(57)【要約】【課題】有機物を回収して有効利用または別途処理することができ、水熱酸化反応は被処理量を少なくして少ない酸化剤供給量で効率よく低コストで処理を行うことができ、熱量の調整も回収した有機物を利用して行うことができ、これにより被処理物との相容性は高くすることができ、配管の閉塞や処理の不完全化を防止することが可能な含水有機物の処理方法および装置を提供する。【解決手段】含水有機物を分離装置１で有機物リッチの有機部と、水リッチの水部に分離し、水部Ｌ３を酸化剤Ｌ４とともに水熱酸化装置２に導入して超臨界または亜臨界状態で水熱酸化反応により有機物を分離し、その際有機部の一部Ｌ５または水Ｌ６を水熱酸化装置２に導入して熱量を調整し、反応温度を一定に保持し、有機部の他の部分Ｌ２は燃料等として有効利用する。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
含水有機物からなる被処理物を水熱酸化反応により処理する方法であって、
被処理物を有機物リッチの有機部と水リッチの水部とに分離する分離工程と、分離した水部を酸化剤とともに反応器に供給し、水の超臨界または亜臨界状態において水熱酸化を行う水熱酸化工程と、
反応器に供給する水部の熱量を調整するために、分離した有機部の一部を供給する有機部供給工程と
を含む含水有機物の処理方法。
【請求項２】
分離工程が蒸留、遠心分離、重力分離、濾過、膜分離、または浮上分離である請求項１記載の方法。
【請求項３】
反応器の温度を一定又はほぼ一定に保持するように有機部の供給または水の供給を行う請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
含水有機物からなる被処理物を水熱酸化反応により処理する装置であって、
被処理物を有機物リッチの有機部と水リッチの水部とに分離する分離装置と、分離した水部を酸化剤とともに反応器に供給し、水の超臨界または亜臨界状態において水熱酸化を行う水熱酸化装置と、
反応器に供給する水部の熱量を調整するために、分離した有機部の一部を供給する有機部供給装置と
を含む含水有機物の処理装置。
【請求項５】
分離装置が蒸留装置、遠心分離装置、重力分離装置、濾過装置、膜分離装置または浮上分離装置である請求項４記載の装置。
【請求項６】
反応器に水を供給する水供給装置を有する請求項４または５記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は含水有機廃棄物等の含水有機物を水熱酸化により処理する方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
有機廃棄物には有機物と水を含むものがある。このような有機物／水複合物のうち、含水率が比較的高い有機排水等は生物処理、化学処理等の一般的な排水処理技術により処理されている。一方、含水率が比較的低い含水有機廃棄物等の含水有機物は通常焼却により処理される場合が多い。ところが焼却により処理すると燃焼排ガスおよび焼却灰が発生し、その処理が困難であり、これらは雑多な成分を含むため、有価物の回収は困難であり、また熱回収も困難なため、有機物は無駄に燃焼により消費され、場合によっては燃焼を行うために相当量の補助燃料が必要になる。
【０００３】
このような焼却による処理に代る含水有機物の処理方法として、水熱酸化による処理方法が提案されている（例えば特開平５−５０４０９３号）。この方法は水の超臨界または亜臨界状態において含水有機物を酸化剤により酸化することにより処理する方法であり、有機物は水と二酸化炭素に分解され、無機物は酸化が進行した状態となり容易に分離される。この処理法によればクリーンな排ガスおよび高純度の水が得られ、無機物は有価物として回収可能であり、熱回収も行える。
【０００４】
