JP2002224690A - 有機性被処理液の酸化処理装置及びそのスケール除去方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 運転中の温度・圧力を常温・常圧まで下げる
必要はなく、また装置の耐久性を阻害させず、さらに安
全かつ迅速に内壁に形成されたスケールの除去が可能な
有機性被処理液の酸化処理装置及びそのスケール除去方
法の提供を目的とするものである。 【解決手段】 有機性被処理液Ａを高温・高圧下での酸
化反応により分解浄化する反応器２と、この反応器２に
有機性被処理液Ａを加熱・加圧して供給する加熱・加圧
手段と、酸化反応後の処理液を反応器２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１であ
って、この有機性被処理液Ａを洗浄液Ｄに切り替え、こ
の洗浄液Ｄを亜臨界状態にして流通させるスケール除去
手段１０を備えることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、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浄化する有機
性被処理液の酸化処理装置及びそのスケール除去方法に
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。かか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、加熱・加圧手段、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。また加熱・加圧手段は、
有機性被処理液を高温・高圧の適切な状態にして反応器
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、反応器から排出
された高温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、有機性被処理液を所定の温度に制御
する温度調節器等を装備する。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】

【発明が解決しようとする課題】上記有機性被処理液の
酸化処理装置において、処理対象である有機性被処理液
中には種々の有機物、塩類等が含まれるため、反応器、
熱交換器、有機性被処理液及び処理液を流通させる主配
管などの内壁には有機物等の堆積やチャーの付着により
スケールが形成され、さらには閉塞を起こすおそれがあ
る。特に、超臨界状態における塩類の溶解度は亜臨界状
態と比較して著しく低いので、有機性被処理液の超臨界
状態への状態変化にともなって塩類等を析出し、内壁に
スケールを生じやすい。このスケールは、有機物やチャ
ーなどに比べ、常温・常圧での通水では除去しにくい。

【０００５】かかるスケールを除去する方法として、従
来、（ａ）上記酸化処理装置の運転を停止して反応器等
の温度・圧力を常温・常圧まで低下させた後に、有機性
被処理液に替えて硝酸、リン酸等を流通させ、化学的に
内壁のスケールを洗浄する方法や、（ｂ）同様に運転を
完全に停止した後に、酸化処理装置の一部又は全部を定
期的に分解し、高圧水等により洗浄する方法が採用され
ている。

【０００６】上記（ａ）の方法では、洗浄に用いる硝酸
等はその取扱いに注意を要し、安全対策が必要であるこ
と、洗浄廃液の後処理が発生すること、酸化処理装置の
運転を停止する必要があること、洗浄に用いる硝酸等の
大きな腐食性により反応器、主配管等の耐久性を阻害し
てしまうこと等の不都合がある。一方、上記（ｂ）の方
法では、酸化処理装置の運転を完全に止めて分解するた
め、その作業が大掛かりであり、多大な費用が発生する
等の不都合がある。

【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、運転中の温度・圧力を常温・常圧まで下げ
る必要はなく、また装置の耐久性を阻害せず、さらに安
全かつ迅速に内壁に形成されたスケールの除去が可能な
有機性被処理液の酸化処理装置及びそのスケール除去方
法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】本発明者は、塩類等の溶
解度が超臨界状態に比べて亜臨界状態で著しく向上する
ことに着目し、酸化処理装置の処理対象である有機性被
処理液に切り替えて亜臨界状態の洗浄液を流通させるこ
とで、内壁に形成されたスケールが効果的に除去される
ことを見いだした。

【０００９】その結果、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
により分解浄化する酸化処理装置のスケール除去方法で
あって、この酸化処理装置の処理対象である有機性被処
理液を洗浄液に切り替え、この洗浄液を亜臨界状態とし
て流通させることを特徴とする。

【００１０】当該酸化処理装置のスケール除去方法によ
れば、有機性被処理液を洗浄液に切り替え、この洗浄液
を亜臨界状態にして流通させることから、亜臨界状態の
洗浄液の格段に高い溶解度により内壁に形成されたスケ
ールを容易かつ迅速に除去することができる。また、有
機性被処理液の酸化処理装置は一般的には超臨界水酸化
やこれよりやや低温・低圧の亜臨界水酸化により有機性
被処理液を分解浄化するものであるため、当該スケール
除去方法のように洗浄液を亜臨界状態にして流通させる
のに温度・圧力をあまり変動させる必要はなく、その結
果、スケール除去の作業時間の短縮化が図られ、また温
度・圧力の昇降に必要なエネルギー及びコストの低減化
が図られる。

