JP2004105820A

JP2004105820A - Method and apparatus for hydrothermal reaction

Info

Publication number: JP2004105820A
Application number: JP2002269429A
Authority: JP
Inventors: Hironori Kako; 加来　啓憲; Masato Miyake; 三宅　正人; David A Hazlebeck; ダビッド　エー．　ハズルベック; Ordway David; ダビッド　オードウェイ
Original assignee: Komatsu Ltd; Kurita Water Industries Ltd; General Atomics Corp
Current assignee: Komatsu Ltd; Kurita Water Industries Ltd; General Atomics Corp
Priority date: 2002-09-17
Filing date: 2002-09-17
Publication date: 2004-04-08

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method and an apparatus for hydrothermal reaction which can prevent the corrosion of discharge pipes or the like after a reaction vessel and easily carry out the hydrothermal reaction. <P>SOLUTION: In the apparatus for the hydrothermal reaction where organic substance-containing liquid to be treated is treated by hydrothermally oxidation reacting the liquid in the supercritical or subcritical state of water of the reaction container 21 to discharge the treated fluid from the reaction container 21 through the discharge pipes 31, 33, 34, at least the contact parts of the discharge pipes 31, 33 and a cooler 32 contacting with the treated fluid whose temperature is 300°C or higher is made of titanium or titanium alloy, and a neutralizing agent feed mechanism (15, 16) for feeding a neutralizing agent is installed on a part of the discharge pipe 34 where the temperature of the treated fluid becomes 300°C or lower. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、廃棄物分解、エネルギー生成または化学物質製造を目的とする水熱酸化反応を行うのに好適な水熱反応処理方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
有機物を含有する被処理物を、酸化分解や加水分解することにより、廃棄物を分解したり、エネルギーを生成したり、または、化学物質を製造する水熱反応処理は、長年に亘って研究され、利用されてきている。
特に、近年、３７４℃以上、２２ＭＰａ（２２０気圧）以上の超臨界状態で、または、例えば３７４℃以上、２．５ＭＰａ（２５気圧）以上２２ＭＰａ未満、あるいは３７４℃未満、２２ＭＰａ以上、あるいは３７４℃未満、２２ＭＰａ未満であっても臨界点に近い高温高圧状態である亜臨界状態で、被処理物と、酸化剤を含んだ水とを反応させることにより、燃焼を含む酸化反応を生じさせ、被処理物中の有機物を短時間でほぼ完全に分解する水熱酸化反応処理が注目されている。
【０００３】
このようにして被処理物を反応容器内の水の超臨界状態または亜臨界状態で水熱酸化反応させて処理すると、有機物は酸化分解され、二酸化炭素、水などからなる高温高圧の処理流体が得られる。
そして、処理流体は、エネルギー回収されるか、冷却、減圧され、ガス分と液分とに分離される。
【０００４】
上記のようにして被処理物を水熱酸化反応させて処理する場合、被処理物が多量のハロゲンやリン、硫黄などを含有していると、強酸性の処理流体が生成され、この処理流体が排出管などを腐食させる。
そこで、反応容器から排出管に排出された処理流体に中和剤を添加するとともに、その流体を臨界温度以下に冷却させたり（例えば、特許文献１，２参照。）、反応容器から排出管に排出された処理流体に中和剤を添加して４５０℃以下に冷却する（例えば、特許文献３参照。）、などの方法が提案されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−３１４７６９号公報
【特許文献２】
特開平１０−３１４７７０号公報
【特許文献３】
特開２００１−１２１１６６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、処理流体が強酸性の場合、制御系の遅れや中和剤供給機構のトラブルなどによって中和剤の添加量の変動や、処理流体のｐＨ変動に対し、中和後の流体のｐＨが大きく変化するため、中和剤添加後、完全に酸、アルカリが混合して中和するまでの間、短時間ではあるが、局部的に存在する強酸性流体と強アルカリ性流体とに排出管などが晒されることが判った。
【０００７】
したがって、前者の方法では、中和剤を添加した個所以降の、特に、流体の温度が腐食環境の厳しい水の臨界温度近傍となる排出管部分が、短時間でも強酸性流体や強アルカリ性流体に晒されると、激しく腐食することが判った。
【０００８】
