WO2007032163A1

WO2007032163A1 - 有機廃棄物の酸化処理方法と、有機廃棄物の酸化処理装置

Info

Publication number: WO2007032163A1
Application number: PCT/JP2006/315702
Authority: WO
Inventors: Yukihiko Karasawa
Original assignee: Karasawa Fine, Ltd.
Priority date: 2005-09-16
Filing date: 2006-08-09
Publication date: 2007-03-22
Also published as: JPWO2007032163A1; TW200712012A

Abstract

【課題】　複雑な制御を必要とせずに、効率よく有機廃棄物を処理できる酸化処理方法および酸化処理装置を提供することである。【解決手段】　スラリー状の有機廃棄物を圧送する供給ポンプＰと、この供給ポンプＰで搬送される有機廃棄物の搬送経路中に設け、有機廃棄物を酸化反応させる反応セクション２，３，４と、上記反応セクションに設けた加熱手段ＴＣ１と、上記有機廃棄物の搬送方向を基準として、上記加熱手段ＴＣ１より上流に設け、酸素または空気を供給する酸素供給手段５と、この酸素供給手段５と上記加熱手段ＴＣ１との間に設け、スラリー状の有機廃棄物に酸素または空気を混合するための混合手段９とを備え、上記反応セクション内を飽和水蒸気圧未満で、２００°C以上に維持する構成にした。

Description

明細書

有機廃棄物の酸化処理方法と、有機廃棄物の酸化処理装置

技術分野

[0001] この発明は、例えば、生活生ごみや、鶏糞、焼酎の製造過程で発生する廃液等の有機廃棄物を分解するための酸化処理方法および酸化処理装置に関する。背景技術

[0002] これまでに知られている有機廃棄物の酸ィ匕処理装置では、複数の反応タンクを直列に接続するとともに、それら反応タンクのさらに上流側に、ポンプを主要素とする圧送機構を設けている。そして、スラリー状の有機廃棄物を、上記圧送機構を介して反応タンクに搬送するが、反応タンクに搬入されるスラリー状の有機廃棄物は、あらかじめ加熱しておく。ただし、反応が進めば、その酸化熱によって酸化処理ができるので、上記加熱は初期段階だけで足りる。また、スラリー状の有機廃棄物を滞留させる反応タンクには、高圧の酸素を供給する酸素供給手段を設け、この酸素供給手段から高圧酸素を上記反応タンクに供給するようにして、る。

[0003] 上記のようにして反応タンクに搬入された有機廃棄物のスラリーは、各反応タンクに滞留するが、その滞留過程で酸化反応が促進される。そして、上流側の反応タンクで酸化反応された有機廃棄物は、下流側の反応タンクに順次搬送されるものである。なお、最下流の反応タンク内には触媒を設け、触媒によって酸化反応がさらに促進されるようにしている。このようにして複数の反応タンクを経由しながら、最終的に有機廃棄物は完全燃焼するが、この完全燃焼した有機廃棄物は、水と炭酸ガスとに分離して排出される。

[0004] 上記のようにした装置において、反応タンク内を超臨界の状態に保てば、その酸ィ匕反応を短時間で行なえることは、周知のことである。しかし、超臨界の状態では、ほとんどの物質が短時間に酸化されてしまうので、超臨界に耐えうる反応タンクを実現することはほとんど不可能である。そのために、超臨界の下で酸ィ匕処理するという理論は一般的に認められている力上記のような理由から、それを実現できないでいる。

[0005] そこで、実際には、反応タンク内を飽和水蒸気圧以上に保って、 200°C以上の水を生成し、この水の中で酸ィ匕処理するようにしている。なお、ここでは、このような飽和水蒸気圧以上であって、 200°C以上の水を亜臨界水と定義する。そして、亜臨界水の下では、それに耐えうる反応タンクを得ることができる。また、上記のようにして生成された亜臨界水は、飽和水蒸気圧以上に保たれているので、反応タンク内では、常に、液体の状態に保つことができる。反応タンク内が液体の状態に保たれていれば、酸化反応がより促進されることになる力その理由は次の通りである。

[0006] まず、有機廃棄物を速やかに酸化処理するためには、必要十分な酸素量と、高温とが必要である。そして、有機廃棄物が乾いた状態での酸化反応、すなわち、空気中での燃焼では、酸素を確保することは可能である力燃焼温度が、 1000°C近くまで上昇してしまう。そのため、乾式酸ィ匕方式の燃焼装置には、非常に高い耐熱性が要求される。その上、この乾式酸化では、完全燃焼させることは難しぐ乾式酸化での有機廃棄物の分解率は、 95%程度が限度であった。

[0007] これに対し、亜臨界水中での湿式酸ィ匕反応を利用した場合には、 200°C以上の低い温度で酸化反応が起こり、しかも、有機廃棄物の供給量などの条件を整えれば、 9 9%以上の分解率を得られることが知られている。そこで、有機廃棄物の高分解率が求められた場合には、亜臨界水中での湿式酸ィ匕が一般的であった。

[0008] また、上記のような水中での酸ィ匕反応を行なうためには、図 6の斜線で示したエリア E1内の条件を満たす必要がある。なお、図 6のグラフは、横軸を圧力、縦軸を温度としたグラフで、曲線 Aが飽和水蒸気圧を示している。そして、酸化反応を行なうためのエリア E1内の条件とは、温度が 200°C以上であって、圧力が飽和水蒸気圧以上のことである。

