JP2015144990A - Waste liquid treatment apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、廃水などの被処理物を空気などの酸化剤と混合し、高温高圧の条件下で有機物を水熱酸化反応によって分解する廃液処理装置に関する。 The present invention relates to a waste liquid treatment apparatus in which an object to be treated such as waste water is mixed with an oxidant such as air, and an organic substance is decomposed by a hydrothermal oxidation reaction under a high temperature and high pressure condition.
従来、有機物を含有する廃液および廃棄物の無害化法としては、焼却処理や生物処理する方法が知られている。
しかしながら、焼却処理の場合には前処理としての脱水や固形分凝集に多大なエネルギーや新たな薬品が必要となる。
また、焼却時に焼却炉の燃焼温度を低下させることから、ダイオキシン類が発生することを避けられない。
生物処理の場合には、処理時間が極めて長く、処理後に発生する活性汚泥が新たな廃棄物となる問題を抱えている。
Conventionally, incineration and biological treatment methods are known as methods for detoxifying waste liquids and wastes containing organic substances.
However, in the case of incineration, enormous energy and new chemicals are required for dehydration and solid content aggregation as pretreatment.
Moreover, since the combustion temperature of an incinerator is reduced at the time of incineration, it is inevitable that dioxins are generated.
In the case of biological treatment, the treatment time is extremely long, and there is a problem that activated sludge generated after treatment becomes a new waste.
これらの問題を解決する技術の一つとして、廃液中の水を高温高圧の環境下で、超臨界状態、過熱水蒸気状態、あるいは亜臨界状態に変化させ、廃液中の有機物を短時間で分解する廃液処理装置の開発が行われるようになった。
亜臨界状態の液体中では、有機物が加水分解する。また、超臨界状態、過熱水蒸気状態の液中では、有機物が酸化剤との混合によって酸化分解したりする。
このため、生物処理では不可能であった高濃度有機溶剤廃液やプラスチック固形物含有廃液でも、容易に処理することができる。
有機性の有機固形物を多量に含む廃液であっても、有機物をほぼ完全に酸化分解して、水と、窒素ガスと、二酸化炭素とに分解することができる。
As one of the technologies to solve these problems, the water in the waste liquid is changed to a supercritical state, a superheated steam state, or a subcritical state in a high-temperature and high-pressure environment, and the organic matter in the waste liquid is decomposed in a short time. Development of waste liquid treatment equipment has started.
In the subcritical liquid, organic substances are hydrolyzed. Further, in a supercritical state or superheated steam state liquid, organic substances are oxidatively decomposed by mixing with an oxidizing agent.
For this reason, even a high-concentration organic solvent waste liquid or a plastic solid-containing waste liquid, which was impossible with biological treatment, can be easily treated.
Even a waste liquid containing a large amount of organic organic solids can be decomposed into water, nitrogen gas, and carbon dioxide by almost completely oxidizing and decomposing the organic matter.
高温高圧の環境下で処理する装置では、一般的に、縦型の反応器の上部から被処理液を導入し、下部での折り返し現象を利用して上部から排出する構成となっている。
しかしながら、1つの反応器内で折り返す構成では、被処理液中の未分解の有機物等が処理液に混ざって排出される問題があった。
この問題に対処すべく、反応器内に仕切り部材を設置し、被処理液の流入口と処理液の流出口とを完全に区画する構成が提案されている(特許文献1)。
In an apparatus for processing in a high-temperature and high-pressure environment, the liquid to be treated is generally introduced from the upper part of the vertical reactor and discharged from the upper part using the folding phenomenon at the lower part.
However, in the configuration in which it is folded in one reactor, there is a problem that undecomposed organic matter in the liquid to be treated is mixed with the processing liquid and discharged.
In order to cope with this problem, a configuration has been proposed in which a partition member is installed in the reactor and the inflow port of the liquid to be processed and the outflow port of the process liquid are completely partitioned (Patent Document 1).
ところで、被処理物に含まれる有機物は、反応器内で酸化分解される際に発熱して反応器の高温維持に寄与し得ることが知られている。有機物が酸化分解される際に発生する熱は副産物的なものであり、この熱を被処理物の導入側での温度低下を抑制する手段として利用すれば、反応器をヒータなどで加熱する際の熱エネルギーを低減でき、ひいてはランニングコストの低減につながる。
特許文献1等に開示される仕切り部材で区画する構成を、有機物が酸化分解される際に発生する熱を利用するための熱移動の観点から考察すると、酸化処理が進行して高温となる区画は伝熱面積の大きい反応器の内面と接しており、反応器内の熱移動はおおまかには反応器の外側へ向かって放熱されるものとなっている。
このため、被処理物の導入側での温度低下を上昇させて熱エネルギーの低減をもたらすレベルには至っていない。
By the way, it is known that the organic matter contained in the object to be treated generates heat when it is oxidatively decomposed in the reactor and can contribute to maintaining the reactor at a high temperature. The heat generated when the organic matter is oxidatively decomposed is a by-product, and if this heat is used as a means for suppressing the temperature drop on the introduction side of the object to be processed, the reactor is heated with a heater or the like. Heat energy can be reduced, leading to a reduction in running costs.
