CN101134159A - 利用水蒸气的水分及水蒸气的热量对被处理物进行水热处理的水热处理装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种水热处理装置，当利用水蒸气的水分和水蒸气的热量进行水热处理时，实现水热处理的处理条件的简单的维持或处理效率的提高。将约200℃/2MPa的高温高压的水蒸气导入处理釜(110)内，通过此高温高压的水蒸气的水分和水蒸气的热量在处理釜(110)内将被处理物进行水热处理时，蒸发器(120)压送的水蒸气利用蒸气过热加热器(130)进行加热。此外，在水蒸气导入前，向处理釜(110)内导入高压空气，预先将处理釜(110)内置于高压环境，并且将上次水热处理时的残留水蒸气向进行水热处理前的被处理物喷射，从而预先使该被处理物升温。由此，维持处理釜(110)中高温高压的处理环境。
Description
技术领域
本发明涉及一种水热处理，该水热处理利用水蒸气及其热量除了对食品残渣、木屑、纸屑、厨余垃圾、食物剩饭外、还对塑料容器盒饭或乙烯树脂包装的饭团的剩饭等被处理物进行处理。
背景技术
近年来，由于对环境保护或资源循环利用的意识的提高，提出了各种不同的方法(例如专利文献1)以代替现有的对被处理物进行燃烧处理的处理方法。在此专利文献中，通过高温·高压的水蒸气对食品残渣、木屑、纸屑、厨房垃圾、食物剩饭等一般废弃物进行水热处理后，制造饲料或堆肥。
专利文献1：特开2003-47409号公报
专利文献1提出了利用水蒸气的水分及水蒸气的热量对被处理物进行水热处理时，将处理釜内压力设为小于1MPa、温度设为150°左右的方案。进一步研究此种水热处理，通过将处理环境高温高压化，可以预想能够对塑料容器盒饭或乙烯树脂包装的饭团的剩饭(以下，为方便说明，称为塑料含有剩饭)与一般废弃物混合的被处理物进行水热处理。
但是，即使将水热处理条件高温高压化，向处理釜内导入高温·高压的水蒸气，受制于作为水蒸气产生源的蒸发器的能力，因此，现在，高温高压下的水热处理没有得到发展。此外，在提高水热处理能力的基础上寻求处理釜的大型化，但对伴随釜的大型化而来的水热处理时的处理条件的确保和维持还留有改良的余地。
此外，因为处理效率的提高，希望在水热处理结束后迅速地排出处理产物，提前开始下次处理。但是，因为处理釜中充满高温高压的水蒸气，因此，需要在排出水蒸气后通过处理釜的冷却来降低温度和压力，因此，伴随釜的大型化，釜的温度和压力的降低需要长时间。因此，缩短下次的被处理物的水热处理为止的时间，且提高处理效率还留有改良的余地。
发明内容
本发明的目的在于解决在利用处理釜内的水蒸气的水分和水蒸气的热量进行水热处理时的上述问题，实现水热处理的处理条件的简便维持或处理效率的提高，或者两方面都能实现。
为至少解决所述课题的一部，在本发明的水热处理装置和其方法中，利用水蒸气的水分和水蒸气的热量进行被处理物的水热处理时，向具有所述被处理物的投入口和排出口的中空的处理釜内，由所述投入口投入所述被处理物，并将水蒸气由生成水蒸气的水蒸气生成源压送至此处理釜内部。通过此水蒸气压送，投入的被处理物在处理釜内部与压送的水蒸气接触，从而，水蒸气的热量用于被处理物的水热处理。并且，通过在导入了水蒸气的所述处理釜内搅拌所述投入的被处理物，被处理物无遗漏地与水蒸气接触，从而更一致地向被处理物传热，使水热处理进行。
在此水热处理进行中，持续地由水蒸气生成源压送高温高压的水蒸气是不可欠缺的，但是水蒸气生成源在稳定地压送高温高压的水蒸气及压送水蒸气的高温高压化上的能力存在极限，因此，基于此状况，在本发明中实现了处理环境的维持。即，通过导入所述处理釜的水蒸气加热后，将水蒸气向所述处理釜送出，因此能够不拘泥于水蒸气生成源能力，稳定地压送高温高压的水蒸气并且实现压送水蒸气的高温高压化，及维持水热处理的处理环境。此情况下，水蒸气的加热方便在向处理釜内导入水蒸气的路径上进行。
此外在所述水热处理前，通过向所述处理釜内部导入加压空气，预先将处理釜置于高压环境，从而实现水热处理的处理环境的高压化和水热处理的处理环境的维持。或者，将水热处理完成后的所述处理釜中的残留水蒸气从所述处理釜中排出，并蓄积在中空容器中，该蓄积的水蒸气由所述处理釜的所述投入口向下次处理用的所述被处理物喷射，从而使下次处理的被处理物升温，因此，抑制了下次水热处理时由于被处理物投入造成的温度下降，从而实现了在水热处理的开始阶段维持处理环境。下次的被处理物的升温通过残留水蒸气进行，因此，没有必要另外准备用于被处理物升温的热源，从而能够实现构成的简单化和节约资源化。
