JP2006239540A - 有機廃棄物の連続湿式酸化処理における処理対象液の圧力保持装置及び圧力制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 処理対象液の反応に最適な圧力を、容易に制御して保持することができ、構成が簡単で安価に製作することができ、目詰まり等による故障やキャビテーション損傷を受ける恐れがなく、取扱いや保守点検等も容易で、長期間安定して使用できる圧力保持装置及び圧力制御方法を提供する。
【解決手段】 亜臨界状態で湿式酸化分解する反応炉と、触媒により無機化する触媒炉とを備えた有機廃棄物の連続湿式酸化処理システムにおいて、上記触媒炉の下流に、上流から下流に向けて各段のオリフィスの孔径が徐々に増大している多段オリフィスを接続し、その多段オリフィスの下流にバルブを設け、多段オリフィスとバルブをバイパスするバイパス路にバイパスバルブを設け、処理対象液の圧力を圧力検知器により検知した処理対象液の圧力に応じて制御手段によりバルブ、バイパスバルブの開閉を制御するようにした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、有機廃棄物を低コスト、短時間で、環境に負荷を与えることなく無害に処理する連続湿式酸化処理システムにおいて、反応炉内及び触媒炉内の処理対象液の反応に最適な圧力を保持するための、処理対象液の圧力保持装置及び圧力制御方法に関するものである。

従来、一般に食品工業廃水等、動植物由来の有機物、バイオマス有機物としての固形有機物等の有機廃棄物を含む有機廃液は、農地還元（畑地散布）、濃縮・乾燥の後に家畜飼料化、メタン発酵によるエネルギ回収、海洋投棄などにより処理されることが多かった。

しかしながら、農地還元は、需給バランスがとれず、二次汚染の心配があり、家畜飼料化は、濃縮・乾燥のための設備・処理コストが高く、メタン発酵は、メタン発酵のための処理設備が大規模で、設備費用が大きく、バイオのため運転が不安定なことや、海洋投棄は、将来的には海洋投棄禁止の方向にあるなど、それぞれ問題があった。

そのため近年、有機廃棄物を低コスト、短時間で、環境に負荷を与えることなく、無害に処理するための処理システムが検討されているが、その処理システムの一つとして、有機廃棄物の連続湿式酸化処理が提案されている（例えば特許文献１）。

図２は従来提案されている有機廃棄物の連続湿式酸化処理システムの構成を示すフロー図であり、亜臨界状態により有機廃棄物の連続湿式酸化処理を行っている。

図２において、１０１は、高速で回転し、有機廃棄物を裁断するカッター（刃）と、攪拌機を備えた破砕機であり、１０４は、筒状の密閉式高圧容器からなり、外殻には、電気ヒーターを利用した加熱手段が設けられている分解炉（以下、反応炉という）である。

１０５は反応炉１０４と同様の筒状の密閉式高圧容器からなり、チタニア及びアルミナに、ルテニウム、パラジウムなどの貴金属を担持した触媒、または白金、ゼオライトのような触媒が充填されている触媒炉である。

１０８は、炭酸ガスを選択的に吸着するゼオライトを封入した吸着塔等から構成される炭酸ガス濃縮装置であり、１０９は、触媒（ルテニウム触媒）を封入した反応管、ヒーター等から構成される炭酸ガス還元装置である。

１１０は、金属イオン成分（陽イオン成分）と無機栄養塩類（陰イオン成分）を除去あるいはその濃度を低減するためのゼオライトが封入された吸着塔などから構成される不純物吸着装置であり、１１１は、ポリアミド重合膜とポリスルホンの膜からなるフィルタ（逆浸透膜）を備える高度浄水装置である。

１１４は、メタンガスを燃料に発電する発電装置であり、１１５は、水耕栽培により野菜や果樹などを生産する植物工場的な植物栽培装置等である。

なお、反応炉１０４、触媒炉１０５、炭酸ガス還元装置１０９はヒートポンプなどからなる廃熱回収システムに接続されており、回収された熱は熱交換器１０３において再利用されるようになっており、この処理システムは、この他にも高圧圧送ポンプ１０２や、空気添加装置１０６、背圧バルブ１０７、バルブ１１２、気液分離装置１１３などを備えている。

