JP7462897B2 - 含窒素有機物の処理システム及び処理方法 - Google Patents
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Description
このため、下水施設、特に消化処理後の消化汚泥から窒素成分をアンモニアとして回収することが試みられている。
しかしながら、プルシアンブルー類似体には、シアンが含まれている。このため、プルシアンブルー類似体を利用する際には、漏洩等に注意して管理する必要がある。また、プルシアンブルー類似体を廃棄する際には、政令で定める技術上の基準に従って処置をする必要がある。すなわち、プルシアンブルー類似体の使用には、適切な管理及び適切な処置が求められる。
[1]含窒素有機物を水の亜臨界条件とし、アンモニアを含む第一の流体を生成する分解装置と、前記第一の流体からアンモニアを分離するアンモニア分離装置と、を備え、前記アンモニア分離装置は、下記一般式(1)で表される化合物を含まない第一の吸着剤が充填された第一の吸着部を有する第一の吸着塔と、前記第一の吸着塔とは別に設けられ、下記一般式(1)で表される化合物を含む第二の吸着剤が充填された第二の吸着部を有する第二の吸着塔と、前記第一の吸着部を通流した前記第一の流体を前記第二の吸着部へと流入するための配管と、前記第一の吸着部に吸着された後、前記第一の吸着部から分離されたアンモニアを外部へ供給するための配管と、前記第二の吸着部を通流した前記第一の流体を気液分離器へと流入するための配管と、前記第二の吸着部に吸着された後、前記第二の吸着部から脱離したアンモニアを外部へ供給するための配管と、前記第一の吸着塔を加熱する加熱部と、前記第二の吸着塔を加熱する加熱部と、前記第一の吸着塔を減圧する減圧部と、前記第二の吸着塔を減圧する減圧部と、を備え、前記第一の吸着塔が前記第二の吸着塔の前段にあり、前記第一の流体を前記第一の吸着部から前記第二の吸着部へ順に通流させる、含窒素有機物の処理システム。
AxM[M’(CN)6]y・zH2O ・・・(1)[式(1)中、xは0~3、yは0.1~1.5、zは0~6の数値を表し、Aは、アルカリ金属イオン及びアルカリ土類金属イオンからなる群より選択される少なくとも1種の陽イオンを表し、M、M’は、それぞれ独立に原子番号3~83の原子からなる群より選択される少なくとも1種の陽イオン(ただし、アルカリ金属イオン及びアルカリ土類金属イオンを除く。)を表す。]
[2]前記第一の吸着部と前記第二の吸着部との下記式(2)で表される質量比が、1以上である、[1]又は[2]に記載の含窒素有機物の処理システム。
質量比=第一の吸着部の質量/第二の吸着部の質量 ・・・(2)
[3]前記第一の吸着剤が、酸化ケイ素を主成分とし、原子番号3~83の原子(ただし、原子番号8の原子及び原子番号14の原子を除く。)からなる群より選択される少なくとも1種の陽イオンを有する化合物である、[1]又は[2]に記載の含窒素有機物の処理システム。
前記アンモニア分離工程は、下記一般式(1)で表される化合物を含まない第一の吸着剤に前記第一の流体を接触させ、前記第一の流体に含まれるアンモニアを前記第一の吸着剤に吸着させる第一の吸着操作と、減圧操作および加熱操作の少なくとも一方により、前記第一の吸着剤に吸着させたアンモニアを脱離する第一の脱離操作と、前記第一の吸着剤を通流した前記第一の流体を下記一般式(1)で表される化合物を含む第二の吸着剤へと供給する第一の供給操作と、前記第一の吸着剤に吸着された後、前記第一の吸着剤から分離されたアンモニアを外部へ供給する第二の供給操作と、前記第二の吸着剤に前記第一の流体を接触させ、前記第一の流体に含まれるアンモニアを前記第二の吸着剤に吸着させる第二の吸着操作と、減圧操作および加熱操作の少なくとも一方により、前記第二の吸着剤に吸着させたアンモニアを脱離する第二の脱離操作と、前記第二の吸着剤を通流した前記第一の流体を気液分離器へと供給する第三の供給操作と、前記第二の吸着剤に吸着された後、前記第二の吸着剤から脱離したアンモニアを外部へ供給する第四の供給操作と、を備え、
前記第一の吸着操作と、前記第二の吸着操作とを順次行う、含窒素有機物の処理方法。
AxM[M’(CN)6]y・zH2O ・・・(1)[式(1)中、xは0~3、yは0.1~1.5、zは0~6の数値を表し、Aは、アルカリ金属イオン及びアルカリ土類金属イオンからなる群より選択される少なくとも1種の陽イオンを表し、M、M’は、それぞれ独立に原子番号3~83の原子からなる群より選択される少なくとも1種の陽イオン(ただし、アルカリ金属イオン及びアルカリ土類金属イオンを除く。)を表す。]
本明細書では、上記の水の亜臨界条件での有機汚泥等の含窒素有機物の分解を亜臨界処理という。含窒素有機物の分解には、酸素を供給して分解する酸化分解と、酸素を供給せず加熱により分解する熱分解とがある。
<含窒素有機物の処理システム>