従来の含水有機物の水熱酸化による処理は、被処理物を酸化剤とともに水熱酸化反応器に供給して超臨界または亜臨界状態で酸化を行っており、被処理物の熱量が不足する場合には補助燃料を供給し、熱量が過剰の場合には水を供給することにより一定の温度を維持して処理を行うようにしている。すなわち水熱酸化は超臨界または亜臨界状態の一定の温度に維持することが必要であり、このためには被処理物の熱量が一定の範囲にあることが必要である。このため、被処理物の含水率が高い場合には補助燃料を添加し、含水率が低い場合には水を添加して熱量を調整し、これにより反応器の温度を一定に維持している。また含水率が低くて粘度が高くなると、反応器への供給が困難になるため、水を添加して粘度を調整することも行われる。
【０００５】
しかしながら被処理物に水を加えることは、熱量の高い被処理物の熱量をわざわざ低くすることであり、熱量が無駄になる。一方被処理物に含まれる有価物はすべて酸化分解されるため有効に利用できない。水熱酸化処理にかかるコストの相当部分は酸化剤供給のためのコストであるが、有効利用できる有機物をすべて酸化分解すると酸化剤使用量は多くなり、処理コストを上昇させる。また添加する水は被処理物量を多くすることになり、大容量の反応器が必要になって処理効率が悪くなるとともに、水と被処理物の相容性が悪い場合には、配管の閉塞や反応の不完全化の原因になる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、有機物を回収して有効利用または別途処理することができ、水熱酸化反応は被処理量を少なくして小容量の反応器と少ない酸化剤供給量で効率よく低コストで処理を行うことができ、熱量の調整も回収した有機物を利用して行うことができ、これにより被処理物との相容性は高くすることができ、配管の閉塞や処理の不完全化を防止することが可能な含水有機物の処理方法および装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は有機物を回収して有効利用または別途処理することができ、水熱酸化反応は被処理量を少なくして少ない酸化剤供給量で効率よく低コストで処理を行うことができ、熱量の調整も回収した有機物を利用して行うことができ、これにより被処理物との相容性は高くすることができ、配管の閉塞や処理の不完全化を防止することが可能な次の含水有機物の処理方法および装置である。
（１）　含水有機物からなる被処理物を水熱酸化反応により処理する方法であって、
被処理物を有機物リッチの有機部と水リッチの水部とに分離する分離工程と、
分離した水部を酸化剤とともに反応器に供給し、水の超臨界または亜臨界状態において水熱酸化を行う水熱酸化工程と、
反応器に供給する水部の熱量を調整するために、分離した有機部の一部を供給する有機部供給工程と
を含む含水有機物の処理方法。
（２）　分離工程が蒸留、遠心分離、重力分離、濾過、膜分離、または浮上分離である上記（１）記載の方法。
（３）　反応器の温度を一定又はほぼ一定に保持するように有機部の供給または水の供給を行う上記（１）または（２）記載の方法。
（４）　含水有機物からなる被処理物を水熱酸化反応により処理する装置であって、
被処理物を有機物リッチの有機部と水リッチの水部とに分離する分離装置と、
分離した水部を酸化剤とともに反応器に供給し、水の超臨界または亜臨界状態において水熱酸化を行う水熱酸化装置と、
反応器に供給する水部の熱量を調整するために、分離した有機部の一部を供給する有機部供給装置と
を含む含水有機物の処理装置。
（５）　分離装置が蒸留装置、遠心分離装置、重力分離装置、濾過装置、膜分離装置または浮上分離装置である上記（４）記載の装置。
（６）　反応器に水を供給する水供給装置を有する上記（４）または（５）記載の装置。
【０００８】
本発明における被処理物である含水有機物は、有機物中に水が含有されている有機物／水複合物であって、含水率が比較的低いものである。有機物としては水熱酸化反応できるものであれば特に制限はない。有価物（例えば燃料）として回収利用できるもの、あるいは分離することにより処理が容易になるものが好ましいが、これらに限定されない。このような有機物としては、植物油、鉱物油（例えば燃料油、潤滑油）、有機溶剤（例えばトルエン、アセトン、アルコール、ベンゼン、メチルエチルケトン、ジエチルエーテル）、塩素含有有機溶剤（例えば、トリクロロエチレン、トリクロロエタン）、生物系有機物（例えば下水汚泥、し尿処理汚泥、工場排水処理汚泥、生活ゴミ）などがあげられる。
