JP3801806B2

JP3801806B2 - 超臨界水反応装置のポンプ・システム

Info

Publication number: JP3801806B2
Application number: JP08592999A
Authority: JP
Inventors: 徳幸安生; 明鈴木
Original assignee: Organo Corp
Current assignee: Organo Corp
Priority date: 1999-03-29
Filing date: 1999-03-29
Publication date: 2006-07-26
Anticipated expiration: 2019-03-29
Also published as: JP2000279793A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超臨界水反応装置のポンプ・システムに関し、詳細には、運転信頼性の高いポンプ・システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の超臨界水反応装置では、処理対象である有機物を含む被処理液、補助燃料、中和剤として使用されるアルカリ水溶液等の液体を反応器に送入する際には、それぞれ、各液体のポンピングのために一台のポンプを配置し、一台のポンプを運転して各液体をそれぞれ反応器に送入している。
また、各液体のポンピングに複数台のポンプを配置している場合も、液体をポンピングする際には、複数台のうちの一台のポンプを選択して運転し、他のポンプは単にスタンドバイとして待機させているだけである。
【０００３】
ところで、超臨界水反応装置とは、超臨界水の高い反応性を利用して、被処理液中の有機物を分解する装置であって、例えば、難分解性の有害な有機物を分解して無害な二酸化炭素と水に転化したり、難分解性の高分子化合物を分解して有用な低分子化合物に転化したりするために、現在、その実用化が盛んに研究されている。
また、超臨界水は、超臨界状態にある水、即ち、水の臨界点を越えた状態にある水であって、詳しくは、３７４．１℃以上の温度で、かつ２２．０４ＭＰａ以上の圧力下にある状態の水を言う。
超臨界水は、有機物を溶解する溶解能が高く、有機化合物に多い非極性物質をも完全に溶解することができる一方、逆に、金属、塩等の無機物に対する溶解能は著しく低い。また、超臨界水は、酸素や窒素などの気体と任意の割合で混合して単一相を構成することができる。
【０００４】
図４を参照して、被処理液、超臨界水補給用の水及び補助燃料のポンピングを例にして、超臨界水反応装置において被処理液、水及び補助燃料を反応器に送入するポンプ・システムを説明する。図４は、超臨界水反応装置の従来のポンプ・システムの構成を示すフローシートである。超臨界水反応装置に設けられた従来のポンプ・システム１０は、図４に示すように、被処理液タンク１２から反応器１４に被処理液を送入する一台の被処理液ポンプ１６と、補助燃料タンク１８から反応器１４に補助燃料を送入する一台の補助燃料ポンプ２０と、水タンク２２から反応器１４に水を送入する一台の水ポンプ２４とを備えている。
【０００５】
被処理液ポンプ１６は、回転数制御による流量可変型のポンプであって、被処理液ポンプ１６に接続された被処理液管２６に設けられた流量計２８と、流量計２８の測定流量が所定流量になるように流量計２８の測定流量に基づいて回転数を調節して被処理液ポンプ１６の流量を制御する流量制御装置３０とを備えている。
補助燃料ポンプ２０及び水ポンプ２４も、同様に、回転数制御による流量可変型のポンプであって、それぞれ、補助燃料管３２及び水供給管３４に流量計３６、３８を備え、同じく、流量制御装置４０、４２を備えている。
【０００６】
なお、また、被処理液、補助燃料、又は水の送入のために、被処理液ポンプ１６、補助燃料ポンプ２０、或いは水ポンプ２４を複数台配置することもあるが、この場合も複数台のポンプの内の一台のポンプを選択して運転し、他のポンプは単にスタンドバイとして待機させているだけである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述の従来のポンプ・システムでは、超臨界水反応装置の運転中に補助燃料ポンプ２０が何らかの故障により停止した場合、反応器１４内で発生する熱量、すなわち補助燃料の酸化による燃焼熱が減少するため、反応器１４の温度が低下する。この結果、処理対象の有機物を完全に分解処理することが出来なくなり、未分解物や二次生成物を生じる恐れがある。
