JP2008142620A

JP2008142620A - 湿式酸化装置

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Publication number: JP2008142620A
Application number: JP2006332378A
Authority: JP
Inventors: Yukihiko Karasawa; 幸彦唐澤; Hisashi Kamiuchi; 恒上内
Original assignee: Karasawa Fine Ltd
Current assignee: Karasawa Fine Ltd
Priority date: 2006-12-08
Filing date: 2006-12-08
Publication date: 2008-06-26

Abstract

【課題】パイプの損傷を低減し、種々のコストを削減することができる湿式酸化装置を提供する。
【解決手段】スラリー中の有機物を高温高圧下で酸化処理する反応塔Ａと、反応塔Ａで酸化処理された処理流体を導く一次排出パイプ１３と、一次排出パイプ１３に接続した圧力制御弁Ｖと、圧力制御弁Ｖの下流側に接続した二次排出パイプ１７と、二次排出パイプ１７に接続し、大気圧に維持された気液分離槽１８とを備え、反応塔Ａから排出された処理流体が圧力制御弁Ｖを介して気液分離槽１８に導かれるとともに、処理流体が気液分離槽１８で気体と液体とに分離される湿式酸化装置において、二次排出パイプ１７には処理液を滞留させる滞留部１７ａを設けるとともに、滞留部１７ａに圧力制御弁Ｖを開口させ、かつ、滞留部１７ａに滞留する処理液の水位を、圧力制御弁Ｖの開口よりも高い位置に維持する。
【選択図】図１

Description

この発明は、高温高圧の流体が気液分離槽に導かれる湿式酸化装置に関する。

湿式酸化装置として、例えば、特許文献１に示されたものが従来知られている。この従来知られている湿式酸化装置は、図３に示すように、反応塔１０１内の圧力を圧力制御弁１０２で制御するとともに、反応塔１０１で酸化処理された流体は、圧力制御弁１０２を通過して気液分離槽１０３に導かれる。この気液分離槽１０３は、大気圧を保っているもので、この大気圧のもとで、上記流体は液体と気体とに分離される。
特開２００２−２５３９６６号公報

しかしながら、上記圧力制御弁１０２を境にしてその上流側と下流側とでは、圧力差が極端に異なる。例えば、圧力制御弁１０２の上流側は４Ｍｐａ程度を維持するが、その下流側は大気圧になる。もし４Ｍｐａの流体が、そのまま大気に開放されると、その体積が４０倍にもなる。
このように体積が４０倍になると、圧力制御弁１０２の下流側で流体の流速が急激に増すとともに、圧力制御弁１０２からパイプ１０４に向かって流体が勢いよく噴出する。そして、反応塔１０１で酸化処理された処理流体は、圧力制御弁１０２から絶え間なく噴出するため、この勢いよく噴出する流体によってパイプ１０４が過度に損傷してしまう。したがって、短期間のうちにパイプ交換をしなければならず、メンテナンス費用が高くなってしまうという問題があった。

また、高温高圧状態を維持する湿式酸化装置においては、運転を停止するまでに長時間を要するとともに、運転再開のための準備が完了するまでにも長時間を要する。しかも、運転再開の準備の際には、反応塔１０１を高温高圧状態に到達させるために、数日間、加熱ガスを反応塔１０１に供給し続けなければならない。
したがって、メンテナンスを頻繁に行うとなれば、装置の稼働率低下が著しいのみならず、メンテナンスに関連するコストも非常に高いものとなってしまう。
また、上記の問題に鑑みて、パイプ１０４の径を太くすることによって、圧力制御弁１０２から排出される流体の流速を緩和し、パイプ１０４の損傷を低減したり、あるいは、強度の高いパイプを用いたりすることが考えられる。
しかし、上記のようにしてパイプの強度を維持することは、それだけ設置スペースが拡大するとともに、コストアップにつながるという問題があった。

