JP4300278B2 - 水熱反応装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、廃棄物分解、エネルギー生成または化学物質製造を目的とする水熱反応を、反応容器内の水の超臨界状態または亜臨界状態で行わせる水熱反応装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
被処理物を処理して酸化分解や加水分解を行うことにより、廃棄物を分解したり、エネルギーを生成したり、または化学物質を製造することを目的とする水熱反応処理は、長年に亘って研究され、利用されてきている。
特に、近年、３７４℃以上、２２．１ＭＰａ（２２０気圧）以上の超臨界状態で、または、例えば３７４℃以上、２．５ＭＰａ（２５気圧）以上２２．１ＭＰａ未満、あるいは３７４℃未満、２２．１ＭＰａ以上、あるいは３７４℃未満、２２．１ＭＰａ未満であっても臨界点に近い高温高圧状態である亜臨界状態で、被処理物と、酸化剤を含んだ水とを反応させることにより、燃焼を含む水熱酸化反応を生じさせ、被処理物中の有機物を短時間でほぼ完全に分解する水熱反応処理が注目されている。
【０００３】
このように被処理物を水熱反応処理する場合、被処理物、水、場合によっては酸化剤等を加圧して反応容器内へ供給し、反応させる。そして、水熱反応処理の結果、水や気体からなる高温高圧流体、乾燥またはスラリー状の灰分や塩類等の固体からなる反応生成物が得られる。
ほとんどの無機塩は、水熱反応が行われる超臨界状態又は亜臨界状態では溶解度が減少するため、析出して反応容器に付着してしまう。
【０００４】
このように反応容器に塩が付着すると、反応領域を狭めるため、反応に悪影響を及ぼしたり、被処理物の供給管を閉塞することもあり、システムに重大な障害を与える可能性がある。このため、反応容器の内側に付着した塩類を機械的にスクレーパーで掻き落としたり、高圧空気を噴射することにより塩類を除去したり、内筒の外側から内側へ向けて塩類が溶解する程度に水を噴射することで塩水として除去することが行われている。なお、反応容器の下部に塩類が堆積した場合、反応容器内の下部にクエンチ水を導入する等の方法によりクエンチ水で塩類を溶解させて反応容器から排出させる。
【０００５】
また、特開平11-156186号公報には、縦長の反応容器内で逆流を伴う混合区画中で噴射混合して反応を行うための反応容器であって、固形物を除去するためのスクレーパー、底部に水等を供給する機構を有する反応容器が開示されている。該公報に開示された反応容器によれば、塩類が反応容器内で析出して反応容器内壁に付着した場合にはスクレーパーを用いて、付着した塩類を掻き落とし、反応容器の有効容積を確保するとともに、反応容器の閉塞を防止する。
反応容器の下部に落下した塩類は、クエンチ水供給口から供給される水によって溶解したり、水等の流体の流れによって押し出す等の方法で反応容器の外に排出される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記公報に開示された反応容器においては、反応容器内で逆流を伴うため、水熱反応中に析出した塩類が反応容器の上蓋又は反応容器筒の天井付近に到達し、その一部は付着してしまう。上述したように、反応容器内に付着した塩類はスクレーパーなどで除去できるが、スクレーパーなどで除去することのできる塩類は反応容器の内周面に付着したもののみであり、上蓋の内側（内側表面）に付着した塩類を除去することはできなかった。上蓋の内側表面に塩類が付着すると、反応容器上部の有効容積が減少するため、反応率の低下が生じる。その理由は、反応時間（反応物の対流時間）が短くなる、混合区画中における混合効果が低下する、被処理物注入ノズルからの被処理物の噴出流路がせまくなったり変化する等であると考えられる。
【０００７】
また、反応容器上蓋の内側表面に付着した塩類が堆積し、大きくなると、その重さによって反応容器底部に落下し、反応容器底部が塩類の塊によって閉塞するという不具合が生じる。また、閉塞しないまでも、クエンチ水による溶解が追いつかず、塊のままで反応容器から押し出されることによって、反応容器出口、反応容器の下流の配管、弁、フィルターなどの閉塞の原因となる。
従って、塩類が反応容器の上蓋の内側に付着することを防止し、又は反応容器の上蓋の内側に付着した塩類を除去する必要がある。
【０００８】
