JP2004057925A

JP2004057925A - 水熱反応器及び水熱反応装置

Info

Publication number: JP2004057925A
Application number: JP2002219442A
Authority: JP
Inventors: Shinichirou Kawasaki; 川崎　慎一朗; Akira Suzuki; 鈴木　明
Original assignee: Organo Corp; Japan Organo Co Ltd
Current assignee: Organo Corp
Priority date: 2002-07-29
Filing date: 2002-07-29
Publication date: 2004-02-26

Abstract

【課題】無機塩が生成し易い被処理液、或いは固形物状の被処理物を処理する際に、閉塞の恐れが少なく、かつ処理流体中の無機塩濃度を低くできる水熱反応器を提供する。
【解決手段】本水熱反応器１０は、被処理液を水熱反応処理する水熱反応器であって、反応カートリッジとして設けられた密閉型内筒１４と、内筒を収容する上部開放の有底反応器本体１６と、反応器本体の上部開口を閉止する反応器蓋体１８とを備え、二重筒型の圧力バランス型反応器として構成されている。本水熱反応器１０では、主として内筒の下部が水熱反応域として機能する。内筒の上部の処理流体導出管３６の流入口３６ａと水熱反応域との間には、水熱反応域で生成する塩類及び被処理液に元来含まれていた微粒子を付着させる付着機構４２が設けてある。内筒を横断し、着脱自在にに設けられた複数段のメッシュ板（金網）４４が、付着機構４２として設けている。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水熱反応器、及び水熱反応装置に関し、更に詳細には、水熱反応器から流出する処理流体中の塩類及び微粒子濃度を低くする水熱反応器、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。
【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。
【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。
【０００４】
ここで、図７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７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８０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７に示すように、バッチ式反応器８１と、反応器８１に超臨界水を送入する送水手段８２と、反応器８１に酸化剤として空気を送入する空気圧縮機８３とを備えている。
【０００５】
反応器８１は、蓋体８１ａと反応器本体８１ｂ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８４を有する。
蓋８１ａは、蓋体８１ａ及び反応器本体８１ｂのフランジ同士のボルト締結により反応器本体８１ｂに連結されている。
【０００６】
送水手段８２は、水を収容した水タンク８５と、水タンク８５に収容された水を送水する送水ポンプ８６と、送水ポンプ８６によって送水された水及び後述するブースタ・ポンプ９４によって送水された循環水の合流水を反応器８１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８７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８８とを備え、送水管８９を介して超臨界水を反応器８１に送水する。また、送水管８９には、水熱反応により生じる酸を中和するために、アルカリ水溶液が送入される。
空気圧縮機８３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９０及び送水管８９を介して反応器８１に酸化剤として空気を送入する。
【０００７】
反応生成物流出系は、反応器８１から処理流体を流出させる流出管９１と、熱交換器８７の下流に設けられた気液分離器９２と、気液分離器９２の圧力、従って間接的に反応器８１の圧力を制御する圧力制御装置９３と、気液分離して得た水成分を循環するブースタ・ポンプ９４とを備えている。
【０００８】
