JP6648351B1 - 閉塞物除去方法 - Google Patents

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Abstract

閉塞物除去方法は、被処理液が導入される内管及び熱媒が導入される外管を有する熱交換器を備えた超臨界水反応装置に対する閉塞物除去方法である。閉塞物除去方法は、内管に設けられた開口から可撓性チューブを内管の閉塞物に接触するまで挿入する挿入工程と、可撓性チューブを介して閉塞物に界面活性剤を送る注入工程と、注入工程の後に可撓性チューブを内管の外に出す引抜工程と、引抜工程の後に内管に気体を送り閉塞物に圧力を加える加圧工程と、を含む。

Description

本発明は、超臨界水反応装置に用いられる閉塞物除去方法に関する。
バイオマス(焼酎残渣又は下水汚泥等)を超臨界水でガス化する技術が知られている。超臨界水反応装置には、内管及び外管を有する二重管式熱交換器が用いられる。バイオマスを含む被処理液が内管に供給され、被処理液を加熱するための熱媒が外管に供給される。例えば特許文献1には、二重管式熱交換器が用いられた装置の一例が記載されている。特許文献1においては、2つのピストンポンプが設けられることで、被処理液を連続的に反応器に送ることを可能にしている。
特開2000−271468号公報
しかしながら、特許文献1のように被処理液が反応器に向けて連続的に送られる場合であっても、二重管式熱交換器の内管が固形物の堆積によって閉塞することがあった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、超臨界水反応装置における熱交換器の閉塞物を取り除くことができる閉塞物除去方法を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するため、本発明の一態様に係る閉塞物除去方法は、被処理液が導入される内管及び熱媒が導入される外管を有する熱交換器を備えた超臨界水反応装置に対する閉塞物除去方法であって、前記内管に設けられた開口から可撓性チューブを前記内管の閉塞物に接触するまで挿入する挿入工程と、前記可撓性チューブを介して前記閉塞物に界面活性剤を送る注入工程と、前記注入工程の後に前記可撓性チューブを前記内管の外に出す引抜工程と、前記引抜工程の後に前記内管に気体を送り前記閉塞物に圧力を加える加圧工程と、を含む。
挿入工程及び注入工程により、閉塞物に界面活性剤を直接塗布することができる。これにより、界面活性剤が閉塞物に浸透する。その後の引抜工程及び加圧工程により、界面活性剤が塗布された閉塞物に圧力が加わると共に、閉塞物にある微小な隙間を気体が通り抜ける。これにより、閉塞物への界面活性剤の浸透が早くなり、閉塞物の崩壊が促進される。したがって、閉塞物除去方法は、超臨界水反応装置における熱交換器の閉塞物を取り除くことができる。
閉塞物除去方法の望ましい態様として、前記挿入工程の前に、前記内管における前記閉塞物の位置を特定する探査工程を含むことが好ましい。これにより、内管の可撓性チューブを挿入できる部分のうち閉塞物から最も近い箇所から可撓性チューブを挿入することが可能となる。このため、可撓性チューブが短くて済み且つ注入工程で使用される界面活性剤の量が少なくて済む。
閉塞物除去方法の望ましい態様として、前記加圧工程の後に、前記内管に水を送る水洗工程を含むことが好ましい。これにより、加圧工程で除去しきれなかった閉塞物が水と共に洗い流される。
閉塞物除去方法の望ましい態様として、前記水洗工程の後に、前記内管に過酸化水素水を送る再洗浄工程を含むことが好ましい。これにより、水洗工程でも除去できなかった閉塞物の一部又はその他の異物が除去される。
閉塞物除去方法の望ましい態様として、前記界面活性剤は、両性界面活性剤であることが好ましい。これにより、閉塞物がより崩壊しやすくなる。
閉塞物除去方法の望ましい態様として、前記界面活性剤は、非イオン界面活性剤であることが好ましい。これにより、閉塞物がより崩壊しやすくなる。
閉塞物除去方法の望ましい態様として、前記界面活性剤は、陽イオン界面活性剤であることが好ましい。これにより、閉塞物がより崩壊しやすくなる。
本発明によれば、超臨界水反応装置における熱交換器の閉塞物を取り除くことができる閉塞物除去方法を提供することができる。
