JP2003305356A - 水熱反応処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 固体を連続して確実に分離する固気液分離機
構が簡単な構成でコンパクトになるとともに、固気液分
離機構の保守管理が容易な水熱反応処理装置を提供す
る。 【解決手段】 反応容器２１内に供給される被処理物
を、反応容器内２１の水の超臨界状態または亜臨界状態
で水熱酸化反応させて処理する水熱反応装置と、この水
熱反応装置によって生成された反応生成物を固体、気
体、液体に分離する容器４１を備えた水熱反応処理装置
において、固気液分離機構を構成する容器４１に、供給
口４２、気体排出口４３、液体排出口４４、固体排出口
４５を、気体排出口４３、供給口４２、液体排出口４
４、固体排出口４５の順に高さを低くして開け、供給口
４２の手前に冷却器３２を配置する。

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を目的とする水熱酸化
反応を、反応容器内の水の超臨界状態または亜臨界状態
で行った結果、生成された、高温高圧流体および固体を
含む反応生成物を気体、液体、固体に分離する固気液分
離機構を備えた水熱反応処理装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】被処理物を処理して酸化分解や加水分解
を行うことにより、廃棄物を分解したり、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反応処理
は、長年に亘って研究され、利用されてきている。特
に、近年、３７４℃以上、２２．１ＭＰａ（２２０気
圧）以上の超臨界状態で、または、例えば３７４℃以
上、２．５ＭＰａ（２５気圧）以上２２．１ＭＰａ未
満、あるいは３７４℃未満、２２．１ＭＰａ以上、ある
いは３７４℃未満、２２．１ＭＰａ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、被処理物
と、酸化剤を含んだ水とを反応させることにより、燃焼
を含む水熱酸化反応を生じさせ、被処理物中の有機物を
短時間でほぼ完全に分解する水熱反応処理が注目されて
いる。

【０００３】このように水熱反応処理して被処理物を酸
化分解する場合、被処理物、酸化剤、水を加熱、加圧し
て反応容器内へ供給し、反応させる。そして、水熱反応
処理の結果、有機物は酸化分解され、水と二酸化炭素と
からなる高温高圧流体、乾燥またはスラリー状の灰分や
塩類等の固体からなる反応生成物が得られ、反応生成物
からエネルギーを回収している。

【０００４】上記のようにして被処理物を水熱酸化反応
させた結果得られる、高温高圧流体および固体を含む反
応生成物は、反応容器から反応生成物を排出させる排出
管、減圧弁などの排出配管系統を固体が詰まらせる恐れ
があるので、反応生成物から固体を分離、除去し、排出
配管系統を詰まらせないようにしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の、反応生成物か
ら固体を分離、除去する固体除去機構として、サイクロ
ンやフィルタが提案されている。しかしながら、サイク
ロンやフィルタで反応生成物から固体を連続して確実に
除去するためには、その機構が複雑になるとともに、保
守管理が面倒であった。

【０００６】この発明は、上記したような不都合を解消
するためになされたもので、固体を連続して確実に分離
する固気液分離機構が簡単な構成でコンパクトになると
ともに、固気液分離機構の保守管理が容易な水熱反応処
理装置を提供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明は、反応容器内
に供給される被処理物を、反応容器内の水の超臨界状態
または亜臨界状態で水熱酸化反応させて処理する水熱反
応装置と、この水熱反応装置によって生成された反応生
成物を固体、気体、液体に分離する固気液分離機構を有
する容器とを備えた水熱反応処理装置において、固気液
分離機構を構成する容器に、気体排出口、液体排出口、
固体排出口を、気体排出口、液体排出口、固体排出口の
順に高さを低くして開けたものである。そして、容器内
へ反応生成物を供給する供給口を、気体排出口と液体排
出口との間の高さに開けたり、さらに、供給口の手前、
気体排出口、液体排出口、固体排出口の後方の少なくと
も１つに、反応生成物を冷却する冷却機構を配置するの
が望ましい。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態を図に
基づいて説明する。図１はこの発明を一実施形態である
水熱反応処理装置の概略構成を示す構成図、図２は図１
に示した容器の概略構成を示す断面図である。

【０００９】これらの図において、１は被処理物として
の廃液を貯留する被処理物貯留槽、２は被処理物貯留槽
１内の廃液を後述する反応容器２１内へ供給する供給
管、３は供給管２に配設された高圧送液ポンプを示し、
この高圧送液ポンプ３は、廃液を、例えば２．５ＭＰａ
（２５気圧）以上の高圧で反応容器２１内へ供給するも
のである。４は補助燃料を貯留する補助燃料貯留槽、５
は補助燃料貯留槽４内の補助燃料を高圧送液ポンプ３よ
りも下流の供給管２内へ供給する供給管、６は供給管５
に配設された高圧ポンプを示し、この高圧ポンプ６は、
補助燃料を、例えば２．５ＭＰａ以上の高圧で供給管２
内へ供給するものである。

