JP3576557B2 - 廃水流を処理するための方法及び装置 - Google Patents

Description

本出願は、1992年４月16日に出願された出願番号07/868,954号の続きであり、該既出願は引用することにより本明細書に組込まれる。
1.発明の分野
本発明は、超臨界水状態の付近における温度及び圧力の範囲において廃水流を処理するための方法及び装置に関する。更に詳しくは、本発明は、超臨界水状態の付近において運転するところの現在使用されている装置と比較して、廃水流を処理するための反応器アセンブリー及び反応器又は反応チャンバーのアウトプットを相当増加するように反応条件を厳密に制御するための方法及び装置に関する。
2.発明の背景
廃棄物の処理のための多くの異なった方法が広く用いられている。埋立て及び焼却が主要なものである。しかし、これらの方法は、多くの廃棄物のために最善の解決を提供するとは思われない。
埋立ては、それが廃棄物の放出を提供しないが、ただ単なる地下貯蔵に過ぎない故に、次第に望まれなくなりつつある。従って、主要な廃棄物を埋立てるためより、例えば焼却のような他のタイプの廃棄物管理の副産物のために使用されることが始まった。
大容量の空気を伴って高温度での廃棄物の酸化を要求し、次いで、生成された灰及び伴出された粒子状物質からの流出ガスの分離により続けられる焼却は、一見して「ただ単なる廃棄物の燃焼」の単純なプロセスであると思われるという事実にもかかわらず、入り組み、複雑になり、かつ高価になる。
近年において、超臨界水酸化に基く新しい方法が開発された。その新しい方法は、水のある相の性質と共により高い反応温度を使用することにより廃棄物の実質的に完全な酸化を達成する。この方法は、かなり小型の装置をもたらし、そしてオンサイト処理のための優れた候補である。超臨界水酸化はまた、プロセス循環のために適する清浄な水生成物を製造するという利点を有し、それにより、廃棄物を最小にすることを促進する。しかし、いずれの新しいプロセス又は装置の開発におけると同様に、今まで解決されていないおびただしい問題があり、そして、該問題は、最終的に成功した使用及び商業的利用のために極めて重大である。
水の液体／気体状態図において、臨界温度（約374℃（705゜F））及び臨界圧力（約221×10⁵Pa（3,200psia））があり、該臨界点を超えてただ単に一つの単一の流体の相があり、そして、該相は液体及び気体のいずれをも示さないけれども、臨界点付近の圧力で液体の性質よりもより気体の性質を持って挙動し、かつ気体の性質を持つと思われることを認めることができる。実質的により高い圧力において、より液体様の挙動が、無機物質の溶解度における増加を伴って観察される。臨界点を超えて生じる単一相の状態は、超臨界状態と呼ばれる。
有機物質が超臨界状態下でたやすく分解し、そしてオキシダントの存在下で、炭素質化合物が二酸化炭素に実質的に完全に酸化され、硫黄化合物が硫酸塩に、そして窒素化合物が分子状窒素に殆ど分解されることは、注目する価値がある。窒素酸化物の製造を助長する燃焼と対照的に、超臨界水酸化状態下において、窒素酸化物のほんの少しの量が製造され得ることは、注目する価値がある。無機塩は、277×10⁵Pa（4,000psia）のオーダーの圧力の超臨界水の単一相において実質的に不溶である一方、これらは、例えば690×10⁵Pa（10,000psia）のようなかなり高い圧力において少なくとも部分的に溶解することが報告されている。
高められた温度における非常に高い圧力の使用は、これらの不利な条件に耐えることができるところの反応器又は反応チャンバーの建造において重大な問題を与える。温度が上昇するにつれて、材料の強度が強烈に低下することは周知のことである。約538℃（1,000゜F）を超える温度における超臨界圧（約221×10⁵Pa（3,200psia）より大きい）は、超臨界単一層における無機塩の溶解を含む多くの理由のために所望され得るところの（690×10⁵Pa（10,000psia）のオーダーの）より高い圧力及び温度は言うまでもなく、任意の建造材料に対し莫大な課題を与える。もし、温度／圧力の課題に加えて、反応チャンバーの内側の苛酷な環境を考慮するなら、問題は非常に重大になる。
従って、可能な限りそのように反応チャンバーの廃棄物除去効率を改善することが非常に重要である。
通常、反応温度の制御は、多くの反応プロセスの制御を維持することにおいて必須であり、そしてそれ故、最終的な結果は、そのようなプロセスにより生み出された。いくつかの例において、発熱反応は非常に急速に進行し、そして、もし制御されなければ、発熱反応は、反応器自体の本来の状態を危険にさらすところの温度を生ずる。多くの反応は反応の副生成物を製造し、そしてもし、温度が適当に制御されないなら、更に所望されない第二の反応を生じ得る。超臨界水状態を達成するために十分な圧力及び温度条件の下に生ずるところの反応において、上記のように、もし、反応熱が厳密に制御されないならば、塩の沈殿及び／又は他の競争する副反応が生じ得る。他方、もし、温度がある限界の下に下がることを許されるなら、反応生成物は不完全であり、新しい相が反応ゾーンに形成され得るか、あるいは反応が生じることを全く停止し得る。
発熱反応の反応温度は、反応速度を制限することにより通常制御される。例えば、一つの反応物及び／又は反応容器が反応からエネルギーを吸収し、そして反応器又はその他同種のものを冷却することにより外部のシンクにそのエネルギーを移動するように、全反応速度は、反応物の漸次的混合により制御され得る。しかし、そのようなプロセスは、制御が困難であり、そして多くの反応条件に容易に又は経済的に適用され得ない。
多くの特許が、石炭、有機物質及び廃棄物の超臨界水酸化を扱っており、その中に米国特許第4,292,953号（ディキンソン（Dickinson））、同第4,141,829号（チール（Thiel）ら）、同第4,338,199号（モーデル（Modell））、同第4,543,190号（モーデル）、同第4,564,458号（ブルレゾン（Burleson））、同第4,594,164号（ティットマス（Titmas））、同第4,792,408号（ティットマス）、同第4,822,394号（チーグラー（Zeigler）ら）、同第4,822,497号（ホン（Hong）ら）、同第4,861,497号（ウェルチ（Welch）ら）、同第4,891,139号（チーグラーら）、同第5,075,017号（ホッサイン（Hossain）ら）、同第4,113,446号（モーデルら）、同第4,338,199号リイグザミンド（Reexamined）（モーデル）、同第5,106,513号（ホン）、同第4,983,296号（マクマホン（McMahon）ら）、同第5,011,614号（グレッサー（Gresser）ら）、同第5,053,142号（ソレンゼン（Sorensen）ら）、同第5,057,231号（ミューラー（Mueller）ら）、同第5,106,513号（ホン）、同第5,133,877号（ローファー（Rofer）ら）、同第5,183,577号（レーマン（Lehmann））、同第5,192,453号（ケックラー（Keckler）ら）、同第5,221,486号（ファスベンダー（Fassbender））、同第5,232,604号（スワロー（Swallow）ら）、同第5,232,605号（バウアー（Baur）ら）、同第5,240,619号（コパ（Copa）ら）、同第5,250,193号（サビッキ（Sawicki）ら）、及び同第5,252,224号（モーデルら）がある。
これらの参考文献はいずれも、本発明と対照的に致命的な上記の問題を解決しておらず、あるいは解決することを試みてさえいない。本発明は、下記において詳細に記述するように、超臨界水状態の付近において運転する反応チャンバーのアウトプットを著しく改善することにより、そのような問題を解決するために、オキシダント及び水の臨界量を注入するために重要なように間隔をあけて位置付けられてたサイドポート（side port）を、他の重要な事柄に加えて使用する。
米国特許第1,988,456号明細書（リショーム（Lysholm））はガスタービンシステムを開示しており、ここで、燃料は空気中に多数のノズルを通して導入される。水は煤の生成を減じるため、及び許容される最高の温度を維持するためにガスタービン中に噴霧され得る。加えて、ノズル間の間隔に関して何等の重大性も開示されておらず、あるいは暗示されてもいない。
反応物濃度及び温度の制御による反応速度の増大及びそれ故反応効率の増大は開示されておらず、提案されてもおらず、あるいは暗示されてもいない。
米国特許第3,549,314号明細書（シャー（Shah））は、ダクト中に流れる連続的な黒液相中にオキシダント含有ガスを分散することにより、曲がりくねった又はダクト状の酸化装置において黒液を酸化する方法を開示する。ガスは一定間隔のインターバルで黒液中に通過され、そして酸化された黒液中に得られた分散物は、容器中の液の本体のレベルより下の容器中に排出される。ガスが酸化装置に入るところのポートは、シャーの図１により証明されたように、等間隔で隔てられることが好ましく、そして実質的に同量のオキシダント含有ガスが夫々及び全てのポートを通過すると思われる。非常に多数のポートは、黒液の酸化の程度を最大にするために可能な限り多くの気泡を作る目的を明らかに提供する。ポート間の距離、又は夫々の特定のポートを通って入るオキシダントの量に関して何等の重大性も述べられておらず、あるいは暗示されてもいない。更に、温度制御は必要とされておらず、あるいは使用されてもいない。
米国特許第3,654,070号明細書（プラッド（Pradt）ら）は、廃液中の有機物質を酸化する方法を開示する。水性媒体中の酸化によるセルロース物質のパルプ製造からの廃液は、200〜375℃の温度においてオキシダント含有ガスにより酸化を受ける。このプロセスは有機廃棄生成物を二酸化炭素に酸化し、そしてパルプ製造プロセスにおける再利用のために水性のアルカリ媒体を再生する。
米国特許第4,898,107号、同第4,714,032号、同第4,593,202号、同第4,380,960号及び同第4,377,066号明細書（全てディキンソン（Dickinson）のもの）は、反応チャンバーへの水の再循環、あるいは、しかし無差別に間隔を置いて付けられた一つ又はそれ以上のサイドポート中の空気注入を開示する。
米国特許第4,721,575号明細書（ビニング（Bining）ら）は、廃棄物流中の物質の湿式酸化を含む高められた温度及び圧力における加速された化学反応をもたらすための方法を開示する。多数の注入及び抽出点が、所望のように添加され又は抽出されるべき気体、液体又は固体反応物を通すために使用される管状反応器コイルの通路に沿って提供される。
上記の参考文献は、本発明の重要性を開示し、提案し、あるいは暗示してもいない。これらの参考文献と対照的に、本出願人は下記において記述するような重大な関係を見出した。そして、該重大な関係は、著しく改善されたアウトプットを伴う無害の反応生成物を生ずることを廃水処理のための大いに改善された反応器チャンバー及び反応器アセンブリーにおいてもたらす。
