JP2003305483A - 水熱反応処理方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 反応容器から排出される塩の溶解度を向上さ
せることにより、塩で減圧機構などを閉塞させたり、損
耗、摩耗させるのを防止、または軽減することのできる
水熱酸化処理装置を提供する。 【解決手段】 反応容器２１へ供給したアルカリ性廃液
を、反応容器２１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処理装置におい
て、アルカリ性廃液とは別に反応容器２１へ供給するア
ルカリ性廃液に硫酸を添加する硫酸添加機構（硫酸貯留
槽４、供給管５）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、被処理物として
のアルカリ性廃液を水熱酸化反応させて処理することで
生成される、常温常圧で溶解度の小さい塩、例えば炭酸
塩を硫酸塩に変換することで、反応容器内に極力塩を堆
積させないようにした水熱反応処理方法および装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】被反応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（両状態を『水
熱酸化環境下』とも記す。）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る。

【０００４】上記のようにしてアルカリ性被処理物を水
熱酸化反応させて処理する場合、水熱酸化環境下で析出
する塩は、被処理物に含まれているもの、あるいは被処
理物と中和剤との反応によって生成されるもの、さら
に、有機物の酸化によって生成される二酸化炭素と金属
とから生成される炭酸塩がある。これらの塩のうち、最
後に述べた炭酸塩は、かなりの量が生成され、水熱酸化
環境下での溶解度が小さいので、反応容器内に付着して
堆積し、反応領域を狭める。そこで、反応容器内に堆積
した炭酸塩を掻き取り機構で掻き取り、反応容器から排
出している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た炭酸塩のうち、マグネシウム、カルシウム、亜鉛など
の塩は、常温常圧における溶解度が小さいので、掻き取
り機構で掻き取って反応容器から排出しても、反応容器
以降の工程では殆ど溶解せず、減圧機構などを閉塞させ
たり、損傷、摩耗させるという問題が生じている。

【０００６】この発明は、硫酸塩が常温常圧で炭酸塩に
比べて溶解度が概して大きいことに着目してなされたも
ので、反応容器から排出される塩の常温常圧における溶
解度を向上させることにより、塩で減圧機構などを閉塞
させたり、損耗、摩耗させるのを防止、または軽減する
ことのできる水熱酸化処理方法および装置を提供するも
のである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】まず、請求項１に記載の
発明は、アルカリ性廃液を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処理方法に
おいて、アルカリ性廃液に硫酸を添加した後、水熱酸化
反応させて処理する。次に、請求項２に記載の発明は、
アルカリ性廃液を、水の超臨界状態または亜臨界状態で
ある水熱酸化環境下で水熱酸化反応させて処理する水熱
反応処理方法において、アルカリ性廃液とは別に水熱酸
化環境下へ硫酸を供給する。そして、請求項３に記載の
発明は、反応容器へ供給したアルカリ性廃液を、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処理装置において、反応容器へ
供給するアルカリ性廃液に硫酸を添加する硫酸添加機構
を設けたものである。また、請求項４に記載の発明は、
反応容器へ供給したアルカリ性廃液を、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
理する水熱反応処理装置において、アルカリ性廃液とは
別に反応容器へ硫酸を供給する硫酸供給機構を設けたも
のである。なお、上記した水熱反応処理装置において、
反応容器に塩排出機構を設けるのが望ましい。

【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はこの発明の第１実施形態であ
る水熱酸化処理装置の概略構成を示すブロック図であ
る。

【０００９】図１において、１は被処理物としてアルカ
リ性廃液を貯留する被処理物貯留槽、２は被処理物貯留
槽１内のアルカリ性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、アルカリ性廃液
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は硫酸を貯留する
硫酸貯留槽、５は硫酸貯留槽４内の硫酸を高圧送液ポン
プ３よりも上流の供給管２内へ供給する供給管を示し、
硫酸貯留槽４と供給管５とで硫酸添加機構が構成されて
いる。

【００１０】７は補助燃料を貯留する補助燃料貯留槽、
８は補助燃料貯留槽７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、９は供給管
８に配設された高圧ポンプを示し、この高圧ポンプ９
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。１０は水を貯留する水
槽、１１は水槽１０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、１２は供給管１１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
１２は、水を、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。