Considering the configuration partitioned by the partition members disclosed in Patent Document 1 and the like from the viewpoint of heat transfer for utilizing the heat generated when the organic matter is oxidatively decomposed, the partition where the oxidation process proceeds becomes high temperature Is in contact with the inner surface of the reactor having a large heat transfer area, and heat transfer in the reactor is generally dissipated toward the outside of the reactor.
For this reason, it has not reached the level which raises the temperature fall in the introduction side of a to-be-processed object, and brings about the reduction | decrease in thermal energy.
本発明は、このような現状に鑑みてなされたもので、有機物が酸化分解して発生する熱エネルギーを効率よく利用することができ、ランニングコストの低下に寄与できる廃液処理装置の提供を、その主な目的とする。 The present invention has been made in view of such a situation, and can provide a waste liquid treatment apparatus that can efficiently use thermal energy generated by oxidative decomposition of organic matter and contribute to a reduction in running cost. Main purpose.
上記目的を達成するために、本発明の廃液処理装置は、有機物を含む被処理物と酸化剤とが混合されて、あるいは別々に導入され、水が超臨界水あるいは過熱水蒸気あるいは亜臨界水となる状態下で、前記有機物を酸化反応によって分解する反応器と、前記反応器の一端側から他端側に向かって延びるように設けられ、前記反応器内を、前記被処理物と前記酸化剤とが導入される第一の区画と、処理済みの流体を排出する排出口を有する第二の区画とに分ける仕切り部材と、を備え、前記仕切り部材は、第一の区画の混合流体が前記一端側から前記他端側に向かって流れ、前記他端側で折り返して第二の区画を第一の区画とは逆向きに流れるように配置され、第二の区画の熱が第一の区画へ前記仕切り部材を介して移動するように、伝熱を制御する構成を有している。 In order to achieve the above-described object, the waste liquid treatment apparatus of the present invention is a mixture of an object to be treated containing an organic substance and an oxidizing agent, or is introduced separately, and the water is supercritical water, superheated steam, or subcritical water. A reactor for decomposing the organic matter by an oxidation reaction, and extending from one end side to the other end side of the reactor, and the inside of the reactor includes the object to be treated and the oxidizing agent. And a partition member that divides the first compartment into which the treated fluid is discharged and a second compartment having a discharge port that discharges the processed fluid, and the partition member has the mixed fluid of the first compartment It is arranged so as to flow from one end side toward the other end side, bend back at the other end side, and flow in the second compartment in the direction opposite to the first compartment, and the heat of the second compartment is Heat transfer is controlled so that it moves through the partition member. It has a configuration that.
本発明によれば、有機物が酸化分解して発生する熱エネルギーを効率よく利用することができ、ランニングコストの低下に寄与できる。 According to the present invention, heat energy generated by oxidative decomposition of an organic substance can be efficiently used, which can contribute to a reduction in running cost.
以下、本発明の実施形態を図を参照して説明する。
まず、図1及び図2に基づいて第1の実施形態を説明する。
図1は、本実施形態に係る廃液処理装置の全体構成を模式的に示すブロック図である。
廃液処理装置(廃液処理システム)50は、廃液タンク1、攪拌機2、廃液供給ポンプ3、廃液入口バルブ4、空気導入管5、コンプレッサー6、酸化剤入口バルブ7、反応器10、冷却部20、熱交換ポンプ22、フィルター23、出口圧力計24、背圧弁25、気液分離器26、不図示の制御部などを備えている。
反応器10は、円筒状で縦型の反応容器11と、反応容器11を加熱する加熱器(ヒータ)15と、反応容器11内の温度を検出する温度センサ17a、17b等を備えている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
First, a first embodiment will be described based on FIGS. 1 and 2.
FIG. 1 is a block diagram schematically showing the overall configuration of the waste liquid treatment apparatus according to this embodiment.
A waste liquid treatment apparatus (waste liquid treatment system) 50 includes a waste liquid tank 1, a stirrer 2, a waste liquid supply pump 3, a waste liquid inlet valve 4, an air introduction pipe 5, a compressor 6, an oxidant inlet valve 7, a
The
「反応器内」とは、実質的に反応容器11内を意味する。反応容器11の内部は、円筒状(筒状)の仕切り部材12によって、第一の区画11Aと、第二の区画11Bとに分けられている。
仕切り部材12は伝熱性を有する部材で形成されている。
“Inside the reactor” means substantially inside the
The
廃液タンク1は、被処理物となる分子量の比較的大きな有機物を含む廃液を貯留するための容器である。
廃液とは、有機溶剤、有機溶剤を含有する水溶液、有機系固形物を含有するスラリー及び有機物を含有する固体廃棄物のいずれか、もしくはそれらを組み合わせたものである。
攪拌機2は、廃液を撹拌することで、廃液中の有機系固形物の分散を均一にするためのものである。
The waste liquid tank 1 is a container for storing a waste liquid containing an organic substance having a relatively large molecular weight, which becomes an object to be processed.
The waste liquid is one of an organic solvent, an aqueous solution containing an organic solvent, a slurry containing an organic solid, a solid waste containing an organic substance, or a combination thereof.
The stirrer 2 is for uniformizing the dispersion of the organic solids in the waste liquid by stirring the waste liquid.
