JP2001009424A - 生ゴミ処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 生ゴミ等の処理をクリーンかつ効率的に行な
い、ゴミ処理にともなって発生する反応熱を発電に利用
し、また最終的な処理水の再利用化を図ることを目的と
する。 【解決手段】 破砕機１１で破砕した生ゴミ等と水との
混合物をポンプ１２，熱交換器１３などを経由して反応
器１６に送る。反応器１６は、空気圧縮機１５の加圧お
よび誘導加熱炉１６ａの加熱により超臨界水状態になっ
ている。生ゴミ等は、この反応器１６で酸化されて水や
炭酸ガス，硫酸イオン，酸牝金属等に分解される。生ゴ
ミ等の酸化反応によって生じる熱エネルギーで低沸点ガ
スタービン１７を駆動している。生ゴミ等の分解物であ
る硫酸イオン等を固液分離器２０で中和して酸化金属等
とともに抽出し、また、炭酸ガス等を気液分離器２１で
抽出する。分離処理後の無害な処理水をポンプ１２に供
給して生ゴミ等との混合水に再利用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、生ゴミを含む処理
対象物を反応器内で超臨界水により分解する超臨界水処
理装置に関し、特に、処理対象物を予め破砕してから流
体とともに反応器に送出し、また反応器の出力を発電に
利用したり、最終的な処理水を反応器に循環して再利用
するようにした生ゴミ処理装置に関する。

【０００２】なお、本発明の処理対象物は家庭や厨房な
どから出される生ゴミを含むもので、生ゴミのみの場合
や、生ゴミとプラスチックトレー、ビニール袋、紙、布
などからなる場合がある。以下の説明では、これらの処
理対象物を必要に応じて「生ゴミ等」という。

【０００３】

【従来の技術】近年、超臨界水の特性を各種の化学反応
に利用する試みが行なわれている。図３は、水の存在状
態図であり、超臨界水は図中の斜線で示した領域の物質
である。

【０００４】超臨界水は圧力と温度をともに上げ、臨界
点（温度３７４℃、圧力２２ＭＰａ）を越えた高密度の
物質であり、液体の時のような大きい分子のまま、気体
のように活発に動くことができ、液体的な性質と気体的
な性質の両方を持っている。例えば、超臨界水は油や溶
剤にも自由に溶け、有機物を完全に酸化分解するという
特徴がある。

【０００５】最近、このような超臨界水の特性を下水汚
泥の処理に利用した下水汚泥処理装置が開発されてい
る。

【０００６】この処理装置は、もともと流動性のある下
水汚泥を反応器の内部に送り、そこでの超臨界水の酸化
作用によって汚泥を酸化分解し、この酸化物（ガスや酸
化金属等）を除去した後の処理水を直接放流するように
したものである。

【０００７】一方、家庭などから排出される生ゴミ等は
もっぱら焼却施設で焼却処分されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】生ゴミ等の焼却処分の
場合、焼却時にダイオキシン等の有害物質が合成されて
大気中に排出されるという問題点があった。

【０００９】また、超臨界水の上記特性を利用した下水
汚泥処理装置においては、反応器の出力や、この中の酸
化物（ガスや酸化金属等）を分離した後の処理水の有効
利用が図られていないのが現状である。

【００１０】そこで、本発明では、生ゴミを含む処理対
象物を破砕してから流体とともに反応器に送出すること
により、家庭や厨房などから排出される生ゴミ等を超臨
界水で分解して処理することを目的とする。

【００１１】また、反応器の出力である熱エネルギーを
発電に利用したり、最終的な処理水を生ゴミ等を反応器
に送出するための流体として再利用することにより、生
ゴミ処理系全体のエネルギーの利用効率を高めることを
目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を次の
ように解決する。 （１）生ゴミを含む処理対象物を超臨界水で分解する反
応器を備えた生ゴミ処理装置に、前記処理対象物を破砕
する破砕手段と、破砕した前記処理対象物を流体ととも
に前記反応器に送出する送出手段とを設ける。 （２）上記（１）において、前記反応器の出力側に固液
分離器および気液分離器を設ける。 （３）上記（２）において、前記固液分離器および前記
気液分離器による反応器出力の分離処理後の処理水を前
記送出手段に供給する。 （４）上記（１）乃至（３）において、前記反応器の出
力を発電機の駆動源として用いる。

【００１３】本発明によれば、上記（１）のように、生
ゴミ等を破砕してから水などの流体とともに反応器に送
出しているので、これらの処理対象物を反応器肉の密閉
空間で超臨界水によって分解することができる。したが
って、生ゴミ等は、例えば水や炭酸ガス、窒素ガス、硫
酸イオンやリン酸イオンに分解され、また金属は酸化金
属となるので、ダイオキシン等の有害物質が合成された
り、外部に排出されることがない。