図1は、本実施形態に係る超臨界水反応装置の模式図である。 図2は、本実施形態に係る熱交換器の模式図である。 図3は、本実施形態に係る制御装置の機能ブロック図である。 図4は、内管を流れる被処理液の流速の変化を概念的に示すグラフである。 図5は、本実施形態に係る閉塞物除去方法を示すフローチャートである。 図6は、探査工程を説明するための模式図である。 図7は、探査工程を説明するための模式図である。 図8は、探査工程を説明するための模式図である。 図9は、探査工程を説明するための模式図である。 図10は、探査工程を説明するための模式図である。 図11は、加圧工程を説明するための模式図である。 図12は、加圧工程を説明するための模式図である。 図13は、第1変形例に係る制御装置の機能ブロック図である。 図14は、第2変形例に係る制御装置の機能ブロック図である。 図15は、第3変形例に係る制御装置の機能ブロック図である。 図16は、第4変形例に係る制御装置の機能ブロック図である。
以下、本発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の発明を実施するための形態(以下、実施形態という)により本発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、下記実施形態で開示した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。
(実施形態)
図1は、本実施形態に係る超臨界水反応装置の模式図である。図2は、本実施形態に係る熱交換器の模式図である。図3は、本実施形態に係る制御装置の機能ブロック図である。図4は、内管を流れる被処理液の流速の変化を概念的に示すグラフである。
本実施形態に係る超臨界水反応装置1は、加水分解によってバイオマスを、水素、メタン、エタン、一酸化炭素及び二酸化炭素等を含むガスに変化させるための装置である。バイオマスは、例えば焼酎残渣又は下水汚泥等である。
図1に示すように、超臨界水反応装置1は、調整タンク11と、破砕機12と、主ポンプ13(圧力調整ユニット5)と、熱交換器3と、予熱器14と、反応器15と、冷却器16と、主減圧器17と、気液分離器18と、ガスタンク19と、触媒回収器20と、補助ポンプ22と、アキュムレータ23と、アキュムレータバルブ24と、補助減圧器25と、ブローバルブ26と、第1圧力計27(検出ユニット4)と、第2圧力計28(検出ユニット4)と、流量計29と、制御装置9と、を備える。
調整タンク11は、バイオマス、水及び触媒を混合するための容器である。触媒は、例えば粉末状の活性炭である。調整タンク11は、被処理液(バイオマス、水及び触媒の懸濁液)を作製する。反応物は破砕機12に送られる。
破砕機12は、被処理液の中のバイオマスを破砕するための装置である。破砕機12は、バイオマスの粒径を小さくし且つ実質的に均一にする。バイオマスの粒径のばらつきは小さい方が好ましい。
主ポンプ13は、バイオマスが破砕された後の被処理液に圧力を加えるための装置である。主ポンプ13は、例えば多連プランジャポンプである。図1に示すように主ポンプ13は、配管101を介して熱交換器3に接続されている。
熱交換器3は、反応前の被処理液と、反応器15で生成された生成物との間で熱交換するための装置である。図2に示すように熱交換器3は、内管31と、内管31の外側に配置された外管32と、を備える。すなわち、熱交換器3は二重管式熱交換器である。反応前の被処理液が内管31に供給される。反応器15で生成された生成物が外管32に供給される。外管32は断熱材で覆われている。熱交換器3は、例えば溶接によって形成された複数の管がねじ込み継手で接合されることで形成されている。熱交換器3の長さは例えば100m程度である。
図2に示すように、例えば内管31は、バルブ1011を介して配管101に接続されており、バルブ1031を介して配管103に接続されている。例えば、内管31の内径は約8mmである。内管31は、分岐管311と、分岐管311に設けられるバルブ31aと、分岐管312と、分岐管312に設けられるバルブ31bと、分岐管313と、分岐管313に設けられるバルブ31cと、を備える。分岐管311はガスボンベ38に接続されている。ガスボンベ38には例えば窒素が充填されている。分岐管312及び分岐管313の端部は開放されている。
予熱器14は、熱交換器3を通過した被処理液の温度を所定の温度まで上昇させるための装置である。予熱器14は、配管103で熱交換器3の内管31と接続されている。予熱器14には、例えば燃料、酸素及びガスタンク19に貯留されたガスが供給される。燃料は例えば液化石油ガス(LPG:Liquefied Petroleum Gas)等である。燃料及びガスタンク19のガスが燃焼することで予熱器14の温度が上昇する。なお、必ずしもガスタンク19に貯留されたガスが予熱器14に供給されなくてもよい。
