JP2020203261A - Nitrogen-containing organic matter treatment apparatus and treatment method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、含窒素有機物の処理装置及び処理方法に関する。 The present invention relates to a treatment apparatus and a treatment method for nitrogen-containing organic substances.
下水汚泥や畜産汚泥等の含窒素有機物を処理する方法としては、汚泥を直接脱水処理した後に焼却処理する方法や、微生物を用いた生物的処理により減容した汚泥を脱水処理し、その後焼却処理する方法等が知られている。
近年では、水の臨界点（３７４℃、２２ＭＰａ）以上の高温高圧の条件（超臨界条件）下で含窒素有機物を処理する技術が検討されている。超臨界条件下で含窒素有機物を処理すると、含窒素有機物を完全に分解し、無害化することが可能となる。
As a method for treating nitrogen-containing organic matter such as sewage sludge and livestock sludge, a method of directly dehydrating sludge and then incineration treatment, or a method of dehydrating sludge whose volume has been reduced by biological treatment using microorganisms and then incineration treatment is performed. How to do it is known.
In recent years, a technique for treating nitrogen-containing organic substances under high temperature and high pressure conditions (supercritical conditions) above the critical point of water (374 ° C., 22 MPa) has been studied. Treatment of nitrogen-containing organic matter under supercritical conditions makes it possible to completely decompose and detoxify the nitrogen-containing organic matter.
しかし、超臨界条件下での処理は、腐食の激しい高温高圧条件下で行われるため、装置の耐久性が問題となる。そこで、超臨界条件よりも低温又は低圧である亜臨界条件下で含窒素有機物を処理する方法が提案されている（特許文献１参照）。 However, since the treatment under supercritical conditions is performed under high temperature and high pressure conditions where corrosion is severe, the durability of the apparatus becomes a problem. Therefore, a method for treating nitrogen-containing organic substances under subcritical conditions, which is lower or lower than supercritical conditions, has been proposed (see Patent Document 1).
特許文献１では、まず、最初の工程で含窒素有機物中の比較的酸化されやすい炭素成分及び水素成分等を二酸化炭素と水に酸化し、窒素成分をアンモニアや低分子量の含窒素有機物に変換する。その後、第二の工程でアンモニアと残存窒素有機物を無害な窒素、二酸化炭素、水に分解している。
In
ところで、近年、アンモニアが、水素エネルギーの貯蔵、輸送媒体（エネルギーキャリア）、また、アンモニアを直接燃焼させる燃料（エネルギー源）として注目されている。
特許文献１の発明では、含窒素有機物中の窒素の有効利用について考慮されていない。
加えて、特許文献１の発明では、酸素、空気等の酸化剤の供給を必須としており、酸化分解する処理装置が大型化するといった問題がある。
By the way, in recent years, ammonia has been attracting attention as a storage and transportation medium (energy carrier) for hydrogen energy, and as a fuel (energy source) for directly burning ammonia.
In the invention of
In addition, the invention of
そこで、本発明は、含窒素有機物からアンモニアを分離でき、かつ、装置の小型化が図れる含窒素有機物の処理装置及び処理方法を目的とする。 Therefore, an object of the present invention is a treatment device and a treatment method for nitrogen-containing organic substances, which can separate ammonia from nitrogen-containing organic substances and can reduce the size of the device.
上記課題を解決するために、本発明は以下の態様を有する。
［１］含窒素有機物を水の亜臨界条件、かつ、嫌気条件とし、アンモニアを含む第一の流体を生成する熱分解部と、前記第一の流体からアンモニアを分離するアンモニア分離部と、を備える、含窒素有機物の処理装置。
In order to solve the above problems, the present invention has the following aspects.
[1] A pyrolysis section that produces a first fluid containing ammonia and an ammonia separation section that separates ammonia from the first fluid, with nitrogen-containing organic matter under subcritical and anaerobic conditions of water. A device for treating nitrogen-containing organic substances.
［２］含窒素有機物を水の亜臨界条件、かつ、嫌気条件とし、アンモニアを含む第一の流体を生成する熱分解工程と、前記第一の流体からアンモニアを分離するアンモニア分離工程と、を備える、含窒素有機物の処理方法。 [2] A pyrolysis step of producing a first fluid containing ammonia and an ammonia separation step of separating ammonia from the first fluid by setting a nitrogen-containing organic substance as a subcritical condition and an anaerobic condition of water. A method for treating nitrogen-containing organic substances.
本発明の含窒素有機物の処理装置及び処理方法によれば、含窒素有機物からアンモニアを分離でき、かつ、装置の小型化が図れる。 According to the nitrogen-containing organic matter treatment apparatus and treatment method of the present invention, ammonia can be separated from the nitrogen-containing organic matter, and the apparatus can be miniaturized.
本明細書において、水の亜臨界条件は、水の臨界温度（３７４℃）未満かつ水の臨界圧力（２２ＭＰａ）未満、水の臨界温度以上かつ水の臨界圧力未満、又は水の臨界温度未満かつ水の臨界圧力以上のいずれをも含む。
本明細書では、上記の水の亜臨界条件での含窒素有機物の熱分解を亜臨界熱分解処理という。
In the present specification, the subcritical conditions of water are below the critical temperature of water (374 ° C.) and below the critical pressure of water (22 MPa), above the critical temperature of water and below the critical pressure of water, or below the critical temperature of water. Includes any of above the critical pressure of water.
In the present specification, the thermal decomposition of nitrogen-containing organic matter under the above-mentioned subcritical conditions of water is referred to as subcritical thermal decomposition treatment.
［第一実施形態］
＜含窒素有機物の処理装置＞
本発明の含窒素有機物の処理装置は、熱分解部と、アンモニア分離部とを備える。
以下に、本発明の含窒素有機物の処理装置の第一実施形態について、図１に基づき詳細に説明する。
[First Embodiment]
<Nitrogen-containing organic matter processing equipment>
The nitrogen-containing organic matter processing apparatus of the present invention includes a thermal decomposition section and an ammonia separation section.
Hereinafter, the first embodiment of the nitrogen-containing organic substance treatment apparatus of the present invention will be described in detail with reference to FIG.
図１に示すように、本実施形態の含窒素有機物の処理装置１（以下、単に処理装置１ともいう。）は、供給部１０と、熱分解部２０と、アンモニア分離部３０とを備える。
供給部１０と熱分解部２０とは、配管Ｌ０によって接続されている。熱分解部２０とアンモニア分離部３０とは、配管Ｌ１によって接続されている。
As shown in FIG. 1, the nitrogen-containing organic
The
熱分解部２０は、熱分解槽２１と、第一ヒーター２２と、第一測定部２３と、高圧ポンプＰ１と、圧力調整バルブＢ１とを備える。熱分解槽２１には、第一測定部２３が接続されている。熱分解槽２１には、配管Ｌ０、配管Ｌ１、配管Ｌ２が接続されている。高圧ポンプＰ１は、配管Ｌ０に設けられている。圧力調整バルブＢ１は、配管Ｌ１に設けられている。排出ポンプＰ２は、配管Ｌ２に設けられている。
The
アンモニア分離部３０は、吸着塔３１と、吸着塔３２と、気液分離器３７と、第二ヒーター３３と、第三ヒーター３４と、第二測定部３５と、第三測定部３６と、開閉バルブＢ６、Ｂ７と、圧力調整バルブＢ８〜Ｂ１１と、配管Ｌ６〜Ｌ１１とを備える。アンモニア分離部３０には、配管Ｌ３と、配管Ｌ４と、配管Ｌ５とが接続されている。
The
配管Ｌ１は、分岐５０で配管Ｌ６と配管Ｌ７とに接続されている。配管Ｌ６は、吸着塔３１に接続されている。配管Ｌ７は、吸着塔３２に接続されている。吸着塔３１には、第二測定部３５が接続されている。吸着塔３２には、第三測定部３６が接続されている。吸着塔３１と気液分離器３７とは、配管Ｌ１０によって接続されている。吸着塔３１には、配管Ｌ８が接続されている。吸着塔３２には、配管Ｌ９が接続されている。配管Ｌ８は、分岐５１で配管Ｌ３と接続されている。配管Ｌ９は、分岐５１で配管Ｌ３と接続されている。気液分離器３７には、配管Ｌ４が接続されている。気液分離器３７には、配管Ｌ５が接続されている。吸着塔３２には、配管Ｌ１１が接続されている。配管Ｌ１１は、分岐５２で配管Ｌ１０と接続されている。
The pipe L1 is connected to the pipe L6 and the pipe L7 by a
開閉バルブＢ６は、配管Ｌ６に設けられている。開閉バルブＢ７は、配管Ｌ７に設けられている。 The on-off valve B6 is provided in the pipe L6. The on-off valve B7 is provided in the pipe L7.
