(57)【要約】【課題】切り換え供給ライン間の差圧が実質的に無くなるようにして、切り換え時の低圧側への逆流のおそれを排除し、それによって効率のよい安定した運転を可能とした、水熱酸化装置およびその運転方法を提供する。【解決手段】少なくとも、高温高圧水の存在下で酸化反応を行う反応器と、廃液または廃液および水を収容する第１のタンクと、該第１のタンクから廃液を反応器に供給する第１の供給ラインと、反応器の温度を予め酸化反応に必要な温度に昇温させるための助燃剤を収容する第２のタンクと、該第２のタンクから助燃剤を反応器に供給する第２の供給ラインとを備えた水熱酸化装置において、第１および第２の供給ライン間に差圧計を設けたことを特徴とする水熱酸化装置、およびその運転方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、高温高圧水の存在下で酸化反応を行う反応器と、廃液または廃液および水を収容する第１のタンクと、該第１のタンクから廃液を前記反応器に供給する第１の供給ラインと、前記反応器の温度を予め前記酸化反応に必要な温度に昇温させるための助燃剤を収容する第２のタンクと、該第２のタンクから助燃剤を前記反応器に供給する第２の供給ラインとを備えた水熱酸化装置において、前記第１および第２の供給ライン間に差圧計を設けたことを特徴とする水熱酸化装置。
【請求項２】
前記第１および第２の供給ラインの少なくとも一方に、前記第１または第２のタンクに廃液または助燃剤を戻す循環ラインが設けられている、請求項１の水熱酸化装置。
【請求項３】
前記循環ラインに圧力調整弁が設けられている、請求項２の水熱酸化装置。
【請求項４】
前記第１および第２の供給ライン間の切り換え前に、前記差圧計の検出信号に基づく前記圧力調整弁による調整により両供給ライン間の差圧を実質的に零にする制御手段が設けられている、請求項３の水熱酸化装置。
【請求項５】
高温高圧水が超臨界水からなる、請求項１〜４のいずれかに記載の水熱酸化装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の水熱酸化装置の運転方法であって、前記第１および第２の供給ライン間の切り換え時に、前記差圧計による検出差圧を確認しながら切り換え操作を行うことを特徴とする、水熱酸化装置の運転方法。
【請求項７】
前記差圧計による検出差圧が実質的に零になった後に、供給ライン間の切り換えを開始する、請求項６の水熱酸化装置の運転方法。
【請求項８】
請求項２〜５のいずれかに記載の水熱酸化装置の運転方法であって、前記第１および第２の供給ライン間の切り換え前に、切り換えられる側の供給ラインについて、前記循環ラインを用いて循環させつつ該供給ラインにおける圧力を実質的に他方の供給ラインにおける圧力まで加圧し、加圧後に切り換えを開始することを特徴とする、水熱酸化装置の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水熱酸化装置およびその運転方法に関し、とくに超臨界水等の高温高圧水の存在下での水熱酸化反応を効率よく行うことが可能な水熱酸化装置およびその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高温高圧水、とくに超臨界水の存在下での水熱酸化反応を利用して、環境汚染物質等を分解、無害化する試みが注目されている。とくに、超臨界水の高い反応性を利用した超臨界水酸化により、従来技術では分解することが難しかった有害な難分解性の有機物、例えば、ＰＣＢ（ポリ塩素化ビフェニル）、ダイオキシン、有機塩素系有機物等を分解して、二酸化炭素、窒素、水、無機塩などの無害な生成物に転化する試みが注目されている。
【０００３】
超臨界水とは、超臨界状態にある水、すなわち、水の臨界点を越えた状態にある水を言い、詳しくは、３７４．１℃以上の温度で、かつ２２．０４ＭＰａ以上の圧力下にある状態の水を言う。超臨界水は、有機物を溶解する溶解能が高く、有機化合物に多い非極性物質をも完全に溶解することができる一方、逆に、金属、塩等の無機物に対する溶解能は著しく低い。また、超臨界水は、空気や酸素、窒素などの気体と任意の割合で混合して単一相を構成することができる。本発明は、このような超臨界水を用いた超臨界水酸化を含む概念としての、高温高圧水、とくに温度１８０℃以上、圧力１ＭＰａ以上の高温高圧水を用いて水熱酸化を行う水熱酸化装置およびその運転方法に関するものである。