本発明は、上記したような不都合を解消するためになされたもので、塩類が反応容器上蓋の内側に付着するのを防止し、又は反応容器上蓋の内側に付着した塩類を除去することのできる水熱反応装置を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明者らは鋭意検討した結果、ある種の塩類が水熱反応条件のように高温高圧下で水と共に存在するとき、濃厚な水溶液状と推定される液体状態を経た後、固体として析出し、又は直接に固体として析出することを見出した。更に、塩類が固体として析出する温度領域では、塩の表面が濡れている、又はある程度の粘着性を有している状態にあり、塩類同士の衝突、又は塩類と反応容器壁などとの衝突により、塩類の表面の濡れ、又は表面の粘着性のために塩類同士が付着したり、又は塩類が反応容器壁に付着し大きな塩の塊に成長すると推定した。その後、塩類が析出する温度よりも十分に高い温度にすると、水の高い分圧があるものの、超臨界水のガス的性質が増大するため、塩類表面と水との相互作用が減少し、固体塩表面の濡れ、粘着性を失い、実質的になくなり、この温度下では上述のような濡れ、粘着性をベースとした塩類同士又は塩類と反応容器壁との付着が起こらなくなるという知見を得た。
【００１０】
本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、反応容器と、上記反応容器の上蓋の内側に設けられた反応表面温度制御手段と、を備えることを特徴とする水熱反応装置を提供するものである。
【００１１】
上記水熱反応装置によれば、反応容器筒と反応容器の上蓋との接合部のシール付近を冷却する水熱反応装置や、反応容器内で逆流を伴う混合区画中で噴射混合して反応を行うための反応容器を有する水熱反応装置等において水熱酸化反応処理を行った際に、上蓋の内側に塩類が付着することを防止し、又は反応容器上蓋の内側に付着した塩類を除去することができる。これは、上述したように、塩類の表面の粘着性を失い、塩類同士が接触しても大きな塊にならず、塩類と上蓋とが接触しても塩類が上蓋に付着しなくなることによると考えられる。
【００１２】
なお、本発明において対象となる塩類は、水熱反応条件で高温下に置かれた場合に、濃厚な水溶液状態を経た後、固体として析出し、又は直接に固体として析出するものであり、水熱反応条件において液状化する塩類は対象外である。
本発明において対象となる塩類としては、例えば、炭酸ナトリウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、炭酸水素ナトリウム、硫酸ナトリウム、硫酸カルシウム、硫酸マグネシウム、硫酸水素ナトリウム、塩化ナトリウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、リン酸ナトリウム、リン酸カルシウム、リン酸マグネシウム、リン酸水素ナトリウム、リン酸水素カルシウム、リン酸マグネシウム等が挙げられる。すなわち、本発明の水熱反応装置は、上記塩を含む被処理物、又は水熱反応中に上記塩を生成する被処理物を水熱反応処理するために用いられる。
【００１３】
本発明における反応表面温度制御手段は、上蓋の内側に接触する板状部材、又は上蓋から所定の距離離れた位置に設けられた、反応流体と接する板状部材であってもよく、上蓋の内側から所定の距離離れた位置に設けられた、反応流体と接する板状部材と、該板状部材と上蓋との間に配置された断熱材とからなるものであってもよい。また、上蓋と、前記上蓋の内側から所定の距離離れた位置に設けられた、反応流体と接する板状部材との間に保温又は加熱用流体を流通させるものであってもよい。
また、上蓋と、該上蓋に接して配置された板状部材とによって反応表面温度制御手段を形成してもよく、上蓋と、該上蓋の内側から所定の距離離れた位置に設けられた板状部材によって反応表面温度制御手段を形成してもよく、上蓋と、該上蓋の内側から所定の距離離れた位置に設けられた反応流体と接触する板状部材と、該板状部材と上蓋との間に配置された断熱剤とによって反応表面温度制御手段を形成してもよい。また、上蓋と、該上蓋から所定の距離離れた位置に設けられた、板状部材との間に保温又は加熱流体を流通させる構造により反応表面温度制御手段を形成してもよい。上記の場合、反応表面温度制御手段は上蓋と一体として形成されている。