本発明の含窒素有機物の処理システムは、分解装置と、アンモニア分離装置とを備える。
以下に、本発明の第一実施形態に係る含窒素有機物の処理システムについて、図1に基づき詳細に説明する。
第二ヒーター32は、吸着塔301を加熱する加熱部として機能する。
第三ヒーター36としては、第一ヒーター22と同様のヒーターが挙げられる。第三ヒーター36と第一ヒーター22とは、異なっていてもよく、同じでもよい。第三ヒーター36と第二ヒーター32とは、異なっていてもよく、同じでもよい。
第三ヒーター36は、吸着塔302を加熱する加熱部として機能する。
第三測定部38としては、第一測定部24と同様の計器が挙げられる。第三測定部38と第一測定部24とは、異なっていてもよく、同じでもよい。第三測定部38と第二測定部34とは、異なっていてもよく、同じでもよい。
吸着塔302は、第一の吸着剤が充填された第一の吸着部312と、第二の吸着剤が充填された第二の吸着部322とを備える。
第一の吸着剤及び第二の吸着剤については、後述する。
吸着塔302としては、吸着塔301と同様の耐圧容器等が挙げられる。吸着塔302と吸着塔301とは、異なっていてもよく、同じでもよい。
AxM[M’(CN)6]y・zH2O ・・・(1)
式(1)中、xは0~3、yは0.1~1.5、zは0~6の数値を表し、Aは、アルカリ金属イオン及びアルカリ土類金属イオンからなる群より選択される少なくとも1種の陽イオンを表し、M、M’は、それぞれ独立に原子番号3~83の原子からなる群より選択される少なくとも1種の陽イオン(ただし、アルカリ金属イオン及びアルカリ土類金属イオンを除く。)を表す。
式(1)において、yは0.1~1.5であり、0.2~1.3が好ましく、0.3~1.0がより好ましい。
式(1)において、zは0~6であり、0~5が好ましく、0~4がより好ましい。
第一の吸着剤は、化合物Bを含まないため、管理が容易となる。加えて、第一の吸着剤は、化合物Bを含まないため、処置が容易となる。
第一の吸着剤としては、アンモニアを吸着する吸着能力に優れる観点から、化合物Aが好ましい。
陽イオンの選択により、アンモニアを吸着する吸着能力、吸着容量、吸着速度、耐熱性能等を制御できる。
化合物Aにおける陽イオンとしては、水との吸着力が比較的弱く、アンモニアを選択的に吸着しやすい観点から、銅、亜鉛、ニッケル、鉄、イットリウムのイオンが好ましい。これらのイオンの中でも、化合物Aにおける陽イオンとしては、入手しやすい観点から、銅、亜鉛、鉄のイオンがより好ましい。
酸素との相互作用が強い陽イオンとしては、例えば、鉄、クロムのイオン等が挙げられる。
化合物Aにおける陽イオンが、酸素との相互作用が弱い場合、化合物Aは、陽イオンが遊離した状態に近い状態で存在している。陽イオンが遊離した状態に近い状態とは、陽イオンが完全に独立した遊離状態ではなく、比較的弱い相互作用がある状態で陽イオンが存在している状態をいう。
酸素との相互作用が弱い陽イオンとしては、例えば、銀、銅、亜鉛のイオン等が挙げられる。
化合物Aの粒子の平均直径は、例えば、レーザー回折散乱法粒子径分布測定装置を用いて測定できる。
一方、第二の吸着剤は、化合物Bを含むため、第二の吸着剤を利用する際には、適切な管理が必要となる。加えて、第二の吸着剤を廃棄する際には、適切な処置が必要となる。
第一の吸着部311で吸着されなかったアンモニアは、吸着能力により優れる第二の吸着部321で吸着される。このため、より多くのアンモニアを吸着できる。
質量比=第一の吸着部の質量/第二の吸着部の質量 ・・・(2)
ここで、第一の吸着部311の質量は、第一の吸着部311に充填された第一の吸着剤の総質量で表される。第二の吸着部321の質量は、第二の吸着部321に充填された第二の吸着剤の総質量で表される。
式(2)で表される質量比が上記下限値以上であると、第二の吸着剤の使用量を低減できる。このため、吸着剤の管理及び処置がより容易となる。
式(2)で表される質量比の上限は、特に限定されないが、例えば、1000以下が好ましい。式(2)で表される質量比が上記上限値以下であると、アンモニアを吸着する吸着能力により優れる。
第一の吸着部311と第二の吸着部321とをそれぞれ一塊のユニットとすることで、第一の吸着剤のみ、あるいは第二の吸着剤のみをそれぞれ独立して交換することが可能となる。第一の吸着剤のみ、あるいは第二の吸着剤のみをそれぞれ独立して交換することにより、吸着剤の管理及び処置がより容易となる。
圧力調整バルブB4~B7としては、圧力調整バルブB1と同様のバルブが挙げられる。圧力調整バルブB4~B7と圧力調整バルブB1とは、異なっていてもよく、同じでもよい。また、圧力調整バルブB4~B7は、それぞれが異なっていてもよく、同じでもよい。
圧力調整バルブB4は、吸着塔301を減圧する減圧部として機能する。
圧力調整バルブB5は、吸着塔302を減圧する減圧部として機能する。
