JP2001079569A - 有機性被処理液の酸化処理方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 酸化反応後の処理液の廃熱を回収し、この熱
エネルギーによって供給する有機性被処理液を濃縮する
ことで、酸化分解の反応速度を高く維持できる有機性被
処理液の酸化処理方法及び装置の提供を目的とするもの
である。 【解決手段】 高温、高圧下で有機性被処理液に酸化反
応を起こさせる反応器１と、この反応器１に有機性被処
理液を供給する供給手段２と、酸化反応後の処理液を反
応器１から排出する排出手段３とを備える有機性被処理
液の酸化処理装置であって、前記反応器１から排出され
る処理液の熱エネルギーを用いて有機性被処理液を濃縮
する濃縮手段６を備えるものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、種々の有機物を含
む有機性被処理液を高温・高圧下における酸化、特に超
臨界水酸化又は亜臨界水酸化によって分解する有機性被
処理液の酸化処理方法及び装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えばＰＣＢなどの難分解性の有害有機
物でも高温・高圧下、特に超臨界水中では迅速かつ効率
よく分解されることを利用し、種々の有機物を含む有機
性被処理液を超臨界水酸化や亜臨界水酸化（超臨界水酸
化より効率が低いものであり、湿式酸化ともいう）によ
って分解・浄化する有機性被処理液の酸化処理装置が開
発されている。従来の一般的な有機性被処理液の酸化処
理装置は、反応器、供給手段、排出手段及び熱交換器を
主構成要素とする。

【０００３】この反応器は、高温・高圧下で有機性被処
理液に酸化反応を起こさせる円筒状等の容器であり、縦
型のものや横型のものがある。また供給手段は、有機性
被処理液を高温・高圧にして反応器に供給するものであ
り、具体的には有機性被処理液を貯留しておく原料タン
ク、原料タンク内の有機性被処理液を反応器へ高圧で圧
送する高圧ポンプ等を装備する。排出手段は、酸化反応
後の処理液を反応器から排出するものであり、具体的に
は反応器後の高温・高圧の処理液を冷却する冷却器、減
圧するための減圧弁等を装備する。

【０００４】かかる供給手段、反応器及び排出手段によ
り有機性被処理液中の有機物を酸化分解し、有機性被処
理液を分解・浄化するものであるが、反応器から排出さ
れた高温の処理液の廃熱を有効利用すべく、従来の有機
性被処理液の酸化処理装置は熱交換器を装備し、反応器
後の処理液と供給手段の有機性被処理液とを熱交換させ
て有機性被処理液を予熱することが一般的に行われてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の有機性被処
理液の酸化処理装置にあっては、供給手段が供給する有
機性被処理液にある程度の有機物濃度がなければ、反応
器内で発生する反応熱が不足し、反応器内の温度が十分
に上昇せず、有機物の酸化、特にアンモニアの窒素への
酸化の効率が低下し、処理水の水質低下を招く。このよ
うに有機性被処理液の有機物濃度が低い場合に、分解効
率を促進させるためには、反応器に供給する有機性被処
理液を高温まで予備加熱する必要があり、非効率的であ
る。また、有機性被処理液にアルコール、石油、高濃度
有機廃液などを添加して有機物濃度を向上させる手段も
あるが、この手段では分解処理量が増大し、かつ、酸素
使用量も増大してコスト増を招来する。

【０００６】一方、熱交換器で熱交換した後の処理液
は、まだかなり高温であるため、この廃熱を有効利用で
きれば、熱効率を格段に向上させることができる。

【０００７】本発明はこれらの不都合に鑑みてなされた
ものであり、酸化反応後の処理液の廃熱を回収し、この
熱エネルギーによって供給する有機性被処理液を濃縮す
ることで、酸化分解の反応速度を高く維持できる有機性
被処理液の酸化処理方法及び装置の提供を目的とするも
のである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
になされた発明は、高温・高圧下で有機性被処理液を酸
化反応により分解・処理する有機性被処理液の酸化処理
方法であって、この酸化反応後の処理液の熱エネルギー
を用いて有機性被処理液を濃縮する濃縮工程を有するこ
とを特徴とするものである。