本发明具有以上说明的构成，并能采取如下的方式。例如，用于将水蒸气由水蒸气发生源导入所述处理釜内部的水蒸气导入路设置在所述处理釜的多个导入处以进行水蒸气导入，该多个导入处中的至少一个为所述处理釜的所述排出口，并能将所述排出口的所述被处理物推回所述处理釜内。如此，高温高压下的水热处理中，能够避免被处理物塞在排出口并固化，或者排出口堵塞。从而，适于平滑地排出水热处理后的处理完成物。
此外，还能够具备热交换釜，其在所述处理釜的周围形成有中空的流导入部，能够使导入该流体导入部的流体与所述处理釜之间进行热交换；流体导入机构，其在所述水热处理完成后，将低于所述处理釜内残留的残留水蒸气温度的低温流体导入所述热交换釜内；水蒸气排出机构，其在所述水热处理完成后，将所述残留水蒸气从所述处理釜中排出。如此，水热处理后的处理釜通过与低温的流体的热交换，能够在短时间内有效地冷却，促进了内部的温度和压力的降低，然后将残留水蒸气排出。从而，除了维持所述的水热处理的处理环境，能够缩短至下次的被处理物进行水热处理的时间，进而提高处理效率。
此种热交换釜和向该釜的低温流体的导入能够与水热处理的处理环境维持独立地构成，如此，能够缩短直至下次的被处理物的水热处理的时间，进而提高处理效率。
在实现热交换釜与低温流体导入的基础上，当向热交换釜导入低温流体时，能够使流体温度从所述残留水蒸气的温度逐渐降低的同时将流体导入热交换釜。如此，能够抑制作为热交换对象的处理釜的急剧的温度变化(温度降低)，因此适于确保釜的耐久性。
此外，除了将低温流体导入热交换釜，在下次的所述被处理物的水热处理时，在将导入所述热交换釜的所述低温流体排出后，能够将所述水蒸气生成源生成的水蒸气导入所述热交换釜。如此，在下次的水热处理时，处理釜通过与导入了水蒸气的热交换釜的热交换，能够使处理釜升温，因此有利于下次的水热处理的环境维持。
以上说明的本发明的水热处理优选，例如将处理釜内的处理环境置于约2MPa左右高压下约200℃的高温环境。在此种高温高压环境下，能够将塑料含有剩饭与一般废弃物混合的被处理物进行水热处理，利于环境保护和资源循环。并且，根据上述的本发明，在约2MPa/约200℃的高温高压下进行水热处理有助于处理环境的维持和生产效率的提高。
附图说明
图1是表示作为本发明实施例的水热处理装置100的概略构成的方块图。
图2是表示水热处理过程的工序的工序图。
图3是说明冷却水的循环供给情况的说明图。
图中，100—水热处理装置；110—处理釜；111—投入口；112—排出口；113—搅拌叶片；114、115—开口开闭设备；116—电动机；120—蒸发器；130—蒸发过热加热器；135—压缩机；136—阀；140—热交换釜；141—流体导入部；142—冷却水排出管；143—水蒸气排出管；144—阀；150—冷却装置；151—第一箱体；152—第二箱体；153—混合阀；154—冷却配管；155—阀；160—废弃物投入箱；170—控制装置；180—水蒸气导入管；180a～180c—分支水蒸气导入管；181—分支水蒸气导入管；182—喷出孔；183、184—阀；185—分支水蒸气导入管；186—阀；187—减压设备单元；188—热交换用配管；189—分流阀；190—传感器；191、192—传感器；193—水蒸气排放管；194—阀；195—消音器；196—水蒸气环流管；197—阀；198—储气器；199—阀；200—釜温度传感器；201—釜压力传感器。
具体实施方式
以下基于实施例对本发明的实施方式进行说明。图1是表示作为本发明实施例的水热处理装置100的概略构成的方块图。
如图所示，本实施例的水热处理装置100具有，处理釜110、蒸发器120、蒸气过热加热器130、压缩机135、热交换釜140、冷却装置150、废弃物投入箱160、和控制装置170。处理釜110为中空的处理釜，其用于处理本实施例中作为被处理物的食品残渣等一般废弃物或塑料含有剩饭，并由具有耐久性和耐温性的钢或不锈钢制成。并且，此处理釜110在釜的上下方具有被处理物的投入口111和排出口112，在釜的内部具有多个旋转自如的搅拌叶片113。通过控制装置170控制驱动的开口开闭设备114开闭投入口111，该投入口在投入被处理物时开口，在下次被处理物投入之前呈闭锁状态。通过控制装置170控制驱动的开口开闭设备115开闭排出口112，该排出口在被处理物的处理(水热处理)结束时开口，在整个水热处理期间保持闭锁状态。排出口112排出的处理完成物，即后述的堆肥、饲料、燃料等由图中未示出的输送装置输送到外部。