気液分離器９２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９２の頂部に接続されたガス放出管９５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９２の圧力を制御する圧力制御装置９３は、ガス放出管９５に設けられた圧力計９６の圧力測定値に基づいて、圧力調節弁９７の弁開度を調節して気液分離器９２の圧力、従って反応器８１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、ＣＯ、Ｏ_２等のガス濃度を測定するために、ガス放出管９５にはガス濃度計９８が設けてある。
気液分離器９２内の水成分は、ブースタ・ポンプ９４によって昇圧され、循環水として送水管９９を経由して送水管８９に送水される。
【０００９】
バッチ式超臨界水反応装置８０を運転する際には、先ず、反応器８１を開放して、バッチ運転１回分の処理対象固形物を支持板８４上に載せ、反応器８１を閉止する。
次いで、送水ポンプ８６を起動して水タンク８５から水を送水管８９により熱交換器８７を経由して加熱炉８８に送り、加熱して反応器８１に供給する。
反応器８１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８７を通って気液分離器９２に入り、ブースタ・ポンプ９４により昇圧されて送水管９９を経由、送水管８９に入り、送水ポンプ８６からの水と合流して熱交換器８７及び加熱炉８８で加熱され、次いで反応器８１に入り、徐々に循環が開始される。
ブースタ・ポンプ９４による循環水量が増加するにつれて、送水ポンプ８６による送水量を減少させる。最終的には、ガス放出管９５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８６により補充することになる。
【００１０】
流出管９１に設けた温度計１００で測定した温度が３７０℃程度に到達した時点で、空気圧縮機８３を起動して、空気供給管９０及び送水管８９を経由して水と共に空気を反応器８１に送入する。空気圧縮機８３からの空気供給量は、温度計１００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。必要に応じて、アルカリ水溶液を送水管８９に注入する。
反応器８１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９１から流出する処理流体は、ガス成分、例えばＣＯ_２ガス、ＣＯガスを同伴するようになり、気液分離器９２で分離され、ガス放出管９５を介して放出される。同時に圧力制御装置９３を動作させて、気液分離器９２内の圧力、従って反応器８１内の圧力を所定圧力に制御する。
【００１１】
ガス濃度計９８で計測したＣＯ及びＣＯ_２のガス濃度がゼロとなり、酸素濃度が大気中の値と変わらない値になると、反応器８１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８０全体の圧力を降圧し、次いで反応器８１を開放する。
なお、必要に応じて、反応器８１の下流で熱交換器８７の上流に反応器８１の排出流体を分解することを目的とした第２反応器（図示せず）を組み込むことも可能である。この場合、第２反応器にも、別途、超臨界水、酸化剤、アルカリ水溶液を供給できる手段を設けることもできる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、水熱反応では、被処理物に有機塩素化合物等が含まれているときには、水熱反応により塩酸が生じ、高温の水熱反応雰囲気により塩酸による反応器１０の腐食が進行し易い。そこで、一般には、アルカリ水溶液で酸を中和し、塩類を生成させ、酸による反応器１０の腐食を抑制することが行われている。
しかし、超臨界水反応場の塩類の溶解度は、常温での塩類の溶解度に比べて著しく低いので、中和により生じた塩類が析出し、処理流体と共に反応器８１から流出する。処理流体中の塩類は、反応器８１の下流の流出管９１や熱交換器８７に付着し、閉塞させるという問題があった。
【００１３】
従来、超臨界水反応場で塩類濃度が高くなる場合、塩類を亜臨界水に溶解させて排出するために、いわゆる２ゾーン型反応器を使うことが多い。２ゾーン型反応器は、超臨界水酸化反応を行う超臨界水領域を反応器上部に構成し、超臨界水領域で析出した塩類を再溶解させる亜臨界水領域を反応器下部に構成し、超臨界水領域から亜臨界水領域に沈降した塩類を亜臨界水に溶解させて排出するようになっている。