このような反応条件を満たすためには、反応タンクに供給されるスラリーを 200°C以上に初期加熱するとともに、酸素の供給圧とスラリーの押し込み圧とによって、飽和水蒸気圧以上の圧力を保つことが必要になる。

特許文献 1：特開平 10— 263562号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0009] 上記のような反応装置において、初期加熱後、酸化反応が始まれば、酸化熱が発生する。このように一度酸化熱が発生すれば、その後は、特に加熱しなくても反応に必要な温度を得ることができる。場合によっては、反応の繰り返しによって、反応タンク内の温度がどんどん上昇することもある。

反応タンク内の温度が上昇して、その温度に対応する基準となる飽和水蒸気圧が上昇したときには、亜臨界水を維持するために、反応タンク内の圧力を上昇させなければならない。言い換えると、温度と圧力との対応関係を、図 6のエリア E1内に収まるような制御が必要になる。例えば、図中のポイント P1の状態で反応を開始して、酸化熱によって温度が上昇し、ポイントが P2に移動した場合には、タンク内が飽和水蒸気圧未満になってしまう。ポイント P2の温度で、飽和水蒸気圧以上を維持するためには、圧力を上げてポイント P3の状態にしなければならない。このように圧力を制御するためには、当該装置の出口側に圧力制御バルブを設けて、温度に応じてバルブの開度を制御したり、スラリーの供給量を調整したりしなければならない。

このように従来の方法では、温度と圧力との相対関係を維持するために、複合的な制御が必要になる。そのために、制御が複雑になるとともに、その制御系も複雑ィ匕するという問題があった。

[0010] また、装置の耐圧性あるいは耐熱性を考慮したときには、それら圧力あるいは温度の制御がさらに複雑になる。例えば、温度がどんどん上昇していったときには、装置内の圧力を上記エリア E1内に収めるために、圧力も上昇させなければならない。しかし、温度上昇に合わせて圧力をどんどん上げていくと、今度は、装置の耐圧力を超えてしまうことがある。そこで、装置内の温度を下げて飽和水蒸気圧を下げなければならない。し力も、温度も、装置の耐熱性の観点力すると限界があり、耐熱温度を超えないように、装置内温度も制御しなければならない。このように、圧力と温度とが上記エリア E1内にあっても、圧力あるいは温度を、耐圧性あるいは耐熱性の観点から、さらに制御しなければならないので、制御体系が複雑化し、その分、コンピュータソフトゃ、センサーなどが高価になるという問題があった。

[0011] この発明の目的は、圧力と温度との相対関係を維持するための複合的な制御を必要とせず、しかも、高分解率で有機廃棄物を処理できる酸化処理方法および酸化処理装置を提供することである。課題を解決するための手段

[0012] 第 1の発明は、スラリー状の有機廃棄物に、酸素または空気を混合し、この酸素または空気を混合したスラリー状の有機廃棄物を、飽和水蒸気圧未満のもとで、 200°C 以上の水蒸気の雰囲気中で酸化反応させることを特徴とする。

なお、上記酸ィ匕反応が行なわれるには、 200°C以上が必要である力理論的には、温度が高ければ高いほど反応速度が速くなるので、温度の上限はない。また、プロセスでの圧力は、初期段階でのスラリーの押し込み圧と酸素供給圧とで決まる。それ以後は、特に圧力制御を必要としない。なぜなら、有機廃棄物の温度が上昇すれば、それにともなって圧力も多少上昇するが、その圧力は、飽和水蒸気圧以上の高い圧力になることはまずな、からである。

[0013] 第 2の発明の、有機廃棄物の酸化処理装置は、スラリー状の有機廃棄物を圧送する供給ポンプと、この供給ポンプで搬送されるスラリー状の有機廃棄物の搬送経路中に設け、有機廃棄物を酸化反応させる反応セクションと、上記反応セクション内に設けた加熱手段と、上記スラリーの有機廃棄物の搬送方向を基準として、上記加熱手段より上流に設け、酸素または空気を供給する酸素供給手段と、この酸素供給手段と上記加熱手段との間に設け、スラリー状の有機廃棄物に酸素または空気を混合するための気液混合手段とを備え、上記反応セクション内を飽和水蒸気圧未満で、 20 0°C以上に維持する構成にしたことを特徴とする。

[0014] なお、この第 2の発明においても、上記第 1の発明と同様に、上記酸化反応が行なわれるには、 200°C以上が必要である力理論的には、温度が高ければ高いほど反応速度が速くなるので、温度の上限はない。また、装置内の圧力は、初期段階でのスラリーの押し込み圧と酸素供給圧とで決まる。それ以後は、特に圧力制御を必要としない。なぜなら、装置内の温度が上昇すれば、それにともなって圧力も多少上昇する力その圧力は、飽和水蒸気圧以上の高い圧力になることはまずないからである。

[0015] 第 3の発明の、有機物の酸化処理装置は、上記第 2の発明を前提とし、上記加熱手段を制御するコントローラと、上記反応セクション内の温度を検出して、その温度検出値を上記コントローラへ入力する温度センサーとを備え、上記コントローラは、入力された温度検出値に基づき、反応セクション内の温度を 200°C以上に保っために、上記加熱手段を制御する点に特徴を有する。