搅拌叶片113随着处理釜110的外部的电动机116的旋转而在处理釜110的内部旋转，搅拌投入到处理釜内部的被处理物。如后所述，因为处理釜110的内部充满了导入的高温高压的水蒸气，因此，搅拌叶片113通过旋转搅拌被处理物，使被处理物无遗漏地与水蒸气接触，从而向被处理物均匀传热。
处理釜110中安装有检测内部温度的釜温度传感器200和检测内部压力的釜压力传感器201，这些传感器向控制装置170输出检测信号。控制装置170接受来自此传感器的输出信号，驱动控制蒸发器120或蒸气过热加热器130。关于此种设备控制的情况以后叙述。
蒸发器120接受来自控制装置170的控制信号，通过图中未示出的热源来生成水蒸气，并将水蒸气压送至蒸发器120下游的蒸气过热加热器130及处理釜110中。水蒸气自蒸发器120经由处理釜110上设置的水蒸气导入管180导入处理釜内。水蒸气导入管180分支为多个管路，形成处理釜的连接管路，并由处理釜110上的多个喷出孔向处理釜内喷出水蒸气。通过此水蒸气的喷出，向处理釜110内导入水蒸气。从水蒸气导入管180分支的分支水蒸气导入管181配置于处理釜110的排出口112上设置的喷出孔182，由此喷出孔182向处理釜110的内部喷出水蒸气。因为在排出口112上指向处理釜110的内部设置喷出孔182，因此，具体来说，在位于釜下方的排出口112上向上地配置喷出孔182，所以自喷出孔182喷出的水蒸气将排出口112处的被处理物推回处理釜110内。
图1中省略了水蒸气导入管180的分支方式，但是自水蒸气导入管180分支了多个分支水蒸气导入管180a、180b、180c。水蒸气同时从分别与多个分支水蒸气导入管相对应的喷出孔喷出，并且迅速而无遗漏地充满处理釜110的内部。通过蒸发器120的水蒸气压送实现了此水蒸气的导入·!充满，本实施例中，处理釜110内的压力设为约2MPa。
如上所述接受水蒸气导入的处理釜110具有两个水蒸气排出系统。一个排出系统具有水蒸气排放管193、该管路的阀194和消声器195，此排出系统将水蒸气从处理釜110直接排放到大气。当水热处理完成后，此排出系统相当于将处理釜110中残存的水蒸气(残存水蒸气)从处理釜110中排出的水蒸气排出机构。
另一排出系统为当水热处理完成时，将处理釜110内残存的水蒸气(残存水蒸气)喷射到供给下次水热处理的被处理物上，在水热处理之前使该被处理物升温，该排出系统具有配管在处理釜110至废弃物投入箱160的水蒸气环流管196、该管路的阀197、储气器198、和储气器下游的阀199。阀197为中空容器，在阀197的管路开放，而阀199的管路闭锁期间，蓄积处理釜110中的残存水蒸气；当阀197的管路闭锁，而阀199的管路开放期间，将此蓄积的水蒸气向废弃物投入箱160中的被处理物(下次处理用的被处理物)喷射。由此，下次处理的被处理物在水处理之前升温，从而水蒸汽环流管196与储气器198协同工作构成本发明的升温机构，并成为本发明的维持机构之一。
蒸气过热加热器130设置在蒸发器120的下游侧，并围住水蒸气导入管180将其设置，且将未图示的热量传递给通过水蒸气导入管的水蒸气，从而加热水蒸气，然后将加热后的水蒸汽向其下游的处理釜110侧送出。从而，此蒸气过热加热器130通过高温水蒸气的热量将处理釜110的内部形成为高温环境，因此，相当于本发明的水蒸气加热机构，相当于本发明的维持机构之一。在本实施例中，通过蒸气过热加热器130加热水蒸气，使其升温至约200℃，并向处理釜110压送。因此，高温高压水蒸气导入处理釜110，从而处理釜110具有压力约为2MPa，温度200℃的高温高压环境，在该环境下，通过搅拌叶片搅拌被处理物，进行水热处理。
水蒸气导入管180在通过蒸气过热加热器130被加热的区域扭弯配置其管路，因此蒸气过热加热器130的加热由于水蒸气导入管130的扭弯而在长管径范围内进行。从而，能够提高蒸气过热加热器130的加热效率。
