JP4332345B2 - 水熱反応処理装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、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酸化反応を、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処理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】
このように水熱反応処理して被処理物を酸化分解する場合、被処理物、酸化剤、水を加熱、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、有機物は酸化分解され、水と二酸化炭素（ＣＯ2）と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。
上述した塩は、被反応物が塩を含んでいる場合もあり、あるいは反応により生じるものであり、このような塩は温度によって溶解度に変化が生じるため耐圧反応容器の内側に付着したり、反応生成物である灰分とともに耐圧反応容器下部に堆積する場合がある。
【０００４】
このように反応容器の内側に塩が堆積すると、塩が塊のまま自重で落下することにより、または、反応領域を狭めるため、スクレーパーで塩を掻き落としたりすることにより、反応容器内の下部に塩が溜まる。従って、反応容器内の下部にクエンチ水を導入し、気相の水が液相になる温度まで反応容器内の下部を冷却し、液相の水およびクエンチ水で塩を溶解させて反応容器から排出させている。
特開平11-253786号公報には、反応容器下部において塩を冷却溶解して排出することのできる耐圧反応装置が開示されており、水に溶解しやすい塩の場合には効果的な装置である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、塩の中には液相状態の水にも溶けにくい塩がある。例えば炭酸ナトリウム（Ｎａ2ＣＯ3）、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ3）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）などの炭酸塩や酸化物などは、その塩の塊の大きさによっては、反応容器から反応生成物などを排出させる排出管、減圧弁などの排出配管系統を詰まらせてしまうという不都合があった。
【０００６】
この発明は、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、反応容器から反応生成物などを排出させる排出配管系統が詰まるのを防止することができ、塩を含む廃液を安定に処理することのできる水熱反応処理装置を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の水熱反応処理装置は、反応容器内の固体の粒径を小さくする固体粒径縮小機構を備えることを特徴とする。
また、本発明の水熱反応処理装置は、排出配管系統へ排出される固体の粒径を制限する固体粒径制限機構を備えることを特徴とする。
また、本発明の水熱反応処理装置は、反応容器２１と、反応容器内の固体の粒径を小さくする固体粒径縮小機構と、を備えることを特徴とする。本発明の水熱反応処理装置は、上記固体粒径縮小機構の下流に設けられた、固体粒径制限機構を備えていてもよい。
上記水熱反応処理装置によれば、反応容器から排出される塩等の固体の粒径を小さくすることができ、更に排出配管系統へ排出される固体の粒径を制限することができるので、反応容器内で生成した塩等の反応生成物によって排出配管系統が詰まることを防止することができる。
【０００８】
前記固体粒径縮小機構としては、固体の粒径を小さくすることのできるものであれば特に制限はなく、どのようなものであってもよい。例えば反応容器下部に液体を供給して固体を溶解する固体溶解手段、及び固体を破砕する手段が挙げられる。
【０００９】
反応容器下部に液体を供給する手段とは、反応容器の下部に、反応容器内で生成した塩等の固体を溶解することのできる液体、例えば水を供給する供給孔を設け、この供給孔から水を供給する手段である。この水によって、塩などの固体が冷却溶解され、固体の粒径が小さくされる。
また、固体を破砕する手段とは、反応容器から排出される、反応容器内で生成した塩等（被処理物に、元から含まれる固体を含む。以下、本明細書において同様）の固体を物理的に破砕する手段をいい、例えば反応容器の下部にグラインダーやジョークラッシャー等の破砕手段を設け、このグラインダー等により、反応容器内で生成した塩を破砕することのできるものであれば、特に制限なく用いることができる。固体を破砕する手段は、反応容器の下部に設けることができるが、反応容器の下流に設けてもよい。
【００１０】
前記固体粒径制限機構としては、排出配管系統へ排出される固体の粒径を制限することのできるものであれば特に制限はなく、どのようなものであってもよい。例えば前記反応容器に設けられた、所定の粒径よりも大きい固体を滞留させる滞留手段、及び前記反応容器に設けられた、略円形の断面形状を有する部材を偏心させながら回転させるものが挙げられる。
【００１１】
本発明の水熱反応処理装置においては、反応容器よりも上流側に予熱器を備えていてもよく、この場合に、この予熱器の下流に固体粒径縮小機構が更に設けられていてもよい。このように、予熱器の下流に固体粒径縮小機構が更に設けられることにより、被処理物である廃液に固体が含まれる場合に、被処理物が反応容器内へ供給される前に固体を破砕することができ、反応容器内における固体（塩）の生成が抑制されるとともに、排出配管系統が詰まることを防止することができる。
【００１２】
本発明の水熱反応処理装置においては、前記固体粒径縮小機構の下流に、不溶解粒子トラップ機構を備えていてもよい。前記固体粒径縮小機構及び前記固体粒径制限機構により、反応容器内で生成された塩等の粒径を小さくすることができ、排出配管系統が詰まるのを防止することができるが、排液中には固体粒径制限機構を通過できる小さい固体粒子が混入してしまう。従って、上記不溶解粒子トラップ機構が備えられることにより、排液中に固体粒子が混入することを防止することが可能となる。
【００１３】
また、本発明の水熱反応処理装置は、供給される被処理物を水の超臨界状態または亜臨界状態で水熱酸化反応させて処理し、水が気相から液相になって存在する反応容器を備えた水熱反応処理装置において、前記反応容器内の水が液相で存在する部分に、排出配管系統を詰まらせる大きさの固体を滞留させる滞留手段を設けてもよい。
【００１４】
上記水熱反応処理装置によれば、反応容器内の水が液相で存在する部分に、排出配管系統を詰まらせる大きさの固体を滞留させる滞留手段が設けられているので、排出配管系統を詰まらせる大きさの固体が排出配管系統へ排出されず、排出配管系統が詰まることを防止することができる。
上記滞留手段は、１ｍｍ以上の大きさの固体を滞留させるものであることが好ましい。
【００１５】
本発明の水熱反応処理方法は、水熱反応容器内で被処理物を水の超臨界状態または亜臨界状態で水熱酸化反応させる水熱反応処理方法であって、上記水熱反応容器内で生成した固体の粒径を小さくする工程と、排出配管系統へ排出される固体の粒径を制限する工程と、を含むことを特徴とする。
本発明の水熱反応処理方法は、固体の粒径を小さくする工程を含んでいてもよく、また固体の粒径を制限する工程を含んでいてもよい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の水熱反応処理装置について図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の水熱反応処理装置の第１の実施の形態にかかる水熱反応処理装置の概略構成を示すブロック図である。
図１に示す水熱反応処理装置は、反応容器２１と、この反応容器２１に被処理物、補助燃料、水、酸化剤（空気）を供給する供給系統と、反応容器２１から出る反応生成物を冷却し、気液分離する冷却気液分離系統とから主に構成されている。
【００１７】
水熱反応容器２１の入り口には、被処理物である排液（廃棄物）、補助燃料、水及び空気等の供給管２ｂが接続している。被処理物貯留槽１に貯留された廃液は高圧送液ポンプ３によって例えば２．５ＭＰａ（２５気圧）以上の圧力に加圧され、排液供給管２ａ、供給管２ｂを通って反応容器２１へ供給される。補助燃料貯留槽４に貯留された補助燃料は、高圧送液ポンプ６によって例えば２．５ＭＰａ（２５気圧）以上の圧力に加圧され、補助燃料供給管５、供給管２ｂを通って反応容器２１へ供給される。
【００１８】
水槽７に貯留された水は、高圧送液ポンプ９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８、供給管２ｂを通って反応容器２１へ供給される。
高圧送液ポンプ３、６、９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、廃液、補助燃料、水の反応容器２１への供給量を調節できるようになっている。
供給管２ｂには、エアーコンプレッサー１０を備えた空気供給管１１が接続している。酸化剤である空気はエアーコンプレッサー１０に取り込まれて圧縮され、例えば２．５ＭＰａ（２５気圧）以上の高圧で空気供給管１１から供給管２ｂを通って反応容器２１に供給される。また、空気供給管１１から供給される空気は、予備加熱器１２によって所定の温度に予備加熱することができる。
【００１９】
図１に示す水熱反応処理装置においては、クエンチ水貯留槽１３内に貯留されたクエンチ水は、高圧送液ポンプ１５によって例えば２．５ＭＰａ（２５気圧）以上の圧力に加圧され、クエンチ水供給管１４を通って反応容器２１へ供給される。この点については後述する。なお、高圧送液ポンプ１５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、クエンチ水の反応容器２１への供給量を調節できるようになっている。
【００２０】
反応容器２１の排出口には、冷却器５２を備えた排出管５１が接続されている。排出管５１の先は気液分離器５３に接続されている。反応容器２１の排出口から排出された反応生成物等は、排出管５１を通り冷却器５２でほぼ常温に冷却された後、気液分離器５３で気体（排ガス）と固体を含む液体（排液）とに分離される。
【００２１】
気液分離器５３の上端には、減圧弁５５を備えた排ガス管５４が接続されており、気液分離器５３から供給される排ガスは、減圧弁５５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５３の底部には、減圧弁５７を備えた廃液管５６が接続されている。気液分離された廃液は、減圧弁５７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。
【００２２】
