(57)【要約】【課題】反応塔内で原料が充満滞留することなく連続的に亜臨界水処理を行うことができる亜臨界水処理装置及び方法を提供する。【解決手段】亜臨界状態の水により被処理物を連続的に処理する亜臨界水処理装置である。被処理物の導入口と、撹拌手段と、処理物の導出口とを有し、被処理物に複数の撹拌媒体を混合して撹拌手段により撹拌し、亜臨界状態の水により被処理物を反応させる反応塔と、反応塔の導入口に被処理物を導入するための供給装置と、反応塔の導出口から、反応塔で処理された処理物を導出するための抜出し装置と、抜出し装置を制御することにより反応塔の圧力を一定に保つ圧力制御手段とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
亜臨界状態の水により被処理物を連続的に処理する亜臨界水処理装置であって、
被処理物の導入口と、撹拌手段と、処理物の導出口とを有し、被処理物に複数の撹拌媒体を混合して前記撹拌手段により撹拌し、亜臨界状態の水により被処理物を反応させる反応塔と、
前記反応塔の前記導入口に被処理物を導入するための供給装置と、
前記反応塔の前記導出口から、前記反応塔で処理された処理物を導出するための抜出し装置と、
前記抜出し装置を制御することにより前記反応塔の圧力を一定に保つ圧力制御手段と
を有することを特徴とする亜臨界水処理装置。
【請求項２】
請求項１記載の亜臨界水処理装置において、
前記抜出し装置は、容積式ポンプであり、
前記圧力制御手段は、前記容積式ポンプを制御することにより前記反応塔の圧力を一定に保つ
ことを特徴とする亜臨界水処理装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の亜臨界水処理装置において、
前記供給装置から前記導入口との間に設けられ、前記導入口から導入される被処理物に蒸気を吹き込む蒸気吹込手段を更に有する
ことを特徴とする亜臨界水処理装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の亜臨界水処理装置において、
前記反応塔で処理された処理物を冷却する複数の冷却装置を更に有し、
前記複数の冷却装置の導入口にそれぞれ設けられたバルブを操作して、前記反応塔で処理された処理物を前記複数の冷却装置のいずれかに選択的に供給する
ことを特徴とする亜臨界水処理装置。
【請求項５】
亜臨界状態の水により被処理物を連続的に処理する亜臨界水処理方法であって、
供給装置により反応塔に被処理物を導入し、
反応塔に導入された被処理物に複数の撹拌媒体を混合して撹拌手段により撹拌し、亜臨界状態の水により被処理物を反応させ、
抜出し装置により、前記反応塔で処理された処理物を前記反応塔から抜出し、
前記抜出し装置を制御することにより前記反応塔の圧力を一定に保つ
ことを特徴とする亜臨界水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、亜臨界状態の水により有機性廃棄物等の被処理物を連続的に処理する亜臨界水処理装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
次世代の廃棄物再資源化プラントとして、亜臨界水を用いて有機性廃棄物を処理する亜臨界水処理が注目されている。超臨界水よりも温度と圧力が低い亜臨界水を有機性廃棄物と共に反応塔に導入し、亜臨界水により短時間で有機性廃棄物をメタン発酵用原料等に分解する。
【０００３】
亜臨界水処理によれば、従来の微生物を利用したメタン発酵等による処理に比較して処理時間を飛躍的に短縮することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２９６１９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の方法では、反応塔内部に有機性廃棄物等の原料が充満滞留し、原料中の固形物が沈降・堆積・炭化（焦げ付き）するため、滞留物が反応塔の塔壁に固着して連続運転が困難となるという問題があった。
【０００６】
