(57)【要約】【課題】スケールによる閉塞位置を特定し、閉塞を未然に検知することができる水熱反応装置及びその閉塞検知方法を提供する。【解決手段】水熱反応装置１内において、圧力計ＰＴが、熱交換器１９内の内管２１の入口２１ａ（ＰＴ１）と出口２１ｂ（ＰＴ４）、同内管２１の二ヶ所の湾曲部（ＰＴ２、ＰＴ３）、外管２３の二ヶ所の接続部（ＰＴ７、ＰＴ８）、反応器３（ＰＴ５）及び排出管４１（ＰＴ６）、後処理系統５０内の冷却器５１の入側の排出管５５（ＰＴ９）、気液分離器５３（ＰＴ１０）に設けられている。系統内の閉塞が起こりそうな部分の入側と出側に圧力計を設けることにより、閉塞が始まると両圧力計で計測される圧力の差が大きくなり、閉塞が始まったことを知ることができ、この時点で対処を行って閉塞を未然に防ぐことができる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水熱反応器と、
該水熱反応器に被処理液を供給する供給系統と、
該水熱反応器の反応生成物を冷却・減圧・排出する後処理系統と、
を具備する水熱処理装置であって、
前記系統中における固体分による閉塞のおそれのある部分の入側及び出側にそれぞれ圧力計が設けられており、
該部分の入側圧力と出側圧力との差から該部分の閉塞を判定しうることを特徴とする水熱処理装置。
【請求項２】
前記圧力計が、前記水熱反応器、前記後処理系統内の減圧機構の入側、及び、両者の間に設けられていることを特徴とする請求項１記載の水熱処理装置。
【請求項３】
前記圧力計が、前記後処理系統内の冷却機構の入側及び出側に設けられていることを特徴とする請求項１記載の水熱処理装置。
【請求項４】
さらに、前記被処理液と前記反応生成物との間で熱交換する熱交換器を備え、
前記圧力計が、該熱交換器の入側及び出側に設けられていることを特徴とする請求項１記載の水熱処理装置。
【請求項５】
水熱反応器に被処理液を供給し、生成した反応生成物を冷却・減圧・排気する水熱処理装置の各部における閉塞の検知方法であって、
前記系統中における固体分による閉塞のおそれのある部分の入側及び出側にそれぞれ圧力計を設け、
該部分の入側圧力と出側圧力との差があった場合には、該部分のメンテナンスを行うことを特徴とする水熱処理装置の各部における閉塞の検知方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、廃棄物分解やエネルギ生成、化学物質の製造等のために用いられる水熱処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
近年、水熱反応の応用の一形態として、廃棄物（被処理液）中の有機物等を酸化や加水分解させて廃棄物を処理する方法が注目されている。同方法では、水の超臨界又は亜臨界状態で有機物を含む廃棄物と酸化剤（あるいは水）とを反応させ、廃棄物中の有機物を短時間で、ほぼ完全に分解することができる。
【０００３】
水熱酸化反応によって廃棄物中の有機物を酸化分解する際は、廃棄物、酸化剤及び水を反応器内へ供給して反応させる。すると、廃棄物中の有機物は酸化分解（あるいは加水分解）され、炭素成分は二酸化炭素に、窒素成分は窒素ガス（処理条件によってはアンモニアや硝酸性窒素）に分解される。そして、生じた反応生成物は、エネルギー回収されるか、又は冷却、気液分離後、処理ガスと処理液はそれぞれ減圧されて排出される。
【０００４】
水熱酸化反応の反応温度は、処理される廃棄物が有する熱量によって決まる。廃棄物の熱量が少ない場合は、反応温度が上がらず目的とする分解性が得られないことがある。これに対して、廃棄物に燃料を添加したり、廃棄物を予熱してから反応器に投入する方法がとられている。特に、廃棄物を予熱する方法においては、反応熱を利用した熱回収熱交換器を利用することによりエネルギーを有効活用できる。
【０００５】
このような水熱酸化反応装置においては、無機塩が水に溶解せずに析出することがある。同水熱反応装置では、被処理液が室温から６００℃以上の高温までの幅広い温度域を通過するため、無機塩の溶解度変化が著しい。一般に塩類の溶解度は臨界温度近傍で急激に変化し、臨界点以上では溶解度が低くなる。水熱処理装置の中で析出した塩の一部は懸濁状態で冷却工程に達し、そこで臨界温度以下の水に溶解、あるいは懸濁したままで排出されるが、装置内壁に付着・堆積していくものもある。このような塩の堆積が起こる部位としては、流体温度の高い反応器内、及び反応器出口から冷却器途中までの配管がある。また、処理流体の熱で廃棄物を予熱する熱交換器を使用する際は、高温の処理流体が流れる部分、及び高温の予熱された廃棄物が流れる部分で同様に塩の堆積が起こりやすい。