また、上記水熱反応装置は、塩類を供給する手段が設けられていてもよく、前記塩類は水熱条件下で高温下におかれた場合、固体として析出するものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の水熱反応装置について、空気を酸化剤として用いる水熱酸化反応装置を例にして図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の水熱反応装置の概略構成を例示するブロック図である。
図１に示す水熱反応装置１０は、反応容器１３と、この反応容器１３に被処理物、反応助剤、水、空気等の酸化剤を供給する供給系統１４と、反応容器１３から排出される反応生成物を冷却し、気液分離する冷却気液分離系統１５とから主に構成されている。
【００１５】
反応容器１３の入り口には、被処理物である廃液（廃棄物）、反応助剤、水及び空気等の供給管１７が接続している。被処理物である廃液は高圧ポンプ１９ａによって例えば２．５ＭＰａ（２５気圧）以上の圧力に加圧され、廃液供給管１７ａ、供給管１７を通って反応容器１３へ供給される。反応助剤は高圧ポンプ１９ｂによって例えば２．５ＭＰａ（２５気圧）以上の圧力に加圧され、反応助剤供給管１７ｂ、供給管１７を通って反応容器１３へ供給される。水は高圧ポンプ１９ｃによって例えば２．５ＭＰａ（２５気圧）以上の圧力に加圧され、水供給管１７ｃ、供給管１７を通って反応容器１３へ供給される。高圧ポンプ１９ａ、１９ｂ、１９ｃは、往復動ポンプ等の高圧昇圧可能でかつ容量制御性のあるポンプであって、被処理物である廃液、反応助剤、水の反応容器１３への供給量を調節できるようになっている。
【００１６】
供給管１７には、エアコンプレッサ２１を備えた空気供給管１７ｄが接続している。酸化剤である空気はエアコンプレッサ２１に取り込まれて圧縮され、空気供給管１７ｄから供給管１７を通って反応容器１３に供給される。
【００１７】
反応容器１３の出口には、冷却器２３を備えた排出管２５が接続されている。排出管２５の先は気液分離器２７に接続されている。反応容器１３の出口から排出された反応生成物等は、排出管２５を通り冷却器２３でほぼ常温に冷却された後、気液分離器２７で排ガス（Ｎ₂、ＣＯ₂等）と排液とに分離される。
【００１８】
気液分離器２７の上端は、減圧弁３５を備えた排ガス管３３が接続されており、気液分離器２７から供給される排ガスは、減圧弁３５で大気圧近くの圧力にまで減圧されて排気される。気液分離器２７の底には、減圧弁３１を備えた排液管２９が接続されている。気液分離された廃液は、減圧弁３１で大気圧近くの圧力にまで減圧されて処理液タンク（図示せず）に送られる。
【００１９】
反応容器１３について、以下図面を参照しつつ詳細に説明する。
図２は、本発明の水熱反応装置１０の備える反応容器の第一の実施の形態の概略構成を示す断面図である。
図２に示すように、反応容器１３は、内部に円柱状をした反応用の空間部が形成されており、下端部分が漏斗状に中心へ向けて狭まっている円筒部５１と、可動軸５３と、この可動軸５３を回転可能に保持する軸保持機構（図示せず）と、可動軸５３を回転させる駆動機構（図示せず）と、可動軸５３に取り付けられた掻き取り手段としてのスクレーパー５５と、被処理物、反応助剤、水、空気等を反応容器１３内に供給するためのノズル５８とから構成されている。また、可動軸５３の上部にはクエンチ水供給孔６０が設けられており、円筒部５１の下部には、処理流体の排出孔６２が設けられている。
【００２０】
スクレーパー５５は、反応容器１３の内側に付着した塩類等を掻き取るために、反応容器１３の内面に下側から上側へ沿う形状に形成されている。このスクレーパー５５としては、可動軸５３の周囲に所定間隔、例えば６０度間隔で６本取り付けられている棒状のものであったり、円筒状で円筒面の複数個所に開口を設けて刃を形成したもの等を用いることができる。
【００２１】
そして、図２に示す反応容器１３においては、円筒部５１の上部に、反応容器上蓋６４の内側の下部に、反応表面温度制御手段であり、反応容器１３内の反応流体と接する板状部材である、プレート６５が配置されている。プレート６５の位置は、上蓋や反応流体の温度、塩の種類等によって移動することができるようになっていてもよい。
プレート６５は平板部と円錐部とからなっており、その平板部の中央部にノズル５８より大きな開口が設けられており、その平板部の開口はノズル５８の先端と円錐部を介して接している。これは円錐部を含むプレート６５の反応器側表面に塩が付着した場合にも、ノズル５８からの反応流体の吹き出しを阻害させにくくする効果がある。