廃液タンク1内の廃液は、廃液供給ポンプ3によって送液されて、廃液入口バルブ4を通じて、反応容器11へ供給されている。
廃液供給ポンプ3は図示しない制御部によって、送液流量が一定になるように制御されている。
廃液に加熱が必要な場合、廃液入口バルブ4と反応器10との間に、予熱器を設置してもよい。
The waste liquid in the waste liquid tank 1 is fed by the waste liquid supply pump 3 and supplied to the
The waste liquid supply pump 3 is controlled by a control unit (not shown) so that the liquid flow rate is constant.
When the waste liquid needs to be heated, a preheater may be installed between the waste liquid inlet valve 4 and the
コンプレッサー6は、酸化剤としての大気中の空気を吸い込んで、被処理物の流入圧力と同程度の圧力まで圧縮しながら、反応容器11に向けて送り込む。
コンプレッサー6の駆動による酸化剤の送量は、廃液中の有機物を完全に酸化させるのに必要となる化学量論の酸素量に基づいて決定されている。
コンプレッサー6の駆動は前記制御部によって制御され、反応容器11内を所定の圧力に加圧し維持する。
The compressor 6 sucks air in the atmosphere as an oxidant and sends it toward the
The amount of the oxidant fed by driving the compressor 6 is determined based on the stoichiometric amount of oxygen necessary to completely oxidize the organic matter in the waste liquid.
The driving of the compressor 6 is controlled by the control unit, and the inside of the
酸化剤としては、空気、過酸化水素水、酸素ガス、オゾンガスの何れか1つ、あるいは、それらの2種類以上を混合したものを用いることも可能である。
酸化剤入口バルブ7は、反応容器11に供給される酸化剤の流量を調整している。
酸化剤に加熱が必要な場合、酸化剤入口バルブ7と反応器10との間に、予熱器を設置してもよい。
As the oxidant, any one of air, hydrogen peroxide solution, oxygen gas, ozone gas, or a mixture of two or more of them can be used.
The oxidant inlet valve 7 adjusts the flow rate of the oxidant supplied to the
When the oxidant needs to be heated, a preheater may be installed between the oxidant inlet valve 7 and the
以上のようにして、廃液供給ポンプ3から供給された被処理物と、コンプレッサー6から供給された酸化剤とが反応容器11内に導入される。
被処理物と酸化剤は導入管9内で混合された後に、反応容器11内に導入される。
これに限定されることはなく、導入管を複数設けて被処理物と酸化剤とを別々に反応容器11に導入し、反応容器11の内部で混合しても構わない。混合された流体を、以下混合流体Mという。
反応容器11内においては、0.5〜30MPa(望ましくは5〜30MPa)の圧力の範囲内で、被処理物を酸化反応により酸化分解する。
反応容器11内の圧力は、出口圧力計24によって検知され、後述する背圧弁25によって調整される。
As described above, the object to be processed supplied from the waste liquid supply pump 3 and the oxidizing agent supplied from the compressor 6 are introduced into the
The object to be processed and the oxidizing agent are mixed in the introduction pipe 9 and then introduced into the
However, the present invention is not limited to this, and a plurality of introduction pipes may be provided so that the object to be processed and the oxidizing agent are separately introduced into the
In the
The pressure in the
反応容器11内においては、100〜700℃(望ましくは200〜550℃)の温度の範囲で、被処理物を酸化分解する。
反応容器11内の温度は、温度センサ17a、17bによって検知され、温度の調整は前記制御部によって制御されている加熱器15によって行われる。
温度センサ17aは仕切り部材12の内部(第二の区画)の温度を検知し、温度センサ17bは仕切り部材12の外部(第一の区画)の温度を検知する。
温度が水の臨界温度(374.2℃)以上、700℃未満、圧力が水の臨界圧力(22.1MPa)以上の、水が超臨界状態となる条件で、被処理物を酸化分解するようにしてもよい。
超臨界状態の水中で被処理物が酸化剤と接触することで、被処理物中の有機物の酸化分解を効率良く行うことができる。
In the
The temperature in the
The
So as to oxidatively decompose the object to be treated under the condition that the water is in the supercritical state, the temperature is higher than the critical temperature of water (374.2 ° C.) and lower than 700 ° C., the pressure is higher than the critical pressure of water (22.1 MPa) It may be.
When the object to be treated comes into contact with the oxidant in the supercritical water, the oxidative decomposition of the organic substance in the object to be treated can be efficiently performed.
温度を200℃以上、圧力を22.1MPa未満の範囲内、すなわち水が過熱水蒸気または亜臨界水となる条件で、被処理物を酸化分解するようにしてもよい。
この場合、超臨界状態となる条件に比べて、被処理物中の有機物の酸化分解の速度が低下するため、必要に応じて酸化分解を促進する触媒を反応容器11内に設置してもよい。
反応容器11内では、被処理物中の有機物が酸化分解されることによる発熱が生じる。被処理物中の有機物の濃度が十分に高い場合、加熱器15を用いなくても酸化分解される際の発熱によって反応容器内の温度を維持することができる。
反応容器11内の第一の区画と第二の区画においては、具体的には後述するが、被処理物を含む混合流体を高温且つ高圧の状態にすることで、被処理物中の有機物が酸化分解する。
You may make it oxidatively decompose a to-be-processed object on the conditions whose temperature is 200 degreeC or more and a pressure is less than 22.1 MPa, ie, water becomes superheated steam or subcritical water.
