(57)【要約】【課題】安全に、かつ短時間で水熱酸化反応を開始することができる水熱酸化反応方法を提案する。【解決手段】被処理物の水熱酸化反応を行う前に、予め反応器を加熱する予熱工程と、被処理物を反応器に供給し、水の超臨界または亜臨界状態で水熱酸化反応を行う水熱酸化反応工程とを含む水熱酸化反応方法において、前記予熱工程の少なくとも一部、および前記予熱工程から前記水熱酸化反応工程における定常状態に移行するまでの過程の少なくとも一部は、反応系の圧力を前記水熱酸化反応工程の定常状態時の圧力より低い圧力で加熱する水熱酸化反応方法。【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理物の水熱酸化反応を行う前に、予め反応器を加熱する予熱工程と、
被処理物を反応器に供給し、水の超臨界または亜臨界状態で水熱酸化反応を行う水熱酸化反応工程と
を含む水熱酸化反応方法において、
前記予熱工程の少なくとも一部、および前記予熱工程から前記水熱酸化反応工程における定常状態に移行するまでの過程の少なくとも一部は、反応系の圧力を前記水熱酸化反応工程の定常状態時の圧力より低い圧力で加熱する
水熱酸化反応方法。
【請求項２】
予熱工程は、高温高圧流体を反応器に供給する方法、可燃性有機物を反応器に供給し、水および酸化剤の存在下に水熱酸化反応を行う方法、またはこれらの方法を併用して行う請求項１記載の水熱酸化反応方法。
【請求項３】
予熱工程の少なくとも一部、および予熱工程から水熱酸化反応工程における定常状態に移行するまでの過程の少なくとも一部は、反応系の高圧流体流通部の圧力が、水熱酸化反応工程の定常状態時の圧力よりも低い圧力になるように、減圧手段で制御された状態で行う請求項１または２記載の水熱酸化反応方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は廃棄物の分解、エネルギー生成または化学物質の製造などに利用される水熱酸化反応を水の超臨界または亜臨界状態で行う水熱酸化反応方法に関する。
【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、廃棄物を処理したり、エネルギーを生成したり、化学物質を製造したりする水熱酸化反応処理は３０年以上にわたって研究され、利用されている。
特に、近年、水の超臨界または亜臨界状態で、被処理物と酸化剤を含んだ水とを反応器で反応させることにより、燃焼を含む酸化反応（以下、単に反応という場合がある）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酸化反応処理が注目されている。
【０００３】
このような水熱酸化反応を行う場合、水熱酸化反応を開始する際、すなわち水熱酸化反応装置を起動する際、通常反応器は所定の温度になるように加熱され、その後被処理物が導入されて水熱酸化反応が行われる。
例えば特開平１０−１５６１７５号では、定常反応時と同じ反応圧力で昇温操作を行い、水熱酸化反応に必要な温度になってから被処理物を供給している。この際、昇温のための媒体としては超臨界水を用い、これを反応器に供給している。
【０００４】
また特開平１１−２４４６８５号には、高温流体生成装置で可燃性流体を燃焼させて発生させた高温高圧流体を反応器に供給して予熱した後、水熱酸化反応を実施する方法が記載されている。
しかし、これら従来の方法では、反応器に被処理物を導入して水熱酸化反応を開始した時、または高温流体発生装置で燃焼を開始した時、一気に酸化反応を開始するため、急激な温度上昇と、それに伴うショックにより圧力が上昇する場合がある。このため、圧力の上がり過ぎを防止し、安全に反応を行う方法が必要であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、安全に、かつ短時間で水熱酸化反応を開始することができる水熱酸化反応方法を提案することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は次の水熱酸化反応方法である。
（１）　被処理物の水熱酸化反応を行う前に、予め反応器を加熱する予熱工程と、
