JP3783398B2 - 有機物の超臨界・水熱反応処理方法及びその処理プラント - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機物の超臨界・水熱反応処理方法及びその処理プラントに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
超臨界条件下の水により人畜に有害な有機物を分解して、無害化状態にする技術として、技術例１：特開平０７−２７５８７０号公報「有害有機物の超臨界水酸化処理装置および処理方法」や、技術例２：特開平０７−２７５８７１号公報「有害物質の超臨界水酸化処理方法及び処理装置」が提案されている。
【０００３】
前記技術例１は、水の超臨界条件下に、有害有機物の分解処理をする反応器と、分解生成物の気液分離をする気液分離器とを備えるとともに、被処理物とは別個に、反応器に対して水を加圧送給する第１加圧送給手段と、気液分離器の分離液体を第１加圧送給手段に還流する戻し手段とを備える構成を採用としており、そして、前記技術例２は、予熱器，反応器および冷却器並びに気液分離器を備えるとともに、水の超臨界条件下に、有害物質の分解処理を行なった後に、分解生成物の気液分離を行ない、水溶液を予熱器に送給して予熱し、予熱水溶液と有害物質とを反応器の入口において混合する技術を採用している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、超臨界・水熱反応処理を行なう被処理物（被処理液状有機物）は、性状の不均一な雑液体であることが多いために、予備加熱処理や超臨界・水熱反応処理の後、または処理途中で、無機分（無機懸濁物）が分離堆積して、配管やバルブ類を閉塞する現象や、流路を狭めてしまう現象の対策が必要になる。
【０００５】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、以下の目的を達成するものである。
▲１▼ 超臨界・水熱反応処理後の反応処理物等の減圧と減速とにより、無機分や塩化物の析出を促進させ、液分から無機分を効率良く分離すること。
▲２▼ 析出分離した無機分の下流への送り込みを抑制すること。
▲３▼ 抽出分離した無機分の舞い上がり現象の発生範囲を限定し、再析出及び沈降化を促進させること。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
有機物を含有する液状化した被処理物を、超臨界・水熱反応処理手段に送り込んで、超臨界雰囲気で水熱反応させ、該超臨界・水熱反応処理手段において生成された反応処理物を、分離器に送って、反応処理物を噴出スリーブから分離器の内部に噴出させて、横断面積の増大に基づく減圧により、反応処理物中の無機分を析出させて、無機分と液分との分離を促進させるとともに、無機分を分離した液分を下流に送出する。
その際に、液分を一度下方に導いて、析出した無機分を分離器の底部まで送り込むことにより、分離器の内部上方における液分を停滞させ、その近傍でも無機分の析出を行なうとともに、停滞部分の液分を下流に送出する技術が採用される。
停滞部分における析出した無機分は、次第に沈降して分離器の内部の下降流により底部まで送り込まれる。
分離器の内部上方位置には、排液口が配されて無機分を分離した液分が下流に送出される。
分離器の内部には、反応処理物を減圧及び減速させながら下方に送り出す噴出スリーブと、該噴出スリーブの下部噴出口よりも下方に間隔を空けて配され下降流を外側に拡散させるガイド部とが配され、該ガイド部は、傘状のものが採用されて、スリーブとの対向面がテーパ面とされているとともに、下面が中心に寄った反応処理物の上昇流と交差して下降流に変換するための内側を下げたテーパ面とされている。
