JP3887942B2 - 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、超臨界・水熱反応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、分解反応処理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・水熱反応を発生させるためには、例えば圧力：２０ＭＰａ及び温度：３５０℃の高圧力，高温雰囲気とすることが必要になる。
一方、反応処理された反応処理物を取り出すためには、例えば大気圧あるいはその近くまで減圧するとともに、この減圧処理が前述の超臨界・水熱反応に影響を及ぼさないようにすることが必要になる。
【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・水熱反応処理を実施しながら、反応処理物を大気圧及び低温雰囲気に導き、反応処理物の取り出し性を高めること。
▲２▼原料や反応処理物中に無機分が存在する場合において、超臨界・水熱反応処理への影響を低減すること。
▲３▼簡単な構造，装置の組み合わせで減圧処理を円滑に行なうこと。
▲４▼減圧効果の調整を容易にすること。
【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、分離器に送って無機分と液分とに分離するとともに、該分離器に排出手段を接続して、反応処理物の少なくとも一部を連続的に取り出しながら減圧して無機分からガス分を除去する技術が採用される。
排出手段には、反応処理物を冷却状態とする冷却器が配され、反応処理物を冷却状態としてから減圧が行なわれる。
そして、排出手段には、減圧槽が配されて、反応処理物の挿通時に抵抗を与えることにより、反応処理物の減圧を行なう技術が適用される。
減圧槽は、反応処理物の挿通方向に沿って配される減圧棒と、該減圧棒の回りに配される減圧室とを有しているものとされる。
排出手段の下流には、減圧状態の被処理物を無機分とガス分とに分離する気液分離槽と、被処理物の挿通量を設定する流量調整弁とが配されるとともに、流量調整弁を経由した被処理物が気液分離槽に送り込まれる。
また、気液分離槽には、気液分離された無機分及びガス分を回収する懸濁物処理手段及び処理水処理手段が接続状態に配される。
【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、図面を参照して説明する。
図１及び図２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（無機分）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に接続され無機分（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、該排出手段５に接続され固形分を引き取って処理するための懸濁物処理手段６と、最下流位置の分離器４Ｃに接続され液分を引き取って処理するための処理水処理手段７とを具備しており、排出手段５にはガス処理手段８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】
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、無機分（固形分）を連続的に大気圧程度まで減圧させた状態にして排出する機能を有している。
【００１５】
排出手段５の詳細について、図２を参照して説明する。
排出手段５は、分離器４Ａ〜４Ｃの下流に接続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（無機懸濁物）を受け入れて冷却する冷却器５１と、該冷却器５１の下流に接続され流動体に対して流路抵抗を与えながら減圧を行なうための複数段の減圧槽５２Ａ〜５２Ｃと、最下流の減圧槽５２Ｃに接続され流量調整を行なうための流量調整弁５３と、該流量調整弁５３の下流に接続され気液分離によりガス分を分離除去して無機分を懸濁物処理手段６に送り出すための気液分離槽５４とを有している。
【００１６】
前記減圧槽５２Ａ〜５２Ｃの詳細について補足説明すると、各減圧槽５２Ａ〜５２Ｃは、図２に示すように円筒状とされるとともに、その内部に減圧棒５２ａが挿入されて、減圧棒５２ａの回りに狭隘状態の減圧室５２ｂを形成しており、流体が減圧室５２ｂを高速で通過する際の抵抗により、流体の圧力を減少させるようにしている。
【００１７】
なお、冷却器５１は、流体の温度を低下させるための熱交換機能を有しているもの、流量調整弁５３は、流量を絞って減圧槽５２Ａ〜５２Ｃの減圧度を調整する機能を有するものであり、気液分離槽５４は、比重差を利用して気液分離を行なうための機能を有するものが適用される。
【００１８】
前記処理水処理手段７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。
【００１９】
前記ガス処理手段８は、排出手段５の気液分離槽５４における上部等の気相部分に接続され、気相分のガス分を吸引して回収する機能や、回収したガスを貯留あるいは必要な処理する機能を有するものが適用される。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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、分離器４Ａに予熱された被処理液状有機物ａを送り込んで、無機分を沈降させるとともに、液状部分のみを超臨界・水熱反応処理手段３Ａに送り込む工程が採用される。
無機分の分離が少ない場合や全くない場合には、分離器４Ａに送り込むことなく、予熱された被処理液状有機物ａを直接的に超臨界・水熱反応処理手段３Ａに送り込む工程が採用される。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
超臨界・水熱反応によって生成された反応処理物は、分離器４Ｂ，４Ｃに送り込まれることにより、減圧された状態となり、超臨界水中の無機分（シリカ分や塩分等）が析出して、分離器４Ｂ，４Ｃの底部に堆積する。
この際に分離した上澄水は、次段の分離器４Ｃまたは処理水処理手段７に送り込まれて処理される。
【００２６】
分離器４Ａ，４Ｂ，４Ｃで分離析出または堆積した無機分は、分離器４Ａ，４Ｂ，４Ｃの上流の切替弁ｂを閉塞して、高圧環境と切り離した状態で、排出手段５との間の制御弁ｃを開放することにより、残された水とともに、排出手段５に移送される。
【００２７】
分離器４Ａ，４Ｂ，４Ｃから、高温高圧状態の水混じりの無機分が、冷却器５１に送り込まれると、冷却された後に、高圧状態のまま最上流の減圧槽５２Ａに送り込まれて、以下順次減圧される。
【００２８】
１段目の減圧槽５２Ａにあって、減圧室５２ｂの下流が低圧状態になっていると、流体が急速な圧力解放によって気化されるとともに、速度が速められて減圧室５２ｂを通過し、次段（下流）の減圧槽５２Ｂに送り出される。
２段目の減圧槽５２Ｂ及び３段目の減圧槽５２Ｃにあっても、減圧に基づく気化が促進されて、水蒸気を含むガス分と無機分との混合流体が次第に減圧され、流量調整弁５３を経由して気液分離槽５４に送り出される。
【００２９】
流量調整弁５３にあっては、その下流雰囲気が例えば大気圧等の低圧環境となっている際に、減圧槽５２Ｃから気液分離槽５４に送り出す流量を調整して、所望の減圧を行なうようにしている。
【００３０】
気液分離槽５４に送り込まれたガス混合流体は、分離したガス分（ＣＯ₂ ，水蒸気等）がガス処理手段８に引き取られて、必要に応じた処理がなされるとともに、無機分及び一部の水が、懸濁物処理手段６に引き取られることにより回収される。
これらの場合にあって、懸濁物処理手段６及びガス処理手段８は、無機分やガス分を連続的に受け入れる機能を有するものとされる。
【００３１】
【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） 被処理物を、超臨界雰囲気で水熱反応させ、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に排出手段を接続して、反応処理物の少なくとも一部を連続的に取り出すことにより、超臨界・水熱反応処理時の反応処理物の取り出し性を高めることができる。
（２） 反応処理物を減圧して無機分からガス分を除去することにより、有機物中の無機分の分離を促進させることができる。
（３） 反応処理物を冷却状態としてから減圧することにより、大気圧等までの減圧を容易に行なうことができる。
（４） 排出手段に減圧槽を配するとともに、該減圧槽を減圧棒とその回りの減圧室との組み合わせで構成することにより、減圧のための装置や機器を簡略化することができ、加えて、減圧処理を円滑なものとすることができる。
（５） 排出手段の下流に流量調整弁を配して、減圧槽における被処理物の挿通量を調整することにより、超臨界・水熱反応処理への影響を低減しながら、反応処理物の取り出しを、連続して安定化状態で行なうことができる。
（６） 減圧棒及び減圧室を介在させることにより、減圧効果の設定及び調整を容易にし、かつ、超臨界・水熱反応処理を高い精度で実施することができる。
【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の排出手段を示すブロック図を併記した正断面図である。
【符号の説明】
Ｘ 超臨界・水熱反応処理プラント
ａ 被処理物（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
５ 排出手段
６ 懸濁物処理手段
７ 処理水処理手段
８ ガス処理手段
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
５１ 冷却器
５２Ａ〜５２Ｃ 減圧槽
５２ａ 減圧棒
５２ｂ 減圧室
５３ 流量調整弁
５４ 気液分離槽
ｂ 切替弁
ｃ 制御弁
ｄ 背圧弁

