JP2005270816A - High temperature, high pressure treatment apparatus for organic waste - Google Patents
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Description
本発明は、下水汚泥、生ごみ等の水分を含有する有機性廃棄物を高温高圧条件下で分解処理する有機性廃棄物の高温高圧処理装置に関するものである。 The present invention relates to an organic waste high-temperature and high-pressure treatment apparatus for decomposing organic waste containing water such as sewage sludge and garbage under high-temperature and high-pressure conditions.
下水汚泥、生ごみ等の有機性廃棄物の処理方法としては、現在のところ焼却処理法が主流である。しかし焼却を行う際にはある程度大きな焼却プラントを設計する必要があるため都市部には適するものの、大量の有機性廃棄物が排出されない地方自治体などには焼却処理法は不向きである。そこで現在、焼却に代わる有機性廃棄物の処理技術の開発が急がれている。このような代替技術の主なものとしては、超臨界処理法と湿式酸化法を挙げることができる。 Currently, the incineration method is the mainstream for treating organic waste such as sewage sludge and garbage. However, it is necessary to design a large incineration plant for incineration, so it is suitable for urban areas, but the incineration method is not suitable for local governments where large amounts of organic waste are not discharged. Therefore, there is an urgent need to develop organic waste treatment technology that can replace incineration. Examples of such alternative technologies include a supercritical processing method and a wet oxidation method.
超臨界処理法は、水の臨界圧力(約22MPa)及び水の臨界温度(374℃)以上の超臨界水を用いて有機性廃棄物の処理を行う方法(特許文献1)である。超臨界水は反応性に富むため酸化処理の反応場として注目されている。実際には圧力22〜25MPa、温度600〜650℃の高温高圧条件下で有機性廃棄物の酸化分解を行う。 The supercritical treatment method is a method of treating organic waste using supercritical water having a critical pressure of water (about 22 MPa) and a critical temperature of water (374 ° C.) or higher (Patent Document 1). Supercritical water is attracting attention as a reaction field for oxidation treatment because of its high reactivity. Actually, the organic waste is oxidatively decomposed under high temperature and high pressure conditions of a pressure of 22 to 25 MPa and a temperature of 600 to 650 ° C.
この超臨界処理を行わせるためには、25MPa以上の吐出圧を持つ特殊なポンプを用いて有機性廃棄物を反応場に供給しなければならないが、このような特殊なポンプは2〜5MPa程度の吐出圧を持つ通常のポンプとは異なり、固形分濃度の高い流体を圧送することは不得手である。このため取り扱える有機性廃棄物の固形分濃度の上限は10%(含水率が90%)であり、固形分濃度がこれよりも高い(含水率の低い)有機性廃棄物の処理には不適当であった。 In order to perform this supercritical treatment, organic waste must be supplied to the reaction site using a special pump having a discharge pressure of 25 MPa or more. Such a special pump is about 2 to 5 MPa. Unlike a normal pump having a discharge pressure of 2 mm, it is not good at pumping a fluid having a high solid content concentration. For this reason, the upper limit of the solid content concentration of organic waste that can be handled is 10% (water content is 90%), which is inappropriate for the treatment of organic waste with a solid content concentration higher than this (low water content) Met.
また、反応は超臨界水に有機性廃棄物と酸素とが完全に溶解した状態で行われるため、高濃度の固形分を処理することはこの点からも困難である。しかも反応条件が過酷であるために装置の腐食などの問題があることはもちろん、酸化剤としての酸素や空気を高圧まで昇圧するために多くのコストがかかるという問題も懸念されている。 In addition, since the reaction is carried out in a state where organic waste and oxygen are completely dissolved in supercritical water, it is difficult to treat a high-concentration solid. In addition, since the reaction conditions are severe, there are problems such as corrosion of the apparatus, and there is a concern that a lot of cost is required to increase the pressure of oxygen or air as an oxidant to a high pressure.