【００１１】上記洗浄液を水とし、流通させる洗浄液の
温度及び圧力を２００℃、５ＭＰａ以上３７４℃、２２
ＭＰａ以下とするとよい。この水は取扱性及び溶解度が
高いので、上記スケール除去に好適である。また、流通
させる水の温度及び圧力を上記範囲とすることで、塩類
等に対する溶解度を高め、酸化処理装置の運転時の温度
・圧力からの昇降を低減し、当該スケール除去方法によ
るスケール除去作業に必要なエネルギー及びコストの低
減化を促進することができる。

【００１２】有機性被処理液を加熱・加圧する上記酸化
処理装置の加熱・加圧手段を用いて上記洗浄液を亜臨界
状態に加熱・加圧するとよい。この手段によれば、洗浄
液を亜臨界状態にするために既存の加熱・加圧手段を援
用することができ、当該スケール除去方法のために別途
加熱・加圧手段を付設する必要はなく、設備コストの上
昇を抑えることができる。また、洗浄液を亜臨界状態に
するために酸化処理装置の加熱・加圧手段を用いること
から、酸化処理装置の運転中に有機性被処理液を洗浄液
に単に切り替える操作と、酸化処理装置の加熱・加圧手
段による少しの温度・圧力制御とによって、酸化処理装
置の運転から連続してスケール除去作業を行うことがで
き、また、逆の操作によってスケール除去作業から連続
して酸化処理装置の運転を行うことができる。そのた
め、当該手段によれば、スケール除去作業のための運転
停止時間がさらに短縮され、稼働率の向上に寄与する。

【００１３】上記酸化処理装置における酸化反応として
は超臨界水酸化又は亜臨界水酸化が好ましい。かかる超
臨界水酸化（ＳＣＷＯ）や亜臨界水酸化によれば、種々
の有機物を含有する有機性被処理液を迅速かつ完全に分
解浄化することができるが、上述のように塩類の溶解度
の差異により亜臨界状態から超臨界状態への状態変化に
ともなって塩類を析出し、内壁にスケールを生じやすい
ことから、当該スケール除去方法が有効である。

【００１４】また、上記課題を解決するためになされた
装置の発明は、有機性被処理液を高温・高圧下での酸化
反応により分解浄化する反応器と、この反応器に有機性
被処理液を加熱・加圧して供給する加熱・加圧手段と、
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、この有
機性被処理液を洗浄液に切り替え、この洗浄液を亜臨界
状態として流通させるスケール除去手段を備えることを
特徴とする。

【００１５】当該有機性被処理液の酸化処理装置によれ
ば、上記酸化処理装置のスケール除去方法と同様に、ス
ケール除去手段によって、処理対象である有機性被処理
液を洗浄液に切り替え、この洗浄液を亜臨界状態にして
流通させることから、亜臨界状態の洗浄液の格段に高い
溶解度により内壁に形成されたスケールを容易かつ迅速
に除去することができる。また、当該有機性被処理液の
酸化処理装置は、処理運転に連続してスケール除去作業
が行え、温度・圧力をあまり変動させる必要はないた
め、スケール除去の作業時間の短縮化及びコストの低減
化が図られる。

【００１６】さらに、上記酸化処理装置のスケール除去
方法と同様の理由から、（ａ）上記スケール除去手段に
おいて、洗浄液を水とし、流通させる洗浄液の温度及び
圧力を２００℃、５ＭＰａ以上３７４℃、２２ＭＰａ以
下とするとよく、（ｂ）上記スケール除去手段におい
て、洗浄液を上記加熱・加圧手段により亜臨界状態に加
熱・加圧するとよく、（ｃ）上記高温・高圧下での酸化
反応としては超臨界水酸化又は亜臨界水酸化が好まし
い。

【００１７】なお、当該有機性被処理液の酸化処理装置
において、スケールの形成を監視するスケール監視手段
をさらに備えることが好ましい。かかるスケール監視手
段により内壁へのスケール形成の有無及び度合いが監視
できれば、上記スケール除去手段によってスケール除去
を行う適切なタイミングや除去作業に要する時間がわか
り、当該有機性被処理液の酸化処理装置の稼働率の向上
及びスケール除去に要するコストの低減化をさらに促進
することができる。

