(57)【要約】【課題】  スラリー中に混入する酸素含有ガスの気泡を微細にすることで、酸化処理効率およびエネルギー効率の高い湿式酸化装置を提供する。【解決手段】  高温高圧状態を保持する反応塔１２と、この反応塔１２内に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給手段１６とを備え、上記酸素含有ガス供給手段１６から供給される酸素含有ガスを反応塔１２内のスラリーに混入して、スラリー中の有機物を酸化処理する湿式酸化装置において、上記反応塔１２には焼結金属あるいはセラミックスからなる発泡ノズル１７を設けるとともに、上記酸素含有ガス供給手段１６から供給される酸素含有ガスを、上記発泡ノズル１７に形成される流通路１７ａを通過した後スラリー中に混入する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温高圧状態を保持する反応塔と、この反応塔内に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給手段とを備え、上記酸素含有ガス供給手段から供給される酸素含有ガスを反応塔内のスラリーに混入して、スラリー中の有機物を酸化処理する湿式酸化装置において、上記反応塔には焼結金属あるいはセラミックスからなる発泡ノズルを設けるとともに、上記酸素含有ガス供給手段から供給される酸素含有ガスを、上記発泡ノズルに形成される流通路を通過した後スラリー中に混入する構成にした湿式酸化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、高温高圧下でスラリー中の有機物を酸化処理する湿式酸化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、特許文献１に示す湿式酸化装置が知られているが、この湿式酸化装置について図３を用いて説明する。
この湿式酸化装置は、外塔１０１と内塔１０２とからなる反応塔Ｂを備えてなり、外塔１０１と内塔１０２との間の空間に高温の加熱ガスを循環させて、内塔１０２内を高温に維持するようにしている。そして、上記内塔１０２には、スラリーポンプＳＰに接続したスラリー配管１０３を連通させ、スラリーポンプＳＰによって圧送されるスラリーを、スラリー配管１０３の開口１０３ａから内塔１０２内に供給している。
【０００３】
また、上記スラリー配管１０３内には、酸素含有ガス供給通路１０４を設けるとともに、この酸素含有ガス供給通路１０４の開口１０４ａを、上記スラリー配管１０３の側面に設けている。そして、酸素含有ガス供給通路１０４の他端には、エアまたは酸素等からなる酸素含有ガスを、所定の圧力で供給する酸素含有ガス供給手段１０５を接続するとともに、この酸素含有ガス供給手段１０５から供給される酸素含有ガスが、酸素含有ガス供給通路１０４を介して内塔１０２内に供給されるようにしている。
ただし、スラリー配管１０３と、酸素含有ガス供給通路１０４とは完全に配管を分離しているので、スラリー配管１０３中のスラリーと、酸素含有ガス供給通路１０４中の酸素含有ガスとが配管内で交わることはない。
【０００４】
また、内塔１０２の底部近傍には、上記スラリー配管１０３を貫通するように、金属製の平板部材からなる発泡ノズル１０６を設けている。この発泡ノズル１０６は、その上方にスラリー配管１０３の開口１０３ａを位置させるとともに、その下方に酸素含有ガス供給通路１０４の開口１０４ａを位置させている。つまり、スラリー配管１０３の開口１０３ａと、酸素含有ガス供給通路１０４の開口１０４ａとの間に発泡ノズル１０６を位置させている。この発泡ノズル１０６は、ドリル加工やパンチングによって形成した小径の貫通孔１０６ａを複数備えている。そして、上記酸素含有ガス供給通路１０４から内塔１０２内に供給される酸素含有ガスが、上記貫通孔１０６ａを通過して、内塔１０２内のスラリーに混入されるようにしている。
【０００５】
なお、上記のように、貫通孔１０６ａを小径にすることによって、貫通孔１０６ａから噴出する気泡を小さくすることができる。このように、スラリー中に供給する気泡を小さくすれば、スラリー中の有機物に接触する気泡の表面積を大きくするとともに、有機物と気泡との接触時間を長くすることができる。