一方、湿式酸化法は温度、圧力ともに臨界点以下の液相条件下で有機性廃棄物を酸化分解する方法である。この方法は上記した超臨界処理法に比較して反応条件が緩やかであるから、設備コストやランニングコストは安価であり、また通常の吐出圧を持つポンプを使用できるため、含水率が90%以下の有機性廃棄物の処理も可能である。しかし湿式酸化法では酸化の度合いに限界があり、特にこの条件下で窒素がアンモニアに転化され、このアンモニアをほとんど分解できないという問題がある。アンモニアの排出規制をクリアするためには別のアンモニア処理装置が必要となるので、結局のところ設備コストやランニングコストが嵩む結果となる。 On the other hand, the wet oxidation method is a method in which organic waste is oxidatively decomposed under liquid phase conditions that are below the critical point for both temperature and pressure. Since this method has mild reaction conditions compared to the supercritical processing method described above, the equipment cost and running cost are low, and since a pump having a normal discharge pressure can be used, the water content is 90% or less. It is also possible to treat organic waste. However, there is a limit in the degree of oxidation in the wet oxidation method, and there is a problem that nitrogen is converted into ammonia under this condition and the ammonia can hardly be decomposed. Since a separate ammonia treatment device is required to clear the ammonia emission regulations, the result is that equipment costs and running costs increase.
上記したほか特許文献2に示すように、水の臨界温度以上、臨界圧力以下の亜臨界条件下にて有機物を酸化処理する方法も提案されている。この特許文献2に示された技術は、可燃性物質を運ぶ水流れを例えば圧力10MPa、温度600℃で処理する技術である。しかしこれは水流れを有する廃棄物を対象とするために固形分濃度が低く、装置に対して処理できる固形分が少ないという問題がある。このように、固形分濃度が高い有機性廃棄物を装置内部で閉塞を生じさせることなく経済的に高温高圧処理することができる装置は、ほとんど提案されていない。
本発明は上記した従来の問題点を解決して、含水率が90%以下の固形分濃度の高い有機性廃棄物をも、内部で閉塞を生じさせることなく、経済的に高温高圧処理することができる有機性廃棄物の高温高圧処理装置を提供するためになされたものである。 The present invention solves the above-mentioned conventional problems and economically treats organic waste with a high moisture content of 90% or less at high temperature and high pressure economically without causing clogging inside. It was made in order to provide a high-temperature and high-pressure treatment apparatus for organic waste.
上記の課題を解決するためになされた請求項1の発明は、水分を含む有機性廃棄物を水の臨界圧力以下の高温高圧条件下で分解処理する装置であって、予熱器とこれに直結された反応器とからなり、予熱器は水分蒸発温度付近、反応器は水の臨界温度以上の気相条件に維持されており、反応器の出口側下部には二重ダンパ式の排出管を設け、また反応器から抽出した高温高圧ガスを冷却した高圧水を上記排出管に導入する閉塞防止用のラインを設けたことを特徴とするものである。請求項2の発明では、反応器から抽出した高温高圧ガスを冷却・減圧した高圧水を上記排出管に導入する。なお、反応器から抽出した高温高圧ガスを予熱器の外管に導くラインを設け、高温高圧ガスを予熱器の熱源として利用したのち、閉塞防止用のラインに導くようにすることが好ましい。
In order to solve the above problems, the invention of
本発明の有機性廃棄物の高温高圧処理装置は、水の臨界圧力以下の高温高圧条件に保たれた予熱器とこれに直結された同圧の反応器とからなり、有機性廃棄物は予熱器において水分蒸発温度付近まで昇温する。この際、加水分解や熱分解によって有機物が可溶化され、有機性廃棄物が含水率90%以下の固形分濃度の高いものである場合にも、閉塞等のトラブルが防止される。予熱器を出た有機性廃棄物は反応器に入り、水の臨界温度以上の気相条件下にて有機物が酸化分解される。なお、予熱器と反応器の内部にそれぞれ撹拌搬送手段を設けることが好ましく、分解残渣は撹拌搬送手段により出口に向かって搬送される。 The organic waste high-temperature and high-pressure treatment apparatus of the present invention comprises a preheater maintained at a high-temperature and high-pressure condition below the critical pressure of water and a reactor of the same pressure directly connected thereto, and the organic waste is preheated. The temperature is raised to near the water evaporation temperature in the vessel. At this time, troubles such as clogging can be prevented even when the organic matter is solubilized by hydrolysis or thermal decomposition, and the organic waste has a high solid content concentration with a moisture content of 90% or less. The organic waste that exits the preheater enters the reactor, and the organic matter is oxidatively decomposed under gas phase conditions above the critical temperature of water. In addition, it is preferable to provide a stirring conveyance means inside the preheater and the reactor, respectively, and the decomposition residue is conveyed toward the outlet by the stirring conveyance means.