反応容器２１について、図２を参照しつつ詳細に説明する。図２は、図１に示す水熱反応処理装置の備える反応容器２１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２１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２２と、この円筒部２２の内面に、反応容器を腐食から保護する目的で配設されたライナー２３と、複数のブロックを積層して構成され、円筒部２２が載置される基台２４とで構成されている。
そして、円筒部２２の天井には、中心部分に、供給管２ｂに接続され、円筒部２２内の上側の混合ゾーン２６Ｕへ廃液などを供給するノズル２９が円筒部２２の軸方向へ向けて配設されている。
【００２３】
さらに、円筒部２２の下側部分には、クエンチ水供給管１４を介して供給されるクエンチ水を円筒部２２内の冷却ゾーン２６Ｄへ供給するためのクエンチ水供給孔２２ａが設けられている。なお、混合ゾーン２６Ｕと冷却ゾーン２６Ｄとの間は栓状平行流ゾーン２６Ｍである。
また、基台２４には、円筒部２２内の下側から反応生成物などを排出管５１へ排出する排出口（孔）２４ａが上側部分に設けられ、後述する駆動機構のチェーン４７が挿入される開口２４ｂが下側部分に設けられている。また、網３１が回転軸４２を貫通するように設けられており、回転軸４２の上部にはスクレーパー４１が取り付けられており、このスクレーパー４１は、ライナー２３の内側に付着した塩などの固体を掻き取るように、ライナー２３の内側に下側から上側に沿う形状に形成されたスクレーパー本体４３を備えている。
【００２４】
上記したスクレーパー本体４３は、回転軸４２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てもよく、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であってもよい。
【００２５】
上記した駆動機構は、反応容器２１の外に配置されたモータと、このモータと回転軸４２の歯車とに張架され、開口２４ｂに配設されたチェーン４７とで構成されており、この駆動機構によりスクレーパー４１が回転するようになっている。そして、スクレーパー４１が回転すると、スクレーパー４１に接続されているスクレーパー本体４３が反応容器２１（ライナー２３）の内側（反応室側）で回転し、反応容器２１の内側に付着した塩などの固体が掻き落とされる。なお、駆動機構はオーバートルク時に作動する安全機構を備えている。
【００２６】
また、反応容器２１の冷却ゾーン２６Ｄには網３１が設けられており、網目以上の大きさの固体が通過できないようになっている。なお、網目サイズは排出管に固体が詰まることを防止することができる十分小さなものであり、例えば１〜３ｍｍ程度のものが好ましい。
【００２７】
次に、水熱反応処理の一例について説明する。
まず、高圧送液ポンプ６、高圧送液ポンプ９、エアーコンプレッサー１０及び予備加熱器１２を作動させ、補助燃料などを反応容器２１内の混合ゾーン２６Ｕへノズル２９から供給して水熱酸化反応を起こさせ、反応容器２１の内部を所定の温度に上昇させる。
反応容器２１内を所定の温度に上昇させた後、高圧送液ポンプ３を作動させ、被処理物貯留槽１内の廃液を反応容器２１内の混合ゾーン２６Ｕへノズル２９から供給し、水熱酸化反応させて処理するとともに、高圧送液ポンプ１５を作動させ、クエンチ水貯留槽１３内のクエンチ水を、反応容器２１のクエンチ水供給孔２２ａへ供給する。ここで空気予熱を止めてもよい。
【００２８】
このようにして廃液を反応容器２１内で水熱酸化反応させたとき、廃液が、例えば有機性廃液であると、有機性廃液は水熱酸化反応により、水、二酸化炭素（ＣＯ2）の高温高圧流体、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。
そして、この運転（水熱酸化反応の処理）を継続すると、稼動時間の経過に伴って反応容器２１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スクレーパー４１を回転させ、回転するスクレーパー本体４３で反応容器２１（ライナー２３）の内側に付着した塩などの固体が掻き落とされ、網３１の上に塩などが堆積する。
【００２９】
反応容器２１内の冷却ゾーン２６Ｄにおいては、クエンチ水供給孔２２ａからクエンチ水が供給され、このクエンチ水により塩などの固体が溶解又は破壊され、塩などの固体の粒径が小さくされる。そして、塩などの固体は網３１の上に堆積し、排出配管系統（排出管５１、気液分離器５３、排液管５６、減圧弁５７）を詰まらせる大きさの固体は網３１の上に滞留するので、固体により排出配管系統が詰まることを防止し得る。なお、クエンチ水に溶解助剤として酸やアルカリ等を加えてもよい。これにより、溶解がより促進される。
【００３０】
網３１の上に滞留した塩の塊は、クエンチ水に、冷却ゾーン２６Ｄの高温で溶解を促進されて溶け、排出配管系統を詰まらせることのない１〜３ｍｍ未満の大きさになると、網３１の目から落下し、クエンチ水などによって気液分離器５３へ排出される。
【００３１】
上述したように、本発明の第１の実施の形態にかかる水熱反応処理装置によれば、反応容器２１内の水が液相で存在する部分、すなわち冷却ゾーン２６Ｄに、固体の粒径を小さくする固体粒径縮小機構であるクエンチ水供給孔と、排出配管系統へ排出される上記固体の粒径を制限する固体粒径制限機構である網とを設けてあるので、反応生成物などによって排出配管系統が詰まるのを防止することができる。
【００３２】
上記した第１の実施の形態にかかる水熱反応処理装置においては、スクレーパー４１が設けられた例を示したが、スクレーパー４１を設けず、自然崩落によって堆積物を網３１の上に落下させる構成であってもよい。
【００３３】
また、滞留手段の一例として網３１を示したが、パンチングメタルなどのように、網３１と同様に機能する他のものであってもよいことは言うまでもない。
【００３４】
次に、本発明の第２の実施の形態に係る水熱反応処理装置について図面を参照しつつ説明する。図３は、本発明の第２の実施の形態に係る水熱反応処理装置の概略構成を示すブロック図である。図３に示す水熱反応処理装置は、基本的な構成は図１に示す水熱反応処理とほぼ同様である。図３に示す構成部品のうち、図１と同じものには同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００３５】
図３に示す水熱反応処理装置においては、図１に示す水熱反応処理装置とは反応容器１２１の構成が異なっている。また、図３に示す水熱反応処理装置においては、気液分離器５３と減圧弁５７との間に不溶解粒子トラップ機構であるフィルター６０が設けられている。フィルター６０の粗さは減圧弁５７の性能によって異なるが、１０μｍ〜１０００μｍ程度のものでよい。また、排液中に含まれる固体粒子の量が多い場合には、フィルター６０をパラレルに複数設けてもよい。フィルター６０をパラレルに複数設けることにより、他のフィルターで固体粒子をトラップしながら、他のフィルターを洗浄することが可能である。このように、トラップ中のフィルターと洗浄中のフィルターとを切り替えて使用することが好ましい。また、不溶解粒子トラップ手段としては、フィルター以外に、例えばサイクロン等の固液分離手段を用いてもよい。図３に示す水熱反応処理装置においては、フィルター６０が設けられているので、排液中に固体粒子が混入することを防止することができる。
【００３６】
次に、図３に示す水熱反応処理装置の備える反応容器１２１について、図４を参照しつつ詳細に説明する。図４は、図３に示す水熱反応処理装置の備える反応容器１２１の概略構成を示す断面図である。なお、図３に示す水熱反応処理装置の備える反応容器１２１は、図１に示す水熱反応処理装置の備える反応容器２１とは、混合ゾーンについては同一であるので、図４においては、栓状平行流ゾーン２６Ｍ及び冷却ゾーン２６Ｄのみ示した（図４においては符号は省略）。
【００３７】
図４に示すように、反応容器１２１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、下端部分は漏斗状に中心へ向けて狭まっている。漏斗状に中心へ向けて狭まって形成された下端部分には、固体粒子縮小機構である、グラインダー１５８が設けられている。グラインダー１５８は、上部に向かって径が小さくなるように形成され、その周囲にはらせん状に破砕羽根１６１が設けられている。また、グラインダーの下部１５９の周囲は、グラインダーが回転した場合に、回転中心から偏心しながら回転するようになっている。すなわち、グラインダーが回転した場合に、グラインダーの下部１５９と反応容器の円筒部１６０との距離が変化するようになっている。図４においては、グラインダーの下部１５９と円筒部１６０との距離は、図面右側が左側より広くなっているが、グラインダーが１／２周回転した時には、左側が右側より広くなるように、グラインダー１５８とグラインダーの下部１５９とが回転する。
【００３８】
図５は、図４の反応容器１２１のＡ−Ａ断面図である。図５に示すように、グラインダーの下部１５９は回転する際に、回転中心Ｏから偏心しながら回転する。そして、グラインダーの下部１５９と円筒部１６０との間の距離は、グラインダーの回転とともに変化する。図５においては、右側が広く、左側が狭くなっている。図５において、グラインダーの下部１５９と円筒部１６０との間の距離の大きい時に落下した固体１５５は、グラインダーが１／２周した時には距離が狭くなり、固体１５５はグラインダーの下部１５９と円筒部１６０とに挟まれて破壊されて、その粒径が小さくなる。
【００３９】
グラインダーの下部１５９と円筒部１６０との間の距離は、最も離れた場合でも排出管５１の直径よりも小さくなるようになされており、このため排出配管を詰まらせる可能性のある固体粒子は排出管５１に排出されない。また、グラインダーの下部１５９と円筒部１６０との距離が最も離れている時に落下した固体は、グラインダーが回転し、グラインダー１５９と円筒部１６０との距離が狭くなるにつれ破砕され、その粒径は小さくなり、排出孔１６５から排出管５１へ排出されるため、すき間が目詰まりすることもない。固体粒子が溶解性である場合は、排出孔１６５の下流に網等の制限機構を設けることで、さらに粒径を小さくすることもできる。
【００４０】
反応容器１２１の栓状平行流ゾーンには、クエンチ水供給孔１５１が設けられている。また、基台１６７には、円筒部１６０内の下側から反応生成物などを排出管５１へ排出する排出孔１６５が上側部分に設けられており、後述する駆動機構のチェーン１６９が挿入される開口１７１が下側部分に設けられており、回転軸１６３の上部にはスクレーパー１５７が取り付けられており、このスクレーパー１５７は、ライナー（図示せず）の内側（反応室側）に付着した塩などの固体を掻き取るように、ライナーの内側に下側から上側に沿う形状に形成されたスクレーパー本体１５３を備えている。このスクレーパー本体の形状については、図２において説明したものと同様である。
【００４１】