上記のように構成された従来の連続湿式酸化処理システムによれば、有機廃棄物及び有機廃水は破砕機１０１に投入され、カッターで裁断され攪拌機で混合された後スラリー状にされ、高圧圧送ポンプ１０２を用いてバルブ１１２を経由し、熱交換器１０３に送り込まれ、熱交換器１０３によって予熱された後、反応炉１０４に送り込まれることになる。

次に、反応炉１０４に送り込まれたスラリー状物質は、反応炉１０４で酸化効率を高めるために空気添加装置１０６（あるいは酸素供給装置）により所定量の空気（酸素でもよい）が添加されるとともに、高温（２５０〜３００℃）に加熱され、含有する有機物が酸化分解されて、炭酸ガスと分解できなかった少量の有機物とを含有する水溶液とからなる中間生成物に変換されることになる。

次に、炭酸ガスと分解できなかった少量の有機物を含む水溶液は、互いに交じり合った混合溶液として、高圧圧送ポンプ１０２の圧力により連続的に触媒炉１０５に送られ、反応炉１０４で生じた廃熱は熱交換器１０３により回収されることになる。

次に、触媒炉１０５に流入した混合水溶液に含まれる有機物は、空気添加装置１０６（あるいは酸素供給装置）により添加される空気（酸素）を用い、触媒に循環接触されることによりさらに酸化分解され、混合溶液は水、炭酸ガス、窒素ガス等に分解されて完全に無機化されることになる。

こうして無機化された水溶液は、熱交換器１０３を経て背圧バルブ１０７で降圧されて気液分離器１１３に導入され、水溶液と炭酸ガスに分離され、それぞれ、不純物吸着装置１１０、炭酸ガス濃縮装置１０８に送り込まれ、触媒炉１０５で生じた廃熱は熱交換器１０３により回収されることになる。

なお、無機化された水溶液は、不純物吸着装置１１０により、陰電荷に帯電したゼオライトによって金属成分（陽イオン）が一定量除去されるとともに、陽電荷に帯電したゼオライトによって無機栄養塩類（陰イオン）が一定量取り除かれ、高度浄水装置１１１に送り込まれて浄水とされることになる。

また、気液分離装置１１３で水溶液と分離された炭酸ガスは、炭酸ガス濃縮装置１０８による吸着と分離によって分離濃縮され、濃縮炭酸ガスとして炭酸ガス還元装置１０９に送り込まれ、水素ガスを加えられたのち、還元されてメタンガスと水に転換されることになるが、転換されたメタンガスは燃料として発電装置１１４に送り込まれて発電されることになる。

なお、発電装置１１４で生じた炭酸ガスは、炭酸ガス濃縮装置１０８に送り込まれているが、植物工場の植物栽培装置１１５に送り込ませれば、光合成によって植物の成長に利用されることになる。

また、不純物吸着装置１１０で回収した無機栄養塩類は、肥料成分として利用するため植物栽培装置１１５に供給され、植物栽培装置１１５において生じた廃棄物廃水は、破砕機１０１に供給されている。

このように、従来の連続湿式酸化処理システムによれば、有機廃棄物を低コスト、短時間で、環境に負荷を与えることなく無害に処理することができるが、亜臨界状態による有機廃棄物の連続湿式酸化処理を行っているため、反応炉内、触媒炉内の処理対象液の反応に最適な圧力を保持する必要がある。

そのため、図２に示す従来の連続湿式酸化処理システムにおいては、触媒炉１０５の後流に背圧バルブ１０７を設け、その背圧バルブ１０７によって、反応炉１０４内、触媒炉１０５内を所定の高圧に維持し、処理対象液の反応に最適な圧力を保持するように圧力制御を行なっている。