In this case, since the rate of oxidative decomposition of the organic substance in the object to be processed is reduced as compared with the condition for achieving the supercritical state, a catalyst that promotes oxidative decomposition may be installed in the
In the
Although specifically described later in the first compartment and the second compartment in the
冷却部20には、熱交換ポンプ22によって熱交換媒体が送液されている。
処理済み流体は熱交換媒体と熱交換されて冷却される。冷却部20を通り過ぎた処理済み流体は、フィルター23を通じて微粒子を取り除いた後に、背圧弁25によって降圧される。
A heat exchange medium is sent to the
The treated fluid is heat exchanged with the heat exchange medium and cooled. The treated fluid that has passed through the cooling
処理済み流体は、気液分離器26によって処理水とガスとに分離される。
気液分離器26によって分離された処理水は、有機物がほぼ完全に酸化分解されたものであり、分解できずフィルター23を通過した微小の無機固形分や無機性の塩が含まれているだけである。
処理水から前記無機固形分や塩を取り除けば、工業用水として再利用することができる。
気液分離器26によって分離されたガスは、二酸化炭素、窒素、及び酸素ガスを主成分とするものであり、そのまま大気中に放出することができる。
The treated fluid is separated into treated water and gas by the gas-
The treated water separated by the gas-
If the inorganic solid content and salt are removed from the treated water, it can be reused as industrial water.
The gas separated by the gas-
次に、図2に基づいて、反応容器11内の構成を詳細に説明する。
図2は、反応容器11の縦断面図である。反応容器11の外面を取り巻くように加熱器15が設置されている。
上述のように、円筒状の反応容器11の内部は、その一端側としての上面11aに固定された小径の円筒状の仕切り部材12によって、仕切り部材12の内部を第二の区画11B、外側を第一の区画11Aとして分けられている。
本実施形態では、仕切り部材12は、反応容器11と同心円となるように配置されている。
Next, based on FIG. 2, the structure in the
FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the
As described above, the inside of the
In this embodiment, the
第一の区画11Aの上面側には、混合流体Mを導入する導入管9が接続されており、第二の区画11Bの上面側には、処理済み流体を排出するための排出管(排出口)16が接続されている。仕切り部材12の下端は、反応容器11の他端側としての底面11bとは接しておらず、該底面側には流体の折り返し空間11Cが設けられている。
An inlet pipe 9 for introducing the mixed fluid M is connected to the upper surface side of the
導入管9から導入された混合流体Mは、第一の区画11Aの中を下方に向かって流れていく。
第一の区画11Aから出てきた混合流体Mは、折り返し空間11Cで下向きから上向きへと流れの向きを変え、第二の区画11Bに流入する。
第二の区画11B内には、フィン18が上下方向のほぼ全体に亘って複数固定されている。フィン18は伝熱性の部材で形成されている。
フィン18の表面及び仕切部材12の内周面には、触媒19が配置されている。
混合流体Mは第二の区画11Bを流れる過程で触媒19と接することにより、酸化が促進され、下方から上向きに触媒19に接触しつつ排出管16に向かって流れていく。
The mixed fluid M introduced from the introduction pipe 9 flows downward in the
The mixed fluid M that has come out of the
In the
A
The mixed fluid M is brought into contact with the
触媒は、活性種としてRu、Pd、Rh、Pt、Au、Ir、Os、Fe、Cu、Zn、Ni、Co、Ce、Ti、及びMnの元素のうち、一つ以上を含むものである。 The catalyst contains one or more of Ru, Pd, Rh, Pt, Au, Ir, Os, Fe, Cu, Zn, Ni, Co, Ce, Ti, and Mn as active species.
有機物を含む混合流体Mは、上記のように、第二の区画11Bを流れていく際に、触媒と接触する。
有機物と触媒とが接触することで、混合流体中に含まれる有機物は触媒作用で酸化分解される。
この際、有機物の酸化によって、第二の区画11Bでは酸化による熱が発生する。
As described above, the mixed fluid M containing organic matter comes into contact with the catalyst when flowing through the
By contacting the organic substance and the catalyst, the organic substance contained in the mixed fluid is oxidatively decomposed by the catalytic action.
At this time, heat due to oxidation is generated in the
第二の区画11Bでの酸化による熱は、伝熱性を有する仕切り部材12及びフィン18を介して、第二の区画11Bよりも温度の低い第一の区画11Aに移動することができる。
第二の区画11Bからの熱移動は、第一の区画11Aでの良好な酸化処理を維持するための高温化に寄与する。
換言すれば、順次導入される混合流体Mによって低下する反応容器11内の温度を所定の温度に維持するための加熱器15による反応容器11への加熱エネルギーの供給量を低減することができる。
加熱エネルギーの供給量の低減は、廃液処理装置のランニングコストの低減に寄与する。
Heat due to oxidation in the
The heat transfer from the
In other words, it is possible to reduce the amount of heating energy supplied to the
Reduction in the amount of heating energy supplied contributes to a reduction in running cost of the waste liquid treatment apparatus.