反応セクション内の温度を 200°C以上に保っため、コントローラは温度センサーの検出値に基づいて、加熱手段を制御する。例えば、反応セクション内の温度が設定値以下になったときには、加熱手段を用いて加熱する。

発明の効果

[0016] 第 1〜第 3の発明によれば、有機廃棄物の酸化反応環境を、飽和水蒸気圧以上に維持する必要がないため、温度と圧力との複合的な制御が不要になる。し力も、 200 °C以上の水蒸気の雰囲気中で酸化反応させるので、高分解率の酸化処理ができるまた、飽和水蒸気圧以下の低い圧力で処理できるので、その分、処理装置の運転のために供給するエネルギーを少なくできる。

[0017] 上記のように設定圧力を低くできるので、装置の耐圧性能を低くすることができる。

従って、設備コストを低く抑えることができる。特に、高圧ガス保安法の基準値 (現行では 5MPa)以下の圧力で処理すれば、高圧ガス保安法で定めた保安員を必要とせず、その分のコストを下げることができる。

発明を実施するための最良の形態

[0018] 従来は、亜臨界水を用いれば、乾式での燃焼よりも低い温度で酸ィ匕処理ができるとともに、そのときの分解率が高いものになると考えられていた力その理由は、必ずしも明らかにされていな力つた。

[0019] 本出願人は、湿式酸化が、乾式酸化よりも低い温度で酸化処理ができ、し力も、その分解率が高くなるのは、水が酸ィ匕反応の触媒として機能しているためと考えた。このように考えれば、水の分子が反応の雰囲気中に存在すればよぐ水の形態が液体でなくても、水蒸気であればよいということになる。このような本出願人の仮説の下で、水蒸気中での実験を行ったところ、酸化処理された有機廃棄物の分解率が、従来の亜臨界水を用いた場合よりも、高、と、う結果が得られた。

[0020] 従来の湿式酸化は、液体中で行われなければならな、と考えられて、たが、水蒸気の雰囲気中でも十分に酸ィ匕反応が行われるという、従来には全くな力つた新たな理論の下で構成したのが、以下に説明する実施形態である。 [0021] 図 1〜図 6を用いてこの発明の実施形態を説明する。

図 1に示す装置は、処理対象物であるスラリー状の有機廃棄物をストックするタンク 1の下流側に、供給ポンプ Pを設けている力この供給ポンプ Pは、上記タンク 1からスラリーを吸い込んで、それを吐出するものである。また、この供給ポンプ Pの下流側には、第 1〜3反応タンク 2〜4を直列に接続しているが、上記供給ポンプ Pと第 1反応タンク 2との間には、その上流側から第 1酸素供給手段 5および気液混合手段 9を設けている。従って、供給ポンプ Pから吐出された上記スラリー状の有機廃棄物には、第 1 反応タンク 2に到達する過程で、第 1酸素供給手段 5から酸素が供給される。そして、有機廃棄物が気液混合手段 9を通過することによって、上記スラリー中の有機物がより細力べ粉砕されるとともに、酸素の気泡も細力べなる。したがって、細かい酸素の気泡と細力べなった有機物粒子とが均一に混合されることになる。

[0022] V、ずれにしても、気液混合手段 9で、細か、酸素の気泡と細力べなった有機物粒子とが均一に混合されることによって、有機物の粒子表面に酸素を十分に行き渡らせることができる。有機物の表面に酸素が十分に行き渡れば、より速やかに、かつ均一な酸化反応が行われることになる。

[0023] このようにした気液混合手段 9は、酸素と空気とスラリー状の有機廃棄物とを均一に混合する手段なので、第 1酸素供給手段 5の下流側に設けなければならない。しかし、気液混合手段 9で混合した均一分散状態のスラリー状の有機廃棄物が、第 1反応タンク 2まで保たれて、なければならな、ので、第 1酸素供給手段 5の下流側であつても、第 1反応タンク 2からあまり離れない場所に設けた方がよい。

[0024] また、上記第 1〜3反応タンク 2〜4のうち、最上流に位置する第 1反応タンク 2には、温度制御機構を設けているが、この温度制御機構は、加熱用の熱風を第 1反応タンク 2の周囲に供給する加熱手段 TC 1と、冷却用の冷風を第 1反応タンク 2の周囲に供給する冷却手段 TC2とからなる。そして、この加熱手段 TC1と冷却手段 TC2とのいずれかを、いつ動作させるかは、後で詳しく説明するコントローラ Cが実行するものである。

[0025] 上記のようにした加熱手段 TC1は、第 1反応タンク 2に搬入されたスラリーを加熱して、酸ィ匕処理のトリガーになるようにしている。この加熱手段 TC1で加熱されたスラリ一状の有機廃棄物は、第 1反応タンク 2内で酸化反応して酸化熱を出すが、一度、酸化熱が発生してしまえば、以後は、有機廃棄物を加熱手段 TC1で直接加熱しなくても、上記酸化熱で酸化反応が促進されることになる。ただし、第 1反応タンク 2内の温度が下限設定値である 200°Cを下回ったときには、コントローラ Cは、加熱手段 TC 1を動作させて、第 1反応タンク 2を加熱し、その温度を下限設定値である 200°C以上に保つ。

