JP2004081932A - Hydrothermal reactor and hydrothermal reaction treatment method - Google Patents

Hydrothermal reactor and hydrothermal reaction treatment method Download PDF

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Hironori Kako
加来 啓憲
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a hydrothermal reactor capable of performing appropriate neutralization when an acid group-containing organic compound which forms an acid is subjected to supercritical hydroxylation decomposition. <P>SOLUTION: The hydrothermal reactor is characterized by being provided with a pH measuring means 38 to measure the pH of a reaction product in a discharge pipe 25 connecting a hydrothermal reaction vessel 13 with a cooler 23, a neutralizer injecting means to inject a neutralizer into the discharge pipe 25, and a neutralizer concentration and/or injection amount controlling means to control the injection rate of the neutralizer injected by the neutralizer injecting means according to the pH measurement measured by the pH measuring means 38. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は水熱反応装置及び水熱反応処理方法に関する。特には、酸を生成する酸基を含む有機化合物を超臨界水酸化分解する際に、適切な中和を行うことのできる、水熱反応装置、及び水熱反応処理方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、水熱反応の応用の一形態として、廃棄物中の有機物等を酸化や加水分解させて廃棄物を処理する方法が注目されている。同方法では、水の超臨界又は亜臨界状態で有機物を含む廃棄物と酸化剤(あるいは水)とを反応させ、廃棄物中の有機物を短時間で、ほぼ完全に分解することができる。
【0003】
水の超臨界状態とは、温度が374℃以上で、圧力が22MPa以上の状態である。亜臨界状態とは、例えば、温度が374℃以上で、圧力が2.5MPa以上22MPa未満の状態、又は、温度が374℃以下で、圧力が22MPa以上の状態、又は温度が374℃以下で、圧力が22MPa未満の状態であって、臨界点に近い高温高圧状態である(特開2002−1088号公報参照)。
【0004】
水熱酸化反応によって廃棄物中の有機物を酸化分解する際は、廃棄物、酸化剤及び水を水熱反応容器内へ供給して反応させる。すると、有機物は酸化分解(あるいは加水分解)され、主に水と二酸化炭素が生じる。そして、生じた反応生成物は、エネルギ回収されるか、又は冷却、減圧された後、気体と液体とに分離される。
【0005】
このような水熱酸化反応においては、被反応物がハロゲン原子、硫黄原子、リン原子等の酸基を含む有機化合物である場合は、超臨界水中で酸化分解を行うと、塩素等のハロゲンイオン、硫酸イオン、リン酸イオン等の酸性イオンが生成し、水熱反応容器内の処理流体のpHが低下することとなる。このように、水熱反応容器内の処理流体のpHが低下すると、水熱反応容器や被処理流体を冷却するための熱交換器等が腐食されてしまう。水熱酸化反応に用いられる水熱反応容器は高温高圧に曝されるため、安全性を考慮し、腐食された熱交換器は交換する必要があるが、交換頻度が高くなるとランニングコストが高くなるという問題がある。
【0006】
このような問題を解消するため、ハロゲン原子、硫黄原子、リン原子等の酸基を含む有機化合物を加圧条件下で熱水で処理、中和した後に水熱酸化処理する方法が提案されている。この方法によれば、中和された被反応物を水熱反応容器に導入することができるが、被反応物が中性であっても、ハロゲン原子、硫黄原子、リン原子等の酸基を含む場合、酸化分解された後に酸性イオンが生成し、この酸性イオンにより熱交換器等が腐食されるという問題がある。
【0007】
上記問題を解決するため、水熱反応容器内で酸化分解され、気液分離された廃液のpHを測定し、測定したpH値によって水熱反応容器内にpH調整剤を添加することのできる水熱反応装置が提案されている。通常は、水熱反応装置において、腐食の観点から液体のpHが問題となるのは、高温高圧の部分であるが、高温高圧流体のpHを測定することができないため、冷却された後に、気液分離された廃液のpHを測定している。
【0008】
この水熱反応装置について、図面を参照しつつ説明する。図7は、従来の水熱反応装置の構成を示す概略構成図である。
図7に示す水熱反応装置70は、水熱反応容器73と、この水熱反応容器73に被処理物、反応助剤、水、空気等の酸化剤を供給する供給系統74と、水熱反応容器73から出る反応生成物を冷却し、気液分離する冷却気液分離系統75とから主に構成されている。
【0009】
水熱反応容器73の入り口には、被処理物である廃液(廃棄物)、反応助剤、水及び空気等の供給管77が接続している。廃液は高圧ポンプ79aによって加圧され、廃液供給管77a、供給管77を通って水熱反応容器73へ供給される。反応助剤は高圧ポンプ79bによって加圧され、反応助剤供給管77b、供給管77を通って水熱反応容器73へ供給される。水は高圧ポンプ79cによって加圧され、水供給管77c、供給管77を通って水熱反応容器73へ供給される。高圧ポンプ79a、79b、79cは、往復動ポンプ等の高圧昇圧可能でかつ容量制御性のあるポンプであって、廃液、反応助剤、水の水熱反応容器73への供給量を調節できるようになっている。
供給管77には、エアコンプレッサ81を備えた空気供給管77dが接続している。酸化剤である空気はエアコンプレッサ81に取り込まれて圧縮され、空気供給管77dから供給管77を通って水熱反応容器73に供給される。
【0010】
水熱反応容器73の出口には、冷却器83を備えた排出管85が接続されている。排出管85の先は気液分離器87に接続されている。水熱反応容器73の出口から排出された反応生成物等は、排出管85を通り冷却器83でほぼ常温に冷却された後、気液分離器87で排ガス(N、CO等)と排液とに分離される。
【0011】
気液分離器87の上端は、減圧弁95を備えた排ガス管93が接続されており、気液分離器87から供給される排ガスは、減圧弁95で大気圧近くの圧力にまで減圧されて排気される。気液分離器87の底には、減圧弁91を備えた排液管89が接続されている。気液分離された排液は、減圧弁91で大気圧近くの圧力にまで減圧されて処理液タンク(図示せず)に送られる。
【0012】
減圧弁91から排出された排液はpHメータ94によってpHが測定され、その結果が薬注ポンプ制御装置(図示せず)に送られる。
一方、排出管85には、中和剤供給管97が接続している。中和剤は高圧ポンプ98bによって加圧され、中和剤供給管97を通って排出管85に供給される。pHメータ94によって測定されたpH値により、薬注ポンプ制御装置が作動するようになっており、pHが中性付近から離れた場合に薬注ポンプ制御装置の作用により、薬注ポンプ98aが作動し、中和剤混和槽92に中和剤原液が送られ、水供給管99を通って供給される水によって適切な濃度に調整された中和剤が高圧ポンプ98bを経て排出管85に供給され、冷却器が酸性になることが防止される。
【0013】
図7に示す水熱反応装置によれば、ハロゲン原子、硫黄原子、リン原子等の酸基を含む有機化合物を処理することによって酸が生成した場合に排出管85内に含まれる反応生成物を中和することにより冷却器83の腐食をある程度は防ぐことができる。しかし、水熱反応容器73から排出された反応生成物が気液分離器87を通って気液分離され、減圧弁91を通ってpHメータ94に到達するまでには時間がかかり、実際の冷却器83内のpHとpHメータ94の測定値との間に差が生じる場合がある。被処理物中の酸基が不均一に存在する場合や、水熱反応処理により生成した酸が塩となり、水熱反応容器73内に堆積し、その塩が不連続に剥がれ落ちる様な場合、反応生成物のpHが一時に変化することになる。
【0014】
その結果、中和剤を添加するタイミングが遅れ、適切な中和がなされず、pHの低い分解液が冷却器83内に流入し、腐食環境の厳しい水の亜臨界条件温度となる冷却器83に甚大な被害を与える場合があった。
このような問題に対し、事前に、酸基を常圧条件下において酸に変化させ中和が完了してから高圧容器に供給する方法も提案されている。しかし、事前の中和処理が難しい廃液には適応できなかった。また、水熱反応容器に余分な無機塩を投入する結果となり、塩が析出しやすい水の超臨界条件にある水熱反応容器内部で、装置材料の腐食や塩の析出による閉塞を助長するという問題があった。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、酸を生成する酸基を含む有機化合物を超臨界水酸化分解する際に、適切な中和を行うことのできる、水熱反応装置、及び水熱反応処理方法を提供することを目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の水熱反応装置は、水熱反応容器と、該水熱反応容器と排出管によって接続され、該水熱反応容器から排出される反応生成物を冷却する冷却器と、上記水熱反応容器と上記冷却器とを接続する排出管内の反応生成物のpHを測定するpH測定手段と、上記水熱反応容器と上記冷却器とを接続する排出管内に中和剤を注入する中和剤注入手段と、上記中和剤注入手段により注入される中和剤濃度及び/又は注入量を、上記pH測定手段により測定されたpH測定値によって制御する中和剤濃度及び/又は注入量制御手段と、を備えることを特徴とする。