図３は、従来の連続湿式酸化処理システムにおいて、背圧バルブを用いて圧力を制御し、圧力を保持する状況を示す説明図である。

図３において、１１６は背圧バルブ１０７の上流の処理対象液Ａの圧力を検知するための圧力検知器であり、圧力検知器１１６により検知した圧力に応じて制御手段１１７により背圧バルブ１０７を適宜操作することにより、背圧バルブ１０７の上流において、処理対象液Ａの処理温度が所定の範囲内で、その処理対象液Ａの処理圧力が所定の範囲内に保持され、背圧バルブ１０７の下流が０．１ＭＰａになるように、図中点線で示す信号伝達経路によって、圧力が制御されることになる。

しかしながら、亜臨界状態による有機廃棄物の連続湿式酸化処理においては、処理温度は３００〜３２０℃（最適値は３１０℃）、処理圧力は１３〜１４ＭＰａ（最適値は１４ＭＰａ）であるため、そのような反応炉１０４内、触媒炉１０５内の処理対象液の反応に最適な圧力を保持するには、圧力調整機能を有する背圧バルブ１０７としては、広い圧力範囲をカバーする必要があり、３００〜３２０℃の処理温度で、１３〜１４ＭＰａの処理圧力に対応するには、背圧バルブ１０７そのものが高価となるばかりか、背圧バルブ１０７の構造も複雑となり、圧力保持のための制御も面倒で、故障し易いという問題があった。

そのため、背圧バルブ１０７に代えて、安価なオリフィスを用いて圧力を保持することを検討したところ、オリフィスにより圧力を保持するには、例えば、配管内径が１２．７ｍｍで流速が１．８４ｍ／ｓの場合には、上流の圧力が１４ＭＰａで、下流の圧力が０．１ＭＰａになるように単段オリフィスにより圧力を低下させるには、単段オリフィスの孔径を１．７ｍｍ程度にしなければならない。

単段オリフィスにする場合の上記孔径は、処理対象液Ａの密度ρを考慮して、そのオリフィスにおける圧力損失係数ξを計算し、次にその圧力損失係数ξより絞り直径比βを計算し、その絞り直径比βから孔径を算出することができる。

ところが、通過する処理対象液Ａ中に微小な固形物が存在すると、オリフィスの孔径が１．７ｍｍ程度の小さい孔径だと、孔径の小さいオリフィスに詰まりが発生してオリフィスが機能しなくなり、処理対象液Ａの圧力が異常に上昇し、反応炉１０４、触媒炉１０５、配管等が破損する恐れがあるばかりか、キャビテーションの発生によりオリフィスが損傷を受けるため、単段オリフィスを使用することはできない。

単段オリフィスを使用した場合に、キャビテーションが発生するか否かは、処理対象液Ａの飽和蒸気圧Ｐ_ｖにおいて、上記孔径のオリフィスにおけるキャビテーション係数σを計算で求め、次に予め実験により配管サイズ毎に求めた絞り直径比と臨界キャビテーション係数との関係から、絞り直径比βにおける臨界キャビテーション係数σ_ｃを求め、その臨界キャビテーション係数σ_ｃと計算で求めたキャビテーション係数σとを比較して、σ_ｃ＞σであればキャビテーションが発生することがわかる。

上記の孔径を有する単段オリフィスを使用した場合には、σ_ｃ＞σとなり、キャビテーションが発生することが確認できる。

これに対し、各段のオリフィスの孔径を一定にした多段オリフィスを用いて圧力を保持する場合には、下流のオリフィスほど圧力が低くなり、特に最後段のオリフィスではキャビテーションが発生し易くなる。

圧力の高い上流のオリフィスでは、小さな孔径により大きな差圧ΔＰをとってもキャビテーションを発生しないが、特に最後段のオリフィスでは差圧ΔＰによってキャビテーションを発生する恐れがあるため、最後段のオリフィスの孔径は、圧力が低くてもキャビテーションを発生する恐れのない差圧ΔＰがとれる孔径にする必要がある。

そのため、各段のオリフィスの孔径を一定にする場合には、上流のオリフィスでは差圧ΔＰによってキャビテーションを発生する恐れがなく、キャビテーション発生に余裕があるとしても、キャビテーションを発生する恐れのない差圧ΔＰがとれる孔径に設定される最後段のオリフィスの孔径に合せざるを得ないことになる。

