JP2003340264A - Hydrothermal reactor and hydrothermal reaction apparatus - Google Patents
Hydrothermal reactor and hydrothermal reaction apparatusInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、水熱反応により被
処理物をバッチ式で処理する水熱反応器及び水熱反応装
置に関し、更に詳細には、反応カートリッジ内で対流を
生じさせるようにした水熱反応器、及びそのような水熱
反応器を備えた水熱反応装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a hydrothermal reactor and a hydrothermal reaction apparatus for treating an object to be treated in a batch manner by a hydrothermal reaction, and more specifically, to generate convection in a reaction cartridge. And a hydrothermal reactor equipped with such a hydrothermal reactor.
【0002】[0002]
【従来の技術】現在、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、窒素、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。2. Description of the Related Art At present, attention is being paid to attempts to decompose and detoxify environmental pollutants by utilizing supercritical water reaction, which has a high ability to oxidize and decompose organic substances. That is, by a supercritical water reaction utilizing high reactivity of supercritical water, harmful and hardly decomposable organic substances, such as PCB (polychlorinated biphenyl) and dioxin, which have been difficult to decompose by conventional techniques.
Decomposes organic chlorine solvents, carbon dioxide, nitrogen, water,
It is an attempt to convert into harmless products such as inorganic salts. As one of the attempts, recently, supercritical water reaction has been performed even in the treatment of various liquid and solid wastes such as sewage sludge, municipal waste, industrial wastewater, etc., containing such harmful organic compounds. Is being used.
【0003】ところで、汚染固形物を連続式の超臨界水
反応装置で処理する場合には、固形物を粉砕してスラリ
ー化することが必要であるものの、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、仮に固
形物を粉砕してスラリー化できたとしても、沈殿等のス
ラリー固有の種々の問題がある。そこで、被処理固形物
をスラリー化することなく、そのままの形態で反応器に
投入し、バッチ式で超臨界水処理することが必要になっ
ている。また、バッチ式反応器は、超臨界水反応に伴う
反応器の腐食を抑制することが容易であり、またバッチ
毎に反応容器を開放するので、中和に伴い析出した無機
塩の排出が容易であるという優れた利点も有する。By the way, when treating a contaminated solid substance in a continuous type supercritical water reactor, it is necessary to pulverize the solid substance to form a slurry, but it is technically pulverized depending on the solid substance. There are some difficult ones. Further, even if the solid matter can be crushed into a slurry, there are various problems peculiar to the slurry such as precipitation. Therefore, it is necessary to put the solid matter to be treated into the reactor as it is without making it into a slurry, and to perform supercritical water treatment in a batch system. In addition, the batch reactor is easy to suppress the corrosion of the reactor due to the supercritical water reaction, and since the reaction vessel is opened for each batch, it is easy to discharge the inorganic salt precipitated due to neutralization. It also has the excellent advantage that
【0004】ここで、図3を参照して、従来のバッチ式
超臨界水反応装置の構成を説明する。図3は従来のバッ
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。従来のバッチ式超臨界水反応装置30は、被処理対
象である有機性固形物をバッチ式で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、バッチ式反
応器32と、反応器32に超臨界水を送入する送水手段
34と、反応器32に酸化剤として空気を送入する空気
圧縮機36とを備えている。The construction of a conventional batch type supercritical water reactor will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a flow sheet showing the structure of a conventional batch type supercritical water reactor. The conventional batch type supercritical water reaction apparatus 30 is an apparatus for processing an organic solid substance to be treated by a supercritical water reaction in a batch type, and as shown in FIG. The reactor 32 is provided with a water feeding means 34 for feeding supercritical water, and an air compressor 36 for feeding air into the reactor 32 as an oxidant.
【0005】反応器32は、蓋体32aと反応器本体3
2bとから構成され、処理対象固形物を内部に収容して
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、容器内部に処理対象固形物を支持し、生
成反応物及び超臨界水を通過させる目板状の支持板38
を有する。蓋32aは、蓋体32a及び反応器本体32
bのフランジ同士のボルト締結により反応器本体32b
に連結されている。The reactor 32 comprises a lid 32a and a reactor body 3
2b, which is an autoclave type reactor that is openable and closable and that receives a solid substance to be treated therein and performs supercritical water treatment, supports the solid substance to be treated in a container, Eye plate-shaped support plate 38 for passing supercritical water
Have. The lid 32a includes a lid 32a and a reactor body 32.
Reactor body 32b by bolting flanges of b together
Are linked to.
【0006】送水手段34は、水を収容した水タンク4
0と、水タンク40に収容された水を送水する送水ポン
プ42と、送水ポンプ42によって送水された水及び後
述するブースタ・ポンプ58によって送水された循環水
の合流水を反応器32から流出した処理流体と熱交換さ
せて合流水を昇温すると共に流体を冷却する熱交換器4
4と、超臨界水反応に必要な所定の温度、つまり超臨界
水温度に合流水を昇温する加熱炉46とを備え、送水管
48を介して超臨界水を反応器32に送水する。空気圧
縮機36は、圧力調節、流量調節を行うことにより吐出
流量を変えることができる流量可変式の圧縮器であっ
て、空気供給管50及び送水管48を介して反応器32
に酸化剤として空気を送入する。The water supply means 34 is a water tank 4 containing water.