反応器で酸化分解された残渣は反応器の出口側下部の排出管から排出されるが、二重ダンパ式であるため反応器の内部圧力を低下させることなく反応生成物を取り出すことができる。また残渣がこの排出管の内部で閉塞することを防止するため、反応器から抽出した高温高圧ガスを冷却した高圧水、あるいは反応器から抽出した高温高圧ガスを冷却・減圧した高圧水を閉塞防止用のラインを介して上記排出管に導入する。排出管の内部はこの高圧水により洗浄され、閉塞が確実に防止される。 The residue oxidatively decomposed in the reactor is discharged from the discharge pipe at the lower part on the outlet side of the reactor. However, because of the double damper type, the reaction product can be taken out without reducing the internal pressure of the reactor. In order to prevent clogging of the residue inside the discharge pipe, high-pressure water cooled from the high-temperature high-pressure gas extracted from the reactor or high-pressure water cooled from the reactor and cooled / depressurized is prevented from clogging. It introduce | transduces into the said discharge pipe through the line for. The inside of the discharge pipe is washed with this high-pressure water, and blockage is reliably prevented.
以下に図面を参照しつつ、本発明の好ましい実施形態を示す。
図1において、1は予熱器、2は予熱器1に直結された反応器である。予熱器1は外管3を備えた二重管構造である。反応器2は外周にヒータ4を備え、内部を水分蒸発温度以上に維持している。これらの予熱器1と反応器2の内部は水の臨界圧力以下の高圧、例えば4MPaに維持されている。予熱器1と反応器2は直結されているため、内部は同一圧力に保たれている。なお予熱器1と反応器2の内部には、それぞれスクリュー式あるいはパドル式の撹拌搬送手段5、6が設けられている。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
In FIG. 1, 1 is a preheater, and 2 is a reactor directly connected to the
下水汚泥、生ごみ等の水分を含む有機性廃棄物は、スラリー注入器7によって高圧の予熱器1内に注入される。このスラリー注入器7はピストン8を備えたシリンダポンプであり、高圧水ポンプ9から送られる高圧水によりピストン8を押し下げて有機性廃棄物を高圧の予熱器1内に注入する。予熱器1では加水分解や熱分解による有機物の可溶化が行われる。予熱器1を通過した有機性廃棄物は反応器2に送られ、水の臨界温度以上の気相条件下にて有機物が酸化分解される。分解されたガスはライン10から抽出され、残部(液、残渣)は反応器2の後端下部に設けられた排出管11から排出される。
Organic waste containing water such as sewage sludge and garbage is injected into the high-
反応器2内の高温高圧ガスは反応器2の上部に接続されたライン10を通じて予熱器1の外管3に直接導入され、予熱器1の熱源として利用される。このように予熱器1の熱源として反応器2から抽出された高温高圧ガスが用いられるので、エネルギの無駄がない。予熱器1の外管3に導入された高温高圧ガスは予熱器1を加熱することによってそれ自体は冷却され、ドレン水となる。この高温高圧のドレン水はコンデンサ12において、常温付近まで冷却される。ドレン水は反応器2のガス由来のものであるから、残渣が含まれないので冷却時に閉塞を招くことはなく、コンデンサ12を小型化することができる。
The high-temperature and high-pressure gas in the
なお、廃液中にシアン等の有害成分が存在する場合にも、200℃〜水分蒸発温度の温度条件にて十分な時間をかけて冷却を行えば、シアン等を分解することができる。このため蛇管状のコンデンサ12を用いて徐々に冷却することが好ましい。
Even in the case where harmful components such as cyan are present in the waste liquid, cyan and the like can be decomposed by cooling for a sufficient time under a temperature condition of 200 ° C. to moisture evaporation temperature. For this reason, it is preferable to gradually cool using a
前記したように、予熱器1に注入された有機性廃棄物は、高圧条件下で水分蒸発温度付近に加熱され加水分解や熱分解による有機物の可溶化が行われる。そして予熱器1を出た有機性廃棄物は反応器2に入り、注入された酸素により水の臨界温度以上の気相条件下にて有機物が酸化分解され、ガスと液と残渣となる。ガスはライン10を通じて抽出されるが、液と残渣は排出管11から取り出される。