しかし、２ゾーン型反応器を固形物状の被処理物の水熱反応処理の反応器として使用するのは、技術的に難しい。
【００１４】
以上の説明では、バッチ式の容器型反応器で固形物状の被処理物を超臨界水反応処理する場合の塩類析出の問題を説明したが、塩類析出の問題は、バッチ式の容器型反応器に限る問題ではなく、連続式の容器型反応器でも、塩類析出の問題は同じである。
【００１５】
更には、チューブ型反応器にも塩類析出による閉塞の問題がある。例えば下水汚泥のようにスラリー状の被処理物を処理する場合、或いは固形物状の被処理物をスラリー化して処理する場合には、チューブ型反応器を採用することが多い。しかし、塩類や微粒子がチューブ型反応器内で析出し、閉塞を起こすおそれが高い。
そこで、チューブ型反応器内の流速を大きくして、塩類や微粒子を付着させないように排出させることが試みられているものの、流速を大きくすると、反応温度域に滞留する時間が短くなり、十分に超臨界水反応を進行させることが難しくなる。十分な反応時間を確保するためにはチューブ型反応器の長さを長くすると、却って塩類や固形物の付着、堆積が生じる上に、チューブ型反応器の製作コストが嵩む。
【００１６】
そこで、塩類の析出し易い被処理液、或いは固形物状の被処理物を超臨界水酸化するのに適した反応器の開発が求められている。
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、これに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、例えば水熱反応のための反応器全般に該当する問題である。
ここで、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。
【００１７】
以上の問題に照らして、本発明の目的は、無機塩が生成し易い被処理液、或いは固形物状の被処理物を処理する際に、閉塞の恐れが少なく、しかも処理流体中の無機塩濃度を低くできる水熱反応器、及びそのような水熱反応器を備えた水熱反応装置を提供することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る水熱反応器（以下、第１の発明と言う）は、水熱反応により被処理物を処理する水熱反応器であって、
内部を水熱反応域とする反応器本体と、
反応器本体の下部に、超臨界水又は亜臨界水、及び必要に応じて酸化剤を供給する供給管と、
反応器本体の上部に管入口を有し、処理流体を管入口から流入させ、導出させる処理流体導出管と、
処理流体導出管の管入口の下方の反応器本体内に設けられ、塩類及び微粒子を付着させる付着手段と
を備えていることを特徴としている。
【００１９】
上記目的を達成するために、本発明に係る別の水熱反応器（以下、第２の発明と言う）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筒状の反応器本体と、反応器本体内に設けられ、内部を水熱反応域とする筒状の反応カートリッジとを備え、反応器本体と反応カートリッジとの間に圧力バランス用流体を送入して、反応器本体内の圧力と反応カートリッジ内の圧力とを所定圧力差に維持する二重筒型反応器として構成され、反応カートリッジ内で水熱反応により被処理物を処理する水熱反応器であって、
反応カートリッジの下部に、超臨界水又は亜臨界水、及び必要に応じて酸化剤を供給する供給管と、
反応カートリッジの上部に管入口を有し、処理流体を管入口から流入させ、導出させる処理流体導出管と、
処理流体導出管の管入口の下方の反応カートリッジ内に設けられ、塩類及び微粒子を付着させる付着手段と
を備えていることを特徴としている。
【００２０】
第１の発明に係る水熱反応器は最も一般的な圧力容器型反応器であり、第２の発明に係る水熱反応器はいわゆる二重筒型の圧力バランス式反応器である。
第１及び第２の発明では、水熱反応で生じた酸を中和することにより生じた塩類、又は被処理物内に元来含まれている微粒子を付着手段に付着させることにより、処理流体中の塩類又は微粒子の濃度を低下させることができる。
付着手段に付着させた塩類、又は微粒子は、熱水、酸もしくはアルカリ水溶液で洗浄して溶解させたり、又は塩類、又は微粒子を付着した付着手段を反応器本体から取り出し、付着手段から塩類、又は微粒子を脱離させることにより、除去することができる。
【００２１】
