JPH11290677A

JPH11290677A - 有機物の超臨界・水熱反応処理方法及びその処理プラント

Info

Publication number: JPH11290677A
Application number: JP10105202A
Authority: JP
Inventors: Ryuzo Hiraoka; 龍三平岡; Tsuneo Abe; 恒夫阿部; Koji Takewaki; 幸治竹脇; Keiichi Miwa; 敬一三輪
Original assignee: Ishikawajima Harima Heavy Industries Co Ltd
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 1998-04-15
Filing date: 1998-04-15
Publication date: 1999-10-26
Anticipated expiration: 2018-04-15
Also published as: JP3812135B2

Abstract

(57)【要約】【課題】超臨界・水熱反応処理後の反応処理物の流れ
を減速して、無機分や塩化物を析出させ、液分から無機
分の粒子を効率良く分離するとともに、反応処理物の分
離を段階的に実施し、分離性を高める。【解決手段】超臨界・水熱反応処理後の反応処理物
を、分離器に送ってディフューザから分離器の内部に噴
出させて、横断面積の増大に基づく減圧により、反応処
理物中の無機分を析出させて、無機分と液分とに分離す
るとともに、分離した液分を下流に送り出しながら、無
機分を沈降させる技術が採用される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、有機物の超臨界・
水熱反応処理方法及びその処理プラントに関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】超臨界条件下の水により人畜に有害な有
機物を分解して、無害化状態にする技術として、技術例
１：特開平０７−２７５８７０号公報「有害有機物の超
臨界水酸化処理装置および処理方法」や、技術例２：特
開平０７−２７５８７１号公報「有害物質の超臨界水酸
化処理方法及び処理装置」が提案されている。

【０００３】前記技術例１は、水の超臨界条件下に、有
害有機物の分解処理をする反応器と、分解生成物の気液
分離をする気液分離器とを備えるとともに、被処理物と
は別個に、反応器に対して水を加圧送給する第１加圧送
給手段と、気液分離器の分離液体を第１加圧送給手段に
還流する戻し手段とを備える構成を採用としており、そ
して、前記技術例２は、予熱器，反応器および冷却器並
びに気液分離器を備えるとともに、水の超臨界条件下
に、有害物質の分解処理を行なった後に、分解生成物の
気液分離を行ない、水溶液を予熱器に送給して予熱し、
予熱水溶液と有害物質とを反応器の入口において混合す
る技術を採用している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、超臨界・水熱
反応処理を行なう被処理物（被処理液状有機物）は、性
状の不均一な雑液体であることが多いために、反応処理
後に無機分（無機懸濁物）が分離堆積して、配管やバル
ブ類を閉塞する現象や、流路を狭めてしまう現象の対策
が必要になる。

【０００５】本発明は、このような課題に鑑みてなされ
たものであり、以下の目的を達成するものである。超臨界・水熱反応処理後の反応処理物を減圧して、
無機分や塩化物を析出させ、液分から無機分の粒子を効
率良く分離すること。反応処理物の分離を段階的に実施し、分離性を高め
ること。分離処理時における無機分の舞い上がり現象を抑制
して、無機分の下流への流出を低減すること。