例えば単段オリフィスを用いた場合と同じ条件で多段オリフィスを用いて圧力を保持する場合には、処理対象液Ａの密度ρ、飽和蒸気圧Ｐ_ｖを考慮して、最後段のオリフィスにおける差圧ΔＰ、圧力損失係数ξ、絞り直径比βより、最後段のオリフィスにおいて、σ_ｃ＜σとなり、キャビテーションが発生しないよう孔径を計算するが、この場合には、最後段のオリフィスの孔径は６．３ｍｍ程度となる。

しかしながら、多段オリフィスを用いる場合には、オリフィス１段当りの差圧ΔＰを小さくしなければならず、各段のオリフィスの孔径を、最後段のオリフィスの孔径に合せて全て６．３ｍｍ程度とすると、単段オリフィスを用いた場合のオリフィスの孔径に比べて、オリフィスの孔径が大きく、オリフィスに詰まりが発生する恐れはないが、全体として２６９段ものオリフィスが必要となるため、各段のオリフィスの孔径を一定にした多段オリフィスを用いて圧力を保持することは、あまりにも実用的でないことになる。

特開２００３−２９０７３８公報（第３〜５頁、図１）

本発明は上記従来の実情に鑑み、検討を重ねてなされたもので、有機廃棄物の連続湿式酸化処理システムにおいて、反応炉内及び触媒炉内の処理対象液の反応に最適な圧力を、容易に制御して保持することができ、構成が簡単で安価に製作することができると共に、目詰まり等による故障やキャビテーション損傷を受ける恐れがなく、取扱いや保守点検等も容易で、長期間安定して使用することができる圧力保持装置及び圧力制御方法を提供することを課題とするものである。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、特許請求の範囲に記載された各発明は、それぞれ以下の（１）〜（４）に述べる手段を採用したものである。

（１）第１の手段の有機廃棄物の連続湿式酸化処理における処理対象液の圧力保持装置は、有機廃棄物を含む処理対象液を、供給された酸素または空気によって亜臨界状態で湿式酸化分解する反応炉と、その反応炉の下流側に直列に接続され、反応炉で処理された処理対象液を、供給された酸素または空気によって亜臨界状態で触媒により無機化する触媒炉とを備えた有機廃棄物の連続湿式酸化処理システムにおいて、上記触媒炉の下流に、上流から下流に向けて各段のオリフィスの孔径が徐々に増大している多段オリフィスを接続し、その多段オリフィスの下流に開閉用のバルブを設けたことを特徴とするものである。

（２）第２の手段は、第１の手段を採用した有機廃棄物の連続湿式酸化処理における処理対象液の圧力保持装置において、上記多段オリフィスと上記バルブをバイパスするバイパス路を設け、そのバイパス路にバイパスバルブを設けると共に、上記多段オリフィスの上流に、処理対象液の圧力を検知する圧力検知器を設け、その圧力検知器により検知された圧力に応じて上記バルブ及び上記バイパスバルブの開閉を制御する制御手段を設けたことを特徴とするものである。

（３）第３の手段の有機廃棄物の連続湿式酸化処理における処理対象液の圧力制御方法は、第２の手段を採用した有機廃棄物の連続湿式酸化処理における処理対象液の圧力保持装置を使用し、上記圧力検知器により検知された圧力が、下限圧力まで低下したときは上記バルブを閉とし、下限圧力以上で上限圧力以下の所定圧力まで上昇したときは上記バルブを開とし、上限圧力を超えたときは上記バイパスバルブを開とし、上限圧力まで低下したときは上記バイパスバルブを閉とすることにより、上記多段オリフィスの上流の処理対象液の圧力を制御することを特徴とするものである。

（４）第４の手段は、第３の手段を採用した有機廃棄物の連続湿式酸化処理における処理対象液の圧力制御方法において、上記多段オリフィスの上流の処理対象液の処理圧力が下限圧力１３ＭＰａ〜上限圧力１４ＭＰａを維持し、上記バルブの下流が０．１ＭＰａになるように圧力を制御することを特徴とするものである。