また、分離器の内壁には、外側に沿った上昇流を内側に寄せて停滞させるための内側を下げた内向フランジ状のストッパが配され、該ストッパは、分離器の内壁に沿って複数段上下間隔を空けて配される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る超臨界・水熱反応処理プラントの第１実施形態について、図１ないし図３を参照して説明する。
図１は、超臨界・水熱反応処理プラントの全体構成を示している。
【０００８】
超臨界・水熱反応処理プラントＸは、図１に示すように、被処理液状有機物ａを超臨界・水熱反応処理時に必要な圧力：例えば２０ＭＰａまで加圧した状態にして供給するための原液供給手段１と、該原液供給手段１に接続され予め予熱を行なうための予熱器２と、該予熱器２に接続され被処理液状有機物ａを超臨界条件雰囲気として水熱反応を行なうための超臨界・水熱反応処理手段３Ａ，３Ｂと、予熱器２及び超臨界・水熱反応処理手段３Ａ，３Ｂに接続され超臨界・水熱反応処理物を固形分（懸濁物）と液分とに分離するための分離器４Ａ，４Ｂ，４Ｃと、該分離器４Ａ，４Ｂ，４Ｃに接続され懸濁物（固形分）を減圧状態に戻して排出するための排出手段５とを具備しており、最下流の分離器４Ｃには、液分を引き取って処理するための処理水処理手段６が接続される。
【０００９】
前記被処理液状有機物ａは、例えば技術例１，２に記載されているフロン，ＰＣＢ等の有害有機物や、汚泥，パルプスラッジ等の有機廃棄物に、超臨界・水熱反応処理時に必要な適量の水を添加調整してなるものである。
【００１０】
前記原液供給手段１は、図１に示すように、被処理液状有機物ａを例えば大気圧あるいは比較的低圧で貯留しておく原液槽１１と、該原液槽１１から被処理液状有機物ａを吸引して例えば前述の２０ＭＰａ程度の圧力まで加圧して供給するための供給ポンプ１２とを有している。
【００１１】
前記予熱器２は、図１に示すように、原液供給手段１と超臨界・水熱反応処理手段３Ａとの間に介在して、被処理液状有機物ａを例えば２００℃程度まで予熱した状態にして、通常の場合に超臨界・水熱反応処理手段３Ａに送り出し、無機分が多い場合に被処理液状有機物ａを、下流の分離器４Ａに送り出すものである。
【００１２】
前記超臨界・水熱反応処理手段３Ａ，３Ｂは、予熱器２の下流に直列状態に配される第１の反応槽３１Ａ及び第２の反応槽３１Ｂと、該第１の反応槽３１Ａ及び第２の反応槽３１Ｂを例えば３５０℃程度の温度まで加熱することによりその内部の被処理液状有機物ａを超臨界条件雰囲気として水熱反応を生じさせるための加熱炉３２とを有している。
【００１３】
前記分離器４Ａは、図１に示すように、予熱器２の下流と第１の反応槽３１Ａの上流とに対して接続され、分離器４Ｂは、第１の反応槽３１Ａの下流と第２の反応槽３１Ｂの上流とに対して接続され、分離器４Ｃは、第２の反応槽３１Ｂの下流に対して接続されている。
【００１４】
分離器４Ａ，４Ｂ，４Ｃの詳細について、図２及び図３を参照して説明する。
分離器４Ａ，４Ｂ，４Ｃは、図２に示すように、予熱器２及び第１，第２の超臨界・水熱反応処理手段３Ａ，３Ｂに直接的に接続されて高圧状態の流体を受け入れる耐圧容器４１と、該耐圧容器４１を囲む外壁部４２と、耐圧容器４１及び外壁部４２の間に介在させられる保温材４３と、耐圧容器４１の内部に挿入状態に配される噴出スリーブ４４と、該噴出スリーブ４４の噴出口よりも下方に間隔を空けて配され耐圧容器４１の中心の下降流を外側に拡散させる傘状のガイド部４５と、該ガイド部４５を支持してその位置（高さ）を設定するために耐圧容器４１の内底部との間に配される支持部材４６とを有するものが適用される。
【００１５】
耐圧容器４１には、反応処理物を受け入れて噴出スリーブ４４に送り込むための取入口４ａと、無機分を取り出すための無機分を取り出すための排出口４ｂと、無機分を分離した後の液分を次の超臨界・水熱反応処理手段３Ａ，３Ｂまたは処理水処理手段６に送り出すための流出路４ｃ及び排液口４ｄとが配される。