【0017】
上記水熱反応装置によれば、水熱反応容器から排出された反応生成物が冷却器内で冷却される前に、そのpHを測定し、その測定値によって反応生成物内に注入される中和剤濃度及び/又は注入量が制御される。そのため、従来の水熱反応装置よりも中和剤注入箇所の近くでpH測定を行うことができ、pH測定から中和剤注入までの時間の遅れが少なくなり、効果的な中和を行うことが可能である。中和剤としては、水酸化ナトリウム等が挙げられるが、これに限定されるものではない。なお、上記pH測定手段は、中和剤が注入される中和剤注入箇所より下流に設けられている。このようにすることにより、反応生成物と中和剤とが十分に混和するので、中和剤注入の効果を測定できるからである。
【0018】
本発明の水熱反応装置においては、上記冷却器が直列に接続される第1の冷却器と第2の冷却器から構成されており、上記第1の冷却器と上記第2の冷却器とを接続する排出管内の反応生成物のpHを測定する少なくとも1の第2のpH測定手段と、上記第1の冷却器と上記第2の冷却器とを接続する排出管内に中和剤を注入する少なくとも1の第2の中和剤注入手段と、上記第2の中和剤注入手段により注入される中和剤濃度及び/又は注入量を、上記第2のpH測定手段により測定されたpH測定値によって制御する少なくとも1の第2の中和剤濃度及び/又は注入量制御手段と、を備えていてもよい。
第2のpH測定手段は、第2の中和剤注入手段より下流に設けられている。このようにすることにより、反応生成物と中和剤とが十分に混和するので、中和剤注入の効果を測定できるからである。
【0019】
上記構成とすることにより、第1の冷却器と第2の冷却器との間を通過する反応生成物のpHを測定し、その測定値によって中和剤濃度及び/又は注入量が制御される。そのため、より細やかなpH制御を行うことが可能となる。
【0020】
本発明の水熱反応装置においては、上記水熱反応容器と上記冷却器とを接続する排出管内の反応生成物の温度が200〜650℃であることが好ましい。上記水熱反応容器と上記冷却器とを接続する排出管内の反応生成物の温度を上記範囲内とすることにより、腐食の激しい亜臨界域における冷却器の腐食を効果的に抑制することができる。
【0021】
本発明の水熱反応処理方法は、水熱反応容器内で有機物を酸化分解反応させ、生成した反応生成物を冷却器内で冷却して排出する水熱反応処理方法であって、上記反応生成物を冷却器内で冷却する前に上記反応生成物のpHを測定し、上記反応生成物のpH測定値によって、中和剤濃度及び/又は注入量を制御しながら上記反応生成物に中和剤を注入することを特徴とする。
【0022】
本発明の水熱反応処理方法は、上記冷却器内で冷却された上記反応生成物を気液分離器で気液分離する前に、上記反応生成物のpHを測定し、上記反応生成物のpH測定値によって、中和剤濃度及び/又は注入量を制御しながら上記反応生成物に中和剤を注入してもよい。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の水熱反応装置について図面を参照しつつ説明する。
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る水熱反応装置10の構成を示す図である。
図1に示す水熱反応装置10は、水熱反応容器13と、この水熱反応容器13に被処理物、反応助剤、水、空気等の酸化剤を供給する供給系統14と、水熱反応容器13から出る反応生成物を冷却し、気液分離する冷却気液分離系統15とから主に構成されている。
【0024】
水熱反応容器13の入り口には、被処理物である廃液(廃棄物)、反応助剤、水及び空気等の供給管17が接続している。廃液は高圧ポンプ19aによって加圧され、廃液供給管17a、供給管17を通って水熱反応容器13へ供給される。反応助剤は高圧ポンプ19bによって加圧され、反応助剤供給管17b、供給管17を通って水熱反応容器13へ供給される。水は高圧ポンプ19cによって加圧され、水供給管17c、供給管17を通って水熱反応容器13へ供給される。高圧ポンプ19a、19b、19cは、往復動ポンプ等の高圧昇圧可能でかつ容量制御性のあるポンプであって、廃液、反応助剤、水の水熱反応容器13への供給量を調節できるようになっている。
【0025】
供給管17には、エアコンプレッサ21を備えた空気供給管17dが接続している。酸化剤である空気はエアコンプレッサ21に取り込まれて圧縮され、空気供給管17dから供給管17を通って水熱反応容器13に供給される。
【0026】
水熱反応容器13の出口には、冷却器23を備えた排出管25が接続されている。排出管25の先は気液分離器27に接続されている。水熱反応容器13の出口から排出された反応生成物等は、排出管25を通り冷却器23でほぼ常温に冷却された後、気液分離器27で排ガス(N、CO等)と排液とに分離される。
【0027】
気液分離器27の上端は、減圧弁35を備えた排ガス管33が接続されており、気液分離器27から供給される排ガスは、減圧弁35で大気圧近くの圧力にまで減圧されて排気される。気液分離器27の底には、減圧弁31を備えた排液管29が接続されている。気液分離された廃液は、減圧弁31で大気圧近くの圧力にまで減圧されて処理液タンク(図示せず)に送られる。
【0028】
水熱反応容器13と冷却器23とを接続する排出管25は水熱反応容器13の直後で分岐しており、pHメータ38を備えたpH測定用試料排出管34に接続している。pH測定用試料排出管34を通った反応生成物は冷却器36によって冷却され、減圧弁37で大気圧近くの圧力にまで減圧され、pHメータ38によってpHが測定される。pHメータ38によって測定されたpH値は薬注ポンプ制御装置(図示せず)に送られる。
【0029】
pH測定用試料排出管34は、排出管25と比べ、断面積が小さくなされている。従って、排出管25からpH測定用試料排出管34に送られる反応生成物は極めて少量であり、そのため冷却器35で冷却されるpH測定用試料(反応生成物)は微量であり冷却に要する時間は、冷却器23で冷却される時間よりも短い。また、図7に示した水熱反応装置と比べ、図1の装置においては、pHメータ38に試料が送付されるまでに冷却器23、気液分離器27等を通らないので、物理的な距離も短くなる。そのため、pHメータ38にpH測定用試料が到達するまでの時間は短くなる。
【0030】
pHメータ38でpHを測定した反応生成物は、排出管39を通って排液管29と合流し、処理液タンク(図示せず)に送られる。なお、pHメータ38でpHを測定された反応生成物は気液分離されていない。上述したように試料が微量であるため、気液分離器の設置は特に必要でないが、状況に応じて設置してもよい。
【0031】
一方、排出管25には、中和剤供給管40が接続している。中和剤は高圧ポンプ41bによって加圧され、中和剤供給管40を通って排出管25に供給される。pHメータ38によって測定されたpH値により、薬注ポンプ制御装置が作動するようになっており、pHが中性付近から離れた場合に薬注ポンプ制御装置の作用により、薬注ポンプ41aが作動し、中和剤混和槽42に中和剤原液が送られ、水供給管49を通って供給される水によって適切な濃度に調整された中和剤が高圧ポンプ41bを経て排出管85に供給される。なお、適切な濃度はpHメータ38によって測定されたpH値によって制御可能になっている。すなわち、pHの変動が激しい場合には中和剤の濃度を高くすることができ、pHの変動が緩やかな場合には中和剤の濃度を低くすることができる。中和剤の注入箇所は、中和剤と反応生成物とが十分に混和できる配管距離だけ、pH測定用試料排出管34より上流に設けてある。
【0032】
図1に示す水熱反応装置10は、水熱反応容器13から排出された反応生成物が冷却器23で冷却される前にpHが測定され、その測定値によって反応生成物内に中和剤が注入される。そのため、従来の水熱反応装置よりも中和剤注入箇所の近くでpH測定をすることが可能である。また、pHメータ33に送られる試料は微量であり、冷却に時間を要しないことから、pH測定から中和剤注入までの時間の遅れが少なくなり、効果的な中和が可能である。
図1に示す水熱反応装置10においては、中和剤の濃度と注入量を制御することができるが、本発明の水熱反応装置においては、中和剤の濃度のみ、又は注入量のみを制御してもよい。
【0033】
次に、本発明の第2の実施の形態に係る水熱反応装置について図面を参照しつつ説明する。図4は、本発明の第2の実施の形態に係る水熱反応装置20の構成を示す図である。図4に示す水熱反応装置は、基本的な構成は図1に示す水熱反応装置とほぼ同様である。図4に示す構成部品のうち、図1と同じものには同じ符号を付し、その説明を省略する。
【0034】
図4に示す水熱反応装置においては、冷却器23と気液分離器27との間に冷却器45が設けられている。冷却器23でほぼ常温に冷却された反応生成物が冷却器45を通り、再度冷却された後、気液分離分離器27で排ガスと排液とに分離される。排出管25は冷却器45の上流で分岐しており、pHメータ43を備えたpH測定用試料排出管44に接続している。pH測定用試料排出管44を通った反応生成物は冷却器48によって冷却され、減圧弁46で大気圧近くの圧力にまで減圧され、pHメータ43によってpHが測定される。pHメータ43によって測定されたpH値は薬注ポンプ制御装置(図示せず)に送られる。
【0035】
pH測定用試料排出管44は、pH測定用試料排出管34と同様に断面積が小さくなされており、従って排出管25からpH測定用試料排出管44に送られる反応生成物は微量である。
pHメータ43でpHを測定した反応生成物は、排出管47を通って排液管29と合流し、処理液タンク(図示せず)に送られる。なお、pHメータ43でpHを測定された反応生成物は気液分離されていないが、この理由は上述した通りである。
【0036】
また、排出管25には、冷却器23と冷却器45との間に中和剤供給管50が接続している。中和剤の注入箇所は、中和剤と反応生成物とが十分に混和できる配管距離だけ、上記pH測定用試料排出管44より上流に設けられてある。中和剤は高圧ポンプ51bによって加圧され、中和剤供給管50を通って排出管25に供給される。pHメータ43によって測定されたpH値により、薬注ポンプ制御装置が作動するようになっており、pHが中性付近から離れた場合に薬注ポンプ制御装置の作用により、薬注ポンプ51aが作動し、中和剤混和槽52に中和剤原液が送られ、水供給管59を通って供給される水によって適切な濃度に調整された中和剤が高圧ポンプ51bを経て排出管85に供給される。
【0037】