この発明は、圧力制御弁から噴出する流体の勢いを低減することで、パイプの損傷を低減し、種々のコストを削減することができる湿式酸化装置を提供することである。

この発明は、スラリー中の有機物を高温高圧下で酸化処理する反応塔と、この反応塔で酸化処理された処理流体を導く一次排出パイプと、この一次排出パイプに接続するとともに、開度に応じて反応塔内の圧力を制御する圧力制御弁と、この圧力制御弁の下流側に接続した二次排出パイプと、この二次排出パイプを介して上記圧力制御弁に連通するとともに大気圧に維持された気液分離槽とを備え、上記反応塔から排出された処理流体が圧力制御弁を介して気液分離槽に導かれるとともに、当該処理流体が気液分離槽で気体と液体とに分離される構成にした湿式酸化装置において、上記二次排出パイプには処理液を滞留させる滞留部を設けるとともに、この滞留部に上記圧力制御弁を開口させ、かつ、この滞留部に滞留する処理液の水位を、上記圧力制御弁の開口よりも高い位置に維持する点に特徴を有する。

この発明によれば、滞留部に滞留する処理液中に圧力制御弁を開口させたので、圧力制御弁を通過した処理流体が、体積増加に伴って流速を増したとしても、そのエネルギーを滞留部に滞留する処理液によって吸収することができる。
したがって、二次排出パイプが、圧力制御弁から噴出する流体によって損傷しにくくなり、二次排出パイプを交換するためのメンテナンスの間隔を長くすることができる。このように、メンテナンスの間隔を長くできるので、装置の稼働率を向上するとともに、運転再開のために要するコストを低減することもできる。
また、二次排出パイプに作用する衝撃を小さくできるので、径の太いパイプを用いたり、あるいは必要以上にパイプの強度を高くしたりする必要がなくなり、設置スペースを小さくするとともに、装置全体の製造コストを低減することができる。

図１に、この発明の実施形態における湿式酸化装置の簡略的な回路図を示す。貯留槽１は、焼酎粕等の有機物を含有するスラリーを貯留するタンクであり、フィードポンプ２によって、この貯留槽１に貯留されたスラリーを原料タンク３に供給する。この原料タンク３には、モータＭによって駆動する攪拌手段４を設け、スラリー中の固形物質が沈殿しないように掻き混ぜるようにしている。
上記のようにして固形物質が均一に攪拌された原料タンク３内のスラリーは、通路５，６を介して反応塔Ａに供給されるが、原料タンク３から反応塔Ａへスラリーを供給するのがポンプ機構７である。

このポンプ機構７は複動シリンダ型のポンプであり、シリンダ内のピストンで区画された一対の圧力室７ａ，７ｂと、これら圧力室７ａ，７ｂに隣接して設けた一対のポンプ作用室７ｃ，７ｄとを有してなる。
上記ピストンの両端にはロッドを設けるとともに、このロッドを、圧力室７ａ，７ｂから突出させて、上記ポンプ作用室７ｃ，７ｄに臨ませている。このようにしてポンプ作用室７ｃ，７ｄに臨ませた上記ロッド先端に、移動体を摺動自在に設けている。なお、この移動体は、上記ロッドと一体にしたプランジャでもよいし、図示のようにロッドに設けたピストンであってもよい。

そして、上記圧力室７ａ，７ｂは、電磁切換弁８を介して油圧ポンプＰに接続し、この油圧ポンプＰから吐出する作動油を、圧力室７ａ，７ｂのいずれか一方の室に導くとともに、いずれか他方の室からの戻り油をタンクに導くようにしている。
したがって、電磁切換弁８を切り換えれば、油圧ポンプＰから圧力室７ａ，７ｂに導かれる作動油によってピストンがシリンダ内を摺動するとともに、これと一体となって上記移動体も移動することとなる。そして、上記電磁切換弁８は、図示しないコントローラによって連続的に切り換わるようにしているので、圧力室７ａ，７ｂに交互に作動油が導かれて、移動体を連続的に往復動させることができる。

このようにして上記移動体が往復動すれば、一対のポンプ作用室７ｃ，７ｄが、吸入工程と吐出工程とを繰り返す。つまり、移動体が図中下方に移動すると、原料タンク３から通路５を介してスラリーがポンプ作用室７ｃに吸入される。一方、上記移動体が図中上方に移動すると、ポンプ作用室７ｃに吸入されたスラリーが通路５に吐出される。このとき、ポンプ作用室７ｃが吸入工程にあれば、他方のポンプ作用室７ｄが吐出工程にあり、ポンプ作用室７ｃが吐出工程にあれば、他方のポンプ作用室７ｄが吸入工程にある。したがって、ポンプ機構７全体で見れば、吸入工程および吐出工程の双方が連続的に行われていることになる。