特許請求の範囲に記載の各請求項に係る発明は、それぞれ次のような効果を有する。

（１）請求項１に係る発明の有機廃棄物の連続湿式酸化処理における処理対象液の圧力保持装置は、上記第１の手段を採用しているので、多段オリフィスの上流の処理対象液の処理圧力は、触媒炉の下流に接続された多段オリフィスにより各段のオリフィスで順次降圧され、その多段オリフィスの下流に設けられた開閉用のバルブの開閉により圧力制御がなされるので、有機廃棄物の連続湿式酸化処理システムにおける、反応炉内及び触媒炉内の処理対象液の反応に最適な圧力を、容易に保持することができる。

また、孔径が一番小さい最上段のオリフィスの孔径を、単段オリフィスを用いて圧力を保持する場合のオリフィスの孔径よりも大きくすることができるので、目詰まり等による故障の恐れはない。

また、各段のオリフィスの孔径を一定にした多段オリフィスを用いて圧力を保持する場合に必要とされるオリフィスの段数よりも、はるかに少ない段数の多段オリフィスとすることができるので、安価に製作することができる。

（２）請求項２に係る発明の有機廃棄物の連続湿式酸化処理における処理対象液の圧力保持装置は、上記第２の手段を採用しているので、圧力検知器により検知された圧力に応じてバルブ及びバイパスバルブの開閉を制御することにより、オリフィスの上流の処理対象液の反応に最適な圧力を、容易に保持することができ、安価で、取扱いや保守点検等も容易であり、長期間安定して使用することができる。

（３）請求項３に係る発明の有機廃棄物の連続湿式酸化処理における処理対象液の圧力制御方法は、上記第３の手段を採用しているので、圧力検知器により検知された圧力が、下限圧力まで低下したときはバルブを閉とし、下限圧力以上で上限圧力以下の所定圧力まで上昇したときはバルブを開とし、上限圧力を超えたときはバイパスバルブを開とし、上限圧力まで低下したときはバイパスバルブを閉とすることにより、オリフィスの上流の処理対象液の反応に最適な圧力を、容易に制御して適切に保持することができる。

（４）請求項４に係る発明の有機廃棄物の連続湿式酸化処理における処理対象液の圧力制御方法は、上記第４の手段を採用しているので、上記多段オリフィスの上流の処理対象液の処理圧力が下限圧力１３ＭＰａ〜上限圧力１４ＭＰａを維持し、上記バルブの下流が０．１ＭＰａになるように圧力を制御することにより、有機廃棄物の連続湿式酸化処理を効率よく行うことができる。

本発明を実施するための最良の形態を、図１に示す実施例に基き説明する。

本発明は、有機廃棄物を含む処理対象液を、供給された酸素または空気によって亜臨界状態で湿式酸化分解する反応炉と、その反応炉の下流側に直列に接続され、反応炉で処理された処理対象液を、供給された酸素または空気によって亜臨界状態で触媒により無機化する触媒炉とを備えた有機廃棄物の連続湿式酸化処理システムにおいて、有機廃棄物の連続湿式酸化処理における処理対象液の圧力を保持するための圧力保持装置及び圧力制御方法に関するものであるが、本発明が適用される上記のような有機廃棄物の連続湿式酸化処理システムは、基本的には図２に示す従来の有機廃棄物の連続湿式酸化処理システムと同じであるため、重複した説明は省力する。

ただし、本発明は、図２に示すような有機廃棄物の連続湿式酸化処理システムにおいて、触媒炉１０５の下流に設けられている背圧バルブ１０７に代えて、触媒炉１０５の下流に、上流から下流に向けて各段のオリフィスの孔径が徐々に増大している多段オリフィスを接続し、その多段オリフィスの下流に開閉用のバルブを設けたものである。

