JP2001046854A - 耐圧反応装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 超臨界状態または亜臨界状態での水熱反応を
行う反応容器内に、運転中に発生する塩分を掻き落とし
て系外に排出するスクレーパを設けても、スクレーパに
塩分が付着してスクレーパが充分に機能しなくなるのを
解消する。 【解決手段】 供給される被反応物を反応させ、排出口
から反応生成物を排出する耐圧反応容器１１と、耐圧反
応容器内に一部が臨む可動軸２０と、可動軸を保持する
軸保持機構１９と、可動軸と耐圧反応容器との間をシー
ルするシール部材２２と、可動軸を駆動する機構２１
と、シール部材で一端側が閉塞され、他端側が耐圧反応
容器内に連通する空間に流体を供給する手段２３，２４
と、可動軸に耐圧反応容器の内側に付着した反応生成物
を掻き取る螺旋状掻き取り手段３１、反応生成物を粉砕
する手段、又は攪拌する手段２５、又は排出口に搬送す
る搬送手段とを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、廃棄物分解、エ
ネルギー生成または化学物質製造の目的のための水熱処
理を行う水熱処理システムで使用するのに好適な耐圧反
応装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】被反応物を水熱処理して酸化分解した
り、エネルギーを生成したり、または化学物質を製造す
る水熱処理方法および水熱処理システムは、３０年以上
に亘って研究され、利用されてきている。特に近年、３
７４℃以上、２２０気圧以上の超臨界状態で、または、
例えば３７４℃以上、２５気圧以上２２０気圧未満、あ
るいは３７４℃以下、２２０気圧以上、あるいは３７４
℃未満、２２０気圧未満であっても臨界点に近い高温高
圧状態である亜臨界状態で、被反応物と酸化剤を含んだ
水とを反応させることにより、燃焼を含む酸化反応（以
下、反応と言うことがある。）を生じさせる水熱処理が
注目されている。

【０００３】このように水熱処理して被反応物を酸化分
解する場合、酸化剤を含んだ水を加熱、加圧したもの
と、被反応物を加圧したものとを耐圧反応容器からなる
耐圧反応装置へ供給し、反応させる。その結果得られた
反応生成物は、灰分分離装置によって灰分を除去した
後、常温、常圧に戻して処分するか、または灰分が除去
された高温高圧流体が有用エネルギー源として回収され
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】超臨界状態または亜臨
界状態での水熱反応においては、耐圧反応容器内へ被反
応物を供給して反応させると、被反応物が塩を含む場
合、あるいは反応により生じる塩は温度によって溶解度
に変化が生じるため、耐圧反応容器の内側に付着した
り、反応生成物である灰分とともに耐圧反応容器下部に
堆積する。耐圧反応容器の内側に付着した塩は、反応の
経過に伴って付着量が多くなるとともに部分的に粗大化
するため、反応領域が狭くなって反応効率を低下させる
原因となる。したがって、定期的にスクレーパー等で塩
を掻き取り、耐圧反応容器下部から排出する。

【０００５】このように耐圧反応容器下部に塩や反応生
成物が堆積すると、耐圧反応容器内のスクレーパーを駆
動するための可動軸の一部が耐圧反応容器内に臨むよう
に配設されている場合、耐圧反応容器と可動軸との間の
空間に塩や反応生成物が浸入することにより、または反
応生成物の排出補助手段として供給される冷却水等で溶
解して空間に浸入した一部の塩が再び析出することによ
り、可動軸が回転または回動しなくなったり、耐圧反応
容器と可動軸との間に配設されたシール部材を損傷させ
る。

