JP2001121167A

JP2001121167A - バッチ式超臨界水反応装置

Info

Publication number: JP2001121167A
Application number: JP30527899A
Authority: JP
Inventors: Akira Suzuki; 明鈴木
Original assignee: Organo Corp; Japan Organo Co Ltd
Current assignee: Organo Corp
Priority date: 1999-10-27
Filing date: 1999-10-27
Publication date: 2001-05-08
Anticipated expiration: 2019-10-27
Also published as: JP4156761B2

Abstract

(57)【要約】【課題】運転の容易な実用的なバッチ式超臨界水反応
装置を提供する。【解決手段】本バッチ式超臨界水反応装置１０は、粉
砕し難い有機性固形物を超臨界水反応により処理する装
置であって、バッチ式の第１反応器１２と、第１反応器
に直列に接続された連続式の第２反応器１４と、第１反
応器１２に超臨界水を送入する送水手段１６と、第１及
び第２反応器に酸化剤として空気を送入する空気圧縮機
１８と、第２反応器１４から流出した反応生成物流体を
気液分離する反応生成物流出系統２０と、空気の送入流
量を調整して、第１及び第２反応器内の温度を制御する
第１及び第２温度制御装置３８、４０とを備えている。
第１反応器から流出した、未分解物を含む第１反応生成
物流体を第２反応器で更に超臨界水処理を施すことによ
り、粉砕し難い有機性固形物を完全に超臨界水処理する
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、バッチ式超臨界水
反応装置に関し、更に詳細には、運転が容易かつ安全
で、しかも未分解物が生じないように、処理対象物を完
全に超臨界水処理するようにしたバッチ式超臨界水反応
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】環境問題に対する認識の高まりと共に、
有機物の酸化、分解能力の高い超臨界水反応を利用し
て、環境汚染物質を分解、無害化する試みが注目されて
いる。すなわち、超臨界水の高い反応性を利用した超臨
界水反応により、従来技術では分解することが難しかっ
た有害な難分解性の有機物、例えば、ＰＣＢ（ポリ塩素
化ビフェニル）、ダイオキシン、有機塩素系溶剤等を分
解して、二酸化炭素、水、無機塩などの無害な生成物に
転化する試みである。その試みの一つとして、最近で
は、このような有害な有機化合物を含む、様々な下水汚
泥、都市ゴミ、産業排水等の液状及び固体状の広義の廃
棄物の処理にも、超臨界水反応の利用が試みられてい
る。

【０００３】超臨界水反応装置とは、超臨界水の高い反
応性を利用して有機物を分解する装置であって、例え
ば、難分解性の有害な有機物を分解して無害な二酸化炭
素と水に転化したり、難分解性の高分子化合物を分解し
て有用な低分子化合物に転化したりするために、現在、
その実用化が盛んに研究されている。超臨界水とは、超
臨界状態にある水、即ち、水の臨界点を越えた状態にあ
る水を言い、詳しくは、３７４．１℃以上の温度で、か
つ２２．０４ＭＰａ以上の圧力下にある状態の水を言
う。超臨界水は、有機物を溶解する溶解能が高く、有機
化合物に多い非極性物質をも完全に溶解することができ
る一方、逆に、金属、塩等の無機物に対する溶解能は著
しく低い。また、超臨界水は、酸素や窒素などの気体と
任意の割合で混合して単一相を構成することができる。

【０００４】ここで、図３を参照して、従来の超臨界水
反応装置の基本的な構成を説明する。図３は従来の超臨
界水反応装置の構成を示すフローシートである。従来の
超臨界水反応装置９０は、下水汚泥等の微粒固形物水ス
ラリーを超臨界水反応により処理する装置であって、図
３に示すように、超臨界水酸化反応を行う反応器とし
て、チューブ状の長い耐圧密閉型反応器９１を備えてい
る。また、超臨界水反応装置９０は、反応器９１の上流
には反応流体を予熱する予熱器９２を、反応器９１の下
流には、反応流体と熱交換して反応生成物流体を冷却す
る熱交換器９３、及び冷却水によって反応生成物流体を
冷却する冷却器９４を備えている。