すなわち、スラリー中に供給される気泡が大きいと、スラリー中の有機物に接触する気泡の表面積が小さくなってしまうとともに、気泡がスラリー中に滞留する時間が短くなってしまう。これに対して、一つ一つの気泡を小さくすれば、スラリー中の有機物に接触する気泡の表面積を大きくすることができるとともに、当該気泡がスラリー中をゆっくりと上昇することができる。このように、スラリー中の有機物に接触する気泡の表面積が大きくなるとともに、気泡がスラリー中に滞留する時間を長くすれば、有機物と酸素との接触機会が多くなり、反応塔Ｂ内での酸化処理が促進されて、酸化処理効率を高めることができる。
【特許文献１】特開２００３−３１２８４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の湿式酸化装置によれば、発泡ノズル１０６に複数の小径の貫通孔１０６ａを形成するとともに、この貫通孔１０６ａに酸素含有ガスを通過させて、スラリー中に微細な気泡を混入させている。
ところが、上記発泡ノズル１０６は、ドリル加工やパンチングによって貫通孔１０６ａを形成しているため、当該貫通孔１０６ａを小さくするのには限界がある。そして、一般的なドリル加工あるいはパンチングによって、可能な限り貫通孔１０６ａを小さく形成したとしても、貫通孔１０６ａを通過してスラリー中に混入する気泡をあまり小さくすることができない。そのため、発泡ノズル１０６から噴出した気泡が、スラリー中で次々と結合すると、結局大きな気泡となってスラリー中を上昇することとなる。
このように、従来の発泡ノズル１０６においては、スラリー中で気泡が次々と結合し、大きな気泡となってスラリー中を上昇していくので、有機物と酸素との接触機会が減少し、酸化処理が促進できないという問題があった。
【０００７】
また、上記のように有機物と酸素との接触が少なくなると、有機物が炭化してしまうおそれがある。そのため、従来の湿式酸化装置においては、有機物の炭化を防ぐべく、より多くの酸素含有ガスを供給し続けなければならない。つまり、有機物への接触率が低いことを前提にしながら、その接触率の低さを、酸素含有ガスの供給量を増加することで補わなければならない。
このように、所定の酸化処理能力を担保するためには、その分酸素含有ガスの供給量を増やさなければならず、エネルギー効率が悪くなってしまうという問題があった。
【０００８】
この発明の目的は、スラリー中に混入する酸素含有ガスの気泡を微細にすることで、酸化処理効率およびエネルギー効率の高い湿式酸化装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明は、高温高圧状態を保持する反応塔と、この反応塔内に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給手段とを備え、上記酸素含有ガス供給手段から供給される酸素含有ガスを反応塔内のスラリーに混入して、スラリー中の有機物を酸化処理する湿式酸化装置において、上記反応塔には焼結金属あるいはセラミックスからなる発泡ノズルを設けるとともに、上記酸素含有ガス供給手段から供給される酸素含有ガスを、上記発泡ノズルに形成される流通路を通過した後スラリー中に混入する点に特徴を有する。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、発泡ノズルを焼結金属あるいはセラミックスによって構成したので、ドリル加工あるいはパンチングによって貫通孔を形成する場合に比べて、酸素含有ガスを通過させるための流通路を微細かつ不規則に形成することができる。
このように、酸素含有ガスを通過させるための流通路を微細かつ不規則にすれば、発泡ノズルから極めて小さな気泡を噴出させることができる。したがって、発泡ノズルから噴出した気泡が結合したとしても、スラリー中での気泡の大きさをある程度小さく維持することができる。そして、気泡を小さく維持することができるので、スラリー中の有機物と気泡とが接触する表面積が大きくなるとともに、気泡がスラリー中に滞留する時間が長くなって、有機物と酸素との接触効率が高くなり、酸化処理効率およびエネルギー効率を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は、この発明の湿式酸化装置における簡略的な回路図である。
貯留槽１は、焼酎粕等からなるスラリーを貯留するタンクであり、フィードポンプ２によって、この貯留槽１に貯留されたスラリーを原料タンク３に供給している。この原料タンク３には、モータＭによって駆動する攪拌手段４を設け、固形物質が沈殿しないようにスラリーを掻き混ぜるようにしている。