付着手段は、塩類、又は微粒子を付着させることができる限り制約はなく、例えば気液分離器でミストを分離するミストセパレタとして使用されるワイヤメッシュ等も使用できるが、好適には、付着手段が反応器本体又は反応カートリッジを横断する着脱自在な透液性板状部材であって、透液性板状部材がメッシュ状金網板、目板、板状のフィルタ材、多孔板、及び板状の多孔質部材のいずれか一つ、又はいずれか二つ以上の組合せで構成されている。
また、複数段の着脱自在な透液性板状部材が、付着手段として反応器本体又は反応カートリッジを横断して設けられている。
更には、透液性板状部材の一部に開口部が設けてある。開口部を設けることにより、透液性板状部材が付着した塩類、又は微粒子により目詰まりしていても、反応器本体又は反応カートリッジ内の流体の流れに支障が生じない。
【００２２】
第１及び第２の発明に係る水熱反応器は、液体状の被処理物を連続して水熱反応処理する連続式水熱反応器としても、また固体状の被処理物を水熱反応器に収容し、バッチ式で水熱反応処理するバッチ式水熱反応器としても使用できる。
被処理物が液状物のときには、超臨界水又は亜臨界水、及び必要に応じて酸化剤と共に被処理物を供給管により供給する。
また、固形物状の被処理物をバッチ式で水熱反応処理する際には、通液性が高く、フィルタ機能を有する出し入れ自在の固形物保持カートリッジを備え、有機性有害物を含む固形物を固形物保持カートリッジに収容して付着手段より下方の水熱反応域に保持する。これにより、固形物状の被処理物の収容、被処理物の残渣の取り出しが容易になる。
【００２３】
第１及び第２の発明では、水熱反応域は主として付着手段の下方の領域であって、被処理液は水熱反応域に導入されて水熱反応に与かり、また固形物状の被処理物は水熱反応域に保持されて水熱反応に与かる。
処理流体は、水熱反応、それに続く中和反応により生じた塩類、及び被処理液又は被処理物中に元来存在する微粒子を同伴し、塩類及び微粒子を付着手段に付着させつつ反応器本体内又は反応カートリッジ内を上昇し、管入口から処理流体導出管に入り、処理流体導出管内を流れて外部に流出する。
メッシュ板等の付着手段を多段にかつ隙間を比較的狭く設置することにより、付着効率の高い処理流体流路を確立することができる。
【００２４】
上記目的を達成するために、本発明に係る別の水熱反応器（以下、第３の発明と言う）は、水熱反応により被処理物を処理する水熱反応器であって、
内部を水熱反応域とする反応器本体と、
反応器本体の下部に、超臨界水又は亜臨界水、及び必要に応じて酸化剤を供給する供給管と、
反応器本体の上部に管入口を有し、処理流体を管入口から流入させ、導出させる処理流体導出管と、
反応器本体の側部に設けられ、超臨界水、亜臨界水、及び酸化剤の少なくともいずれかを反応器本体の反応器壁の接線方向に注入して、旋回流を生じさせる旋回流生成手段と
を備えていることを特徴としている。
【００２５】
第３の発明に係る水熱反応器は、塩類又は微粒子を旋回流生成手段により生成させた超臨界水等の旋回流により反応器本体の反応壁の壁面に付着させることができる。例えば、水熱反応処理の最終段階で反応器本体を冷却して塩類及び微粒子の脱離処理を施して水熱反応器内を清浄化するともに脱離した塩類又は微粒子を水熱反応器から外部に排出することができる。
【００２６】
第１及び第２の発明に係る水熱反応器を反応器として設けることにより、塩類及び微粒子により配管や機器が閉塞することがないような水熱反応装置を実現することができ、また、第３の発明に係る水熱反応器を反応器として設けることにより、水熱反応器の反応器壁に付着した塩類及び微粒子の除去が容易な水熱反応装置を実現することができる。
【００２７】
【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１
本実施形態例は反応カートリッジを有する第２の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、及び図２はメッシュ板の平面図である。
本実施形態例の水熱反応器１０は、液状の被処理物、つまり被処理液を水熱反応処理する水熱反応器であって、図１に示すように、反応カートリッジとして設けられた密閉型内筒１４と、内筒１４を収容する上部開放の有底反応器本体１６と、反応器本体１６の上部開口を閉止する反応器蓋体１８とを備え、二重筒型の圧力バランス型反応器として構成されている。
【００２８】
内筒１４は、内部が水熱反応の反応域となる密閉式容器であって、図１に示すように、上部開放で有底の筒体２０と、筒体２０の上部開口を密閉する筒蓋２２とから構成され、筒体２０と筒蓋２２とは、パッキン２４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る。
