(57)【要約】【課題】  固形分濃度の高い有機性廃棄物を、比較的安価な設備コストとランニングコストで酸化分解処理することができる有機性廃棄物の高温高圧処理方法を提供する。【解決手段】  含水率が９０％以下の脱水汚泥などの有機性廃棄物を、水の臨界圧力及び臨界温度よりも低い液相条件下の予熱器２に通して加水分解による低分子化を進行させ、次いで水の臨界圧力よりも低いが水の臨界温度よりも高い高温高圧条件下の反応器１に移送して酸化処理する。予熱器２および反応器１の圧力はともに、２〜２２ＭＰａ、予熱器２の温度を２４０〜３００℃、反応器１の温度を４００〜８００℃とすることが好ましい。固形分濃度が高い有機性廃棄物を処理できるので、装置あたりの処理できる固形分が多い。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水を含有する有機性廃棄物であって含水率が９０％以下のものを、水の臨界圧力及び臨界温度よりも低い液相条件下の予熱器に通して加水分解による低分子化を進行させ、次いで水の臨界圧力よりも低いが水の臨界温度よりも高い高温高圧条件下の反応器に移送して酸化処理することを特徴とする有機性廃棄物の高温高圧処理方法。
【請求項２】
有機性廃棄物の含水率が５０〜８５％であることを特徴とする請求項１記載の有機性廃棄物の高温高圧処理方法。
【請求項３】
予熱器および反応器の圧力をともに、２〜２２ＭＰａの範囲内の同一圧力とすることを特徴とする請求項１記載の有機性廃棄物の高温高圧処理方法。
【請求項４】
予熱器の温度を２００〜３００℃とすることを特徴とする請求項３記載の有機性廃棄物の高温高圧処理方法。
【請求項５】
反応器の温度を４００〜８００℃とすることを特徴とする請求項３記載の有機性廃棄物の高温高圧処理方法。
【請求項６】
予熱器として、その内部に固形分搬送機構を備えたものを用いることを特徴とする請求項１記載の有機性廃棄物の高温高圧処理方法。
【請求項７】
反応器として、その内部に搬送攪拌羽根を備えたものを用いることを特徴とする請求項１記載の有機性廃棄物の高温高圧処理方法。
【請求項８】
予熱器と反応器を直結させた装置を用いることを特徴とする請求項１記載の有機性廃棄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、生ごみ等の水を含有する有機性廃棄物を高温高圧条件下で分解処理する有機性廃棄物の高温高圧処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
下水汚泥、生ごみ等の有機性廃棄物の処理方法としては、現在のところ焼却処理法が主流である。しかし焼却を行う際にはある程度大きな焼却プラントを設計する必要があるため都市部には適するものの、大量の有機性廃棄物が排出されない地方自治体などには焼却処理法は不向きである。そこで現在、焼却に代わる有機性廃棄物の処理技術の開発が急がれている。このような代替技術の主なものとしては、超臨界処理法と湿式酸化法を挙げることができる。
【０００３】
超臨界処理法は、水の臨界圧力（約２２ＭＰａ）及び水の臨界温度（３７４℃）以上の超臨界水を用いて有機性廃棄物の処理を行う方法（特許文献１）である。超臨界水は反応性に富むため酸化処理の反応場として注目されている。実際には圧力２２〜２５ＭＰａ、温度６００〜６５０℃の高温高圧条件下で有機性廃棄物の酸化分解を行う。
【０００４】
この超臨界処理を行わせるためには、２５ＭＰａ以上の吐出圧を持つ特殊なポンプを用いて有機性廃棄物を反応場に供給しなければならないが、このような特殊なポンプは２〜５ＭＰａ程度の吐出圧を持つ通常のポンプとは異なり、固形分濃度の高い流体を圧送することは不得手である。このため取り扱える有機性廃棄物の固形分濃度の上限は１０％（含水率が９０％）であり、固形分濃度がこれよりも高い（含水率の低い）有機性廃棄物の処理には不適当であった。
【０００５】
また、反応は超臨界水に有機性廃棄物と酸素とが完全に溶解した状態で行われるため、高濃度の固形分を処理することはこの点からも困難である。しかも反応条件が過酷であるために装置の腐食などの問題があることはもちろん、酸化剤としての酸素や空気を高圧まで昇圧するために多くのコストがかかるという問題も懸念されている。
【０００６】
一方、湿式酸化法は温度、圧力ともに臨界点以下の液相条件下で有機性廃棄物を酸化分解する方法である。この方法は上記した超臨界処理法に比較して反応条件が緩やかであるから、設備コストやランニングコストは安価であり、また通常の吐出圧を持つポンプを使用できるため、含水率が９０％以下の有機性廃棄物の処理も可能である。しかし湿式酸化法では酸化の度合いに限界があり、特にこの条件下で窒素が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。アンモニアの排出規制をクリアするためには別のアンモニア処理装置が必要となるので、結局のところ設備コストやランニングコストが嵩む結果となる。
