JP2013136048A - 高温高圧反応システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】被処理流体を受け入れて高圧高温状態で化学反応させる反応器2で反応した処理流体を大気圧中に排出する排出機構20を、一対の開閉弁25とそれらの開閉弁25夫々に連通接続する流体圧シリンダ21,22とから成る排出装置30を、少なくとも2組設け、流体圧シリンダ21,22に設けた摺動自在なピストン26を押圧して、流体圧シリンダ21,22内の処理流体収容空間を加圧する加圧手段27を設け、加圧手段27による加圧力を、被処理流体供給高圧ポンプPの加圧力よりは小さく、且つ、反応器2における所定温度での反応設定圧よりは大きく設定し、受入用開閉弁23と排出用開閉弁24とを背反的に開閉するように切り替え、且つ、複数組の排出装置30における受入用開閉弁23を選択的に開閉操作する処理流体排出制御機構31を設けてある。
【選択図】図1
Description
特に、反応器における反応設定圧を飽和蒸気圧に設定してある場合は、圧力の低下に伴って被処理流体の飽和蒸気圧以下になると、被処理流体からガスが発生して、特に被処理流体が有機高分子化合物を含むスラリーである場合や、無機化合物を含む流体である場合に、反応器内面に、有機高分子化合物の炭化物が生成して付着したり、無機化合物の結晶が析出して付着しやすくなる。
結局、反応器における反応環境を、高圧力、高温度で一定に維持されるように管理するのが困難で、所定の化学反応を期待できなくなる虞があった。
流体圧シリンダ内に処理流体が充満した後に処理流体排出制御機構により開弁していた受入用開閉弁が閉弁操作されると同時に、他の排出装置における受入用開閉弁が開弁状態に切り換えられ、前述と同様に反応器からの処理流体が開弁状態の受入用開閉弁を通して流体圧シリンダ内に流入する。
一方、閉弁状態に切り換えられた受入用開閉弁を備えた排出装置では、排出用開閉弁が開弁状態にされるために、加圧手段により押圧されるピストンが排出用開閉弁を通して流体圧シリンダ内の処理流体を大気圧側に押し出す。
このようにして、反応器における化学反応を安定的に維持しながら処理流体を得ることができる。
例えば、従来装置のように、圧力の低下に伴って被処理流体の飽和蒸気圧よりも低くなると、被処理流体からガスが発生して、特に被処理流体が有機高分子化合物を含むスラリーである場合や、無機化合物を含む流体である場合に、反応器内面に、有機高分子化合物の炭化物が生成して付着したり、無機化合物の結晶が析出して付着しやすくなる、という心配が減少し、反応器における加熱手段との熱交換が良好に維持され、反応効率が向上する。
従って、より安定した確実な加圧加熱反応を実現することが可能となる。
従って、伝熱効率を向上させ効率的に反応させることができる。
しかも、反応器での加水分解処理によって、被処理流体中に含有する有機高分子化合物でもより小さな分子構造の物質に変化した処理流体が、排出装置に使用される容積型ポンプにより、反応器から取り出されることで、安定した圧力を維持しながら処理流体を排出できる。
その上、容積型ポンプを反応器の上手側に使用するよりも下手側に使用することで、高価で摩耗しやすいというその弱点を軽減できる。
しかも、反応器での加水分解処理によって、被処理流体中に含有する有機高分子化合物でもより小さな分子構造の物質に変化した処理流体が、排出装置に使用される容積型ポンプにより、反応器から取り出されることで、安定した圧力を維持しながら処理流体を排出できる。
その上、容積型ポンプを反応器の上手側に使用するよりも下手側に使用することで、高価で摩耗しやすいというその弱点を軽減できる。
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1に示すように、例えば、攪拌装置33を付設したスラリー貯留タンク32から、汚泥などの有機高分子化合物を含有するスラリー状の被処理流体を、被処理流体供給高圧ポンプPにより取り出して加圧供給し、高温高圧(例えば300℃以下、10MPa以下)雰囲気でより小さな分子量の有機物にすべく加水分解して、水に可溶化させる高温高圧反応システムを構成するもので、被処理流体を加熱する加熱手段1を設け、その加熱手段1により加熱される被処理流体を加圧状態で化学反応させる反応器2を設けてある。
尚、高温高圧反応システムにより加水分解した処理流体は、例えば、メタン菌によるメタン醗酵処理を行ってエネルギーとして利用可能なメタンガスの取り出し等に利用される。
その上同時に、加熱により炭化物が生成して筒状体3内面に付着したり、被処理物中に含有する無機化合物の結晶析出物が筒状体3内面に付着する場合があったとしても、回転羽根装置9の回転羽根12によって付着物を掻き取ることができるために、移送される被処理流体は、常に筒状体の内面と接触して加熱手段からの熱エネルギーを受け取り、加熱加圧状態での化学反応を安定して継続できるようになる。