【００１４】粉砕した処理対象物と流体とを反応器に供
給しているので、処理対象物を反応器に送出し易く、粉
砕した処理対象物の反応器内での粉体爆発を防止するこ
とができる。

【００１５】超臨界水による処理対象物の処理速度は、
従来のゴミ焼却施設に比較して約１０００倍から一万倍
速いので、処理対象物の量が同じであれば、反応器のサ
イズを従来の焼却炉の１０００分の１程度にすることが
できる。

【００１６】また、上記（２）のように、処理対象物が
超臨界水で酸化されることによって生じる硫酸イオンや
リン酸イオンを固液分離器で例えば中和して硫酸塩、リ
ン酸塩とし、これらを酸化金属とともに抽出している。
同じく処理対象物の酸化により生じる炭酸ガスや窒素ガ
スは気液分離器で抽出することにより、反応器出力を最
終的には無害な処理水としている。

【００１７】また、上記（３）のように、反応器出力の
処理水を、処理対象物の反応器への供給流体に再利用し
ている。

【００１８】また、上記（４）のように、反応器内での
超臨界水と処理対象物との酸化反応により発生する熱エ
ネルギーは熱効率が良く、これを発電機の駆動源として
用いている。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図１及び図
２を用いて説明する。図１は本発明の生ゴミ処理装置を
示す説明図であり、図２は生ゴミ処理の流れを示す説明
図である。

【００２０】図１において、１０は生ゴミ処理装置、１
１は生ゴミ等を破砕する破砕機、１２は破砕した生ゴミ
等を水とともに熱交換器に送るポンプ、１３は熱交換
器、１３ａは予熱ライン、１４は生ゴミ等を空気圧縮機
から送られてくる高圧の空気と同等に加圧して反応器に
送るシリンジ形スラリーポンプ、１５は高圧の空気を反
応機に送るための空気圧縮機、１６は生ゴミ等を超臨界
水で酸化する反応器、１６ａは反応器を予め所定温度
（約４５０℃）に加熱する誘導加熱炉、１６ｂは反応器
１６内部の温度を検出する温度センサー、１７は低沸点
ガスタービン（バイナリーサイクル発電）、１８は減圧
弁、１９は冷却装置、２０は生ゴミ等の酸化により生成
する固体成分を分離する固液分離器、２１は生ゴミ等の
酸化により生成する気体成分を分離する気液分離器をそ
れぞれ示している。

【００２１】生ゴミ処理装置１０の運転時の各箇所の温
度及び圧力は、 ・ポンプ１２の出力側（熱交換器１３の入力側）が約５
０℃、約０．１ＭＰａ ・シリンジ形スラリーポンプ１４の入力側（熱交換器１
３の出力側）が約２５０℃、約０．１ＭＰａ ・シリンジ形スラリーポンプ１４の出力側（予熱ライン
１３ａ）が約２５０℃、約２５ＭＰａ ・反応器１６の内部が約４５０℃〜６００℃，約２５Ｍ
Ｐａ ・反応器１６の出力側が約４００℃，約２５ＭＰａ ・固液分離器２０の入力側が約８０℃，約０．２ＭＰａ ・気液分離器２１の入力側が約８０℃，約０．２ＭＰａ ・気液分離器２１の出力側が約５０℃，約０．１ＭＰａ である。

【００２２】このように、反応器１６内の温度は約４５
０℃〜６００℃、圧力は約２５ＭＰａであり、この条件
下で水は超臨界水となって生ゴミ等を酸化する。

【００２３】この酸化作用により、生ゴミ等の構成要素
の中、 ・有機物は水と炭酸ガスに分解し、 ・窒素化合物は窒素ガスに分解し、 ・硫黄やリンはそれぞれ硫酸イオン，リン酸イオンに分
解し、 ・金属は酸化金属になる。本明細書では、生ゴミ等を酸
化したときに生成する水以外の物質を「分解物」と呼
ぶ。

【００２４】図１に示すように、生ゴミ処理装置１０
は、 ・破砕器１１で破砕した生ゴミ等と水との混合流体をポ
ンプ１２で熱交換器１３およびシリンジ形スラリーポン
プ１４の側に送り、 ・この混合流体をシリンジ形スラリーポンプ１４で加圧
して反応器１６に送り、 ・反応器１６の内部での超臨界水の作用により生ゴミ等
を酸化し、 ・この酸化処理にともなう反応熱を低沸点ガスタービン
（バイナリーサイクル発電）１７の駆動源として利用
し、 ・生ゴミ等の分解物を固液分離器２０および気液分離器
２１で分離処理した後の無害な処理水をポンプ１２に供
給している。