As described above, the organic waste injected into the
排出管11は上下にバルブ14、15を備えた二重ダンパ構造であり、図2Aに示すように常時は上側のバルブ14を開き、下側のバルブ15を閉じた状態として液と残渣を排出管11内に落とす。このときバルブ16は閉じ、バルブ17を開いて高圧水を閉塞防止用のライン19に流しておく。残渣の取り出しの際には上側のバルブ14を閉じ、下側のバルブ15を開くとともに、バルブ17を閉じバルブ16を開いて高圧水を閉塞防止用のライン18から排出管11のバルブ14の下方に流し、液と残渣を排出する。このように、請求項1の発明では高温高圧ガスを冷却した高圧水を排出管11内に導入することによって残渣を排出し、閉塞を防止する。
The
図3は請求項2の発明の実施形態を示すもので、コンデンサ12の後段に減圧手段13を設け、高圧水が減圧手段13を流れるときの圧力損失を利用して減圧する点が相違している。減圧手段13を通過した後もなお、大気圧よりも十分に高圧の高圧水である。この実施形態では図3に示すように、閉塞防止用のライン19のみが排出管11の下側のバルブ15の下方に接続されている。
FIG. 3 shows an embodiment of the invention of
この請求項2の発明でも図4Aに示すように常時は上側のバルブ14を開き、下側のバルブ15を閉じた状態として液と残渣を排出管11内に落とす。なお減圧された高圧水は常に閉塞防止用のライン19に流しておく。そして残渣の取り出しの際には上側のバルブ14を閉じ、下側のバルブ15を開く。残渣の上部の排出管11の内圧は、減圧された高圧水が導入される残渣の下部よりも高く、例えば0.3MPa程度の差圧が発生するため、この差圧によって排出管11から残渣は図4Bのように排出される。なおこの差圧が大きいと残渣排出には有利であるが、残渣排出後に上側のバルブ14を開くときに、排出管11の内圧と反応器2の内圧との差によって反応系に悪影響が生ずるため、0.3MPa程度とすることが好ましい。
In the second aspect of the invention, as shown in FIG. 4A, the
図5は請求項2の発明の他の実施形態を示すものである。この実施形態においても、常時は上側のバルブ14を開き、下側のバルブ15を閉じた状態として液と残渣を排出管11内に落とすとともに、減圧された高圧水を閉塞防止用のライン19に流しておく。そして残渣の取り出しの際には上側のバルブ14を閉じ、下側のバルブ15を開くと、図6Bのように上記した差圧によって残渣は落下する。その後、バルブ17を閉じ、バルブ16を開いて減圧された高圧水を閉塞防止用のライン18から排出管11内に流し、液と残渣を完全に排出する。この実施形態によれば、差圧と高圧水洗浄との併用により最も確実な閉塞防止が可能となる。
FIG. 5 shows another embodiment of the second aspect of the present invention. Also in this embodiment, the
このようにして、排出管11の下端からはガスと液と残渣との混合体が排出される。これらは気−液・固分離器20によってガスが分離され、ドレインタンク21にて固液排水を回収する。
In this way, a mixture of gas, liquid and residue is discharged from the lower end of the
以上に説明したように、本発明によれば下水汚泥、生ごみ等の水分を含有する有機性廃棄物を高温高圧条件下で分解処理することができる。特に予熱器における有機物の可溶化、撹拌搬送手段の採用、閉塞防止用のラインによる排出管の洗浄などの技術を組み合わせたことにより、水分含有率が90%未満の有機性廃棄物をも閉塞のおそれなく酸化分解処理することができる。 As explained above, according to the present invention, organic waste containing water such as sewage sludge and garbage can be decomposed under high temperature and high pressure conditions. In particular, organic waste with a moisture content of less than 90% can be blocked by combining technologies such as solubilization of organic substances in the preheater, the use of stirring and conveying means, and cleaning of the discharge pipe using a line for preventing clogging. Oxidative decomposition can be performed without fear.
1 予熱器
2 反応器
3 外管
4 ヒータ
5 撹拌搬送手段
6 撹拌搬送手段
7 スラリー注入器
8 ピストン
9 高圧水ポンプ
10 ライン
11 排出管
12 コンデンサ
13 減圧手段
14 バルブ
15 バルブ
16 バルブ
17 バルブ
18 閉塞防止用のライン
19 閉塞防止用のライン
20 気−液・固分離器
21 ドレインタンク
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