圧力調整バルブＢ８は、配管Ｌ８に設けられている。圧力調整バルブＢ９は、配管Ｌ９に設けられている。圧力調整バルブＢ１０は、配管Ｌ１０に設けられている。圧力調整バルブＢ１１は、配管Ｌ１１に設けられている。 The pressure adjusting valve B8 is provided in the pipe L8. The pressure adjusting valve B9 is provided in the pipe L9. The pressure adjusting valve B10 is provided in the pipe L10. The pressure adjusting valve B11 is provided in the pipe L11.
供給部１０は、含窒素有機物を熱分解部２０の熱分解槽２１に供給する。供給部１０としては、含窒素有機物を供給できればよく、下水処理施設の配水管の一部や有機汚泥を一時貯留することができるタンクや、有機汚泥を積載する車両等が挙げられる。
The
熱分解槽２１としては、例えば、ステンレスやニッケル合金等の金属製の耐圧容器が挙げられる。
Examples of the
吸着塔３１としては、例えば、第一の流体中のアンモニアを吸着する吸着剤が充填された耐圧容器が挙げられる。耐圧容器は、例えば、ステンレスやニッケル合金等の金属製の容器が挙げられる。
Examples of the
吸着塔３２としては、吸着塔３１と同様の耐圧容器が挙げられる。吸着塔３２と吸着塔３１とは、異なっていてもよく、同じでもよい。
Examples of the
気液分離器３７としては、熱交換器を備える凝縮器など従来公知の機器が挙げられる。
Examples of the gas-
第一ヒーター２２としては、熱分解槽２１の内部を加熱可能なヒーターであればよく、高温の水蒸気を通流させるスチームヒーターや、ガスボイラー等が挙げられる。
第二ヒーター３３としては、第一ヒーター２２と同様のヒーターが挙げられる。第二ヒーター３３と第一ヒーター２２とは、異なっていてもよく、同じでもよい。
第三ヒーター３４としては、第一ヒーター２２と同様のヒーターが挙げられる。第三ヒーター３４と第一ヒーター２２とは、異なっていてもよく、同じでもよい。第三ヒーター３４と第二ヒーター３３とは、異なっていてもよく、同じでもよい。
The
Examples of the
Examples of the
第一測定部２３としては、熱分解槽２１の内部の温度、圧力、アンモニア濃度等を測定できればよく、公知の温度計、圧力計、濃度測定計等を例示できる。
第二測定部３５としては、第一測定部２３と同様の計器が挙げられる。第二測定部３５と第一測定部２３とは、異なっていてもよく、同じでもよい。
第三測定部３６としては、第一測定部２３と同様の計器が挙げられる。第三測定部３６と第一測定部２３とは、異なっていてもよく、同じでもよい。第三測定部３６と第二測定部３５とは、異なっていてもよく、同じでもよい。
As the
Examples of the
Examples of the
高圧ポンプＰ１としては、供給部１０から含窒素有機物を熱分解部２０の熱分解槽２１へと圧送できればよく、高圧送液ポンプやコンプレッサー等が挙げられる。
The high-pressure pump P1 may be a high-pressure liquid pump, a compressor, or the like, as long as the nitrogen-containing organic substance can be pumped from the
排出ポンプＰ２としては、熱分解槽２１から含窒素有機物の固形分を外部へと圧送できればよく、吸引ポンプや真空ポンプ等が挙げられる。
The discharge pump P2 may be a suction pump, a vacuum pump, or the like, as long as the solid content of the nitrogen-containing organic substance can be pumped to the outside from the
圧力調整バルブＢ１としては、公知のバルブや圧力調整弁等を例示できる。圧力調整バルブＢ１は、開閉バルブとしての機能を有していてもよい。
圧力調整バルブＢ８〜Ｂ１１としては、圧力調整バルブＢ１と同様のバルブが挙げられる。圧力調整バルブＢ８〜Ｂ１１と圧力調整バルブＢ１とは、異なっていてもよく、同じでもよい。また、圧力調整バルブＢ８〜Ｂ１１は、それぞれが異なっていてもよく、同じでもよい。
Examples of the pressure adjusting valve B1 include known valves and pressure adjusting valves. The pressure adjusting valve B1 may have a function as an on-off valve.
Examples of the pressure adjusting valves B8 to B11 include valves similar to the pressure adjusting valve B1. The pressure adjusting valves B8 to B11 and the pressure adjusting valve B1 may be different or the same. Further, the pressure adjusting valves B8 to B11 may be different or the same.
開閉バルブＢ６としては、公知のバルブや開閉弁等を例示できる。
開閉バルブＢ７としては、開閉バルブＢ６と同様のバルブが挙げられる。開閉バルブＢ７と開閉バルブＢ６とは、異なっていてもよく、同じでもよい。
Examples of the on-off valve B6 include known valves and on-off valves.
Examples of the on-off valve B7 include valves similar to the on-off valve B6. The on-off valve B7 and the on-off valve B6 may be different or the same.
第一ヒーター２２、第二ヒーター３３、第三ヒーター３４、第一測定部２３、第二測定部３５、第三測定部３６、高圧ポンプＰ１、排出ポンプＰ２、圧力調整バルブＢ１、Ｂ８〜Ｂ１１、開閉バルブＢ６、Ｂ７は、外部に設けられた制御部（不図示）によって、ＯＮ、ＯＦＦ、開閉等を一括して制御することが好ましい。
配管Ｌ０としては、ステンレス等の金属製の配管等が挙げられる。
配管Ｌ１〜Ｌ１１としては、配管Ｌ０と同様の配管が挙げられる。
配管Ｌ１、Ｌ２、Ｌ６〜Ｌ１１は、耐圧性を有する配管であることが好ましい。
配管Ｌ１〜Ｌ１１と配管Ｌ０とは、異なっていてもよく、同じでもよい。また、配管Ｌ１〜Ｌ１１は、それぞれが異なっていてもよく、同じでもよい。
Examples of the pipe L0 include a metal pipe such as stainless steel.
Examples of the pipes L1 to L11 include pipes similar to those of the pipe L0.
The pipes L1, L2, L6 to L11 are preferably pipes having pressure resistance.
The pipes L1 to L11 and the pipe L0 may be different or the same. Further, the pipes L1 to L11 may be different or the same.
＜含窒素有機物の処理方法＞
本発明の含窒素有機物の処理方法は、含窒素有機物を水の亜臨界条件、かつ、嫌気条件とし、アンモニアを含む第一の流体を生成する熱分解工程と、前記第一の流体からアンモニアを分離するアンモニア分離工程と、を備える。
処理装置１を用いた含窒素有機物の処理方法について、図１に基づいて説明する。
<Treatment method for nitrogen-containing organic matter>
The method for treating a nitrogen-containing organic substance of the present invention comprises a thermal decomposition step in which the nitrogen-containing organic substance is set to a subcritical condition of water and an anaerobic condition to generate a first fluid containing ammonia, and ammonia is removed from the first fluid. It comprises an ammonia separation step for separation.
A method for treating a nitrogen-containing organic substance using the
まず、開閉バルブＢ７及び圧力調整バルブＢ８、Ｂ９、Ｂ１１を閉とする。
次に、含窒素有機物を含む混合物と水のスラリー混合物とを供給部１０から高圧ポンプＰ１を介して、それぞれ熱分解部２０に供給する。この際、酸素や空気等を熱分解部２０に送り込まないことで、熱分解部２０の熱分解槽２１を嫌気条件としている。熱分解槽２１を嫌気条件とする方法としては、この他、希ガス等の不活性ガスで熱分解槽２１をパージする方法等が挙げられる。
First, the on-off valve B7 and the pressure adjusting valves B8, B9, and B11 are closed.
