JP2004105820A - 水熱反応処理方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】反応容器以降の排出管などの腐食を防止することができるとともに、容易に実施することのできる水熱反応処理方法および装置を提供する。
【解決手段】有機物を含有する被処理液を、反応容器２１内の水の超臨界状態または亜臨界状態で水熱酸化反応させて処理し、排出管３１，３３，３４を介して処理流体を反応容器２１から排出する水熱反応処理装置において、温度が３００℃以上の処理流体に接触する排出管３１，３３および冷却器３２の少なくとも接触部分をチタンまたはチタン合金で構成し、処理流体の温度が３００℃以下になった排出管３４の部分に中和剤を供給する中和剤供給機構（１５，１６）を設ける。
【選択図】　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、廃棄物分解、エネルギー生成または化学物質製造を目的とする水熱酸化反応を行うのに好適な水熱反応処理方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
有機物を含有する被処理物を、酸化分解や加水分解することにより、廃棄物を分解したり、エネルギーを生成したり、または、化学物質を製造する水熱反応処理は、長年に亘って研究され、利用されてきている。
特に、近年、３７４℃以上、２２ＭＰａ（２２０気圧）以上の超臨界状態で、または、例えば３７４℃以上、２．５ＭＰａ（２５気圧）以上２２ＭＰａ未満、あるいは３７４℃未満、２２ＭＰａ以上、あるいは３７４℃未満、２２ＭＰａ未満であっても臨界点に近い高温高圧状態である亜臨界状態で、被処理物と、酸化剤を含んだ水とを反応させることにより、燃焼を含む酸化反応を生じさせ、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】
このようにして被処理物を反応容器内の水の超臨界状態または亜臨界状態で水熱酸化反応させて処理すると、有機物は酸化分解され、二酸化炭素、水などからなる高温高圧の処理流体が得られる。
そして、処理流体は、エネルギー回収されるか、冷却、減圧され、ガス分と液分とに分離される。
【０００４】
上記のようにして被処理物を水熱酸化反応させて処理する場合、被処理物が多量のハロゲンやリン、硫黄などを含有していると、強酸性の処理流体が生成され、この処理流体が排出管などを腐食させる。
そこで、反応容器から排出管に排出された処理流体に中和剤を添加するとともに、その流体を臨界温度以下に冷却させたり（例えば、特許文献１，２参照。）、反応容器から排出管に排出された処理流体に中和剤を添加して４５０℃以下に冷却する（例えば、特許文献３参照。）、などの方法が提案されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−３１４７６９号公報
【特許文献２】
特開平１０−３１４７７０号公報
【特許文献３】
特開２００１−１２１１６６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、処理流体が強酸性の場合、制御系の遅れや中和剤供給機構のトラブルなどによって中和剤の添加量の変動や、処理流体のｐＨ変動に対し、中和後の流体のｐＨが大きく変化するため、中和剤添加後、完全に酸、アルカリが混合して中和するまでの間、短時間ではあるが、局部的に存在する強酸性流体と強アルカリ性流体とに排出管などが晒されることが判った。
【０００７】
したがって、前者の方法では、中和剤を添加した個所以降の、特に、流体の温度が腐食環境の厳しい水の臨界温度近傍となる排出管部分が、短時間でも強酸性流体や強アルカリ性流体に晒されると、激しく腐食することが判った。
【０００８】
そこで、中和剤添加後のｐＨ変動を抑えるため、中和剤に低濃度のアルカリ性溶液を使用し、微妙なｐＨ調整を行うことが考えられる。
しかし、この方法では多量の中和剤が必要となり、さらに流体量が増加することから、中和剤を添加した個所以降の装置の大型化を招き、不経済であるとともに実現性に乏しくなる。
【０００９】
