JP2021169074A - 亜臨界水処理装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 大型化しても処理を均一に行える亜臨界水処理装置を提供する。【解決手段】加熱蒸気供給路４は遠隔操作バルブ６の下流側において分岐し、反応槽３の天井部の複数個所から加熱蒸気を反応槽３内に供給する。反応槽３内に供給される加熱蒸気は少なくとも２Mpa、３００℃となっている。一方、循環路５は取出部９を避けて反応槽３の底面外側に沿ってラビリンス状に配置されている。循環路５を反応槽３内に設けると、攪拌装置との干渉を生じ、また被処理物の溜まり場が形成されるため、底面外側に配置する。【選択図】 図１
Description
本発明は、亜臨界水を用いた有機系廃棄物などの処理装置に関する。
有機系廃棄物を焼却炉や熱回収炉内において燃焼させて焼却処理すると、環境汚染の原因となる温暖化ガス、ダイオキシン、窒素酸化物などの有害物質が生成される場合がある。このため、超臨界水条件下（２２．１ＭＰａ以上、３７４℃以上）の温度・圧力の超臨界水や亜臨界水条件下（１〜８ＭＰａ、１００〜３００℃）の亜臨界水を用いた処理方法が提案されている。
１００℃１気圧の水蒸気は飽和水蒸気であり、それに比較し高温高圧下の水蒸気は加熱蒸気（過熱水蒸気）であり、１００℃１気圧の飽和水蒸気に比べてエンタルピーが高い。
特許文献１には、重金属類を含む廃棄物の処理装置として、密閉容器、蒸気噴出手段、冷却手段及び分離回収手段とから構成され、前記密閉容器の内部に重金属類を含む廃棄物および処理中に少なくとも前記重金属類を結晶構造中に封じ込めるための５ＣａＯ・６ＳｉＯ２・５Ｈ２Ｏ結晶（トバモライト）が形成されるのに十分な量のＣａ成分原料およびＳｉＯ２成分原料を収容するものが提案されている。
特許文献２には、廃棄物を高温高圧の蒸気を用いて処理する装置に連続して、処理された廃棄物と液体とを簡単な操作で分離して回収できる有機系廃棄物の処理装置が開示されている。
特許文献３には、フルボ酸の製造装置として、内部に木材チップである原料を収容する閉鎖空間を有する密閉容器と、密閉容器内に亜臨界水である高温高圧の蒸気を噴出する蒸気噴出手段と、密閉容器の底側に設けられ開閉機構を有する排出口と、排出口からの直接排出操作のみで処理された原料と液体とを分離して回収する分離回収手段を備えた構造が提案されている。
特許文献４には、産業廃棄物の加熱処理に用いる加熱蒸気（過熱水蒸気）を用いた加熱装置が開示されている。具体的には、流路を通過する被加熱物を加熱する加熱装置の上記流路として、電気抵抗率が１００μΩ・ｃｍ以上である高抵抗素材からなり、外部が断熱層で被覆された中空状の発熱パイプの中空部が提案されている。
特許文献５には、超臨界水又は亜臨界水による有機物質等の反応装置が開示されている。この反応装置は水蒸気を圧縮して超臨界水又は亜臨界水を得る手段と、この超臨界水又は亜臨界水を有機物等の被反応物質に接触させて化学反応を行なわせる手段と、この化学反応によって生じる生成物を含む水を膨張させて減圧させる手段とから構成される。
特許文献６には、超臨界水、亜臨界水、蒸気の少なくともいずれかを抽出して超臨界水を得て、この超臨界水を利用した蒸気プラントが開示されている。この蒸気プラントはボイラ給水系統と蒸気供給系統とを備え、ボイラ、ボイラ給水系統または蒸気供給系統のいずれかの部位より超臨界水、亜臨界水または蒸気を抽出して超臨界水を得る超臨界水取り出し装置と、この超臨界水取り出し装置によって得た超臨界水を溶媒とし、有機物を酸化分解処理する有機物分解反応タンクと、有機物の酸化分解処理により生成した処理済水を取り出す処理済水取り出し装置とを有する超臨界水有機物処理設備から構成される。
