JP2012050920A

JP2012050920A - 廃液処理装置

Info

Publication number: JP2012050920A
Application number: JP2010194818A
Authority: JP
Inventors: Shozo Murata; 省蔵村田; Noriaki Okada; 典晃岡田; Hideyuki Miyazawa; 秀之宮澤
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2010-08-31
Filing date: 2010-08-31
Publication date: 2012-03-15
Anticipated expiration: 2030-08-31
Also published as: JP5630152B2

Abstract

【課題】本発明は、水を亜臨界水、過熱水蒸気又は超臨界水に変化させても、蒸気のリークを抑制することが可能な廃液処理装置を提供することを目的とする。
【解決手段】水及び有機物を含む廃液を処理する廃液処理装置は、水を亜臨界水、過熱水蒸気又は超臨界水に変化させると共に、有機物を酸化させる反応器１０と、反応器１０に廃液を供給する廃液供給部と、反応器１０に空気を供給する空気供給部と、反応器１０を加熱するヒーター５０を有し、反応器１０は、外管１１ａと内管１１ｂが接合されている二重管１１を有し、外管１１ａ及び内管１１ｂの２５℃における線膨張係数をそれぞれα_１及びα_２、ヒーター５０により加熱される反応器１０の内部の温度をＴとすると、式
α_１＜α_２
０＜（α_２−α_１）×（Ｔ−２５）≦２×１０^−３
を満たす。
【選択図】図３

Description

本発明は、廃液処理装置に関する。

従来、廃液を処理する方法としては、焼却処理、生物処理等の方法が知られている。しかしながら、焼却処理は、前処理の脱水や固形分凝集において、エネルギーや薬品が必要となり、不完全燃焼によりダイオキシン類が発生するという問題があった。また、生物処理は、処理時間が長く、処理後に発生する活性汚泥が新たな廃棄物となるという問題があった。

そこで、亜臨界水、過熱水蒸気、超臨界水等の熱水中で廃液を処理する方法が知られている。

特許文献１には、電力用トランスやコンデンサなどの電力機器に含まれるＰＣＢを無害化処理するＰＣＢ処理方法が開示されている。このＰＣＢ処理方法は、電力用トランス或いはコンデンサなどの電力機器の構成材を分割破砕する工程と、分割破砕した破砕片からＰＣＢに汚染された紙、木或いは樹脂などの有機廃棄物を他の構成材から分離して取り出す工程と、取り出した有機廃棄物を水熱分解処理または超臨界水酸化処理する工程を含む。

一方、有機廃棄物を水熱分解処理または超臨界水酸化処理する反応器は、耐食性が必要とされる。

特許文献２には、外管の内側に内管を挿入して外管と内管とを重ね合わせて結合する二重管の製造方法が開示されている。このとき、外管の材料は、炭素鋼、低合金鋼又はオーステナイト系ステンレス鋼であり、内管の材料は、外管の材料よりも熱膨張係数が小さいＴｉ又はＺｒである。

しかしながら、有機廃棄物を水熱分解処理または超臨界水酸化処理する反応器に適用すると、蒸気がリークするという問題がある。

本発明は、上記従来技術が有する問題に鑑み、水を亜臨界水、過熱水蒸気又は超臨界水に変化させても、蒸気のリークを抑制することが可能な廃液処理装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、水及び有機物を含む廃液を処理する廃液処理装置であって、前記水を亜臨界水、過熱水蒸気又は超臨界水に変化させると共に、前記有機物を酸化させる反応器と、前記反応器に前記廃液を供給する廃液供給手段と、前記反応器に酸化剤を供給する酸化剤供給手段と、前記反応器を加熱する加熱手段を有し、前記反応器は、外管と内管が接合されている二重管を有し、前記外管及び前記内管の２５℃における線膨張係数をそれぞれα_１及びα_２、前記加熱手段により加熱される前記反応器の内部の温度をＴとすると、式
α_１＜α_２
０＜（α_２−α_１）×（Ｔ−２５）≦２×１０^−３
を満たすことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の廃液処理装置において、前記内管は、チタン、タンタル、チタン・パラジウム合金又はニッケル合金を含むことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の廃液処理装置において、前記外管と前記内管が拡散接合又はろう付けにより接合されていることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の廃液処理装置において、前記反応器は、前記廃液が供給される側及び前記有機物が酸化した廃液が排出される側に、継手部材を有し、前記加熱手段は、前記継手部材を加熱しないことを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の廃液処理装置において、前記反応器は、前記継手部材を断熱する断熱部材をさらに有することを特徴とする。