【０００９】この方法によれば、酸化反応後の処理液の
廃熱を回収し、濃縮工程により回収した熱エネルギーで
有機性被処理液を濃縮することができる。そのため、反
応工程に供給する有機性被処理液の有機物濃度を高め、
反応工程で発生する反応熱を大きくし、その結果、反応
工程での反応速度及び分解効率を高く維持することがで
きる。従って、有機性被処理液の有機物濃度が低い場合
でも、外部から熱エネルギーや高濃度有機物を導入する
ことなく、反応工程での反応速度及び分解効率を向上さ
せることができる。

【００１０】上記酸化反応後の処理液との熱交換により
有機性被処理液を加熱する熱交換工程を有しており、上
記濃縮工程で用いる熱エネルギーを熱交換工程後の処理
液の熱エネルギーとするとよい。上述のように反応工程
後の処理液の廃熱を有効利用すべく、一般的な有機性被
処理液の酸化処理には熱交換工程を有しており、熱交換
工程後の処理液の廃熱をさらに回収することで、熱効率
を格段に向上させることができる。

【００１１】上記濃縮工程で用いる熱エネルギーは処理
液から熱媒体を介して回収するとよい。熱媒体による熱
回収は、比較的低温（１００℃〜３００℃）の廃熱の回
収に好適であること、熱媒体が濃縮工程で有機性被処理
液の濃縮に使用する熱源として好ましいこと、汎用の蒸
発缶をそのまま利用できることなどの利点がある。かか
る熱媒体としては、温水、熱油、シリコンオイル、スチ
ームなどが挙げられ、取扱容易性、安全性等を考慮する
と、スチームが好適である。

【００１２】上記濃縮工程は有機性被処理液を有機物濃
度が２重量％以上１０重量％以下になるよう濃縮すると
よい。これは、有機性被処理液の有機物濃度が１０重量
％を超えるように濃縮する場合には、ボイラー、蒸発機
などの設備を大きくしなければならず、その結果、設備
コストの増大を招き、廃熱を回収してエネルギーコスト
の低減化を図る意味がなくなってしまい、逆に、有機物
濃度が２重量％未満の場合は反応工程において反応熱に
よる有効な反応温度の上昇が図れないためである。

【００１３】また、上記有機性被処理液の酸化処理方法
と同様に、上記課題を解決するためになされた装置の発
明は、高温、高圧下で有機性被処理液に酸化反応を起こ
させる反応器と、この反応器に有機性被処理液を供給す
る供給手段と、酸化反応後の処理液を反応器から排出す
る排出手段とを備える有機性被処理液の酸化処理装置で
あって、前記反応器から排出される処理液の熱エネルギ
ーを用いて有機性被処理液を濃縮する濃縮手段を備える
ものである。

【００１４】この手段によれば、反応器後の処理液の廃
熱を回収し、その回収した熱エネルギーを用いて濃縮手
段により有機性被処理液を適当な有機物濃度に濃縮する
ことができる。従って、有機性被処理液の有機物濃度が
低く、反応熱により反応器内の温度が高くならない場
合、外部から熱エネルギーや有機物を導入しなくても、
有機性被処理液の有機物濃度が上昇でき、迅速な酸化分
解処理が可能になる。

【００１５】また、上記有機性被処理液の酸化処理方法
の場合と同様に、上記反応器後の処理液との熱交換によ
り有機性被処理液を加熱する熱交換器を備え、濃縮手段
で用いる熱エネルギーを熱交換器後の処理液の熱エネル
ギーとするとよく、また濃縮手段で用いる熱エネルギー
は熱媒体を介して回収するとよく、さらに濃縮手段によ
る濃縮後の有機物濃度は２重量％以上１０重量％以下が
好ましい。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、適宜図面を参照しつつ本発
明の実施の形態を詳説する。図１は本発明の実施形態に
係る有機性被処理液の酸化処理装置を示す概略構成図で
ある。図１の有機性被処理液の酸化処理装置は、反応器
１、供給手段２、排出手段３、熱交換器４、ボイラー５
及び濃縮手段６を主構成要素とする。