そして、上記ポンプ作用室７ｃ，７ｄが吸入工程にある際には、チェック弁Ｃ_１，Ｃ_３が開弁するとともに、チェック弁Ｃ_２，Ｃ_４が閉弁状態を維持する。一方、ポンプ作用室７ｃ，７ｄが吐出工程にある際には、チェック弁Ｃ_１，Ｃ_３が閉弁するとともに、チェック弁Ｃ_２，Ｃ_４が開弁する。
したがって、両ポンプ作用室７ｃ，７ｄは、それぞれ同一通路に対して吸入および吐出をすることが可能となる。

上記のようにして、ポンプ機構７から吐出されたスラリーは、高温高圧状態を維持する反応塔Ａに導かれるとともに、この反応塔Ａにおいてスラリー中の有機物が酸化処理される。反応塔Ａは、第１反応塔９〜第３反応塔１０１１を直列に接続しており、ポンプ機構７から吐出されたスラリーが、各反応塔９〜１１を順次通過するようにしている。また、上記各反応塔９〜１１にはエア供給手段１２を接続し、スラリーとともにエアまたは酸素等からなる酸素含有ガス（以下、エアという）が供給される構成にしている。そして、このエアが各反応塔９〜１１内でスラリー中の有機物に接触するとともに、当該有機物を化学反応させて酸化処理するのである。
上記のように反応塔Ａにおいて酸化処理されたスラリーは、第３反応塔１０１１から一次排出パイプ１３に排出されるが、この一次排出パイプ１３には圧力制御弁Ｖを接続している。

この圧力制御弁Ｖは、上記一次排出パイプ１３に対して、複数の分岐通路１４ａ〜１４ｆを、パラレルに接続するとともに、各分岐通路１４ａ〜１４ｆのそれぞれに、オンオフ弁Ｖａ〜Ｖｆを接続してなる。言い換えれば、各オンオフ弁Ｖａ〜Ｖｆは、一次排出パイプ１３に対してパラレルに接続されている。
また、上記オンオフ弁Ｖａ〜Ｖｆは、ニードルバルブからなり、当該ニードルをポートに最大限押し込んだときに閉弁状態を保ち、上記ニードルをポートから最大限引き抜いたときに開弁状態を保つようにしている。そして、各オンオフ弁Ｖａ〜Ｖｆの上記開弁状態での開度は、全て同じにしている。
そして、上記圧力制御弁Ｖは、分岐通路１４ａが最上方に位置するとともに、分岐通路１４ｆが最下方に位置するようにして設置している。

また、分岐通路１４ｅ，１４ｆに接続した二つのオンオフ弁Ｖｅ，Ｖｆの下流側には、制御オリフィス１５，１６をそれぞれ設けているが、この制御オリフィス１５，１６の開口径は、上記オンオフ弁Ｖｅ，Ｖｆの最大開口よりも小さくしている。
そして、上記各分岐通路１４ａ〜１４ｆは、二次排出パイプ１７に対してもパラレルに接続しているが、この二次排出パイプ１７は、地面に対して垂直方向に沿うようにして設置されている。言い換えれば、二次排出パイプ１７は、湿式酸化装置を設置する床面もしくは床面近傍から上方に向かって垂直に設置されている。
このように設置した二次排出パイプ１７は、垂直に設置される滞留部１７ａと、この滞留部１７ａ先端から屈曲する屈曲部１７ｂとからなる。

上記滞留部１７ａは、最上方に位置する分岐通路１４ａが開口する開口部ｐａよりも、さらに上方まで突出するようにしている。そして、上記屈曲部１７ｂは、上記開口部ｐａよりも上方において、滞留部１７ａに一端側を連続させるとともに、その他端側を気液分離槽１８の上方において開口するようにしている。
このように、二次排出パイプ１７において、垂直方向に沿った滞留部１７ａを設けたのは、当該滞留部１７ａに処理液を滞留させるためである。
すなわち、滞留部１７ａには、各分岐通路１４ａ〜１４ｆを開口させている（開口部ｐａ〜ｐｆ）が、各分岐通路１４ａ〜１４ｆから排出された処理流体は、滞留部１７ａに滞留する。より詳細には、滞留部１７ａに開放された処理流体は、大気圧下において気体と液体とに分離するとともに、当該分離した気体が滞留部１７ａを上昇して気液分離槽１８に導かれ、分離した液体は処理液として滞留部１７ａに滞留する。