反応器15は、予熱器14を通過した被処理液を、超臨界水を用いて分解するための装置である。反応器15は、配管104で予熱器14と接続されている。超臨界水は、水の臨界温度(374℃)以上の温度及び水の臨界圧力(22.1MPa)以上の圧力を有する水蒸気である。例えば、反応器15における超臨界水の温度は約600℃である。反応器15における超臨界水の圧力は約25MPaである。反応器15には、例えば燃料、酸素及びガスタンク19に貯留されたガスが供給される。燃料及びガスタンク19のガスが燃焼することで生じた熱により超臨界水が生成される。なお、必ずしもガスタンク19に貯留されたガスが反応器15に供給されなくてもよい。反応器15で生成された生成物(ガス、灰分、活性炭及び水の混合物)は、配管105を介して熱交換器3の外管32に送られる。
熱交換器3の外管32に供給された生成物は、内管31を通過する被処理液と熱交換する。すなわち、外管32に供給された生成物は、被処理液を加熱する熱媒である。外管32を通過したガスの生成物は、例えば約120℃まで下がる。
冷却器16は、熱交換器3を通過した生成物の温度を所定の温度まで低下させるための装置である。冷却器16は、配管106で熱交換器3の外管32と接続されている。
主減圧器17は、冷却器16を通過した生成物の圧力を降下させるための装置である。主減圧器17は、配管107で冷却器16と接続されている。例えば、主減圧器17はキャピラリーチューブである。
気液分離器18は、生成物を灰分、活性炭及び水を含む液体成分と、ガスとに分離するための装置である。気液分離器18は、配管108で主減圧器17に接続されている。
ガスタンク19は、気液分離器18で液体成分と分離されたガスを貯留する容器である。ガスタンク19は、予熱器14及び反応器15に接続されており、ガスを予熱器14及び反応器15に供給することができる。
触媒回収器20は、気液分離器18でガスと分離された液体成分から触媒を回収するための装置である。触媒回収器20は、例えば触媒と灰分との間の沈降速度(終端速度)の違いを利用して液体成分から触媒を分離する。
補助ポンプ22は、配管101に接続されたポンプである。補助ポンプ22は、例えばプランジャポンプである。補助ポンプ22は、配管101を流れる被処理液に圧力を加えることができる。超臨界水反応装置1が正常である時、補助ポンプ22は停止している。
アキュムレータ23は、高圧流体が蓄えられた装置である。アキュムレータ23に蓄えられた流体の圧力は、例えば超臨界水反応装置1が正常である時の配管101内の圧力より大きい。アキュムレータ23は、アキュムレータバルブ24を介して配管101に接続されている。アキュムレータバルブ24は、配管101とアキュムレータ23との間の接続及び分離を切り替えるバルブである。超臨界水反応装置1が正常である時、アキュムレータバルブ24は閉じている。
補助減圧器25は、例えばキャピラリーチューブである。補助減圧器25は、ブローバルブ26を介して配管107に接続されている。ブローバルブ26は、補助減圧器25と配管107との間の接続及び分離を切り替えるバルブである。超臨界水反応装置1が正常である時、ブローバルブ26は閉じている。
第1圧力計27は、熱交換器3の内管31の上流側に設けられた圧力計である。第1圧力計27は、配管101に設けられている。第1圧力計27は、内管31に入る前の被処理液に加わっている圧力を計測する。
第2圧力計28は、熱交換器3の内管31の下流側に設けられた圧力計である。第2圧力計28は、配管103に設けられている。第2圧力計28は、内管31から排出された被処理液に加わっている圧力を計測する。
流量計29は、熱交換器3の内管31の下流側に設けられる。流量計29は、配管103に設けられている。流量計29は、内管31から排出された被処理液の流量を計測する。
制御装置9は、例えばコンピュータであり、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、インターフェース(I/F)等を備える。CPU、ROM、RAM、インターフェース(I/F)が連携することで、制御装置9の各機能が実現する。
図3に示すように、制御装置9は、流速演算部91と、比較部92と、記憶部93と、制御部94と、を含む。流速演算部91は、第1圧力計27及び第2圧力計28(検出ユニット4)から信号を受け取る。流速演算部91は、第1圧力計27及び第2圧力計28から得た情報と、記憶部93にある情報とに基づいて、内管31の中の被処理液の流速を演算する。例えば記憶部93が、第1圧力計27の計測値及び第2圧力計28の計測値の差(差圧)と、内管31の中の被処理液の流速との関係を記憶している。差圧と内管31の中の被処理液の流速との関係は、例えば予め実験等で求められる。