被処理物を反応器に供給し、水の超臨界または亜臨界状態で水熱酸化反応を行う水熱酸化反応工程と
を含む水熱酸化反応方法において、
前記予熱工程の少なくとも一部、および前記予熱工程から前記水熱酸化反応工程における定常状態に移行するまでの過程の少なくとも一部は、反応系の圧力を前記水熱酸化反応工程の定常状態時の圧力より低い圧力で加熱する
水熱酸化反応方法。
（２）　予熱工程は、高温高圧流体を反応器に供給する方法、可燃性有機物を反応器に供給し、水および酸化剤の存在下に水熱酸化反応を行う方法、またはこれらの方法を併用して行う上記（１）記載の水熱酸化反応方法。
（３）　予熱工程の少なくとも一部、および予熱工程から水熱酸化反応工程における定常状態に移行するまでの過程の少なくとも一部は、反応系の高圧流体流通部の圧力が、水熱酸化反応工程の定常状態時の圧力よりも低い圧力になるように、減圧手段で制御された状態で行う上記（１）または（２）記載の水熱酸化反応方法。
【０００７】
本発明では予熱工程の少なくとも一部、および予熱工程から水熱酸化反応工程における定常状態に移行するまでの過程の少なくとも一部は、反応系の圧力を水熱酸化反応工程の定常状態時の圧力より低い圧力、好ましくは定常状態時の圧力より０．５〜８ＭＰａ、さらに好ましくは０．５〜４ＭＰａ低い圧力で加熱する。あまり低すぎると水熱酸化反応による予熱工程が安定しなかったり、予熱の効率が低下したり、定常状態に移行するまでに時間がかかったりするので、上記範囲とするのが好ましい。
ここで、定常状態とは、被処理物の供給量、酸化剤の供給量、反応温度および反応圧力がほぼ一定で、安定した反応状態を維持して処理を継続している状態を意味する。
【０００８】
予熱工程、および定常状態に移行するまでの過程では、工程または過程の全てを定常状態時の圧力より低く維持する必要はなく、急激な温度変化等で圧力変動が起こる工程または過程だけを定常状態時より低い圧力になるように制御してもよい。
【０００９】
予熱工程は、後工程の水熱酸化反応工程で被処理物の水熱酸化反応が開始される温度に加熱すればよく、定常状態時の温度と同じ温度まで加熱してもよいし、低くてもよいが、通常５５０〜７００℃まで加熱するのが好ましい。
加熱する方法としては、１）高温高圧流体を反応器に供給する方法（以下、第一の加熱方法という）、２）可燃性有機物を反応器に供給し、水および酸化剤の存在下に水熱酸化反応を行う方法（以下、第二の加熱方法という）、３）これらの方法を併用して行う方法などを採用することができる。併用して行う場合、前記第一の加熱方法と第二の加熱方法とを並行して行うこともできるし、順次行うこともできる。
【００１０】
上記第一の加熱方法では、高温高圧の流体を反応器に供給して加熱する。この時使用する高温高圧流体は、例えば耐圧容器、燃料導入路、酸化剤導入路、高温流体排出部を有する高温流体生成装置に、可燃性流体および酸化剤を導入して燃焼させることにより生成させることができる（特開平１１−２４４６８５号）。点火装置を備え、酸化剤（例えば空気）を高圧で供給している高温流体生成装置に可燃性流体を供給することで酸化反応が開始され、高圧の高温流体が高温流体排出部から排出されるので、この高温高圧流体を反応器に供給する。この高温流体生成装置で酸化反応が開始されるときは、高圧流体の急激な温度上昇により、水熱酸化反応を行う反応系（システム）内の圧力が上昇する。そのため、高温流体生成装置で酸化反応を開始する過程は、定常状態時の圧力より低い圧力となるように圧力制御を行う。加熱中の反応系内の圧力は、反応系後段に設けた気体減圧弁によって制御する。この減圧弁は高圧となる反応系内の適当な部分の圧力を測定し、その圧力が設定値となるように制御すればよい。圧力の設定値は、高圧となる反応系内のうち、使用中の温度における設計圧力の最も余裕の少ない部分を基準に、その部分の圧力が定常状態時の圧力より低い圧力に制御する。一般に、高温の流体が流れる部分は予熱開始時の温度が低く、圧力に対する強度には余裕がある場合が多いので、定常時でも低温である部分の圧力に注意するように制御することが好ましい。
【００１１】