そこで、中和剤添加後のｐＨ変動を抑えるため、中和剤に低濃度のアルカリ性溶液を使用し、微妙なｐＨ調整を行うことが考えられる。
しかし、この方法では多量の中和剤が必要となり、さらに流体量が増加することから、中和剤を添加した個所以降の装置の大型化を招き、不経済であるとともに実現性に乏しくなる。
【０００９】
この発明は、上記したような不都合を解消するためになされたもので、反応容器以降の排出管などの腐食を防止することができるとともに、容易に実施することのできる水熱反応処理方法および装置を提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
まず、請求項１にかかる発明は、有機物を含有する被処理物を、反応容器内の水の超臨界状態または亜臨界状態で水熱酸化反応させて処理し、排出管を介して処理流体を反応容器から排出する水熱反応処理方法において、温度が３００℃以上の処理流体に接触する排出管の少なくとも接触部分をチタンまたはチタン合金で構成して強酸性に対する耐食性を持たせ、温度が３００℃以下になった時点で処理流体に中和剤を添加することを特徴とする。
そして、温度が３００℃未満の処理流体に接触する排出管の少なくとも接触部分を、処理流体にハロゲン酸が含まれている場合はチタンまたはチタン合金で構成して強酸性および強アルカリ性に対する耐食性を持たせ、処理流体にハロゲン酸以外の酸が含まれている場合はチタン、チタン合金またはニッケル合金で構成して強酸性および強アルカリ性に対する耐食性を持たせたり、処理流体を３００℃以下に、チタンまたはチタン合金で構成して強酸性に対する耐食性を持たせた冷却器で冷却するのが望ましい。
次に、請求項４にかかる発明は、有機物を含有する被処理液を、反応容器内の水の超臨界状態または亜臨界状態で水熱酸化反応させて処理し、排出管を介して処理流体を反応容器から排出する水熱反応処理装置において、温度が３００℃以上の処理流体に接触する排出管の少なくとも接触部分をチタンまたはチタン合金で構成し、処理流体の温度が３００℃以下になった排出管の部分に中和剤を供給する中和剤供給機構を設けたことを特徴とする。
そして、温度が３００℃未満の処理流体に接触する排出管の少なくとも接触部分を、処理流体にハロゲン酸が含まれている場合はチタンまたはチタン合金で構成し、処理流体にハロゲン酸以外の酸が含まれている場合はチタン、チタン合金またはニッケル合金で構成したり、処理流体を３００℃以下に冷却する、チタンまたはチタン合金で構成した冷却器を有する冷却機構を、排出管に設けるのが望ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態を図に基づいて説明する。
図１はこの発明の第１実施形態である水熱反応処理装置の概略構成を示すブロック図、図２は図１に示した排出管系統の一部を示す部分図である。
【００１２】
図１において、１は後述する反応容器２１内へ被処理物を供給する供給管、２は供給管１に配設された開閉弁、３は開閉弁２よりも上流の供給管１に配設された高圧ポンプを示し、この高圧ポンプ３は、有機物を含有した被処理物、例えば被処理液を、例えば２５ＭＰａ（２５０気圧）以上の高圧で供給管１を介して反応容器２１内へ供給するものである。
４は開閉弁２よりも下流の供給管１内へ反応助剤を供給する供給管、５は供給管４に配設された高圧ポンプを示し、この高圧ポンプ５は、反応助剤としての灯油などの補助燃料を、例えば２５ＭＰａ以上の高圧で供給管４，１を介して反応容器２１内へ供給するものである。
【００１３】
６は高圧ポンプ５よりも下流の供給管４内へ水を供給する供給管、７は供給管６に配設された高圧ポンプを示し、この高圧ポンプ７は、水を、例えば２５ＭＰａ以上の高圧で供給管６，４，１を介して反応容器２１内へ供給するものである。
８はエアーコンプレッサを示し、酸化剤としての空気を、例えば２５ＭＰａ以上の高圧で反応容器２１内へ、供給管９，６，４，１を介して供給するものである。
１０は供給管９に配設された予備加熱器を示し、エアーコンプレッサ８からの空気を所定温度に加熱し、反応容器２１を予熱するために使用する。
【００１４】
１３は後述する冷却器３２内へ冷却水を供給する冷却水供給管、１４は冷却器３２よりも上流の冷却水供給管１３に配設されたポンプを示し、このポンプ１４は、冷却水供給管１３を介して冷却器３２内へ冷却水を供給するものである。
１５は後述する排出管３３と排出管３４との接続部分に中和剤を供給する中和剤供給管、１６は中和剤供給管１５に配設された高圧ポンプを示し、この高圧ポンプ１６は、例えば強アルカリ性の中和剤を、例えば２５ＭＰａ以上の高圧で中和剤供給管１５を介して排出管３４内へ供給するものである。
なお、中和剤供給管１５と、高圧ポンプ１６とにより、中和剤供給機構が構成されている。
【００１５】
２１は円筒状をした縦型の反応容器を示し、例えば２００℃以上、２２ＭＰａ（２２０気圧）以上の高温高圧条件下で強酸性溶液に対して優れた耐食性を示すチタン合金が内側にライニングされ、上蓋の中心に、供給管１から供給される被処理液などを噴出する図示を省略したノズルが配設され、下側に処理流体などを排出する図示を省略した排出口が設けられている。
そして、反応容器２１内には、内側に析出して堆積する塩などを掻き落とす駆動機構によって回転させられる図示を省略したスクレーパ（掻き取り手段）が設けられている。
【００１６】
３１は反応容器２１の排出口に一端が接続された排出管、３２は排出管３１の他端に一端が接続された冷却器を示し、この冷却器３２は、冷却水供給管１３を介して供給される冷却水で、排出管３１から供給される処理流体を冷却するものである。
３３，３４は排出管を示し、排出管３３の一端が冷却器３２の他端に接続され、排出管３３の他端に排出管３４の一端が接続されるとともに、排出管３３と排出管３４との接続部分に中和剤供給管１５が接続されている。
【００１７】
そして、排出管３１，３３および冷却器３２は、処理流体に接触する接触部分にチタン合金がライニングされている。
また、排出管３４は、配管材料にインコネル６２５を用いている。
ただし、処理流体にハロゲンが含まれ、インコネル６２５の局部腐食が懸念される場合は、処理流体に接触する接触部分にチタンまたはチタン合金をライニングしてもよい。
【００１８】
３５は排出管３４の他端に接続された気液分離器を示し、排出管３４から供給される流体を、気体と液体とに分離するものである。