【００２５】破砕機１１には例えば特許第２７５９８４
９号に開示されている破砕流動乾燥機を用いる。これ
は、破砕処理対象物に熱風を接触させながら破砕し、乾
燥した粉末として回収するものである。大量の水分を含
み、また比較的柔軟な生ゴミ等でも乾燥しながら破砕す
ることにより粉末状にすることができる。

【００２６】シリンジ形スラリーポンプ１４で、生ゴミ
等と水との混合流体の圧力を、空気圧縮機１５から送ら
れてくる高圧空気と同程度（約２５ＭＰａ）に加圧する
ことにより、当該混合流体が高圧空気によって逆流する
のを防止している。

【００２７】破砕した生ゴミ等を水と混合するのは、 ・生ゴミ等流動性を良くして反応器１６に送り易くする ・生ゴミ等の濃度を重量比で約５〜１０％にして超臨界
水による酸化反応を進行し易くする ・反応器１６内での粉体爆発を防ぐ ためである。

【００２８】反応器１６の内部は、誘導加熱炉１６ａに
より、生ゴミ等が超臨界水で酸化される温度（約４５０
℃）に予め加熱されている。

【００２９】超臨界水による酸化反応が開始すると、反
応熱によって反応器１６の内部温度が上昇し酸化反応温
度に維持されるので、反応器１６の内部温度を温度セン
サー１６ｂで検出して例えば４７０℃程度に上昇したら
誘導加熱炉１６ａの作動が自動停止するようにしてい
る。

【００３０】反応器１６の出力エネルギー（超臨界水で
生ゴミ等を酸化したときに発生する熱エネルギー）を低
沸点ガスタービン１７（バイナリーサイクル発電）に供
給している。低沸点ガスタービン１７は、この熱エネル
ギーでフロンやイソブタンなどの低沸点媒体を気化して
蒸気を発生し、これをタービンに導入して得られる動力
で発電する。

【００３１】固液分離器２０では、生ゴミ等の分解物中
の硫酸イオンやリン酸イオンが、あらかじめ中和剤とし
て加えてある消石灰等のアルカリと反応して硫酸塩やリ
ン酸塩となり、酸化金属等とともに抽出される。

【００３２】気液分離器２１では、約８０℃となった分
解物中の炭酸ガスや窒素ガス等の気体が水とは分離して
抽出され、残りは無害な処理水となる。

【００３３】図２は、生ゴミ処理装置における処理手順
を示す説明図であり、その内容は次のようになってい
る。 （１）誘導加熱炉１６ａを作動させて、生ゴミ等が超臨
界水で酸化される温度（約４５０℃）に反応器１６を加
熱する。 （２）生ゴミ等を破砕機１１で５００μｍ以下の粒形に
破砕する。 （３）生ゴミ等の濃度が重量比で約５〜１０％となるよ
うに水を加え、この混合流体をポンプ１２で１００ｍｌ
／ｍｉｎのスピードで熱交換器１３に送る。 （４）混合流体を熱交換器１３で約２５０℃にし、また
シリンジ形スラリーポンプ１４で約２５ＭＰａに加圧し
て、予熱ライン１３４経由で反応器１６に送る。 （５）空気圧縮機１５で約２５ＭＰａの高圧空気を５０
０ｍｌ／ｍｉｎのスピードで反応器１６に送り、反応器
１６内部の水を超臨界水とする。なお、反応器１６内部
の温度が約４７０℃になった時点で誘導加熱炉１６ａの
作動を自動停止させる。 （６）反応器１６内の超臨界水（例えば約４５０℃、約
２５ＭＰ）で生ゴミ等を酸化して水、炭酸ガス、窒素ガ
ス、硫酸イオン、リン酸イオン、酸化金属等に分解す
る。 （７）反応器１６から排出される約４００℃、約２５Ｍ
Ｐａの蒸気で低沸点ガスタービン１７を駆動する。 （８）熱交換器１３や減圧弁１８，冷却装置１９を通っ
て約８０℃，０．２ＭＰａの状態になった分解物中の硫
酸イオンやリン酸イオンは、固液分離器２０で中和され
て硫酸塩とリン酸塩とに変化し、酸化金属などとともに
抽出される。 （９）気液分離器２１に流入した残りの分解物（約８０
℃，０．２ＭＰａの炭峠ガスや窒素ガス）は、水と分離
して抽出される。 （１０）分解物を除去した後の５０℃、０．１ＭＰａの
無害な処理水をポンプ１２に供給して、当該処理水を破
砕した生ゴミ等との混合水として再利用する。