【００１６】
前記噴出スリーブ４４は、取入口４ａの流路よりも内径を大きくして、分離器４Ａ，４Ｂ，４Ｃに流入する反応処理物が減速及び減圧されるように設定されている。
【００１７】
前記ガイド部４５は、噴出スリーブ４４の下部開口の内径よりも大きな外径を有する傘状に形成されるとともに、噴出スリーブ４４と対向するテーパ面４５ａにより噴出スリーブ４４からの噴出流体を外側に導くものとされており、下方を臨むテーパ面４５ｂにより中心部付近の上昇流を阻止して、再び外側に導くように設定されている。
【００１８】
前記支持部材４６は、少なくとも耐圧容器４１の内底部近傍に、無機物等を排出口４ｂに送り出すための連通孔４６ａを有しているとともに、排出口４ｂに接続状態とされている中空穴４６ｂの中で、流体を停滞させる雰囲気を形成するようにしている。
【００１９】
前記排出手段５は、図１に示すように、各分離器４Ａ，４Ｂ，４Ｃの下流に接続状態に配されて、超臨界及び高圧（例えば２０ＭＰａ程度の圧力）状態の無機分（固形分）を受け入れる被処理物入口５ａと、無機分（無機懸濁物）を間欠的に大気圧程度の減圧状態に戻して下流の懸濁物処理手段に払い出す懸濁物排出口５ｂと、内部で分離したガス成分を適宜のガス処理手段に送り出すためのガス排出口５ｃとを有している。
【００２０】
前記処理水処理手段６は、図１に示すように、最下流位置となっている分離器４Ｃに接続状態に配され、分離器４Ｃで分離することにより生じた処理水等の液分を吸引するポンプ機能を具備するものが適用されるとともに、引き取った液分を貯留する機能を有するものが適用される。
【００２１】
なお、図１及び図２において、ｂは切替弁、ｃは制御弁、ｄは背圧弁を示している。
【００２２】
このような水熱反応処理プラントＸでは、原液供給手段１を作動させて、２０ＭＰａ程度の所望圧力とした被処理液状有機物ａを予熱器２に供給し、例えば臨界状態となる前の温度（例えば２００℃程度）まで加熱（予熱）してから、超臨界・水熱反応処理手段３Ａに送り込んで、目的とする超臨界・水熱反応を発生させる。
【００２３】
この際に、被処理液状有機物ａから無機分が分離または析出した場合、あるいは無機分の分離量が多い場合には、切替弁ｂの切り替えにより、予熱された被処理液状有機物ａを分離器４Ａに送り込んで、被処理液状有機物ａから無機分を分離させる工程が採用される。
なお、予熱器２では、超臨界状態となるまでの高温に至らないものとしているので、対応する箇所の分離器４Ａの内部では、圧力低下が小さくなるように、噴出スリーブ４４の内径を比較的大きくして、多量の被処理液状有機物ａが緩やかに挿通するように設定される。
【００２４】
超臨界・水熱反応処理手段３Ａに送り込まれた予熱状態の被処理液状有機物ａは、加熱炉３２の作動により、超臨界・水熱反応の発生適温（例えば前述の２０ＭＰａの条件下で３５０℃程度の温度）まで加熱される。
これらの高温高圧条件と、被処理液状有機物ａに水が介在している（混入されている）条件とが重畳すると、超臨界環境で水熱反応が発生し、有機物が組成的に分解して水に溶解する現象が促進される。
この際に、有機物（前述したフロン，ＰＣＢ，汚泥，パルプスラッジ等の炭素化合物）と水との混合体は、超臨界環境において、水に対してほぼ均一に溶け込んだ状態となる。
【００２５】
１段目の超臨界・水熱反応処理手段３Ａにおいて、十分な温度が得られず、臨界状態に達しない場合や、無機分の分解析出が多い場合には、超臨界・水熱反応処理手段３Ａの下流の切替弁ｂを切り替えて、分離器４Ｂから次段の超臨界・水熱反応処理手段３Ｂに液分を送り込むようにして、超臨界・水熱反応処理を行なう。
したがって、超臨界・水熱反応処理手段３Ａ，３Ｂは、３段以上とすることができる。
【００２６】
予熱器２及び超臨界・水熱反応処理手段３Ａ，３Ｂにおいて、加熱あるいは超臨界・水熱反応処理によって生成された反応処理物は、取入口４ａ及び噴出スリーブ４４を経由して、図３に矢印で示すように、ガイド部４５に向けて噴出させられる。