比較部92は、流速演算部91が算出した流速を、記憶部93に記憶された流速のしきい値V(図4参照)と比較する。比較部92は、流速演算部91が算出した流速がしきい値Vより小さかった場合に、制御部94に信号を送る。
比較部92から信号を受けた制御部94は、被処理液に加わる圧力が大きくなるように主ポンプ13(圧力調整ユニット5)を制御する。これにより、図4に示すように内管31の中の被処理液の流速が上昇する。
被処理液が熱交換器3で加熱される過程において、副生成物(例えばチャー又はタール等)が生成される。副生成物は微粒子の状態で被処理液中を浮遊する。副生成物の粒径が大きくなると副生成物が沈降しやすくなる。沈降した副生成物は内管31の内壁に付着する。特に、内管31の内壁にある溶接のビード又は内管31の屈曲部周辺で副生成物が堆積しやすい。内管31の内壁に堆積した副生成物の量が多くなると、副生成物が内管31の閉塞物となり、内管31が閉塞する可能性がある。上述した特許文献1のように、被処理液に連続的に圧力が加えられる場合であっても、内管31の中の被処理液の流速が常に十分な大きさになるとは限らない。このため、被処理液の流速の低下が繰り返されることにより内管31が閉塞することがある。
これに対して、本実施形態においては、検出ユニット4、制御装置9及び圧力調整ユニット5があることで、内管31の中の被処理液の流速が所定値以下になると、被処理液の流速が一時的に上昇する。被処理液の流速が上昇すると、内管31の内壁に付着していた副生成物が剥がれる。このため、圧力調整ユニット5の作動が終了しても被処理液の流速が所定値以上に保たれる。その結果、内管31における閉塞が防止される。
なお、主ポンプ13は必ずしも多連プランジャポンプでなくてもよく、その他の種類のポンプ(例えばピストンポンプ)であってもよい。補助ポンプ22は、必ずしもプランジャポンプでなくてもよく、その他の種類のポンプ(例えばピストンポンプ)であってもよい。
アキュムレータ23は、内部の流体の圧力を高めるためのポンプに接続されていてもよい。例えば、補助ポンプ22がアキュムレータ23に接続されており、アキュムレータ23の内部の流体の圧力が低下した時に補助ポンプ22によってアキュムレータ23が加圧されてもよい。
なお、補助減圧器25及びブローバルブ26は、必ずしも配管107に配置されていなくてもよく、少なくとも熱交換器3の下流側に位置する配管に配置されていればよい。例えば、補助減圧器25及びブローバルブ26が配管103に配置されていてもよい。
なお、本実施形態に係る超臨界水反応装置1においては、流量計29、補助ポンプ22、アキュムレータ23、アキュムレータバルブ24、補助減圧器25及びブローバルブ26はなくてもよい。
図5は、本実施形態に係る閉塞物除去方法を示すフローチャートである。図6は、探査工程を説明するための模式図である。図7は、探査工程を説明するための模式図である。図8は、探査工程を説明するための模式図である。図9は、探査工程を説明するための模式図である。図10は、探査工程を説明するための模式図である。図11は、加圧工程を説明するための模式図である。図12は、加圧工程を説明するための模式図である。
仮に内管31が副生成物によって閉塞した場合、超臨界水反応装置1は停止させられる。例えば、流量計29の流量が所定値以下になった場合に超臨界水反応装置1が停止する。超臨界水反応装置1が停止すると、被処理液の流れが停止する一方、熱交換器3の温度は高いままである。このため、被処理液が過熱され炭化が進行する。また、内管31内の圧力低下に伴い水分が蒸発しやすくなるので、被処理液が触媒(活性炭)と共に固形化する。熱交換器3がある程度冷却された後、閉塞物を除去するために内管31に高圧の水が供給される。これにより閉塞物が内管31から排出されることもあるが、閉塞物が内管31の一部(溶接のビード又は内管31の屈曲部周辺等)に集積し、閉塞物の圧密が生じることがある。このような場合、閉塞物を除去するための清掃が必要となる。ただし熱交換器3を分解することは困難であるため、閉塞物を直接除去することはできない。また、高圧の気体を内管31に供給することで閉塞物が除去される可能性もあるが、長い時間を要するため超臨界水反応装置1の稼働率を低下させる点で望ましくない。
図5に示すように、本実施形態に係る閉塞物除去方法は、探査工程P1と、挿入工程P2と、注入工程P3と、引抜工程P4と、加圧工程P5と、排出確認工程P6と、水洗工程P7と、再洗浄工程P8と、を含む。