【０００６】

【課題を解決するための手段】有機物を含有する液状化
した被処理物を、超臨界・水熱反応処理手段に送り込ん
で、超臨界雰囲気で水熱反応させ、該超臨界・水熱反応
処理手段において生成された反応処理物を、分離器に送
って、反応処理物をディフューザから分離器の内部に噴
出させて、横断面積の増大に基づく減圧により、反応処
理物中の無機分を析出させて、無機分と液分とに分離す
るとともに、分離した液分を下流に送り出しながら、無
機分を沈降させる技術が採用される。分離器の内部にお
いて、反応処理物を一方向の下方に向けて１段目の噴出
をさせた後、他の方向に向けた２段目以降の噴出を、多
段に行なう技術が付加される。１段目のディフューザ
は、下向きに設定され、その回り及び先端に、上方向に
反応処理物を移送する２段目のディフューザを配し、さ
らに、２段目のディフューザの回り及び先端に、下向き
の３段目のディフューザを配して、反応処理物を同心円
状にかつ上下相互に噴出させる技術が採用される。噴出
方向が変えられるとともに、その際にディフューザの噴
出口の横断面積が次第に大きく設定されることにより、
無機分の析出による無機分と液分との分離が繰り返され
る。最終段目のディフューザの噴出口には、絞り部が配
されて反応処理物の流れを、分離器の内部の中心に寄せ
て、析出した無機分の舞い上がり現象の発生を抑制する
技術も採用される。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る超臨界・水熱
反応処理プラントの第１実施形態について、図１ないし
図を参照して説明する。図１は、超臨界・水熱反応処理
プラントの全体構成を示している。

【０００８】超臨界・水熱反応処理プラントＸは、図１
に示すように、被処理液状有機物ａを超臨界・水熱反応
処理時に必要な圧力：例えば２０ＭＰａまで加圧した状
態にして供給するための原液供給手段１と、該原液供給
手段１に接続され予め予熱を行なうための予熱器２と、
該予熱器２に接続され被処理液状有機物ａを超臨界条件
雰囲気として水熱反応を行なうための超臨界・水熱反応
処理手段３Ａ，３Ｂと、予熱器２及び超臨界・水熱反応
処理手段３Ａ，３Ｂに接続され超臨界・水熱反応処理物
を固形分（懸濁物）と液分とに分離するための分離器４
Ａ，４Ｂ，４Ｃと、該分離器４Ａ，４Ｂ，４Ｃに接続さ
れ懸濁物（固形分）を減圧状態に戻して排出するための
排出手段５とを具備しており、最下流の分離器４Ｃに
は、液分を引き取って処理するための処理水処理手段６
が接続される。

【０００９】前記被処理液状有機物ａは、例えば技術例
１，２に記載されているフロン，ＰＣＢ等の有害有機物
や、汚泥，パルプスラッジ等の有機廃棄物に、超臨界・
水熱反応処理時に必要な適量の水を添加調整してなるも
のである。

【００１０】前記原液供給手段１は、図１に示すよう
に、被処理液状有機物ａを例えば大気圧あるいは比較的
低圧で貯留しておく原液槽１１と、該原液槽１１から被
処理液状有機物ａを吸引して例えば前述の２０ＭＰａ程
度の圧力まで加圧して供給するための供給ポンプ１２と
を有している。

【００１１】前記予熱器２は、図１に示すように、原液
供給手段１と超臨界・水熱反応処理手段３Ａとの間に介
在して、被処理液状有機物ａを例えば２００℃程度まで
予熱した状態にして、通常の場合に超臨界・水熱反応処
理手段３Ａに送り出し、無機分が多い場合に被処理液状
有機物ａを、下流の分離器４Ａに送り出すものである。

【００１２】前記超臨界・水熱反応処理手段３Ａ，３Ｂ
は、予熱器２の下流に直列状態に配される第１の反応槽
３１Ａ及び第２の反応槽３１Ｂと、該第１の反応槽３１
Ａ及び第２の反応槽３１Ｂを例えば３５０℃程度の温度
まで加熱することによりその内部の被処理液状有機物ａ
を超臨界条件雰囲気として水熱反応を生じさせるための
加熱炉３２とを有している。

【００１３】前記分離器４Ａは、図１に示すように、予
熱器２の下流と第１の反応槽３１Ａの上流とに対して接
続され、分離器４Ｂは、第１の反応槽３１Ａの下流と第
２の反応槽３１Ｂの上流とに対して接続され、分離器４
Ｃは、第２の反応槽３１Ｂの下流に対して接続されてい
る。

