JP4306028B2 - Organic substance oxidation treatment system and oxidation treatment method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水を溶媒とした高温高圧下の流体中で有機物の酸化処理を行なうに好適な処理システム及び処理方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
有機物を含有する生活廃水、工場廃水等の浄化処理に関しては、微生物による分解反応を利用した方法が広く行われている。この方法では、処理に伴い大量の汚泥が発生する。発生した汚泥は焼却処分、もしくは埋め立てを行なっているが、汚泥をそのまま埋め立てる方法では、埋め立て地の確保が困難であることから、多くは焼却処分を行なっている。
【0003】
汚泥の焼却は、一般の焼却と同様に焼却炉を用いる方法が最も普及しているが、汚泥を可燃とするためには汚泥中の無機分及び水分等の不燃物の割合を低減する、あるいは汚泥の燃焼を支えるために燃料を付加する等の方策が必要となる。
【0004】
下水汚泥では水分量が質量割合で97〜98%に達することから、汚泥を濃縮、脱水処理し、水分量を80%程度まで低下させた後、焼却炉へと供給する方法が行われている。
【0005】
これに替わる方法として湿式酸化法と呼ばれる方法が提案されている。この方法は、200〜300℃程度の温度、100気圧程度の熱水条件下で酸化剤として空気もしくは酸素を強制的に送り込んで、酸化分解反応を起こさせるものである。
【0006】
この方法は、焼却炉を用いた方法と対比すると、汚泥を水の存在下で酸化できるため、汚泥中の水分量を減少させるといった前処理の簡略化ができるという利点がある。さらに一般の焼却炉に見られるような有害ガスの発生が抑制でき、排ガス処理装置も不要になる。
【0007】
しかし、この方法は、酸化分解反応の際に発生する灰分や、未反応物である残渣固形物の除去が、酸化処理システムの構築上大きな問題となっている。
【0008】
分解反応後の流体から固形物を十分に除去できないと、処理後の流体を搬送する配管路が閉塞する恐れがあり、処理システムの信頼性低下に繋がる。
【0009】
また、例えば特公平1―38532号公報に記載されているように、予熱器などを用いて処理流体の熱エネルギーを回収利用するシステムにおいては、処理後の流体を熱交換器に流通させるため、処理後の流体の固形物が除去されていない場合、熱交換器の伝熱面にこれら固形物が付着することにより、熱交換器の伝熱性能が低下し、処理後の流体のもつ熱エネルギーを有効に利用できない恐れがある。
【0010】
水を媒体とする酸化処理方法における固形物の除去方法として、例えば特開平1−258800公報に記載の方法や、特開平8−38853公報に記載の方法がある。ただし、前記公報に記載の方法では、処理システムの信頼性を高めることが難しい、あるいは、酸化処理後の流体から固形物を分離する際に、外部から熱エネルギーを供給するものであるため、多大なエネルギー投入が要求される、といった問題点がある。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記の問題点を鑑みてなすもので、酸化反応後の流体から効率よく不燃物等の固形物を削除できる有機物の酸化処理システム及び酸化処理方法を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明における有機物の酸化処理システムの特徴とするところは、水を溶媒として有機物及び酸素もしくは酸化剤が含まれる流体を反応器内で高温高圧下で酸化反応させ、酸化反応した処理流体を絞り機構を通して背圧器に吐出し、吐出された処理流体を、供給される気体と概略同等の圧力に減圧して水分を蒸発させ水蒸気と固形物に分離することにある。
【0013】
具体的には本発明は次に掲げるシステム及び方法を提供する。
【0014】
本発明は、水を溶媒とした高温高圧下の流体中で有機物の酸化処理を行なう有機物の酸化処理システムにおいて、前記有機物及び酸素もしくは酸化剤が含まれる流体を前記高温高圧下で酸化反応させる反応器と、該反応器に設けられ、前記酸化反応した処理流体を吐出させる絞り機構と、前記吐出された処理流体を気体供給装置から供給される気体と概略同等の圧力に減圧して水分を蒸発させ水蒸気及び固形物に分離する背圧器とを有することを特徴とする有機物の酸化処理システムを提供する。