前記第一の加熱方法で使用する可燃性流体としては、重油、軽油、灯油、ガソリン、天然ガス、ＬＰＧなどがあげられる。上記酸化剤としては空気が好ましいが、酸素、過酸化水素、オゾン、その他酸化性物質などを使用することもできる。高温流体生成装置の具体的なものとしては、特開平１１−２４４６８５号などに記載されているような高温流体生成装置が例示される。
【００１２】
第一の加熱方法で反応器内部の温度が定常時に行う水熱酸化反応が進行するのに十分な温度になった段階で、被処理物の供給を開始する。このとき、被処理物を一度に大量に加えると反応器内の温度が低下して未反応物が残留するなどの問題が生じる場合があるので、最初は少しずつ被処理物を供給していき、徐々にその供給量を増やしていく方法が好ましい。被処理物の反応が安定して進行するようになれば、高温高圧流体の供給を停止してもよいが、必要により供給を継続することもできる。
【００１３】
前記第二の加熱方法では、可燃性有機物を反応器に供給し、水および酸化剤の存在下に水熱酸化反応を生じさせ、その反応熱により反応器を加熱する。
第二の加熱方法でも第一の加熱方法と同様に、反応器内で水熱酸化反応が開始されるときに、反応熱によって高圧流体の急激な温度上昇が起こり、反応系内の圧力が上昇する。そのため、反応器内で水熱酸化反応を開始する過程は、定常状態時の圧力より低い圧力となるように圧力制御を行う。加熱中の反応系内の圧力は反応系後段の圧力減圧弁によって制御する。この減圧弁は高圧となる反応系内の適当な部分の圧力を測定し、その圧力が設定値となるように制御すればよい。圧力の設定値は、高圧となる反応系内のうち、使用中の温度における設計圧力の最も余裕の少ない部分を基準に、その部分の圧力が定常状態時の圧力より低い圧力に制御する。第二の予熱工程では定常時に高温となる部位の温度が高くなっているので、圧力上昇時の危険性が高い部位（例えば反応器）の圧力を基準に制御するのが好ましい。
【００１４】
上記可燃性有機物としては、発火性が高く、かつ安全性が高く低コストのものが好ましい。具体的には、灯油等の炭化水素類やイソプロピルアルコール等のアルコール類などが好ましい。
発火性は、予熱された反応器の中に可燃性有機物を供給したときに、確実に水熱酸化反応が開始されるために重要である。発火生の悪い物質の場合、水熱酸化反応がしなかったり、進行しても不安定な状態が長くなるなどの懸念がある。
また第二の加熱方法の初期は反応器温度が定常状態時よりかなり低く、特に水熱酸化反応開始直後は未分解物質が残留する可能性がある。そのため、そのもの自体、および未分解生成物の安全性に問題があると、予熱時の廃液を再度処理するなどの必要が生じてくる。具体的には、ハロゲンやヘテロ原子（Ｎ、Ｐ、Ｓ等）、ベンゼン環等を含むものは毒性物質を生成する可能性があるので、可燃性有機物としては使用しないのが好ましい。
【００１５】
第二の加熱方法で使用する酸化剤としては、空気、酸素、液体酸素、過酸化水素水、オゾン、その他酸化性物質などがあげられる。酸化剤は、可燃性有機物と混合して供給してもよいし、加圧して可燃性有機物と別個に供給してもよい。酸化剤としては、高温高圧流体の生成に酸化剤として使用した高圧空気を高温流体生成装置を介して供給することもできる。
【００１６】
予熱工程は、前記第一および第二の加熱方法を併用することもでき、この場合前記第一の加熱方法で反応器を加熱した後、前記第二の加熱方法でさらに加熱するのが好ましい。
【００１７】
前記第一および第二の加熱方法を併用する場合、第一の加熱方法では可燃性有機物が水熱酸化反応を起こすことができる最低限の温度まで加熱した後、それに引き続いて第二の加熱方法で加熱するのが好ましい。
可燃性有機物が水熱酸化反応を起こすことができる最低限の温度は使用する可燃性有機物の種類や性状によって異なるが、例えば可燃性有機物として灯油を使用する場合であれば３５０℃以上である。この温度が低すぎると、不完全燃焼物が多量に生成するし、高すぎると温度を上昇させるのに時間がかかるので適切な温度を選択する。その後第二の加熱方法でさらに加熱して５５０〜７００℃まで加熱する。
【００１８】