Next, the mixture containing the nitrogen-containing organic substance and the slurry mixture of water are supplied from the
含窒素有機物とは、窒素成分を含む有機物を指す。含窒素有機物としては、メタン発酵工程から排出されるアンモニア含有消化液、食品廃棄物、家畜排泄物、下水の濃縮汚泥や消化汚泥、有機汚泥等のバイオマス廃棄物等が挙げられる。 Nitrogen-containing organic matter refers to organic matter containing a nitrogen component. Examples of the nitrogen-containing organic matter include ammonia-containing digestive juice discharged from the methane fermentation step, food waste, livestock excrement, concentrated sludge and digestive sludge of sewage, and biomass waste such as organic sludge.
含窒素有機物は水分を含んでおり、通常、脱水してから焼却等が行われる。
本実施形態の処理装置１では、熱分解槽２１を高温高圧にして含窒素有機物を熱分解し、水蒸気を含むガス成分と固形分とを分離するため、脱水工程及び焼却工程が不要である。
加えて、本実施形態の処理装置１では、熱分解槽２１を嫌気条件にして含窒素有機物を熱分解するため、酸素や空気等の酸化剤を供給する工程が不要である。
なお、熱分解工程で生成する含窒素有機物の固形分は、排出ポンプＰ２を用いて、配管Ｌ２を介して熱分解槽２１の外部へと排出できる。
Nitrogen-containing organic matter contains water, and is usually dehydrated and then incinerated.
In the
In addition, in the
The solid content of the nitrogen-containing organic substance generated in the thermal decomposition step can be discharged to the outside of the
含窒素有機物の含水率は、９０質量％以上が好ましい。含窒素有機物の含水率が上記下限値以上であると、供給部１０から熱分解部２０への流動性に優れ、処理装置１を連続して運転できるため、処理装置１の処理効率を向上しやすい。
The water content of the nitrogen-containing organic substance is preferably 90% by mass or more. When the water content of the nitrogen-containing organic substance is equal to or higher than the above lower limit value, the fluidity from the
（熱分解工程）
含窒素有機物を含む混合物と水のスラリー混合物とを熱分解部２０の熱分解槽２１に供給した後、第一ヒーター２２を加熱し、かつ、高圧ポンプＰ１を加圧し、含窒素有機物を水の亜臨界条件、かつ、嫌気条件とする。
含窒素有機物を水の亜臨界条件、かつ、嫌気条件とすることで、含窒素有機物は、二酸化炭素、水、アンモニア等に熱分解され、第一の流体が生成する。
(Pyrolysis process)
After supplying the mixture containing the nitrogen-containing organic matter and the slurry mixture of water to the
By setting the nitrogen-containing organic matter as a subcritical condition of water and an anaerobic condition, the nitrogen-containing organic matter is thermally decomposed into carbon dioxide, water, ammonia and the like, and a first fluid is generated.
熱分解工程における熱分解槽２１の内部温度（以下、第一処理温度ともいう。）は、第一測定部２３により測定できる。
第一処理温度は、水の臨界温度（３７４℃）以上であり、３７４℃以上５００℃以下が好ましく、４００℃以上４５０℃以下がより好ましい。第一処理温度が上記下限値以上であると、含窒素有機物を十分に熱分解することができる。第一処理温度が上記上限値以下であると、第一の流体に含まれるアンモニアへの転化率を向上しやすく、第一ヒーター２２を加熱する際のエネルギーを節約しやすい。
The internal temperature of the
The first treatment temperature is the critical temperature of water (374 ° C.) or higher, preferably 374 ° C. or higher and 500 ° C. or lower, and more preferably 400 ° C. or higher and 450 ° C. or lower. When the first treatment temperature is at least the above lower limit value, the nitrogen-containing organic substance can be sufficiently thermally decomposed. When the first treatment temperature is not more than the above upper limit value, it is easy to improve the conversion rate to ammonia contained in the first fluid, and it is easy to save energy when heating the
熱分解工程における熱分解槽２１の内部圧力（以下、第一処理圧力ともいう。）は、第一測定部２３により測定できる。
第一処理圧力は、水の臨界圧力（２２ＭＰａ）未満であり、５ＭＰａ以上２０ＭＰａ以下が好ましく、１０ＭＰａ以上２０ＭＰａ以下がより好ましく、１０ＭＰａ以上１５ＭＰａ以下がさらに好ましい。第一処理圧力が上記下限値以上であると、含窒素有機物を十分に熱分解することができる。第一処理圧力が上記上限値以下であると、熱分解槽２１にかかる負荷を低減しやすい。
The internal pressure of the
The first treatment pressure is less than the critical pressure of water (22 MPa), preferably 5 MPa or more and 20 MPa or less, more preferably 10 MPa or more and 20 MPa or less, and further preferably 10 MPa or more and 15 MPa or less. When the first treatment pressure is at least the above lower limit value, the nitrogen-containing organic substance can be sufficiently thermally decomposed. When the first processing pressure is not more than the above upper limit value, it is easy to reduce the load applied to the
熱分解工程における加熱加圧時間（以下、第一処理時間ともいう。）は、１分以上３０分以下が好ましく、３分以上２０分以下がより好ましく、５分以上１５分以下がさらに好ましい。第一処理時間が上記下限値以上であると、含窒素有機物を十分に熱分解することができる。第一処理時間が上記上限値以下であると、第一の流体に含まれるアンモニアへの転化率を向上しやすく、第一ヒーター２２を加熱する際のエネルギーを節約しやすい。
The heating and pressurizing time (hereinafter, also referred to as the first treatment time) in the thermal decomposition step is preferably 1 minute or more and 30 minutes or less, more preferably 3 minutes or more and 20 minutes or less, and further preferably 5 minutes or more and 15 minutes or less. When the first treatment time is not more than the above lower limit value, the nitrogen-containing organic substance can be sufficiently thermally decomposed. When the first treatment time is not more than the above upper limit value, it is easy to improve the conversion rate to ammonia contained in the first fluid, and it is easy to save energy when heating the
含窒素有機物として、図３に示す元素組成を有する下水汚泥（消化汚泥）を亜臨界水酸化処理する場合を考える。図３に示す元素組成は、乾燥固形物に対する元素組成であり、「Ａｓｈ」は、灰分を表す。
図３の消化汚泥中の炭素、水素、窒素、酸素の割合から消化汚泥の模擬的な組成式を決定し、その消化汚泥を酸化処理するための酸素量を下記式（１）にて推算する。この際必要な酸素量を化学量論（酸素比＝１）とする。
Ｃ５．９Ｈ１１．２ＮＯ３．３＋６．３Ｏ２ → ５．９ＣＯ２＋４．１Ｈ２Ｏ＋ＮＨ３・・・（１）
式（１）より、消化汚泥１ｋｇを酸素比１で亜臨界水酸化処理をする場合、３６．６ｇの酸素が必要となる。
Consider a case where sewage sludge (digested sludge) having the elemental composition shown in FIG. 3 is subcritically hydroxylated as a nitrogen-containing organic matter. The elemental composition shown in FIG. 3 is an elemental composition with respect to a dry solid substance, and “Ash” represents an ash content.
A simulated composition formula of digested sludge is determined from the ratio of carbon, hydrogen, nitrogen, and oxygen in the digested sludge of FIG. 3, and the amount of oxygen for oxidizing the digested sludge is estimated by the following formula (1). .. The amount of oxygen required at this time is stoichiometry (oxygen ratio = 1).
C 5.9 H 11.2 NO 3.3 + 6.3O 2 → 5.9CO 2 + 4.1H 2 O + NH 3 ... (1)
From the formula (1), when 1 kg of digested sludge is subcritically hydroxylated at an oxygen ratio of 1, 36.6 g of oxygen is required.
亜臨界水酸化処理をする場合、酸化処理を確実にするため、通常は、酸素比を増やして反応させる。酸素比を１．２とした場合、３６．６ｇ×１．２＝４３．９ｇの酸素が必要となる。
例えば、４００℃、１０ＭＰａの反応条件で亜臨界水酸化処理を行った場合、消化汚泥中の水分がガス化することにより、その体積は２５．７Ｌとなる。４３．９ｇの酸素は、０．８Ｌとなり、処理装置１の３．０％を占める。
亜臨界水酸化処理を行う場合、通常、空気（窒素８０％、酸素２０％）を利用する。４３．９ｇの酸素を確保するためには、１６４．９Ｌの空気（２０℃試算）が必要である。この空気の処理装置１内での容積は、４．０Ｌとなり、処理装置１の１３．４％を空気が占めることとなる。
When sub-critical water treatment is performed, the oxygen ratio is usually increased for the reaction in order to ensure the oxidation treatment. When the oxygen ratio is 1.2, 36.6 g × 1.2 = 43.9 g of oxygen is required.