また、超臨界水補給用の水ポンプ２４が停止すると、超臨界水が不足する事態になり、超臨界水反応を安定して進行させることが難しくなる。
更には、被処理液ポンプ１６が停止すると、直ちに、超臨界水反応装置を停止しなければならない。
【０００８】
このように、超臨界水反応装置に設けられた従来のポンプ・システムは、いずれかのポンプの運転に支障が生じたり、運転を停止したりすると、超臨界水反応装置の運転を停止せざるを得ない事態を招くような、運転信頼性の極めて低いポンプ・システムであった。一方、超臨界水反応装置は、６００℃〜６５０℃の高温、２２ＭＰａ以上の高圧下で有機物を処理する装置であって、度々運転を停止することは極めて好ましくない装置である。従って、被処理液、補助燃料、超臨界水の補給水等の反応に必要な流体を安定して反応器に送入することが、超臨界水反応装置の運転を安定して、かつ安全に継続する上で重要である。そこで、このような状況に照らして、本発明の目的は、ポンピングの運転信頼性の高い超臨界水反応装置のポンプ・システムを提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る超臨界水反応装置のポンプ・システム（以下、第１の発明と言う）は、超臨界水の存在下で被処理液を超臨界水反応により処理する超臨界水反応装置の反応器に、被処理液を送入する被処理液ポンプを備え、更に被処理液以外の流体を送入するポンプも選択的に備える、超臨界水反応装置のポンプ・システムにおいて、
被処理液（流体）及び被処理液以外の他の流体をそれぞれ反応器に送入するポンプのうち、少なくとも一種類の流体を反応器に送入するポンプには、少なくとも２台の流量可変型ポンプからなるポンプ群を備え、
ポンプ群から吐出された前記一種類の流体の流量が所定流量になるように、前記少なくとも２台の流量可変型ポンプのそれぞれの吐出流量を同時に制御する流量制御装置を備えることを特徴としている。
【００１０】
本発明に係る別の超臨界水反応装置のポンプ・システム（以下、第２の発明と言う）は、超臨界水の存在下で被処理液を超臨界水反応により処理する超臨界水反応装置の反応器に、被処理液を送入する被処理液ポンプを備え、更に被処理液以外の流体を送入するポンプも選択的に備える、超臨界水反応装置のポンプ・システムにおいて、
被処理液（流体）及び被処理液以外の他の流体をそれぞれ反応器に送入するポンプのうち、少なくとも一種類の流体を反応器に送入するポンプには、前記一種類の流体を反応器に送入する所定流量のうちの一部流量を反応器に送入する、少なくとも一台の定流量型ポンプと、所定流量のうちの残部流量を反応器に送入する、少なくとも一台の流量可変型ポンプとからなるポンプ群を備え、
ポンプ群から吐出された前記一種類の流体の流量が所定流量になるように、流量可変型ポンプの吐出流量を制御する流量制御装置を備えることを特徴としている。
【００１１】
第１の発明では、流量制御を一台のポンプで行うのではなく、２台以上の複数のポンプで行う。各ポンプの流量比は、１：１が好ましいが、特に制約することはない。また、複数台ポンプによるポンピング中の各ポンプの出力は、最大流量の４０〜５０％にしておくのが好ましい。この理由は、最大流量に対して４０〜５０％の流量で運転していれば、突発的故障によって一台のポンプが運転停止となっても、直ちに別のポンプの吐出流量を調整して、安定して所定流量の流量を反応器に送入することができるからなのである。
なお、第２の発明では、少なくとも一台のポンプを定流量型ポンプにしている。これにより、ポンピングの安定性を多少犠牲にするものの、流量制御装置の構成を簡易にすることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に、実施形態例を挙げ、添付図面を参照して、本発明の実施の形態を具体的かつ詳細に説明する。
実施形態例１
本実施形態例は、第１の発明に係る超臨界水反応装置のポンプ・システムの実施形態の一例であって、図１は本実施形態例の超臨界水反応装置のポンプ・システムの一部、即ち被処理液ポンプ周りのフローシートである。図１及び後述の図２に示す機器のうち図４に示すものと同じものには同じ符号を付して、その説明を省略する。