【０００４】
従来の水熱酸化装置は、たとえば図３に示すように構成されている。図３において、被処理液としての廃液１０１、あるいは廃液と水は、廃液タンク１０２に貯留された後、廃液供給ポンプ１０３により廃液供給ライン１０４を介して、超臨界水酸化等の水熱酸化反応を行う反応器１０５に送られる。廃液供給ライン１０４には、逆止弁１０６と、廃液１０１の供給開始、停止を制御する廃液ラインバルブ１０７が設けられている。また、反応器１０５における温度を予め酸化反応に必要な温度にまで高め、廃液処理を処理開始時から効率よく行わせるために、ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）等のように分解されやすく、かつハロゲン等の有害物質を含有しない物質を助燃剤１０８として用い、該助燃剤１０８は、助燃剤タンク１０９に貯留された後、助燃剤供給ポンプ１１０により助燃剤供給ライン１１１を介して、反応器１０５に送られる。助燃剤供給ライン１１１には、逆止弁１１２と、助燃剤１０８の供給開始、停止を制御する助燃剤ラインバルブ１１３が設けられている。反応器１０５には、必要に応じて、たとえば廃液供給ライン１０４と助燃剤供給ライン１１１とが合流した後の位置にて、あるいは別のラインを介して反応器１０５内へ直接に、反応時に介在させる水１１４や酸化剤としての空気１１５（あるいは酸素）が供給される。
【０００５】
このような水熱酸化装置においては、特許文献１に開示されているように、助燃剤の酸化熱により反応条件を整えてから廃液の供給を開始し、逆に廃液処理終了時は、廃液から助燃剤へと供給物を切換える。助燃剤から廃液への切換を開始する際は、助燃剤供給量を反応温度が急低下しない程度減少してから廃液供給ポンプを起動する。このときの廃液流量は、助燃剤流量の減少による熱量減少分に相当する量とする。逆に廃液から助燃剤への切換では、上記の逆の操作を行う。
【０００６】
また、酸化反応温度を均一にし、かつ、所望の温度に安定して維持させるために、被処理液としての廃液をエマルション化して供給することが好ましいことも知られている（たとえば、特許文献２）。
【特許文献１】特許第３３４５２８５号公報
【特許文献２】特開２００２−９５９５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図３に示したような水熱酸化装置においては、供給ラインの切り換えは、たとえば次のように行われる。すなわち、切り換え前は、助燃剤、または廃液により反応器内が反応条件の温度、圧力に保持されている。切り換え時には、まず、助燃剤、または廃液流量を減少する。助燃剤から廃液への切り換え時は、廃液ラインバルブを開にし、廃液供給ポンプを起動する。逆に、廃液から助燃剤への切り換え時は、助燃剤ラインバルブを開にし、助燃剤供給ポンプを起動する。このときの供給開始側の流量は、他方の（それまで供給されていた側の）供給量減少によって熱量も減少するが、その熱量減少に相当する量とする。廃液、または助燃剤が供給され、かつ温度が安定すれば、廃液、助燃剤流量を増加、減少させる。これを温度の安定を確認しながら、繰り返し行う。
【０００８】
ところが、上記のような従来の切り換え方法には、以下のような問題点が残されている。すなわち、助燃剤と廃液の供給ラインは図３に示すように一般的に反応器手前で連結され、各ラインには開閉バルブからなる廃液ラインバルブや助燃剤ラインバルブが設けられている。しかし、供給ライン切り換え時、廃液あるいは助燃剤ポンプ起動時の吐出圧力が反応圧力と比較して低い場合、逆止弁不良等によって、液がラインに逆流する可能性がある。その場合、反応器への供給が停止され、反応温度の低下が起きる。特に、廃液から助燃剤への切り換えでは、廃液が供給されている状態で温度低下が起き、酸化が完全に進行できない領域に達すれば、有害な副生成物が発生する可能性がある。