駆動機構は、反応容器１２１の外に配置されたモータと、このモータと回転軸１６３との間に張架され、開口１７１に配設されたチェーン１６９とで構成されており、この駆動機構によりスクレーパー１５７が回転するようになっている。そして、スクレーパー１５７が回転すると、スクレーパー１５７に接続されているスクレーパー本体１５３が反応容器１２１の内側で回転し、反応容器１２１の内側に付着した塩などの固体が掻き落とされる。
【００４２】
なお、駆動機構にはトルク検出機構が備えられており、トルクが警報規定値より高くなった場合に、オペレーターに警報を出力し、また一時停止規定値に達した場合には自動的に駆動機構を一時停止させ、規定時間、駆動機構を逆転運動させ、その後再度通常通りの回転に戻す。トルクの警報規定値、一時停止規定値は、グラインダー１５８の設計的強度から決定することができるが、設計程度の２０〜８０％程度の間に設計することが好ましい。また、トルクを検出する手段としては、駆動機構の消費電力からトルクを計算する方法や、軸トルクを直接計測する方法がある。
【００４３】
次に、図３及び図４を参照しつつ、水熱反応処理の一例について説明する。
第１の実施の形態に係る水熱反応処理装置において説明したと同様に、先ず高圧送液ポンプ６、高圧送液ポンプ９、エアーコンプレッサー１０及び加熱器１２を作動させ、補助燃料などを反応容器１２１へ供給して水熱酸化反応を起こさせ、反応容器１２１の内部を所定の温度に上昇させる。
反応容器１２１内を所定の温度に上昇させた後、高圧送液ポンプ３を作動させ、被処理物貯留槽１内の廃液を反応容器１２１内へ供給し、水熱酸化反応させて処理する。ここで空気予熱を止めてもよい。
【００４４】
上述のようにして廃液を反応容器１２１内での水熱酸化反応を継続すると、稼動時間の経過に伴って反応容器１２１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を作動させてスクレーパー１５７を回転させ、回転するスクレーパー本体１５３により反応容器１２１の内側に付着した塩などの固体１５５が掻き落とされる。そして、回転するグラインダー１５８の周囲に設けられた破砕羽根１６１と反応容器１２１の円筒部１６０の間に落下した固体１５５は、破砕羽根１６１と円筒部１６０との間に挟まれて破壊され、その粒径が小さくされる。
【００４５】
また、栓状平衡流ゾーンに設けられたクエンチ水供給孔１５１からクエンチ水が供給され、固体１５５は、このクエンチ水によって溶解が促進され、粒径が小さくされる。粒径が小さくされた固体１５５は、更に反応容器１２１の下部に落下していき、グラインダーの下部１５９と円筒部１６０との間に落下する。グラインダーの下部１５９と円筒部１６０との間に入れない固体１５５は、それ以上下に落下することができず、排出孔１６５を通過できず、排出管５１に排出されず、配管系統が詰まることを防止し得る。
【００４６】
なお、上述したように、グラインダーの下部１５９の周囲は、グラインダーが回転した場合に、回転中心から偏心しながら回転するようになっており、グラインダーが回転した場合に、グラインダーの下部１５９と反応容器１２１の円筒部１６０との間の距離が変化する。このように形成されているので、グラインダーの下部１５９と円筒部１６０との距離が大きい時に落下した固体１５５は、グラインダーが回転しグラインダーの下部１５９と円筒部１６０との距離が小さくなった際に破壊され、粒径が小さくなる。すなわち、グラインダーの破砕羽根１６１と円筒部１６０との間に挟まれて粒径が小さくなった固体は、グラインダーの下部１５９と円筒部１６０との間で再び破砕されて粒径が更に小さくなるという効果がある。
【００４７】
排出孔１６５から排出された反応生成物及び固体は、排出管５１を通り冷却器５２でほぼ常温に冷却された後、気液分離器５３で気体（排ガス）と固体を含む液体（排液）とに分離される。気液分離器５３と減圧弁５７との間にはフィルター６０が設けられており、不溶解粒子がこのフィルターにトラップされる。
【００４８】
次に、本発明の第３の実施の形態に係る水熱反応処理装置について図面を参照しつつ説明する。図６は、本発明の第３の実施の形態に係る水熱反応処理装置の概略構成を示すブロック図である。図６に示す水熱反応処理装置は、基本的な構成は図１に示す水熱反応処理装置とほぼ同様である。図６に示す構成部品のうち、図１と同じものには同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００４９】
図６に示す水熱反応処理装置においては、高圧送液ポンプ３と反応容器２２１との間に予熱器７０が、また反応容器２２１と冷却器５２との間に固体の粒径を小さくする固体粒径縮小機構である固体破砕機構８２が設けられている。また、反応容器２２１と固体破砕機構８２との間の配管７２には冷却器８０が設けられている。
【００５０】
予熱器７０は、廃液が反応容器２２１に供給される前に、廃液を予め所定の温度に加熱する機能を有している。そして、予熱器の下部には固体の粒径を小さくする固体粒径縮小機構である固体破砕機構が設けられている。このように固体破砕機構が設けられることにより、被処理物である廃液に固体が含まれている場合や予熱中に塩等の固形物が生成した場合に、その廃液が反応容器２２１に供給される前に固体を破砕することができ、反応容器２２１内における固体（塩）の生成が抑制される。また、配管２ｂが詰まることを防止し得る。
【００５１】
また、図６に示す水熱反応処理装置においては、第２の実施の形態に係る水熱反応処理装置に示すものと同様に、フィルター６０が設けられている。このフィルターについては、第２の実施の形態において説明したものと同様ものが用いられる。
【００５２】
図６に示す水熱反応処理装置の備える予熱器について、図７を参照しつつ説明する。図７は、図６に示す水熱反応処理装置の備える予熱器７０の概略構成を示す断面図である。
図７に示すように、予熱器７０は、内部に円柱状をした予熱用の空間部が形成されており、この空間部を囲むように電気ヒータ２７０が取り付けられている。電気ヒータ２７０は、温度制御可能になされており、上記空間部を所望の温度に加熱することが可能である。
【００５３】
そして、下端部は漏斗状に中心へ向けて狭まっている。漏斗状に中心へ向けて狭まって形成された下端部分には、固体粒子縮小機構である、グラインダー２５８が設けられている。グラインダー２５８は、上部に向かって径が小さくなるように形成され、その周囲にはらせん状に破砕羽根２６１が設けられている。また、グラインダーの下部２５９の周囲は、グラインダーが回転した場合に、回転中心から偏心しながら回転するようになっている。すなわち、グラインダーが回転した場合に、グラインダーの下部２５９の周囲と予熱器の円筒部２６０との距離が変化するようになっている。図７においては、グラインダーの下部２５９と円筒部２６０との距離は、図面右側が左側より広くなっているが、グラインダーが１／２周回転した時には、左側が右側より広くなるようになっている。
【００５４】
図７の予熱器の断面図については図示しないが、基本的には図５に示す反応容器１２１の断面図と同様である。
グラインダーの下部２５９と円筒部２６０との間の距離は、配管２ｂの直径よりも小さくなされているので、配管２ｂを詰まらせる大きさの固体粒子は配管２ｂに供給されない。グラインダーの下部２５９と円筒部２６０との距離が最も離れている時に落下した固体は、グラインダーが回転し、グラインダーの下部２５９と円筒部２６０との距離が狭くなるにつれ破砕され、その粒径は小さくなり、排出孔２６５から配管２ｂへ排出される。
【００５５】
基台２６７には、円筒部２６０内の下側から廃液（固体を含む）を配管２ｂへ排出する排出孔２６５が上側部分に設けられており、駆動機構のチェーン２６９が挿入される開口２７１が下側部分に設けられており、回転軸２６３の上部にはスクレーパー２５７が取り付けられており、このスクレーパー２５７は、予熱器の内側に付着した固体を掻き取るように、予熱器の内側に下側から上側に沿う形状に形成されたスクレーパー本体２５３を備えている。このスクレーパー本体の形状については、図２において説明したものと同様である。
【００５６】
駆動機構は、予熱器７０の外に配置されたモータと、このモータと回転軸２６３との間に張架され、開口２７１に配設されたチェーン２６９とで構成されており、この駆動機構によりスクレーパー２５７が回転するようになっている。そして、スクレーパー２５７が回転すると、スクレーパー２５７に接続されているスクレーパー本体２５３が予熱器７０の内側で回転し、予熱器の内側に付着した固体が掻き落とされる。
【００５７】
次に、図６に示す水熱反応処理装置の備える固体破砕機構８２について、図８を参照しつつ説明する。図８は、図６に示す水熱反応処理装置の備える固体破砕機構８２の概略構成を示す断面図である。
図８に示すように、固体破砕機構８２は、内部に円柱状をした排液導入部が形成されており、この空間部を囲むように冷却器３７０が取り付けられている。超臨界状態又は亜臨界状態においては、水熱反応中に形成される塩は塊となっているが、冷却することにより溶解するので、冷却器３７０によって、反応容器２２１から排出された排液中に塩が含まれる場合、その塩の溶解を促進し、その粒径を小さくすることができる。
【００５８】
そして、下端部は漏斗状に中心へ向けて狭まっている。漏斗状に中心へ向けて狭まって形成された下端部分には、固体粒子縮小機構である、グラインダー３５８が設けられている。グラインダー３５８は、上部に向かって径が小さくなるように形成され、その周囲にはらせん状に破砕羽根３６１が設けられている。また、グラインダーの下部３５９の周囲は、グラインダーが回転した場合に、回転中心から偏心しながら回転するようになっている。すなわち、グラインダーが回転した場合に、グラインダーの下部３５９と予熱器の円筒部３６０との距離が変化するようになっている。図８においては、グラインダーの下部３５９と円筒部３６０との距離は、図面右側が左側より広くなっているが、グラインダーが１／２周回転した時には、左側が右側より広くなるようになっている。
【００５９】
グラインダーの下部３５９と円筒部３６０との間の距離は、排出管５１の直径よりも小さくなされているので、排出管５１を詰まらせる大きさの固体粒子は排出管５１に供給されない。グラインダーの下部３５９と円筒部３６０との距離が最も離れている時に落下した固体は、グラインダーが回転し、グラインダーの下部３５９と円筒部３６０との距離が狭くなるにつれ破砕され、その粒径は小さくなり、排出孔３６５から排出管５１へ排出される。
【００６０】
基台３６７には、円筒部３６０内の下側から廃液（固体を含む）を配管２ｂへ排出する排出孔３６５が上側部分に設けられており、駆動機構のチェーン３６９が挿入される開口３７１が下側部分に設けられている。
【００６１】
