JPH0138532B2 - - Google Patents
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Description
有機材料を酸化して二酸化炭素と水にすること
は有史以来知られているプロセスであり、廃棄物
を処分するため、及び（又は）加熱用、動力発生
用及び場合によつては海水の脱塩用のスチームの
ような有用エネルギーを産生させるために、しば
しば用いられている。スチームの形での通常のエ
ネルギー産生においては、有機燃料が急速に酸化
燃焼させられて熱が生み出され、この熱が熱交換
器を通して水のような流体に伝達される。例え
ば、燃料の燃焼熱の10〜15％は通常のボイラーの
排気煙突で必然的に失われる。更に、熱交換器は
費用と経費がかかり、又しばしばかなり大きなも
のである。熱交換器の表面を通る熱移動は、よく
問題を起こし、高温の場合には特殊材料を使用せ
ねばならぬことが多い。ボイラー・チユーブに沈
積する塩による激しい汚れはチユーブ壁の破壊に
よる費用のかかるダウンタイム（作業中止時間）
を起こすことになる。焔や熱ガスのあたるチユー
ブ側面近傍では、灰又はその他の付着物がしばし
ば熱の流れを阻害し、熱移動効率を低下させる。 廃棄有機物材料を処理する公知の一プロセス、
即ち湿性空気酸化プロセスでは、有機物のフイー
ドと酸化剤を約1500〜2500psiaの反応条件圧に加
圧し、操作温度に加熱して反応器に0.5〜１時間
の滞留時間で供給する。このプロセスは導入初期
の有機材料を70〜95％除去する効果のあることが
知られている。このシステムは有効ではあるが若
干の欠点がある。大きな装置を必要とする点で費
用が嵩むことが多く、燃焼熱の回収が不十分であ
る。酸素又は空気の水に対する溶解度が有機材料
を完全燃焼させるに必要な濃度以下であることが
多い。従つて２相の水一ガス混合物が反応器内で
しばしば用いられが、２相間の物質移動抵抗が過
剰になるのを妨ぐために反応器内に撹拌装置が必
要となる。このことから反応器がやや複雑なもの
となり、他の場合に比べて費用が嵩むことにな
る。処理完了後に揮発性の酢酸のような有機材料
が残ることがある。長時間の滞留時間を必要と
し、反応は断熱的でないことが多いために燃焼熱
の一部が周囲に失われる。エネルギーをスチーム
の形で回収する場合、産生されるスチーム温度は
反応器流体の温度より低く、通常300℃以下、代
表的なものでは250℃の範囲内である。従つて、
回収熱は価値がそれ程ない低いものであり、現代
的なスチーム・サイクル・パワー・プラントで電
力を産出するに必要な温度よりはかなり低いもの
である。 熱エネルギーを臨界超過水流体から回収するこ
とが提案され、この技術が高度に開発されてい
る。50年代から電気関係の事業体は化石燃料から
動力を得るために臨界超過水パワー・サイクルを
用いている。 公知文献には化石燃料を燃やして臨界超過水を
生産し、次に臨界超過水から熱を回収し、この熱
を動力に変えることが記載されている。従つて、
このような回収システムは公知である。ランキン
（Rankine）・サイクル型の装置を臨界超過条件下
で、この技術分野で知られている450℃の温度で
水から有用エネルギーを回収するのに使用するこ
とができる。 水の臨界超過条件下で有機連鎖結合を破壊して
毒性有機材料を改質し、無害の低分子量材料にし
て、生じた無毒性材料を通常の手段によつて処分
し得ることが提案されている。 この発明の目的は有機材料を酸化する方法を提
供して、有用エネルギーを得ること、及び（又
は）有害で毒性のある有機材料の非毒性化若くは
破壊を行うこと、及び（又は）水から望ましくな
い塩類を除去することにある。 この発明の他の目的は前記の目的に従つて、通
常の、及び特殊な有機燃料を簡単な装置で最大の
エネルギー回収効率で酸化して加熱及び動力サイ
クルに広範囲に利用できるようにすることにあ
る。 更に、この発明の他の目的は、無害の、及び
（又は）容易に処理しうる無用の、及び（又は）
毒性の有機材料を、その材料の酸化エネルギーを
利用して処理できるようにし、かつ場合によつて
は有用なエネルギーを産出する手段及び方法を提
供することにある。 更に、この発明の他の目的は、前記の目的に従
つて、有機材料のエネルギーを用いて海水及び塩
水の脱温に利用することができ、場合によつては
更に有用なエネルギーを得ることができ、そして
（又は）無用の若しくは毒性の材料を処理するこ
とのできる方法を提供することにある。 この発明の更に別の目的は、前記の諸方法に従
つて、大きい反応速度で簡単な装置で実施するこ
とのできる方法を提供することにある。 更に、この発明の他の目的は、本発明の方法を
実施するための装置を提供することにある。 本発明によれば、有機材料が水及び酸素との反
応混合物とされ、この混合物が好ましくは臨界超
過条件で、酸化反応器中で酸化される。混合物を
十分絶縁された反応器中で単一の流体相にて反応
させて有機材料を酸化させ、流体の流れが産出さ
れた熱を捕促する。有機材料は、この方法で単に
酸化され、かつ破壊されるだけの廃物の及び（又
は）毒性の材料であつてもよい。有機材料は廃物
でも毒性材料でも又は燃料として有用な他の有機
材料でもよく、酸化されて加熱用の有用なエネル
ギーが回収され、あるいは動力サイクルにおいて
プロセス水として利用するのに適した臨界超過水
及び二酸化炭素の混合物が得られる。 他の好ましい方法においては、有機材料は臨界
超過条件で酸化反応器内の温度を少なくとも450
℃に上昇するさせるに十分な燃焼熱を有する任意
の有機材料であればよい。水が海水又は塩水であ
る場合には塩化ナトリウムの如き塩を水が含み、
その塩は通常の沈澱装置で反応後直ちに単一流体
相から沈澱し、水の脱塩を迅速かつ連続的プロセ
スで行うことができる。 得られた加熱水（臨界超過状態にあることが好
ましい。）の一部は酸化反応器に入る反応物と直
接混合して、反応混合物が酸化を開始する所望温
度にすみやかになるようにすることが好ましい。
得られた加熱水は熱交換器壁面を通して反応混合
物に熱を供給するために使用することもできる。
所望の高温度に迅速に、即ち実質的に瞬時に到達
し、従つて実施例によつては炭化物の形成を避け
ることができるので直接混合が好ましい。 有機材料は、温度374℃乃至それ以上、圧力が
少なくとも3200psiaで、水の２〜25重量％の量使
用することが好ましい。酸素は純酸素、空気又は
その他のガス混合物の形で用いられるが、その量
は有機材料を完全に酸化するのに必要な化学量論
量に等しいか、それ以上が好ましい。酸化反応器
として用いられる容器は十分に絶縁され、有機物
を実質的に完全酸化するに十分な時間となる長さ
を有するもの、即ち約５分間乃至それ以下で完全
燃焼が起こるよう設計されたものが好ましい。 この発明の特徴は、臨界超過水を用いる有機物
の実質的に完全な酸化が比較的複雑でない装置で
高速度で行うことができることにある。臨界超過
条件では、酸素及び窒素は水といかなる割合でも
完全に混合する［H.A.Pray等、Ind・Eng.