この際に、噴出スリーブ４４の噴出口よりも耐圧容器４１の内径が大きくなっているために、減速及び減圧がなされることになる。
この減圧によって、超臨界状態が消失し、反応処理物中の無機分（シリカ分や塩分等）が析出して徐々に沈降して、耐圧容器４１の内底部に堆積すると考えられる。
【００２７】
一方、反応処理物は、図３に示すように、ガイド部４５のテーパ面４５ａに突き当たって外側へと導かれるとともに、耐圧容器４１の内底部に送り込まれ、一部が支持部材４６の中空穴４６ｂに流れ込む上昇流となって流れが阻止されて停滞する。
したがって、減圧及び減速に基づいて、耐圧容器４１の底部や中空穴４６ｂの部分で、無機分の析出が頻繁に生じて徐々に沈降し、無機分が排出口４ｂの付近に集積すると考えられる。
無機分を分離した液分（反応処理物の大部分）は、耐圧容器４１の内部上方の排液口４ｄから下流に送り出される。
【００２８】
反応処理物が超臨界・水熱反応処理手段３Ａ，３Ｂを経ている場合には、超臨界・水熱反応によって生成された無機分が主として析出沈降して分離した状態となる。
反応処理物が、予熱器２から送り出されたものである場合には、超臨界・水熱反応過程を経由しないことに基づいて、被処理物に混入している無機分が必ずしも析出して分離するとは限らないものの、固形分や、超臨界・水熱反応を経ることなく析出した（または分離した）一部の無機分がある場合には、これらが沈降する。
これらの無機分等は、耐圧容器４１の排出口４ｂから、制御弁ｃの開放によりさらに下流に移送される。
【００２９】
分離器４Ａ，４Ｂ，４Ｃで分離析出または堆積した無機分は、排出手段５との間の制御弁ｃを開放することにより、排出手段５に移送される。
該排出手段５にあっては、分離器４Ａ，４Ｂ，４Ｃとの間の制御弁ｃを閉塞して切り離した後、例えば大気圧程度の低圧環境に戻す等により、無機分の必要な処理を行なう。
なお、排出手段５において、圧力低下によって発生したＣＯ₂ ，水蒸気等のガス分は、前述例のガス処理手段等により処理されることになる。
【００３０】
図４及び図５は、分離器４Ａ，４Ｂ，４Ｃの部分の第２実施形態を示している。
該第２実施形態では、耐圧容器４１の内壁でかつ噴出スリーブ４４における噴出口よりも上方位置に、内側を下げた内向フランジ状のストッパ４７が配されている。
該ストッパ４７が配されていると、図５に各矢印で示すように、噴出スリーブ４４から噴出させた反応処理物の流れが、中心の下降流から外側の上昇流に変換されて、ストッパ４７に当たると、再び下降流に戻されるものとなり、反応処理物の減圧により析出した無機分が、直接的に排液口４ｄに送られて耐圧容器４１から排出される現象の発生を抑制することができる。
【００３１】
〔他の実施の形態〕
本発明にあっては、以下の技術も包含するものである。
ａ）耐圧容器４１の内部に、ガイド部４５及びストッパ４７の両方を設置すること。
ｂ）ストッパ４７を上下間隔を空けて多段に配すること。
【００３２】
【発明の効果】
本発明に係る有機物の超臨界・水熱反応処理方法及びその処理プラントによれば、以下の効果を奏する。
（１） 超臨界・水熱反応処理後の反応処理物を、分流器の噴出スリーブから噴出させて減圧及び減速を行なうとともに、分離器の内部上方における液分を停滞させた状態とすることにより、無機分や塩化物の析出を促進させ、液分から無機分を効率良く分離することができる。
（２） 分離器の内部上方における液分を停滞させ、その近傍でも無機分の析出を行なうとともに、停滞部分の液分を下流に送出することにより、析出分離した無機分の下流への送り込みを抑制することができる。
（３） 傘状のガイド部により、液分を分離器の底部に送り込むとともに、中心に生じた上昇流をガイド部の下部で停滞させることにより、分離器の下半分において析出した無機分の下流への送出を円滑なものとすることができる。