仕切り部材12は伝熱性があり、且つ、耐食性のあるNi系の合金からなるものであるが、これに限定されることはなく、Tiまたはステンレス鋼等を用いても構わない。
仕切り部材12の材料としては、Fe、Ni、Ti、Ta、Cu、Ag、Au、Pt、Ir、Rh、Pd、Al、Cr又はこれらのうちの2種類以上を組み合わせた合金を採用することができる。
反応容器11内における第二の区画11Bと第一の区画11Aとの間の流体の圧力差は殆どないため、仕切り部材12には流体を保持する強度がほとんど必要ない。
従って、仕切り部材12の厚みは薄くすることができる。仕切り部材12の薄肉化は第二の区画11Bから第一の区画11Aへの熱移動を一層容易ならしめる。
The
As a material of the
Since there is almost no fluid pressure difference between the
Therefore, the thickness of the
第二の区画11Bでの熱を仕切り部材12を介して直に第一の区画11Aに移動できる。すなわち、1つの反応容器内での熱移動であるので、熱交換のロスが殆ど生じない。
また、本実施形態では、温度が低い第一の区画11Aを仕切り部材12の外側に配置する構成としているので、反応容器11の外部への放熱を低く抑えることができ、反応器の熱交換効率は高いものとなる。
また、第二の区画11Bのフィン18によって、第二の区画11Bでの伝熱面積が広くなっている。
これにより、仕切り部材12を通じて第二の区画11Bから第一の区画11Aに移動する熱量を多くすることができる。すなわち、熱交換の応答性を向上させることができる。
The heat in the
Moreover, in this embodiment, since it has the structure which arrange | positions the
Further, the heat transfer area in the
Thereby, the amount of heat transferred from the
本実施形態では、第一の区画11Aにおける流体の流れと、第二の区画11Bにおける流体の流れとは対向しており、逆向きとなっている。
上記のような構成よって、第二の区画11Bで発生する熱を、仕切り部材12を介して効率よく第一の区画11Aに移動させ、反応器内の熱効率を良くしている。
上記のように、本実施形態では、温度の高い第二の区画11Bの熱を温度の低い第一の区画11Aへ仕切り部材12を介して移動するように、伝熱を制御する構成を有している。
In the present embodiment, the fluid flow in the
With the configuration as described above, the heat generated in the
As described above, in the present embodiment, the heat transfer is controlled so that the heat of the
本実施形態における「伝熱を制御する構成」は、仕切り部材12の内部を第二の区画とした構成自体である。
この場合、フィン18等の伝熱性を有する部材を設けなくても、第二の区画11Bから第一の区画11Aへの熱移動が自然に生じる。
「伝熱を制御する」とは、第一の区画11Aの温度を上昇させて加熱器15による熱エネルギーの供給量を低減してランニングコストを低減できる程度に、おおまかに第一の区画11Aへの熱移動を方向付けることを意味する。
The “configuration for controlling heat transfer” in the present embodiment is a configuration itself in which the inside of the
In this case, heat transfer from the
“Controlling the heat transfer” means that the temperature of the
図3に基づいて第2の実施形態を説明する。
なお、上記実施形態と同一部分は同一符号で示し、特に必要がない限り既にした構成上及び機能上の説明は省略して要部のみ説明する(以下の他の実施形態において同じ)。
図3に示すように、本実施形態では、仕切り部材12の内部を第一の区画11Aとし、外側を第二の区画11Bとしている。
第一の区画11Aの上面側には、廃液導入管9aと酸化剤導入管9bとが別々に接続されており、第二の区画11Bの上部側面には、処理済み流体を排出するための排出管16が略水平に接続されている。
A second embodiment will be described with reference to FIG.
Note that the same parts as those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and unless otherwise specified, description of the configuration and functions already described is omitted, and only the main part will be described (the same applies to other embodiments below).
As shown in FIG. 3, in this embodiment, the inside of the
The waste
廃液Wと酸化剤Hは、第一の区画11Aの内部で混合されて混合流体Mとなる。
第一の区画11A内の混合流体Mは、下方に向かって流れ、折り返し空間11Cで向きを上方に変えて第二の区画11Bに入る。
仕切り部材12の外周面には、伝熱性を有するフィン32が上下方向に間隔をおいて複数固定されている。
仕切り部材12の外周面、フィン32の表面及び反応容器11の内周面には、触媒27が配置されている。
有機物を含む混合流体は、第二の区画11Bを流れていく際に触媒27と接触し、混合流体中に含まれる有機物は触媒作用で完全に酸化分解される。
有機物の酸化によって、第一の区画11A及び第二の区画11Bでは酸化による熱が発生する。本実施形態では、第二の区画11Bでは触媒作用で酸化分解が促進されるため、第一の区画11Aよりも第二の区画11Bの方が、温度が高くなる。
The waste liquid W and the oxidizing agent H are mixed in the
The mixed fluid M in the
A plurality of
A
The mixed fluid containing the organic substance comes into contact with the
Oxidation of the organic matter generates heat due to oxidation in the
反応容器11の内周面の面積(伝熱面積)は、仕切り部材12の外周面の面積(伝熱面積)よりも大きい。
また、第二の区画11Bは、反応容器11からの放熱量が多くなる外側に配置されている。このため、第二の区画11Bで発生した熱は、大まかには伝熱面積の大きい外側に移動することになり、第一の区画11Aの温度上昇にはあまり寄与しない。
本実施形態ではこの不具合を解消すべく、上記のように、仕切り部材12の外周面に複数のフィン32を設けて第一の区画11A側の伝熱面積を大きくしている。
これにより、第二の区画11Bで発生する熱を、仕切り部材12を介して効率よく第一の区画11Aに移動させ、反応器内の熱効率を良くしている。
The area (heat transfer area) of the inner peripheral surface of the
Further, the
In the present embodiment, in order to solve this problem, as described above, a plurality of
Thereby, the heat which generate | occur | produces in the
本実施形態における「伝熱を制御する構成」は、伝熱性を有する部材であるフィン32を付加することにより、仕切り部材12の元々の伝熱面積(第一の区画側の伝熱面積)よりも広くしたものである。
The “configuration for controlling heat transfer” in the present embodiment is based on the original heat transfer area of the partition member 12 (heat transfer area on the first partition side) by adding
図4に基づいて第3の実施形態を説明する。
第一の区画11Aと第二の区画11Bの配置関係は、第2の実施形態と同様である。
本実施形態では、第二の区画11Bで発生する熱を、仕切り部材12を介して効率よく第一の区画11Aに移動させるために、仕切り部材12の形状を変化させて元々の伝熱面積よりも広くしている。
具体的には、仕切り部材12の側面を屈曲させて全体として蛇腹形状としている。
A third embodiment will be described with reference to FIG.
