(57)【要約】【課題】反応器の材料腐食防止し、有機ハロゲン化物の分解反応を促進することができる水熱酸化分解装置を提供する。【解決手段】１次反応器の底部である反応器底部２０に、処理液衝突防止内筒２５を設置すると共に、処理液衝突防止内筒２５に設けられたノズル穴２８から処理液供給ノズル１７のノズル先端を筒部２６の内部に挿入し、処理液４を処理液衝突防止内筒２５の筒部２６の内部に供給することにより、処理液４が反応器の側壁部分に衝突することを防ぎ、反応器の材料腐食を防止する。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱・加圧された反応器内において、有機ハロゲン化物を、炭酸ナトリウム又は炭酸カリウムの存在下、脱ハロゲン化反応及び酸化分解反応により塩化ナトリウム、塩化カリウム又は二酸化炭素等に分解する水熱酸化分解装置において、
酸化剤を前記反応器に供給する酸化剤供給ノズルと、
有機ハロゲン化物を含有する処理液を前記反応器に供給する処理液供給ノズルと、
前記反応器の内部に設けられ、前記処理液供給ノズルにより前記反応器に供給された処理液が前記反応器の壁面に衝突するのを防止する処理液衝突防止部材を有することを特徴とする水熱酸化分解装置。
【請求項２】
請求項１に記載の水熱酸化分解装置において、
前記処理液衝突防止部材は、筒状部材であることを特徴とする水熱酸化分解装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の水熱酸化分解装置において、
前記処理液衝突防止部材は、ニッケルをベースとした材料、又はステンレスで形成されることを特徴とする水熱酸化分解装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の水熱酸化分解装置において、
前記処理液衝突防止部材は、前記反応器の内部に設けられた設置台に乗せることで設置され、取り外しが可能であることを特徴とする水熱酸化分解装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の水熱酸化分解装置において、
更に、前記反応器の内側でありかつ前記処理液衝突防止部材の外側へパージ水を供給するパージ水供給ノズルを有することを特徴とする水熱酸化分解装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載の水熱酸化分解装置において、
前記処理液衝突防止部材は、前記酸化剤と前記処理液とが前記処理液衝突防止部材の内部で混合される構造であることを特徴とする水熱酸化分解装置。
【請求項７】
請求項５に記載の水熱酸化分解装置において、
前記処理液衝突防止部材は、
上部と下部が開放された筒状部材からなり、中腹部に筒一周にわたり内側へ湾曲するくびれ部を有すると共に、前記くびれ部よりも下方に処理液供給ノズルが挿入されるノズル穴を有し、
前記処理液衝突防止部材の内部における前記くびれ部よりも下方の空間において、前記酸化剤と前記処理液とが混合されるようにしたことを特徴とする水熱酸化分解装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水熱酸化分解装置に関し、例えばＰＣＢ（ポリ塩化ビフェニル）等の有機ハロゲン化物を処理する装置である。
【０００２】
【従来の技術】
近年では、ＰＣＢ（Ｐｏｌｙｃｈｌｏｒｉｎａｔｅｄ  ｂｉｐｈｅｎｙｌ，ポリ塩化ビフェニル：ビフェニルの塩素化異性体の総称）が強い毒性を有することから、その製造および輸入が禁止されている。このＰＣＢは、１９５４年頃から国内で製造開始されたものの、カネミ油症事件をきっかけに生体・環境への悪影響が明らかになり、１９７２年に行政指導により製造中止、回収の指示（保管の義務）が出された経緯がある。
【０００３】