【０００７】
上記したほか特許文献２に示すように、水の臨界温度以上、臨界圧力以下の亜臨界条件下にて有機物を酸化処理する方法も提案されている。この特許文献２に示された技術は、可燃性物質を運ぶ水流れを例えば圧力１０ＭＰａ、温度６００℃で処理する技術である。しかしこれは水流れを有する廃棄物を対象とするために固形分濃度が低く、装置に対して処理できる固形分が少ないという問題がある。
【特許文献１】特許第３０４４８３５号公報
【特許文献２】特許第３０４８３８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記した従来の問題点を解決して、含水率が９０％以下の固形分濃度の高い有機性廃棄物を、比較的安価な設備コストとランニングコストで酸化分解処理することができ、しかも別のアンモニア処理装置を用いなくてもアンモニアの排出規制をクリアすることができる有機性廃棄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】
【０００９】
上記の課題を解決するためになされた本発明は、水を含有する有機性廃棄物であって含水率が９０％以下のものを、水の臨界圧力及び臨界温度よりも低い液相条件下の予熱器に通して加水分解による低分子化を進行させ、次いで水の臨界圧力よりも低いが水の臨界温度よりも高い高温高圧条件下の反応器に移送して酸化処理することを特徴とするものである。
【００１０】
なお、有機性廃棄物の含水率が５０〜８５％であることが好ましい。また予熱器および反応器の圧力をともに、２〜２２ＭＰａの範囲内の同一圧力とすることが好ましく、予熱器の温度を２００〜３００℃とし、反応器の温度を４００〜８００℃とすることが好ましい。さらに、予熱器としてその内部に固形分を搬送する機構を有するものが好ましく、特にスクリュウ式の攪拌羽根を備えたものを用いることが好ましく、反応器として内部に搬送攪拌羽根を有するものが好ましく、特に返し羽根付きのパドル式の攪拌羽根を備えたものを用いることが好ましい。さらに、予熱器と反応器を直結させた装置を用いることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、先ず含水率が９０％以下の有機性廃棄物を水の臨界圧力及び臨界温度よりも低い液相条件下の予熱器に通して加水分解による低分子化を進行させる。この予熱器への有機性廃棄物の供給は２５ＭＰａ以上の吐出圧を持つ特殊なポンプは不要であり、含水率の低い脱水汚泥も支障なく処理できる。供給ポンプとしては特願2001-118210（特開2002-307097）にて提案したシリンダーポンプ方式にて有機性廃棄物を供給する。このため装置に対する処理可能な固形分が多くなる。予熱器で低分子化された有機性廃棄物は次に、水の臨界圧力よりも低いが臨界温度よりも高い高温高圧条件下の反応器に移動されて酸化処理される。この条件下においてはアンモニアも分解されるので、有機性廃棄物はクリーンなガスである二酸化炭素や窒素に分解される。本発明は超臨界条件を必要としないので比較的安価な設備コストとランニングコストで処理が可能であり、アンモニア処理装置を用いなくてもアンモニアの排出規制をクリアすることができるなどの多くの利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に本発明の好ましい実施形態を説明する。
図１に示すように、本実施形態では反応器１の前段に予熱器２を直結した装置が用いられる。予熱器２にて加熱された有機性廃棄物は搬送機構のない所では、チャーの生成等の理由から、閉塞を生じ安定な運転を行うことが困難であった。よって安定に運転を行う為には以下のようにすることが好ましい。反応器１の内部には返し羽根の付いたパドル式の搬送攪拌羽根３が設けられており、予熱器２の内部にはスクリュウ式の固形分搬送機構４が設けられている。なお反応器１は酸化反応により生じる反応熱を制御するため、予熱器２よりも内径の大きなものを使用することが好ましい。
【００１３】
反応器１と予熱器２の内部圧力は、ともに水の臨界圧力よりも低圧である２〜２２ＭＰａに維持されている。２ＭＰａ未満では反応性が低下し、２２ＭＰａは水の臨界圧力である。また反応器１の内部温度はヒーター５によって水の臨界温度よりも高い温度、好ましくは４００〜８００℃に維持され、予熱器２の内部温度はヒーター６によって加水分解によって低分子化を行うために水の臨界温度よりも低く水が蒸発しない温度、好ましくは２００〜３００℃に維持されている。この結果、予熱器２の内部は圧力温度ともに臨界点以下の液相条件下にあるが、反応器１の内部は温度が臨界点以上の高温高圧条件下にある。