駆動機構は、固体破砕機構８２の外に配置されたモータと、このモータと回転軸３６３との間に張架され、開口３７１に配設されたチェーン３６９とで構成されており、グラインダー３５９が回転するようになっている。そして、グラインダー３５９が回転すると、グラインダー３５９の破砕羽根３６１と円筒部３６０の間に落下した塩等の固体がグラインダー３５９の破砕羽根３６１と円筒部３６０との間で挟まれて破壊され、粒径が小さくされる。
【００６２】
なお、反応容器２２１については、基本的な構成は図２に示すものと同様である。すなわち、反応容器２２１はスクレーパーを備えており、水熱反応処理の継続により、反応容器２２１の内側へ付着した塩などをスクレーパーを回転させて、付着した塩などを掻き落とすことができるようになっている。
【００６３】
次に、図６、図７及び図８を参照しつつ、水熱反応処理の一例について説明する。第１の実施の形態に係る水熱反応処理装置において説明したと同様に、先ず高圧送液ポンプ６、高圧送液ポンプ９、エアーコンプレッサー１０及び加熱器１２を作動させ、補助燃料などを反応容器２２１へ供給して水熱酸化反応を起こさせ、反応容器２２１の内部を所定の温度に上昇させる。
【００６４】
反応容器２２１内を所定の温度に上昇させた後、高圧送液ポンプ３及び予熱器７０を作動させ、被処理物貯留槽１内の排液を予熱器７０にノズル２６２から供給し、予熱器７０内で予熱しながら反応容器２２１内へ供給し、水熱酸化反応させて処理する。ここで空気予熱を止めてもよい。
被処理物である廃液中に塩などの固体が含まれる場合、稼働時間の経過に伴って予熱器７０の内側への固体の付着量が多くなってしまう。また、予熱器は加熱ヒータ２７０により加熱されるので、塩等の溶解度が減少し、塩などの固体の付着量は増加する。従って、稼動とともに駆動機構を作動させてスクレーパー２５７を回転させ、回転するスクレーパー本体２５３により予熱器７０の内側に付着した塩などの固体２５５が掻き落とされる。そして、回転するグラインダー２５８の周囲に設けられた破砕羽根２６１と予熱器の円筒部２６０との間に落下した固体２５５は、破砕羽根２６１と円筒部２６０との間に挟まれて破壊され、その粒径が小さくされる。
【００６５】
粒径が小さくなった固体２５５は、更に予熱器の下部に落下していき、グラインダーの下部２５９と円筒部２６０との間に落下する。グラインダーの下部２５９と円筒部２６０との間に入れない固体２５５は、それ以上下に落下することができず、排出孔２６５を通過できず、配管２ｂに排出されず、配管２ｂが詰まることを防止し得る。
【００６６】
なお、上述したように、グラインダーの下部２５９の周囲は、グラインダーが回転した場合に、回転中心から偏心しながら回転するようになっており、グラインダーが回転した場合に、グラインダーの下部２５９と予熱器の円筒部２６０との間の距離が変化する。このように形成されているので、グラインダーの下部２５９と円筒部２６０との距離が大きい時に落下した固体２５５は、グラインダーが回転しグラインダーの下部２５９と円筒部２６０との距離が小さくなった際に破壊され、粒径が小さくなる。すなわち、グラインダーの破砕羽根２６１と円筒部２６０との間に挟まれて粒径が小さくなった固体は、グラインダーの下部２５９と円筒部２６０との間で再び破砕されて粒径が更に小さくなるという効果がある。
【００６７】
排出孔２６５から排出された廃液（固体を含む）は、配管２ｂを通り反応容器２２１に供給され、水熱酸化反応処理が行われる。
【００６８】
上述のようにして廃液を反応容器２２１内での水熱酸化反応を継続すると、稼動時間の経過に伴って反応容器２２１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ので、稼動とともにスクレーパーを回転させて反応容器２２１の内側に付着した塩などの固体を掻き落とす。なお、反応容器２２１については図示しなかったが、基本的な構造は図２、図５に示すものと同じである。
【００６９】
反応容器２２１内で水熱反応処理されて廃液（塩などの固体を含む）は、配管７２を通ってノズル３６２から固体破砕機構８２に供給される。配管７２には冷却器８０が備えられており、配管７２を通過する廃液に塩が含まれる場合、冷却によって塩の溶解度が増大し、塩の粒径は小さくされる。冷却器８０による冷却によっても全ての塩が溶解されず、溶解されなかった塩は、廃液とともに固体破砕機構８２に導入される。
【００７０】
固体破砕機構８２に導入された固体３５５は、グラインダー３５９の周囲に設けられた破砕羽根３６１と固体破砕機構８２の円筒部３６０との間に落下し、破砕羽根３６１と円筒部３６０との間に挟まれて破壊され、その粒径が小さくされる。
【００７１】
粒径が小さくなった固体３５５は、更に固体破砕機構８２の下部に落下していき、グラインダーの下部３５９と円筒部２６０との間に落下する。グラインダーの下部３５９と円筒部３６０の間に入れない固体３５５は、それ以上下に落下することができず、排出孔３６５を通過できず、排出管５１に排出されず、排出管５１が詰まることを防止し得る。
【００７２】
なお、上述したように、グラインダーの下部３５９の周囲は、グラインダーが回転した場合に、回転中心から偏心しながら回転するようになっており、グラインダーが回転した場合に、グラインダーの下部３５９と固体破砕機構８２の円筒部３６０との間の距離が変化する。このように形成されているので、グラインダーの下部３５９と円筒部３６０との距離が大きい時に落下した固体３５５は、グラインダーが回転しグラインダーの下部３５９と円筒部３６０との距離が小さくなった際に破壊され、粒径が小さくなる。すなわち、グラインダーの破砕羽根３６１と円筒部３６０との間に挟まれて粒径が小さくなった固体は、グラインダーの下部３５９と円筒部３６０との間で再び破砕されて粒径が更に小さくなるという効果がある。
【００７３】
排出孔３６５から排出された反応生成物及び固体は、排出管５１を通り冷却器５２でほぼ常温に冷却された後、気液分離器５３で気体（排ガス）と固体を含む液体（廃液）とに分離される。気液分離器５３と減圧弁５７との間にはフィルター６０が設けられており、不溶解粒子がこのフィルターにトラップされる。
【００７４】
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
図に示す水熱反応処理装置を用いて、溶解度の小さい塩の代表格である、炭酸カルシウム及び炭酸マグネシウムを生成する廃液（炭酸ナトリウム約２質量％、炭酸カルシウム約０．５質量％及び炭酸マグネシウム約０．５質量％を生成する廃液）を水熱反応処理した。
処理運転中には、反応容器１２１及びその下流の配管部分において閉塞等の兆候は全く観察されなかった。また、不溶解粒子トラップに捕捉された塩粒子は最大ギャップ３ｍｍに対して、平均２ｍｍであり、最大３ｍｍ（短辺長）であり、排出配管に排出される固体粒子の粒径が制限されたことがわかる。
【００７５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の水熱反応処理装置によれば、反応容器から反応生成物などを排出させる排出配管系統が詰まるのを防止することができ、塩を含有する廃液の安定処理が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の水熱反応処理装置の第１の実施の形態にかかる水熱反応処理装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す水熱反応処理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】本発明の第２の実施の形態に係る水熱反応処理装置の概略構成を示すブロック図である。
【図４】図３に示す水熱反応処理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】図４の反応容器１２１のＡ−Ａ断面図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態に係る水熱反応処理装置の概略構成を示すブロック図である。
【図７】図６に示す水熱反応処理装置の備える予熱器の概略構成を示す断面図である。
【図８】図６に示す水熱反応処理装置の備える固体破砕機構の概略構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 被処理物貯留槽 ２ 供給管
２ａ 排液供給管 ２ｂ 供給管
３ 高圧送液ポンプ ４ 補助燃料貯留槽
６ 高圧送液ポンプ ７ 水槽
８ 水供給管 ９ 高圧送液ポンプ
１０ エアーコンプレッサー １１ 空気供給管
１２ 予備加熱器 １３ クエンチ水貯留槽
１４ クエンチ水供給管 ２１ 反応容器
１５ 高圧送液ポンプ ２２ 円筒部
２２ａ クエンチ水供給孔 ２３ ライナー
２４ 基台 ２４ａ 排出口（孔）
２４ｂ 開口 ２６Ｕ 混合ゾーン
２６Ｄ 冷却ゾーン ２６Ｍ 栓状平行流ゾーン
２９ ノズル ３１ 網
４１ スクレーパー ４２ 回転軸
４３ スクレーパー本体 ４６ 駆動機構
４７ チェーン ５１ 排出管
５２ 冷却器 ５３ 気液分離器
５４ 排ガス管 ５５ 減圧弁
５７ 減圧弁 ５６ 廃液管
５６ 排液管 ６０ フィルター
７０ 予熱器 ７２ 配管
８０ 冷却器 ８２ 固体破砕機構
１２１ 反応容器 １５１ クエンチ水供給孔
１５３ スクレーパー本体 １５５ 固体
１５７ スクレーパー １５８ グラインダー
１５９ グラインダーの下部 １６０ 円筒部
１６１ 破砕羽根 １６３ 回転軸
１６５ 排出孔 １６７ 基台
１６９ チェーン １７１ 開口
２２１ 反応容器 ２７０ 電気ヒータ
２５８ グラインダー ２５９ グラインダーの下部
２６０ 円筒部 ２６１ 破砕羽根
２６２ ノズル ２６３ 回転軸
２６５ 排出孔 ２６７ 基台
２６９ チェーン ２７１ 開口
２５７ スクレーパー ２５３ スクレーパー本体
３５８ グラインダー ３５９ グラインダーの下部
３６０ 円筒部 ３６１ 破砕羽根
３６２ ノズル ３６７ 基台
３６５ 排出孔 ３６９ チェーン
３７０ 冷却器 ３７１ 開口
【発明の属する技術分野】
この発明は、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酸化反応を、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処理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】
このように水熱反応処理して被処理物を酸化分解する場合、被処理物、酸化剤、水を加熱、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、有機物は酸化分解され、水と二酸化炭素（ＣＯ2）と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。
上述した塩は、被反応物が塩を含んでいる場合もあり、あるいは反応により生じるものであり、このような塩は温度によって溶解度に変化が生じるため耐圧反応容器の内側に付着したり、反応生成物である灰分とともに耐圧反応容器下部に堆積する場合がある。
【０００４】