【００３４】水に対する生ゴミ等の濃度が重量比で約５
〜１０％のときの反応時間は生ゴミ等の種類によって約
１分〜１０分であった。

【００３５】反応器１６の酸化反応熱は効率的に蒸気に
転換され、そのときの熱効率は、従来の火力発電の場合
に比較して倍以上であった。

【００３６】今回、超臨界水により酸化処理の対象とし
た生ゴミ等はもともと有機物が多いので、酸化処理にと
もなって反応器１６内に生成されるスケール（厚い金属
酸化物の皮膜）は少なかった。

【００３７】反応器１６内の超臨界水は酸化反応による
発熱によってさらに温度が上昇するので、誘電率が低下
して無極性となる。したがって、固液分離器２０で中和
された硫酸塩やリン酸塩などの無機塩類は析出しやす
い。

【００３８】ポンプ１２に供給する水の量は、生ゴミ等
との混合重量比が約５〜１０％になるように調整してお
り、反応器出力の処理水だけでこの割合が確保できない
ときは水を別途追加する。

【００３９】また、破砕器１１は特許第２７５９８４９
号に記載の破砕流動乾燥機に限らず、生ゴミ等を細かく
破砕することができるものであればよい。

【００４０】また、シリンジ形スラリーポンプ１４の代
わりに任意の加圧装置を用いたり、低沸点ガスタービン
１７に代えて蒸気タービンなどを用いてもよい。

【００４１】また、固液分離のための中和剤として、水
酸化ナトリウムや水酸化カリウムなどを用いても良い。

【００４２】また、固液分離器２０と気液分離器２１の
位置を入れ換えて、反応器１６からの出力が先に気液分
離器２１に流入するようにしてもよい。

【００４３】

【発明の効果】本発明は、このように、生ゴミを含む処
理対象物を破砕したものを流体とともに反応器に送出
し、その中の超臨界水酸化反応により当該処理対象物を
分解しているので、従来のゴミ焼却施設のように有害物
質を含む廃ガスや廃水を外部に排出することがなく、煙
突や公害対策用の設備を設ける必要がない。

【００４４】また、従来の焼却処理に比べて１０００倍
から一万倍早い速度で生ゴミ等が分解されるので、同一
量の処理対象物を仮定した場合、処理装置のサイズを少
なくとも焼却炉の１０００の１程度にすることができ
る。

【００４５】また、粉砕した生ゴミ等と流体とを反応器
に供給するようにしたので、処理対象物を反応器に送出
し易く、また粉砕した生ゴミ等の反応器内での粉体爆発
を防止することができる。

【００４６】また、生ゴミ等の超臨界水酸化反応による
分解物（例えばガスや金属等）を固液分離器や気液分離
器で抽出しているので、反応器出力を最終的には無害な
処理水とすることができる。

【００４７】また、抽出処理後の処理水を破砕した生ゴ
ミ等の混合相手に再利用しているので、ゴミ処理装置全
体の水使用量を軽減することができる。

【００４８】また、生ゴミ等の分解は反応器内で起こ
り、発生する反応熟はすべて蒸気に転換されるので、従
来の火力発電に比較して熱効率は倍以上であり、これを
発電機の駆動源として有効利用することができる。

【００４９】また、上記のように反応器内に生成される
スケールが少ないので、これを除去する手間を省くこと
ができる。

【００５０】また、生ゴミ処理装置を発電システムと考
えた場合には、その燃料として、生ゴミ等や廃プラスチ
ック、下水汚泥を使用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の、生ゴミ処理装置を示す説明図であ
る。

【図２】本発明の、生ゴミ処理の流れを示す説明図であ
る。

【図３】一般的な、水の存在状態を示す説明図である。

【符号の説明】

１０：ゴミ処理装置 １１：破砕機 １２：ポンプ １３：熱交換器 １３ａ：予熱ライン １４：シリンジ形スラリーポンプ １５：空気圧縮機 １６：反応器 １６ａ：誘導加熱炉 １６ｂ：温度センサー １７：低沸点ガスタービン（バイナリーサイクル発電） １８：減圧弁 １９：冷却装置 ２０：固液分離器 ２１：気液分離器

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 生ゴミを含む処理対象物を超臨界水で分
   解する反応器を備えた生ゴミ処理装置であって、 前記処理対象物を破砕する破砕手段と、 破砕した前記処理対象物を流体とともに前記反応器に送
   出する送出手段と、を設けたことを特徴とする生ゴミ処
   理装置。
2. 【請求項２】 前記反応器の出力側に固液分離器および
   気液分離器を設けたことを特徴とする請求項１記載の生
   ゴミ処理装置。
3. 【請求項３】 前記固液分離器および前記気液分離器に
   よる反応器出力の分離処理後の処理水を前記送出手段に
   供給することを特徴とする請求項２記載の生ゴミ処理装
   置。
4. 【請求項４】 前記反応器の出力を発電機の駆動源とし
   て用いることを特徴とする請求項１乃至３記載の生ゴミ
   処理装置。