供給路に三方バルブを設けるとともに、三方バル
ブから水槽に水を戻す水循環路を設け、水が水槽、可燃
物供給路、高圧ポンプ、三方バルブ、水循環路、水槽の
順路で循環する循環系路を構成し、この循環系路に高圧
ポンプで水を循環させる。循環させる水の圧力は、水循
環路に圧力調整バルブを設けることにより調整すること
ができる。このようにして水を加圧し、第一予熱工程の
反応器の圧力とほぼ同じか、高い圧力まで加圧した後、
水を反応器に供給するように三方バルブを切り替え、水
の反応器への供給を開始する。

【００１４】このようにして可燃性有機物および水を加
圧した後、これらを反応器に供給し、酸化剤の存在下に
水熱反応を行い、第二予熱工程を行う。酸化剤としては
空気、酸素、液体酸素等を用いることができる。酸化剤
は、被反応物と混合されて供給されてもよいし、加圧し
て単独で供給してもよい。酸化剤としては、第一予熱工
程で使用した高温高圧流体生成装置から、高温高圧流体
の生成に酸化剤として使用した高圧空気を供給するのが
好ましい。第二予熱工程では、反応器を定常反応温度ま
で、例えば５５０〜７００℃まで加熱するのが好まし
い。

【００１５】第二予熱工程では可燃性有機物および水を
加圧した後、これらを反応器に供給するので、反応器の
圧力に負けることなく所定流量で可燃性有機物および水
の供給を開始することができ、供給開始時に生じ易い流
量不足、流量変動、供給タイミングのずれなどを防止
し、これにより反応器の温度低下や急激な温度上昇など
の不具合を防止することができる。なお、加圧しないで
供給ラインの圧力が低い状態のままで高圧ポンプを起動
して反応器への供給を開始した場合、供給開始時に吐出
圧が負けて所定流量が流れない場合あり、可燃性有機物
および水の供給タイミングが合わず、反応器を冷やして
しまったり、一気に温度が上がり過ぎるなどの不具合を
生じることがある。

【００１６】なお、可燃性有機物および水を加圧した状
態で同時に供給を開始しても反応器に到達するまでの時
間に差が生じ、供給のタイミングがずれてしまう場合が
ある。このタイミングのずれを防止するため、供給路に
設けた三方バルブから反応器までの到達速度がほぼ同じ
になるようにする必要があるが、これは流量と配管内の
体積から計算することができ、また何らかの理由で同じ
にすることができない場合は、それを考慮して三方バル
ブを切り替えるタイミングを制御すれば問題を回避する
ことができる。

【００１７】反応器に可燃性有機物および水を供給し、
反応器内で水熱反応が開始されれば、第一予熱工程で供
給した高温高圧流体の供給を中止しても水熱反応は進行
する。ただし、水熱反応開始直後は反応がまだ不安定で
ある場合があり、このため可燃性有機物および水の供給
開始と同時に高温高圧流体の供給を停止すると水熱反応
が不安定になる可能性があるので、水熱反応が安定して
進行するようになった後、高温高圧流体の供給を中止し
て第一予熱工程を終了するのが好ましい。例えば、可燃
性有機物および水の供給後も、５分間程度は高温高圧流
体の供給を継続した後、高温高圧流体の供給を終了す
る。高温高圧流体の供給の停止は、高温高圧流体生成装
置への可燃性流体の導入を停止することにより行うこと
ができるが、高圧空気の導入は継続して行い、この高圧
空気を第二予熱工程および水熱反応工程の酸化剤として
利用することができる。

【００１８】本発明では上記のような第一予熱工程およ
び第二予熱工程により、燃焼ガスや水熱反応熱を利用し
て反応器を加熱しているので、短時間で安定して予熱す
ることできる。また起動にかかるコストを低減できると
ともに、予熱のための媒体として水を極力使用していな
いので、起動時に発生する排水量を削減することもでき
る。

【００１９】本発明では、上記のような方法により反応
器を予熱した後、水熱反応工程として被処理物の水熱反
応を行う。水熱反応工程では、水熱反応を行う被処理
物、水、酸化物などの被反応物を反応器に供給し、水熱
反応を行う。水熱反応工程では公知の反応器を使用し
て、従来と同じ方法で水熱反応を行うことができる。被
処理物としては、有機物を含む廃液などがあげられ、有
機物の酸化分解を行うことができる。被処理物は可燃物
加圧工程と同じ方法で加圧したのち供給するのが好まし
い。