Chem.，44(5)，1146−51（1952）参照］。従つて気
体と水との２相の流れがなくなり、単一の流体相
の流れとなるので反応器の構成は通常機械的混合
を必要としない簡単なものになる。酸化開始前の
フイードが374℃の場合、酸化により放出される
熱は水―有機物―酸素の流れの温度をかなり上昇
させ、温度は容易に450〜700℃に達する。酸化反
応器の平均温度が400℃乃至それ以上の場合には
酸化反応器内の滞留時間は５分以下とすることが
できる。酸化は水相内で起るので汚れた燃料がオ
フガス洗浄を行う必要なしに利用される。例え
ば、燃料中の硫黄は酸化して固体硫酸塩とするこ
とができ、この塩は酸化反応器より流体の流れか
ら容易に回収される。フイード中での廃棄物スラ
リーの形で無機物を沈澱させることは本発明の一
部であり、臨界超過水中における無機塩の溶解度
は、例えば450℃〜500℃以上で1ppb〜100ppmと
いう非常に低い濃度に低下する。酸化反応器から
の流出物は容易に450〜500℃以上になるように設
計することができ、従つて流れの中の無機物を沈
澱させてサイクロン、沈澱塔又は濾過器により容
易に除去することができる。かくしてシステムか
らの生産水は無機塩が除去され精製される。更
に、フイード水は使用前に精製する必要はなく、
前処理をせずに塩水又は海水を使用することがで
きる。従つてこのシステムは船での用途に理想的
であり、動力そして（又は）脱塩水をしばしば同
時に得ることができる。フイード中の有機物の酸
化熱は直接、高温高圧水、即ち過熱臨界超過水
（SCW）又は蒸気の形で、熱交換器面を必要とせ
ずに回収される。 本発明の前記の、及び他の目的、特徴並びに利
点は添付図面を参照した以下の説明でよりよく理
解できるであろう。 第１図にはこの発明の方法を実施するための装
置の概略が示されている。有機材料のフイードは
ライン１２を通つてフイード・スラリー・タンク
１１に供給され、調整水（make up water）も
ライン１３を通つてタンク１１に一諸に供給され
る。 スラリー・タンクから、水と有機材料はライン
１４、フイード・ポンプ１５、ライン１６を経て
抽出器（eductor）１７及びライン１８を通り酸
化反応器へ至る。原料源（ソース）２０からの空
気又は酸素はライン２１及び酸化剤コンプレツサ
ー２２を経てライン２３を通り、じかに酸化反応
器へ行くか又はライン１８で有機材料及び調整水
と混合して酸化反応器に入る反応混合物を形成す
る。酸化反応器での反応後、酸化反応器からの流
出物の流れはライン２４を経て通常灰分分離器２
５へ至り、そこで灰分と無機塩は当該技術におい
て周知のように底部２６から除去され、流出物の
流れはライン２７を経てエキスパンダー・タービ
ン２８に至り出口部３０で高圧のスチーム又は水
の形で有用エネルギーとして取出される。二酸化
炭素、空気を酸化剤に用いた場合の窒素、及び過
熱温度の、即ち水の臨界温度374℃以上の臨界超
過水を含む流出物の流れの一部はリサイクルする
ことができ、ライン３１及び抽出器１７を経て酸
化反応器に導入される反応混合物に必要程度の熱
を与える。 本発明のフイードとして有用な有機材料は下記
の表に示す燃料及び廃棄物を含む実質的に任意
の有機材料である。
は有史以来知られているプロセスであり、廃棄物
を処分するため、及び（又は）加熱用、動力発生
用及び場合によつては海水の脱塩用のスチームの
ような有用エネルギーを産生させるために、しば
しば用いられている。スチームの形での通常のエ
ネルギー産生においては、有機燃料が急速に酸化
燃焼させられて熱が生み出され、この熱が熱交換
器を通して水のような流体に伝達される。例え
ば、燃料の燃焼熱の10〜15％は通常のボイラーの
排気煙突で必然的に失われる。更に、熱交換器は
費用と経費がかかり、又しばしばかなり大きなも
のである。熱交換器の表面を通る熱移動は、よく
問題を起こし、高温の場合には特殊材料を使用せ
ねばならぬことが多い。ボイラー・チユーブに沈
積する塩による激しい汚れはチユーブ壁の破壊に
よる費用のかかるダウンタイム（作業中止時間）
を起こすことになる。焔や熱ガスのあたるチユー
ブ側面近傍では、灰又はその他の付着物がしばし
ば熱の流れを阻害し、熱移動効率を低下させる。 廃棄有機物材料を処理する公知の一プロセス、
即ち湿性空気酸化プロセスでは、有機物のフイー
ドと酸化剤を約1500〜2500psiaの反応条件圧に加
圧し、操作温度に加熱して反応器に0.5〜１時間
の滞留時間で供給する。このプロセスは導入初期
の有機材料を70〜95％除去する効果のあることが
知られている。このシステムは有効ではあるが若
干の欠点がある。大きな装置を必要とする点で費
用が嵩むことが多く、燃焼熱の回収が不十分であ
る。酸素又は空気の水に対する溶解度が有機材料
を完全燃焼させるに必要な濃度以下であることが
多い。従つて２相の水一ガス混合物が反応器内で
しばしば用いられが、２相間の物質移動抵抗が過
剰になるのを妨ぐために反応器内に撹拌装置が必
要となる。このことから反応器がやや複雑なもの
となり、他の場合に比べて費用が嵩むことにな
る。処理完了後に揮発性の酢酸のような有機材料
が残ることがある。長時間の滞留時間を必要と
し、反応は断熱的でないことが多いために燃焼熱
の一部が周囲に失われる。エネルギーをスチーム
の形で回収する場合、産生されるスチーム温度は
反応器流体の温度より低く、通常300℃以下、代
表的なものでは250℃の範囲内である。従つて、
回収熱は価値がそれ程ない低いものであり、現代
的なスチーム・サイクル・パワー・プラントで電
力を産出するに必要な温度よりはかなり低いもの
である。 熱エネルギーを臨界超過水流体から回収するこ
とが提案され、この技術が高度に開発されてい
る。50年代から電気関係の事業体は化石燃料から
動力を得るために臨界超過水パワー・サイクルを
用いている。 公知文献には化石燃料を燃やして臨界超過水を
生産し、次に臨界超過水から熱を回収し、この熱
を動力に変えることが記載されている。従つて、
このような回収システムは公知である。ランキン
（Rankine）・サイクル型の装置を臨界超過条件下
で、この技術分野で知られている450℃の温度で
水から有用エネルギーを回収するのに使用するこ
とができる。 水の臨界超過条件下で有機連鎖結合を破壊して
毒性有機材料を改質し、無害の低分子量材料にし
て、生じた無毒性材料を通常の手段によつて処分
し得ることが提案されている。 この発明の目的は有機材料を酸化する方法を提
供して、有用エネルギーを得ること、及び（又
は）有害で毒性のある有機材料の非毒性化若くは
破壊を行うこと、及び（又は）水から望ましくな
い塩類を除去することにある。 この発明の他の目的は前記の目的に従つて、通
常の、及び特殊な有機燃料を簡単な装置で最大の
エネルギー回収効率で酸化して加熱及び動力サイ
クルに広範囲に利用できるようにすることにあ
る。 更に、この発明の他の目的は、無害の、及び
（又は）容易に処理しうる無用の、及び（又は）
毒性の有機材料を、その材料の酸化エネルギーを
利用して処理できるようにし、かつ場合によつて
は有用なエネルギーを産出する手段及び方法を提
供することにある。 更に、この発明の他の目的は、前記の目的に従
つて、有機材料のエネルギーを用いて海水及び塩
水の脱温に利用することができ、場合によつては
更に有用なエネルギーを得ることができ、そして
（又は）無用の若しくは毒性の材料を処理するこ
とのできる方法を提供することにある。 この発明の更に別の目的は、前記の諸方法に従
つて、大きい反応速度で簡単な装置で実施するこ
とのできる方法を提供することにある。 更に、この発明の他の目的は、本発明の方法を
実施するための装置を提供することにある。 本発明によれば、有機材料が水及び酸素との反
応混合物とされ、この混合物が好ましくは臨界超
過条件で、酸化反応器中で酸化される。混合物を
十分絶縁された反応器中で単一の流体相にて反応
させて有機材料を酸化させ、流体の流れが産出さ
れた熱を捕促する。有機材料は、この方法で単に
酸化され、かつ破壊されるだけの廃物の及び（又
は）毒性の材料であつてもよい。有機材料は廃物
でも毒性材料でも又は燃料として有用な他の有機
材料でもよく、酸化されて加熱用の有用なエネル
ギーが回収され、あるいは動力サイクルにおいて
プロセス水として利用するのに適した臨界超過水
及び二酸化炭素の混合物が得られる。 他の好ましい方法においては、有機材料は臨界
超過条件で酸化反応器内の温度を少なくとも450
℃に上昇するさせるに十分な燃焼熱を有する任意
の有機材料であればよい。水が海水又は塩水であ
る場合には塩化ナトリウムの如き塩を水が含み、
その塩は通常の沈澱装置で反応後直ちに単一流体
相から沈澱し、水の脱塩を迅速かつ連続的プロセ
スで行うことができる。 得られた加熱水（臨界超過状態にあることが好
ましい。）の一部は酸化反応器に入る反応物と直
接混合して、反応混合物が酸化を開始する所望温
度にすみやかになるようにすることが好ましい。
得られた加熱水は熱交換器壁面を通して反応混合
物に熱を供給するために使用することもできる。
所望の高温度に迅速に、即ち実質的に瞬時に到達
し、従つて実施例によつては炭化物の形成を避け
ることができるので直接混合が好ましい。 有機材料は、温度374℃乃至それ以上、圧力が
少なくとも3200psiaで、水の２〜25重量％の量使
用することが好ましい。酸素は純酸素、空気又は
その他のガス混合物の形で用いられるが、その量
は有機材料を完全に酸化するのに必要な化学量論
量に等しいか、それ以上が好ましい。酸化反応器
として用いられる容器は十分に絶縁され、有機物
を実質的に完全酸化するに十分な時間となる長さ
を有するもの、即ち約５分間乃至それ以下で完全
燃焼が起こるよう設計されたものが好ましい。 この発明の特徴は、臨界超過水を用いる有機物
の実質的に完全な酸化が比較的複雑でない装置で
高速度で行うことができることにある。臨界超過
条件では、酸素及び窒素は水といかなる割合でも
完全に混合する［H.A.Pray等、Ind・Eng.