図4に示す水熱反応装置20は、図1に示す水熱反応装置と同様、水熱反応容器13から排出された反応生成物が冷却器23で冷却される前にpHが測定され、その測定値によって反応生成物内に中和剤が注入されると共に、冷却途中の反応生成物のpHを再度測定し、そのpH測定値によって中和剤の注入を制御するようになっている。このようになされていることにより、水熱反応装置内の、より細やかなpH制御を行うことができる。
【0038】
例えば中和剤供給管40より注入される中和剤として濃度の低いものを用いることにより、反応生成物のpHが急激に変化した場合にも中和剤を急激に注入しないようにできる。例えばpHが一時的に強酸性になり、その直後にほぼ中性に戻るような場合に、濃度の高い中和剤(アルカリ性)を注入すると、冷却器が強アルカリに曝されることになり、冷却器が腐食されてしまう。これは、濃度の低い中和剤を用いることにより防止できる。一方、中和剤供給管50から注入される中和剤として濃度の高いものを用いると、中和剤供給管40から中和剤を注入しても中和することができない場合にのみ中和剤が中和剤供給管50から注入されることとなり、水熱反応装置内のpHの制御を細やかに行うことができる。
【0039】
以下、本発明を実施例により更に詳細に説明する。なお、本発明の範囲は、かかる実施例に限定されないことはいうまでもない。
実施例1
図1に示す水熱反応装置を用い、廃棄物のpHを経時的に変化させて水熱反応容器13内に供給して水熱酸化反応を行い、反応容器13の直後、冷却器23の内部、及び処理液(気液分離後の排液)のpHを測定した。廃棄物のpHを、緩やかに変動させる場合(反応容器直後の反応生成物のpHが4程度まで変化する場合)、及び激しく変動させる場合(反応容器直後の反応生成物のpHが2程度まで変化する場合)について測定を行った。なお、中和剤としては水酸化ナトリウム溶液を用いた。
【0040】
結果を図2及び図3に示す。図2は、図1に示す本発明の水熱反応装置を用いて、廃棄物のpHを緩やかに変化させて水熱反応容器13内に供給して水熱酸化反応を行った際の、各部位における反応生成物のpHを測定した結果を示すグラフである。
図2及び図3において横軸は時間、縦軸はpHを示す(以下、図5、図6、図8及び図9において同様である。)。図2に示すように、水熱反応容器13の直後(図2において▲1▼で示す)のpHは約4まで上昇するが、冷却器23の内部(図2において▲2▼で示す)のpHの変動はわずかであり、処理液(図2において▲3▼で示す)のpHの変動はわずかであった。
【0041】
また、図3は図1に示す本発明の水熱反応装置を用いて、廃棄物のpHを激しく変化させて水熱反応容器13内に供給して水熱酸化反応を行った際の、各部位における反応生成物のpHを測定した結果を示すグラフである。図3に示すように、水熱反応容器13の直後のpHは約2まで上昇するが、冷却器23内部及び処理液のpHの変動は6程度までであり、廃棄物のpHを激しく変化させた場合であっても、冷却器23及び処理液のpHの変化はわずかであった。
【0042】
実施例2
図4に示す水熱反応装置を用いた以外は実施例1と同様に試験を行った。本実施例においては、冷却器23内部のpHについて前半部分及び後半部分のpHを測定した。結果を図5及び図6に示す。図5は、図4に示す本発明の水熱反応装置を用いて、廃棄物のpHを緩やかに変化させて水熱反応容器13内に供給して水熱酸化反応を行った際の、各部位における反応生成物のpHを測定した結果を示すグラフである。
図5に示すように、水熱反応容器13の直後(図5において▲1▼で示す)のpHは約4まで上昇するが、冷却器23の内部の前半部分(図5において▲2▼で示す)、冷却器23の内部の後半部分(図5において▲2▼’で示す)のpHの変動はわずかであり、処理液(図5において▲3▼で示す)のpHの変動はわずかであった。
【0043】
また、図6は図5に示す本発明の水熱反応装置を用いて、廃棄物のpHを激しく変化させて水熱反応容器13内に供給して水熱酸化反応を行った際の、各部位における反応生成物のpHを測定した結果である。図6に示すように、水熱反応容器13の直後のpHは約2まで上昇するが、冷却器23内部及び処理液のpHの変動は6程度までであり、廃棄物のpHを激しく変化させた場合であっても、冷却器23及び処理液のpHの変化はわずかであった。
【0044】
比較例1
図7に示す水熱反応装置を用いた以外は実施例1と同様に試験を行った。結果を図8及び図9に示す。図8は、図7に示す本発明の水熱反応装置を用いて、廃棄物のpHを緩やかに変化させて水熱反応容器13内に供給して水熱酸化反応を行った際の、各部位における反応生成物のpHを測定した結果を示すグラフである。
図8に示すように、水熱反応容器13の直後(図7において▲1▼で示す)のpHは約4まで上昇し、冷却器23の内部(図7において▲2▼で示す)、処理液(図7において▲3▼で示す)のpHも、水熱反応容器13の直後と同様に変化した。また、水熱反応容器13の直後が強酸性になると、中和剤が大量に注入され、冷却器23の内部及び処理液のpHがその後に強アルカリになった。
【0045】
また、図9は図7に示す本発明の水熱反応装置を用いて、廃棄物のpHを激しく変化させて水熱反応容器13内に供給して水熱酸化反応を行った際の、各部位における反応生成物のpHを測定した結果を示すグラフである。図9に示すように、水熱反応容器13の直後のpHは約2まで上昇し、冷却器23の内部(図9において▲2▼で示す)、処理液(図9において▲3▼で示す)のpHも、水熱反応容器13の直後と同様に変化した。また、水熱反応容器13の直後が強酸性になると、中和剤が大量に注入され、冷却器23の内部及び処理液のpHがその後に強アルカリになった。
【0046】
上記結果から明らかなように、従来の水熱反応装置(図7)においては、処理液(排液)のpHを測定し、その測定値に基づいて中和剤を注入していたため、中和剤を添加するタイミングが遅れ、適切な中和がなされていないが、本発明の水熱反応装置(図1及び図4)においては、反応生成物が冷却される前にpHを測定し、その測定値に基づいて中和剤を注入するので、効果的な中和を行うことができる。
【0047】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の水熱反応装置によれば、酸を生成する酸基を含む有機化合物を超臨界水酸化分解する際に、水熱反応容器から排出された反応生成物のpHを冷却される前に測定することができ、その測定値に基づいて中和剤を注入することができ、効果的な中和を行うことができる。
本発明の水熱反応処理方法によれば、酸を生成する酸基を含む有機化合物を超臨界水熱酸化分解する際に、水熱反応容器から排出された反応生成物のpHを冷却される前に測定することができ、その測定値に基づいて中和剤を注入することができ、効果的な中和を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の水熱反応装置の構成を示す図である。
【図2】本発明の水熱反応装置を用いて、廃棄物のpHを緩やかに変化させて水熱反応容器内に供給して水熱酸化反応を行った際の、各部位における反応生成物のpHを測定した結果を示すグラフである。
【図3】本発明の水熱反応装置を用いて、廃棄物のpHを激しく変化させて水熱反応容器内に供給して水熱酸化反応を行った際の、各部位における反応生成物のpHを測定した結果を示すグラフである。
【図4】本発明の水熱反応装置の構成を示す図である。
【図5】本発明の水熱反応装置を用いて、廃棄物のpHを緩やかに変化させて水熱反応容器内に供給して水熱酸化反応を行った際の、各部位における反応生成物のpHを測定した結果を示すグラフである。
【図6】本発明の水熱反応装置を用いて、廃棄物のpHを激しく変化させて水熱反応容器内に供給して水熱酸化反応を行った際の、各部位における反応生成物のpHを測定した結果を示すグラフである。
【図7】従来の水熱反応装置の構成を示す概略構成図である。
【図8】従来の水熱反応装置を用いて、廃棄物のpHを緩やかに変化させて水熱反応容器内に供給して水熱酸化反応を行った際の、各部位における反応生成物のpHを測定した結果を示すグラフである。
【図9】従来の水熱反応装置を用いて、廃棄物のpHを激しく変化させて水熱反応容器内に供給して水熱酸化反応を行った際の、各部位における反応生成物のpHを測定した結果を示すグラフである。
【符号の説明】
10 水熱反応装置          13 水熱反応容器
14 供給系統            15 気液分離系統
17 供給管             17a 廃液供給管
17b 反応助剤供給管        19c 高圧ポンプ
17c 水供給管           17d 空気供給管
19a 高圧ポンプ          19b 高圧ポンプ
20 水熱反応装置          21 エアコンプレッサ
23 冷却器             25 排出管
27 気液分離器           35 減圧弁
29 排液管             31 減圧弁
33 排ガス管            38 pHメータ
34 pH測定用試料排出管      36 冷却器
37 減圧弁             39 排出管
39 中和剤供給管          41a 薬注ポンプ
41b 高圧ポンプ          42 中和剤混和槽
43 pHメータ           44 pH測定用試料排出管
45 冷却器             46 減圧弁
49 水供給管            50 中和剤供給管
51a 薬注ポンプ          51b 高圧ポンプ
52 中和剤混和槽          59 水供給管
70 水熱反応装置          73 水熱反応容器
74 供給系統            75 気液分離系統
77 供給管             77a 廃液供給管
77b 反応助剤供給管        77c 水供給管
79a 高圧ポンプ          79b 高圧ポンプ
79c 高圧ポンプ          77d 空気供給管
81 エアコンプレッサ        83 冷却器
85 排出管             87 気液分離器
89 排液管             91 減圧弁
92 中和剤混和槽          93 排ガス管
94 pHメータ           95 排液管
95 減圧弁             97 中和剤供給管
98a 薬注ポンプ          98b 高圧ポンプ
99 水供給管