本発明によれば、水を亜臨界水、過熱水蒸気又は超臨界水に変化させても、蒸気のリークを抑制することが可能な廃液処理装置を提供することができる。

本発明の廃液処理装置の一例を示す図である。図１の反応器を示す断面図である。図１の廃液処理装置の部分拡大図である。

次に、本発明を実施するための形態を図面と共に説明する。

図１に、本発明の廃液処理装置の一例を示す。水及び有機物を含む廃液２１ａを処理する廃液処理装置１００は、水を亜臨界水、過熱水蒸気又は超臨界水に変化させると共に、有機物を酸化させる反応器１０と、反応器１０に廃液２１ａを供給する廃液供給部２０と、反応器１０に空気を供給する空気供給部３０と、反応器１０に供給される廃液２１ａ及び空気を予熱する予熱器４０と、反応器１０を加熱するヒーター５０と、反応器１０から排出された有機物が酸化した廃液と熱交換する熱交換器６０と、反応器１０から排出された有機物が酸化した廃液を気液分離する気液分離部７０を有する。

反応器１０は、図２及び図３に示すように、外管１１ａと内管１１ｂが接合されている二重管１１の廃液２１ａが供給される側及び有機物が酸化した廃液が排出される側に、それぞれ継手部材１２Ａ及び１２Ｂが設置されている。また、二重管１１の有機物が酸化した廃液が排出される側の端部の近傍に、酸化触媒として、ＭｎＯ_２（不図示）が充填されている。このとき、ヒーター５０は、二重管１１の外面に設置されており、継手部材１２Ａ及び１２Ｂを加熱しないように設置されているため、継手部材１２Ａ及び１２Ｂの耐久性を向上させることができる。

さらに、継手部材１２Ａ及び１２Ｂには、グラスウール１３Ａ及び１３Ｂが設置されているため、反応器１０の内部の温度を均一にすることができる。

なお、グラスウール１３Ａ及び１３Ｂの代わりに、ロックウール、発泡ガラス、フェノールフォーム、セルロースファイバー等の断熱部材を用いてもよい。

また、継手部材１２Ａ及び１２Ｂを断熱しなくても、廃液２１ａに含まれる有機物を十分に酸化できる場合は、グラスウール１３Ａ及び１３Ｂを設置しなくてもよい。

反応器１０の内部の温度は、温度センサＴにより検知され、所定の温度になるようにヒーター５０が制御される。

このとき、外管１１ａ及び内管１１ｂの２５℃における線膨張係数をそれぞれα_１及びα_２、ヒーター５０により加熱される反応器１０の内部の温度をＴとすると、式
α_１＜α_２
を満たし、式
（α_２−α_１）×（Ｔ−２５）・・・（１）
の値が０〜２×１０^−３であり、５×１０^−４〜１．５×１０^−３が好ましい。式（１）の値が０以下である場合又は２×１０^−３を超える場合は、水を亜臨界水、過熱水蒸気又は超臨界水に変化させると、外管１１ａと内管１１ｂがずれたり、剥離したりして、蒸気がリークする。

ヒーター５０により加熱される反応器１０の内部の温度Ｔは、通常、１００〜７００℃であり、２００〜６００℃が好ましい。

外管１１ａを構成する材料としては、耐熱性及び耐圧性に優れる材料であれば、特に限定されないが、コバール合金、低熱膨張超耐熱合金ＨＲＡ９２９（日立金属社製）等が挙げられる。

内管１１ｂを構成する材料としては、耐熱性及び耐食性に優れる材料であれば、特に限定されないが、チタン、タンタル、チタン・パラジウム合金、ニッケル合金等が挙げられる。