3.発明の概要
本発明は、超臨界水状態の付近における温度及び圧力の範囲において廃水流を処理するための方法及び装置に関する。更に詳しくは、本発明は、超臨界水状態の付近において運転するところの現在使用されている反応器と比較して、廃水流を処理するための反応器のアウトプットを相当増加するように反応条件を厳密に制御するための方法及び装置に関する。
更に詳しくは、本発明は、有機物を含む廃水の第一の流れを処理する方法に関し、該方法は、
（ａ）288〜649℃（550〜1200゜F）の温度に第一の流れを加熱すること、
（ｂ）第一の流れが、細長い反応チャンバーの最前のポートに導入され、そして該細長い反応チャンバーの後端に向って移動することを許された後に、好ましくは221 ×10 ⁵ Pa（3200psia）より高い圧力において、399〜649 ℃（750〜1,200゜F）の範囲の選ばれた変動の少ない値（plateau value）まで温度を上昇するために十分な量の有機物を酸化するために十分ではあるが、有機物を完全に酸化するために要求されるよりも少ない量のオキシダントと、加熱された第一の流れとを混合すること、
（ｃ）該細長い反応チャンバーにおいて下流の第一のインジェクションサイドポートを通して、単位時間当り所定量の噴霧された液状の水及び単位時間当り所定量のオキシダントを注入すること、ここで該第一のインジェクションサイドポートは、最前のポート及び任意の先行するインジェクションサイドポートに注入されたオキシダントの90〜100％が有機物と既に反応されているような、最前のポートからの距離に位置されており
（ここで、注入されたオキシダントの量は、第一の流れ中の予め決められた量、好ましくは３〜10重量％だけ、流れ中の有機物の含有量を減じるために有効であり、そして
水の量は、注入されたオキシダントの量に関し、噴霧された液状の水により吸収された熱が放出された何等かの酸化熱を実質的に相殺するようなものである）、及び
（ｄ）最後のインジェクションサイドポートである第ｎ番目のインジェクションサイドポートにおいて有機物の 量が第一の流れにおいて１％より少ないまでに減じられ るまで、ｎ−１個の続くインジェクションサイドポートにおいて段階（ｃ）を繰り返すこと、そしてこの時点において、
単位時間当り所定量の噴霧された液状の水及び単位時間当り所定量のオキシダントが、該第ｎ番目のポートを通して注入される
（ここで、水の量は、注入されたオキシダントの量に関し、噴霧された液状の水により吸収された熱が放出された何等かの酸化熱を実質的に相殺するようなものであり、そして
注入されたオキシダントの量は、有機物が実質的に完全に酸化された後に、未反応のオキシダントの存在を可能にするようなものである）
の各段階を含む。
好ましくは、第一の流れが段階（ａ）において加熱される温度範囲は、濃縮された廃水流のために288〜374℃（550〜705゜F）である。高濃度の有機物、例えば10％より多い量を持つ流れが、濃縮されることが考えられる。これは、濃縮された流れの場合には、反応速度が高濃度の有機物のためにむしろ速く、より低い入口温度の使用を可能にするためである。他方、希釈された流れの場合には、入口温度は、むしろゆっくりした反応速度を増加するために、そして所望の変動の小さい温度（plateau temperature）の達成を容易にするために高い側になければならない。
特定の環境に依存して、インジェクションサイドポートからのオキシダントの注入及び水の夫々の量の噴霧は、種々の方法でなされ得る。例えば、
反応チャンバーの最前のポートから後端の方向に、液状の水が噴霧され、かつオキシダントが注入される方法、
反応チャンバーの後端から最前のポートの方向に、液状の水が噴霧され、かつオキシダントが注入される方法、又は
液状の水が反応チャンバーの後端から最前のポートの方向に噴霧され、そしてオキシダントが反応チャンバーの最前のポートから後端の方向に注入される方法である。
更に、本発明の文脈において、ポートの意味は、接近して作られたダブルポートを含むように拡大され、その一つはオキシダント注入のために使用され、そして他の一つは水の噴霧のために使用される。ダブルポートの場合には、二つの個々のポートは互いに十分に接近していなければならず、従って、過度の温度のずれは生じない。水噴霧のための個々のポートは好ましくは（反応器の最前のポートにより接近して）一番目でなければならず、そしてオキシダント注入の個々のポートは好ましくは（反応器の後端により接近して）二番目でなければならない。
異なる好ましい実施態様において、本発明の方法はまた、
第二の廃水流の全酸素要求量を測定する段階、及び
選ばれた値の全酸素要求量を持つ第一の廃水流を生ずるように、既知の全酸素要求量を持つ第三の廃水流と第二の流れとを混合する段階
を含み得る。
更に、本発明の他の実施態様において、該方法は、
第一の流れのための全酸素要求量を測定する段階、及び
該全酸素要求量により要求される量より高くあるように反応チャンバーの全てのポートを通して注入されるオキシダントの全量を制御する段階
を含み得る。
更に、本発明の異なる実施態様において、反応チャンバーの後端の後に凝縮した水の少なくとも一部は、該インジェクションサイドポートの少なくとも一つに再度向けられ得る。
本発明の方法はまた、反応チャンバーの後端を出る流出ガス中のオキシダント含有量を検出する段階を含むことができ、そしてもし、該オキシダント含有量が選ばれた範囲の値の外にあるなら、
流出ガス中の該オキシダント含有量が選ばれた範囲の値内にある値をとるように、第ｎ番目のインジェクションサイドポートを通して注入されるオキシダントの量を変更する段階を含み得る。
更に、代わりの実施態様において、本発明の方法は、
反応チャンバーの後端を出る流出液中の全有機炭素含有量を検出する段階、そしてもし、該流出液が選ばれた値を超える全有機炭素含有量により仕様からはずれるなら、全有機炭素含有量が選ばれた値の下になるまで、
分離された収集タンクに該仕様からはずれた流出液を送るために切替弁を操作すること、
上記の変動の少ない温度を上げること、
反応チャンバー中に第一の流れを供給する速度を低下させること、
第一の流れ中の有機物含有量を低下させること、
該インジェクションサイドポートの少なくとも一つを通して反応チャンバーに入るオキシダント及び夫々の噴霧された水を増加すること、及び
それらの組合わせ
から成る群から選ばれた段階
を含み得る。
また、更に異なる実施態様において、本発明の方法は、
反応チャンバーの後端を出る流出ガス中の一酸化炭素含有量を検出する段階、そしてもし、該流出ガスが選ばれた値を超える一酸化炭素含有量により仕様からはずれるなら、一酸化炭素含有量が、選ばれた値の下に下がるまで、
該一酸化炭素を二酸化炭素に更に酸化するためのフレアーに該仕様からはずれた流出ガスを送るために切替弁を操作すること、
上記の変動の少ない温度を温度を上げること、
反応チャンバーに第一の流れを供給する速度を低下させること、
第一の流れ中の有機物含有量を低下させること、
該インジェクションサイドポートの少なくとも一つを通して反応チャンバーに入るオキシダント及び夫々の噴霧された水を増加すること、及び
それらの組合わせ
より成る群から選ばれた段階
を含み得る。
プロセス中に形成され得るアンモニアを破壊するために、本発明の方法は更に、第ｎ番目のポートと反応チャンバーの後端の間に位置する追加のポートを通して、ナトリウム又は他の金属の、亜硝酸塩又は硝酸塩の溶液、即ち一般には亜硝酸塩化合物又は硝酸塩化合物の溶液を添加する段階を含む。
本発明の異なる実施態様において、オキシダントは、細長い反応チャンバーの最前のポートを含むインジェクションポートの少なくとも一つ中に過酸化水素を含む。
本発明はまた、有機物を含む第一の廃水流を処理するための反応器アセンブリーに関し、
細長い反応チャンバー（ここで、該反応チャンバーは最前のポート、後端、第一の反応ゾーン、及び第二の反応ゾーンを持つ）、
288〜649℃（550〜1,200゜F）の間の温度に第一の流れを加熱するための加熱手段、
オキシダントと加熱された第一の流れとを混合するための混合手段、
該オキシダントと混合された第一の流れを最前のポートを通して注入するための最前の注入手段（ここで、オキシダントは、有機物を完全に酸化するために必要な量より少ない量であるが、第一の流れが該細長い反応チャンバーの該最前のポート中に注入されそして該細長い反応チャンバーの後端に向って移動することを可能にされた後に、好ましくは221×10⁵Pa（3,200psia）］より高い圧力で、399〜649℃（750〜1,200゜F）の範囲において選ばれた変動の少ない値まで温度を上昇するために十分な量の有機物を酸化するために十分である）、
最前のポート中に注入されたオキシダントの90〜100％が、第一のインジェクションサイドポートに達する時までに有機物と反応するような、最前のポートからの距離に位置された、細長い反応チャンバーにおける下流の第一のインジェクションサイドポート、
注入されたオキシダントの量が、第一の流れにおいて予め決められた量、好ましくは３〜10重量％まで流れ中の有機物の含有量を減じるために有効であり、かつ
注入された水の量が、注入されたオキシダントの量に関し、噴霧された液状の水により吸収された熱が放出された何等かの酸化熱を実質的に相殺するようなものであるように、
該第一のインジェクションサイドポートを通して単位時間当り所定量の噴霧された液状水及び単位時間当り所定量のオキシダントを注入するための第一のサイド注入手段、
ｎ−１個の続くインジェクションサイドポート（ここで、ｎ−１ポートの夫々は、全ての先のポート中に注入されたオキシダントの90〜100％が、該インジェクションサイドポートに達する時までに有機物と反応されるような最前のポートからの距離にある）、
夫々のポート中に注入されたオキシダントの量が、第一の流れ中の予め決められた量、好ましくは３〜10重量％まで流れ中の有機物の含有量を減じるために有効であり、かつ
ｎ−１個のポートの夫々中に注入された水の量が、注入されたオキシダントの量に関し、噴霧された液状の水により吸収された熱が放出された何等かの酸化熱を実質的に相殺するようなものであるように、
ｎ−１個のサイドインジェクションポートの夫々を通して単位時間当り所定量の噴霧された液状の水及び単位時間当り所定量のオキシダントを注入するための（ｎ−１）個のサイド注入手段、
有機物の量が第一の流れにおいて１％より少なくなるまで減少されるような第（ｎ−１）番目のポートからの距離における、最後のインジェクションサイドポートである第ｎ番目のインジェクションサイドポート、及び
有機物が実質的に完全に酸化された後に未反応のオキシダントの存在を可能にするように、単位時間当りのオキシダントの量を該第ｎ番目のポートを通して注入するための第ｎ番目のサイド注入手段
を含む反応器アセンブリーである。
本発明はまた、有機物を含む第一の廃水流を処理するための反応器アセンブリーに関し、
細長い反応チャンバー（ここで、該反応チャンバーは最前のポート、後端、第一の反応ゾーン、及び第二の反応ゾーンを持つ）、
288〜649℃（550〜1200゜F）の間の温度に第一の流れを加熱するための加熱手段、