For example, when sub-critical water hydroxide treatment is performed under reaction conditions of 400 ° C. and 10 MPa, the volume of the water in the digested sludge becomes 25.7 L due to gasification. 43.9 g of oxygen is 0.8 L, which accounts for 3.0% of the
When performing sub-critical water hydroxylation treatment, air (80% nitrogen, 20% oxygen) is usually used. In order to secure 43.9 g of oxygen, 164.9 L of air (estimated at 20 ° C.) is required. The volume of the air in the
熱分解工程では、嫌気条件で熱分解を行うため、消化汚泥の水分のガス化のみの容積を考慮すればよく、処理装置１の１３．４％の縮小化が可能となる。加えて、熱分解工程では、熱分解部２０に外部から酸素や空気を供給する必要がなく、酸素や空気を供給するための設備を必要としない。このため、処理装置１の小型化を図れる。
さらに、本実施形態では、嫌気条件で熱分解を行うため、亜酸化窒素の発生量を著しく低減できる。この点については、後述する。
In the thermal decomposition step, since thermal decomposition is performed under anaerobic conditions, it is sufficient to consider the volume of only gasification of the water content of the digested sludge, and the
Further, in the present embodiment, since the thermal decomposition is performed under anaerobic conditions, the amount of nitrous oxide generated can be significantly reduced. This point will be described later.
本明細書において、嫌気条件とは、外部から酸素や空気を供給しないことをいい、含窒素有機物を酸化するための酸素が実質的にない条件をいう。
ここで、「含窒素有機物を酸化するための酸素が実質的にない」とは、酸素比が０．１以下であることをいう。
なお、含窒素有機物に含まれている溶存酸素や、溶存している結合性の酸素は存在していてもよい。すなわち、本明細書における嫌気条件は、一般的な水処理における「嫌気条件」（溶存酸素や結合性の酸素が一切存在しない条件）とは異なる意味で定義される。
In the present specification, the anaerobic condition means that oxygen or air is not supplied from the outside, and means a condition in which there is substantially no oxygen for oxidizing nitrogen-containing organic matter.
Here, "substantially lacking oxygen for oxidizing nitrogen-containing organic matter" means that the oxygen ratio is 0.1 or less.
It should be noted that the dissolved oxygen contained in the nitrogen-containing organic substance and the dissolved binding oxygen may be present. That is, the anaerobic condition in the present specification is defined in a different meaning from the "anaerobic condition" (condition in which no dissolved oxygen or binding oxygen is present) in general water treatment.
熱分解工程で生成された第一の流体は、配管Ｌ１を介してアンモニア分離部３０へと流入する。
The first fluid generated in the thermal decomposition step flows into the
（アンモニア分離工程）
アンモニア分離工程は、第一の流体に含まれるアンモニアを分離する工程である。
アンモニア分離部３０へと流入した第一の流体は、配管Ｌ６を介して吸着塔３１へと流入する。
吸着塔３１の内部には、アンモニアを選択的に吸着する吸着剤（不図示）が充填されている。
吸着剤としては、例えば、ゼオライト、リン酸マグネシウム等、公知の吸着剤が挙げられる。吸着剤としては、下記一般式（２）で表される化合物を適用してもよい。
ＡｘＭ［Ｍ’（ＣＮ）６］ｙ・ｚＨ２Ｏ ・・・（２）
式（２）中、ｘは０〜３、ｙは０．１〜１．５、ｚは０〜６の数値を表し、Ａは、アルカリ金属イオン及びアルカリ土類金属イオンからなる群より選択される少なくとも１種の陽イオンを表し、Ｍ、Ｍ’は、それぞれ独立に原子番号３〜８３の原子からなる群より選択される少なくとも１種の陽イオン（ただし、アルカリ金属イオン及びアルカリ土類金属イオンを除く。）を表す。
(Ammonia separation process)
The ammonia separation step is a step of separating ammonia contained in the first fluid.
The first fluid that has flowed into the
The inside of the
Examples of the adsorbent include known adsorbents such as zeolite and magnesium phosphate. As the adsorbent, a compound represented by the following general formula (2) may be applied.
A x M [M'(CN) 6 ] y · zH 2 O ・ ・ ・ (2)
In formula (2), x represents 0 to 3, y represents 0.1 to 1.5, z represents 0 to 6, and A is selected from the group consisting of alkali metal ions and alkaline earth metal ions. Represents at least one cation, and M and M'are independently selected from the group consisting of atoms having
式（２）で表される化合物は、いわゆるプルシアンブルー及びプルシアンブルー類似体から選ばれる１種以上の化合物である。プルシアンブルー（以下、「ＰＢ」ともいう。）は、式（２）におけるＭが第一鉄イオン（Ｆｅ２＋）又は第二鉄イオン（Ｆｅ３＋）であり、式（２）におけるＭ’がＦｅ２＋又はＦｅ３＋である化合物である。ＰＢは、いわゆる紺青と呼ばれる濃青色の錯体である。プルシアンブルー類似体（以下、「ＰＢ類似体」ともいう。）は、プルシアンブルーと同様の構造を有し、式（２）におけるＭ又はＭ’を鉄以外の遷移金属元素の陽イオンに置き換えた化合物である。ＰＢ類似体は、ヘキサシアノ金属イオンを有する金属シアノ錯体である。 The compound represented by the formula (2) is one or more compounds selected from so-called Prussian blue and Prussian blue analogs. In Prussian blue (hereinafter, also referred to as "PB"), M in the formula (2) is ferric ion (Fe 2+ ) or ferric ion (Fe 3+ ), and M'in the formula (2) is Fe. It is a compound that is 2+ or Fe 3+ . PB is a dark blue complex, so-called dark blue. The Prussian blue analog (hereinafter, also referred to as “PB analog”) has a structure similar to that of Prussian blue, and M or M'in the formula (2) is replaced with a cation of a transition metal element other than iron. It is a compound. PB analogs are metal cyano complexes with hexacyanometal ions.
式（２）において、ｘは０〜３であり、０．１〜２．５が好ましく、０．１〜２．０がより好ましい。ｘが０の場合、ＰＢ又はＰＢ類似体が、アルカリ金属イオン又はアルカリ土類金属イオンを含有しないことを意味する。
式（２）において、ｙは０．１〜１．５であり、０．２〜１．３が好ましく、０．３〜１．０がより好ましい。
式（２）において、ｚは０〜６であり、０〜５が好ましく、０〜４がより好ましい。
In the formula (2), x is 0 to 3, preferably 0.1 to 2.5, and more preferably 0.1 to 2.0. When x is 0, it means that the PB or PB analog does not contain alkali metal ions or alkaline earth metal ions.
In the formula (2), y is 0.1 to 1.5, preferably 0.2 to 1.3, and more preferably 0.3 to 1.0.
In the formula (2), z is 0 to 6, preferably 0 to 5, and more preferably 0 to 4.
ＰＢ又はＰＢ類似体は、特定の結晶構造を有し、その結晶構造の内部に、対象となる化学物質を取り込むことができるナノ空隙構造を有する。ナノ空隙構造、すなわち空孔サイズの大きさは、０．３〜０．６ｎｍの範囲にあり、これらのナノ空隙構造が規則的に繰り返されているため、ＰＢ又はＰＢ類似体は、非常に大きな表面積を有する。このため、ＰＢ又はＰＢ類似体は、対象となる化学物質を効率よく取り込むことができる。対象となる化学物質としては、アンモニア、アミン等の臭気ガスが挙げられ、ＰＢ又はＰＢ類似体に取り込まれる効率が高いことから、アンモニアが好ましい。 The PB or PB analog has a specific crystal structure, and inside the crystal structure, it has a nanovoid structure capable of incorporating a chemical substance of interest. PB or PB analogs are very large because the nanovoid structure, i.e. the size of the pore size, is in the range of 0.3-0.6 nm and these nanovoid structures are regularly repeated. Has a surface area. Therefore, the PB or PB analog can efficiently take up the target chemical substance. Examples of the target chemical substance include odorous gases such as ammonia and amines, and ammonia is preferable because it is highly efficient to be incorporated into PB or PB analogs.