上記した特許文献に開示される装置は、比較的小型（６ｍ３以下）であれば、効率よく稼働する。しかしながら、大きな容量の反応槽とした場合、加熱蒸気が全体に行き渡らず、部分的に亜臨界水処理反応が進まず分解処理が不均一になりやすい。
また、加熱蒸気が処理物に熱を奪われ、亜臨界水は飽和蒸気を経て温水となり、反応槽内に溜まってしまう問題がある。
上記の課題を解消するため、亜臨界水よりも高温の加熱蒸気（高温高圧蒸気）は均一処理が難しいが、亜臨界水と組み合わせることで均一処理が可能になるという知見に基づいて本発明を成した。
具体的には、本発明に係る亜臨界水処理装置は、飽和蒸気を発生するボイラと、このボイラからの飽和蒸気を亜臨界水状態の加熱蒸気に変換する加熱蒸気発生装置と、この加熱蒸気発生装置からの加熱蒸気を反応槽の天井部から供給する加熱蒸気供給路と、前記反応槽の底面外側に沿って配置され前記加熱蒸気発生装置からの加熱蒸気を前記ボイラに戻す循環経路とから構成される。
前記加熱蒸気供給路には、処理の間だけ加熱蒸気供給路を開とする遠隔操作バルブを設け、一方循環経路には常時加熱蒸気を流すことが好ましい。
また反応槽の形状は両側面を閉じた横置き筒状をなし、この反応槽内には回転軸と攪拌羽根が収納され、攪拌羽根は順方向回転時には被処理物を攪拌し、逆方向回転時には被処理物を掻き出す構造とすることができる。
本発明によれば、反応槽を大型化しても廃棄物などの被処理物によって局所的に加熱蒸気の熱が奪われて水になりにくく、反応槽全体で分解反応が均一に行われる。また、反応槽を大型化できるので、１日当たりの廃棄物の処理量を大幅に増やすことができる。
特に、反応槽の底面外側面から循環経路内を流れる加熱蒸気で反応槽内を常時加熱することで、反応槽内全体の温度を均一に維持でき、また処理時のみに反応槽の天井部から加熱蒸気を供給すればよいので熱効率が向上する。
また、反応槽内に配置する攪拌装置の羽根構造として、順方向回転時には被処理物を攪拌し、逆方向回転時には被処理物を掻き出す構造とすることで、反応槽の形状を中央部が大径のラグビーボール形状とせず、単純な筒状としても、内部に処理対象物や処理後物質が残りにくい。
以下に本発明の実施例を添付図面を参照しつつ説明する。
亜臨界水処理装置は亜臨界水状態（１〜２ＭＰａ、１００〜２５０℃）の蒸気を発生するボイラ１と、このボイラ１からの亜臨界水を更に高温高圧の加熱蒸気に変換する加熱蒸気発生装置２と、この加熱蒸気発生装置２からの加熱蒸気を反応槽３の天井部から供給する加熱蒸気供給路４と、前記反応槽３の底面外側に沿って配置され前記加熱蒸気発生装置２からの加熱蒸気を前記ボイラ１に戻す循環路５から構成される。又、ボイラ１に飽和蒸気と過熱蒸気を生成する装置が付加することは厭わない。
亜臨界水処理装置は亜臨界水状態（１〜２ＭＰａ、１００〜２５０℃）の蒸気を発生するボイラ１と、このボイラ１からの亜臨界水を更に高温高圧の加熱蒸気に変換する加熱蒸気発生装置２と、この加熱蒸気発生装置２からの加熱蒸気を反応槽３の天井部から供給する加熱蒸気供給路４と、前記反応槽３の底面外側に沿って配置され前記加熱蒸気発生装置２からの加熱蒸気を前記ボイラ１に戻す循環路５から構成される。又、ボイラ１に飽和蒸気と過熱蒸気を生成する装置が付加することは厭わない。
前記加熱蒸気供給路４と循環路５には遠隔操作バルブ６、７が設けられ、遠隔操作バルブ６は廃棄物を分解処理する間だけ開とし、遠隔操作バルブ７は長時間装置を停止する以外は常時開とし、反応槽３の全体の温度を一定以上に保っている。
反応槽３は全体形状が両側端を閉じた筒状をなし、上部には産業廃棄物などの被処理物の投入部８が設けられ、底部には反応後の被処理物の取出部９が設けられている。取出部９はドレインの排出部も兼ねる。