外管１１ａと内管１１ｂを接合する方法としては、特に限定されないが、溶接接合、固相接合等が挙げられる。中でも、耐久性に優れることから、拡散接合、ろう付けが好ましい。

外管１１ａと内管１１ｂを拡散接合により接合する方法としては、特に限定されないが、熱間静水圧加圧（ＨＩＰ）等が挙げられる。

外管１１ａの内径と内管１１ｂの外径の差は、通常、３〜１５ｍｍであり、５〜１０ｍｍが好ましい。外管１１ａの内径と内管１１ｂの外径の差が３ｍｍ未満であると、外管１１ａ内に内管１１ｂを挿入しにくくなることがあり、１５ｍｍを超えると、外管１１ａと内管１１ｂを接合しにくくなることがある。

ヒーター５０としては、特に限定されないが、ラバーヒーター、バンドヒーター、セラミックヒーター、ハロゲンヒーター、シーズヒーター、オイルヒーター等が挙げられる。

廃液供給部２０は、廃液２１ａが貯蔵されているタンク２１と、廃液２１ａを圧縮してタンク２１から反応器１０に連続供給するポンプ２２と、開閉弁２３を有する。このとき、タンク２１には、攪拌羽根２１ｂが設置されており、廃液２１ａを攪拌することができる。また、反応器１０に供給される廃液２１ａの圧力は、圧力センサＰ_１により検知され、所定の圧力になるようにポンプ２２が制御される。

反応器１０に供給される廃液２１ａの圧力は、通常、１〜５０ＭＰａであり、５〜３５ＭＰａが好ましい。

空気供給部３０は、空気を廃液が供給される圧力以上に圧縮して反応器１０に連続供給するコンプレッサー３１と、開閉弁３２を有する。このとき、反応器１０に供給される空気の圧力は、圧力センサＰ_２により検知され、所定の圧力になるようにコンプレッサー３１が制御される。

以上のようにして、反応器１０では、廃液供給部２０から供給された廃液２１ａと、空気供給部３０から導入された空気が混合される。このとき、廃液２１ａ及び空気は、予熱器４０により予熱される。次に、ヒーター５０により加熱されて、廃液２１ａに含まれる水が亜臨界水、過熱水蒸気又は超臨界水に変化されると共に、廃液２１ａに含まれる有機物が酸化されて低分子化される。さらに、低分子化された有機物は、ＭｎＯ_２の触媒作用により完全酸化される。

熱交換器６０には、水６１が貯蔵されているため、反応器１０から排出された有機物が酸化した廃液が水６１と熱交換することにより、水蒸気が発生する。

気液分離部７０は、熱交換器６０から排出された有機物が酸化した廃液を大気圧まで減圧する背圧弁７１と、減圧された有機物が酸化した廃液を気液分離する気液分離器７２を有する。このとき、気液分離器７２は、減圧された有機物が酸化した廃液を、無機酸等を僅かに含む水と、二酸化炭素ガス、窒素ガス等を含む気体に分離し、無機酸等を僅かに含む水が回収される。無機酸等を僅かに含む水は、水質基準を確認した後、工業用水として再利用される。

なお、ＭｎＯ_２の代わりに、Ｐｔ、Ｉｒ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｗ、ＰｄＯ、ＰｔＯ、ＰｔＯ_２、Ａｇ_２Ｏ、ＲｕＯ_２、ＣｕＯ、Ｃｏ_３Ｏ_４、ＮｉＯ、Ｆｅ_２Ｏ_３、Ｖ_２Ｏ５、Ｃｒ_２Ｏ_３、ＣｄＯ、ＣｅＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｈＯ_２等を用いてもよい。

また、反応器１０に空気を供給する空気供給部３０の代わりに、反応器１０にオゾンを供給するオゾン供給部、反応器１０に過酸化水素水を供給する過酸化水素水供給部等を用いてもよい。