【０００９】
そこで本発明の課題は、上記のような問題点に着目し、ライン切り換え時には事前に供給ライン間の差圧が実質的に無くなるようにして、切り換え時の低圧側への逆流のおそれを排除し、それによって効率のよい安定した運転を可能とした、水熱酸化装置およびその運転方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明に係る水熱酸化装置は、少なくとも、高温高圧水の存在下で酸化反応を行う反応器と、廃液または廃液および水を収容する第１のタンクと、該第１のタンクから廃液を前記反応器に供給する第１の供給ラインと、前記反応器の温度を予め前記酸化反応に必要な温度に昇温させるための助燃剤を収容する第２のタンクと、該第２のタンクから助燃剤を前記反応器に供給する第２の供給ラインとを備えた水熱酸化装置において、前記第１および第２の供給ライン間に差圧計を設けたことを特徴とするものからなる。つまり、上記第１のタンクは前述の廃液タンクに相当し、上記第１の供給ラインは前述の廃液供給ラインに相当し、上記第２のタンクは前述の助燃剤タンクに相当し、上記第２の供給ラインは前述の助燃剤ラインに相当している。
【００１１】
この水熱酸化装置においては、上記第１および第２の供給ラインの少なくとも一方に、上記第１または第２のタンクに廃液または助燃剤を戻す循環ラインが設けられている形態を採ることができる。この場合、循環ラインに圧力調整弁が設けられていることが好ましく、それによって、ライン切り換え前に所定の圧力に精度よく調整することが可能になる。圧力調整弁が設けられ場合には、上記第１および第２の供給ライン間の切り換え前に、圧力調整弁による調整により両供給ライン間の差圧を実質的に零にする制御手段が設けられていることが好ましく、それによって自動的に所望のライン圧力に調整できるようになる。
【００１２】
このような本発明に係る水熱酸化装置は、超臨界水酸化装置を含むものであり、その場合には、上記高温高圧水は超臨界水からなる。
【００１３】
本発明に係る水熱酸化装置の運転方法は、上記のように構成される水熱酸化装置の運転方法であって、前記第１および第２の供給ライン間の切り換え時に、前記差圧計による検出差圧を確認しながら切り換え操作を行うことを特徴とする方法からなる。
【００１４】
この運転方法においては、前記差圧計による検出差圧が実質的に零になった後に、供給ライン間の切り換えを開始することが好ましい。本発明において、差圧計による検出差圧が実質的に零になるとは、差圧が、いずれか一方のライン圧力の５％以下になる場合のことを言い、好ましくは、２％以下になる場合のことを言う。
【００１５】
また、前述の如く循環ラインを設ける場合には、本発明に係る水熱酸化装置の運転方法は、前記第１および第２の供給ライン間の切り換え前に、切り換えられる側の供給ラインについて、前記循環ラインを用いて循環させつつ該供給ラインにおける圧力を実質的に他方の供給ラインにおける圧力まで加圧し、加圧後に切り換えを開始することを特徴とする方法からなる。
【００１６】
このように、本発明においては、廃液供給ライン（第１のライン）と助燃剤供給ライン（第２のライン）間に差圧計を設け、差圧が実質的に零となった後に切り換えを実行できるようにしたので、逆止弁不良等による、切り換え時の低圧側への逆流が確実に防止される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る水熱酸化装置およびその運転方法によれば、差圧計の検出差圧に基づく切り換え操作により、両供給ライン間の差圧が実質的に無くなり、両供給ラインが実質的に同じ圧力となった状態にて切り換えを開始することが可能になり、供給ライン上の弁開時の低圧側への逆流のおそれがなくなり、ラインの圧力低下を防止できるため、円滑に切り換え、運転開始を行うことができるようになる。したがって、反応器における温度の急低下も防止され、望ましい切り換え、供給開始、さらにはその後の安定した反応継続が可能になる。