【００１７】上記反応器１は、高温・高圧下（例えば、
超臨界状態又は亜臨界状態）で有機性被処理液中の有機
物質に酸化反応を生じさせ、分解するものである。この
反応器１の種類は、特に限定されるものでなく、耐高温
及び耐高圧用の一般的な反応器を使用することができる
が、有機性被処理液を連続的に分解処理することを考慮
すると、管型反応器が好適である。

【００１８】なお上記反応器１内の温度・圧力は、２０
０℃〜６５０℃、５ＭＰａ〜３０ＭＰａであり、４００
℃〜６００℃、２２ＭＰａ〜３０ＭＰａが特に好まし
い。

【００１９】供給手段２は、反応器１に有機性被処理液
を高温・高圧にして供給するものであり、有機性被処理
液を貯留するための原料タンク、原料タンク内の有機性
被処理液を反応器１に圧送するための高圧ポンプ７など
からなる。この高圧ポンプ７には、プランジャ型ポン
プ、ダイヤフラム型ポンプ、スクリュー型ポンプなどが
ある。

【００２０】排出手段３は、反応器１から酸化処理後の
処理液を外部に排出するためのものであり、図示してい
ないが、高温・高圧の処理液を冷却するための冷却器、
減圧するための圧力調節弁、処理液を排出ガスと処理水
とに気液分離する気液分離器などからなる。

【００２１】熱交換器４は、上述のように反応器１から
排出される処理液と供給手段２の有機性被処理液とを熱
交換させ、高温・高圧の処理液により有機性被処理液を
加熱するものである。この熱交換器４としては、耐高温
及び耐高圧用の一般的な熱交換器が使用できるが、動作
流体として高温・高圧でかつ濃度が高い液体を使用する
ことを考慮すると、２重管式熱交換器が好適である。

【００２２】ボイラー５は、熱交換器４後の処理液を用
いて、鋼製等の密閉した容器内で水を加熱し、熱媒体で
ある高温・高圧のスチームを発生させる装置である。熱
交換器４後の処理液の温度は約２００℃程度であるた
め、ボイラー５によって十分にスチームを発生させるこ
とができる。

【００２３】濃縮手段６は、ボイラー５で得られたスチ
ームを用いて、有機性被処理液を濃縮し、所定の有機物
濃度にするものである。この濃縮手段６は、スチームが
通過する多数の円管等を配置し、この円管等に有機性被
処理液を接触させることで、加熱し、水分を蒸発させる
ものである。具体的には、ａ）有機性被処理液の対流を
利用した自然循環式、ｂ）ポンプを用いて有機性被処理
液を強制的に循環させる強制循環式、ｃ）有機性被処理
液を薄膜状にして加熱面と接触させる液膜式などがあ
る。

【００２４】上記強制循環式は、加熱管に接する有機性
被処理液の流速が大きく、伝熱係数が高いので、濃縮効
率が高く、大量の処理を必要とする有機性被処理液の浄
化処理に好適である。また、スケールが加熱管につきに
くいという観点からも、種々の塩類を含む有機性被処理
液の処理に適する。

【００２５】また上記液膜式も、伝熱係数が高く、濃縮
効率が高いという特徴があり、当該有機性被処理液の酸
化処理装置に好適である。当該液膜式には、ａ）垂直長
管型の加熱管に沿って下端から連続的に液を供給する上
昇液膜型、ｂ）垂直長管型の加熱管の上端から原液を供
給し、管壁に沿って薄膜状に流下させる流下液膜型、
ｃ）垂直加熱管の壁面に沿って薄膜状に流下させ、この
液膜を回転攪拌翼によって掻き取るように攪拌する攪拌
液膜型などが属し、中でも流下液膜型と攪拌液膜型と
は、粘度の高い液の処理が可能である点で、本発明の有
機性被処理液の酸化処理装置に特に好ましい。