【００１８】このスケール監視手段としては、出入口の
圧力を測定し、その圧力差によりスケール形成の有無及
び度合いを判断する手段を採用するとよい。当該有機性
被処理液の酸化処理装置におけるスケール除去手段によ
れば、有機性被処理液から切り替えた亜臨界状態の洗浄
液を流通させることで酸化処理装置のほぼ全体を洗浄で
きるため、正確なスケール形成位置を検知する必要はな
く、装置全体として所定レベル以上のスケールが形成さ
れたか否かが検知できればよいことから、上記スケール
監視手段としては出入口の圧力差の増加量を基準として
機器全体のスケール形成の有無及び度合いを判断するこ
とで足りる。

【００１９】

【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は本発明の一実施形態
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。

【００２０】図１の有機性被処理液の酸化処理装置１
は、反応器２、高圧ポンプ３、熱交換器４、温度調節器
５、酸化剤供給手段６、冷却器７、減圧器８及び気液分
離槽９を備えており、加えてスケール除去手段１０を備
えていることを特徴とする。このうち高圧ポンプ３、熱
交換器４及び温度調節器５が上記加熱・加圧手段に相当
し、冷却器７、減圧器８及び気液分離槽９が上記排出手
段に相当する。

【００２１】高圧ポンプ３は、原料タンク等に貯留され
た有機性被処理液Ａを反応器２に圧送するものであり、
例えば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用いられる。

【００２２】熱交換器４は、反応器２から排出される処
理液と有機性被処理液Ａ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Ａを予熱するものである。
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。

【００２３】温度調節器５は、反応器２に送る有機性被
処理液Ａを所定の酸化反応温度に制御するためのもので
あり、加熱・冷却という相反する機能を必要とする。そ
のため、当該温度調節器５としては、加熱器及び冷却器
の別々の機器が併設される場合と、両機能を併有する機
器が設けられる場合がある。この温度調節器５における
加熱手段及び冷却手段としては特に限定されるものでは
なく、一般的な手段を用いることができる。

【００２４】反応器２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Ａ中の有機物
に酸化反応を生じさせ、分解・浄化するものである。こ
の反応器２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Ａ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。なお、反応器２
内の温度・圧力としては、２００℃〜６５０℃、５ＭＰ
ａ〜３０ＭＰａが好ましく、４００℃〜６００℃、２２
ＭＰａ〜３０ＭＰａの超臨界水酸化が反応の迅速性及び
完全性の面で特に好ましい。

【００２５】酸化剤供給手段６は、反応器２内で有機性
被処理液Ａ中の有機物に酸化反応を生じさせるために有
機性被処理液Ａに酸化剤を注入するものである。この酸
化剤供給手段６で用いられる酸化剤としては、例えば酸
素が用いられるが、有機物に対し酸化力を有する空気、
過酸化水素水なども用いることができる。また、当該酸
化剤供給手段６による酸化剤の供給個所としては、反応
器２直前で有機性被処理液Ａ中の有機物の分解に必要な
全量を注入しても良いし、反応器２直前と反応器２の適
当な位置に分けて供給してもよい。

【００２６】冷却器７は、反応器２から排出された高温
・高圧の処理液を冷却するためのものであり、空気冷却
器等の一般的な冷却器を使用することができる。なお、
冷媒により冷却し廃熱を有効利用することも考えられ
る。

【００２７】減圧器８は、反応器２から排出された高温
・高圧の処理液を減圧するためのものであり、一般的に
は減圧弁等が用いられる。

【００２８】気液分離槽９は、反応器２から排出された
処理液を分解処理された清浄水Ｂと有機物の酸化反応に
より生成した二酸化炭素、窒素等の排出ガスＣとに分離
する槽である。

【００２９】上記構造の有機性被処理液の酸化処理装置
１の機能を以下に説明する。まず、加熱・加圧手段の高
圧ポンプ３、熱交換器４及び温度調節器５により加圧・
加熱して有機性被処理液Ａを反応器２に供給するととも
に、酸化剤供給手段６により有機性被処理液Ａ中に酸化
剤を供給すると、反応器２内では有機性被処理液Ａ中の
有機物と酸化剤との酸化反応により有機物が酸化分解さ
れる。その後、反応器２から排出された処理液は排出手
段の冷却器７、減圧器８及び気液分離槽９により冷却、
減圧及び気液分離されて外部に排出される。このような
工程を経て、有機物を含む有機性被処理液Ａを分解・浄
化するものである。

