CN1253513A - 超临界反应装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明是关于将被处理物和200℃以上的水置于共存状态下,通过进行分子链的切断、再结合和含有分子的脱离、氧化、还原反应等任何一种化学反应的水热反应进行处理物质的方法和装置,在根据将被处理物和液状介质的混合相置于该介质的超临界状态下处理物质的超临界反应装置中,设有上端具有物料供入口(46,48),下端具有生成物排出口(60),大致垂直的筒状反应容器(22),在该反应容器的内部,在上侧形成超临界区域,在另一端形成亚临界区域,同时,使被处理物和生成物在该反应容器内部向着下端单方向移动。

Description

超临界反应装置及其方法

技术领域

本发明是关于通过将被处理物和通常为200℃以上的水置于共存状态下，利用进行分子链的断裂、再结合和所含分子的脱离、氧化、还原反应等任何化学反应的水热反应进行处理物质的方法和装置。

                       技术背景

必须指出在焚烧城市垃圾时产生的灰分中含有二噁英等对人体有害的物质，近年来，期望着对其处理的方针政策。而且，对含有除草剂、PCB、DDT、其它杀虫剂等有机卤化合物，毒气、其它的化学武器和炸药、含有很高浓度有机物不能进行生物处理的物质、含有对生物有抑制作用的成分的生物处理困难的废水等、不能向环境排放、放置的物质进行处理的必要性同样也越来越高涨。

作为这些物质的处理方法，通过将被处理物和通常为200℃以上的水置于共存状态下，应用进行分子链的断裂、再结合和所含分子的脱离、氧化、还原反应等任何化学反应的水热反应是大有希望的。这是因为其具有许多优点，即基本上以封闭体系(封闭回路)进行处理，装置规模也能抑制到比较小。

特别是，在称作所谓超临界的领域中，介质在变成既不是气相，又不是液相的中间状态时，可知能呈现出物理化学的特异性能。也知道利用这种特异性质能够进行各种各样的处理。另外，所谓超临界，是指介质为水时，温度超过临界温度374.15℃，压力在临界压力225.56at以上的状态，将接近于此的温度，200℃以上，374.15℃以下，压力在饱和蒸汽压以上的区域称作亚临界。再有，为了实现这些状态，必须使压力在介质的蒸汽压以上，不能通过介质的蒸发带走蒸发潜热，使温度降低。作为一例，在图9中示出了水的温度和蒸汽压之间的关系。

如上述的水热反应，不但能对有害物质进行无害化处理，而且能够将有机性废弃物作为燃料和化学反应的碳源，也能应用于碳浆化技术。它是实施在对有机性废弃物进行水浆化时，在高温高压下进行热处理，脱水洗涤，将所含氯减少到最低极限的、碳含量提高的固体物和油类凝固物进行分离，浓缩，提高发热量的工程。

作为这种超临界反应方法和装置，已知的装置是从长型筒状的加压容器上部供入被处理物，在容器内部的上侧形成超过临界温度的超临界区域，在下侧形成比临界温度更低的亚临界区域。在这种装置中，在超临界区域内发生氧化等反应，同时，将被处理物或反应生成物中的固体物等分离开，被下部亚临界区域的浆液所吸收。另一方面，设置从容器上部取出超临界状态生成物的排出部，它通过具有除去混杂的固体颗粒的过滤器的配管送入下一道工序。

在这样的装置中，被加压的材料，通过供入管送入反应器上部的超临界区域内。二噁英等有机物的氧化在超临界区域内进行，超临界温度的物流层，首先向下游动，而后向上流动。因此，燃烧的废液从容器上部的导管排出，另一方面，存在于供入物质中的无机物等，由于在超临界区域内不被溶解，而析出，在惯性力和重力下，向下游动，到达亚临界区域的液层。亚临界的液层溶解在超临界中没有溶解的有机物质等，形成在超临界层中不溶解物质的浆液。得到的浆液通过设在位于容器底部的亚临界区域内的导管，由压力容器中排出。

然而，在这种老的技术中，由于反应塔壁直接受到超临界状态下的温度和氧化的作用，即使使用镍铬铁耐热合金等高级材料，也会由于反应，存在被腐蚀恶化的危险。再有，为了不得不考虑这种腐蚀恶化，不能将反应温度提高的太高。进而，使用这种高级材料制造能耐225.56at以上的高压容器，必然形成数厘米以上的极厚板压力容器，形成了非常昂贵的装置。

对于具有像二噁英等极微量亦有剧毒的有害物质，为了使其无害化，仅靠超临界氧化反应中无法提高温度，反应速度得不到提高，在反应塔内的滞留时间也不充分，因此在表面含有反应物的多孔体等时，内部没有进行充分地反应，这就有可能使有害物质残留在处理物中，因此，除了主反应塔外，还必须设置第2阶段的次级反应塔。

这种压力容器，由于具有完全接近混合反应器的性能，因此担心被处理物在反应容器内走捷径(short pass)，为了防止这种危险的产生，为了靠向反应器流入的液流就能进行混合搅拌，必须使反应器内部的流体进行再循环，增加流入流量或者，或者，设置针对未反应物采取的第2阶段反应器。

在超临界区域内，盐类不溶解析出，在亚临界区域内溶解，被稀释排出，但在这种扩散境界内，会形成所谓的过湿或过干的状况，在其近旁的盐类和所含固体成分会形成锅垢，发展下去是危险的。因此，必须间歇地提升临界位置，停止超临界运行等，清除锅垢，根据盐类的种类，这种去除并不容易，必须将容器进行解体，有时发生危险。特别是，将城市垃圾的焚烧灰作为处理对象物时，焚烧灰中含有钙、钾、钠、氯、硫等各种元素的盐，由于超过10-20％，可以预想到在含有这种高浓度下，长时连续运行会变得相当困难。

进而，将超临界状态的物流相直接从反应容器的超临界区域排出时，有时同时产生析出的细小盐粒和原本含有的固体粉粒。因此，这种情况会引起堵塞和强腐蚀输送超临界物的管道，必须利用过滤器将具有的伴随粒子去除掉。然而，由于是超过374.15℃的高温，作为过滤器，必须使用陶瓷过滤等高价的过滤器，而且也常常伴随着堵塞的危险。

进而，由于在反应塔底部堆积着几乎没有流动性的盐和所含的固体物，为了从反应塔将它们排出，必须在原本送入的材料中加入水等，作为运送流体加入到反应容器内。结果，增加了处理过程中副产物的量，随之又增加了后处理工序的负担。

再有，将反应物进行再循环时，为了用反应物稀释供入的材料，容器的超临界区域将供入材料和未反应物很好地混均，在通常产生相当于空气中燃烧时的火焰燃烧中不能形成局部的高温高速继续反应场，存在反应时间很长的缺点。

本发明的目的就是为解决上述老技术中的种种问题，提供一种适于实用的高温水热反应方法和装置。

                      发明的公开

本发明的超临界反应装置，其特征是在根据将被处理物和液状介质的混合相置于该介质的超临界状态下，处理物质的超临界反应装置中，装配有在上端设有物料装入供应口，下端设有生成物排出口的几乎是垂直的筒状反应容器，在该反应容器内部，上侧形成超临界区域，另一端侧形成亚临界区域，同时，使被处理物和生成物在该反应器内部向着下端单方向移动。