The arrangement relationship between the
In the present embodiment, in order to efficiently move the heat generated in the
Specifically, the side surface of the
これにより、第一の区画11A側の伝熱面積は大きくなり、第二の区画11Bで発生する熱を、仕切り部材12を介して効率よく第一の区画11Aに移動させることができる。
屈曲形状に代えて仕切り部材12の表面に凹凸を付与することにより伝熱面積を広くしてもよい。本実施形態では、仕切り部材12の内外面と反応容器11の内面とに触媒27を配置している。
Thereby, the heat transfer area on the
Instead of the bent shape, the heat transfer area may be widened by providing irregularities on the surface of the
図5に基づいて第4の実施形態を説明する。
第一の区画11Aと第二の区画11Bの配置関係は、第2の実施形態と同様である。
図5(a)に示すように、第二の区画11Bには、有機物の酸化分解を促す粒状の触媒29が充填されている。
図5(b)に示すように、仕切り部材12の外周面には、上下方向に延びる伝熱性のプレート34が放射状に配置されている((a)では省略)。
A fourth embodiment will be described with reference to FIG.
The arrangement relationship between the
As shown in FIG. 5A, the
As shown in FIG. 5B,
本実施形態における「伝熱を制御する構成」は、伝熱性を有する部材であるプレート34を付加することにより、仕切り部材12の元々の伝熱面積よりも広くしたものである。
これにより、第一の区画11A側の伝熱面積は大きくなり、第二の区画11Bで発生する熱を、仕切り部材12を介して効率よく第一の区画11Aに移動させることができる。
The “configuration for controlling heat transfer” in the present embodiment is made wider than the original heat transfer area of the
Thereby, the heat transfer area on the
また、本実施形態では、反応容器11の底面を延ばして、処理中に析出する無機固形物が沈降して堆積するための固形物貯留区画11Dを設けている。すなわち、無機固形物を分離、除去する手段を備えている。
無機性の固形物を多く含む廃液を処理すると、処理中に無機固形物が装置内で析出し、配管や反応器が閉塞し、処理効率が低下するという問題がある。
高温高圧下の酸化処理では、廃液は配管を通じて高温高圧の反応器内に導入される。
廃液を高圧条件下で温度を上昇させて、水が超臨界状態または過熱水蒸気となった場合、水の密度が大きく低下するため、それまで廃液中に分散していた水に不溶な無機物などの固体である無機固形物が析出する。
配管内で廃液中に溶解していた無機塩が析出する場合もある。
In the present embodiment, the bottom surface of the
When the waste liquid containing a lot of inorganic solids is treated, there is a problem that the inorganic solids are deposited in the apparatus during the treatment, the piping and the reactor are blocked, and the treatment efficiency is lowered.
In the oxidation treatment under high temperature and high pressure, the waste liquid is introduced into a high temperature and high pressure reactor through a pipe.
When the temperature of the waste liquid is increased under high pressure conditions, and the water becomes supercritical or superheated steam, the density of the water is greatly reduced. A solid inorganic solid is deposited.
Inorganic salts that have been dissolved in the waste liquid may be deposited in the pipe.
高温高圧の条件下では水の輸送能力も低下するため、これら無機固形物や無機塩などの固体は装置配管中に析出、蓄積し、配管を閉塞させることが多い。
反応器に導入する前の廃液に分散している無機固形物を、沈殿、凝集などの一般的な方法で除去すれば、反応器内での無機固形物の析出量を減らして、装置の閉塞を防止することができる。
しかしながら、この場合、無機固形物以外にも、有機物も除去されてしまう。
有機物は、高温高圧下で超臨界水や過熱水蒸気で酸化分解され、低分子化して流体に溶解することから、反応器の閉塞にはほとんど影響がない。
有機物を除去した場合、有機物の分解による熱エネルギーが利用できなくなるため、ランニングコストが高くなってしまう。
Since the ability to transport water also decreases under conditions of high temperature and pressure, solids such as these inorganic solids and inorganic salts often precipitate and accumulate in the apparatus piping and close the piping.