0, a water feed pump 42 for feeding water stored in the water tank 40, water fed by the water feed pump 42, and combined water of circulating water fed by a booster pump 58 described later flowed out from the reactor 32. A heat exchanger 4 that heats the combined water by exchanging heat with the treatment fluid and cools the fluid.
4 and a heating furnace 46 for raising the combined water to a predetermined temperature necessary for the supercritical water reaction, that is, the supercritical water temperature, and supercritical water is sent to the reactor 32 via a water supply pipe 48. The air compressor 36 is a variable flow rate compressor capable of changing the discharge flow rate by adjusting the pressure and the flow rate, and the reactor 32 is provided via the air supply pipe 50 and the water supply pipe 48.
Introduce air as an oxidant into the.
【0007】反応生成物流出系は、反応器32から処理
流体を流出させる流出管52と、熱交換器44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、
従って間接的に反応器32の圧力を制御する圧力制御装
置56と、気液分離して得た水成分を循環するブースタ
・ポンプ58とを備えている。The reaction product outflow system includes an outflow pipe 52 for outflowing the processing fluid from the reactor 32, a gas-liquid separator 54 provided downstream of the heat exchanger 44, and a pressure of the gas-liquid separator 54.
Therefore, a pressure control device 56 that indirectly controls the pressure of the reactor 32 and a booster pump 58 that circulates the water component obtained by gas-liquid separation are provided.
【0008】気液分離器54は、処理流体を気液分離し
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
に放出されるか、又は次の処理工程、例えばCOガスが
許容量以上の濃度でガス中にに含まれている場合には、
COコンバータに送られる。気液分離器54の圧力を制
御する圧力制御装置56は、ガス放出管60に設けられ
た圧力計62の圧力測定値に基づいて、圧力調節弁64
の弁開度を調節して気液分離器54の圧力、従って反応
器32内の圧力が所定圧力になるように制御する。ま
た、ガス成分中のCOガス濃度を測定するために、ガス
放出管60にはCO濃度計66が設けてある。気液分離
器54内の水成分は、ブースタ・ポンプ58によって昇
圧され、循環水として送水管68を経由して送水管48
に送水される。The gas-liquid separator 54 gas-liquid separates the processing fluid to separate it into a gas component and a water component. The gas component is discharged to the atmosphere through a gas discharge pipe 60 connected to the top of the gas-liquid separator 54, or the gas is contained in the gas in a subsequent treatment step, for example, CO gas at a concentration higher than an allowable amount. If
It is sent to the CO converter. The pressure control device 56 that controls the pressure of the gas-liquid separator 54 uses the pressure control valve 64 based on the pressure measurement value of the pressure gauge 62 provided on the gas discharge pipe 60.
The valve opening is adjusted to control the pressure of the gas-liquid separator 54, and thus the pressure in the reactor 32, to a predetermined pressure. Further, a CO concentration meter 66 is provided in the gas discharge pipe 60 in order to measure the CO gas concentration in the gas component. The water component in the gas-liquid separator 54 is boosted by the booster pump 58 and is supplied as circulating water via the water pipe 68 to the water pipe 48.
Sent to.
【0009】バッチ式超臨界水反応装置30を運転する
際には、先ず、反応器32を開放して、バッチ運転1回
分の処理対象固形物を支持38上に載せ、反応器32を
閉止する。次いで、送水ポンプ42を起動して水タンク
40から水を送水管48により熱交換器44を経由して
加熱炉46に送り、加熱して反応器32に供給する。反
応器32から流出する処理流体(運転開始当初は水であ
る)は、熱交換器44を通って気液分離器54に入り、
ブースタ・ポンプ58により昇圧されて送水管68を経
由、送水管48に入り、送水ポンプ42からの水と合流
して熱交換器44及び加熱炉46で加熱され、次いで反
応器32に入り、徐々に循環が開始される。ブースタ・
ポンプ58による循環水量が増加するにつれて、送水ポ
ンプ42による送水量を減少させる。最終的には、ガス
放出管60からガスに同伴して系外に放散する水の量だ
け、送水ポンプ42により補充することになる。When operating the batch type supercritical water reactor 30, first, the reactor 32 is opened, the solid substance to be treated for one batch operation is placed on the support 38, and the reactor 32 is closed. . Next, the water supply pump 42 is started to send water from the water tank 40 to the heating furnace 46 via the water supply pipe 48 via the heat exchanger 44 to heat and supply it to the reactor 32. The treatment fluid (water at the beginning of operation) flowing out of the reactor 32 passes through the heat exchanger 44 and enters the gas-liquid separator 54,
The pressure is increased by the booster pump 58, enters the water supply pipe 48 via the water supply pipe 68, merges with the water from the water supply pump 42, is heated in the heat exchanger 44 and the heating furnace 46, and then enters the reactor 32, and gradually. The circulation is started. booster·
As the circulating water amount by the pump 58 increases, the water feeding amount by the water feeding pump 42 is decreased. Eventually, the water supply pump 42 replenishes only the amount of water that accompanies the gas from the gas discharge pipe 60 and diffuses out of the system.