据此，与在超临界状态下从装置排出的情况比较，由于能够在更低的低温低压下进行处理，所以大大简化了后面的处理，同时，由于在反应容器内也不形成含有盐类流动性低的残留物，所以也就没有必要为了这种处理另行供入水等，从而使后处理更加简化。

再有，由于是单向流动处理，所以也就不必要像现有情况那样使反应容器内的混合相进行循环的复杂结构，装置本身和其运行控制也能大大简化。

对于上述反应容器，最好将长度与其内径比设定为4倍以上。

将上述反应容器制成双层筒状，这样围绕着上述超临界区域和/或亚临界区域形成保温流路。据此，由于能形成超过普通金属材料界限600～650℃高温的反应场，所以能够利用辅助燃料的燃烧热提高反应场的温度，能在比金属材料耐热温度高得多的650～800℃下连续运行。

上述物粒供入口可以具有供入含被处理物浆液或液体的浆液供入喷嘴，和供入比超临界温度更高温度的上述介质的介质供入喷嘴。

在上述超临界区域内可以设置在该区域内形成局部反应继续场的筒状体，使其一端临近上述物料供入口，另一端向下游侧开口。

在上述反应容器的下端设置在和该容器的亚临界区域交叉方向上延伸的筒状排出部分。

使上述排出部分相对于水平方向形成倾斜，在其上端侧设置气体排放口。

在上述排出部分设置机械式的浆液移动装置。

上述浆液移动装置可以是输送螺杆。

上述输送螺杆的结构可以是在旋转的轴体上安装不连续的叶片。

在使上述浆液相移动装置和驱动源连接的连接部分上形成流体密封机构。

作为向上述保温流路供入的保温流体，可以使用低于临界温度的上述介质。

将供入上述保温流路中的一部分介质加热到超临界温度以上，在上述反应容器的物料供给口处，形成供入的加热管路。

在上述反应容器的上述亚临界区域的内壁表面上，设有去除附着和/或生长固着物的去除装置，或搅拌混合相的搅拌装置。

进而设置将送入上述反应容器内的被处理物，在亚临界温度内进行前处理的前处理容器。

将上述前处理容器的被处理物出口，设定在和上述反应容器的物料供入口大致同等的高度。

在上述反应容器的下游处设置进一步冷却被处理物的冷却器，和将冷却的被处理物减压，进行气液分离的分离罐。

在上述反应容器和上述冷却器之间设置减压装置。

上述减压装置备有至少2个由中间阀分隔开的减压罐，将被处理物填装在第1罐内后，打开中间阀，使被处理物膨胀到第2罐内，以进行减压。

设置用于上述分离罐中分离出的气相预热被处理物的预热配管。

本发明的超临界反应方法，其特征是在根据将被处理物和介质的混合相置于该介质的超临界状态下，进行反应的超临界反应方法中，有在断绝氧化剂的状态下，将上述混合相置于亚临界状态下的第1道工序，和置于加入氧化剂的超临界状态下的第2道工序。

在上述第2道工序后，有将被处理物降低到低于临界温度以下的温度，形成在单相液相，或液相中含有固体物或非凝缩性气体的混合相的第3道工序，和将该混合相作为低于临界温度的物质从反应塔排出的工序。

也可以使上述第2道工序在保持低于临界温度的内壁中进行。

使和被处理物大致同等或稍高压力的低于临界温度的流体，从上述内壁的外侧流过，以将该内壁的温度保持在低于亚临界的温度。

上述第2道工序也可以在上述内壁中形成局部反应继续场的筒状体中进行。

也可以按如下进行上述第2道工序，即，在大致垂直的筒状反应容器内部，在上侧形成超临界区域，下游侧形成亚临界区域，使被处理物和生成物在该反应容器内部，向下端单向移动。

也可以将被处理物、氧化剂和超临界温度的介质供入到上述反应容器内的上述超临界区域内。此处所说的氧化剂是指，例如氧气、空气等含氧气体，或过氧化氢等所谓氧化剂。

可以具有事前使被处理物流动化的工序，也可以具有事前加入酸或碱，将被处理物的pH调整为中性及至弱酸性的工序。

也可以通过向被处理物中添加辅助燃料，利用在超临界区域内的燃烧反应，获得临界温度以上的温度。

通过向被处理物中添加分散剂，可防止被处理物和介质的分离。

再有，本发明的超临界反应方法，其特征是具有在根据将被处理物和介质的混合相置于该介质的超临界状态下，进行反应的超临界反应方法中，将上述混合相置于超临界状态下进行反应后，将含有反应生成物的混合相置于亚临界状态下进行后处理的工序。

再有，本发明的处理装置，其特征是在根据将被处理物和液体介质的混合相置于该介质的亚临界或超临界状态下，处理物质的处理装置中，在上端具有物料供入口，在下端具有生成物排出口，在其内部设有形成反应区域的大致垂直的筒状反应容器，在该反应区域内，被处理物和生成物在该反应容器内部向着下端单方向移动。

进而，本发明的处理装置，其特征是在根据将被处理物和液状介质的混合相置于该介质的亚临界或超临界状态下进行处理物质的处理装置中，其装配有在其上端具有物料供入口，在其下端具有生成物排出口，在其内部形成反应区域的大致垂直的筒状反应容器，该反应容器由内筒和外筒形成双层筒状，据此形成了围绕上述反应区域的保温流路。

上述内筒可以以能够拆装形式安装，也可以插入组装上述内筒。

将上述介质作为热介质在上述保温流路中流动。

在亚临界状态的反应区域内设有去除内壁附着物和/或搅拌混合相的叶片部件。

在贯通驱动叶片部件的驱动轴的轴孔周围，设有压入上述介质进行密封的密封机构。

使用上述记载的处理装置，可以在上述介质的亚临界状态下进行氧化反应处理。

再有，本发明的处理方法，其特征是在根据将被处理物和介质的混合相置于该介质的亚临界状态下进行氧化反应的处理方法中，具有在断绝氧化剂的状态下，将上述混合相置于第1亚临界状态下的第1道工序，和置于加入氧化剂的第2亚临界状态下的第2道工序。

                   附图的简单说明

图1是实施本发明实施方案的处理装置的总体结构示意图。

图2是图1实施方案的处理装置超临界反应塔结构的截面示意图。

图3是图1实施方案的处理装置亚临界反应塔结构的截面示意图。

图4A是亚临界反应塔的其它实施方案的结构截面示意图。

图4B是亚临界反应塔的其它实施方案的结构的截面示意图。

图5是超临界反应塔的其它实施方案的顶部结构的截面示意图。

图6是超临界反应塔的又一实施方案的顶部结构截面示意图。

图7是图1实施方案的装置控制系统构成的说明图。

图8是另一实施方案的控制系统构成示意图。

图9是说明水的超临界状态的状态图。

图10是超临界反应塔排出部分的另一实施方案的构成截面示意图。

               实施发明的最佳方案

图1～图3表示本发明一种实施方案的处理装置。在此作为用作处理焚烧城市垃圾时产生的焚灰所使用的废弃物处理装置作为实例进行说明。无需多说，也可以取代焚灰，例如处理被PCB污染的土壤和排放液。

