(57)【要約】  本発明は、物質、特に粒子状物質を容器へ注入するための装置および設備と関連の方法に関連する。水圧縮を用いた処理方法において反応容器へ物質を注入するための装置は、例えば二つの可変容積に、すなわち圧縮空間（３２）と液圧圧縮空間（３４）とに内部容積を密封状態で分割するベローズのような可動アセンブリ（２９）が配置された、内部容積を有する圧縮空間（２４）を含む。本装置の可変液圧圧縮空間は、反応容器（２）から排出される排出物の液相と気相とを分離する液体／気体分離器（１４）の液相の排出口（１５）に接続される。
2008510931.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水圧縮法で反応容器へ物質を注入するための装置であって、内部容積が二つの可変容積、すなわち物質圧縮空間（３２）と液圧圧縮空間（３４）とに密封状態で分割されるように可動アセンブリ（２９）が配置された、内部容積を持つ圧縮空間（２４）を含むことを特徴とする装置。
【請求項２】
前記可動アセンブリがベローズ（２９）または可動ピストンで構成されることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記圧縮空間（３２）の注入口に設けられて前記処理される物質の均質化を可能にするタービン（４６）を含むことを特徴とする、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記タービン（４６）が磁気駆動されることを特徴とする、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記可動アセンブリ（２９）の運動を追跡するための装置（３８）を含むことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
前記圧縮空間（２４）の壁（２８）に固定されたガイド管（３６）と、前記可動アセンブリ（２９）に固定されるとともに前記ガイド管（３６）の中を摺動するガイド軸（３３）とを含むことを特徴とする、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記可動アセンブリ（２９）の前記運動追跡装置が、前記ガイド管（３６）における前記ガイド軸（３３）の位置を示す磁気装置（３８）であることを特徴とする、請求項５または６に記載の装置。
【請求項８】
処理される物質のための注入口（８）と、酸化性気体混合物、例えば動作圧力まで圧縮された空気のための注入口（４）と、液体／気体排出物のための排出口（１０）とを有する反応容器（２）と、前記処理される物質のための前記注入口（８）に接続された物質の注入装置（２４）とを含む、物質を処理するための設備であって、前記注入装置（２４）が請求項１〜７のいずれか１項に記載の装置であり、前記装置の可変の前記圧縮空間（３４）が前記反応容器（２）の前記排出物排出口（１０）に接続されることとを特徴とする設備。
【請求項９】
前記反応容器（２）を出る前記排出物を液相と気相とに分離する液体／気体分離器（１４）を含み、前記液相が前記注入装置（２４）の前記圧縮空間（３４）へ送られることを特徴とする、請求項８に記載の設備。
【請求項１０】
容量ポンプ（１６）により、特に磁気駆動されるギヤポンプにより、前記液相が前記圧縮空間（３４）へ送られることを特徴とする、請求項９に記載の設備。
【請求項１１】
前記液体／気体分離器（１４）を出る前記排出物の前記気相がタービンまたは気体モータ（６４）へ送られることを特徴とする、請求項８〜１０のいずれか１項に記載の設備。
【請求項１２】
前記タービンまたは気体モータ（６４）が、前記反応容器（２）に加えられる前記酸化性気体混合物を圧縮するユニット（６）を少なくとも部分的に駆動することを特徴とする、請求項１１に記載の設備。
【請求項１３】
逆相で作動する２台の物質注入装置（２４）を含むことを特徴とする、請求項８〜１２のいずれか１項に記載の設備。
【請求項１４】
前記物質が、流体中に分散された粒子状の固体であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の装置、または請求項８〜１３のいずれか１項に記載の設備。
【請求項１５】
請求項８〜１３のいずれか１項による設備で物質を処理するための水圧縮法であって、
前記処理される物質を圧縮するための前記圧縮空間（３２）が充填されるステップと、
前記注入装置（２４）の前記圧縮空間（３４）を前記反応容器の前記排出口（１０）と連通させることにより、前記処理される物質が注入され、圧力が印加されるステップと、
前記圧縮空間（３２）が空になるまで前記物質の注入が継続するステップと、