開閉バルブB3としては、開閉バルブB2と同様のバルブが挙げられる。開閉バルブB3と開閉バルブB2とは、異なっていてもよく、同じでもよい。
配管L1~L11としては、配管L0と同様の配管が挙げられる。配管L1~L11と配管L0とは、異なっていてもよく、同じでもよい。また、配管L1~L11は、それぞれが異なっていてもよく、同じでもよい。
冷却部としては、配管L1を覆う冷却ジャケット、水流ジャケット等が挙げられる。
本発明の含窒素有機物の処理方法は、含窒素有機物を水の亜臨界条件とし、アンモニアを含む第一の流体を生成する分解工程と、第一の流体に含まれるアンモニアを分離するアンモニア分離工程とを備える。
アンモニア分離工程は、第一の吸着剤に第一の流体を接触させ、第一の流体に含まれるアンモニアを第一の吸着剤に吸着させる第一の吸着操作と、第二の吸着剤に第一の流体を接触させ、第一の流体に含まれるアンモニアを第二の吸着剤に吸着させる第二の吸着操作とを備える。
処理システム1を用いた含窒素有機物の処理方法について、図1に基づいて説明する。
次に、含窒素有機物を含む混合物と水のスラリー混合物とを供給源10から高圧ポンプP1を介して、それぞれ分解装置20に供給する。
含窒素有機物を含む混合物と水のスラリー混合物とを分解処理部201に供給した後、第一ヒーター22を加熱し、かつ、高圧ポンプP1を稼働し分解処理部201を加圧し、含窒素有機物を水の亜臨界条件とする。
含窒素有機物を水の亜臨界条件とすることで、含窒素有機物は、二酸化炭素、水、アンモニア、窒素等に分解され、アンモニアを含む第一の流体が生成する。
第一処理温度は、水の臨界温度(374℃)以上であり、374℃以上500℃以下が好ましく、400℃以上450℃以下がより好ましい。第一処理温度が上記下限値以上であると、含窒素有機物を十分に分解することができる。第一処理温度が上記上限値以下であると、第一の流体に含まれるアンモニアへの転化率を向上しやすく、第一ヒーター22を加熱する際のエネルギーを節約しやすい。
第一処理温度は、第一ヒーター22により調整できる。
第一処理圧力は、水の臨界圧力(22MPa)未満であり、5MPa以上20MPa以下が好ましく、10MPa以上20MPa以下がより好ましく、10MPa以上15MPa以下がさらに好ましい。第一処理圧力が上記下限値以上であると、含窒素有機物を十分に分解することができる。第一処理圧力が上記上限値以下であると、分解処理部201にかかる負荷を低減しやすい。
第一処理圧力は、高圧ポンプP1により調整できる。
本実施形態の処理システム1では、分解処理部201を高温高圧にして含窒素有機物を分解するため、脱水工程及び焼却工程が不要である。
なお、分解工程で生成する含窒素有機物の固形分は、排出ポンプP2を用いて、配管L11を介して分解装置20の外部へと排出できる。
なお、分解工程では、酸素を供給せずに加熱により含窒素有機物を分解してもよい(熱分解)。
アンモニア分離工程は、第一の流体に含まれるアンモニアを分離する工程である。
開閉バルブB2及び圧力調整バルブB6を開とする。
アンモニア分離装置30へと流入した第一の流体は、配管L2を介して吸着塔301へと流入する。
吸着塔301へと流入した第一の流体は、吸着塔301の内部に充填された第一の吸着剤と接触する。第一の流体に含まれるアンモニアは、第一の吸着剤によって選択的に吸着され、分離される(第一の吸着操作)。
次いで、吸着塔301へと流入した第一の流体は、吸着塔301の内部に充填された第二の吸着剤と接触する。第一の流体に含まれるアンモニアは、第二の吸着剤によって選択的に吸着され、分離される(第二の吸着操作)。
第二処理温度は、20℃以上300℃以下が好ましく、20℃以上200℃以下がより好ましく、20℃以上100℃以下がさらに好ましい。第二処理温度が上記下限値以上であると、第一の流体に含まれるアンモニアが第一の吸着剤及び第二の吸着剤に吸着されやすい。第二処理温度が上記上限値以下であると、第一の吸着剤及び第二の吸着剤の吸着能を維持しやすい。
第二処理温度は、第二ヒーター32又は冷却部(不図示)により調整できる。
第二処理圧力は、水の臨界圧力(22MPa)未満であり、1MPa以上20MPa以下が好ましく、1MPa以上15MPa以下がより好ましく、1MPa以上10MPa以下がさらに好ましい。第二処理圧力が上記下限値以上であると、第一の流体に含まれるアンモニアが第一の吸着剤及び第二の吸着剤に吸着されやすい。第二処理圧力が上記上限値以下であると、吸着塔301にかかる負荷を低減しやすい。
第二処理圧力は、圧力調整バルブB6により調整できる。
第二の吸着操作においては、微量なアンモニアを吸着できるように第二の吸着剤の質量を設定して第一の流体を第一の吸着部311と第二の吸着部321とに通流させることが好ましい。
アンモニア分離装置30へと流入した第一の流体は、配管L3を介して吸着塔302へと流入する。