式（２）において、Ａは、アルカリ金属イオン及びアルカリ土類金属イオンからなる群より選択される少なくとも１種の陽イオンである。Ａとしては、リチウムイオン、ナトリウムイオン、カリウムイオン、ルビジウムイオン、セシウムイオン、カルシウムイオン、ストロンチウムイオン、バリウムイオン、ラジウムイオン等が挙げられる。Ａとしては、製造コストの観点から、ナトリウムイオン、カリウムイオンが好ましい。 In formula (2), A is at least one cation selected from the group consisting of alkali metal ions and alkaline earth metal ions. Examples of A include lithium ion, sodium ion, potassium ion, rubidium ion, cesium ion, calcium ion, strontium ion, barium ion, radium ion and the like. As A, sodium ion and potassium ion are preferable from the viewpoint of production cost.
式（２）において、Ｍは、原子番号３〜８３の原子からなる群より選択される少なくとも１種の陽イオン（ただし、アルカリ金属イオン及びアルカリ土類金属イオンを除く。）である。Ｍとしては、バナジウムイオン、クロム（ＩＩＩ）イオン、マンガン（ＩＩ）イオン、第一鉄イオン、第二鉄イオン、ルテニウムイオン、コバルト（ＩＩ）イオン、コバルト（ＩＩＩ）イオン、ロジウムイオン、ニッケルイオン、パラジウムイオン、白金イオン、銅（ＩＩ）イオン、銀イオン、亜鉛イオン、カドミウムイオン、インジウムイオン、ランタンイオン、ユーロピウム（ＩＩＩ）イオン、ガドリニウム（ＩＩＩ）イオン、ルテチウムイオン等が挙げられる。Ｍとしては、対象となる化学物質の吸着を制御しやすい観点から、マンガン（ＩＩ）イオン、第一鉄イオン、第二鉄イオン、コバルト（ＩＩ）イオン、コバルト（ＩＩＩ）イオン、ニッケルイオン、銅（ＩＩ）イオン、亜鉛イオン、カドミウムイオンが好ましく、ニッケルイオン、亜鉛イオンがより好ましい。また、アンモニアを低濃度から高濃度まで定量的、安定的に吸着し、吸着と脱離のための吸着剤として好ましい観点から、Ｍとしては、インジウムイオンが好ましい。
In formula (2), M is at least one cation selected from the group consisting of atoms having
式（２）において、Ｍ’は、原子番号３〜８３の原子からなる群より選択される少なくとも１種の陽イオン（ただし、アルカリ金属イオン及びアルカリ土類金属イオンを除く。）である。Ｍ’としては、バナジウムイオン、クロム（ＩＩＩ）イオン、モリブデンイオン、タングステンイオン、マンガンイオン、第一鉄イオン、第二鉄イオン、ルテニウムイオン、コバルト（ＩＩ）イオン、コバルト（ＩＩＩ）イオン、ニッケルイオン、白金イオン、銅（ＩＩ）イオン等が挙げられる。Ｍ’としては、シアン化合物の安定性の観点から、マンガンイオン、第一鉄イオン、第二鉄イオン、コバルト（ＩＩ）イオン、コバルト（ＩＩＩ）イオン、ニッケルイオン、銅イオンが好ましく、第二鉄イオン、コバルト（ＩＩＩ）イオンがより好ましい。
In formula (2), M'is at least one cation selected from the group consisting of atoms having
式（２）におけるＭとＭ’との組合せとしては、様々な組み合わせが可能である。ＭとＭ’との組合せとしては、例えば、ＭがＦｅ３＋、Ｍ’がＦｅ２＋の組合せ、Ｍが銅（ＩＩ）イオン（Ｃｕ２＋）、Ｍ’がＦｅ２＋の組合せ、Ｍが亜鉛イオン（Ｚｎ２＋）、Ｍ’がコバルト（ＩＩＩ）イオン（Ｃｏ３＋）の組合せ、Ｍがコバルト（ＩＩ）イオン（Ｃｏ２＋）、Ｍ’がＣｏ３＋の組合せ等が挙げられる。 As the combination of M and M'in the formula (2), various combinations are possible. As a combination of M and M', for example, M is Fe 3+ , M'is Fe 2+ , M is copper (II) ion (Cu 2+ ), M'is Fe 2+ , and M is zinc ion (M). Zn 2+ ), M'is a combination of cobalt (III) ion (Co 3+ ), M is a combination of cobalt (II) ion (Co 2+ ), M'is a combination of Co 3+ , and the like.
ＰＢ又はＰＢ類似体は、式（２）で表される化合物を含有していればよく、例えば、高分子や樹脂との混合物、ガラスウール、ゼオライトやモレキュラーシーブ等の他の無機物との混合物であってもよい。また、有機物ポリマー又は金属や酸化物の無機物から成るフィルターや板材に固定した態様であってもよい。この他、多孔性容器又はガスを通すことができる二次元状のシートに詰めた態様、もしくは包んで容器とした態様、ジェル、インク、フィルム、プラスチック、樹脂、粉、砂、水やアルコールの液体に混ぜた態様であってもよい。 The PB or PB analog may contain a compound represented by the formula (2), for example, a mixture with a polymer or a resin, or a mixture with another inorganic substance such as glass wool, zeolite or a molecular sieve. There may be. Further, it may be fixed to a filter or a plate material made of an organic polymer or an inorganic substance of a metal or an oxide. In addition, a form packed in a porous container or a two-dimensional sheet that allows gas to pass through, or a form wrapped in a container, gel, ink, film, plastic, resin, powder, sand, water or alcohol liquid. It may be a mode mixed with.
第一の流体に含まれるアンモニアは、吸着塔３１の内部に充填された吸着剤によって選択的に吸着され、分離される。
Ammonia contained in the first fluid is selectively adsorbed and separated by the adsorbent filled inside the
アンモニアが吸着された後の第一の流体は、配管Ｌ１０を介して気液分離器３７へと流入する。
The first fluid after the ammonia is adsorbed flows into the gas-
次に、開閉バルブＢ６及び圧力調整バルブＢ１０を閉とし、開閉バルブＢ７及び圧力調整バルブＢ８、Ｂ１１を開とする。
アンモニア分離部３０へと流入した第一の流体は、配管Ｌ７を介して吸着塔３２へと流入する。
吸着塔３２の内部には、アンモニアを選択的に吸着する吸着剤（不図示）が充填されている。
吸着塔３２の内部の吸着剤としては、吸着塔３１の内部の吸着剤と同様の吸着剤が挙げられる。吸着塔３０２の内部の吸着剤と吸着塔３１の内部の吸着剤とは、異なっていてもよく、同じでもよい。
第一の流体に含まれるアンモニアは、吸着塔３２の内部に充填された吸着剤によって選択的に吸着され、分離される。
Next, the on-off valve B6 and the pressure adjusting valve B10 are closed, and the on-off valve B7 and the pressure adjusting valves B8 and B11 are opened.