【００２０】ここで水熱反応とは、超臨界または亜臨界
状態の高温高圧の水および酸化剤の存在下に有機物を酸
化反応により酸化分解する反応である。超臨界状態とは
３７４℃以上、２２ＭＰａ以上の状態である。また亜臨
界状態とは例えば３７４℃以上、２．５ＭＰａ以上２２
ＭＰａ未満あるいは３７４℃未満、２２ＭＰａ以上の状
態、あるいは３７４℃以下、２２ＭＰａ未満であっても
臨界点に近い高温高圧状態をいう。

【００２１】このような水熱反応は有機物が水および酸
化剤と混合した状態で反応器において行われ、これらの
混合物が反応器内部で水熱反応を受ける。酸化剤として
は、空気、酸素、液体酸素、過酸化水素水、硝酸、亜硝
酸、硝酸塩、亜硝酸塩等を用いることができる。酸化剤
は、被反応物と混合されて供給されてもよいし、供給口
を二重管ノズルにして複層流として供給してもよい。ま
た、第一予熱工程で使用した高温高圧流体生成装置か
ら、高温高圧流体の生成に酸化剤として使用した高圧空
気を供給することもできる。

【００２２】水熱反応において被処理物の熱量が不足す
る場合は、補助燃料を反応器に供給して反応を行うこと
ができる。補助燃料としては、灯油、ケロシン、イソプ
ロピルアルコール、メタノール、アセトン等をあげるこ
とができる。補助燃料としては第二予熱工程で使用した
可燃性有機物を使用することもできる。また補助燃料は
純物質である必要はなく、例えば他の有機物、無機物、
水分などを含有する廃溶媒であってもよい。

【００２３】本発明で用いられる反応器は超臨界または
亜臨界状態で水熱反応を行うように、耐熱、耐圧材料に
より、実質的に垂直方向に配置した筒状反応器で形成さ
れる。反応熱だけでは超臨界または亜臨界状態に達しな
い場合には外部加熱手段を設けることができる。反応器
の形状は円筒、だ円筒、多角筒のものを用いることがで
き、下端部はコーン状とすることができる。このような
反応器により超臨界または亜臨界状態で水熱反応を行う
と、有機物は酸化剤により酸化されて最終的に水と二酸
化炭素に分解され、あるいは加水分解により低分子化
し、無機物は固体あるいは溶融状態で分離する。反応生
成物はそのまま、または固形物を分離後、冷却、減圧、
固液分離等の操作により、ガス分、液分、固形分に分離
される。

【００２４】上記の反応器は従来より水熱反応に用いら
れているものをそのまま用いることができるが、特開平
１１−１５６１８６号に示されているように、上部に逆
流を伴う混合反応域、下部に栓状流反応域を形成する実
質的に垂直な反応器に、さらに上部に設けられた供給装
置から被処理物と酸化剤の混合流を下向流で供給して上
部の混合反応域で逆流を伴う混合流を形成して水熱反応
を行い、下部の栓状流反応域で平行な下向栓流を形成し
て追加の水熱反応を行う構造のものが好ましい。

【００２５】反応器の材質は制限されないが、ハステロ
イ、インコネル、ステンレス等の耐食性の材質が好まし
い。反応器には耐腐食性ライナーを設けるのが好まし
い。耐腐食性ライナーは特に限定されず、特開平１１−
１５６１８６号に開示されたような耐腐食性ライナーと
圧力負荷壁との間に間隙が存在するような耐腐食性ライ
ナーを用いることができる。