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a hydrothermal reaction device and a hydrothermal treatment method. In particular, the present invention relates to a hydrothermal reaction apparatus and a hydrothermal reaction treatment method capable of performing appropriate neutralization when performing supercritical hydroxylation decomposition of an organic compound containing an acid group that generates an acid.
[0002]
[Prior art]
In recent years, as one form of application of hydrothermal reaction, a method of treating waste by oxidizing or hydrolyzing organic substances and the like in the waste has attracted attention. In this method, the waste containing organic matter is reacted with the oxidizing agent (or water) in a supercritical or subcritical state of water, and the organic matter in the waste can be almost completely decomposed in a short time.
[0003]
The supercritical state of water is a state in which the temperature is 374 ° C. or higher and the pressure is 22 MPa or higher. The subcritical state is, for example, at a temperature of 374 ° C. or more and a pressure of 2.5 MPa or more and less than 22 MPa, or at a temperature of 374 ° C. or less and a pressure of 22 MPa or more, or at a temperature of 374 ° C. or less, The pressure is less than 22 MPa, which is a high-temperature and high-pressure state close to the critical point (see JP-A-2002-1088).
[0004]
When oxidatively decomposing organic substances in waste by a hydrothermal oxidation reaction, waste, an oxidizing agent, and water are supplied into a hydrothermal reaction vessel and reacted. Then, the organic matter is oxidatively decomposed (or hydrolyzed), and mainly water and carbon dioxide are generated. The generated reaction product is separated into gas and liquid after energy recovery or cooling and decompression.
[0005]
In such a hydrothermal oxidation reaction, when the reactant is an organic compound containing an acid group such as a halogen atom, a sulfur atom, and a phosphorus atom, when oxidative decomposition is performed in supercritical water, halogen ions such as chlorine As a result, acidic ions such as sulfate ions and phosphate ions are generated, and the pH of the processing fluid in the hydrothermal reaction vessel decreases. As described above, when the pH of the processing fluid in the hydrothermal reaction vessel decreases, the heat exchanger for cooling the hydrothermal reaction vessel, the fluid to be treated, and the like are corroded. Since the hydrothermal reactor used for the hydrothermal oxidation reaction is exposed to high temperature and high pressure, it is necessary to replace the corroded heat exchanger in consideration of safety, but the higher the frequency of replacement, the higher the running cost There is a problem.
[0006]
In order to solve such a problem, a method has been proposed in which an organic compound containing an acid group such as a halogen atom, a sulfur atom, and a phosphorus atom is treated with hot water under pressure, neutralized, and then subjected to hydrothermal oxidation. I have. According to this method, the neutralized reactant can be introduced into the hydrothermal reaction vessel. However, even if the reactant is neutral, acid groups such as a halogen atom, a sulfur atom, and a phosphorus atom are removed. In the case of containing, there is a problem that acid ions are generated after being oxidatively decomposed, and the acid ions corrode the heat exchanger and the like.
[0007]
In order to solve the above problem, the pH of a waste liquid which is oxidized and decomposed and separated into gas and liquid in a hydrothermal reaction vessel is measured, and water capable of adding a pH adjuster to the hydrothermal reaction vessel according to the measured pH value. Thermal reactors have been proposed. Usually, in a hydrothermal reactor, the pH of the liquid is problematic from the viewpoint of corrosion in a high-temperature and high-pressure part, but since the pH of the high-temperature and high-pressure fluid cannot be measured, the liquid is cooled and then cooled. The pH of the waste liquid separated is measured.
[0008]
This hydrothermal reactor will be described with reference to the drawings. FIG. 7 is a schematic configuration diagram showing a configuration of a conventional hydrothermal reactor.
A hydrothermal reactor 70 shown in FIG. 7 includes a hydrothermal reactor 73, a supply system 74 for supplying an oxidizing agent such as an object to be processed, a reaction aid, water, and air to the hydrothermal reactor 73, It mainly comprises a cooling gas-liquid separation system 75 for cooling the reaction product coming out of the reaction vessel 73 and gas-liquid separation.