【００１１】１３は水槽１０内の水をクエンチ水として
反応容器２１内へ供給する供給管、１４は供給管１３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
１４は、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。１５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２．５Ｍ
Ｐａ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１６を介して供給するものである。１７
は供給管１６に配設された予備加熱器を示し、エアーコ
ンプレッサー１５からの空気を所定の温度に予備加熱す
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、上蓋の中心に、供給管２から供給される廃液などを
噴出するノズル２５（図２参照）が設けられ、下側に処
理液を排出する排出口２４ａが設けられている。

【００１３】５１は反応容器２１の排出口２４ａに接続
された排出管、５２は排出管５１に配設された冷却器を
示し、この冷却器５２は、反応容器２１の排出口２４ａ
から排出される処理液を冷却するものである。５３は排
出管５１に接続された気液分離器を示し、排出管５１か
ら供給される処理液を、気体と液体とに分離するもので
ある。５４は気液分離器５３に接続された気体排出管、
５５は気体排出管５４に配設された減圧弁を示し、この
減圧弁５５は、気液分離器５３で分離した気体を減圧し
て放出するものである。５６は気液分離器５３に接続さ
れた液体排出管、５７は液体排出管５６に配設された減
圧弁を示し、この減圧弁５７は、気液分離器５３で分離
した液体を減圧して放出するものである。

【００１４】図２は図１に示した反応容器の概略構成を
示す断面図である。

【００１５】図２において、反応容器２１は、内部に円
柱状をした反応用の空間部が形成され、下端部分が漏斗
状に中心へ向けて狭まっている円筒部２２と、この円筒
部２２の内面に、腐食から保護する目的で配設されたラ
イナー２３と、複数のブロックを積層して構成され、円
筒部２２が載置される基台２４とで構成されている。そ
して、円筒部２２の天井の中心部分に、供給管２に接続
されたノズル２５が円筒部２２の軸方向へ向けて配設さ
れ、円筒部２２の下側部分に、供給管１１を介して供給
される水（クエンチ水）を円筒部２２の空間部の下側へ
供給するためのクエンチ水供給孔２２ａが設けられ、基
台２４の上側部分に、円筒部２２の空間部の下側から処
理液を排出管５１へ排出する排出口２４ａが設けられ、
基台２４の下側部分に、後述する駆動機構４１のチェー
ン４２が挿入される開口２４ｂが設けられている。

【００１６】３１はスクレーパーを示し、基台２４に回
転可能に配設され、上部が円筒部２２の下側へ突出した
回転軸３２と、この回転軸３２の上部に取り付けられ、
ライナー２３の内側に付着した塩などを掻き取るように
ライナー２３の内面に下側から上側へ沿う形状に形成さ
れたスクレーパー本体３３とで構成されている。なお、
回転軸３２の上側には、反応生成物を粉砕、攪拌すると
ともに、回転軸３２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２４ａへ排出する排出機構
としてのフィン３２ａが放射状に設けられている。ま
た、回転軸３２の開口２４ｂに対応する高さの周面に
は、駆動機構４１のチェーン４２に噛合する歯車が設け
られている。上記したスクレーパー本体３３は、回転軸
３２の周囲に所定間隔、例えば６０度間隔で６本取り付
けられている棒状のものであったり、円筒状で円筒面の
複数個所に開口を設けて刃を形成したもの等を用いるこ
とができる。

【００１７】４１は駆動機構を示し、反応容器２１の外
に配置されたモータと、このモータと回転軸３２の歯車
とに張架され、開口２４ｂに配設されたチェーン４２と
で構成されている。なお、駆動機構４１はオーバートル
ク時に作動する安全機構を備えている。そして、各部分
は、シール材によってシールされている。

【００１８】次に、水熱酸化処理の一例について説明す
る。まず、高圧送液ポンプ３を除いた高圧送液ポンプ１
２，１４、高圧ポンプ９、エアーコンプレッサー１５お
よび予備加熱器１７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、反応容器
２１内を所定の温度に上昇させる。そして、高圧送液ポ
ンプ３を作動させ、被処理物貯留槽１内のアルカリ性廃
液に硫酸貯留槽４内の硫酸を添加させた状態にして反応
容器２１内へ供給し、水熱酸化反応させる。なお、アル
カリ性廃液に添加する硫酸の量は、アルカリ性廃液に含
まれている金属を、常温常圧における溶解度の大きい硫
酸塩にするのに十分な量を添加する。