【0015】
好ましくは、前記分離した固形物を除去する集塵器を、前記背圧器と連通して設ける。
【0016】
好ましくは、前記気体供給装置は、前記処理流体を気相と液相に分離する気液分離器、または空気圧縮機で構成されている。
【0017】
好ましくは、前記絞り機構は、末広がりノズルで構成されている。
【0018】
好ましくは、前記酸素あるいは酸化剤を前記背圧器で発生する水蒸気と熱交換させて加熱する予熱器を設ける。
【0019】
また、本発明は、水を溶媒とした高温高圧下の流体中で有機物の酸化処理を行なう有機物の酸化処理方法において、前記有機物及び酸素もしくは酸化剤が含まれる流体を高温高圧下で酸化反応させ、前記酸化反応した処理流体を吐出させ、前記吐出させた処理流体を、処理容器内の気体より低い圧力に減圧して水分を蒸発させて水蒸気と固形物に分離し、該分離した固形物を捕捉して除去することを特徴とする有機物の酸化処理方法を提供する。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態例に係わる有機物の酸化処理システムを、図面を参照しながら説明する。
【0021】
図1は、本発明の第1の実施の形態例に係わる有機物の酸化処理システを示す系統図である。第1の形態例の酸化処理システムは、有機物用タンク10と、有機物供給ポンプ11と、酸素用タンク20と、酸素供給ポンプ21と、酸素供給用弁22と、予熱器30と、反応器40と、絞り機構41と、背圧器50と、集塵器60と、背圧器50と集塵器60を連通する弁51と、気液分離器70と、気液分離器70と背圧器50を連通する弁52とから構成されている。
【0022】
有機物用タンク10内に貯えられた含水有機物10Aは、有機物供給ポンプ11により予熱器30に導入される。一方、酸素用タンク20に貯えられた酸素20Aは、酸素供給ポンプ21により供給され、予熱器30により予熱された有機物と混合される。
【0023】
酸素20Aと混合された含水有機物は、反応器40に導入され、高温高圧下で酸化反応される。反応後の流体は、一部は絞り機構41を通して背圧器50に導入され、残りの部分は予熱器30に導入される。
【0024】
予熱器30に導入され、反応前の有機物と熱交換した反応後の流体は、気液分離器70に導入され、気相と液相に分離された後、気相の部分が弁52を介して背圧器50に導入される。
【0025】
背圧器50では、絞り機構41を通して背圧器50に導入された反応後の流体が、気液分離器70より発生した気相と概略同等の圧力まで減圧される。減圧されることにより、反応処理後の流体の水分の沸点が下がり、水分は蒸発し、反応後の流体は水蒸気と固形物に分離される。
【0026】
分離された水蒸気と固形物は、背圧器50と弁51を介して連通された集塵器60に導入され、固形分は集塵器60により捕捉され、除去される。
【0027】
図2は、図1に示す第1の実施の形態例の酸化処理システムを好適に稼動させるための反応器40の形態の例を示す断面図である。また、図3は、図2に示す反応器40の形態の例を示す上面図である。
【0028】
図2、または、図3に示す反応器40は、円筒形状の構造を有し、反応器40の底部に絞り機構41が設けられ、反応器40の側面の、反応器40の概略上方に有機物を供給する管45が設けられ、反応器40の概略下方に有機物を排出する管46が設けられ、反応器40の底部には、反応器底部に二重の流路を形成する部材48が設けられている。
【0029】
また、管45は、管45の中心線と、反応器40の中心線とが交差しないように設けられている。
【0030】
図2または図3に示すように反応器40を構成することにより、管45から供給される有機物は、前記反応器40の内面に沿うように流動する。
【0031】
また、有機物を反応器40から排出するための管46が反応器の概略下方に設けられているため、反応器40内部では、有機物は旋回しながら上方から下方に流動する、すなわち、螺旋状の流れが形成されることになる。このとき、水より比重の重い固形物は、螺旋状の流れの中での遠心力の作用により、反応器40の中心から離れる向きの力を受けることになる。
【0032】
従って、反応器40内面付近には、固形物の濃度が高い部分が形成され、重力の作用により、反応器40内面に沿い沈降する。そして、反応器40内面に沿い沈降する、固形物濃度の高い流体は、部材48と反応器40の間の流路を流れることになる。