このように、切り換えを含めた運転全体を、効率よく行うことができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１実施態様に係る水熱酸化装置を示している。この水熱酸化装置は、超臨界水酸化装置としても好適なものである。図１に示す水熱酸化装置１においては、被処理液としての廃液２、あるいは廃液と水は、第１のタンクとしての廃液タンク３に貯留された後、廃液供給ポンプ４により第１の供給ラインとしての廃液供給ライン５を介して、超臨界水酸化等の水熱酸化反応を行う反応器６に送られる。廃液供給ライン５には、逆止弁７と、廃液２の供給開始、停止を制御する廃液ラインバルブ８が設けられている。また、反応器６における温度を予め酸化反応に必要な温度にまで高め、廃液処理を処理開始時から効率よく行わせるために、ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）等のように分解されやすく、かつハロゲン等の有害物質を含有しない物質を助燃剤９として用い、該助燃剤９は、第２のタンクとしての助燃剤タンク１０に貯留された後、助燃剤供給ポンプ１１により第２の供給ラインとしての助燃剤供給ライン１２を介して、反応器６に送られる。助燃剤供給ライン１２には、逆止弁１３と、助燃剤９の供給開始、停止を制御する助燃剤ラインバルブ１４が設けられている。反応器６には、必要に応じて、たとえば廃液供給ライン５と助燃剤供給ライン１２とが合流した後の位置にて、あるいは別のラインを介して反応器６内へ直接に、反応時に介在させる水１５や酸化剤としての空気１６（あるいは酸素）が供給される。
【００１９】
本実施態様では、反応器６から処理液を流出させる処理液管１７に、順次、処理液を冷却する冷却器１８、反応器６内の圧力を圧力計１９による検出圧力に基づいて制御する圧力制御弁２０、及び、処理液をガス２１と液体２２とに気液分離する気液分離器２３が設けられている。また、本実施態様では、処理液にアルカリ水溶液２４を注入して処理液を中和し、かつ急冷する中和急冷部２５が反応器６の出口直後に設けられており、そこにアルカリ水溶液２４を注入するアルカリ水溶液注入管２６が接続されている。これらアルカリ水溶液による中和系は、被処理対象物質に応じて設けられればよい。
【００２０】
そして本発明においては、廃液供給ライン５と助燃剤供給ライン１２間に、両ライン間の差圧を検出する差圧計２７が設けられる。この差圧計２７は、両ライン間の差圧を検出できるものであればどのようなタイプの差圧計でもよく、単に検出差圧を目視測定できるもの、差圧信号を発信できるもののいずれであってもよい。ただし、後述の第２実施態様のように、制御装置等に信号を送ることが要求される場合には、差圧信号を送信できるものが好ましい。
【００２１】
このように構成された水熱酸化装置１における運転、とくにライン切り換えは、次のように行われる。
切り換え前には、助燃剤、または廃液により反応器６内が反応条件の温度、圧力に保持されている。そして、切り換え時には、助燃剤または廃液流量が減少される。また、助燃剤から廃液への切り換え時には、廃液供給ポンプ４が、廃液から助燃剤への切り換え時には、助燃剤供給ポンプ１１が起動される。廃液供給ライン５と助燃剤供給ライン１２間の差圧が差圧計２７によって検出され、検出差圧が実質的に零になるまで待機される。差圧が実質的に零に到達したら、廃液ラインバルブ８または助燃剤ラインバルブ１４が開とされ、廃液または助燃剤の反応器６への供給が開始される。廃液または助燃剤が供給され、かつ温度が安定すれば、廃液または助燃剤の流量が増加され、助燃剤または廃液の流量が減少される。この操作が、温度の安定が確認されながら、繰り返し行われる。
【００２２】
上記の切り換えにおいては、廃液供給ライン５と助燃剤供給ライン１２間の差圧が実質的に零、つまり、両ライン間の圧力がほぼ同圧とされるため、廃液ラインバルブ８または助燃剤ラインバルブ１４が開とされ、廃液または助燃剤の供給が開始される際、低圧側への逆流は防止され、反応器６側に所定の流量分供給されて、反応器６における反応温度は安定して維持される。
【００２３】
