JP3921801B2 - 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、反応処理後に無機分（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の減圧時に、無機分や塩化物が析出固化する現象を利用して、固体，流体，ガス分の分離性を高めること。
▲２▼超臨界・水熱反応処理に引き続き、その反応処理物の分離を連続的に実施可能にすること。
▲３▼無機分の分離回収を容易にすること。
▲４▼減圧度合いの調整範囲を大きくすること。
【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、分離器に接続状態の排出手段により、分離した液分中の無機分を除去しながら液分を連続的に排出する技術が採用される。
反応処理物の移送途中には、反応処理物を挿通させる噴出スリーブと、該噴出スリーブの先端に配され反応処理物を噴出させて無機分の析出により無機分と液分とを分離する横断面積の大きな噴出口とが配されるとともに、液分の濾過により、液分に含まれる無機分を分離する粒子充填層が配される。
分離器は、複数直列状態に配されて、１度分離処理した液分から無機分を除去する処理が繰り返される。
【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ないし図３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、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の先端に配され先端を広げた状態の噴出口４５と、耐圧容器４１の内部を区画するようにかつ噴出スリーブ４４の回りを囲んだ状態に配されて無機分を吸着除去させるための例えばセラミックス粒を充填してなる粒子充填層４６と、該粒子充填層４６における粒子の移動を抑制し流体の挿通を許容する仕切り網４７とを有するものが適用される。
【００１５】
耐圧容器４１には、被処理物を受け入れるための取入口４ａと、該取入口４ａを噴出スリーブ４４に接続するとともに径を狭めた状態の接続流路４ｂと、無機分を取り出すための排出口４ｃと、粒子充填層４６を経由した濾過水を次の超臨界・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４ｄ及び排液口４ｅとが配される。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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、分離器４Ａの内部では、圧力低下が小さくなるように、例えば接続流路４ｂ，噴出スリーブ４４，流出路４ｄの内径を大きくして、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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
超臨界・水熱反応処理手段３Ａ，３Ｂにおける超臨界・水熱反応によって生成された反応処理物は、分離器４Ｂ，４Ｃにおいて、接続流路４ｂ，噴出スリーブ４４を経由して、図３に示すように、噴出口４５から耐圧容器４１の内部に噴出させられる。この際に、口径が大きくなるために、流体が矢印で示すように広がって、その後、流れの方向が変化することも相まって、減圧されることになる。この減圧によって、超臨界状態が消失し、超臨界水中の無機分（シリカ分や塩分等）が析出して、耐圧容器４１の内底部に堆積すると考えられる。
また、超臨界生成物は、粒子充填層４６を経由することにより、無機分が粒子充填層４６に吸着されるため、濾過液のみが分離器４Ｂ，４Ｃから排出されることになる。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
【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・水熱反応処理時の反応処理物を、無機分と液分とに分離するとともに、液分を連続的に排出することにより、超臨界・水熱反応処理及び反応処理物の分離作業を、継続した状態で効率良く行なうことができる。
（２） 反応処理物をその移送途中で減圧して析出させることにより、液分中の無機分や塩化物の分離性を高めることができる。
（３） 反応処理物の移送途中に、液分の濾過処理を付加することにより、無機分を除去して無機分の堆積等による目詰まりの発生を抑制することができる。
（４） 反応処理物の中の無機分や塩化物等の析出を多段に繰り返すことにより、液分から特性の異なる物質の回収を可能にすることができる。
（５） 上記の減圧を多段に行なうことにより、減圧程度及び無機分の析出範囲の設定を大きくして、作業効率を高めることができる。
【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。
【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 接続流路
４ｃ 排出口
４ｄ 流出路
４ｅ 排液口
５ 排出手段
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 噴出口
４６ 粒子充填層
４７ 仕切り網
５ａ 被処理物入口
５ｂ 懸濁物排出口
５ｃ ガス排出口
ｂ 切替弁
ｃ 制御弁
ｄ 背圧弁

Claims (5)

1. 被処理物を超臨界・水熱反応処理手段を用いて超臨界・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を用いて、前記反応工程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工程と、
   前記分離器に接続された排出手段を用いて、前記分離器で分離された無機分を排出する排出工程とを有し、
   分離工程では、反応処理物を挿通させる噴出スリーブの内径よりも横断面積の大きな内径を有する噴出口から反応処理物を噴出させて、無機分の析出により反応処理物から無機分を分離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. 分離工程では、反応処理物の濾過により、無機分と液分とを分離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. 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、
   該分離器に接続され、当該分離器で分離された無機分を排出する排出手段と
   を具備し、
   分離器は、反応処理物を挿通させる噴出スリーブと、該噴出スリーブの先端に配され反応処理物を噴出させて無機分の析出により反応処理物から無機分を分離する噴出スリーブの内径よりも横断面積の大きな内径の噴出口とを有することを特徴とする有機物の超臨界・水熱反応処理プラント。
4. 分離器は、反応処理物の濾過により、無機分と液分とを分離する粒子充填層を有することを特徴とする請求項３記載の有機物の超臨界・水熱反応処理プラント。
5. 分離器が、複数直列状態に配されることを特徴とする請求項３または４記載の有機物の超臨界・水熱反応処理プラント。

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