(57)【要約】【課題】スクレーパーの腐食を防止することにより、スクレーパーの寿命を向上させることのできる水熱反応処理装置を提供する。【解決手段】廃液を反応容器２１内へ供給し、反応容器２１内の水の超臨界状態または亜臨界状態で、廃液を水熱酸化反応させて処理し、水熱酸化反応によって生成された反応生成物を冷却および／または中和するために反応容器２１内へクエンチ水をクエンチ水噴出口３６から噴出させるとともに、反応容器２１の内側に付着した堆積物をスクレーパー３８で掻き落とす水熱反応処理装置において、反応容器２１の内面に対するクエンチ水噴出口３６の角度を、９０度未満に設定する。【選択図】　　図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理物を反応容器内へ供給し、上記反応容器内の水の超臨界状態または亜臨界状態で、前記被処理物を水熱酸化反応させて処理し、前記水熱酸化反応によって生成された反応生成物を冷却および／または中和するために前記反応容器内へクエンチ水をクエンチ水噴出口から噴出させるとともに、前記反応容器の内側に付着する堆積物をスクレーパーで掻き落とす水熱反応処理装置において、
前記反応容器の内面に対する前記クエンチ水噴出口の角度を、９０度未満に設定した、
ことを特徴とする水熱反応処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、廃棄物分解、エネルギー生成または化学物質製造を目的とする水熱酸化反応を、水の超臨界状態または亜臨界状態で行わせる反応容器の内側に付着した堆積物を掻き落とすスクレーパーの寿命を向上させる水熱反応処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
被処理物を処理して酸化分解や加水分解を行うことにより、廃棄物を分解したり、エネルギーを生成したり、または、化学物質を製造する水熱反応処理は、長年に亘って研究され、利用されてきている。
特に、近年、３７４℃以上、２２．１ＭＰａ（２２０気圧）以上の超臨界状態で、または、例えば３７４℃以上、２．５ＭＰａ（２５気圧）以上２２．１ＭＰａ未満、あるいは３７４℃未満、２２．１ＭＰａ以上、あるいは３７４℃未満、２２．１ＭＰａ未満であっても臨界点に近い高温高圧状態である亜臨界状態で、被処理物と、酸化剤を含んだ水とを反応させることにより、燃焼を含む水熱酸化反応を生じさせ、被処理物中の有機物を短時間でほぼ完全に分解する水熱反応処理が注目されている。
【０００３】
このように水熱反応処理して被処理物を酸化分解する場合、被処理物、酸化剤、水を加熱、加圧して反応容器内へ供給し、反応させる。
そして、水熱反応処理の結果、有機物は酸化分解され、水と二酸化炭素（ＣＯ２）とからなる高温高圧流体、乾燥またはスラリー状の灰分や塩類等の固体からなる反応生成物が得られる。
【０００４】
上記したようにして被処理物を水熱酸化反応させて処理した結果、生成された反応生成物を冷却したり、中和する目的で、例えば特開平１１−２５３７８６号公報に開示されているように、反応容器内の冷却ゾーンへクエンチ水を供給している。
また、水熱酸化処理の継続に伴って被処理物に含まれている無機物から塩が生成され、この塩が反応容器の内側（内面）に付着して堆積するので、この堆積した塩を掻き落として反応容器内から排出させることにより、反応領域を確保する目的で、例えば特開平１１−２５３７８６号公報に開示されているように、スクレーパーを設けている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、水熱反応処理装置は、反応容器の中心にクエンチ水を噴出するクエンチ水噴出口が設けられ、反応容器の内面に対するクエンチ水噴出口の角度が９０度に設定されている。