吸着塔302へと流入した第一の流体は、吸着塔302の内部に充填された第一の吸着剤と接触する。第一の流体に含まれるアンモニアは、第一の吸着剤によって選択的に吸着され、分離される(第一の吸着操作)。
次いで、吸着塔302へと流入した第一の流体は、吸着塔302の内部に充填された第二の吸着剤と接触する。第一の流体に含まれるアンモニアは、第二の吸着剤によって選択的に吸着され、分離される(第二の吸着操作)。
このように、第一の吸着操作と第二の吸着操作とを順次行うことで、アンモニアをより確実に分離できる。
加えて、第一の吸着操作と第二の吸着操作とを順次行うことで、第一の吸着剤により多くのアンモニアを吸着させ、第二の吸着剤に吸着されるアンモニアの吸着量を減らすことができる。このため、第二の吸着剤の廃棄量を減らすことができ、吸着剤の処置をより容易にできる。
第三処理温度は、第二処理温度と同様である。第三処理温度は、第二処理温度と異なっていてもよく、同じでもよい。
第三処理温度は、第三ヒーター36又は冷却部(不図示)により調整できる。
第三処理圧力は、第二処理圧力と同様である。第三処理圧力は、第二処理圧力と異なっていてもよく、同じでもよい。
第三処理圧力は、圧力調整バルブB7により調整できる。
第二の吸着操作においては、微量なアンモニアを吸着できるように第二の吸着剤の質量を設定して第一の流体を第一の吸着部312と第二の吸着部322とに通流させることが好ましい。
第一の脱離操作及び第二の脱離操作は、第二ヒーター32で吸着塔301を加熱することによって行ってもよい。吸着塔301を加熱することで(加熱操作)、吸着塔301の内部の第一の吸着剤に吸着されたアンモニアが脱離する(第一の脱離操作)。加熱操作により、吸着塔301の内部の第二の吸着剤に吸着されたアンモニアが脱離する(第二の脱離操作)。
エネルギーを節約してアンモニアを脱離できる観点から、第一の脱離操作及び第二の脱離操作は、減圧操作により行うことが好ましい。
第四処理圧力は、水の臨界圧力(22MPa)未満であり、15MPa以下が好ましく、10MPa以下がより好ましく、5MPa以下がさらに好ましい。第四処理圧力が上記上限値以下であると、第一の吸着剤及び第二の吸着剤に吸着されたアンモニアがより脱離しやすい。第四処理圧力の下限値は特に限定されず、常圧(0.1MPa)であってもよく、真空ポンプやアスピレーター等(不図示)を用いて0.02MPa程度まで減圧してもよい。この場合、真空ポンプやアスピレーター等は、減圧部として機能する。
なお、脱離したアンモニアを液体として供給する場合、第四処理圧力は、0.8MPa以上が好ましい。
第四処理圧力は、圧力調整バルブB4により調整できる。
第四処理温度は、100℃以上350℃以下が好ましく、150℃以上300℃以下がより好ましく、200℃以上250℃以下がさらに好ましい。第四処理温度が上記下限値以上であると、第一の吸着剤及び第二の吸着剤に吸着されたアンモニアがより脱離しやすい。第四処理温度が上記上限値以下であると、第一の吸着剤及び第二の吸着剤の吸着能を維持しやすい。加えて、第四処理温度が上記上限値以下であると、第二ヒーター32を加熱する際のエネルギーを節約しやすい。
第四処理温度は、第二ヒーター32により調整できる。
この際、アンモニアは、気体であってもよく、液体であってもよい。外部へと供給されるアンモニアは、エネルギー源としての利用において取り扱いが容易となる観点から、液体であることが好ましい。例えば、吸着塔301の内部の圧力を0.8MPa以上となるように圧力調整バルブB4を調整することにより、液体としてアンモニアを供給できる。
加えて、第一の脱離操作及び第二の脱離操作を備えることで、第一の吸着剤及び第二の吸着剤を再利用できる。このため、第二の吸着剤を廃棄する量を低減でき、吸着剤の処置をより容易にできる。
圧力調整バルブB5を開とすることにより、吸着塔302の内部は減圧される。吸着塔302を減圧することで(減圧操作)、吸着塔302の内部の第一の吸着剤に吸着されたアンモニアが脱離する(第一の脱離操作)。減圧操作により、吸着塔302の内部の第二の吸着剤に吸着されたアンモニアが脱離する(第二の脱離操作)。
第一の脱離操作及び第二の脱離操作は、第三ヒーター36で吸着塔302を加熱することによって行ってもよい。吸着塔302を加熱することで(加熱操作)、吸着塔302の内部の第一の吸着剤に吸着されたアンモニアが脱離する(第一の脱離操作)。加熱操作により、吸着塔302の内部の第二の吸着剤に吸着されたアンモニアが脱離する(第二の脱離操作)。
エネルギーを節約してアンモニアを脱離できる観点から、脱離操作は、減圧操作により行うことが好ましい。
第五処理圧力は、第四処理圧力と同様である。第五処理圧力は、第四処理圧力と異なっていてもよく、同じでもよい。
第五処理圧力は、圧力調整バルブB5により調整できる。
第五処理温度は、第四処理温度と同様である。第五処理温度は、第四処理温度と異なっていてもよく、同じでもよい。