[0026] 一方、上記温度制御機構の冷却手段 TC2は、第 1反応タンク 2が、当該装置の耐熱強度を超える温度になったときに、第 1反応タンク 2を冷却する冷風を供給するものである。

なお、上記加熱手段 TC1は、上記のように熱風を供給するようにしたが、第 1反応タンク 2の周囲に電熱線を巻き付け、この電熱線の熱で第 1反応タンク 2を加熱するようにしてもよい。また、上記冷却手段 TC2も、冷風を供給するのではなぐ第 1反応タンク 2に冷却水を直接噴霧するようにしてもょ、。

[0027] そして、第 1反応タンク 2で酸化処理された有機廃棄物は、第 1反応タンク 2の上方から流出して、第 2反応タンク 3にその底部側力流入する。ただし、この第 2反応タンク 3には、第 1反応タンク 2のように温度制御機構を設けていない。なぜなら、第 2反応タンク 3には、酸化熱を保有した有機廃棄物が供給されてくるので、加熱手段 TC1がなくても、スラリーが保有している酸化熱だけで、十分に酸化反応が促進されるからである。また、第 2反応タンク 3に冷却手段 TC2も設けていないが、それは、上記のように第 1反応タンク 2が冷却手段 TC2で冷却されれば、それにともなって有機廃棄物も冷却されるので、その冷却された有機廃棄物が流入する第 2反応タンク 3がそれほどオーバーヒートしないであろうことを前提にしたためである。もし、第 2反応タンク 3が耐熱温度以上に上昇することを想定するなら、この第 2反応タンク 3にも冷却手段を設けてもよい。

[0028] 上記のようにした第 2反応タンク 3で酸化処理された有機廃棄物は、第 2反応タンク 3の上方力流出して、第 3反応タンク 4にその底部側力流入する。なお、この第 2 反応タンク 3から第 3反応タンク 4への流通過程には、その上流側力も第 2酸素供給手段 6および気液混合手段 10を設けている。従って、第 2酸素供給手段 6から酸素が供給された有機廃棄物は、第 3反応タンク 4に流入する直前に、気液混合手段 10 によって均一分散される。

[0029] 上記のように第 3反応タンク 4と第 2酸素供給手段 6との間に、気液混合手段 10を設けたのは、上記第 2反応タンク 3から排出された有機廃棄物に、未反応の有機物粒子が残っているとき、その有機物粒子をより微粒子化するためである。このように有機物粒子を微粒子化すれば、有機物粒子の表面積が大きくなり、その分、有機物に酸素が接触する面積が大きくなる。したがって、第 3反応タンク 4における酸化反応がより速やかに行われ、完全燃焼が実現する。

[0030] なお、上記酸素の供給量は、次のようにして決められる。例えば、酸化処理をするための有機廃棄物の固形分濃度が決まれば、それを完全燃焼させるために必要な酸素の総量が必然的に決まる。この必要な酸素総量を、上記第 1, 2酸素供給手段 5 , 6で分割して供給するようにしている。従って、第 2酸素供給手段 5では、必要酸素総量から、第 1酸素供給手段 5で供給した酸素量を差し引いた酸素を供給することになる。また、上記第 2酸素供給手段 6は、必ずしも、第 3反応タンク 4の上流側に設ける必要はなぐ第 2反応タンク 3の上流側に設けてもよい。そして、上記必要酸素総量を、どのように配分するかは、効率の良い酸化処理を基準に決めればよい。従って、酸化処理の効率と!/、う観点から、各反応タンクの上流側である 3力所に酸素供給手段を設けてもよいことになる。

[0031] 上記のような第 2反応タンク 3、第 2酸素供給手段 6および気液混合手段 9を経由したスラリー状の有機廃棄物は、第 3反応タンク 4に流入するが、この第 3反応タンク 4には、触媒を充填した触媒層 4aを設けている。従って、この第 3反応タンク 4内では、触媒層 4aの触媒によって、酸化反応がさらに促進される。このことからも明らかなように、上記第 1反応タンク 2および第 2反応タンク 3では単純湿式酸化反応が行われ、第 3 反応タンク 4内では湿式触媒酸化反応が行われることになる。

[0032] また、上記第 3反応タンク 4の下流側には、上流側力順にバルブ機構 7と気液分離槽 8とを設けている。

そして、上記バルブ機構 7は、例えば、図 2に示すように、開閉バルブ 15〜18を設けた通路 11〜14と、オリフィス 20を設けた通路 19とからなるブリッジ回路で構成される。このブリッジ回路では対向するバルブ 15, 17の組と、ノレブ 16, 18の組とのいずれか一方の組のバルブを開状態とし、他方の組のバルブを閉状態とすることによつて、第 3反応タンク 4から排出された処理流体を、通路 19を通して気液分離槽 8へ導くようにしている。

[0033] 例えば、バルブ 15, 17を開状態として、バルブ 16, 18を閉状態とした場合、処理流体は矢印 21および矢印 22の方向に流れ、上記バルブの開閉状態を反対にすれば、流体は矢印 23および矢印 24の方向に流れる。このように流れの方向を変えられるようにしたのは、目詰まりした原因を取り除けるようにするためである。例えば、オリフィス 20が目詰まりしてしまったとき、その目詰まりしたときの流れ方向とは反対方向の流れを作れば、目詰まりを解消できる。