If the inorganic solids dispersed in the waste liquid before being introduced into the reactor are removed by general methods such as precipitation and agglomeration, the amount of inorganic solids deposited in the reactor will be reduced and the equipment will be clogged. Can be prevented.
However, in this case, organic matter is also removed in addition to the inorganic solid matter.
The organic matter is oxidized and decomposed with supercritical water or superheated steam at high temperature and high pressure, and is reduced in molecular weight and dissolved in the fluid. Therefore, there is almost no influence on the clogging of the reactor.
When the organic matter is removed, the heat energy due to the decomposition of the organic matter cannot be used, and the running cost becomes high.
本実施形態では、反応器内の熱効率の向上と、無機固形物を効率的に分離、除去することとの両立を目的としている。 In this embodiment, it aims at coexistence with the improvement of the thermal efficiency in a reactor, and separating and removing an inorganic solid substance efficiently.
第一の区画11Aの上部では、被処理物と酸化剤とが混合される。
被処理物と酸化剤との混合流体Mは、第二の区画11Bから移動する熱等で加熱されることで、水が液体状態から超臨界状態又は過熱水蒸気状態に変化する。
このとき、水中に分散していた無機固形物は水から分離されて析出する。そして、重力によって鉛直方向下方に向けて沈降する。
一方で、水中に分散していた有機固形物は第一の区画11Aで低分子化することで、高温高圧下で超臨界水や過熱水蒸気に溶解する。
具体的には、水中に分散していた有機物は、高温高圧下で超臨界水や過熱水蒸気や触媒によって、その一部が酸化分解されるか、低分子化される。
有機物は酸化分解または低分子化されることで、高温高圧下で超臨界水や過熱水蒸気に溶解して混合流体Mに混合される。
In the upper part of the
The mixed fluid M of the object to be processed and the oxidizing agent is heated by heat or the like moving from the
At this time, the inorganic solids dispersed in the water are separated from the water and deposited. Then, it sinks downward in the vertical direction due to gravity.
On the other hand, the organic solid substance dispersed in water is dissolved in supercritical water or superheated steam under high temperature and high pressure by reducing the molecular weight in the
Specifically, a part of the organic matter dispersed in water is oxidatively decomposed or reduced in molecular weight by supercritical water, superheated steam or a catalyst under high temperature and high pressure.
The organic matter is dissolved in supercritical water or superheated steam under high temperature and pressure by being oxidatively decomposed or reduced in molecular weight and mixed with the mixed fluid M.
第一の区画11A内の混合流体Mと無機固形物Sは、折り返し空間11Cに進むが、無機固形物は混合流体に比べて密度が高いため、図中点線の矢印で示すように、重力落下によって固形物貯留区画11Dに進入し、堆積する。
本実施形態では、このように無機固形物Sと混合流体Mの分離に重力を利用しており、この重力分離を可能ならしめるために、反応器10を一端側を上側、他端側を下側とする縦型としている。
無機固形物Sと混合流体Mの分離を別の手段によって行う場合、流体の流れの向きは本実施形態に限定されない。
The mixed fluid M and the inorganic solid S in the
In this embodiment, gravity is used for the separation of the inorganic solid S and the mixed fluid M in this way, and in order to enable this gravity separation, the
When separation of the inorganic solid S and the mixed fluid M is performed by another means, the flow direction of the fluid is not limited to this embodiment.
第二の区画11Bに流入する混合流体Mは、無機固形物が完全に取り除かれた状態となる。
無機固形物は反応容器11の底部に堆積するため、無機固形物によって反応容器11が閉塞することがない。
The mixed fluid M flowing into the
Since the inorganic solid matter is deposited on the bottom of the
[実施例1]
本発明の効果を確認するための実施例を以下に説明する。
図6に示すように、図3で示した構成を用いて実験を行った。温度センサ35aは第一の区画11Aの入り口温度を測定できるように配置され、温度センサ35bは第一の区画11Aの出口温度を測定できるように配置されている。
温度センサ35cは第二の区画11Bの平均温度を測定できるように、第二の区画11Bの上下方向の中央部に配置されている。
[Example 1]
Examples for confirming the effects of the present invention will be described below.
As shown in FIG. 6, the experiment was performed using the configuration shown in FIG. The
The
運転条件と反応容器11内の第一の区画11A及び第二の区画11Bの温度を表1に示す。
表1に示すように、本実施例では、反応容器内の圧力10MPa、反応容器内での滞留時間53s、廃液流量20kg/h、空気流量2.9kg/hという条件で廃液を無害化することができた。
第一の区画11Aにおいて、流入した流体の温度を、加熱器をオンすることなく、340℃から440℃に上昇させることができた。
これは、第二の区画11Bの酸化分解による熱が第一の区画11Aに移動したためである。このとき、第二の区画11Bの平均温度は450℃であった。
Table 1 shows the operating conditions and the temperatures of the
As shown in Table 1, in this example, the waste liquid is rendered harmless under the conditions of a pressure of 10 MPa in the reaction vessel, a residence time of 53 s in the reaction vessel, a waste liquid flow rate of 20 kg / h, and an air flow rate of 2.9 kg / h. I was able to.