【０００６】なお、耐圧反応容器内に一部が臨むように
可動軸を配設し、この可動軸に耐圧反応容器内に付着し
た反応生成物を掻き取るスクレーパーを取り付けた耐圧
反応装置が、例えば米国特許第５１００５６０号に記載
されているものの、概念だけで具体性に欠けるととも
に、耐圧反応容器と可動軸との間に反応生成物が浸入す
るのを阻止する手段が設けられていない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本特許出願人等は、特
願平１１−３７０４号により、超臨界状態または亜臨界
状態での水熱反応で使用する耐圧反応装置であって、供
給される被反応物を反応させ、排出口から反応生成物を
排出する耐圧反応容器と、この耐圧反応容器内に一部が
臨む可動軸と、前記耐圧反応容器に設けられ、前記可動
軸を保持する軸保持機構と、前記可動軸と前記耐圧反応
容器との間をシールするシール部材と、前記可動軸を駆
動する駆動機構と、前記シール部材で一端側が閉塞さ
れ、他端側が前記耐圧反応容器内に連通する空間に流体
を供給する流体供給手段とからなる耐圧反応装置を提案
した。上記先行装置は、本特許出願人等が予想した通り
に機能し、優れた効果を発揮しているが、装置の運転
中、反応容器の内部で発生し、その内周面に付着する塩
分を掻き除くため、可動軸の上端にＵ字形のスクレーパ
を複数取付け、上記スクレーパの各２本の上向きアーム
を反応容器の内周面に接触させて、又は一定の隙間を保
ちつつ可動軸と一体に回転させたり、円筒状のスクレー
パを取付け、同様に回転させることにより、付着した塩
分を掻き落としていた。掻き落とした塩分は円錐部から
小径筒部の内部に落下させ、反応生成物と混合して排出
手段から系外に排出するのである。しかし、掻き落とす
べき塩分が上向きアームの上部内壁に付着して堆積し、
落下しないでスクレーパと一緒に回転していた。このた
め、スクレーパに付着する塩分を落とす工夫が必要とな
っている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は上述した問題点
を解消するために開発されたもので、前述した先行提案
の耐圧反応装置における可動軸に、反応によって前記耐
圧反応容器の内周に付着した反応生成物を掻き取る螺旋
状掻き取り手段を設けたことを特徴とする。これを図面
を参照して具体的に説明すると、上壁１３により上端が
閉じ、下には上下方向の長さが短い漏斗状の円錐部１
４、及びその下の小径な底室１５が連なり、内部に供給
される被反応物を反応させ、排出口１６から反応生成物
を排出する上下方向に長く、且つ大径の反応室１２を備
えた耐圧反応容器１１と、上記反応容器の底部１７に、
反応室と同心状に直角に設けられた中心孔１８の内部に
回転自在に保持され、その上部が前記反応室１２の内部
に臨む可動軸２０と上記可動軸を回転駆動する駆動機構
２１と、前記軸保持機構の上方で可動軸と中心孔との間
をシールするシール部材２２と、上記シール部材よりも
上の中心孔、及び反応室の底室１５の内部に流体を供給
する流体供給手段２３，２４と、前記可動軸に、反応室
内の反応生成物を攪拌して粉砕すると共に排出口に搬送
する攪拌手段２５とを有し、超臨界状態又は亜臨界状態
の水熱反応に使用する耐圧反応装置において、前記可動
軸２０に、耐圧反応容器１１の大径の反応室１２の内周
面に接触して、又は一定の隙間を保ちつつ旋回する螺旋
状のスクレーパ３１の下端部を固定し、可動軸と一体に
回転するようにしたことを特徴とするものであり、耐圧
反応容器内に被反応物を原料供給管２６を反応容器の上
壁１３の中心部に上壁を貫通して設け、螺旋状のスクレ
ーパ３１の上端部を上記供給管に取付けた回転可能な軸
受３２に固定することが好ましい。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１において、１は耐圧反応装置
を示し、耐圧反応容器１１と、可動軸２０と、この可動
軸２０を耐圧反応容器１１に、例えば回転可能に保持す
る軸保持機構１９と、可動軸２０を回転させる駆動機構
２１と、可動軸２０と耐圧反応容器１１との間をシール
するシール部材２２と、可動軸２０に取り付けられた掻
き取り手段としてのスクレーパー３１と、流体供給孔２
３，２４とで構成されている。

【００１０】流体供給孔２３，２４には、弁が配設され
た配管を介して流体、例えば水を加圧して送るポンプが
接続されており、それぞれ流体供給手段が構成されてい
る。なお、流体供給孔２３，２４から供給される流体
は、超臨界状態または亜臨界状態での反応が数１００℃
になるので、その温度以下であれば冷却効果を発揮でき
るため、例えば常温の水であってもよい。また、各流体
供給手段のポンプ、配管および弁は図示を省略したが、
各流体として水を利用するので、各手段のポンプを１台
にして共用したり、弁も１つにして共用する構成にして
もよい。