【００２６】反応器には反応混合物を排出口から排出す
る前に冷却するための冷却手段を設けることができる。
冷却手段は特に限定されないが、反応器内に水を導入し
て冷却し、無機塩を溶解してその排出を促進することが
できる。また、反応器内に酸やアルカリを含む水を導入
して冷却し、アルカリや酸の中和を行うことができる。
反応器内への固体の付着が問題となる場合には、反応器
の内壁に付着した固体を除去するための機械的除去装置
を設けることができる。固体除去のための機械的除去装
置は特に限定されないが、特開平１１−１５６１８６号
で開示された切欠窓部分を含む実質的に円筒状のスクレ
ーパが好適である。また水熱酸化反応の進行に伴って、
反応器内で中和塩が堆積する場合は、反応器内における
塩の堆積防止手段や排出手段を採用することもできる。
具体的な方法としては、反応器下部に水層を設けて塩を
溶解、排出する手段（特許２７２６２９３）や機械的に
塩を掻き取る手段（ＵＳＰ５，１００，５６０、特開平
１０−１５５６６号、特開平１１−２５３７８６号）、
反応器表面から流体を噴出させて付着を防止する手段
（特開平９−２９９９６６号）など、公知の方法を採用
することができる。

【００２７】反応器から排出される反応流体中の固形物
を分離する分離手段を設けることができる。特に、超臨
界状態の反応流体中では無機塩類が溶解せずに固体とし
て含まれているため、不溶化している無機物を分離する
ことにより、処理水の再利用が容易になる。固形物分離
手段は特に限定されず、反応器から反応流体を導入する
流入口および固体を除去した流体を排出する流出口を備
えた容器と、容器内に配設されて前記反応流体に含まれ
ている前記固体を除去し、排出する手段とを備えたもの
が使用できる。また、冷却、減圧の工程で、気液分離や
固液分離の手段を設けることもできる。

【００２８】水熱反応によって有機物が分解され、反応
熱が発生する。反応器上部に逆流を伴う混合反応域を設
けた場合、ここで逆流を伴う混合作用で有機物、酸化剤
および反応器内容物などが十分に混合されるため、流体
の温度が上昇する。これにより供給される有機物は速や
かに水熱反応を開始し、安定した反応が継続されること
になる。反応流体は反応器内を下向きに移動し、栓状流
反応域で継続反応した後、排出口から排出される。反応
器の長さ：直径の比は１：１〜１００：１が好ましい。

【００２９】反応器を出た反応流体はそのまま、または
固体を分離した後、冷却して減圧され気液分離される。
反応器内で冷却して液体が生成している場合は反応器を
出た段階で固体とともに液体を分離し、必要によりさら
に冷却、気液分離および固液分離を行うことができる。
最終的に生成した水、気体、固体は、そのまま、エネル
ギー回収されたり、物質として再利用されたり、そのま
まあるいは追加処理されて廃棄される。

【００３０】

【発明の効果】本発明の水熱反応方法は、高温高圧流体
で反応器を加熱する第一予熱工程と、可燃性有機物を第
一予熱工程の反応器の圧力とほぼ同じか、高い圧力まで
加圧する可燃物加圧工程と、水を第一予熱工程の反応器
の圧力とほぼ同じか、高い圧力まで加圧する水加圧工程
と、可燃物加圧工程および水加圧工程で加圧した可燃性
有機物および水を反応器に供給し、水熱反応させて反応
器を加熱する第二予熱工程とを有しているので、水熱反
応装置の起動を短時間に、安定して行うことができる。
また起動にかかるコストを低減できるとともに、起動時
に発生する排水量を削減することができる。本発明の水
熱反応装置は、上記第一予熱工程で使用する高温高圧流
体を生成する高温高圧流体生成装置と、上記可燃物加圧
工程で可燃性有機物を加圧する手段と、上記水加圧工程
で水を加圧する手段と、上記第二予熱工程で加圧された
可燃性有機物および水を供給する手段とを備えているの
で、水熱反応装置の起動を短時間に、安定して行うこと
ができる。また起動にかかるコストを低減できるととも
に、起動時に発生する排水量を削減することができる。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
により説明する。図１は本発明の水熱反応装置を示す系
統図である。図１において１は水熱反応装置、２は反応
器、３は高温高圧流体生成装置、４は被処理物槽、５は
水槽、６は可燃物槽、７は冷却器、８は気液分離器であ
る。