【０００５】更に、超臨界水反応装置９０は、冷却器９
４の下流の反応生成物ライン９５に、反応器９１内の圧
力を計測する圧力計９６と圧力調節弁９７とを有し、圧
力計９６の計測値に基づいて圧力制御装置９８によって
圧力調節弁９７を調節することにより反応器９１内の圧
力を制御する。また、超臨界水反応装置９０は、反応生
成物流体をガスとスラリーとに気液分離する気液分離器
９９を圧力制御弁９７の下流に備え、更に、気液分離器
９９で分離されたスラリー状の反応生成物を固液分離し
て、無機固形物を反応生成物から分離する固液分離器１
００を備えている。固液分離器１００で分離された無機
固形物は、主として、反応物中に含まれ、反応に寄与し
なかったものであって、加えて、超臨界水酸化反応によ
り生成した塩を含むこともある。

【０００６】予熱器９２は、超臨界水反応により処理す
る無機固形物を含む有機物、例えば下水汚泥と、酸化剤
の空気とからなる反応物が流れる内管と、反応物を加熱
する熱媒が流れる外管とからなる二重管式熱交換器とし
て構成されている。反応器９１は、反応物に対する超臨
界水反応の反応時間を確保するために、チューブ状の長
尺の反応器であって、その全域に超臨界水を滞留させ
て、超臨界水領域を構成している。反応温度にまで予熱
された反応流体は、予熱器９２に近い反応器入口から反
応器９１に入り、超臨界水反応して、反応生成物流体と
して反応器出口から流出する。

【０００７】熱交換器９３は、反応器９１から流出した
反応生成物流体が流れる内管と、反応生成物流体により
加熱される熱媒が流れる外管とからなる二重管式熱交換
器として、冷却器９４は、熱交換器９３を経て降温した
反応生成物流体が流れる内管と、反応生成物流体を冷却
する冷媒体が流れる外管とからなる二重管式熱交換器と
して、それぞれ、構成されている。熱交換器９３で反応
生成物流体により加熱された熱媒が予熱器９２に入って
反応物流体を予熱するように、熱交換器９３の外管と予
熱器９２の外管とは、熱媒配管１０１により接続されて
いる。

【０００８】反応物流体、例えば下水汚泥を送入する被
処理液ライン１０２が予熱器９２の内管に接続され、被
処理液ライン１０２には、有機物を酸化する酸化剤、例
えば空気を送入する空気ライン１０３が合流している。
下水汚泥は下水汚泥ポンプ１０４により、空気は空気圧
縮機１０５により、それぞれ、被処理液ライン１０２及
び空気ライン１０３に圧入される。下水汚泥と空気とか
らなる反応物流体は、予熱器９２で超臨界水酸化反応の
開始温度まで予熱され、次いで反応器９１に入り、反応
器９１の入口から出口に向かって流れる過程で、反応物
流体中の有機物が、超臨界水反応により、主として、水
と窒素と二酸化炭素とに転化し、反応生成物として反応
器９１から流出する。反応器９１は、反応開始温度から
反応温度までの加熱を下水汚泥中の有機物の酸化熱で賄
い、その後、完全な分解反応に必要な時間を有するよう
に長さが決定されている。反応生成物流体は、熱交換器
９３の内管に入り、熱媒を加熱して自身は降温し、次い
で冷却器９４の内管に流入し、冷媒体、例えば冷却水に
より冷却されて流出する。

【０００９】冷却器９４の内管の出口には、反応生成物
ライン９５が接続され、圧力制御弁９７を経て、気液分
離器９９に接続されている。気液分離器９９では、反応
生成物は、気液分離され、ガス状の反応生成物とスラリ
ー状の反応生成物とに分離される。ガス状の反応生成物
は、大気放出又は次の処理工程に移行し、スラリー状の
反応生成物は、固液分離器１００に導入される。スラリ
ー状の反応生成物は、固液分離器１００で液状の処理液
と無機固形物とに固液分離され、それぞれ、外部に送出
される。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来、実用
化されつつある超臨界水反応装置は、上述のように、連
続式の反応装置であって、ベンチ・スケール等の実験装
置を除いて実用的なバッチ式超臨界水反応装置は、現状
では、種々の技術的な問題から実現されていない。一
方、超臨界水処理すべき対象物は、近年の環境汚染の拡
がりに合わせて、種々雑多になっており、必ずしも連続
式の反応装置で処理することができないような、汚染固
形物、汚染土壌も処理する必要に迫られている。