３６は気液分離器３５に一端が接続された気体排出管、３７は気体排出管３６に配設された減圧弁を示し、この減圧弁３７は、気液分離器３５で分離した気体を、例えば大気圧に減圧して放出するためのものである。
３８は気液分離器３５に一端が接続された液体排出管、３９は液体排出管３８に配設された減圧弁を示し、この減圧弁３９は、気液分離器３５で分離した液体を、例えば大気圧に減圧して放出するためのものである。
そして、気液分離器３５〜減圧弁３９の材質に、インコネル６２５が用いられている。
【００１９】
４１は排出管３３に配設された温度センサを示し、排出管３３内を流れる流体の温度を検出するものである。
４２は温度制御部を示し、温度センサ４１が検出した温度に基づき、排出管３３内を流れる流体の温度を３００℃以下の設定温度、例えば２００℃とするようにポンプ１４を制御するものである。
上記した冷却水供給管１３、ポンプ１４、冷却器３２、温度センサ４１および温度制御部４２で、冷却機構が構成されている。
【００２０】
次に、水熱反応処理の一例について説明する。
まず、開閉弁２を閉鎖し、高圧ポンプ５，７、エアーコンプレッサ８、予備加熱器１０、ポンプ１４および温度制御部４２を作動させ、補助燃料などを反応容器２１内へ供給して水熱酸化反応を起こさせ、反応容器２１内を所定の温度に上昇させる起動運転を開始するとともに、冷却器３２を作動させる。
このようにして水熱酸化反応を起こさせると、温度制御部４２は、温度センサ４１の出力に基づき、温度センサ４１が検出する流体の温度が３００℃以下である２００℃となるようにポンプ１４を制御し、冷却器３２を作動させる。
【００２１】
そして、所定時間経過後、反応容器２１内の温度が所定値に上昇し、反応容器２１内が水の超臨界状態になったならば、開閉弁２を開放し、両高圧ポンプ３，１６も作動させ、被処理液を反応容器２１内へ供給し、被処理液を水熱酸化反応させて処理するとともに、処理流体に中和剤を添加する。
このようにして有機物を含有する被処理液を反応容器２１内で水熱酸化反応させると、有機物は水熱酸化反応により、水、二酸化炭素の高温高圧流体と、乾燥またはスラリー状の灰分や塩類等の固体となり、処理流体を生成する。
そして、被処理液が多量のハロゲンやリン、硫黄などを含有していると、処理流体は強酸性となる。
【００２２】
なお、被処理液を処理する運転を継続すると、稼働時間の経過に伴って反応容器２１の内側への塩の付着量が多くなって反応領域が狭くなるので、稼働とともに駆動機構でスクレーパを低速（例えば１ｒｐｍ）で回転させ、回転するスクレーパ本体で反応容器２１の内側に付着した塩を掻き落す。
【００２３】
このようにして生成された、塩類などを含む処理流体は、反応容器２１の排出口から排出管３１，３３，３４を介して気液分離器３５へ供給される途中で冷却器３２によって２００℃に冷却された後、中和剤供給管１５から供給される中和剤によって中和される。
すなわち、強酸性の処理流体を、局部的に強酸性溶液または強アルカリ性溶液が存在しても腐食を起こし難い温度、例えば２００℃まで冷却させた後、この処理流体に強アルカリ性の中和剤を添加し、図２に示す排出管３４の、下流部分３４ｂよりも上流側に位置する上流部分３４ａで完全に中和させる。
【００２４】
そして、処理流体を冷却した冷却器３２の熱は、エネルギー回収される。
また、気液分離器３５へ供給される中和された流体は気体と液体とに分離され、分離された気体は減圧弁３７で減圧された後、気体排出管３６を介して排出され、分離された液体は減圧弁３９で減圧された後、液体排出管３８を介して排出される。
【００２５】
上述したように、この発明の一実施形態によれば、処理流体の温度が３００℃以上の排出管３１，３３の部分に、強酸性に対する耐食性を持たせ、温度が３００℃以下、好ましくは２００℃以下になった時点で処理流体に中和剤を添加するので、強酸性の処理流体によっても反応容器２１以降の排出管３１，３３の腐食を防止することができる。
そして、排出管３１，３３の内側にチタンまたはチタン合金をライニングすることにより、強酸性の処理流体に対する耐食性を持たせることができるので、容易に実施することができる。
【００２６】
また、処理流体の温度が３００℃未満の排出管３４の部分に、強酸性および強アルカリ性に対する耐食性を持たせたので、処理流体が中和するまで局部的に存在する強酸性流体と強アルカリ性流体とに排出管３４が晒されても、流体の温度が低いために腐食が起こり難く、排出管３４の腐食を防止することができる。
さらに、処理流体を３００℃以下、好ましくは２００℃以下に、強酸性に対する耐食性を持たせた冷却器３２で冷却するので、冷却器３２の腐食を防止することができる。
また、冷却機構で処理流体を３００℃以下に冷却するので、確実に処理流体の温度を３００℃に冷却することができる。
【００２７】
なお、中和することによって生成される塩は、流体の温度が３００℃以下になっているので、流体中に溶解し、排出管３４などの内側に付着しなくなる。
【００２８】
図３はこの発明の第２実施形態である水熱反応処理装置の概略構成を示すブロック図であり、図１および図２と同一または相当部分に同一符号を付してその説明を省略する。
【００２９】
図３において、１１は排出管３１内へ弱アルカリ性の中和剤を供給する中和剤供給管、１２は中和剤供給管１１に配設された高圧ポンプを示し、この高圧ポンプ１１は、中和剤を、例えば２５ＭＰａ以上の高圧で中和剤供給管１１を介して反応容器２１の排出口近くの排出管３１内へ供給するものである。
【００３０】
この実施形態における水熱反応処理も、先の実施形態と同様になるので、説明を省略する。
この実施形態は、処理流体のｐＨが、例えば１未満であり、チタンまたはチタン合金さえも腐食させるような場合に適用できる実施形態である。
この実施形態においては、反応容器２１の排出口近くの排出管３１内へ弱アルカリ性の中和剤を供給して処理流体の酸性度を緩和しているので、排出管３１，３３および冷却器３２が腐食するのを防止することができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、処理流体の温度が３００℃以上の排出管の部分に、強酸性に対する耐食性を持たせ、温度が３００℃以下になった時点で処理流体に中和剤を添加するので、強酸性の処理流体によっても反応容器以降の排出管などの腐食を防止することができる。
そして、排出管の内側にチタンまたはチタン合金をライニングすることにより、強酸性の処理流体に対する耐食性を持たせることができるので、容易に実施することができる。