したがって、スクレーパーの外側、すなわち反応容器の内側と対向する外側面に充分にクエンチ水が供給されないので、腐食性流体が滞留して濃化することにより、クエンチ水流の陰になる部分に孔食が発生するため、スクレーパーの寿命が短かった。
【０００６】
この発明は、上記したような不都合を解消するためになされたもので、スクレーパーの腐食を防止することにより、スクレーパーの寿命を向上させることのできる水熱反応処理装置を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明は、被処理物を反応容器内へ供給し、反応容器内の水の超臨界状態または亜臨界状態で、被処理物を水熱酸化反応させて処理し、水熱酸化反応によって生成された反応生成物を冷却および／または中和するために反応容器内へクエンチ水をクエンチ水噴出口から噴出させるとともに、反応容器の内側に付着した堆積物をスクレーパーで掻き落とす水熱反応処理装置において、反応容器の内面に対するクエンチ水噴出口の角度を、反応容器の軸側から見た角度で９０度未満に設定する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態を図に基づいて説明する。
図１はこの発明の一実施形態である水熱反応処理装置の概略構成を示す構成図、図２は図１に示した反応容器の概略構成を示す断面図である。
【０００９】
これらの図において、１は被処理物としての廃液を貯留する被処理物貯留槽、２は被処理物貯留槽１内の廃液を後述する反応容器２１内へ供給する供給管、３は供給管２に配設された高圧送液ポンプを示し、この高圧送液ポンプ３は、廃液を、例えば２．５ＭＰａ（２５気圧）以上の高圧で反応容器２１内へ供給するものである。
４は補助燃料を貯留する補助燃料貯留槽、５は補助燃料貯留槽４内の補助燃料を高圧送液ポンプ３よりも下流の供給管２内へ供給する供給管、６は供給管５に配設された高圧ポンプを示し、この高圧ポンプ６は、補助燃料を、例えば２．５ＭＰａ以上の高圧で供給管２内へ供給するものである。
【００１０】
７は水を貯留する水槽、８は水槽７内の水を高圧送液ポンプ３よりも下流の供給管２内へ供給する供給管、９は供給管８に配設された高圧送液ポンプを示し、この高圧送液ポンプ９は、水を、例えば２．５ＭＰａ以上の高圧で供給管２内へ供給するものである。
１０はエアーコンプレッサーを示し、酸化剤としての空気を、例えば２．５ＭＰａ以上の高圧で高圧送液ポンプ３よりも下流の供給管２内へ、供給管１１を介して供給するものである。
１２は供給管１１に配設された予備加熱器を示し、エアーコンプレッサー１０からの空気を所定の温度に予備加熱するものである。
【００１１】
１３はクエンチ水を貯留するクエンチ水貯留槽、１４はクエンチ水貯留槽１３内のクエンチ水を反応容器２１内の冷却ゾーン２９Ｄへ供給する供給管、１５は供給管１４に配設された高圧送液ポンプを示し、この高圧送液ポンプ１５は、クエンチ水を、例えば２．５ＭＰａ以上の高圧で反応容器２１内へ供給するものである。
なお、クエンチ水には、反応生成物を中和する中和剤、例えば水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）などが添加されている。
【００１２】
２１は円筒状をした縦型の反応容器を示し、内部に円柱状をした反応用の空間部が形成され、下端部分が漏斗状に中心へ向けて狭まっている円筒部２２と、この円筒部２２の内面に、腐食から保護する目的で配設された、チタン（Ｔｉ）で構成されたライナー２３と、複数のブロックを積層して構成され、円筒部２２が載置される基台２４とで構成されている。
【００１３】