この発明は、上記したような不都合を解消するためになされたもので、反応容器以降の排出管などの腐食を防止することができるとともに、容易に実施することのできる水熱反応処理方法および装置を提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
まず、請求項１にかかる発明は、有機物を含有する被処理物を、反応容器内の水の超臨界状態または亜臨界状態で水熱酸化反応させて処理し、排出管を介して処理流体を反応容器から排出する水熱反応処理方法において、温度が３００℃以上の処理流体に接触する排出管の少なくとも接触部分をチタンまたはチタン合金で構成して強酸性に対する耐食性を持たせ、温度が３００℃以下になった時点で処理流体に中和剤を添加することを特徴とする。
そして、温度が３００℃未満の処理流体に接触する排出管の少なくとも接触部分を、処理流体にハロゲン酸が含まれている場合はチタンまたはチタン合金で構成して強酸性および強アルカリ性に対する耐食性を持たせ、処理流体にハロゲン酸以外の酸が含まれている場合はチタン、チタン合金またはニッケル合金で構成して強酸性および強アルカリ性に対する耐食性を持たせたり、処理流体を３００℃以下に、チタンまたはチタン合金で構成して強酸性に対する耐食性を持たせた冷却器で冷却するのが望ましい。
次に、請求項４にかかる発明は、有機物を含有する被処理液を、反応容器内の水の超臨界状態または亜臨界状態で水熱酸化反応させて処理し、排出管を介して処理流体を反応容器から排出する水熱反応処理装置において、温度が３００℃以上の処理流体に接触する排出管の少なくとも接触部分をチタンまたはチタン合金で構成し、処理流体の温度が３００℃以下になった排出管の部分に中和剤を供給する中和剤供給機構を設けたことを特徴とする。
そして、温度が３００℃未満の処理流体に接触する排出管の少なくとも接触部分を、処理流体にハロゲン酸が含まれている場合はチタンまたはチタン合金で構成し、処理流体にハロゲン酸以外の酸が含まれている場合はチタン、チタン合金またはニッケル合金で構成したり、処理流体を３００℃以下に冷却する、チタンまたはチタン合金で構成した冷却器を有する冷却機構を、排出管に設けるのが望ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態を図に基づいて説明する。
図１はこの発明の第１実施形態である水熱反応処理装置の概略構成を示すブロック図、図２は図１に示した排出管系統の一部を示す部分図である。
【００１２】
図１において、１は後述する反応容器２１内へ被処理物を供給する供給管、２は供給管１に配設された開閉弁、３は開閉弁２よりも上流の供給管１に配設された高圧ポンプを示し、この高圧ポンプ３は、有機物を含有した被処理物、例えば被処理液を、例えば２５ＭＰａ（２５０気圧）以上の高圧で供給管１を介して反応容器２１内へ供給するものである。
４は開閉弁２よりも下流の供給管１内へ反応助剤を供給する供給管、５は供給管４に配設された高圧ポンプを示し、この高圧ポンプ５は、反応助剤としての灯油などの補助燃料を、例えば２５ＭＰａ以上の高圧で供給管４，１を介して反応容器２１内へ供給するものである。
【００１３】
６は高圧ポンプ５よりも下流の供給管４内へ水を供給する供給管、７は供給管６に配設された高圧ポンプを示し、この高圧ポンプ７は、水を、例えば２５ＭＰａ以上の高圧で供給管６，４，１を介して反応容器２１内へ供給するものである。
８はエアーコンプレッサを示し、酸化剤としての空気を、例えば２５ＭＰａ以上の高圧で反応容器２１内へ、供給管９，６，４，１を介して供給するものである。
１０は供給管９に配設された予備加熱器を示し、エアーコンプレッサ８からの空気を所定温度に加熱し、反応容器２１を予熱するために使用する。
【００１４】
１３は後述する冷却器３２内へ冷却水を供給する冷却水供給管、１４は冷却器３２よりも上流の冷却水供給管１３に配設されたポンプを示し、このポンプ１４は、冷却水供給管１３を介して冷却器３２内へ冷却水を供給するものである。
１５は後述する排出管３３と排出管３４との接続部分に中和剤を供給する中和剤供給管、１６は中和剤供給管１５に配設された高圧ポンプを示し、この高圧ポンプ１６は、例えば強アルカリ性の中和剤を、例えば２５ＭＰａ以上の高圧で中和剤供給管１５を介して排出管３４内へ供給するものである。