前記液圧圧縮空間（３４）と前記反応容器との間の連通を遮断することにより、前記液圧圧縮空間（３４）が減圧されるステップと、を含むサイクルを特徴とする方法。
【請求項１６】
前記物質が大流量遠心ポンプ（４２）により前記圧縮空間（３２）へ追加される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記遠心ポンプ（４２）の流量が、前記反応容器（２）で処理される前記物質の注入量の１０〜２０倍であることを特徴とする、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記サイクル時間が５〜１０分の範囲であることを特徴とする、請求項１５〜１７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１９】
前記粒子の最大サイズが、回路および遮断部材における最小通路の直径の約３分の１であることを特徴とする、固体有機物の浮遊粒子を含む有機物の注入に使用される、請求項１５〜１８のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水圧縮処理プロセスにおいて反応容器へ物質を注入するための装置に関する。
【０００２】
また、処理される物質のための注入口と、動作圧力まで圧縮された酸化性気体混合物、例えば空気のための注入口と、液体／気体排出物のための排出口と、処理される物質のための注入口に接続された、物質を注入するための装置と、を有する反応容器を備える、物質を処理するための設備にも関する。
【０００３】
また、本発明による設備で物質を処理するための方法にも関する。
【背景技術】
【０００４】
廃棄物処理のための圧縮方法の分野には、反応媒体に水を用いる方法として大きく分けて二種類、すなわち、湿式空気酸化法（ＷＡＯ）と、水熱酸化法または超臨界水酸化法（ＳＣＷＯ）がある。ＷＡＯは、水の臨界条件を下回る温度および圧力条件を特徴とする。そのため、二相状態で作動して、ＳＣＷＯの場合よりも１または２倍程度の規模の無機化速度が得られる。
【０００５】
超臨界水における超臨界水酸化法（ＳＣＷＯ）は、２２１バールおよび３７４℃より高い圧力および温度条件での水の特質を利用し、特に低誘電率を利用して疎水性化合物の可溶化を可能にし、また低密度および低粘度を利用してあらゆる比率での気体化合物との混合を可能にする。得られる反応媒体は、酸素と、無機化反応で燃料と酸化物として作用する有機化合物との間の完全に均質な混合を可能にし、この混合は媒体のもつ温度により自然に発生する。Ｏ２、ＣＯ２、Ｎ２などの気体は、多くのアルカンのように水中で完全に溶融する。焼却炉や湿式空気酸化法の場合のような低温または低圧で一般的に観察される相間移動の制約がなく、燃焼を発生させることが可能であり、１分未満の滞留時間内で有機基質を完全に無機化できる。そのためＳＣＷＯ法は、有機基質を完全に破壊する必要がある有機廃棄物の処理に特に適している。
【０００６】
しかしながら、これらの技術を用いる者が直面する問題の一つに、流体に分散された粒子状の固体を含有する排出物を処理できないという問題がある。これらの高圧方法は、システム上連続しており、結果的にポンプ供給可能な液状の排出物に限定される。しかし、７μｍより大きな直径を持つ粒子は高圧ポンプに流入できない。つまりその吐出圧力は、通常ポンプが使用される１００バールより高いのであり、そのため、水圧縮の酸化法は、処理される流れの種類に大きく左右される。このように、処理する流れが浮遊粒子固体を含有するというだけで、用途が制限されてしまう。
【０００７】
その上これらの方法は、流体を動作圧力まで圧縮するのにエネルギー消費が必要である。この要求は大流量を用いる方法には制約となり、それゆえ特殊な産業廃棄物を処理する競合方法と直面すると、ＳＣＷＯ法は操業コストの点では概してほとんど競争力がない。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の主題は、まさにこれらの欠点を克服する、廃棄物処理のための注入装置と注入設備と水圧縮法である。これは、包括的に水圧縮法と呼ばれるＷＡＯ法とＳＣＷＯ法の両方に適用される。しかし、本発明を好ましく活用できるのはＳＣＷＯ法である。本発明の実施は、高温・高圧のＳＣＷＯ動作条件ではさらに好都合となる。
【０００９】
本発明では、反応容器へ物質を注入するための装置が、二つの可変容積、すなわち物質圧縮空間と液圧圧縮空間に内部容積を密封状態で分割する可動アセンブリが配置された、内部容積を有する圧縮空間を含むという事実によってこれらの目的を達成する。可動アセンブリは、ベローズまたは可動ピストンで構成されると好都合である。