该装置具有将所有处理灰制成浆液，升温，从亚临界状态导向超临界状态，进行氧化反应，为后处理和生成物利用而进行分离工序的制浆液系统，和为冷却或保温超临界水和各反应装置供应亚临界水等的供水系统，和监视各系统管路和装置规定处的状态，维持规定状态的控制系统。另外，此处所说的“浆液”是指不含悬浊物，仅含有液体状的废液等。

首先，浆液系统包括如下部分，即，用水将被处理物焚灰溶解，制成浆液，再进行pH调整的浆液调整槽10、将该浆液升压，通过浆液供入管12，向一次预热器14、二次预热器16输送浆液的升压泵18、在供入异丙醇的状态下，将已升温的浆液置于亚临界状态下的亚临界反应塔20、加入高温超临界水和氧化剂空气，置于超临界状态的超临界反应塔22、和将该反应终了的浆液进行减压，同时以闪蒸进行降温，从浆液中分离出气相，导入到规定的贮存容器内，向环境排放的后处理部分24。

与浆液调整槽10相连接的，除了供应被处理物焚灰的管线26外，还与为调整后段超临界反应容器中的温度，作为发热源中入的异丙醇水溶液的罐28，供给控制液体成分和固体成分分离的分散剂的分散剂罐30、pH调整用的酸或碱的罐32、水罐34等连接，还设有对浆液进行机械搅拌，混合均化浆液，防止固体物沉降和油分上浮的搅拌机36。

超临界反应塔22的结构，如图2所示，具有几乎垂直的筒状塔体38、和在其下部相对于水平以规定角度倾斜设置的排放部分40。塔体38和排放部分40，都由内筒38a，40a和外筒38b，40b形成双层筒状。这样，在塔体38的内筒38a内侧安装，在和内筒38a之间，以规定的间隙，从顶部以规定长度延伸的保护火焰筒42，它由碳化硅等陶瓷制成。在复盖塔体38顶部的盖44上设置浆液入口46和超临界入口48，前者与从盖44的下面向下方延伸的浆液供入喷嘴50相连通，向任何一个保焰筒42的内侧开口。

在塔体38的内筒38a和外筒38b之间的间隙中形成保温流路(亚临界水流路)52，在此处，从下方的亚临界水供入口54供入亚临界状态的水，该水从塔体上部的亚临界水排出口56排出。这样，塔体38作为整体都保持在亚临界温度以上的温度，而且，内筒38a保持在超临界温度以下的温度。

塔体38的内筒38a，相对于内径，其长度至少在4倍以上，最好在8倍以上。而内径本身要设定小些。这样，内部的流体，在通常的流动速度下，整体上形成近似于从上向下的柱状(ピストン)流动状态。

反应塔塔体38和排放部分40的内筒38a、40a和浆液供应喷嘴50，因为浆液含有以氯为主的腐蚀成分，所以使用铬镍铁合金等耐腐蚀性的高级材料。另外，因为这些部分也使用亚临界水冷却，所以因高温引起强度恶化的问题较少。内筒38a的内部和亚临界水流路52之间的压差在通过流路时也不过是压力损失，最大不要超过1at，内筒38a部件上几乎没有这种力，所以考虑到加工，稍微厚一点的板就可以了。为了使内筒38a制作得廉价，可制成单圆筒形，为了使暴露于超临界中受到腐蚀损坏，也能很容易更换，采取插入组装。另外，材料和温度条件不同，所以要消解热膨胀引起的差异，在规定部位设计成S形热膨胀带。

外筒38b要比内筒38a厚，制成承受亚临界水和浆液等高压流体的压力容器，上下分离的2个部分利用凸缘54连接起来。内面的大部分围护着内筒38a，使其不暴露于浆液中，由于用亚临界水冷却等原因，不会出现由于高温而引起强度恶化的问题，可以使用碳钢、普通的锅炉用钢材。为了耐高温高压，在凸缘54上设计将铬镍铁合金、SUS等耐腐蚀材料的金属环通过凸缘连接，使它的线接触部位倾斜，形成接触密封的金属密封55。

保焰筒42，在产生特别激烈氧化反应的超临界反应塔最上部中，能够保护内筒38a不受超临界氧化环境气的腐蚀，同时，抑制热量向内筒渗透，防止温度降低，使内部流动稳定等，形成超临界氧化反应继续场，所以和内筒38a之间，以数毫米的间隙安装，防止了与内筒38a的热传递，所以超临界氧化继续场得以冷却，从而防止了不稳定现象。原则上，该温度最好在能稳定地继续进行氧化反应的500～550℃以上，最好取600℃，在处理难分解性物质时，也可以高达650～800℃。这就能够实现利用醇等辅助燃料的燃烧反应热。

保焰筒42相对于内径，有至少在2倍以上，最好在3倍以上的长度，太长时，在过程当中，又会重新形成亚临界状态，粉体和盐，在它的临界点前后，会变成湿干反复的形式附着并固定住，不断地生长，从而堵塞住反应塔体38，所以很不理想。

为了测定超临界反应塔22重要部位的温度，将温度测定点58a、58b、58c设定在顶部、内筒上下连接部、下部三个部位，它们的输出端子与图中没有示出的控制装置连接。用顶部的温度计检测超临界氧化反应有否异常现象，同时，将控制超临界氧化反应温度的控制值、例如用作控制供入超临界水量、供入浆液量、供入异丙醇量等的信号。由于这是很重要的检测端口，为了双重化，最好设定2个以上。

浆液排放部分40，形成与水平以规定角度倾斜的双层筒状，在其中央稍稍上侧上，与塔体38的下端连接，在其中央稍稍下侧的下面，与浆液排放管60的上端连接。在排放部分40的上侧盖62上形成气体排放口64，排出含有氧、氮、碳酸气等非凝缩气体的气相，以保持内部压力恒定。内筒40a和外筒40b之间的间隙，同样形成流通亚临界水的保温流路66，从下部亚临界水入口68供入的亚临界水，从上部出口70排出。

在排出部分40的内部有在由安装在下侧盖72外面的带马达减速机74驱动的旋转轴76上，设有螺旋状浆液排出叶片78的输送螺旋杆80。输送螺旋杆80的结构是，比浆液排出管60的开口部位高的部分，形成右螺旋配置，比开口部位低的部分，形成左螺旋配置，当以箭头方向旋转是，浆液从上下向着浆液排出管60的开口部位流动。在排出部分40的下侧盖72上设有插入旋转轴76的贯通孔82，在这贯通孔的周围压入从后面讲述的亚临界水循环管线C分流出的密封水，形成不使浆液进入贯通孔的密封部分84。

输送螺旋杆80的叶片78，开有数个间隙，以不连续状形成，由这些间隙泄漏浆液。这样，可减轻浆液向螺旋叶片78上附着，从而防止了附着浆液在整个螺旋杆上固化而妨碍浆液输送的事态发生。在旋转轴76上，通过回转节86，使冷却水流通。另外，上述输送螺旋杆80，由于浆液浓度低，不存在仅以重力就可圆滑地排出浆液出口的情况。