また、第二の加熱方法の初期は温度が低いと水熱酸化反応が不安定であることもあるので、反応器内での水熱酸化反応が安定するまでは第一の加熱方法と第二の加熱方法を併用することが好ましい。併用後に第一の予熱工程を停止するときも温度変化に伴う圧力変化が生じる場合があるので、反応系の圧力は定常状態時よりも低く制御しておくことが好ましい。この段階で最も温度が高いのは通常反応器なので、反応器内の圧力を基準にして制御する。反応器内での圧力測定が難しい場合には、反応器内の圧力と近い値を示す部分の圧力指示値を基準に制御することもできる。
【００１９】
予熱工程において、反応器内の温度が被処理物を水熱酸化反応させるのに十分な温度に達したら、水熱酸化反応工程への移行を開始し、反応器への被処理物の供給を開始する。このとき、被処理物を一度に大量に加えると反応器内の温度が低下して未反応物が残留するなどの問題が生じるので、最初は少しずつ被処理物を供給していき、徐々にその供給量を増やしていく方法が好ましい。被処理物の供給開始時は、反応器内の温度を維持するために、予熱工程における加熱処理を継続するのが好ましく、被処理物の流量が安定した段階で予熱工程を終了するのが好ましい。このような移行過程でも、可燃性有機物、水、酸化剤などの供給の開始や停止、または供給物質や量の変化が伴う工程では大きな温度変動が生じ、これに付随して圧力変動が生じる可能性がある。このため、この過程でも反応系の圧力は定常状態時よりも低く制御しておくことが好ましい。
【００２０】
反応系の圧力を、設定した定常状態圧力よりも低く制御することが好ましい過程としては、第一の加熱方法における酸化反応開始時、第二の加熱方法における水熱酸化反応開始時、これらの加熱方法による予熱工程を終了するとき、および被処理物の供給開始時から定常状態までの過程などがあげられるが、反応系の装置の構造または被処理物の種類などによっては大きな圧力変動が起こらない工程もあり、このような工程は圧力を低く制御する必要はない。また、圧力の変動が起こりうる工程が終了するまでの間、継続して圧力を低く制御することもできる。圧力変動の問題がない工程であれば、反応系の圧力を定常状態時の設定圧力に戻し、運転を継続すればよい。
【００２１】
圧力を測定する場所は特に限定されないが、反応系の高圧流体流通部が好ましい。例えば、反応器内、反応器後段の系路などがあげられる。圧力を制御する方法としては、反応器後段に設けた減圧手段、例えば圧力調整弁の開度を調節する方法などがあげられる。
【００２２】
本発明では、上記のような方法により反応器を予熱した後、水熱酸化反応工程として被処理物の水熱酸化反応を行う。水熱酸化反応工程では、水熱酸化反応を行う被処理物、水、酸化物などの被反応物を反応器に供給し、水熱酸化反応を行う。
水熱酸化反応工程は、従来と同じ方法で水熱酸化反応を行うことができる。また反応器も公知の反応器を使用することができる。被処理物としては、有機物を含む廃液などがあげられ、有機物の酸化分解を行うことができる。
【００２３】
ここで水熱酸化反応とは、超臨界または亜臨界状態の高温高圧の水および酸化剤の存在下に有機物を酸化反応により酸化分解する反応である。超臨界状態とは３７４℃以上、２２ＭＰａ以上の状態である。また亜臨界状態とは例えば３７４℃以上、２．５ＭＰａ以上２２ＭＰａ未満あるいは３７４℃未満、２２ＭＰａ以上の状態、あるいは３７４℃以下、２２ＭＰａ未満であっても臨界点に近い高温高圧状態をいう。
【００２４】
このような水熱酸化反応は有機物が水および酸化剤と混合した状態で反応器において行われ、これらの混合物が反応器内部で水熱酸化反応を受ける。酸化剤としては、空気、酸素、液体酸素、過酸化水素水、硝酸、亜硝酸、硝酸塩、亜硝酸塩等を用いることができる。酸化剤は、被反応物と混合されて供給されてもよいし、供給口を二重管ノズルにして複層流として供給してもよい。また、予熱工程で使用した高温流体生成装置から、高温高圧流体の生成に酸化剤として使用した高圧空気を供給することもできる。
【００２５】
水熱酸化反応において被処理物の熱量が不足する場合は、補助燃料を反応器に供給して反応を行うことができる。補助燃料としては、灯油、イソプロピルアルコール、メタノール、アセトン等をあげることができる。補助燃料としては第二の加熱方法で使用した可燃性有機物を使用することもできる。また補助燃料は純物質である必要はなく、例えば他の有機物、無機物、水分などを含有する廃溶媒であってもよい。