Chem.，44(5)，1146−51（1952）参照］。従つて気
体と水との２相の流れがなくなり、単一の流体相
の流れとなるので反応器の構成は通常機械的混合
を必要としない簡単なものになる。酸化開始前の
フイードが374℃の場合、酸化により放出される
熱は水―有機物―酸素の流れの温度をかなり上昇
させ、温度は容易に450〜700℃に達する。酸化反
応器の平均温度が400℃乃至それ以上の場合には
酸化反応器内の滞留時間は５分以下とすることが
できる。酸化は水相内で起るので汚れた燃料がオ
フガス洗浄を行う必要なしに利用される。例え
ば、燃料中の硫黄は酸化して固体硫酸塩とするこ
とができ、この塩は酸化反応器より流体の流れか
ら容易に回収される。フイード中での廃棄物スラ
リーの形で無機物を沈澱させることは本発明の一
部であり、臨界超過水中における無機塩の溶解度
は、例えば450℃〜500℃以上で1ppb〜100ppmと
いう非常に低い濃度に低下する。酸化反応器から
の流出物は容易に450〜500℃以上になるように設
計することができ、従つて流れの中の無機物を沈
澱させてサイクロン、沈澱塔又は濾過器により容
易に除去することができる。かくしてシステムか
らの生産水は無機塩が除去され精製される。更
に、フイード水は使用前に精製する必要はなく、
前処理をせずに塩水又は海水を使用することがで
きる。従つてこのシステムは船での用途に理想的
であり、動力そして（又は）脱塩水をしばしば同
時に得ることができる。フイード中の有機物の酸
化熱は直接、高温高圧水、即ち過熱臨界超過水
（SCW）又は蒸気の形で、熱交換器面を必要とせ
ずに回収される。 本発明の前記の、及び他の目的、特徴並びに利
点は添付図面を参照した以下の説明でよりよく理
解できるであろう。 第１図にはこの発明の方法を実施するための装
置の概略が示されている。有機材料のフイードは
ライン１２を通つてフイード・スラリー・タンク
１１に供給され、調整水（make up water）も
ライン１３を通つてタンク１１に一諸に供給され
る。 スラリー・タンクから、水と有機材料はライン
１４、フイード・ポンプ１５、ライン１６を経て
抽出器（eductor）１７及びライン１８を通り酸
化反応器へ至る。原料源（ソース）２０からの空
気又は酸素はライン２１及び酸化剤コンプレツサ
ー２２を経てライン２３を通り、じかに酸化反応
器へ行くか又はライン１８で有機材料及び調整水
と混合して酸化反応器に入る反応混合物を形成す
る。酸化反応器での反応後、酸化反応器からの流
出物の流れはライン２４を経て通常灰分分離器２
５へ至り、そこで灰分と無機塩は当該技術におい
て周知のように底部２６から除去され、流出物の
流れはライン２７を経てエキスパンダー・タービ
ン２８に至り出口部３０で高圧のスチーム又は水
の形で有用エネルギーとして取出される。二酸化
炭素、空気を酸化剤に用いた場合の窒素、及び過
熱温度の、即ち水の臨界温度374℃以上の臨界超
過水を含む流出物の流れの一部はリサイクルする
ことができ、ライン３１及び抽出器１７を経て酸
化反応器に導入される反応混合物に必要程度の熱
を与える。 本発明のフイードとして有用な有機材料は下記
の表に示す燃料及び廃棄物を含む実質的に任意
の有機材料である。
【表】
有機材料フイードは何ら制限がなく、公知の毒
性及び廃棄物材料、例えば；アルドリン、デイー
ルドリン、DDT，２，４，５―Ｔ及びそのエス
テル類、２，４―ジアミノトルエン、リンデン、
ｐ―アミノ安息香酸、アルフアトキシン、ヘプタ
クロル、マラチオン、ニトロソアミン類、回収不
用紙、埋立てごみ等がある。 この発明で処理される有機毒性材料には米国環
境保護局（the United States Environmental
Protection Agency）によつて有害性と認定され
ているもの、例えばTest Data Development
Standards：Chronic Health Effeets Toxic
Sabstances Control Act；Section4のEPA公報
EPA―560／11−79−001に提示されているもの
が含まれる。毒性及び廃棄材料を用いる場合に
は、これらの材料を無害の生成物に酸化して酸化
器から取除き捨てるために、酸化熱のみを利用す
ることが望ましいことが多い。得られる臨界超過
水はパワー・サイクルに用いられるそのエネルギ
ーを除去することなく他の領域へ通すことができ
る。燃焼熱が中乃至大の入力材料を用いる場合に
は、有用なエネルギーが得られ、公知技術のスチ
ーム・タービン、ランキン／サイクル・システム
等を利用する動力に変換される。加熱された出力
水は空間の加熱又はその他の加熱を目的として直
接的に熱交換器において用いることができる。有
機材料の濃度は反応混合物の２−25重量％が好ま
しい。表のフイード材料として利用できる例示
リストは燃料１ポンドあたりのBTU換算で燃焼
熱が下水汚物スラツジの2040BTU／1bからメタ
ンの21520BTU／1bまでの広範囲にわたつている
ことを示す。表中、右端の欄は燃料中の炭素及
び水素１ポンドあたりのBTU換算での燃焼熱で
ある。これをベースとすると燃焼熱はその範囲が
かなり小さくなり、下水汚物スラツジの
12500BTU／1b.CH、木材及び樹皮の
15000BTU／1b.CH、石炭の16000−
19000BTU／1b.CH及び燃料油の18000−
20000BTU／1b.CHとなる。 燃料の燃焼熱は、所望の酸化反応器出口温度に
するのに必要なフイード濃度とリサイクル比を規
定する。燃料フイード濃度が一定のとき、出口温
度は燃焼熱によつて変わる。燃料燃焼熱の酸化反
応器出口温度及びリサイクル比に及ぼす効果を第
２図に示す。第２図の結果は還境へのエネルギ
ー・ロスが無視できるものとして、熱力学第一法
則のエネルギバランスにより決定したものである
（燃料濃度：10lb.CH／100lb.H2O；操作圧力：
3600psia；熱交換器なし；酸化反応器入口温度
377℃）。 酸化剤に空気を用いる場合、酸化反応器出口部
温度は14000BTU／lb.CHの441℃から19000／lb.
CHの563℃まで変わる。空気に代えて酸素を用
いると第２図の破線に示すように出口部温度は幾
分高くなる。リサイクル比は酸化反応器出口部温
度と酸化反応器入口部の所望温度により決められ
る。酸化反応器入口部温度が377℃の場合につい
て、リサイクル比と燃焼熱の関係を空気（実線）
と酸素（破線）に対して第２図に示す。空気を酸
素の代わりに用いる場合には不活性な空気の窒素
成分が酸化反応器出口部温度を下げるのでリサイ
クル比を高くする必要がある。 基本的には酸化反応器出口部で温度が高い方が
好ましく、そのためには反応に対して熱を供給す
るために水の割合を小さくしてリサイクルする必
要がある。出口部温度は単一相反応が起るときに
は常に374℃以上であることが好ましく、塩の沈
澱を最小にし、かつリサイクルを最小にするため
には450℃以上が好ましい。従つて燃焼熱の低い
燃料では高いフイード濃度混合物が用いられる。
場合によつては補助システムの熱交換器が、酸化
反応器入口部を所望の温度にするためにリサイク
ルと共に用いられる。 反応は水の臨界密度付近で行うことが好まし
い。このことは温度が少なくとも水の臨界温度
で、圧力が少なくとも水の臨界圧力でなければな
らないことを意味する。水の臨界近接条件のパラ
メータも用いることができるが、これは厳密な臨
界条件に等価と考えるべきものである。「水の臨
界密度領域における」臨界近接領域又はその境界
は密度が0.2〜0.7ｇ／cm3である。この臨界近接領
域において、又は臨界密度領域においては、圧力
が200〜2500気圧で、温度が360℃〜少なくとも
450℃である。374℃〜450℃の臨界温度範囲及及
び0.25〜0.55ｇ／cm3の臨界密度範囲を利用するの
が好ましい。酸化反応器からの流出物の流れは水
の臨界近接条件の温度及び圧力状態になつている
ことが好ましいが、このことは場合によつて変わ
り得るものである。全ての場合に反応容器又は酸
化器内での反応はある点で臨界超過条件に到達す
る。即ち、温度及び圧力条件は単一均一流体相が
反応混合物に存在しうるようになる。第４図は水
とベンゼン、エチレン、ナフタレン及び窒素との
二元混合物に対する臨界超過領域、即ち臨界点の
位置を示す圧力と温度との関係を表わす。反応物
として用いられる混合物について全ての場合、臨
界超過条件はグラフの右側の上部位置である。酸
素水混合物は窒素水混合物に類似の位置を有する
ので曲線４の右側の温度と圧力は酸化反応器内で
得られるものと考えられる。これらの条件は水の
みの臨界超過条件に近いものである。このような
臨界超過状態が酸化反応器内で発生し、完全で迅
速な酸化が起こる単一流体相反応が生じることに
なる。第４図において、水と混合している有機物
の濃度はグラフに示されているように、線が臨界
超過領域の右側低部角の水の点から外れるにつれ
て増加する。 酸化反応器内に入る温度と圧力は変わり得る。
反応混合物の発火温度には導入前に到達されてい
なければならず、反応混合物の臨界超過条件は有
機物フイードの一部の断熱酸化で放出される熱に
より酸化反応器内のある部分で発生していなけれ
ばならない。 炭化、即ち熱分解又は分解する傾向のある材料
については、酸化反応器に入る初期温度は炭化物
形成温度範囲以上が好ましい。例えばセルロース
質材料は150℃〜325℃の範囲で熱分解する傾向が
あるので、酸化器流出物からの臨界超過水をリサ
イクルすることによつて酸化反応器に入る前に迅
速に374℃にして、反応混合物の温度を実質的に
瞬間的に上昇させて炭化物の形成を最小にする。
一方、液体炭化水素燃料の多くは374℃以下では
熱分解しないので、水―酸素反応混合物中で例え
ば少なくとも200気圧で200℃のような低温の酸化
反応器に通すことができる。同様に、液体又は固
体の毒性材料又は廃棄物は液体炭化水素燃料の場
合と同じ条件で酸化反応器に導入することができ
る。セルロース質材料は少なくとも350℃、220気
圧で酸化反応器に導入するのが好ましい。酸化反
応器からのリサイクルは反応混合物の温度を上昇
させるのに利用され、リサイクルの量は酸化器入
口部の所望温度により決められる。 加熱は全て熱水及び好ましくは酸化器から得ら
れた臨界超過水を用い、ライン３１によつてリサ