上述的水蒸气导入管180的开闭由接受来自控制装置170的驱动信号驱动的阀183或喷出孔近旁的阀184来进行。即使分支水蒸气导入管180a～1 80c等也分别由未图示的在其管路的喷出孔近旁的阀来开闭。此情况下，分支水蒸气导入管181在担负推回所述的通过水蒸气的喷出导致的被处理物的功能时，其仅由最上游的阀183来进行开闭。即，除分支水蒸气导入管路181以外的分支水蒸气导入管路180a等管路处于闭锁状态，仅由分支水蒸气导入管181可以喷出水蒸气。关于仅由该分支水蒸气导入管路181的水蒸气喷出在后面叙述。
上述的水蒸气导入管180上装有用于检测通过其的水蒸气压力的传感器190，蒸发器120或蒸气过热加热器130上装有用于检测通过其的水蒸气的温度的传感器191～192。此传感器的检测信号输出到控制装置170，并通过控制装置170用于控制蒸发器120或蒸气过热加热器130等。此外，在水蒸气导入管180或分支水蒸气导入管181等各分支水蒸气导入管180a～180c等上，除了适当地设置有未图示的防止水蒸气逆流的止回阀，还设置有未图示的在压力过剩上升时进行减压排气的排出阀。
此外，从分支水蒸气导入管180进一步分支出分支水蒸气导入管185，此分支水蒸气导入管185经由阀186、减压设备单元187将减压水蒸气导入后述的热交换釜140的内部。关于此导入时序(timing)以后叙述。
压缩机135经由阀136与处理釜110相连，并向处理釜110内导入大致约2MPa的高压空气。如后所述，导入的此高压空气用于在处理釜110内进行水热处理之前的处理环境维持，因此压缩机135相当于本发明的加压空气导入机构，相当于本发明的维持手段之一。
热交换釜140具有包围处理釜110的主体部周围的中空的流体导入部141。此流体导入部141与密封状态的处理釜110的导体侧壁接触，因此导入流体导入部141的流体可以与处理釜110之间进行热交换。在本实施例中，导入流体导入部141内的液体，为如后所述的冷却水和水蒸气。即，热交换釜140作为流体导入部141的流体排出路，具有冷却水排出管142和水蒸气排出管143，并通过由控制装置170驱动控制的各管路的阀144～145排出流体导入部141中的冷却水和水蒸气。后述的冷却装置150将冷却水导入热交换釜140的流体导入部141中，水蒸气则由所述的分支水蒸气导入管185导入。冷却水、水蒸气的导入·排出时序在下文叙述。此外，水蒸气排出管143画在图中的下方，但是，为了不对冷却水的导入·排出生成障碍，实际上设置在流体导入部141的上部。
冷却装置150具有第一箱体151和第二箱体152，两箱体内的冷却水由混合阀153进行混合，其混合冷却水经由冷却配管154及其管路的阀155导入热交换釜140的流体导入部141中。在处理釜中水热处理结束时向流体导入部141导入冷却水。第二箱体152在其箱体内具有从水蒸气导入管180分支出的热交换用配管188的螺旋管部，由通过该配管的水蒸气，将箱体内的冷却水维持在规定温度，例如50～80℃左右。在热交换用配管188的分支处设置有分流阀189，水蒸气以由该分流阀189设定的通过量通过热交换用配管188。从而，将第一箱体151中的冷却水量与第二箱体152中的冷却水量按照混合阀153的混合比进行混合以得到确定温度的冷却水，并且冷却装置150能够将此冷却水送入流体导入部141中。从冷却装置150中导入到流体导入部141中的冷却水(混合冷却水)的温度以第二箱体152中的冷却水温度(50～80℃)为上限，并且此温度比导入处理釜110中的水蒸气(约200℃)温度低。从而，冷却装置150相当于本发明的流体导入机构。
废弃物投入箱160以与处理釜110中的水热处理循环匹配的时序输送被处理物，并投入投入口111中。控制装置170为总括地对水热处理装置进行控制，由具有进行逻辑计算的CPU、存储程序或数据的ROM、可以临时读写数据的RAM等的计算机构成。并且，控制装置170中输入所述各种传感器的检测信号，对应此检测信号或由未图示的操作盘输入的运转条件设定参数，实现了对阀183等各种阀的驱动控制及蒸发器120等设备的驱动控制。
以下，对在本实施例的水热处理装置100中进行的水热处理过程进行说明。图2是表示此水热处理过程的工序的工序图。在进行水热处理说明之前，对水热处理装置100为进行此水热处理而执行的处理进行说明。