后处理部分24设在超临界反应塔22的浆液排出管60的下游，由以下部分构成，即入口阀88、前减压罐90、中间阀92、后减压罐94、出口阀96、浆液冷却器98和闪蒸罐(气液分离罐)100，以及凝缩水、处理浆液的贮存罐102，104等。冷却器98的配置是为防止从浆液闪蒸过剩蒸汽时，使浆液中的水分变得过少，而失去流动性。浆液排出部分40的气体排出口64，在闪蒸罐100的上部设有排出分离气体的气体配管106，这作为一次浆液预热器14的热源供入后，导入凝缩水罐102中。在闪蒸罐100的底部设置浆液排出配管108，将分离了气体的浆液导入处理浆液罐104内。

图3示出了亚临界反应塔20的结构，这是内装单轴式搅拌机的热交换器，是由内筒20a和外筒20b构成的双层管结构，它们的中间形成保温流路(亚临界水流路)110。在内筒20a的内部，设有具有搅拌叶片112的旋转轴114，在上部盖116的上侧安装将其旋转的带有马达的减速机118。因为浆液含有以氯为主的腐蚀成分，所以内筒20a使用了耐盐酸镍基合金(Hastelloy)等腐蚀性的高级材料。因为外筒20b是用于亚临界水和浆液等高压流体的压力容器，围护内筒20a，不与浆液接触，所以可使用普通的锅炉用碳钢钢材。

亚临界反应塔20内部的浆液和亚临界水之间的压差，大致与超临界反应塔22的情况相同，虽然亚临界水是略微的高压，即使很大，也只有1at，内筒20a部件上几乎没有这种压力，因此考虑到加工，理想的是稍微厚些的板。另外，由于材料和温度条件存在差异，所以在各处设置能够消除热膨胀差的S形热膨胀带。

由于亚临界水是以和浆液进行热交换来达到冷却，很重要，所以使之从上部入口120进入，从下部出口122排出。浆液与亚临界水形成对流，所以入口124在下部，出口126在上部，设定出口126要稍稍高于超临界反应塔22的浆液入口46，可获得有效的浆液输送。

由于搅拌叶片112能防止因生成钙垢等带来的阻碍，所以旋转搅拌轴114，在内筒20a的内面的几乎是整个面上，在从表面到距离1～3mm处进行扫动。它还具有这种功能，就是因为浆液和亚临界水之间的传热，其速度取决于浆液的物质移动，这种搅拌叶片112的不断旋转，引起浆液的随之转动，从而促进了传热。还具有这种意义，就是搅拌浆液，能防止浆液中的灰等，因为热交换器内流速降低而发生沉降。

和超临界反应塔22一样，凸缘128等的接合部，是将耐高温高压的SUS等金属环嵌入设在凸缘面上的槽中，形成金属密封129，而且，在马达侧轴贯通孔的部分，设置压入从亚临界水循环管线C分流出的密封水，防止浆液浸入贯通孔的密封部分130。搅拌叶片112的配制，是以右旋状不连续地设置叶片，通过按图中箭头方向旋转搅拌轴114，浆液将逐渐向上方移动。另外，二次浆液预热器16，除了温度更低外，其它结构和亚临界反应塔20大致相同，此处省去说明。

接着，对超临界水、亚临界水的供水系统进行说明。超临界反应塔22、亚临界反应塔20和二次浆液预热器16形成在它们中循环的亚临界水循环线路C。它以亚临界水循环泵132的出口作为起点，从超临界反应塔22排出管60的保温流路下部入口向上部出口排出，再从排放部分40的保温流路66的下部入口68进入，向上部出口70排出，再从塔体38的保温流路52下部入口54进入，向上部出口56排出。另外，在从塔体38的下侧筒移动到上侧筒时，经过亚临界水加热器134，根据需要进行循环水的温度调整。

亚临界水循环线路C，在此处进行分流，一部分经过超临界加热器136，被加热到超临界温度，从塔体38的顶部送入内部，而另一部分，通过空气预热器138，预热供入空气后，从亚临界反应塔20、保温流路110的上部入口120进入，从下部出口124排出，再由二次浆液预热器16的保温流路的上部入口进入，从下部出口排出，再返回到亚临界水循环泵132的吸入口。

由于循环水的一部分作为超临界水，在超临界反应塔22中作为介质供入，所以为补充它，设计了补充水配管系统。这部分包括：利用离子交换预先去除了离子的纯水140、将其升压到3～5atg的脱气器给水泵142、将其利用经由浆液预热器14的气体或液体，升温超过100℃，通常到120～140℃的补充水预热器144、从升温水去除非凝缩性气，特别是氧气的脱气器146、和在亚临界水循环泵132吸入口处，将其在亚临界水循环线路C中进行合流的补充水供给泵148。在补充水中，加入脱氧剂和清罐剂，彻底去除氧，以便不引起管线的腐蚀和结垢。

除此之外，在超临界反应塔22上设有为氧化反应供入空气的空气供应管路。这部分包括：预先除湿的空气源150，将其升压到比升压后的浆液更高压力的高压空气压缩机152、用来自超临界反应塔22的亚临界水进行预热的空气预热器138、进而经由超临界水的合流点，依次与超临界反应塔22的超临界水入口48连接。

以下，说明上述构成的有机废弃物处理装置的功能。首先，说明浆液系统的功能。将城市垃圾焚烧灰，在浆液调整槽10内，加入分散剂、酸、异丙醇水溶液，再加入水，进行搅拌，使pH为7～3的中性或弱酸性，制成固体物浓度为5～40(重量)％，最好10～30(重量)％的浆液。

异丙醇的供入量是这样一个量，即，使氧化反应能在超临界反应塔22中连续稳定地进行。即，利用氧化反应产生的热量，使浆液的温度达到550℃以上，最好600℃。在遇氧化分解难以分解的物质时，不用多说，是可以增加其量以达到更高的温度的。这在浆液中的重量比率为2～20％，通常4～10％。无许多说，向超临界反应塔22中浆液添加超临界水的量越多，供入量可以越少，这时非常需要加热从保温流路52流入的亚临界水的超临界水加热器136的热源，也可以使用其它醇和酮类等水溶性易氧化性有机物来代替异丙醇。

加入分散剂，使得在浆液配管中和热交换器等中，固体成分不会沉淀，所以浆液流速常常维持在1～3m/s，或者，从浆液浓度相当高、固体成分粒径相当细、浆液粘度很高等理由考虑时，不担心会有沉淀分离发生时，没有必要供入分散剂。

将这样调制的浆液，用浆液升压泵加压到超过225.56at，通常240～400at，最好240～300at，经由一次浆液预热器14、二次浆液预热器16、亚临界反应塔20，在通过间接加热的同时进行以还原反应为主体的亚临界反应，再送入超临界反应塔22的最上部。

在超临界反应塔22的最上部，在利用超临界水加热器136升温到600～650℃的超临界水中，事前混入氧化用的空气，从超临界水入口48供入保焰筒42内。该空气量，其中所含的氧量必须能氧化浆液中醇和分解物和灰中所含未燃烧的碳，及其它可燃物。即，供入的空气超过理论空气量的1.0倍，到1.5倍，最好1.1～1.3倍。这样，浆液中的可燃物能产生氧化反应，进行升温，主要是在保焰筒42内部形成局部的高温高速氧化反应继续场，可燃物会迅速地焚烧掉。