筒体２０は、下部に設けられた複数本の脚部２６を介して反応器本体１６の底板１６ａに支持されていて、筒体２０の底板２０ａと反応器本体１６の底板１６ａとの間は、流体が自在に流れることができるようになっている。
【００２９】
反応器１０、つまり反応器１０を構成する反応器本体１６及び蓋体１８は、水熱反応を行う内筒１４と空気断熱されているため、水熱反応よりも低温の設計で済み、空気圧力に耐えることができる圧力容器として形成されている。
本実施形態例では、内筒１４内の圧力を反応器本体１６内の圧力Ｐより僅かに低い圧力Ｐ′に維持することにより、内筒１４の設計圧力をＰ−Ｐ′の低い圧力、例えば０．１〜０．３ＭＰａに設定することができる。これにより、高価な耐腐食性金属からなる内筒１４の肉厚を薄くして、内筒１４のコストを低減することができる。
【００３０】
反応器１０を介して外部から反応流体を内筒１４に導入するために、内部導入管２８が、反応器本体１６の底板１６ａの貫通孔３０の内側出口から反応器本体１６内を経て内筒１４の筒体２０の底板２０ａを貫通して、上方に突出している。本実施形態例では、内部導入管２８は、被処理液、超臨界水又は亜臨界水、酸化剤、例えば空気、及び被処理液の水熱反応によって生じる酸を中和するアルカリ水溶液の混合流体を導入する
内部導入管２８の開口端には、分散板３２、例えば衝突板が設けられ、内部導入管２８から導入された混合流体を分散板３２に衝突させて底板２０ａに沿う流れに向きを変えて均一な分散で内筒１４内に導入するようになっている。これにより、従来の二重筒型反応器の反応カートリッジの底部で生じていたような死水域の発生を防止することができる。
【００３１】
また、処理流体を内筒１４から流出させるために、内筒１４の上部に流入口３６ａを有し、内筒１４の底板２０ａを貫通して、反応器本体１６の底板１６ａの貫通孔３４に到る処理流体導出管３６が設けられている。
【００３２】
本実施形態例では、反応器本体１６内の圧力Ｐを内筒１４内の圧力Ｐ′より僅かに高い圧力に維持するために、反応器本体１６内に圧力バランス用の空気を流入させ、流出させている。
圧力バランス用空気の流入口として貫通孔３８が反応器本体１６の底板１６ａに、また圧力バランス用空気の流出口として貫通孔４０が内筒１４の底板２０ａ下方の反応器本体１６の底板１６ａに設けられている。
圧力バランス用空気は、貫通孔３８から流入し、内筒１４の脚部２６を経て反応器本体１６の底板１６ａと内筒１４の底板２０ａとの間の空間に到り、続いて貫通孔４０から外部に流出する。
【００３３】
圧力バランス用空気は、反応器本体１６内の圧力と内筒１４内の圧力を所定圧力差に維持すると共に、反応器本体１６と内筒１４との間に空気断熱層を形成することにより、反応器本体１６の温度が上昇し過ぎないように反応器本体１６を断熱する。
また、経路を流れる間に圧力バランス用空気が加熱され、加熱された圧力バランス用空気が内筒１４の周囲に流入することにより、内筒１４を保温する効果を奏する。
【００３４】
以上の構成により、本実施形態例の内筒１４では、主として内筒１４の下部が水熱反応域として機能する。
内筒１４の上部の処理流体導出管３６の流入口３６ａと水熱反応域との間には、水熱反応域で生成する塩類及び被処理液に元来含まれていた微粒子を付着させる付着手段４２が設けてある。
付着手段４２は、内筒１４を横断し、着脱自在にに設けられた複数段のメッシュ板（金網板）４４が設けている。図２に示すように、メッシュ板４４の一部には、メッシュ板４４が付着した塩類、又は微粒子により目詰まりしても、内筒１４内の流体の流れに支障が生じないように、開口部４６が設けられている。開口部４６は、図１に示すように、内筒１４内で左右交互に配置されている。
【００３５】
以上の構成により、本実施形態例では、被処理液は、超臨界水又は亜臨界水、空気、及びアルカリ水溶液と共に混合流体として内部導入管２８により内筒１４の下部に流入し、水熱反応に与かって塩類を生成させつつ上昇し、複数段のメッシュ板４４からなる付着手段４２を通過する間に生成した塩類及び被処理液に元来含まれている微粒子を付着手段４２に付着させる。
塩類及び微粒子濃度が低下した処理流体は、流入口３６ａから処理流体導出管３６に入り処理流体導出管３６内を流れて貫通孔３４から外部に流出する。
これにより、本実施形態例では、従来の水熱反応器に比べて、塩類及び微粒子濃度の低い処理流体を流出させることができる。
【００３６】