【００３２】反応器２の上部には供給装置１１が設けら
れ、この供給装置１１に被反応物供給路１２および流体
供給路１５が連絡している。供給装置１１は被反応物供
給路１２から供給される被反応物と、流体供給路１５か
ら供給される高温高圧流体が噴射ノズル（図示は省略）
近傍で混合できるように構成されている。高温高圧流体
生成装置３には燃料導入路１３、空気導入路１４および
流体供給路１５が接続し、この流体供給路１５が供給装
置１１に連絡している。高温高圧流体生成装置３は燃料
導入路１３から導入される燃料を空気導入路１４から導
入される空気により燃焼させて高温高圧流体を生成さ
せ、この高温高圧流体を流体供給路１５から供給装置１
２を経て反応器２に供給するように構成されている。燃
料導入路１３には高圧ポンプ、空気導入路１４にはエア
コンプレッサが設けられているが、図示は省略されてい
る。

【００３３】この高温高圧流体生成装置３の詳細を図２
に縦断面図として示す。４１は円筒状の耐圧容器であ
り、一端は塞がれて燃料供給部４２、他端はコーン状と
なり、先端は開口して高温流体排出部４３を構成してい
る。耐圧容器４１内には同心円状に円筒状の内筒４４が
収容され、内筒４４の一端は燃料供給部４２に取り付け
られ、他端はコーン部付近で開口している。耐圧容器４
１の内周面と内筒４４の外周面とは一定の間隔が保た
れ、断熱空間４５が形成され、内筒４４内部には燃焼空
間４６が形成されている。断熱空間４５および燃焼空間
４６は高温流体排出部４３に連通している。

【００３４】燃料供給部４２には、燃料および酸化剤が
燃焼空間４６に供給できるように、酸化剤導入路１４ａ
が合流した燃料導入路１３が燃料供給部４２に接続し、
燃焼空間４６に連通している。燃料供給部４２の燃焼空
間４６側には、燃料に着火するための着火装置４７が設
けられている。着火装置４７としてはグロープラグなど
が採用できる。また断熱流体導入路１４ａが燃料供給部
４２に接続し、断熱空間４５に連通している。断熱流体
導入路１４ａは円周方向に複数設けられている。

【００３５】図１の被処理物槽４から被反応物供給路１
２に被処理物供給路１６が連絡している。被処理物供給
路１６には高圧ポンプＰ１、三方バルブＶ１および供給
バルブＶ２が設けられている。三方バルブＶ１から被処
理物循環路１７が被処理物槽４に連絡している。被処理
物循環路１７には圧力調整バルブＶ３が設けられてい
る。水槽５から被反応物供給路１２に水供給路２１が連
絡している。水供給路２１には高圧ポンプＰ２および三
方バルブＶ５が設けられている。三方バルブＶ５から水
循環路２２が水槽５に連絡している。水循環路２２には
圧力調整バルブＶ６が設けられている。可燃物槽６から
被反応物供給路１２に可燃物供給路２４が連絡してい
る。可燃物供給路２４には高圧ポンプＰ３および三方バ
ルブＶ８が設けられている。三方バルブＶ８から可燃物
循環路２５が可燃物槽６に連絡している。可燃物循環路
２５には圧力調整バルブＶ９が設けられている。

【００３６】反応器２では上部に設けられた供給装置１
１で高温高圧流体、被処理物、水、灯油などが混合さ
れ、この混合流が反応器２内に下向流で供給するように
構成されている。反応器２には圧力計３０が設けられて
いる。反応器２の下部から反応流体取出路３１が冷却器
７に連絡し、冷却器７から系路３２が気液分離器８に連
絡している。冷却器７には冷却水路３３が接続してい
る。

【００３７】気液分離器８の上部には圧力調整バルブＶ
１１を有するガス排出路３４が接続している。圧力計３
０で検出した圧力を圧力信号として制御装置３５に送
り、さらに制御装置３５から制御信号を圧力調整バルブ
Ｖ１１に送り、反応器２内の圧力を制御するように構成
されている。これにより反応器２に供給する高温高圧流
体の圧力を制御することができる。気液分離器８の下部
には気液分離器８の液面の高さを制御する液面調整バル
ブＶ１２を有する液体排出路３６が接続している。３７
は液面計、３８は制御装置であり、液面計３７で液面の
高さを計測し、その計測信号を制御装置３８に送り、さ
らに制御装置３８から制御信号を液面調整バルブＶ１２
に送り、気液分離器８の液面の高さを制御するように構
成されている。