【0010】流出管52に設けた温度計70で測定した
温度が370℃程度に到達した時点で、空気圧縮機36
を起動して、空気供給管50及び送水管48を経由して
水と共に空気を反応器32に送入する。空気圧縮機36
からの空気供給量は、温度計70の温度を見ながら温度
上昇が速ければ低減し、温度上昇が遅ければ増量する。
反応器32内の条件が超臨界水反応の所定条件に到達す
ると、超臨界水反応が開始され、徐々に進行する。超臨
界水反応の進行と共に流出管52から流出する処理流体
は、ガス成分、例えばCO2 ガス、COガスを同伴する
ようになり、気液分離器54で分離され、ガス放出管6
0に介して放出される。同時に圧力制御装置56を動作
させて、気液分離器54内の圧力、従って反応器32内
の圧力を所定圧力に制御する。When the temperature measured by the thermometer 70 provided in the outflow pipe 52 reaches about 370 ° C., the air compressor 36
Is started to feed air together with water into the reactor 32 via the air supply pipe 50 and the water supply pipe 48. Air compressor 36
The amount of air supplied from is decreased when the temperature rises quickly while watching the temperature of the thermometer 70, and increases when the temperature rises slowly.
When the conditions in the reactor 32 reach the predetermined conditions for the supercritical water reaction, the supercritical water reaction is started and gradually progresses. The processing fluid flowing out of the outflow pipe 52 with the progress of the supercritical water reaction comes to accompany gas components such as CO 2 gas and CO gas, is separated by the gas-liquid separator 54, and is released from the gas discharge pipe 6.
Released through 0. At the same time, the pressure control device 56 is operated to control the pressure in the gas-liquid separator 54, and thus the pressure in the reactor 32, to a predetermined pressure.
【0011】COガス濃度計66で計測したCOガス濃
度がゼロとなり、酸素濃度が大気中の濃度と変わらない
値になると、反応器32内の超臨界水反応が終点に達し
たと判定できる。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30全体の圧力を降圧し、次
いで反応器32を開放する。When the CO gas concentration measured by the CO gas concentration meter 66 becomes zero and the oxygen concentration becomes a value not different from the concentration in the atmosphere, it can be determined that the supercritical water reaction in the reactor 32 has reached the end point. When the supercritical water reaction reaches the end point,
The pressure of the whole batch type supercritical water reactor 30 is reduced, and then the reactor 32 is opened.
【0012】[0012]
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述の超臨
界水反応装置によりバッチ式で汚染固形物を処理する
際、従来のバッチ式反応器には、二つの問題があった。
第1の問題は、反応条件が高圧高温である上に反応域が
強い腐食性雰囲気であるために、反応器のコストが嵩む
ことである。第2の問題は、反応対象物が固形物である
ために、固形物近傍領域と固形物から離隔した領域との
間で処理生成物濃度、反応速度等が異なり、反応器内の
反応条件を均一一様にすることが難しく、このために、
反応効率を向上させることが難しいことである。By the way, there are two problems in the conventional batch type reactor when treating the contaminated solid matter in a batch type by the above-mentioned supercritical water reactor.
The first problem is that the cost of the reactor increases because the reaction conditions are high pressure and high temperature and the reaction zone is a strong corrosive atmosphere. The second problem is that since the reaction target is a solid substance, the concentration of the treated product, the reaction rate, etc. are different between the region near the solid substance and the region separated from the solid substance. It is difficult to make uniform, and for this reason,
It is difficult to improve the reaction efficiency.
【0013】第1の問題は、以下のような二重筒型反応
器を構成することにより改善された。つまり、反応器を
構成する反応器本体及び蓋体をそれぞれ超臨界水反応の
圧力を保持する圧力容器として形成し、かつ内部を超臨
界水反応域とする反応カートリッジを反応器内に設け
て、反応器を二重筒型反応器として構成し、圧力バラン
ス用空気を反応器と反応カートリッジとの間に送入し
て、反応器内の圧力と反応カートリッジ内の圧力を所定
圧力差に維持する。これにより、耐腐食性の高価な金属
材料からなる反応カートリッジの所要肉厚を薄くして、
反応器の経済性を高める。つまり、耐圧容器であるもの
の腐食性雰囲気に曝されない反応器本体及び蓋と、耐圧
容器内に設けれ、耐腐食性容器であるもの、非耐圧容器
である反応カートリッジとの機能別二重筒型容器として
反応器の構成することにより、反応器のコストを低減し
ている。The first problem was ameliorated by constructing the following double cylinder type reactor. That is, the reactor body and the lid constituting the reactor are each formed as a pressure vessel for holding the pressure of the supercritical water reaction, and a reaction cartridge having the inside as a supercritical water reaction zone is provided in the reactor, The reactor is configured as a double cylinder type reactor, and pressure balancing air is sent between the reactor and the reaction cartridge to maintain the pressure inside the reactor and the pressure inside the reaction cartridge at a predetermined pressure difference. . This reduces the required thickness of the reaction cartridge made of corrosion-resistant and expensive metal material,
Increase the economics of the reactor. That is, a double cylinder type by function of a reactor body and a lid that are pressure resistant containers that are not exposed to a corrosive atmosphere, a corrosion resistant container that is provided in the pressure resistant container, and a reaction cartridge that is a non-pressure resistant container. By configuring the reactor as a container, the cost of the reactor is reduced.