The first fluid that has flowed into the
The inside of the
Examples of the adsorbent inside the
Ammonia contained in the first fluid is selectively adsorbed and separated by the adsorbent filled inside the
アンモニアが吸着された後の第一の流体は、配管Ｌ１１、分岐５２、配管Ｌ１０を介して気液分離器３７へと流入する。
The first fluid after the ammonia is adsorbed flows into the gas-
吸着塔３２でアンモニアを吸着している間に吸着塔３１が減圧されることで、吸着塔３１の内部の吸着剤に吸着されたアンモニアの全部又は一部が吸着剤から脱離される。また、第二ヒーター３３で吸着塔３１を加熱することで、吸着塔３１の内部の吸着剤に吸着されたアンモニアを脱離してもよい。
By reducing the pressure in the
吸着剤から脱着されたアンモニアは、配管Ｌ８、分岐５１、配管Ｌ３を介して処理装置１の外部へと回収される。
この際、アンモニアは、気体であってもよく、液体であってもよい。外部へと回収されるアンモニアは、エネルギー源としての利用において取り扱いが容易となる観点から、液体であることが好ましい。例えば、吸着塔３１の内部の圧力を０．８ＭＰａ以上となるように圧力調整バルブＢ８を調整することにより、液体としてアンモニアを回収できる。
Ammonia desorbed from the adsorbent is recovered to the outside of the
At this time, ammonia may be a gas or a liquid. Ammonia recovered to the outside is preferably a liquid from the viewpoint of easy handling when used as an energy source. For example, by adjusting the pressure adjusting valve B8 so that the pressure inside the
次に、開閉バルブＢ７及び圧力調整バルブＢ８、Ｂ１１を閉とし、開閉バルブＢ６及び圧力調整バルブＢ９、Ｂ１０を開とする。
吸着塔３１でアンモニアを吸着している間に吸着塔３２が減圧されることで、吸着塔３２の内部の吸着剤に吸着されたアンモニアの全部又は一部が吸着剤から脱離される。また、第三ヒーター３４で吸着塔３２を加熱することで、吸着塔３２の内部の吸着剤に吸着されたアンモニアを脱離してもよい。
Next, the on-off valve B7 and the pressure adjusting valves B8 and B11 are closed, and the on-off valve B6 and the pressure adjusting valves B9 and B10 are opened.
By reducing the pressure in the
吸着剤から脱着されたアンモニアは、配管Ｌ９、分岐５１、配管Ｌ３を介して処理装置１の外部へと回収される。
例えば、吸着塔３２の内部の圧力を０．８ＭＰａ以上となるように圧力調整バルブＢ９を調整することにより、液体としてアンモニアを回収できる。
Ammonia desorbed from the adsorbent is recovered to the outside of the
For example, by adjusting the pressure adjusting valve B9 so that the pressure inside the
アンモニア分離工程で、二つの吸着塔３１と３２とを交互に用いることで、一方の吸着塔でアンモニアを吸着している間に、他方の吸着塔を加熱し、アンモニアを吸着剤から脱着させることができる。
このように、二つの吸着塔３１と３２とを交互に用いることで、効率よくアンモニアを分離し、回収できる。
なお、本実施形態では、二つの吸着塔を用いているが、吸着塔の数は二つに限られず、三つ以上でもよい。
By alternately using the two
In this way, by alternately using the two
In the present embodiment, two adsorption towers are used, but the number of adsorption towers is not limited to two, and may be three or more.
吸着塔３１の内部の温度及び圧力は、第二測定部３５によって測定できる。吸着塔３２の内部の温度及び圧力は、第三測定部３６によって測定できる。
アンモニアの状態は、吸着塔３１又は３２の内部の温度及び圧力によって制御できる。
吸着塔３１の内部の温度は、第二ヒーター３３によって制御できる。吸着塔３２の内部の温度は、第三ヒーター３４によって制御できる。吸着塔３１の内部の圧力は、圧力調整バルブＢ８、Ｂ１０によって制御できる。吸着塔３２の内部の圧力は、圧力調整バルブＢ９、Ｂ１１によって制御できる。
The temperature and pressure inside the
The state of ammonia can be controlled by the temperature and pressure inside the
The temperature inside the
第二ヒーター３３の熱源としては、熱分解工程における亜臨界熱分解処理による反応熱を利用できる。前記反応熱を利用することにより、第二ヒーター３３の消費エネルギーを節約できる。
第三ヒーター３４の熱源としては、熱分解工程における亜臨界熱分解処理による反応熱を利用できる。前記反応熱を利用することにより、第三ヒーター３４の消費エネルギーを節約できる。
As the heat source of the
As the heat source of the
気液分離器３７へと流入した第一の流体は、気体と液体とに分離される。
第一の流体から分離された気体は、配管Ｌ４を介して処理装置１の外部へと排出される。
第一の流体から分離された液体は、配管Ｌ５を介して処理装置１の外部へと排出される。
The first fluid flowing into the gas-
The gas separated from the first fluid is discharged to the outside of the
The liquid separated from the first fluid is discharged to the outside of the
本実施形態の処理装置１によれば、亜臨界熱分解処理によって速やかに含窒素有機物を処理できる。
本実施形態では、酸素や空気を供給するための設備を必要としないため、処理装置１の小型化を図れる。
加えて、本実施形態では、嫌気条件で熱分解を行うため、亜酸化窒素の発生量を著しく低減できる。
さらに、本実施形態によれば、分離したアンモニアをエネルギー源として利用できる。
According to the
In the present embodiment, since equipment for supplying oxygen and air is not required, the
In addition, in the present embodiment, since the thermal decomposition is performed under anaerobic conditions, the amount of nitrous oxide generated can be significantly reduced.
Further, according to the present embodiment, the separated ammonia can be used as an energy source.
［第二実施形態］
＜含窒素有機物の処理装置＞
図２に、本発明の第二実施形態に係る含窒素有機物の処理装置の模式図を示す。第一実施形態と同じ構成には、同じ符号を付して、その説明を省略する。
図２に示すように、本実施形態の含窒素有機物の処理装置２（以下、単に処理装置２ともいう。）は、アンモニア分離部３０に代えて、アンモニア分離部３０’を備える。
[Second Embodiment]
<Nitrogen-containing organic matter processing equipment>
FIG. 2 shows a schematic view of a nitrogen-containing organic matter processing apparatus according to the second embodiment of the present invention. The same components as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
As shown in FIG. 2, the nitrogen-containing organic
熱分解部２０とアンモニア分離部３０’とは、配管Ｌ１によって接続されている。アンモニア分離部３０’には、配管Ｌ３と、配管Ｌ４と、配管Ｌ５とが接続されている。
The
アンモニア分離部３０’は、気液分離器３８と、蒸留塔３９と、分縮器４０と、第四測定部４１と、配管Ｌ１２、Ｌ１３、Ｌ１４とを備える。
The ammonia separation unit 30'includes a gas-
気液分離器３８と蒸留塔３９とは、配管Ｌ１２によって接続されている。蒸留塔３９と分縮器４０とは、配管Ｌ１３によって接続されている。分縮器４０と蒸留塔３９とは、配管Ｌ１４によって接続されている。気液分離器３８には、配管Ｌ１が接続されている。気液分離器３８には、配管Ｌ４が接続されている。蒸留塔３９には、第四測定部４１が接続されている。蒸留塔３９には、配管Ｌ５が接続されている。分縮器４０には、配管Ｌ３が接続されている。
The gas-
気液分離器３８としては、気液分離器３７と同様の機器が挙げられる。気液分離器３８と気液分離器３７とは、異なっていてもよく、同じでもよい。
Examples of the gas-
蒸留塔３９としては、アンモニアの製造に用いられる公知の蒸留塔が挙げられる。
Examples of the
分縮器４０としては、従来公知の凝縮器が挙げられる。
Examples of the
第四測定部４１としては、第一測定部２３と同様の計器が挙げられる。第四測定部４１と第一測定部２３とは、異なっていてもよく、同じでもよい。
Examples of the
第四測定部４１は、外部に設けられた制御部（不図示）によって、制御することが好ましい。
The
配管Ｌ１２〜Ｌ１４としては、配管Ｌ０と同様の配管が挙げられる。配管Ｌ１２〜Ｌ１４と配管Ｌ０とは、異なっていてもよく、同じでもよい。また、配管Ｌ１２〜Ｌ１４は、それぞれが異なっていてもよく、同じでもよい。 Examples of the pipes L12 to L14 include pipes similar to those of the pipe L0. The pipes L12 to L14 and the pipe L0 may be different or the same. Further, the pipes L12 to L14 may be different or the same.