【００１４】分離器４Ａ，４Ｂ，４Ｃの詳細について、
図２及び図３を参照して説明する。分離器４Ａ，４Ｂ，
４Ｃは、図２に示すように、予熱器２及び第１，第２の
超臨界・水熱反応処理手段３Ａ，３Ｂに直接的に接続さ
れて高圧状態の流体を受け入れる耐圧容器４１と、該耐
圧容器４１を囲む外壁部４２と、耐圧容器４１及び外壁
部４２の間に介在させられる保温材４３と、耐圧容器４
１の内部に挿入状態に配される１段目，２段目，３段目
のディフューザ４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃと、耐圧容器４
１の内底部と２段目のディフューザ４４Ｂの基部との間
に介在状態に配され２段目のディフューザ４４Ｂを支持
してその位置を設定するための支持部材４５と、３段目
のディフューザ４４Ｃの先端に配され先端の噴出口を狭
めた状態の絞り部４６とを有するものが適用される。

【００１５】耐圧容器４１には、反応処理物を受け入れ
て１段目のディフューザ４４Ａに送り込むための取入口
４ａと、無機分を取り出すための無機分を取り出すため
の排出口４ｂと、３段目のディフューザ４４Ｃを経由し
た反応処理物（液分）を次の超臨界・水熱反応処理手段
３Ａ，３Ｂまたは処理水処理手段６に送り出すための流
出路４ｃ及び排液口４ｄとが配される。

【００１６】前記１段目のディフューザ４４Ａは、先端
の噴出口が下向きに設定され、その回り及び先端には、
反応処理物を上方向に移送した後に上向きに噴出させる
ために底蓋（底板）を有する２段目のディフューザ４４
Ｂが配されているとともに、さらに、２段目のディフュ
ーザ４４Ｂの回り及び先端には、反応処理物の流れを耐
圧容器４１の天井部で反転させて下向きに移送した後に
下向きに噴出させる３段目のディフューザ４４Ｃが配さ
れている。これらのディフューザ４４Ａ，４４Ｂ，４４
Ｃは、同心円状に配されるとともに、反応処理物を上下
方向に相互に向きを変えて噴出させるようにしている。
そして、各ディフューザ４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃの噴出
口の横断面積は、次第に大きくなるように設定されてい
る。

【００１７】前記支持部材４５は、少なくとも耐圧容器
４１の内底部近傍に、無機物等を排出口４ｂに送り出す
ための連通孔４５ａを有しているものが採用される。

【００１８】前記排出手段５は、図１に示すように、各
分離器４Ａ，４Ｂ，４Ｃの下流に接続状態に配されて、
超臨界及び高圧（例えば２０ＭＰａ程度の圧力）状態の
無機分（固形分）を受け入れる被処理物入口５ａと、無
機分（無機懸濁物）を間欠的に大気圧程度の減圧状態に
戻して下流の懸濁物処理手段に払い出す懸濁物排出口５
ｂと、内部で分離したガス成分を適宜のガス処理手段に
送り出すためのガス排出口５ｃとを有している。

【００１９】前記処理水処理手段６は、図１に示すよう
に、最下流位置となっている分離器４Ｃに接続状態に配
され、分離器４Ｃで分離することにより生じた処理水等
の液分を吸引するポンプ機能を具備するものが適用され
るとともに、引き取った液分を貯留する機能を有するも
のが適用される。

【００２０】なお、図１及び図２において、ｂは切替
弁、ｃは制御弁、ｄは背圧弁を示している。

【００２１】このような水熱反応処理プラントＸでは、
原液供給手段１を作動させて、２０ＭＰａ程度の所望圧
力とした被処理液状有機物ａを予熱器２に供給し、例え
ば臨界状態となる前の温度（例えば２００℃程度）まで
加熱（予熱）してから、超臨界・水熱反応処理手段３Ａ
に送り込んで、目的とする超臨界・水熱反応を発生させ
る。