【００２６】さらに、経済性を高めるために有機性被処
理液から発生した蒸気を直列に配置した第２、第３缶の
加熱用蒸気とする多重効用蒸発法、発生蒸気を圧縮して
温度を上げ、その蒸発缶自身の加熱用蒸気とする蒸気圧
縮蒸発法などを併用してもよい。

【００２７】また、濃縮手段６の制御は、濃縮手段６後
の有機性被処理液の配管に設置したＴＯＣ測定装置を用
いることで可能になる。かかるＴＯＣ測定装置による濃
縮後の有機性被処理液のＴＯＣ測定結果に基づいて、濃
縮手段６に供給するスチームの流量を制御することで、
有機性被処理液の有機物濃度を所定の濃度に制御でき
る。また、ＴＯＣ測定装置の代わりに、濃縮手段６にお
いて発生する蒸気量を測定し、その蒸気量と有機性被処
理液の流量とから濃縮率を算出し、その算出結果に基づ
いて濃縮手段６に供給するスチームの流量を制御するこ
とも可能である。装置としては、後者の方が構造が簡易
である。

【００２８】なお、ボイラー５で回収した熱だけでは有
機性被処理液を十分に濃縮できない場合は、スチームを
ヒーター等の加熱手段で追加加熱し濃縮手段６に供給す
るとよい。

【００２９】さらに、当該有機性被処理液の酸化処理装
置は、熱交換器４後の有機性被処理液を所定の温度に制
御して反応器１に供給するため、熱交換器４と反応器１
との間に温度調節手段８が設けられている。この温度調
節手段８は、ａ）加熱及び冷却双方の機能を有するよう
加熱器及び冷却器を装備する場合、ｂ）いかなる条件で
も有機性被処理液が所定温度以上に加熱されないように
熱交換器４を小さなものにしておき、加熱器のみを備え
る場合がある。

【００３０】上記構造を有する有機性被処理液の酸化処
理装置の分解・浄化機能を以下に説明する。まず、供給
手段２により高温・高圧の有機性被処理液を反応器１に
供給し、酸化剤供給手段（図示していない）により酸素
等の酸化剤を供給すると、反応器１内では酸化剤との酸
化反応により有機性被処理液中の有機物質が酸化分解さ
れる。その後、反応器１から排出された処理液は排出手
段３で冷却、減圧、気液分離されて外部に排出される。
一方、熱交換器４により反応器１後の処理液と供給手段
２の有機性被処理液とを熱交換し、高温・高圧の処理液
の廃熱を有効利用している。このような工程を経て、有
機物質を含む有機性被処理液を分解・浄化するものであ
る。

【００３１】当該有機性被処理液の酸化処理装置は、ボ
イラー５と濃縮手段６とを備えることから、有機性被処
理液の有機物濃度が低い場合、ボイラー５によって熱交
換器４後の処理液の廃熱をスチームとして回収し、濃縮
手段６によってボイラー５で得たスチームを用いて有機
性被処理液を濃縮し、有機物濃度を所定範囲にすること
ができる。従って、反応器１による酸化分解処理速度を
常に所定範囲に制御することができる。

【００３２】当該有機性被処理液の酸化処理装置におい
て、反応器１に供給する有機性被処理液の有機物濃度と
しては２重量％以上１０重量％以下が好ましい。これ
は、反応熱により反応器１内の温度を高めることと、ボ
イラー５を適当な大きさにし、ボイラー５の設備コスト
を抑えることとの均衡を図る趣旨からである。

【００３３】図２の有機性被処理液の酸化処理装置は、
上記図１の有機性被処理液の酸化処理装置と同様であ
り、濃縮手段６における有機性被処理液の加熱源として
熱交換器４後の処理液を直接用いることを特徴とする。
本有機性被処理液の酸化処理装置は、濃縮手段６におい
て、熱媒体を介さず、直接処理液を使用しているため、
熱効率がよい。

