JP2004290819A

JP2004290819A - 高温高圧処理装置

Info

Publication number: JP2004290819A
Application number: JP2003086713A
Authority: JP
Inventors: Masami Nonokawa; 正巳野々川
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2003-03-27
Filing date: 2003-03-27
Publication date: 2004-10-21

Abstract

【課題】超臨界水または亜臨界水の状態下に有機性廃棄物を連続的に酸化処理できる反応器を備えた高温高圧処理装置提供する。
【解決手段】高温高圧の処理条件下に有機性廃棄物を酸化処理するようにした高温高圧処理装置で、被処理物タンク１、供給ポンプ１１、予熱装置２、反応器３、冷却器７２、処理物分離装置７３など一連の機器から構成される。反応器３は、両端に処理物の供給口３１、排出口３２を設けた密閉可能な横長筒状容器３３からなり、外周には加熱装置３４を配設して、その容器内は超臨界水または亜臨界水の処理条件下において酸化処理が行われる反応領域が形成され、かつ排出側に向けて上り勾配に配置するとともに、被処理物を排出側に向けて移送、酸化処理できるスクリュウ羽根３７を配設した。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超臨界水または亜臨界水を利用して有機性廃棄物を処理する高温高圧処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
有機性廃棄物の分解処理方法として、湿式酸化法、超臨界水酸化法があり、また亜臨界水酸化法も開発されている。（特許文献１を参照のこと）これらの処理方法では、比較的高温高圧の処理条件、例えば、亜臨界水酸化法では、水の沸点１００℃以上、臨界温度３７４℃以下であって、処理温度における飽和水蒸気圧未満の水蒸気圧（処理温度３５０℃の場合、飽和水蒸気圧は１６．５ＭＰａ）の処理条件が適用される。
【０００３】
このような高温高圧の処理条件を実現できる反応器として、耐圧密閉構造のオートクレーブが実用化されているが、被処理物の装填、反応、排出など処理操作が回分式である、容器の大型化が困難である、などの問題があって、自動化し易く大量処理に対応可能な連続処理装置の開発が要望されていた。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−１９２１９４号公報：段落〔０００３〕〜〔０００８〕、〔実施例〕の記載事項
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、超臨界水または亜臨界水の状態下に有機性廃棄物を連続的に酸化処理できる反応器を提供するものであり、かくして、実用的な高温高圧処理装置を提供する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の問題は、超臨界水または亜臨界水の処理条件下に有機性廃棄物を酸化処理する反応器を有する高温高圧処理装置において、該反応器は、一方端部に予熱した被処理物を供給する供給口、他方端部に処理物を排出する排出口を設け、両端を閉じた密閉可能な横長筒状容器からなり、外周には加熱装置を配設して、その容器内横長空間を前記酸化処理を行なう反応領域としたものであって、その横長筒状容器を供給側から排出側に向けて上り勾配に配置するとともに、容器内横長空間には、被処理物を供給側から排出側に向けて移送するとともに連続的に酸化処理できる掻き寄せ機を配設したことを特徴とする本発明の高温高圧処理装置によって、解決することができる。
【０００７】
また、本発明は、前記反応器の前段に、被処理物が所定の処理条件になるよう予熱する予熱装置を配設し、後段に処理物を冷却する冷却器、処理物を廃ガスと廃スラリに離する処理物分離装置を配設した形態の高温高圧処理装置に具体化できる。
また、前記超臨界水処理条件が、温度３７４℃以上、圧力２２ＭＰａ以上であり、亜臨界水処理条件が、大気圧下、水の沸点（１００℃）以上、臨界温度（３７４℃）未満、水蒸気圧が処理温度にける飽和蒸気圧未満である高温高圧処理装置として具体化される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の高温高圧処理装置に係る実施形態について、図１、２を参照しながら説明する。
本発明の高温高圧処理装置を概説すると、超臨界水または亜臨界水の処理条件下に有機性廃棄物を酸化処理するようにした高温高圧処理装置であり、図２のブロック図の機器構成例を示すように、被処理物タンク１、供給ポンプ１１、予熱装置２、反応器３、冷却器７２、処理物分離装置７３など、有機性廃棄物を連続的に処理する一連の機器から構成される。
【０００９】
本発明では、被処理物ａとして、下水汚泥、食品廃棄物、生ゴミ、厨芥、バイオマスなどの水分含有の有機性廃棄物が処理対象とされる。被処理物タンク１はこれら被処理物ａを、濃度を最大３０％までのスラリー状態で貯留するもので、スラリー状被処理物ａは、供給ポンプ１１によってパイプラインを通じて先ず予熱装置２に供給される。この予熱装置２は、後段の反応器３において所定の処理条件の酸化反応が円滑に行われるよう、被処理物ａを加熱する装置であり、通常、加熱手段を備えた耐熱耐圧管体が用いられる。
【００１０】