図２は、本発明の第２実施態様に係る水熱酸化装置を示している。この水熱酸化装置３１においては、図１に示した水熱酸化装置１に比べ、廃液供給ライン５および助燃剤供給ライン１２の少なくとも一方に、実施態様においては、廃液供給ライン５および助燃剤供給ライン１２の両方に、廃液または助燃剤を各タンク３、１０に戻す循環ライン３２、３３がそれぞれ設けられている。これら循環ライン３２、３３には、それぞれ圧力調整弁３４、３５が設けられており、各循環ラインの圧力を調整できるようになっている。そして、廃液供給ライン５と助燃剤供給ライン１２間に設けた差圧計２７による検出差圧信号が制御装置３６に送られ、制御装置３６からは、とくに、廃液供給ライン５および助燃剤供給ライン１２間の切り換え前に、圧力調整弁３４、３５による調整により両供給ライン５、１２間の差圧が実質的に零となるように、各圧力調整弁２３、２４に作動制御信号が送られる。
【００２４】
このように構成された水熱酸化装置３１における運転、とくにライン切り換えは、次のように行われる。
切り換え前には、助燃剤、または廃液により反応器６内が反応条件の温度、圧力に保持されている。また、助燃剤から廃液への切り換え時には、廃液供給ポンプ４が、廃液から助燃剤への切り換え時には、助燃剤供給ポンプ１１が起動され、供給ポンプ４または１１から吐出された廃液または助燃剤は、循環ライン３２または３３を循環される。このとき、制御装置３６、圧力調整弁３４または３５で反応圧力と同程度に調整されつつ、各タンク３または１０へと循環される。
【００２５】
助燃剤から廃液への切り換え時には、まず、助燃剤流量が減少される。そして、上記のように予め反応圧力と同程度に調整されている廃液供給ライン５に対して、廃液ラインバルブ８が開とされる。このときの廃液の供給流量は、助燃剤の流量減少によって熱量も減少するが、その減少熱量に相当する量とされる。これによって、助燃剤と廃液の供給が徐々に入れ代わり、反応温度の変化が小さく抑えられつつ、廃液の酸化反応へと円滑に移行される。つまり、廃液が供給され、かつ温度が安定すれば、廃液流量が増加され、助燃剤流量が減少される。これが、温度の安定が確認されながら、繰り返し行われる。
【００２６】
廃液から助燃剤の切り換え時には、上記の助燃剤と廃液を逆にして同様に切り換え操作が行われる。
【００２７】
上記の切り換えにおいては、廃液あるいは助燃剤供給ラインが反応圧力と同程度に加圧されているため、つまり、廃液供給ライン５と助燃剤供給ライン１２間の差圧が実質的に零となるように制御装置３６を介して制御されているため、ラインバルブ開に伴う逆流のおそれが排除され、反応器６への供給が安定化され、反応器６における反応温度が安定して維持される。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明に係る水熱酸化装置およびその運転方法は、あらゆる水熱酸化に適用でき、とくに超臨界水酸化に好適なものである。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１実施態様に係る水熱酸化装置の機器系統図である。
【図２】本発明の第２実施態様に係る水熱酸化装置の機器系統図である。
【図３】従来の水熱酸化装置の機器系統図である。
【符号の説明】
【００３０】
１、３１  水熱酸化装置
２  廃液
３  第１のタンクとしての廃液タンク
４  廃液供給ポンプ
５  第１の供給ラインとしての廃液供給ライン
６  反応器
７、１３  逆止弁
８  廃液ラインバルブ
９  助燃剤
１０  助燃剤タンク
１１  助燃剤供給ポンプ
１２  第２の供給ラインとしての助燃剤供給ライン
１４  助燃剤ラインバルブ
１５  水
１６  酸化剤としての空気
１７  処理液管
１８  冷却器
１９  圧力計
２０  圧力制御弁
２１  ガス
２２  液体
２３  気液分離器
２４  アルカリ水溶液
２５  中和急冷部
２６  アルカリ水溶液注入管
２７  差圧計
３２、３３  循環ライン
３４、３５  圧力調整弁
３６  制御装置
【図１】
2005324105.tif 000003
【図２】
2005324105.tif 000004
【図３】
2005324105.tif 000005