【００１９】このようにして硫酸が添加されたアルカリ
性廃液を反応容器２１内で水熱酸化反応させると、アル
カリ性廃液に含まれていた塩、アルカリ性廃液と硫酸と
の中和反応によって生成された塩、アルカリ性廃液に含
まれていた金属と硫酸とから生成された硫酸塩は、水熱
酸化環境下で析出し、反応容器２１の内側に付着して堆
積する。この運転を継続すると、稼働時間の経過に伴っ
て反応容器２１の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、反応容器２１の下方に塩や反応生
成物が堆積するので、稼働とともに駆動機構４１でスク
レーパー３１を低速（例えば１ｒｐｍ）で回転させる
と、回転するスクレーパー本体３３で反応容器２１（ラ
イナー２３）の内側に付着した塩が掻き落とされ、回転
する回転軸３２のフィン３２ａによって反応生成物は排
出し易いように粉砕、攪拌され、排出口２４ａへ向けて
排出される。

【００２０】また、クエンチ水供給孔２２ａへ供給され
た水は、堆積していた塩の一部を溶解したり、塩や反応
生成物をスラリー化したり、溶解させないまでも粒体
状、粉体状の塩や反応生成物を流動化させ、排出口２４
ａへと搬送し、気液分離器５３へ処理液として排出され
る。この発明は、硫酸塩が主体であるので、従来の硫酸
塩と比べて溶け易く、以降の減圧機構などで障害となる
ことはない。そして、気液分離器５３へ供給された処理
液は気体と液体とに分離され、分離された気体は減圧弁
５５で減圧された後、気体排出管５４を介して排出さ
れ、分離された液体は減圧弁５７で減圧された後、液体
排出管５６を介して排出される。

【００２１】図３はこの発明の第２実施形態である水熱
酸化処理装置の概略構成を示すブロック図であり、図１
および図２と同一または相当部分に同一符号を付して説
明を省略する。

【００２２】図３において、４は硫酸を貯留する硫酸貯
留槽、５Ａは硫酸貯留槽４内の硫酸を反応容器２１内へ
供給する供給管、６は供給管５Ａ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６は、硫酸を、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。そして、硫酸貯留槽４、供給
管５Ａおよび高圧送液ポンプ６により、硫酸供給機構が
構成されている。

【００２３】なお、この実施形態における反応容器２１
は、図２と同様に構成され、円筒部２２の天井に、供給
管５Ａに接続されたノズル２５が円筒部２２の軸方向へ
向けて配設されている。

【００２４】この実施形態における水熱酸化処理は、第
１実施形態と同様になるので、説明を省略する。

【００２５】次に、実施例について説明する。まず、水
熱酸化処理するアルカリ性廃液の組成は、表１に示すも
のを使用した。

【００２６】

【表１】

【００２７】そして、表２に示す条件でアルカリ性廃液
を水熱酸化処理する際、アルカリ性廃液に硫酸を２，８
００ｍｇ／ｌの濃度になるように添加して水熱酸化処理
を行った結果、特に問題もなく、１５時間連続して運転
を継続することができた。

【００２８】

【表２】

【００２９】次に、比較例について説明する。表１に示
す組成のアルカリ性廃液に硫酸を添加せずに、表２に示
す条件でアルカリ性廃液を水熱酸化処理した結果、５時
間程度経過した時点で減圧弁５７の動作が不安定にな
り、気液分離器５３の液面制御が困難になった。そし
て、６時間経過した時点で運転を中止し、減圧弁５７近
辺の液体排出管５７を観察したところ、減圧弁５７の上
流側に数ｍｍ単位の不溶性塩が多数残っていた。

【００３０】上述したように、この発明の実施形態によ
れば、硫酸の存在下でアルカリ性廃液を水熱酸化処理す
ることにより、常温常圧で溶解度の小さい炭酸塩を二酸
化炭素とで生成する金属が硫酸塩となって常温常圧にお
ける溶解性が向上し、大きくなるので、反応容器２１か
ら排出される塩で減圧弁５７などを閉塞させたり、損
耗、摩耗させるのを防止、または軽減することのでき
る。そして、硫酸をアルカリ性廃液に添加したり、アル
カリ性廃液と別に硫酸を反応容器２１へ供給すればよい
ので、簡便、かつ安価な構成で所期の目的を達成するこ
とができる。さらに、クエンチ水を供給して塩などを反
応容器２１から排出させたり、塩を含む反応生成物を粉
砕、攪拌して反応容器２１から排出させる塩排出機構を
設けたので、反応容器２１内に塩を含む反応生成物を堆
積させることなく、反応容器２１から排出させることが
できる。