【００１１】２６は耐圧反応装置１内へ被反応物を供給
する原料供給管を示し、耐圧反応容器１１の上壁１３の
中心または中心近傍に軸方向に向けて配設されている。

【００１２】耐圧反応容器１１は、内部に大径の円筒状
をした上下方向の長さが長い反応用の反応室１２が形成
され、その下端部分が漏斗状に中心へ向けて狭まってい
る円錐部１４と、耐圧反応容器１１の内面を腐食から保
護する目的で、上壁１３の下面と、反応室１２の内周面
に配設されたライナー２７と、反応室１２が載置される
底１７とで構成されている。そして、反応室１２の下の
底部１７には、収容室と同心の円形の中心孔１８が上下
方向に貫通して設けられている。

【００１３】底部１７には、この実施形態の場合、反応
室の下部の漏斗状の円錐部１４と、その下に連なった小
径の円筒形の底室１５、及び底室と同心で、上端が底室
１５に連通した垂直な円形の中心孔１８が設けられてお
り、中心孔１８内に可動軸２０が収容されている。そし
て、底室１５に半径方向、又は接線方向に連通して底部
１７の外周に開口した反応生成物の排出口１６、および
底室１５からの反応生成物の排出を補助する流体供給孔
２３と、中心孔１８と可動軸２０との間に形成された空
間に流体を供給する流体供給孔２４がそれぞれ底部１７
に半径方向に設けられている。

【００１４】また、底部には、流体供給孔２４の下で可
動軸２０と中心孔１８の間をシールするシール部材２２
が設けてあり、このシール部材の下には軸受などの軸保
持機構１９が可動軸と中心孔の間に設けてある。

【００１５】底部１７を貫通してその下面から下に突出
した可動軸２０の下端とモータ、減速機などの駆動機構
２１との間には無端のチェン等を張設し、駆動機構は可
動軸を回転駆動するようになっている。

【００１６】また、反応室の下部の円錐部１４、その下
の底室１５内に位置する可動軸２０の上端部には、反応
生成物を粉砕攪拌するとともに、可動軸２０の中心から
外側へ向けて遠心力で反応生成物を押し出し、排出口１
６への搬送を補助する粉砕・攪拌・搬送手段としての攪
拌翼２５が放射状に設けてある。なお、可動軸を回転駆
動する前述の駆動機構２１はオーバートルク時に作動す
る安全機構を備えている。

【００１７】尚、図示していないが、可動軸２０の上部
は中空にし、その上端には斜下向きに水などを噴出する
ノズルを放射状に設けると共に、底部１７に半径方向に
設けた供給孔２３，２４と同様な流体供給孔で中心孔１
８に向かって水を供給し、その水を可動軸の回りに、中
心孔の内周と接触して可動軸と一体に回転するスイーベ
ルジョイントによって可動軸の中空部に導入し、可動軸
の回転によって前記ノズルから水を斜め下向きに噴出さ
せることが好ましい。このノズルから噴出する水は円錐
部１４、底部１５に供給され、同時に反応室内に臨む可
動軸を内側から冷却する。

【００１８】次に、上述した構成の動作について説明す
る。上記のように構成した耐圧反応装置１の耐圧反応容
器１１の反応室１２内へ供給管２６から被反応物を供給
すると、耐圧反応容器１１内で被反応物は反応し、反応
生成物は底室１５を通して排出口１６から排出される。
運転を継続すると、耐圧反応装置１の稼働時間の経過に
伴って耐圧反応容器１１内側への塩の付着量が多くなっ
て反応領域が狭くなったり、下方に塩や反応生成物が堆
積するので、耐圧反応装置１の稼働とともに駆動機構２
１を作動させる。可動軸２０を低速（例えば１ＲＰＭ）
で回転させると、回転する可動軸２０の攪拌翼２５によ
り反応生成物は攪拌されて排出し易いように粉砕され、
排出口１６へ向けて搬送される。同時に、可動軸の回転
でスクレーパにより反応室の内周に付着した塩を掻き落
とし、上記反応生成物と一緒に外に排出する。