【００３２】
また、処理流体の温度が３００℃未満の排出管の部分に、強酸性および強アルカリ性に対する耐食性を持たせたので、処理流体が中和するまで局部的に存在する強酸性流体と強アルカリ性流体とに排出管が晒されても、流体の温度が低いために腐食が起こり難く、排出管の腐食を防止することができる。
さらに、処理流体を３００℃以下に、強酸性に対する耐食性を持たせた冷却器で冷却するので、冷却器の腐食を防止することができる。
また、冷却機構で処理流体を３００℃以下に冷却するので、確実に処理流体の温度を３００℃に冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１実施形態である水熱反応処理装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示した排出管系統の一部を示す部分図である。
【図３】この発明の第２実施形態である水熱反応処理装置の概略構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１，４，６，９　　　　　供給管
２　　　　　　　　　　　開閉弁
３，５，７，１２，１６　高圧ポンプ
８　　　　　　　　　　　エアーコンプレッサ
１０　　　　　　　　　　予備加熱器
１３　　　　　　　　　　冷却水供給管
１４　　　　　　　　　　ポンプ
１１，１５　　　　　　　中和剤供給管
２１　　　　　　　　　　反応容器
３１，３３，３４　　　　排出管
３４ａ　　　　　　　　　上流部分
３４ｂ　　　　　　　　　下流部分
３２　　　　　　　　　　冷却器
３５　　　　　　　　　　気液分離器
３６　　　　　　　　　　気体排出管
３７，３９　　　　　　　減圧弁
３８　　　　　　　　　　液体排出管
４１　　　　　　　　　　温度センサ
４２　　　　　　　　　　温度制御部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a hydrothermal reaction method and apparatus suitable for performing a hydrothermal oxidation reaction for the purpose of decomposing waste, generating energy, or producing chemical substances.
[0002]
[Prior art]
Hydrothermal treatments that decompose waste, generate energy, or produce chemicals by oxidatively decomposing or hydrolyzing substances containing organic substances have been studied for many years. , Has been used.
In particular, in recent years, in a supercritical state of 374 ° C. or more and 22 MPa (220 atm) or more, or, for example, 374 ° C. or more, 2.5 MPa (25 atm) or more and less than 22 MPa, or 374 ° C. or less, 22 MPa or more, or less than 374 ° C. In a subcritical state, which is a high-temperature and high-pressure state close to the critical point even when the pressure is less than 22 MPa, an oxidation reaction including combustion occurs by reacting an object to be treated with water containing an oxidizing agent, Attention has been paid to a hydrothermal oxidation reaction treatment that decomposes organic substances in a substance almost completely in a short time.
[0003]
When the object to be treated is subjected to the hydrothermal oxidation reaction in the supercritical state or subcritical state of the water in the reaction vessel in this manner, the organic matter is oxidized and decomposed, and a high-temperature and high-pressure processing fluid composed of carbon dioxide, water, and the like is produced. can get.
Then, the processing fluid is recovered with energy or cooled and decompressed, and is separated into a gas component and a liquid component.
[0004]
When the object to be treated is subjected to a hydrothermal oxidation reaction as described above, if the object to be treated contains a large amount of halogen, phosphorus, sulfur, etc., a strongly acidic processing fluid is generated, and this processing fluid Corrodes exhaust pipes.