そして、反応容器２１には、円筒部２２の天井（上蓋）の中心部分に円筒部２２の軸方向へ向け、供給管２に接続され、円筒部２２内の上側に位置する混合ゾーン２９Ｕへ廃液などを供給するノズル３１と、回転軸３３と、この回転軸３３の上部に取り付けられ、ライナー２３の内側に付着した塩などを掻き取るようにライナー２３の内面に下側から上側へ沿う形状に形成されたスクレーパー３８と、回転軸３３に密着して反応容器２１との間をシールするシール部材４０と、回転軸３３を回転可能に保持する軸保持機構４２と、回転軸３３を回転させる駆動機構４７とが設けられている。
【００１４】
上記した円筒部２２には、下部のほぼ中心を上下方向へ貫通する円形の孔２２ａが設けられている。
次に、基台２４は、この実施形態の場合、３層の基台分割部分２５，２６，２７で構成され、基台分割部材２５，２６，２７に孔２２ａと同心で孔２２ａに連通する孔２５ａ，２６ａ、穴２７ａが設けられており、孔２５ａ，２６ａ、穴２７ａ内に回転軸３３の下側が収容されている。
【００１５】
まず、一番上の基台分割部分２５には、孔２２ａ，２５ａに連通する反応生成物を排出する排出口（孔）２５ｂと、この孔２５ａと同心で、孔２５ａに連通し、下面が開放して周回する段部２５ｃと、この段部２５ｃに連通し、半径方向へ延びたクエンチ水供給孔２５ｄとが設けられている。
そして、段部２５ｃと上から二番目の基台分割部分２６の上面とが一体となって回転軸３３の外側を周回する収容凹部を形成し、この収容凹部にクエンチ水供給孔２５ｄに連通したシール部材４０が収容されている。
【００１６】
次に、上から二番目の基台分割部分２６には、孔２６ａに内側が開放して周回する収容凹部２６ｂが形成され、この収容凹部２６ｂにブシュ４３が収容されている。
最後に、一番下の基台分割部分２７には、回転軸３３を駆動するチェーン等が挿入される、穴２７ａに連通して半径方向へ延びた開口２７ｂと、穴２７ａに内側が開放して周回する収容凹部２７ｃとが設けられ、この収容凹部２７ｃにブシュ４４が収容されている。
【００１７】
そして、回転軸３３には、シール部材４０を介してクエンチ水供給孔２５ｄに連通し、回転軸３３の中心を上側へ上昇するＬ字状の連通孔３４と、反応生成物を粉砕攪拌するとともに、回転軸３３の中心から外側へ向けて遠心力で反応生成物を押し出し、排出口２５ｂへの搬送を補助する粉砕・攪拌・搬送手段としての複数のフィン３５と、連通孔３４の上端に連通し、供給されるクエンチ水を、冷却ゾーン２９Ｄの上端部分の、円筒部２２の内面へ向けて噴出する複数のクエンチ水噴出口３６とが設けられている。
【００１８】
この回転軸３３は、前述したブシュ４３，４４、および回転軸３３の下面を支持するスラストワッシャ４５で構成される軸保持機構４０で、基台２４に対して回転可能に支持されている。
なお、ブシュ４３，４４は、図示を省略するが、基台分割部分２６，２７の肉厚方向、かつブシュ４３，４４の上側をブシュ固定用リング等の嵌め合い構造にする等して着脱可能にされている。
【００１９】
上記したスクレーパー３８は、回転軸３３の周囲に所定間隔、例えば６０度間隔で６本取り付けられている棒状のものであったり、円筒状で円筒面の複数個所に開口を設けて刃を形成したもの等を用いることができる。
また、図示は省略されているが、回転軸３３の、開口２７ｂに対応する高さには、歯車が設けられており、反応容器２１の外に配置されたモータと、このモータと回転軸３３の歯車とに張架されたチェーン４８とで駆動機構４７が構成されている。
なお、駆動機構４７は、オーバートルク時に作動する安全機構を備えている。
【００２０】
５１は反応容器２１の排出口２５ｂに接続された排出管、５２は排出管５１に配設された冷却器を示し、この冷却器５２は、反応容器２１の排出口２５ｂから排出される反応生成物を冷却するものである。
５３は排出管５１に接続された気液分離器を示し、排出管５１から供給される反応生成物を、気体と、固体を含む液体とに分離するものである。