水熱反応処理が終了した後、蓋体１８を取り外して反応器本体１６を開放し、内筒１４を反応器本体１６から取り出し、筒蓋２２を取り外す。
次いで、着脱自在なメッシュ板４４を筒体２０から取り外して、熱水、酸もしくはアルカリ水溶液等で洗浄し、付着した塩類及び微粒子を除去する。続いて、洗浄したメッシュ板４４を筒体２０に装着する。
以上のようにして、メッシュ板４４を繰り返して付着手段４２として使用することができる。
【００３７】
水熱反応器の実施形態例２
本実施形態例は反応カートリッジを有する第２の発明に係る水熱反応器の実施形態の別の例であって、図３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５０は、固形物状の被処理物を水熱反応処理する水熱反応器であって、図３に示すように、内筒１４内に被処理物Ｗを収容した固形物保持カートリッジ５２を備えていること、及び内部導入管２８から内筒１４に導入する混合流体には、被処理液は含まれていないことを除いて、実施形態例１の水熱反応器１０と同じ構成を備えている。
【００３８】
本実施形態例では、被処理物である固形物Ｗを収容するために、内筒１４内に出し入れ自在の固形物保持カートリッジ５２が、内筒１４の水熱反応域、つまり付着手段４２の下方に設けられている。
固形物保持カートリッジ５２は、図３に示すように、円筒形のカートリッジ本体５４と、カートリッジ本体５４の直径より僅かに大きな直径を有し、上方からカートリッジ本体５４を蓋する蓋部５６とから構成されていて、処理される固形物Ｗは、カートリッジ本体５４の底壁に支持されて内部に収容される。
また、通水性を確保し、かつ固形物から生じる微細物を流出させないために、カートリッジ本体５４の筒壁及び底壁、並びに蓋部５６は、フィルタ機能を有する多孔性板、例えばステンレス鋼を原料とする焼結金属板で形成されている。
筒体２０は、底板２０ａから離隔して円環状に設けられた支持部５８を備え、固形物保持カートリッジ５２のカートリッジ本体５４の底部周辺部を支持部５８で支持する。
【００３９】
以上の構成により、本実施形態例では、超臨界水又は亜臨界水、空気、及びアルカリ水溶液は、混合流体として内部導入管２８により内筒１４を経て固形物保持カートリッジ５２に流入し、被処理物Ｗとの水熱反応に与かって塩類を生成する。
次いで、混合流体は、固形物保持カートリッジ５２から上昇し、複数段のメッシュ板４４からなる付着手段４２を通過する間に生成した塩類及び被処理物Ｗに元来含まれ、混合流体に同伴した微粒子を付着手段４２に付着させる。
塩類及び微粒子濃度が低下した処理流体は、流入口３６ａから処理流体導出管３６に入り処理流体導出管３６内を流れて貫通孔３４から外部に流出する。
これにより、本実施形態例では、従来の水熱反応器に比べて、塩類及び微粒子濃度の低い処理流体を流出させることができる。
【００４０】
実施形態例１及び２の水熱反応器１０、５０は、密閉型内筒１４を設けた圧力バランス型水熱反応として構成されているが、密閉型内筒である必要はなく、例えば反応カートリッジの頂部に開口を設け、かつ開口に接続した下方に垂下する導入管を設け、貫通孔３８から流入した圧力バランス用空気を内筒頂部の開口から導入管に流入させて反応カートリッジの下部で流出させ、酸化剤の一部として使用されるようにしても良い。この場合には、貫通孔４０は不要である。
【００４１】
また、実施形態例１及び２の水熱反応器１０、５０は、反応カートリッジを有する第２の発明の実施形態例であって、第１の発明は、圧力バランス手段を有しない、つまり内筒１４とか固形物保持カートリッジ５２を有しない反応器本体１６と蓋体１８からなる反応器を対象にしている。
第１の発明の実施形態例では、直接付着手段４２として反応器本体１６の上部に反応器本体１６を横断する複数枚のメッシュ板４４を設ける。また、貫通孔３８、４０等の圧力バランスに必要な部品、部位は不要であり、内部導入管２８を省いて貫通孔３０の出口に分散板３２を直接設ける。
【００４２】
水熱反応器の実施形態例３
本実施形態例は第３の発明に係る水熱反応器の実施形態の一例であって、図４は本実施形態例の水熱反応器の構成を示す断面図、及び図５は本実施形態例の水熱反応器の構成を示す横断面図である。
本実施形態例の水熱反応器６０は、液状の被処理物、つまり被処理液を水熱反応処理する水熱反応器であって、図４に示すように、付着手段４２に代えて、内筒１４内に旋回流を生成させる旋回流生成手段を備えていることを除いて、実施形態例１の水熱反応器１０と同じ構成を備えている。
【００４３】