なお、図２に示す反応容器１３においては、ノズル５８とプレート６５とは接触しているが、プレート６５の円錐部構造や反応容器上蓋６４に付着した塩がノズル５８からの吹き出しを阻害しないならば、ノズル５８とプレート６５とは接触していなくてもよい。
【００２２】
上述したように、反応容器筒と反応容器の上蓋との接合部のシールを冷却したり、逆流を伴う混合区画中で噴射混合して反応を行う反応容器等において、上蓋表面に塩類が付着し、反応容器上部の有効容積が減少するため、反応率の低下が生じる。また、塩類が多量に付着すると堆積し、大きくなると、その重さによって反応容器底部に落下することになるが、塩類の付着量は反応容器の上蓋の表面に、５０ｍｍ程度の厚みになることもある。
【００２３】
プレート６５の位置は上蓋や反応流体の温度、塩の種類等によって異なるが一般に、反応容器上蓋６４の内側から１０ｍｍよりも近いと、塩類の付着防止効果があまり向上しない場合があり、一方、１００ｍｍよりも離れた位置に配置すると、塩類付着防止効果はあるが、必要以上に反応容器上部の有効容積が減少してしまい好ましくない。プレート６５の位置は、反応容器上蓋６４の内側から１０ｍｍ〜１００ｍｍ程度の位置に設けることが好ましい。
【００２４】
図２に示す反応容器１３においては、プレート６５は円筒部５１と接触しているが、本発明の水熱反応装置に用いられる反応容器１３においては、プレート６５と円筒部５１とは離れていてもよい。プレート６５と円筒部５１とを離して配置する場合には、反応容器上蓋６４の表面６７への塩の付着防止効果を妨げない程度に離して配置する。また、図２に示す反応容器１３に配置されるプレート６５は円盤状であり、その中央部にノズル５８と接触する部分に開口が設けられているが、本発明においては、プレート６５は、網状、メッシュ状のものであったり、円盤状のプレートに複数の開口を設けたものであってもよい。
【００２５】
次に、水熱反応処理の一例について図１及び図２を参照しつつ説明する。
まず、高圧ポンプ１９ｂ、１９ｃ、エアーコンプレッサー２１を作動させ、反応助剤を反応容器１３内へノズル５８から供給して水熱酸化反応を起こさせ、反応容器１３の内部を所定の温度に上昇させる。
反応容器１３内を所定の温度に上昇させた後、高圧ポンプ１９ａを作動させ、廃液を反応容器１３内へノズル５８から供給し、水熱酸化反応させて処理する。
【００２６】
このようにして廃液を反応容器１３内で水熱酸化反応させたとき、反応容器の円筒部５１と上蓋６４との接合部６７のシールを冷却したり、または逆流を伴う反応を行う場合等に、廃液中に、上述した塩類が含まれていたり、又は反応中に上述した塩類が生成する場合、プレート６５が配置されていないと、上蓋６４の表面６７に塩類が付着する。図２に示す反応容器１３においては、反応容器の上蓋６４から５０ｍｍ程度下の位置にプレート６５が配置されており、そのプレート６５の表面が、塩類が固体として析出し、その固体塩表面の粘着性を失う温度よりも高い温度に制御される。
【００２７】
特に、円筒部５１と上蓋６４との接合部６７のシールを冷却したりする場合等においては、上蓋６４の表面が、塩類の固体塩表面の粘着性を失う温度よりも低くなってしまう。また、上蓋６４から外部への放熱によっても上蓋６４の表面は冷却され、上蓋６４を通過する反応物、媒体（水、空気）等によっても上蓋６４の表面は冷却される。反応表面温度制御手段としての板状部材である、プレート６５を設けることにより、プレート６５は、水熱反応処理温度とほぼ同じ温度になり、この温度は、塩類の固体塩表面の粘着性を失う温度よりも高い温度である。
なお、固体塩表面の粘着性を失う温度とは、塩の種類や圧力等の環境によって異なるが、例えば圧力２３ＭＰａでの水熱反応条件下では硫酸ナトリウムの場合は約４５０℃である。
【００２８】
プレート６５が配置されているので、上蓋６４及びプレート６５の内側に塩類が付着することが防止することができる。また、プレート６５の表面で塩類が固体として析出しても、塩類は粘着性を失っており、塩類同士、又は塩類と反応容器との強固な付着性を示さないので、プレート６５に付着した塩類が大きな塊に成長することがない。塩類が大きな塊に成長せず、塊が小さいので、塩類が落下しても、反応容器の下部において供給されるクエンチ水により溶解されると期待される。これにより、反応容器出口、反応容器下流の配管、弁、フィルターなどの閉塞を防止することができる。