Therefore, a neutralizing agent is added to the processing fluid discharged from the reaction vessel to the discharge pipe, and the fluid is cooled to a critical temperature or lower (for example, see Patent Documents 1 and 2). A method has been proposed in which a neutralizing agent is added to the discharged processing fluid to cool it to 450 ° C. or lower (for example, see Patent Document 3).
[0005]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-314679 [Patent Document 2]
JP-A-10-314770 [Patent Document 3]
JP 2001-121166 A
[Problems to be solved by the invention]
However, when the processing fluid is strongly acidic, the pH of the neutralized fluid is not affected by fluctuations in the amount of the neutralizing agent added and fluctuations in the pH of the processing fluid due to delays in the control system and troubles in the neutralizing agent supply mechanism. Because of a large change, after adding the neutralizing agent, it takes a short time until the acid and alkali are completely mixed and neutralized, but it is discharged into a strong acidic fluid and a strong alkaline fluid that exist locally, etc. Was found to be exposed.
[0007]
Therefore, in the former method, the discharge pipe after the point where the neutralizing agent is added, particularly where the temperature of the fluid is close to the critical temperature of water, which is a corrosive environment, is converted to a strongly acidic fluid or a strongly alkaline fluid even for a short time. When exposed, it was found to corrode violently.
[0008]
Then, in order to suppress the pH fluctuation after the addition of the neutralizing agent, it is conceivable to use a low-concentration alkaline solution as the neutralizing agent and finely adjust the pH.
However, this method requires a large amount of the neutralizing agent and further increases the amount of fluid, which leads to an increase in the size of the device after the neutralizing agent is added, which is uneconomical and less feasible.
[0009]
The present invention has been made to solve the above-mentioned disadvantages, and can prevent corrosion of a discharge pipe after a reaction vessel and the like, and can easily carry out a hydrothermal reaction processing method and apparatus. Is provided.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
First, the invention according to claim 1 processes an object to be treated containing an organic substance by a hydrothermal oxidation reaction in a supercritical state or a subcritical state of water in a reaction vessel, and treats a treatment fluid through a discharge pipe. In the hydrothermal reaction treatment method of discharging from a reaction vessel, at least a contact portion of a discharge pipe that contacts a processing fluid having a temperature of 300 ° C. or more is made of titanium or a titanium alloy to have corrosion resistance to strong acidity and a temperature of 300 ° C. It is characterized in that a neutralizing agent is added to the processing fluid at the time of the following.
At least the contact portion of the discharge pipe that contacts the processing fluid having a temperature of less than 300 ° C. is made of titanium or a titanium alloy when the processing fluid contains a halogen acid, and has corrosion resistance to strong acidity and strong alkalinity. When the processing fluid contains an acid other than halogen acid, it is made of titanium, a titanium alloy or a nickel alloy to have corrosion resistance to strong acidity and strong alkalinity, or the processing fluid is heated to 300 ° C. It is desirable to cool with a cooler which is made of a titanium alloy and has corrosion resistance against strong acidity.
Next, the invention according to claim 4 is a method for treating a liquid to be treated containing an organic substance by a hydrothermal oxidation reaction in a supercritical state or a subcritical state of water in a reaction vessel, and treating the liquid through a discharge pipe. In the hydrothermal treatment apparatus that discharges from the reaction vessel, at least the contact portion of the discharge pipe that contacts the processing fluid having a temperature of 300 ° C. or more is made of titanium or a titanium alloy, and the temperature of the processing fluid is 300 ° C. or less. A neutralizing agent supply mechanism for supplying a neutralizing agent to a portion of the discharge pipe is provided.
Then, at least the contact portion of the discharge pipe that contacts the processing fluid having a temperature of less than 300 ° C. is made of titanium or a titanium alloy when the processing fluid contains a halogen acid, and an acid other than the halogen acid is contained in the processing fluid. If it is included, it is desirable to provide a cooling mechanism in the discharge pipe, which is made of titanium, a titanium alloy or a nickel alloy, or has a cooler made of titanium or a titanium alloy, which cools the processing fluid to 300 ° C. or less. .
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a hydrothermal reaction apparatus according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a partial view showing a part of a discharge pipe system shown in FIG.
[0012]
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a supply pipe for supplying an object to be processed into a reaction vessel 21 described later, 2 denotes an on-off valve disposed on the supply pipe 1, and 3 denotes a supply pipe 1 upstream of the on-off valve 2. The high-pressure pump 3 supplies an object to be treated containing an organic substance, for example, a liquid to be treated into the reaction vessel 21 through the supply pipe 1 at a high pressure of, for example, 25 MPa (250 atm) or more. Things.
Reference numeral 4 denotes a supply pipe for supplying a reaction aid into the supply pipe 1 downstream of the on-off valve 2. Reference numeral 5 denotes a high-pressure pump provided in the supply pipe 4. The high-pressure pump 5 is a kerosene as a reaction aid. The auxiliary fuel is supplied into the reaction vessel 21 through the supply pipes 4 and 1 at a high pressure of, for example, 25 MPa or more.