【０００９】
含水率は有機物の種類、形態等によって異なるが、一般的には０．５〜８０重量％、好ましくは１〜６０重量％程度のものが被処理物として適している。有機物と水とは溶解状態、乳化状態、懸濁状態、分散状態、混和状態など、任意の状態で含まれていればよい。このような被処理物は有機物と水が容易に分離可能なように溶液、乳化液、懸濁液、スラリー等の状態のものが好ましいが、固形状のものでも破砕により分離および水熱酸化工程に供給できるものは被処理物となり得る。このような被処理物としては含水油、含水有機溶剤、含水汚泥などが例示される。含有する水には、塩類等の無機物が含まれていてもよい。
【００１０】
本発明の分離工程は被処理物である含水有機物を、有機物リッチの有機部と、水リッチの水部に分離する工程である。このような分離工程は有機物と水の混和状態に応じて、蒸留、遠心分離、重力分離、濾過、膜分離、浮上分離などの分離手段を採用することができる。いずれの場合も同一方法や複数の方法を多段にして分離率を調整することもできる。分離装置はこのような機能および構成を有する装置であり、蒸留装置、遠心分離装置、重力分離装置、濾過装置、膜分離装置、浮上分離装置などが用いられる。
【００１１】
蒸留は主として有機物と水が溶液状態の場合に採用されるが、有機物と水の沸点が近い場合には共沸が起こるので、共沸蒸留塔を用いて分離するのが好ましい。沸点が離れている場合には一般的な蒸発装置で分離可能な場合がある。膜分離は溶液の場合にも、分散液の場合にも用いられるが、溶液の場合には逆浸透膜のような分離膜を用いるのが好ましい。上記の他の手段は主として被処理物が分散する場合に用いられる。
【００１２】
分離工程で分離する有機部は有機物リッチの分離物であり、この有機部は分離回収して有効利用するか、あるいは別途処理に適した含水率となるように濃縮されるのが好ましい。有効利用あるいは別途処理の方法は有機物の種類、形態等により異なる。典型的なものは燃料としての利用であり、例えば有機溶媒、油分等の場合にはボイラ等に供給して燃焼させることができる。生物分解性の有機物は発酵、堆肥化等の別処理により有効利用が可能である。有機部の含水率はこれらの有効利用、処理の方法、形態等により異なるが、一般的には０〜７０重量％好ましくは０〜５０重量％である。
【００１３】
分離工程で分離する水部は水リッチの分離物であり、この水部は水熱酸化反応により処理を行うので、それに適した含水率となるように分離されるのが好ましい。水熱酸化反応に適した含水率とは、被反応物である水部を反応器に供給するのに適した流動性（粘度）を有し、かつ反応器において水の超臨界または亜臨界状態を形成するのに適した含水率である。このような含水率有機物の種類、形態等により異なるが、一般的には８０〜９９重量％、好ましくは８５〜９５重量％である。
【００１４】
本発明の水熱酸化工程は、分離工程で分離された水部を酸化剤とともに反応器に供給し、水の超臨界または亜臨界状態において水熱酸化を行い、有機物を酸化分解する工程である。ここでいう水の超臨界状態は温度３７４℃以上、圧力２２ＭＰａ以上の状態である。また、いわゆる亜臨界状態は例えば３７４℃以上かつ圧力２．５ＭＰａ以上２２ＭＰａ未満の場合、あるいは温度３７４℃未満かつ圧力２２ＭＰａ以上の状態、あるいは３７４℃未満かつ圧力２２ＭＰａ未満であっても水の臨界点に近い高温高圧状態である。水熱酸化反応はこのような温度、圧力条件下に、空気、酸素、過酸化水素等の酸化剤を存在させることにより、前記水部からなる被反応物中の有機物その他の被酸化性物質を酸化する。被反応物に含まれる熱量（有機物量）が少ない場合には補助燃料を注入し、熱量が多い場合には水を注入して定常状態で反応を行う。
【００１５】
