JP2000157999A - 超臨界水酸化処理方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】装置構造を簡単にすることができ、しかも反応
器内の有機物含有物の加熱・冷却のランニングコストを
削減することができる。 【解決手段】反応器１２内の濃縮汚泥の加熱、及び濃縮
汚泥を酸化処理した処理液の冷却を、温度の異なる複数
の熱媒体槽１４により段階的に行うようにしたので、熱
媒体槽１４を常圧で設計することができる。従って、反
応器１２を加熱・冷却するための装置構造として従来の
ように耐圧構造にする必要がないので、装置全体の構造
が簡単になる。また、複数の熱媒体槽１４では濃縮汚泥
の加熱と処理液の冷却を並行して行うようにしたので、
熱媒体槽１４内の熱媒体の温度を各熱媒体槽１４に設定
された温度に一度加熱しておけば、外部からの熱の供給
を殆ど必要としない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は超臨界水酸化処理方
法及び装置に係り、特に有機物を含有する廃棄物を超臨
界水を利用して酸化処理する超臨界水酸化処理方法及び
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、有機物含有廃棄物を管状の反応器
を用いて超臨界水酸化処理する場合、図３及び図４に示
すように、二重管構造の反応器を用いて行われていた。
図３は、超臨界水を熱媒体として循環させる熱媒体循環
型の超臨界水酸化処理装置１であり、被処理物は加圧ポ
ンプ２により２５ＭＰａまで加圧されて管状の反応器３
内に供給される。反応器３の前部と後部が二重管構造に
なっており、前部の二重管部分４において被酸化物は熱
媒体である超臨界水によって加熱されて酸化分解する。
そして、超臨界水は循環ポンプ４により後部の二重管部
分６に返送され、被酸化物が酸化分解された処理液が、
後部の二重管部分６で超臨界水に熱回収される。これに
より、処理液が冷却される。

【０００３】図４は、被酸化物同士を熱交換させる直接
熱交換型の超臨界水酸化処理装置７で、管状の反応器８
と二重管９とを組み合わせたもので、加圧ポンプ２によ
り二重管９の内側路９Ａに導入された被処理物は、内側
路９Ａ内で加熱された後、反応器８に送られて反応器８
内で酸化分解される。酸化分解された高熱の処理液は二
重管９の外側路９Ｂに導入されて被処理物と熱交換す
る。これにより、処理液が冷却される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、熱媒体
循環型の超臨界水酸化処理装置は、超臨界水を熱媒体と
して二重管部分に循環させるためには、二重管部分も耐
圧構造にしなくてはならない。これにより、反応器も二
重管部分も肉厚にしなくてはならないので、材料費が高
くなり設備コストが高くなるという欠点がある。また、
管の肉厚のために、内管と外管の温度差により生じた伸
縮差を調整するのが難しく、反応器や二重管部分に亀裂
が生じ易いという欠点がある。

【０００５】また、直接熱交換型の超臨界水酸化処理装
置は、二重管の外側路に処理液を通すので外側路が汚れ
易い。この場合、掃除が困難なために汚れが蓄積される
と熱交換性能が低下してしまうという欠点がある。本発
明はこのような事情に鑑みてなされたもので、装置構造
を簡単にすることができ、しかも反応器内の有機物含有
物の加熱・冷却のランニングコストを削減することがで
きる超臨界水酸化処理方法及び装置を提供することを目
的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成するために、有機物含有物を水と酸素の存在下で水の
超臨界状態の温度と圧力まで加温・加圧して酸化処理す
る超臨界水酸化処理方法において、前記有機物含有物
を、温度の異なる複数の熱媒体槽の低温側から高温側に
向けて温度順に段階的に加熱することにより前記超臨界
状態の温度まで昇温して酸化処理し、前記有機物含有物
を酸化処理した処理液を、前記複数の熱媒体槽の高温度
側から低温側に向けて温度側に温度順に段階的に冷却す
ると共に、前記複数の熱媒体槽では前記有機物含有物の
加熱と前記処理液の冷却を並行して行うことを特徴とす
る。