水蒸气导入管180的传感器190、蒸气过热加热器130的传感器191、蒸发器120的传感器192、处理釜110的釜温度传感器200及釜压力传感器201的检测信号输入控制装置170中，该控制装置170控制蒸发器的运转状态(水蒸气生成量、压送量等)的同时，并控制蒸气过热加热器130的运转状态(加热温度等)。由此，水热处理装置100压送水蒸气，以使温度·压力(200℃/2MPa)稳定的水蒸气充满处理釜110。此情况下，在向处理釜110导入水蒸气的初期，考虑到与被处理物接触产生的冷却，可以导入比上述温度高约10℃的水蒸气。
此外，控制装置170还对冷却装置150的第二箱体152的温度进行控制。即，调整水蒸气导入管180上设有的分流阀189的阀的开度，将第二箱体152的冷却水温度调整至所述的50～80℃之间的规定温度，例如调整至80℃。在进行此温度调整时，使用第二箱体152上设有的未图示的温度传感器的检测信号。第二箱体152的箱体的容量足以满足围绕处理釜110主体的热交换釜140，具体地说为其流体导入部141，因此相比处理釜110的内部容积(本实施例中约为10m3)，第二箱体152的箱体的容量非常小，为0.5m3左右。而且，调整温度为50～80℃，相比导入处理釜110中的水蒸气温度(约200℃)为低温，因此，通过从分流阀189分流到热交换配管188中的用于对第二箱体152的冷却水温度进行调整的水蒸气量很少。从而，即使如上述分流水蒸气，也不会对利用水蒸气导入以使处理釜升温产生影响。
水热处理装置100利用控制装置170在执行对上述设备的控制的同时实现图2的水热处理。在此水热处理过程中，首先将被处理物投入废弃物投入箱160中(步骤S100)。导入被处理物后，接下来，控制装置170使废弃物投入箱160将投入的被处理物搅拌并输送至投入口111的同时，将蓄积在储气器198中的高温水蒸气向此被处理物喷射，从而使被处理物升温(步骤S110)。储气器198在后述的水热处理结束后的步骤150中，蓄积保持高温装态的水蒸气，因此通过利用控制装置170来控制阀199的开启，将储气器198内的高温水蒸气喷出，从而使被处理物升温。水蒸气在储气器198的蓄积期间虽然会引起温度降低，但是直到下次水热处理期间，降温程度很小，因此不会对被处理物的升温造成障碍。
步骤S110后接下来，通过控制装置170控制的开口开闭设备114将投入口111打开，并由废弃物投入箱160将被处理物以保持升温的状态投入此投入口111内(步骤S120)。然后，控制装置170将投入口111闭锁后，在规定时间内保持控制阀136的开启，在此期间，从压缩机135向处理釜110内导入压缩空气(步骤S130)。通过此导入的压缩空气，促进接下来进行的基于水蒸气导入的处理釜110的高压化。
接下来，控制装置170控制开启水蒸气导入管180最上游的阀183和各分支水蒸气导入管180a～180c等的阀，将蒸发器120中生成的并通过蒸气过热加热器130高温化的高温高压(200℃/2MPa)水蒸气导入处理釜110内，同时通过电动机116使处理釜内的搅拌叶片113旋转，搅拌投入的被处理物(步骤S140)。通过导入此高温高压的水蒸气，在处理釜110的内部，投入的被处理物与高温高压的水蒸气接触，从而水蒸气的热量用于被处理物的水热处理。并且，通过搅拌叶片113对被处理物的搅拌，投入的被处理物无遗漏地与高温高压的水蒸气接触，从而可以更一致地向被处理物传热地进行水热处理。并且，搅拌叶片113对处理物的搅拌可以与步骤S130中的压缩空气导入并行进行。
经由水蒸气导入管180和分支水蒸气导入管180a～180c等的高温高压水蒸气的在被处理物的水热处理期间继续保持导入。并且，在排出口120处，经由分支水蒸气导入管181，并由釜内的喷出孔182继续导入水蒸气。从而，在水热处理期间，在排出口112处，通过由喷出孔182导入水蒸气使被处理物被推回釜内，因此，不会由于不经意导致排出口112的阻塞。
在规定时间内通过高温高压的水蒸气保持对被处理物进行水热处理之后，水热处理装置100的控制装置170控制关闭阀183，并停止电动机116，从而完成水热处理。然后，控制装置170控制开启水蒸气环流管196的阀197，并控制关闭阀199，处理釜110中的残留水蒸气导入储气器198中，从而在此储气器198中蓄积保持高温的水蒸气(步骤S150)。关闭阀197完成此水蒸气的蓄积。如此蓄积的水蒸气如步骤S110所述的用于使被处理物升温。此外，储气器198的内部容积与处理釜110的内部容积(约10m3)相比很小，因此，即使向储气器198蓄积水蒸气后，处理釜110中依然残留有水蒸气。