【００２２】この際に、被処理液状有機物ａから無機分
が分離または析出した場合、あるいは無機分の分離量が
多い場合には、切替弁ｂの切り替えにより、予熱された
被処理液状有機物ａを分離器４Ａに送り込んで、被処理
液状有機物ａから無機分を分離させる工程が採用され
る。なお、予熱器２では、超臨界状態となるまでの高温
に至らないものとしているので、分離器４Ａの内部で
は、圧力低下が小さくなるように、例えば接続流路４
ｂ，噴出スリーブ４４，流出路４ｃの内径を大きくし
て、多量の被処理液状有機物ａが緩やかに挿通するよう
に設定される。

【００２３】超臨界・水熱反応処理手段３Ａに送り込ま
れた予熱状態の被処理液状有機物ａは、加熱炉３２の作
動により、超臨界・水熱反応の発生適温（例えば前述の
２０ＭＰａの条件下で３５０℃程度の温度）まで加熱さ
れる。これらの高温高圧条件と、被処理液状有機物ａに
水が介在している（混入されている）条件とが重畳する
と、超臨界環境で水熱反応が発生し、有機物が組成的に
分解して水に溶解する現象が促進される。この際に、有
機物（前述したフロン，ＰＣＢ，汚泥，パルプスラッジ
等の炭素化合物）と水との混合体は、超臨界環境におい
て、水に対してほぼ均一に溶け込んだ状態となる。

【００２４】１段目の超臨界・水熱反応処理手段３Ａに
おいて、十分な温度が得られず、臨界状態に達しない場
合や、無機分の分解析出が多い場合には、超臨界・水熱
反応処理手段３Ａの下流の切替弁ｂを切り替えて、分離
器４Ｂから次段の超臨界・水熱反応処理手段３Ｂに液分
を送り込むようにして、超臨界・水熱反応処理を行な
う。したがって、超臨界・水熱反応処理手段３Ａ，３Ｂ
は、３段以上とすることができる。

【００２５】予熱器２及び超臨界・水熱反応処理手段３
Ａ，３Ｂにおいて、加熱あるいは超臨界・水熱反応処理
によって生成された反応処理物は、分離器４Ａ，４Ｂ，
４Ｃにおける耐圧容器４１の内部に移送され、１段目の
ディフューザ４４Ａの噴出口から、図３に矢印で示すよ
うに、下向きに噴出させられるとともに、減圧状態とな
る。この際に、２段目のディフューザ４４Ｂにあって
は、その底部がほぼ閉塞された状態となっているため、
反応処理物の流れの向きが変更されて、図３に矢印で示
すように、上向きに導かれる。図２例では、１段目のデ
ィフューザ４４Ａの外周面がテーパ状の形状であるため
に、２段目のディフューザ４４Ｂの内部でも反応処理物
の減圧が行なわれる。２段目のディフューザ４４Ｂの先
端には、耐圧容器４１の天井部分及び３段目のディフュ
ーザ４４Ｃの基部が配されているために、上方まで導か
れた反応処理物は、流れの向きが変更されて、図３に矢
印で示すように、再び下向きに導かれる。３段目のディ
フューザ４４Ｃの内部においても、横断面積が徐々に大
きくなるような設定がなされているために、反応処理物
の減圧が行なわれる。

【００２６】このように、反応処理物の減圧が複数段繰
り返されることにより超臨界状態が消失し、反応処理物
中の無機分（シリカ分や塩分等）が析出して徐々に沈降
して、耐圧容器４１の内底部に堆積すると考えられる。
無機分を分離した液分（反応処理物の大部分）は、排液
口４ｄから下流に送り出される。

【００２７】一方、各段目のディフューザ４４Ａ〜４４
Ｃで、噴出方向を変えるとともに、その都度横断面積を
大きくする設定となっているために、無機分の析出に基
づく分離が繰返されるため、２段目のディフューザ４４
Ｂの基部（下底部）に、反応処理物の誘導を損なうこと
なく、沈降した無機分を落下させて除去するスリット等
を配しておくことも有効である。