【０００６】
上述のように堆積した塩類は、装置内で時間とともにスケールとして成長し、最終的には反応器や配管を閉塞してしまうという問題を引き起こす。塩類の堆積する部位は処理流体の温度や塩類の組成によって異なるため、その位置の特定が難しい。定期的に洗浄すればスケールの成長をある程度抑制することはできるが、洗浄頻度を最小限にするためにもスケールの成長度合いを評価できることが望まれていた。また、万が一閉塞に至ってしまった場合は、閉塞した箇所を特定できないと、装置全体を解体して点検する必要があるため、閉塞箇所をある程度特定し、メンテナンス作業を軽減できる手段が必要であった。
【０００７】
スケール堆積を防ぐ方法として、特許第３０３６０７７号に、被処理液の流速を速くして同配管内でのスケール成分の沈降を防ぐ方法が提案されている。しかし、この方法においては、流速を速くするために配管径を細くしており、結果として非常に長い熱交換器が必要になる。熱交換器の流路が長くなると、閉塞が起こった場合その位置を特定しにくく、メンテナンスに時間を要する。また、反応器自体も細い配管で構成せざるを得ないため、反応器設計が限定されてしまう。
【０００８】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、スケールによる閉塞位置を特定し、閉塞を未然に検知することができる水熱反応装置及びその閉塞検知方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の水熱反応装置は、  水熱反応器と、  該水熱反応器に被処理液を供給する供給系統と、  該水熱反応器の反応生成物を冷却・減圧・排出する後処理系統と、を具備する水熱処理装置であって、  前記系統中における固体分による閉塞のおそれのある部分の入側及び出側にそれぞれ圧力計が設けられており、  該部分の入側圧力と出側圧力との差から該部分の閉塞を判定しうることを特徴とする。
系統内の閉塞が起こりそうな部分の入側と出側に圧力計を設けることにより、閉塞が始まると両圧力計で計測される圧力の差が大きくなり、閉塞が始まったことを知らせる。そしてこの時点で対処を行い、閉塞を未然に防ぐことができる。また、閉塞位置や閉塞状況を的確に把握できるため、メンテナンスが容易となり、装置の稼働率が向上する。
【００１０】
本発明においては、  前記圧力計を、前記水熱反応器、前記後処理系統内の減圧機構の入側、及び、両者の間に設ければ、反応生成物が温度変化して発生する固体分による閉塞状態や閉塞位置を把握できる。
また、  前記圧力計を、前記後処理系統内の冷却機構の入側及び出側に設ければ、冷却工程中での固体分による閉塞状態や閉塞位置を未然に把握できる。これはメンテナンスが難しい二重管型熱交換器等では非常に有用である。
【００１１】
本発明においては、  さらに、前記被処理液と前記反応生成物との間で熱交換する熱交換器を備え、  前記圧力計が、該熱交換器の入側及び出側に設けられていることが好ましい。熱交換器を備えることにより、反応生成物が発する熱を活用して廃棄物を予熱でき、反応効率が上昇する。そして、熱交換器に圧力計を設けることにより、熱交換器内での廃棄物や反応生成物の温度変化によって発生した固体分による閉塞状態や閉塞位置を把握できる。熱交換器の流路が長い場合には、その途中にも圧力計を設置してもよい。こうすることで閉塞位置を絞り込むことができる。
【００１２】
本発明の水熱処理装置の各部における閉塞の検知方法は、  水熱反応器に被処理液を供給し、生成した反応生成物を冷却・減圧・排気する水熱処理装置の各部における閉塞の検知方法であって、  前記系統中における固体分による閉塞のおそれのある部分の入側及び出側にそれぞれ圧力計を設け、  該部分の入側圧力と出側圧力との差が生じた場合には、該部分のメンテナンスを行う。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る水熱反応装置の構成を示す図である。
この水熱反応装置１は、水熱反応器３と、この水熱反応器３に被処理液を供給する供給系統１０と、水熱反応器３から出る反応生成物を冷却・減圧・排出する後処理系統５０とから主に構成されている。さらに、供給系統１０は、被処理液と反応生成物との間で熱交換する熱交換器１９を備える。
【００１４】
供給系統１０は、被処理液である廃棄物や、助燃剤、水、空気を加圧して水熱反応器３に供給する。水熱反応器３の入口には、廃棄物や助燃剤、空気等の供給管１１が接続している。廃棄物は廃棄物タンク１３に貯留されており、廃棄物タンク１３には高圧ポンプ１５を備えた廃棄物供給管１７が接続されている。高圧ポンプ１５を出た廃棄物供給管１７は、熱交換器１９を経て供給管１１に接続している。