オキシダントと加熱された第一の流れとを混合するための混合手段、
該オキシダントと混合された第一の流れを最前のポートを通して注入するための最前の注入手段（ここで、オキシダントは、第一の流れが、細長い反応チャンバーの最前のポートに導入され、そして該細長い反応チャンバーの後端に向って移動することを許された後に、399〜649℃（750〜1,200゜F）の範囲の選ばれた変動の少ない値まで温度を上昇するために十分な量の有機物を酸化するために十分ではあるが、有機物を完全に酸化するため に要求されるよりも少ない量である）、
細長い反応チャンバーにおいて下流の第一のインジェクションサイドポートが、最前のポート中に注入されたオキシダントの90〜100％が、該第一のインジェクションサイドポートに達する時までに有機物と反応するような最前のポートからの距離に選ばれることができ、
ｎ−１個の続くインジェクションサイドポート（ここで、ｎ−１個のポートの夫々が、全ての先のポート中に注入されたオキシダントの90〜100％が、それが該インジェクションサイドポートに達する時間までに有機物と反応されるような、最前のポートからの距離に選ばれることができ、
最後のインジェクションサイドポートである第ｎ番目のインジェクションサイドポートが、有機物の量が、それが該第ｎ番目のポートに達する時までに第一の流れにおいて１％より少ないまでに減じられるような、最前のポートからの距離に選ばれることができる
ように十分に多数の利用できるサイドポート、
注入されたオキシダントの量が、第一の流れ中の予め決められた量、好ましくは３〜10重量％まで流れ中の有機物の含有量を減じるために有効であり、かつ
注入された水の量が、注入されたオキシダントの量に関し、噴霧された液状の水により吸収された熱が放出された何等かの酸化熱を実質的に相殺するようなものであるように、
該第一のインジェクションサイドポートを通して単位時間当り所定量の噴霧された液状の水及び単位時間当り所定量のオキシダントを注入するための第一のサイド注入手段、
夫々のポート中に注入されたオキシダントの量が、第一の流れ中の予め決められた量まで、流れ中の有機物の含有量を減じるために有効であり、かつ
（ｎ−１）個のポートの夫々の中に注入された水の量が、注入されたオキシダントの量に関し、噴霧された液状の水により吸収された熱が放出された何等かの酸化熱を実質的に相殺するようなものであるように
ｎ−１個のインジェクションサイドポートの夫々を通して単位時間当り所定量の噴霧された液状の水及び単位時間当り所定量のオキシダントを注入するための第二番目ないし第（ｎ−１）番目のサイド注入手段、
有機物が実質的に完全に酸化された後に、未反応のオキシダントの存在を可能にするような単位時間当りのオキシダントの量を該第ｎ番目のポートから注入するための第ｎ番目のサイド注入手段
を含む反応器アセンブリーである。
術語「サイドポート」は、反応器の側上のポートを必ずしも意味しないことに注意すべきである。それは、反応器より小さな直径を持ち、そして特定された点まで反応器中に伸びる管を含むポートを等しく適切に含み、該点は、オキシダント及び水注入のための要求された間隔を含み、請求項の限定と一致する。これらの管の出発点は、最前端、後端、反応器の側上の任意の点、又はそれらの組合せであり得る。
4.図面の説明
図１は、慣用の反応器アセンブリーを説明するブロックダイアグラムである。
図２は、本発明の好ましい実施態様に従う反応器アセンブリーを説明するブロックダイアグラムである。
図３は、本発明に従う、図２の実施態様において用いられた反応チャンバーの平面図を概略的に示す。
図４は、本発明に従う、図２の実施態様において用いられた反応チャンバーの側面図を概略的に示す。
図５は、本発明に従う反応チャンバーのインジェクションサイドポートから異なる注入方法を概略的に示す。
図６は、本発明の異なる実施態様に従う第二及び第三の流れからの第一の流れの形成を説明するブロックダイアグラムである。
図７は、本発明の他の実施態様に従う、流出物中のオキシダントの十分な過剰の存在を確保するための検出及び制御の配置を説明する断片的なブロックダイアグラムである。
図８は、本発明の他の実施態様に従う、出て行く凝縮水中の全有機炭素（TOC）を最小にするための検出及び制御の配置を説明する断片的なブロックダイアグラムである。
図９は、本発明の異なる実施態様に従う、流出物中の一酸化炭素を最小にするための検出及び制御の配置を説明する断片的なブロックダイアグラムである。
図10は、本発明の反応器中のアルコール対反応器長のグラフを示し、該グラフはコンピューターシュミレーションにより作られたものである。
図11は、図10において使用された反応器中の酸素流量対反応器長のグラフを示し、該グラフはコンピューターシュミレーションにより作られたものである。
図12は、図10において使用された反応器中の水流量対反応器長のグラフを示し、該グラフはコンピューターシュミレーションにより作られたものである。
図13は、図11及び12の条件下において、図10において使用された反応器中の温度の変動対反応器長のグラフを示し、該グラフはコンピューターシュミレーションにより作られ、そしてここで、本発明に従って起り得るところの最大の理論温度変化を立証するために、注入された水が反応器に入るやいなや該水が即座に蒸発することが仮定された。
図14は、本発明に従って起る名目的な温度変化を例示する。
5.発明の詳細な説明
上記のように、本発明は、超臨界水状態の付近における温度及び圧力の範囲において廃水流を処理するための方法及び装置に関する。更に詳しくは、本発明は、超臨界水状態の付近において運転するところの現在使用されている装置と比較して、廃水流を処理するための反応器アセンブリー及び反応チャンバーのアウトプットを相当増加するように反応条件を厳密に制御するための方法及び装置に関する。
約374℃（705゜F）（臨界点）を超える温度及び約221×10⁵Pa（3,200psia）（臨界点）を超える圧力において、液状の水及び水蒸気は一つの相となる。この相は、臨界点近傍の圧力において、液状の水の性質よりもより気体の性質を有して挙動し、そして液状の水の性質よりもより気体の性質を有するように思われる。実質的により高い圧力において、より液体様の挙動は、無機物質の溶解度における付随的な増加により観察される。しかし、水中の外来の物質は、異なる程度にこれらの状態の値を変化し得る。本発明の目的のために、「超臨界水状態」は、約374℃（705゜F）より高い温度及び約221×10⁵Pa（3,200psia）より高い圧力により特徴付けられる状態として定義される。超臨界水状態の「付近」は、288〜649℃（550〜1,200゜F）の温度範囲、及び139×10⁵〜346×10⁵Pa（2,000〜5,000psia）の圧力範囲により定義される。
通常、超臨界水状態及び／又は超臨界水酸化状態下で操作する慣用の反応器アセンブリーは、前に与えられた参考文献中に詳細に述べられており、そしてこれらは当業者において周知である。従って、これらは本明細書中において、更に記述する必要はない。図１に説明されたこのタイプの簡単な反応器アセンブリーの概略のダイアグラムは、下記において詳述される本発明の完全な理解のために十分である。
慣用の反応器アセンブリー10は、第一タンク12、熱交換器14、加熱器16及び反応チャンバー18を含む。第一の廃水流20は熱交換器14の第一の区画（図示されていない）を最初に通過し、次に、加熱器16を通り、そして、供給配管22を通って入って来るオキシダントと混合された後に、加圧下に反応チャンバー18に入る。第一の廃水流20中に含まれる有機物は酸化され、そして次に、熱い流出物は、熱交換器14の第二の区画（図示されていない）を通過する。周知のように、熱交換器は通常、互いに物理的に隔離された二つの区画を持つ。しかし、該区画は熱伝達をしている。第二の区画は、第一の区画に熱を移動する。
慣用の反応器アセンブリーはまた、再循環配置、不確定量のガス及び／又は水を注入するための反応チャンバー上に無差別に間隔を置いて付けられたサイドポートを含み得る。
図２、３及び４中により良く示されている本発明の好ましい実施態様によれば、反応チャンバーアセンブリー110は、第一タンク112、好ましくはポンプの形式である加圧手段124、互いに物理的に隔離されているが熱伝達しているところの第一及び第二の区画を持つ熱交換器114、好ましくはガスにより運転される加熱器116、オキシダント供給手段122、混合手段126、注入手段128、好ましくは管状の細長い反応チャンバー118、水蒸気製造所130、及び空気冷却器132を含む。これらの異なる要素は、図２に説明されたように夫々、配管120′、124′、114′、116′、122′、126′、128′、118′、114′、及び130′で接続される。反応チャンバーの特徴を述べる術語「細長い」は、管状反応チャンバーの直径が、好ましくは10以上の係数によって反応チャンバーの長さよりかなり小さいことを単に示すに過ぎない。図３はコイル状の反応チャンバー118の平面図を示し、一方、図４は該反応チャンバーの側面図を示す。
反応チャンバー118は、最前端即ち最前のポート134、後端136、第一の反応ゾーン138、及び第二の反応ゾーン140を持っている。その長さよりかなり小さな直径を持っている環状及びコイル状である反応チャンバーがこの実施態様において示されるけれども、他の形状もまた使用され得る。例えば、反応器は、かなり高い値の直径対長さの比を持っている真っ直ぐな容器であり得る。
十分に多数の利用できるサイドポート142が、第一の反応ゾーン138の長さ全体に亘って主に配置されるが、いくつかはまた第二の反応ゾーン140に配置される。例えば、利用できるサイドポートは、特定の状況に依存して、1/4回転毎又は1/2回転毎又は3/4回転毎又は１回転毎又はそれ以上の回転毎に配置され得る。これらはまた、反応チャンバー118の最前のポート134により接近して、第一の反応ゾーンの始りにおいてより頻度の高い間隔で配置されることができ、そして反応チャンバー118の後端136により接近して、第一の反応ゾーン138の端に向ってより頻度の少ない間隔で配置されることができる。いくつかの利用できるポートが、下記において詳細に説明されるように、本発明の要件を満たすようなインジェクションサイドポートとして選ばれ得るような十分な数の利用できるポートがあることが専ら重要である。インジェクションポートがサイドポートと名付けられるのだけれども、これらは反応器の側を通る反応器への入口を必ずしも持たなければならないことはない。これらは、管形状であることができ、反応器の直径より小さな直径であることができ、最前端又は後端から反応器に入ることができ、そして本発明に従って注入がなされなければならないところの反応器内の点まで伸びることができる。