ＰＣＢは、ビフェニル骨格に塩素が１〜１０個置換したものであり、置換塩素の数や位置によって理論的に２０９種類の異性体が存在する。現在のところ、市販のＰＣＢ製品において約１００種類以上の異性体が確認されている。しかしながら、この異性体間の物理・化学的性質や生体内安定性および環境動体は複雑であるため、ＰＣＢの化学分析や環境汚染の態様の解明は容易ではない。
【０００４】
さらに、ＰＣＢは、残留性有機汚染物質のひとつであって、環境中で分解されにくく、脂溶性で生物濃縮率が高く、半揮発性で大気経由の移動が可能であるという性質を持つ。また、水や生物など環境中に広く残留することが報告されている。
【０００５】
このため、１９９７年には、廃ＰＣＢ、ＰＣＢを含む廃油及びＰＣＢ汚染物が廃棄物の処理及び清掃に関する法律に基づく特別管理廃棄物に指定された。さらに、１９９７年には、ＰＣＢ汚染物として木くず、繊維くず等が追加指定された。
【０００６】
ＰＣＢ処理物となる電気機器としては、高圧トランス、高圧コンデンサ、低圧トランス・コンデンサ、柱上トランス等があり、廃ＰＣＢ等としては、熱媒体に用いたもの又は絶縁油として用いたもの、また、これらの洗浄に用いた灯油等がある。また、廃感圧紙としては、ノーカーボン紙に使用されたカプセルオイルがある。更に、これらのＰＣＢ含有物の処理等の際に用いられた活性炭や、廃白土、廃ウェス類、作業衣等のＰＣＢ汚染物がある。現在、これらは、厳重に保管されているが、早急な処理が望まれている。
【０００７】
図１は、ＰＣＢの水熱酸化分解装置の概略構成図である。同図に示すように、水熱酸化分解装置１は、筒形状の１次反応器３と、有機ハロゲン化物であるＰＣＢ、水（Ｈ２Ｏ）および水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）を含有する処理液４を加圧する加圧ポンプ５と、処理液４を予熱する予熱器６と、配管を巻いた構成の２次反応器７と、冷却器８と、減圧弁９とを有する。また、処理液４は、処理液供給管１５により１次反応器３に供給され、酸素（又は空気等）の酸化剤は、酸化剤供給管１６により１次反応器３に供給される。
【０００８】
減圧弁９の下流には、排ガス（ＣＯ２等）１２と排水（Ｈ２Ｏ，ＮａＣｌ等）１４とを分離する気水分離器１０と、活性炭槽１１とが配置されており、排ガス（ＣＯ２等）１２は煙突１３から外部へ排出され、排水（Ｈ２Ｏ，ＮａＣｌ等）１４は別途、必要に応じて排水処理される。なお、同図には、ＰＣＢ、Ｈ２ＯおよびＮａＯＨ等を混合して処理液４を作製する箇所は省略した。また、２次反応器７は必要に応じて省略することもできる。
【０００９】
水熱酸化分解装置１の作動時には、加圧ポンプ５により反応器である１次反応器３の内部は、２６ＭＰａまで昇圧される。また、予熱器６は、ＰＣＢ、Ｈ２ＯおよびＮａＯＨの混合処理液４を３００℃程度に予熱する。更に、１次反応器３の内部は、酸化剤供給管１６から供給された酸素と処理液４との反応熱により３８０℃〜４００℃まで昇温する。
【００１０】
ここで、１次反応器３内でのＰＣＢの水熱分解反応について説明する。反応開始時には、処理液４の含有される油、有機溶剤等が、酸化剤供給管１６から供給される酸素により酸化されＣＯ２を生成する。
【００１１】
生成したＣＯ２は、１次反応器３内にＰＣＢとともに供給されたＮａＯＨと反応し炭酸ナトリウム（Ｎａ２ＣＯ３）を生成する。
２ＮａＯＨ＋ＣＯ２→Ｎａ２ＣＯ３＋Ｈ２Ｏ            ・・・（Ａ）
【００１２】
次に、上式（Ａ）の反応により生成したＮａ２ＣＯ３は、ＰＣＢと反応し、ＰＣＢを脱ハロゲン化及び酸化分解する。
Ｃ１２Ｈ６Ｃｌ４＋１２．５Ｏ２＋２Ｎａ２ＣＯ３
→４ＮａＣｌ＋Ｈ２Ｏ＋１４ＣＯ２    ・・（Ｂ）
【００１３】
なお、上式（Ｂ）の反応は、塩素数４のＰＣＢの場合であるが、他の塩素数のＰＣＢについても同様な反応が生じ、Ｈ２Ｏ、ＣＯ２、ＮａＣｌに分解される。
【００１４】