【００３４】なお、本発明の有機性被処理液の酸化処理
装置は上記実施形態に限定されるものではなく、例え
ば、熱交換器４後の処理液から熱エネルギーを回収する
のに用いる熱媒体としては、上記スチームの他に、熱
油、温水、有機熱媒体（ジフェニルエーテル、ターフェ
ニル等）などの液状熱媒体や、空気、煙道ガスなどのガ
ス状熱媒体を用いることができる。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の有機性被
処理液の酸化処理方法及び装置によれば、有機性被処理
液の有機物濃度を高め、反応熱を大きくし、その結果、
反応速度を高く維持することができる。従って、有機性
被処理液の有機物濃度が低い場合でも、外部から熱エネ
ルギーや高濃度有機物を導入することなく、反応速度を
向上させることができる。また、廃熱の回収率を上げ、
熱効率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る有機性被処理液の酸化
処理装置を示す概略構成図である。

【図２】図１の有機性被処理液の酸化処理装置とは異な
る形態の有機性被処理液の酸化処理装置を示す概略構成
図である。

【符号の説明】

１ 反応器 ２ 供給手段 ３ 排出手段 ４ 熱交換器 ５ ボイラー ６ 濃縮手段 ７ 高圧ポンプ ８ 温度調節手段

フロントページの続き (72)発明者 佐伯 一丸 兵庫県神戸市須磨区神の谷３−３−８ Ｆターム(参考） 4D050 AA12 AB11 AB17 AB19 BB01 BC01 BC02 BD02 BD06 BD08 CA20

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高温・高圧下で有機性被処理液を酸化反
   応により分解・処理する有機性被処理液の酸化処理方法
   であって、 この酸化反応後の処理液の熱エネルギーを用いて有機性
   被処理液を濃縮する濃縮工程を有することを特徴とする
   有機性被処理液の酸化処理方法。
2. 【請求項２】 上記酸化反応後の処理液との熱交換によ
   り有機性被処理液を加熱する熱交換工程を有し、 上記濃縮工程で用いる熱エネルギーを熱交換工程後の処
   理液の熱エネルギーとする請求項１に記載の有機性被処
   理液の酸化処理方法。
3. 【請求項３】 上記濃縮工程で用いる熱エネルギーは処
   理液から熱媒体を介して回収する請求項１又は請求項２
   に記載の有機性被処理液の酸化処理方法。
4. 【請求項４】 上記濃縮工程で濃縮した有機性被処理液
   の有機物濃度を２重量％以上１０重量％以下とする請求
   項１、請求項２又は請求項３に記載の有機性被処理液の
   酸化処理方法。
5. 【請求項５】 高温、高圧下で有機性被処理液に酸化反
   応を起こさせる反応器と、この反応器に有機性被処理液
   を供給する供給手段と、酸化反応後の処理液を反応器か
   ら排出する排出手段とを備える有機性被処理液の酸化処
   理装置であって、 前記反応器から排出される処理液の熱エネルギーを用い
   て有機性被処理液を濃縮する濃縮手段を備えることを特
   徴とする有機性被処理液の酸化処理装置。
6. 【請求項６】 上記反応器後の処理液との熱交換により
   有機性被処理液を加熱する熱交換器を備え、 上記濃縮手段で用いる熱エネルギーを熱交換器後の処理
   液の熱エネルギーとする請求項５に記載の有機性被処理
   液の酸化処理装置。
7. 【請求項７】 上記濃縮手段で用いる熱エネルギーは処
   理液から熱媒体を介して回収される請求項５又は請求項
   ６に記載の有機性被処理液の酸化処理装置。
8. 【請求項８】 上記濃縮手段で濃縮した有機性被処理液
   の有機物濃度が２重量％以上１０重量％以下である請求
   項５、請求項６又は請求項７に記載の有機性被処理液の
   酸化処理装置。