従って、細長い反応チャンバーにおいて下流に向っての第一のインジェクションサイドポート122iは、最前のポートに注入されたオキシダントの90〜100％が、それが該第一のインジェクションサイドポートに達する時間までに有機物と反応されるような最前のポートからの距離で選ばれる。次に、ｎ−１番目のサイドポートはまた、全ての先のポートに注入されたオキシダントの90〜100％が、それが該インジェクションサイドポートに達する時間までに有機物と反応されるような最前のポートからの距離で選ばれる。ここで、ｎは、好ましくは１〜10の範囲の、そしてより好ましくは１〜５の範囲の整数である。最後に、最後のインジェクションサイドポートであるｎ番目のインジェクションサイドポートは、有機物の量が、それが該ｎ番目のポートに達する時間までに第一の流れ中に１％より少なくなるまで減じられるような最前のポートからの距離に選ばれる。
選ばれたインジェクションサイドポートの数、及びｎ値は、もし他の変数が一定のままなら、第一の流れ中の有機物の濃度が増加するにつれて増加する。本発明の利点は、第一の流れ中の有機物の濃度が約３重量％より高いとき非常に明白であり、この場合に、少なくとも一つの選ばれたインジェクションサイドポートが、反応チャンバーの改善された生産性のために必要となる。本発明の目的のための反応チャンバーの生産性は、第一の流れの一定の流れのために、（立方フィートでの第一及び第二の）二つの反応ゾーンの体積により割られた酸化された有機物の（ポンドでの）重量として定義される。換言すれば、生産性は、反応チャンバーが反応チャンバーの単位体積当りに破壊することができる有機物の量である。既に述べたように本発明の一つの主要な目的は、反応チャンバーの生産性を改善することである。
反応速度が反応物の濃度及び反応物の温度の両方に依存する故に、超臨界水酸化に基づく先の反応器は、より低い有機物の濃度に制限され、そしてそれ故、より低い初期の反応速度に制限される。本発明は、反応器中により高度に濃縮された廃棄物の流れを導入することにより反応速度の増大を可能にする。初期の反応速度は、有機反応物の濃度が増加されるにつれて大いに増加する故に、本発明において述べられた反応アセンブリーは、特定の入口濃度のために設計された所定の反応器の長さのために、反応器の長さにおいて殆ど増加なしに該設計された入口濃度の倍量を処理することができる。反応速度の増加は、フィードの濃度の増加を相殺し、そして反応器の長さを実質的に増加することなしに満足な流出物を生ずる。先行技術の装置は、有機物の全てが酸化される時に作られる非常に高い温度のために、高いフィード濃度から得られるこの反応速度増加の利点を採ることができない。本発明は、反応器の臨界状態においてオキシダント及び水の臨界量の注入により温度上昇を制御する。この制御は、本発明の反応器がより高い入口濃度において増加された反応速度の利点を採ることを可能にし、そして、結果として、所定の反応器体積の生産性を増加することを可能にする。廃水中の有機物のより低い濃度のために、本発明に従って、反応器の生産性は、反応器の臨界状態においてオキシダント／水の臨界的に制御された注入なしに可能であったであろうより高い反応器入口温度で操作することにより増加される。
インジェクションポートの選択は、例えば、当業者において周知のコンピューターシュミレーションのような多くの方法でなされ得る。しかし、実験的に行われることが好ましい。この点で、利用できるサイドポート142の全部又は殆どは、流れの化学分析のためのサンプリングオリフィス（図示されていない）、及び好ましくは夫々の利用できるサイドポートにおいて流れの温度を測定するための温度計（図示されていない）を備えている。
第一の流れは、好ましくは139×10⁵〜346×10⁵Pa（2,000〜5,000psia）の範囲、より好ましくは221×10⁵Pa（3,200psia）を超えて、そして更により好ましくは242×10⁵〜311×10⁵Pa（3,500〜4,500psia）の範囲の所望の圧力に、例えば移動式ポンプのような加圧手段124によりもたらされ、そしてそれは、288〜649℃（550〜1,200゜F）、そしてより好ましくは288〜374℃（550〜705゜F）の範囲の所望の温度に、好ましくはガス加熱器であるところの加熱手段116により最初に加熱される。後ほど、運転が開始された後に、熱はまた、反応チャンバー118の後端を去る熱い流出液が、フィード配管即ち導管の手段118′により熱交換機114を通過するようにして熱交換機114により供給される。次に、第一の流れは、混合手段126に配管即ち導管116′を通って供給され、ここで、それは、配管即ち導管122′を通るオキシダント供給機122からのオキシダントと混合され得る。
オキシダントは、任意の慣用の酸素源、例えば、酸素含有ガス、空気、酸化剤例えば過酸化水素、オゾン、過硫酸塩、過マンガン酸塩、硝酸塩、及びこれらの対応する酸、塩素及びこれらの対応する塩のオキシ酸、次亜塩素酸塩、亜塩素酸及び亜塩素酸塩、塩素酸塩、過塩素酸塩、及びこれらの対応する酸であり得る。オキシダントの混合物がまた、例えば、米国特許第5,232,604号明細書（スワローら）中に述べられたような実質的な又は同一の触媒量において使用され得る。所望なら、オキシダントの組成がポート毎に異なり得る。
本発明の目的のために、酸素、過酸化水素、及びこれらの混合物が大いに好ましい。フリーラジカル発生物質例えば過酸化水素はしばしば抑制点（quench point）への有効な添加である。好ましくは28〜35重量％、そしてより好ましくは30〜33重量％の過酸化水素水溶液が、その本来の値（酸化反応前後で同じ温度、該温度は実質的に変動の少ない温度値を持つ）にプロセス温度を安定させるための水対オキシダントの適切な比を含む。過酸化水素の添加は、所定の破壊レベルのために要求される時間を短縮する。更に、過酸化水素は、インジェクションシステムにおいて酸素の代わりに使用され得る。過酸化水素が注入の前に水中に混合される故に、これはより簡単なインジェクションシステムを可能とし、そしてただ一つのポンプがオキシダント及び冷却又は抑制水の両者のために必要である。
オキシダントと第一の流れの混合物が最前の注入手段128及び配管即ち導管128′を通過した後に、該混合物は次に、反応チャンバーの最前のポート134を通って反応チャンバーに入る。配管122′中のオキシダント弁123が初め閉じられるが、それは、温度が利用できるサイドポートにおいて監視されると同時にゆっくりと開かれる。また同時に、反応混合物のサンプルが、同一の又は他の夫々のサイドポートから取られ、そしてオキシダント含有量のために分析される。少なくとも一つの利用できるサイドポートでの温度が399〜649℃（750〜1,200゜F）、好ましくは482〜593℃（900〜1,100゜F）の範囲の予め決められた所望の値に達するまで、弁123は開かれ続け、そしてオキシダントの90〜100％が、流れが細長い反応器118の後端136に向って移動しつつあるとき、流れ中に含まれる有機物と反応した。この予め決められた温度は実質的に、この議論のより後の部分でよりよく述べられるような、そして図13及び14に説明されたような変動の少ない温度値と同一の値を持つ。反応チャンバーの内側の圧力は、超臨界水の圧力の付近、好ましくは221×10⁵Pa（3,200psia）以上、そしてより好ましくは242×10⁵〜311×10⁵Pa（3,500〜4,500psia）の範囲に好ましく維持される。
この要件を満たす最前のインジェクションポートに最も接近する利用できるサイドポート122aは、所望なら第一のインジェクションサイドポートとして選ばれ得る。しかし、この特定の実施例において注入手段125iは、温度及び反応されたオキシダントの量の上記の要求の実現を確保するために反応チャンバーの後端に向って、好ましくは下流に、サイドポート122aに最も接近する次の利用できるサイドポートに取り付けられる。もちろん、注入手段125iは、サイドポート122aに取り付けられ得る。従って、この特定の場合において、第一のインジェクションポートは122iであると考えられる。
次に、配管即ち導管127Oiからのオキシダントが、夫々の段階における第一の流れ中の全有機物として計算された、予め決められた量、好ましくは３〜10重量％、より好ましくは３〜７重量％、そして更により好ましくは３〜５重量％まで第一の流れ中に含まれる有機物の量を減じるために有効な量で第一のインジェクションサイドポート122iを通して注入され始める。例えば、インジェクションポート122iの位置において第一の流れが23重量％の有機物を含むなら、反応チャンバー118中に第一のインジェクションポート122iを通して注入手段125iにより注入されたオキシダントは、23重量％から、それが今好ましくは20〜13重量％、より好ましくは20〜16重量％、そして更により好ましくは20〜18重量％を含むように流れを変化させるために十分である。
オキシダントのこの有効量が反応チャンバー中に注入されると同時に、配管127Wiからの液状の水がまた、有機物の酸化により生成された熱を相殺するために有効な量で同一の第一のインジェクションサイドポートを通して注入される。いくつかの修正が、適当な量の水を注入するために熱損失のためになされることができ、従って、温度は所望の変動の少ない値を実質的に超えない。注入された水の噴霧の程度、並びに注入の方向に依存して、一つのポートから次のポートまで動く第一の流れの温度は、より小さい又はより大きい振れを有することができるが、その最大値は温度の変動の少ない値を実質的に超えない。本発明によれば、この温度の振れ又は変化は最小にされる。温度が反応器の長さを通して採る値は、実質的に変動の少ない温度を超えることなしに変動の少ない温度に可能な限り接近したままであることが重要である。変動の少ない値は、所定のサイドポートから注入されたオキシダントの90〜100％が消費されたときに実質的に達成される。その点において、注入のための新しいサイドポートの使用が適切である。熱が廃棄物流中の有機物の酸化により放出されるより、熱が水の噴霧によりより速く吸収されるとき、温度降下が、オキシダント及び水の両方を同時に導入する間に夫々のインジェクションサイドポートで生ずる。本発明によれば、このことはあまり好ましくなく、そして温度降下は、注入された水の噴霧の程度を減じることにより、並びに反応チャンバーの最前端から後端に向う方向に水を注入することにより最小にし又は除去し得る。次に温度は、次のサイドポートにおいて、それが変動の少ない値に実質的に等しい値に達するまで上昇する。そして、該点においてオキシダント及び水の新しい同時注入が起る。他方、第一の流れ中の有機物とオキシダントの反応が、注入された水が相殺し得る温度より速く温度を高めるなら、次に、水の噴霧の増加、並びに反応チャンバーの後端から反応チャンバーの最前端に向う方向への水の注入が適切である。
ポート122iiより前の全てのポートから入るオキシダント90〜100％が消費されたところの第一の利用できるサイドポート122iiは、第二のインジェクションサイドポートとして選ばれる。その点において、第二の注入手段125iiが、第二のインジェクションポート122iiに取り付けられる。