【００１５】
熱交換器１９は二重管で、内管２１と外管２３からなる。内管２１は、廃棄物供給管１７の先端と供給管１１との間を蛇行しながら延びている。外管２３は、内管２１の真っ直ぐな部分（この例では３ヶ所）を取り囲む部分と、同部分を内管２１に沿って蛇行するように接続する接続部を有する。接続部は一重管となっている。内管２１の入口２１ａには廃棄物供給管１７の先端が接続しており、同管の出口２１ｂは供給管１１に接続している。外管２３の入口２３ａには、後述する反応生成物が送られる排出管４１が接続しており、同管の出口２３ｂは後処理系統５０に接続している。つまり、内管２１内を廃棄物が流れる方向と、外管２３内を反応生成物が流れる方向は逆である。熱交換器１９の作用については後述する。
廃棄物は高圧ポンプ１５によって加圧され、廃棄物供給管１７、熱交換器１９の内管２１及び供給管１１を通って反応器３へ供給される。
【００１６】
供給管１１には、エアコンプレッサ２５を備えた空気供給管２７が接続している。酸化剤である空気はエアコンプレッサ２５に取り込まれて圧縮され、空気供給管２７から供給管１１を通って反応容器３に供給される。
【００１７】
助燃剤はタンク２９に貯留されており、タンク２９と供給管１１は、高圧ポンプ３１を備えた助燃剤供給管３３で接続している。助燃剤は高圧ポンプ３１によって加圧され、助燃剤供給管３３、供給管１１を通って反応器３へ供給される。助燃剤としては、例えばアルコールや灯油等の石油類を使用できる。
水はタンク３５に貯留されており、タンク３５と供給管１１は、高圧ポンプ３７を備えた水供給管３９で接続している。水は高圧ポンプ３７によって加圧され、水供給管３９、供給管１１を通って反応器へ供給される。
高圧ポンプ１５、３１、３７は、往復動ポンプなどの高圧昇圧可能でかつ容量制御性のあるポンプであって、廃棄物や燃料の反応器３内への供給量を調節できるようになっている。
【００１８】
水熱反応器３は耐食性・耐熱性・耐圧性を有する材料で作製されている。反応器は、内部に円柱状の空間が形成された上部構造体３ａと、内部に下すぼまりの漏斗状の空間が形成された下部構造体３ｂから構成される。上部構造体３ａの上部には、被処理液の入口が開けられており、この入口に供給管１１が接続される。下部構造体３ｂの漏斗状空間の下端には、反応生成物等の出口となる貫通孔が開けられている。入口と出口は、円柱状空間及び漏斗状空間の中心軸と同じ軸上に配置されている。
【００１９】
水熱反応器３の出口には、排出管４１が接続されている。排出管４１の先は、前述のように、供給系統１０内の熱交換器１９に延びて、二重管の外管２３の入口２３ａに接続している。そして、外管２３の出口２３ｂから出た排出管５５は後処理系統５０に延びている
【００２０】
後処理系統５０は、冷却器５１と気液分離器５３を備える。熱交換器１９を出た反応生成物等は、排出管５５を通り冷却器５１でほぼ常温に冷却された後、気液分離器５３で処理ガス（Ｎ２、ＣＯ２等）と処理液に分離される。
【００２１】
気液分離器５３の底には、減圧弁５７を備えた排液管５９が接続されている。気液分離された排液は、減圧弁５７で大気圧近くの圧力にまで減圧されて処理液タンク（図示されず）に送られる。同気液分離器５３の上端には、減圧弁６１を備えた排気管６３が接続されている。気液分離された排ガスは、減圧弁６１で大気圧近くの圧力まで減圧されて排出される。
【００２２】
この水熱反応装置１には、複数（この例では１０個）の圧力計ＰＴ１〜ＰＴ１０が備えられている。
圧力計ＰＴは、熱交換器１９内においては、内管２１の入口２１ａ（ＰＴ１）と出口２１ｂ（ＰＴ４）、同内管２１の二ヶ所の湾曲部（ＰＴ２、ＰＴ３）、外管２３の二ヶ所の接続部（ＰＴ７、ＰＴ８）に設けられている。さらに、反応器３（ＰＴ５）及び排出管４１（ＰＴ６）にも設けられている。さらに、後処理系統５０内では、冷却器５１の入側の排出管５５（ＰＴ９）、気液分離器５３（ＰＴ１０）に設けられている。
【００２３】
次に、この水熱反応装置１の作用について説明する。
水熱反応装置の水熱反応器３を所定の温度まで予熱しておき、同反応器３に、被反応物である廃棄物を廃棄物槽１３から熱交換器１９の内管を通して供給する。このとき、酸化剤である圧縮空気も供給する。また、必要に応じて助燃剤あるいは水を熱量調整のために供給する。これらの物質は水熱反応器３内で反応し、反応生成物を生成する。反応生成物は水熱反応器３の漏斗状空間の漏斗状内壁に沿って出口に流れ、排出管４１を通って熱交換器１９の外管２３に送られる。ここで、高温の反応生成物は、外管２３内を、内管２１内を流れる廃棄物の流れの向きと逆の方向に流れる。そして、熱交換器１９を通過する間に廃棄物と熱交換し、同廃棄物を予熱する。同時に、反応生成物は熱を奪われ、温度が低下する。