この予熱装置２から送り出された予熱処理物ｃには、必要に応じて酸素、空気などの酸化剤ｂを酸化剤ポンプ７１で注入される。そして、この予熱処理物ｃは追って詳述する反応器３において、酸化剤ポンプ７１から供給される酸化剤ｂの存在下、超臨界水または亜臨界水の処理条件下において酸化処理される。
【００１１】
ここで、超臨界水の処理条件とは、温度３７４℃以上、圧力２２ＭＰａ以上である、好ましくは６００〜６５０℃、２２〜２５ＭＰａの条件であり、また、亜臨界水の処理条件とは、温度が大気圧下の水の沸点（１００℃）以上、臨界温度（３７４℃）未満であって、水蒸気圧がその処理温度にける飽和蒸気圧未満である条件をいう。酸化分解反応に好ましい亜臨界水の処理条件は、温度２５０℃以上、処理圧力５〜１０ＭＰａである。この場合、処理圧力は、水蒸気を含む発生ガス分圧と供給される酸素分圧の合計圧力をいう。
【００１２】
この反応器３において、予熱処理物ｃは、水分はすべて水蒸気となり液体として存在しない状態の中で迅速にガス化して酸化されるが、非反応（無機）物質は反応残渣である残留固形分のまま残留することになる。ここで、供給酸化剤量は、酸素基準で理論要求酸素量の１〜３倍が適当である。
【００１３】
かくして得られた反応処理物ｄは、適宜形式の冷却器７２、例えば冷却水ｅによる熱交換型冷却器によって、５０℃以下に冷却され、次の処理物分離装置７３で、凝縮水と残留固形物からなる廃スラリーｆと酸化反応で発生した炭酸ガス、窒素ガスなどの廃ガスｇに分離して、それぞれ廃棄処分されるのである。
【００１４】
そして、本発明の最も特徴とするところは、前記反応器３の構造であって、該反応器３は、先ず図１に示すように、一方端部に予熱した被処理物である予熱処理物ｃを供給する供給口３１を設け、他方端部に反応処理物を排出する排出口３２を設け、両端を閉じた密閉可能な横長筒状容器３３（図では斜線部分で示している）からなり、外周には加熱装置３４を配設して、その容器内横長空間３５は前記した超臨界水または亜臨界水の処理条件下において酸化処理が行われる反応領域が形成される点にある。なお、酸化剤ｂは、供給口３１近傍の酸化剤供給口３６から送入されるののとする。
【００１５】
次の特徴は、この横長筒状容器３３は、供給側から排出側に向けて（図では左から右に向けて）上り勾配に配置するとともに、容器内横長空間３５には、被処理物を供給側から排出側に向けて移送するとともに連続的に酸化処理できる掻き寄せ機として図示したスクリュウ羽根３７を配設した点にある。なお、排出側壁に安全装置（図示せず）に導くガスパイプ３８が設けられている。
【００１６】
この横長筒状容器３３の上り勾配は、内部に設けたスクリュウ羽根３７の移送性能に関係するが、角度は大きくとも０〜５度までが適当である。この範囲外では被処理物の滞留時間の制御が困難となったり、残留固形分が堆積して被処理物の流れを阻害するようになる。また、スクリュウ羽根３７のピッチ、回転数は被処理物の実態に応じて設定すればよいが、スクリュウ羽根３７の下端部を容器内横長空間３５の底部に接近させて配置するのが、残留固形分を円滑に移送し堆積を防止するのに効果的である。なお、この実施形態では、掻き寄せ機としてスクリュウ羽根を例示したたが、複数のパドル型単羽根などであってもよいのはいうまでもない。
【００１７】
なお、この反応器３は、如上の通り、超臨界水または亜臨界水の過酷な処理条件に耐える材料から形成される必要があり、その横長筒状容器３３および直接関連する部材等はインコネルなどＮｉ−Ｃｒ合金、ＳＵＳ３１６などＦｅ−Ｎｉ−Ｃｒ合金を選択して、十分な構造強度が得られるよう製作されるものである。また、横長筒状容器３３には、適宜間隔に温度センサ（図示せず）が設置され、内部の温度を検知し、その情報に基づいて、前記加熱装置３４の出力を制御して被処理物の処理条件を好ましい範囲に保持するのであるが、これらの制御システムは従来のものが応用可能である。
【００１８】
かくして、本発明によれば、その容器内横長空間３５に超臨界水または亜臨界水の処理条件の反応領域が形成される、そして供給口から供給された被処理物はこの反応領域内を排出口に向かって移送されるので、被処理物は連続的に制御されながら超臨界水または亜臨界水によって効果的に酸化処理されて、分解ガスと残留固形分に分解され、かつ連続的に排出されるという利点が得られるのである。そして。内容積４リットル（直径：８ｃｍ×長さ：８０ｃｍ）規模の反応器からなる高温高圧処理実証装置によれば、濃度２０％の有機性廃棄物スラリーを亜臨界水の条件下で約１ｋｇ／ｈの割合で連続的に処理することができた。
【００１９】
【発明の効果】
本発明の高温高圧処理装置は、以上説明したように構成されているので、超臨界水または亜臨界水の状態下に有機性廃棄物を連続的に酸化処理できる反応器を備えることにより、超臨界水または亜臨界水を用いた、有機性廃棄物の効果的な処理方法を実用化できるという優れた効果が得られた。よって本発明は、従来の問題点を解消した高温高圧処理装置として、技術的価値はきわめて大なるものがある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に用いる反応器の実施形態を示す要部断面図。
【図２】本発明の実施形態を説明するための高温高圧処理システムブロック図。
【符号の説明】
１被処理物タンク、１１供給ポンプ、２予熱装置、３反応器、３１供給口、３２排出口、３３横長筒状容器、３４加熱装置、３５容器内横長空間、３６酸化剤供給口、３７スクリュウ羽根、３８ガスパイプ、７１酸化剤ポンプ、７２冷却器、７３処理物分離装置、ａ被処理物、ｂ酸化剤、ｃ予熱処理物、ｄ反応処理物、ｅ冷却水、ｆ廃スラリー、ｇ廃ガス。