【０００７】また、本発明は前記目的を達成するため
に、有機物含有物を水と酸素の存在下で水の超臨界状態
の温度と圧力まで加温・加圧して酸化処理する超臨界水
酸化処理装置において、温度の異なる熱媒体が貯留され
た槽を温度順に直列配置した複数の熱媒体槽と、前記有
機物含有物が一端供給口から供給されて他端排出口から
排出されると共に前記複数の熱媒体槽の熱媒体と順次接
触するように配設されたＵ字状管であって、該Ｕ字状管
が低温側の熱媒体槽から高温側の熱媒体槽に向けて順次
接触されていることにより前記供給された有機物含有物
を水の超臨界状態まで加熱する往路部、及び前記Ｕ字状
管が高温側の熱媒体槽から前記低温側の熱媒体槽に向け
て順次接触されていることにより前記有機物含有物を酸
化処理した処理液を冷却する復路部を備えた反応器と、
から成り、前記往路部と前記復路部は前記各熱媒体槽の
熱媒体と接触する接触長さが同じになるようにしたこと
を特徴とする。

【０００８】また、本発明は前記目的を達成するため
に、有機物含有物を、水と酸素の存在下で水の超臨界状
態の温度と圧力まで加温・加圧して酸化処理する超臨界
水酸化処理装置において、温度の異なる熱媒体が貯留さ
れた槽を温度順に直列配置した複数の熱媒体槽と、前記
有機物含有物を加圧状態で充填する容器であって、該容
器を低温側の熱媒体槽から高温側の熱媒体槽に向けて順
次浸漬させることにより前記容器内の有機物含有物を水
の超臨界状態まで加熱し、前記容器を高温側の熱媒体槽
から低温側の熱媒体槽に向けて順次浸漬させることによ
り前記有機物含有物を酸化処理した処理液を冷却する反
応器と、から成り、前記各熱媒体槽には、加熱中の反応
器と冷却中の反応器とが一緒に浸漬されていることを特
徴とする。

【０００９】本発明によれば、反応器内の有機物含有物
の加熱、及び処理液の冷却を、温度の異なる複数の熱媒
体槽により段階的に行うようにしたので、熱媒体槽を常
圧で設計することができる。従って、反応器を加熱・冷
却するための装置構造として従来のように耐圧構造にす
る必要がないので、装置全体の構造が簡単になる。ま
た、複数の熱媒体槽では有機物含有物の加熱と処理液の
冷却を並行して行うようにしたので、熱媒体槽内の熱媒
体の温度を各熱媒体槽に設定された温度に一度加熱して
おけば、外部からの熱の供給を殆ど必要としない。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、添付図面に従って本発明の
超臨界水酸化処理方法及び装置の好ましい実施の形態に
ついて詳説する。図１は、本発明の超臨界水酸化処理装
置の第１の実施の形態を説明する装置構成図であり、有
機物含有物を連続的に酸化処理する装置の場合である。
尚、有機物含有物として、下水汚泥を濃縮した濃縮汚泥
を超臨界水を利用して酸化処理する例で説明する。

【００１１】図１に示すように、第１の実施の形態の超
臨界水酸化処理装置１０は、主として、反応器１２と複
数の熱媒体槽１４と後処理装置１６とで構成される。反
応器１２は、Ｕ字状管に形成され、往路部１２Ａと湾曲
部１２Ｂと復路部１２Ｃの３つの通路が連続している。
往路部１２Ａには加圧ポンプ１８により濃縮汚泥を加圧
供給する供給口２０が形成されると共に、復路部１２Ｃ
には濃縮汚泥を酸化処理した処理液を排出する排出口２
２が形成される。そして、供給口２０からは、例えば固
形物濃度２％の濃縮汚泥が圧力２５ＭＰａで加圧供給さ
れて反応器１２内を搬送される。

【００１２】複数の熱媒体槽１４には、異なる温度の熱
媒体が常圧で貯留されており、各熱媒体槽１４は貯留さ
れた熱媒体の温度順に直列配置される。例えば、各熱媒
体槽の設定温度としては、１００°Ｃの熱媒体槽１４
Ａ、２００°Ｃの熱媒体槽１４Ｂ、３００°Ｃの熱媒体
槽１４Ｃ、４００°Ｃの熱媒体槽１４Ｄ、５００°Ｃの
熱媒体槽１４Ｅの５槽から構成され、温度順に直列配置
される。各熱媒体槽１４には熱媒体が常圧で貯留され
る。５槽の熱媒体槽１４に貯留する熱媒体の種類として
は、温度１００°Ｃと２００°Ｃの低温側の熱媒体槽１
４Ａ、１４Ｂには熱によって劣化しにくいオイル、例え
ば鉱物油が好ましく、温度３００°Ｃ、４００°Ｃ及び
５００°Ｃの低温側の熱媒体槽１４Ｃ、１４Ｄ、１４Ｅ
には高温でも分解しにくい溶融塩が好ましい。各熱媒体
槽１４の熱媒体は超臨界水酸化処理装置１０の起動時に
ヒータ（図示せず）で各熱媒体槽１４に設定された設定
温度まで加熱される。この場合、最も高い温度の熱媒体
が貯留される熱媒体槽１４Ｅは、濃縮汚泥中の水が超臨
界状態になるに十分な温度まで濃縮汚泥を加熱できるよ
うに設定される。