一旦完成向储气器198的水蒸气蓄积，控制装置170将冷却水从冷却装置150中导入到热交换釜140的流体导入部141中(步骤S160)。此冷却水的导入如下进行。
首先，控制关闭冷却水排出管142的阀144，将流体导入部中充满冷却水。然后，控制打开排出侧的阀144和导入侧的阀155，向流体导入部141循环供给冷却装置150的冷却水。图3是说明冷却水的循环供给情况的说明图。
如图3所示，控制装置170在冷却水导入初期，将由混合阀153确定的流量比设为第二箱体152侧为100％，第一箱体151侧为0％，其后降低第二箱体152的流量，并增大第一箱体151的流量。在冷却水导入末期，第二箱体152侧变为0％，第一箱体151侧变为100％。从而，在流体导入部141中循环供给的冷却水的温度在冷却水导入初期，成为第二箱体152的冷却水温度(约为80℃)，然后逐渐下降，在冷却水导入的末期，第一箱体151的冷却水温度变为(常温)。因为此种冷却水循环，因此，热交换釜140，具体为流体导入部141在与处理釜110之间进行热交换(冷却)时，由最初的与处理釜110的内部温度之间温差很小的温度逐渐冷却，通过逐渐降低温度的冷却水进行冷却。最优选此冷却持续至处理釜110的内部环境温度变为约100℃左右时。
此处理釜110冷却后，接下来控制开启水蒸气排放管193的阀194，将冷却完成时残留的水蒸气全部排放到大气中(步骤S170)。此水蒸气的排放在上述的温度·压力都降低的状态下进行。
接下来，控制装置170驱动开口开闭设备115使排出口112开放，将处理完成物(堆肥、饲料、燃料)从处理釜110中排出(步骤S180)。处理完成物一排出，控制装置170闭锁排出口112，准备进行下次的水热处理。并且由为图示的传送带输送处理完成物。
步骤S170一旦完成将残留的水蒸气排出到大气后，与上述的处理完成物的排出并行，控制装置170准备下次的水热处理，将处理釜110升温。即，控制装置170通过控制打开冷却水排出管142的阀144，将导入到热交换釜140(具体为流体导入部141)中用于处理釜110的冷却的冷却水回收到冷却装置150的第一箱体151和第二箱体152中(步骤S190)。接下来，在阀144关闭，流体导入部141密闭状态下，经由分支水蒸气导入管185将水蒸气导入流体导入部141中(步骤S200)，从而处理釜110通过围绕其周围的流体导入部141升温。在进行所述的步骤S160中的冷却水导入时，导入的水蒸气由流体导入部141的水蒸气排出管143排出到大气，因此不会对冷却水的导入产生障碍。
在以上说明的本实施例的水热处理装置100中，通过约200℃/2MPa的高温高压的水蒸气水分与水蒸气的热量在处理釜110中对被处理物进行水热处理时，将被处理物从处理釜110的投入口111投入到处理釜110中，经由水蒸气导入管180或分支水蒸气导入管180a～180c等，将上述高温高压的水蒸气由蒸发器120及蒸气过热加热器130压送到此处理釜110的内部。通过此压送的水蒸气，在处理釜110的内部，投入的被处理物与压送的高温高压的水蒸气接触，从而水蒸气具有的热量用于被处理物的水热处理。并且，在已导入上述的高温高压水蒸气的处理釜110内，通过搅拌叶片113搅拌已投入的被处理物，使被处理物无遗漏地与水蒸气接触的同时，更一致地向被处理物传热，从而利用水蒸气的水分及热量进行水热处理。
进行此水热处理时，在本实施例中，由蒸发器120生成的水蒸气在其压送过程中通过蒸气过热加热器130进行加热，从而持续地向处理釜110内导入约200℃/2MPa的高温高压水蒸气(步骤S140)。如果由蒸发器担当此种高温高压的水蒸气的生成·压送，则需要蒸发器具有高性能，但是因为蒸发器的能力具有极限，因此难以稳定地导入上述的高温高压的水蒸气，本实施例中，通过蒸气过热加热器130进行上述的水蒸气加热，因此能够稳定而持续地导入高温高压的水蒸气。通过此种持续进行高温高压水蒸气导入的水热处理装置100，能够将处理釜110置于水热处理最理想的处理环境下(约200℃/2MPa)，并且能够容易地维持该高温高压的处理环境。此情况下，在本实施例中，当通过蒸气过热加热器130进行水蒸气加热时，将通过蒸气过热加热器的130进行加热的管路设置成扭弯管路，从而增长了管路长度，提高了加热效率，因此适合水蒸气的高温化及维持处理釜110的处理环境。