【００１４】
含水率が９０％以下、好ましくは５０〜８５％の有機性廃棄物である脱水汚泥または生ごみは、汚泥タンク７からスラリー注入器８によって予熱器２の入口に送られる。スラリー注入器８は高圧水ポンプ９により駆動されるピストン式のポンプである。また反応器１及び予熱器２には酸化反応用の高圧酸素が供給される。
【００１５】
有機性廃棄物は液相条件下にある予熱器２の内部において加水分解されて低分子化される。この反応を促進するために、予熱器２の内部に設けられたスクリュウ式の固形分搬送機構４は径が小さく長いものが好ましい。スクリュウ式の固形分搬送機構４は、回転しながら低分子化された有機性廃棄物を徐々に反応器１に移動させる。前記したように予熱器２と反応器１とは同じ圧力に保たれているので、移動は支障なく行われる。また有機性廃棄物は固形分濃度の高いものであるうえ高圧条件下でガス成分は圧縮されるため、装置を大型化する必要もない。
【００１６】
反応器１の内部に移動した有機性廃棄物は、水の臨界圧力よりも低いが水の臨界温度よりも高い高温高圧条件下で、酸化分解される。ガス化した物質は容易に酸素と反応するが、ガス化しなかった固定炭素と酸素とを反応させるためには固定炭素と酸素との接触効率を高める必要がある。そこで返し羽根の付いたパドル式の搬送攪拌羽根３が使用されている。反応器１に送り込まれる有機性廃棄物は予熱器２の内部において予め低分子化されているため、臨界圧以下の高温高圧条件下においてもクリーンなガスである二酸化炭素や窒素にまで完全に分解される。また湿式酸化法とは異なり、アンモニアも窒素と水に分解されるので後段にアンモニア分解装置を要しない。参考のために、表１に反応器における反応温度による炭素分解率及び窒素分解率の変化を示す。
【００１７】
【表１】
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【００１８】
表１において、分解率＝無害ガス(CO2又はN2)に転換された量(mol)/（有機廃棄物中の含まれている炭素又は窒素の全量(mol)）×100である。ガスにならなかった分は、ほぼ全量排液中に存在している。
【００１９】
酸化反応生成物は搬送攪拌羽根３により反応器１の後端から排出され、水冷式のコンデンサ１０で冷却されたうえ、気−固分離装置１１でガスが分離される。ガスはフィルタ１２でろ過され、減圧弁１３、１４で大気圧まで減圧されて放出される。液体と固形分はドレインタンク１５にて常圧にまで減圧され排出される。
【００２０】
本発明の有機性廃棄物の高温高圧処理方法によれば、下水汚泥、生ごみ等の水を含有する有機性廃棄物を、ＮＯＸやＳＯＸを生じさせることなくクリーンなガスと水と残渣とに分解することができ、アンモニアも窒素と水に分解されるので後段にアンモニア分解装置を要しない。また高温高圧処理を行うため常圧と比較して水蒸気の体積が減少し、装置を小型化することができる。また本発明では２５ＭＰａ以上の吐出圧を持つ特殊なポンプは不要であり、含水率が９０％以下の脱水汚泥等も処理することができる。さらに固形分濃度が高い為、反応器１において多量の酸化熱が発生するので、熱交換器などにより熱回収を行い予熱器２に給熱するようにすれば、外熱を必要とせずに処理が可能となり、ランニングコストを安価にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２２】
１  反応器
２  予熱器
３  搬送攪拌羽根
４  固形分搬送機構
５  ヒーター
６  ヒーター
７  汚泥タンク
８  スラリー注入器
９  高圧水ポンプ
１０  コンデンサ
１１  気−固分離装置
１２  フィルタ
１３  減圧弁
１４  減圧弁
１５  ドレインタンク
【図１】
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【手続補正書】
【提出日】平成16年3月11日(2004.3.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
上記したほか特許文献２に示すように、水の臨界温度以上、臨界圧力以下の亜臨界条件下にて有機物を酸化処理する方法も提案されている。この特許文献２に示された技術は、可燃性物質を運ぶ水流れを例えば圧力１０ＭＰａ、温度６００℃で処理する技術である。しかしこれは水流れを有する廃棄物を対象とするために固形分濃度が低く、装置に対して処理できる固形分が少ないという問題がある。
【特許文献１】特許第３４４０８３５号公報
【特許文献２】特許第３０４８３８５号公報