５４は気液分離器５３に接続された気体排出管、５５は気体排出管５４に配設された減圧弁を示し、この減圧弁５５は、気液分離器５３で分離した気体を減圧して放出するものである。
５６は気液分離器５３に接続された液体排出管、５７は液体排出管５６に配設された減圧弁を示し、この減圧弁５７は、気液分離器５３で分離した液体を減圧して放出するものである。
【００２１】
図３は図２に示したクエンチ水噴出口の、反応容器の内面に対する角度を説明するための平面図に相当する説明図、図５は従来のクエンチ水噴出口の、反応容器の内面に対する角度を説明するための平面図に相当する説明図である。
【００２２】
これらの図において、Ｌはクエンチ水噴出口３６から噴出されるクエンチ水の直線状の軌跡、Ｒは軌跡Ｌとライナー２３の内側（内面）（または円筒部２２の内側）との交点への半径に相当する直線、Ｔは直線Ｒと直交するライナー２３の内側（内面）（または円筒部２２の内側）との交点における接線、αはライナー２３の内側（内面）（または円筒部２２の内側）に対するクエンチ水噴出口３６の角度、すなわち、軌跡Ｌと接線Ｔとのなす角度を示す。
そして、図３における、角度αは９０度未満、例えば８５度に設定され、クエンチ水噴出口３６は、時計方向へ旋回する旋回流を形成するように設けられている。
なお、図５における角度αは、９０度に設定されている。
【００２３】
次に、水熱反応処理について説明する。
まず、高圧ポンプ６、高圧送液ポンプ９、エアーコンプレッサー１０および予備加熱器１２を作動させ、補助燃料などを反応容器２１内の混合ゾーン２９Ｕへノズル３１から供給して水熱酸化反応を起こさせ、反応容器２１内を所定の温度に上昇させる。
そして、反応容器２１内を所定の温度に上昇させた後、高圧送液ポンプ３も作動させ、被処理物貯留槽１内の廃液を反応容器２１内の混合ゾーン２９Ｕへノズル３１から供給し、水熱酸化反応させるとともに、高圧送液ポンプ１５も作動させ、クエンチ水貯留槽１３内のクエンチ水を反応容器２１のクエンチ水供給孔２５ｄへ供給し、クエンチ水噴出口３６からクエンチ水を噴出する。
【００２４】
このようにして廃液を反応容器２１内で水熱酸化反応させたとき、廃液が、例えば塩素を含有する有機性廃液であると、有機性廃液は水熱酸化反応により、水、二酸化炭素（ＣＯ２）、塩化水素（ＨＣｌ）、塩となるが、塩化水素は、混合ゾーン２９Ｕおよび栓状平行流ゾーン２９Ｍ（水の超臨界状態）で塩化水素ガスとして存在するため、それほど腐食性を持たない。
しかし、塩化水素は、冷却ゾーン２９Ｄ（水の亜臨界状態）で水に溶けて塩酸となり、激しい腐食環境を形成する。
【００２５】
このように激しい腐食環境が形成されるので、クエンチ水に添加した中和剤で中和することで、酸による腐食は大幅に改善される。
しかしながら、孔食などの局部腐食の原因となる塩素イオン（Ｃｌ−）はクエンチ後の処理液に溶解しているため、濃度によっては、処理液は酸と同様に激しい腐食性を発生する。
したがって、このような有機性廃液を処理する場合は、中和するだけでなく、塩素イオンをはじめとする腐食性イオンの濃化を防止することが肝要となる。
【００２６】
クエンチ水を噴出するクエンチ水噴出口３６は、図３に示すように、ライナー２３の内面に対する角度αが８５度に設定されているので、クエンチ水は、ライナー２３とスクレーパー３８との間へ入り、時計方向へ旋回する旋回流となり、ライナー２３とスクレーパー３８との間に滞留し、濃化する腐食性流体をライナー２３とスクレーパー３８との間から排出することにより、スクレーパー３８の外側面が腐食するのを防止する。
【００２７】