【0014】しかし、第2の問題は以下のような理由か
ら解決が難しかった。超臨界水反応の反応効率を高める
ために反応器内の反応条件を均一一様にするには、反応
器内の混合状態を良くすることである。混合状態を良く
するには、一般的には、攪拌機を用いて攪拌することで
ある。しかし、攪拌機を反応器内に設置するためには、
圧力容器壁を貫通する回転主軸をシールすることが必要
である。シールとして、例えばグランド形式を採用する
ならば、グランドの耐熱性が問題になり、シール性を確
保できる温度(通常100℃程度)までシール部を冷却
することが必要になる。これでは、高圧反応器内に攪拌
機を設けるために、大掛かりなシール機構が必要とな
り、実際的ではない。However, the second problem is difficult to solve for the following reasons. In order to make the reaction conditions in the reactor uniform and uniform in order to increase the reaction efficiency of the supercritical water reaction, it is necessary to improve the mixing state in the reactor. To improve the mixed state, stirring is generally performed using a stirrer. However, in order to install the stirrer in the reactor,
It is necessary to seal the rotating spindle through the pressure vessel wall. If, for example, a gland type is adopted as the seal, the heat resistance of the gland becomes a problem, and it is necessary to cool the seal part to a temperature (usually about 100 ° C.) at which the sealing property can be secured. This requires a large-scale sealing mechanism in order to provide the stirrer in the high-pressure reactor, which is not practical.
【0015】以上の説明では、超臨界水反応装置に用い
る反応器を例に上げて説明したが、これは、超臨界水反
応装置に用いる反応器に限る問題ではなく、例えば超臨
界水反応を含む水熱反応用の反応器全般に該当する問題
である。水熱反応とは、高温高圧水、例えば温度180
℃以上、圧力1MPa以上の熱水を用いる反応を言う。In the above description, the reactor used in the supercritical water reaction apparatus has been described as an example, but this is not a problem limited to the reactor used in the supercritical water reaction apparatus. This is a problem applicable to all reactors for hydrothermal reactions including. Hydrothermal reaction means high temperature and high pressure water, for example, a temperature of 180
It refers to a reaction using hot water at a temperature of ℃ or more and a pressure of 1 MPa or more.
【0016】そこで、本発明の目的は反応カートリッジ
内を機械的な攪拌手段以外の手段で攪拌する手段を備え
た二重筒型のバッチ式水熱反応器を提供することであ
る。Therefore, an object of the present invention is to provide a double cylinder type batch hydrothermal reactor equipped with means for stirring the inside of the reaction cartridge by means other than mechanical stirring means.
【0017】[0017]
【課題を解決するための手段】本発明者は、反応カート
リッジ内を機械的な攪拌手段以外の手段で攪拌する研究
の過程で、高温高圧水の密度と温度の関係に注目した。
圧力23.5MPaでの高温高圧水の密度は、図4に示
すように、200℃で0.9g/cc、300℃で0.
75g/ccである。実験によれば、密度差が0.15
g/cc以上あれば、十分に速い速度の対流が生じる。
従って、反応カートリッジ内で流体の温度差が100℃
以上あれば、反応カートリッジ内で対流を生じさせ、混
合することができる。そこで、本発明者は、反応カート
リッジの外周に沿ってリング状の内部加熱器を設け、か
つ内部加熱器を反応カートリッジの上下方向に複数段に
分割し、各内部加熱器の加熱温度に高低差を設けて、反
応カートリッジ内の高温高圧水に温度差を付けることに
より、反応カートリッジ内に対流を生じさせることを着
想した。そして、この着想の有効性を実験により確認し
て、本発明を発明するに到った。The present inventor has paid attention to the relationship between the density and the temperature of high-temperature high-pressure water in the course of research in which the inside of the reaction cartridge is stirred by means other than mechanical stirring means.
As shown in FIG. 4, the densities of the high-temperature high-pressure water at a pressure of 23.5 MPa were 0.9 g / cc at 200 ° C. and 0.1 g / cc at 300 ° C.
It is 75 g / cc. According to the experiment, the density difference is 0.15
If it is at least g / cc, a sufficiently high speed convection will occur.
Therefore, the temperature difference of the fluid in the reaction cartridge is 100 ° C.
With the above, convection can be generated and mixed in the reaction cartridge. Therefore, the present inventor has provided a ring-shaped internal heater along the outer periphery of the reaction cartridge, and divided the internal heater into a plurality of stages in the vertical direction of the reaction cartridge so that the heating temperature of each internal heater varies in height. It was conceived that a convection is generated in the reaction cartridge by providing a temperature difference between the high temperature and high pressure water in the reaction cartridge. Then, the validity of this idea was confirmed by experiments, and the present invention was invented.