本発明の目的は、反応塔内で原料が充満滞留することなく連続的に亜臨界水処理を行うことができる亜臨界水処理装置及び方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様による亜臨界水処理装置は、亜臨界状態の水により被処理物を連続的に処理する亜臨界水処理装置であって、被処理物の導入口と、撹拌手段と、処理物の導出口とを有し、被処理物に複数の撹拌媒体を混合して前記撹拌手段により撹拌し、亜臨界状態の水により被処理物を反応させる反応塔と、前記反応塔の前記導入口に被処理物を導入するための供給装置と、前記反応塔の前記導出口から、前記反応塔で処理された処理物を導出するための抜出し装置と、前記抜出し装置を制御することにより前記反応塔の圧力を一定に保つ圧力制御手段とを有することを特徴とする。
【０００８】
上述した亜臨界水処理装置において、前記抜出し装置は、容積式ポンプであり、前記圧力制御手段は、前記容積式ポンプを制御することにより前記反応塔の圧力を一定に保つようにしてもよい。
【０００９】
上述した亜臨界水処理装置において、前記供給装置から前記導入口との間に設けられ、前記導入口から導入される被処理物に蒸気を吹き込む蒸気吹込手段を更に有するようにしてもよい。
【００１０】
上述した亜臨界水処理装置において、前記反応塔で処理された処理物を冷却する複数の冷却装置を更に有し、前記複数の冷却装置の導入口にそれぞれ設けられたバルブを操作して、前記反応塔で処理された処理物を前記複数の冷却装置のいずれかに選択的に供給するようにしてもよい。
【００１１】
本発明の一態様による亜臨界水処理方法は、亜臨界状態の水により被処理物を連続的に処理する亜臨界水処理方法であって、供給装置により反応塔に被処理物を導入し、反応塔に導入された被処理物に複数の撹拌媒体を混合して撹拌手段により撹拌し、亜臨界状態の水により被処理物を反応させ、抜出し装置により、前記反応塔で処理された処理物を前記反応塔から抜出し、前記抜出し装置を制御することにより前記反応塔の圧力を一定に保つことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
以上の通り、本発明によれば、被処理物の導入口と、撹拌手段と、処理物の導出口とを有し、被処理物に複数の撹拌媒体を混合して撹拌手段により撹拌し、亜臨界状態の水により被処理物を反応させる反応塔と、反応塔の導入口に被処理物を導入するための供給装置と、反応塔の導出口から、反応塔で処理された処理物を導出するための抜出し装置と、抜出し装置を制御することにより反応塔の圧力を一定に保つ圧力制御手段とを有するようにしたので、反応塔内で原料が充満滞留することなく連続的に亜臨界水処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態よる亜臨界水処理装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の他の実施形態よる亜臨界水処理装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の一実施形態による亜臨界水処理装置について図面を用いて説明する。図１に本実施形態による亜臨界水処理装置を示す。
【００１５】
亜臨界水処理を行う反応塔１０は円筒形でほぼ垂直に設置されている。反応塔１０は、例えば、ステンレス製又はニッケル合金製である。
【００１６】
攪拌手段としては、反応塔１０内には、被処理物を撹拌するためネジ状の羽根１２と、羽根１２を回転駆動する手段であるモータ１４が設けられている。羽根１２は、耐摩耗性及び耐腐食性の高い材料であればよく、例えば、ステンレス製又はニッケル合金製である。羽根１２と反応塔１０内壁との隙間は、後述する撹拌媒体が移動でき、内壁に原料が付着しない程度の隙間、例えば、３０ｍｍ〜１３５ｍｍ程度であることが望ましい。
【００１７】
反応塔１０内には、被処理物が羽根１２や反応塔１０の塔壁に付着することを防止するために多数のボール１６が撹拌媒体として混入されている。ボール１６は、例えば、鋼製又はセラミック製、ステンレス製であり、直径６〜２５ｍｍである。撹拌媒体としては、被処理物よりも硬質な球体を用いることができる。撹拌媒体は、ネジ状の羽根１２の回転により、上方向へ移動することができる。
【００１８】