[0009]
A supply pipe 77 for a waste liquid (waste) to be treated, a reaction aid, water, air, and the like is connected to an inlet of the hydrothermal reaction vessel 73. The waste liquid is pressurized by the high-pressure pump 79a and supplied to the hydrothermal reaction vessel 73 through the waste liquid supply pipe 77a and the supply pipe 77. The reaction aid is pressurized by a high-pressure pump 79b and supplied to the hydrothermal reaction vessel 73 through the reaction aid supply pipe 77b and the supply pipe 77. The water is pressurized by the high-pressure pump 79c and supplied to the hydrothermal reaction vessel 73 through the water supply pipe 77c and the supply pipe 77. The high-pressure pumps 79a, 79b, 79c are high-pressure boostable and capacity-controllable pumps such as reciprocating pumps, and can adjust the supply amounts of waste liquid, reaction aid, and water to the hydrothermal reaction vessel 73. It has become.
An air supply pipe 77d including an air compressor 81 is connected to the supply pipe 77. The air as the oxidant is taken into the air compressor 81 and compressed, and is supplied from the air supply pipe 77d to the hydrothermal reaction vessel 73 through the supply pipe 77.
[0010]
An outlet pipe 85 provided with a cooler 83 is connected to the outlet of the hydrothermal reaction vessel 73. The end of the discharge pipe 85 is connected to a gas-liquid separator 87. The reaction products and the like discharged from the outlet of the hydrothermal reaction vessel 73 pass through the discharge pipe 85, are cooled to almost normal temperature by the cooler 83, and then exhausted by the gas-liquid separator 87 (N2, CO2Etc.) and drainage.
[0011]
An exhaust gas pipe 93 having a pressure reducing valve 95 is connected to the upper end of the gas-liquid separator 87, and the exhaust gas supplied from the gas-liquid separator 87 is reduced to a pressure close to the atmospheric pressure by the pressure reducing valve 95. Exhausted. A drain pipe 89 provided with a pressure reducing valve 91 is connected to the bottom of the gas-liquid separator 87. The waste liquid from which gas-liquid separation has been performed is reduced to a pressure close to the atmospheric pressure by a pressure reducing valve 91 and sent to a processing liquid tank (not shown).
[0012]
The pH of the discharged liquid discharged from the pressure reducing valve 91 is measured by a pH meter 94, and the result is sent to a chemical injection pump control device (not shown).
On the other hand, a neutralizing agent supply pipe 97 is connected to the discharge pipe 85. The neutralizing agent is pressurized by the high-pressure pump 98 b and supplied to the discharge pipe 85 through the neutralizing agent supply pipe 97. The chemical pump control device operates according to the pH value measured by the pH meter 94, and the chemical pump control device operates the chemical pump 98a when the pH deviates from near neutral. Then, the neutralizer stock solution is sent to the neutralizer mixing tank 92, and the neutralizer adjusted to an appropriate concentration by water supplied through the water supply pipe 99 is supplied to the discharge pipe 85 via the high-pressure pump 98 b. This prevents the cooler from becoming acidic.
[0013]
According to the hydrothermal reactor shown in FIG. 7, when an acid is generated by treating an organic compound containing an acid group such as a halogen atom, a sulfur atom, and a phosphorus atom, the reaction product contained in the discharge pipe 85 is removed. By neutralizing, the corrosion of the cooler 83 can be prevented to some extent. However, it takes time for the reaction product discharged from the hydrothermal reaction vessel 73 to be gas-liquid separated through the gas-liquid separator 87 and to reach the pH meter 94 through the pressure reducing valve 91, and the actual cooling takes place. There may be a difference between the pH in the vessel 83 and the value measured by the pH meter 94. When the acid groups in the object to be treated are non-uniform, or when the acid generated by the hydrothermal reaction becomes a salt, deposits in the hydrothermal reaction vessel 73, and the salt peels off discontinuously, The pH of the reaction product will change at one time.
[0014]
As a result, the timing of adding the neutralizing agent is delayed, the neutralization is not properly performed, and the decomposed liquid having a low pH flows into the cooler 83, and the temperature of the cooler 83 becomes lower than the critical temperature of the corrosive environment. In some cases, the damage was serious.
To cope with such a problem, there has been proposed a method in which an acid group is previously converted to an acid under normal pressure conditions and neutralization is completed before supplying the acid group to a high-pressure container. However, it could not be applied to a waste liquid which was difficult to neutralize in advance. In addition, this results in the addition of extra inorganic salt to the hydrothermal reactor, which promotes corrosion of equipment materials and blockage due to salt precipitation inside the hydrothermal reactor under supercritical conditions of water where salt easily precipitates. There was a problem.
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above problems, and when performing supercritical hydroxylation decomposition of an organic compound containing an acid group that generates an acid, a hydrothermal reaction capable of appropriately performing neutralization. It is an object to provide an apparatus and a hydrothermal reaction treatment method.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, a hydrothermal reactor of the present invention is connected to a hydrothermal reactor and a cooling pipe that is connected to the hydrothermal reactor by a discharge pipe and cools a reaction product discharged from the hydrothermal reactor. , A pH measuring means for measuring the pH of a reaction product in a discharge pipe connecting the hydrothermal reaction vessel and the cooler, and a neutralizing means in a discharge pipe connecting the hydrothermal reaction vessel and the cooler. A neutralizing agent injecting means for injecting the agent, and a neutralizing agent concentration for controlling the concentration and / or the amount of the neutralizing agent injected by the neutralizing agent injecting means by the pH measurement value measured by the pH measuring means. And / or injection amount control means.
[0017]
According to the above-described hydrothermal reactor, before the reaction product discharged from the hydrothermal reaction vessel is cooled in the cooler, its pH is measured, and the pH is measured and the reaction product is injected into the reaction product according to the measured value. The sump concentration and / or injection volume is controlled. Therefore, the pH can be measured closer to the neutralizing agent injection point than in the conventional hydrothermal reactor, and the time delay from the pH measurement to the neutralizing agent injection is reduced, and effective neutralization is performed. Is possible. Examples of the neutralizing agent include sodium hydroxide and the like, but are not limited thereto. The pH measuring means is provided downstream of the neutralizing agent injection point where the neutralizing agent is injected. By doing so, the reaction product and the neutralizing agent are sufficiently mixed, so that the effect of the injection of the neutralizing agent can be measured.
[0018]
In the hydrothermal reactor of the present invention, the cooler includes a first cooler and a second cooler connected in series, and the first cooler, the second cooler, And at least one second pH measuring means for measuring the pH of the reaction product in the discharge pipe connecting the first cooler and the neutralizer is injected into the discharge pipe connecting the first cooler and the second cooler. At least one second neutralizing agent injecting means, and measuring the concentration and / or the amount of the neutralizing agent injected by the second neutralizing agent injecting means with the pH measured by the second pH measuring means. At least one second neutralizing agent concentration and / or injection volume control means controlled by the measured value.
The second pH measuring means is provided downstream of the second neutralizing agent injecting means. By doing so, the reaction product and the neutralizing agent are sufficiently mixed, so that the effect of the injection of the neutralizing agent can be measured.
[0019]
With the above configuration, the pH of the reaction product passing between the first cooler and the second cooler is measured, and the measured value controls the neutralizing agent concentration and / or the injection amount. . Therefore, finer pH control can be performed.
[0020]
In the hydrothermal reactor of the present invention, the temperature of the reaction product in the discharge pipe connecting the hydrothermal reactor and the cooler is preferably 200 to 650 ° C. By setting the temperature of the reaction product in the discharge pipe connecting the hydrothermal reaction vessel and the cooler within the above range, the corrosion of the cooler in a subcritical region where corrosion is severe can be effectively suppressed. .
[0021]
The hydrothermal reaction treatment method of the present invention is a hydrothermal reaction treatment method in which an organic substance is oxidatively decomposed in a hydrothermal reaction vessel, and a generated reaction product is cooled and discharged in a cooler. Before cooling the product in the cooler, the pH of the reaction product is measured, and the pH of the reaction product is measured to neutralize the reaction product while controlling the neutralizing agent concentration and / or the injection amount. It is characterized by injecting an agent.