図１は本発明に係る有機廃棄物の連続湿式酸化処理における処理対象液の圧力保持装置及び圧力制御方法の実施例を示す説明図である。

図中１は多段オリフィスを示し、多段オリフィス１は各段のオリフィス（１ａ、１ｂ・・・１ｎ）を直列に接続して構成されている。

なお、各段のオリフィス（１ａ、１ｂ・・・１ｎ）は、上流から下流に向けて各段のオリフィス（１ａ、１ｂ・・・１ｎ）の孔径が徐々に増大するように配置されており、多段オリフィス１の下流には開閉用のバルブ２が設けられている。

３は多段オリフィス１とバルブ２をバイパスするバイパス路で、そのバイパス路３にはバイパスバルブ４が設けられている。

５は多段オリフィス１の上流に設けられた圧力検知器であり、多段オリフィス１の上流における処理対象液Ａの圧力を検知するようになっている。

６は制御手段であり、圧力検知器５により検知された多段オリフィス１の上流における処理対象液Ａの圧力に応じて、多段オリフィス１の下流に設けられたバルブ２の開閉、及びバイパス路３に設けられたバイパスバルブ４の開閉を制御するように構成されており、図中点線で示す信号伝達経路によって制御されるようになっている。

上記のように構成された本実施例の有機廃棄物の連続湿式酸化処理における処理対象液の圧力保持装置によれば、多段オリフィス１の上流における処理対象液Ａの圧力が１３〜１４ＭＰａのとき、その処理対象液Ａの圧力を、多段オリフィス１により各段のオリフィス（１ａ、１ｂ・・・１ｎ）で順次減圧させて０．１ＭＰａまで減圧することになる。

なお、処理対象液Ａの圧力は、圧力検知器５により検知された圧力に応じて、多段オリフィス１の下流に設けられたバルブ２の開閉、及びバイパス路３に設けられたバイパスバルブ４の開閉を制御することにより、適切な圧力に保持されることになる。

次に、上記のように構成された本実施例の有機廃棄物の連続湿式酸化処理における処理対象液の圧力保持装置を使用し、処理対象液の圧力を制御する圧力制御方法について説明する。

図１において、バルブ２が開、バイパスバルブ４が閉の状態にあると、処理対象液Ａの圧力は、多段オリフィス１により各段のオリフィス（１ａ、１ｂ・・・１ｎ）で順次減圧されて下流に流れるが、圧力検知器５により検知された処理対象液Ａの圧力が、予め設定した下限圧力まで低下したときは、その圧力信号により制御手段６はバルブ２を閉とする。

バルブ２を閉とすることにより、処理対象液Ａの圧力は上昇するが、処理対象液Ａの圧力が、予め設定した下限圧力以上で上限圧力以下の所定圧力まで上昇したときは、その圧力信号により制御手段６はバルブ２を開とする。

また、処理対象液Ａの圧力が、予め設定した上限圧力を超えたときは、その圧力信号により制御手段６はバイパス路３に設けられたバイパスバルブ４を開とし、多段オリフィス１とバルブ２をバイパスするバイパス路３を介して処理対象液Ａが下流に流れ、処理対象液Ａの圧力は減圧されることになる。

バイパス路３を介して処理対象液Ａが下流に流れ、処理対象液Ａの圧力が減圧されて、処理対象液Ａの圧力が予め設定した上限圧力まで低下したときは、その圧力信号により制御手段６はバイパス路３に設けられたバイパスバルブ４を閉とし、処理対象液Ａは多段オリフィス１により各段のオリフィス（１ａ、１ｂ・・・１ｎ）で順次減圧されて下流に流れることになる。

従って、多段オリフィス１の上流の処理対象液Ａの圧力は、圧力検知器５により検知された圧力に応じて、その圧力信号により制御手段６により、多段オリフィス１の下流に設けられたバルブ２の開閉、及びバイパス路３に設けられたバイパスバルブ４の開閉を制御することにより、圧力が制御され、適切な圧力に保持されることになる。