【００１９】また、流体供給孔２３へ水を供給すると、
供給された水は底室１５に落下した反応生成物を排出口
１６へと搬送して、より排出し易くする。さらに、前述
の図示しないノズルから円錐部１４、底室１５へ向けて
噴出される水は、円錐部や底室に堆積した反応生成物が
ブリッジを組むことを阻止し、排出口１６への搬送を補
助して排出する。このように流体供給孔２３へ水を供給
すると、堆積していた塩の一部が溶解したり、塩や反応
生成物がスラリー化したり、溶解しないまでも粒体状、
粉体状の塩や反応生成物が流動化する。

【００２０】そこで、流体供給孔２４へ水を供給する
と、底部１７の中心孔１８と可動軸２０との間に形成さ
れた、一端がシール部材２２で閉塞された空間を水が下
側から上側へ上昇して排出口１６へと流出する。これに
より、この空間に塩が溶解した水やスラリー化した、あ
るいは粒体状、粉体状の塩や反応生成物が浸入するのを
阻止することができる。また、浸入しても容易に排出が
行われるとともに、塩が析出しても、流体供給孔２３か
らの水で再度溶解させて排出することが可能となる。

【００２１】したがって、耐圧反応容器１１と可動軸２
０との間の空間に塩や反応生成物が浸入しなくなること
により、また、浸入しても容易に排出できることによ
り、さらには浸入して析出しても再溶解できることによ
り、可動軸２０を安定して回転させることができ、シー
ル部材２２が損傷しなくなるので、信頼性が向上し、安
定した運転を行うことができ、メインテナンスも容易に
なる。

【００２２】また、流体供給孔２３から流体を供給する
ことで、耐圧反応容器１１の下部に堆積する塩や反応生
成物を効率よく排出することができる。したがって、こ
の点からも、信頼性が向上し、安定した運転を行うこと
ができ、メインテナンスも容易になる。さらに、流体供
給孔２４から耐圧反応容器１１内の温度より低い温度の
流体を供給することにより、可動軸２０およびシール部
材２２を冷却することができるので、信頼性が向上し、
安定した運転を行うことができ、メインテナンスも容易
になる。

【００２３】さらに、可動軸２０に粉砕・攪拌・搬送手
段としての攪拌翼２５を設けたので、塩や反応生成物を
攪拌しながら粉砕し、排出口１６に搬送することができ
る。したがって、排出口１６から確実に塩や反応生成物
を外に排出することができるので、この点からも、信頼
性が向上し、安定した運転を行うことができ、メインテ
ナンスも容易になる。

【００２４】上記した実施形態では、流体供給孔２３，
２４へ供給する流体を水としたが、その水量は塩を全部
溶解して排出したり、塩を部分的に溶解してスラリー状
で排出したり、掻き落とした粒体状あるいは粉体状の塩
を押し流す補助をする量のいずれでもよい。また、シー
ル部材２２で下端側が閉塞され、上端側が耐圧反応容器
１１内に連通する中心軸１８の空間へ流体供給孔２３，
２４から流体を供給し排出口１６へ排出させたが、上記
空間に連通する排出口１６とは別の排出口を底部１７に
設け、この排出口から流体を排出させてもよい。

【００２５】さらに、底部１７を耐圧反応容器１１の下
側に設けたが、底部１７を容器１１の上側に設けてもよ
い。この場合は、排出口１６や排出補助用の流体供給孔
２３は別途下側に設ける。そして、可動軸２０は回転す
ることで説明したが、可動軸２０を正逆方向に回動させ
たり、上下動させたり、可動軸２０を回転または回動さ
せながら、例えばカム機構を利用して上下動させたり、
またはバイブレータを利用して振動させてもよい。

【００２６】また、粉砕手段および攪拌手段および搬送
手段として攪拌翼２５を可動軸２０に設けたが、同様に
機能する他の構成を有する手段のいずれか１つ以上を設
けてもよい。さらに、排出口１６にスクリューなどから
なる移送手段を配設すると、塩や反応生成物をさらに効
率よく排出口１６から外に排出することができる。な
お、上記の反応生成物とは被反応物にもともと含まれて
いる灰分等の無機固形物を含むものであることは勿論で
ある。