【００２８】反応処理物が超臨界・水熱反応処理手段３
Ａ，３Ｂを経ている場合には、超臨界・水熱反応によっ
て生成された無機分が主として析出沈降して分離した状
態となる。反応処理物が、予熱器２から送り出されたも
のである場合には、超臨界・水熱反応過程を経由しない
ことに基づいて、被処理物に混入している無機分が必ず
しも析出して分離するとは限らないものの、固形分や、
超臨界・水熱反応を経ることなく析出した（または分離
した）一部の無機分がある場合には、これらが沈降す
る。これらの無機分等は、耐圧容器４１の排出口４ｂか
ら、制御弁ｃの開放によりさらに下流に移送される。加
えて、最終段目となっている３段目のディフューザ４４
Ｃの先端部（噴出口）には、絞り部４６が配されている
ために、反応処理物の流れが、絞り部４６により分離器
４Ａ，４Ｂ，４Ｃの内部の中心に寄せられて、排液口４
ｄから下流に送り出される液分と干渉することが回避さ
れるものとなり、析出した無機分の舞い上がり現象の発
生を抑制することができる。

【００２９】分離器４Ａ，４Ｂ，４Ｃで分離析出または
堆積した無機分は、排出手段５との間の制御弁ｃを開放
することにより、排出手段５に移送される。該排出手段
５にあっては、分離器４Ａ，４Ｂ，４Ｃとの間の制御弁
ｃを閉塞して切り離した後、例えば大気圧程度の低圧環
境に戻す等により、無機分の必要な処理を行なう。な
お、排出手段５において、圧力低下によって発生したＣ
Ｏ₂ ，水蒸気等のガス分は、前述例のガス処理手段等に
より処理されることになる。

【００３０】図４及び図５は、分離器４Ａ，４Ｂ，４Ｃ
の部分の第２実施形態を示している。該第２実施形態で
は、１段目のディフューザ４４Ａ，２段目のディフュー
ザ４４Ｂ及び３段目のディフューザ４４Ｃが、テーパ形
状に代えて直円筒形状に形成されている。この図４例に
あっても、各ディフューザ４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃの噴
出口が、次段に行くにしたがって、横断面積が徐々に大
きくなるように設定されている（例えば３段目のディフ
ューザ４４Ｃの噴出口よりも耐圧容器４１の内径が大き
い）ことにより、図５に矢印で示すように、反応処理物
の流れが広がって、減圧に基づき無機分の析出に基づく
分離が繰返されるものとなる。

【００３１】図６及び図７は、分離器４Ａ，４Ｂ，４Ｃ
の部分の第３実施形態を示している。該第３実施形態で
は、図６に示すように、１段目のディフューザ４４Ａの
みが使用されているが、分離器４Ａ，４Ｂ，４Ｃを直列
に接続し、かつその段数を多くできる場合等において、
図７に矢印で示すように、流体を広げて減速に基づく減
圧を行ない、無機分の析出を行なうようにしている。

【００３２】

【発明の効果】本発明に係る有機物の超臨界・水熱反応
処理方法及びその処理プラントによれば、以下の効果を
奏する。（１）超臨界・水熱反応処理後の反応処理物を、分流
器のディフューザから噴出させて減圧を行なうことによ
り、無機分や塩化物を析出させ、反応処理物から無機分
等を効率良く分離することができる。（２）反応処理物の分離を段階的に多段に行なうこと
により、分離性を高め、無機分の堆積等による反応処理
物移送時の目詰まり現象の発生を抑制することができ
る。（３）ディフューザを同心円状に配するとともに、反
応処理物を中心部から外側に導くことにより、ディフュ
ーザの長さ寸法の増大を抑制し、全体の小型化を図るこ
とができる。（４）上記に際して、反応処理物を上下相互に噴出さ
せることにより、ディフューザの噴出の横断面積を次第
に大きくなる設定することが容易になり、かつ一つの分
離器の内部で無機分の析出を繰り返すことができる。（５）ディフューザの噴出口に絞り部を配して、反応
処理物の流れを中心に寄せることにより、析出した無機
分の舞い上がり現象を抑制し、無機分の下流への送り込
みを減少することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る有機物の超臨界・水熱反応処理
方法及びその処理プラントの第１実施形態を示す結線図
である。