【００３０】当該有機性被処理液の酸化処理装置１は、
反応器２、有機性被処理液Ａ及び処理液の主配管などの
内壁に形成されるスケールを除去するスケール除去手段
１０を備える。かかるスケール除去手段１０は、当該酸
化処理装置１の処理対象である有機性被処理液Ａを洗浄
液Ｄに切り替え、洗浄液Ｄを亜臨界状態にして流通させ
るものである。このスケール除去手段１０において、洗
浄液Ｄを亜臨界状態に加熱・加圧する手段としては、当
該有機性被処理液の酸化処理装置１の高圧ポンプ３、熱
交換器４、温度調節器５及び減圧弁８を用いるとよく、
つまり有機性被処理液Ａを分解浄化する運転状態のまま
洗浄液Ｄに切り替え、高圧ポンプ３、熱交換器４、温度
調節器５及び減圧弁８をわずかに制御することで洗浄液
Ｄを亜臨界状態とすることができる。

【００３１】このスケール除去手段１０によって流通さ
せる亜臨界状態の洗浄液Ｄの具体的な温度及び圧力とし
ては、洗浄液Ｄとして安全で取扱性が高い水（純水又は
水道水）を用いた場合、２００℃、５ＭＰａ以上３７４
℃、２２ＭＰａ以下が好ましく、３００℃、１５ＭＰａ
以上３７４℃、２２ＭＰａ以下が特に好ましい。これ
は、洗浄液Ｄの温度及び圧力が上記範囲より小さいと、
酸化処理装置１の運転時の有機性被処理液Ａの温度及び
圧力との差が大きく、スケール除去作業時の降温・降圧
及び運転再開時の昇温・昇圧に時間とエネルギーを必要
とし、またスケール除去能力が低下してしまうことから
であり、逆に、洗浄液Ｄの温度及び圧力が上記範囲を超
えると、超臨界状態となって溶解度が低下し、スケール
除去能力が低下することからである。

【００３２】例えば、当該酸化処理装置１が約５５０
℃、２６ＭＰａ程度の運転条件の超臨界水酸化により有
機性被処理液Ａを分解浄化する装置である場合、スケー
ル除去手段１０により洗浄液Ｄに切り替えた後の高圧ポ
ンプ３による加圧条件はそのまま維持し、熱交換器４、
温度調節器５による加熱条件は洗浄液Ｄが約３５０℃程
度になるよう加熱するのが好ましい。これにより、当該
酸化処理装置１の運転は継続しており、熱関係ではスケ
ール除去作業及び運転再開のために室温への冷却及び超
臨界温度への加熱が不要であり、また、圧力関係ではス
ケール除去作業及び運転再開のために無駄な降圧及び昇
圧が不要である。従って、スケール除去作業に要する時
間の短縮化及び費用の低減化が図られる。

【００３３】また、当該有機性被処理液の酸化処理装置
１には、スケール形成の有無及び度合いを監視するスケ
ール監視手段を備えるとよい。かかるスケール監視手段
によりスケールの所定レベル以上の形成が検知された場
合に、上記スケール除去手段１０によりスケール除去作
業を行い、次いで、スケール監視手段によりスケール除
去が検知された場合に、スケール除去手段１０によるス
ケール除去作業を終了し、その後、洗浄液Ｄから連続し
て有機性被処理液Ａに切り替えて通常運転に移行する。
このようにスケール監視手段を設けることで、スケール
除去手段１０によるスケール除去作業を行うタイミング
及び作業時間の最適化を図ることができる。

【００３４】上記スケール監視手段としては、（１）内
圧を測定する圧力計１１を設置し、反応器２、熱交換器
４、主配管等の機器の出入口の圧力を測定し、その圧力
差の増加により判断する手段、（２）上記機器の外面温
度を測定し、その経時変化により判断する手段、（３）
流速により判断する手段等の種々の手段を採用すること
ができるが、当該スケール除去手段１０によれば酸化処
理装置１全体のスケール除去が可能であり、スケール形
成箇所を部分的に検知する必要がないため、監視が容易
な上記（１）の出入口の圧力差によりスケール形成の有
無及び度合いを判断する手段が好ましい。