分解反応が終了した流体は、冷却器８により、１００℃程度に冷却されると共に、下流に設置された減圧弁９にて大気圧まで減圧される。そして、気水分離器１０により二酸化炭素および水蒸気と処理水とが分離され、二酸化炭素および水蒸気は、活性炭槽１１を通過して環境中に排出される。
【００１５】
図２は、水熱酸化分解装置１における１次反応器３の拡大図である（反応器は断面図としてある）。同図に示すように、従来の１次反応器には、反応器の上部に内部作業用のマンホール１９、底部である反応器底部２０における側壁部分に１本の処理液供給ノズル１７が設置され、最底部の中心に酸化剤供給ノズル１８が設置されている。処理液供給ノズル１７からは、反応器の壁面に向かって処理液４が供給されるようになっており、一方、酸化剤供給ノズル１８からは酸素が上方に向かって供給されるようになっている（例えば、特許文献１参照）。装置１を作動させる際には、処理液４と酸素とを同時に供給し、両者を混合することにより、上式（Ａ）、（Ｂ）の反応を起こさせる。
【００１６】
【特許文献１】
特開平１１−２５３７９６号公報
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の装置では、以下に述べる問題がある。図３は、１次反応器の底部（反応器底部２０）の断面図である。同図に示すように、反応器の側壁部分における処理液供給ノズル１７の対向位置には、肉盛り部２３（反応器の壁面に金属材料を溶接して壁面を厚くする）が設けられている。これは、処理液４と酸素との混合が不十分であるため、上式（Ａ）、（Ｂ）の反応が速やかに進行しない場合には、処理液４に含有されるアルカリ反応剤により１次反応器３内に材料腐食が起こるおそれがあるためである。すなわち、この材料腐食を防止するため、特に処理液による腐食のおそれがある反応器の側壁部分には、肉盛り部２３を設ける必要があった。
【００１８】
更に、処理液４と酸素との混合が不十分であると、処理液が１次反応器３を通過するまでに十分に分解できないおそれがある。また、１次反応器３において完全にＰＣＢを分解することができれば、２次反応器７を付設する必要もなくなる。
【００１９】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、反応器の材料腐食のおそれをなくし、更にＰＣＢ等の有機ハロゲン化物の分解反応を促進することができる水熱酸化分解装置を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
前述した課題を解決する［第１の発明］は、加熱・加圧された反応器内において、有機ハロゲン化物を、炭酸ナトリウム又は炭酸カリウムの存在下、脱ハロゲン化反応及び酸化分解反応により塩化ナトリウム、塩化カリウム又は二酸化炭素等に分解する水熱酸化分解装置において、
酸化剤を前記反応器に供給する酸化剤供給ノズルと、
有機ハロゲン化物を含有する処理液を前記反応器に供給する処理液供給ノズルと、
前記反応器の内部に設けられ、前記処理液供給ノズルにより前記反応器に供給された処理液が前記反応器の壁面に衝突するのを防止する処理液衝突防止部材を有することを特徴とする水熱酸化分解装置である。
【００２１】
処理液を処理液衝突防止部材に衝突させて、処理液が反応器の壁面へ衝突することを防止する。酸化剤としては、例えば、酸素、空気等がある。処理液は、ＰＣＢ等の有機ハロゲン化物に加え、水酸化ナトリウム、水、油又は有機溶媒等を含有する。
【００２２】
前述した課題を解決する［第２の発明］は、［第１の発明］に係る水熱酸化分解装置において、
前記処理液衝突防止部材は、筒状部材であることを特徴とする水熱酸化分解装置である。
【００２３】
処理液を処理液衝突防止部材の内部に供給し、処理液が反応器の壁面へ衝突することを防止する。
【００２４】
前述した課題を解決する［第３の発明］は、［第１の発明］または［第２の発明］に係る水熱酸化分解装置において、
前記処理液衝突防止部材は、ニッケルをベースとした材料、又はステンレスで形成されることを特徴とする水熱酸化分解装置である。