なお、中和剤供給管１５と、高圧ポンプ１６とにより、中和剤供給機構が構成されている。
【００１５】
２１は円筒状をした縦型の反応容器を示し、例えば２００℃以上、２２ＭＰａ（２２０気圧）以上の高温高圧条件下で強酸性溶液に対して優れた耐食性を示すチタン合金が内側にライニングされ、上蓋の中心に、供給管１から供給される被処理液などを噴出する図示を省略したノズルが配設され、下側に処理流体などを排出する図示を省略した排出口が設けられている。
そして、反応容器２１内には、内側に析出して堆積する塩などを掻き落とす駆動機構によって回転させられる図示を省略したスクレーパ（掻き取り手段）が設けられている。
【００１６】
３１は反応容器２１の排出口に一端が接続された排出管、３２は排出管３１の他端に一端が接続された冷却器を示し、この冷却器３２は、冷却水供給管１３を介して供給される冷却水で、排出管３１から供給される処理流体を冷却するものである。
３３，３４は排出管を示し、排出管３３の一端が冷却器３２の他端に接続され、排出管３３の他端に排出管３４の一端が接続されるとともに、排出管３３と排出管３４との接続部分に中和剤供給管１５が接続されている。
【００１７】
そして、排出管３１，３３および冷却器３２は、処理流体に接触する接触部分にチタン合金がライニングされている。
また、排出管３４は、配管材料にインコネル６２５を用いている。
ただし、処理流体にハロゲンが含まれ、インコネル６２５の局部腐食が懸念される場合は、処理流体に接触する接触部分にチタンまたはチタン合金をライニングしてもよい。
【００１８】
３５は排出管３４の他端に接続された気液分離器を示し、排出管３４から供給される流体を、気体と液体とに分離するものである。
３６は気液分離器３５に一端が接続された気体排出管、３７は気体排出管３６に配設された減圧弁を示し、この減圧弁３７は、気液分離器３５で分離した気体を、例えば大気圧に減圧して放出するためのものである。
３８は気液分離器３５に一端が接続された液体排出管、３９は液体排出管３８に配設された減圧弁を示し、この減圧弁３９は、気液分離器３５で分離した液体を、例えば大気圧に減圧して放出するためのものである。
そして、気液分離器３５〜減圧弁３９の材質に、インコネル６２５が用いられている。
【００１９】
４１は排出管３３に配設された温度センサを示し、排出管３３内を流れる流体の温度を検出するものである。
４２は温度制御部を示し、温度センサ４１が検出した温度に基づき、排出管３３内を流れる流体の温度を３００℃以下の設定温度、例えば２００℃とするようにポンプ１４を制御するものである。
上記した冷却水供給管１３、ポンプ１４、冷却器３２、温度センサ４１および温度制御部４２で、冷却機構が構成されている。
【００２０】
次に、水熱反応処理の一例について説明する。
まず、開閉弁２を閉鎖し、高圧ポンプ５，７、エアーコンプレッサ８、予備加熱器１０、ポンプ１４および温度制御部４２を作動させ、補助燃料などを反応容器２１内へ供給して水熱酸化反応を起こさせ、反応容器２１内を所定の温度に上昇させる起動運転を開始するとともに、冷却器３２を作動させる。
このようにして水熱酸化反応を起こさせると、温度制御部４２は、温度センサ４１の出力に基づき、温度センサ４１が検出する流体の温度が３００℃以下である２００℃となるようにポンプ１４を制御し、冷却器３２を作動させる。
【００２１】
そして、所定時間経過後、反応容器２１内の温度が所定値に上昇し、反応容器２１内が水の超臨界状態になったならば、開閉弁２を開放し、両高圧ポンプ３，１６も作動させ、被処理液を反応容器２１内へ供給し、被処理液を水熱酸化反応させて処理するとともに、処理流体に中和剤を添加する。
このようにして有機物を含有する被処理液を反応容器２１内で水熱酸化反応させると、有機物は水熱酸化反応により、水、二酸化炭素の高温高圧流体と、乾燥またはスラリー状の灰分や塩類等の固体となり、処理流体を生成する。
そして、被処理液が多量のハロゲンやリン、硫黄などを含有していると、処理流体は強酸性となる。
【００２２】
なお、被処理液を処理する運転を継続すると、稼働時間の経過に伴って反応容器２１の内側への塩の付着量が多くなって反応領域が狭くなるので、稼働とともに駆動機構でスクレーパを低速（例えば１ｒｐｍ）で回転させ、回転するスクレーパ本体で反応容器２１の内側に付着した塩を掻き落す。