【００１１】固形物を連続式の反応装置で処理する場合
には、汚染固形物を粉砕してスラリー化することが必要
であるが、汚染固形物によっては粉砕することが技術的
に難しいものもある。また、仮に汚染固形物を粉砕して
スラリー化できたととしても、次のようなスラリー固有
の問題がある。第１には、粉砕された固形物が、沈降分
離したり、浮上分離したりするために、固形物水スラリ
ーを安定して連続式反応装置に送入することが難しいこ
とが多い。第２には、固形物を処理した際、上述のよう
に固形物に含まれる無機物は超臨界水反応に与からない
ので、処理液と共に流出させることが、連続運転を継続
する上で重要であるが、連続式反応装置では、無機物、
又は無機物に由来する無機塩の排出が容易でない。第３
には、スラリーを取り扱う機器として特殊な機器を必要
とし、市販品がないという問題、更には、スラリーを取
り扱う機器の損傷が激しくて、短寿命のために、経済性
に問題がある。

【００１２】そこで、被処理物をバッチ式で反応器に投
入し、バッチ式の超臨界水処理を行うことが必要になっ
ている。また、バッチ式反応器は、バッチ毎に反応容器
を開放するので、残留無機物又は無機塩の排出が容易で
あるという優れた利点を有する。そこで、以上の状況か
ら、本発明の目的は、運転が容易で実用的なバッチ式超
臨界水反応装置を提供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明者は、従来、実用
的なバッチ式超臨界水反応装置を実現できない技術的な
問題点を研究した結果、問題点は次の事項に集約される
ことを見い出した。第１の問題点として、超臨界水反応
条件、例えば温度６００℃、圧力２５ＭＰａ下では、超
臨界水の密度が、約０．０７ｇ／cm³であって、通常の
水に比べて著しく小さく、従って、処理対象物、水、、
酸化剤及び補助燃料等を最初から反応器に入れて処理す
るならば、極めて容積の大きな反応容器が必要になっ
て、設備費が嵩むので、装置の経済性が問題となる。

【００１４】第２には、固形物を処理対象にしたバッチ
式超臨界水処理では、充填する固形物量が多過ぎると、
反応器の反応温度及び反応圧力が高くなり過ぎるので、
反応器容量に比べて、処理対象物である固形物の充填量
を制限せざるを得ないという、第１の問題に関連する問
題がある。

【００１５】第３の問題点は、反応器に投入する処理対
象物と水との量的なバランスを正確に決めることが難し
いことである。その結果、次に述べるように、反応温度
の制御が難しいことである。酸化反応開始温度をＴS 、
超臨界水酸化反応温度をＴR とし、反応器の質量をＷｋ
ｇ、反応器に投入した処理対象物、水、及び酸素ガスの
質量をそれぞれＸｋｇ、Ｙｋｇ、及びＺｋｇする。ま
た、反応器構成部材の平均比熱をＣpwｋｃａｌ／ｋｇ
℃、反応器に投入した処理対象物、水、及び酸素ガスの
平均比熱をそれぞれＣpxｋｃａｌ／ｋｇ℃、Ｃpyｋｃａ
ｌ／ｋｇ℃、及びＣpzｋｃａｌ／ｋｇ℃とし、処理対象
物の単位質量当たりの発熱量をＨｋｃａｌ／ｋｇとす
る。処理対象物の総発熱量ＸＨは、上述の因子と次式の
関係にある。但し、ｑは反応器から放熱された熱量であ
る。ＸＨ＝（Ｙ・Ｃpy＋Ｘ・Ｃpx＋Ｚ・Ｃpz＋Ｗ・Ｃpw）
（ＴR −ＴS ）＋ｑ

【００１６】従って、上述の式を満足させるように、放
熱させることができないと、反応器内の温度が上昇し、
反応の暴走等の恐れが多い。換言すれば、反応器内の温
度を制御することが難しい。また、同じ反応器を使って
処理対象固形物の量Ｘを増大させるには、放熱量ｑを増
大させる必要がある。しかし、バッチ式超臨界水反応器
では、反応の進行を外部から制御する手段が乏しく、反
応器内の温度が主として超臨界水反応の進行に委ねられ
るので、反応器内の温度を制御することは、技術的に極
めて難しい。