水熱酸化装置としては被反応物としての水部の導入路ならびに酸化剤、補助燃料および水の導入路を備え、超臨界または亜臨界状態で反応を行えるように構成された反応器を有する公知の反応装置を用いることができる。反応器、被反応物供給路、酸化剤供給路等には加熱を行うための加熱装置を設けることができる。
【００１６】
有機部供給工程は、反応器に供給する被反応物としての水部の熱量を調整するための補助燃料として、前記分離工程で分離した有機部の一部を反応器に供給する工程である。有機部供給装置は分離装置から有機部の一部を反応器へ供給する有機部供給路を有し、水部の熱量の変動に応じて有機部の供給量を制御できるようにポンプ、弁等を備えるのが好ましい。水部の熱量の変動は反応器の温度を測定することにより検出でき、反応器の温度を一定に維持するように有機部からなる補助燃料および水の注入量を制御する。有機部の一部は直接反応器に供給してもよく、また水部と混合して反応器に供給してもよい。
【００１７】
上記の各装置はそれぞれに被処理物である含水有機物、被反応物である水部、熱量調整用の有機部の一部または水を供給するための系路、それぞれの装置から次の装置へ処理物を移送するための系路、貯留槽、ポンプ、弁等が設けられ、また各装置の反応状況に応じて反応、操作等の制御を行うため制御装置が設けられる。被反応物としての水部、熱量調整用の有機部の一部または水の供給装置はそれぞれの供給ラインにポンプおよび／または弁を設け、反応器の供給量を調整するように構成される。
【００１８】
本発明の含水有機物の処理方法では、分離工程において分離装置により、含水有機物からなる被処理物を有機物リッチの有機部と水リッチの水部とに分離し、分離した水部を水熱酸化反応工程において酸化剤とともに水熱酸化装置の反応器に供給し、水の超臨界または亜臨界状態において水熱酸化反応を行い、有機物等の被酸化性物等を酸化分解する。このとき有機部供給工程において、分離有機部の一部を供給し、反応器に供給する水部の熱量を調整する。分離工程で分離した有機部は回収し、燃料等として有効利用してもよく、また別の処理により処理してもよい。
【００１９】
分離工程では被処理物である含水有機物を有機物リッチの有機部と水リッチの水部に分離することにより、少ない含水率に調整した有機物部を得ることができ、これにより有機部を燃料等として有効利用でき、あるいは別の処理により効率的に処理できる。また水熱酸化反応に適した含水率に調整した水部を得ることができるので、水により希釈することなくそのまま水熱酸化反応を行うことができ、処理を効率化することができる。
【００２０】
水熱反応工程において、水部を酸化剤とともに反応器に供給し、超臨界状態あるいは一部の亜臨界状態で水熱酸化反応を行うと、被反応物中の水は液体でないガス状態あるいは超臨界状態とよばれる状態となり、有機物中の炭素は酸化されて二酸化炭素になり、無機物は酸化された状態で分散する。亜臨界状態の内、高圧で比較的低温の状態では、液体として存在する水に溶解度に対応して無機物が溶解し、過剰分は分散状態で存在する。反応流体は冷却により気体、液体、固体に分離し、気体は気液分離によりクリーンな排ガスとして系外に排出され、固液分離により固体は液体から容易に分離でき、液体は純度の高い水として取り出すことができる。
【００２１】
被処理物である含水有機物および被反応物である水部は経時的に発生量や含水率が変動することにより、熱量が変動して反応器の温度が変動するのを防止するために、反応器に水または補助燃料を供給して熱量を一定に調整するが、本発明では分離工程により有機物リッチの有機部を回収するため、この有機部は補助燃料として利用可能である。この有機部は元々被処理物に含まれていたものであるから水部との相容性は良好であり、配管の閉塞や処理の不完全化は生じない。
【００２２】
本発明では回収した有機部はボイラの燃料等として有効利用できるので有利であるが、この分は水熱酸化反応を行う必要がないため、反応器の容量を小さくでき、また供給酸化剤量も少なくできるため、処理が効率化する。燃料等として有効利用できない有機部の場合でも、含水率が少ないので堆肥化等の安価な処理が可能になる。