【００２７】前述の段落００１９で述べたように、耐圧
反応装置の運転を継続すると、運転時間の経過に伴い反
応室１２の内周面には塩の付着量が多くなって反応領域
が狭くなったり、下方に塩や反応生成物が堆積してスム
ースに排出口１６から外に排出することが困難となると
共に、可動軸の回転にも支障が生じる。このため、従来
は段落０００７で述べたように可動軸２０の上端にＵ字
形のスクレーパを複数取付け、上記スクレーパの各２本
の上向きのアームを反応容器の内周面に接触させたり、
円筒状スクレーパを取付け、同様に接触させて可動軸と
一体に回転させ、該上向きのアームにより反応容器の内
周面に付着した塩分を掻き落とし、排出口１６から外に
排出するようにしたが、充分に機能しない。

【００２８】

【発明の効果】そこで、本発明は、可動軸２０の上端
に、反応室１２の内周面に接触して、又は一定の隙間を
保ちつつ旋回するリボンコンベア形の螺旋状のスクレー
パの下端部を固定し、可動軸２０と一体に回転させるよ
うにしたのである。尚、この螺旋状のスクレーパの螺旋
のリード方向は回転によって下降方向にネジが進むよう
にする。

【００２９】これにより可動軸２０の１ＲＰＭ程度の低
速回転と一体に螺旋状のスクレーパ３１の螺旋翼は反応
室１２の内周面と接触しながら、又は一定の隙間を保ち
ながら旋回し、反応室の内周面に付着した塩分を壁面か
ら剥離して下方に押しやりながら寄せ集め、こうして翼
面に付着した塩は次第に大きく成長し、遂には自重で翼
面から剥がれて円錐部１４上に落下し、底室１５に滑り
入ると共に、円錐部上に停滞する塩を螺旋状の翼面の推
力で底室１５に押し込める。こうして、底室に押し込め
られた塩は攪拌翼の攪拌作用、及び流体供給孔２３，２
４から供給される水の水圧で、該室に半径方向、又は接
線方向に連通した排出口１６から外に排出される。

【００３０】螺旋状のスクレーパ３１の下端を可動軸の
上端に固定しただけでは、スクレーパは振ら付いて不安
定になるので、その上端は原料供給管２６に回転自在に
取付けた軸受３２に固定することが好ましい。

【００３１】螺旋状のスクレーパ３１を旋回させるため
の可動軸２０の低速回転は、耐圧反応装置１の運転中、
連続して行ってもよいし、一定の時間を保って間欠的に
行ってもよく、その場合は休止時間、回転時間は任意に
調節可能にしておくことが好ましい。

【００３２】本発明により、スクレーパが反応室の内面
に生成付着する塩分を剥ぎ取っても、その塩分がスクレ
ーパに付着して落下しなくなることなく反応室の内周面
に生成付着する塩分を確実に掻き落として外に排出で
き、可動部材の回転の阻害、シール部材の破損が防止で
き、耐圧反応装置の効率的な運転に大きく寄与する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態である耐圧反応装置の概
略構成を示す縦断面図である。

【符号の説明】

１ 耐圧反応装置 １１ 耐圧反応容器 １２ 反応室 １３ 反応室の上壁 １４ 円錐部 １５ 円錐部の下の底室 １６ 排出口 １９ 軸保持機構 ２０ 可動軸 ２１ 可動軸の駆動機構 ２２ 可動軸のシール部材 ２３，２４ 流体供給孔 ２５ 攪拌手段（攪拌翼） ２６ 原料供給管 ２７ ライナー ３１ 螺旋状のスクレーパ ３２ 軸受

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 超臨界状態または亜臨界状態での水熱反
   応で使用する耐圧反応装置であって、 供給される被反応物を反応させ、排出口から反応生成物
   を排出する耐圧反応容器と、 この耐圧反応容器内に一部が臨む可動軸と、 前記耐圧反応容器に設けられ、前記可動軸を保持する軸
   保持機構と、 前記可動軸と前記耐圧反応容器との間をシールするシー
   ル部材と、 前記可動軸を駆動する駆動機構と、 前記シール部材で一端側が閉塞され、他端側が前記耐圧
   反応容器内に連通する空間に流体を供給する流体供給手
   段と、 前記可動軸に、反応によって前記耐圧反応容器の内側に
   付着した反応生成物を掻き取る螺旋状掻き取り手段、前
   記反応生成物を粉砕する粉砕手段、又は前記反応生成物
   を攪拌する攪拌手段、又は前記反応生成物を前記排出口
   に搬送する搬送手段と、 を設けたことを特徴とする耐圧反応装置。