(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
単位体積当たりの酸化発熱量が異なる複数種の被処理液を同時に反応器に導入し、超臨界水の存在下で超臨界水反応を行う超臨界水反応装置の運転方法であって、超臨界水反応装置を起動する際には、
空気を送入して反応器の圧力を所定圧力に昇圧する第１のステップと、
空気の送入を継続しつつ、超臨界水を反応器に流入し、反応器内の温度を第１の所定温度に昇温する第２のステップと、
超臨界水の流入を継続しつつ、第１の被処理液を反応器に導入して、酸化反応を開始させる第３のステップと、
第１の被処理液に加えて、単位体積当たりの酸化発熱量が第１の被処理液より高い第２の被処理液を反応器に供給する第４のステップと、
反応器の温度が第２の所定温度に到達した時点で、超臨界水の流入を停止させる第５のステップと
を有することを特徴とする超臨界水反応装置の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超臨界水反応装置の運転方法に関し、更に詳細には、超臨界水反応装置を運転して、単位体積当たりの酸化発熱量が異なる複数種の被処理液を同時に反応器に導入し、超臨界水の存在下で超臨界水反応を行う際、超臨界水反応装置を円滑に起動し、安定して運転する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
環境問題に対する認識の高まりと共に、有機物の酸化、分解能力の高い超臨界水反応を利用して、環境汚染物質を分解、無害化する試みが注目されている。すなわち、超臨界水の高い反応性を利用した超臨界水反応により、従来技術では分解することが難しかった有害な難分解性の有機物、例えば、ＰＣＢ（ポリ塩素化ビフェニル）、ダイオキシン、有機塩素系溶剤等を分解して、二酸化炭素、窒素、水、無機塩などの無害な生成物に転化する試みである。
【０００３】
超臨界水反応装置とは、超臨界水の高い反応性を利用して有機物を分解する装置であって、例えば、難分解性の有害な有機物を分解して無害な二酸化炭素と水に転化したり、難分解性の高分子化合物を分解して有用な低分子化合物に転化したりするために、現在、その実用化が盛んに研究されている。
超臨界水とは、超臨界状態にある水、即ち、水の臨界点を越えた状態にある水を言い、詳しくは、３７４．１℃以上の温度で、かつ２２．０４ＭＰａ以上の圧力下にある状態の水を言う。超臨界水は、有機物を溶解する溶解能が高く、有機化合物に多い非極性物質をも完全に溶解することができる一方、逆に、金属、塩等の無機物に対する溶解能は著しく低い。また、超臨界水は、酸素や窒素などの気体と任意の割合で混合して単一相を構成することができる。
【０００４】
ここで、図３を参照して、超臨界水反応装置の基本的な構成を説明する。図３は超臨界水反応装置の基本的構成を示すフローシートである。
超臨界水反応装置１０は、超臨界水の存在下で超臨界水反応により有害な有機物を含む被処理液を処理する装置であって、図３に示すように、超臨界水反応を行う反応器として、縦型の耐圧密閉型反応器１２を備え、反応器１２から処理液を流出させる処理液管１４に、順次、処理液を冷却する冷却器１６、反応器１２内の圧力を制御する圧力制御弁１８、及び、処理液をガスと液体とに気液分離する気液分離器２０を備えている。
尚、縦型反応容器は、通常、固形物の含有率が低い被処理液を処理するのに適しており、固形物の含有率が高い被処理液を処理する際には、パイプ状のチューブラー反応器を使用することが多い。
【０００５】
超臨界水反応装置１０は、超臨界水反応に供する反応物を反応器１２に供給する供給系統として、被処理液ポンプ２４と、空気圧縮機２８とを備え、有機物を含む被処理液を被処理液管２２を介して反応器１２に送入し、かつ、空気送入管２６及び被処理液管２２を介して酸化剤として空気を被処理液と共に反応器１２に送入する。
【０００６】
更に、超臨界水反応装置１０は、必要に応じて、反応器１２での超臨界水反応を維持するのに必要な熱エネルギー源として補助燃料を反応器１２に送入する補助燃料管（図示せず）、及び反応器１２で超臨界水反応により処理液中の有機物から発生した塩素等を中和するアルカリ剤を反応器１２に送入するアルカリ剤送入管（図示せず）を被処理液管２２に合流させている。
【０００７】