作業者は、まず閉塞物39(図6参照)の位置を特定する(探査工程P1)。例えば閉塞物39がバルブ31cと内管31の下流側端部との間にあるとする。探査工程P1においては、まず内管31の一端が開放させられる。例えば配管103(図2参照)が内管31から外される。そして、内管31の一端にあるバルブ1011及び内管31の中間にあるバルブ31bが開けられる。内管31に設けられたその他のバルブ(バルブ31a及びバルブ31c)は閉められる。そして、主ポンプ13によって水が配管101を介して内管31に供給される。バルブ1011とバルブ31bとの間に閉塞物がないので、図6の破線で示すように水が流れる。次にバルブ31bが閉められ、バルブ31bの下流側に位置するバルブ31cが開けられる。バルブ31bとバルブ31cとの間に閉塞物がないので、図7の破線で示すように水が流れる。次にバルブ31b及びバルブ31cの両方が閉められる。バルブ31cの下流に閉塞物39があるので、図8に示すように水が流れなくなる。このため、作業者は、探査工程P1によりバルブ31cと内管31の下流側端部との間に閉塞物39があることを認識できる。
次に作業者は、可撓性チューブ35を内管31に挿入する(挿入工程P2)。可撓性チューブ35の材質は特に限定されない。例えば、可撓性チューブ35はシリコンで形成されていてもよいし、ポリテトラフルオロエチレンで形成されていてもよい。可撓性チューブ35の外径は内管31の内径より小さい。例えば、可撓性チューブ35の外径は約2mmである。可撓性チューブ35は、図9に示すように内管31の可撓性チューブ35を挿入できる部分(上流側端部、バルブ31b、バルブ31c、及び下流側端部)のうち閉塞物39から最も近い箇所(バルブ31c)から内管31に挿入される。可撓性チューブ35と内管31の内壁との間の摩擦を低減するため、潤滑剤として界面活性剤等が可撓性チューブ35の表面に塗布されていてもよい。可撓性チューブ35は、図10に示すように先端が閉塞物39に当たるまで内管31に挿入される。可撓性チューブ35が閉塞物39から最も近い箇所から内管31に挿入されるので、可撓性チューブ35が短くて済む。また、注入工程P3で使用される界面活性剤の量が少なくて済む。
次に作業者は、可撓性チューブ35に界面活性剤を注入する(注入工程P3)。例えば注射器36が使用される。図10に示すように、注射器36の先端が可撓性チューブ35の端部に連結された後、注射器36に圧力が加えられる。可撓性チューブ35の先端は閉塞物39に接しているので、界面活性剤が閉塞物39に塗布される。より具体的には、可撓性チューブ35に界面活性剤の水溶液が注入される。水溶液中の界面活性剤の質量パーセント濃度は例えば7%である。界面活性剤は、疎水基を有するので、活性炭を含む閉塞物39に水よりも浸透しやすい。界面活性剤の一例としては、両性界面活性剤であるアルキルアミンオキシドが挙げられる。界面活性剤は、非イオン界面活性剤又は陽イオン界面活性剤であればより好ましい。両性界面活性剤、非イオン界面活性剤及び陽イオン界面活性剤は、陰イオン界面活性剤と比較して、閉塞物39に含まれる活性炭に吸着しやすいので、閉塞物39を分解しやすい。
次に作業者は、可撓性チューブ35を内管31の外に引き抜く(引抜工程P4)。可撓性チューブ35が内管31から出された後、バルブ31cが閉められる。
次に作業者は、内管31に気体を供給し加圧する(加圧工程P5)。内管31に供給される気体は例えば窒素である。図11に示すように、バルブ31aが開けられることでガスボンベ38から内管31に向かって窒素が流れ込む。内管31は窒素により加圧される。例えば、内管31に気体を供給する前に、図11に示すように内管31の開放した端部(下流側端部)に回収容器37が設けられる。界面活性剤が閉塞物39に浸透する早さは内管31内の圧力に比例するので、界面活性剤の閉塞物39への浸透が促進される。また、水は閉塞物39を通過することができないが、気体は閉塞物39をある程度通過する。閉塞物39には上流側からだけではなく通過する気体からも圧力が加わるので、界面活性剤の閉塞物39への浸透がより促進される。閉塞物39は炭化物であるため、界面活性剤の疎水基と親和性を有する。このため、閉塞物39が徐々に崩壊していく。閉塞物39に穴が開くと、圧力が加わった気体が一気に放出される。気体の流れに乗って閉塞物39が回収容器37に向かって排出される。
例えば内管31内の圧力は、ガスボンベ38により約14.7MPaまで上昇する。さらに、図11に示すように、主ポンプ13を駆動させることで配管101側から内管31に圧力が加えられてもよい。これにより、内管31内の圧力を主ポンプ13の設計圧力まで上昇させることができる。例えば主ポンプ13が高圧ピストンポンプであれば、主ポンプ13の設計圧力は約29MPaである。