【００２９】
また、水熱酸化反応処理を継続すると、稼動時間の経過に伴って反応容器１３の内側への塩などの付着量が多くなって反応領域が狭くなってしまう。従って、稼動とともに駆動機構により可動軸５３を回転させ、可動軸５３に取り付けられたスクレーパー５５を回転させ、回転するスクレーパ５５で反応容器１３の内側に付着した塩などの固体が掻き落とされる。ただし、反応容器円筒部への塩の付着が実質上問題にならない場合は、スクレーパ６６は設置されなくてもよく、又は稼動させなくてもよい。
【００３０】
可動軸５３の上部に設けられたクエンチ水供給孔６０からはクエンチ水が供給され、スクレーパー５５により掻き落とされた塩類がクエンチ水によって溶解され、水熱酸化反応によって処理された流体とともに排出孔６２から排出される。排出孔６２から排出された処理流体及び塩類は、反応容器１３の出口に接続された排出管２５を通って冷却器２３でほぼ常温に冷却された後、気液分離器２７で排ガスと排液とに分離される。ただし、反応容器１３からの塩の移送が実質上問題にならない場合は、クエンチ水供給孔６０は設置されていなくてもよく、又は稼働させなくてもよい。また、処理流体及び塩の性質あるいはそれらの熱、圧力等の利用を考える場合、排出管２５以降の装置の配置や構成を変えることもできる。
【００３１】
次に、本発明の第２の実施の形態に係る水熱反応装置について図面を参照しつつ説明する。第２の実施の形態に係る水熱反応装置は、基本的な構成は第１の実施の形態に係る水熱反応装置とほぼ同様であり、反応容器のみが異なる。従って、全体の構成の概略図については記載を省略し、反応容器の上部のみを図３に示
す。
【００３２】
図３は、本発明の第２の実施の形態に係る水熱反応装置１０の備える反応容器の概略構成を示す断面図である。
図３に示す反応容器１１３は、基本的な構成は図２に示す反応容器とほぼ同様である。図３に示す構成部品のうち、図２と同じものについては、その記載を省略した。
【００３３】
図３に示す反応容器１１３においては、プレート１６５は中央部に開口を有する平板であり、その開口部までノズル１５８がのびている。この点において、図２に示すものと異なっている。
また、図３に示す反応容器１１３においても、プレート１６５は円筒部１５１と接触しているが、プレート１６５と円筒部１５１とは離れていてもよく、この場合においても、反応容器上蓋１６４の表面１６７への塩の付着防止効果を妨げない程度に配置する。
【００３４】
また、図３に示す反応容器１１３に配置されるプレート１６５は円盤状であり、その中央部にノズル１５８と接触する部分に開口が設けられているが、本発明においては、プレート１６５は、網状、メッシュ状のものであったり、円盤状のプレートに複数の開口を設けたものであってもよい。
なお、図３に示す反応容器１１３においては、ノズル１５８とプレート１６５とは接触しているが、ノズル１５８とプレート１６５とは接触していなくてもよい。
【００３５】
次に、本発明の第３の実施の形態に係る水熱反応装置について図面を参照しつつ説明する。第３の実施の形態に係る水熱反応装置は、基本的な構成は第１の実施の形態に係る水熱反応装置とほぼ同様であり、反応容器のみが異なる。従って、全体の構成の概略図については記載を省略し、反応容器の上部のみを図４に示す。図４は、本発明の第３の実施の形態に係る水熱反応装置の備える反応容器の概略構成を示す断面図である。
図４に示す反応容器は、基本的な構成は図２に示す反応容器とほぼ同様である。図４に示す構成部品のうち、図２と同じものについては、その記載を省略した。
【００３６】
図４に示す反応容器２１３においては、プレート２６５は漏斗状の形態をしており、上端部分が漏斗状に中心へ向けて狭まっている。そして、上端部分の漏斗状の中心部がノズル２５８と接触している。なお、図４においては、ノズル２５８はプレート２６５と接触する部分までの長さになっているが、ノズル２５８はプレート２６５よりも下に延びる形態をとってもよい。
なお、図４に示す反応容器２１３においては、ノズル２５８とプレート２６５とは接触しているが、ノズル２５８とプレート２６５とは接触していなくてもよい。
【００３７】
また、図４に示す反応容器２１３においても、プレート２６５は円筒部２５１と接触しているが、プレート２６５と円筒部２５１とは離れていてもよく、この場合においても、反応容器上蓋２６４の表面２６７への塩の付着防止効果を妨げない程度に配置する。