本実施形態例のポンプ・システム５０は、超臨界水反応装置のポンプ・システムの一部であって、被処理液を反応器１４（図４参照）に送入する被処理液ポンプ５２として回転数制御による同じ構成及び性能の２台の流量可変型ポンプＡ、Ｂを備えている。
【００１３】
被処理液ポンプ５２Ａ、Ｂは、それぞれ、吐出配管５４Ａ、Ｂに設けられた流量計５６Ａ、Ｂと、流量計５６Ａ、Ｂでそれぞれ測定した流量を加算する加算器５８と、加算器５８で求めた加算値が所定流量になるように、加算器５８の加算値に基づいて、被処理液ポンプ５２Ａ、Ｂの回転数を制御する流量制御装置６０とを備えている。
流量計５６には、例えばフロート式流量計、電磁流量計等が使用される。
【００１４】
本ポンプ・システム５０では、被処理液ポンプ５２Ａ、Ｂからそれぞれ吐出された被処理液を混合した後の被処理液流量Ｆ（ｔ）は、被処理液ポンプ５２Ａからの流量Ｆ₁（ｔ）と、被処理液ポンプ５２Ｂの流量Ｆ₂（ｔ）との和であって、加算器５８で演算され、
Ｆ（ｔ）＝Ｆ₁（ｔ）＋Ｆ₂（ｔ）
という関係式が成立する。
よって、被処理液ポンプ５２Ａ、Ｂからの流量の和が、所定流量になるように、被処理液ポンプ５２Ａ、Ｂの出力を回転数制御することによって、流量を所定流量に保持することができる。
【００１５】
本実施形態例では、被処理液ポンプ５２Ａ、Ｂとして全く同じ構成、性能の流量可変型ポンプを使用しているので、被処理液ポンプ５２Ａ、Ｂの吐出流量Ｆ₁（ｔ）、及びＦ₂（ｔ）が、同じになるように制御する。
なお、被処理液ポンプ５２Ａ、Ｂとして性能が異なる流量可変型ポンプを使用することもできる。その際には、各ポンプの回転数を相互に異なる回転数にして流量制御するよりは、むしろ、各ポンプの回転数を同じ回転数で増減して、流量制御する。
【００１６】
超臨界水反応装置の運転中、被処理液ポンプ５２Ａ、Ｂの一方が故障すれば、流量Ｆ（ｔ）が急激に減少する。その場合、他方のポンプの流量が増加するように制御して、所定流量を保持する。
本ポンプ・システム５０では、被処理液ポンプ５２Ａ、Ｂの一方の故障による急な流量減少が生じても、わずかなタイムラグで流量を所定流量にまで戻すことができる。
従って、本ポンプ・システム５０では、ポンプ故障に起因した流量の急低下によるトラブルを最大限に防止することでき、長期間にわたる超臨界水反応装置の安定運転が可能となる。
本実施形態例では、被処理液ポンプを例にして説明したが、補助燃料ポンプ、水ポンプについても、被処理液ポンプと同様に構成することができる。
【００１７】
実施形態例２
本実施形態例は、第２の発明に係る超臨界水反応装置のポンプ・システムの実施形態の一例であって、図２は本実施形態例の超臨界水反応装置のポンプ・システムの一部、即ち被処理液ポンプ周りのフローシートである。
本ポンプ・システム７０は、超臨界水反応装置のポンプ・システムの一部であって、被処理液を反応器に送入する被処理液ポンプ７２として、１台の回転数制御による流量可変型ポンプ７２Ａと、一台の定流量型ポンプ７２Ｂとを備えている。
本ポンプ・システム７０は、被処理液ポンプ７２Ａ、Ｂの吐出配管７４Ａ、Ｂが合流した被処理液管７６に設けられた流量計７８と、流量計７８で測定した流量が所定流量になるように、被処理液ポンプ７２Ａの回転数を制御する流量制御装置８０を備えている。
流量計７８には、例えばフロート式流量計、電磁流量計等が使用される。
【００１８】
本ポンプ・システム７０では、反応器１４に送入する所定流量のうちの定流量型ポンプ７２Ｂで送入する流量Ｆ₂を例えば所定流量の５０％に決定する。
ある時間ｔに流量計７８で測定される流量をＦ（ｔ）とし、流量可変型ポンプ７２Ａの吐出流量をＦ₁（ｔ）とすると、
Ｆ（ｔ）＝Ｆ₁（ｔ）＋Ｆ₂
という関係式が成立する。流量計７８で測定した流量Ｆ（ｔ）が所定流量になるように、流量制御装置８０によって流量可変型ポンプ７２Ａの回転数を制御する。
【００１９】
本ポンプ・システム７０では、超臨界水反応装置の運転中、流量可変型ポンプ７２Ａが故障すれば、流量Ｆ（ｔ）が急激に減少する。その場合、定流量ポンプの流量を手動で増加させ、所定の流量にする。逆に、定流量型ポンプ７２Ｂが故障した場合、一時的に流量Ｆ（ｔ）が減少するが、その値が自動的に制御用ポンプの出力に反映されて制御を行うので、直ちに流量を所定流量に戻すことが可能となる。
【００２０】