加圧工程P5を所定時間継続した後、内管31から閉塞物39が排出された場合(排出確認工程P6、Yes)、作業者は内管31に水を送る(水洗工程P7)。例えば主ポンプ13を用いて内管31に水が供給される。界面活性剤は親水基を有するので水と親和性を有する。加圧工程P5で除去されなかった閉塞物39が水と共に洗い流される。また、内管31の内壁に付着した界面活性剤が洗い流される。
加圧工程P5を所定時間継続した後、内管31から閉塞物39が排出されなかった場合(排出確認工程P6、No)、作業者は閉塞物39の位置を再度特定する(探査工程P1)。閉塞物39は、必ずしも一箇所だけにあるとは限らない。すなわち、複数箇所において閉塞物39が生じている可能性がある。このため、注入工程P3で界面活性剤が塗布されなかった他の閉塞物39を除去するために、探査工程P1から加圧工程P5までが繰り返される。
水洗工程P7の後、作業者は、内管31に過酸化水素水を送る(再洗浄工程P8)。過酸化水素水を内管31に送ることで、水洗工程P7でも除去できなかった閉塞物39の一部又はその他の異物が除去される。例えば主ポンプ13を用いて内管31に過酸化水素水が供給される。過酸化水素水は、所定温度に加熱される。
閉塞物39と同じ物質(以下、実験対象)に対して実験が行われた。第1の実験対象は界面活性剤の水溶液に6か月間浸された。界面活性剤はアルキルアミンオキシドである。水溶液中の界面活性剤の質量パーセント濃度は例えば7%である。第2の実験対象は水に6か月間浸された。第1の実験対象及び第2の実験対象に加わる大気圧以外の圧力は0.0004MPaであった。実験の結果、第1の実験対象が崩壊した一方、第2の実験対象は元の形状をほぼ保っていた。これにより、閉塞物39を内管31から除去するために界面活性剤が有効であることがわかる。また、界面活性剤が閉塞物39に浸透する早さは閉塞物39に加わる圧力に比例する。このため、上述した加圧工程P5において内管31に加えられる圧力が仮に29MPaであった場合、界面活性剤が閉塞物39に浸透する早さは実験に比べて72500倍程度となる。すなわち、加圧工程P5が3.5分程度保たれると閉塞物39が崩壊することが予測される。
なお、探査工程P1において必ずしも配管101を介して内管31に気体が供給されなくてもよい。例えば、配管103を介して内管31に気体が供給されてもよい。また、挿入工程P2において可撓性チューブ35は、分岐管313ではなく、例えば内管31の下流側端部から挿入されてもよい。
なお、閉塞物除去方法において上述した探査工程P1、排出確認工程P6、水洗工程P7及び再洗浄工程P8はなくてもよい。閉塞物除去方法は、少なくとも挿入工程P2、注入工程P3、引抜工程P4及び加圧工程P5を含むことで閉塞物39を除去できる。
以上で説明したように、超臨界水反応装置1は、被処理液が導入される内管31及び熱媒が導入される外管32を有する熱交換器3と、内管31における被処理液の流速を算出するために必要な情報を検出する検出ユニット4と、被処理液に加わる圧力を変化させる圧力調整ユニット5と、所定のしきい値Vを記憶した制御装置9と、を備える。制御装置9は、検出ユニット4から得た情報に基づいて算出した被処理液の流速がしきい値Vよりも小さい場合に、被処理液に加わる圧力が大きくなるように圧力調整ユニット5を制御する。
これにより、内管31の中の被処理液の流速が所定値以下になると、圧力調整ユニット5の作動によって被処理液の流速が一時的に上昇する。被処理液の流速が上昇すると、内管31の内壁に付着していた副生成物が剥がれる。このため、圧力調整ユニット5の作動が終了しても被処理液の流速が所定値以上に保たれる。その結果、超臨界水反応装置1は、熱交換器3の閉塞を防止することができる。
また超臨界水反応装置1において、検出ユニット4は、熱交換器3の上流側に設けられた第1圧力計27と、熱交換器3の下流側に設けられた第2圧力計28とを含む。これにより、制御装置9は内管31の中の被処理液の流速を容易に演算することができる。
また超臨界水反応装置1において、圧力調整ユニット5は、被処理液を内管31に導くために駆動する主ポンプ13である。これにより、内管31内の被処理液が上流側から押されるので、被処理液の流速が一時的に大きくなる。