其后，这种浆液一边进行残留物和氧的反应，一边伴随着浆液中的固体物和析出盐类，继续供入到反应塔体38的上部、浆液和超临界水和空气的混合物以向下压的形式降入到处于超临界状态下的细长反应塔体38内。这期间，浆液由保温流路中的流体所冷却。在下部，降到低于374.15℃的亚临界水的温度，到达排出部分40。

在排放部分40中，浆液也可由旋转轴76和器壁进行冷却，恢复到亚临界状态，再形成浆液，这种浆液在重力下游动，由浆液排出叶片78，以耙搂形式送至排出管60的开口处，从排出管60降下。另外，由于过剩而残留的氧和供入空气中的氮，在氧化反应中生成二氧化碳，其他非凝缩气体会在排放部分40上侧的气体排出口64附近滞留下去。

滞留在排出管60中的浆液进一步向下排出闪蒸罐100。首先，在关闭中间阀92的状态下，打开入口阀88，使浆液进入前后减压罐90，再关闭入口阀88，接着打开中间阀92，使其膨胀到前后减压罐90、96的合并体积，浆液得以减压。接着关闭中间阀92，打开出口阀96，依靠自身压力，浆液由闪蒸罐100内送出，之后，为了排出下一次的浆液，再关闭出口阀96。

反复这一过程，对超过225.56at的高压浆液进行减压，使由闪蒸罐100排出的浆液，具有3～20at，最好12～20at的压力。这种减压，当浆液中含的水闪蒸过量时，会降低流动性，这种浆液不能送入后面的工序中，所以利用由出口阀96到闪蒸罐100之间的双层管式浆液冷却器98，预先将浆液冷却到适当的温度，使一部分闪蒸的水凝缩。浆液本身在静置下，因为内部和壁面附近的物质几乎不移动，即使壁面变冷，传热恶化，浆液也难以冷却，伴随着这种闪蒸产生的蒸汽，以自身的压力移动到闪蒸罐100内，浆液中和壁面的热交换量很大，因此，即使传热面积很小，也能够进行冷却。

另外，这样反复开闭阀门排出液相或浆液相，是为了保护这些阀门，由于阀门前后的压差很大，当以微开使用阀门时，在蒸发的同时喷出的液相或浆液相与阀体和阀座进行急速的摩擦，原本处理的流体不能进入，而进入到阀的里侧和驱动部位，从而损坏了阀门。所以反复进行全开全闭，使阀门进行开关运行，边使液相或浆相减压，边从闪蒸罐100排出。

在闪蒸罐100内，也导入含有从排出部分40的气体排出口64排出水蒸汽的非凝缩性气体，由排放部分40内部的浆液进行闪蒸生成的水蒸汽，同时在闪蒸罐100内进行气液分离。气相作为含有很高浓度度水蒸汽的气体送入作为热源的浆液预热器14中，进而加热送入补充水预热器中的补充水，导入凝缩水罐102，分离凝缩水后，送往处理浆液罐104中。

滞留在闪蒸罐100底部的浆液通过间断地开关阀门使罐内维持在一定的水平范围，在处理浆液罐104中，一面闪蒸一面沸腾，来自凝缩水罐102的气体和来自浆液的闪蒸无害气体，从处理浆液罐104的排气器154排入大气。

在处理装置中，上述被处理物和介质超临界水的混合物，作为整体在超临界反应塔22中向一个方向流动，通过亚临界区域，降低温度和压力后，以浆液状态排出，进行后处理。因此，与以超临界状态由装置排出的情况比较，由于能够在更低温度更低压力下进行处理，所以后处理得到大幅度简化。同时，由于在超临界反应塔22内不形成含有盐类、流动性很低的残留物，所以也就没有必要为处理它再供入水，因此，后处理简单化了。

再者，由于以同一方向流动处理，所以不需要像以前那样使反应塔22内的混相进行循环的复杂结构，装置本身及其运行控制也能大幅度简化。

以下说明给水系统的功能。在补充水管路中，预先利用离交换等去除离子的纯水140，由脱气器给水泵142升压到3～5atg，再由补充水预热器144升温到超过100℃的温度，通常到120～140℃，以脱气器146除去非凝缩性气体，特别是氧。进而，由补充水供给泵148升压到比利用浆液升压泵18升压后的浆液更高的压力，在亚临界水循环泵132的吸入侧合流后，供入亚临界水循环管线C。

在亚临界水循环管线C中，由亚临界水循环泵18排出的水，在浆液排出管60的保温流路内上升，通过其内筒，浆液被冷却，同时自身又吸收热而升温，在浆液排出部分40的保温流路66、超临界反应塔22的塔体38的保温流路52中反复进行这一过程，在超临界反应塔22上部，当壁面温度过低时，由于超临界状态不能维持有效的时间，所以用设在临界水管路中的亚临界水加热器134进行升温，通常，超临界反应塔22的保温流路52出口处的温度为340～370℃，最好是350～360℃。

如上述，超临界反应塔22，由于其内筒38a冷却到亚临界温度，所以在其内壁的内表面上，超临界水受冷生成亚临界水。因此，反应生成的或浆液中的所含的盐类等难以附着在内壁上，或者，一旦附着也会被干净的液体除去。利用保温流路52冷却内筒38a来维持比超临界温度更低的温度，所以这部分材质可以使用比较廉价的材料，而且也能延长其使用寿命。

在以前，为了使制作反应器的材料能承受反应温度，因金属材料的限制，通常将反应温度的上限控制在600～650℃。然而，在上述实施方案中，由于形成比反应器壁更高温度的反应场，所以能利用辅助燃料的燃烧热提高反应温度，能够以比金属材料耐热温度更高的650～800℃的温度连续进行。

亚临界水流路52，由于组装上的问题，难以做到和内部的完全密封，但由于亚临界水一侧的压力很高，浆液不会流到流路52一侧。亚临界水由部件接合处的微小间隙渗透到浆液一侧，但这是完全不含氧的水，而且由于压力差很小，流入量也很少，实际当中没有任何问题。

内筒38a，因为要承受过渡的超临界氧化反应，有可能被损坏穿孔。然而，这时由此流入的亚临界水不含有氧，而且由于不通过超临界水加热器136，所以温度也会降低。因此，反应向不活性化方向转移，而转变成所谓的自动防故障状态(フェ-ルヤ-フ)，没有反应难以控制的事态发生，具有很高的安全性。

由超临界反应塔22的保温流路52出来的一部分循环临界水，经由超临界水加热器136供入到超临界反应塔22内。另一方面，余下的循环临界水由空气预热138升温空气，同时自己降温，进而流过亚临界反应塔20、二次浆液预热器16的保温流路，通过内筒20a等升温浆液与补充水合流返回到亚临界水循环泵132。此时的临界水温度为260～320℃，最好是270～300℃，使临界水流量为浆液流量的3～30倍，最好5～15倍。

进行氧化反应的空气，一般是由规定位置取入，预先除湿后，用高压空气压缩机152升压到比用浆液升压泵18升压后的浆液更高的压力，在空气预热器138中与出自超临界反应塔22的临界水进行热交换后，与超临界水合流后供入超临界反应塔22内。