イクルすることにより行うのが好ましい。プロセ
スは始動後は連続的であり、初期加熱は始動のた
めの外部熱源により行うことができる。 フイード中の有機物は所望によりライン１８に
リフオーマー（改質装置）を設けてフイードが空
気又は酸素との混合前に、酸化器に至る経路前に
そこを通るようにして、フラン、フルフラール、
アルコール及びアルデヒド類のような燃焼性の化
合物に変えることができる。臨界超過条件下で有
機材料をガス化するリフオーマーを使用すること
はこの分野で公知であり、臨界超過水を用いるガ
ス化プロセスに関連して1978年９月12日に公布さ
れた米国特許第4113446号に記載されている。そ
こに記載されているリフオーマーは所望により本
発明のシステムに利用することができるが、多く
の場合にはリフオーマーは必要ではない。 フイード材料は液状有機物のような液状、水性
スラリー状、気体状又は固体状でよい。固体状の
場合にはフイード水中にポンプ送入できるスラリ
ーとするのに都合のよいように粉砕するのが好ま
しい。 本発明の特徴の１つは水中に非常に溶けやすい
塩類のような無機材料がしばしば溶解性を失な
い、実質上450℃以上の温度で不溶性になること
である。従つて、海水、塩水又はその他の不純水
を調整水として用いると有機材料は脱塩のための
燃料とななる。かくして酸化反応器の出口温度が
450℃以上の場合には、塩化ナトリウム、塩化カ
ルシウム―酸化第二鉄等を沈澱させるために通常
の灰分分離器を用いることができる。これらの材
料は熱移動が装置壁を通る通常の装置でしばしば
問題を起こしているものである。この材料は壁に
沈積して激しい汚れとなり、ついには壁を破壊す
ることがある。本発明の方法においては酸化器は
流動型の反応器であり、例えばMin―ｋのような
絶縁層で覆われたステインレス・チユーブであ
る。450℃を越える温度が酸化反応器内で発生す
る場合、又は高濃度の塩素が存在する場合、反応
器の内壁はハステロイＣのような耐蝕性合金で被
覆してもよい。大径の反応器を用いるときには、
内壁をレンガで裏張りしてもよい。無機成分が高
濃度で存在するとき、又は酸化に必要な滞留時間
を少なくするために固体触媒を用いるときには、
流動床反応器を用いて固体と流体流出物との分離
を有効に行うことができる。ライン２７における
過熱臨界超過水は、酸化反応器の出発点で必要な
熱を供給するためリサイクルするか、又はエキス
パンダー・タービンを通して３０のような通常の
パワー・サイクルで有用な高圧の流れを形成させ
るために通される。図式中の３０は熱利用構成要
素を表わす。この要素は熱交換器でもよく、そこ
で発生したプロセス熱を空間の加熱に用いるか、
又は公知の任意の変換装置で有用エネルギを得る
のに用いられる。 この酸化反応器では極めて重要な、価格、費用
及び酸化器の複雑化を最小にし、１〜５分間以内
での反応速度を最大にすることのできる単一相反
応を行うことができる。 高圧の流れを発生する本発明の臨界超過水プロ
セスは同一の目的に用いられている通常のプロセ
スに比べていくつかの利点を有する。湿性森林産
物の場合でもフイード有機材料は乾燥することな
く直接用いることができる。何故なら、水が酸化
と、改質が最初に行われる場合には改質との双方
に流体キヤリアとして用いられているからであ
る。汚染防止のための補助装置は酸化生成物が密
閉系の連続システム内に保持されるので不要であ
る。臨界超過の流れは表面を通る熱移動に関連し
た問題を生ずることななく得られ、費用及び装置
の破壊を最小にすることができる。煙突からの熱
損失がないので臨界超過の流れを用いることによ
り熱力学的に高い効率が得られる。 有機物、酸化剤及び水の均一単一相混合物を用
いるので、有機物の完全酸化が促進され、単純化
された反応器を用いることができる。動的部分の
ない単純なチユーブ、又は流動床を用いることが
できる。用いる場合には酸化触媒はFe3O4，
MnO2及びCuO，NiO，Al2O3，Cu3O4，AgO，
Pt又はPdのよような酸化に十分な活性を与える
通常の金属触媒又は担持型金属触媒を用いること
ができる。ケースによつては、海水のような水源
からの水、化石燃料の無機成分又は木材製品中に
通常存在するフイードの無機成分が、迅速な反応
を行わしめるに十分な触媒作用を示す。酸化プロ
セスは非常に速いので反応器は断熱的に作動す
る。即ち、酸化反応器からの熱損失は無視するこ
とができ、酸化器からの流出物は実質的に酸化の
全エンタルピーを含む。従つて、酸化反応器の出
口部温度はフイード中の有機物濃度及びその燃焼
熱によつて決まる。 第１図のシステムを用いる本発明の具体的な第
１の実施例においては、フイードは燃焼熱
19000BTU／lbの燃料油であり、8.7ポンドが調
整水100ポンドと共にフイードスラリータンクに
加えられる。この材料を調整水と混合して有機材
料が１例ではCH8.7重量％で、５〜20重量％とな
る濃度にする。混合物を3200psia以上、１例では
3600psiaの臨界超過圧に加圧し、水の臨界温度付
近、例えば377℃に加熱する。第１図の予備加熱
はライン３１を通して酸化器からの流出物の一部
を直接導入することにより行われる。場合によつ
ては、酸化反応器から出る流れからの熱をリサイ
クルする水の直接導入の代わりに熱交換器を用い
ることができる。他の場合として、フイード材料
及び調整水を加熱することができるが、これは好
ましいものではない。空気又は酸素は加圧され
て、加圧された燃料―水の混合物と3600psiにて
混合されるが、酸素の割合はフイード燃料を完全
に酸化するのに等しい量、即ち少なくとも化学量
論量に調整する。燃料、酸化剤及び水の混合物の
酸化反応器入口部の温度は燃料成分が最も容易に
酸化されるのに必要な発火点以上である。触媒を
用いない場合には発火温度は350〜400℃である
が、触媒を用いる場合には発火温度は200〜250℃
と低くなる。 反応混合物が管状反応器又は流動床である酸化
反応器１９に供給される。無機物含量が高い場合
には酸化反応器表面積を最小にして反応器壁に沈
積する無機物を最小にするために、流動床におけ
る長さ対径（Ｌ−Ｄ）比を低くすることが望まし
い。反応器は断熱的に操作し、迅速に酸化される
成分の酸化によつて放出される熱は流体相を混合
物の臨界温度以上の温度に上昇させるに十分なも
のである。この点で流体は単一の均一相となる。
酸化剤として空気を用い、フイード中の燃料油が
8.7重量％の場合、酸化熱は酸化反応器出口部温
度を565℃に上昇させるのに十分なものである。 酸化反応器からの流出物は灰分分離器２５に供
給され、そこでフイード及び（又は）水中に元来
存在していた無機物が除去される。灰分分離器と
してはサイクロン、沈澱塔又は任意の適当な固液
分離器を用いることができる。 臨界超過水の一部は臨界超過酸化反応器の上流
にある抽出器１７にリサイクルされる。この操作
は酸化器の流出物を臨界超過条件下におくために
フイードを十分加熱するためのものである。過熱
された臨界超過水の残りの部分は動力発生、加熱
又は高圧流としての用途に利用できる。この有用
エネルギーの一部はフイード及び酸化剤を加圧す
るのに必要な動力を産出するために用いられる。
酸化剤を加圧するのに必要なエネルギーは過熱臨
界超過水タービン内での酸化生成物の膨脹で回収
される。この例では、酸化反応器１９の入口部の
温度は377℃であり、水258ポンドがライン３１を
通してリサイクルされ、ライン２４の出口部の温
度は水の臨界条件以上であつて、水106ポンド、
二酸化炭素29ポンド及び窒素105ポンドに対して
565℃の温度を有している。 この酸化法はターボジエツト又はガスタービン
法に類似するものである。ここに説明したプロセ
スでは通常の燃料油ボイラーのような表面を通る
熱移送は必要でない。このことは本発明で得られ
る主要な利点である。臨界超過の流れを発生させ
る通常のプロセスにおいては、ボイラーのフイー
ド水はボイラー管の水側に沈積する無機物を最小
にするために純度が大きくなければならない。燃
料類又はその他の有機物を水中で直接酸化すると
この問題点は完全に回避され、従つて臨界超過の
流れを用いる発生動力の熱力学的に高い効率を十
分に利用できる。実際上、無機塩類が灰分分離器
で除去されるので塩水や海水のような不純水を用
いることができる。このプロセスによつて得られ
る高温、高圧の流れは、従つて凝縮後及び空気を
酸化剤として用いる場合には二酸化炭素と窒素の
除去後に脱塩された水源として利用することがで
きる。 第１図のシステムを利用する第２の実施例にお
いては、ダグラスモミ樹皮を第１の実施例で述べ
たのと同様の工程で処理する。ダグラスモミ樹皮
の燃焼熱（9500BTU／lb）は燃料油の燃焼熱に
比べてかなり低い。従つて、同じ酸化反応器流出
物温度の565℃を得るためには高いフイード割合
（11.6lbs.CH）、即ち水100ポンドに対して樹皮
16.1ポンドが必要である。リサイクル比はフイー
ドを所望の酸化反応器入口部温度にするのに必要
なエネルギーによつて決められるのでフイード濃
度の増加はリサイクル比を増大させることにな
る。従つて、水フイード100ポンドについて酸化
器流出物298ポンドを樹皮フイードと共にリサイ
クルしなければならない。なお燃料油がフイード
の場合にはリサイクル量は約259ポンドである。 第２の例においては、ライン２７の温度は565
℃であり、ライン中の水100ポンドは二酸化炭素
39.2ポンド及び窒素141ポンドを含む。酸化反応
器の入口温度は377℃であり、CH11.6ポンドの場
合、即ちダグラスモミ樹皮（9500BTU／lbs）
16.1ポンドを酸素と共に用いる場合の操作圧は
3600psiaである。 この発明で樹皮等を用いるときには、１／４mm乃 至それ以下の大きさに粉砕することが好ましい。
森林産品廃棄物から高圧の流れを発生させるのに
用いる場合、第１図に示したたプロセスは同一の
目的に用いられる通常のプロセスに比べていくつ
かの利点を有する。水が酸化のキヤリア流体とし
て用いられるのでフイードの乾燥は不要である。
酸化は迅速かつ安全に制御できる条件下で行われ
る。酸化生成物はシステム内に保持されるので汚
物防止のための補助装置は不要である。 第３の実施例においては、リフオーマー（図示
せず）がライン１８内に設けられ、このリフオー
マーはフイードとして用いられる石炭を改質する