本実施形態に係る閉塞物除去方法は、被処理液が導入される内管31及び熱媒が導入される外管32を有する熱交換器3を備えた超臨界水反応装置1に対する閉塞物除去方法である。閉塞物除去方法は、内管31に設けられた開口から可撓性チューブ35を内管31の閉塞物39に接触するまで挿入する挿入工程P2と、可撓性チューブ35を介して閉塞物39に界面活性剤を送る注入工程P3と、注入工程P3の後に可撓性チューブ35を内管31の外に出す引抜工程P4と、引抜工程P4の後に内管31に気体を送り閉塞物39に圧力を加える加圧工程P5と、を含む。
挿入工程P2及び注入工程P3により、閉塞物39に界面活性剤を直接塗布することができる。これにより、界面活性剤が閉塞物39に浸透する。その後の引抜工程P4及び加圧工程P5により、界面活性剤が塗布された閉塞物39に圧力が加わると共に、閉塞物39にある微小な隙間を気体が通り抜ける。これにより、閉塞物39への界面活性剤の浸透が早くなり、閉塞物39の崩壊が促進される。したがって、閉塞物除去方法は、超臨界水反応装置1における熱交換器3の閉塞物39を取り除くことができる。
閉塞物除去方法は、挿入工程P2の前に、内管31における閉塞物39の位置を特定する探査工程P1を含む。これにより、内管31の可撓性チューブ35を挿入できる部分のうち閉塞物39から最も近い箇所から可撓性チューブ35を挿入することが可能となる。このため、可撓性チューブ35が短くて済み且つ注入工程P3で使用される界面活性剤の量が少なくて済む。
閉塞物除去方法は、加圧工程P5の後に、内管31に水を送る水洗工程P7を含む。閉塞物39の崩壊が進むと、液体が通過できる程度の穴が開くので、内管31に水を送ることが可能となる。これにより、加圧工程P5で除去しきれなかった閉塞物39が水と共に洗い流される。
閉塞物除去方法は、水洗工程P7の後に、内管31に過酸化水素水を送る再洗浄工程P8を含む。これにより、水洗工程P7でも除去できなかった閉塞物39の一部又はその他の異物が除去される。
閉塞物除去方法において界面活性剤は、両性界面活性剤である。これにより、閉塞物39がより崩壊しやすくなる。
閉塞物除去方法において界面活性剤は、非イオン界面活性剤である。これにより、閉塞物39がより崩壊しやすくなる。
閉塞物除去方法において界面活性剤は、陽イオン界面活性剤である。これにより、閉塞物39がより崩壊しやすくなる。
(第1変形例)
図13は、第1変形例に係る制御装置の機能ブロック図である。なお、上述した実施形態で説明したものと同じ構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
第1変形例に係る検出ユニット4Aは、流量計29である。制御装置9Aの流速演算部91Aは、流量計29から信号を受け取る。流速演算部91Aは、流量計29から得た情報と、記憶部93にある情報とに基づいて、内管31の中の被処理液の流速を演算する。例えば記憶部93が、流量計29の計測値と、内管31の中の被処理液の流速との関係を記憶している。流量計29の計測値と内管31の中の被処理液の流速との関係は、例えば予め実験等で求められる。なお、検出ユニット4Aは、流量計29、第1圧力計27及び第2圧力計28を含んでいてもよい。このような場合、流速演算部91Aで演算される流速の精度が向上する。
このように検出ユニット4Aは、熱交換器3の下流側に設けられた流量計29を含む。これにより、制御装置9Aは内管31の中の被処理液の流速を容易に演算することができる。
(第2変形例)
図14は、第2変形例に係る制御装置の機能ブロック図である。なお、上述した実施形態で説明したものと同じ構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
第2変形例に係る圧力調整ユニット5Bは、補助ポンプ22である。制御装置9Bの制御部94Bは、比較部92から信号を受けると補助ポンプ22を駆動する。被処理液に加わる圧力が大きくなるので、内管31の中の被処理液の流速が上昇する。なお、第2変形例における検出ユニット4は、第1変形例で示したように流量計29であってもよい。圧力調整ユニット5Bは、補助ポンプ22に加えて主ポンプ13を含んでいてもよい。
このように圧力調整ユニット5Bは、被処理液を内管31に導くために駆動する主ポンプ13とは別の補助ポンプ22を含む。これにより、内管31内の被処理液が上流側から押されるので、被処理液の流速が一時的に大きくなる。
(第3変形例)
図15は、第3変形例に係る制御装置の機能ブロック図である。なお、上述した実施形態で説明したものと同じ構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