【００２５】
前述した課題を解決する［第４の発明］は、［第１の発明］ないし［第３の発明］のいずれかに係る水熱酸化分解装置において、
前記処理液衝突防止部材は、前記反応器の内部に設けられた設置台に乗せることで設置され、取り外しが可能であることを特徴とする水熱酸化分解装置である。
【００２６】
取り外し可能な状態とは、溶接などにより反応器と処理液衝突防止部材とを固定することなく設置することができる状態をいう。取り外し可能とすることで、処理液衝突防止部材が腐食した場合には、容易に交換することができる。
【００２７】
前述した課題を解決する［第５の発明］は、［第１の発明］ないし［第４の発明］のいずれかに係る水熱酸化分解装置において、
更に、前記反応器の内側でありかつ前記処理液衝突防止部材の外側へパージ水を供給するパージ水供給ノズルを有することを特徴とする水熱酸化分解装置である。
【００２８】
パージ水供給ノズルにより、反応器と処理液衝突防止部材との間にパージ水を供給し、処理液衝突防止部材に衝突させた処理液が、反応器と処理液衝突防止部材との間に流入しないようにする。
【００２９】
前述した課題を解決する［第６の発明］は、［第１の発明］ないし［第５の発明］のいずれかに係る水熱酸化分解装置において、
前記処理液衝突防止部材は、前記酸化剤と前記処理液とが前記処理液衝突防止部材の内部で混合される構造であることを特徴とする水熱酸化分解装置である。
【００３０】
処理液衝突防止部材の内部において、酸化剤と処理液とを混合することで、ＰＣＢ等の有機ハロゲン化物の分解反応を促進する。
【００３１】
前述した課題を解決する［第７の発明］は、［第５の発明］に係る水熱酸化分解装置において、
前記処理液衝突防止部材は、
上部と下部が開放された筒状部材からなり、中腹部に筒一周にわたり内側へ湾曲するくびれ部を有すると共に、前記くびれ部よりも下方に処理液供給ノズルが挿入されるノズル穴を有し、
前記処理液衝突防止部材の内部における前記くびれ部よりも下方の空間において、前記酸化剤と前記処理液とが混合されるようにしたことを特徴とする水熱酸化分解装置である。
【００３２】
処理液衝突防止部材の内部であって且つくびれ部よりも下の空間において、処理液の乱流を形成し、酸化剤と処理液とを効果的に混合する。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下に、実施形態に基づいて本発明を更に具体的に説明するが、以下の実施形態は本発明を限定するものではない。
【００３４】
［第１の実施形態］
図４は、第１の実施形態に係る水熱酸化分解装置の１次反応器の底部の断面図である。同図に示すように、１次反応器の底部である反応器底部２０には、反応器の内部に処理液４を供給する処理液供給ノズル１７と、酸素を供給する酸化剤供給ノズル１８と、パージ水３１を供給するパージ水供給ノズル３２と、処理液衝突防止部材である処理液衝突防止内筒２５とが設けられている。
【００３５】
処理液衝突防止部材である処理液衝突防止内筒２５は、ステンレス又はニッケルをベースとした材料からなると共に、反応器の直径よりも小さい筒部２６と、筒部２６の上部に設けられた突起部２７とからなり、筒部２６には、処理液供給ノズル１７が挿入されるノズル穴２８が設けられている。反応器底部２０の側壁部には設置台２４が設けられ、処理液衝突防止内筒２５の突起部２７が設置台２４に引っ掛かることにより、処理液衝突防止内筒２５が反応器底部２０に設置される。突起部２７と設置台２４とは固定化（例えば、溶接等）されていないため、処理液衝突防止内筒２５は、容易に取り外し可能となっている。よって、処理液衝突防止内筒２５は交換可能であり、交換する場合には、１次反応器に設置されたマンホール１９から出し入れして交換する。
【００３６】