【0033】
従って、部材48と反応器40の間の流路を流れる、固形物濃度の高い流体は、反応器40内部の螺旋状流れの影響を受けず、固形物の濃度を高く保ったまま、絞り機構41に導入される。
【0034】
すなわち、固形物濃度の高い流体を選択的に反応器40の中心下部付近に集めることができ、絞り機構41を通して流通される流体の固形物濃度を、反応器内部の処理流体の平均的な固形物濃度に比べて大きくすることができる。
【0035】
図4は、図1に示す第1の実施の形態例の絞り機構の断面形状を示す図である。図1に示す第1の実施の形態例において、絞り機構41は円形の流路断面形状を有する末広がりノズルで構成される。
【0036】
図4に示すように、絞り機構入口部における処理流体の圧力をP0、絞り機構の流路断面積が最も小さい部分の流路断面積をA*、絞り機構出口における処理流体の圧力をP、絞り機構出口における流路断面積をAとする。なお、絞り機構入口部における処理流体の圧力P0は、反応器内部の処理流体の圧力と概略等しい。
【0037】
高温高圧水は、同じ温度であっても圧力によって密度が異なるため、圧縮性流体として取り扱わなければならない。すると、絞り機構出口、入口における圧力比P/P0と、絞り機構出口、最小流路断面積部における流路断面積比A/A*の関係は、次式(数1)に従わなければならない。
【0038】
【数1】
【0039】
(数1)において、γは水の比熱比で、有機物の酸化処理に用いられる高温高圧水では1.5乃至1.6の値である。
【0040】
図5は、(数1)の関係を横軸にP/P0、縦軸にA/A*として示したグラフである。図5に示すように、絞り機構41を用いて処理流体を減圧させるということは、P/P0が1より小さいということなので、いずれの圧力比においても流路断面積比A/A*は1より大きくなければならない。
【0041】
すなわち、絞り機構は、絞り機構出口における流路断面積が、最も流路断面積が小さい部分の流路断面積よりも大きいような形状である必要がある。
【0042】
絞り機構41の流路断面を末広がりの形状とすることにより、圧縮性流体の性質として、絞り機構41の出口の流体温度は絞り機構41の入口の流体温度に比べて自動的に低くなる。従って、背圧器50に流通される流体の温度は、反応器40内部の流体の温度に比べて低くなる。
【0043】
尚、図1、または図2に示す第1の実施の形態例では、絞り機構41は流路断面形状が円形の場合を示しているが、流路断面形状は処理流体が流通するものであれば任意の形状でよい。
【0044】
反応器内の酸化反応が、例えば水の超臨界状態で行われる場合、反応後の流体は温度が約380℃、圧力が約22MPaとなる。背圧器を設けずに、且つ、弁等を用いて減圧の度合いを調節しようとすると、弁の可動部が高温高圧の流体に曝されることになり、可動部の材料強度等の問題から、弁の信頼性が低くなり、ひいては処理システム全体の信頼性低下に繋がる。
【0045】
図1に示す第1の実施の形態例によれば、絞り機構41を末広がりノズルで構成し、絞り機構41に背圧器50を設け、さらに、気液分離器70からの気相部分を弁52を介して背圧器50に導入する構成とすることにより、減圧の度合い、すなわち、背圧器50の圧力を弁52で調整できる。
【0046】
気液分離70から供給される気相の温度は、予熱器30を通過するため、反応直後の流体の温度よりは低く、弁52の信頼性を高めることでき、且つ、調整が容易となる。また、絞り機構41が可動部を持たないため、高温高圧の条件でも安定して機能することができ、結果として、システム全体の信頼性を高めることができる。
【0047】
また、背圧器50内の圧力は、絞り機構41により減圧されるため、反応器40よりも低い圧力に耐えられるものであればよい。
【0048】
尚、図1において、酸素の代わりに空気等の他の酸化剤を用いてもよい。
【0049】
図6は、本発明の第2の実施の形態例に係わる有機物の酸化処理システムを示す系統図である。この構成で図1と異なっているのは、反応器が反応器40Aと反応器40Bとで構成され、反応器40Aと40Bはシリーズに接続されて設けられ、前記反応器40A内の流体は、一部は絞り機構41Aを通して背圧器50に導入され、残りの部分は反応器40Bに導入され、反応器40B内の流体は、一部は絞り機構41Bを通して背圧器50に導入され、残りの部分は予熱器30に導入されている点で、それ以外は図1に示す実施の形態例と同じである。