【００３５】なお、本発明の有機性被処理液の酸化処理
装置及びそのスケール除去方法は上記実施形態に限定さ
れるものではなく、例えば、洗浄液Ｄを亜臨界状態に加
熱・加圧する手段を別途設け、亜臨界状態として当該酸
化処理装置１に流通させることも可能である。また、ス
ケール除去手段１０によるスケール除去作業時に気液分
離槽９から排出される液を洗浄液Ｄに循環させてもよ
い。さらに、上記スケール監視手段を特に設けず、スケ
ール除去手段１０により定期的にスケール除去作業を行
ってもよい。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の有機性被
処理液の酸化処理装置及びそのスケール除去方法によれ
ば、反応器等の内壁に形成されたスケールを容易かつ迅
速に除去することができる。また、酸化処理装置の運転
中の温度・圧力をあまり変えずにスケール除去作業がで
きるため、エネルギー及びコストの低減化が図られる。
さらに、酸化処理装置の耐久性を阻害せず、安全かつ迅
速に内壁に形成されたスケールの除去が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一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。

【符号の説明】

１ 有機性被処理液の酸化処理装置 ２ 反応器 ３ 高圧ポンプ ４ 熱交換器 ５ 温度調節器 ６ 酸化剤供給手段 ７ 冷却器 ８ 減圧器 ９ 気液分離槽 １０ スケール除去手段 １１ 圧力計

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 空 利之 兵庫県神戸市西区押部谷町木幡２−274 (72)発明者 宮川 守 兵庫県神戸市東灘区魚崎南町７−13−21 (72)発明者 村岡 薫 兵庫県明石市小久保１−16−10 アンセル モ西明石502 Ｆターム(参考） 4D050 AA12 AB11 BB01 BC02 BD08

Claims (10)

【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
   応により分解浄化する酸化処理装置のスケール除去方法
   であって、 この酸化処理装置の処理対象である有機性被処理液を洗
   浄液に切り替え、この洗浄液を亜臨界状態として流通さ
   せることを特徴とする酸化処理装置のスケール除去方
   法。
2. 【請求項２】 上記洗浄液を水とし、流通させる洗浄液
   の温度及び圧力を２００℃、５ＭＰａ以上３７４℃、２
   ２ＭＰａ以下とする請求項１に記載の酸化処理装置のス
   ケール除去方法。
3. 【請求項３】 上記酸化処理装置に有機性被処理液を加
   熱・加圧する加熱・加圧手段が備えられており、この加
   熱・加圧手段によって上記洗浄液を亜臨界状態に加熱・
   加圧する請求項１又は請求項２に記載の酸化処理装置の
   スケール除去方法。
4. 【請求項４】 上記酸化処理装置における酸化反応が超
   臨界水酸化又は亜臨界水酸化である請求項１、請求項２
   又は請求項３に記載の酸化処理装置のスケール除去方
   法。
5. 【請求項５】 有機性被処理液を高温・高圧下での酸化
   反応により分解浄化する反応器と、この反応器に有機性
   被処理液を加熱・加圧して供給する加熱・加圧手段と、
   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、 この有機性被処理液を洗浄液に切り替え、この洗浄液を
   亜臨界状態として流通させるスケール除去手段を備える
   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】 上記スケール除去手段において、洗浄液
   を水とし、流通させる洗浄液の温度及び圧力を２００
   ℃、５ＭＰａ以上３７４℃、２２ＭＰａ以下とする請求
   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】 上記スケール除去手段において、洗浄液
   を上記加熱・加圧手段により亜臨界状態に加熱・加圧す
   る請求項５に記載の有機性被処理液の酸化処理装置。
8. 【請求項８】 上記高温・高圧下での酸化反応が超臨界
   水酸化又は亜臨界水酸化である請求項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。
9. 【請求項９】 スケールの形成を監視するスケール監視
   手段をさらに備える請求項５から請求項８のいずれか１
   項に記載の有機性被処理液の酸化処理装置。
10. 【請求項１０】 上記スケール監視手段が、出入口の圧
    力を測定し、その圧力差によりスケール形成の有無及び
    度合いを判断する請求項９に記載の有機性被処理液の酸
    化処理装置。