但し、亜臨界状態による有機廃棄物の連続湿式酸化処理においては、３００〜３２０℃（最適値は３１０℃）の処理温度において、処理圧力は１３〜１４ＭＰａ（最適値は１４ＭＰａ）であるため、多段オリフィス１の入口においては処理対象液Ａの温度は約４０℃に冷却されているが、上流側圧力は１３〜１４ＭＰａに維持し、バルブ２の下流は０．１ＭＰａになるように圧力を制御する必要がある。

そのためには、処理対象液Ａの処理圧力の上限圧力を１４ＭＰａ、下限圧力を１３ＭＰａに設定することにより、処理対象液Ａの処理圧力が、下限圧力１３ＭＰａ〜上限圧力１４ＭＰａを維持し、バルブの下流が０．１ＭＰａになるように、制御手段６によって圧力を制御すればよい。

なお、本実施例においては、触媒炉の下流に、上流から下流に向けて各段のオリフィス（１ａ、１ｂ・・・１ｎ）の孔径が徐々に増大している多段オリフィス１を接続しているが、多段オリフィス１の段数Ｎや孔径は、以下のようにして決定する。

例えば、配管内径が１２．７ｍｍで流速が１．８４ｍ／ｓの場合には、処理対象液Ａの密度ρ、飽和蒸気圧Ｐ_ｖを考慮して、上流の圧力が１４ＭＰａで、下流の圧力が０．１ＭＰａになるようにするための多段オリフィス１の段数Ｎは、予想される絞り直径比βの範囲における臨界キャビテーション係数σ_ｃを仮定し、各段のオリフィス（１ａ、１ｂ・・・１ｎ）毎に、各段で減圧された後の圧力を順次計算して行き、ある段のオリフィスの下流における圧力が０．１ＭＰａ以下になった場合、最初の段からその段までの段数が多段オリフィス１の段数Ｎとなる。

上記のようにして各段で減圧された後の圧力を順次計算すると、この場合には、９段目におけるオリフィスの下流における圧力が０．１ＭＰａ以下となり、多段オリフィス１の段数Ｎは９となる。

次に、各段のオリフィス（１ａ、１ｂ・・・１ｎ）の孔径は、処理対象液Ａの密度ρ、飽和蒸気圧Ｐ_ｖを考慮して、各段のオリフィス（１ａ、１ｂ・・・１ｎ）毎に、差圧ΔＰ、圧力損失係数ξ、絞り直径比βより、孔径を計算して求めることができ、このようにして順次孔径を求めると、第１段目のオリフィスの内径は２．１ｍｍ程度で、上流から下流に向けて各段のオリフィスの孔径が徐々に増大し、各段において圧力が半減させられて、上流の段では差圧ΔＰが大きく、下流の段に行くほど差圧ΔＰが小さくなり、第１段目のオリフィスでは差圧ΔＰは６．４ＭＰａ、第９段目のオリフィスでは差圧ΔＰは０．０５ＭＰａ程度となり、最後段のオリフィスの孔径は、６．３ｍｍ程度となる。

このようにして決定された多段オリフィス１においては、各段のオリフィス（１ａ、１ｂ・・・１ｎ）におけるキャビテーション係数σは略一定であり、臨界キャビテーション係数σ_ｃよりも大きく、σ_ｃ＜σとなるため、どの段のオリフィスにおいても、キャビテーションは発生することはない。

従って、本実施例によれば、有機廃棄物の連続湿式酸化処理システムにおいて、反応炉内及び触媒炉内の処理対象液の反応に最適な圧力を、容易に制御して保持することができ、構成が簡単で安価に製作することができると共に、目詰まり等による故障やキャビテーション損傷を受ける恐れがなく、取扱いや保守点検等も容易で、長期間安定して使用することができ、実用上極めて有効な圧力保持装置及び圧力制御方法を提供することができる。

以上、本発明の実施例について説明したが、本発明は、図２に示すような有機廃棄物の連続湿式酸化処理システムへの適用に限定されるものではなく、有機廃棄物を含む処理対象液を、供給された酸素または空気によって亜臨界状態で湿式酸化分解する反応炉と、その反応炉の下流側に直列に接続され、反応炉で処理された処理対象液を、供給された酸素または空気によって亜臨界状態で触媒により無機化する触媒炉とを備えた有機廃棄物の連続湿式酸化処理システムであれば、適用可能であることは言うまでもない。