再び、先のポートと同じく、配管即ち導管127Oiiからのオキシダントが、夫々の段階における第一の流れ中の全有機物として計算された、予め決められた量、好ましくは３〜10重量％、より好ましくは３〜７重量％、そして更により好ましくは３〜５重量％まで第一の流れ中に含まれる有機物の量を減じるために有効な量で第二のインジェクションサイドポート122iiを通して注入される始める。例えば、インジェクションポート122iiの位置において第一の流れが18重量％の有機物を含むなら、反応チャンバー118中に第二のインジェクションポート125iiを通して注入手段125iiにより注入されたオキシダントは、18重量％から、それが今好ましくは15〜８重量％、より好ましくは15〜11重量％、そして更により好ましくは15〜13重量％を含むように流れを変化させることが適切である。
オキシダントのこの有効量が反応チャンバー中に注入されると同時に、配管127Wiiからの液状の水がまた、有機物の酸化により生成された熱を相殺するために有効な量で、同一の第二のインジェクションサイドポートを通して注入される。いくつかの修正が、適当な量の水を注入するために熱損失のためになされることができ、従って、温度は所望の変動の少ない値又はその近辺に維持される。
（ｎ−１）番目のポート122（ｎ−１）まで、更なるインジェクションポートは、第二のインジェクションポートのために述べられたと同じ方法で利用できるサイドポートから選ばれる。オキシダントのための配管1270（ｎ−１）及び水のための配管127W（ｎ−１）により供給される注入手段125（ｎ−１）は、第二のインジェクションサイドポート122iiの場合と同じ方法で反応器中にオキシダント及び水を注入するための選ばれたインジェクションサイドポート122（ｎ−１）に取り付けられる。
最後に、ｎ番目のインジェクションサイドポート122nは、反応された流れ中の有機物がｎ番目のインジェクションサイドポートの位置で１％より少ないまでに減じられるように選ばれる。このｎ番目のポートにおいて、注入手段125nが取り付けられ、それはオキシダント配管127Onにより供給される。酸化されるべき有機物の量は、この点において非常に少ない故に、水は変動の少ない温度を維持するために必要とされない。ｎ番目のインジェクションサイドポート122nを通して注入されるオキシダントの量は、有機物が二酸化炭素に実質的に完全に酸化された後に、未反応のオキシダントの存在を可能にすることである。
有機物含有量が１％以上であるゾーンは、第一の反応ゾーン138として本発明の目的のために定義される。このゾーン138における反応は、むしろ速く生ずる。対照的に、反応チャンバー118の次の範囲、第二の反応ゾーンでの反応は、少なくとも一つのタイプの反応物の濃度が非常に小さいという事実、及び殆どの場合に、例えば酢酸及びアンモニアのような酸化することがより困難な反応生成物が生成されるという事実のために、非常にゆっくりと生じる。従って、有機物の約90％が第一の反応ゾーン138中で破壊されるけれども、第二の反応ゾーン140の長さは、第一の反応ゾーンの長さに比較して等しく又はより長くさえあり得る。利用できるサイドポートは、好ましくはまた、第二の反応ゾーン部分で反応チャンバー118上に作られる。これらは、温度監視、有機物の酸化の最後の段階の経過を検出するためのサンプリング、例えばアンモニア、又は酢酸のような比較的安定な反応生成物の破壊を助けるための少量の添加剤の導入、及びこの議論のより後の方で見られるであろうような同様なもののために使用され得る。第二の反応ゾーン中の利用できるサイドポートはまた、流出ガスのための要求される仕様に従って、第二の反応ゾーンの適切な長さを決定するために使用され得る。インジェクションサイドポートの位置の賢明な選択重要性により、並びにオキシダント／水比、量、及び有機物の連続的酸化との関係の賢明な重要性により特徴付けられた、上記の反応チャンバー118は、オキシダント含有ガス及び／又は水を導入するためのインジェクションサイドポートが無差別に取り付けられた慣用の反応チャンバーと比較して、所望の運転条件下においてかなり改善された生産性を有する。
多数の利用できるサイドポート並びにインジェクションサイドポートを持つ本発明の反応チャンバーは、インジェクションサイドポートの選択の後に、廃水を処理することにおいてそれ自体非常に良好に使用され得る。あるいは、それは、特定の廃水流及び一揃いの条件に関してサイドポートの位置を決定するために適切に使用されることができ、従って、異なる所望のパラメーターを決定するためにほんの２、３の利用できるサイドポートを伴うインジェクションポートを主として含むところの適切な反応チャンバーが作られ得る。
異なる化学処理プロセスにおいてまた、むしろ一定の組成を持つ有害な廃水流を製造する。そのような場合において、固定されたインジェクションポートを持つ反応チャンバーを含む反応器アセンブリーを作ることが値打ちのあることであり、該反応器は、多数の接近して配置された利用できるサイドポートを持つ実験用の反応チャンバーを使用することにより、上記のようにむしろ一定の組成の該流れを処理するためにささげられる。他方、もし、反応チャンバーが有機物の猛烈に設けとなる組成及び濃度を持つ種々の流れを処理するためにあるなら、非常に多数の利用できるサイドポートを持つ反応チャンバーを利用することが好ましく、従って、オペレーターは、既に述べたように、適切なインジェクションサイドポートを選ぶことができてよい。
本発明によれば、いずれかの種類の反応チャンバーを含む反応器アセンブリーの運転は、下記において詳細に説明される。
溶液又は分散物又は両者における有機物を含む廃水の第一の流れ120は、第一タンク112から加圧手段124にフィード配管即ち導管120′を通して供給される。加圧手段124は、例えば移動式ポンプのようなポンプ形式であることが好ましい。加えられた圧力は、上記において定義されたように超臨界水状態の付近でなければならないが、好ましくは221×10⁵Pa（3,200psia）を超える範囲であり、そしてより好ましくは242×10⁵〜311×10⁵Pa（3,500〜4,500psia）の範囲である。
第一の流れは次に、熱交換器114を通過される。運転が調度開始するとき、温度上昇は熱交換器114において実現されていない。しかし、運転のより後の段階において、配管118′を通過してくる反応チャンバー118からの熱い流出物が、下記において説明されるであろうように加圧された第一の流れにかなりの量の熱を伝達する。
次に、加圧された第一の流れは、好ましくはガス加熱器の形式の加熱手段116に通過される。第一の流れは、288〜593℃（550〜1,100゜F）の範囲の所望の温度に加熱される。所望の温度は、限定されるものではないが、反応器の特定のデザイン、流れの形式、及びより重要には流れ中の有機物の含有量を含む多くのファクターに依存する。もし、流れ中の有機物の含有量が高いなら、より低い初期温度が好ましく、一方、もし、流れ中の有機物の含有量が比較的低いなら、より高い温度が好ましい。
流れは所望の温度まで加熱された後、混合手段126に導入され、ここで、配管即ち導管122′を通してオキシダント源122から入るオキシダントと混合される。単位時間当りに導入されるオキシダントの量（オキシダント流量）は、第一の流れが細長い反応チャンバー118の最前のポート134中に注入され、そして第一のインジェクションサイドポート122iが配置されている位置において該細長い反応チャンバー118の後端136に向って移動することを可能にして後に、有機物を完全に酸化するために必要な量より少ないが、好ましくは221×10⁵Pa（3,200psia）］より高い圧力で、好ましくは399〜649℃（750〜1,200゜F）の範囲において選ばれた変動の少ない値に温度を上げるために十分な量の有機物を酸化するに十分であるように弁123により調節される。オキシダントと第一の流れの混合物は、変動の少ない温度又はその付近の値を持つ所望の温度に到達し、そして、該混合物が、上記において述べられたように選ばれたところの第一のインジェクションサイドポート122iに達する時間までに存在するオキシダントの90〜100％を消費する。
次に、配管即ち導管127Oiからのオキシダントが、夫々の段階における第一の流れ中の全有機物として計算された、予め決められた量、好ましくは３〜10重量％、より好ましくは３〜７重量％、そして更により好ましくは３〜５重量％まで第一の流れ中に含まれる有機物の量を減じるために有効な量で第一のインジェクションサイドポート122iを通して注入され始める。例えば、インジェクションポート122iの位置において、第一の流れが23重量％の有機物を含むなら、反応チャンバー118中に第一のインジェクションポート122iを通して注入手段125iにより注入されたオキシダントは、23重量％から、それが今好ましくは20〜13重量％、より好ましくは20〜16重量％、そして更により好ましくは20〜18重量％を含むように流れを変化させることが適切である。
オキシダントのこの有効量が反応チャンバー中に注入されると同時に、配管127Wiからの液状の水がまた、有機物の酸化により生成された熱を相殺するために有効な量で同一の第一のインジェクションポートを通して好ましくは噴霧された状態で注入される。いくつかの修正が、適当な量の水を注入するために熱損失のためになされることができ、従って、温度は所望の変動の少ない値又はその近辺に維持される。
オキシダントのこの有効量が反応チャンバー中に注入されると同時に、配管127Wiからの液状の水がまた、有機物の酸化により生成された熱を相殺するために有効な量で同一の第一のインジェクションサイドポートを通して注入される。いくつかの修正が、適当な量の水を注入するために熱損失のためになされることができ、従って、温度は所望の変動の少ない値又はその近辺に維持される。
上記したように修正された流れが、第二のインジェクションサイドポート122iiに達する時間までに、ポート122iiより前の全てのポートから入るオキシダントの90〜100％が消費された。
再び、第一のインジェクションサイドポートと同じく、配管即ち導管127Oiiからのオキシダントが、夫々の段階における第一の流れ中の全有機物として計算された、予め決められた量、好ましくは３〜10重量％、より好ましくは３〜７重量％、そして更により好ましくは３〜５重量％まで第一の流れ中に含まれる有機物の量を減じるために有効な量で第二のインジェクションサイドポート122iiを通して注入される始める。例えば、インジェクションサイドポート122iiの位置において第一の流れが18重量％の有機物を含むなら、反応チャンバー118中に第二のインジェクションポート125iiを通して注入手段125iiにより注入されたオキシダントは、18重量％から、それが今好ましくは15〜８重量％、より好ましくは15〜11重量％、そして更により好ましくは15〜13重量％を含むように流れを変化させることが適切である。もちろん、減少量のこれらのレベルは、有機物の高い含有量（例えば、10％より多い）を持つ流れに適用される。これらの流れのために、好ましい範囲の温度（288〜649℃（550〜1,200゜F））の低い側の入口温度（288〜374℃（550〜705゜F））が好ましく使用される。低い濃度の流れのために、好ましい範囲の温度の高い側の入口温度（288〜649℃（550〜1,200゜F））が好ましく使用される。