【0050】
図6に示す第2の実施の形態例によれば、前段の反応器40Aに設けられた絞り機構41Aで排出されない固形物がある場合でも、後段の反応器40Bに設けられた絞り機構41Bにより固形物を排出することが可能である。
【0051】
このように、絞り機構を備えた反応器をシリーズに接続することにより、固形物の除去効率を高めることができる。
【0052】
尚、図6に示す実施の形態例では、2つの反応器にそれぞれ設けられた絞り機構が1つの背圧器に連通されているが、各々の反応器に個別の背圧器を設けてもよい。
【0053】
また、図6に示す実施の形態例では、2つの反応器がシリーズに接続されている場合を示したが、3つ以上の反応器をシリーズに接続することにより、さらに良好な固形物分離を行うことができる。
【0054】
図7は、本発明の第3の実施の形態例に係わる有機物の酸化処理システムを示す系統図である。図7に示す第3の実施の形態例の処理システムは、有機物用タンク10と、有機物供給ポンプ11と、酸素用タンク20と、酸素供給ポンプ21と、酸素供給用弁22と、予熱器30と、反応器40A,40Bと、絞り機構41A,41Bと、弁42A,42Bと、弁43A,43Bと、背圧器50A,50Bと、集塵器60と、背圧器及び集塵器を連通する弁51A,51Bと、気液分離器70と、気液分離器及び背圧器を連通する弁52A,52Bとから構成されている。
【0055】
有機物用タンク10内に貯えられた含水有機物10Aは、有機物供給ポンプ11により予熱器30に導入される。一方、酸素用タンク20に貯えられた酸素20Aは、酸素供給ポンプ21により供給され、予熱器30により予熱された有機物と混合される。酸素20Aと混合後の有機物は、反応器40Aを含む系統および/または反応器40Bを含む系統に導入される。
【0056】
反応器40Aを含む系統では、弁42A,43A及び弁51A,弁52Aが開いている場合、酸素20Aと混合された有機物は、反応器40Aに導入され、高温高圧下で酸化反応される。
【0057】
反応後の流体は、一部は絞り機構41Aを通して背圧器50Aに導入され、残りの部分は弁43Aを介して予熱器30に導入される。予熱器30に導入され、反応前の有機物と熱交換した前記反応後の流体は、気液分離器70に導入され、気相と液相に分離された後、気相の部分が弁52Aを介して前記背圧器50Aに導入される。
【0058】
背圧器50Aでは、絞り機構41Aを通して背圧器に導入される反応後の流体が、気液分離器70より発生した気相と概略同等の圧力まで減圧される。減圧されることにより、反応処理後の流体の水分の沸点が下がり、水分は蒸発し、前記反応後の流体は水蒸気と固形物に分離される。
【0059】
分離された水蒸気と固形物は、背圧器50Aと弁51Aを介して連通された集塵器60に導入され、固形分は集塵器60により捕捉され、除去される。
【0060】
反応器40Bを含む系統では、弁42B,43B及び弁51B,弁52Bが開いている場合、酸素20Aと混合された有機物は、反応器40Bに導入され、高温高圧下で酸化反応される。
【0061】
反応後の流体は、一部は絞り機構41Bを通して背圧器50Bに導入され、残りの部分は弁43Bを介して予熱器30に導入される。予熱器30に導入され、反応前の有機物と熱交換した前記反応後の流体は、気液分離器70に導入され、気相と液相に分離された後、気相の部分が弁52Bを介して背圧器50Bに導入される。
【0062】
背圧器50Bでは、絞り機構41Bを通して背圧器に導入される反応後の流体が、気液分離器70より発生した気相と概略同等の圧力まで減圧される。減圧されることにより、反応処理後の流体の水分の沸点が下がり、水分は蒸発し、前記反応後の流体は水蒸気と固形物に分離される。
【0063】
分離された水蒸気と固形物は、背圧器50Bと弁51Bを介して連通された集塵器60に導入され、固形分は集塵器60により捕捉され、除去される。
【0064】
図7に示す第3の実施の形態例によれば、反応器40Aを含む系統と、反応器40Bを含む系統とを共に稼動させることにより、有機物の処理量を多くすることが可能となる。
【0065】
また、反応器40Aを含む系統と、反応器40Bを含む系統のどちらか一方の系統で、反応を停止させて部品交換等の保守、点検作業が必要な場合、他方の系統を稼動させることにより、保守、点検作業時においてもシステム全体を停止させることなく処理を行うことができ、システムの信頼性を高めることができる。