In the
This is because the heat due to the oxidative decomposition of the
以上、本発明の実施形態および実施例について説明したが、本発明は実施形態および実施例になんら限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
例えば、上記各実施形態では仕切り部材を円筒状としたが、単板状としても同様の効果を得ることができる。
本発明の実施の形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を例示したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。
The embodiments and examples of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to the embodiments and examples, and various modifications can be made within the scope of the gist of the present invention described in the claims. Can be modified or changed.
For example, although the partition member has a cylindrical shape in each of the above embodiments, the same effect can be obtained even when it is a single plate shape.
The effects described in the embodiments of the present invention are merely examples of the most preferable effects resulting from the present invention, and the effects of the present invention are limited to those described in the embodiments of the present invention. is not.
10 反応器
11A 第一の区画
11B 第二の区画
11D 固形物貯留区画
12 仕切り部材
18、32 伝熱性を有する部材としてのフィン
27、29 触媒
34 伝熱性を有する部材としてのプレート
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記反応器の一端側から他端側に向かって延びるように設けられ、前記反応器内を、前記被処理物と前記酸化剤とが導入される第一の区画と、処理済みの流体を排出する排出口を有する第二の区画とに分ける仕切り部材と、
を備え、
前記仕切り部材は、第一の区画の混合流体が前記一端側から前記他端側に向かって流れ、前記他端側で折り返して第二の区画を第一の区画とは逆向きに流れるように配置され、
第二の区画の熱が第一の区画へ前記仕切り部材を介して移動するように、伝熱を制御する構成を有している廃液処理装置。 A reactor that decomposes the organic matter by an oxidation reaction in a state where the object to be treated containing the organic matter and the oxidizing agent are mixed or introduced separately, and the water becomes supercritical water, superheated steam, or subcritical water; ,
The reactor is provided so as to extend from one end side toward the other end side, and a first compartment into which the object to be treated and the oxidizing agent are introduced is discharged from the reactor, and the treated fluid is discharged. A partition member divided into a second compartment having a discharge port to be
With
The partition member is configured so that the mixed fluid of the first compartment flows from the one end side toward the other end side, and is folded at the other end side to flow in the second compartment in a direction opposite to the first compartment. Arranged,
The waste liquid processing apparatus which has the structure which controls a heat transfer so that the heat of a 2nd division may move to the 1st division via the said partition member.
前記伝熱を制御する構成が、形状を変化させることにより、第一の区画側の元々の伝熱面積よりも広くしたものである廃液処理装置。 The waste liquid treatment apparatus according to claim 1,
A waste liquid treatment apparatus in which the structure for controlling the heat transfer is made wider than the original heat transfer area on the first compartment side by changing the shape.
前記伝熱を制御する構成が、伝熱性を向上させる部材を付加することにより、元々の伝熱面積よりも広くしたものである廃液処理装置。 The waste liquid treatment apparatus according to claim 2,
A waste liquid treatment apparatus in which the structure for controlling heat transfer is made wider than the original heat transfer area by adding a member for improving heat transfer.
前記仕切り部材が筒状で、前記仕切り部材が屈曲ないし凹凸の形状を有している廃液処理装置。 The waste liquid treatment apparatus according to claim 2,
A waste liquid treatment apparatus, wherein the partition member is cylindrical, and the partition member has a bent or uneven shape.
前記反応器が、前記一端側を上側、前記他端側を下側とする縦型であり、前記他端側には、処理中に析出する無機固形物が沈降して堆積する固形物貯留区画を有している廃液処理装置。 In the waste liquid processing apparatus as described in any one of Claims 1-4,
The reactor is a vertical type in which the one end side is an upper side and the other end side is a lower side, and the other end side is a solid matter storage compartment in which inorganic solid matter precipitated during processing settles and accumulates. A waste liquid treatment device.
少なくとも第二の区画に、前記被処理物の酸化分解を促進させる触媒を備えている廃液処理装置。 In the waste liquid processing apparatus according to any one of claims 1 to 5,
A waste liquid treatment apparatus comprising a catalyst for promoting oxidative decomposition of the object to be treated in at least a second compartment.
前記触媒には、活性種としてRu、Pd、Rh、Pt、Au、Ir、Os、Fe、Cu、Zn、Ni、Co、Ce、Ti、及びMnの元素のうち、一つ以上が含まれている廃液処理装置。 The waste liquid treatment apparatus according to claim 6,
The catalyst includes one or more of Ru, Pd, Rh, Pt, Au, Ir, Os, Fe, Cu, Zn, Ni, Co, Ce, Ti, and Mn as active species. Waste liquid treatment equipment.
前記仕切り部材は、Fe、Ni、Ti、Ta、Cu、Ag、Au、Pt、Ir、Rh、Pd、Al、Cr又はこれらのうちの2種類以上を組み合わせた合金で形成されている廃液処理装置。 In the waste liquid processing apparatus as described in any one of Claims 1-7,
The partition member is made of Fe, Ni, Ti, Ta, Cu, Ag, Au, Pt, Ir, Rh, Pd, Al, Cr, or an alloy that combines two or more of these. .
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