【００２３】
【発明の効果】
以上の通り本発明によれば、含水有機物を有機部と水部に分離し、水部を酸化剤とともに水熱酸化反応により処理し、この際有機部の一部を補助燃料として供給して熱量を調整するようにしたので、有機物を回収して有効利用または別途処理することができ、水熱酸化反応は被処理量を少なくして小容量の反応器と少ない酸化剤供給量で効率よく低コストで処理を行うことができ、熱量の調整も回収した有機物を利用して行うことができ、これにより被処理物との相容性は高くすることができ、配管の閉塞や処理の不完全化を防止することが可能である。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面により説明する。
図１ないし図３は異なる実施例形態を示すフロー図である。
【００２５】
図１において、１は分離装置、２は水熱酸化装置である。分離装置１には被処理物供給ラインＬ１が連絡している。分離装置１から有機部取出ラインＬ２が系外に連絡し、水部供給ラインＬ３がポンプＰ１を介して水熱酸化装置２に連絡している。水熱酸化装置２にはポンプＰ２を有する酸化剤供給ラインＬ４のほか、ポンプＰ３を有する有機部供給ラインＬ５が有機部取出ラインＬ２から分岐して連絡している。またポンプＰ４を有する水供給ラインＬ６が水熱酸化装置２に連絡している。水熱酸化装置２から処理ガス取出路Ｌ７、処理液取出路Ｌ８、処理固体取出路Ｌ９が系外に連絡している。
【００２６】
上記の装置において、分離装置１では被処理物供給ラインＬ１から供給される被処理物としての含水有機物を分離し、有機物リッチの有機部を有機部取出ラインＬ２から系外に取出し、水リッチの水部を水部供給ラインＬ３に取り出す。有機部取出ラインＬ２から取り出す有機部は系外においてボイラの燃料等として有効利用する。
【００２７】
水熱酸化装置２では、水部供給ラインＬ３からポンプＰ１により水部を供給し、酸化剤供給ラインＬ４からポンプＰ２により酸化剤を供給して水の超臨界または亜臨界状態で水熱酸化反応を行い、有機物その他の被酸化性物質を酸化する。このとき有機部供給ラインＬ５から有機部の一部を供給し、あるいは水供給ラインＬ６から水を供給して熱量を調整し、反応器の温度を一定に保つ。水熱酸化装置２で生成するガスは処理ガス取出路Ｌ７から取り出され、液体は処理液取出路Ｌ８から取り出され、固体は処理固体取出路Ｌ９から取り出される。
【００２８】
図２では図１の分離装置１の後に分離装置１ａが設けられ、多段階に分離が行われるようになっている。分離装置１、１ａは同種のものでもよく、また異種のものでもよい。また有機部をラインＬ１ａから分離装置１ａに導いて分離しているが、水部を導いて分離してもよい。このように多段にわたって分離を行うことにより、有機部と水部の分離効率を高くすることができる。他の構成および作用効果は図１と同様である。
【００２９】
図３においては図１の有機部取出ラインＬ２が有機部処理装置３に連絡している。有機部処理装置３では有機部の種類、性状等に応じて、それらに適した処理を行うことができる。この場合、大気圧で処理が行えるので水熱酸化に比べて有利な場合が多く、また堆肥化装置のように、処理物を有価物として処理物取出ラインＬ１０から回収することもできる。他の構成、作用効果は図１の場合と同様である。
【００３０】
図４は実施例を示すフロー図である。この実施例はアセトン／水系の含水有機物を被処理物とする処理装置の例を示す。分離装置１は蒸留塔１１から構成されており、塔頂部にはコンデンサ１２が接続し、有機部貯槽１３を介して有機部取出ラインＬ２および有機部供給ラインＬ５に連絡している。塔底部にはリボイラ１４が接続し、水部貯槽１５を介して水部供給ラインＬ３に連絡している。水熱酸化装置２は反応器２１から構成され、入口側に供給装置２２が設けられ、出口側に固体分離器２３、冷却器２４、気液分離器２５が連絡している。
【００３１】