旋回流生成手段は、図４及び図５に示すように、超臨界水又は亜臨界水、更には酸化剤、例えば空気の混合流体を内筒１４の筒体２０の接線方向に導入する１本ないし複数本（本実施形態例では２本）の導入管６２を備えている。導入管６２は、図５に示すように、導入管６２の管軸が筒体２０の筒壁の接線方向になるように、筒体２０に取り付けられている。
導入管６２から導入された混合流体は、筒体２０の筒壁に沿って旋回する旋回流を形成しつつ筒壁に塩類及び微粒子を付着させることができる。処理完了後、水熱反応器６０を冷却して塩類及び微粒子を熱水、酸もしくはアルカリ水溶液で洗浄し、付着した塩類及び微粒子を除去する。
【００４４】
以上の構成により、被処理液の水熱反応処理の終了後、水熱反応器６０が水熱反応状態のときに、上述の混合流体を導入管６２から導入することにより、旋回流を生じさせ、筒壁に作用する旋回流の大きな力により、筒壁に塩酸及び微粒子を付着させることにより、処理流体導出管３６が塩酸及び微粒子によって閉塞することがない。
除去された塩類のうち筒体２０の底板２０ａに堆積した塩類は、水熱反応器６０の降温時に水熱反応器６０に亜臨界水を循環させることにより、亜臨界水に溶解して流出することもできる。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　尚、実施形態例３で、内筒１４の周りにリング状の内部加熱器を設けて、内筒１４の壁面温度を高くすることも効果的である。それは、壁面温度が高くなると、無機塩の溶解度が低下するするので、付着し易くなる効果が生じ、処理流体の塩類及び微粒子濃度が低下するからである。
【００４５】
水熱反応装置の実施形態例
本実施形態例の水熱反応装置７０は、上述の実施形態例２の水熱反応器５０を使用し、固形物状の被処理物を水熱反応処理する装置であって、図６に示すように、従来のバッチ式超臨界水反応装置８０の送水管８９と空気供給管９０の合流管を水熱反応器５０の貫通孔３０に、流出管９１を水熱反応器５０の貫通孔３４にそれぞれ接続し、圧力バランス用空気を水熱反応器５０の貫通孔３８に供給し、貫通孔４０から排出することを除いて、基本的には図７に示す従来のバッチ式超臨界水反応装置８０の構成と同じである。
また、圧力バランス用空気を反応器５０に供給する際には、反応器５０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本体１６内の圧力より０．１〜０．３ＭＰａだけ高く維持する。尚、内筒１４を加熱する内部加熱器（図示せず）を反応器５０内に設けることにより、加熱炉８８を省くこともできる。
本実施形態例の水熱反応装置７０は、水熱反応器５０を反応器として用いることにより、塩類及び微粒子濃度の低い処理流体を流出させることができる。
また、反応器５０と熱交換器８７の間に、反応器５０の排出流体を分解することを目的とした第２反応器（図示せず）を組み込むことも可能である。この場合、第２反応器にも、別途、超臨界水、酸化剤，アルカリを供給できる手段を設けることもできる。
【００４６】
【発明の効果】
第１及び第２の発明によれば、塩類及び微粒子を付着させる付着手段を反応器本体又は反応カートリッジ内の水熱反応域の上方に設けることにより、塩類及び微粒子の濃度が低下した処理流体を水熱反応器から流出させることができる。
第３の発明によれば、内筒の筒壁に沿って旋回する旋回流を生じさせる旋回流生成手段を反応器本体に設けることにより、反応器本体の壁面、塩類及び微粒子を付着させ、塩酸及び微粒子の分離を容易にすることができる。
第１及び第２の発明に係る水熱反応器を反応器として設けることにより、塩類及び微粒子の濃度が低下した処理流体を水熱反応器から流出させることができる水熱反応装置を実現し、第３の発明に係る水熱反応器を反応器として設けることにより、水熱反応器の反応器壁に付着した塩類及び微粒子の除去が容易な水熱反応装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態例１の水熱反応器の構成を示す断面図である。
【図２】メッシュ板の平面図である。
【図３】実施形態例２の水熱反応器の構成を示す断面図である。
【図４】実施形態例３の水熱反応器の構成を示す断面図である。
【図５】実施形態例３の水熱反応器の構成を示す横断面図である。
【図６】実施形態例の水熱反応装置の構成を示すフローシートである。
【図７】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。
【符号の説明】
１０　実施形態例のバッチ式水熱反応器