前記第1実施形態においては、被処理流体供給高圧ポンプPとして、回転式のギヤポンプ、ねじポンプ、ベーンポンプ、往復運動式のピストンポンプ、プランジャーポンプ、ダイヤフラムポンプ等、容積型のポンプを使用することが考えられているが、これに代えて、第2実施形態においては、図8に示すように、被処理流体供給装置P2として部品点数が少なくて故障の少ないより安価な非容積型のポンプを使用し、高温高圧蒸気を圧入する加熱手段35を備えると共に、被処理流体供給装置P2により飽和蒸気圧よりも高い設定圧に加圧供給された汚泥等のスラリー状の被処理流体を受け入れて、高圧高温状態で化学反応させる反応器2を設け、反応器2で反応した処理流体を大気圧中に排出する排出装置30を設けて高温高圧反応システムを構成してある。
そして、亜臨界状態等の高温高圧状態を安定維持するために、所定の圧力以上になると、内部流体を排出して反応器2の圧力を設定値に調整して安定させるリリーフ弁等の調圧機構36を反応器2の上端部に接続し、排出装置30を容積型ポンプによって構成して反応器2の圧力を維持しながら処理流体を排出できるように構成してある。
尚、非容積型のポンプとしては、ターボ型ポンプ又はチューブポンプが使用できる。
第3実施形態として図9に示すように、高温高圧蒸気を供給する加熱手段35、又は、間接加熱により外側から加熱する加熱手段を備えると共に、被処理流体供給装置P2により飽和蒸気圧よりも高い設定圧に加圧供給された汚泥等のスラリー状の被処理流体を受け入れて、高圧高温状態で化学反応させる反応器2を設け、反応器2で反応した処理流体を大気圧中に排出する排出装置30を設け、被処理流体供給装置P2を非容積型ポンプにより構成すると共に、反応器2と被処理流体供給装置P2とをバファタンク37を介して連通接続し、容積型ポンプからなる排出装置30を設けて高温高圧反応システムを構成してある。
尚、バファタンク37内には、予め被処理流体供給装置P2による供給圧と供給温度では液化しない空気や窒素ガスなどを、一部充填しておき、且つ、液面計38を設けて気液界面の位置を確認できるように構成してある。
つまり、部品点数が少なくて安価な非容積型ポンプによる被処理流体の変動供給圧を、バファタンク37による緩衝作用によって安定化し、排出装置30には容積型ポンプを採用して、反応器2における亜臨界反応を良好に維持できるように構成してある。
そして、前記非容積型のポンプとしては、ターボ型ポンプ又はチューブポンプが使用できる。
以下に他の実施の形態を説明する。
〈2〉 回転軸10に取り付けた羽根取付用ピン11に対し、回転羽根12を上下揺動自在に係止させてあってもよい。つまりこの場合には、回転軸10の回転停止時には、筒状体3内面と回転羽根12先端との間に隙間を形成し、回転軸10の駆動回転に伴って、回転羽根12の先端が回転軸10の回転に基づく遠心力、又は、被処理流体から受ける流動抵抗により筒状体3内壁面に近接する方向に揺動して筒状体3の内面に摺接するように構成し、付着する固形分の掻き取り除去ができるようになる。
〈3〉 回転羽根12を、回転軸10に取り付けた羽根取付用ピン11に対し、上下揺動自在に係止させ、その上、図7に示すように、その突出方向に伸縮機構40により伸縮自在に形成してあってもよい。この場合、回転羽根12を収縮させた状態では、ピン11に対する回転羽根12の角度は大きくなり、伸長させたときには、小さくなり、筒状体3内面に対する角度を調整して、撹拌流の発生の程度を変更できるように構成してある。
〈4〉 前記反応器2は、複数の反応器2を直列接続する物以外に、前記第1反応器2A、第2反応器2B、第3反応器2Cを一体にした一本の筒状体3で形成してあってもよい。
〈5〉 前記反応器2を構成する筒状体3は、横方向に沿った姿勢で設置するものに代えて、縦方向に沿った姿勢で設置してあるものでも良い。
〈6〉 前記冷却器19を構成するのに、処理流体を流通させるパイプの外側に、冷媒供給装置28からの冷媒を供給する冷媒供給部29を設けたもので構成するが、前記パイプ内に、前述と同様の回転羽根装置9を設けて、撹拌と同時にパイプ内面に付着する固形物を除去する機構を、備えてあってもよい。
〈7〉 前記被処理流体は、スラリー以外の液体のみの流体であっても、本発明の高温高圧反応システムを使用できる。
〈8〉 本発明の高温高圧反応システムにおける反応器2における圧力と反応温度は、反応の目的に応じて各種変更されるもので、取り出される処理流体の成分によっては、後処理の一例としてのメタン醗酵処理以外に、他の処理に利用される物であっても良い。