【0066】
尚、図7に示す実施の形態例では、反応器を含む系統が2つ並列に設けられている場合を示したが、反応器を含む系統を3つ以上並列に接続することにより、さらに信頼性の高いシステムを構成することができる。
【0067】
図8は、本発明の第4の実施の形態例に係わる有機物の酸化処理システムを示す系統図である。この構成で図7と異なっているのは、集塵器が集塵器60Aと集塵器60Bとで構成され、集塵器60Aは弁51Aを介して背圧器50Aと連通して設けられ、集塵器60Bは弁51Bを介して背圧器50Bと連通して設けられている点で、それ以外は図7に示す実施の形態例と同じである。
【0068】
図8に示す第4の実施の形態例によれば、集塵器60Aまたは60Bの一方において、集塵能力の低下等により保守、点検作業が必要な場合でも、他方の集塵器を含む系統を稼動させることにより、システム全体を停止させることなく、有機物の処理と、保守、点検作業を同時に行うことができるため、信頼性の高いシステムを構成することができる。
【0069】
図9は、本発明の第5の実施の形態例に係わる有機物の酸化処理システムを示す系統図である。この構成で図1に示す第1の実施の形態例と異なっているのは、集塵器60で固形物を除去されたあとの水蒸気Dを酸素予熱器80に導入し、水蒸気Dと酸素20Aを熱交換させて、酸素20Aを予熱するという点で、それ以外は図1に示す実施の形態例と同じである。
【0070】
高温水を用いた有機物の酸化処理では、反応器内で良好な酸化反応を行うためには、有機物を反応器に導入する前にある程度の温度まで予熱する必要がある。
【0071】
図9に示す第5の実施の形態例によれば、酸素20Aを、酸素予熱器80にて、集塵器から供給される水蒸気と熱交換させて予熱することにより、酸素20Aと有機物との混合による温度の低下を防ぐことができ、良好な酸化反応を行わせることが可能となる。
【0072】
また、本実施の形態例によれば、酸素20Aを予熱するために、外部からエネルギーを投入する必要がないため、自立運転型のエネルギー利用効率の高いシステムを構成することが可能である。
【0073】
【発明の効果】
本発明によれば、高温水を用いた有機物の酸化処理システムにおいて、反応器に絞り機構を設け、さらに、背圧器を設けたことで、固形物を含む反応処理水を連続的に反応器から排出し、且つ、連続的に固形物を除去することができる。これにより、酸化処理システムを効率的に運転させることができる。
【0074】
また、固形物を含む反応処理水を反応器から排出する絞り機構は、可動部を持たないため、高温高圧下でも安定して機能するため、処理システム全体の信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態例に係わる酸化処理システムを示す系統図である。
【図2】図1の反応器の形態例を示す断面図である。
【図3】図1の反応器の形態例を示す上面図である。
【図4】図1の絞り機構の形状を示す概略図である。
【図5】絞り機構の流路断面積条件を示すグラフである。
【図6】本発明の第2の実施の形態例に係わる酸化処理システムを示す系統図である。
【図7】本発明の第3の実施の形態例に係わる酸化処理システムを示す系統図である。
【図8】本発明の第4の実施の形態例に係わる酸化処理システムを示す系統図である。
【図9】本発明の第5の実施の形態例に係わる酸化処理システムを示す系統図である。
【符号の説明】
10…有機物用タンク、10A…含水有機物、11…有機物供給ポンプ、20…酸素用タンク、20A…酸素、21…酸素供給ポンプ、30…予熱器、40,40A,40B…反応器、41,41A,41B…絞り機構、50,50A,50B…背圧器、60,60A,60B…集塵器、70…気液分離器、80…酸素予熱器。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a processing system and a processing method suitable for oxidizing organic substances in a fluid under high temperature and high pressure using water as a solvent.