このように反応容器の内側に塩が堆積すると、塩が塊のまま自重で落下することにより、または、反応領域を狭めるため、スクレーパーで塩を掻き落としたりすることにより、反応容器内の下部に塩が溜まる。従って、反応容器内の下部にクエンチ水を導入し、気相の水が液相になる温度まで反応容器内の下部を冷却し、液相の水およびクエンチ水で塩を溶解させて反応容器から排出させている。
特開平11-253786号公報には、反応容器下部において塩を冷却溶解して排出することのできる耐圧反応装置が開示されており、水に溶解しやすい塩の場合には効果的な装置である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、塩の中には液相状態の水にも溶けにくい塩がある。例えば炭酸ナトリウム（Ｎａ2ＣＯ3）、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ3）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）などの炭酸塩や酸化物などは、その塩の塊の大きさによっては、反応容器から反応生成物などを排出させる排出管、減圧弁などの排出配管系統を詰まらせてしまうという不都合があった。
【０００６】
この発明は、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、反応容器から反応生成物などを排出させる排出配管系統が詰まるのを防止することができ、塩を含む廃液を安定に処理することのできる水熱反応処理装置を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の水熱反応処理装置は、反応容器内の固体の粒径を小さくする固体粒径縮小機構を備えることを特徴とする。
また、本発明の水熱反応処理装置は、排出配管系統へ排出される固体の粒径を制限する固体粒径制限機構を備えることを特徴とする。
また、本発明の水熱反応処理装置は、反応容器２１と、反応容器内の固体の粒径を小さくする固体粒径縮小機構と、を備えることを特徴とする。本発明の水熱反応処理装置は、上記固体粒径縮小機構の下流に設けられた、固体粒径制限機構を備えていてもよい。
上記水熱反応処理装置によれば、反応容器から排出される塩等の固体の粒径を小さくすることができ、更に排出配管系統へ排出される固体の粒径を制限することができるので、反応容器内で生成した塩等の反応生成物によって排出配管系統が詰まることを防止することができる。
【０００８】
前記固体粒径縮小機構としては、固体の粒径を小さくすることのできるものであれば特に制限はなく、どのようなものであってもよい。例えば反応容器下部に液体を供給して固体を溶解する固体溶解手段、及び固体を破砕する手段が挙げられる。
【０００９】
反応容器下部に液体を供給する手段とは、反応容器の下部に、反応容器内で生成した塩等の固体を溶解することのできる液体、例えば水を供給する供給孔を設け、この供給孔から水を供給する手段である。この水によって、塩などの固体が冷却溶解され、固体の粒径が小さくされる。
また、固体を破砕する手段とは、反応容器から排出される、反応容器内で生成した塩等（被処理物に、元から含まれる固体を含む。以下、本明細書において同様）の固体を物理的に破砕する手段をいい、例えば反応容器の下部にグラインダーやジョークラッシャー等の破砕手段を設け、このグラインダー等により、反応容器内で生成した塩を破砕することのできるものであれば、特に制限なく用いることができる。固体を破砕する手段は、反応容器の下部に設けることができるが、反応容器の下流に設けてもよい。
【００１０】
前記固体粒径制限機構としては、排出配管系統へ排出される固体の粒径を制限することのできるものであれば特に制限はなく、どのようなものであってもよい。例えば前記反応容器に設けられた、所定の粒径よりも大きい固体を滞留させる滞留手段、及び前記反応容器に設けられた、略円形の断面形状を有する部材を偏心させながら回転させるものが挙げられる。
【００１１】
本発明の水熱反応処理装置においては、反応容器よりも上流側に予熱器を備えていてもよく、この場合に、この予熱器の下流に固体粒径縮小機構が更に設けられていてもよい。このように、予熱器の下流に固体粒径縮小機構が更に設けられることにより、被処理物である廃液に固体が含まれる場合に、被処理物が反応容器内へ供給される前に固体を破砕することができ、反応容器内における固体（塩）の生成が抑制されるとともに、排出配管系統が詰まることを防止することができる。
【００１２】
本発明の水熱反応処理装置においては、前記固体粒径縮小機構の下流に、不溶解粒子トラップ機構を備えていてもよい。前記固体粒径縮小機構及び前記固体粒径制限機構により、反応容器内で生成された塩等の粒径を小さくすることができ、排出配管系統が詰まるのを防止することができるが、排液中には固体粒径制限機構を通過できる小さい固体粒子が混入してしまう。従って、上記不溶解粒子トラップ機構が備えられることにより、排液中に固体粒子が混入することを防止することが可能となる。
【００１３】
また、本発明の水熱反応処理装置は、供給される被処理物を水の超臨界状態または亜臨界状態で水熱酸化反応させて処理し、水が気相から液相になって存在する反応容器を備えた水熱反応処理装置において、前記反応容器内の水が液相で存在する部分に、排出配管系統を詰まらせる大きさの固体を滞留させる滞留手段を設けてもよい。
【００１４】
上記水熱反応処理装置によれば、反応容器内の水が液相で存在する部分に、排出配管系統を詰まらせる大きさの固体を滞留させる滞留手段が設けられているので、排出配管系統を詰まらせる大きさの固体が排出配管系統へ排出されず、排出配管系統が詰まることを防止することができる。
上記滞留手段は、１ｍｍ以上の大きさの固体を滞留させるものであることが好ましい。
【００１５】
本発明の水熱反応処理方法は、水熱反応容器内で被処理物を水の超臨界状態または亜臨界状態で水熱酸化反応させる水熱反応処理方法であって、上記水熱反応容器内で生成した固体の粒径を小さくする工程と、排出配管系統へ排出される固体の粒径を制限する工程と、を含むことを特徴とする。
本発明の水熱反応処理方法は、固体の粒径を小さくする工程を含んでいてもよく、また固体の粒径を制限する工程を含んでいてもよい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の水熱反応処理装置について図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の水熱反応処理装置の第１の実施の形態にかかる水熱反応処理装置の概略構成を示すブロック図である。
図１に示す水熱反応処理装置は、反応容器２１と、この反応容器２１に被処理物、補助燃料、水、酸化剤（空気）を供給する供給系統と、反応容器２１から出る反応生成物を冷却し、気液分離する冷却気液分離系統とから主に構成されている。
【００１７】
水熱反応容器２１の入り口には、被処理物である排液（廃棄物）、補助燃料、水及び空気等の供給管２ｂが接続している。被処理物貯留槽１に貯留された廃液は高圧送液ポンプ３によって例えば２．５ＭＰａ（２５気圧）以上の圧力に加圧され、排液供給管２ａ、供給管２ｂを通って反応容器２１へ供給される。補助燃料貯留槽４に貯留された補助燃料は、高圧送液ポンプ６によって例えば２．５ＭＰａ（２５気圧）以上の圧力に加圧され、補助燃料供給管５、供給管２ｂを通って反応容器２１へ供給される。
【００１８】
水槽７に貯留された水は、高圧送液ポンプ９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８、供給管２ｂを通って反応容器２１へ供給される。
高圧送液ポンプ３、６、９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、廃液、補助燃料、水の反応容器２１への供給量を調節できるようになっている。
供給管２ｂには、エアーコンプレッサー１０を備えた空気供給管１１が接続している。酸化剤である空気はエアーコンプレッサー１０に取り込まれて圧縮され、例えば２．５ＭＰａ（２５気圧）以上の高圧で空気供給管１１から供給管２ｂを通って反応容器２１に供給される。また、空気供給管１１から供給される空気は、予備加熱器１２によって所定の温度に予備加熱することができる。
【００１９】
図１に示す水熱反応処理装置においては、クエンチ水貯留槽１３内に貯留されたクエンチ水は、高圧送液ポンプ１５によって例えば２．５ＭＰａ（２５気圧）以上の圧力に加圧され、クエンチ水供給管１４を通って反応容器２１へ供給される。この点については後述する。なお、高圧送液ポンプ１５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、クエンチ水の反応容器２１への供給量を調節できるようになっている。
【００２０】
反応容器２１の排出口には、冷却器５２を備えた排出管５１が接続されている。排出管５１の先は気液分離器５３に接続されている。反応容器２１の排出口から排出された反応生成物等は、排出管５１を通り冷却器５２でほぼ常温に冷却された後、気液分離器５３で気体（排ガス）と固体を含む液体（排液）とに分離される。
【００２１】
気液分離器５３の上端には、減圧弁５５を備えた排ガス管５４が接続されており、気液分離器５３から供給される排ガスは、減圧弁５５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５３の底部には、減圧弁５７を備えた廃液管５６が接続されている。気液分離された廃液は、減圧弁５７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。
【００２２】
反応容器２１について、図２を参照しつつ詳細に説明する。図２は、図１に示す水熱反応処理装置の備える反応容器２１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２１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２２と、この円筒部２２の内面に、反応容器を腐食から保護する目的で配設されたライナー２３と、複数のブロックを積層して構成され、円筒部２２が載置される基台２４とで構成されている。
そして、円筒部２２の天井には、中心部分に、供給管２ｂに接続され、円筒部２２内の上側の混合ゾーン２６Ｕへ廃液などを供給するノズル２９が円筒部２２の軸方向へ向けて配設されている。
【００２３】
さらに、円筒部２２の下側部分には、クエンチ水供給管１４を介して供給されるクエンチ水を円筒部２２内の冷却ゾーン２６Ｄへ供給するためのクエンチ水供給孔２２ａが設けられている。なお、混合ゾーン２６Ｕと冷却ゾーン２６Ｄとの間は栓状平行流ゾーン２６Ｍである。