〈9〉 また、反応器2における所定温度での反応設定圧は、亜臨界反応を生じさせる状態の飽和蒸気圧よりも高い設定圧以外に、飽和蒸気圧よりは低いが高温高圧処理を行わせるような設定圧にしてあったり、超臨界反応が可能な圧力に設定してあっても良い。
〈10〉 加圧手段27は、本実施形態では油圧ポンプにより加圧する油圧ユニットを採用したが、図4に示すバネ13により加圧する機構や、図5に示すダッシュポット14とバネ13とから成るフォークト模型を使った押圧装置を採用してもよく、この場合、反応器2の内部圧力の急激な変動を緩和して、ピストン26を押圧できる。
2 反応器
2A 第1反応器
2B 第2反応器
2C 第3反応器
3 筒状体
7A 第1熱源供給部
7B 第2熱源供給部
7C 第3熱源供給部
9 回転羽根装置
20 排出機構
21 流体圧シリンダ
22 流体圧シリンダ
23 受入用開閉弁
24 排出用開閉弁
25 開閉弁
26 ピストン
27 加圧手段
30 排出装置
31 処理流体排出制御機構
P 被処理流体供給高圧ポンプ
H 電熱ヒーター
Claims (9)
- 被処理流体供給高圧ポンプを設け、
加熱手段を備えると共に、前記被処理流体供給高圧ポンプにより加圧供給された被処理流体を受け入れて高圧高温状態で化学反応させる反応器を設け、
前記反応器で反応した処理流体を大気圧中に排出する排出機構を設けてある高温高圧反応システムであって、
前記排出機構を構成するのに、
一対の開閉弁とそれらの開閉弁夫々に連通接続するピストン式の流体圧シリンダとから成る排出装置を、少なくとも2組設け、
前記排出装置夫々における前記一対の開閉弁の内の一方を、前記反応器に連通接続する処理流体の受入用開閉弁に形成すると共に、他方を、大気圧側に接続する排出用開閉弁に形成し、
前記流体圧シリンダに設けた摺動自在なピストンを押圧して、前記受入用開閉弁と前記排出用開閉弁とが連通する前記流体圧シリンダ内の処理流体収容空間を加圧する加圧手段を設け、
前記加圧手段による加圧力を、前記被処理流体供給高圧ポンプの加圧力よりは小さく、且つ、前記反応器における所定温度での反応設定圧よりは大きく設定し、
前記受入用開閉弁と前記排出用開閉弁とを背反的に開閉するように切り替え、且つ、複数組の前記排出装置における前記受入用開閉弁を選択的に開閉操作する処理流体排出制御機構を設けてある高温高圧反応システム。 - 前記反応設定圧を飽和蒸気圧以上に設定してある請求項1に記載の高温高圧反応システム。
- 前記反応器を、上流側から順に第1反応器、第2反応器、第3反応器から構成すべく複数設けてそれらを直列接続し、
前記第1反応器に対する前記加熱手段としての第1熱源供給部に、加熱媒体として蒸気を流通させ、
前記第2反応器に対する前記加熱手段としての第2熱源供給部に加熱媒体として熱媒油を流通させ、
前記第3反応器に対する前記加熱手段としての第3熱源供給部に電熱ヒーターを設けてある請求項1または2に記載の高温高圧反応システム。 - 反応空間を内部に形成する前記反応器を、耐圧性の筒状体から形成し、
前記筒状体を伝熱性の周壁材で形成すると共に、前記筒状体の外側に前記加熱手段を設け、
前記筒状体の内側に回転羽根装置を設けてある請求項1〜3のいずれか1項に記載の高温高圧反応システム。 - 加熱手段を備えると共に、被処理流体供給装置により加圧供給された被処理流体を受け入れて高圧高温状態で化学反応させる反応器を設け、
前記反応器で反応した処理流体を大気圧中に排出する排出装置を設けてある高温高圧反応システムであって、
前記被処理流体供給装置を非容積型ポンプにより構成すると共に、前記反応器の圧力を設定値に調整する調圧機構を設け、
前記排出装置を容積型ポンプにより構成してある高温高圧反応システム。 - 前記調圧機構を、前記反応器の上端部に接続したリリーフ弁から構成してある請求項5に記載の高温高圧反応システム。
- 加熱手段を備えると共に、被処理流体供給装置により加圧供給された被処理流体を受け入れて高圧高温状態で化学反応させる反応器を設け、
前記反応器で反応した処理流体を大気圧中に排出する排出装置を設けてある高温高圧反応システムであって、
前記被処理流体供給装置を非容積型ポンプにより構成すると共に、前記反応器と前記被処理流体供給装置とをバファタンクを介して連通接続し、
前記排出装置を容積型ポンプにより構成してある高温高圧反応システム。 - 前記被処理流体供給装置をターボ型ポンプ又はチューブポンプから構成してある請求項5〜7のいずれか1項に記載の高温高圧反応システム。
- 前記被処理流体が有機高分子化合物を含有するスラリー状の流体であり、
前記反応器における反応設定圧を被処理流体の飽和蒸気圧よりも高い亜臨界処理領域に設定してある請求項1〜8のいずれか1項に記載の高温高圧反応システム。
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