ところで、超臨界水反応装置の被処理液ポンプ、補助燃料ポンプ等のポンプの吐出圧力は、２２ＭＰａ以上であって極めて高圧であるから、実施形態例１及び実施形態例２に示すようなポンプ・システムでは、被処理液ポンプとして、プランジャ・ポンプ、或いはピストン・ポンプを設けることが多い。
しかし、プランジャ・ポンプ、或いはピストン・ポンプにより被処理液を送入する際には、容積型ポンプのポンピング原理から、被処理液の流量が脈動することが多い。
そこで、被処理液ポンプの吐出側にアキュムレータを設置して、脈動防止を図る試みが従来から行われていたものの、超臨界水反応装置のように、被処理液ポンプの吐出圧力と反応器の圧力との間に差圧がほとんど無い場合には、アキュムレータは、脈動防止効果を殆ど奏しない。
【００２１】
そこで、実施形態例１のポンプ・システムを例に挙げると、図３に示すように、被処理液ポンプ５２Ａ、Ｂの吐出側に手動絞り弁６２Ａ、Ｂを設け、被処理液ポンプ５２Ａ、Ｂの吐出圧力と反応器１４の圧力との間に差圧を生じさせることにより、被処理液ポンプ５２Ａ、Ｂの吐出側に設けたアキュムレータ６４Ａ、Ｂによる脈動防止効果を向上させることができる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、超臨界水反応装置のポンプ・システムのポンプとして、少なくとも２台の流量可変型ポンプを設けて流量制御することにより、運転信頼性の高い超臨界水反応装置のポンプ・システムを実現している。
また、少なくとも２台の流量可変型ポンプのうちの１台を定流量型ポンプにすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態例１の超臨界水反応装置のポンプ・システムの一部、被処理液ポンプ周りのフローシートである。
【図２】実施形態例２の超臨界水反応装置のポンプ・システムの一部、被処理液ポンプ周りのフローシートである。
【図３】脈動防止装置付きポンプ・システムのフローシートである。
【図４】従来の超臨界水反応装置のポンプ・システムの構成を示すフローシートである。
【符号の説明】
１０超臨界水反応装置に設けられた従来のポンプ・システム
１２被処理液タンク
１４反応器
１６被処理液ポンプ
１８補助燃料タンク
２０補助燃料ポンプ
２２水タンク
２４水ポンプ
２６被処理液管
２８流量計
３０流量制御装置
３２補助燃料管
３４水供給管
３６、３８流量計
４０、４２流量制御装置
５０実施形態例１のポンプ・システム
５２Ａ、Ｂ同じ２台の流量可変型ポンプを用いた被処理液ポンプ。
５４吐出配管
５６流量計
５８加算器
６０流量制御装置
６２手動絞り弁
６４アキュムレータ
７０実施形態例２のポンプ・システム
７２Ａ流量可変型ポンプ（被処理液ポンプ）
７２Ｂ定流量型ポンプ（被処理液ポンプ）
７４吐出配管
７６被処理液管
７８流量計
８０流量制御装置

Claims

超臨界水の存在下で被処理液を超臨界水反応により処理する超臨界水反応装置の反応器に、被処理液を送入する被処理液ポンプを備え、更に被処理液以外の流体を送入するポンプも選択的に備える、超臨界水反応装置のポンプ・システムにおいて、
被処理液（流体）及び被処理液以外の他の流体をそれぞれ反応器に送入するポンプのうち、少なくとも一種類の流体を反応器に送入するポンプには、少なくとも２台の流量可変型ポンプからなるポンプ群を備え、
ポンプ群から吐出された前記一種類の流体の流量が所定流量になるように、前記少なくとも２台の流量可変型ポンプのそれぞれの吐出流量を同時に制御する流量制御装置を備えることを特徴とする超臨界水反応装置のポンプ・システム。
超臨界水の存在下で被処理液を超臨界水反応により処理する超臨界水反応装置の反応器に、被処理液を送入する被処理液ポンプを備え、更に被処理液以外の流体を送入するポンプも選択的に備える、超臨界水反応装置のポンプ・システムにおいて、
被処理液（流体）及び被処理液以外の他の流体をそれぞれ反応器に送入するポンプのうち、少なくとも一種類の流体を反応器に送入するポンプには、前記一種類の流体を反応器に送入する所定流量のうちの一部流量を反応器に送入する、少なくとも一台の定流量型ポンプと、所定流量のうちの残部流量を反応器に送入する、少なくとも一台の流量可変型ポンプとからなるポンプ群を備え、
ポンプ群から吐出された前記一種類の流体の流量が所定流量になるように、流量可変型ポンプの吐出流量を制御する流量制御装置を備えることを特徴とする超臨界水反応装置のポンプ・システム。