另外，上述中，从经济考虑，虽然使用了空气，但不用多说，若是纯氧，使用液体氧和气化器，没有必要特别使用高压压缩机，所以装置变得紧凑，同时，因为没有伴随的氮，所以排气量大幅度变小，来自闪蒸罐100的气体中水蒸汽浓度会上升，一次浆液预热器和补充水预热器144的传热效率提高了，减少了由排气排出的热量，变得省能了。

图4A示出了本发明亚临界反应塔160的另一实施方案，该方案具有双轴式交换器，该装置基本上与上一个实施方案的亚临界反应塔20大致相同，封入密封水的部分采用了齿轮减速箱162，在上下方向上邻接的搅拌叶片164之间有10mm左右的间隙，使驱动轴166和从动轴168的搅拌叶片164相对配置，改变齿的大小，使驱动轴166转动6圈时从动轴168转7圈。另外，内筒160a的形状，如图4B所示，搅拌叶片164的端部与描绘的图形吻合，形成2个圆重叠的形状。

这样，从动轴168的叶片164，伴随着旋转，进行移动1/6个位相，从a移进到b、c、d、e、f再返回到a，形成这样一种状态。为此，将旋转方向的面定为表面，与旋转方向相反的面定为里面，当a时，驱动轴166的表面，从动轴168的里面相吻合，f时，驱动器166的里面，从动轴168的表面相吻合，以此方式进行清除。无许多说，搅拌叶片164的上端面，下端面，每旋转1圈，在上下方向上邻接的其它轴的搅拌叶片164相互吻合，进行清除。所以，搅拌叶片164和轴166、168也能防止垢的生长，由于没有堵塞，所以能连续运行。

在上一个实施方案中，超临界反应塔22的装入口，结构是单独供浆液的喷嘴50和超临界水入口48，在盖44的下面，以交叉方向进行开口。图5和图6示出了本发明超临界反应塔22最上部喷嘴结构的另一实施形方案，任何一种的构成，都是将供浆液喷嘴和超临界水供入喷嘴，取作同轴的所谓双流体喷嘴。

图5是浆液量相对于添加超临界水相对少时的最佳实例，将供浆液喷嘴170同轴配置在超临界水供入喷嘴172的内侧，使供浆液喷嘴170形成狭窄的断面积，提高流速，以喷流状态添加到含氧的超临界水中，促进和超临界水的混合，超临界水就好象包围着整个浆液的喷流，进行流动，为了进行很好的添加，使用如图所示的分散室174和多孔板176也能很容易整流。将含氧的超临界水和浆液合流，能引起氧化反应和利用反应热使温度上升，该反应场为了不被冷却或受周围流动的影响，由陶瓷制的保焰筒42所包覆。因此，通过超临界水和浆液的混合确实形成超临界状态，能达到稳定运行。

图6示出了相对于浆液量添加相应少的超临界水时的最佳实例。为了形成超临界状态，主要使用醇等水溶性燃料时，这难以将浆液喷流四周用超临界水包围住。因此，采用的形式是在供浆液喷嘴178的中心周围配置超临界水的供应喷嘴180。在此处，在超临界水和浆液的混合部位，如图所示，使用了陶瓷凹口182，以达到更完全的混合。由于超临界状态在陶瓷凹口182内形成，所以不受周围流体的影响，达到稳定化。

任何一种情况，超临界水流路的周围最好用绝热材料包覆，以抑制温度降低。由于温度很高，而且处于含氧的氧化性环境气中，所以超临界水流路的材质，使用镍铬铁耐热合金等耐热钢。

以下参照图7说明上述实施方案中控制处理装置反应过程的方法。该图在机械结构方面与图1相同，但其中设有以下的控制，报警装置。SIC：速度指示控制器TICA：温度指示控制报警器TSA：温度程序报警器LISA：水平指示程序报警器FICA：流量指示控制报警器O2IA：氧浓度指示报警器

该装置的要点是在超临界反应塔22中将混合相的流体控制在一个方向上，使在超临界区域内由反应生成的生成物伴随着该流体一起排出。为了获得这种运行条件，必须控制超临界反应塔22内超临界区域或亚临界区域中的温度、压力等。

然而，影响它的因素很多，而且相互关连，极其复杂。因此，作为现实的控制方式，是这些因素中，能够控制恒定的要控制恒定，同时，对于各个因素的控制对象，超临界反应塔的温度，在特定的条件下，依靠经验或试验，预先求得赋予的准确率，对于不能预知因素而引起的变动，可以变动这些参数，进行补充。

作为这样的因素，例如有超临界反应塔入口处的浆液温度、浆液供入量、浆液的水分量、异丙醇等辅助燃料的添加量、添加空气量、保温流路中亚临界水的温度、超临界水的温度等。

超临界反应塔22入口处的浆液温度要稍低于临界温度，为330～370℃，最好是350℃，另一方面，亚临界反应塔20入口处供入的浆液温度为200～300℃，比较适宜。因此，控制二次浆液预热器16或亚临界反应塔20中的运行，使生成上述温度的浆液。这是通过增减浆液预热器16或亚临界反应塔20中搅拌轴的转数，以符合设定值来控制的。这些装置的内筒中，靠近壁面的浆液不进行强制性搅拌，就无法进入。因此，临界水和浆液之间的传热是由于靠近该壁面的浆液搅拌有速率的结果。另外，空气预热温度，由于不必担心会达到热源亚临界水的350～370℃以上，所以也就不必进行特殊控制。

调节亚临界水加热器134的功率，控制上侧超临界反应塔22保温流器52中的临界水在350～370℃之间的适当温度，使超临界反应塔22的内筒38a的温度不超过临界温度。超临界水加热器136，为了使供入超临界反应塔22中超临界水的温度只能接近600～650℃，而且在装置不产生故障的条件下，可达到极高的温度，调节超临界水加热器136的功率。另外，在这种实施方案中，虽然使用了亚临界水加热器134、超临界水加热器136，及电加热器，但在大型设备时，也可用锅炉，或者，在邻近焚烧炉时，回收燃烧气体的废热，作为热源，可节约运行费用。

在超临界反应塔22中，为了使靠近最下部排放部分40入口处的浆液温度正好达到临界点左右，控制向亚临界水循环管线C中的补充水量，即控制补充水供给泵148的转数。必须的补充水量超过补充水泵148的最大能力(给出量)时，必须增加浆液中异丙醇等辅助燃料的浓度等设定变更操作。

超临界反应塔22器的浆液压力，取决于从靠近排放部分40最高端部附近排出非凝缩性气体和水的混合物量。同样，以该浆液和超临界水供应配管连接的亚临界水循环管线C的压力，由到达浆液部分的流路压力损失所决定，所以没有必要控制。但是，超临界水供应配管，在超临界水喷嘴48被堵等而引起闭塞时，或浆液一侧压力发生剧烈降低时，超临界反应塔22和亚临界反应塔20、二次浆液预热器16等的内筒，有可能发生溃裂等事故。为了避免事故发生，使亚临界水循环管线C和浆液一侧的压差达到一定值以上再工作，为了能使亚临界水循环管线C中的水排泄到浆液一侧，可设置调节阀门。