[0022]
The hydrothermal reaction method of the present invention measures the pH of the reaction product before gas-liquid separation of the reaction product cooled in the cooler by a gas-liquid separator, and measures the pH of the reaction product. The neutralizing agent may be injected into the reaction product while controlling the neutralizing agent concentration and / or the injection amount according to the measured pH value.
[0023]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the hydrothermal reactor of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a hydrothermal reactor 10 according to a first embodiment of the present invention.
A hydrothermal reactor 10 shown in FIG. 1 includes a hydrothermal reactor 13, a supply system 14 for supplying an oxidizing agent such as an object to be processed, a reaction aid, water, and air to the hydrothermal reactor 13, It mainly comprises a cooling gas-liquid separation system 15 that cools the reaction product coming out of the reaction vessel 13 and separates it into gas and liquid.
[0024]
A supply pipe 17 for a waste liquid (waste), a reaction aid, water, air, and the like, which is an object to be treated, is connected to an entrance of the hydrothermal reaction vessel 13. The waste liquid is pressurized by the high-pressure pump 19a and supplied to the hydrothermal reaction vessel 13 through the waste liquid supply pipe 17a and the supply pipe 17. The reaction aid is pressurized by a high-pressure pump 19b and supplied to the hydrothermal reaction vessel 13 through the reaction aid supply pipe 17b and the supply pipe 17. The water is pressurized by the high-pressure pump 19c and supplied to the hydrothermal reaction vessel 13 through the water supply pipe 17c and the supply pipe 17. The high-pressure pumps 19a, 19b, and 19c are high-pressure boostable and capacity-controllable pumps such as reciprocating pumps, and can adjust the supply amounts of waste liquid, reaction aid, and water to the hydrothermal reaction vessel 13. It has become.
[0025]
An air supply pipe 17d including an air compressor 21 is connected to the supply pipe 17. The air as the oxidant is taken into the air compressor 21 and compressed, and is supplied from the air supply pipe 17d to the hydrothermal reaction vessel 13 through the supply pipe 17.
[0026]
An outlet pipe 25 having a cooler 23 is connected to the outlet of the hydrothermal reaction vessel 13. The end of the discharge pipe 25 is connected to a gas-liquid separator 27. The reaction products and the like discharged from the outlet of the hydrothermal reaction vessel 13 pass through the discharge pipe 25, are cooled to almost normal temperature by the cooler 23, and then are exhausted (N) by the gas-liquid separator 27.2, CO2Etc.) and drainage.
[0027]
An exhaust gas pipe 33 provided with a pressure reducing valve 35 is connected to the upper end of the gas-liquid separator 27. The exhaust gas supplied from the gas-liquid separator 27 is reduced to a pressure close to the atmospheric pressure by the pressure reducing valve 35. Exhausted. A drain pipe 29 having a pressure reducing valve 31 is connected to the bottom of the gas-liquid separator 27. The waste liquid from which gas-liquid separation has been performed is reduced in pressure to a pressure close to the atmospheric pressure by a pressure reducing valve 31 and sent to a processing liquid tank (not shown).
[0028]
A discharge pipe 25 connecting the hydrothermal reaction vessel 13 and the cooler 23 branches off immediately after the hydrothermal reaction vessel 13 and is connected to a pH measurement sample discharge pipe 34 having a pH meter 38. The reaction product that has passed through the pH measurement sample discharge pipe 34 is cooled by the cooler 36, depressurized to near atmospheric pressure by the pressure reducing valve 37, and the pH is measured by the pH meter 38. The pH value measured by the pH meter 38 is sent to a drug injection pump control device (not shown).
[0029]
The sample discharge pipe 34 for pH measurement has a smaller cross-sectional area than the discharge pipe 25. Therefore, the amount of the reaction product sent from the discharge pipe 25 to the pH measurement sample discharge pipe 34 is extremely small, and therefore the pH measurement sample (reaction product) cooled by the cooler 35 is very small, and the time required for cooling is small. Is shorter than the time for cooling by the cooler 23. Further, unlike the hydrothermal reactor shown in FIG. 7, in the apparatus shown in FIG. 1, since the sample does not pass through the cooler 23, the gas-liquid separator 27, etc. until the sample is sent to the pH meter 38, the apparatus shown in FIG. The distance becomes shorter. Therefore, the time required for the pH measurement sample to reach the pH meter 38 is shortened.
[0030]
The reaction product whose pH has been measured by the pH meter 38 passes through the discharge pipe 39 and joins the drain pipe 29, and is sent to a processing liquid tank (not shown). The reaction product whose pH was measured by the pH meter 38 was not separated into gas and liquid. As described above, since the amount of the sample is very small, it is not particularly necessary to install the gas-liquid separator, but it may be installed depending on the situation.
[0031]
On the other hand, a neutralizing agent supply pipe 40 is connected to the discharge pipe 25. The neutralizing agent is pressurized by the high-pressure pump 41b and supplied to the discharge pipe 25 through the neutralizing agent supply pipe 40. The chemical pump control device operates according to the pH value measured by the pH meter 38, and the chemical pump control device activates the chemical pump 41a when the pH deviates from near neutral. Then, the neutralizer stock solution is sent to the neutralizer mixing tank 42, and the neutralizer adjusted to an appropriate concentration by water supplied through the water supply pipe 49 is supplied to the discharge pipe 85 via the high-pressure pump 41 b. Is done. The appropriate concentration can be controlled by the pH value measured by the pH meter 38. That is, the concentration of the neutralizing agent can be increased when the fluctuation of the pH is severe, and the concentration of the neutralizing agent can be lowered when the fluctuation of the pH is gentle. The injection point of the neutralizing agent is provided upstream of the pH measurement sample discharge pipe 34 by a pipe distance that allows the neutralizing agent and the reaction product to be sufficiently mixed.
[0032]
In the hydrothermal reactor 10 shown in FIG. 1, the pH is measured before the reaction product discharged from the hydrothermal reaction vessel 13 is cooled by the cooler 23, and the neutralized agent is contained in the reaction product based on the measured value. Is injected. Therefore, the pH can be measured closer to the neutralizing agent injection point than in a conventional hydrothermal reactor. Further, since the amount of the sample sent to the pH meter 33 is very small and does not require a long time for cooling, the time delay from the pH measurement to the injection of the neutralizing agent is reduced, and effective neutralization is possible.
In the hydrothermal reactor 10 shown in FIG. 1, the concentration and the injection amount of the neutralizing agent can be controlled. In the hydrothermal reactor of the present invention, only the concentration of the neutralizing agent or only the injection amount is used. It may be controlled.
[0033]
Next, a hydrothermal reactor according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 4 is a diagram showing a configuration of the hydrothermal reactor 20 according to the second embodiment of the present invention. The basic configuration of the hydrothermal reactor shown in FIG. 4 is substantially the same as that of the hydrothermal reactor shown in FIG. 4, components that are the same as those in FIG. 1 are given the same reference numerals, and descriptions thereof will be omitted.
[0034]
In the hydrothermal reactor shown in FIG. 4, a cooler 45 is provided between the cooler 23 and the gas-liquid separator 27. The reaction product cooled to almost normal temperature by the cooler 23 passes through the cooler 45, is cooled again, and is separated into the exhaust gas and the waste liquid by the gas-liquid separator 27. The discharge pipe 25 branches off upstream of the cooler 45 and is connected to a pH measurement sample discharge pipe 44 provided with a pH meter 43. The reaction product that has passed through the pH measurement sample discharge pipe 44 is cooled by a cooler 48, depressurized to a pressure near atmospheric pressure by a pressure reducing valve 46, and the pH is measured by a pH meter 43. The pH value measured by the pH meter 43 is sent to a chemical pump control device (not shown).
[0035]
The sample discharge pipe 44 for pH measurement has a small cross-sectional area like the sample discharge pipe 34 for pH measurement, and therefore, a small amount of reaction product is sent from the discharge pipe 25 to the sample discharge pipe 44 for pH measurement.
The reaction product whose pH has been measured by the pH meter 43 merges with the drain pipe 29 through the drain pipe 47 and is sent to a processing liquid tank (not shown). The reaction product whose pH has been measured by the pH meter 43 is not subjected to gas-liquid separation, for the same reason as described above.