【００３８】図１の装置で水熱反応を行うには、水熱反
応装置１の運転を開始する際、まず高温高圧流体生成装
置３に燃料導入路１３から灯油を供給するとともに、酸
化剤導入路１４ａから空気を供給し、燃料導入路１３中
で混合して燃焼空間４６に導入し、着火装置４７で着火
して燃焼を開始させる。酸化剤導入路１４ａから供給す
る空気を段階的に昇圧することにより、高温高圧の流体
を高温流体排出部４３から排出できるようになる。燃焼
により生成した高温高圧流体は高温流体排出部４３を通
し、高温高圧流体供給路１５から供給装置１１に送り、
供給装置１１から反応器２に供給して反応器２を加熱
し、第一予熱工程を行う。高温高圧流体を生成する際、
断熱流体導入路１４ｂから高圧空気を断熱空間４５に導
入し、高温流体生成装置３を構成する耐圧容器４１の温
度上昇を防止する。

【００３９】上記第一予熱工程と並行して、可燃物加圧
工程を行う。可燃物加圧工程では、三方バルブＶ８のバ
ルブの調節を、可燃物槽６から反応器２への系路を閉、
可燃物循環路２５への系路を開とした状態で、高圧ポン
プＰ３を駆動し、可燃物槽６の灯油２６を可燃物供給路
２４から三方バルブＶ８、可燃物循環路２５の循環系路
で循環させ、加圧する。この時可燃物循環路２５に設け
た圧力調整バルブＶ９により、第一予熱工程の反応器２
の圧力より高い圧力になるように調整する。

【００４０】また上記第一予熱工程および可燃物加圧工
程と並行して水加圧工程を行う。水加圧工程では、三方
バルブＶ５のバルブの調節を、水槽５から反応器２への
系路を閉、水循環路２２への系路を開とした状態で、高
圧ポンプＰ２を駆動し、水槽５の水２７を水供給路２１
から三方バルブＶ５、水循環路２２の循環系路で循環さ
せ、加圧する。この時水循環路２２に設けた圧力調整バ
ルブＶ６により、第一予熱工程の反応器２の圧力より高
い圧力になるように調整する。

【００４１】上記第一予熱工程で反応器２の温度が水熱
反応を開始することができる温度まで上昇した段階で、
第二予熱工程を開始する。第二予熱工程では、三方バル
ブＶ８のバルブを、可燃物循環路２５への系路を閉、可
燃物槽６から反応器２への系路を開の状態に切り替え、
加圧済みの灯油６を可燃物供給路２４から被反応物供給
路１２を通して供給装置１１へ送り、供給装置１１から
反応器２に供給する。これと同時に、水２７の供給も上
記と同様にして開始する。すなわち三方バルブＶ５のバ
ルブを、水循環路２２への系路を閉、水槽５から反応器
２への系路を開の状態に切り替え、加圧済みの水２７を
水供給路２１から被反応物供給路１２を通して供給装置
１１へ送り、供給装置１１から反応器２に供給する。こ
の段階では高温高圧流体生成装置３からの高温高圧流体
の供給も並行して行い、供給装置１１で高温高圧流体、
灯油２６および水２７を混合し、混合流を下向流で反応
器２に供給する。

【００４２】反応器２内は前記第一予熱工程で加熱され
ているので、灯油２６の水熱反応がスムーズに進行し、
この反応熱により反応器２はさらに加熱される。水熱反
応が安定して進行するようになった段階で、高温高圧流
体生成装置３からの高温高圧流体の供給は停止する。高
温高圧流体の停止は燃料供給路１３からの燃料の供給を
停止することにより行う。燃料供給停止後も、酸化剤供
給路１４ａまたは断熱流体導入路１４ｂからの空気の供
給は継続して行い、この空気を流体供給路１５から反応
器２に供給し、水熱反応に必要な酸化剤として利用す
る。

【００４３】第一予熱工程および第二予熱工程において
上記のようにして反応器２を加熱するとともに、圧力計
３０で圧力を検出し、この圧力信号を制御装置３５に送
り、さらに制御装置３５から制御信号を圧力調整バルブ
Ｖ１１に送り、反応系内の圧力を制御して、反応器２内
の圧力を所定の圧力、例えば定常状態時より低い圧力に
調整する。