また、多段オリフィス１の下流に設けられるバルブ２やバイパス路３に設けられるバイパスバルブ４等は、流路を開閉する機能を有するものであれば、市販されている各種のものを利用することができるが、必要に応じて最適な設計を行なってもよい。

また、圧力検知器５や制御手段６等は、本発明が適用される有機廃棄物の連続湿式酸化処理システム全体の制御を考慮して設計することが望ましい。

本発明に係る有機廃棄物の連続湿式酸化処理における処理対象液の圧力保持装置及び圧力制御方法の実施例を示す説明図である。 従来提案されている有機廃棄物の連続湿式酸化処理システムの構成を示すフロー図である。 従来の連続湿式酸化処理システムにおいて、背圧バルブを用いて圧力を制御し、圧力を保持する状況を示す説明図である。

符号の説明

１ 多段オリフィス
１（ａ、ｂ・・ｎ） 各段のオリフィス
２ バルブ
３ バイパス路
４ バイパスバルブ
５ 圧力検知器
６ 制御手段
１０１ 破砕機
１０２ 高圧圧送ポンプ
１０３ 熱交換器
１０４ 分解炉（反応炉）
１０５ 触媒炉
１０６ 空気添加装置
１０７ 背圧バルブ
１０８ 炭酸ガス濃縮装置
１０９ 炭酸ガス還元装置
１１０ 不純物吸着装置
１１１ 高度浄水装置
１１２ バルブ
１１３ 気液分離装置
１１４ 発電装置
１１５ 植物栽培装置
１１６ 圧力検出器
１１７ 制御手段
Ａ 処理対象液

Claims (4)

1. 有機廃棄物を含む処理対象液を、供給された酸素または空気によって亜臨界状態で湿式酸化分解する反応炉と、その反応炉の下流側に直列に接続され、反応炉で処理された処理対象液を、供給された酸素または空気によって亜臨界状態で触媒により無機化する触媒炉とを備えた有機廃棄物の連続湿式酸化処理システムにおいて、上記触媒炉の下流に、上流から下流に向けて各段のオリフィスの孔径が徐々に増大している多段オリフィスを接続し、その多段オリフィスの下流に開閉用のバルブを設けたことを特徴とする有機廃棄物の連続湿式酸化処理における処理対象液の圧力保持装置。
2. 請求項１に記載の有機廃棄物の連続湿式酸化処理における処理対象液の圧力保持装置において、上記多段オリフィスと上記バルブをバイパスするバイパス路を設け、そのバイパス路にバイパスバルブを設けると共に、上記多段オリフィスの上流に、処理対象液の圧力を検知する圧力検知器を設け、その圧力検知器により検知された圧力に応じて上記バルブ及び上記バイパスバルブの開閉を制御する制御手段を設けたことを特徴とする有機廃棄物の連続湿式酸化処理における処理対象液の圧力保持装置。
3. 請求項２に記載の有機廃棄物の連続湿式酸化処理における処理対象液の圧力保持装置を使用し、上記圧力検知器により検知された圧力が、下限圧力まで低下したときは上記バルブを閉とし、下限圧力以上で上限圧力以下の所定圧力まで上昇したときは上記バルブを開とし、上限圧力を超えたときは上記バイパスバルブを開とし、上限圧力まで低下したときは上記バイパスバルブを閉とすることにより、上記多段オリフィスの上流の処理対象液の圧力を制御することを特徴とする有機廃棄物の連続湿式酸化処理における処理対象液の圧力制御方法。
4. 請求項３に記載の有機廃棄物の連続湿式酸化処理における処理対象液の圧力制御方法において、上記多段オリフィスの上流の処理対象液の処理圧力が下限圧力１３ＭＰａ〜上限圧力１４ＭＰａを維持し、上記バルブの下流が０．１ＭＰａになるように圧力を制御することを特徴とする有機廃棄物の連続湿式酸化処理における処理対象液の圧力制御方法。
   

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