【００２６】
本発明で用いられる反応器は超臨界または亜臨界状態で水熱酸化反応を行うように、耐熱、耐圧材料により、実質的に垂直方向に配置した筒状反応器で形成される。反応熱だけでは超臨界または亜臨界状態に達しない場合には外部加熱手段を設けることができる。反応器の形状は円筒、だ円筒、多角筒のものを用いることができ、下端部はコーン状とすることができる。このような反応器により超臨界または亜臨界状態で水熱酸化反応を行うと、有機物は酸化剤により酸化されて最終的に水と二酸化炭素に分解され、あるいは加水分解により低分子化し、無機物は固体あるいは溶融状態で分離する。反応生成物はそのまま、または固形物を分離後、冷却、減圧、固液分離等の操作により、ガス分、液分、固形分に分離される。
【００２７】
上記の反応器は従来より水熱酸化反応に用いられているものをそのまま用いることができるが、特開平１１−１５６１８６号に示されているように、上部に逆流を伴う混合反応域、下部に栓状流反応域を形成する実質的に垂直な反応器に、さらに上部に設けられた供給装置から被処理物と酸化剤の混合流を下向流で供給して上部の混合反応域で逆流を伴う混合流を形成して水熱酸化反応を行い、下部の栓状流反応域で平行な下向栓流を形成して追加の水熱酸化反応を行う構造のものが好ましい。
【００２８】
反応器の材質は制限されないが、ハステロイ、インコネル、ステンレス等の耐食性の材質が好ましい。反応器には耐腐食性ライナーを設けるのが好ましい。耐腐食性ライナーは特に限定されず、特開平１１−１５６１８６号に開示されたような耐腐食性ライナーと圧力負荷壁との間に間隙が存在するような耐腐食性ライナーを用いることができる。
【００２９】
反応器には反応混合物を排出口から排出する前に冷却するための冷却手段を設けることができる。冷却手段は特に限定されないが、反応器内に水を導入して冷却し、無機塩を溶解してその排出を促進することができる。また、反応器内に酸やアルカリを含む水を導入して冷却し、アルカリや酸の中和を行うことができる。反応器内への固体の付着が問題となる場合には、反応器の内壁に付着した固体を除去するための機械的除去装置を設けることができる。固体除去のための機械的除去装置は特に限定されないが、特開平１１−１５６１８６号で開示された切欠窓部分を含む実質的に円筒状のスクレーパが好適である。また水熱酸化反応の進行に伴って、反応器内で中和塩が堆積する場合は、反応器内における塩の堆積防止手段や排出手段を採用することもできる。具体的な方法としては、反応器下部に水層を設けて塩を溶解、排出する手段（特許２７２６２９３）や機械的に塩を掻き取る手段（ＵＳＰ５，１００，５６０、特開平１０−１５５６６号、特開平１１−２５３７８６号）、反応器表面から流体を噴出させて付着を防止する手段（特開平９−２９９９６６号）など、公知の方法を採用することができる。
【００３０】
反応器から排出される反応流体中の固形物を分離する分離手段を設けることができる。特に、超臨界状態の反応流体中では無機塩類が溶解せずに固体として含まれているため、不溶化している無機物を分離することにより、処理水の再利用が容易になる。固形物分離手段は特に限定されず、反応器から反応流体を導入する流入口および固体を除去した流体を排出する流出口を備えた容器と、容器内に配設されて前記反応流体に含まれている前記固体を除去し、排出する手段とを備えたものが使用できる。また、冷却、減圧の工程で、気液分離や固液分離の手段を設けることもできる。
【００３１】
水熱酸化反応によって有機物が分解され、反応熱が発生する。反応器上部に逆流を伴う混合反応域を設けた場合、ここで逆流を伴う混合作用で有機物、酸化剤および反応器内容物などが十分に混合されるため、流体の温度が上昇する。これにより供給される有機物は速やかに水熱酸化反応を開始し、安定した反応が継続されることになる。反応流体は反応器内を下向きに移動し、栓状流反応域で継続反応した後、排出口から排出される。反応器の長さ：直径の比は１：１〜１００：１が好ましい。
【００３２】