そして、滞留部１７ａに処理液が滞留した状態で、圧力制御弁Ｖからさらに処理流体が排出されると、滞留部１７ａがいわゆる満水状態となって、処理流体が気液分離槽１８に溢れ出し、当該気液分離槽１８において気体と液体とに分離されるのである。このように、二次排出パイプ１７を垂直方向に設けることによって、滞留部１７ａに処理液を常時滞留させるようにしたのである。
そして、この実施形態においては、この滞留部１７ａに開口部ｐａ〜ｐｆが位置するようにして、各分岐通路１４ａ〜１４ｆを接続している。言い換えれば、滞留部１７ａに滞留する処理液の水位を、圧力制御弁Ｖの開口よりも高い位置に維持するようにしている。

次に、上記湿式酸化装置の作用について説明する。
上記したように、有機物を含有するスラリーは、ポンプ機構７によって反応塔Ａに供給されるとともに、高温高圧状態に維持された各反応塔９〜１１を流通する過程で酸化処理される。そして、反応塔Ａに供給されたスラリーは、液体と気体とが混合した処理流体として一次排出パイプ１３に導かれる。
一次排出パイプ１３に導かれた処理流体は、各分岐通路１４ａ〜１４ｆ、オンオフ弁Ｖａ〜Ｖｆ、および二次排出パイプ１７を介して気液分離槽１８に導かれる。

上記のようにした湿式酸化装置は、有機物を酸化処理するために高温高圧状態に維持されるが、この装置内の圧力を制御するのが圧力制御弁Ｖである。
すなわち、オンオフ弁Ｖａ〜Ｖｆのすべてを開弁状態に保てば、オンオフ弁で制御される圧力制御弁全体の開度が最大になり、酸化処理装置の圧力を低くすることができる。そして、オンオフ弁Ｖａ〜Ｖｆのうち、閉弁するオンオフ弁を一つずつ増やしていくことによって、オンオフ弁で制御される圧力制御弁全体の開度が徐々に小さくなっていく。オンオフ弁で制御される圧力制御弁全体の開度が小さくなればなるほど、酸化処理装置の圧力を高く保つことができる。

また、この実施形態では、特定のオンオフ弁すなわちオンオフ弁Ｖｅ，Ｖｆの下流側に、これらオンオフ弁Ｖｅ，Ｖｆの開弁時の開度よりも小さな開口径を有する制御オリフィス１５，１６を設けたので、これらオンオフ弁Ｖｅ，Ｖｆを開弁したとき、その実質的な開度は制御オリフィス１５，１６の開度に等しくなる。このようにオンオフ弁以外に制御オリフィス１５，１６を設けたのは、全体的に微妙な開度制御を可能にして、装置全体の圧力を精緻に制御できるようにするためである。

また、一方で、ニードル弁からなるオンオフ弁だけでは、微細な開度を維持できないという事情もある。ニードル弁は、ポートに対してニードルを出し入れして開閉するので、ポートの開口面積は、ニードルの断面積以上を確保しなければならない。そのために、ニードル弁の開弁時の開口径をそれほど小さくできないという制約条件がある。この制約条件に関わりなく、より小さな開口径を維持し、微妙な制御を可能にするために、この実施形態では、制御オリフィス１５，１６を設けたのである。
したがって、各オンオフ弁Ｖａ〜Ｖｆのうち、開弁させるオンオフ弁の数を調節するだけで、圧力制御弁Ｖ全体の開度を調節して、装置内の圧力や流量を最適に制御することができる。

そして、圧力制御弁Ｖが装置内の圧力を制御すること上記したとおりであるが、この実施形態の湿式酸化装置においては、スラリー中の有機物を酸化処理するために、反応塔Ａを約４Ｍｐａに維持する必要がある。したがって、圧力制御弁Ｖは、オンオフ弁Ｖａ〜Ｖｆをそれぞれ開弁させたり閉弁させたりしながら、反応塔Ａを約４Ｍｐａに維持するのである。
また、上記のように圧力制御しながらオンオフ弁Ｖａ〜Ｖｆを開弁すると、処理流体が一次排出パイプ１３からオンオフ弁Ｖａ〜Ｖｆを介して二次排出パイプ１７に導かれる。
このとき、大気圧に近い二次排出パイプ１７に導かれた処理流体は、４Ｍｐａの圧力条件下にある一次排出パイプ１３内にあるときに比べて、その体積が約４０倍になる。