この運転（水熱酸化反応の処理）を継続すると、稼働時間の経過に伴って反応容器２１の内側への塩の付着量が多くなって反応領域が狭くなったり、反応容器２１の下方に塩や反応生成物が堆積するので、稼働とともに駆動機構４７でスクレーパー３８を低速（例えば１ｒｐｍ）で回転させると、回転するスクレーパー３８で反応容器２１（ライナー２３）の内側に付着した塩が掻き落とされ、回転する回転軸３３のフィン３５によって反応生成物は排出し易いように粉砕、攪拌され、排出口２５ｂへ向けて搬送される。
【００２８】
また、クエンチ水噴出口３６から噴出されたクエンチ水は、堆積していた塩の一部を溶解したり、塩を含む反応生成物をスラリー化したり、溶解させないまでも粒体状、粉体状にして反応生成物を流動化させ、排出口２５ｂへと搬送し、気液分離器５３へ排出する。
そして、気液分離器５３へ供給された反応生成物は気体と、固定を含む液体とに分離され、分離された気体は減圧弁５５で減圧された後、気体排出管５４を介して排出され、分離された液体は減圧弁５７で減圧された後、液体排出管５６を介して排出される。
【００２９】
次に、実施例について説明する。
まず、酢酸ナトリウム（ＣＨ３ＣＯＯＮａ）を２ｗｔ％、および塩化カリウム（ＫＣｌ）を２ｗｔ％含有する水溶液を試料とし、スクレーパー３８をインコネル６００（商標名）製とするとともに、角度αを、図３に示すように、８５度に設定し、６００℃で２３ＭＰａの水の超臨界状態で水熱酸化反応させて処理した。
【００３０】
上記した試料を水熱酸化反応させる処理を１００時間継続して行った後、水熱反応処理装置を停止させ、水熱反応処理装置を冷却した後にスクレーパー３８を取り出して外観を観察した結果、スクレーパー３８の外側表面、内側表面ともに、問題となる全面腐食や、局部腐食は確認できなかった。
【００３１】
次に、比較例について説明する。
上記した実施例における条件で、角度αを、図５に示すように、９０度に設定した他は、実施例と同一内容でテストを行った。
このように角度αを９０度に設定すると、クエンチ水噴出口３６から噴出されたクエンチ水は、ライナー２３とスクレーパー３８との間へ入らなくなる。
【００３２】
この比較例における外観の観察結果を示すと、冷却ゾーン２９Ｄに位置するスクレーパー３８の外側面（外面）に多数の孔食が確認され、中にはスクレーパー３８の内側面（内面）にまで到達して貫通するものも確認された。
【００３３】
図４はクエンチ水噴出口の、反応容器の内面に対する角度の他の例を説明するための平面図に相当する説明図である。
【００３４】
図４において、３７は直線状の延長管を示し、開放した一端が回転軸３３に、クエンチ水噴出口３６に連通するように接続され、半径方向へ延びている。
そして、各延長管３７の閉塞した他端側の、回転軸３３の中心から見て右側に、角度αが５５度となり、時計方向へ旋回する旋回流を形成するようにクエンチ水噴出口３７ａが設けられている。
【００３５】
図４のように、角度αを５５度に設定すると、クエンチ水噴出口３７ａから噴出されたクエンチ水は、ライナー２３とスクレーパー３８との間へ入り易くなり、大きな時計方向への旋回流となるので、ライナー２３とスクレーパー３８との間に滞留し、濃化する腐食性流体をさらに効率よく排出することができ、スクレーパー３８の外側面が腐食するのを防止する。
【００３６】
上述したように、この発明の実施形態によれば、ライナー２３の内面に対するクエンチ水噴出口３６，３７ａの角度αを９０度未満にしたので、クエンチ水噴出口３６，３７ａから噴出されたクエンチ水は、ライナー２３とスクレーパー３８との間へ入り、一方向への旋回流となり、ライナー２３とスクレーパー３８との間に滞留し、濃化する腐食性流体をライナー２３とスクレーパー３８との間から排出する。
したがって、スクレーパー３８が腐食するのを防止することができ、スクレーパー３８の寿命を向上させることができる。
【００３７】