反応器を出た反応流体はそのまま、または固体を分離した後、冷却して減圧され気液分離される。反応器内で冷却して液体が生成している場合は反応器を出た段階で固体とともに液体を分離し、必要によりさらに冷却、気液分離および固液分離を行うことができる。最終的に生成した水、気体、固体は、そのまま、エネルギー回収されたり、物質として再利用されたり、そのままあるいは追加処理されて廃棄される。
【００３３】
本発明では定常状態に達するまでは、圧力変動が生じる過程における反応系の圧力を定常状態時の圧力より低くするようにしているので、水熱酸化反応工程において水熱酸化反応が開始される際に急激な温度上昇や、圧力上昇が生じても、反応器の設計圧力に余裕を持って対処することができ、安全である。
【００３４】
【発明の効果】
本発明の水熱酸化反応方法は、予熱工程の少なくとも一部、および予熱工程から水熱酸化反応工程における定常状態に移行するまでの過程の少なくとも一部を、水熱酸化反応工程の定常状態時の圧力より低い圧力で加熱するようにしているので、水熱酸化反応装置の起動時における圧力変動に余裕を持って対処することができ、このため安全に、かつ短時間で水熱酸化反応を開始することができる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面により説明する。
図１は本発明の水熱酸化反応方法を実施する実施形態の水熱酸化反応装置を示す系統図である。図１において１は水熱酸化反応装置、２は反応器、３は高温流体生成装置、４は被処理物槽、５は水槽、６は可燃物槽、７は圧力計、８は制御装置、９は冷却器、１０は気液分離器である。
【００３６】
反応器２の上部には供給装置１２が設けられ、この供給装置１２に被反応物供給路１３および流体供給路１６が連絡している。供給装置１２は被反応物供給路１３から供給される被反応物と、流体供給路１６から供給される高温高圧流体が噴射ノズル（図示は省略）近傍で混合できるように構成されている。
高温流体生成装置３には燃料導入路１４、空気導入路１５および流体供給路１６が接続し、この流体供給路１６が供給装置１２に連絡している。燃料導入路１４には高圧ポンプＰ１、空気導入路１５にはエアコンプレッサＡＣが設けられている。高温流体生成装置３は燃料導入路１４から導入される燃料を空気導入路１５から導入される空気により燃焼させて高温高圧流体を生成させ、この高温高圧流体を流体供給路１６から供給装置１２を経て反応器２に供給するように構成されている。
【００３７】
高温流体生成装置３の詳細を図２に縦断面図として示す。３１は円筒状の耐圧容器であり、一端は塞がれて燃料供給部３２、他端はコーン状となり、先端は開口して高温流体排出部３３を構成している。耐圧容器３１内には同心円状に円筒状の内筒３４が収容され、内筒３４の一端は燃料供給部３２に取り付けられ、他端はコーン部付近で開口している。耐圧容器３１の内周面と内筒３４の外周面とは一定の間隔が保たれ、断熱空間３５が形成され、内筒３４内部には燃焼空間３６が形成されている。断熱空間３５および燃焼空間３６は高温流体排出部３３に連通している。
【００３８】
燃料供給部３２には、燃料および酸化剤が燃焼空間３６に供給できるように、酸化剤導入路１５ａが合流した燃料導入路１４が燃料供給部３２に接続し、燃焼空間３６に連通している。燃料導入路１４には高圧ポンプＰ１、酸化剤導入路１５ａにはエアコンプレッサＡＣａが設けられている。燃料供給部３２の燃焼空間３６側には、燃料に着火するための着火装置３７が設けられている。着火装置３７としてはグロープラグなどが採用できる。また断熱流体導入路１５ｂが燃料供給部３２に接続し、断熱空間３５に連通している。断熱流体導入路１５ｂにはエアコンプレッサＡＣｂが設けられている。エアコンプレッサＡＣａおよびＡＣｂが図１のエアコンプレッサＡＣを構成し、酸化剤導入路１５ａおよび断熱流体導入路１５ｂが空気導入路１５を構成している。断熱流体導入路１５ｂは円周方向に複数設けられている。
【００３９】
図１の被処理物槽４から被反応物供給路１３に被処理物供給路１８が連絡している。被処理物供給路１８には高圧ポンプＰ２が設けられている。
水槽５から被反応物供給路１３に水供給路１９が連絡している。水供給路１９には高圧ポンプＰ３が設けられている。