また、図４に示す反応容器２１３の備えるプレートにおいても、網状、メッシュ状のものであったり、円盤状のプレートに複数の開口を設けたものであってもよい。
【００３８】
次に、本発明の第４の実施の形態に係る水熱反応装置について図面を参照しつつ説明する。第４の実施の形態に係る水熱反応装置は、基本的な構成は第１の実施の形態に係る水熱反応装置とほぼ同様であり、反応容器のみが異なる。従って、全体の構成の概略図については記載を省略し、反応容器の上部のみを図５に示す。図５は、本発明の第４の実施の形態に係る水熱反応装置の備える反応容器の概略構成を示す断面図である。
【００３９】
図５に示す反応容器３１３においては、プレート３６５と上蓋３６４との間に断熱材３６６が配置されており、プレート３６５と断熱材３６６とで反応表面温度制御手段を構成している。図５に示す反応容器３１３の構成は、断熱材３６５を備える以外は、図３に示す第２の実施の形態に係る水熱反応装置の備える反応容器と同様である。すなわち、図５に示す反応容器３１３は、図３に示す反応容器１１３において、プレートと上蓋との間に断熱材を配置したものである。本発明の水熱反応装置においては、例えば図２、図４に示す反応装置のプレートと上蓋との間に断熱材を配置することによって反応表面温度制御手段を構成することもできる。
なお、断熱材の種類に特に制限はないが、例えばセラミック材、多孔性セラミック材、多層化した金属材、焼結多孔性金属材等が用いられる。
なお、図５に示す反応容器３１３においては、ノズル３５８とプレート３６５とは接触しているが、ノズル３５８とプレート３６５とは接触していなくてもよい。
【００４０】
上述した反応容器におけるプレートは、反応容器内の温度によって、塩類が固体として析出し、その固体表面の粘着性を失う温度よりも高い温度にされているが、本発明の水熱反応装置においては、更にプレートを加熱する手段を設けてもよい。
【００４１】
次に、本発明の第５の実施の形態に係る水熱反応装置について図面を参照しつつ説明する。第５の実施の形態に係る水熱反応装置は、基本的な構成は第１の実施の形態に係る水熱反応装置とほぼ同様であり、反応容器のみが異なる。従って、全体の構成の概略図については記載を省略し、反応容器の上部のみを図６に示す。図６は、本発明の第５の実施の形態に係る水熱反応装置の備える反応容器の概略構成を示す断面図である。
【００４２】
図６に示す反応容器４１３においては、上蓋４６４と、プレート４６５との間に保温又は加熱用流体を流通させており、これにより、反応表面を制御することができる。保温又は加熱用流体は、上蓋４６４に設けられた保温／加熱用流体供給口４６７から反応容器上蓋４６４とプレート４６５との間に供給され、保温／加熱用流体排出口４６８から排出される。保温／加熱用流体排出口から排出された保温／加熱用流体は、加熱器（図示せず）によって加熱された後、再び保温／加熱用流体供給口４６７から反応容器内に供給される。保温又は加熱用流体の温度は、塩類が固体として析出し、その固体塩表面の粘着性を失う温度よりも高い温度に設定する。
上記保温／加熱用流体としては、例えば超臨界水、水蒸気、加熱空気、その他加熱されたガス、加熱された液体等が用いられる。
なお、図６に示す反応容器４１３においては、ノズル４５８とプレート４６５とは接触しているが、ノズル４５８とプレート４６５とは接触していなくてもよい。
【００４３】
図６に示す反応容器４１３の構成は、保温／加熱用流体を流通させるようになっている以外は、図３に示す第２の実施の形態に係る水熱反応装置の備える反応容器と同様である。すなわち、図６に示す反応容器４１３は、図６に示す反応容器４１３は、図３に示す反応容器１１３において、プレートと上蓋との間に保温又は加熱用流体を流通させるようにしたものである。本発明の水熱反応装置においては、例えば図２、図４に示す反応装置のプレートと上蓋との間に保温又は加熱用流体を流通させるようにすることもできる。
【００４４】
次に、本発明の第６の実施の形態に係る水熱反応装置について図面を参照しつつ説明する。第６の実施の形態に係る水熱反応装置は、基本的な構成は第１の実施の形態に係る水熱反応装置とほぼ同様であり、反応容器のみが異なる。従って、全体の構成の概略図については記載を省略し、反応容器の上部のみを図７に示す。図７は、本発明の第６の実施の形態に係る水熱反応装置の備える反応容器の概略構成を示す断面図である。
【００４５】