原料タンク３で攪拌されたスラリーは、通路５，６を介して反応塔Ａに供給されるが、原料タンク３から反応塔Ａへスラリーを供給するのがポンプ機構ＰＰである。
【００１２】
このポンプ機構ＰＰは複動シリンダ型のポンプであり、シリンダ内に形成した一対の圧力室７ａ，７ｂ、および、圧力室７ａ，７ｂに隣接するとともにシリンダ内に形成した一対のポンプ作用室７ｃ，７ｄを備えてなる。上記一対の圧力室７ａ，７ｂは、シリンダ内に摺動自在に設けたピストン８によって区画して形成される。
上記ピストン８には、その両端にプランジャ９を設けるとともに、このプランジャ９を圧力室７ａ，７ｂから突出させて、その先端を、上記一対のポンプ作用室７ｃ，７ｄ内に臨ませている。
【００１３】
上記圧力室７ａ，７ｂには、コントロールバルブ１０を介して油圧ポンプＰを接続し、この油圧ポンプＰから吐出する作動油を、圧力室７ａ，７ｂのいずれか一方の室に導くとともに、いずれか他方の室からの戻り油をタンクに導くようにしている。
したがって、コントロールバルブ１０を切り換えれば、油圧ポンプＰから圧力室７ａ，７ｂに導かれる作動油によってピストン８が摺動するとともに、このピストン８と一体的にプランジャ９が摺動する。なお、上記コントロールバルブ１０は、図示しない制御機構によって連続的に切り換わるように制御されている。したがって、油圧ポンプＰから吐出する作動油が、圧力室７ａ，７ｂに交互に導かれて、ピストン８およびプランジャ９を連続的に往復動することとなる。
【００１４】
そして、プランジャ９が一対のポンプ作用室７ｃ，７ｄ内で往復動すると、ポンプ作用室７ｃ，７ｄにおいて吸入工程と吐出工程とが繰り返し行われる。つまり、プランジャ９が図中下方に移動すると、原料タンク３からチェック弁Ｃ１を介してスラリーがポンプ作用室７ｃに吸入される。一方、プランジャ９が図中上方に移動すると、ポンプ作用室７ｃに吸入されたスラリーが、再び通路５に吐出されるとともに、チェック弁Ｃ２を押し開いて後述する反応塔Ａに導かれる。また、ポンプ作用室７ｃにおいてスラリーの吸入、吐出がされると同時に、ポンプ作用室７ｄにおいても、通路６およびチェック弁Ｃ３、Ｃ４を介して上記ポンプ作用室７ｃと同様の吸入、吐出が連続的に行われる。ただし、ポンプ機構ＰＰの構成上、ポンプ作用室７ｃが吸入工程にあるときには、ポンプ作用室７ｄが吐出工程にあり、ポンプ作用室７ｃが吐出工程にあるときには、ポンプ作用室７ｄが吸入工程にある。したがって、ポンプ機構ＰＰ全体で見れば、吸入工程および吐出工程の双方が連続的に行われていることになる。
【００１５】
上記ポンプ機構ＰＰから吐出されたスラリーは、スラリー配管１１を介して反応塔Ａに導かれるとともに、この反応塔Ａにおいてスラリー中の有機物が酸化処理される。
反応塔Ａは、第１反応塔１２〜第３反応塔１４を直列に接続してなり、ポンプ機構ＰＰから吐出されたスラリーが、各反応塔１２〜１４を順次通過するようにしている。
上記各反応塔１２〜１４は、全て同一の構成からなり、図２に示すように、内部を高温高圧状態に維持する内塔１２ａ〜１４ａと、この内塔１２ａ〜１４ａを囲む外塔１２ｂ〜１４ｂとからなる。なお、各反応塔１２〜１４は同一の構成であるため、ここでは第１反応塔１２について説明する。
【００１６】
上記内塔１２ａと外塔１２ｂとの間には空間１２ｃが形成されており、この空間１２ｃに、図示しない熱風炉から高温の加熱ガスを循環させて、内塔１２ａを所定の高温に維持している。
そして、上記内塔１２ａには、その底面からスラリー配管１１を連通させるとともに、ポンプ機構ＰＰによって圧送されるスラリーを、スラリー配管１１の先端開口１１ａから内塔１２ａ内に供給している。
【００１７】
また、上記スラリー配管１１内部には、酸素含有ガス供給通路１５を設けるとともに、この酸素含有ガス供給通路１５の一端を、上記スラリー配管１１の側面から、内塔１２ａ内において開口させている（図中符号１５ａ）。そして、酸素含有ガス供給通路１５の他端には、酸素含有ガス供給手段１６を接続するとともに、この酸素含有ガス供給手段１６から供給されるエアまたは酸素等からなる酸素含有ガスが、内塔１２ａ内に供給されるようにしている。
ただし、スラリー配管１１と酸素含有ガス供給通路１５とは、配管が完全に分離されているため、スラリー配管１１中のスラリーと、酸素含有ガス供給手段１６から供給される酸素含有ガスとが当該配管内で交わることはない。