可燃物槽６から被反応物供給路１３に可燃物供給路２０が連絡している。可燃物供給路２０には高圧ポンプＰ４が設けられている。
【００４０】
反応器２では上部に設けられた供給装置１２で高温高圧流体、被処理物、水、灯油などが混合され、この混合流が反応器２内に下向流で供給するように構成されている。反応器２の下部から反応流体取出路２２が冷却器９に連絡し、冷却器９から系路２３が気液分離器１０に連絡している。冷却器９には冷却水路２４が接続している。
【００４１】
気液分離器１０の上部には圧力制御バルブＶ１を有するガス排出路２５が接続している。圧力計７で検出した圧力を圧力信号として制御装置８に送り、さらに制御装置８から制御信号を圧力制御バルブＶ１に送り、反応器２内の圧力を制御するように構成されている。これにより反応器２に供給する高温高圧流体の圧力を制御することができる。
気液分離器１０の下部には気液分離器１０の液面を制御する液面制御バルブＶ２を有する液体排出路２６が接続している。２７は液面計、２８は制御装置であり、液面計２７で液面の高さを計測し、その計測信号を制御装置２８に送り、さらに制御装置２８から制御信号を液面制御バルブＶ２に送り、気液分離器１０の液面の高さを制御するように構成されている。
【００４２】
図１の装置で水熱酸化反応を行うには、水熱酸化反応装置１の運転を開始する際、予熱工程として、まず断熱流体導入路１５ｂからエアコンプレッサＡＣｂで加圧した加圧空気を高温流体生成装置３に送り、この加圧空気を高温流体排出部３３および高温高圧流体供給路１６から供給装置１２を経て反応器２に供給して反応器２を加圧する。その後、高圧ポンプＰ１で加圧した灯油を燃料導入路１４から高温流体生成装置３に導入するとともに、エアコンプレッサＡＣｂで加圧した加圧空気を酸化剤導入路１５ａから導入し、燃料導入路１４中で混合して燃焼空間３６に導入し、着火装置３７で着火して燃焼を開始させる。燃焼により生成した高温高圧流体は高温流体排出部３３を通して高温高圧流体供給路１６から供給装置１２を経て反応器２に供給することにより反応器２を加熱する。高温高圧流体を生成する際、断熱流体導入路１５ｂから高圧空気を断熱空間３５に導入し、高温流体生成装置３を構成する耐圧容器３１の温度上昇を防止する。
【００４３】
このようにして反応器２を加熱するとともに、圧力計７で圧力を検出し、この圧力信号を制御装置８に送り、さらに制御装置８から制御信号を圧力制御バルブＶ１に送り、反応系内の圧力を制御して、反応器２内の圧力を定常状態時より低い圧力に調整する。
【００４４】
上記加熱方法で反応器２の温度が水熱酸化反応を開始することができる温度まで上昇した段階で、水槽５および可燃物槽６から高圧ポンプＰ３、Ｐ４により水２７および灯油２６を反応器２に供給し、予熱工程を継続する。この段階では高温流体生成装置３からの、酸化剤を含む高温高圧流体の供給も並行して行う。供給装置１２では、酸化剤を含む高温高圧流体、水２７および灯油２６を混合し、混合流を下向流で反応器２に供給する。
【００４５】
反応器２内は高温高圧流体により加熱されているので、灯油２６の水熱酸化反応がスムーズに進行し、この反応熱により反応器２はさらに加熱される。水熱酸化反応が安定して進行するようになった段階で、高温流体生成装置３への燃料の供給を停止する。燃料導入停止後も、酸化剤導入路１５ａまたは断熱流体導入路１５ｂからの加圧空気の供給は継続して行い、この加圧空気を流体供給路１６から反応器２に供給し、水熱酸化反応に必要な酸化剤として利用する。
【００４６】
このようにして反応器２を加熱するとともに、圧力計７で圧力を検出し、この圧力信号を制御装置８に送り、さらに制御装置８から制御信号を圧力制御バルブＶ１に送り、反応系内の圧力を制御して、反応器２内の圧力を定常状態時より低い圧力に調整する。
【００４７】
反応器２が定常状態の反応温度まで達し、かつ反応器２の圧力が定常状態時より低い圧力の条件で、被処理物２８の供給を開始し、水熱酸化反応工程を開始する。被処理物槽４の被処理物２８は高圧ポンプＰ３により被処理物供給路１８から被反応物供給路１３を通して供給装置１２へ送り、供給装置１２から反応器２に供給する。