【００１０】７は水を貯留する水槽、８は水槽７内の水
を高圧送液ポンプ３よりも下流の供給管２内へ供給する
供給管、９は供給管８に配設された高圧送液ポンプを示
し、この高圧送液ポンプ９は、水を、例えば２．５ＭＰ
ａ以上の高圧で供給管２内へ供給するものである。１０
はエアーコンプレッサーを示し、酸化剤としての空気
を、例えば２．５ＭＰａ以上の高圧で高圧送液ポンプ３
よりも下流の供給管２内へ、供給管１１を介して供給す
るものである。

【００１１】１２は供給管１１に配設された予備加熱器
を示し、エアーコンプレッサー１０からの空気を所定の
温度に予備加熱するものである。１３はクエンチ水を貯
留するクエンチ水貯留槽、１４はクエンチ水貯留槽１３
内のクエンチ水を反応容器２１内の下側（の冷却ゾー
ン）へ供給する供給管、１５は供給管１４に配設された
高圧送液ポンプを示し、この高圧送液ポンプ１５は、ク
エンチ水を、例えば２．５ＭＰａ以上の高圧で反応容器
２１内へ供給するものである。

【００１２】２１は円筒状をした縦型の反応容器を示
し、上蓋（天井）に、供給管２から供給される廃液など
を上側（の混合ゾーン）へ噴出するノズルが設けられ、
下側に、供給管１４からクエンチ水が供給されるクエン
チ水供給孔が設けられ、漏斗状の底に、反応生成物（ク
エンチ水を含む。）を排出する排出口（孔）が設けられ
ている。

【００１３】３１は反応容器２１の排出口に接続された
排出管、３２は排出管３１の途中に配置された冷却機構
としての冷却器を示し、この冷却器３２は、反応容器２
１の排出口から排出される反応生成物を冷却し、その反
応生成物を冷却した熱をエネルギーとして回収するため
のものである。

【００１４】４１は固気液分離機構を構成する容器を示
し、排出管３１を介して供給される反応生成物を、比重
差によって気体、液体、固体に分離するものであり、内
部に円柱状をした空間部が形成され、下端部分が漏斗状
に中心へ向けて狭まっている形状とされている。そし
て、周面に、排出管３１が接続される供給口４２と、液
体排出口４４とが開けられ、上蓋に気体排出口４３が開
けられ、漏斗状の底に固体排出口４５が開けられてい
る。

【００１５】なお、供給口４２、気体排出口４３、液体
排出口４４、固体排出口４５は、高い方から低い方へ、
気体排出口４３、供給口４２、液体排出口４４、固体排
出口４５の順で開けられている。そして、容器４１内
は、反応生成物を比重差によって気体、液体、固体に分
離するため、上部が気体排出口４３に連なる気体層４７
Ｇとなり、この気体層４７Ｇの下側に位置する中間部が
液体排出口４４に連なる液体層４７Ｌとなり、この液体
層４７Ｌの下側に位置する下部が固体排出口４５に連な
る固体層４７Ｓとなる。

【００１６】５１は容器４１の気体排出口４３に接続さ
れた気体排出管、５２は気体排出管５１の途中に配置さ
れた減圧弁を示し、この減圧弁５２は、容器４１で分離
した気体を減圧して放出するためのものである。５３は
容器４１の液体排出口４４に接続された液体排出管、５
４は液体排出管５３の途中に配置された減圧弁を示し、
この減圧弁５４は、容器４１で分離した液体を減圧して
放出するためのものである。５５は容器４１の固体排出
口４５に接続された固体排出管、５６は固体排出管５５
の途中に配置された開閉弁を示し、この開閉弁５６は、
容器４１で分離して沈殿した固体を排出するためのもの
である。

【００１７】この実施形態の場合、液体排出管５３は、
図２に示すように、液体排出口４４から容器４１内へ突
入した後に下降しているので、液体排出口４４よりも液
体排出管５３の端（開口）が下側に位置している。この
ような場合、液体排出口４４の実質的な位置は容器４１
内に位置する液体排出管５３の端となるが、この液体排
出管５３の端は、固体排出口４５よりも上側に位置して
いる。

【００１８】次に、水熱反応処理について説明する。ま
ず、開閉弁５６を閉成させた後、高圧ポンプ６、高圧送
液ポンプ９，１５、エアーコンプレッサー１０および予
備加熱器１２を作動させ、補助燃料などを反応容器２１
内へ供給して水熱酸化反応を起こさせるとともに、クエ
ンチ水を反応容器２１のクエンチ水供給孔から供給反応
容器２１内へ供給し、反応容器２１内を所定の温度に上
昇させる起動運転を開始する。