そのため、二次排出パイプ１７に開放された処理流体は、その流速が急激に早くなる。しかし、この実施形態の湿式酸化装置においては、二次排出パイプ１７に滞留部１７ａを設けるとともに、この滞留部１７ａに処理液を滞留させている。しかも、上記滞留部１７ａに滞留する処理液の水位よりも低い位置に圧力制御弁Ｖを開口させているので、圧力制御弁Ｖから排出する処理流体が、滞留部１７ａに滞留する処理液中に噴出することとなる。
このようにすれば、圧力制御弁Ｖを通過した処理流体が、体積増加に伴って流速を増したとしても、そのエネルギーを滞留部に滞留する処理液によって吸収することができる。
したがって、二次排出パイプ１７が、圧力制御弁Ｖから噴出する流体によって損傷しにくくなり、必要以上に強度の高いパイプを用いることなく、当該二次排出パイプ１７の寿命を長くすることができる。

なお、上記実施形態においては、装置運転中の圧力を４Ｍｐａと想定したが、装置の圧力や温度等の数値は特に限定されるものではない。
また、圧力制御弁Ｖを複数の分岐通路１４ａ〜１４ｆおよびオンオフ弁Ｖａ〜Ｖｆで構成したが、圧力制御弁Ｖの構成も上記実施形態に限らない。いずれにしても、圧力制御弁は、その開度を調節することで、上流側の圧力を制御するものであればよい。

また、上記実施形態においては、二次排出パイプ１７を垂直に設置して滞留部１７ａとしたが、二次排出パイプの構造についても上記実施形態に限らない。例えば、別の実施形態として、図２に示すように二次排出パイプを構成してもよい。この二次排出パイプ１９は、それを水平に設置して、水平に位置する部分を滞留部１９ａとしている。そして、上記滞留部１９ａに連続する屈曲部１９ｂを設け、この屈曲部１９ｂを上方（垂直方向上方）に屈曲させた後、気液分離槽１８に接続している。
この場合にも、滞留部１９ａに処理液が滞留するとともに、この処理液が滞留する滞留部１９ａに開口部ｐを設け、この開口部ｐにおいて圧力制御弁Ｖを開口させている。したがって、圧力制御弁Ｖの開口から噴出する処理流体の流速が増しても、当該処理流体のエネルギーを、滞留部１９ａに滞留する処理液で吸収することができる。
いずれにしても、処理液の水位を圧力制御弁の開口よりも高い位置に維持することで、二次排出パイプ中に処理液が滞留する滞留部を設け、この滞留部に圧力制御弁を開口させればよい。

この発明の実施形態を示す簡略図である。別の実施形態を示す図である。従来の湿式酸化装置を示す図である。

符号の説明

９第１反応塔
１０第２反応塔
１１第３反応塔
１３一次排出パイプ
１７，１９二次排出パイプ
１７ａ，１９ａ滞留部
１８気液分離槽
Ａ反応塔
Ｖ圧力制御弁

Claims

スラリー中の有機物を高温高圧下で酸化処理する反応塔と、この反応塔で酸化処理された処理流体を導く一次排出パイプと、この一次排出パイプに接続するとともに、開度に応じて反応塔内の圧力を制御する圧力制御弁と、この圧力制御弁の下流側に接続した二次排出パイプと、この二次排出パイプを介して上記圧力制御弁に連通するとともに大気圧に維持された気液分離槽とを備え、上記反応塔から排出された処理流体が圧力制御弁を介して気液分離槽に導かれるとともに、当該処理流体が気液分離槽で気体と液体とに分離される構成にした湿式酸化装置において、上記二次排出パイプには処理液を滞留させる滞留部を設けるとともに、この滞留部に上記圧力制御弁を開口させ、かつ、この滞留部に滞留する処理液の水位を、上記圧力制御弁の開口よりも高い位置に維持する構成にした湿式酸化装置。