供給装置１２では、被処理物２８、灯油２６および水２７を混合し、混合流を下向流で反応器２に供給し、水の超臨界または亜臨界状態で水熱酸化反応を行う。この場合、灯油２６は補助燃料として供給される。なお水熱酸化反応に必要な酸化剤の供給は加圧空気を流体供給路１６から供給装置１２を経由して行う。
【００４８】
被処理物２８を反応器２に供給して水熱酸化反応を開始すると、被処理物２８中の有機物の種類や量、気泡の有無や量などにより、大きな温度変動が生じ、これに付随して圧力変動が生じる場合があるが、水熱酸化反応開始時の圧力を低く設定しているので、反応器２内の圧力が急激に上昇した場合でも余裕を持って対応することができ、安全に反応を行うことができる。
被処理物２８の水熱酸化反応の反応温度が安定した後、灯油２６および水２７の供給量を調節して圧力を定常状態の圧力まで上昇させる。その後は、被処理物、水、および補助燃料の供給量を適切に調整することで、反応条件を定常状態の設定値に導いて水熱酸化反応を行い、定常状態による水熱酸化反応工程を継続して行う。
【００４９】
反応器２の反応流体は反応流体取出路２２から冷却器９に導入して、冷却水路２４から供給する冷却水で冷却し、系路２３から気液分離器１０に導入して気液分離する。分離した気体は圧力制御バルブＶ１で減圧し、ガス排出路２５から処理ガスとして排出する。分離した液体は液面制御バルブＶ２を経て減圧・排出し、液体排出路２６から処理水として排出する。
【００５０】
図１では、予熱工程として高温流体生成装置３による加熱と、灯油２６の水熱酸化反応熱による加熱とを併用しているが、どちらか一方を単独で行うこともできる。
【００５１】
【実施例】
次に本発明の実施例について説明する。
【００５２】
実施例１
図１の装置で、水熱酸化反応処理を行った。定常状態時の反応器２の圧力は２４ＭＰａ、温度は６３０℃に設定されている。
まず加圧空気を高温流体生成装置３に導入した状態で、反応器２の圧力を２１ＭＰａに維持する状態になった後、加圧空気と灯油を導入し、着火装置３７により着火して燃焼を開始し、高温高圧空気を生成させた。この高温高圧空気を反応器２に供給し、反応器２内の温度が３５０℃になるまで予熱した。
この状態で反応器２内に灯油２６と水２７を供給したところ、反応器２内で水熱酸化反応が開始され、温度が上昇するとともに、反応器２内の圧力が短時間の間２ＭＰａ程度上昇した。
【００５３】
上記の予熱を継続し、圧力制御バルブＶ１により反応器２の圧力を２１ＭＰａに維持するとともに反応器２内の温度が６３０℃になった段階で被処理物（液状の非水溶性有機物）２８の供給を開始した。被処理物２８の供給開始直後に反応器２内の温度が±３０℃程度変動し、圧力も１ＭＰａ程度上下したが、定常状態時の圧力程度であった。その後、圧力を２４ＭＰａとし、被処理物２８の水熱酸化反応を継続した。
【００５４】
比較例１
起動時の圧力を２４ＭＰａにした以外は実施例１と同じ条件で予熱を行った。この条件で反応器２に被処理物２８を供給して水熱酸化反応を開始したところ、反応器２内の圧力が短時間の間２ＭＰａ程度上昇し、設計圧力である２７ＭＰａに近くなった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の水熱酸化反応方法を実施する実施形態の水熱酸化反応装置を示す系統図である。
【図２】図１における高温流体生成装置の縦断面図である。
【符号の説明】
１　水熱酸化反応装置
２　反応器
３　高温流体生成装置
４　被処理物槽
５　水槽
６　可燃物槽
７　圧力計
８、２８　制御装置
９　冷却器
１０　気液分離器
１２　供給装置
１３　被反応物供給路
１４　燃料導入路
１５　空気導入路
１５ａ　酸化剤導入路
１５ｂ　断熱流体導入路
１６　流体供給路
１８　被処理物供給路
１９　水供給路
２０　可燃物供給路
２２　反応流体取出路
２３　系路
２４　冷却水路
２５　ガス排出路
２６　液体排出路
２７　液面計
３１　耐圧容器
３２　燃料供給部
３３　高温流体排出部
３４　内筒
３５　断熱空間
３６　燃焼空間
３７　着火装置
【図１】
2004000825.tif 000002
【図２】
2004000825.tif 000003