なお、被処理液と処理液とを熱交換させて処理液を冷却するとともに被処理液を昇温して熱回収を図る熱交換器（図示せず）を冷却器１６の上流の処理液管１４に、又は被処理液を予熱する予熱器を反応器１２の上流の被処理液管２２に設けることもある。また、超臨界水の補給水管を被処理液管２２に接続することもある。
更には、反応器１２の下部に亜臨界水領域を設け、反応器１２内で生じた無機塩類を亜臨界水領域に沈降させ、除去する機構を設けることもある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、超臨界水反応による有機物処理の優れた点及び効果が評価されて行くと共に、例えば被処理液の発生源に超臨界水反応装置を設置し、単位体積当たりの発熱量が相互に異なる種類の有機物をそれぞれ含む複数の被処理液を同時に超臨界水反応装置で処理することが行われるようになっている。
【０００９】
例えば、図２に示すように、２種類の被処理液を処理する超臨界水反応装置３０では、２台の被処理液ポンプ２４Ａ、Ｂを設け、被処理液管２２を介して被処理液ポンプ２４Ａと反応器１２とを接続し、被処理液管２２に接続する被処理液管２２Ｂを設け、被処理液管２２Ｂ及び被処理液管２２を介して被処理液ポンプ２４Ｂと反応器１２とを接続している。
そして、被処理液ポンプ２４Ａと被処理液ポンプ２４Ｂによって、被処理液Ａと被処理液Ｂとを同時に処理することも多い。
【００１０】
しかし、被処理液Ａと被処理液Ｂとを超臨界水処理するために、超臨界水反応装置の起動時及び通常運転時に、被処理液Ａと被処理液Ｂを反応器に送液する際に、反応器の温度が変動して、特に反応器の温度が上昇して処理を安定して行うことが難しいという問題があった。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、単位体積当たりの発熱量の異なる複数種の被処理液を超臨界水処理する際に、特にその起動時において超臨界水反応装置を円滑に起動し、安定して運転する方法を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上述のような被処理液Ａ及びＢのように、種類の異なる有機物を含む複数種の被処理液を反応器に送入して超臨界水反応装置を起動し、運転する際に、反応器の温度が急激に上昇し、また圧力条件が変動する原因を調べ、次のことを見い出した。
通常、超臨界水反応装置への被処理液の送入では、被処理液中の有機物の濃度、更に詳しく言えば被処理液の単位体積当たりの有機物による酸化発熱量がほぼ一定になるように被処理液Ａおよび被処理液Ｂを混合調整して反応器に送入している。
【００１３】
ところで、たとえば有機物濃度の高い被処理液Ｂ、即ち単位体積当たりの酸化発熱量が高い被処理液Ｂを送入して、次いで有機物濃度の低い被処理液Ａ、即ち単位体積当たりの酸化発熱量が低い被処理液Ａを反応器に送入した場合、混合部から反応器までの配管内に満たされている被処理液Ｂに見かけ上の被処理液Ａの流量も加算されるので、被処理液Ｂが多量に反応器内に流入する。
その結果、単位時間当たりの発熱量が反応器内で増大して、反応器の温度が上昇することを見い出した。
【００１４】
そこで、上述のような種類の異なる有機物を異なる濃度で含む複数種の被処理液、即ち単位体積当たりの酸化発熱量の異なる複数種の被処理液、例えば第１の被処理液と第２の被処理液とを処理する超臨界水反応装置を起動する際には、先ず、単位体積当たりの酸化発熱量が低い第１の被処理液を反応器に送入して定常状態にし、次いで第１の被処理液に加えて、単位体積当たりの酸化発熱量が高い第２の被処理液を送入することにより、上述の問題発生を回避することを着想し、研究の末に、本発明方法を完成するに到った。
【００１５】
また、超臨界水反応装置の運転中に、第１の被処理液に加えて、第２の被処理液を反応器に送入する際には、上述の問題発生を回避するためには、第２の被処理液の単位体積当たりの酸化発熱量が、第１の被処理液の単位体積当たりの酸化発熱量より高いことが必要であると考え、研究の末に本発明方法を完成するに到った。
【００１６】
上記目的を達成するためには、上述の知見に基づいて、本発明に係る超臨界水反応装置の運転方法は、単位体積当たりの酸化発熱量が異なる複数種の被処理液を同時に反応器に導入し、超臨界水の存在下で超臨界水反応を行う超臨界水反応装置の運転方法であって、超臨界水反応装置を起動する際には、
空気を送入して反応器の圧力を所定圧力に昇圧する第１のステップと、