上記した実施形態では、角度αを８５度、５５度とした例を示したが、この角度αは、９０度未満、好ましくは８５度以下、さらに好ましくは８０度以下、さらに好ましくは７５度以下とするとよい。
なお、角度αの下限は、図４に示すように、延長管３７を利用することにより、ほぼ０度とすることができる。
しかし、角度αをほぼ０度にすると、ライナー２３に延長管３７が接触するようになるので、角度αの下限は、５度以上とするのが好ましい。
また、回転軸３３にクエンチ水噴出口３６を設けたり、クエンチ水噴出口３７ａを設けた延長管３７を回転軸３３に取り付ける例を示したが、クエンチ水噴出口を設けた部分は、回転しない構成でも、別の駆動機構で回転させてもよい。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、反応容器の内面に対するクエンチ水噴出口の角度を９０度未満にしたので、クエンチ水噴出口から噴出されたクエンチ水は、反応容器の内面とスクレーパーとの間へ入り、一方向への旋回流となり、反応容器の内面とスクレーパーとの間に滞留し、濃化する腐食性流体を反応容器の内面とスクレーパーとの間から排出する。
したがって、スクレーパーが腐食するのを防止することができ、スクレーパーの寿命を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態である水熱反応処理装置の概略構成を示す構成図である。
【図２】図１に示した反応容器の概略構成を示す断面図である。
【図３】図２に示したクエンチ水噴出口の、反応容器の内面に対する角度を説明するための平面図に相当する説明図である。
【図４】クエンチ水噴出口の、反応容器の内面に対する角度の他の例を説明するための平面図に相当する説明図である。
【図５】従来のクエンチ水噴出口の、反応容器の内面に対する角度を説明するための平面図に相当する説明図である。
【符号の説明】
１　　　　　　　被処理物貯留槽
２，５，８　　　供給管
３，９，１５　　高圧送液ポンプ
４　　　　　　　補助燃料貯留槽
６　　　　　　　高圧ポンプ
７　　　　　　　水槽
１０　　　　　　エアーコンプレッサー
１１，１４　　　供給管
１２　　　　　　予備加熱器
１３　　　　　　クエンチ水貯留槽
２１　　　　　　反応容器
２２　　　　　　円筒部
２２ａ　　　　　孔
２３　　　　　　ライナー
２４　　　　　　基台
２５〜２７　　　基台分割部分
２５ａ，２６ａ　孔
２５ｂ　　　　　排出口
２５ｃ　　　　　段部
２５ｄ　　　　　クエンチ水供給孔
２６ｂ，２７ｃ　収容凹部
２７ａ　　　　　穴
２７ｂ　　　　　開口
２８Ｕ　　　　　混合ゾーン
２８Ｍ　　　　　栓状平行流ゾーン
２８Ｄ　　　　　冷却ゾーン
３１　　　　　　ノズル
３３　　　　　　回転軸
３４　　　　　　連通孔
３５　　　　　　フィン
３６，３７ａ　　クエンチ水噴出口
３７　　　　　　延長管
３８　　　　　　スクレーパー
４０　　　　　　シール部材
４２　　　　　　軸保持機構
４３，４４　　　ブシュ
４５　　　　　　スラストワッシャ
４７　　　　　　駆動機構
４８　　　　　　チェーン
５１　　　　　　排出管
５２　　　　　　冷却器
５３　　　　　　気液分離器
５４　　　　　　気体排出管
５５，５７　　　減圧弁
５６　　　　　　液体排出管
Ｌ　　　　　　　軌跡
Ｒ　　　　　　　直線
Ｔ　　　　　　　接線
α　　　　　　　角度
【図１】
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【図２】
2004033975.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004033975.tif 000006
【図５】
2004033975.tif 000007