亜臨界水処理される原料である被処理物としては、例えば、食品廃棄物、家畜排泄物、下水汚泥、廃木材などのバイオマス廃棄物や、廃トナー、廃プラスチック、廃合成繊維等の有機物を主体とする原料である。特にスラリー等の固形分を含有する被処理物の処理に適している。
【００１９】
原料は、供給装置となる供給ポンプ２０により反応塔１０内に導入される。モータ２０ａを駆動することにより供給ポンプ２０により原料を加圧し、原料導入管２２を介して、導入口１０ａから反応塔１０内に導入する。供給ポンプ２０には容積式ポンプを用いる。例えば、一軸式、ロータリー式、チューブ式等の容積式ポンプを用いる。
【００２０】
反応塔１０の導入口１０ａ近くの原料導入管２２には、蒸気吹込手段となるスチームの混合器２４が設けられている。混合器２４にはバルブ２５を介してスチームが供給される。供給ポンプ２０により送られてくる原料に対して、混合器２４により外部からスチームを混入することにより、原料を加熱する。これにより、管内への固定物の付着やそれにより熱効率低下という問題があった熱交換器を使わずに原料を加熱することができる。
【００２１】
反応塔１０内部を加熱するために、スチーム導入管２６を介して、反応塔１０の導入口１０ｂからスチームを導入する。
【００２２】
反応塔１０の導入口１０ｂ近くのスチーム導入管２６には、スチームの導入を制御するためのバルブ２８が設けられている。また、反応塔１０内部の温度を測定するための温度測定器（ＴＩ：Thermal Indicator）３０が設けられている。温度制御手段（図示せず）により、温度測定器３０の測定温度に基づいて、バルブ２８を開閉制御して、反応塔１０内部が所定の温度になるように制御する。
【００２３】
亜臨界水処理された原料は、抜出し装置となる抜出しポンプ３４により、反応塔１０の導出口１０ｃから導出される。モータ３４ａを駆動することにより抜出しポンプ３４により亜臨界水処理された原料を導出口１０ｃから導出管３２に導出する。抜出しポンプ３４には容積式ポンプを用いる。例えば、一軸式の容積式ポンプを用いる。
【００２４】
反応塔１０の導出口１０ｃ近くの導出管３２には、圧力を測定するための圧力測定器（ＰＩ：Pressure Indicator）３６が設けられている。圧力制御手段（図示せず）により、圧力測定器３６の測定値に基づいて、抜出しポンプ３４のモータ３４ａを駆動制御して、反応塔１０内部が所定の圧力になるように制御する。
【００２５】
減圧装置としては、ポンプではなく圧力コントロールバルブ（背圧弁）を用いてもよい。この場合は、圧力測定器３６の測定値に基づいて、圧力コントロールバルブの開度を制御して反応塔１０の内部が所定の圧力になるように制御する。
【００２６】
水は温度６４７．０９６Ｋ（３７４℃）、圧力２２．０６４ＭＰａを越えると超臨界水となり、液体と気体の境が無くなる。亜臨界水はそれよりもやや温度と圧力の低い状態（亜臨界）の液体である。亜臨界水は強力な分解力をもち、亜臨界水による水熱反応（亜臨界水反応）により、蛋白質やセルロースなどの高分子をアミノ酸や糖類などに分解する。
【００２７】
本実施形態では、反応塔１０内部の温度が１２０〜２５０℃、内部の圧力が０．２〜５．０ＭＰａ程度となることが望ましい。また、被処理物が反応塔１０内で、一定の反応時間、例えば、５〜３０分だけ滞留するように、供給ポンプ２０を制御する。これにより原料を適切に亜臨界水処理することができる。反応塔１０の容積に応じて所定の滞留時間を決定する。
【００２８】
反応塔１０により亜臨界水処理された処理物を冷却するために、冷却装置となる水冷ジャケット構造の冷却器４０を複数個設ける。
【００２９】
冷却器４０は、例えば、ステンレス製又はニッケル合金製である。
【００３０】
冷却器４０は水冷式のジャケット４２により周囲が覆われている。ジャケット４２に冷却水を循環させることにより冷却する。冷却器４０内の処理物を撹拌して熱交換効率を確保するために撹拌機４４が設けられている。
【００３１】
本実施形態では２台の冷却器４０を設けている。抜出しポンプ３４からの配管５０を分岐し、各配管５２Ａ、５２Ｂにそれぞれ冷却器４０を設ける。冷却器４０の前後の配管５２Ａ、５２Ｂにそれぞれバルブ５４Ａ、５４Ｂ、５６Ａ、５６Ｂを設ける。
【００３２】