[0002]
[Prior art]
As for purification treatment of domestic wastewater, factory wastewater and the like containing organic substances, a method utilizing a decomposition reaction by microorganisms is widely performed. In this method, a large amount of sludge is generated during the treatment. The generated sludge is incinerated or landfilled. However, it is difficult to secure a landfill site by the method of reclaiming sludge as it is, and many of them are incinerated.
[0003]
For incineration of sludge, the method using an incinerator is the most widespread as in general incineration, but in order to make the sludge flammable, the proportion of incombustibles such as inorganic content and moisture in the sludge is reduced, or Measures such as adding fuel are necessary to support the combustion of sludge.
[0004]
Since the amount of water in sewage sludge reaches 97-98% by mass, the sludge is concentrated and dehydrated, and the water content is reduced to about 80% before being supplied to the incinerator. .
[0005]
As an alternative method, a method called a wet oxidation method has been proposed. In this method, air or oxygen is forcibly sent as an oxidizing agent under a hot water condition of about 200 to 300 ° C. and about 100 atm to cause an oxidative decomposition reaction.
[0006]
Compared with the method using an incinerator, this method has the advantage that the pretreatment can be simplified such that the amount of water in the sludge can be reduced because the sludge can be oxidized in the presence of water. Furthermore, generation of harmful gases as seen in general incinerators can be suppressed, and an exhaust gas treatment device is not required.
[0007]
However, in this method, removal of ash generated during the oxidative decomposition reaction and residual solid matter that is an unreacted material is a major problem in the construction of an oxidation treatment system.
[0008]
If solids cannot be sufficiently removed from the fluid after the decomposition reaction, there is a possibility that the pipeline for conveying the processed fluid may be blocked, leading to a decrease in the reliability of the processing system.
[0009]
In addition, as described in, for example, JP-B-1-38532, in a system that recovers and uses the thermal energy of a processing fluid using a preheater or the like, in order to distribute the processed fluid to the heat exchanger, If the solids in the treated fluid are not removed, the solids adhere to the heat transfer surface of the heat exchanger, which reduces the heat transfer performance of the heat exchanger, and the heat energy of the treated fluid. May not be used effectively.
[0010]
As a solid removal method in the oxidation treatment method using water as a medium, for example, there are a method described in JP-A-1-258800 and a method described in JP-A-8-38853. However, in the method described in the above publication, it is difficult to increase the reliability of the processing system, or heat energy is supplied from the outside when separating solids from the fluid after oxidation treatment. There is a problem that a large amount of energy is required.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
The object of the present invention is to provide an organic oxidation system and an oxidation treatment method that can efficiently remove solids such as incombustibles from the fluid after the oxidation reaction.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the organic oxidation system according to the present invention is characterized in that a fluid containing an organic substance and oxygen or an oxidant is subjected to an oxidation reaction under high temperature and high pressure in a reactor using water as a solvent. The processing fluid that has undergone the oxidation reaction is discharged to a back pressure device through a throttling mechanism, and the discharged processing fluid is reduced to a pressure approximately equal to that of the supplied gas to evaporate water and separate it into water vapor and solid matter.
[0013]
Specifically, the present invention provides the following systems and methods.
[0014]
The present invention relates to an organic matter oxidation treatment system that oxidizes organic matter in a fluid under high temperature and high pressure using water as a solvent, and a reaction in which the fluid containing the organic matter and oxygen or an oxidizing agent is subjected to an oxidation reaction under the high temperature and high pressure. And a throttling mechanism that is provided in the reactor and discharges the oxidized processing fluid, and evaporates water by reducing the discharged processing fluid to a pressure approximately equal to the gas supplied from the gas supply device. And a back pressure device that separates into water vapor and solid matter.