空気の送入を継続しつつ、超臨界水を反応器に流入し、反応器内の温度を第１の所定温度に昇温する第２のステップと、
超臨界水の流入を継続しつつ、第１の被処理液を反応器に導入して、酸化反応を開始させる第３のステップと、
第１の被処理液に加えて、単位体積当たりの酸化発熱量が第１の被処理液より高い第２の被処理液を反応器に供給する第４のステップと、
反応器の温度が第２の所定温度に到達した時点で、超臨界水の流入を停止させる第５のステップと
を有することを特徴としている。
【００１７】
本発明方法で、第１の所定温度とは、通常、約３９０℃である。また、第２の所定温度とは、超臨界水反応の温度条件であって、５００℃から５５０℃の範囲にある。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に、実施形態例を示す図１を参照して、本発明の実施の形態を具体的かつ詳細に説明する。
実施形態例１
本実施形態例は、本発明に係る超臨界水反応装置の運転方法を超臨界水反応装置３０の起動に適用した実施形態の一例である。
本実施形態例では、先ず、空気圧縮機２８を起動して、高圧空気を反応器１２に送入し、反応器１２の圧力を所定圧力に昇圧する。
次いで、高圧空気の送入を継続しつつ、超臨界水ライン４０を経由して超臨界水を流入し、反応器１２内の温度を所定温度、例えば３９０℃に昇温する。
なお、超臨界水ライン４０には、ヒータや熱交換機等の加熱器４１が付設され、水を加熱器４１によって加熱し、超臨界水とする。
超臨界水の流入を継続しつつ、被処理液ポンプ２４Ａを起動して、被処理液のうちの単位体積当たりの酸化発熱量が低い被処理液Ａを反応器１２に導入して、酸化反応を開始させる。
【００１９】
次いで、被処理液Ａに加えて、被処理液ポンプ２４Ｂを起動して、単位体積当たりの酸化発熱量が被処理液Ａより高い被処理液Ｂを反応器に供給する。
反応器１２の温度が上昇した時点で、超臨界水の流入量を徐々に低下させ、反応器１２の温度が５００℃〜５５０℃の範囲の所定温度に到達した時点で、超臨界水の流入を停止し、超臨界水反応を安定して継続させる。
【００２０】
本実施形態例では、被処理液管２２に滞留する被処理液Ａの単位体積当たりの酸化発熱量が被処理液Ｂの単位体積当たりの酸化発熱量より低いので、従来のように、反応器に送入管路に滞留した、単位体積当たりの酸化発熱量が高い被処理液が、高い流量で送入される単位体積当たりの酸化発熱量が低い被処理液に押し出されて、反応器１２の温度が急激に上昇するようなことは生じない。
【００２２】
【発明の効果】
本発明方法によれば、単位体積当たりの酸化発熱量が相互に異なる複数種の被処理液を処理する超臨界水反応装置の運転では、起動の際、先ず単位体積当たりの酸化発熱量が低い第１の被処理液を反応器に送入して定常状態にし、次いで第１の被処理液に加えて第１の被処理液より単位体積当たりの酸化発熱量が高い第２の被処理液を送入する。また、被処理液の切り換え、ないし追加送入の場合にも、先ず、第１の被処理液を送入し、次いで第１の被処理液より単位体積当たりの酸化発熱量が高い第２の被処理液を送入する。
これにより、従来のように、反応器に送入管路に滞留した、単位体積当たりの酸化発熱量が高い被処理液が、高い流量で送入される単位体積当たりの酸化発熱量が低い被処理液に押し出されて、多量に反応器に流入することがないので、反応器での急激な温度上昇が起きずに、安定した温度制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】超臨界水反応装置の基本的構成を示すフローシートである。
【図２】２種類の被処理液を処理する従来の超臨界水反応装置の構成を示すフローシートである。
【図３】  一種類の被処理液を処理する従来の超臨界水反応装置の構成を示すフローシートである。
【符号の説明】
１０  超臨界水反応装置
１２  反応器
１４  処理液管
１６  冷却器
１８  圧力制御弁
２０  気液分離器
２２  被処理液管
２２Ｂ  被処理液管
２４  被処理液ポンプ
２４Ａ、Ｂ  被処理液ポンプ
２６  空気送入管
２８  空気圧縮機
３０  ２種類の被処理液を処理する超臨界水反応装置
４０  超臨界水ライン
４１  加熱器
【図１】
0003686778.tif 000002
【図２】
0003686778.tif 000003
【図３】
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