(57)【要約】【課題】  含窒素有機化合物を排ガス中に亜酸化窒素を排出することなく亜臨界条件下で酸化分解することができる高温高圧処理方法を提供する。【解決手段】  下水汚泥や生ゴミなどの含窒素有機化合物を、水の臨界圧力以下、臨界温度以上の高温高圧条件下にて酸化分解し、この工程で発生する亜酸化窒素を分解処理する。具体的には、含窒素有機化合物を上記の高温高圧条件下にて酸化分解するとともに、高圧条件下にて温度を臨界温度以下にまで降下させて気液分離し、分離されたガスを亜酸化窒素分解触媒に接触させて亜酸化窒素の分解処理を行う。また触媒に代えて、分離されたガスを亜酸化窒素の分解温度まで昇温して亜酸化窒素の分解処理を行うこともできる。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
含窒素有機化合物を水の臨界圧力以下、臨界温度以上の高温高圧条件下にて酸化分解する工程と、この工程で発生する亜酸化窒素を分解処理する工程とからなることを特徴とする含窒素有機化合物の高温高圧処理方法。
【請求項２】
含窒素有機化合物を水の臨界圧力以下、臨界温度以上の高温高圧条件下にて酸化分解するとともに、高圧条件下にて温度を臨界温度以下にまで降下させて気液分離し、分離されたガスを亜酸化窒素分解触媒に接触させて亜酸化窒素の分解処理を行うことを特徴とする含窒素有機化合物の高温高圧処理方法。
【請求項３】
含窒素有機化合物を水の臨界圧力以下、臨界温度以上の高温高圧条件下にて酸化分解するとともに、高圧条件下にて温度を臨界温度以下にまで降下させて気液分離し、分離されたガスを減圧後、亜酸化窒素の分解温度まで昇温して亜酸化窒素の分解処理を行うことを特徴とする含窒素有機化合物の高温高圧処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下水汚泥や生ゴミなどの含窒素有機化合物の高温高圧処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
上記のような含窒素有機化合物は通常は焼却により処理されているが、周知のようにその際にＮＯＸが発生する。このために排ガス中からＮＯＸを除去するための排ガス処理装置が必要となっている。これに対して近年、高温高圧条件下にてＮＯＸを発生させることなく含窒素有機化合物を酸化処理する手法が提案されている。その代表例としては特許文献１に示される湿式酸化法と特許文献２に示される超臨界酸化法がある。
【０００３】
湿式酸化法は、温度圧力ともに水の臨界点以下である液相条件下で含窒素有機化合物を酸化処理する技術である。しかし湿式酸化法は酸化の度合いに限界があり、特に窒素がこの条件下にてアンモニアに転化され、このアンモニアをほとんど分解できないという問題がある。アンモニアの残存量については排出規制があるため、排水処理にコストがかかることとなる。
【０００４】
一方、超臨界酸化法は温度圧力がともに水の臨界点以上の条件下で処理が行われるので、含窒素有機化合物は容易に酸化分解され、アンモニアへの転化も生じない。しかしこの方法では反応条件が過酷であるために装置の腐蝕等の問題があるうえ、酸化剤である空気や酸素を臨界圧以上の高圧に加圧する必要がある。このためＮＯＸやアンモニアの発生はないものの、昇圧に多くのコストがかかるという問題がある。
【０００５】
そこで本発明者等は、含窒素有機化合物を水の臨界圧力以下、臨界温度以上の高温高圧条件下にて酸化分解する方法を研究中である。この亜臨界条件下での酸化分解法は、湿式酸化法のようにアンモニアが生成されることもなく、超臨界酸化法に比較して酸化剤の昇圧にコストを要しない利点がある。
【０００６】
ところが亜臨界条件下での酸化分解法においては、反応温度条件が６５０℃以下においては排水中のアンモニア濃度は低いものの、排ガス中に亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）が生成されることが判明した。現状では亜酸化窒素の排出規制はなされていないが、二酸化炭素の３００倍ほどの温暖効果を有するため、大気中に放出することは好ましくない。しかし亜臨界条件下での酸化分解法において亜酸化窒素を分解処理するためには更に過酷な条件または長時間の反応が必要となり、亜臨界条件下での酸化分解法の優位性が損なわれるおそれがある。