【００１７】第４には、超臨界水反応が進行するに応じ
て、ＣＯ₂ガス或いはＮ₂ガス等がが発生して、反応器
内の圧力が上昇し、その制御が難しいことである。

【００１８】そこで、本発明者は、第１の問題点は、セ
ミバッチ式超臨界水反応器を設けることにより、第２の
問題は第１反応器で比較的多量の固形物をバッチ式で前
処理的に超臨界水処理し、次いで第１反応器から流出し
た未分解物を含む反応生成流体を第２反応器で最終的に
完全に超臨界水処理することにより解決することにし
た。また、第３の問題点は、反応器から流出する処理液
の温度を測定し、その温度に基づいて酸化剤の流量を調
節して反応器の温度を制御することにより、及び第４の
問題点は、発生したＣＯ₂ガス或いはＮ₂ガス等を処理
液とともに流出させることにより、それぞれ、解決する
ことを着想し、実験を重ねて、本発明を完成する到っ
た。

【００１９】上記目的を達成するために、上記知見に基
づいて、本発明に係るバッチ式超臨界水反応装置は、開
閉自在であって、処理対象物を収容し、バッチ式の超臨
界水処理を施す第１反応器と、第１反応器に超臨界水を
送水する送水手段と、第１反応器に酸化剤を送入する第
１酸化剤送入手段と、第１反応器から流出した、未分解
物を含む第１反応生成物流体を流入させ、更に超臨界水
処理を施す、連続式の第２反応器と、第２反応器に酸化
剤を送入する第２酸化剤送入手段とを備えていることを
特徴としている。

【００２０】本発明では、送水手段及び第１酸化剤送入
手段により超臨界水及び酸化剤を送入しつつ、第１反応
器内に収容された処理対象物に超臨界水処理を施す結
果、超臨界水反応の反応生成物を含む第１反応生成物流
体が、第１反応器から流出する。第１反応器では、超臨
界水反応を完全に終結させることは難しいので、どうし
ても、第１反応器から流出する第１反応生成物流体は、
未分解物を含み勝ちである。本発明で、未分解物とは、
超臨界水処理を施すことにより、更に分解されて、窒
素、二酸化炭素、酸、水等を生成する物質を言い、環境
的に有害成分であることが多い。そこで、第１反応器に
直列に接続された第２反応器を設け、第１反応器から流
出した未分解物を含む反応生成流体を第２反応器で最終
的に完全に超臨界水処理することにより、第１反応器で
の超臨界水処理の反応条件を過酷にすることなく、第１
反応器に比較的多量の固形物を充填し、完全に超臨界水
処理を施すことができる。

【００２１】本発明の好適な実施態様では、第１反応生
成物流体の温度を測定する第１温度計と、第１温度計に
よる温度測定値に基づいて、第１酸化剤送入手段の酸化
剤の送入流量を調整して、第１反応生成物流体の温度が
目標温度になるように制御する第１温度制御装置と、第
２反応器から流出した第２反応生成物流体の温度を測定
する第２温度計と、第２温度計による温度測定値に基づ
いて、第２酸化剤送入手段の酸化剤の送入流量を調整し
て、第２反応生成物流体の温度が目標温度になるように
制御する第２温度制御装置とを備えている。

【００２２】本実施態様では、前述したように、第１及
び第２反応器から流出する反応生成物流体の温度を測定
し、その温度に基づいて酸化剤の流量を調節することに
より、第１及び第２の反応器の温度を制御している。

【００２３】好適には、第２反応生成物流体にアルカリ
水溶液を送入して第２反応生成物流体を中和急冷する中
和急冷手段を適所に備えている。これにより、第２反応
生成物流体が酸性の場合に、第２反応生成物流体による
冷却手段、気液分離手段、送液手段等の腐食を防止する
ことができる。