【００１８】
また、内塔１２ａの底部近傍には、上記スラリー配管１１を貫通するように、発泡ノズル１７を設けている。この発泡ノズル１７は、その上方にスラリー配管１１の開口１１ａを位置させるとともに、その下方に酸素含有ガス供給通路１５の開口１５ａを位置させている。言い換えれば、スラリー配管１１の開口１１ａと、酸素含有ガス供給通路１５の開口１５ａとの間に発泡ノズル１７を位置させている。
この発泡ノズル１７は、焼結金属またはセラミックスで構成された平板状の部材であり、その厚さを５ｍｍ〜５０ｍｍ程度、より好ましくは１５ｍｍ〜３０ｍｍの範囲で加工している。そして、発泡ノズル１７を加工する過程で、その本体には、２ミクロン〜７０ミクロンの開口径を有する微細な流通路１７ａが、両面を貫通するように、無数に、かつ、不規則に形成されている。
したがって、酸素含有ガス供給手段１６から、酸素含有ガスを所定の圧力をかけて供給すれば、当該酸素含有ガスが流通路１７ａを介して、内塔１２ａ内のスラリーに混入されることとなる。
【００１９】
なお、酸素含有ガス供給通路１５は、第１反応塔１２、より具体的には、第１反応塔１２の空間１２ｃを経由した後、内塔１２ａ内に導かれるようにしている。このようにすれば、酸素含有ガス供給手段１６から供給される酸素含有ガスが、空間１２ｃを経由する過程で加熱されるので、当該酸素含有ガスをスラリー中に混入しても、内塔１２ａ内の温度が低下しないようにしている。
なお、第２反応塔１３および第３反応塔１４も、上記第１反応塔１２と同様の構成からなり、酸素含有ガス供給通路１５を各反応塔１２〜１４にパラレルに接続している（図１参照）。
【００２０】
そして、内塔１２ａにおいて、酸素含有ガスがスラリー中の有機物に接触し、当該有機物が酸化処理される。このように、スラリーが反応塔Ａを通過する過程で有機物を完全燃焼させて、気体と液体とが混合した処理流体として第３反応塔１４から排出する。
また、第３反応塔１４には、処理流体を排出する排出通路１８を接続するとともに、この排出通路１８には、反応塔Ａを所定の圧力に制御する圧力制御弁１９を設けている。そして、圧力制御弁１９の下流側には大気圧下にある気液分離槽２０を設けるとともに、当該気液分離槽２０において処理流体を気体と液体とに分離するようにしている。
【００２１】
次に、この実施形態における湿式酸化装置の作用について説明する。
反応塔Ａを高温高圧状態にしたら、ポンプ機構ＰＰを作動して、原料タンク３からスラリーを第１反応塔１２に供給する。
すると、ポンプ機構ＰＰによってスラリー配管１１に導かれたスラリーは、スラリー配管１１の開口１１ａから内塔１２ａ内に連続的に供給され、内塔１２ａ内がスラリーに満たされた状態となる。
ただし、スラリーは発泡ノズル１７よりも上方から供給されるので、発泡ノズル１７の下方にスラリーが満たされることはない。つまり、発泡ノズル１７を境にして、上方にスラリーが満たされるとともに、下方に空気層が形成されることとなる。
【００２２】
上記の状態において、酸素含有ガス供給手段１６から所定の圧力をかけた酸素含有ガスが、内塔１２ａに供給される。このとき、酸素含有ガスは、酸素含有ガス供給通路１５を介して、発泡ノズル１７の下方から内塔１２ａに供給される。そして、内塔１２ａに供給された酸素含有ガスは、発泡ノズル１７に形成される流通路１７ａを通過するとともに、当該流通路１７ａの開口から気泡となってスラリー中に噴出する。
このように、流通路１７ａを通過してスラリー中に噴出する気泡は、極めて小さいものであり、この極めて小さな気泡が、スラリー中に無数に噴出し続ける。そして、気泡がスラリー中を上昇する過程で、気泡中の酸素がスラリー中の有機物と接触し、当該有機物の酸化処理が促進されることとなる。
【００２３】
なお、発泡ノズル１７から噴出する気泡は、スラリー中を上昇する過程で結合してしまうため、この結合に伴って徐々に気泡が大きくなっていく。
しかし、この実施形態においては、気泡が結合しても、スラリー中における有機物の酸化処理を十分に促進するに足りる大きさを維持することができる。言い換えれば、発泡ノズル１７から噴出する気泡は、スラリー中を上昇する過程で結合したとしても、有機物としっかりと接触することができる程度に小さい。このように、気泡を小さく維持することができる理由としては、次の２点が考えられる。