Claims

超臨界水または亜臨界水の処理条件下に有機性廃棄物を酸化処理する反応器を有する高温高圧処理装置において、該反応器は、一方端部に予熱した被処理物を供給する供給口、他方端部に処理物を排出する排出口を設け、両端を閉じた密閉可能な横長筒状容器からなり、外周には加熱装置を配設して、その容器内横長空間を前記酸化処理を行なう反応領域としたものであって、その横長筒状容器を供給側から排出側に向けて上り勾配に配置するとともに、容器内横長空間には、被処理物を供給側から排出側に向けて移送するとともに連続的に酸化処理できる掻き寄せ機を配設したことを特徴とする高温高圧処理装置。
前記反応器の前段に、被処理物が所定の処理条件になるよう予熱する予熱装置を配設し、後段に処理物を冷却する冷却器、処理物を廃ガスと廃スラリに分離する処理物分離装置を配設した請求項１に記載の高温高圧処理装置。
前記超臨界水処理条件が、温度３７４℃以上、圧力２２ＭＰａ以上であり、亜臨界水処理条件が、大気圧下、水の沸点（１００℃）以上、臨界温度（３７４℃）未満、水蒸気圧が処理温度にける飽和蒸気圧未満である請求項１または２または３に記載の高温高圧処理装置。