図７に示す反応容器５１３においては、上蓋５６４と、プレート５６５との間に保温又は加熱用流体を流通させており、これにより、反応表面温度を制御することができる点において、図６に示すものと同じである。図７に示す反応容器においては、保温又は加熱用流体は、上蓋５６４に設けられた保温／加熱用流体供給口５６７から反応容器上蓋５６４とプレート５６５との間に供給され、円筒部５５１とプレート５６５との間に形成された隙間から保温又は加熱用流体が反応容器内へ流入する。保温又は加熱用流体は、反応容器５１３の下部の設けられた排出孔６２（図示せず）から、処理流体とともに排出される。
上記保温／加熱用流体としては、上述したものが用いられる。
なお、図７に示す反応容器５１３においては、ノズル５５８とプレート５６５とは接触しているが、ノズル５５８とプレート５６５とは接触していなくてもよい。
【００４６】
なお、図２〜図７に示す反応容器においては、プレート６５、１６５、２６５、３６５、４６５、５６５を更に加熱する手段を設けてもよい。プレート６５、１６５、２６５、３６５、４６５、５６５は、反応容器内で水熱酸化処理される反応流体と接することによって加熱され、塩類が固体として析出し、その固体塩表面の粘着性を失う温度よりも高い温度まで上昇するが、塩類の付着防止効果を確実にするため、プレート６５、１６５、２６５、３６５、４６５、５６５を更に加熱する手段を更に設けることも可能である。
【００４７】
以下、本発明を実施例により更に詳細に説明する。なお、本発明の範囲は、かかる実施例に限定されないことはいうまでもない。
実施例１
図１に示す水熱反応装置を用い、この反応容器の中に中空棒をセットし、この中空棒中に冷却用空気を通過させ、中空棒の表面温度を、反応容器内の温度よりも低くした状態、あるいは冷却用空気を流さない状態で水熱反応処理を行った。なお、中空棒の温度は冷却用空気の流量で調整し、中空棒の表面温度は熱解析により概算値を算出した。
【００４８】
処理液として、ナトリウム（３０００ｐｐｍ）、カリウム（１０００ｐｐｍ）、カルシウム（７０ｐｐｍ）、マグネシウム（４００ｐｐｍ）及び硫酸（２０００ｐｐｍ）の各イオンを含む酢酸水溶液（濃度：ＴＯＣ換算３００００ｐｐｍ）を用い、反応温度を６５０℃、反応圧力を２３ＭＰａとして１時間、水熱反応処理を行った。酸化剤として空気を用いた反応処理後に、中空棒に付着した塩の厚みを測定した。中空棒の表面温度を、３６０℃、４５０℃、５００℃、６００℃及び６５０℃に調整して水熱反応処理を行った。結果を表１に示す
【００４９】
【表１】

【００５０】
表１に示す結果から明らかなように、ナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウム及び硫酸の各イオンを含む被処理物を処理する水熱反応処理において、反応容器中に低温部分があると、その低温部分へ塩の付着する量が多くなることがわかる。
【００５１】
実施例２
被処理物として塩化ナトリウム（２％）、硫酸ナトリウム（０．４％）の水溶液にメタノールを５％含有させたものを用い、反応温度を７００℃とした以外は実施例１と同様に操作を行った。なお、中空棒の表面温度は３６０℃、４５０℃、６００℃、６５０℃及び７００℃とした。結果を表２に示す。
【００５２】
【表２】

【００５３】
表２において、３６０℃の温度においては塩の付着は見られなかったが、溶解した形跡があり、固体析出温度未満であると推定される。本実施例においても、塩化ナトリウム及び硫酸ナトリウムを含む被処理物を処理する水熱反応処理において、反応容器中に低温部分があると、その低温部分へ塩の付着する量が多くなることがわかる。
【００５４】
実施例３
被処理物として硫酸ナトリウムの２％水溶液を用いた以外は実施例２と同様に操作を行った。なお、中空棒の表面温度は３６０℃、４５０℃、６００℃及び７００℃とした。結果を表３に示す。
【００５５】
【表３】

【００５６】
本実施例においても、硫酸ナトリウムを含む被処理物を処理する水熱反応処理において、反応容器中に低温部分があると、その低温部分へ塩の付着する量が多くなることがわかる。
【００５７】
実施例４
図１に示す水熱反応装置（反応容器は図２に示すものを備える）を用いて、ナトリウム（３０００ｐｐｍ）、カリウム（１０００ｐｐｍ）、カルシウム（７０ｐｐｍ）、マグネシウム（４００ｐｐｍ）及び硫酸（２０００ｐｐｍ）の各イオンを含む酢酸水溶液（濃度：ＴＯＣ換算３００００ｐｐｍ）を被処理物として水熱反応処理を行った。反応処理条件は以下の通りである。