[0034] なお、このブリッジ回路では、上記通路 19のオリフィス 20の開度を可変とし、このォリフィス 20の開度を調整して、処理中の装置内圧力を制御できるようにしている。なお、この圧力を制御する目的は、装置内の圧力が当該装置の耐圧強度以上にならな、ようにすることと、装置内の圧力がある程度以上になるようにするためである。

[0035] 上記のように装置内の圧力をある程度以上に上げるのは、装置内の酸素の体積を圧縮するためである。もし、酸素の体積を圧縮しないと、酸素の体積が極端に大きくなり、それに対応した装置体積が必要になる。そこで、上記のように酸素を圧縮してその体積を小さくし、装置自体も小型化できるようにしている。また、酸素と液体とを混合するときには、それら両者の体積が近い方が均一な分散状態を作りやすくなる。そこで、装置内の圧力を設定圧以上に保って、体積の大きな酸素を圧縮し、酸素の体積をスラリー状の有機廃棄物の体積に近づけるようにして、る。

[0036] また、上記バルブ機構 7は、上記可変オリフィス 20を、開口径を異にした 4個の固定才リフィス 20a、 20b、 20c、 20dで構成して!/ヽる。すなわち、図 3【こ示すよう【こ、 4偶の固定オリフィス 20a、 20b、 20c、 20dを並列に設け、これらのオリフィスのそれぞれに対して、開閉バルブ 25a、 25b、 25c、 25dを直列に設けている。

[0037] 上記のようにしたバルブ機構 7は、開閉ノレブ 25a〜25dを開状態にすることによつて、その開いた開閉バルブに対応した固定オリフィスが流通可能になる。従って、いずれの開閉バルブを開くかによつて、開口径を異にした固定オリフィスを選択できることになり、その選択の状況によって、オリフィス 20を実質的に可変にできる。なお、開閉バルブ 25a〜25dは、それらを一つだけ開いてもよいし、複数の開閉バルブを組み合わせて開くようにしてもよい。また、各固定オリフィスの開度は、処理流体の流量によって決めればよぐ 4個のオリフィスの開度を全て異なるようにすることは、必須の条件ではではない。

[0038] 上記のようにオリフィス 20を可変オリフィスにしたのは、装置内の初期設定圧を設定するためである。例えば、有機廃棄物の固形分濃度に応じて必要酸素量が変化する力その酸素量に応じて、当該酸素を圧縮するために必要な圧力が変化するので、これに応じて初期設定圧を決めるためである。

[0039] そして、最終的には、第 1〜3反応タンク 2〜4を経由して、有機廃棄物のスラリーが酸化処理されるが、この酸化処理によって生成された水と二酸化炭素ガスは、上記気液分離槽 8で分離されて排出される。したがって、上記第 1〜第 3反応タンク 2〜4 力この発明の反応セクションを構成することになる。

[0040] 一方、上記供給ポンプ Pのスラリー供給量の制御、第 1, 2酸素供給手段 5, 6による酸素供給量の制御、バルブ機構 7の開閉バルブの選択による圧力制御、あるいは温度制御機構による温度制御は、コントローラ Cで制御されるようにしている。すなわち、コントローラ Cには、温度センサー TSと圧力センサー PSとを接続し、当該装置内の温度信号と圧力信号とが入力されるようにしている。また、コントローラ Cは、上記温度センサー TSの温度信号に基づいて、加熱手段 TC1から熱風を出力させたり、あるいは冷却手段 TC2から冷風を出力させたりする。

[0041] なお、上記実施形態における第 1, 2酸素供給手段 5, 6は、スラリー状の有機廃棄物の搬送経路に、上記高圧酸素あるいは空気の、ずれを供給するものであればょ、。要するに、上記搬送経路に酸化反応に必要な酸素が供給されればよい。このように搬送経路に酸素あるいは空気を供給する酸素供給手段は、この発明の必須の構成要素である。なぜなら、上記搬送経路で有機廃棄物の完全燃焼に必要な酸素が供給されないと、有機物が炭化してしまうからである。

[0042] また、上記第 3反応タンク 4と圧力制御機構 7との間には、図示していない冷却手段を設けて処理後の気液混合流体を冷却している。そして、気液分離槽 8で、有機廃棄物のスラリーの酸化反応によって生成した水と二酸化炭素ガスとを分離して排出するようにしている。

[0043] 次に、上記のような酸化処理装置を用いた処理方法を説明する。

最初に、有機廃棄物の種類に応じて、スラリーの有機廃棄物の時間当たりの供給量を決めるとともに、その有機廃棄物の固形分濃度に応じて必要酸素量を決める。また、このように有機廃棄物の供給量と酸素供給量とが決まった段階で、それを前提にしながら、飽和水蒸気圧未満になるように、装置内の必要圧力を決める。

[0044] 上記のように有機廃棄物の時間当たりの供給流量に基づいて、コントローラ Cを介して供給ポンプ Pの吐出量を設定し、必要酸素量に基づいて、コントローラ Cを介して、第 1, 2酸素供給手段 5, 6による酸素の押し込み量と押し込み圧力とを設定し、さらに、コントローラ Cを介して、バルブ機構 7の開度を設定する。