【００２４】実用的には、本発明に係るバッチ式超臨界
水反応装置は、第２反応生成物流体を冷却する冷却手段
と、冷却した第２反応生成物流体を気液分離する気液分
離手段と、気液分離手段で気液分離して得た液体成分を
送水手段に送液して、超臨界水の少なくとも一部とする
送液手段とを適所に備えている。これにより、液体に関
し、閉システムを構成することができるので、排液等に
よる環境汚染が発生しない。また、アルカリ剤により第
２反応生成物流体を中和する場合には、送液手段が、送
液する液体成分中の無機塩を分離する無機塩分離装置を
備えている。無機塩分離装置は、液体成分中の無機塩を
分離することができる限り、その種類、型式等は問わ
ず、例えばイオン交換樹脂装置を好適に使用することが
できる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下に、添付図面を参照し、実施
形態例を挙げて本発明の実施の形態を具体的かつ詳細に
説明する。実施形態例１本実施形態例は、本発明に係るバッチ式超臨界水反応装
置の実施形態の一例であって、図１は本実施形態例のバ
ッチ式超臨界水反応装置の構成を示すフローシートであ
る。本実施形態例のバッチ式超臨界水反応装置１０（以
下、反応装置１０と言う）は、粉砕し難い有機性固形物
を超臨界水反応によりバッチ式で処理する装置である。
反応装置１０は、図１に示すように、バッチ式の超臨界
水処理を施す第１反応器１２と、第１反応器１２から流
出した、未分解物を含む第１反応生成物流体を流入さ
せ、更に超臨界水処理を施すために、第１反応器１２に
直列に接続された連続式の第２反応器１４と、第１反応
器１２に超臨界水を送入する送水手段１６と、第１反応
器１２及び第２反応器１４に酸化剤として空気を送入す
る空気圧縮機１８と、第２反応器１４から流出した第２
反応生成流体を冷却し、気液分離する反応生成物流出系
統２０とを備えている。

【００２６】第１反応器１２は、処理対象物を内部に収
容し、超臨界水処理を施す、開閉自在なオートクレーブ
式の反応器であって、反応器内部に処理対象物を支持
し、生成反応物及び超臨界水を通過させる目板状の支持
板２１と支持板２１上の処理対象物が分散しないように
一か所に保持する内筒２２とを有する。第２反応器１４
は、第１反応器１２の第１反応器出口管２４に接続され
た連続式の反応器であって、チューブ型でも、容器型で
も良い。送水手段１６は、水を収容した水タンク２６
と、水タンク２６に収容された水を送水する送水ポンプ
２８と、送水ポンプ２８によって送水された水を加熱す
る加熱炉３０とを備え、送水管３２を介して超臨界水を
第１反応器１２に送水する。

【００２７】空気圧縮機１８は、吐出配管に設けた流量
制御弁を調節することによって空気の送入流量を容易に
制御できる型式の圧縮器であって、第１空気供給管３４
と送水管３２とを介して第１反応器１２に、及び、第２
空気供給管３６と第１反応器出口管２４とを介して第２
反応器１４に、それぞれ、酸化剤として空気を送入す
る。空気圧縮機１８の送入流量は、次に説明するよう
に、反応生成物流体の温度に基づいて温度制御装置によ
り調整される。即ち、反応装置１０は、第１反応器１２
及び第２反応器１４に送入する空気量を調整して、それ
ぞれ、第１反応器１２内の温度、及び第２反応器内の温
度を制御する第１温度制御装置３８及び第２温度制御装
置４０を備えている。

【００２８】第１温度制御装置３８は、第１反応器出口
管２４に設けられた第１温度計４２の温度測定値に基づ
いて、空気圧縮機１８の吐出側の第１空気供給管３４に
設けた第１流量調節弁４４の弁開度を調節して第１反応
器１２に送入する空気の流量を調整し、第１反応器１２
内の温度を所定温度に制御する。即ち、第１温度計４２
の温度測定値が所定温度より高いときには、空気の流量
を減少して第１反応器１２内の超臨界水反応の進行を抑
制し、第１温度計４２の温度測定値が所定温度より低い
ときには、空気の流量を増大して超臨界水反応の進行を
促進する。通常、第１反応器の目標温度は５００〜５５
０℃程度である。

【００２９】第２温度制御装置４０は、第２反応器出口
管４６に設けられた第２温度計４８の温度測定値に基づ
いて、空気圧縮機１８の吐出側の第２空気供給管３６に
設けた第２流量調節弁５０の弁開度を調節して第２反応
器１４に送入する空気の流量を調整し、第２反応器１４
内の温度を所定温度に制御する。即ち、第２温度計４８
の温度測定値が所定温度より高いときには、空気の流量
を減少して超臨界水反応の進行を抑制し、第２温度計４
８の温度測定値が所定温度より低いときには、空気の流
量を増大して超臨界水反応を完結させる。第２反応器１
４の目標温度は、６００〜６５０℃程度であり，必要に
応じて外部から補助燃料を投入してもよい。