オキシダントのこの有効量が反応チャンバー中に注入されると同時に、配管127Wiiからの液状の水がまた、有機物の酸化により生成された熱を相殺するために有効な量で同一の第二のインジェクションサイドポートを通して、好ましくは噴霧された状態で注入される。いくつかの修正が、適当な量の水を注入するために周知の技術により熱損失のためになされることができ、従って、温度は所望の変動の少ない値又はその近辺に維持される。
（ｎ−１）番目のポート122（ｎ−１）まで、異なるインジェクションポートに関しては、第二のインジェクションサイドポートとして同様に取り扱われる。オキシダントのための配管127O（ｎ−１）及び水のための配管127W（ｎ−１）により供給される注入手段125（ｎ−１）は、第二のインジェクションサイドポート122iiの場合と同じ方法で反応器中にオキシダント及び水を注入するための選ばれたインジェクションサイドポート122（ｎ−１）に取り付けられる。
最後に、ｎ番目のインジェクションサイドポート122nの位置において、反応された流れ中の有機物が１％より少ないまでに減じられた。このｎ番目のポートにおいて、注入手段125nは、オキシダント配管127Onにより供給される。酸化されるべき有機物の量は、この点において非常に少ない故に、水は変動の少ない温度を維持するために必要とされない。ｎ番目のインジェクションサイドポート122nを通して注入されるオキシダントの量は、有機物が二酸化炭素に実質的に完全に酸化された後に、未反応のオキシダントの存在を可能にすることである。
第一の流れが、第一の反応ゾーンにおいて上記のように際立った程度に酸化された後に、これは第二の反応ゾーン140中の通路をたどり、ここで、それは所望の仕様まで実質的に十分に酸化される。酸化された流れは次に、配管即ち導管118´の通路をたどり、熱交換器114を通過し、ここで、それは配管124´を通って入る加圧された第一の流れに熱を供給し、それは配管114´をたどり、それは任意の水蒸気製造所130通り、それは配管即ち導管130´をたどり、そして次に、それは好ましくは空気冷却器である冷却所132を通過する。夫々の州で当業者に周知の適切な州及び連邦政府（State and Federal）の環境及び安全仕様に適合又はそれより優れているという条件で、ガスは配管132´をたどり、そして大気に放出される。凝縮水は、配管即ち導管132´をたどり、そして、適切な州及び連邦政府の環境及び安全仕様に適合又はそれより優れているという条件で、それは、また例えば下水システム、又は池等に加えられることのような当業者に公知の方法により処理される。もちろん、この水の一部は、循環されてよく、そして上記において規定されたようにインジェクションポートを通って注入される水のための水源として使用され得る。
もし、何等かの理由のために、凝縮水及びオフガスが適切な州及び連邦政府の環境及び安全仕様に適合せず又はそれより優れていないなら、多くの異なる行為が、該仕様が適合するまで採られ得る。適切な仕様を達成するためのこれらの行為、方法、及び装置は、本発明の異なる実施態様において詳細に説明される。
もし、第一の流れが反応チャンバー118に入るところの温度が臨界未満、そして好ましくは288〜374℃（550〜705゜F）の範囲であり、一方、変動の少ない温度が482〜593℃（900〜1,100゜F）の好ましい範囲における超臨界であるなら、本発明の反応チャンバーの生産性は、思いがけなく増加するであろうことが本出願人により発見された。
例えば288〜374℃（550〜705゜F）のオーダーのより低い入口温度は、より一層のエンタルピー増加を可能にし、そしてそれ故、より高い入口濃度を可能にする。入口濃度がかなり高いとき、入口温度の低下が反応器の長さに著しく影響を及ぼさないが、本発明に従って要求されるインジェクションポートの数を最小にする。従って、所定の反応器長さ及びインジェクションポートの所定の数のためのより高い入口濃度が可能である。より低い入口温度はまた、加熱要素に余り要求をかけない。
反応チャンバーの特定の構造及び第一の流れの性質に依存して、例として、第一のインジェクションサイドポート222iを通しての水244及びオキシダント246の注入を描写しているところの図５によりよく説明されたように基本的に３つの異なる方式で、水244は噴霧されることができ、そしてオキシダント246は注入されることができる。即ち、
（ａ）において、反応チャンバー218の最前のポート234から後端236への方向に、液状の水244は噴霧され、そしてオキシダント246は注入され、ここで、この方向は矢印241により示された第一の流れの流れ方向と同じであり、
（ｂ）において、反応チャンバー218の後端236から最前のポート234への方向に、液状の水244は噴霧され、そしてオキシダント246は注入され、そして
（ｃ）において、反応チャンバーの後端236から最前のポート234への方向に液状の水244は噴霧され、そして反応チャンバー218の最前のポート234から後端236への方向にオキシダントは注入される。
とりわけ、異なる段落で議論した、過酸化水素又は多くの他のガス状でないオキシダントとの場合のように、もし、オキシダントが水に溶解するなら、オキシダント及び水がまた一緒に注入され得る。とりわけ、水中に溶解したオキシダントを使用することの著しい利点は、ただ一つのポンプがオキシダン及び対応する水の両方の圧力を上げるために必要であることである。
マルチインジェクションサイドポート反応チャンバーにおける上記の形式の組合わせを使用することが可能であり、かつ望ましくあり得る。もし、例えば、有機物の濃度がむしろ高く、例えば廃水中25％より高く、そして所望の変動の少ない温度がまた高く、例えば621℃（1,150゜F）であるなら、形式（ｃ）が、少なくともインジェクションサイドポートの最初の一組においてより適している。任意の残りのポートのために、形式（ａ）が続けられてよい。通常、もし、変動の少ない温度が超臨界圧力において593℃（1,100゜F）より高いなら、注入形式（ｃ）が、温度がオキシダントの注入が行われる該少なくとも第一のポートの付近における任意の限定された領域において過度に上昇しないであろうことを確保するために少なくとも第一のインジェクションサイドポートに続けられる。
水の噴霧は、当業者において周知の任意の慣用の技術により実行され得る。簡単な形式において、好ましくは0.127〜1.27mm（５〜50ミル）（１ミル＝0.001インチ）の直径を持つ一つ又はそれ以上のオリフィスが使用され得る。入って来る水の圧力は、反応チャンバー118の圧力より高くなければならず、好ましくは少なくとも4.5×10⁵Pa（50psia）より高く、そしてより好ましくは少なくとも８×10⁵Pa（100psia）より高い。水の噴霧の程度は、オリフィスの寸法、差圧、共に注入されるオキシダントに関しての構造上の配置、又は当業者に周知の任意の他の技術により制御され得る。もちろん、注入されたオキシダント圧力はまた、反応チャンバー中の圧力より高くなければならない。
図６によりよく説明された本発明の異なる実施態様において、第二の廃水流350の全酸素要求量、そしてもし既に知られていないなら第三の廃水流351の全酸素要求量を測定するための第一の検出手段348が提供される。第三の廃水流351はまた、純粋な水、又は本発明のプロセスから循環される水であり得る。
全酸素要求量（TOD）は、当業者において周知の性質であり、そして有機物を二酸化炭素、窒素、及び水に完全に酸化するために必要な酸素の量として定義される。それは、慣用の機器、例えば、マサチューセッツ（Massachusetts）州、ウォータータウン（Watertown）に所在するアイオニックス コーポレーション（Ionics Corporation）により製造されたModel7800TOD分析計により測定され得る。
第一のコントローラー353を含む第二の混合手段352がまた提供され、該第一のコントローラーは、第二及び第三の流れ、夫々350及び351のためのTODに関する情報をつかみ、そして選ばれた値の全酸素要求量の第一の廃水流320を生ずるように弁356及び357を調節する。もちろん、これらのTOD弁に関して第二及び第三の流れを監視する代わりに、その二つの内の一つが、該第一の流れのTODを調節するため、第一の廃水流に加えて監視されることができる。
選ばれた値の全酸素要求量を持つ第一の流れの形成は、上記において説明されたようなわけで非常に重要であり、本発明の反応チャンバーは、反応チャンバー上に重要な間隔で配置されたインジェクションサイドポートを持ち、そして従って、流れの性質におけるコンシステンシー（consistency）が非常に重要である。
この実施態様の運転において、第二の流れ350は、そのTODを測定するめたのサンプリング配管348´を通って検出手段348により採取される。同時に、もし、第三の流れ351のTODが未知なら、試料は同一の目的のためにサンプリング配管348´´を通って採取される。その二つの流れのTODに関する分析情報は、混合手段352の第一のコントローラー353へ供給される。第一のコントローラー353は、第一の廃水流320を受けとるように第一の検出手段348から受けとった情報に基いて弁356及び357を調節し、そして該第一の廃水流320は、上記において詳細に述べられたような更なる処理のための図２に示されたものと類似する反応器アセンブリーに配管320´を通して供給される。
図７中によりよく説明された本発明の異なる実施態様において、第二の検出手段460か提供されており、該検出手段は、大気中に放出されるべき流出物即ちオフガスを配管461から採取し、そして流出ガス中のオキシダントの含有量を測定する。次にそれは、インホメーションライン460´を通して第一のコントロール手段462にこの情報を提供する。次に、第一のコントロール手段462は、インホメーションライン462´を通してｎ番目のインジェクションサイドポートの注入手段425nを調節する。サンプリング配管461は好ましくは出口配管432´に接続されるけれども、それはまた、例えば、配管418´、配管414´´、又は配管430´のような、反応チャンバー418の後端436の後に続くいずれの他の配管にも接続され得る。
第二の検出手段として使用され得るオキシダント分析計は、当業者において周知である。例えば、代表的なそのような分析計は、テキサス（Texas）州、ウッドランズ（Woodlands）に所在するデットコン インコーポレーテッド（Detcon,Inc.）により製造されたModel Dm−234A酸素分析計である。
第二の検出手段が、流出ガス中のオキシダント含有量を測定し、そして、もし、第二の検出手段460により測定された該オキシダント含有量が選ばれた値の範囲外になるなら、選ばれた範囲の値内になる値をとることを流出ガス中の該オキシダント含有量を生じさせるように、ｎ番目のインジェクションサイドポートにおいて注入手段425nを調節する第一のコントロール手段462に情報を提供することを除き、この実施態様の運転は、ここまでに述べた実施態様の運転に類似している。