[0036]
In addition, a neutralizing agent supply pipe 50 is connected to the discharge pipe 25 between the cooler 23 and the cooler 45. The injection point of the neutralizing agent is provided upstream of the pH measurement sample discharge pipe 44 by a pipe distance that allows the neutralizing agent and the reaction product to be sufficiently mixed. The neutralizing agent is pressurized by the high-pressure pump 51 b and supplied to the discharge pipe 25 through the neutralizing agent supply pipe 50. The chemical pump control device operates according to the pH value measured by the pH meter 43, and the chemical pump control device activates the chemical pump 51a when the pH deviates from near neutral. Then, the neutralizer stock solution is sent to the neutralizer mixing tank 52, and the neutralizer adjusted to an appropriate concentration by water supplied through the water supply pipe 59 is supplied to the discharge pipe 85 via the high-pressure pump 51b. Is done.
[0037]
In the hydrothermal reactor 20 shown in FIG. 4, the pH is measured before the reaction product discharged from the hydrothermal reactor 13 is cooled by the cooler 23, similarly to the hydrothermal reactor shown in FIG. The neutralizing agent is injected into the reaction product according to the measured value, and the pH of the reaction product during cooling is measured again, and the injection of the neutralizing agent is controlled according to the measured pH value. By doing so, finer pH control in the hydrothermal reactor can be performed.
[0038]
For example, by using a low-concentration neutralizing agent injected from the neutralizing agent supply pipe 40, it is possible to prevent the neutralizing agent from being rapidly injected even when the pH of the reaction product suddenly changes. For example, in the case where the pH temporarily becomes strongly acidic and then immediately returns to almost neutral, if a high concentration neutralizing agent (alkaline) is injected, the cooler will be exposed to strong alkali, The cooler will be corroded. This can be prevented by using a low-concentration neutralizing agent. On the other hand, if a high-concentration neutralizing agent is injected from the neutralizing agent supply pipe 50, the neutralizing agent is neutralized only when the neutralizing agent cannot be neutralized by injecting the neutralizing agent from the neutralizing agent supply pipe 40. Since the agent is injected from the neutralizing agent supply pipe 50, the pH in the hydrothermal reactor can be finely controlled.
[0039]
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. It goes without saying that the scope of the present invention is not limited to such examples.
Example 1
Using the hydrothermal reactor shown in FIG. 1, the pH of the waste is changed over time and supplied into the hydrothermal reactor 13 to perform the hydrothermal oxidation reaction. , And the pH of the treatment liquid (the effluent after gas-liquid separation). When the pH of the waste is slowly changed (when the pH of the reaction product immediately after the reaction vessel changes to about 4) or when the pH is greatly changed (when the pH of the reaction product immediately after the reaction vessel changes to about 2) Measurement). Note that a sodium hydroxide solution was used as a neutralizing agent.
[0040]
The results are shown in FIGS. FIG. 2 shows the results of using the hydrothermal reactor of the present invention shown in FIG. 1 to slowly change the pH of waste and supply the waste to the hydrothermal reactor 13 to perform the hydrothermal oxidation reaction. It is a graph which shows the result of having measured pH of the reaction product in a part.
2 and 3, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents pH (the same applies to FIGS. 5, 6, 8 and 9 below). As shown in FIG. 2, the pH immediately after the hydrothermal reaction vessel 13 (indicated by (1) in FIG. 2) rises to about 4, but the pH inside the cooler 23 (indicated by (2) in FIG. 2). The change in pH was slight, and the change in pH of the treatment solution (indicated by (3) in FIG. 2) was slight.
[0041]
FIG. 3 is a graph showing the results of using the hydrothermal reactor of the present invention shown in FIG. It is a graph which shows the result of having measured pH of the reaction product in a part. As shown in FIG. 3, the pH immediately after the hydrothermal reaction vessel 13 rises to about 2, but the fluctuation in the pH of the inside of the cooler 23 and the pH of the processing solution is up to about 6, and the pH of the waste material changes drastically. Even in this case, the changes in the pH of the cooler 23 and the processing liquid were slight.
[0042]
Example 2
The test was performed in the same manner as in Example 1 except that the hydrothermal reactor shown in FIG. 4 was used. In the present embodiment, the pH in the first half and the second half of the pH inside the cooler 23 was measured. The results are shown in FIGS. FIG. 5 is a diagram showing a case where the pH of waste is gradually changed and supplied into the hydrothermal reactor 13 to perform the hydrothermal oxidation reaction using the hydrothermal reactor of the present invention shown in FIG. It is a graph which shows the result of having measured pH of the reaction product in a part.
As shown in FIG. 5, the pH immediately after the hydrothermal reaction vessel 13 (indicated by (1) in FIG. 5) rises to about 4, but the first half inside the cooler 23 (in (2) in FIG. 5). ), The pH in the latter half of the cooler 23 (indicated by (2) 'in FIG. 5) is small, and the pH of the processing solution (indicated by (3) in FIG. 5) is small. there were.
[0043]
FIG. 6 is a graph showing the results obtained by using the hydrothermal reactor of the present invention shown in FIG. 5 to drastically change the pH of waste and supplying the waste to the hydrothermal reactor 13 to perform the hydrothermal oxidation reaction. It is the result of measuring the pH of the reaction product at the site. As shown in FIG. 6, the pH immediately after the hydrothermal reaction vessel 13 rises to about 2, but the fluctuation in the pH of the inside of the cooler 23 and the processing liquid is up to about 6, and the pH of the waste material changes drastically. Even in this case, the changes in the pH of the cooler 23 and the processing liquid were slight.
[0044]
Comparative Example 1
The test was performed in the same manner as in Example 1 except that the hydrothermal reactor shown in FIG. 7 was used. The results are shown in FIGS. FIG. 8 is a graph showing the results of using the hydrothermal reactor of the present invention shown in FIG. 7 to gradually change the pH of waste and supplying the waste to the hydrothermal reactor 13 to perform the hydrothermal oxidation reaction. It is a graph which shows the result of having measured pH of the reaction product in a part.
As shown in FIG. 8, the pH immediately after the hydrothermal reaction vessel 13 (indicated by (1) in FIG. 7) rises to about 4, and the inside of the cooler 23 (indicated by (2) in FIG. 7) The pH of the liquid (indicated by (3) in FIG. 7) also changed in the same manner as immediately after the hydrothermal reaction vessel 13. Further, when the acidity immediately after the hydrothermal reaction vessel 13 became strongly acidic, a large amount of the neutralizing agent was injected, and the pH of the inside of the cooler 23 and the pH of the processing solution became strongly alkaline thereafter.
[0045]
Further, FIG. 9 shows the results of using the hydrothermal reactor of the present invention shown in FIG. 7 and changing the pH of the waste intensely and supplying the waste into the hydrothermal reactor 13 to perform the hydrothermal oxidation reaction. It is a graph which shows the result of having measured pH of the reaction product in a part. As shown in FIG. 9, the pH immediately after the hydrothermal reaction vessel 13 rises to about 2, and the inside of the cooler 23 (indicated by (2) in FIG. 9) and the processing liquid (indicated by (3) in FIG. 9). ) Also changed in the same manner as immediately after the hydrothermal reaction vessel 13. Further, when the acidity immediately after the hydrothermal reaction vessel 13 became strongly acidic, a large amount of the neutralizing agent was injected, and the pH of the inside of the cooler 23 and the pH of the processing solution became strongly alkaline thereafter.
[0046]
As is clear from the above results, in the conventional hydrothermal reactor (FIG. 7), the pH of the treatment liquid (effluent) was measured, and the neutralizing agent was injected based on the measured value. Although the timing of adding the agent is delayed and appropriate neutralization is not performed, in the hydrothermal reactor (FIGS. 1 and 4) of the present invention, the pH is measured before the reaction product is cooled, and the pH is measured. Since the neutralizing agent is injected based on the measured value, effective neutralization can be performed.
[0047]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, according to the hydrothermal reactor of the present invention, when the organic compound containing an acid group that generates an acid is subjected to supercritical hydroxylation and decomposition, the reaction product discharged from the hydrothermal reactor is The pH of the product can be measured before it is cooled, a neutralizing agent can be injected based on the measured value, and effective neutralization can be performed.