滞留在排放部分40处的液相或浆液相，通过排放部分入口和排放部分出口的排出管60下部之间的压差来检测液位水平，在达到一定液位水平时，入口阀88～(前减压罐90)～中间阀92～(后减压罐94)～出口阀96，进行一连串的开闭循环操作，最后排列闪蒸罐100中。同样，在闪蒸罐100中，利用上下压差来检测罐内液相或浆液相的液位水平，当达到一定液位水平时，将内蒸罐100的排出阀门打开一定时间，排到处理浆液罐104内。

从闪蒸罐100排出的气体，由于使用一次浆液预热器14和补充水预热器144作为热源，为了抑制它们传热面的温度变化，以3-20atg，最好12-20atg范围的设定值恒定，以控制向凝缩水罐102的流量。而，流入闪蒸罐100中的气体是含有来自排放部分40的液相或浆液相以及非凝缩性气体的气相，变动很大。因此，在内蒸罐100出口处设置控制阀门，控制它使来自闪蒸罐100的排出气量恒定。另外，为此而设定的流量值，通过闪蒸罐内部压力上升而增加，相反下降而减少来控制闪蒸罐内的压力。闪蒸罐100内的压力即使有某种程度的变动，为使由闪蒸罐排出的气体量没有太大的变化，最好稳定浆液系统。

在靠近超临界反应塔22最上位置处，设有温度检测端58a，当温度降低时，发出警报。超临界氧化反应进行速度过低时，未燃物有残留在处理浆液中的可能性，如果达到500～550℃以下，启动停止浆液供入等程序和联锁装置。这种实施方案的装置，只有在包括地震、火灾等紧急情况发生时，才停止浆液供入。

浆液升压泵、补充水供给泵、高压空气压缩机等，每一个都为了保持出口压力超过225.56at，都是使用隔膜或活塞的容积式，因此，一般是改变马达的减速比和马达的转数来调节排出量。当提高亚临界水循环管线的水量时，会接近循环管线中的温度幅度，为了将超临界反应塔22的出口处控制在最高温度，可以提高二次浆液预热器16出口处的亚临界水温度。这样，超临界反应塔22入口温度没有达到规定值时，可以相应地提高亚临界水循环泵132的排出量。

空气或氧的供给量，考虑到可燃物几乎占据浆液中的全部，根据异丙醇等水溶性有机物的供给辅助燃料的量计算，所加入的必要氧量要有所余量。然而，在实际中，城市垃圾焚烧灰中有时含有未烧尽的碳。对此，要连续计测从凝缩水罐排出非凝缩性气体中的氧浓度，根据这个来控制空气或氧的量。

浆液是固体成分易于分离的物料时，或者，容器内产生的温度分布不太理想时，在二次浆液预热器16和亚临界反应塔20中，搅拌叶片112必须以某种程度开动，以限制出口浆液温度的控制幅度。因此，使热源亚临界水走旁路也是控制温度的有效方法。这时，也有并用改变搅拌叶片112转数的方法，如图8所示，对于浆液来说，最好是以一定的转数来旋转搅拌叶片112，单独调节旁路阀门的开度，控制亚临界水量，至少也是一种控制要素。

为了控制超临界反应塔22的出口温度，调节补充水量，所以以改变马达转数或马达减速比来进行调节补充水供给泵的排出量，随着降低转数，也会带来马达功率的降低，限制了马达减比的变化幅度，难以产生急剧的变化。对此可以相应进行调节阀门开度控制向脱气器146返回管线的流量。

在本发明中，防止和去除附着物附着在超临界反应塔22内筒38a的内壁上，通过使内壁表面变冷生成的亚临界水进行流动洗涤，当浆液中的盐和粉体等的浓度也相当高，生成的亚临界水量不足。附着量增大，形成锅垢，有可能堵塞反应塔。因此，浆液深度通常定在10～30％以下。冷却超临界反应塔内壁的亚临界水的温度若太低的话，这会增加在该超临界反应塔内壁表面上生成的亚临界水量，而使浆液允许的浓度变得更高。

仅从反应塔22上部流落下来的亚临界水量很少，附着在壁上的盐和粉体的量，与冷却生成的亚临界水相比，也很少，盐和粉体对于反应塔的平均浓度来说相当低。随着向反应塔22的下部移动，全部又恢复到浆液状态，接近于反应塔内的平均浓度，但由于从上部流落下来的亚临界水量增加，变得更易于向下游动，所以难以在反应塔下部形成堵塞。

作为促进这种含盐和粉体的亚临界水下游的方法，有一种方法是对装置，特别是对内壁赋予上下方向的振动。这样，能够处理更高浓度的浆液，而且内壁上的亚临界液相或浆液相确实可以向下方流动并排出。这在超临界反应塔下部连接的浆液排放部分中也适用，通过赋予上下方向振动，有可能输送浆液的螺杆也就不需要了。

图10示出了本发明超临界反应塔的又一实施形式，其构成是在反应塔体38的下端，通过连接部202a，安装有垂直筒状的浆液排出部分240。即，在该实例中，在排出部分40中设有输送螺杆，此外简略，可以达到设备费用降低和减少设置面积的目的。

该排出部分240也是双层筒状，靠近上端处，形成气体排出口264，将含有氧、氮、炭酸气等非凝缩性气体的气相排出，以保持内部压力恒定。内筒240a和外筒240b之间的间隙形成亚临界水流通的保温流路266，从下部亚临界水入口268供入的亚临界水，从上部出口270排出。

在该例中，为了具有保持浆液的功能，在中段形成具有规定角度的锥形体的节流部分，也可以是直筒状的。反应塔38的下部内筒202a延长到排出部分240中，在它的外周形成环形伞状凸起204。这可以使由下侧浆液生成的气体加速，沿着壁面上升，去除伴随该气体的雾气和浆液飞沫，防止它们从气体排出口264流出。

另外，在上述中，已示出了在超临界反应塔中形成超临界区域和亚临界区域，在超临界区域内进行氧化反应的实例，在超临界领域中，除了氧化反应外，也可能进行其他的化学反应，根据反应的种类，在超临状态下未必需要这些反应，也可以将超临界反应塔结构的装置用于亚临界区域。

正如以上说明，根据本发明，能获得如下优良效果，即与从超临界状态下的装置排出时比较，能够在更低的温度更低的压力下进行处理，能大幅度简化后处理，同时，由于在反应容器内不形成含盐类流动性低的残留物，所以其后处理也得以简化，进而，由于以同一方向流动处理，所以也就不需要使反应容器内的液相进行循环的复杂结构，装置本身和其运行控制也大幅度得以简化。

                        工业应用性

本发明可以应用于对以下物质的处理，即焚烧城市垃圾时产生的焚烧灰、除草剂、PCB、DDT及其它杀虫剂、毒气及其他化学武器和炸药、含有高浓度有机物又不能进行生物处理的物质，含有对生物具抑制作用的某成分，生物处理又难的废水等，不能向环境排放，和处置的物质。

Claims (41)