【００１０】
これらの特徴により、浮遊物質を注入するための装置は、流体循環システムに、特に廃棄物の通る範囲に高圧ダイナミックシールを使用しない。そのため、３００バールまでの圧力で浮遊物質を含有する廃棄物を注入することが可能である。また、市販のピストンポンプと異なり、漏出の危険に対して強い。
【００１１】
装置が、圧縮空間の注入口に設置されるタービンを備え、処理される物質を均質化できると好都合である。タービンは磁気駆動されることが好ましい。
【００１２】
装置が、可動アセンブリの運動を追跡する装置を備えていると好ましい。一実施例では、これは圧縮空間の壁に固定されて可動アセンブリの運動方向に対して垂直に配置された軸線を持つガイド管と、可動アセンブリに固定されてガイド管内を摺動するガイド軸とを含む。可動アセンブリを追跡するための装置は、例えば、ガイド管内のガイド軸の位置を示す磁気装置である。これは、圧縮空間の充填および排出のサイクルを調整するために使用される。
【００１３】
廃棄物を処理するための設備は、処理される物質のための注入口と、酸化性気体混合物、例えば動作圧力まで圧縮された空気のための注入口と、液体／気体排出物のための排出口とを持つ反応容器と、処理する廃棄物のための注入口に接続された、処理される物質を注入するための装置とを含む。この装置は本発明に適合し、その可変圧縮空間は、反応容器の排出物排出口に接続される。
【００１４】
液体／気体分離器は、反応容器から出される排出物を液相と気相とに分離することができ、液相は注入装置の圧縮空間に送られる。
【００１５】
そのため、処理される物質は、等液圧伝達により、すなわち液圧流体として水性排出物を用いる容量ポンプを介して、反応容器へ導入される。この運動を実行するための消費電力は、同一の流量で大気圧から動作圧力まで流体を圧縮するのに必要な消費量と比較してきわめて低い。
【００１６】
本発明の他の好都合な特徴によれば、液体／気体分離器から導出された排出物の気相は、ガスタービンに加えられる。これにより、この気相に含まれる圧力エネルギーを回収できる。タービンは、例えば反応容器に加えられる酸化性気体混合物の圧縮ユニットを駆動するのに使用できる。
【００１７】
このように、高圧の気体排出物に含まれる空気力から最大の長所が得られ、本方法の気流を発生させるのに必要な電力を減少させる。
【００１８】
本発明の他の好都合な特徴によれば、本設備は、逆相で作動する２台の物質注入装置を備える。
【００１９】
この構成により、物質すなわち廃棄物の反応容器への注入における不連続性をなくすことが可能である。２台の注入装置は共通の要素、すなわち物質のための循環ポンプと、液圧流体を循環させるための容量ポンプと、反応容器と、を使用する。
【００２０】
物質は、流体中に分散された粒子形状の固体であると好都合である。
【００２１】
本発明の設備において物質を処理するための水圧縮法によれば、処理される物質が圧縮空間に充填され、圧力が印加され、液相／気相のうち気相の排出口と、液体／気体分離器の液相の排出口のそれぞれに圧縮空間を連通させることにより、この物質が注入され、物質の注入は圧縮空間が空になるまで継続され、処理される物質を圧縮するこの空間は次に、例えば遮断バルブによって圧縮空間と反応容器との間の連通を閉じることにより減圧される。それから同サイクルが再開され、処理される物質を圧縮空間に充填する作用によって、液圧圧縮流体を容器へ排出する。
【００２２】
処理される物質は、高処理量遠心ポンプによって、例えば処理される物質の反応室への注入速度の例えば１０から２０倍で加えられる。サイクルの継続時間は、特に遮断部材の疲労を防止するため、５〜１０分程度であることが好ましい。
【００２３】
本発明の他の特徴と長所は、例示のみを目的として記載された以下の実施例の詳細な説明を図面を参照して読むと、さらに明らかになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
廃棄物を処理するための設備と超臨界水酸化法について述べる。反応は反応容器２で行われる。この容器は通常のタイプのものである。例えば、仏国特許出願公開第２８１４９６７号明細書に記載されているように、管形の本体と本体内部に配置された内部体とを含む長円筒形の容器を使用してよい。反応容器は本発明の一部ではないので、これ以上詳細には説明しない。
【００２５】
反応容器２には、注入口４を介して圧縮空気が公称流量で供給される。空気は、大気から、または廃棄物貯蔵タンクの上部空間から高圧コンプレッサ６により反応エリアへ直接注入されて、再生を可能にする。
【００２６】