[0045] そして、処理対象である有機廃棄物を、供給タンク 1からポンプ Pによって第 1反応タンク 2に圧送するが、その圧送過程で、第 1酸素供給手段 5から高圧酸素を供給するとともに、第 1酸素供給手段 5の下流に設けた気液混合手段 9によって酸素と上記スラリー状の有機廃棄物とを混合する。このように酸素と十分に混合された有機廃棄物は、第 1反応タンク 2に供給されるが、このとき第 1反応タンク 2を加熱手段 TC1で加熱する。したがって、第 1反応タンク 2に供給された有機廃棄物は、酸化反応して酸化熱を発生する。

[0046] そして、このときの第 1反応タンク 2の内部温度を 200°C以上、例えば 270°Cに加熱するようにしているが、理論的には、温度が高ければ高いほど、酸化反応はより促進される。したがって、反応タンク内の温度は、 200°C以上何度でもよいが、実際には、装置の耐熱強度を考慮して、その耐熱温度以下に維持する必要がある。このような条件の中で、 200°Cを下限としたのはあくまでも実験に基づいて定めたもので、その実験によれば、 200°C以上の温度であれば、速やかに酸化反応が行わることが判明したものである。

[0047] 上記のように第 1反応タンク 2内の温度を 270°Cに設定しているが、その酸化反応の状況に応じては、第 1反応タンク 2内の温度がさらに上昇し、上記耐熱温度を超える場合もある。このようなことを考慮して、この装置では、温度センサー Tsが検出した温度信号に基づいて、コントローラ Cに装置内温度を監視させ、もし、上記耐熱温度以上になったときには、コントローラ Cが冷却手段 TC2を動作させて、第 1反応タンク 2を冷やすようにしている。

[0048] 上記のようにして第 1反応タンク 2で酸化反応が始まれば、酸化熱が発生するので、スラリー状の有機廃棄物はその酸化熱による高温を維持したまま、固気液混相流体となって、第 2反応タンク 3、第 3反応タンク 4へ搬送されていく。このとき、コントローラ Cは、圧力センサー Psからの圧力信号に基づいて装置内圧力を監視し、その圧力が当該装置の耐圧強度を超えるときには、コントローラ Cが、バルブ機構 7を開いて、装置内の圧力を下げる。

[0049] また、装置内の温度が上昇すると、装置内の圧力も上昇傾向になるが、温度上昇にともなって上昇する圧力は、飽和水蒸気圧以上になることはほとんどない。したがつて、コントローラ Cは、飽和水蒸気圧を基準にした圧力制御はしていない。言い換えると、この実施形態では、従来のように温度と圧力との相対関係を維持するための複合的な制御はして、な、。

[0050] 一方、温度が 200°C未満になってしまうと、有機物の酸化反応が確実に行なわれないで、未反応物が残ってしまうことがある。したがって、装置内の温度が 200°C未満になったときには、その温度を 200°C以上しなければならない。そこで、図 1に示す装置では、第 1反応タンク 2の出口付近に温度センサー Tsを取り付けて内部温度を検出し、その検出した温度信号をコントローラ Cへ入力するようにしている。コントローラ Cでは、入力された温度信号に基づいて、上記加熱手段 TC1を制御する。ただし、第 1反応タンク 2内には、酸化熱が発生するので、温度が下がることはほとんどない。したがって、この加熱手段 TC1で第 1反応タンク 2を加熱するのは、ほとんど初期段階だけになる。

[0051] なお、この実施形態の処理方法は、上記のように圧力は飽和水蒸気圧未満、温度は 200°C以上の加熱水蒸気の雰囲気で、有機廃棄物の酸化処理を行なうものである力図 6のグラフにおける淡濃度のエリア E2が、上記の条件を満たす範囲である。

[0052] 上記の処理条件で酸化処理実験を行ったが、その結果を実験 1として図 4に示した。また、比較実験として、従来の処理方法に基づいて処理実験を行い、その結果を実験 2として図 5に示した。なお、このこの実験 2は、図 6の横線で示したエリア E1内の条件で行つたものである。

また、これらの実験に用いた処理対象物は、生活生ごみに水を加えたスラリーである。

実験結果として、図 4、図 5には、処理前後の BOD (biochemical oxygen demand)、 COD (chemical

oxygen demand) Mn、 CODCr、 SS (固形分）と、分解率（％)とが示されている。

[0053] (実験 1)

実験 1は、図 4に示すように、上記スラリー状の有機廃棄物をポンプ Pで、 350 (ml Zmin)圧送するとともに、第 1反応タンク 2の加熱手段 TC1を 250 (°C)に設定し、酸素供給量が 20. 3 (Nl/min)に対応する空気を第 1酸素供給手段 5から供給した。このときの酸ィ匕反応に基づく温度すなわち従属処理温度は、 276〜318 (°C)であつた。ただし、この従属処理温度は、第 1反応タンク 2の出口付近の温度センサー Tsで測定したものである。上記のように従属処理温度が上記加熱手段 TC1の設定温度よりも高くなつている力これは酸ィ匕処理における酸ィ匕熱の作用によるものである。また、圧力センサー Psで検出した処理圧力は、 4. 0〜4. 5 (MPa)であり、当該装置の耐圧'性の範囲内にあった。