并且，在将如以上说明的处理釜110的内部的处理环境维持在约200℃/2MPa的高温高压的条件下，将塑料含有剩饭或将其与一般废弃物混合的被处理物进行水热处理，因此能够达到高生产率。此外，水热处理基于不产生粉尘·煤烟的环境保护的观点而优选，而且由被处理物生成有益的处理完成物(堆肥、肥料、燃料)的资源循环的观点也优选。
此外，在上述高温高压的水蒸气导入之前，将高压空气导入处理釜110内，从而将处理釜110内预先置于高压环境，因此，能够容易地维持高温高压的水热处理的处理环境。并且，通过在导入此高温高压的水蒸气之前导入高压空气设置高压环境的基础上，然后将高温高压的水蒸气导入处理釜110内，因此更加简便地维持水热处理的处理环境。
另外，将上次水热处理时残留在处理釜110内的高温的残留水蒸气向进行水热处理前的被处理物进行喷射(步骤S110)，预先升温该被处理物。从而，能够抑制因为向处理釜110的内部投入被处理物而导致的温度下降，因此，能够自水热处理开始始终将处理环境维持在高温高压。并且，被处理物的升温通过蓄积在储气器198中的残留水蒸气进行，因此，不需要另行准备用于被处理物升温的热源，能够实现构成的简单化和节约能源化。
此外，在本实施例中，用于将水蒸气从蒸发器120导入到处理釜110内部的水蒸气导入管180分支出多个分支水蒸气导入管180a～180c等，并在多个导入处向处理釜110的内部导入水蒸气，此外，在处理釜110的排出口112上设置一个分支水蒸气导入管181的喷出孔182。经由分支水蒸气导入管181并自喷出孔182喷射的水蒸气，发挥将排出口112处的被处理物推回至处理釜110内的作用，因此，能够避免在高温高压下进行水热处理时，被处理物塞在排出口112处固化或者排出口112被塞住。从而，适于水热处理后处理完成物平滑的排出。
此外，设置热交换釜140，该热交换釜具有包围处理釜110主体部周围的中空的流体导入部141。在水热处理完成后，将冷却水导入此流体导入部141中，此冷却水与处理釜110进行热交换，以使处理釜110冷却，同时，将处理釜110内的残留水蒸气从处理釜110内排出。从而，水热处理后的处理釜通过与冷却水的热交换，在短时间内有效地冷却，并能够在促进其内部的温度和压力降低的条件下，将残留水蒸气排出。因此，加上维持所述的水热处理的处理环境，用于至下次水热处理被处理物的时间被缩短，进而能够提高处理效率。
并且，向热交换釜140(流体导入部141)导入冷却水时，使导入的冷却水的温度如图3所示逐渐降低，从而能使作为热交换(冷却)对象的处理釜110不发生急剧的温度变化(温度降低)，因此，从确保处理釜的耐久性的观点来看是优选的。在进行此冷却水温度的调整时，通过热交换用配管188来利用导入到处理釜110中的水蒸气的热量，因此，从能源效率来看也是优选的。
此外，除了向热交换釜140(流体导入部141)中导入冷却水之外，还可在进行下次的所述被处理物的水热处理时，将导入到热交换釜140(流体导入部141)中的冷却水排出后，将蒸发器120生成的水蒸气导入所述的热交换釜中。于是，在下次的水热处理中，即使通过与导入到热交换釜中的水蒸气间的热交换也能够使处理釜升温，因此有助于下次水热处理的环境维持。
以上对本发明的实施例进行了说明，但是本发明并不限定上述的实施例或实施方式，当然在不脱离本发明的主要思想的范围内可以实施各种方式。例如，在上述的实施例中，在维持处理釜110内的处理环境时，由蒸气过热加热器130产生的水蒸气化热量、通过压缩机135事先导入高压空气、使用残留水蒸气对下次处理用的被处理物进行升温被同时采用，也能够根据处理釜110的内部容积、被处理物的种类、水热处理时的环境(温度·压力)采用合适的选择。
Claims (9)
1.一种水热处理装置，其利用水蒸气的水分及水蒸气的热量将被处理物进行水热处理，所述水热处理装置具备：
中空的处理釜，其具有所述被处理物的投入口和排出口；
水蒸气生成源，其生成用于导入所述处理釜的水蒸气，并进行压送；