また、基台２４には、円筒部２２内の下側から反応生成物などを排出管５１へ排出する排出口（孔）２４ａが上側部分に設けられ、後述する駆動機構のチェーン４７が挿入される開口２４ｂが下側部分に設けられている。また、網３１が回転軸４２を貫通するように設けられており、回転軸４２の上部にはスクレーパー４１が取り付けられており、このスクレーパー４１は、ライナー２３の内側に付着した塩などの固体を掻き取るように、ライナー２３の内側に下側から上側に沿う形状に形成されたスクレーパー本体４３を備えている。
【００２４】
上記したスクレーパー本体４３は、回転軸４２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てもよく、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であってもよい。
【００２５】
上記した駆動機構は、反応容器２１の外に配置されたモータと、このモータと回転軸４２の歯車とに張架され、開口２４ｂに配設されたチェーン４７とで構成されており、この駆動機構によりスクレーパー４１が回転するようになっている。そして、スクレーパー４１が回転すると、スクレーパー４１に接続されているスクレーパー本体４３が反応容器２１（ライナー２３）の内側（反応室側）で回転し、反応容器２１の内側に付着した塩などの固体が掻き落とされる。なお、駆動機構はオーバートルク時に作動する安全機構を備えている。
【００２６】
また、反応容器２１の冷却ゾーン２６Ｄには網３１が設けられており、網目以上の大きさの固体が通過できないようになっている。なお、網目サイズは排出管に固体が詰まることを防止することができる十分小さなものであり、例えば１〜３ｍｍ程度のものが好ましい。
【００２７】
次に、水熱反応処理の一例について説明する。
まず、高圧送液ポンプ６、高圧送液ポンプ９、エアーコンプレッサー１０及び予備加熱器１２を作動させ、補助燃料などを反応容器２１内の混合ゾーン２６Ｕへノズル２９から供給して水熱酸化反応を起こさせ、反応容器２１の内部を所定の温度に上昇させる。
反応容器２１内を所定の温度に上昇させた後、高圧送液ポンプ３を作動させ、被処理物貯留槽１内の廃液を反応容器２１内の混合ゾーン２６Ｕへノズル２９から供給し、水熱酸化反応させて処理するとともに、高圧送液ポンプ１５を作動させ、クエンチ水貯留槽１３内のクエンチ水を、反応容器２１のクエンチ水供給孔２２ａへ供給する。ここで空気予熱を止めてもよい。
【００２８】
このようにして廃液を反応容器２１内で水熱酸化反応させたとき、廃液が、例えば有機性廃液であると、有機性廃液は水熱酸化反応により、水、二酸化炭素（ＣＯ2）の高温高圧流体、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。
そして、この運転（水熱酸化反応の処理）を継続すると、稼動時間の経過に伴って反応容器２１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スクレーパー４１を回転させ、回転するスクレーパー本体４３で反応容器２１（ライナー２３）の内側に付着した塩などの固体が掻き落とされ、網３１の上に塩などが堆積する。
【００２９】
反応容器２１内の冷却ゾーン２６Ｄにおいては、クエンチ水供給孔２２ａからクエンチ水が供給され、このクエンチ水により塩などの固体が溶解又は破壊され、塩などの固体の粒径が小さくされる。そして、塩などの固体は網３１の上に堆積し、排出配管系統（排出管５１、気液分離器５３、排液管５６、減圧弁５７）を詰まらせる大きさの固体は網３１の上に滞留するので、固体により排出配管系統が詰まることを防止し得る。なお、クエンチ水に溶解助剤として酸やアルカリ等を加えてもよい。これにより、溶解がより促進される。
【００３０】
網３１の上に滞留した塩の塊は、クエンチ水に、冷却ゾーン２６Ｄの高温で溶解を促進されて溶け、排出配管系統を詰まらせることのない１〜３ｍｍ未満の大きさになると、網３１の目から落下し、クエンチ水などによって気液分離器５３へ排出される。
【００３１】
上述したように、本発明の第１の実施の形態にかかる水熱反応処理装置によれば、反応容器２１内の水が液相で存在する部分、すなわち冷却ゾーン２６Ｄに、固体の粒径を小さくする固体粒径縮小機構であるクエンチ水供給孔と、排出配管系統へ排出される上記固体の粒径を制限する固体粒径制限機構である網とを設けてあるので、反応生成物などによって排出配管系統が詰まるのを防止することができる。
【００３２】
上記した第１の実施の形態にかかる水熱反応処理装置においては、スクレーパー４１が設けられた例を示したが、スクレーパー４１を設けず、自然崩落によって堆積物を網３１の上に落下させる構成であってもよい。
【００３３】
また、滞留手段の一例として網３１を示したが、パンチングメタルなどのように、網３１と同様に機能する他のものであってもよいことは言うまでもない。
【００３４】
次に、本発明の第２の実施の形態に係る水熱反応処理装置について図面を参照しつつ説明する。図３は、本発明の第２の実施の形態に係る水熱反応処理装置の概略構成を示すブロック図である。図３に示す水熱反応処理装置は、基本的な構成は図１に示す水熱反応処理とほぼ同様である。図３に示す構成部品のうち、図１と同じものには同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００３５】
図３に示す水熱反応処理装置においては、図１に示す水熱反応処理装置とは反応容器１２１の構成が異なっている。また、図３に示す水熱反応処理装置においては、気液分離器５３と減圧弁５７との間に不溶解粒子トラップ機構であるフィルター６０が設けられている。フィルター６０の粗さは減圧弁５７の性能によって異なるが、１０μｍ〜１０００μｍ程度のものでよい。また、排液中に含まれる固体粒子の量が多い場合には、フィルター６０をパラレルに複数設けてもよい。フィルター６０をパラレルに複数設けることにより、他のフィルターで固体粒子をトラップしながら、他のフィルターを洗浄することが可能である。このように、トラップ中のフィルターと洗浄中のフィルターとを切り替えて使用することが好ましい。また、不溶解粒子トラップ手段としては、フィルター以外に、例えばサイクロン等の固液分離手段を用いてもよい。図３に示す水熱反応処理装置においては、フィルター６０が設けられているので、排液中に固体粒子が混入することを防止することができる。
【００３６】
次に、図３に示す水熱反応処理装置の備える反応容器１２１について、図４を参照しつつ詳細に説明する。図４は、図３に示す水熱反応処理装置の備える反応容器１２１の概略構成を示す断面図である。なお、図３に示す水熱反応処理装置の備える反応容器１２１は、図１に示す水熱反応処理装置の備える反応容器２１とは、混合ゾーンについては同一であるので、図４においては、栓状平行流ゾーン２６Ｍ及び冷却ゾーン２６Ｄのみ示した（図４においては符号は省略）。
【００３７】
図４に示すように、反応容器１２１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、下端部分は漏斗状に中心へ向けて狭まっている。漏斗状に中心へ向けて狭まって形成された下端部分には、固体粒子縮小機構である、グラインダー１５８が設けられている。グラインダー１５８は、上部に向かって径が小さくなるように形成され、その周囲にはらせん状に破砕羽根１６１が設けられている。また、グラインダーの下部１５９の周囲は、グラインダーが回転した場合に、回転中心から偏心しながら回転するようになっている。すなわち、グラインダーが回転した場合に、グラインダーの下部１５９と反応容器の円筒部１６０との距離が変化するようになっている。図４においては、グラインダーの下部１５９と円筒部１６０との距離は、図面右側が左側より広くなっているが、グラインダーが１／２周回転した時には、左側が右側より広くなるように、グラインダー１５８とグラインダーの下部１５９とが回転する。
【００３８】
図５は、図４の反応容器１２１のＡ−Ａ断面図である。図５に示すように、グラインダーの下部１５９は回転する際に、回転中心Ｏから偏心しながら回転する。そして、グラインダーの下部１５９と円筒部１６０との間の距離は、グラインダーの回転とともに変化する。図５においては、右側が広く、左側が狭くなっている。図５において、グラインダーの下部１５９と円筒部１６０との間の距離の大きい時に落下した固体１５５は、グラインダーが１／２周した時には距離が狭くなり、固体１５５はグラインダーの下部１５９と円筒部１６０とに挟まれて破壊されて、その粒径が小さくなる。
【００３９】
グラインダーの下部１５９と円筒部１６０との間の距離は、最も離れた場合でも排出管５１の直径よりも小さくなるようになされており、このため排出配管を詰まらせる可能性のある固体粒子は排出管５１に排出されない。また、グラインダーの下部１５９と円筒部１６０との距離が最も離れている時に落下した固体は、グラインダーが回転し、グラインダー１５９と円筒部１６０との距離が狭くなるにつれ破砕され、その粒径は小さくなり、排出孔１６５から排出管５１へ排出されるため、すき間が目詰まりすることもない。固体粒子が溶解性である場合は、排出孔１６５の下流に網等の制限機構を設けることで、さらに粒径を小さくすることもできる。
【００４０】
反応容器１２１の栓状平行流ゾーンには、クエンチ水供給孔１５１が設けられている。また、基台１６７には、円筒部１６０内の下側から反応生成物などを排出管５１へ排出する排出孔１６５が上側部分に設けられており、後述する駆動機構のチェーン１６９が挿入される開口１７１が下側部分に設けられており、回転軸１６３の上部にはスクレーパー１５７が取り付けられており、このスクレーパー１５７は、ライナー（図示せず）の内側（反応室側）に付着した塩などの固体を掻き取るように、ライナーの内側に下側から上側に沿う形状に形成されたスクレーパー本体１５３を備えている。このスクレーパー本体の形状については、図２において説明したものと同様である。
【００４１】
駆動機構は、反応容器１２１の外に配置されたモータと、このモータと回転軸１６３との間に張架され、開口１７１に配設されたチェーン１６９とで構成されており、この駆動機構によりスクレーパー１５７が回転するようになっている。そして、スクレーパー１５７が回転すると、スクレーパー１５７に接続されているスクレーパー本体１５３が反応容器１２１の内側で回転し、反応容器１２１の内側に付着した塩などの固体が掻き落とされる。
【００４２】
なお、駆動機構にはトルク検出機構が備えられており、トルクが警報規定値より高くなった場合に、オペレーターに警報を出力し、また一時停止規定値に達した場合には自動的に駆動機構を一時停止させ、規定時間、駆動機構を逆転運動させ、その後再度通常通りの回転に戻す。トルクの警報規定値、一時停止規定値は、グラインダー１５８の設計的強度から決定することができるが、設計程度の２０〜８０％程度の間に設計することが好ましい。また、トルクを検出する手段としては、駆動機構の消費電力からトルクを計算する方法や、軸トルクを直接計測する方法がある。
【００４３】
次に、図３及び図４を参照しつつ、水熱反応処理の一例について説明する。