[0054] 上記のような酸化処理を行った結果、 CODMnの値力処理前〖こは 44000 (mgZ

1)であったのが、処理後には 133 (mgZl)となった。また、 CODMnを基にした分解率は 99. 700 (%)を達成し、 SS (固形分）の値力処理前の 40000 (mgZD力ら、処理後には 3 (mgZDとなり、分解率 99. 993 (%)と、きわめて高い分解率を達成できた。

[0055] (実験 2)

実験 2は、図 5に示すように、処理圧力を 7. 7〜8. 2 (MPa)とし、このときの従属処理温度は 203〜296 (°C)であった。これは、図 6のエリア E1内で処理を行っていることを示している。また、酸素供給量は、 20. 3 ( 71^11)、スラリー供給量は350 (1111 Zmin)であり、実験 1と同じである。

その結果、 CODMnの分解率は 99. 333 (%)、 SS (固形分）の分解率は 99. 980 (%)とであった。

[0056] この結果から、飽和水蒸気圧以下の過熱水蒸気の雰囲気内で処理した方が、従来の飽和水蒸気圧以上の亜臨界水中で処理した場合よりも、高い分解率で処理できることが分力つた。

例えば、 CODMnの分解率は、この実施形態の方法を用いた実験 1の場合、 99. 7 00 (%)であり、従来方法の実験 2の場合、 99. 333 (%)であった。どちらも 99 (%) 以上の高い分解率のように見える力未分解率を考えると、実験 1では 300ppmであるのに対し、実験 2では 667ppmである。つまり、実験 1は、未分解物の量が、実験 2 よりも倍以上少ない。このように未分解率で実験 1と実験 2とを比較すれば、実験 1の方力酸化処理効率が極めて高いことが分かる。

[0057] このように、分解率に大きな差が出た理由は、次のように考えられる。

従来方法では、酸素が、気体中と水中との両方に存在するが、水中で酸化反応を行っていたため、水中の溶存酸素のみが酸ィ匕反応に寄与していた。ところが、水中の溶存酸素量には限界があるため、水中の有機物粒子の表面に酸素力 ^、きわたりにくかった。

また、実際にも、酸化反応によって水中の酸素が消費されなければ、気体中の酸素はそれ以上水中に溶け込まない。言い換えると、水中の酸素が消費された分量だけ、気体中の酸素が水中にとけ込むことになる。しかし、水中の酸素が、上記のように消費されたとしても、気体中の酸素が、瞬時に水中にとけ込むわけではない。つまり、気体中の酸素が水中にとけ込むのに時間を必要とする。

[0058] 上記のように酸素が水中にとけ込むのに時間が力かると、水中への酸素の供給タイミングが遅れてしまう。酸素の供給タイミングが遅れると、その遅れ分だけ、水中の有機物粒子が酸素と接触する時間も遅れてしまう。このようなことから、酸化処理がスムーズにおこなわれな、。

[0059] これに対し、この実施形態の方法では、飽和水蒸気圧未満で反応を行なうようにしたので、水は液体状態を維持せず、過熱水蒸気の状態を保つ。したがって、過熱水蒸気の雰囲気中で反応が行われるので、ほとんどの酸素と有機物とは、水蒸気を含んだ気体中に存在するため、気体中の酸素が、有機物の表面に接触して酸化反応に寄与する。このように、有機物の周囲における酸素量が多いので、有機物表面と酸素との接触確率は高くなる。

上記のことから明らかなように、この実施形態の方が、従来の方法と比べて、有機物粒子の周囲に存在する酸素量が多ぐその分、反応に寄与する酸素量も多くなる。そのため、この実施形態の方が、有機物粒子表面への酸素の接触確率が高くなり、それだけ、酸化反応が速やかに進んで、分解率も高くなると考えられる。

[0060] 以上のように、この実施形態の処理方法および処理装置では、反応セクション内の圧力を飽和水蒸気圧以上に保つ必要がなぐ従来のように圧力と温度との相対関係を複合的に制御する必要がないので、その制御系を単純ィ匕でき、しかも、従来よりも高い分解率を達成できる。

[0061] また、飽和水蒸気以上を維持しなければならな、従来よりも低、圧力で装置を使用できるので、例えば、内部圧力を 5 (MPa)以下に設定することもできる。このように内部圧力を 5 (MPa)以下に設定すれば、高圧ガス保安法の適用外となるため保安員も不要になる。また、装置の圧力を低くできれば、それだけ安全性が高まるとともに、装置の耐圧強度も下げることができる。さらに、耐圧強度を下げることによって、装置の製造コス卜ち下げることができる。

[0062] 一方、従来の処理方法では、図 6の斜線で示すエリア E1内の条件を維持する必要があるが、このエリア E1であって、圧力が 5 (MPa)以下の領域 E1 'は非常に狭い範囲になる。そのため、高圧ガス保安法の適用外となるエリア E1 'で温度および圧力を制御しょうとすると、狭いエリア内で制御する分、さらに細かぐ複雑な制御が必要になる。しかし、上記のように狭いエリア内で、温度と圧力とを複合的に制御することが、ほとんどできないのが実状である。そのために、従来の処理方法では、上記 5 (MPa) の範囲を超えたところで制御しなければならず、結局は、高圧ガス保安法の適用を受けざるを得な力つた。したがって、この装置の運転に際しては、高圧ガス保安法で定めた保安員を配置しなければならず、その分、コストが上昇するという問題があった。