ためのもので管のみからなる。この実施例におい
ては、燃焼熱13000〜14000BTU／lbの石灰CH10
ポンドを水100ポンドと混合し、リフオーマーを
経由して酸化反応器のライン２７から水275ポン
ドをリサイクルする。酸化反応器の入口温度は
377℃であり、出口温度はは565℃であり、混合物
は水107ポンド、CO233ポンド及び空気が酸化剤
として用られる場合には窒素121ポンドからなる。
このシステムの操作圧は3600psiである。リフオ
ーマーは酸化剤を含まない環境において十分な滞
留時間を持ち、固体燃料のかなりの部分を可溶化
させる。米国特許第4113446号に記載されている
ように木材、石炭等の固体は臨界超過条件下で水
にかなりの濃度まで溶解することができる。この
ような固体を連続的に酸化する場合には、固体を
まず臨界超過水相中に溶かすのが有利である。改
質（リフオーミング）の効果は酸化反応器内の発
火温度をかなり低くすることである。酸化を固体
触媒で行う場合、接触酸化に先立つてこの溶液は
燃料の固体触媒表面への物質移動をも促進させる
ことができ、従つて酸化速度が増大する。しか
し、多くの場合に改質の工程は特に必要でなく、
材料は酸化反応器へ行く途中で溶解する。 下水汚物スラツジを酸化する他の実施例におい
ては、第１図に示したようなシステムを用い、
BTU出力2000BTU／lbの下水汚物を使用する。
CH13.3ポンド（スラツジ81.6ポンド）が調整水
100ポンドと共に用いられ、操作圧は3600psi、酸
化反応器からの水のリサイクルは169.4ポンドで
酸化反応器入口部の温度は377℃である。酸素を
酸化剤に用いると、酸化反応器出口部の温度は
1050〓で、ライン２７において水109.3ポンド及
びCO244.9ポンドとなる。このシステムは廃棄
物、牧場飼料廃棄物（feed lot wastes）、農業副
産物、繊維廃棄物、カーペツト廃棄物、ゴム副産
物、森林産品廃棄物、紙及びパルプくず廃棄物等
のような毒性及び有害化学物質を少量含む材料に
ついても用いることができる。 下水汚物スラツジ廃棄物の酸化による処分はス
ラツジの燃焼熱が代表的なものではスラツジ１ポ
ンドについて2000BTUである点で処理が難しい
方の廃棄物処理の典型である。ここで述べた下水
汚物スラツジの酸化プロセスは、前述のプロセス
とは酸化剤が比較的純粋である酸素が好ましい
（98％）点で異なるものである。酸素含有率が高
いときには空気を用いる場合よりもフイードスラ
ツジ濃度をより低くすることができる。 別の実施例においては、10ポンドCH量の下水
汚物スラツジ（スラツジ61.4ポンド）を実質的に
第１図に記載したのと同じシステムで水100ポン
ドと混合される。この実施例は第１Ａ図に示さ
れ、そこでは“ａ”を付された全ての数字の要素
は第１図の相当する数字の要素と同じ意味を表わ
している。温度24℃との水30ポンドが、ライン４
０を経て臨界近接領域の水を受入れる熱交換器か
ら除去される。ラインン１６ａでの水の予熱は、
酸化反応器入口部で十分な熱を獲得して入口部が
377℃の値となつて酸化反応器が単一相で操作で
きるようにするために必要である。ライン２７ａ
は温度549℃で、水107ポンド、CO233.8ポンド及
びN230.8ポンドがタービンを通過し、リサイク
ルの抜出後には水88.3ポンド、CO227.9ポンド及
びN225.4ポンドとなる。酸素の90％が使用され
ている。かくして、スラツジ61ポンド及び水100
ポンドが酸化器流出物30ポンドを熱交換器へ通す
ことによつて193℃に予熱される。フイードの間
接的な予熱効果はフイードの燃焼熱又は濃度を増
加させる効果に類似する。酸化器入口部を所定の
温度にするのに必要なリサイクル比は減少する。
同時に、酸化熱が反応器を通る少量の流体によつ
て吸収されるので酸化器出口温度は上昇する。 例えば反応混合物中で酸素と空気のいずれが用
いられるかによつて、酸化反応器の入口部及び出
口部の特定温度は変化し得る。第２図をも参照さ
れたい。 第３図は熱交換器４１を用いるか、又は用いな
いフイードの予熱効果を示すものである。燃焼熱
が12000BTU／lbのフイード、純酸素及び操作圧
3600psiaに対して、酸化器出口温度とリサイクル
比をフイード濃度の関数として実曲線で示す。こ
の図には、酸化剤の流出物20ポンド（フイード水
100ポンドあたり）を熱交換器によつてフイード
を予熱するのに用いたときに相当する値（破曲
線）をも示す。予熱の程度を大きくすると（即
ち、熱交換器に対する酸化器流出物の割合を大き
くすると）、酸化反応器出口温度が更に上昇し、
リサイクル比がより減少する。 この発明の実施例について説明したが、多くの
改変が可能である。反応器はオステナイト鋼製の
管、円筒又は流動床のような種々の形状とするこ
とができる。塩素のような腐蝕性成分が存在する
場合には、管状反応器をハステロイＣのような耐
蝕性合金で被覆することが好ましい。種々のコン
プレツサー、抽出器等を用いることができる。 パワー・出力は、臨界超過パワー・サイクルに
おいて臨界超過水の膨脹のために、通常製造され
ているタービン類を用いて行うことができる。 本発明の重要な特徴は、酸化反応器において反
応混合物の臨界超過条件で、好ましくは水の臨界
近接条件で単一流体相反応が起ることにある。場
合によつては、酸化は有機材料の発火温度のよう
に水の臨界温度以下の温度で開始させることがで
きる。全ての場合、原料混合物及び得られる生成
物は反応混合物であるものとして考える。酸化器
内での反応のある時点で混合物は臨界超過状態、
好ましくは水の臨界超過状態になり、温度は少な
くとも374℃になり、化学量論量の酸素により実
質上完全に酸化される単一相反応が起る。この発
明の連続的なシステムで用いられる圧力は常に水
の臨界近接領域にあることが好ましい。即ち、常
に少なくとも220気圧である。 前記の各実施例では単一の有機材料についてし
か具体的に述べなかつたが、フイード材料は有機
物の混合物であつてもよいことは理解されてしか
るべきである。場合によつては、有機物の混合物
はその厳密な組成は知られていなくてもよいし、
決めなくてもよい。重要なことは唯、必要な燃焼
熱を有する有機物を十分な濃度で用いて、化学量
論量の酸素と反応させた時流出物の流れが必要な
熱を供給するのを助けてフイードが酸化反応に適
当な状態におかれることである。酸化によつて産
出される熱が流出物の流れのある部分おいて少な
くとも一部反応混合物によつて直接リサイクルし
て用いることができ、反応混合物に熱を供給する
こと、そして（又は）熱交換器に通されて熱交換
器表面を介して反応混合物に熱を供給することは
本発明の重要な特徴である。酸化反応器を通るフ
ローからの流出物の流れの一部が直接、例えば１
７で流れの中へリサイクルされる場合には、実質
的に瞬時に熱移動が起る。簡単な抽出器及びその
他の非機械的撹拌混合手段及び方法を用いること
ができる。場合によつては、酸化反応器からの水
と酸化生成物の流れは動力源又は熱源としてのみ
用いられる。 本明細書で用いている「単一均一流体相」の字
句は存在する流体混合物について、混合物が均一
な、圧力、温度、密度及び濃度にあるという通常
の意味を表わすものである。反応器又は酸化器内
において圧力以外の全てのパラメータは若干変化
するが、任意の断面において全てのパラメータは
単一均一流体相内で実質的に均一である。このよ
うに酸化反応器内で、ある流体が他の流体中に分
散することなく反応混合物が一体となつているこ
とが重要である。
性及び廃棄物材料、例えば；アルドリン、デイー
ルドリン、DDT，２，４，５―Ｔ及びそのエス
テル類、２，４―ジアミノトルエン、リンデン、
ｐ―アミノ安息香酸、アルフアトキシン、ヘプタ
クロル、マラチオン、ニトロソアミン類、回収不
用紙、埋立てごみ等がある。 この発明で処理される有機毒性材料には米国環
境保護局（the United States Environmental
Protection Agency）によつて有害性と認定され
ているもの、例えばTest Data Development
Standards：Chronic Health Effeets Toxic
Sabstances Control Act；Section4のEPA公報
EPA―560／11−79−001に提示されているもの
が含まれる。毒性及び廃棄材料を用いる場合に
は、これらの材料を無害の生成物に酸化して酸化
器から取除き捨てるために、酸化熱のみを利用す
ることが望ましいことが多い。得られる臨界超過
水はパワー・サイクルに用いられるそのエネルギ
ーを除去することなく他の領域へ通すことができ
る。燃焼熱が中乃至大の入力材料を用いる場合に
は、有用なエネルギーが得られ、公知技術のスチ
ーム・タービン、ランキン／サイクル・システム
等を利用する動力に変換される。加熱された出力
水は空間の加熱又はその他の加熱を目的として直
接的に熱交換器において用いることができる。有
機材料の濃度は反応混合物の２−25重量％が好ま
しい。表のフイード材料として利用できる例示
リストは燃料１ポンドあたりのBTU換算で燃焼
熱が下水汚物スラツジの2040BTU／1bからメタ
ンの21520BTU／1bまでの広範囲にわたつている
ことを示す。表中、右端の欄は燃料中の炭素及
び水素１ポンドあたりのBTU換算での燃焼熱で
ある。これをベースとすると燃焼熱はその範囲が
かなり小さくなり、下水汚物スラツジの
12500BTU／1b.CH、木材及び樹皮の
15000BTU／1b.CH、石炭の16000−
19000BTU／1b.CH及び燃料油の18000−
20000BTU／1b.CHとなる。 燃料の燃焼熱は、所望の酸化反応器出口温度に
するのに必要なフイード濃度とリサイクル比を規
定する。燃料フイード濃度が一定のとき、出口温
度は燃焼熱によつて変わる。燃料燃焼熱の酸化反
応器出口温度及びリサイクル比に及ぼす効果を第
２図に示す。第２図の結果は還境へのエネルギ
ー・ロスが無視できるものとして、熱力学第一法
則のエネルギバランスにより決定したものである
（燃料濃度：10lb.CH／100lb.H2O；操作圧力：
3600psia；熱交換器なし；酸化反応器入口温度
377℃）。 酸化剤に空気を用いる場合、酸化反応器出口部
温度は14000BTU／lb.CHの441℃から19000／lb.