【００１３】そして、反応器１２の往路部１２Ａは、供
給口２０側からみて、低温側の熱媒体槽１４Ａから高温
側の熱媒体槽１４Ｅに向けて順次に各熱媒体槽１４の熱
媒体に浸漬されている。これにより、反応器１２の供給
口２０から加圧供給された濃縮汚泥は、反応器１２の往
路部１２Ａ内を搬送されながら複数の熱媒体槽１４によ
り段階的に加熱される。反応器１２の湾曲部１２Ｂには
断熱部材２４が設けられ、熱媒体槽１４により段階的に
加熱された濃縮汚泥は、湾曲部１２Ｂにおいて酸化処理
される。例えば、最高温度の熱媒体槽１４Ｅの熱媒体の
温度が５００°Ｃとすると、湾曲部１２Ｂでは酸化反応
による発熱により６００°Ｃ程度まで上昇する。

【００１４】一方、反応器１２の復路部１２Ｃは、湾曲
部１２Ｂ側からみて、高温側の熱媒体槽１４Ｅから低温
側の熱媒体槽１４Ａに向けて順次に各熱媒体槽１４の熱
媒体に浸漬されている。これにより、反応器１２の湾曲
部１２Ｂで濃縮汚泥が酸化処理された処理液は、反応器
１２の復路部１２Ｃ内を搬送されながら複数の熱媒体槽
１４により段階的に冷却されて排出口２２から排出され
る。

【００１５】また、反応器１２の往路部１２Ａと湾曲部
１２との間には、反応器１２内に酸素を供給する酸素供
給口２６が形成されると共に、酸素供給口２６には圧縮
機２８が設けられる。これにより、圧縮機２８で反応器
１２内の圧力と同じかそれ以上の圧力に圧縮された酸素
が酸素供給口２６から反応器１２内に供給されて、濃縮
汚泥に混合される。

【００１６】後処理装置１６は、気液分離器３０と固液
分離器３２で構成され、反応器１２の排出口２２と気液
分離器３０とが処理液配管３４により接続されると共
に、気液分離器３０と固液分離器３２との間が接続配管
３６により接続される。そして、反応器１２の排出口２
２から排出された処理液は、気液分離器３０において酸
化処理により生成されたガスと分離され、固液分離器３
２において更に灰と分離される。処理液と灰はそれぞれ
処理液排出管３８と灰排出管４０とから装置１０外に排
出される。

【００１７】次に、上記の如く構成された第１の実施の
形態の超臨界水酸化処理装置１０の作用について説明す
る。反応器１２の供給口２０から加圧ポンプ１８で反応
器１２内に供給された濃縮汚泥は、反応器１２の往路部
１２Ａを搬送される途中で低温側の熱媒体槽１４Ａから
高温側の熱媒体槽１４Ｅに向けて段階的に加熱される。
これにより、濃縮汚泥は、汚泥中の水が超臨界状態にな
る温度まで上昇する。加熱された濃縮汚泥には、圧縮機
２８から酸素が供給されて反応器１２の湾曲部１２Ｂに
送られて酸化処理される。濃縮汚泥の酸化処理は、往路
部１２Ａの温度上昇途中でも一部行われるが、主たる酸
化処理は湾曲部１２Ｂで行われる。濃縮汚泥は酸化処理
されて主に水と二酸化炭素及び窒素のガスに分解され、
分解されないものは灰になる。濃縮汚泥が酸化処理され
た処理液は、反応器１２の復路部１２Ｃを搬送される途
中で高温側の熱媒体槽１２Ｅから低温側の熱媒体槽１２
Ａに向けて段階的に冷却される。冷却された処理液は、
後処理装置１６において水、ガス、灰がそれぞれ分離さ
れる。