【特許文献１】特公昭５５−４００７４号
【特許文献２】特開２００２―３５５６９７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記した従来の問題点を解決して、含窒素有機化合物を排ガス中に亜酸化窒素を排出することなく亜臨界条件下で酸化分解することができる含窒素有機化合物の高温高圧処理方法を提供するためになされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するためになされた請求項１の発明は、含窒素有機化合物を水の臨界圧力以下、臨界温度以上の高温高圧条件下にて酸化分解する工程と、この工程で発生する亜酸化窒素を分解処理する工程とからなることを特徴とするものである。
【０００９】
また請求項２の発明は、含窒素有機化合物を水の臨界圧力以下、臨界温度以上の高温高圧条件下にて酸化分解するとともに、高圧条件下にて温度を臨界温度以下にまで降下させて気液分離し、分離されたガスを亜酸化窒素分解触媒に接触させて亜酸化窒素の分解処理を行うことを特徴とするものである。
【００１０】
また請求項３の発明は、含窒素有機化合物を水の臨界圧力以下、臨界温度以上の高温高圧条件下にて酸化分解するとともに、高圧条件下にて温度を臨界温度以下にまで降下させて気液分離し、分離されたガスを減圧後、亜酸化窒素の分解温度まで昇温して亜酸化窒素の分解処理を行うことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１の含窒素有機化合物の高温高圧処理方法は、含窒素有機化合物を水の臨界圧力以下、臨界温度以上の高温高圧条件下にて酸化分解する工程で発生する亜酸化窒素を分解処理する工程を含むので、排ガス中に亜酸化窒素を排出することがない。
【００１２】
また請求項２の含窒素有機化合物の高温高圧処理方法は、含窒素有機化合物を前記高温高圧条件下にて酸化分解するとともに、高圧条件下にて温度を臨界温度以下にまで降下させて気液分離し、分離されたガスを亜酸化窒素分解触媒に接触させて亜酸化窒素の分解処理を行う。水蒸気は液相側に移行しガス中には存在しないので、水蒸気による触媒劣化がない。また硫黄分も高温高圧条件下にて硫酸となって液相に溶け込むので、硫黄による触媒劣化もなく、長期間にわたり安定してガス中の亜酸化窒素の分解が可能となる。
【００１３】
さらに請求項３の含窒素有機化合物の高温高圧処理方法は、含窒素有機化合物を前記高温高圧条件下にて酸化分解するとともに、高圧条件下にて温度を臨界温度以下にまで降下させて気液分離し、分離されたガスを減圧した後、亜酸化窒素の分解温度まで昇温して亜酸化窒素の分解処理を行うので、ガス中の亜酸化窒素を確実に分解することができる。分離されたガス中に水蒸気が含まれないため、昇温に多くの熱源を要しない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は請求項１の発明の実施形態を示すブロック図であり、下水汚泥や生ゴミなどの含窒素有機化合物を、水の臨界圧力以下、臨界温度以上の高温高圧条件下にて酸化分解処理する。具体的には、圧力が２〜２２ＭＰａ、温度が４００〜８００℃の反応器にスラリー状の含窒素有機化合物を供給し、酸素または空気を注入して酸化分解させる。この方法によれば含窒素有機化合物は二酸化炭素や窒素にまで分解される。またアンモニアも窒素と水にまで分解されるので、湿式酸化法のようにアンモニアが生成されることもない。
【００１５】
しかしこの酸化分解処理工程において、反応温度が６５０℃以下において亜酸化窒素が生成されることは前述の通りである。そこで反応器から取り出されたガスに対して、亜酸化窒素を分解処理する。その具体的手段としては、請求項２、３について説明する通り、亜酸化窒素分解触媒に接触させる方法、あるいはガスを亜酸化窒素の分解温度にまで昇温する方法などを取ることができる。本発明によれば、含窒素有機化合物を排ガス中に亜酸化窒素を排出することなく、亜臨界条件下で酸化分解することができる。
【００１６】