図８中によりよく説明された本発明の更に他の実施態様において、第三の検出手段564が提供されており、該検出手段は、サンプリング配管565を通って出口配管532´´からの凝縮水を採取し、そして全有機炭素（TOC）の含有量を測定する。そのような検出手段は、TOC分析計として当業者に周知である。例えば、代表的なそのような分析計は、マサチューセッツ州、ウォータータウンに所在するアイオニックス インコーポレーテッドにより製造されたModel6800TOC分析計である。TOC情報は第二のコントロール手段566に供給され、該コントロール手段は、簡単のためにブロック形式において図８中に示された反応器アセンブリーの多数の要素を調節する。これらの調節される要素は、限定されるものではないが、ライン566aを経る加熱器516、第一の流れが反応チャンバーの最前のポートに入る前にライン566bを経て、第一の流れに供給されるオキシダントを制御する弁523、ライン566cを経る第一のコントローラー553、ライン566dを経る一つ又はそれ以上のインジェクションサイドポート525、及びライン566eを経る最前の注入手段528を含む。
第三の検出手段564が、凝縮水中のTOCを測定するためにサンプリング配管565を通って配管532´´中の凝縮水を採取することを除き、この実施態様の運転は、既に議論した実施態様の運転に類似する。次に、それは、第二のコントロール手段566に情報を提供し、該コントロール手段は、上記において議論したような反応器アセンブリーの要素を調節する。第二のコントロール手段566は、当業者に周知の技術により、適切なコンピュータープログラムを使用することによりこれらの要素の一つ又はそれ以上において作用し得る。もし、全有機炭素含有量が、選ばれた値を超えるなら、第二のコントロール手段は、全有機炭素含有量が選ばれた値の下に下がるまで、より後の点での更なる処理のための分離された収集タンクに仕様をはずれた流出液を送るために切り替え弁を操作し、又は変動の少ない温度を上げ、又は反応チャンバーへ第一の流れを供給する速度を下げ、又は第一の流れ中の有機物含有量を下げ、又は該インジェクションサイドポートの少なくとも一つを通して反応チャンバーに入るオキシダント及び夫々の噴霧された水を増加し、又はそれらを組合せるように上記の要素の一つ又はそれ以上を調節する。
変動の少ない温度は、第一の流れが反応チャンバーの最前のポートに入る前に、第一の流れの温度を上げるために加熱器516を調節することにより上昇され得る。変動の少ない温度はまた、第一の流れが反応チャンバーの最前のポートに入る前に、第一の流れと混合されるオキシダントの量を増加するようにオキシダント弁523を調節することにより上昇され得る。
反応チャンバー中に第一の流れを供給する速度は、最前のポートを通るより少ない第一の流れの通行を可能にするように最前の注入手段を調節することにより下げられ得る。
第一の廃水流中の有機物の含有量は、（図６によりよく示されている）第二の流れ及び第三の流れがより低い有機物含有量の第一の流れを形成するような比で混合されるように第一のコントローラー653を調節することにより減少され得る。
ｎ番目のインジェクションサイドポートに先立つ、一つ又はそれ以上のインジェクションサイドポートに入るオキシダントの増加は、反応チャンバー中に通過するオキシダントのより大きな量を可能にするために、夫々の注入手段525を調節することにより引起こされ得る。
図９によりよく説明された本発明の他の実施態様において、第四の検出手段664が提供され、該検出手段は、サンプリング配管665を通って出口配管632'からの流出ガスを採取し、そして一酸化炭素の含有量を測定する。そのような検出手段は、一酸化炭素分析計として当業者に周知である。例えば、代表的なそのような分析計は、テキサス州、ウッドランズに所在するデットコン インコーポレーテッドにより製造されたModel DM−244CO分析計である。一酸化炭素含有量の情報は、第三のコントロール手段666に供給され、該コントロール手段は、簡単のためにブロック形式において図９中に示された反応器アセンブリーの多数の要素を調節する。これらの調節される要素は、限定されるものではないが、ライン666aを経る加熱器616、第一の流れが反応チャンバーの最前のポートに入る前にライン666bを経て、第一の流れに供給されるオキシダントを制御する弁623、ライン666cを経る第一のコントローラー653、ライン666dを経る一つ又はそれ以上のインジェクションサイドポート625、及びライン666eを経る最前の注入手段628を含む。
第四の検出手段664が、流出ガス中の一酸化炭素含有量を測定するためにサンプリング配管665を通って配管632'中の流出ガスを採取することを除き、この実施態様の運転は、既に議論した実施態様の運転に類似する。次に、それは、第三のコントロール手段666に情報を提供し、該コントロール手段は、上記において議論したような反応器アセンブリーの要素を調節する。第三のコントロール手段666は、当業者に周知の技術により、適切なコンピュータープログラムを使用することによりこれらの要素の一つ又はそれ以上において作用し得る。もちろん、マニュアルコントロールもまた可能である。もし、一酸化炭素含有量が選ばれた値を超え、従って、流出ガスが仕様からはずれるなら、第二のコントロール手段は、一酸化炭素含有量が選ばれた値の下に下がるまで、燃焼により該一酸化炭素を二酸化炭素に更に酸化するためのフレアーに仕様をはずれた流出ガスを送るように切り替え弁を操作し、又は変動の少ない温度を上げ、又は反応チャンバーへの第一の流れを供給する速度を下げ、又は第一の流れ中の有機物含有量を下げ、又は該インジェクションサイドポートの少なくとも一つを通して反応チャンバーに入るオキシダント及び夫々の噴霧された水を増加し、又はこれらを組合せるように上記の要素の一つ又はそれ以上を調節する。
変動の少ない温度は、第一の流れが反応チャンバーの最前のポートに入る前に、第一の流れの温度を上げるために加熱器516を調節することにより上昇され得る。変動の少ない温度はまた、第一の流れが反応チャンバーの最前のポートに入る前に、第一の流れと混合されるオキシダントの量を増加するようにオキシダント弁523を調節することにより上昇され得る。
反応チャンバー中に第一の流れを供給する速度は、最前のポートを通るより少ない第一の流れの通行を可能にするように最前の注入手段を調節することにより下げられ得る。
第一の廃水流中の有機物の含有量は、（図６によりよく示されている）第二の流れ及び第三の流れがより低い有機物含有量の第一の流れを形成するような比で混合されるように第一のコントローラー653を調節することにより減少され得る。
ｎ番目のインジェクションサイドポートに先立つ、一つ又はそれ以上のインジェクションサイドポートに入るオキシダントの増加は、反応チャンバー中に通過するオキシダントのより大きな量を可能にするために、夫々の注入手段525を調節することにより引起こされ得る。
本発明の更に他の実施態様において、第一の流れ中の全酸素要求量を測定するための第五の検出手段、及び該全酸素要求量により要求されるより高くあるように反応チャンバーの全てのポートを通して注入されるオキシダントの全量を制御するための第四のコントロール手段が備えられる。この実施態様の運転は先の実施態様の運転に類似し、そして更なる説明を必要としない。
本発明の異なる実施態様において、好ましくは第二の反応ゾーン140に追加のポート131（図４）がまた備えられ、該追加のポートは、ｎ番目のインジェクションサイドポートと反応器の後端136の間に実際にはある。亜硝酸ナトリウム又は他の亜硝酸塩又硝酸塩化合物の溶液が、流出ガスの配管132´中に検出され得るところの存在する任意のアンモニアを破壊するために第一の添加手段135によりチャンバー118に添加され得る。この実施態様の運転において、第六の検出手段（図示せず）は、出口配管132´からの流出ガスを採取し、そして存在するアンモニアの量を測定する。次に、それは第五のコントロール手段（図示せず）に情報を提供し、該コントロール手段は第一の添加手段135を調節する。もし、仕様の限界を超えてアンモニアが存在するなら、第一の添加手段は、存在するアンモニアが該仕様の限界未満に下がるまで、追加のポート131を通して反応チャンバー118に亜硝酸塩又は硝酸塩が添加されることを可能にすることを第五のコントロール手段により引起こされる。亜硝酸塩化合物は、硝酸塩化合物に比較して好ましく、そして、酸化窒素を形成することなくアンモニアを破壊するのにより有効である故に、亜硝酸ナトリウムはより好ましい。
本発明の更に他の実施態様において、酸素が、第一の廃水流と混合されるべきオキシダントとして使用され、そして、水中における好ましくは28〜35重量％、そしてより好ましくは30〜33重量％の過酸化水素の溶液が、少なくとも一つのサイドインジェクションポートにおいて使用される。これらの濃度において、反応性酸素及び熱吸収水は、反応する混合物の全体の温度が安定値を超えないような割合であり、あるいは追加の水の注入の必要性なしにほんの少しの調節を必要とする。更に、過酸化水素は、著しく酸化の速度を助ける。しかし、過酸化水素がオキシダントとして専ら、又は酸素若しくは他のオキシダントと任意の割合で、最前のポートを含む任意の又は全てのポートに使用され得ることが理解されなければならない。
図10〜13は、本発明に従う、343℃（650゜F）で反応器に入る廃水流中の20％濃度での典型的なアルコールの酸素による酸化をコンピューターシュミレーションにより図示する。図10は、１時間当りのポンド量で表した残存するアルコール対フィートで表した反応器長の関係を示す。不連続点は、インジェクションサイドポートの位置に一致する。
図11は酸素流量対反応器長の関係を図示する。点770は図10中の不連続と一致し、そして酸素及び水が注入されるところのサイドポートの位置と一致する。酸素流量は、急勾配で立上がった線772により図示されたように、夫々のインジェクションサイドポートで急激に上昇し、一方、それは、存在する酸素の約90〜100％が消費されるまで、曲線774により図示されたようにアルコールの酸化の間により漸進的に連続的に減少する。
図12は水の流量対反応器長の関係を図示する。点770´はまた、図10中の不連続に一致し、そして図11の夫々の点770のように、酸素及び水が注入されるところのサイドポートの位置に一致する。水の流量は、急勾配で立上がった曲線772´により図示されたように、夫々のインジェクションサイドポートで急激に上昇し、一方、それは、廃棄物流中の有機物の酸化による水形成の理由から連続的に僅かに増加する。