【００１８】このように、本発明の超臨界水酸化処理装
置１０では、Ｕ字管状の反応器１２を、温度の異なる複
数の熱媒体槽１４に温度順に浸漬させて濃縮汚泥と熱媒
体の熱交換により、濃縮汚泥を加熱、又は処理液を冷却
するようにしたので、熱媒体槽１４内を常圧に設計する
ことができる。従って、従来の熱媒体循環型や直接熱交
換型の超臨界水酸化処理装置のように、反応器の外側に
高圧の熱媒体を流すための肉厚な二重管部分を形成する
必要がないので、反応器１２を加熱・冷却するための装
置構造を簡単にできる。また、熱媒体槽１４も常圧なの
で、槽１４を形成する板材を特に肉厚にする必要がな
い。

【００１９】また、複数の熱媒体槽１４では濃縮汚泥の
加熱と処理液の冷却を並行して行うので、加熱の際に熱
媒体から濃縮汚泥側に伝達する熱量と、冷却の際に処理
液から熱媒体に伝達する熱量のバランスをとることがで
きる。従って、装置１０の起動時に各熱媒体槽１４に設
定された温度までヒータで熱媒体を一度加熱しておけ
ば、後は熱媒体槽１４から自然放熱される熱量分だけを
外部から補充すれば、各熱媒体槽１４内の熱媒体は設定
された温度を維持する。従って、熱エネルギーコストを
大幅に削減することができる。

【００２０】図２は、本発明の超臨界水酸化処理装置５
０の第２の実施の形態を説明する装置構成図であり、濃
縮汚泥を回分的に酸化処理する装置の場合である。図２
に示すように、第２の実施の形態の超臨界水酸化処理装
置５０は、第１の実施の形態と同様に反応器５２と複数
の熱媒体槽５４と後処理装置１６とで構成される。尚、
後処理装置１６は、第１の実施の形態と同様なので図２
から省略する。

【００２１】反応器５２は、密封可能な耐圧容器で形成
され、反応器５２内には濃縮汚泥と酸素が充填される。
複数の熱媒体槽５４は、第１の実施の形態と同じよう
に、異なる温度の熱媒体が常圧で貯留されており、各熱
媒体槽５４は貯留された熱媒体の温度順に直列配置され
る。例えば、第２の実施の形態では、１００°Ｃの熱媒
体槽５４Ａ、２００°Ｃの熱媒体槽５４Ｂ、３００°Ｃ
の熱媒体槽５４Ｃ、４００°Ｃの熱媒体槽５４Ｄの４つ
の熱媒体槽５４で構成した場合を示す。各熱媒体槽５４
内には、加熱中の反応器５２と冷却中の反応器５２とが
一緒に浸漬されるため、複数の反応器５２が用意され
る。図２のように、４つの熱媒体槽５４から構成した場
合には、熱媒体槽５４に浸漬されていない反応器が２個
と、各熱媒体槽５４に浸漬されている反応器が８個の合
計１０個の反応器を少なくとも用意する。

【００２２】次に、上記の如く構成された第２の実施の
形態の超臨界水酸化処理装置５０の作用について説明す
る。反応器５２に濃縮汚泥と酸素を充填した後、反応器
５２を密封する。次に、反応器５２を低温側の熱媒体槽
５４Ａから高温側の熱媒体槽５４Ｄに向けて温度順に順
次浸漬して、反応器５２内の濃縮汚泥を、濃縮汚泥中の
水が超臨界状態になる温度まで加熱する。これにより、
反応器５２内の濃縮汚泥は酸化分解される。この加熱に
より、反応器５２内では濃縮汚泥中の水分が蒸発するの
で反応器５２内の圧力が上昇する。従って、第１の実施
の形態のように、加圧ポンプ１８は不要である。また、
加圧前に反応器５２内に酸素を供給するので、第１の実
施の形態のように、濃縮汚泥に酸素を加圧供給するため
の圧縮機２８も不要か、必要な場合でも、吐出圧力が２
ＭＰａ程度（第１の実施の形態では２５ＭＰａ）の小さ
な能力の圧縮機２８を使用することができる。

【００２３】次に、濃縮汚泥を酸化処理した処理液が収
納された反応器５２を、加熱時とは逆の順序、即ち高温
側の熱媒体槽５４Ｄから低温側の熱媒体槽５４Ａに向け
て温度順に順次浸漬して、反応器５２内の処理液を冷却
する。上記反応器５２の加熱・冷却において、各熱媒体
槽５４内には、加熱中の反応器５２と冷却中の反応器５
２が常に一緒に浸漬されているようにする。これによ
り、加熱の際に熱媒体から濃縮汚泥側に伝達する熱量
と、冷却の際に処理液から熱媒体に伝達する熱量のバラ
ンスをとることができるので、第１の実施の形態と同様
に熱エネルギーコストを大幅に削減することができる。