【００１９】そして、所定時間経過後、反応容器２１内
の温度が所定値に上昇したならば、高圧送液ポンプ３も
作動させ、被処理物貯留槽１内の廃液を反応容器２１内
へ供給し、廃液を水熱酸化反応させて処理する。このよ
うにして廃液を反応容器２１内で水熱酸化反応させたと
き、廃液が、例えば有機性廃液であると、有機性廃液は
水熱酸化反応により、水、二酸化炭素の高温高圧流体、
乾燥またはスラリー状の灰分や塩類等の固体からなる反
応生成物が得られる。

【００２０】このようにして生成された反応生成物は、
排出管３１を介して容器４１へ供給される途中（供給口
４２の手前）で冷却器３２によって冷却される。そし
て、反応生成物を冷却した冷却器３２の熱は、エネルギ
ー回収される。次に、供給口４２から容器４１内へ供給
された反応生成物は、比重により、すなわち、気体は軽
いので、上部へと上昇して気体層４７Ｇを形成し、ま
た、固体は重たいので、下部（底）へと沈んで固体層４
７Ｓを形成し、また、液体は気体と固体との間の重さな
ので、中間部に位置して液体層４７Ｌを形成する。

【００２１】このように、容器４１内に各層４７Ｇ，４
７Ｌ，４７Ｓが形成されると、気体層４７Ｇは気体排出
口４３に連通しているので、気体層４７Ｇの気体は減圧
弁５２で減圧された後、気体排出管５１を介して連続的
に排出され、また、液体層４７Ｌは液体排出口４４に連
通しているので、液体層４７Ｌの液体は減圧弁５４で減
圧された後、液体排出管５３を介して連続的に排出され
る。

【００２２】そして、水熱反応処理を終了させときは、
高圧送液ポンプ３，９，１５、高圧ポンプ６、エアーコ
ンプレッサー１０、予備加熱器１２および駆動機構４７
の作動を停止させ、廃液、補助燃料などの反応容器２１
内への供給を停止する。このようにして水熱反応処理を
終了した後、容器４１内の圧力が所定圧、例えば０．２
ＭＰａ（２気圧）以下に下降したならば、開閉弁５６を
開放させて、固体層４７Ｓの固体を排出させるととも
に、排出されなかった液体層４７Ｌの液体も排出させ
る。

【００２３】上述したように、この発明の一実施形態に
よれば、固気液分離機構を構成する容器４１に、気体排
出口４３、液体排出口４４、固体排出口４５を、気体排
出口４３、液体排出口４４、固体排出口４５の順に高さ
を低くして開けたので、反応生成物から固体を比重によ
って連続して確実に分離できるとともに、気体および液
体も比重によって連続して確実に分離できる。そして、
反応生成物から気体、液体、固体を比重によって分離す
る構成にしたので、固気液分離機構を１つの容器４１の
みで構成できることにより、固気液分離機構が簡単な構
成でコンパクトになるとともに、固気液分離機構の保守
管理が容易になる。

【００２４】さらに、反応生成物から固体を確実に分離
できるので、容器４１よりも下流に配置する排出配管系
統、特に、液体排出管５３、減圧弁５４が詰まるのを防
止できるとともに、損耗するのを防止できる。また、供
給口４２を気体排出口４３と液体排出口４４との間の高
さに開けたので、容器４１内の下部に堆積した固体層４
７Ｓの固体を供給口４２からの反応生成物で吹き上げ、
液体排出口４４から固体を排出するのを確実になくすこ
とができ、容器４１よりも下流に配置する排出配管系統
が詰まるのを一層確実に防止できるとともに、損耗する
のを一層確実に防止できる。そして、供給口４２の手
前、すなわち、排出管３１に冷却器３２を配置したの
で、反応生成物を冷却した熱を、回収することができ
る。

【００２５】上記した実施形態では、供給口４２を気体
排出口４３と液体排出口４４との間の高さに開けた例を
示したが、液体排出口４４から固体を排出させることが
なければ、供給口４２を液体排出口４４と固体排出口４
５との間の高さに開けてもよい。また、被処理物の水熱
反応処理を終了させてから、容器４１から固体を排出す
る例で説明したが、固体排出口４５の後方に、上部と下
部に開閉弁を備えた固体排出部、固体排出部を加圧およ
び減圧できる手段を配置することにより、被処理物を水
熱反応させながら固体を排出させることができる。