第五処理温度は、第三ヒーター36により調整できる。
例えば、吸着塔302の内部の圧力を0.8MPa以上となるように圧力調整バルブB5を調整することにより、液体としてアンモニアを供給できる。
第一の脱離操作及び第二の脱離操作においては、一方の吸着塔でアンモニアを吸着している間に、他方の吸着塔を加熱し、アンモニアを第一の吸着剤及び第二の吸着剤から脱離させてもよい。
このように、二つの吸着塔301と302とを交互に用いることで、より多くの第一の流体を処理でき、効率よくアンモニアを分離できる。
なお、本実施形態では、二つの吸着塔を用いているが、吸着塔の数は二つに限られず、一つでもよく、三つ以上でもよい。
吸着塔301の内部の温度は、第二ヒーター32によって制御できる。吸着塔302の内部の温度は、第三ヒーター36によって制御できる。吸着塔301の内部の圧力は、圧力調整バルブB4によって制御できる。吸着塔302の内部の圧力は、圧力調整バルブB5によって制御できる。
第三ヒーター36の熱源としては、分解工程における亜臨界処理による反応熱を利用できる。前記反応熱を利用することにより、第三ヒーター36の消費エネルギーを節約できる。
第二の流体から分離された気体は、配管L9を介して処理システム1の外部へと排出される。
第二の流体から分離された液体は、配管L10を介して処理システム1の外部へと排出される。
本実施形態の処理システム1は、第一の吸着剤と第二の吸着剤とを併用している。第二の吸着剤は、アンモニアを吸着する吸着能力に優れるため、処理システム1は、第一の吸着剤のみを利用する場合に比べて、アンモニアを吸着する吸着能力に優れる。
加えて、第一の吸着剤は、第二の吸着剤に比べて管理及び処置が容易である。このため、処理システム1は、吸着剤の管理が容易である。
さらに、処理システム1は、第一の吸着部311が第二の吸着部321の前段にある。このため、第一の吸着剤にアンモニアの大部分を吸着させることができ、第二の吸着剤の使用量を低減できる。よって、吸着剤の管理をより容易にできる。
本実施形態の処理システム1によれば、第一の吸着部311及び第二の吸着部321をそれぞれ一塊のユニットとすることで、第一の吸着剤のみ、あるいは第二の吸着剤のみを交換できる。このため、吸着剤の管理をより容易にできる。
一般に、化合物Bを含む第二の吸着剤は、高価である。本実施形態の処理システム1によれば、第二の吸着剤の使用量を低減できる。このため、コストの低減が図れる。
<含窒素有機物の処理システム>
図2に、本発明の第二実施形態に係る含窒素有機物の処理システムの模式図を示す。第一実施形態と同じ構成には、同じ符号を付して、その説明を省略する。
図2に示すように、本実施形態の含窒素有機物の処理システム2(以下、単に処理システム2ともいう。)は、アンモニア分離装置30に代えて、アンモニア分離装置30Dを備える。
吸着塔302Dは、第一の吸着剤が充填された第一の吸着部312Dを有する。
吸着塔303Dは、第二の吸着剤が充填された第二の吸着部321Dを有する。
吸着塔304Dは、第二の吸着剤が充填された第二の吸着部322Dを有する。
アンモニア分離装置30Dの第一の吸着部312Dと第二の吸着部322Dとの関係は、第一実施形態の吸着塔301における第一の吸着部311と第二の吸着部321との関係と同様である。
吸着塔302Dとしては、吸着塔301と同様の耐圧容器等が挙げられる。
吸着塔303Dとしては、吸着塔301と同様の耐圧容器等が挙げられる。
吸着塔304Dとしては、吸着塔301と同様の耐圧容器等が挙げられる。
第四ヒーター32Dは、吸着塔301Dを加熱する加熱部として機能する。
第五ヒーター36Dとしては、第一ヒーター22と同様のヒーターが挙げられる。
第五ヒーター36Dは、吸着塔302Dを加熱する加熱部として機能する。
第六ヒーター31Dとしては、第一ヒーター22と同様のヒーターが挙げられる。
第六ヒーター31Dは、吸着塔303Dを加熱する加熱部として機能する。
第七ヒーター35Dとしては、第一ヒーター22と同様のヒーターが挙げられる。
第七ヒーター35Dは、吸着塔304Dを加熱する加熱部として機能する。
第五測定部38Dとしては、第一測定部24と同様の計器が挙げられる。
第六測定部33Dとしては、第一測定部24と同様の計器が挙げられる。
第七測定部37Dとしては、第一測定部24と同様の計器が挙げられる。
圧力調整バルブB11は、吸着塔301Dを減圧する減圧部として機能する。
圧力調整バルブB12は、吸着塔302Dを減圧する減圧部として機能する。
圧力調整バルブB15は、吸着塔303Dを減圧する減圧部として機能する。
圧力調整バルブB16は、吸着塔304Dを減圧する減圧部として機能する。
三方向開閉バルブB14は、三方向開閉バルブB13と異なっていてもよく、同じでもよい。
処理システム2を用いた含窒素有機物の処理方法について、図2に基づいて説明する。