CHの563℃まで変わる。空気に代えて酸素を用
いると第２図の破線に示すように出口部温度は幾
分高くなる。リサイクル比は酸化反応器出口部温
度と酸化反応器入口部の所望温度により決められ
る。酸化反応器入口部温度が377℃の場合につい
て、リサイクル比と燃焼熱の関係を空気（実線）
と酸素（破線）に対して第２図に示す。空気を酸
素の代わりに用いる場合には不活性な空気の窒素
成分が酸化反応器出口部温度を下げるのでリサイ
クル比を高くする必要がある。 基本的には酸化反応器出口部で温度が高い方が
好ましく、そのためには反応に対して熱を供給す
るために水の割合を小さくしてリサイクルする必
要がある。出口部温度は単一相反応が起るときに
は常に374℃以上であることが好ましく、塩の沈
澱を最小にし、かつリサイクルを最小にするため
には450℃以上が好ましい。従つて燃焼熱の低い
燃料では高いフイード濃度混合物が用いられる。
場合によつては補助システムの熱交換器が、酸化
反応器入口部を所望の温度にするためにリサイク
ルと共に用いられる。 反応は水の臨界密度付近で行うことが好まし
い。このことは温度が少なくとも水の臨界温度
で、圧力が少なくとも水の臨界圧力でなければな
らないことを意味する。水の臨界近接条件のパラ
メータも用いることができるが、これは厳密な臨
界条件に等価と考えるべきものである。「水の臨
界密度領域における」臨界近接領域又はその境界
は密度が0.2〜0.7ｇ／cm3である。この臨界近接領
域において、又は臨界密度領域においては、圧力
が200〜2500気圧で、温度が360℃〜少なくとも
450℃である。374℃〜450℃の臨界温度範囲及及
び0.25〜0.55ｇ／cm3の臨界密度範囲を利用するの
が好ましい。酸化反応器からの流出物の流れは水
の臨界近接条件の温度及び圧力状態になつている
ことが好ましいが、このことは場合によつて変わ
り得るものである。全ての場合に反応容器又は酸
化器内での反応はある点で臨界超過条件に到達す
る。即ち、温度及び圧力条件は単一均一流体相が
反応混合物に存在しうるようになる。第４図は水
とベンゼン、エチレン、ナフタレン及び窒素との
二元混合物に対する臨界超過領域、即ち臨界点の
位置を示す圧力と温度との関係を表わす。反応物
として用いられる混合物について全ての場合、臨
界超過条件はグラフの右側の上部位置である。酸
素水混合物は窒素水混合物に類似の位置を有する
ので曲線４の右側の温度と圧力は酸化反応器内で
得られるものと考えられる。これらの条件は水の
みの臨界超過条件に近いものである。このような
臨界超過状態が酸化反応器内で発生し、完全で迅
速な酸化が起こる単一流体相反応が生じることに
なる。第４図において、水と混合している有機物
の濃度はグラフに示されているように、線が臨界
超過領域の右側低部角の水の点から外れるにつれ
て増加する。 酸化反応器内に入る温度と圧力は変わり得る。
反応混合物の発火温度には導入前に到達されてい
なければならず、反応混合物の臨界超過条件は有
機物フイードの一部の断熱酸化で放出される熱に
より酸化反応器内のある部分で発生していなけれ
ばならない。 炭化、即ち熱分解又は分解する傾向のある材料
については、酸化反応器に入る初期温度は炭化物
形成温度範囲以上が好ましい。例えばセルロース
質材料は150℃〜325℃の範囲で熱分解する傾向が
あるので、酸化器流出物からの臨界超過水をリサ
イクルすることによつて酸化反応器に入る前に迅
速に374℃にして、反応混合物の温度を実質的に
瞬間的に上昇させて炭化物の形成を最小にする。
一方、液体炭化水素燃料の多くは374℃以下では
熱分解しないので、水―酸素反応混合物中で例え
ば少なくとも200気圧で200℃のような低温の酸化
反応器に通すことができる。同様に、液体又は固
体の毒性材料又は廃棄物は液体炭化水素燃料の場
合と同じ条件で酸化反応器に導入することができ
る。セルロース質材料は少なくとも350℃、220気
圧で酸化反応器に導入するのが好ましい。酸化反
応器からのリサイクルは反応混合物の温度を上昇
させるのに利用され、リサイクルの量は酸化器入
口部の所望温度により決められる。 加熱は全て熱水及び好ましくは酸化器から得ら
れた臨界超過水を用い、ライン３１によつてリサ
イクルすることにより行うのが好ましい。プロセ
スは始動後は連続的であり、初期加熱は始動のた
めの外部熱源により行うことができる。 フイード中の有機物は所望によりライン１８に
リフオーマー（改質装置）を設けてフイードが空
気又は酸素との混合前に、酸化器に至る経路前に
そこを通るようにして、フラン、フルフラール、
アルコール及びアルデヒド類のような燃焼性の化
合物に変えることができる。臨界超過条件下で有
機材料をガス化するリフオーマーを使用すること
はこの分野で公知であり、臨界超過水を用いるガ
ス化プロセスに関連して1978年９月12日に公布さ
れた米国特許第4113446号に記載されている。そ
こに記載されているリフオーマーは所望により本
発明のシステムに利用することができるが、多く
の場合にはリフオーマーは必要ではない。 フイード材料は液状有機物のような液状、水性
スラリー状、気体状又は固体状でよい。固体状の
場合にはフイード水中にポンプ送入できるスラリ
ーとするのに都合のよいように粉砕するのが好ま
しい。 本発明の特徴の１つは水中に非常に溶けやすい
塩類のような無機材料がしばしば溶解性を失な
い、実質上450℃以上の温度で不溶性になること
である。従つて、海水、塩水又はその他の不純水
を調整水として用いると有機材料は脱塩のための
燃料とななる。かくして酸化反応器の出口温度が
450℃以上の場合には、塩化ナトリウム、塩化カ
ルシウム―酸化第二鉄等を沈澱させるために通常
の灰分分離器を用いることができる。これらの材
料は熱移動が装置壁を通る通常の装置でしばしば
問題を起こしているものである。この材料は壁に
沈積して激しい汚れとなり、ついには壁を破壊す
ることがある。本発明の方法においては酸化器は
流動型の反応器であり、例えばMin―ｋのような
絶縁層で覆われたステインレス・チユーブであ
る。450℃を越える温度が酸化反応器内で発生す
る場合、又は高濃度の塩素が存在する場合、反応
器の内壁はハステロイＣのような耐蝕性合金で被
覆してもよい。大径の反応器を用いるときには、
内壁をレンガで裏張りしてもよい。無機成分が高
濃度で存在するとき、又は酸化に必要な滞留時間
を少なくするために固体触媒を用いるときには、
流動床反応器を用いて固体と流体流出物との分離
を有効に行うことができる。ライン２７における
過熱臨界超過水は、酸化反応器の出発点で必要な
熱を供給するためリサイクルするか、又はエキス
パンダー・タービンを通して３０のような通常の
パワー・サイクルで有用な高圧の流れを形成させ
るために通される。図式中の３０は熱利用構成要
素を表わす。この要素は熱交換器でもよく、そこ
で発生したプロセス熱を空間の加熱に用いるか、
又は公知の任意の変換装置で有用エネルギを得る
のに用いられる。 この酸化反応器では極めて重要な、価格、費用
及び酸化器の複雑化を最小にし、１〜５分間以内
での反応速度を最大にすることのできる単一相反
応を行うことができる。 高圧の流れを発生する本発明の臨界超過水プロ
セスは同一の目的に用いられている通常のプロセ
スに比べていくつかの利点を有する。湿性森林産
物の場合でもフイード有機材料は乾燥することな
く直接用いることができる。何故なら、水が酸化
と、改質が最初に行われる場合には改質との双方
に流体キヤリアとして用いられているからであ
る。汚染防止のための補助装置は酸化生成物が密
閉系の連続システム内に保持されるので不要であ
る。臨界超過の流れは表面を通る熱移動に関連し
た問題を生ずることななく得られ、費用及び装置
の破壊を最小にすることができる。煙突からの熱
損失がないので臨界超過の流れを用いることによ
り熱力学的に高い効率が得られる。 有機物、酸化剤及び水の均一単一相混合物を用
いるので、有機物の完全酸化が促進され、単純化
された反応器を用いることができる。動的部分の
ない単純なチユーブ、又は流動床を用いることが
できる。用いる場合には酸化触媒はFe3O4，
MnO2及びCuO，NiO，Al2O3，Cu3O4，AgO，
Pt又はPdのよような酸化に十分な活性を与える
通常の金属触媒又は担持型金属触媒を用いること
ができる。ケースによつては、海水のような水源
からの水、化石燃料の無機成分又は木材製品中に
通常存在するフイードの無機成分が、迅速な反応
を行わしめるに十分な触媒作用を示す。酸化プロ
セスは非常に速いので反応器は断熱的に作動す
る。即ち、酸化反応器からの熱損失は無視するこ
とができ、酸化器からの流出物は実質的に酸化の
全エンタルピーを含む。従つて、酸化反応器の出
口部温度はフイード中の有機物濃度及びその燃焼
熱によつて決まる。 第１図のシステムを用いる本発明の具体的な第
１の実施例においては、フイードは燃焼熱
19000BTU／lbの燃料油であり、8.7ポンドが調
整水100ポンドと共にフイードスラリータンクに
加えられる。この材料を調整水と混合して有機材
料が１例ではCH8.7重量％で、５〜20重量％とな
る濃度にする。混合物を3200psia以上、１例では
3600psiaの臨界超過圧に加圧し、水の臨界温度付
近、例えば377℃に加熱する。第１図の予備加熱
はライン３１を通して酸化器からの流出物の一部
を直接導入することにより行われる。場合によつ
ては、酸化反応器から出る流れからの熱をリサイ
クルする水の直接導入の代わりに熱交換器を用い
ることができる。他の場合として、フイード材料
及び調整水を加熱することができるが、これは好
ましいものではない。空気又は酸素は加圧され
て、加圧された燃料―水の混合物と3600psiにて
混合されるが、酸素の割合はフイード燃料を完全
に酸化するのに等しい量、即ち少なくとも化学量
論量に調整する。燃料、酸化剤及び水の混合物の
酸化反応器入口部の温度は燃料成分が最も容易に
酸化されるのに必要な発火点以上である。触媒を
用いない場合には発火温度は350〜400℃である
が、触媒を用いる場合には発火温度は200〜250℃
と低くなる。 反応混合物が管状反応器又は流動床である酸化
反応器１９に供給される。無機物含量が高い場合
には酸化反応器表面積を最小にして反応器壁に沈
積する無機物を最小にするために、流動床におけ
る長さ対径（Ｌ−Ｄ）比を低くすることが望まし
い。反応器は断熱的に操作し、迅速に酸化される
成分の酸化によつて放出される熱は流体相を混合
物の臨界温度以上の温度に上昇させるに十分なも
のである。この点で流体は単一の均一相となる。