【００３１】上記した第１実施形態では、高圧送液ポン
プ３の上流側の供給管２へ硫酸を供給する例を示した
が、硫酸貯留槽４内の硫酸を、第２実施形態のように、
高圧送液ポンプで、例えば２．５ＭＰａ（２５気圧）以
上に加圧し、高圧送液ポンプ３の下流側へ供給する構成
にしてもよい。また、塩排出機構として２つの例を示し
たが、いずれか一方を備えていればよく、さらに、同様
に機能する他の構成のものであってもよい。

【００３２】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、硫酸
の存在下でアルカリ性廃液を水熱酸化処理することによ
り、常温常圧で溶解度の小さい炭酸塩を二酸化炭素とで
生成する金属が硫酸塩となって常温常圧における溶解性
が向上し、大きくなるので、反応容器から排出される塩
で減圧機構などを閉塞させたり、損耗、摩耗させるのを
防止、または軽減することのできる。そして、硫酸をア
ルカリ性廃液に添加したり、アルカリ性廃液と別に硫酸
を反応容器へ供給すればよいので、簡便、かつ安価な構
成で所期の目的を達成することができる。さらに、塩排
出機構を設けたので、反応容器内に塩を含む反応生成物
を堆積させることなく、反応容器から排出させることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施形態である水熱酸化処理装
置の概略構成を示すブロック図である。

【図２】図１に示した反応容器の概略構成を示す断面図
である。

【図３】この発明の第２実施形態である水熱酸化処理装
置の概略構成を示すブロック図である。

【符号の説明】

１ 被処理物貯留槽 ２，５，５Ａ，８，１１，１３，１６ 供給管 ３，６，１２，１４ 高圧送液ポンプ ４ 硫酸貯留槽 ７ 補助燃料貯留槽 ９ 高圧ポンプ １０ 水槽 １５ エアーコンプレ
ッサー １７ 予備加熱器 ２１ 反応容器 ２２ 円筒部 ２２ａ クエンチ水供給
孔 ２３ ライナー ２４ 基台 ２４ａ 排出口 ２４ｂ 開口 ２５ ノズル ３１ スクレーパー ３２ 回転軸 ３２ａ フィン ３３ スクレーパー本
体 ４１ 駆動機構 ４２ チェーン ５１ 排出管 ５２ 冷却器 ５３ 気液分離器 ５４ 気体排出管 ５５，５７ 減圧弁 ５６ 液体排出管

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 小布施 洋 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 ダビッド エー． ハズルベック アメリカ合衆国 カリフォルニア州 エル カジョン ライブ オーク ドライブ 486 (72)発明者 ダビッド オードウェイ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 ポー ウェイ フランシーヌ テラス 12883 Ｆターム(参考） 4D050 AA12 AB11 BB01 BC01 BC02 BD02 BD06 CA13

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アルカリ性廃液を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処理
   方法において、 前記アルカリ性廃液に硫酸を添加した後、水熱酸化反応
   させて処理する、 ことを特徴とする水熱反応処理方法。
2. 【請求項２】 アルカリ性廃液を、水の超臨界状態また
   は亜臨界状態である水熱酸化環境下で水熱酸化反応させ
   て処理する水熱反応処理方法において、 前記アルカリ性廃液とは別に前記水熱酸化環境下へ硫酸
   を供給する、 ことを特徴とする水熱反応処理方法。
3. 【請求項３】 反応容器へ供給したアルカリ性廃液を、
   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処理装置において、 前記反応容器へ供給する前記アルカリ性廃液に硫酸を添
   加する硫酸添加機構を設けた、 ことを特徴とする水熱反応処理装置。
4. 【請求項４】 反応容器へ供給したアルカリ性廃液を、
   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処理装置において、 前記アルカリ性廃液とは別に前記反応容器へ硫酸を供給
   する硫酸供給機構を設けた、 ことを特徴とする水熱反応処理装置。
5. 【請求項５】 請求項３または請求項４に記載の水熱反
   応処理装置において、 前記反応容器に塩排出機構を設けた、 ことを特徴とする水熱反応処理装置。