【００４４】第一予熱工程および／または第二予熱工程
と並行して、被処理物２８の加圧を灯油２６の加圧と同
じ方法で行う。すなわち、三方バルブＶ１のバルブの調
節を、被処理物槽４から反応器２への系路を閉、被処理
物循環路１７への系路を開とした状態で、高圧ポンプＰ
１を駆動し、被処理物槽４の被処理物２８を被処理物供
給路１６から三方バルブＶ１、被処理物循環路１７の循
環系路で循環させ、加圧する。この時被処理物循環路１
７に設けた圧力調整バルブＶ３により、第二予熱工程の
反応器２の圧力より高い圧力になるように調整する。

【００４５】第二予熱工程で反応器２が定常状態時の反
応温度まで達したのち、被処理物２８の供給を開始し、
水熱反応を行う。すなわち三方バルブＶ１のバルブの調
節を、被処理物循環路１７への系路を閉、被処理物槽４
から反応器２への系路を開の状態に切り替えるととも
に、供給バルブＶ２を開き、加圧済みの被処理物２８を
被処理物供給路１６から被反応物供給路１２を通して供
給装置１１へ送り、供給装置１１から反応器２に供給す
る。供給装置１１では、被処理物２８、灯油２６および
水２７を混合し、混合流を下向流で反応器２に供給し、
水の超臨界または亜臨界状態で水熱反応を行う。この場
合、灯油２６は補助燃料として供給される。なお水熱反
応に必要な酸化剤は第二予熱工程と同じ方法で、流体供
給路１５から供給する。

【００４６】反応器２の反応流体は反応流体取出路３１
から冷却器７に導入して、冷却水路３３から供給する冷
却水で冷却し、系路３２から気液分離器８に導入して気
液分離する。分離した気体は圧力調整バルブＶ１１で減
圧し、ガス排出路３４から処理ガスとして排出する。分
離した液体は液面調整バルブＶ１２を経て減圧・排出
し、液体排出路３６から処理水として排出する。

【００４７】

【実施例】次に本発明の実施例について説明する。

【００４８】実施例１ 図１の水熱反応装置１で水熱反応を行った。供給装置１
１としては流体供給ノズルを用いた。まず高温高圧流体
生成装置３に燃料として灯油を燃料導入路１３から導入
するとともに、酸化剤として空気を導入し、着火装置４
７を使用し、酸化反応を生じさせ、高温高圧空気を生成
させた。この高温高圧空気を反応器２に導入して予熱
し、反応器２内の温度を３５０℃とした。この段階であ
らかじめ反応器２内より１ＭＰａ高い圧力で循環系路を
循環させておいた灯油２６および水２７を、循環系路の
三方バルブＶ５、Ｖ８を切り替え、反応器２内に流体供
給ノズルを経て供給した。その結果、反応器２内で水熱
反応が速やかに開始され、温度が急激に上昇した。

【００４９】この状態で反応器２内の温度が６３０℃に
なった段階で、あらかじ反応器２内より１ＭＰａ高い圧
力で循環させておいた被処理物２８を、循環系路の三方
バルブＶ１を切り替えるとともに、供給バルブＶ２を開
き、流体供給ノズルを経て供給を開始した。水熱反応は
安定した状態で開始され、その後被処理物２８を所定量
供給するとともに、灯油２６および水２７の供給量を調
節することにより水の超臨界または亜臨界状態で水熱反
応を行った。。なお、定常状態時の反応器２の温度は６
３０℃に設定されている。

【００５０】比較例１ 実施例１で可燃物供給路２４での事前加圧を行わない状
態から反応器２内に流体供給ノズルを経て灯油２６およ
び水２７の供給を開始した。その結果、灯油２６の供給
タイミングが遅れ、反応器２内の温度が低下したため、
反応器２内での水熱反応が起こらなかった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態の水熱反応装置を示す系統図
である。