酸化剤として空気を用い、フイード中の燃料油が
8.7重量％の場合、酸化熱は酸化反応器出口部温
度を565℃に上昇させるのに十分なものである。 酸化反応器からの流出物は灰分分離器２５に供
給され、そこでフイード及び（又は）水中に元来
存在していた無機物が除去される。灰分分離器と
してはサイクロン、沈澱塔又は任意の適当な固液
分離器を用いることができる。 臨界超過水の一部は臨界超過酸化反応器の上流
にある抽出器１７にリサイクルされる。この操作
は酸化器の流出物を臨界超過条件下におくために
フイードを十分加熱するためのものである。過熱
された臨界超過水の残りの部分は動力発生、加熱
又は高圧流としての用途に利用できる。この有用
エネルギーの一部はフイード及び酸化剤を加圧す
るのに必要な動力を産出するために用いられる。
酸化剤を加圧するのに必要なエネルギーは過熱臨
界超過水タービン内での酸化生成物の膨脹で回収
される。この例では、酸化反応器１９の入口部の
温度は377℃であり、水258ポンドがライン３１を
通してリサイクルされ、ライン２４の出口部の温
度は水の臨界条件以上であつて、水106ポンド、
二酸化炭素29ポンド及び窒素105ポンドに対して
565℃の温度を有している。 この酸化法はターボジエツト又はガスタービン
法に類似するものである。ここに説明したプロセ
スでは通常の燃料油ボイラーのような表面を通る
熱移送は必要でない。このことは本発明で得られ
る主要な利点である。臨界超過の流れを発生させ
る通常のプロセスにおいては、ボイラーのフイー
ド水はボイラー管の水側に沈積する無機物を最小
にするために純度が大きくなければならない。燃
料類又はその他の有機物を水中で直接酸化すると
この問題点は完全に回避され、従つて臨界超過の
流れを用いる発生動力の熱力学的に高い効率を十
分に利用できる。実際上、無機塩類が灰分分離器
で除去されるので塩水や海水のような不純水を用
いることができる。このプロセスによつて得られ
る高温、高圧の流れは、従つて凝縮後及び空気を
酸化剤として用いる場合には二酸化炭素と窒素の
除去後に脱塩された水源として利用することがで
きる。 第１図のシステムを利用する第２の実施例にお
いては、ダグラスモミ樹皮を第１の実施例で述べ
たのと同様の工程で処理する。ダグラスモミ樹皮
の燃焼熱（9500BTU／lb）は燃料油の燃焼熱に
比べてかなり低い。従つて、同じ酸化反応器流出
物温度の565℃を得るためには高いフイード割合
（11.6lbs.CH）、即ち水100ポンドに対して樹皮
16.1ポンドが必要である。リサイクル比はフイー
ドを所望の酸化反応器入口部温度にするのに必要
なエネルギーによつて決められるのでフイード濃
度の増加はリサイクル比を増大させることにな
る。従つて、水フイード100ポンドについて酸化
器流出物298ポンドを樹皮フイードと共にリサイ
クルしなければならない。なお燃料油がフイード
の場合にはリサイクル量は約259ポンドである。 第２の例においては、ライン２７の温度は565
℃であり、ライン中の水100ポンドは二酸化炭素
39.2ポンド及び窒素141ポンドを含む。酸化反応
器の入口温度は377℃であり、CH11.6ポンドの場
合、即ちダグラスモミ樹皮（9500BTU／lbs）
16.1ポンドを酸素と共に用いる場合の操作圧は
3600psiaである。 この発明で樹皮等を用いるときには、１／４mm乃 至それ以下の大きさに粉砕することが好ましい。
森林産品廃棄物から高圧の流れを発生させるのに
用いる場合、第１図に示したたプロセスは同一の
目的に用いられる通常のプロセスに比べていくつ
かの利点を有する。水が酸化のキヤリア流体とし
て用いられるのでフイードの乾燥は不要である。
酸化は迅速かつ安全に制御できる条件下で行われ
る。酸化生成物はシステム内に保持されるので汚
物防止のための補助装置は不要である。 第３の実施例においては、リフオーマー（図示
せず）がライン１８内に設けられ、このリフオー
マーはフイードとして用いられる石炭を改質する
ためのもので管のみからなる。この実施例におい
ては、燃焼熱13000〜14000BTU／lbの石灰CH10
ポンドを水100ポンドと混合し、リフオーマーを
経由して酸化反応器のライン２７から水275ポン
ドをリサイクルする。酸化反応器の入口温度は
377℃であり、出口温度はは565℃であり、混合物
は水107ポンド、CO233ポンド及び空気が酸化剤
として用られる場合には窒素121ポンドからなる。
このシステムの操作圧は3600psiである。リフオ
ーマーは酸化剤を含まない環境において十分な滞
留時間を持ち、固体燃料のかなりの部分を可溶化
させる。米国特許第4113446号に記載されている
ように木材、石炭等の固体は臨界超過条件下で水
にかなりの濃度まで溶解することができる。この
ような固体を連続的に酸化する場合には、固体を
まず臨界超過水相中に溶かすのが有利である。改
質（リフオーミング）の効果は酸化反応器内の発
火温度をかなり低くすることである。酸化を固体
触媒で行う場合、接触酸化に先立つてこの溶液は
燃料の固体触媒表面への物質移動をも促進させる
ことができ、従つて酸化速度が増大する。しか
し、多くの場合に改質の工程は特に必要でなく、
材料は酸化反応器へ行く途中で溶解する。 下水汚物スラツジを酸化する他の実施例におい
ては、第１図に示したようなシステムを用い、
BTU出力2000BTU／lbの下水汚物を使用する。
CH13.3ポンド（スラツジ81.6ポンド）が調整水
100ポンドと共に用いられ、操作圧は3600psi、酸
化反応器からの水のリサイクルは169.4ポンドで
酸化反応器入口部の温度は377℃である。酸素を
酸化剤に用いると、酸化反応器出口部の温度は
1050〓で、ライン２７において水109.3ポンド及
びCO244.9ポンドとなる。このシステムは廃棄
物、牧場飼料廃棄物（feed lot wastes）、農業副
産物、繊維廃棄物、カーペツト廃棄物、ゴム副産
物、森林産品廃棄物、紙及びパルプくず廃棄物等
のような毒性及び有害化学物質を少量含む材料に
ついても用いることができる。 下水汚物スラツジ廃棄物の酸化による処分はス
ラツジの燃焼熱が代表的なものではスラツジ１ポ
ンドについて2000BTUである点で処理が難しい
方の廃棄物処理の典型である。ここで述べた下水
汚物スラツジの酸化プロセスは、前述のプロセス
とは酸化剤が比較的純粋である酸素が好ましい
（98％）点で異なるものである。酸素含有率が高
いときには空気を用いる場合よりもフイードスラ
ツジ濃度をより低くすることができる。 別の実施例においては、10ポンドCH量の下水
汚物スラツジ（スラツジ61.4ポンド）を実質的に
第１図に記載したのと同じシステムで水100ポン
ドと混合される。この実施例は第１Ａ図に示さ
れ、そこでは“ａ”を付された全ての数字の要素
は第１図の相当する数字の要素と同じ意味を表わ
している。温度24℃との水30ポンドが、ライン４
０を経て臨界近接領域の水を受入れる熱交換器か
ら除去される。ラインン１６ａでの水の予熱は、
酸化反応器入口部で十分な熱を獲得して入口部が
377℃の値となつて酸化反応器が単一相で操作で
きるようにするために必要である。ライン２７ａ
は温度549℃で、水107ポンド、CO233.8ポンド及
びN230.8ポンドがタービンを通過し、リサイク
ルの抜出後には水88.3ポンド、CO227.9ポンド及
びN225.4ポンドとなる。酸素の90％が使用され
ている。かくして、スラツジ61ポンド及び水100
ポンドが酸化器流出物30ポンドを熱交換器へ通す
ことによつて193℃に予熱される。フイードの間
接的な予熱効果はフイードの燃焼熱又は濃度を増
加させる効果に類似する。酸化器入口部を所定の
温度にするのに必要なリサイクル比は減少する。
同時に、酸化熱が反応器を通る少量の流体によつ
て吸収されるので酸化器出口温度は上昇する。 例えば反応混合物中で酸素と空気のいずれが用
いられるかによつて、酸化反応器の入口部及び出
口部の特定温度は変化し得る。第２図をも参照さ
れたい。 第３図は熱交換器４１を用いるか、又は用いな
いフイードの予熱効果を示すものである。燃焼熱
が12000BTU／lbのフイード、純酸素及び操作圧
3600psiaに対して、酸化器出口温度とリサイクル
比をフイード濃度の関数として実曲線で示す。こ
の図には、酸化剤の流出物20ポンド（フイード水
100ポンドあたり）を熱交換器によつてフイード
を予熱するのに用いたときに相当する値（破曲
線）をも示す。予熱の程度を大きくすると（即
ち、熱交換器に対する酸化器流出物の割合を大き
くすると）、酸化反応器出口温度が更に上昇し、
リサイクル比がより減少する。 この発明の実施例について説明したが、多くの
改変が可能である。反応器はオステナイト鋼製の
管、円筒又は流動床のような種々の形状とするこ
とができる。塩素のような腐蝕性成分が存在する
場合には、管状反応器をハステロイＣのような耐
蝕性合金で被覆することが好ましい。種々のコン
プレツサー、抽出器等を用いることができる。 パワー・出力は、臨界超過パワー・サイクルに
おいて臨界超過水の膨脹のために、通常製造され
ているタービン類を用いて行うことができる。 本発明の重要な特徴は、酸化反応器において反
応混合物の臨界超過条件で、好ましくは水の臨界
近接条件で単一流体相反応が起ることにある。場
合によつては、酸化は有機材料の発火温度のよう
に水の臨界温度以下の温度で開始させることがで
きる。全ての場合、原料混合物及び得られる生成
物は反応混合物であるものとして考える。酸化器
内での反応のある時点で混合物は臨界超過状態、
好ましくは水の臨界超過状態になり、温度は少な
くとも374℃になり、化学量論量の酸素により実
質上完全に酸化される単一相反応が起る。この発
明の連続的なシステムで用いられる圧力は常に水
の臨界近接領域にあることが好ましい。即ち、常
に少なくとも220気圧である。 前記の各実施例では単一の有機材料についてし
か具体的に述べなかつたが、フイード材料は有機
物の混合物であつてもよいことは理解されてしか
るべきである。場合によつては、有機物の混合物
はその厳密な組成は知られていなくてもよいし、
決めなくてもよい。重要なことは唯、必要な燃焼
熱を有する有機物を十分な濃度で用いて、化学量
論量の酸素と反応させた時流出物の流れが必要な
熱を供給するのを助けてフイードが酸化反応に適
当な状態におかれることである。酸化によつて産
出される熱が流出物の流れのある部分おいて少な
くとも一部反応混合物によつて直接リサイクルし
て用いることができ、反応混合物に熱を供給する
こと、そして（又は）熱交換器に通されて熱交換