【００３０】反応生成物流出系２０は、第２反応器１４
から流体を流出させる第２反応器出口管４６に設けら
れ、第２反応器１４から流出した反応生成物流体を冷却
する冷却器５２と、冷却器５２の下流に設けられた気液
分離器５４と、気液分離器５４の圧力、従って間接的に
第２反応器１４、更には第１反応器１２の圧力を制御す
る圧力制御装置５６と、気液分離器５４の液面を制御す
る液面制御装置５８とを備えている。

【００３１】気液分離器５４は、第２反応器１４から流
出した第２反応生成物流体を気液分離してガス成分と水
成分とに分離する。ガス成分は、気液分離器５４の頂部
に接続されたガス放出管６０を経て大気に放出される。
圧力制御装置５６は、ガス放出管６０に設けられた圧力
計６２の計測値に基づいて圧力調節弁６４の弁開度を調
節し、気液分離器５４の圧力を所定圧力になるように制
御する。また、第１反応器出口管２４には、ガス成分中
のＣＯガス濃度を測定するために、ＣＯ濃度計６６が設
けてある。またガス放出管６０にもＣＯ濃度計６７を設
けてもよい。

【００３２】液面制御装置５８は、気液分離器５４から
水成分を流出させる液体流出管６８に設けた流量調節弁
７０の弁開度を調節することにより、気液分離器５４の
液面を制御する。

【００３３】更に、反応装置１０は、第２反応器出口管
４６にアルカリ水溶液を注入する設備を備えている。ア
ルカリ水溶液の注入設備は、アルカリ水溶液タンク７２
と、アルカリ水溶液ポンプ７４と、第２反応器出口管４
６に接続されたアルカリ水溶液注入管７６とを備え、ア
ルカリ水溶液ポンプ７４によってアルカリ水溶液タンク
７２からアルカリ水溶液をポンピングしてアルカリ水溶
液注入管７６を介して第２反応器出口管４６に注入す
る。アルカリ水溶液を注入することにより、第２反応生
成物流体を中和急冷することができる。特に、第２反応
器１４から流出した第２反応生成物流体が酸性の場合に
は、アルカリ水溶液を注入して中和すると共に急冷する
ことが好ましい。

【００３４】次に、図１を参照して、本実施形態例のバ
ッチ式超臨界水反応装置１０を運転する方法を説明す
る。先ず、第１反応器１２を開放して、バッチ運転１回
分の処理対象物を内筒２２内の支持板２１上に載せ、第
１反応器１２を閉止する。なお、処理対象物がスラリ状
の流体である場合には、第１反応器１２を開放しない
で、そのまま、送水管３２等を介して充填することもで
きる。次いで、送水ポンプ２８を起動して水タンク２６
から水を送水管３２を介して加熱炉３０に送り、加熱し
て第１反応器１２に供給する。第１反応器１２から流出
した水は、第２反応器１４及び冷却器５２を通って気液
分離器５４に入る。次いで、気液分離器５４から抜き出
した水を、図示しない循環手段によって、送水ポンプ２
８からの水と合流させ、加熱炉３０で加熱して反応器１
２に入れ、徐々に循環を開始する。循環の水量が増加す
るにつれて、送水ポンプ２８による送水量を減少させ、
最終的には、ガス放出管６０からガスと共に系外に流出
する水の量だけ、送水ポンプ２８により補充することに
なる。

【００３５】第１温度計４２で測定した温度が３７０℃
に到達した時点で、空気圧縮機１８を起動して、第１空
気供給管３４び送水管３２を経由して空気を第１反応器
１２に送入する。なお、システム圧力を一定にするため
に、スタートアップ時から空気圧縮機１８を運転するよ
うにしても良い。また、第１反応器、第２反応器ともに
外部に設置した電気炉等の加熱手段により、所定の温度
まで昇温することもできる。この場合、外部加熱手段と
して電気炉の他、熱媒加熱等も用いることができる。次
いで、第１温度制御装置３８を動作させて、第１温度計
４２で測定した温度が所定温度になるように、第１流量
調節弁４４の弁開度を調整して、第１反応器１２に送入
する空気量を調節する。