処理液供給ノズル１７は、反応器の側壁部に設けられると共に、処理液衝突防止内筒２５に設けられたノズル穴２８から処理液供給ノズル１７のノズル先端が筒部２６の内部に挿入されている。これにより、処理液４は反応器内に設けられた処理液衝突防止内筒２５の筒部２６の内部に供給されるようになっている。
【００３７】
酸化剤供給ノズル１８は、反応器の最低部の中心に設けられ、処理液衝突防止内筒２５の筒部２６の内部に酸素が供給されるようになっている。なお、酸化剤供給ノズル１８のノズル先端には、焼結金属フィルタを取り付けてもよい。焼結金属フィルタを取り付けることにより、酸素の気泡径を微細化することができ、酸素と処理液４とを効果的に混合することができる。
【００３８】
パージ水供給ノズルは、反応器の側壁部に設けられ、反応器の内側であって、処理液衝突防止内筒２５の筒部２６の外側にパージ水が供給されるようになっている。
【００３９】
本実施形態においては、処理液供給ノズル１７から供給された処理液４は、直接に反応器の壁面に衝突することはなく、代わりに、処理液衝突防止内筒２５の筒部２６に衝突するようになっている。よって、処理液による材料腐食を防止するため、反応器の側壁部分に肉盛り部を設ける必要はない。処理液衝突防止内筒２５の筒部２６は腐食する可能性があるが、前述するように、処理液衝突防止内筒２５は、交換が容易であり、１次反応器とは別途作製が可能なため、反応器の側壁部分に肉盛り部を設けるよりも、安全性、コスト、作業性等の面で有利である。
【００４０】
また、本実施例では、パージ水供給ノズル３２により、反応器と処理液衝突防止内筒２５の筒部２６との間にパージ水３１を供給し、筒部２６に供給した処理液４が、筒部２６の外側に流入しないようにしている。反応器と筒部２６との間は、液体の流動が少ない場所であるため、ここに処理液４が流入すると効果的に材料腐食を防ぐことができない。そこで、反応器と筒部２６との間に、パージ水３１を供給することで、材料腐食を有効に防止している。
【００４１】
［第２の実施形態］
図５は、第２の実施形態に係る水熱酸化分解装置の１次反応器の底部の断面図である。同図に示すように、１次反応器の底部である反応器底部２０には、反応器の内部に処理液４を供給する処理液供給ノズル１７と、酸素を供給する酸化剤供給ノズル１８と、パージ水３１を供給するパージ水供給ノズル３２と、処理液衝突防止部材である処理液衝突防止内筒２５とが設けられている。
【００４２】
本実施形態では、第１の実施形態と比較して、処理液衝突防止部材である処理液衝突防止内筒２５の形状について、筒部２６にくびれ部２９を設けている点で異なる。筒部２６にくびれ部２９を設けている点以外は、第１の実施形態と同様であるため、説明を省略する。
【００４３】
処理液衝突防止内筒２５のくびれ部２９は、筒部２６の中腹部に設けられ、筒部２６の内側に湾曲するような形状に成形されている。くびれ部２９を設けることによって、筒部２６の内部であって且つくびれ部２９よりも下の空間において、処理液４が乱流を形成するため、酸化剤供給ノズル１８から供給された酸素を処理液４に効果的に混合することができる。すなわち、処理液４と酸素との混合が速やかに行われ、ＰＣＢの分解環境（上式（Ａ）、（Ｂ）の反応環境）を速やかに形成し、ＰＣＢ分解反応を促進することができる。
【００４４】
【発明の効果】
［請求項１］に記載の発明では、加熱・加圧された反応器内において、有機ハロゲン化物を、炭酸ナトリウム又は炭酸カリウムの存在下、脱ハロゲン化反応及び酸化分解反応により塩化ナトリウム、塩化カリウム又は二酸化炭素等に分解する水熱酸化分解装置において、
酸化剤を前記反応器に供給する酸化剤供給ノズルと、
有機ハロゲン化物を含有する処理液を前記反応器に供給する処理液供給ノズルと、
前記反応器の内部に設けられ、前記処理液供給ノズルにより前記反応器に供給された処理液が前記反応器の壁面に衝突するのを防止する処理液衝突防止部材を有することとしたので、