図13は最大の可能な温度変化対反応器長の関係を図示する。点770´はまた、図10中の不連続に一致し、そして図11の夫々の点770及び図12の夫々の点770´のように、酸素及び水が注入されるところのサイドポートの位置に一致する。コンピューターシュミレーションにおいて、水が反応チャンバーに入るや否や瞬時に蒸発すると仮定された。従って、温度は、急勾配で降下する線772´´により図示されたように、夫々のインジェクションサイドポートで急激に低下し、一方、それは、変動の少ない776´´温度778´´に実質的に達するまで漸進的に連続的に上昇する。この特定の例において、変動の少ない温度は約538℃（1,000゜F）である。作られた仮定にもかかわらず、温度変化は単に93℃（200゜F）であり、即ち変動の少ない温度の20％である。温度の振れは変動の少ない温度778´´を実質的に超えることは可能ではなく、そして連続的なポートは、反応器内の温度がオキシダントの90〜100％が消費された点において変動の少ない値に実質的に再び到達するや否や酸素及び水が注入されるように一定間隔を置いて配置されることが、図13からまた分かり得る。従って、温度は、先のインジェクションサイドポートに関して夫々のサイドインジェクションポートの適切な位置を決定するために使用され得る。換言すれば、温度は、異なる利用できるサイドポート（図４の142）で測定されることができ、そしてその位置でそれは変動の少ない温度値に達し、利用できるポートはサイドインジェクションポートとして選ばれる。
図14は、本発明に従って起こる各目的な温度変化を例示する。殆どの場合に、これらの温度変化は38℃（100゜F）（変動の少ない温度の10％）を超えず、そしていくつかの場合に、10℃（50゜F）（変動の少ない温度の５％）さえより小さい。注入点に一致する温度ピーク870´´は、この場合に約538℃（1,000゜F）の値を持ち、これは、変動の少ない876´´温度878´´と実質的に同一である。水の注入に一致する温度降下872´´並びに有機物とオキシダントの反応熱に依存する温度上昇874´´は両者とも漸進的である。
第一のサイドインジェクションポートと任意の次のサイドインジェクションポートとの間の距離は、本発明の好ましい実施態様によれば、そのポートが第一のポートからますます離れて位置付けられるように、おおよそ対数的に増加することを本出願人はまた発見した。これは、好ましくは第一のポートに続く二つのポートの位置から、あるいは当業者に周知の他の数学的な配置を使用することによりサイドインジェクションポートの位置をおおよそ計算するために使用されることができる。
種々の今までに与えられた実施態様及び議論により例示された本発明の異なる面は、述べられたように、しかしまた、その結果として得られた任意の改良又は任意の組合わせの後に使用され得る。これらの実施態様は単に例として与えられており、そして請求されたような本発明の範囲を制限するように解釈されるべきではない。
図中の数字並びに本発明の説明において、100単位で異なる数は、同様な機能を持つ同様な要素を示す。

Claims (12)

1. 有機物を含む廃水の第一の流れを処理する方法において、
   （ａ）288〜649℃（550〜1200゜F）の温度に第一の流れを加熱すること、
   （ｂ）第一の流れが、細長い反応チャンバーの最前のポートに導入され、そして該細長い反応チャンバーの後端に向って移動することを許された後に、399〜649℃（750〜1,200゜F）の範囲の選ばれた変動の少ない値まで温度を上昇するために十分な量の有機物を酸化するために十分ではあるが、有機物を完全に酸化するために要求されるよりも少ない量のオキシダントと、加熱された第一の流れとを混合すること、
   （ｃ）該細長い反応チャンバーにおいて下流の第一のインジェクションサイドポートを通して，単位時間当り所定量の噴霧された液状の水及び単位時間当り所定量のオキシダントを注入すること、ここで該第一のインジェクションサイドポートは、最前のポート及び任意の先行するインジェクションサイドポートに注入されたオキシダントの90〜100％が有機物と既に反応されているような、最前のポートからの距離に位置されており
   （ここで、注入されたオキシダントの量は、第一の流れ中の予め決められた量だけ、流れ中の有機物の含有量を減じるために有効であり、そして
   水の量は、注入されたオキシダントの量に関し、噴霧された液状の水により吸収された熱が放出された何等かの酸化熱を実質的に相殺するようなものである）、及び
   （ｄ）最後のインジェクションサイドポートである第ｎ番目のインジェクションサイドポートにおいて有機物の 量が第一の流れにおいて１％より少ないまでに減じられ るまで、ｎ−１個の続くインジェクションサイドポートにおいて段階（ｃ）を繰り返すこと、そしてこの時点において、
   単位時間当り所定量の噴霧された液状の水及び単位時間当り所定量のオキシダントが、該第ｎ番目のポートを通して注入される
   （ここで、水の量は、注入されたオキシダントの量に関し、噴霧された液状の水により吸収された熱が放出された何等かの酸化熱を実質的に相殺するようなものであり、そして
   注入されたオキシダントの量は、有機物が実質的に完全に酸化された後に、未反応のオキシダントの存在を可能にするようなものである）
   の各段階を含む方法。
2. 廃水流が10％より多い有機物含有量を持つなら、第一の流れが段階（ａ）において加熱されるところの温度範囲が288〜374℃（550〜705゜F）である請求項１記載の方法。
3. 反応チャンバーの後端から最前のポートの方向に液状の水が噴霧され、かつ反応チャンバーの最前のポートから後端の方向にオキシダントが注入される請求項１記載の方法。
4. 第一の流れのための全酸素要求量を測定する段階、
   及び
   該全酸素要求量により要求される量より多くあるように反応チャンバーの全てのポートを通して注入されるオキシダントの全量を制御する段階
   を更に含む請求項１記載の方法。
5. 反応チャンバーの後端を出る流出ガス中のオキシダント含有量を検出する段階、そして、該オキシダント含有量が選ばれた範囲の値の外にあるなら、
   流出ガス中の該オキシダント含有量が選ばれた範囲の値内にある値をとるようにｎ番目のインジェクションサイドポートを通して注入されるオキシダントの量を変更する段階
   を更に含む請求項１記載の方法。
6. ｎ番目のポートと反応チャンバーの後端の間に位置された追加のポートを通して、亜硝酸塩化合物、硝酸塩化合物、及びこれらの混合物から成る群から選ばれた化合物の溶液を添加する段階を更に含む請求項１記載の方法。
7. 有機物を含む第一の廃水流を処理するための反応器アセンブリーにおいて、
   細長い反応チャンバー（ここで、該反応チャンバーは最前のポート、後端、第一の反応ゾーン、及び第二の反応ゾーンを持つ）、
   288〜649℃（550〜1200゜F）の間の温度に第一の流れを加熱するための加熱手段、
   オキシダントと加熱された第一の流れとを混合するための混合手段、
   該オキシダントと混合された第一の流れを最前のポートを通して注入するための最前の注入手段（ここで、オキシダントは、第一の流れが、細長い反応チャンバーの最前のポートに導入され、そして該細長い反応チャンバーの後端に向って移動することを許された後に、399〜649℃（750〜1,200゜F）の範囲の選ばれた変動の少ない値まで温度を上昇するために十分な量の有機物を酸化するために十分ではあるが、有機物を完全に酸化するために 要求されるよりも少ない量である）、
   最前のポート中に注入されたオキシダントの90〜100％が、第一のインジェクションサイドポートに達する時までに有機物と反応するような、最前のポートからの距離に位置された、細長い反応チャンバーにおける下流の第一のインジェクションサイドポート、
   注入されたオキシダントの量が、第一の流れにおける予め決められた量だ
   け流れ中の有機物の含有量を減じるために有効であり、かつ
   注入された水の量が、注入されたオキシダントの量に関し、噴霧された液
   状の水により吸収された熱が放出された何等かの酸化熱を実質的に相殺す
   るようなものであるように、
   該第一のインジェクションサイドポートを通して単位時間当り所定量の噴霧された液状の水及び単位時間当り所定量のオキシダントを注入するための第一のサイド注入手段、
   ｎ−１個の続くインジェクションサイドポート（ここで、ｎ−１個のポートの夫々は、全ての先行するポート中に注入されたオキシダントの90〜100％が、該インジェクションサイドポートに達する時までに有機物と反応されるような、最前のポートからの距離にある）、
   夫々のポート中に注入されたオキシダントの量が、第一の流れ中の予め決
   められた量だけ流れ中の有機物の含有量を減じるために有効であり、かつ
   ｎ−１個のポートの夫々中に注入された水の量が、注入されたオキシダン
   トの量に関し、噴霧された液状の水により吸収された熱が放出された何等か
   の酸化熱を実質的に相殺するようなものであるように、
   ｎ−１個のインジェクションサイドポートの夫々を通して単位時間当り所定量の噴霧された液状の水及び単位時間当り所定量のオキシダントを注入するための（ｎ−１）個のサイド注入手段、
   有機物の量が第一の流れにおいて１％より少なくなるまで減少されるような第（ｎ−１）番目のポートからの距離にある、最後のインジェクションサイドポートである第ｎ番目のインジェクションサイドポート、及び
   有機物が実質的に完全に酸化された後に未反応のオキシダントの存在を可能にするような、単位時間当り所定量のオキシダントを該第ｎ番目のポートを通して注入するための第ｎ番目のサイド注入手段
   を含む反応器アセンブリー。
8. 反応チャンバーの後端の後で凝縮した水を該インジェクションサイドポートの少なくとも一つに再度向けるための循環手段を更に含むところの請求項７記載の反応器アセンブリー。
9. 反応チャンバーの後端を出る流出ガス中のオキシダント含有量を測定するための第二の検出手段、及び
   第二の検出手段により測定された該オキシダント含有量が選ばれた範囲の値の外にあるなら、流出ガス中の該オキシダント含有量が選ばれた範囲の値内にある値をとるように、第ｎ番目のインジェクションサイドポートを通して注入されるオキシダントの量を変更するための第一のコントロール手段
   を更に含むところの請求項７記載の反応器アセンブリー。
10. オキシダントが、細長い反応チャンバーの最前のポートを含む該インジェクションサイドポートの少なくとも一つ中において過酸化水素を含むところの請求項１記載の方法。
11. 有機物を含む流れを処理する方法において、
    流れの温度を上昇させること、
    反応チャンバー中に流れを導入すること、及び
    流れの温度を上げるために十分な量の有機物を酸化するために十分な量のオキシダントと該流れを混合すること
    を含む方法。
12. 有機物を含む流れを処理するために適したシステムにおいて、
    使用の間に水のための超臨界状態の少なくとも付近あたりの流れの条件に耐えるべく適合された反応ゾーンを含む反応チャンバー、
    使用の間に流れを加熱するべく適合された加熱システム（ここで、該加熱システムは、使用の間に流れが加熱システムから反応チャンバーに供給されるように接続される）、
    及び
    使用の間に反応チャンバーで又はその前で流れ中にオキシダントを導入するために接続された導管
    を含むシステム。

Images