【００２６】具体的に説明すると、以下の〜の工程
を繰り返す。固体排出部の上部および下部の開閉弁を
閉じた状態で、固体排出部に空気を導入して加圧し、空
気導入弁を閉じる。固体排出部の上部開閉弁を開け、
固気液分離機から固体を比重差で、固体排出部に導入す
る。固体排出部の上部開閉弁を閉じ、固定排出部を大
気圧まで減圧する。固体排出部の下部開閉弁を開け、
固体を排出する。

【００２７】そして、冷却器３２を排出管３１に配置し
た例を示したが、排出管３１、気体排出管５１、液体排
出管５３、固体排出管５５の少なくとの１つに冷却器３
２を設けてもよい。さらに、固気液分離機構を水熱反応
処理装置に適用した例で説明したが、供給される被供給
物から気体、液体、固体を分離する機能を必要とする部
分であれば、他の装置にも適用できることは言うまでも
ない。

【００２８】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、固気
液分離機構を構成する容器に、気体排出口、液体排出
口、固体排出口を、気体排出口、液体排出口、固体排出
口の順に高さを低くして開けたので、反応生成物から固
体を比重によって連続して確実に分離できるとともに、
気体および液体も比重によって連続して確実に分離でき
る。そして、反応生成物から気体、液体、固体を比重に
よって分離する構成にしたので、固気液分離機構を１つ
の容器のみで構成できることにより、固気液分離機構が
簡単な構成でコンパクトになるとともに、固気液分離機
構の保守管理が容易になる。さらに、反応生成物から固
体を確実に分離できるので、容器よりも下流に配置する
排出配管系統が詰まるのを防止できるとともに、損耗す
るのを防止できる。

【００２９】また、供給口を気体排出口と液体排出口と
の間の高さに開けたので、容器内の下部に堆積した固体
を供給口からの反応生成物で吹き上げ、液体排出口から
固体を排出するのを確実になくすことができ、容器より
も下流に配置する排出配管系統が詰まるのを一層確実に
防止できるとともに、損耗するのを一層確実に防止でき
る。そして、供給口の手前、気体排出口、液体排出口、
固体排出口の後方の少なくとも１つに、反応生成物を冷
却する冷却機構を配置したので、反応生成物を冷却した
熱を、回収することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明を一実施形態である水熱反応処理装置
の概略構成を示す構成図である。

【図２】図１に示した容器の概略構成を示す断面図であ
る。

【符号の説明】 １ 被処理物貯留槽 ２，５，８，１１，１４ 供給管 ３，９，１５ 高圧送液ポンプ ４ 補助燃料貯留槽 ６ 高圧ポンプ ７ 水槽 １０ エアーコンプレッサー １２ 予備加熱器 １３ クエンチ水貯留槽 ２１ 反応容器 ３１ 排出管 ３２ 冷却器（冷却機構） ４１ 容器（固気液分離機構） ４２ 供給口 ４３ 気体排出口 ４４ 液体排出口 ４５ 固体排出口 ４７Ｇ 気体層 ４７Ｌ 液体層 ４７Ｓ 固体層 ５１ 気体排出管 ５２，５４ 減圧弁 ５３ 液体排出管 ５５ 固体排出管 ５６ 開閉弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 598124375 ジェネラル アトミックス インコーポレ イティッド アメリカ合衆国 カリフォルニア州 サン ディエゴ ジェネラル アトミックス コ ート 3550 (72)発明者 脇田 正明 東京都新宿区西新宿三丁目４番７号 栗田 工業株式会社内 (72)発明者 内田 稔 東京都新宿区西新宿三丁目４番７号 栗田 工業株式会社内 (72)発明者 鈴木 邦利 神奈川県平塚市万田1200 株式会社小松製 作所中央研究所内 Ｆターム(参考） 4D050 AA13 AB11 BB01 BC01 BC02 BD02 BD06

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 反応容器内に供給される被処理物を、前
   記反応容器内の水の超臨界状態または亜臨界状態で水熱
   酸化反応させて処理する水熱反応装置と、この水熱反応
   装置によって生成された反応生成物を固体、気体、液体
   に分離する固気液分離機構を有する容器とを備えた水熱
   反応処理装置において、 前記固気液分離機構を構成する容器に、気体排出口、液
   体排出口、固体排出口を、前記気体排出口、前記液体排
   出口、前記固体排出口の順に高さを低くして開けた、 ことを特徴とする水熱反応処理装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の水熱反応処理装置にお
   いて、 前記容器内へ前記反応生成物を供給する供給口を、前記
   気体排出口と前記液体排出口との間の高さに開けた、 ことを特徴とする水熱反応処理装置。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載の水熱反
   応処理装置において、前記容器内へ前記反応生成物を供
   給する供給口の手前、前記気体排出口、前記液体排出
   口、前記固体排出口の後方の少なくとも１つに、前記反
   応生成物を冷却する冷却機構を配置した、 ことを特徴とする水熱反応処理装置。