1、一种超临界反应装置，其特征是在通过将被处理物和液体介质的混合相置于该介质的超临界状态下处理物质的超临界反应装置中，装备有

在上端具有物料供入口，在下端具有生成物排出口的几乎垂直筒状的反应容器，

在该反应容器内部，上侧形成超临界区域，另一端侧形成亚临界区域，同时，被处理物和生成物在该反应容器内部向着下端单方向移动。

2、根据权利要求1所述的超临界反应装置，其特征是上述反应容器的长度与其内径比设定在4倍以上。

3、根据权利要求1所述的超临界反应装置，其特征是上述反应容器形成双层筒状，这样，形成围绕着上述超临界区域和/或亚临界区域的保温流路。

4、根据权利要求1所述的超临界反应装置，其特征是上述物料供入口具有供入含被处理物的浆液或液体的浆液供入喷嘴，和供入比超临界温度更高温度的上述介质的介质供入喷嘴。

5、根据权利要求1所述的超临界反应装置，其特征是在上述超临界区域内设有在该区域内形成局部反应继续场的筒状体，一端临近上述物料供入口，另一端向下游侧开口。

6、根据权利要求1所述的超临界反应装置，其特征是上述反应容器的下端设有在与该容器的亚临界区域形成交叉方向上延伸的筒状排出部分。

7、根据权利要求6所述的超临界反应装置，其特征是上述排出部分相对于水平方向形成倾斜，在其上端侧设有气体排出口。

8、根据权利要求6所述的超临界反应装置，其特征是在上述排出部分中设有机械式浆液相移动装置。

9、根据权利要求8所述的超临界反应装置，其特征是上述浆液相移动装置是输送螺杆。

10、根据权利要求9所述的超临界反应装置，其特征是上述输送螺杆的结构是在旋转的轴体上安装有不连续的叶片。

11、根据权利要求8所述的超临界反应装置，其特征是上述浆液相移动装置与驱动源连接的连接部位形成流体密封结构。

12、根据权利要求3所述的超临界反应装置，其特征是作为供入上述保温流路中的保温流体，使用低于临界温度的上述介质。

13、根据权利要求12所述的超临界反应装置，其特征是上述保温流路构成是将供入的一部分介质加热到超临界温度以上，并供入到上述反应容器的物料供入口的加热通路。

14、根据权利要求1所述的超临界反应装置，其特征是具有去除在上述反应容器的上述亚临界区域内壁表面上附着和/或成长的固着物的去除装置或搅拌混合相的搅拌装置。

15、根据权利要求1所述的超临界反应装置，其特征是设有将送入上述反应容器内的被处理物在亚临界温度中进行前处理的前处理容器。

16、根据权利要求15所述的超临界反应装置，其特征是上述前处理容器，其被处理物出口设定在与上述反应容器的物料供入口大致同等的高度上。

17、根据权利要求1所述的超临界反应装置，其特征是在上述反应容器的下游，设有将上述被处理物进一步冷却的冷却器，和将被冷却的被处理物进行减压，并进行气液分离的分离罐。

18、根据权利要求1所述的超临界反应装置，其特征是上述反应容器和上述冷却器之间设有减压装置。

19、根据权利要求18所述的超临界反应装置，其特征是上述减压装置具有至少2个由中间阀门断开的减压罐，被处理物填充到第1罐内后，打开中间阀门，被处理物膨胀到第2罐中时进行减压。

20、根据权利要求17所述的超临界反应装置，其特征是设有预热配管，将上述分离罐分离出的气相用于预热被处理物。

21、一种超临界反应方法，其特征是在根据将被处理物和介质的混合相置于该介质的超临界状态下进行反应的超临界反应方法中，

包括以断绝氧化剂的状态将上述混合相置于亚临界状态下的第1道工序，和置于加入氧化剂的超临界状态下的第2道工序。

22、根据权利要求21所述的超临界反应方法，其特征是在上述第2道工序之后有将被处理物降低到低于临界温度的温度，形成单相的液相，或在液相中含有固体物或非凝缩性气体混合相的第3道工序，和将其作为低于临界温度的物质从反应塔取出的工序。

23、根据权利要求21所述的超临界反应方法，其特征是上述第2道工序是在保持低于临界温度的内壁中进行的。

24、根据权利要求23所述的超临界反应方法，其特征是和被处理物大致相同或稍高压力的低于临界温度的流体，从上述内壁外侧流过，将该内壁的温度保持在低于亚临界温度。

25、根据权利要求23所述的超临界反应方法，其特征是上述第2道工序是在上述内壁中形成局部反应继续场的筒体中进行的。

26、根据权利要求21所述的超临界反应方法，其特征是上述第2道工序的进行，是在大致垂直的筒状反应容器内部，在上侧形成超临界区域，在下游侧形成亚临界区域，该被处理物和生成物在反应容器内部，向着下端单方向移动。

27、根据权利要求26所述的超临界反应方法，其特征是将被处理物和氧化剂和超临界温度的介质供入上述反应容器内的上述超临界区域内。

28、根据权利要求21所述的超临界反应方法，其特征是具有事前使被处理物形成流动化的工序。

29、根据权利要求28所述的超临界反应方法，其特征是具有事前加入酸或碱，将被处理物的pH调整成中性或弱酸性的工序。

30、根据权利要求28所述的超临界反应方法，其特征是通过在被处理物中添加辅助燃料，利用在超临界区域内进行燃烧反应，获得临界温度以上的温度。

31、根据权利要求28所述的超临界反应方法，其特征是通过在被处理物中添加分散剂，防止被处理物和介质的分离。

32、一种超临界反应方法，其特征是在根据将被处理物和介质的混合相置于该介质的超临界状态下进行反应的超临界反应方法中，具有，

将上述混合相置于超临界状态下进行反应后，将含有反应生成物的混合相置于亚临界状态下进行后处理的工序。

33、一种处理装置，其特征是在根据将被处理物和液状介质的混合相置于该介质的亚临界或超临界状态下，处理物质的处理装置中，

设有在上端具有物料供入口、下端具有生成物排出口，在内部形成反应区域的大致垂直的筒状反应容器，

在该反应区域内，被处理物和生成物在该反应容器的内部向着下端单方向移动。

34、一种处理装置，其特征是在根据将被处理物和液状介质的混合相置于该介质的亚临界或超临界状态下处理物质的处理装置中，

设有在上端具有物料供入口，下端具有生成物排出口，内部形成反应区域的大致垂直的筒状反应容器，

该反应容器是由内筒和外筒形成双层筒状，这样形成围绕上述反应区域的保温流路。

35、根据权利要求34所述的处理装置，其特征是上述内筒以可拆装方式安装。

36、根据权利要求35所述的处理装置，其特征是上述内筒以插入组装。

37、根据权利要求34所述的处理装置，其特征是将上述介质作为热介质，在上述保温流路中流动。

38、根据权利要求34所述的处理装置，其特征是在亚临界状态的反应区域内设有去除内壁上附着物和/或搅拌混合相的叶片部件。

39、根据权利要求35所述的处理装置，其特征是在贯通驱动上述叶片部件驱动的驱动轴轴孔的周围，设有压入上述介质进行密封的密封机构。

40、一种处理方法，其特征是使用权利要求33～39中任一项所述的处理装置，在上述介质的亚临界状态下进行氧化反应处理。

41、一种处理方法，其特征是在根据将被处理物和介质的混合相置于该介质的亚临界状态下进行氧化反应的处理方法中，有

在断绝氧化剂的状态下，将上述混合相置于第1亚临界状态下的第1道工序，和置于加入氧化剂第2亚临界状态下的第2道工序。

Images