加熱蒸気供給路４は遠隔操作バルブ６の下流側において分岐し、反応槽３の天井部の複数個所から加熱蒸気を反応槽３内に供給する。反応槽３内に供給される加熱蒸気は少なくとも２Mpa、３００℃となっている。
循環路５は遠隔操作バルブ７の下流側において分岐し、取出部９を避けて反応槽３の底面外側に沿ってラビリンス状に配置されている。ボイラ１への還流側は、バルブ７より下部に位置し、ウォーターハンマー現象を防ぐ構造になっている。循環路５を反応槽３内に設けると、攪拌装置との干渉を生じ、また被処理物の溜まり場が形成されるため、底面を二重構造とし、この中に断熱材とともに配置する。ただし、熱放射（伝熱）効率を高めるため、反応槽３の表面との距離はできるだけ小さくし、接触させてもよい。加えて、熱交換を高めるため、ラジエーター構造にしても良い。
反応槽３内には攪拌装置１０が配置されている。攪拌装置１０は反応槽３の中心部に挿入される回転軸１１に所定間隔で支持ロッド１２を取付け、この支持ロッド１２の先端にスプリング１３を介して屈曲プレート１４を取付けている。
図５に示すように屈曲プレート１４は攪拌部１５と掻取部１６からなり、掻取部１６の外側面がスプリング１３の弾発力で反応槽３の内面に押し付けられる。そして、順方向に回転する時には被処理物は反応槽３内で攪拌され、逆方向に回転する時には、被処理物は掻き出される。
例えば、図１において、攪拌装置１０を右側の攪拌装置１０と左側の攪拌装置１０に分け、それぞれの攪拌装置１０の屈曲プレート１４の向きを逆にする（攪拌部１５と掻取部１６の向きを逆にする）ことで、攪拌と掻取を効果的に行うことができる。
以上において、循環路５内を流れる加熱蒸気によって、反応槽３全体が均一に加熱された状態で、産業廃棄物などの被処理物を投入部８から反応槽３内に投入し、同時に遠隔操作バルブ６を開として、加熱蒸気供給路４から反応槽３内に加熱蒸気（亜臨界水）を供給する。
反応槽３内の被処理物は攪拌され、１〜８ＭＰａ、１００〜３００℃の条件下で低分子化される。
例えば、都市ごみは水熱分解されて堆肥となり、魚残渣や家畜からはアミノ酸が生産され、木材は飼料となりフルボ酸が生産される。
例えば、都市ごみは水熱分解されて堆肥となり、魚残渣や家畜からはアミノ酸が生産され、木材は飼料となりフルボ酸が生産される。
１…ボイラ、２…加熱蒸気発生装置、３…反応槽、４…加熱蒸気供給路、５…循環路、６、７…遠隔操作バルブ、８…被処理物の投入部、９…被処理物の取出部、１０…攪拌装置、１１…回転軸、１２…支持ロッド、１３…スプリング、１４…屈曲プレート、１５…攪拌部、１６…掻取部。
Claims (3)
- 亜臨界水状態の蒸気を発生するボイラと、このボイラからの亜臨界水状態の蒸気を更に高温高圧の加熱蒸気に変換する加熱蒸気発生装置と、この加熱蒸気発生装置からの加熱蒸気を反応槽の天井部から供給する加熱蒸気供給路と、前記反応槽の底面外側に沿って配置され前記加熱蒸気発生装置からの加熱蒸気を前記ボイラに戻す循環経路とからなることを特徴とする亜臨界水処理装置。
- 請求項１に記載の亜臨界水処理装置において、前記加熱蒸気を反応槽の天井部から供給する加熱蒸気供給路には、処理の間だけ加熱蒸気供給路を開とする遠隔操作バルブが設けられていることを特徴とする亜臨界水処理装置。
- 請求項１または請求項２に記載の亜臨界水処理装置において、前記反応槽は両側面を閉じた横置き筒状をなし、この反応槽内には回転軸と攪拌羽根が収納され、攪拌羽根は順方向回転時には被処理物を攪拌し、逆方向回転時には被処理物を掻き出す構造とされていることを特徴とする亜臨界水処理装置。
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