第１の実施の形態に係る水熱反応処理装置において説明したと同様に、先ず高圧送液ポンプ６、高圧送液ポンプ９、エアーコンプレッサー１０及び加熱器１２を作動させ、補助燃料などを反応容器１２１へ供給して水熱酸化反応を起こさせ、反応容器１２１の内部を所定の温度に上昇させる。
反応容器１２１内を所定の温度に上昇させた後、高圧送液ポンプ３を作動させ、被処理物貯留槽１内の廃液を反応容器１２１内へ供給し、水熱酸化反応させて処理する。ここで空気予熱を止めてもよい。
【００４４】
上述のようにして廃液を反応容器１２１内での水熱酸化反応を継続すると、稼動時間の経過に伴って反応容器１２１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を作動させてスクレーパー１５７を回転させ、回転するスクレーパー本体１５３により反応容器１２１の内側に付着した塩などの固体１５５が掻き落とされる。そして、回転するグラインダー１５８の周囲に設けられた破砕羽根１６１と反応容器１２１の円筒部１６０の間に落下した固体１５５は、破砕羽根１６１と円筒部１６０との間に挟まれて破壊され、その粒径が小さくされる。
【００４５】
また、栓状平衡流ゾーンに設けられたクエンチ水供給孔１５１からクエンチ水が供給され、固体１５５は、このクエンチ水によって溶解が促進され、粒径が小さくされる。粒径が小さくされた固体１５５は、更に反応容器１２１の下部に落下していき、グラインダーの下部１５９と円筒部１６０との間に落下する。グラインダーの下部１５９と円筒部１６０との間に入れない固体１５５は、それ以上下に落下することができず、排出孔１６５を通過できず、排出管５１に排出されず、配管系統が詰まることを防止し得る。
【００４６】
なお、上述したように、グラインダーの下部１５９の周囲は、グラインダーが回転した場合に、回転中心から偏心しながら回転するようになっており、グラインダーが回転した場合に、グラインダーの下部１５９と反応容器１２１の円筒部１６０との間の距離が変化する。このように形成されているので、グラインダーの下部１５９と円筒部１６０との距離が大きい時に落下した固体１５５は、グラインダーが回転しグラインダーの下部１５９と円筒部１６０との距離が小さくなった際に破壊され、粒径が小さくなる。すなわち、グラインダーの破砕羽根１６１と円筒部１６０との間に挟まれて粒径が小さくなった固体は、グラインダーの下部１５９と円筒部１６０との間で再び破砕されて粒径が更に小さくなるという効果がある。
【００４７】
排出孔１６５から排出された反応生成物及び固体は、排出管５１を通り冷却器５２でほぼ常温に冷却された後、気液分離器５３で気体（排ガス）と固体を含む液体（排液）とに分離される。気液分離器５３と減圧弁５７との間にはフィルター６０が設けられており、不溶解粒子がこのフィルターにトラップされる。
【００４８】
次に、本発明の第３の実施の形態に係る水熱反応処理装置について図面を参照しつつ説明する。図６は、本発明の第３の実施の形態に係る水熱反応処理装置の概略構成を示すブロック図である。図６に示す水熱反応処理装置は、基本的な構成は図１に示す水熱反応処理装置とほぼ同様である。図６に示す構成部品のうち、図１と同じものには同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００４９】
図６に示す水熱反応処理装置においては、高圧送液ポンプ３と反応容器２２１との間に予熱器７０が、また反応容器２２１と冷却器５２との間に固体の粒径を小さくする固体粒径縮小機構である固体破砕機構８２が設けられている。また、反応容器２２１と固体破砕機構８２との間の配管７２には冷却器８０が設けられている。
【００５０】
予熱器７０は、廃液が反応容器２２１に供給される前に、廃液を予め所定の温度に加熱する機能を有している。そして、予熱器の下部には固体の粒径を小さくする固体粒径縮小機構である固体破砕機構が設けられている。このように固体破砕機構が設けられることにより、被処理物である廃液に固体が含まれている場合や予熱中に塩等の固形物が生成した場合に、その廃液が反応容器２２１に供給される前に固体を破砕することができ、反応容器２２１内における固体（塩）の生成が抑制される。また、配管２ｂが詰まることを防止し得る。
【００５１】
また、図６に示す水熱反応処理装置においては、第２の実施の形態に係る水熱反応処理装置に示すものと同様に、フィルター６０が設けられている。このフィルターについては、第２の実施の形態において説明したものと同様ものが用いられる。
【００５２】
図６に示す水熱反応処理装置の備える予熱器について、図７を参照しつつ説明する。図７は、図６に示す水熱反応処理装置の備える予熱器７０の概略構成を示す断面図である。
図７に示すように、予熱器７０は、内部に円柱状をした予熱用の空間部が形成されており、この空間部を囲むように電気ヒータ２７０が取り付けられている。電気ヒータ２７０は、温度制御可能になされており、上記空間部を所望の温度に加熱することが可能である。
【００５３】
そして、下端部は漏斗状に中心へ向けて狭まっている。漏斗状に中心へ向けて狭まって形成された下端部分には、固体粒子縮小機構である、グラインダー２５８が設けられている。グラインダー２５８は、上部に向かって径が小さくなるように形成され、その周囲にはらせん状に破砕羽根２６１が設けられている。また、グラインダーの下部２５９の周囲は、グラインダーが回転した場合に、回転中心から偏心しながら回転するようになっている。すなわち、グラインダーが回転した場合に、グラインダーの下部２５９の周囲と予熱器の円筒部２６０との距離が変化するようになっている。図７においては、グラインダーの下部２５９と円筒部２６０との距離は、図面右側が左側より広くなっているが、グラインダーが１／２周回転した時には、左側が右側より広くなるようになっている。
【００５４】
図７の予熱器の断面図については図示しないが、基本的には図５に示す反応容器１２１の断面図と同様である。
グラインダーの下部２５９と円筒部２６０との間の距離は、配管２ｂの直径よりも小さくなされているので、配管２ｂを詰まらせる大きさの固体粒子は配管２ｂに供給されない。グラインダーの下部２５９と円筒部２６０との距離が最も離れている時に落下した固体は、グラインダーが回転し、グラインダーの下部２５９と円筒部２６０との距離が狭くなるにつれ破砕され、その粒径は小さくなり、排出孔２６５から配管２ｂへ排出される。
【００５５】
基台２６７には、円筒部２６０内の下側から廃液（固体を含む）を配管２ｂへ排出する排出孔２６５が上側部分に設けられており、駆動機構のチェーン２６９が挿入される開口２７１が下側部分に設けられており、回転軸２６３の上部にはスクレーパー２５７が取り付けられており、このスクレーパー２５７は、予熱器の内側に付着した固体を掻き取るように、予熱器の内側に下側から上側に沿う形状に形成されたスクレーパー本体２５３を備えている。このスクレーパー本体の形状については、図２において説明したものと同様である。
【００５６】
駆動機構は、予熱器７０の外に配置されたモータと、このモータと回転軸２６３との間に張架され、開口２７１に配設されたチェーン２６９とで構成されており、この駆動機構によりスクレーパー２５７が回転するようになっている。そして、スクレーパー２５７が回転すると、スクレーパー２５７に接続されているスクレーパー本体２５３が予熱器７０の内側で回転し、予熱器の内側に付着した固体が掻き落とされる。
【００５７】
次に、図６に示す水熱反応処理装置の備える固体破砕機構８２について、図８を参照しつつ説明する。図８は、図６に示す水熱反応処理装置の備える固体破砕機構８２の概略構成を示す断面図である。
図８に示すように、固体破砕機構８２は、内部に円柱状をした排液導入部が形成されており、この空間部を囲むように冷却器３７０が取り付けられている。超臨界状態又は亜臨界状態においては、水熱反応中に形成される塩は塊となっているが、冷却することにより溶解するので、冷却器３７０によって、反応容器２２１から排出された排液中に塩が含まれる場合、その塩の溶解を促進し、その粒径を小さくすることができる。
【００５８】
そして、下端部は漏斗状に中心へ向けて狭まっている。漏斗状に中心へ向けて狭まって形成された下端部分には、固体粒子縮小機構である、グラインダー３５８が設けられている。グラインダー３５８は、上部に向かって径が小さくなるように形成され、その周囲にはらせん状に破砕羽根３６１が設けられている。また、グラインダーの下部３５９の周囲は、グラインダーが回転した場合に、回転中心から偏心しながら回転するようになっている。すなわち、グラインダーが回転した場合に、グラインダーの下部３５９と予熱器の円筒部３６０との距離が変化するようになっている。図８においては、グラインダーの下部３５９と円筒部３６０との距離は、図面右側が左側より広くなっているが、グラインダーが１／２周回転した時には、左側が右側より広くなるようになっている。
【００５９】
グラインダーの下部３５９と円筒部３６０との間の距離は、排出管５１の直径よりも小さくなされているので、排出管５１を詰まらせる大きさの固体粒子は排出管５１に供給されない。グラインダーの下部３５９と円筒部３６０との距離が最も離れている時に落下した固体は、グラインダーが回転し、グラインダーの下部３５９と円筒部３６０との距離が狭くなるにつれ破砕され、その粒径は小さくなり、排出孔３６５から排出管５１へ排出される。
【００６０】
基台３６７には、円筒部３６０内の下側から廃液（固体を含む）を配管２ｂへ排出する排出孔３６５が上側部分に設けられており、駆動機構のチェーン３６９が挿入される開口３７１が下側部分に設けられている。
【００６１】
駆動機構は、固体破砕機構８２の外に配置されたモータと、このモータと回転軸３６３との間に張架され、開口３７１に配設されたチェーン３６９とで構成されており、グラインダー３５９が回転するようになっている。そして、グラインダー３５９が回転すると、グラインダー３５９の破砕羽根３６１と円筒部３６０の間に落下した塩等の固体がグラインダー３５９の破砕羽根３６１と円筒部３６０との間で挟まれて破壊され、粒径が小さくされる。
【００６２】
なお、反応容器２２１については、基本的な構成は図２に示すものと同様である。すなわち、反応容器２２１はスクレーパーを備えており、水熱反応処理の継続により、反応容器２２１の内側へ付着した塩などをスクレーパーを回転させて、付着した塩などを掻き落とすことができるようになっている。
【００６３】
次に、図６、図７及び図８を参照しつつ、水熱反応処理の一例について説明する。第１の実施の形態に係る水熱反応処理装置において説明したと同様に、先ず高圧送液ポンプ６、高圧送液ポンプ９、エアーコンプレッサー１０及び加熱器１２を作動させ、補助燃料などを反応容器２２１へ供給して水熱酸化反応を起こさせ、反応容器２２１の内部を所定の温度に上昇させる。
【００６４】
反応容器２２１内を所定の温度に上昇させた後、高圧送液ポンプ３及び予熱器７０を作動させ、被処理物貯留槽１内の排液を予熱器７０にノズル２６２から供給し、予熱器７０内で予熱しながら反応容器２２１内へ供給し、水熱酸化反応させて処理する。ここで空気予熱を止めてもよい。