Claims (9)

1. 被処理物を超臨界・水熱反応処理手段で超臨界・水熱反応させる反応工程と、
   前記超臨界・水熱反応処理手段に接続された分離器によって前記超臨界・水熱反応処理手段によって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工程と、
   前記分離器に接続された排出手段によって前記無機分を前記分離器から連続的に取り出しながら減圧して当該無機分からガス分を除去して排出する排出工程と
   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. 排出工程では、ガス分が除去された無機分を冷却してから減圧して排出す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. 排出工程では、冷却された無機分を減圧槽に導いて、挿通時に抵抗を与えることにより減圧を行なうことを特徴とする請求項２記載の有機物の超臨界・水熱反応処理方法。
4. 被処理物を超臨界・水熱反応させる超臨界・水熱反応処理手段と、
   該超臨界・水熱反応処理手段に接続され、当該超臨界・水熱反応処理手段で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と、
   前記分離器に接続され、当該分離器から無機分を連続的に取り出しながら減圧して当該無機分からガス分を除去する排出手段と
   を具備す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. 排出手段は、無機分を冷却する冷却器を有することを特徴とする請求項４記載の有機物の超臨界・水熱反応処理プラント。
6. 排出手段は、無機分の挿通時に抵抗を与えることにより減圧を行なう減圧槽を有することを特徴とする請求項４または５記載の有機物の超臨界・水熱反応処理プラント。
7. 減圧槽は、無機分の挿通方向に沿って配される減圧棒と、該減圧棒の回りに配される減圧室とを有してい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。
8. 排出手段は、減圧された無機分からガス分を分離する気液分離槽を有することを特徴とする請求項６または７記載の有機物の超臨界・水熱反応処理プラント。
9. 排出手段は、無機分の挿通量を設定する流量調整弁を有することを特徴とする請求項６、７または８記載の有機物の超臨界・水熱反応処理プラント。

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