処理液による材料腐食を防止するため、反応器の側壁部分に肉盛り部を設ける必要がなくなる。また、処理液衝突防止部材は、交換が容易であり、反応器とは別途作製が可能なため、反応器の側壁部分に肉盛り部を設けるよりも、安全性、コスト、作業性等の面において有利な水熱酸化分解装置とすることができる。
【００４５】
［請求項２］に記載の発明では、［請求項１］に記載の水熱酸化分解装置において、
前記処理液衝突防止部材は、筒状部材であることとしたので、
反応器の内面全体にわたって、材料腐食を防止することができる。
【００４６】
［請求項３］に記載の発明では、［請求項１］または［請求項２］に記載の水熱酸化分解装置において、
前記処理液衝突防止部材は、ニッケルをベースとした材料、又はステンレスで形成されることとしたので、
処理液による腐食を抑制し、製造及び取り扱い等を簡便にすることができる。
【００４７】
［請求項４］に記載の発明では、［請求項１］ないし［請求項３］のいずれかに記載の水熱酸化分解装置において、
前記処理液衝突防止部材は、前記反応器の内部に設けられた設置台に乗せることで設置され、取り外しが可能としたので、
処理液衝突防止部材が腐食した場合には、容易に交換することができる。
【００４８】
［請求項５］に記載の発明では、［請求項１］ないし［請求項４］のいずれかに記載の水熱酸化分解装置において、
更に、前記反応器の内側でありかつ前記処理液衝突防止部材の外側へパージ水を供給するパージ水供給ノズルを有することとしたので、
反応器の材料腐食を有効に防止することができる。
【００４９】
［請求項６］に記載の発明では、［請求項１］ないし［請求項５］のいずれかに記載の水熱酸化分解装置において、
前記処理液衝突防止部材は、前記酸化剤と前記処理液とが前記処理液衝突防止部材の内部で混合される構造であることとしたので、
ＰＣＢ等の有機ハロゲン化物の分解反応を促進することができる。
【００５０】
［請求項７］に記載の発明では、［請求項５］に記載の水熱酸化分解装置において、
前記処理液衝突防止部材は、
上部と下部が開放された筒状部材からなり、中腹部に筒一周にわたり内側へ湾曲するくびれ部を有すると共に、前記くびれ部よりも下方に処理液供給ノズルが挿入されるノズル穴を有し、
前記処理液衝突防止部材の内部における前記くびれ部よりも下方の空間において、前記酸化剤と前記処理液とが混合されるようにしたので、
処理液衝突防止部材の内部であって且つくびれ部よりも下の空間において、処理液の乱流を形成し、酸化剤と処理液とを効果的に混合することができる。この結果、ＰＣＢ等の有機ハロゲン化物の分解環境を速やかに形成し、有機ハロゲン化物の分解反応を促進することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のＰＣＢの水熱酸化分解装置の概略構成図である。
【図２】従来の水熱酸化分解装置における１次反応器の拡大図である。
【図３】従来の１次反応器の底部の拡大図である。
【図４】第１の実施形態に係る水熱酸化分解装置の１次反応器の底部の断面図である。
【図５】第２の実施形態に係る水熱酸化分解装置の１次反応器の底部の断面図である。
【符号の説明】
１  水熱酸化分解装置
３  １次反応器
４  処理液
５  加圧ポンプ
６  予熱器
７  ２次反応器
８  冷却器
９  減圧弁
１０  気水分離器
１１  活性炭槽
１２  排気ガス
１３  煙突
１４  排水
１５  処理液供給管
１６  酸化剤供給管
１７  処理液供給ノズル
１８  酸化剤供給ノズル
１９  マンホール
２０  反応器底部
２３  肉盛り部
２４  設置台
２５  処理液衝突防止内筒
２６  筒部
２７  突起部
２８  ノズル穴
２９  くびれ部
３１  パージ水
３２  パージ水供給ノズル
【図１】
2004216325.tif 000003
【図２】
2004216325.tif 000004
【図３】
2004216325.tif 000005
【図４】
2004216325.tif 000006
【図５】
2004216325.tif 000007