反応塔１０から導出された処理物を、配管５２Ａに設けた冷却器４０で受けて冷却する場合には、バルブ５４Ａを開き、バルブ５６Ａを閉じる。このとき、配管５２Ｂのバルブ５４Ｂを閉じ、５６Ｂを開いて、配管５２Ｂに設けた冷却器４０により冷却された処理物をポンプ６０により送出する。
【００３３】
また、反応塔１０から導出された処理物を、配管５２Ｂに設けた冷却器４０で受けて冷却する場合には、バルブ５４Ｂを開き、バルブ５６Ｂを閉じる。このとき、配管５２Ａのバルブ５４Ａを閉じ、５６Ａを開いて、配管５２Ａに設けた冷却器４０により冷却された処理物をポンプ６０により送出する。
【００３４】
冷却器４０を複数台設けることにより、反応塔１０から導出された処理物を交互に受けることができ、冷却効率の低下等の場合には使用していない方の冷却器４０を一時的に開放して清掃することができ、亜臨界状態の水による反応処理を中断することなく安定した冷却処理が可能となる。
【００３５】
このように本実施形態によれば、反応塔内で原料が充満滞留することなく連続的に亜臨界水処理することができ、また、処理物を中断することなく安定して冷却することができる。
【００３６】
本発明の他の実施形態による亜臨界水処理装置について図面を用いて説明する。図２に本実施形態による亜臨界水処理装置を示す。図１に示す実施形態における構成要素と同一又は同種の構成要素には同じ符号を付して説明を省略又は簡略にする。
【００３７】
図１に示す実施形態では、亜臨界水処理された原料を抜き出す抜出しポンプ３４を、反応塔１０の導出口１０ｃに直接設けたが、本実施形態では、冷却器４０の後段に抜出しポンプ６２を設ける。
【００３８】
反応塔１０の導出口１０ｃに接続された導出管３２は配管５０に接続される。配管５０は配管５２Ａ、５２Ｂに分岐され、各配管５２Ａ、５２Ｂにそれぞれ冷却器４０が設けられる。抜出しポンプ６２は、複数の冷却器４０からの配管に設けられる。
【００３９】
亜臨界水処理された原料は、抜出しポンプ６２により、冷却器４０を介して、反応塔１０の導出口１０ｃから導出される。モータ６２ａを駆動することにより抜出しポンプ６２により亜臨界水処理された原料を導出口１０ｃから導出管３２に導出する。抜出しポンプ６２には容積式ポンプを用いる。例えば、一軸式の容積式ポンプを用いる。
【００４０】
反応塔１０の導出口１０ｃ近くの導出管３２には、圧力を測定するための圧力測定器（ＰＩ：Pressure Indicator）３６が設けられている。圧力制御手段（図示せず）により、圧力測定器３６の測定値に基づいて、抜出しポンプ６２のモータ６２ａを駆動制御して、反応塔１０内部が所定の圧力になるように制御する。
【００４１】
減圧装置としては、ポンプではなく圧力コントロールバルブ（背圧弁）を用いてもよい。この場合は、圧力測定器３６の測定値に基づいて、圧力コントロールバルブの開度を制御して反応塔１０の内部が所定の圧力になるように制御する。
【００４２】
このように本実施形態によっても、反応塔内で原料が充満滞留することなく連続的に亜臨界水処理することができ、また、処理物を中断することなく安定して冷却することができる。
【００４３】
本発明は上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
【００４４】
例えば、上記実施形態では、反応塔に導入される原料を予め加熱するためにスチームの混合器を設けたが、原料を直接反応塔に導入するようにしてもよい。
【００４５】
また、上記実施形態では、ジャケット式の冷却器を設けたが、コイル式等の他の冷却器でもよい。
【００４６】
また、上記実施形態では、２台の冷却器を設けたが、３台以上の冷却器を設けてもよい。
【符号の説明】
【００４７】
１０…反応塔
１０ａ、１０ｂ…導入口
１０ｃ…導出口
１２…羽根
１４…モータ
１６…ボール（撹拌媒体）
２０…供給ポンプ
２０ａ…モータ
２２…原料導入管
２４…混合器
２５…バルブ
２６…スチーム導入管
２８…バルブ
３０…温度測定器
３２…導出管
３４…抜出しポンプ
３４ａ…モータ
３６…圧力測定器
４０…冷却器
４２…ジャケット
４４…撹拌機
５０、５２Ａ、５２Ｂ…配管
５４Ａ、５４Ｂ、５６Ａ、５６Ｂ…バルブ
６０…ポンプ
６２…抜出しポンプ
６２ａ…モータ
【図１】
2011194301.tif 000003
【図２】
2011194301.tif 000004