According to the hydrothermal reaction treatment method of the present invention, when supercritical hydrothermal oxidative decomposition of an organic compound containing an acid group that generates an acid is performed, the pH of the reaction product discharged from the hydrothermal reaction vessel is cooled. The neutralizing agent can be injected based on the measured value, and effective neutralization can be performed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a hydrothermal reactor of the present invention.
FIG. 2 shows a reaction product at each site when a hydrothermal reaction apparatus of the present invention is used to gradually change the pH of waste and supply the waste to a hydrothermal reaction vessel to perform a hydrothermal oxidation reaction. 5 is a graph showing the results of measuring the pH of the sample.
FIG. 3 is a diagram illustrating a reaction product in each site when a wastewater is subjected to a hydrothermal oxidation reaction by drastically changing the pH of waste and supplying the waste to a hydrothermal reaction container using the hydrothermal reaction device of the present invention. It is a graph which shows the result of having measured pH.
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a hydrothermal reactor of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a reaction product at each site when a wastewater is gently changed in pH and supplied into a hydrothermal reaction vessel to perform a hydrothermal oxidation reaction using the hydrothermal reactor of the present invention. 5 is a graph showing the results of measuring the pH of the sample.
FIG. 6 is a diagram illustrating a reaction product of each site when a hydrothermal oxidation reaction is performed by using the hydrothermal reactor of the present invention to drastically change the pH of waste and supplying the waste to a hydrothermal reactor. It is a graph which shows the result of having measured pH.
FIG. 7 is a schematic configuration diagram showing a configuration of a conventional hydrothermal reactor.
FIG. 8 shows that the pH of the waste is gradually changed using a conventional hydrothermal reactor, and the waste is supplied into a hydrothermal reactor to perform a hydrothermal oxidation reaction. It is a graph which shows the result of having measured pH.
FIG. 9 shows the pH of the reaction product at each site when the wastewater pH was drastically changed and supplied into a hydrothermal reaction vessel to perform a hydrothermal oxidation reaction using a conventional hydrothermal reactor. 5 is a graph showing the results of measuring the.
[Explanation of symbols]
10 hydrothermal reactor 13 hydrothermal reactor
14 supply system 15 gas-liquid separation system
17 supply pipe 17a waste liquid supply pipe
17b {reaction auxiliary agent supply pipe} 19c} high pressure pump
17c water supply pipe 17d air supply pipe
19a high pressure pump 19b high pressure pump
20 Hydrothermal reactor 21 Air compressor
23 cooler 25 discharge pipe
27 gas-liquid separator 35-pressure reducing valve
29 drainage pipe 31 pressure reducing valve
33 exhaust gas pipe 38 pH meter
34 Sample discharge pipe for pH measurement 36 Cooler
37 pressure reducing valve 39 discharge pipe
39 Neutralizer supply pipe 41a Pump
41b {High pressure pump} 42} Neutralizer mixing tank
43 pH meter 44 Sample discharge tube for pH measurement
45 cooler 46 pressure reducing valve
49 water supply pipe 50 neutralizer supply pipe
51a Drug injection pump 51b High pressure pump
52 Neutralizer mixing tank 59 Water supply pipe
70 Hydrothermal reactor 73 Hydrothermal reactor
74 supply system 75 gas-liquid separation system
77 supply pipe {77a} waste liquid supply pipe
77b {reaction aid supply pipe} 77c} water supply pipe
79a high pressure pump 79b high pressure pump
79c high pressure pump 77d air supply pipe
81 air compressor 83 cooler
85 discharge pipe 87 gas-liquid separator
89 drain pipe 91 pressure reducing valve
92 Neutralizer mixing tank 93 Exhaust gas pipe
94 pH meter 95 drain pipe
95 Reducing valve 97 Neutralizer supply pipe
98a Pumping pump 98b High pressure pump
99 water supply pipe

Claims (6)

水熱反応容器と、
該水熱反応容器と排出管によって接続され、該水熱反応容器から排出される反応生成物を冷却する冷却器と、
上記水熱反応容器と上記冷却器とを接続する排出管内の反応生成物のpHを測定するpH測定手段と、
上記水熱反応容器と上記冷却器とを接続する排出管内に中和剤を注入する中和剤注入手段と、
上記中和剤注入手段により注入される中和剤濃度及び/又は注入量を、上記pH測定手段により測定されたpH測定値によって制御する中和剤濃度及び/又は注入量制御手段と、
を備えることを特徴とする水熱反応装置。
A hydrothermal reactor,
A cooler connected to the hydrothermal reaction vessel by a discharge pipe and cooling a reaction product discharged from the hydrothermal reaction vessel;
PH measuring means for measuring the pH of the reaction product in the discharge pipe connecting the hydrothermal reaction vessel and the cooler,
Neutralizing agent injecting means for injecting a neutralizing agent into a discharge pipe connecting the hydrothermal reaction vessel and the cooler,
A neutralizing agent concentration and / or injection amount controlling means for controlling the neutralizing agent concentration and / or the amount injected by the neutralizing agent injecting means by a pH measurement value measured by the pH measuring means;
A hydrothermal reactor comprising:
上記冷却器が直列に接続される第1の冷却器と第2の冷却器とから構成されており、
上記第1の冷却器と上記第2の冷却器とを接続する排出管内の反応生成物のpHを測定する少なくとも1の第2のpH測定手段と、
上記第1の冷却器と上記第2の冷却器とを接続する排出管内に中和剤を注入する少なくとも1の第2の中和剤注入手段と、
上記第2の中和剤注入手段により注入される中和剤濃度及び/又は注入量を、上記第2のpH測定手段により測定されたpH測定値によって制御する少なくとも1の第2の中和剤濃度及び/又は注入量制御手段と、
を備える、請求項1に記載の水熱反応装置。
The above-mentioned cooler is composed of a first cooler and a second cooler connected in series,
At least one second pH measuring means for measuring the pH of a reaction product in an exhaust pipe connecting the first cooler and the second cooler;
At least one second neutralizing agent injecting means for injecting a neutralizing agent into a discharge pipe connecting the first cooler and the second cooler;
At least one second neutralizing agent for controlling the concentration and / or amount of the neutralizing agent injected by the second neutralizing agent injection means by the pH measurement value measured by the second pH measuring means; Concentration and / or injection volume control means;
The hydrothermal reactor according to claim 1, comprising:
上記水熱反応容器と上記冷却器とを接続する排出管内の反応生成物の温度が200〜650℃である、請求項1又は2に記載の水熱反応装置。3. The hydrothermal reactor according to claim 1, wherein a temperature of a reaction product in an exhaust pipe connecting the hydrothermal reactor and the cooler is 200 to 650 ° C. 4. 水熱反応容器内で有機物を酸化分解反応させ、生成した反応生成物を冷却器内で冷却して排出する水熱反応処理方法であって、
上記反応生成物を冷却器内で冷却する前に上記反応生成物のpHを測定し、
上記反応生成物のpH測定値によって、中和剤濃度及び/又は注入量を制御しながら上記反応生成物に中和剤を注入することを特徴とする水熱反応処理方法。
A hydrothermal reaction method in which an organic substance is oxidatively decomposed in a hydrothermal reaction vessel, and a generated reaction product is cooled in a cooler and discharged.
Measuring the pH of the reaction product before cooling the reaction product in a cooler,
A hydrothermal treatment method comprising injecting a neutralizing agent into the reaction product while controlling a neutralizing agent concentration and / or an injection amount based on a measured pH value of the reaction product.
上記冷却器内で冷却される途中の上記反応生成物のpHを測定し、
上記反応生成物のpH測定値によって、中和剤濃度及び/又は注入量を制御しながら上記反応生成物に中和剤を注入する、請求項4に記載の水熱反応処理方法。
Measuring the pH of the reaction product during cooling in the cooler,
5. The hydrothermal treatment method according to claim 4, wherein the neutralizing agent is injected into the reaction product while controlling the neutralizing agent concentration and / or the injection amount based on the measured pH value of the reaction product.
上記中和剤が注入される反応生成物の温度が200〜650℃である、請求項4又は5に記載の水熱反応処理方法。The hydrothermal treatment method according to claim 4 or 5, wherein the temperature of the reaction product into which the neutralizing agent is injected is 200 to 650 ° C.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101471433B1 (en) * 2012-05-31 2014-12-10 주식회사 엘지화학 Method for Manufacturing Inorganic Particle and the Inorganic Particle by Using the Same

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