[0013]
Reference numeral 6 denotes a supply pipe for supplying water into the supply pipe 4 downstream of the high-pressure pump 5, and reference numeral 7 denotes a high-pressure pump disposed in the supply pipe 6. The high-pressure pump 7 supplies water at a high pressure of, for example, 25 MPa or more. Is supplied into the reaction vessel 21 through the supply pipes 6, 4, and 1.
Reference numeral 8 denotes an air compressor, which supplies air as an oxidizing agent at a high pressure of, for example, 25 MPa or more into the reaction vessel 21 via supply pipes 9, 6, 4, and 1.
Reference numeral 10 denotes a preheater disposed in the supply pipe 9, which is used to heat the air from the air compressor 8 to a predetermined temperature and preheat the reaction vessel 21.
[0014]
Reference numeral 13 denotes a cooling water supply pipe for supplying cooling water into a cooler 32, which will be described later, and reference numeral 14 denotes a pump disposed on the cooling water supply pipe 13 upstream of the cooler 32. The cooling water is supplied into the cooler 32 through the pipe 13.
Reference numeral 15 denotes a neutralizing agent supply pipe for supplying a neutralizing agent to a connection portion between a discharge pipe 33 and a discharge pipe 34 described later, and 16 denotes a high-pressure pump provided in the neutralizing agent supply pipe 15. Is to supply a strong alkaline neutralizing agent at a high pressure of, for example, 25 MPa or more into the discharge pipe 34 via the neutralizing agent supply pipe 15.
The neutralizing agent supply pipe 15 and the high-pressure pump 16 constitute a neutralizing agent supply mechanism.
[0015]
Reference numeral 21 denotes a vertical reaction vessel having a cylindrical shape. For example, a titanium alloy exhibiting excellent corrosion resistance to a strongly acidic solution under high temperature and high pressure conditions of 200 ° C. or more and 22 MPa (220 atm) or more is lined inside, At the center of the upper lid, a nozzle (not shown) for ejecting the liquid to be processed supplied from the supply pipe 1 is provided, and a discharge port (not shown) for discharging the processing fluid or the like is provided on the lower side.
The reaction vessel 21 is provided with a scraper (not shown) that is rotated by a drive mechanism that scrapes off salts and the like deposited and deposited inside.
[0016]
Reference numeral 31 denotes a discharge pipe having one end connected to the discharge port of the reaction vessel 21, 32 denotes a cooler having one end connected to the other end of the discharge pipe 31, and the cooler 32 is connected via the cooling water supply pipe 13. The supplied cooling water cools the processing fluid supplied from the discharge pipe 31.
Reference numerals 33 and 34 denote discharge pipes. One end of the discharge pipe 33 is connected to the other end of the cooler 32, one end of the discharge pipe 34 is connected to the other end of the discharge pipe 33, and the discharge pipe 33 and the discharge pipe 34 are connected. Is connected to a neutralizing agent supply pipe 15.
[0017]
The exhaust pipes 31 and 33 and the cooler 32 are lined with a titanium alloy at a contact portion that contacts the processing fluid.
In addition, the discharge pipe 34 uses Inconel 625 as a pipe material.
However, when the processing fluid contains halogen and local corrosion of the Inconel 625 is concerned, titanium or a titanium alloy may be lined at a contact portion that contacts the processing fluid.
[0018]
Reference numeral 35 denotes a gas-liquid separator connected to the other end of the discharge pipe 34, which separates the fluid supplied from the discharge pipe 34 into gas and liquid.
36 is a gas discharge pipe having one end connected to the gas-liquid separator 35, and 37 is a pressure reducing valve disposed on the gas discharge pipe 36. For example, it is for releasing under reduced pressure to atmospheric pressure.
Reference numeral 38 denotes a liquid discharge pipe having one end connected to the gas-liquid separator 35, and reference numeral 39 denotes a pressure reducing valve disposed on the liquid discharge pipe 38. The pressure reducing valve 39 converts the liquid separated by the gas-liquid separator 35 into a liquid. For example, it is for releasing under reduced pressure to atmospheric pressure.
Inconel 625 is used as a material for the gas-liquid separator 35 to the pressure reducing valve 39.
[0019]
Reference numeral 41 denotes a temperature sensor provided in the discharge pipe 33, which detects the temperature of the fluid flowing in the discharge pipe 33.
Reference numeral 42 denotes a temperature control unit that controls the pump 14 based on the temperature detected by the temperature sensor 41 so that the temperature of the fluid flowing in the discharge pipe 33 is set to a set temperature of 300 ° C. or less, for example, 200 ° C. .
The above-described cooling water supply pipe 13, pump 14, cooler 32, temperature sensor 41, and temperature controller 42 constitute a cooling mechanism.
[0020]
Next, an example of the hydrothermal reaction process will be described.
First, the on-off valve 2 is closed, and the high-pressure pumps 5 and 7, the air compressor 8, the preheater 10, the pump 14, and the temperature control unit 42 are operated, and auxiliary fuel and the like are supplied into the reaction vessel 21 to perform hydrothermal oxidation. A reaction is caused to start, a start-up operation for raising the temperature inside the reaction vessel 21 to a predetermined temperature is started, and the cooler 32 is operated.