＜含窒素有機物の処理方法＞
処理装置２を用いた含窒素有機物の処理方法について、図２に基づいて説明する。
<Treatment method for nitrogen-containing organic matter>
A method for treating a nitrogen-containing organic substance using the
（熱分解工程）
熱分解工程で生成された第一の流体は、配管Ｌ１を介して気液分離器３８へと流入する。
(Pyrolysis process)
The first fluid generated in the thermal decomposition step flows into the gas-
（アンモニア分離工程）
気液分離器３８へと流入した第一の流体は、気体とアンモニアを含む液体とに分離される。アンモニアを含む液体としては、液体アンモニア、アンモニア水が挙げられる。
第一の流体から分離された気体は、配管Ｌ４を介して処理装置２の外部へと排出される。
第一の流体から分離された液体は、配管Ｌ１２を介して蒸留塔３９へと流入する。
(Ammonia separation process)
The first fluid flowing into the gas-
The gas separated from the first fluid is discharged to the outside of the
The liquid separated from the first fluid flows into the
蒸留塔３９へと流入した液体は、蒸留塔３９の内部でアンモニア濃度が高い気相と、アンモニア濃度が低い液相とに分離される。気相は、配管Ｌ１３を介して分縮器４０へと流入する。分縮器４０へと流入した気相中のアンモニアは、濃縮され、液体又は気体の状態で配管Ｌ３を介して処理装置２の外部へと回収される。
例えば、分縮器４０の内部の圧力を０．８ＭＰａ以上とすることにより、液体としてアンモニアを回収できる。
The liquid flowing into the
For example, by setting the pressure inside the
分縮器４０で冷却された留出液は、配管Ｌ１４を介して蒸留塔３９へと還流する。
The distillate cooled by the
蒸留塔３９の内部で分離された液相は、配管Ｌ５を介して処理装置２の外部へと排出される。
The liquid phase separated inside the
蒸留塔３９の内部の温度及び圧力は、第四測定部４１によって測定できる。
アンモニアの状態は、分縮器４０の内部の温度及び圧力によって制御できる。
分縮器４０の内部の温度は、分縮器４０の外部の冷却水の温度や流量によって制御できる。分縮器４０の内部の圧力は、配管中の任意の箇所に設けられた高圧ポンプ等（不図示）によって制御できる。
The temperature and pressure inside the
The state of ammonia can be controlled by the temperature and pressure inside the
The temperature inside the
蒸留塔３９は、再沸器等（不図示）により加熱できる。再沸器等の熱源としては、熱分解工程における亜臨界熱分解処理による反応熱を利用できる。前記反応熱を利用することにより、蒸留塔３９を加熱する際の消費エネルギーを節約できる。
The
本実施形態の処理装置２によれば、吸着剤を用いることなく第一の流体からアンモニアを分離できる。そのため、吸着剤を再生する工程を省略できる。
According to the
以上、本発明の含窒素有機物の処理装置及び処理方法について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
アンモニア分離部は、上述したアンモニア分離部３０や３０’以外の態様であってもよい。
例えば、熱分解部とアンモニア分離部とは、同一の容器が兼ねる態様であってもよい。
上述の実施形態では、高圧ポンプＰ１は配管Ｌ０に設けられているが、他の配管中の任意の箇所に設けられてもよい。
高圧ポンプは、一つに限られず、二つ以上設けられてもよい。
装置間の流体の移動には、高圧ポンプの代わりに真空ポンプを用いてもよい。
開閉バルブは、他の配管中の任意の箇所に設けられてもよい。
圧力調整バルブは、他の配管中の任意の箇所に設けられてもよい。
Although the device and method for treating nitrogen-containing organic substances of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment and can be appropriately modified without departing from the spirit of the present invention.
The ammonia separation unit may have an embodiment other than the above-mentioned
For example, the thermal decomposition section and the ammonia separation section may have the same container.
In the above-described embodiment, the high-pressure pump P1 is provided in the pipe L0, but may be provided at any place in the other pipe.
The number of high-pressure pumps is not limited to one, and two or more pumps may be provided.
A vacuum pump may be used instead of the high pressure pump to move the fluid between the devices.
The on-off valve may be provided at any place in the other piping.
The pressure adjusting valve may be provided at any place in other piping.
本実施形態の熱分解工程では、第一処理温度は水の臨界温度以上で、かつ、第一処理圧力は水の臨界圧力未満であるが、水の亜臨界条件を満たす第一処理温度、かつ、第一処理圧力であってもよい。水の亜臨界条件を満たす温度と圧力の組合せとしては、第一処理温度が水の臨界温度未満で、かつ、第一処理圧力が水の臨界圧力以上、第一処理温度が水の臨界温度未満で、かつ、第一処理圧力が水の臨界圧力未満の組合せが挙げられる。 In the pyrolysis step of the present embodiment, the first treatment temperature is equal to or higher than the critical temperature of water, and the first treatment pressure is lower than the critical pressure of water, but the first treatment temperature satisfies the subcritical condition of water. , The first processing pressure may be used. As a combination of temperature and pressure that satisfies the subcritical condition of water, the first treatment temperature is lower than the critical temperature of water, the first treatment pressure is equal to or higher than the critical pressure of water, and the first treatment temperature is lower than the critical temperature of water. And, there is a combination in which the first treatment pressure is less than the critical pressure of water.
本発明の含窒素有機物の処理装置によれば、熱分解部で高い転化率でアンモニアを生成できる。
本発明の含窒素有機物の処理装置によれば、アンモニア分離部でアンモニアを分離できる。アンモニアを分離することで、高い効率でアンモニアを回収することができ、含窒素有機物中の窒素を有効利用できる。
本発明の含窒素有機物の処理装置によれば、有機汚泥を確実に処理することができる。
According to the nitrogen-containing organic matter processing apparatus of the present invention, ammonia can be produced at a high conversion rate in the pyrolysis section.
According to the nitrogen-containing organic matter processing apparatus of the present invention, ammonia can be separated at the ammonia separation section. By separating ammonia, ammonia can be recovered with high efficiency, and nitrogen in nitrogen-containing organic matter can be effectively used.
According to the nitrogen-containing organic matter processing apparatus of the present invention, organic sludge can be reliably treated.
以下に、実施例を用いて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples.
［実験例１］
図３に示す含水率、元素組成、溶存窒素を有する下水の消化汚泥（有機汚泥）を温度４００℃、圧力１０ＭＰａ（水の亜臨界条件）で亜臨界熱分解処理した場合のアンモニア性窒素としての発生率を測定した。アンモニア性窒素としての発生率は、亜臨界熱分解処理を行った後のアンモニア性窒素の質量を、亜臨界水酸化処理を行う前の有機汚泥に含まれる窒素成分の総質量（液分の有機態窒素と無機態窒素、固形分の窒素成分の合計）で除することにより求めた。
液分の全窒素は、全有機炭素計（ＴＯＣ−Ｖ／ＴＮ、（株）島津製作所製）で、質量を測定することにより求めた。
液分の無機態窒素は、イオンクロマトグラフィー（Ｄｉｏｎｅｘ ＩＣＳ−１６００、サーモフィッシャーサイエンティフィック社製）で、質量を測定することにより求めた。液分の有機態窒素の質量は、全窒素の質量から無機態窒素の質量を差し引くことで求めた。
固形分中の窒素成分は、全自動元素分析装置（２４００ＩＩ、パーキンエルマー社製）で、質量を測定することにより求めた。
処理時間０分〜１５分までの亜臨界熱分解処理を行い、アンモニア性窒素の発生率を測定した。結果を図４に示す。
[Experimental Example 1]
As ammonia nitrogen when digested sludge (organic sludge) of sewage having water content, elemental composition and dissolved nitrogen shown in FIG. 3 is subcritically pyrolyzed at a temperature of 400 ° C. and a pressure of 10 MPa (subcritical conditions of water). The incidence was measured. The rate of occurrence as ammoniacal nitrogen is the mass of ammoniacal nitrogen after sub-critical thermal decomposition treatment and the total mass of nitrogen components contained in the organic sludge before sub-critical water splitting treatment (organic liquid). It was determined by dividing by the sum of the nitrogen components of the state nitrogen, the inorganic state nitrogen, and the solid content).
The total nitrogen content of the liquid was determined by measuring the mass with a total organic carbon meter (TOC-V / TN, manufactured by Shimadzu Corporation).
Inorganic nitrogen in the liquid content was determined by measuring the mass by ion chromatography (Dionex ICS-1600, manufactured by Thermo Fisher Scientific Co., Ltd.). The mass of organic nitrogen in the liquid was determined by subtracting the mass of inorganic nitrogen from the mass of total nitrogen.
The nitrogen component in the solid content was determined by measuring the mass with a fully automatic elemental analyzer (2400II, manufactured by PerkinElmer).