以下、本発明を実施例に基づいて、具体的に説明する。

［実施例１］
外管１１ａとしての、外径が１２．７ｍｍ、厚さが１．２４ｍｍ、長さが６００ｍｍ、２５℃における線膨張係数α_１が５．０×１０^−６℃^−１のコバール合金製のチューブ及び内管１１ｂとしての、外径が１０ｍｍ、厚さが０．５ｍｍ、長さが６００ｍｍ、２５℃における線膨張係数α_２が６．３×１０^−６℃^−１のタンタル製のチューブを、標準小型ＨＩＰ装置に載置し、１０００℃、９０ＭＰａで１時間ＨＩＰ処理して拡散接合し、二重管１１を得た。

得られた二重管１１が設置されている廃液処理装置１００を用いて、８質量％メタノール水溶液を処理した。このとき、二重管１１の有機物が酸化した廃液が排出される側の端部の近傍にＭｎＯ_２５ｇを充填した。

まず、開閉弁２３及び３２を閉じた状態で、ヒーター５０を用いて反応器１０を加熱した。このとき、廃液処理装置１００は、ヒーター５０により加熱される反応器１０の内部の温度Ｔが４１０℃であるため、式（１）の値は５．０×１０^−４である（表１参照）。

次に、開閉弁２３及び３２を開き、ポンプ２２を用いて、８質量％メタノール水溶液を１０ＭＰａで反応器１０に供給すると共に、コンプレッサー３１を用いて、空気を１０．５ＭＰａで反応器１０に供給した。このとき、８質量％メタノール水溶液の反応器１０における滞留時間を１分間とした。

次に、反応器１０から排出された有機物が酸化した廃液は、熱交換器６０に貯蔵されている水６１と熱交換することにより瞬時に２５℃に冷却された。さらに、冷却された有機物が酸化した廃液は、背圧弁７１により減圧された後、気液分離器７２により液体成分と気体成分に分離された。

気液分離器７２により分離された液体成分と気体成分を分析したところ、ＴＯＣ基準で９９．９９９％の分解率が達成されていること、液体成分が水を含有すること、気体成分が二酸化炭素と水を含有することが確認された。

また、継手部材１２Ａ及び１２Ｂから蒸気はリークしなかった。

［実施例２］
外管１１ａとして、外径が１２．７ｍｍ、厚さが１．２４ｍｍ、長さが６００ｍｍ、２５℃における線膨張係数α_１が６．０×１０^−６℃^−１の低熱膨張超耐熱合金ＨＲＡ９２９（日立金属社製）製のチューブを用いた以外は、実施例１と同様にして、二重管１１を得た。

得られた二重管１１が設置されている廃液処理装置１００を用いた以外は、実施例１と同様にして、８質量％メタノール水溶液を処理した。このとき、式（１）の値は１．２×１０^−４である（表１参照）。

［実施例３］
内管１１ｂとして、外径が１０ｍｍ、厚さが０．５ｍｍ、長さが６００ｍｍ、２５℃における線膨張係数α_２が８．５×１０^−６℃^−１のチタン製のチューブを用いた以外は、実施例２と同様にして、二重管１１を得た。

得られた二重管１１が設置されている廃液処理装置１００を用いた以外は、実施例１と同様にして、８質量％メタノール水溶液を処理した。このとき、式（１）の値は９．６×１０^−４である（表１参照）。

［実施例４］
ろう材として、Ｃｕを用いて、ろう付けにより外管と内管を接合した以外は、実施例２と同様にして、二重管１１を得た。

［比較例１］
外管１１ａとして、外径が１２．７ｍｍ、厚さが１．２４ｍｍ、長さが６００ｍｍ、２５℃における線膨張係数α_１が１．６×１０^−５℃^−１のＳＵＳ３１６製のチューブを用いた以外は、実施例１と同様にして、二重管１１を得た。

得られた二重管１１が設置されている廃液処理装置１００を用いた以外は、実施例１と同様にして、８質量％メタノール水溶液を処理した。このとき、式（１）の値は−３．７×１０^−３である（表１参照）。

その結果、圧力センサＰ_１が３ＭＰａになった時点で、急激に圧力が低下し、継手部材１２Ａ及び１２Ｂから蒸気がリークした。二重管１１を精査した結果、端面において、外管１１ａが内管１１ｂに比べて相対的に膨張しており、シール性が低下していた。