次に、含窒素有機物を含む混合物と水のスラリー混合物とを供給源10から高圧ポンプP1を介して、それぞれ分解装置20に供給する。
分解工程は、第一実施形態と同様である。
分解工程で生成された第一の流体は、圧力調整バルブB1を開とすることにより、配管L1を介してアンモニア分離装置30Dへと流入する。
開閉バルブB2及び圧力調整バルブB17を開とする。三方向開閉バルブB13を吸着塔301Dから吸着塔303Dの方向に開とする。
アンモニア分離装置30Dへと流入した第一の流体は、配管L2を介して吸着塔301Dへと流入する。
吸着塔301Dへと流入した第一の流体は、吸着塔301Dの内部に充填された第一の吸着剤と接触する。第一の流体に含まれるアンモニアは、第一の吸着剤によって選択的に吸着され、分離される(第一の吸着操作)。
吸着塔301Dを通流した第一の流体は、配管L23を介して吸着塔303Dへと流入する。
第一の吸着操作における吸着塔301Dの内部温度は、上述した第二処理温度と同様である。
第一の吸着操作における吸着塔301Dの内部温度は、第四ヒーター32D又は冷却部(不図示)により調整できる。
第一の吸着操作における吸着塔301Dの内部圧力は、上述した第二処理圧力と同様である。
第二の吸着操作における吸着塔303Dの内部温度は、上述した第二処理温度と同様である。
第二の吸着操作における吸着塔303Dの内部温度は、第六ヒーター31Dにより調整できる。
第二の吸着操作における吸着塔303Dの内部圧力は、上述した第二処理圧力と同様である。
第二の吸着操作における吸着塔303Dの内部圧力は、圧力調整バルブB17により調整できる。
アンモニア分離装置30Dへと流入した第一の流体は、配管L3を介して吸着塔302Dへと流入する。
吸着塔302Dへと流入した第一の流体は、吸着塔302Dの内部に充填された第一の吸着剤と接触する。第一の流体に含まれるアンモニアは、第一の吸着剤によって選択的に吸着され、分離される(第一の吸着操作)。
吸着塔302Dを通流した第一の流体は、配管L24を介して吸着塔304Dへと流入する。
第一の吸着操作における吸着塔302Dの内部温度は、上述した第二処理温度と同様である。
第一の吸着操作における吸着塔302Dの内部温度は、第五ヒーター36D又は冷却部(不図示)により調整できる。
第一の吸着操作における吸着塔302Dの内部圧力は、上述した第二処理圧力と同様である。
第二の吸着操作における吸着塔304Dの内部温度は、上述した第二処理温度と同様である。
第二の吸着操作における吸着塔304Dの内部温度は、第七ヒーター35Dにより調整できる。
第二の吸着操作における吸着塔304Dの内部圧力は、上述した第二処理圧力と同様である。
第二の吸着操作における吸着塔304Dの内部圧力は、圧力調整バルブB18により調整できる。
第一の脱離操作は、第四ヒーター32Dで吸着塔301Dを加熱することによって行ってもよい。吸着塔301Dを加熱することで(加熱操作)、吸着塔301Dの内部の第一の吸着剤に吸着されたアンモニアが脱離する(第一の脱離操作)。
エネルギーを節約してアンモニアを脱離できる観点から、第一の脱離操作は、減圧操作により行うことが好ましい。
減圧操作における吸着塔301Dの内部圧力は、上述した第四処理圧力と同様である。
減圧操作における吸着塔301Dの内部圧力は、圧力調整バルブB11により調整できる。
加熱操作における吸着塔301Dの内部温度は、上述した第四処理温度と同様である。
加熱操作における吸着塔301Dの内部温度は、第四ヒーター32Dにより調整できる。
第二の脱離操作は、第六ヒーター31Dで吸着塔303Dを加熱することによって行ってもよい。吸着塔303Dを加熱することで(加熱操作)、吸着塔303Dの内部の第二の吸着剤に吸着されたアンモニアが脱離する(第二の脱離操作)。
エネルギーを節約してアンモニアを脱離できる観点から、第二の脱離操作は、減圧操作により行うことが好ましい。
減圧操作における吸着塔303Dの内部圧力は、上述した第四処理圧力と同様である。
減圧操作における吸着塔303Dの内部圧力は、圧力調整バルブB15により調整できる。
加熱操作における吸着塔303Dの内部温度は、上述した第四処理温度と同様である。
加熱操作における吸着塔303Dの内部温度は、第六ヒーター31Dにより調整できる。
圧力調整バルブB12を開とすることにより、吸着塔302Dの内部は減圧される。吸着塔302Dを減圧することで(減圧操作)、吸着塔302Dの内部の第一の吸着剤に吸着されたアンモニアが脱離する(第一の脱離操作)。
第一の脱離操作は、第五ヒーター36Dで吸着塔302Dを加熱することによって行ってもよい。吸着塔302Dを加熱することで(加熱操作)、吸着塔302Dの内部の第一の吸着剤に吸着されたアンモニアが脱離する(第一の脱離操作)。
エネルギーを節約してアンモニアを脱離できる観点から、第一の脱離操作は、減圧操作により行うことが好ましい。