器表面を介して反応混合物に熱を供給することは
本発明の重要な特徴である。酸化反応器を通るフ
ローからの流出物の流れの一部が直接、例えば１
７で流れの中へリサイクルされる場合には、実質
的に瞬時に熱移動が起る。簡単な抽出器及びその
他の非機械的撹拌混合手段及び方法を用いること
ができる。場合によつては、酸化反応器からの水
と酸化生成物の流れは動力源又は熱源としてのみ
用いられる。 本明細書で用いている「単一均一流体相」の字
句は存在する流体混合物について、混合物が均一
な、圧力、温度、密度及び濃度にあるという通常
の意味を表わすものである。反応器又は酸化器内
において圧力以外の全てのパラメータは若干変化
するが、任意の断面において全てのパラメータは
単一均一流体相内で実質的に均一である。このよ
うに酸化反応器内で、ある流体が他の流体中に分
散することなく反応混合物が一体となつているこ
とが重要である。
第１図は本発明のプロセスを実施するのに有用
な１装置の系統図である。第１Ａ図は同じく他の
装置の系統図である。第２図は燃焼熱の酸化器出
口部温度及びリサイクル比に及ぼす効果を示すグ
ラフである。第３図はフイード濃度の酸化器出口
部温度及びリサイクル比に及ぼす効果を示すグラ
フである。第４図は水混合物の臨界領域を示すグ
ラフである。 図中符号；１１，１１ａ……フイード・スラリ
ー…タンク、１５，１５ａ……フイード・ポン
プ、１７，１７ａ……抽出器、１９，１９ａ……
酸化反応器、２０，２０ａ……酸化剤供給源、２
２，２２ａ……酸化剤コンプレツサー、２５，２
５ａ……灰分分離器、２６，２６ａ……灰分、２
８，２８ａ……エキスパンダー・タービン、３
０，３０ａ……熱利用要素、４１……熱交換器。
な１装置の系統図である。第１Ａ図は同じく他の
装置の系統図である。第２図は燃焼熱の酸化器出
口部温度及びリサイクル比に及ぼす効果を示すグ
ラフである。第３図はフイード濃度の酸化器出口
部温度及びリサイクル比に及ぼす効果を示すグラ
フである。第４図は水混合物の臨界領域を示すグ
ラフである。 図中符号；１１，１１ａ……フイード・スラリ
ー…タンク、１５，１５ａ……フイード・ポン
プ、１７，１７ａ……抽出器、１９，１９ａ……
酸化反応器、２０，２０ａ……酸化剤供給源、２
２，２２ａ……酸化剤コンプレツサー、２５，２
５ａ……灰分分離器、２６，２６ａ……灰分、２
８，２８ａ……エキスパンダー・タービン、３
０，３０ａ……熱利用要素、４１……熱交換器。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 有機物質、水、及び酸素の反応混合物を形成
し、該混合物を377℃以上の温度及び220気圧以上
の圧力で単一の均一液相にて反応させて該有機物
質を酸化し、もつて該水及び酸化生成物の温度を
上昇させることを特徴とする酸化反応器中におい
て有用エネルギーを得且つ有機物質を酸化する方
法。 ２ 酸化域からの流出物の少なくとも一部が動力
発生器に連絡している特許請求の範囲第１項に記
載の方法。 ３ 有機物質を含有する廃棄物と水との混合物を
形成し、該混合物を酸素と混合して連続流中で反
応混合物を形成し、反応器中で流体中の該有機物
質を実質的に完全に酸化し、377℃以上の温度及
び220気圧以上の圧力下に単一の均一流体相とし
て該混合物を反応させることを特徴とする廃棄物
に含まれる有機物の酸化処理方法。 ４ 有機物質を、無機塩を含有する水及び酸素と
混合して反応混合物を形成し、この場合該有機物
質は該水の２〜25重量％の範囲であり、377℃以
上の温度及び220気圧以上の圧力下に該反応混合
物の単一流体相を形成し、該有機物質を酸化して
流出物の流れ中に450℃以上の温度を得ることを
特徴とする無機塩含有水から無機塩を除去する方
法。 ５ 該無機塩が水の臨界超過状態未満で水に可溶
である特許請求の範囲第４項に記載の方法。 ６ 有機物質を水及び酸素含有流体と混合して混
合物を形成し、377℃以上の温度及び220気圧以上
の圧力下に該混合物を単一な実質的に均一流体相
中で反応させることを特徴とする有機物質を反応
させる方法。 ７ 該混合工程を該水の臨界超過圧力で行い、且
つ該混合物を流動反応器に導入する特許請求の範
囲第６項に記載の方法。 ８ 該有機物質が該混合物の少くとも1.5％であ
る特許請求の範囲第６項に記載の方法。 ９ 該水が該混合物の少くとも40％である特許請
求の範囲第６項に記載の方法。 １０ 該反応が５分以内に行われる特許請求の範
囲第６項に記載の方法。 １１ 該混合物が無機塩を含有し且つ該混合物を
該無機塩が不溶性になるに十分な高温度にする特
許請求の範囲第６項に記載の方法。 １２ 該混合物が塩水であり、該反応の結果が該
塩水の脱塩である特許請求の範囲第１１項に記載
の方法。 １３ さらに該反応によつて発生する有用な動力
を回収する工程を含む特許請求の範囲第６項に記
載の方法。 １４ 望ましくない有機物質を該反応において化
学組成物に変える特許請求の範囲第６項に記載の
方法。 １５ 該反応による高温生成物を該反応に再導入
する特許請求の範囲第６項に記載の方法。 １６ 該反応による高温生成物の再導入が該反応
を維持する全熱エネルギーを与える特許請求の範
囲第１５項に記載の方法。 １７ 該反応からの流出物の一部を該混合物に加
える特許請求の範囲第１５項に記載の方法。 １８ 該有機物質をまず該水と混合して予備混合
物を形成し、次いでこの予備混合物を酸素含有流
体と混合して該混合物を形成する特許請求の範囲
第６項に記載の方法。 １９ 有機物質、水及び酸素含有ガスよりなる反
応混合物を形成し、該反応混合物を酸化領域に流
し、反応生成物を220気圧で377℃以上である酸化
温度となし、且つ酸化領域中の水を約0.7ｇ／cm3
以下である臨界超過密度となし、反応混合物中の
酸素及び有機物質の割合と、酸化領域を通るこれ
らの流速を制御して有機物質を酸化領域中で酸化
することを特徴とする有機物質の酸化方法。 ２０ 該有機物質をまず該水と混合して予備混合
物を形成し、次いでこの予備混合物を酸素含有流
体と混合して該混合物を形成する特許請求の範囲
第１９項に記載の方法。 ２１ 酸化領域の平均温度が400℃以上で実質的
完全酸化の残留時間が５分以内である特許請求の
範囲第１９項に記載の方法。 ２２ 該有機物質が燃料、毒性物質、有害廃棄物
及びこれらのスラリー又は溶液からなる群から選
ばれる特許請求の範囲第１９項に記載の方法。 ２３ 酸化領域からの流出物の温度が450℃以上
になり、無機塩が流出物から沈殿する特許請求の
範囲第１９項に記載の方法。 ２４ 酸化領域からの流出物の少くとも１部をリ
サイクルし酸化領域に入る水を予熱する特許請求
の範囲第１９項に記載の方法。 ２５ 酸化領域からの流出物を温度を上昇させる
熱及び反応混合物の圧力を上げるエネルギーを与
えるために用いる特許請求の範囲第１９項に記載
の方法。 ２６ 該酸化領域に達する前に有機物質の発火点
に達する特許請求の範囲第１９項に記載の方法。 ２７ 有機物質の濃度が、化学量論的量の酸素と
反応した場合に、流出物流が有用なエネルギー源
を与えるに十分な温度となるに必要な燃焼熱を与
えるに十分な濃度である特許請求の範囲第１９項
に記載の方法。 ２８ 酸化領域からの流出物を熱交換器を通し及
び／又は直接該混合物に加え、該反応用の熱を与
える特許請求の範囲第１９項に記載の方法。 ２９ 該反応混合物に熱と圧力を供給して、反応
混合物の少くとも発火温度である選定した初期温
度及び水の臨界圧力である選定した反応圧力とな
し、酸化領域からの臨界超過流出物の少くとも１
部をリサイクルする特許請求の範囲第１９項に記
載の方法。 ３０ 該有機物質の燃焼熱が該酸化領域における
温度を450℃以上にするに十分である特許請求の
範囲第１９項に記載の方法。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US06/147,946 US4338199A (en) | 1980-05-08 | 1980-05-08 | Processing methods for the oxidation of organics in supercritical water |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS574225A JPS574225A (en) | 1982-01-09 |
| JPH0138532B2 true JPH0138532B2 (ja) | 1989-08-15 |
Family
ID=22523570
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6841481A Granted JPS574225A (en) | 1980-05-08 | 1981-05-08 | Oxidizing treating method for organic matter in super critical water |
Country Status (16)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4338199A (ja) |
| JP (1) | JPS574225A (ja) |
| AU (1) | AU537322B2 (ja) |
| BE (1) | BE888696A (ja) |
| BR (1) | BR8108586A (ja) |
| CA (1) | CA1166771A (ja) |
| CH (1) | CH653320A5 (ja) |
| DE (1) | DE3118348C3 (ja) |
| FR (1) | FR2481949A1 (ja) |
| GB (1) | GB2075484B (ja) |
| IT (1) | IT1137570B (ja) |
| MX (1) | MX159251A (ja) |
| NL (1) | NL192037C (ja) |
| NO (1) | NO820016L (ja) |
| SE (1) | SE467052B (ja) |
| WO (1) | WO1981003169A1 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11253710A (ja) * | 1998-02-02 | 1999-09-21 | General Atomics Inc | 固体分離装置および固体分離方法 |
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