【００２４】
すなわち、第１の理由として、発泡ノズル１７に形成される流通路１７ａが微細であるため、流通路１７ａから噴出した際の気泡が従来に比べて極めて小さいことが考えられる。各気泡が、その発生時において極めて小さいため、スラリー中を上昇するという限られた時間内に気泡同士が結合したとしても、従来に比べて相対的に小ささが保持されると考えられる。
第２の理由として、発泡ノズル１７に形成される流通路１７ａが、不規則に形成されていることが考えられる。流通路１７ａが不規則であるため、発泡ノズル１７の厚さに対して、流通路１７ａのストロークを長くすることができる。そのため、流通路１７ａ内の抵抗が大きくなり、気泡が噴出する際の勢いが増して、内塔１２ａ中で気泡が拡散すると考えられる。
いずれにしても、従来のように、人工的に貫通孔を形成した発泡ノズルを用いた場合に比べて、気泡が結合しにくく、また、気泡同士が結合したとしても、スラリー中の有機物の酸化促進に十分寄与する大きさを維持することができる。
【００２５】
しかも、上記のように気泡が小さくなれば、気泡がスラリー中に滞留する時間も長くなる。つまり、気泡が小さくなれば、スラリーを上昇する際の抵抗が大きくなるとともに、浮力が弱まるため、気泡は従来に比べてスラリー中をゆっくりと上昇することとなる。したがって、気泡がスラリー中に滞留する時間が長くなる結果、当然のこととして、スラリー中の有機物と気泡との接触効率が高くなる。
このように、各反応塔１２〜１４において、酸素と有機物との接触面積を大きくすることができ、しかも、気泡がスラリー中に滞留する時間が長くなるので、各反応塔１２〜１４における酸化処理を促進し、酸化処理効率およびエネルギー効率を向上することができる。
【００２６】
なお、上記のようにして、第１反応塔１２に供給されたスラリーは、スラリー中の有機物が酸化処理されながら第２反応塔１３に導かれるとともに、この第２反応塔１３においても、第１反応塔１２と同様にスラリー中の有機物が酸化処理される。そして、第３反応塔１４でさらに同様の酸化処理を繰り返すことによって、スラリー中の有機物を完全に酸化処理して、気体と液体とからなる気液混合の処理流体として排出通路１８に排出する。
このように、排出通路１８に排出された処理流体は、圧力制御弁１９を介して気液分離槽２０に導かれるとともに、当該気液分離槽２０において、気体と液体とに完全に分離されることとなる。
【００２７】
なお、上記実施形態においては、発泡ノズル１７の厚さを５ｍｍ〜５０ｍｍとしたが、発泡ノズル１７の厚さは必ずしも、この範囲に限られるものではない。ただし、装置の大きさや、酸素含有ガスに加える圧力によって異なるものの、発泡ノズル１７の厚さを１５ｍｍ以上にすることによって、噴出した気泡が結合しにくくなるという望ましい結果を得られることが実験の結果明らかになっている。
また、上記実施形態においては、第１反応塔１２〜第３反応塔１４の３つで反応塔Ａを構成したが、反応塔Ａは１つの塔で構成してもよいし、いくつの塔を接続して構成しても構わない。
【００２８】
さらに、上記実施形態においては、第１反応塔１２〜第３反応塔１４を、全て同一の構成にしたが、例えば、第２反応塔１３あるいは第３反応塔１４では、発泡ノズル１７の下方からスラリーと酸素含有ガスとを供給しても構わない。
なぜなら、このようにしても、スラリー中の固形物質は、第１反応塔１２である程度酸化処理されているため、装置によっては第２反応塔１３あるいは第３反応塔１４に供給されるスラリー中に固形物質がほとんど残存していないこともありうる。そして、この場合には、発泡ノズル１７に形成される流通路１７ａにスラリーを通過させても、目詰まりする心配がないからである。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】湿式酸化装置の簡略的な回路図である。
【図２】反応塔の構成を示す図である。
【図３】従来の反応塔の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
１６    酸素含有ガス供給手段
１７    発泡ノズル
１７ａ  流通路
Ａ      反応塔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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