上記の装置において、分離装置１では被処理物供給ラインＬ１から被処理物としてアセトン／水系の含水有機物を蒸留塔１１に供給し、塔底液をラインＬ１１から取り出してリボイラ１４で蒸発させてラインＬ１２から蒸留塔１１の下部に導入して蒸留を行い、塔頂ガスをラインＬ１３からコンデンサ１２に導入して凝縮させ、凝縮液の一部をラインＬ１４から蒸留塔１１の上部に還流させ、他の一部を有機部として有機部貯槽１３に導入する。有機部貯槽１３の有機部の大部分は有機部取出ラインＬ２から取り出す。蒸留塔１１の塔底液の大部分はラインＬ１６から水部貯槽１５に導入して貯留し、水部供給ラインＬ３からポンプＰ１により水熱酸化装置２に供給して水熱酸化を行う。
【００３２】
水熱酸化装置２ではポンプＰ１により水部供給ラインＬ３から水部を供給装置２２に送り、ここでポンプＰ２により酸化剤供給ラインＬ４を通して送られる酸化剤（例えば空気、過酸化水素水）と混合し、混合流を反応器２１に下向流で供給して水熱酸化反応を行う。反応器２１では反応開始時にラインＬ３またはＬ４に設けられる予熱器（図示せず）により、加熱を行って超臨界または亜臨界状態に保って水熱反応を行う。供給装置２２から供給される混合流は反応器２１の上部では逆流を伴う混合反応域を形成し、有機物を含む被反応物の酸化分解が行われ、下部では乱流は解消して栓状流反応域を形成して追加反応が行われる。このとき反応器２１に設けられた温度計および圧力計の指示により、有機部供給ラインＬ５からポンプＰ３により有機部の一部を供給装置２２に送るか、あるいは水供給ラインＬ６を通してポンプＰ４により水を送って水部の熱量を調整し、反応器２１内の温度を一定に維持する。
【００３３】
反応器２１の反応流体はラインＬ１７から固体分離器２３に導入されて固体を分離し、分離した固体を処理固体取出ラインＬ９より取り出す。固体を分離した反応流体はラインＬ１８から冷却器２４に導入して冷却したのち気液分離器２５に導入して気液分離し、処理ガス取出ラインＬ７から弁Ｖ１を通してガスを取り出し、処理液取出ラインＬ８から弁Ｖ２を通して処理液を取り出す。得られる処理水は有機物、アンモニア、その他被反応物は分解され、高水質であり、回収利用も可能である。固体分離器２３は気液分離後の処理液取出ラインＬ８に設けてもよく、また固体の発生が少ない場合には省略も可能である。
【００３４】
図４の装置により、被処理物としてアセトン／水系の含水有機物（アセトン１７５０ｋｇ／ｄａｙ、水５８０ｋｇ／ｄａｙ、無機塩他４ｋｇ／ｄａｙ）を処理することにより、蒸留塔１１よりアセトン１７３３ｋｇ／ｄａｙ、水４ｋｇ／ｄａｙの有機部、およびアセトン１７ｋｇ／ｄａｙ、水５６２ｋｇ／ｄａｙ、無機塩他４ｋｇ／ｄａｙの水部が得られた。この水部を高圧空気６９１ｋｇ／ｄａｙとともに反応器２１に導入して反応温度６５０℃、反応圧力２３ＭＰａで水熱酸化反応を行うことにより、アセトン０ｋｇ／ｄａｙ、水６２１ｋｇ／ｄａｙ、無機塩４ｋｇ／ｄａｙの処理液、ならびに窒素５３２ｋｇ／ｄａｙ、酸素１５ｋｇ／ｄａｙ、二酸化炭素１４８．６ｋｇ／ｄａｙの処理ガスが得られた。反応器における熱量調整に用いる有機部は有機部全体の２．６重量％であり、他の有機部はボイラ燃料として使用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態の含水有機物処理装置のフロー図である。
【図２】他の含水有機物処理装置のフロー図である。
【図３】さらに他の含水有機物処理装置のフロー図である。
【図４】実施例の含水有機物処理装置のフロー図である。
【符号の説明】
１　分離装置
２　水熱酸化装置
３　有機部処理装置
１１　蒸留塔
１２　コンデンサ
１３　有機部貯槽
１４　リボイラ
１５　水部貯槽
２１　反応器
２２　供給装置
２３　固体分離器
２４　冷却器
２５　気液分離器
【図１】
2004041973.tif 000003
【図２】
2004041973.tif 000004
【図３】
2004041973.tif 000005
【図４】
2004041973.tif 000006