【００２４】また、第２の実施の形態では、上記したよ
うに、加圧ポンプが不要になると共に、圧縮機も不要か
又は小さい能力の圧縮機で足りるので、装置のイニシャ
ルコスト及びランニングコストを低減することができ
る。尚、本発明の実施の形態では、濃縮汚泥の例で説明
したが、これに限定されるものではなく、有機物を含有
（有機物１００％でもよい）するものであれば何にでも
適用することができる。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の超臨界水
酸化処理方法及び装置によれば、装置の構造を簡単にす
ることができ、しかも装置のイニシャルコストやランニ
ングコストを低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の超臨界水酸化処理装置の第１の実施の
形態を説明する装置構成図

【図２】本発明の超臨界水酸化処理装置の第２の実施の
形態を説明する装置構成図

【図３】従来の熱媒体循環型の超臨界水酸化処理装置を
説明する装置構成図

【図４】従来の直接熱交換型の超臨界水酸化処理装置を
説明する装置構成図

【符号の説明】

１０、５０…超臨界水酸化処理装置 １２、５２…反応器 １４、５４…熱媒体槽 １６…後処理装置 １８…加圧ポンプ ２０…反応器の供給口 ２２…反応器の排出口 ２４…断熱部材 ２６…酸素供給口 ２８…圧縮機 ３０…気液分離器 ３２…固液分離器

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】有機物含有物を水と酸素の存在下で水の超
   臨界状態の温度と圧力まで加温・加圧して酸化処理する
   超臨界水酸化処理方法において、 前記有機物含有物を、温度の異なる複数の熱媒体槽の低
   温側から高温側に向けて温度順に段階的に加熱すること
   により前記超臨界状態の温度まで昇温して酸化処理し、 前記有機物含有物を酸化処理した処理液を、前記複数の
   熱媒体槽の高温度側から低温側に向けて温度側に温度順
   に段階的に冷却すると共に、 前記複数の熱媒体槽では前記有機物含有物の加熱と前記
   処理液の冷却を並行して行うことを特徴とする超臨界水
   酸化処理方法。
2. 【請求項２】有機物含有物を水と酸素の存在下で水の超
   臨界状態の温度と圧力まで加温・加圧して酸化処理する
   超臨界水酸化処理装置において、 温度の異なる熱媒体が貯留された槽を温度順に直列配置
   した複数の熱媒体槽と、 前記有機物含有物が一端供給口から供給されて他端排出
   口から排出されると共に前記複数の熱媒体槽の熱媒体と
   順次接触するように配設されたＵ字状管であって、該Ｕ
   字状管が低温側の熱媒体槽から高温側の熱媒体槽に向け
   て順次接触されていることにより前記供給された有機物
   含有物を水の超臨界状態まで加熱する往路部、及び前記
   Ｕ字状管が高温側の熱媒体槽から前記低温側の熱媒体槽
   に向けて順次接触されていることにより前記有機物含有
   物を酸化処理した処理液を冷却する復路部を備えた反応
   器と、 から成り、前記往路部と前記復路部は前記各熱媒体槽の
   熱媒体と接触する接触長さが同じになるようにしたこと
   を特徴とする超臨界水酸化処理装置。
3. 【請求項３】有機物含有物を、水と酸素の存在下で水の
   超臨界状態の温度と圧力まで加温・加圧して酸化処理す
   る超臨界水酸化処理装置において、 温度の異なる熱媒体が貯留された槽を温度順に直列配置
   した複数の熱媒体槽と、 前記有機物含有物を加圧状態で充填する容器であって、
   該容器を低温側の熱媒体槽から高温側の熱媒体槽に向け
   て順次浸漬させることにより前記容器内の有機物含有物
   を水の超臨界状態まで加熱し、前記容器を高温側の熱媒
   体槽から低温側の熱媒体槽に向けて順次浸漬させること
   により前記有機物含有物を酸化処理した処理液を冷却す
   る反応器と、 から成り、前記各熱媒体槽には、加熱中の反応器と冷却
   中の反応器とが一緒に浸漬されていることを特徴とする
   超臨界水酸化処理装置。