図２は請求項２の発明の実施形態を示すブロック図である。請求項２の発明においても下水汚泥や生ゴミなどの含窒素有機化合物を、水の臨界圧力以下、臨界温度以上の高温高圧条件下の反応器において酸化分解する。この実施形態では反応器にスラリー状の含窒素有機化合物を供給し、酸素または空気を注入して、例えば圧力が５ＭＰａ、温度が６００℃の亜臨界条件下で酸化分解処理する。含窒素有機化合物は二酸化炭素、窒素、水素などに分解される。
【００１７】
次にこの反応生成物を高圧条件下においたまま温度を臨界温度以下、例えば２００℃にまで降下させて液相を生じさせたうえ、気液分離装置によりガスと液体とに分離し、液体は外部に排出する。一方、ガスは減圧することなく亜酸化窒素分解触媒が担持されている反応器に導き、亜酸化窒素分解触媒と接触させて亜酸化窒素の分解処理を行う。亜酸化窒素分解触媒の種類は特に限定されるものではないが、酸化チタン上に白金系触媒を担持させたもの、あるいはゼオライト上に鉄系触媒を担持させたものなどを使用することができる。好ましい温度は触媒の種類や処理対象物の濃度などによって異なり、必要に応じて昇温する。その熱源としては反応器からの排熱を利用すればよい。
【００１８】
一般に触媒は水蒸気により触媒効果が低減され、また硫黄により触媒が劣化するために、水蒸気や硫黄が含まれているガスに対しては触媒使用は不適当である。しかし本発明では気液分離を行った後のガスであるので含まれる水蒸気は少量であり、触媒効果の低減はごくわずかである。また含窒素有機化合物に含まれる硫黄は前段の反応器で酸化されて硫酸イオンになり、気液分離装置で液相に溶け込むためにガス中には存在しない。このため硫黄による触媒劣化を防ぐことが可能である。なおその他の触媒を劣化させるおそれのある成分も液相に溶け込むため、触媒劣化を防ぐことができる。このように減圧前の高圧条件下においては、水分蒸発温度にまで温度を低下させるだけで液相が存在するため、常圧時のように１００℃にまで温度を降下させる必要はない。また触媒層の熱源としては反応器からの排熱を利用できる。
【００１９】
図３は請求項３の発明の実施形態を示すブロック図である。請求項３の発明においても下水汚泥や生ゴミなどの含窒素有機化合物を、水の臨界圧力以下、臨界温度以上の高温高圧条件下の反応器において酸化分解する。この実施形態では含窒素有機化合物を水の臨界圧力以下、臨界温度以上６５０℃以下の高温高圧条件下にて酸化分解する。
【００２０】
このあと、反応生成物を高圧条件下にて温度を臨界温度以下（例えば２００℃）にまで降下させて液相を生じさせたうえで気液分離し、液体は外部に排出する。一方、ガスは減圧後、亜酸化窒素の分解温度（８００℃〜９００℃）まで昇温し、亜酸化窒素の分解処理を行う。この昇温は反応器からの排熱を利用して行うことができ、不足熱量分のみバーナ等にて昇温を行う。またガス中には水蒸気が含まれていないので昇温にほとんど熱源を要しないことは請求項２の発明と同様である。
【実施例】
【００２１】
反応器の圧力を７MPa、反応温度を450℃とした場合、反応器から出た排ガス中の亜酸化窒素濃度と、触媒分解後の亜酸化窒素濃度、燃焼後の亜酸化窒素濃度は、表１、表２に示すとおりであった。
【００２２】
【表１】
2005246329.tif 000003
【表２】
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【００２３】
以上に説明したように、本願の各発明によれば、含窒素有機化合物を亜臨界条件下で酸化分解することができる。亜臨界条件下での酸化分解は湿式酸化法のようにアンモニアが生成されることもなく、超臨界酸化法に比較して反応条件が緩和されているので、コストを要しない。しかも亜臨界条件下での酸化分解によって生ずる亜酸化窒素を排出することがない。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】請求項１の発明の実施形態を示すブロック図である。
【図２】請求項２の発明の実施形態を示すブロック図である。
【図３】請求項３の発明の実施形態を示すブロック図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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