[0015]
Preferably, a dust collector for removing the separated solid matter is provided in communication with the back pressure device.
[0016]
Preferably, the gas supply device includes a gas-liquid separator that separates the processing fluid into a gas phase and a liquid phase, or an air compressor.
[0017]
Preferably, the throttle mechanism is constituted by a divergent nozzle.
[0018]
Preferably, a preheater is provided that heats the oxygen or oxidant by exchanging heat with water vapor generated by the back pressure device.
[0019]
Further, the present invention provides an organic matter oxidation treatment method in which an organic matter is oxidized in a fluid under high temperature and high pressure using water as a solvent, and the fluid containing the organic matter and oxygen or an oxidizing agent is subjected to an oxidation reaction under high temperature and high pressure. The oxidized processing fluid is discharged, and the discharged processing fluid is depressurized to a pressure lower than the gas in the processing container to evaporate water to separate it into water vapor and solids. Provided is a method for oxidizing an organic substance characterized by being captured and removed.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an organic oxidation system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0021]
FIG. 1 is a system diagram showing an organic oxidation system according to a first embodiment of the present invention. The oxidation treatment system of the first embodiment includes an
[0022]
The water-containing
[0023]
The water-containing organic substance mixed with the
[0024]
The fluid after the reaction introduced into the
[0025]
In the
[0026]
The separated water vapor and solid matter are introduced into a
[0027]
FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of the form of a
[0028]
The
[0029]
The
[0030]
By configuring the
[0031]
Further, since the
[0032]
Therefore, a portion having a high solid concentration is formed in the vicinity of the inner surface of the
[0033]
Therefore, the fluid having a high solid concentration flowing through the flow path between the
[0034]
That is, a fluid having a high solid concentration can be selectively collected in the vicinity of the lower center of the
[0035]
FIG. 4 is a diagram showing a cross-sectional shape of the diaphragm mechanism of the first embodiment shown in FIG. In the first embodiment shown in FIG. 1, the
[0036]
As shown in FIG. 4, the pressure of the processing fluid at the inlet of the throttle mechanism is P0, the channel cross-sectional area of the portion where the channel cross-sectional area of the throttle mechanism is the smallest is A *, the pressure of the processing fluid at the outlet of the throttle mechanism is P, Let A be the cross-sectional area of the flow path at the outlet of the throttle mechanism. Note that the pressure P0 of the processing fluid at the inlet of the throttle mechanism is substantially equal to the pressure of the processing fluid inside the reactor.
[0037]
High-temperature and high-pressure water has to be handled as a compressible fluid because the density varies depending on pressure even at the same temperature. Then, the relationship between the pressure ratio P / P0 at the throttle mechanism outlet / inlet and the flow path cross-sectional area ratio A / A * at the throttle mechanism outlet / minimum channel cross-sectional area must follow the following equation (Equation 1). .
[0038]
[Expression 1]
[0039]
In (Equation 1), γ is the specific heat ratio of water, and is a value of 1.5 to 1.6 for high-temperature and high-pressure water used for the oxidation treatment of organic matter.
[0040]
FIG. 5 is a graph showing the relationship of (Equation 1) as P / P0 on the horizontal axis and A / A * on the vertical axis. As shown in FIG. 5, reducing the processing fluid using the
[0041]
That is, the throttle mechanism needs to have a shape such that the channel cross-sectional area at the outlet of the throttle mechanism is larger than the channel cross-sectional area of the portion with the smallest channel cross-sectional area.
[0042]
By making the flow path cross section of the
[0043]
In the first embodiment shown in FIG. 1 or FIG. 2, the
[0044]
When the oxidation reaction in the reactor is performed in a supercritical state of water, for example, the temperature of the fluid after the reaction is about 380 ° C. and the pressure is about 22 MPa. If the back pressure device is not provided and the degree of pressure reduction is adjusted using a valve or the like, the movable part of the valve will be exposed to a high-temperature and high-pressure fluid. The reliability of the valve is lowered, and as a result, the reliability of the entire processing system is reduced.