（４） 分離器の内壁にストッパを配して、上昇流を停滞させることにより、抽出分離した無機分の舞い上がり現象の発生範囲を限定し、再析出及び沈降化を促進させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る有機物の超臨界・水熱反応処理方法及びその処理プラントの第１実施形態を示す結線図である。
【図２】 図１の分離器の詳細構造を示す正断面図である。
【図３】 図２の分離器による減圧状況を模式的に示す正断面図である。
【図４】 分離器の部分の第２実施形態を示す正断面図である。
【図５】 図４の分離器による減圧状況を模式的に示す正断面図である。
【符号の説明】
Ｘ 超臨界・水熱反応処理プラント
ａ 被処理液状有機物
１ 原液供給手段
２ 予熱器
３Ａ，３Ｂ 超臨界・水熱反応処理手段
４Ａ，４Ｂ，４Ｃ 分離器
４ａ 取入口
４ｂ 排出口
４ｃ 流出路
４ｄ 排液口
５ 排出手段
５ａ 被処理物入口
５ｂ 懸濁物排出口
５ｃ ガス排出口
６ 処理水処理手段
１１ 原液槽
１２ 供給ポンプ
３１Ａ 第１の反応槽
３１Ｂ 第２の反応槽
３２ 加熱炉
４１ 耐圧容器
４２ 外壁部
４３ 保温材
４４ 噴出スリーブ
４５ ガイド部
４５ａ，４５ｂ テーパ面
４６ 支持部材
４６ａ 連通孔
４６ｂ 中空穴
４７ ストッパ
ｂ 切替弁
ｃ 制御弁
ｄ 背圧弁

Claims (7)

1. 被処理物（ａ）を超臨界・水熱反応させる工程と、生成された反応処理物を噴出スリーブ（４４）から分離器（４Ｂ，４Ｃ）の内部に噴出させる工程と、噴出時の減圧により反応処理物中の無機分を析出させて無機分と液分とに分離する工程と、反応処理物の流れを一度下方に導いた後に上昇流とするとともに該上昇流を停滞させる工程とを有することを特徴とする有機物の超臨界・水熱反応処理方法。
2. 反応処理物の下降流を中心から外側に導いた後に、中心に形成される上昇流を停滞させることを特徴とする請求項１記載の有機物の超臨界・水熱反応処理方法。
3. 反応処理物を中心に沿った下降流とする工程と、その後に外側の上昇流に変換する工程と、この上昇流を中心に寄せて停滞させる工程とを有することを特徴とする請求項１または２記載の有機物の超臨界・水熱反応処理方法。
4. 被処理物（ａ）を超臨界・水熱反応させる超臨界・水熱反応処理手段（３Ａ，３Ｂ）と、該超臨界・水熱反応処理手段に接続され生成された反応処理物を無機分と液分とに分離する分離器（４Ｂ，４Ｃ）とを具備し、該分離器が、反応処理物を分離器の内部に噴出させて減圧により反応処理物中の無機分を析出させる噴出スリーブ（４４）と、該噴出スリーブよりも下方に間隔を空けて配され下降流を外側に拡散させるガイド部（４５）とを有していることを特徴とする有機物の超臨界・水熱反応処理プラント。
5. ガイド部（４５）の下面に、中心に寄った反応処理物の上昇流と交差して下降流に変換するための外側を下げたテーパ面（４５ｂ）が形成されている請求項４記載の有機物の超臨界・水熱反応処理プラント。
6. 被処理物（ａ）を超臨界・水熱反応させる超臨界・水熱反応処理手段（３Ａ，３Ｂ）と、該超臨界・水熱反応処理手段に接続され生成された反応処理物を無機分と液分とに分離する分離器（４Ｂ，４Ｃ）とを具備し、該分離器が、反応処理物を分離器の内部に噴出させて減圧により反応処理物中の無機分を析出させる噴出スリーブ（４４）と、分離器（４Ｂ，４Ｃ）の内壁に配され、外側に沿った上昇流を内側に寄せて停滞させる内向フランジ状のストッパ（４７）を有していることを特徴とする有機物の超臨界・水熱反応処理プラント。
7. ストッパ（４７）が、複数段上下間隔を空けて配されることを特徴とする請求項６記載の有機物の超臨界・水熱反応処理プラント。

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