【0018】上記目的を達成するために、本発明に係る
水熱反応器は、水熱反応の圧力を保持する圧力容器とし
て形成された縦型反応器本体と、反応器本体内に設けら
れ、かつ内部を水熱反応域とする縦型反応カートリッジ
とを有し、圧力バランス用流体を反応器本体と反応カー
トリッジとの間に送入して、反応器本体内の圧力と反応
カートリッジ内の圧力を所定圧力差に維持する二重筒型
の圧力バランス型反応器として構成され、水熱反応によ
り被処理物をバッチ式で処理する水熱反応器において、
反応カートリッジの上下方向に相互に独立し、反応カー
トリッジの外周に沿って設けたリング状の複数段の内部
加熱器と、複数段の内部加熱器の加熱温度をそれぞれ制
御する温度制御装置とを備え、温度制御装置により複数
段の内部加熱器の加熱温度を反応カートリッジの上下方
向で相互に異なる所定加熱温度に制御して反応カートリ
ッジ内に対流を生じさせることを特徴としている。In order to achieve the above object, a hydrothermal reactor according to the present invention is provided in a vertical reactor main body formed as a pressure vessel for holding a hydrothermal reaction pressure, and provided in the reactor main body. And a vertical reaction cartridge having a hydrothermal reaction area inside, and a pressure balancing fluid is fed between the reactor main body and the reaction cartridge, so that the pressure inside the reactor main body and the pressure inside the reaction cartridge In a hydrothermal reactor configured as a double-cylinder pressure balance type reactor for maintaining a predetermined pressure difference, the batch type treatment of the object to be treated by hydrothermal reaction,
Equipped with a plurality of ring-shaped internal heaters which are independent from each other in the vertical direction of the reaction cartridge and are provided along the outer periphery of the reaction cartridge, and a temperature control device which respectively controls the heating temperatures of the internal heaters of the multiple stages. The temperature control device controls the heating temperatures of the plurality of stages of internal heaters to different predetermined heating temperatures in the vertical direction of the reaction cartridge to generate convection in the reaction cartridge.
【0019】本発明の内部加熱器として、シースヒー
タ、パイプヒータ、誘導加熱器、ニクロム線発熱ヒータ
などを用いることができる。また、内部加熱器として、
超臨界水、亜臨界水、高温蒸気、熱媒等を流通させた配
管を反応カートリッジの外周に巻回させた管式加熱器を
用いてもよい。本発明では、熱容量の小さい反応カート
リッジを内部加熱器で加熱しているので、反応カートリ
ッジ内の水の温度制御、従って水の密度制御が容易であ
る。好適には、所定加熱温度が反応カートリッジの上下
方向で50℃以上、好ましくは100℃以上異なるよう
にする。本発明に係る水熱反応器は、水熱反応器で処理
する被処理物が固体であるか、液体であるかにかかわら
ず適用でき、また被処理物の性状には制約はない。As the internal heater of the present invention, a sheath heater, a pipe heater, an induction heater, a nichrome wire heating heater, etc. can be used. Also, as an internal heater,
A tubular heater in which a pipe through which supercritical water, subcritical water, high-temperature steam, a heat medium and the like are circulated is wound around the outer periphery of the reaction cartridge may be used. In the present invention, since the reaction cartridge having a small heat capacity is heated by the internal heater, it is easy to control the temperature of water in the reaction cartridge, that is, the density of water. Suitably, the predetermined heating temperature is different by 50 ° C. or more, preferably 100 ° C. or more in the vertical direction of the reaction cartridge. The hydrothermal reactor according to the present invention can be applied regardless of whether the object to be treated in the hydrothermal reactor is solid or liquid, and there is no limitation on the property of the object to be treated.
【0020】[0020]
【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。水熱反応器の実施形態例
本実施形態例は本発明に係る水熱反応器の実施形態の一
例であって、図1は本実施形態例の水熱反応器の構成を
示す断面図である。本実施形態例の水熱反応器10は、
バッチ式圧力バランス型反応器であって、図1に示すよ
うに、水熱反応の圧力を保持する圧力容器として形成さ
れた縦型反応器本体12と、反応器本体12内に内筒と
して設けられ、かつ内部を水熱反応域とする縦型反応カ
ートリッジ14とを備えている。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described specifically and in detail with reference to the accompanying drawings by way of example embodiments. Embodiment Example of Hydrothermal Reactor This embodiment example is an example of an embodiment of the hydrothermal reactor according to the present invention, and FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of the hydrothermal reactor of the present embodiment example. . The hydrothermal reactor 10 of this embodiment example is
1. A batch type pressure balance type reactor, as shown in FIG. 1, provided as a vertical reactor main body 12 formed as a pressure vessel for holding the pressure of hydrothermal reaction, and provided as an inner cylinder in the reactor main body 12. And a vertical reaction cartridge 14 having a hydrothermal reaction zone inside.
【0021】反応器本体12は、開閉自在な蓋体12a
により例えば蓋体12aと反応器本体12のフランジ同
士をボルト結合することにより、又はクランプ方式によ
り閉止される。反応カートリッジ14は、被処理物、例
えば固形物を収容した内部が水熱反応の反応域となる高
さ1,160cmの密閉式容器であって、図1に示すよ
うに、反応器本体12の底部12bから直立し、上部が
開放された筒体16と、筒体16の上部開口を密閉する
筒蓋18とから構成され、筒体16と筒蓋18とは、パ
ッキン20を介するフランジ結合又はクランプ結合によ
り開閉自在に密閉して連結されている。The reactor body 12 is a lid 12a that can be opened and closed.