【図２】図１の分離器の詳細構造を示す正断面図であ
る。

【図３】図２の分離器による減圧状況を模式的に示す
正断面図である。

【図４】分離器の部分の第２実施形態を示す正断面図
である。

【図５】図４の分離器による減圧状況を模式的に示す
正断面図である。

【図６】分離器の部分の第３実施形態を示す正断面図
である。

【図７】図６の分離器による減圧状況を模式的に示す
正断面図である。

【符号の説明】

Ｘ超臨界・水熱反応処理プラントａ被処理液状有機物１原液供給手段２予熱器３Ａ，３Ｂ超臨界・水熱反応処理手段４Ａ，４Ｂ，４Ｃ分離器４ａ取入口４ｂ排出口４ｃ流出路４ｄ排液口５排出手段５ａ被処理物入口５ｂ懸濁物排出口５ｃガス排出口６処理水処理手段１１原液槽１２供給ポンプ３１Ａ第１の反応槽３１Ｂ第２の反応槽３２加熱炉４１耐圧容器４２外壁部４３保温材４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃディフューザ４５支持部材４５ａ連通孔４６絞り部ｂ切替弁ｃ制御弁ｄ背圧弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者三輪敬一神奈川県横浜市磯子区新中原町１番地石川島播磨重工業株式会社技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被処理物（ａ）を超臨界・水熱反応させ
る工程と、生成された反応処理物をディフューザ（４４
Ａ〜４４Ｃ）から分離器（４Ａ〜４Ｃ）の内部に噴出さ
せる工程と、噴出時の横断面積の増大に基づく減圧によ
り反応処理物中の無機分を析出させて無機分と液分とに
分離する工程とを有することを特徴とする有機物の超臨
界・水熱反応処理方法。
【請求項２】分離した液分を下流に送り出しながら無
機分を沈降させることを特徴とする請求項１記載の有機
物の超臨界・水熱反応処理方法。
【請求項３】分離器（４Ａ〜４Ｃ）の内部において、
反応処理物を一方向の下方に向けて１段目の噴出をさせ
た後、他の方向に向けた２段目以降の噴出を多段に行な
うことを特徴とする請求項１または２記載の有機物の超
臨界・水熱反応処理方法。
【請求項４】被処理物（ａ）を超臨界・水熱反応させ
る超臨界・水熱反応処理手段（３Ａ，３Ｂ）と、該超臨
界・水熱反応処理手段に接続され生成された反応処理物
を無機分と液分とに分離する分離器（４Ａ，４Ｂ，４
Ｃ）とを具備し、該分離器が、反応処理物を分離器の内
部に噴出させかつ噴出時の横断面積の増大に基づく減圧
により反応処理物中の無機分を析出させるディフューザ
（４４Ａ〜４４Ｃ）を有していることを特徴とする有機
物の超臨界・水熱反応処理プラント。
【請求項５】１段目のディフューザ（４４Ａ）が下向
きに設定され、その回り及び先端に、上方向に反応処理
物を移送する２段目のディフューザ（４４Ｂ）が配され
ることを特徴とする請求項４記載の有機物の超臨界・水
熱反応処理プラント。
【請求項６】ディフューザ（４４Ａ〜４４Ｃ）が、上
下交互に向きを変えて、３段以上配されることを特徴と
する請求項５記載の有機物の超臨界・水熱反応処理プラ
ント。
【請求項７】最終段目のディフューザ（４４Ｃ）の噴
出口に、反応処理物の流れを分離器（４Ａ，４Ｂ，４
Ｃ）の内部の中心に寄せるための絞り部（４６）が配さ
れることを特徴とする請求項５または６記載の有機物の
超臨界・水熱反応処理プラント。