【００２３】
このようにして生成された、塩類などを含む処理流体は、反応容器２１の排出口から排出管３１，３３，３４を介して気液分離器３５へ供給される途中で冷却器３２によって２００℃に冷却された後、中和剤供給管１５から供給される中和剤によって中和される。
すなわち、強酸性の処理流体を、局部的に強酸性溶液または強アルカリ性溶液が存在しても腐食を起こし難い温度、例えば２００℃まで冷却させた後、この処理流体に強アルカリ性の中和剤を添加し、図２に示す排出管３４の、下流部分３４ｂよりも上流側に位置する上流部分３４ａで完全に中和させる。
【００２４】
そして、処理流体を冷却した冷却器３２の熱は、エネルギー回収される。
また、気液分離器３５へ供給される中和された流体は気体と液体とに分離され、分離された気体は減圧弁３７で減圧された後、気体排出管３６を介して排出され、分離された液体は減圧弁３９で減圧された後、液体排出管３８を介して排出される。
【００２５】
上述したように、この発明の一実施形態によれば、処理流体の温度が３００℃以上の排出管３１，３３の部分に、強酸性に対する耐食性を持たせ、温度が３００℃以下、好ましくは２００℃以下になった時点で処理流体に中和剤を添加するので、強酸性の処理流体によっても反応容器２１以降の排出管３１，３３の腐食を防止することができる。
そして、排出管３１，３３の内側にチタンまたはチタン合金をライニングすることにより、強酸性の処理流体に対する耐食性を持たせることができるので、容易に実施することができる。
【００２６】
また、処理流体の温度が３００℃未満の排出管３４の部分に、強酸性および強アルカリ性に対する耐食性を持たせたので、処理流体が中和するまで局部的に存在する強酸性流体と強アルカリ性流体とに排出管３４が晒されても、流体の温度が低いために腐食が起こり難く、排出管３４の腐食を防止することができる。
さらに、処理流体を３００℃以下、好ましくは２００℃以下に、強酸性に対する耐食性を持たせた冷却器３２で冷却するので、冷却器３２の腐食を防止することができる。
また、冷却機構で処理流体を３００℃以下に冷却するので、確実に処理流体の温度を３００℃に冷却することができる。
【００２７】
なお、中和することによって生成される塩は、流体の温度が３００℃以下になっているので、流体中に溶解し、排出管３４などの内側に付着しなくなる。
【００２８】
図３はこの発明の第２実施形態である水熱反応処理装置の概略構成を示すブロック図であり、図１および図２と同一または相当部分に同一符号を付してその説明を省略する。
【００２９】
図３において、１１は排出管３１内へ弱アルカリ性の中和剤を供給する中和剤供給管、１２は中和剤供給管１１に配設された高圧ポンプを示し、この高圧ポンプ１１は、中和剤を、例えば２５ＭＰａ以上の高圧で中和剤供給管１１を介して反応容器２１の排出口近くの排出管３１内へ供給するものである。
【００３０】
この実施形態における水熱反応処理も、先の実施形態と同様になるので、説明を省略する。
この実施形態は、処理流体のｐＨが、例えば１未満であり、チタンまたはチタン合金さえも腐食させるような場合に適用できる実施形態である。
この実施形態においては、反応容器２１の排出口近くの排出管３１内へ弱アルカリ性の中和剤を供給して処理流体の酸性度を緩和しているので、排出管３１，３３および冷却器３２が腐食するのを防止することができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、処理流体の温度が３００℃以上の排出管の部分に、強酸性に対する耐食性を持たせ、温度が３００℃以下になった時点で処理流体に中和剤を添加するので、強酸性の処理流体によっても反応容器以降の排出管などの腐食を防止することができる。
そして、排出管の内側にチタンまたはチタン合金をライニングすることにより、強酸性の処理流体に対する耐食性を持たせることができるので、容易に実施することができる。
【００３２】
また、処理流体の温度が３００℃未満の排出管の部分に、強酸性および強アルカリ性に対する耐食性を持たせたので、処理流体が中和するまで局部的に存在する強酸性流体と強アルカリ性流体とに排出管が晒されても、流体の温度が低いために腐食が起こり難く、排出管の腐食を防止することができる。