When the hydrothermal oxidation reaction is caused in this manner, the temperature control unit 42 sets the pump 14 based on the output of the temperature sensor 41 so that the temperature of the fluid detected by the temperature sensor 41 becomes 200 ° C. which is 300 ° C. or less. To operate the cooler 32.
[0021]
Then, after a lapse of a predetermined time, when the temperature in the reaction vessel 21 rises to a predetermined value and the inside of the reaction vessel 21 becomes a supercritical state of water, the on-off valve 2 is opened, and both high-pressure pumps 3 and 16 are also opened. When activated, the liquid to be treated is supplied into the reaction vessel 21, the liquid to be treated is subjected to a hydrothermal oxidation reaction, and a neutralizing agent is added to the treatment fluid.
When the liquid to be treated containing an organic substance is subjected to a hydrothermal oxidation reaction in the reaction vessel 21 in this manner, the organic substance is mixed with a high-temperature and high-pressure fluid of water and carbon dioxide by a hydrothermal oxidation reaction, and dried or slurried ash or salts. Etc. to generate a processing fluid.
If the liquid to be treated contains a large amount of halogen, phosphorus, sulfur, or the like, the treatment fluid becomes strongly acidic.
[0022]
If the operation of treating the liquid to be treated is continued, the amount of salt attached to the inside of the reaction vessel 21 increases with the elapse of the operation time, and the reaction area becomes narrower. (For example, 1 rpm), and the salt attached to the inside of the reaction vessel 21 is scraped off by the rotating scraper body.
[0023]
The processing fluid containing salts and the like generated as described above is supplied to the gas-liquid separator 35 from the outlet of the reaction vessel 21 through the outlet pipes 31, 33, and 34, and is cooled to 200 ° C. by the cooler 32. Then, it is neutralized by the neutralizing agent supplied from the neutralizing agent supply pipe 15.
That is, after a strongly acidic processing fluid is cooled to a temperature at which corrosion is not likely to occur even when a strongly acidic solution or a strongly alkaline solution is locally present, for example, 200 ° C., a strongly alkaline neutralizing agent is added to the processing fluid. It is completely neutralized in the upstream portion 34a of the discharge pipe 34 shown in FIG. 2 which is located on the upstream side of the downstream portion 34b.
[0024]
Then, the heat of the cooler 32 that has cooled the processing fluid is recovered.
Further, the neutralized fluid supplied to the gas-liquid separator 35 is separated into gas and liquid, and the separated gas is depressurized by the pressure reducing valve 37 and then discharged through the gas discharge pipe 36 to be separated. The reduced liquid is reduced in pressure by a pressure reducing valve 39 and then discharged through a liquid discharge pipe 38.
[0025]
As described above, according to one embodiment of the present invention, the portions of the discharge pipes 31 and 33 in which the temperature of the processing fluid is 300 ° C. or higher have corrosion resistance against strong acidity, and the temperature is 300 ° C. or lower, preferably 200 ° C. or lower. Since the neutralizing agent is added to the processing fluid at the time when the temperature becomes lower than or equal to ° C., the corrosion of the discharge pipes 31 and 33 after the reaction vessel 21 can be prevented even by the strongly acidic processing fluid.
By lining titanium or a titanium alloy on the inside of the discharge pipes 31 and 33, corrosion resistance to a strongly acidic processing fluid can be provided, so that it can be easily implemented.
[0026]
In addition, since the portion of the discharge pipe 34 where the temperature of the processing fluid is less than 300 ° C. is provided with corrosion resistance against strong acidity and strong alkalinity, the strongly acidic fluid and the strong alkaline fluid which exist locally until the processing fluid is neutralized. Even when the discharge pipe 34 is exposed, the corrosion of the discharge pipe 34 can be prevented because the temperature of the fluid is low and corrosion hardly occurs.
Furthermore, since the processing fluid is cooled to 300 ° C. or lower, preferably 200 ° C. or lower by the cooler 32 having corrosion resistance to strong acid, the corrosion of the cooler 32 can be prevented.
Further, since the processing fluid is cooled to 300 ° C. or lower by the cooling mechanism, the temperature of the processing fluid can be reliably cooled to 300 ° C.
[0027]
Since the temperature of the fluid is 300 ° C. or less, the salt generated by the neutralization dissolves in the fluid and does not adhere to the inside of the discharge pipe 34 or the like.
[0028]
FIG. 3 is a block diagram showing a schematic configuration of a hydrothermal reaction apparatus according to a second embodiment of the present invention. The same or corresponding parts as in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
[0029]
3, reference numeral 11 denotes a neutralizing agent supply pipe for supplying a weakly alkaline neutralizing agent into the discharge pipe 31, and reference numeral 12 denotes a high-pressure pump provided in the neutralizing agent supply pipe 11. This high-pressure pump 11 The neutralizing agent is supplied at a high pressure of, for example, 25 MPa or more through the neutralizing agent supply pipe 11 into the discharge pipe 31 near the discharge port of the reaction vessel 21.
[0030]
The hydrothermal reaction process in this embodiment is the same as that in the previous embodiment, and thus the description is omitted.