水蒸气导入路，其设置成将所述水蒸气生成源生成的水蒸气导入到所述处理釜的内部；
搅拌机构，其在处理釜内搅拌被投入所述处理釜内的被处理物；
维持机构，其维持在进行所述水热处理时的处理环境，
该维持机构具有以下机构中至少一个机构：
水蒸气加热机构，其形成在所述水蒸气导入路的路径，将通过该路径的水蒸气加热后，将水蒸气送出到所述处理釜；
加压空气导入机构，其在所述水热处理开始前，将加压空气导入所述处理釜的内部；
升温机构，其将所述水热处理完成后的所述处理釜的残留水蒸气从所述处理釜中排出，并蓄积在中空容器内，将该蓄积的水蒸气向由所述处理釜的所述投入口投入的下次处理用的所述被处理物喷射，从而使下次处理的被处理物升温。
2.如权利要求1所述的水热处理装置，其特征在于，所述水蒸气导入路设在所述处理釜的多个导入处，以进行水蒸气导入，该多个导入处中的至少一个作为所述处理釜的所述排出口，将所述排出口的所述被处理物推回所述处理釜内。
3.如权利要求1或2所述的水热处理装置，其特征在于，还具备：
热交换釜，其在所述处理釜的周围形成有中空的流体导入部，能够使导入到该流体导入部的流体与所述处理釜之间进行热交换；
流体导入机构，其在所述水热处理结束后，将低于所述处理釜内残留的残留水蒸气温度的低温流体导入所述热交换釜中；
水蒸气排出机构，其在所述水热处理结束后，将所述残留水蒸气从所述处理釜排出。
4.一种水热处理装置，其利用水蒸气的水分及水蒸气的热量将被处理物进行水热处理，所述水热处理装置具备：
中空的处理釜，其具有所述被处理物的投入口和排出口；
水蒸气生成源，其生成用于导入所述处理釜的水蒸气，并进行压送；
水蒸气导入路，其设置成将所述水蒸气生成源生成的水蒸气导入到所述处理釜的内部；
搅拌机构，其在处理釜内搅拌被投入所述处理釜内的被处理物；
热交换釜，其在所述处理釜的周围形成有中空的流体导入部，能够使导入到该流体导入部的流体与所述处理釜之间进行热交换；
流体导入机构，其在所述水热处理结束后，将低于所述处理釜内残留的残留水蒸气温度的低温流体导入所述热交换釜内；
水蒸气排出机构，其在所述水热处理结束后，将所述残留水蒸气从所述处理釜排出。
5.如权利要求3或4所述的水热处理装置，其特征在于，所述流体导入机构将导入所述热交换釜内的所述流体的温度从所述残留水蒸气的温度逐渐降低，并将流体导入所述热交换釜内。
6.如权利要求3～5中任一项所述的水热处理装置，其特征在于，所述流体导入机构在进行下次的所述被处理物的水热处理时，将导入到所述热交换釜内的所述低温的流体排出后，将所述水蒸气生成源生成的水蒸气导入所述热交换釜内。
7.一种水热处理方法，其利用水蒸气的水分及水蒸气的热量将被处理物进行水热处理，所述水热处理方法包括：
向具有所述被处理物的投入口和排出口的中空的处理釜中，由所述投入口投入所述被处理物的工序；
由生成水蒸气的水蒸气生成源将水蒸气压送至所述处理釜内部的工序；
在已导入所述水蒸气的所述处理釜内，搅拌所述投入的被处理物的工序；
在所述水热处理时，维持处理环境的工序，
维持所述处理环境的工序至少包括以下工序中的至少一个：
加热导入所述处理釜的水蒸气后，将水蒸气送出至所述处理釜的工序；
在所述水热处理开始前，将加压空气导入所述处理釜内部的工序；
将所述水热处理结束后的所述处理釜的残留水蒸气从所述处理釜中排出，并蓄积在中空容器中，该蓄积的水蒸气向由所述处理釜的所述投入口投入的下次处理用的所述被处理物喷射，从而使下次处理的被处理物升温的工序。
8.如权利要求7所述的水热处理方法，其包括：
在所述水热处理结束后，向热交换釜中导入低于所述处理釜内残留的残留水蒸气温度的低温流体的工序，所述热交换釜在所述处理釜的周围形成的中空的流体导入部中导入流体，能够使该导入的流体与所述处理釜之间进行热交换；
在所述水热处理结束后，将所述处理釜内残留的残留水蒸气从所述处理釜中排出的工序。
9.如权利要求7或8所述的水热处理方法，其特征在于，
在将水蒸气从所述水蒸气从水蒸气生成源压送到所述处理釜内部的工序中，将所述水蒸气导入所述处理釜的多个导入处，并将该多个导入处中的至少一个作为所述处理釜的所述排出口，将所述排出口的所述被处理物推回所述处理釜内。
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Open date: 20080305 |