[0063] これに対して、上記した実施形態においては、図 6の斜線で示すエリア E2内であつて、圧力が 5 (MPa)以下のエリア E2'は、上記エリア E1 'に比べて十分に広いので、その広いエリア E1 'における温度および圧力の制御は、従来の装置に比べて簡単になる。したがって、上記高圧ガス保安法で定めた「高圧」の基準以下で当該装置を運転することが容易になり、結果的に、上記した保安員の配置も不要になる。

[0064] また、従来の方法では、装置内の圧力を、常時、飽和水蒸気圧以上に保たなければならないが、飽和水蒸気圧そのもの力力なり高い圧力になる。したがって、その高い圧力を保っためには、スラリー状の有機廃棄物の供給圧を高くしたり、酸素の供給圧力を高くしたりしなければならな、。このように圧力を高くしなければならな、ので、その分、大きなエネルギーを必要とする。

[0065] さらに、酸化熱によって温度が上昇したとき、その温度が上昇すればするほど、その温度に対応した飽和水蒸気圧も上昇する。しかし、飽和水蒸気圧以上の高い圧力を維持するためには、大きなエネルギーを必要とする。

そこで、従来は、エネルギー消費を極力抑えるために、有機廃棄物の供給量を減らして酸化反応の酸化熱の発生を抑制し、温度に対応した飽和水蒸気圧の上昇を抑えることが行われていた。しかし、上記有機廃棄物の供給量を減らすということは、有機廃棄物の処理量を減らすことであり、効率的な処理に反することになる。

[0066] これに対して、この実施形態では、上記したように高温下での酸ィ匕処理であっても、その圧力を、高い飽和水蒸気圧以上に保つ必要がないので、温度が上昇しても装置内の圧力を上げる必要がない。したがって、エネルギー消費量も、従来と比べて少なくできる。また、装置内の温度が上昇しても、それにともなって圧力を飽和水蒸気圧以上にしなくてもよいので、わざわざ装置内の温度を下げる必要がない。このように温度を下げる必要がな、ので有機廃棄物の処理量を減らしたりする必要もなぐ従来のように処理効率を犠牲にしなくてもよ、。

[0067] なお、この実施形態の処理方法および装置において、装置内の圧力が飽和水蒸気圧未満を保っている限り、その圧力の下限は特に定めていない。しかし、反応セクシヨン内の圧力を低くするということは、酸素供給手段 5, 6からの空気の押し込み圧を低くしなければならないということであり、必要な酸素量の体積が大きくなつてしまう。そのため、圧力を低く設定すれば、安全性は増すが、装置が大型化してしまう。結局、使用時の圧力は、必要な処理量や、装置の設置スペースなどに応じて決められることになる。図面の簡単な説明

[0068] [図 1]実施形態の酸化処理装置の構成図である。

[図 2]図 1の処理装置におけるバルブ機構の構成図である。

[図 3]図 2のバノレブ機構のオリフィスの構成図である。

[図 4]この発明の処理方法を用いた処理実験 1の実験結果を示した表である。

[図 5]従来の処理方法を用いた処理実験 2の実験結果を示した表である。

[図 6]酸ィ匕処理の際の温度および圧力条件を示したグラフである。

符号の説明

[0069] P 供給ポンプ

2〜4 第 1〜第 3反応タンク

TC1 加熱手段

5 第 1酸素供給手段

6 第 2酸素供給手段

9 気液混合手段

Ts 温度センサー

Claims

請求の範囲

[1] スラリー状の有機廃棄物に、酸素または空気を混合し、この酸素または空気を混合したスラリー状の有機廃棄物を、飽和水蒸気圧未満のもとで、 200°C以上の水蒸気の雰囲気中で酸化反応させることを特徴とする有機廃棄物の酸化処理方法。

[2] スラリー状の有機廃棄物を圧送する供給ポンプと、この供給ポンプで搬送されるスラリー状の有機廃棄物の搬送経路中に設け、有機廃棄物を酸化反応させる反応セクシヨンと、上記反応セクション内に設けた加熱手段と、上記スラリーの有機廃棄物の搬送方向を基準として、上記加熱手段より上流に設け、酸素または空気を供給する酸素供給手段と、この酸素供給手段と上記加熱手段との間に設け、スラリー状の有機廃棄物に酸素または空気を混合するための気液混合手段とを備え、上記反応セクシヨン内を飽和水蒸気圧未満で、 200°C以上に維持する構成にしたことを特徴とする有機廃棄物の酸化処理装置。

[3] 上記加熱手段を制御するコントローラと、上記反応セクション内の温度を検出して、その温度検出値を上記コントローラへ入力する温度センサーとを備え、上記コント口ーラは、入力された温度検出値に基づき、反応セクション内の温度を 200°C以上に保っために、上記加熱手段を制御することを特徴とする請求項 2に記載の有機廃棄物の酸化処理装置。