反応容器には、注入口８を介して圧力下にある公称流量の廃棄物が供給される。気体／水排出物は排出口１０を介して、塩水は排出口１２を介して容器から排出される。この塩水は初期廃棄物の無機成分の大部分を含有している。反応容器２では、通常の水圧縮動作条件で、廃棄物はＣＯ２とＮ２とＨ２Ｏに転化され、排出口１０を出る流れは、液体および気体である本方法の排出物の冷却混合物で構成される。
【００２７】
容器２を出る液体／気体排出物の混合物は、気体／液体分離器１４において動作圧力および動作温度で分離される。液体排出物は、例えばギヤポンプ等の容量ポンプであることが好ましい移送ポンプ１６により除去される。気体排出物は、流量調節バルブ１８または排出装置を介して排出され、このことにより、反応エリアと、液体／気体分離器１４と、このアセンブリに接続された機器の圧力を調整する。
【００２８】
連続パルスにより周囲温度で排出口１２から除去された塩水は、貯蔵所２２へ送られる前に緩衝空間２０へ送られる。
【００２９】
本発明の必須要素の一つをなす注入装置２４は、垂直方向に配置されるのが好ましい円形断面を持つ円筒形の本体２６で構成される。本体２６の上部は底端部２８を備える。開口下部はフランジ３０で閉じられている。
【００３０】
本体２６の内部容積は、可動アセンブリにより二つの可変容積に分割されている。この例では、可動アセンブリはフランジ３０の下部に固定されたベローズ２９で構成される。ベローズは、本体２６の内部体の容積を廃棄物圧縮空間３２とこの廃棄物のための液圧圧縮空間３４とに分割する。制約なくベローズを動かすため、圧縮空間の高さと直径の比は２〜５の間である。ベローズの運動は、ベローズに固定されてガイド管３６の中で摺動するガイド軸３３により、空間３４の軸線Ｘ上で案内される。ガイド軸には、ガイド管の外側においてこの軸の位置を示すために磁気装置３８が装着されている。そのため、距離測定によってベローズの充填状況を追跡することができる。
【００３１】
廃棄物は、低圧遠心ポンプ４２を介して、保管箇所４０から廃棄物圧縮空間３２へ、低圧だが高流量で注入される。圧縮空間３２とポンプ４２とは、アクチュエータ４４を備える遮断バルブによって絶縁されている。電動モータ５０により作動する磁気ドライバ４８によって回転するように設けられたタービン４６が、フランジ３０に取り付けられている。タービン４６の機能は、圧縮空間３２へ流入する廃棄物を均質化することである。
【００３２】
圧縮空間３２が完全に充填されるとき、すなわちベローズ２９の拡開位置において、液圧圧縮空間３４は、液体／気体分離器１４、より詳しくは分離器１４の液相の排出口１５と連通状態にある。これは、遮断バルブ５４を閉じて貯蔵箇所５５へ液相を排出させて、遮断バルブ５６を開くことによって達成される。液圧流体は、磁気駆動ギヤポンプ１６によって圧縮空間３４へ注入される。このことにより、廃棄物圧縮空間３２から反応容器２の注入口８への、調節流量での廃棄物の高圧注入が可能となり、この接続はアクチュエータ５８を備える遮断バルブによって絶縁される。作動液として液体排出物を用いる容量ポンプ１６による等液圧伝達により、廃棄物が反応室へ導入される。この運動を実施するための電力消費は、同一の流量で流体を大気圧から動作圧力まで圧縮するのに必要なエネルギーと比較してきわめて小さい。この働きは、廃棄物とともに反応容器２へ注入される水の流れすべてが反応器を出る排出物中に現れるという想定に基づいている。
【００３３】
アクチュエータ５７を備える遮断バルブは、容量ポンプ１６によって、反応容器２の注入口８へ液体排出物を無限に再循環させる。
【００３４】
廃棄物注入装置は、少なくとも、
空間３２への低圧の廃棄物の高速充填と、
ベローズ２９により液圧流体と接触させることによる廃棄物の圧縮と、
循環ポンプ１６による高圧かつ調節流量での注入と、
圧縮空間３４の減圧と、
続くベローズ２９への廃棄物の充填と平行した液圧流体の低圧排出と、
を含む作動サイクルで作動する。
【００３５】
この機能が反応容器の著しい動作妨害、特に反応器の熱的妨害を引き起こさないために、そして使用される機器による処理量を最大化するために、機器、特に遮断部材の加速による不必要な疲労を招かないように、作動サイクルは少なくとも５〜１０分の継続時間を持たなければならない。圧縮空間３２の高さは、液位測定３８の正確な解析を保証するのに充分な高さでなければならず、少なくとも５〜１０ｃｍでなければならない。さらに、反応容器への廃棄物への供給を効率的に切断するため、廃棄物供給ポンプ４２の流量と注入装置２４による供給の流量との比を少なくとも１０〜２０にして、廃棄物注入段階の継続時間と注入段階の継続時間との比を最大にしなければならない。この比の値は９０〜９５％より高い。
【００３６】