Thus, for example, the lid 12a and the flange of the reactor main body 12 are bolted to each other, or closed by a clamp method. The reaction cartridge 14 is a closed container having a height of 1,160 cm in which an inside of a reaction object for a hydrothermal reaction containing a substance to be treated, for example, a solid substance, is housed, and as shown in FIG. It is composed of a tubular body 16 that is upright from the bottom portion 12b and has an open upper portion, and a tubular lid 18 that seals the upper opening of the tubular body 16, and the tubular body 16 and the tubular lid 18 are joined by a flange 20 via a packing 20 or It is connected so that it can be opened and closed freely by clamping.
【0022】図示しないが、水及び空気の混合流体の流
入管、及び処理流体の流出管が反応器本体12の底部1
2bを貫通して反応カートリッジ14内に連通し、また
圧力バランス用空気の供給管及び排出管が反応器本体1
2の底部12bを貫通して反応器本体12と反応カート
リッジ14との間の環状部に連通している。Although not shown, an inlet pipe for a mixed fluid of water and air and an outlet pipe for a processing fluid are provided at the bottom portion 1 of the reactor body 12.
2b to communicate with the inside of the reaction cartridge 14, and a pressure balance air supply pipe and discharge pipe are provided in the reactor body 1
The bottom 12b of the second reactor 12 penetrates the bottom 12b of the second reactor 12 and communicates with the annular portion between the reactor body 12 and the reaction cartridge 14.
【0023】筒体16の円筒壁には、反応カートリッジ
14に収容された固形物、水、空気等を加熱するため
に、内部加熱器として9段のリング状の加熱体22A〜
Iが筒体16の上下方向に相互に独立して設けられてい
る。9段のリング状の加熱体22の各々の加熱温度は、
それぞれ、水熱反応器10の外部に設けた温度制御装置
により独立して制御される。ここで、加熱温度とは加熱
体22A〜Iにそれぞれ対面する筒体16の円筒壁の温
度である。The cylindrical wall of the cylindrical body 16 has nine stages of ring-shaped heating bodies 22A to 22A serving as internal heaters for heating solid matter, water, air and the like contained in the reaction cartridge 14.
I are provided in the vertical direction of the cylindrical body 16 independently of each other. The heating temperature of each of the nine-stage ring-shaped heating bodies 22 is
Each is independently controlled by a temperature control device provided outside the hydrothermal reactor 10. Here, the heating temperature is the temperature of the cylindrical wall of the cylindrical body 16 facing the heating bodies 22A to 22I, respectively.
【0024】本実施形態例で、温度制御装置による制御
により、例えば反応カートリッジ14の下部に設けた加
熱体22E、F以外の加熱体22A〜D、22G〜Iに
より反応カートリッジ14を第1の所定加熱温度で加熱
しつつ、第1の所定加熱温度より高い第2の所定加熱温
度、例えば第1の所定温度より100℃から150℃高
い第2の所定温度で加熱体22E、Fにより反応カート
リッジ14を加熱し、第2の所定温度に所定時間維持す
る。In the present embodiment, the reaction cartridge 14 is controlled by the temperature controller to control the reaction cartridge 14 to the first predetermined position by the heating members 22A to D and 22G to I other than the heating members 22E and 22F provided under the reaction cartridge 14, for example. While heating at the heating temperature, the reaction cartridge 14 is heated by the heating elements 22E and F at the second predetermined heating temperature higher than the first predetermined heating temperature, for example, the second predetermined temperature 100 ° C. to 150 ° C. higher than the first predetermined temperature. Is heated and maintained at the second predetermined temperature for a predetermined time.
【0025】加熱体22E、Fにより加熱された反応カ
ートリッジ14の壁面付近の流体は加熱されて、密度が
低下する。密度の低下した流体は、図1に示すように、
壁面を沿って上昇し、上部で反応カートリッジ14の中
央部へ流入する。反応カートリッジ14の中央部は温度
が低いので、中央部に流入した密度の低い流体は冷却さ
れ、密度が高くなって下降する。このように、他の加熱
体22A〜D、22G〜Iの加熱温度より高い加熱温度
で、加熱体22E、Fにより反応カートリッジ14を加
熱することにより、対流が反応カートリッジ14内で生
じ、内部で攪拌、混合が生じる。The fluid in the vicinity of the wall surface of the reaction cartridge 14 heated by the heating elements 22E and F is heated and its density is lowered. The fluid with reduced density is
Ascends along the wall surface and flows into the central portion of the reaction cartridge 14 at the upper portion. Since the temperature of the central portion of the reaction cartridge 14 is low, the low-density fluid that has flowed into the central portion is cooled, becomes high in density, and descends. In this way, by heating the reaction cartridge 14 with the heating elements 22E and F at a heating temperature higher than the heating temperature of the other heating elements 22A to 22D to 22G to I, convection occurs inside the reaction cartridge 14, and Stirring and mixing occur.