減圧操作における吸着塔302Dの内部圧力は、上述した第四処理圧力と同様である。
減圧操作における吸着塔302Dの内部圧力は、圧力調整バルブB12により調整できる。
加熱操作における吸着塔302Dの内部温度は、上述した第四処理温度と同様である。
加熱操作における吸着塔302Dの内部温度は、第五ヒーター36Dにより調整できる。
第二の脱離操作は、第七ヒーター35Dで吸着塔304Dを加熱することによって行ってもよい。吸着塔304Dを加熱することで(加熱操作)、吸着塔304Dの内部の第二の吸着剤に吸着されたアンモニアが脱離する(第二の脱離操作)。
エネルギーを節約してアンモニアを脱離できる観点から、第二の脱離操作は、減圧操作により行うことが好ましい。
減圧操作における吸着塔304Dの内部圧力は、上述した第四処理圧力と同様である。
減圧操作における吸着塔304Dの内部圧力は、圧力調整バルブB16により調整できる。
加熱操作における吸着塔304Dの内部温度は、上述した第四処理温度と同様である。
加熱操作における吸着塔304Dの内部温度は、第七ヒーター35Dにより調整できる。
第二の流体から分離された液体は、配管L10を介して処理システム2の外部へと排出される。
本実施形態の処理システム2は、第一の吸着部312Dが第二の吸着部322Dの前段に設けられている。
このため、第一の流体に含まれるアンモニアの大部分が第一の吸着部311D及び第一の吸着部312Dに充填された第一の吸着剤に吸着される。
第一の吸着部311D及び第一の吸着部312Dで吸着されなかったアンモニアは、第二の吸着部321D及び第二の吸着部322Dに充填された第二の吸着剤に吸着される。
本実施形態の処理システム2では、第一の吸着剤と第二の吸着剤とを別々に管理しやすい。このため、処理システム2は、吸着剤の管理をより容易にできる。
第一の流体の通流経路は、吸着塔301Dから吸着塔304Dであってもよく、吸着塔302Dから吸着塔303Dであってもよい。
第一の流体の通流経路は、三方向開閉バルブB13、三方向開閉バルブB14、圧力調整バルブB17及び圧力調整バルブB18により調整できる。
例えば、第一の流体の通流経路を吸着塔301Dから吸着塔304Dとする場合、圧力調整バルブB17を閉とし、三方向開閉バルブB13を吸着塔301Dから吸着塔304Dの方向に開とする。三方向開閉バルブB14を吸着塔301Dから吸着塔304Dの方向に開とし、圧力調整バルブB18を開とする。第一の流体は、吸着塔301Dから、配管L23、配管L30、配管L24を介して吸着塔304Dへと流入する。
また、第一の流体の通流経路を吸着塔302Dから吸着塔303Dとする場合、圧力調整バルブB18を閉とし、三方向開閉バルブB13を吸着塔302Dから吸着塔303Dの方向に開とする。三方向開閉バルブB14を吸着塔302Dから吸着塔303Dの方向に開とし、圧力調整バルブB17を開とする。第一の流体は、吸着塔302Dから、配管L24、配管L30、配管L23を介して吸着塔303Dへと流入する。
第一の流体の通流経路は、第二の吸着剤に吸着したアンモニアの吸着量に応じて適宜変更できる。
このように、第一の流体の通流経路を適宜変更することで、より効率よく第一の流体を処理できる。
アンモニア分離装置は、上述したアンモニア分離装置30、30D以外の態様であってもよい。例えば、アンモニア分離装置30、30Dは、気液分離器305を備えるが、アンモニア分離装置は、気液分離器を備えなくてもよい。
アンモニア分離装置30は、圧力調整バルブB4~B7を備えるが、アンモニア分離装置は、圧力調整バルブに加えて、真空ポンプやアスピレーターを備えていてもよい。
アンモニア分離装置30Dは、圧力調整バルブB11、B12、B15~B18を備えるが、アンモニア分離装置は、圧力調整バルブに加えて、真空ポンプやアスピレーターを備えていてもよい。
アンモニア分離装置30Dは、三方向開閉バルブB13、B14、配管L30を備えるが、アンモニア分離装置は、配管L30を備えず、三方向開閉バルブに代えて、圧力調整バルブを備えていてもよい。
上述の実施形態では、高圧ポンプP1は配管L0に設けられているが、他の配管中の任意の箇所に設けられてもよい。
高圧ポンプは、一つに限られず、二つ以上設けられてもよい。
装置間の流体の移動には、高圧ポンプの代わりに真空ポンプを用いてもよい。
開閉バルブは、他の配管中の任意の箇所に設けられてもよい。
圧力調整バルブは、他の配管中の任意の箇所に設けられてもよい。
アンモニア分離装置30Dは、吸着塔を四つ備えるが、吸着塔の数は四つに限られず、二つでもよく、五つ以上でもよい。
本実施形態の第一の吸着剤及び第二の吸着剤は、繰り返し使用可能である。しかし、第一の吸着剤は、吸着能に応じて未使用の第一の吸着剤に換えてもよい。第二の吸着剤は、吸着能に応じて未使用の第二の吸着剤に換えてもよい。