[0045]
According to the first embodiment shown in FIG. 1, the
[0046]
Since the temperature of the gas phase supplied from the gas-
[0047]
Further, since the pressure in the
[0048]
In FIG. 1, other oxidizing agents such as air may be used instead of oxygen.
[0049]
FIG. 6 is a system diagram showing an organic matter oxidation treatment system according to a second embodiment of the present invention. This configuration differs from FIG. 1 in that the reactor is composed of a
[0050]
According to the second embodiment shown in FIG. 6, even when there is a solid matter that is not discharged by the
[0051]
Thus, the solids removal efficiency can be increased by connecting a reactor equipped with a throttling mechanism in series.
[0052]
In the embodiment shown in FIG. 6, the throttle mechanisms respectively provided in the two reactors are communicated with one back pressure device, but individual back pressure devices may be provided in each reactor.
[0053]
In the embodiment shown in FIG. 6, the case where two reactors are connected in series is shown. However, by connecting three or more reactors in series, better solids separation can be achieved. It can be carried out.
[0054]
FIG. 7 is a system diagram showing an organic matter oxidation treatment system according to a third embodiment of the present invention. The processing system of the third embodiment shown in FIG. 7 includes an
[0055]
The water-containing
[0056]
In the system including the
[0057]
A part of the fluid after the reaction is introduced into the
[0058]
In the
[0059]
The separated water vapor and solid matter are introduced into a
[0060]
In the system including the
[0061]
A part of the fluid after the reaction is introduced into the
[0062]
In the
[0063]
The separated water vapor and solid matter are introduced into a
[0064]
According to the third embodiment shown in FIG. 7, it is possible to increase the throughput of organic matter by operating both the system including the
[0065]
In addition, when one of the system including the
[0066]
In the embodiment shown in FIG. 7, the case where two systems including reactors are provided in parallel is shown. However, by connecting three or more systems including reactors in parallel, further reliability can be obtained. A highly reliable system can be configured.
[0067]
FIG. 8 is a system diagram showing an organic matter oxidation treatment system according to a fourth embodiment of the present invention. This configuration differs from FIG. 7 in that the dust collector is composed of a
[0068]
According to the fourth embodiment shown in FIG. 8, even if maintenance or inspection work is required in one of the
[0069]
FIG. 9 is a system diagram showing an organic matter oxidation treatment system according to a fifth embodiment of the present invention. This configuration differs from the first embodiment shown in FIG. 1 in that the steam D after the solid matter is removed by the
[0070]
In the oxidation treatment of organic matter using high-temperature water, in order to perform a good oxidation reaction in the reactor, it is necessary to preheat the organic matter to a certain temperature before introducing the organic matter into the reactor.
[0071]
According to the fifth embodiment shown in FIG. 9, the
[0072]
Further, according to the present embodiment, since it is not necessary to input energy from the outside in order to preheat the
[0073]
【The invention's effect】
According to the present invention, in an organic matter oxidation treatment system using high-temperature water, the reactor is provided with a throttling mechanism, and further provided with a back pressure device, so that the reaction treatment water containing solid matter is continuously removed from the reactor. The solids can be discharged and continuously removed. Thereby, an oxidation treatment system can be operated efficiently.
[0074]
In addition, the throttling mechanism that discharges the reaction water containing the solid matter from the reactor does not have a movable part and functions stably even under high temperature and high pressure, so that the reliability of the entire processing system can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a system diagram showing an oxidation treatment system according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of the reactor of FIG.
FIG. 3 is a top view showing an example of the reactor of FIG. 1;
4 is a schematic view showing the shape of the aperture mechanism of FIG. 1. FIG.
FIG. 5 is a graph showing channel cross-sectional area conditions of the throttle mechanism.
FIG. 6 is a system diagram showing an oxidation treatment system according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a system diagram showing an oxidation treatment system according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a system diagram showing an oxidation treatment system according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a system diagram showing an oxidation processing system according to a fifth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
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