反応圧力：約２３ＭＰａ
反応温度：６５０℃
処理液流量：６．５ｋｇ／ｍｉｎ
空気流量：１２ｋｇ／ｍｉｎ
補助燃料：反応温度を略６５０℃に調整するのに必要な量の灯油を添加した（約０．５ｋｇ／ｍｉｎ）
また、処理の間、スクレーパーを稼動させ、クエンチ水を供給した。
なお、比較試験として、反応容器としてプレートを有しないものを用いて同様の水熱反応処理を行った。
【００５８】
比較試験においては、４時間経過後に圧力制御が困難となった。これは、配管又は反応容器出口が閉塞されたためと推定される。反応容器を開缶し、上蓋を観察したところ、上蓋表面に、約５０ｍｍ厚の塩の塊が確認された。更に、反応容器の底部には、反応容器上部（上蓋表面）に付着した塩の塊が落下したことによると思われる塩塊が確認された。
【００５９】
本実施例においては、比較試験において圧力制御が困難となった時間である４時間と、他に５０時間反応処理を行った。
４時間反応処理を行った後では、反応性や装置の制御上の問題はなく、開缶した際に、プレートに１ｍｍ程度の塩の付着があった。
５０時間反応処理を行った後においても、反応性や制御上の問題はなく、開缶した際に、プレートに２〜３ｍｍ程度の塩が付着していた。
４時間、５０時間、いずれの時間経過後においても、反応容器の底部には、溶解されていない塩塊は観察されず、大きな塩塊の落下はなかったものと思われる。
【００６０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の水熱反応装置によれば、上蓋の内側を、塩類が固体として析出し、その固体塩表面の粘着性を失う温度よりも高い温度に制御する、反応表面温度制御手段を備えるので、析出した塩類が上蓋の内側に付着することを防止し、又は上蓋の内側に付着した塩類を除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の水熱反応装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の水熱反応装置の備える反応容器の概略構成を示す断面図である。
【図３】本発明の水熱反応装置の備える反応容器の概略構成を示す断面図である。
【図４】本発明の水熱反応装置の備える反応容器の概略構成を示す断面図である。
【図５】本発明の水熱反応装置の備える反応容器の概略構成を示す断面図である。
【図６】本発明の水熱反応装置の備える反応容器の概略構成を示す断面図である。
【図７】本発明の水熱反応装置の備える反応容器の概略構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１０ 水熱反応装置 １３ 反応容器
１４ 供給系統 １５ 冷却気液分離系統
１７ 供給管 １７ａ 廃液供給管
１７ｂ 反応助剤供給管 １７ｃ 水供給管
１７ｄ 空気供給管 １９ａ 高圧ポンプ
１９ｂ 高圧ポンプ １９ｃ 高圧ポンプ
２１ エアコンプレッサ ２３ 冷却器
２５ 排出管 ２７ 気液分離器
２９ 排液管 ３１ 減圧弁
３３ 排ガス管 ３５ 減圧弁
５１ 円筒部 ５３ 可動軸
５５ スクレーパー ５８ ノズル
６０ クエンチ水供給孔 ６２ 排出孔
６４ 上蓋 ６５ プレート
６７ 接合部 １１３ 反応容器
１５８ ノズル １６５ プレート
１５１ 円筒部 １６４ 上蓋
１６７ 上蓋の表面 ２１３ 反応容器
２６５ プレート ２５８ ノズル
２５１ 円筒部 ２６４ 上蓋
２６７ 上蓋表面 ３１３ 反応容器
３６５ プレート ３６４ 上蓋
３６６ 断熱材 ４１３ 反応容器
４６４ 上蓋 ４６５ プレート
４６７ 保温／加熱用流体供給口 ４６８ 保温／加熱用流体排出口
５１３ 反応容器 ５６４ 上蓋
５６５ プレート ５６７ 保温／加熱用流体供給口
５５１ 円筒部

Claims (2)

1. 反応容器１３と、
   上記反応容器１３の上蓋６４の内側に設けられた反応表面温度制御手段６５と、
   塩類を供給する手段とが設けられ、前記塩類は水熱反応条件下で高温下におかれた場合、固体として析出するものであることを特徴とする水熱反応装置。
2. 上記反応表面温度制御手段が、上記反応容器の上蓋から所定の距離離れた位置に設けられた、反応流体と接する板状部材である、請求項１記載の水熱反応装置。

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