【００２４】
温度が低下した反応生成物は排液管５５内を流れて、冷却器５１で冷却される。冷却後の反応生成物は気液分離器５３で分離され、分離された処理液は、排液管５９を通り、減圧弁５７で減圧後処理液タンクに回収される。一方、処理ガスは減圧弁６１で減圧後排気管６３から排出される。
【００２５】
このような水熱反応過程において、適宜なタイミングで、複数箇所に設置された圧力計ＰＴ１〜ＰＴ１０の検出値を読み取り、系統内の配管の閉塞状況を把握する。
例えば、隣接する圧力計ＰＴ１、ＰＴ２で検知された圧力によって、廃棄物タンク１３から送られる廃棄物内の固形物や塩類等による内管２１の一番目の真っ直ぐな部分内でのスケールの堆積を把握できる。同様に、隣接する圧力計ＰＴ２、ＰＴ３で検知された圧力によって、内管２１の上流側の湾曲部から二番目の真っ直ぐな部分を経て下流側の湾局部までの間でのスケールの堆積、隣接する圧力計ＰＴ３、ＰＴ４で検知された圧力によって、内管２１の三番目の真っ直ぐな部分でのスケールの堆積を把握できる。熱交換器１９内では、前述のように、廃棄物中の塩類が高温となって析出しやすくなる。また、熱交換器１９の内管２１は湾曲した形状であり、廃棄物中の固形物等が堆積しやすい。このため、この例では、内管２１を３つの箇所に区分して、各箇所でのスケール堆積を個々に把握できる。
【００２６】
一方、排出管４１、５５や冷却器５１の内管、熱交換器１９の外管２３においては、処理液中の不溶性の塩類が配管中に堆積する可能性がある。そこで、このような箇所に設けた圧力計ＰＴ６、ＰＴ７、ＰＴ８、ＰＴ９、Ｐ１０で検知される圧力により、スケールの堆積を把握できる。
【００２７】
また、反応器３内に設けた圧力計ＰＴ５と反応器出口配管４１に設けた圧力計ＰＴ６により、反応器内、及び反応器下部でのスケール堆積を把握できる。
【００２８】
そして、隣接する２つの圧力計で検出された圧力の差を求め、差があれば、これらの２つの圧力計間の部分にスケールが堆積し始めたことがわかる。そして、差がある程度以上となれば装置の洗浄等のメンテナンスを行う。
なお、圧力の差は、アナログの圧力計の指示値を読み取り、その差を演算することで求めてもよいが、精度的には十分とは言い難い。好ましくは、圧力検知器から電気信号として圧力を出力し、演算することで精度の高い圧力差の検知が可能となる。また、差圧計を利用することでも同様に精度の高い圧力差の検知が可能である。
【００２９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、水熱反応系統内で、固体分による閉塞が起こりそうな部分の入側と出側に圧力計を設けて、両部の圧力差を把握することにより、系統内での閉塞の発生状況や発生箇所を特定できる。そして、特定された箇所のメンテナンスを行うことにより閉塞を未然に防ぐことができ、装置の可動効率を高くできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る水熱反応装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
１  水熱反応装置                    ３  水熱反応器
１０  供給系統                      １１  供給管
１９  熱交換器                      １３  廃棄物タンク
１５  高圧ポンプ                    １７  廃棄物供給管
２１  内管                          ２３  外管
２５  エアコンプレッサ              ２７  空気供給管
２９  タンク                        ３１  高圧ポンプ
３３  助燃剤供給管                  ３５  タンク
３７  高圧ポンプ                    ３９  水供給管
４１  排出管                        ５０  後処理系統
５１  冷却器                        ５３  気液分離器
５５  排出管                        ５７  減圧弁
５９  排液管                        ６１  減圧弁
６３  排気管
ＰＴ１〜ＰＴ１０  圧力計
【図１】
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