【００３６】第１反応器１２内の条件が超臨界水反応の
条件に到達すると、超臨界水反応が開始され、徐々に進
行する。第１反応器１２から流出する第１反応生成物流
体中には、未分解物が残留するので、第１反応生成物流
体に対して第２反応器１４で更に超臨界水処理を施す。
なお、分解対象物中に無機塩類を含む場合は、無機塩類
が溶解して第２反応器１４に流入することを防ぐため、
予め第１反応器１２を外部加熱手段で臨界温度以上に昇
温させて後に第１反応器１２に水を流入することもでき
る。超臨界水反応の進行と共に第２反応器出口管４６か
ら流出する流体は、ガス成分、例えばＣＯ₂ガスを同伴
するようになり、冷却器５２で冷却された後、気液分離
器５４で分離され、圧力制御装置５６の制御下で、ガス
放出管６０に介して放出される。

【００３７】第１反応器出口管２４に設けたＣＯガス濃
度計６６におけるＣＯガス濃度が検出されないようにな
ると、反応器１２内の超臨界水反応が終点に達したとと
判定できる。また、第１反応器出口管２４にＴＯＣ分析
計（図示せず）を設け、ＴＯＣ分析計におけるＴＯＣ濃
度が検出されないようになると、同じく、第１反応器１
２内の超臨界水反応が終点に達したと判定できる。な
お、ＣＯガス濃度計６６及びＴＯＣ分析計のいずれか一
方の測定値が、一定の値に達すると、第１反応器１２内
の超臨界水反応が終点に達したとと判定できるが、双方
の測定値が一定の値に達したときに終点と判定する方が
より確実である。なお、ガス放出管６０に設けたＣＯ
濃度計６７により、放出ガス中にＣＯガスがないことを
確認することが好ましい。超臨界水反応が終点に達した
時点で、バッチ式超臨界水反応装置１０全体の圧力を降
圧し、次いで第１反応器１２を開放する。なお、第１反
応器出口管２４にＣＯガス濃度計６６あるいはＴＯＣ分
析計を設置しないでも、別途、小型基礎試験器により予
め反応試験を行い、その結果から反応終結時間を予測す
ることもできる。

【００３８】実施形態例２本実施形態例は、本発明に係るバッチ式超臨界水反応装
置の実施形態の別の例であって、図２は本実施形態例の
バッチ式超臨界水反応装置の構成を示すフローシートで
ある。本実施形態例のバッチ式超臨界水反応装置８０
（以下、反応装置８０と言う）は、実施形態例１と同様
に、粉砕し難い有機性固形物を超臨界水反応によりバッ
チ処理する装置である。反応装置８０は、図２に示すよ
うに、気液分離器５４から流出する水成分から無機塩を
分離処理する無機塩分離装置８２を備え、無機塩分離処
理した水成分を超臨界水の補給水として使用することを
除いて、実施形態例１と同じ構成を備えている。

【００３９】反応装置８０の要部は、図２に示すよう
に、ブースタ・ポンプ８４を流量調節弁７０の上流の液
体流出管６８に備えて、気液分離器５４中の水成分を無
機塩分離装置８２に送入し、そこで無機塩を分離した
後、更に循環管８６を介して送水管３２に送る。無機塩
分離装置８２は、液体中の無機塩を分離する装置であっ
て、例えばイオン交換樹脂装置である。

【００４０】本実施形態例の反応装置８０の運転は、実
施形態例１の反応装置１０と同様であって、ブースタ・
ポンプ８４、無機塩分離装置８２及び循環管８６を介し
て、気液分離器５４で分離した水成分を送水管３２に循
環する。

【００４１】実施形態例１及び２では、第１反応器出口
管２４は、第１反応器１２の底部と、第２反応器１４の
頂部とを接続しているが、第１反応器１２と第２反応器
１４との接続方式は、必ずしも、これに限られることは
なく、例えば、第１反応器出口管は、第１反応器１２の
外壁と内筒２２との環状部に連通する箇所と第２反応器
１４の頂部とを接続しても良い。