This embodiment is an embodiment which can be applied when the pH of the processing fluid is, for example, less than 1, and such that titanium or even a titanium alloy is corroded.
In this embodiment, a weakly alkaline neutralizing agent is supplied into the discharge pipe 31 near the discharge port of the reaction vessel 21 to reduce the acidity of the processing fluid, so that the discharge pipes 31 and 33 and the cooler 32 are used. Can be prevented from being corroded.
[0031]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the portion of the discharge pipe where the temperature of the processing fluid is 300 ° C. or higher has corrosion resistance to strong acidity, and when the temperature drops to 300 ° C. or lower, the neutralizing agent is added to the processing fluid. , It is possible to prevent corrosion of a discharge pipe after the reaction vessel even with a strongly acidic processing fluid.
By lining titanium or a titanium alloy on the inside of the discharge pipe, it is possible to impart corrosion resistance to a strongly acidic processing fluid, so that it can be easily implemented.
[0032]
In addition, since the portion of the discharge pipe where the temperature of the processing fluid is less than 300 ° C. is provided with corrosion resistance against strong acidity and strong alkalinity, a strong acidic fluid and a strong alkaline fluid which exist locally until the processing fluid is neutralized are used. Even if the discharge pipe is exposed to water, corrosion is unlikely to occur because the temperature of the fluid is low, so that corrosion of the discharge pipe can be prevented.
Furthermore, since the processing fluid is cooled to 300 ° C. or lower by a cooler having corrosion resistance to strong acid, corrosion of the cooler can be prevented.
Further, since the processing fluid is cooled to 300 ° C. or less by the cooling mechanism, the temperature of the processing fluid can be reliably cooled to 300 ° C.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a hydrothermal reaction apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a partial view showing a part of the discharge pipe system shown in FIG.
FIG. 3 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a hydrothermal reaction apparatus according to a second embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1, 4, 6, 9 supply pipe 2 on-off valve 3, 5, 7, 12, 16 high pressure pump 8 air compressor 10 preheater 13 cooling water supply pipe 14 pump 11, 15 neutralizing agent supply pipe 21 reaction vessel 31, 33, 34 discharge pipe 34a upstream part 34b downstream part 32 cooler 35 gas-liquid separator 36 gas discharge pipe 37, 39 pressure reducing valve 38 liquid discharge pipe 41 temperature sensor 42 temperature controller

Claims

A hydrothermal reaction process in which an object containing an organic substance is subjected to a hydrothermal oxidation reaction in a supercritical state or a subcritical state of water in a reaction vessel, and a treatment fluid is discharged from the reaction vessel via a discharge pipe. In the method,
At least a contact portion of the discharge pipe that contacts the processing fluid having a temperature of 300 ° C. or more is made of titanium or a titanium alloy to have corrosion resistance to strong acidity,
Adding a neutralizing agent to the processing fluid when the temperature falls below 300 ° C.
A hydrothermal treatment method characterized by the above-mentioned.

The method for treating hydrothermal reaction according to claim 1,
At least a contact portion of the discharge pipe that contacts the processing fluid having a temperature of less than 300 ° C. is made of titanium or a titanium alloy when the processing fluid contains a halogen acid, and has a corrosion resistance against strong acidity and strong alkalinity. If the processing fluid contains an acid other than a halogen acid, titanium, a titanium alloy or a nickel alloy is formed to have corrosion resistance to strong acidity and strong alkalinity,
A hydrothermal treatment method characterized by the above-mentioned.

In the hydrothermal reaction treatment method according to claim 1 or 2,
The processing fluid is cooled to a temperature of 300 ° C. or lower by a cooler configured of titanium or a titanium alloy and having corrosion resistance to strong acid,
A hydrothermal treatment method characterized by the above-mentioned.

A hydrothermal reaction process in which a liquid to be treated containing an organic substance is subjected to a hydrothermal oxidation reaction in a supercritical state or subcritical state of water in a reaction vessel, and a treatment fluid is discharged from the reaction vessel via a discharge pipe. In the device,
At least a contact portion of the discharge pipe that contacts the processing fluid having a temperature of 300 ° C. or more is made of titanium or a titanium alloy,
A neutralizing agent supply mechanism for supplying a neutralizing agent to a portion of the discharge pipe in which the temperature of the processing fluid is 300 ° C. or less,
A hydrothermal treatment apparatus characterized by the above-mentioned.

The hydrothermal reactor according to claim 4,
At least a contact portion of the discharge pipe, which contacts the processing fluid having a temperature of less than 300 ° C., is formed of titanium or a titanium alloy when the processing fluid contains a halogen acid, and the processing fluid is formed of a material other than the halogen acid. If it contains acid, it is composed of titanium, titanium alloy or nickel alloy,
A hydrothermal treatment apparatus characterized by the above-mentioned.

The hydrothermal treatment apparatus according to claim 4 or claim 5,
A cooling mechanism having a cooler made of titanium or a titanium alloy, which cools the processing fluid to 300 ° C. or lower, is provided in the discharge pipe.
A hydrothermal treatment apparatus characterized by the above-mentioned.