【0026】また、加熱体22A〜Iにより異なる加熱
温度で反応カートリッジ14を加熱する代わりに、加熱
時間の経過に応じて加熱体22A〜Iのうちの1個又は
複数個をON/OFFさせる加熱プログラムを組み、加
熱プログラムに従って加熱体22A〜Iを制御すること
により、反応カートリッジ14内に流体の密度差を生じ
させ、対流による攪拌混合を引き起こすことができる。Further, instead of heating the reaction cartridge 14 at different heating temperatures depending on the heating elements 22A to I, heating for turning on or off one or more of the heating elements 22A to I depending on the elapse of the heating time. By forming a program and controlling the heating elements 22A to 22I according to the heating program, it is possible to cause a difference in the density of the fluid in the reaction cartridge 14 and to cause stirring and mixing by convection.
【0027】水熱反応装置の実施形態例
上述の反応器10を使用した水熱反応装置28は、図2
に示すように、従来のバッチ式超臨界水反応装置30の
送水管48と空気供給管50との合流管、及び流出管5
2を反応器10の底部にそれぞれ接続し、圧力バランス
用空気を反応器10の底部に供給し、次いで底部から排
出すること、及び温度制御装置24を設けていることを
除いて、基本的には図3に示す従来のバッチ式超臨界水
反応装置30の構成と同じである。但し、圧力バランス
用空気を反応器10に供給する際には、反応器10を二
重筒型反応器として機能させるために、圧力バランス用
空気の供給圧を反応器10内の圧力より0.1〜0.3
MPaだけ高く維持する。尚、図2において、点線25
は加熱体22A〜Iの温度制御ラインである。 Example of Embodiment of Hydrothermal Reactor A hydrothermal reactor 28 using the reactor 10 described above is shown in FIG.
As shown in FIG. 5, the confluence pipe of the water supply pipe 48 and the air supply pipe 50 of the conventional batch type supercritical water reactor 30 and the outflow pipe 5
2 is connected to the bottom of the reactor 10 respectively, and the pressure balancing air is basically supplied to the bottom of the reactor 10 and then discharged from the bottom, and a temperature control device 24 is basically provided. Is the same as the configuration of the conventional batch type supercritical water reactor 30 shown in FIG. However, when supplying the pressure balancing air to the reactor 10, the supply pressure of the pressure balancing air should be less than the pressure inside the reactor 10 in order to make the reactor 10 function as a double cylinder type reactor. 1 to 0.3
Maintain high only MPa. In FIG. 2, a dotted line 25
Is a temperature control line for the heating elements 22A to 22I.
【0028】また、水熱反応装置28の運転開始時のみ
加熱炉46により水を加熱し、前述した第1の所定温度
に到達した段階で、加熱炉46による加熱を中止して、
加熱体22A〜Iにより前述のように反応カートリッジ
14を加熱するようにしても良い。或いは、加熱炉46
を省いて、運転開始時から加熱体22のみで加熱するよ
うにしても良い。The water is heated by the heating furnace 46 only when the operation of the hydrothermal reactor 28 is started, and when the water reaches the first predetermined temperature, the heating by the heating furnace 46 is stopped,
The reaction cartridge 14 may be heated by the heating elements 22A to 22I as described above. Alternatively, the heating furnace 46
It is also possible to omit the above and heat only the heating element 22 from the start of the operation.
【0029】[0029]
【発明の効果】本発明によれば、温度制御装置により複
数段の内部加熱器の加熱温度を反応カートリッジの上下
方向で相互に異なる所定加熱温度に制御して反応カート
リッジの上下方向に温度分布、従って反応カートリッジ
内に水の密度分布を生じさせ、これにより反応カートリ
ッジ内に対流を生じさせる。これにより、大掛かりな攪
拌機構を設けることなく、反応効率の高いバッチ式水熱
反応器を実現することができる。According to the present invention, the temperature control device controls the heating temperatures of the internal heaters of a plurality of stages to predetermined heating temperatures different from each other in the vertical direction of the reaction cartridge so that the temperature distribution in the vertical direction of the reaction cartridge, Therefore, a density distribution of water is created in the reaction cartridge, which causes convection in the reaction cartridge. As a result, a batch-type hydrothermal reactor with high reaction efficiency can be realized without providing a large-scale stirring mechanism.
【図1】実施形態例の水熱反応器の構成を示す断面図で
ある。FIG. 1 is a sectional view showing a configuration of a hydrothermal reactor according to an embodiment.
【図2】実施形態例のバッチ式水熱反応装置の構成を示
すフローシートである。FIG. 2 is a flow sheet showing a configuration of a batch-type hydrothermal reaction device according to an embodiment.
【図3】従来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。FIG. 3 is a flow sheet showing the configuration of a conventional batch type supercritical water reactor.
【図4】水の温度と密度との関係を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing the relationship between water temperature and density.