被処理物である廃液中に塩などの固体が含まれる場合、稼働時間の経過に伴って予熱器７０の内側への固体の付着量が多くなってしまう。また、予熱器は加熱ヒータ２７０により加熱されるので、塩等の溶解度が減少し、塩などの固体の付着量は増加する。従って、稼動とともに駆動機構を作動させてスクレーパー２５７を回転させ、回転するスクレーパー本体２５３により予熱器７０の内側に付着した塩などの固体２５５が掻き落とされる。そして、回転するグラインダー２５８の周囲に設けられた破砕羽根２６１と予熱器の円筒部２６０との間に落下した固体２５５は、破砕羽根２６１と円筒部２６０との間に挟まれて破壊され、その粒径が小さくされる。
【００６５】
粒径が小さくなった固体２５５は、更に予熱器の下部に落下していき、グラインダーの下部２５９と円筒部２６０との間に落下する。グラインダーの下部２５９と円筒部２６０との間に入れない固体２５５は、それ以上下に落下することができず、排出孔２６５を通過できず、配管２ｂに排出されず、配管２ｂが詰まることを防止し得る。
【００６６】
なお、上述したように、グラインダーの下部２５９の周囲は、グラインダーが回転した場合に、回転中心から偏心しながら回転するようになっており、グラインダーが回転した場合に、グラインダーの下部２５９と予熱器の円筒部２６０との間の距離が変化する。このように形成されているので、グラインダーの下部２５９と円筒部２６０との距離が大きい時に落下した固体２５５は、グラインダーが回転しグラインダーの下部２５９と円筒部２６０との距離が小さくなった際に破壊され、粒径が小さくなる。すなわち、グラインダーの破砕羽根２６１と円筒部２６０との間に挟まれて粒径が小さくなった固体は、グラインダーの下部２５９と円筒部２６０との間で再び破砕されて粒径が更に小さくなるという効果がある。
【００６７】
排出孔２６５から排出された廃液（固体を含む）は、配管２ｂを通り反応容器２２１に供給され、水熱酸化反応処理が行われる。
【００６８】
上述のようにして廃液を反応容器２２１内での水熱酸化反応を継続すると、稼動時間の経過に伴って反応容器２２１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ので、稼動とともにスクレーパーを回転させて反応容器２２１の内側に付着した塩などの固体を掻き落とす。なお、反応容器２２１については図示しなかったが、基本的な構造は図２、図５に示すものと同じである。
【００６９】
反応容器２２１内で水熱反応処理されて廃液（塩などの固体を含む）は、配管７２を通ってノズル３６２から固体破砕機構８２に供給される。配管７２には冷却器８０が備えられており、配管７２を通過する廃液に塩が含まれる場合、冷却によって塩の溶解度が増大し、塩の粒径は小さくされる。冷却器８０による冷却によっても全ての塩が溶解されず、溶解されなかった塩は、廃液とともに固体破砕機構８２に導入される。
【００７０】
固体破砕機構８２に導入された固体３５５は、グラインダー３５９の周囲に設けられた破砕羽根３６１と固体破砕機構８２の円筒部３６０との間に落下し、破砕羽根３６１と円筒部３６０との間に挟まれて破壊され、その粒径が小さくされる。
【００７１】
粒径が小さくなった固体３５５は、更に固体破砕機構８２の下部に落下していき、グラインダーの下部３５９と円筒部２６０との間に落下する。グラインダーの下部３５９と円筒部３６０の間に入れない固体３５５は、それ以上下に落下することができず、排出孔３６５を通過できず、排出管５１に排出されず、排出管５１が詰まることを防止し得る。
【００７２】
なお、上述したように、グラインダーの下部３５９の周囲は、グラインダーが回転した場合に、回転中心から偏心しながら回転するようになっており、グラインダーが回転した場合に、グラインダーの下部３５９と固体破砕機構８２の円筒部３６０との間の距離が変化する。このように形成されているので、グラインダーの下部３５９と円筒部３６０との距離が大きい時に落下した固体３５５は、グラインダーが回転しグラインダーの下部３５９と円筒部３６０との距離が小さくなった際に破壊され、粒径が小さくなる。すなわち、グラインダーの破砕羽根３６１と円筒部３６０との間に挟まれて粒径が小さくなった固体は、グラインダーの下部３５９と円筒部３６０との間で再び破砕されて粒径が更に小さくなるという効果がある。
【００７３】
排出孔３６５から排出された反応生成物及び固体は、排出管５１を通り冷却器５２でほぼ常温に冷却された後、気液分離器５３で気体（排ガス）と固体を含む液体（廃液）とに分離される。気液分離器５３と減圧弁５７との間にはフィルター６０が設けられており、不溶解粒子がこのフィルターにトラップされる。
【００７４】
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
図に示す水熱反応処理装置を用いて、溶解度の小さい塩の代表格である、炭酸カルシウム及び炭酸マグネシウムを生成する廃液（炭酸ナトリウム約２質量％、炭酸カルシウム約０．５質量％及び炭酸マグネシウム約０．５質量％を生成する廃液）を水熱反応処理した。
処理運転中には、反応容器１２１及びその下流の配管部分において閉塞等の兆候は全く観察されなかった。また、不溶解粒子トラップに捕捉された塩粒子は最大ギャップ３ｍｍに対して、平均２ｍｍであり、最大３ｍｍ（短辺長）であり、排出配管に排出される固体粒子の粒径が制限されたことがわかる。
【００７５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の水熱反応処理装置によれば、反応容器から反応生成物などを排出させる排出配管系統が詰まるのを防止することができ、塩を含有する廃液の安定処理が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の水熱反応処理装置の第１の実施の形態にかかる水熱反応処理装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す水熱反応処理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】本発明の第２の実施の形態に係る水熱反応処理装置の概略構成を示すブロック図である。
【図４】図３に示す水熱反応処理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】図４の反応容器１２１のＡ−Ａ断面図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態に係る水熱反応処理装置の概略構成を示すブロック図である。
【図７】図６に示す水熱反応処理装置の備える予熱器の概略構成を示す断面図である。
【図８】図６に示す水熱反応処理装置の備える固体破砕機構の概略構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 被処理物貯留槽 ２ 供給管
２ａ 排液供給管 ２ｂ 供給管
３ 高圧送液ポンプ ４ 補助燃料貯留槽
６ 高圧送液ポンプ ７ 水槽
８ 水供給管 ９ 高圧送液ポンプ
１０ エアーコンプレッサー １１ 空気供給管
１２ 予備加熱器 １３ クエンチ水貯留槽
１４ クエンチ水供給管 ２１ 反応容器
１５ 高圧送液ポンプ ２２ 円筒部
２２ａ クエンチ水供給孔 ２３ ライナー
２４ 基台 ２４ａ 排出口（孔）
２４ｂ 開口 ２６Ｕ 混合ゾーン
２６Ｄ 冷却ゾーン ２６Ｍ 栓状平行流ゾーン
２９ ノズル ３１ 網
４１ スクレーパー ４２ 回転軸
４３ スクレーパー本体 ４６ 駆動機構
４７ チェーン ５１ 排出管
５２ 冷却器 ５３ 気液分離器
５４ 排ガス管 ５５ 減圧弁
５７ 減圧弁 ５６ 廃液管
５６ 排液管 ６０ フィルター
７０ 予熱器 ７２ 配管
８０ 冷却器 ８２ 固体破砕機構
１２１ 反応容器 １５１ クエンチ水供給孔
１５３ スクレーパー本体 １５５ 固体
１５７ スクレーパー １５８ グラインダー
１５９ グラインダーの下部 １６０ 円筒部
１６１ 破砕羽根 １６３ 回転軸
１６５ 排出孔 １６７ 基台
１６９ チェーン １７１ 開口
２２１ 反応容器 ２７０ 電気ヒータ
２５８ グラインダー ２５９ グラインダーの下部
２６０ 円筒部 ２６１ 破砕羽根
２６２ ノズル ２６３ 回転軸
２６５ 排出孔 ２６７ 基台
２６９ チェーン ２７１ 開口
２５７ スクレーパー ２５３ スクレーパー本体
３５８ グラインダー ３５９ グラインダーの下部
３６０ 円筒部 ３６１ 破砕羽根
３６２ ノズル ３６７ 基台
３６５ 排出孔 ３６９ チェーン
３７０ 冷却器 ３７１ 開口
Claims (7)
- 水熱反応容器内で被処理物を水の超臨界状態または亜臨界状態で水熱酸化反応させる水熱反応処理装置において、
水熱酸化反応により固体を生成する反応容器２１と、
前記反応容器内に設けられ、回転中心から偏心しながら回転することにより固体を破砕し、固体の粒径を小さくする固体粒径縮小機構１５８と、
前記反応容器内に設けられ、回転中心から偏心しながら回転することにより所定の粒径よりも大きい固体を滞留させる滞留手段、及び前記反応容器に設けられ、所定の粒径よりも大きい固体の排出を制限する固体粒径制限機構１５９と
を備えることを特徴とする水熱反応処理装置。 - 水熱反応容器内で被処理物を水の超臨界状態または亜臨界状態で水熱酸化反応させる水熱反応処理装置において、
水熱酸化反応により固体を生成する反応容器２１と、
前記反応容器内に所定の粒径よりも大きい固体の落下を制限するための固体粒径制限機構の網３１と
を備えることを特徴とする水熱反応処理装置。 - 前記固体粒径縮小機構の固体溶解手段を備えることを特徴とする請求項２に記載の水熱反応装置。
- 複数の切り替え可能な不溶解粒子トラップ機構を備える、請求項１〜３のいずれか１項に記載の水熱反応処理装置。
- 水熱反応容器内で被処理物を水の超臨界状態または亜臨界状態で水熱酸化反応させる水熱反応処理方法であって、
上記水熱反応容器内で生成した固体の粒径を回転中心から偏心し、上記水熱反応容器との距離が変化する状態で設けられた固体粒子縮小機構により破砕し、小さくする工程と、
排出配管系統へ排出される固体の粒径を、上記水熱反応容器中心より偏心した状態で設けられた固体粒子縮小機構により粒径毎に制限する工程と
を含むことを特徴とする水熱反応処理方法。 - 水熱反応容器内で被処理物を水の超臨界状態または亜臨界状態で水熱酸化反応させる水熱反応処理方法であって、
水熱反応容器内に設けられる固体粒径制限機構の網３１によって所定の粒径よりも大きい固体を滞留させる工程と、
滞留する、上記所定の粒径よりも大きい固体を溶解手段の供給にて所定の粒径以下まで溶解し、排出配管系統へ排出させる工程と
を含むことを特徴とする水熱反応処理方法。 - 上記排出配管系統より排出された生成物を、複数の切り替え可能なフィルターにより不溶解粒子をトラップする工程を含む、請求項５又は６に記載の方法。
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