さらに、処理流体を３００℃以下に、強酸性に対する耐食性を持たせた冷却器で冷却するので、冷却器の腐食を防止することができる。
また、冷却機構で処理流体を３００℃以下に冷却するので、確実に処理流体の温度を３００℃に冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１実施形態である水熱反応処理装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示した排出管系統の一部を示す部分図である。
【図３】この発明の第２実施形態である水熱反応処理装置の概略構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１，４，６，９　　　　　供給管
２　　　　　　　　　　　開閉弁
３，５，７，１２，１６　高圧ポンプ
８　　　　　　　　　　　エアーコンプレッサ
１０　　　　　　　　　　予備加熱器
１３　　　　　　　　　　冷却水供給管
１４　　　　　　　　　　ポンプ
１１，１５　　　　　　　中和剤供給管
２１　　　　　　　　　　反応容器
３１，３３，３４　　　　排出管
３４ａ　　　　　　　　　上流部分
３４ｂ　　　　　　　　　下流部分
３２　　　　　　　　　　冷却器
３５　　　　　　　　　　気液分離器
３６　　　　　　　　　　気体排出管
３７，３９　　　　　　　減圧弁
３８　　　　　　　　　　液体排出管
４１　　　　　　　　　　温度センサ
４２　　　　　　　　　　温度制御部

Claims (6)

1. 有機物を含有する被処理物を、反応容器内の水の超臨界状態または亜臨界状態で水熱酸化反応させて処理し、排出管を介して処理流体を前記反応容器から排出する水熱反応処理方法において、
   温度が３００℃以上の前記処理流体に接触する前記排出管の少なくとも接触部分をチタンまたはチタン合金で構成して強酸性に対する耐食性を持たせ、
   温度が３００℃以下になった時点で前記処理流体に中和剤を添加する、
   ことを特徴とする水熱反応処理方法。
2. 請求項１に記載の水熱反応処理方法において、
   温度が３００℃未満の前記処理流体に接触する前記排出管の少なくとも接触部分を、前記処理流体にハロゲン酸が含まれている場合はチタンまたはチタン合金で構成して強酸性および強アルカリ性に対する耐食性を持たせ、前記処理流体にハロゲン酸以外の酸が含まれている場合はチタン、チタン合金またはニッケル合金で構成して強酸性および強アルカリ性に対する耐食性を持たせた、
   ことを特徴とする水熱反応処理方法。
3. 請求項１または請求項２に記載の水熱反応処理方法において、
   前記処理流体を３００℃以下に、チタンまたはチタン合金で構成して強酸性に対する耐食性を持たせた冷却器で冷却する、
   ことを特徴とする水熱反応処理方法。
4. 有機物を含有する被処理液を、反応容器内の水の超臨界状態または亜臨界状態で水熱酸化反応させて処理し、排出管を介して処理流体を前記反応容器から排出する水熱反応処理装置において、
   温度が３００℃以上の前記処理流体に接触する前記排出管の少なくとも接触部分をチタンまたはチタン合金で構成し、
   前記処理流体の温度が３００℃以下になった前記排出管の部分に中和剤を供給する中和剤供給機構を設けた、
   ことを特徴とする水熱反応処理装置。
5. 請求項４に記載の水熱反応装置において、
   温度が３００℃未満の前記処理流体に接触する前記排出管の少なくとも接触部分を、前記処理流体にハロゲン酸が含まれている場合はチタンまたはチタン合金で構成し、前記処理流体にハロゲン酸以外の酸が含まれている場合はチタン、チタン合金またはニッケル合金で構成した、
   ことを特徴とする水熱反応処理装置。
6. 請求項４または請求項５に記載の水熱反応処理装置において、
   前記処理流体を３００℃以下に冷却する、チタンまたはチタン合金で構成した冷却器を有する冷却機構を、前記排出管に設けた、
   ことを特徴とする水熱反応処理装置。

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