10 実施形態例の水熱反応器 12 反応器本体 14 反応カートリッジ 16 筒体 18 筒蓋 20 パッキン 22 加熱体 24 温度制御装置 28 実施形態例のバッチ式水熱反応装置 30 従来のバッチ式超臨界水反応装置 32 バッチ式反応器 34 送水手段 36 空気圧縮機 38 目板状の支持板 40 水タンク 42 送水ポンプ 44 熱交換器 46 加熱炉 48 送水管 50 空気供給管 52 流出管 54 気液分離器 56 圧力制御装置 58 ブースタ・ポンプ 60 ガス放出管 62 圧力計 64 圧力調節弁 66 CO濃度計 68 送水管 10 Hydrothermal reactor of example embodiment 12 Reactor body 14 Reaction cartridge 16 cylinder 18 tube lid 20 packing 22 heating body 24 Temperature control device 28 Batch Type Hydrothermal Reactor of Embodiment 30 Conventional batch type supercritical water reactor 32 batch reactor 34 Water supply means 36 air compressor 38th plate-shaped support plate 40 water tank 42 Water pump 44 heat exchanger 46 heating furnace 48 water pipe 50 Air supply pipe 52 Outflow pipe 54 gas-liquid separator 56 Pressure control device 58 Booster Pump 60 gas discharge pipe 62 pressure gauge 64 Pressure control valve 66 CO concentration meter 68 water pipe
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 生方 伸弥 東京都江東区新砂1丁目2番8号 オルガ ノ株式会社内 (72)発明者 園部 とおる 川崎市麻生区王禅寺東2−4−43 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (72) Inventor Shinya Ikukata Olga 1-2-8 Shinsuna, Koto-ku, Tokyo Within the corporation (72) Inventor Toru Sonobe 2-4-43 Ozenji Higashi, Aso-ku, Kawasaki-shi
Claims (4)
て形成された縦型反応器本体と、反応器本体内に設けら
れ、かつ内部を水熱反応域とする縦型反応カートリッジ
とを有し、圧力バランス用流体を反応器本体と反応カー
トリッジとの間に送入して、反応器本体内の圧力と反応
カートリッジ内の圧力を所定圧力差に維持する二重筒型
の圧力バランス型反応器として構成され、水熱反応によ
り被処理物をバッチ式で処理する水熱反応器において、 反応カートリッジの上下方向に相互に独立し、反応カー
トリッジの外周に沿って設けたリング状の複数段の内部
加熱器と、 複数段の内部加熱器の加熱温度をそれぞれ制御する温度
制御装置とを備え、温度制御装置により複数段の内部加
熱器の加熱温度を反応カートリッジの上下方向で相互に
異なる所定加熱温度に制御して反応カートリッジ内に対
流を生じさせることを特徴とする水熱反応器。1. A vertical reactor main body formed as a pressure vessel for holding a hydrothermal reaction pressure, and a vertical reaction cartridge provided in the reactor main body and having a hydrothermal reaction zone inside. Then, a pressure balancing fluid is sent between the reactor body and the reaction cartridge to maintain the pressure inside the reactor body and the pressure inside the reaction cartridge at a predetermined pressure difference. In a hydrothermal reactor that is configured as a vessel and treats objects to be treated in a batch manner by hydrothermal reaction, a plurality of ring-shaped stages that are independent of each other in the vertical direction of the reaction cartridge and are provided along the outer periphery of the reaction cartridge. Equipped with an internal heater and a temperature control device for controlling the heating temperature of each of the plural stages of internal heaters, and the heating temperature of the plural stages of internal heaters are different from each other in the vertical direction of the reaction cartridge by the temperature control device. Hydrothermal reactor, characterized in that cause convection to a constant heating temperature controlled to within the reaction cartridge.
方向で50℃以上異なることを特徴とする請求項1に記
載の水熱反応器。2. The hydrothermal reactor according to claim 1, wherein the predetermined heating temperature differs by 50 ° C. or more in the vertical direction of the reaction cartridge.
の内部加熱器のオン時間/オフ時間が他の内部加熱器と
は異なるように制御することにより、又は下段の1段又
は複数段の内部加熱器の加熱温度を他の内部加熱器とは
異なって時間的に変化させることを特徴とする請求項1
に記載の水熱反応器。3. By controlling the ON time / OFF time of one or more internal heaters in the lower stage of the internal heaters to be different from those of the other internal heaters, or by one or more of the lower heaters. The heating temperature of the internal heater of the stage is changed with time differently from the other internal heaters.
The hydrothermal reactor described in.
記載の水熱反応器を備えることを特徴とするバッチ式水
熱反応装置。4. A batch type hydrothermal reaction device comprising the hydrothermal reactor according to claim 1. Description:
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JP2002155847A JP2003340264A (en) | 2002-05-29 | 2002-05-29 | Hydrothermal reactor and hydrothermal reaction apparatus |
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2010212192A (en) * | 2009-03-12 | 2010-09-24 | Nec Energy Devices Ltd | Lithium ion battery pack |
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CN109988587A (en) * | 2017-12-29 | 2019-07-09 | 核工业西南物理研究院 | A kind of solar energy auxiliary prepares the hydro-thermal reaction device of charcoal |
RU214458U1 (en) * | 2022-03-28 | 2022-10-28 | Общество с ограниченной ответственностью "Е-АВИО" | Reactor for continuous hydrothermobaric treatment |
-
2002
- 2002-05-29 JP JP2002155847A patent/JP2003340264A/en active Pending
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