第3変形例に係る圧力調整ユニット5Cは、アキュムレータ23と、アキュムレータバルブ24と、を含む。制御装置9Cの制御部94Cは、比較部92から信号を受けるとアキュムレータバルブ24を開ける。アキュムレータ23に蓄えられた圧力が被処理液に加わるので、内管31の中の被処理液の流速が上昇する。なお、第3変形例における検出ユニット4は、第1変形例で示したように流量計29であってもよい。圧力調整ユニット5Cは、アキュムレータ23及びアキュムレータバルブ24に加えて補助ポンプ22又は主ポンプ13を含んでいてもよい。
このように圧力調整ユニット5Cは、内管31の上流側に繋がる上流配管(配管101)に接続されるアキュムレータと23、アキュムレータ23と上流配管(配管101)との間の接続及び分離を切り替えるアキュムレータバルブ24とを含む。これにより、内管31内の被処理液が上流側から押されるので、被処理液の流速が一時的に大きくなる。
(第4変形例)
図16は、第4変形例に係る制御装置の機能ブロック図である。なお、上述した実施形態で説明したものと同じ構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
第4変形例に係る圧力調整ユニット5Dは、補助減圧器25と、ブローバルブ26と、を含む。制御装置9Dの制御部94Dは、比較部92から信号を受けるとブローバルブ26とを開ける。被処理液が熱交換器3の下流側に引かれるので、内管31の中の被処理液の流速が上昇する。なお、第4変形例における検出ユニット4は、第1変形例で示したように流量計29であってもよい。圧力調整ユニット5Dは、補助減圧器25及びブローバルブ26に加えて、アキュムレータ23、アキュムレータバルブ24、補助ポンプ22又は主ポンプ13を含んでいてもよい。
このように圧力調整ユニット5Dは、内管31の下流側に繋がる下流配管(配管107)に接続される補助減圧器25と、補助減圧器25と下流配管(配管107)との間の接続及び分離を切り替えるブローバルブ26と、を含む。これにより、内管31内の被処理液が下流側から引かれるので、被処理液の流速が一時的に大きくなる。
1 超臨界水反応装置
101 配管(上流配管)
1011 バルブ
103、104、105、106、107、108 配管(下流配管)
1031 バルブ
11 調整タンク
12 破砕機
13 主ポンプ
14 予熱器
15 反応器
16 冷却器
17 主減圧器
18 気液分離器
19 ガスタンク
20 触媒回収器
22 補助ポンプ
23 アキュムレータ
24 アキュムレータバルブ
25 補助減圧器
26 ブローバルブ
27 第1圧力計
28 第2圧力計
29 流量計
3 熱交換器
31 内管
32 外管
311、312、313 分岐管
31a、31b、31c バルブ
35 可撓性チューブ
37 回収容器
38 ガスボンベ
39 閉塞物
4、4A 検出ユニット
5、5B、5C、5D 圧力調整ユニット
9、9A、9B、9C、9D 制御装置
91 流速演算部
92 比較部
93 記憶部
94、94B、94C、94D 制御部
P1 探査工程
P2 挿入工程
P3 注入工程
P4 引抜工程
P5 加圧工程
P6 排出確認工程
P7 水洗工程
P8 再洗浄工程

Claims (7)

  1. 被処理液が導入される内管及び熱媒が導入される外管を有する熱交換器を備えた超臨界水反応装置に対する閉塞物除去方法であって、
    前記内管に設けられた開口から可撓性チューブを前記内管の閉塞物に接触するまで挿入する挿入工程と、
    前記可撓性チューブを介して前記閉塞物に界面活性剤を送る注入工程と、
    前記注入工程の後に前記可撓性チューブを前記内管の外に出す引抜工程と、
    前記引抜工程の後に前記内管に気体を送り前記閉塞物に圧力を加える加圧工程と、
    を含む閉塞物除去方法。
  2. 前記挿入工程の前に、前記内管における前記閉塞物の位置を特定する探査工程を含む
    請求項1に記載の閉塞物除去方法。
  3. 前記加圧工程の後に、前記内管に水を送る水洗工程を含む
    請求項1又は2に記載の閉塞物除去方法。
  4. 前記水洗工程の後に、前記内管に過酸化水素水を送る再洗浄工程を含む
    請求項3に記載の閉塞物除去方法。
  5. 前記界面活性剤は、両性界面活性剤である
    請求項1から4のいずれか1項に記載の閉塞物除去方法。
  6. 前記界面活性剤は、非イオン界面活性剤である
    請求項1から4のいずれか1項に記載の閉塞物除去方法。
  7. 前記界面活性剤は、陽イオン界面活性剤である
    請求項1から4のいずれか1項に記載の閉塞物除去方法。
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