本発明の含窒素有機物の処理システムによれば、アンモニア分離装置で第一の吸着剤及び第二の吸着剤を用いてアンモニアを分離できる。アンモニアを分離することで、高い効率でアンモニアを得ることができ、含窒素有機物中の窒素を有効利用できる。
本発明の含窒素有機物の処理システムによれば、第一の吸着剤と第二の吸着剤とを併用しているため、アンモニアを吸着する吸着能力を維持しつつ、吸着剤の管理を容易にできる。
本発明の含窒素有機物の処理システムによれば、第一の吸着部が第二の吸着部の前段にあるため、第二の吸着剤の使用量を低減でき、吸着剤の管理をより容易にできる。
本発明の含窒素有機物の処理システムによれば、第二の吸着剤の使用量を低減できるため、コストの低減が図れる。
Claims (4)
- 含窒素有機物を水の亜臨界条件とし、アンモニアを含む第一の流体を生成する分解装置と、前記第一の流体からアンモニアを分離するアンモニア分離装置と、を備え、
前記アンモニア分離装置は、下記一般式(1)で表される化合物を含まない第一の吸着剤が充填された第一の吸着部を有する第一の吸着塔と、前記第一の吸着塔とは別に設けられ、下記一般式(1)で表される化合物を含む第二の吸着剤が充填された第二の吸着部を有する第二の吸着塔と、前記第一の吸着部を通流した前記第一の流体を前記第二の吸着部へと流入するための配管と、前記第一の吸着部に吸着された後、前記第一の吸着部から分離されたアンモニアを外部へ供給するための配管と、前記第二の吸着部を通流した前記第一の流体を気液分離器へと流入するための配管と、前記第二の吸着部に吸着された後、前記第二の吸着部から脱離したアンモニアを外部へ供給するための配管と、前記第一の吸着塔を加熱する加熱部と、前記第二の吸着塔を加熱する加熱部と、前記第一の吸着塔を減圧する減圧部と、前記第二の吸着塔を減圧する減圧部と、を備え、
前記第一の吸着塔が前記第二の吸着塔の前段にあり、
前記第一の流体を前記第一の吸着部から前記第二の吸着部へ順に通流させる、含窒素有機物の処理システム。
AxM[M’(CN)6]y・zH2O ・・・(1)[式(1)中、xは0~3、yは0.1~1.5、zは0~6の数値を表し、Aは、アルカリ金属イオン及びアルカリ土類金属イオンからなる群より選択される少なくとも1種の陽イオンを表し、M、M’は、それぞれ独立に原子番号3~83の原子からなる群より選択される少なくとも1種の陽イオン(ただし、アルカリ金属イオン及びアルカリ土類金属イオンを除く。)を表す。] - 前記第一の吸着部と前記第二の吸着部との下記式(2)で表される質量比が、1以上である、請求項1に記載の含窒素有機物の処理システム。
質量比=第一の吸着部の質量/第二の吸着部の質量 ・・・(2) - 前記第一の吸着剤が、酸化ケイ素を主成分とし、原子番号3~83の原子(ただし、原子番号8の原子及び原子番号14の原子を除く。)からなる群より選択される少なくとも1種の陽イオンを有する化合物である、請求項1又は2に記載の含窒素有機物の処理システム。
- 含窒素有機物を水の亜臨界条件とし、アンモニアを含む第一の流体を生成する分解工程と、前記第一の流体からアンモニアを分離するアンモニア分離工程と、を備え、
前記アンモニア分離工程は、下記一般式(1)で表される化合物を含まない第一の吸着剤に前記第一の流体を接触させ、前記第一の流体に含まれるアンモニアを前記第一の吸着剤に吸着させる第一の吸着操作と、減圧操作および加熱操作の少なくとも一方により、前記第一の吸着剤に吸着させたアンモニアを脱離する第一の脱離操作と、前記第一の吸着剤を通流した前記第一の流体を下記一般式(1)で表される化合物を含む第二の吸着剤へと供給する第一の供給操作と、前記第一の吸着剤に吸着された後、前記第一の吸着剤から分離されたアンモニアを外部へ供給する第二の供給操作と、前記第二の吸着剤に前記第一の流体を接触させ、前記第一の流体に含まれるアンモニアを前記第二の吸着剤に吸着させる第二の吸着操作と、減圧操作および加熱操作の少なくとも一方により、前記第二の吸着剤に吸着させたアンモニアを脱離する第二の脱離操作と、前記第二の吸着剤を通流した前記第一の流体を気液分離器へと供給する第三の供給操作と、前記第二の吸着剤に吸着された後、前記第二の吸着剤から脱離したアンモニアを外部へ供給する第四の供給操作と、を備え、
前記第一の吸着操作と、前記第二の吸着操作とを順次行う、含窒素有機物の処理方法。
AxM[M’(CN)6]y・zH2O ・・・(1)[式(1)中、xは0~3、yは0.1~1.5、zは0~6の数値を表し、Aは、アルカリ金属イオン及びアルカリ土類金属イオンからなる群より選択される少なくとも1種の陽イオンを表し、M、M’は、それぞれ独立に原子番号3~83の原子からなる群より選択される少なくとも1種の陽イオン(ただし、アルカリ金属イオン及びアルカリ土類金属イオンを除く。)を表す。]
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