【００４２】

【発明の効果】本発明によれば、超臨界水処理を施すバ
ッチ式反応器と、バッチ式反応器の下流に連続式反応器
とを備えることにより、処理対象物をバッチ式反応器に
よって前処理的に超臨界水処理し、次いで連続式反応器
によって未分解物が残らないように完全に超臨界水処理
することができる。また、第１反応生成物流体の温度測
定値に基づいて、温度制御装置により第１反応器への酸
化剤の送入流量を調整して、流体の温度が目標温度にな
るように、第１反応器内の温度を制御することにより、
運転が容易で安全なバッチ式超臨界水反応装置を実現し
ている。更には、反応器から流出した流体を気液分離す
る気液分離器を反応器流出系に設け、分離された液体を
加熱した後、超臨界水の少なくとも一部として反応器に
送水することにより、循環経路を確立して、バッチ運転
を容易にしている。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態例１のバッチ式超臨界水反応装置の構
成を示すフローシートである。

【図２】実施形態例２のバッチ式超臨界水反応装置の構
成を示すフローシートである。

【図３】従来の超臨界水反応装置の構成を示すフローシ
ートである。

【符号の説明】

１０実施形態例１のバッチ式超臨界水反応装置１２第１反応器１４第２反応器１６送水手段１８空気圧縮機２０反応生成物流出系統２２目板状の支持板２４第１反応器出口管２６水タンク２８送水ポンプ３０加熱炉３２送水管３４第１空気供給管３６第２空気供給管３８第１温度制御装置４０第２温度制御装置４２第１温度計４４第１流量調節弁４６第２反応器出口管４８第２温度計５０第２流量調節弁５２冷却器５４気液分離器５６圧力制御装置５８液面制御装置６０ガス放出管６２圧力計６４圧力調節弁６６ＣＯ濃度計６８液体流出管７０流量調節弁７２アルカリ水溶液タンク７４アルカリ水溶液ポンプ７６アルカリ水溶液注入管８０実施形態例２のバッチ式超臨界水反応装置８２無機塩分離装置８４ブースタ・ポンプ８６循環管９０従来の連続式超臨界水反応装置９１耐圧密閉型反応器９２予熱器９３熱交換器９４冷却器９５反応生成物ライン９６圧力計９７圧力制御弁９８圧力制御装置９９気液分離器１００固液分離器１０１熱媒配管１０２被処理液ライン１０３空気ライン１０４下水汚泥ポンプ１０５空気圧縮機

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】開閉自在であって、処理対象物を収容
し、バッチ式の超臨界水処理を施す第１反応器と、第１反応器に超臨界水を送水する送水手段と、第１反応器に酸化剤を送入する第１酸化剤送入手段と、第１反応器から流出した、未分解物を含む第１反応生成
物流体を流入させ、更に超臨界水処理を施す、連続式の
第２反応器と、第２反応器に酸化剤を送入する第２酸化剤送入手段とを備えていることを特徴とするバッチ式超臨界水反応装
置。
【請求項２】第１反応生成物流体の温度を測定する第
１温度計と、第１温度計による温度測定値に基づいて、第１酸化剤送
入手段の酸化剤の送入流量を調整して、第１反応生成物
流体の温度が目標温度になるように制御する第１温度制
御装置と、第２反応器から流出した第２反応生成物流体の温度を測
定する第２温度計と、第２温度計による温度測定値に基づいて、第２酸化剤送
入手段の酸化剤の送入流量を調整して、第２反応生成物
流体の温度が目標温度になるように制御する第２温度制
御装置とを備えていることを特徴とする請求項１に記載
のバッチ式超臨界水反応装置。
【請求項３】第２反応生成物流体にアルカリ水溶液を
送入して第２反応生成物流体を中和急冷する中和急冷手
段を、請求項１にあっては第２反応器の下流に、請求項
２にあっては、第２温度計の下流に備えていることを特
徴とするバッチ式超臨界水反応装置。
【請求項４】第２反応生成物流体を冷却する冷却手段
と、冷却した第２反応生成物流体を気液分離する気液分離手
段と、気液分離手段で気液分離して得た液体成分を送水手段に
送液して、超臨界水の少なくとも一部とする送液手段と
を、請求項１にあっては第２反応器の下流に、請求項２
にあっては第２温度計の下流に、請求項３にあっては中
和急冷手段の下流に備えていることを特徴とするバッチ
式超臨界水反応装置。
【請求項５】送液手段が、送液する液体成分中の無機
塩を分離する無機塩分離装置を備えていることを特徴と
する請求項４に記載のバッチ式超臨界水反応装置。