【図２】図１における高温高圧流体生成装置の縦断面図
である。

【符号の説明】

１ 水熱反応装置 ２ 反応器 ３ 高温高圧流体生成装置 ４ 被処理物槽 ５ 水槽 ６ 可燃物槽 ７ 冷却器 ８ 気液分離器 １１ 供給装置 １２ 被反応物供給路 １３ 燃料導入路 １４ 空気導入路 １４ａ 酸化剤導入路 １４ｂ 断熱流体導入路 １５ 流体供給路 １６ 被処理物供給路 １７ 被処理物循環路 ２１ 水供給路 ２２ 水循環路 ２４ 可燃物供給路 ２５ 可燃物循環路 ３０ 圧力計 ３１ 反応流体取出路 ３２ 系路 ３３ 冷却水路 ３４ ガス排出路 ３５、３８ 制御装置 ３６ 液体排出路 ３７ 液面計 ４１ 耐圧容器 ４２ 燃料供給部 ４３ 高温流体排出部 ４４ 内筒 ４５ 断熱空間 ４６ 燃焼空間 ４７ 着火装置

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ０１Ｊ 3/04 Ｂ０１Ｊ 3/04 Ｄ Ｃ０２Ｆ 1/72 Ｃ０２Ｆ 1/72 Ｚ 1/74 １０１ 1/74 １０１ (71)出願人 598124412 ジェネラル アトミックス インコーポレ イテッド アメリカ合衆国 カリフォルニア州 サン ディエゴ ジェネラル アトミックス コ ート 3550 (72)発明者 小布施 洋 東京都新宿区西新宿三丁目４番７号 栗田 工業株式会社内 (72)発明者 ダビッド エー ハズルベック アメリカ合衆国 92020 カリフォルニア 州 エル カジョン ライブ オーク ド ライブ 486 (72)発明者 アデール ジェイ ロバーツ アメリカ合衆国 92082 カリフォルニア 州 ケロウナ レーン バレーセンター 14102 Ｆターム(参考） 4D050 AA12 AB11 BB01 BB08 BB09 BC01 BC02 BD02 BD03 BD06 BD08

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被処理物の水熱反応を行う前に、予め反
   応器を加熱する予熱工程と、 被処理物を反応器に供給し、水および酸化剤の存在下
   に、水の超臨界または亜臨界状態で水熱反応を行う水熱
   反応工程とを含む水熱反応方法であって、 前記予熱工程は、高温高圧流体を流体供給路から反応器
   に供給して加熱する第一予熱工程と、 可燃性有機物を可燃物供給路中で加圧し、第一予熱工程
   の反応器の圧力とほぼ同じか、高い圧力まで加圧する可
   燃物加圧工程と、 水を水供給路中で加圧し、第一予熱工程の反応器の圧力
   とほぼ同じか、高い圧力まで加圧する水加圧工程と、 可燃物加圧工程で加圧した可燃性有機物および水加圧工
   程で加圧した水を、可燃物供給路および水供給路から反
   応器に供給し、酸化剤の存在下に水熱反応させて反応器
   を定常状態時の反応温度まで加熱する第二予熱工程とを
   含む水熱反応方法。
2. 【請求項２】 第二予熱工程の水熱反応が安定して進行
   するようになった後、高温高圧流体の供給を中止して第
   一予熱工程を終了する請求項１記載の水熱反応方法。
3. 【請求項３】 被処理物、水および酸化剤を導入し、水
   の超臨界または亜臨界状態で水熱反応を行う反応器と、 高温高圧流体を生成する高温高圧流体生成装置と、 高温高圧流体を反応器に供給する流体供給路と、 可燃性有機物を貯留する可燃物槽と、 可燃物槽から可燃性有機物を反応器に供給する可燃物供
   給路と、 可燃物供給路に設けられた高圧ポンプと、 可燃物供給路に設けられた三方バルブと、 三方バルブから可燃性有機物を可燃物槽に循環する可燃
   物循環路と、 可燃物循環路に設けられた圧力調整バルブと、 水を貯留する水槽と、 水槽から水を反応器に供給する水供給路と、 水供給路に設けられた高圧ポンプと、 水供給路に設けられた三方バルブと、 三方バルブから水を水槽に循環する水循環路と、 水循環路に設けられた圧力調整バルブとを含む水熱反応
   装置。