装置２４と類似した第２注入装置を用いることによって、反応容器２への廃棄物注入の不連続性をなくすことが可能である。２台の注入装置は、共通の機器、つまり廃棄物循環ポンプ４２と、液圧流体を循環させるための容量ポンプ１６と、反応容器２とを使用する。これらの装置の１台に廃棄物が充填されている間、他は注入段階にある。このような条件では、注入段階の継続時間を廃棄物充填段階の継続時間と同一とすることができる。これにより連続廃棄物注入を実施することができる。
【００３７】
上述した注入装置および方法は、追加のエネルギー入力がほとんどいらず、そのため運転コストが低下する。この設備と方法の他の長所は、また、液体廃棄物中に浮遊する物質の処理が可能であることである。直径が７μｍを超える粒子は、高圧ポンプ、すなわち吐出圧力が１００バールを超えるポンプに流入することができない。そのため、従来の水圧縮法は、浮遊する廃棄物を含有する液相の処理に適用できない。それとは逆に、本発明の装置は、浮遊する粒子を含有する有機物を、調節流量で注入できる。これらの粒子は有機物でも無機物でもよい。これらの粒子の最大サイズは、廃棄物が移動する配管と遮断バルブと分岐接続の流径の大きさにより制限される。粒子の最大サイズは、回路内の最小流路直径の３分の１を超えないことが好ましい。
【００３８】
本発明の方法では、分離器１４を出る気体排出物に含有されるエネルギーを再利用することも可能である。反応エリアから出される気体／液体排出物は、分離器１４において高圧で分離される。排出物は制御バルブ１８または排出装置によって取り除かれ、本方法の圧力を、配管１０内の圧力の測定により制御される公称値に調整することができる。制御バルブ１８の排出口付近での高圧気体の流れをそのまま有益に利用することが可能である。従来の方法では、図１に描かれているように気体の流れは緩衝空間６０へ送られる。アクチュエータ６２を備える遮断バルブにより、本方法の空気圧縮ユニット６に磁気結合された空気モータまたはタービン６４へ空気を供給することができる。この圧空装置を出る気体は、気体排出口６６へと排出される。動作中、コンプレッサモータへ供給される電力により、必要な圧縮率を維持して空気力を充分に保つことができる。本装置は、高圧の気体排出物に含まれる空気動力を最大限利用することにより、本方法の気流を発生させるのに必要な電力を減少させることができる。
【００３９】
制御バルブ１８から得られた高圧の気体排出物は、制御バルブまたは排出装置６１により圧力が制御される気体緩衝空間６０に連続的に集められる。緩衝空間の圧力は約１０〜５０バールである。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
水中に浮遊する有機物を注入するための上述の装置では、注入空間を、市販されていない、実験室または試験的な規模の方法に適応させることが可能である。高圧かつ調整流量での浮遊物質の注入は、毎時１００キログラム程度の注入流量について有効である。これより低い流量でこのタイプの流体の直接注入を実施できるのは、長期間使用のための頑丈さが不十分であるプッシャ・シリンジタイプのピストン装置を用いてのみであった。本発明の装置は、小規模な方法の最適化と、放射性廃棄物処理産業または船舶、潜水艦、宇宙カプセルなど小型の密閉環境で発生する有機廃棄物の処理で必要とされるものなど、小型の産業プロセスの開発とに適用される。すなわち、超臨界水の無機化の性質のみに関してではなく、軸タービン４６によって実現される等の機械動作を超臨界流体と結びつけるという長所を評価することにより、検討される連続ＳＣＷＯ法を用いた有機固体の破壊が可能なのである。また、放射核燃料と核兵器を処理する産業分野において、汚染されたイオン交換樹脂の処理にも適用される。
【００４１】
本発明の方法と装置は、処理工場からの汚泥、または、医薬品、化学薬品、石油化学製品、農産食品産業、製紙工場などでの産業排出物、農業廃棄物の処理にも適用される。浮遊物質を含有する排出物を３００バールまでの圧力において広範囲の流量で注入するのにも使用できる。そのうえ、メインの高圧ポンプは従来の水圧縮法では最もコストの高い三つの部品の一つであるので、機械エネルギーの回収によって設備の運転コストばかりでなく投資コストをも低下させる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】実施例を説明する図である。
【図１】
2008510931.tif 000003
【国際調査報告】
2008510931.tif 000004
2008510931.tif 000005
2008510931.tif 000006
2008510931.tif 000007