１４　密閉型内筒
１６　反応器本体
１８　蓋体
２０　筒体
２２　筒蓋
２４　パッキン
２６　脚部
３８　内部導入管
３０　貫通孔
３２　分散板
３４　貫通孔
３６　処理流体導出管
３８　貫通孔
４０　貫通孔
４２　付着手段
４４　メッシュ板
４６　開口部
５０　実施形態例２の水熱反応器
５２　固形物保持カートリッジ
５４　カートリッジ本体
５６　蓋部
５８　支持部
６０　実施形態例３の水熱反応器
６２　導入管
７０　実施形態例の水熱反応装置
８０　従来のバッチ式超臨界水反応装置
８１　バッチ式反応器
８２　送水手段
８３　空気圧縮機
８４　目板状の支持板
８５　水タンク
８６　送水ポンプ
８７　熱交換器
８８　加熱炉
８９　送水管
９０　空気供給管
９１　流出管
９２　気液分離器
９３　圧力制御装置
９４　ブースタ・ポンプ
９５　ガス放出管
９６　圧力計
９７　圧力調節弁
９８　ガス濃度計
９９　送水管
１００　温度計

Claims

水熱反応により被処理物を処理する水熱反応器であって、
内部を水熱反応域とする反応器本体と、
反応器本体の下部に、超臨界水又は亜臨界水、及び必要に応じて酸化剤を供給する供給管と、
反応器本体の上部に管入口を有し、処理流体を管入口から流入させ、導出させる処理流体導出管と、
処理流体導出管の管入口の下方の反応器本体内に設けられ、塩類及び微粒子を付着させる付着手段と
を備えていることを特徴とする水熱反応器。
付着手段が反応器本体を横断する着脱自在な透液性板状部材であって、透液性板状部材がメッシュ状金網板、目板、板状のフィルタ材、多孔板、及び板状の多孔質部材のいずれか一つ、又はいずれか二つ以上の組合せで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の水熱反応器。
複数段の着脱自在な透液性板状部材が、付着手段として反応器本体を横断して設けられていることを特徴とする請求項２に記載の水熱反応器。
水熱反応の圧力を保持する圧力容器として形成された筒状の反応器本体と、反応器本体内に設けられ、内部を水熱反応域とする筒状の反応カートリッジとを備え、反応器本体と反応カートリッジとの間に圧力バランス用流体を送入して、反応器本体内の圧力と反応カートリッジ内の圧力とを所定圧力差に維持する二重筒型反応器として構成され、反応カートリッジ内で水熱反応により被処理物を処理する水熱反応器であって、
反応カートリッジの下部に、超臨界水又は亜臨界水、及び必要に応じて酸化剤を供給する供給管と、
反応カートリッジの上部に管入口を有し、処理流体を管入口から流入させ、導出させる処理流体導出管と、
処理流体導出管の管入口の下方の反応カートリッジ内に設けられ、塩類及び微粒子を付着させる付着手段と
を備えていることを特徴とする水熱反応器。
付着手段が反応カートリッジを横断する着脱自在な透液性板状部材であって、透液性板状部材がメッシュ状金網板、目板、板状のフィルタ材、多孔板、及び板状の多孔質部材のいずれか一つ、又はいずれか二つ以上の組合せで構成されていることを特徴とする請求項４に記載の水熱反応器。
複数段の着脱自在な透液性板状部材が、付着手段として反応カートリッジを横断して設けられていることを特徴とする請求項５に記載の水熱反応器。
透液性板状部材の一部に開口部が設けてあることを特徴とする請求項２、３、５、及び６のいずれか１項に記載の水熱反応器。
被処理物が液状物のときには、超臨界水又は亜臨界水、及び必要に応じて酸化剤と共に被処理物を供給管により供給することを特徴とする請求項１から７に記載の水熱反応器。
被処理物が固形物のときには、通液性が高く、フィルタ機能を有する出し入れ自在の固形物保持カートリッジを備え、被処理物を固形物保持カートリッジに収容して付着手段より下方の水熱反応域に保持することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の水熱反応器。
水熱反応により被処理物を処理する水熱反応器であって、
内部を水熱反応域とする反応器本体と、
反応器本体の下部に、超臨界水又は亜臨界水、及び必要に応じて酸化剤を供給する供給管と、
反応器本体の上部に管入口を有し、処理流体を管入口から流入させ、導出させる処理流体導出管と、
反応器本体の側部に設けられ、超臨界水、亜臨界水、及び酸化剤の少なくともいずれかを反応器本体の反応器壁の接線方向に注入して、旋回流を生じさせる旋回流生成手段と
を備えていることを特徴とする水熱反応器。
請求項１から１０のいずれか１項に記載の水熱反応器を備えていることを特徴とする水熱反応装置。