［比較例２］
内管として、外径が１０ｍｍ、厚さが０．５ｍｍ、長さが６００ｍｍ、２５℃における線膨張係数α_２が８．５×１０^−６℃^−１のチタン製のチューブを用いた以外は、比較例１と同様にして、二重管１１を得た。

得られた二重管１１が設置されている廃液処理装置１００を用いた以外は、実施例１と同様にして、８質量％メタノール水溶液を処理した。このとき、式（１）の値は−２．９×１０^−３である（表１参照）。

その結果、圧力センサＰ_１が２ＭＰａになった時点で、急激に圧力が低下し、継手部材１２Ａ及び１２Ｂから蒸気がリークした。二重管１１を精査した結果、端面において、外管１１ａが内管１１ｂに比べて相対的に膨張しており、シール性が低下していた。

［比較例３］
外管１１ａとして、外径が１２．７ｍｍ、厚さが１．２４ｍｍ、長さが６００ｍｍ、２５℃における線膨張係数α_１が８．５×１０^−６℃^−１のチタン製のチューブ、内管１１ｂとして、外径が１０ｍｍ、厚さが０．５ｍｍ、長さが６００ｍｍ、２５℃における線膨張係数α_２が１．６×１０^−５℃^−１のＳＵＳ３１６製のチューブを用いた以外は、実施例４と同様にして、二重管１１を得た。

得られた二重管１１が設置されている廃液処理装置１００を用いた以外は、実施例１と同様にして、８質量％メタノール水溶液を処理した。このとき、式（１）の値は２．９×１０^−３である（表１参照）。

その結果、内管１１ｂの応力により外管１１ａが破壊されて、蒸気がリークした。

表１に、評価結果を示す。

表１から、実施例１〜４の廃液浄化装置１００は、式（１）の値が０〜２×１０^−３であるため、蒸気のリークを抑制できることがわかる。

一方、比較例１、２の廃液浄化装置１００は、式（１）の値が０以下であるため、蒸気がリークした。

また、比較例３の廃液浄化装置１００は、式（１）の値が２×１０^−３を超えるため、蒸気がリークした。

１００廃液処理装置
１０反応器
１１二重管
１１ａ外管
１１ｂ内管
１２Ａ、１２Ｂ継手部材
１３Ａ、１３Ｂグラスウール
２０廃液供給部
２１タンク
２１ａ廃液
２１ｂ撹拌羽根
２２ポンプ
２３開閉弁
３０空気供給部
３１コンプレッサー
３２開閉弁
４０予熱器
５０ヒーター
６０熱交換器
６１水
７０気液分離部
７１背圧弁
７２気液分離器
Ｔ温度センサ
Ｐ_１、Ｐ_２圧力センサ

特開２００２−１４３８２５号公報特開昭６３−１６５０２８号公報

Claims

水及び有機物を含む廃液を処理する廃液処理装置であって、
前記水を亜臨界水、過熱水蒸気又は超臨界水に変化させると共に、前記有機物を酸化させる反応器と、前記反応器に前記廃液を供給する廃液供給手段と、前記反応器に酸化剤を供給する酸化剤供給手段と、前記反応器を加熱する加熱手段を有し、
前記反応器は、外管と内管が接合されている二重管を有し、
前記外管及び前記内管の２５℃における線膨張係数をそれぞれα_１及びα_２、前記加熱手段により加熱される前記反応器の内部の温度をＴとすると、式
α_１＜α_２
０＜（α_２−α_１）×（Ｔ−２５）≦２×１０^−３
を満たすことを特徴とする廃液処理装置。
前記内管は、チタン、タンタル、チタン・パラジウム合金又はニッケル合金を含むことを特徴とする請求項１に記載の廃液処理装置。
前記外管と前記内管が拡散接合又はろう付けにより接合されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の廃液処理装置。
前記反応器は、前記廃液が供給される側及び前記有機物が酸化した廃液が排出される側に、継手部材を有し、
前記加熱手段は、前記継手部材を加熱しないことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の廃液処理装置。
前記反応器は、前記継手部材を断熱する断熱部材をさらに有することを特徴とする請求項４に記載の廃液処理装置。