Subcritical pyrolysis treatment was carried out for a treatment time of 0 to 15 minutes, and the generation rate of ammoniacal nitrogen was measured. The results are shown in FIG.
図４に示すように、処理時間５分までは、アンモニア性窒素の発生率は増加していた。アンモニア性窒素の発生率は、処理時間５〜１５分では大きく変わらなかった。 As shown in FIG. 4, the generation rate of ammoniacal nitrogen increased up to the treatment time of 5 minutes. The generation rate of ammoniacal nitrogen did not change significantly at the treatment time of 5 to 15 minutes.
［実験例２］
実験例１と同じ試料について、圧力条件を変更して亜臨界熱分解処理（温度４００℃、処理時間５分）を行った。有機汚泥中の窒素成分のアンモニア性窒素としての発生率を図５に示す。
図５に示すように、処理圧力５〜２５ＭＰａでアンモニア性窒素としての発生率が６０％以上であった。処理圧力が５〜２５ＭＰａでアンモニア性窒素としての発生率に大きな変化はなかった。
[Experimental Example 2]
The same sample as in Experimental Example 1 was subjected to subcritical pyrolysis treatment (
As shown in FIG. 5, the generation rate as ammoniacal nitrogen was 60% or more at a treatment pressure of 5 to 25 MPa. When the treatment pressure was 5 to 25 MPa, there was no significant change in the generation rate as ammoniacal nitrogen.
［実験例３］
実験例１と同じ試料について、温度条件を変更して亜臨界熱分解処理（圧力１０ＭＰａ、処理時間５分）を行った。有機汚泥中の窒素成分のアンモニア性窒素としての発生率を図６に示す。
図６に示すように、処理温度が３５０〜４５０℃でアンモニア性窒素としての発生率に大きな変化はなかった。
[Experimental Example 3]
The same sample as in Experimental Example 1 was subjected to subcritical pyrolysis treatment (
As shown in FIG. 6, there was no significant change in the generation rate of ammoniacal nitrogen when the treatment temperature was 350 to 450 ° C.
以上の実験例１〜３の結果より、含窒素有機物として下水の有機汚泥の場合、アンモニア性窒素としての発生率を高めるための好適な条件としては、処理温度３５０〜４５０℃、処理圧力５〜２５ＭＰａ、処理時間５〜１５分が挙げられる。アンモニア性窒素としての発生率を高めるためのより好適な条件としては、処理温度３８０〜４２０℃、処理圧力７〜１４ＭＰａ、処理時間１０〜１５分が挙げられる。 From the results of Experimental Examples 1 to 3 above, in the case of organic sludge of sewage as a nitrogen-containing organic matter, suitable conditions for increasing the generation rate as ammoniacal nitrogen are a treatment temperature of 350 to 450 ° C. and a treatment pressure of 5 to 5. Examples thereof include 25 MPa and a treatment time of 5 to 15 minutes. More preferable conditions for increasing the generation rate of ammoniacal nitrogen include a treatment temperature of 380 to 420 ° C., a treatment pressure of 7 to 14 MPa, and a treatment time of 10 to 15 minutes.
［実験例４］
実験例１と同じ有機汚泥を嫌気条件（Ｈｅが１００％のキャリアガス）と、酸化条件（Ｈｅが８０％、酸素が２０％のキャリアガス）とで室温から１０００℃まで加熱したときの亜酸化窒素の発生量（ｍｇ／ｋｇ−ｗｅｔ）を測定した。亜酸化窒素の発生量は、フーリエ変換赤外分光法（ＩＦＳ １２５ＨＲ、ブルカー社製）により測定した。結果を図７に示す。
図７に示すように、嫌気条件では、亜酸化窒素の発生量は、検出限界（３ｍｇ／ｋｇ−ｄｒｙ）以下であったため、検出限界値が発生したと仮定したときの０．０８１ｍｇ／ｋｇ−ｗｅｔであった。
一方、酸化条件では、亜酸化窒素の発生量は、８．３７ｍｇ／ｋｇ−ｗｅｔだった。
このことから、嫌気条件で熱分解処理をすることで、亜酸化窒素の発生量を１００倍以上低減できることが分かった。
なお、亜酸化窒素は、アンモニア以上に安定な物質であり、超臨界水酸化技術を用いても６５０℃以上の反応温度でなければ完全に分解することができない。このため、亜酸化窒素はできるだけ生成しない方が好ましい。亜酸化窒素は、含窒素有機物と酸素とが酸化反応することにより発生し、亜臨界条件においても、窒素成分の一部が亜酸化窒素として排出される可能性がある。亜酸化窒素は、温暖化ガス排出抑制の観点から、排出しないことが好ましい。
[Experimental Example 4]
Nitrous oxide when the same organic sludge as in Experimental Example 1 is heated from room temperature to 1000 ° C. under anaerobic conditions (carrier gas with 100% He) and oxidation conditions (carrier gas with 80% He and 20% oxygen). The amount of nitrogen generated (mg / kg-wet) was measured. The amount of nitrous oxide generated was measured by Fourier transform infrared spectroscopy (IFS 125HR, manufactured by Bruker). The results are shown in FIG.
As shown in FIG. 7, under anaerobic conditions, the amount of nitrous oxide generated was below the detection limit (3 mg / kg-dry), so 0.081 mg / kg- assuming that the detection limit was generated. It was wet.
On the other hand, under the oxidizing conditions, the amount of nitrous oxide generated was 8.37 mg / kg-wet.
From this, it was found that the amount of nitrous oxide generated can be reduced 100 times or more by performing the thermal decomposition treatment under anaerobic conditions.
Nitrous oxide is a substance that is more stable than ammonia and cannot be completely decomposed unless the reaction temperature is 650 ° C or higher even if supercritical water hydroxide technology is used. Therefore, it is preferable not to generate nitrous oxide as much as possible. Nitrous oxide is generated by the oxidation reaction between nitrogen-containing organic matter and oxygen, and even under subcritical conditions, a part of the nitrogen component may be discharged as nitrous oxide. Nitrous oxide is preferably not emitted from the viewpoint of suppressing global warming gas emissions.
１，２…含窒素有機物の処理装置、１０…供給部、２０…熱分解部、２１…熱分解槽、２２…第一ヒーター、２３…第一測定部、３０，３０’…アンモニア分離部、３１，３２…吸着塔、３３…第二ヒーター、３４…第三ヒーター、３５…第二測定部、３６…第三測定部、３７，３８…気液分離器、３９…蒸留塔、４０…分縮器、４１…第四測定部、Ｐ１…高圧ポンプ、Ｐ２…排出ポンプ、Ｂ１，Ｂ８〜Ｂ１１…圧力調整バルブ、Ｂ６，Ｂ７…開閉バルブ、Ｌ０，Ｌ１〜Ｌ１４…配管 1,2 ... Nitrogen-containing organic material processing device, 10 ... Supply unit, 20 ... Pyrolysis unit, 21 ... Pyrolysis tank, 22 ... First heater, 23 ... First measurement unit, 30, 30'... Ammonia separation unit, 31, 32 ... adsorption tower, 33 ... second heater, 34 ... third heater, 35 ... second measurement unit, 36 ... third measurement unit, 37, 38 ... gas-liquid separator, 39 ... distillation tower, 40 ... minutes Shrinker, 41 ... 4th measuring unit, P1 ... high pressure pump, P2 ... discharge pump, B1, B8 to B11 ... pressure adjustment valve, B6, B7 ... open / close valve, L0, L1 to L14 ... piping
Claims (2)
前記第一の流体からアンモニアを分離するアンモニア分離部と、
を備える、含窒素有機物の処理装置。 A pyrolysis section that produces a first fluid containing ammonia under subcritical and anaerobic conditions of water containing nitrogen-containing organic matter.
An ammonia separator that separates ammonia from the first fluid,
A device for processing nitrogen-containing organic substances.
前記第一の流体からアンモニアを分離するアンモニア分離工程と、
を備える、含窒素有機物の処理方法。 A pyrolysis step in which nitrogen-containing organic matter is set under subcritical and anaerobic conditions of water to generate a first fluid containing ammonia.
Ammonia separation step of separating ammonia from the first fluid and
A method for treating nitrogen-containing organic substances.
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