(57)【要約】本発明は、廃水中に存在する有機物質を酸化する方法及びこの方法を行うための装置に関する。本発明の方法では、初期圧力及び温度条件下に採取された所定量の有機物質を含んでなる廃水を、入口及び出口を有する管状体に注入し；この廃水を、この廃水の臨界圧力に少なくとも対応する圧力であって、初期圧力よりも高い圧力Ｐ１にし；管状体の特定の領域に適用された加熱手段により、この廃水を初期温度より高い温度Ｔ１にし；そして少なくとも１種の酸化性組成物のｎ個の画分を、互いに間隔をあけて配置されたｎ個の箇所において管状体に注入し、それによって酸化反応により生成される熱エネルギーの一部が、管状体の特定の領域と第ｎ番目の注入箇所との間で増加曲線に従って温度Ｔ１から温度Ｔ１よりも高温の温度Ｔ２に反応混合物の温度を上昇させ、それによって有機物質を酸化し、反応混合物を連続的に未臨界液体状態から超臨界領域にする。
2004508179.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
塩類を含んでなることができる廃水中に存在する有機物質を酸化する方法であって、
初期圧力及び温度条件下に採取された所定量の有機物質を含んでなる前記廃水を、入口及び出口を有する管状体 （１８）に注入し、
前記廃水を、前記廃水の臨界圧力に少なくとも対応する圧力であって、前記初期圧力よりも高い圧力Ｐ１にし、
前記管状体の特定の領域に適用された加熱手段 （３８、２２） により、前記廃水を初期温度より高い温度Ｔ１にする、
ことを含んでなること、並びに
合計量が前記所定量の有機物質の酸化に必要な量に対応する少なくとも１種の酸化性組成物のｎ個の画分を、互いに間隔をあけて配置されたｎ個の箇所 （２４、３０、３２） において前記管状体に注入し、それによって酸化反応により生成される熱エネルギーの一部が、前記管状体の前記領域と第ｎ番目の注入箇所との間で増加曲線 （４４、４６） に従って前記温度Ｔ１から温度Ｔ１よりも高温の温度Ｔ２に反応混合物の温度を上昇させ、それによって前記有機物質を酸化し、前記反応混合物を連続的に未臨界液体状態から超臨界領域にすること、
を特徴とする、塩類を含んでなることができる廃水中に存在する有機物質を酸化する方法。
【請求項２】
前記廃水の前記圧力Ｐ１が２３ ＭＰａより高いこと、及び前記廃水の温度Ｔ１が３７０〜５２０°Ｋであることを特徴とする、請求項１に記載の酸化方法。
【請求項３】
前記酸化反応により生成される熱エネルギーの一部が、前記反応混合物の温度を、８００°Ｋよりも低い温度Ｔ２に上昇させることを特徴とする、請求項１又は２に記載の酸化方法。
【請求項４】
前記酸化性組成物の３つの画分を、互いに間隔を空けて位置する３つの箇所 （２４、３０、３２） において前記管状体 （１８） に注入することを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の酸化方法。
【請求項５】
前記廃水が温度Ｔ１に到達した後で、前記酸化性組成物の第１の画分を注入することを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の酸化方法。
【請求項６】
前記管状体 （１８） が、断面寸法の異なる複数の部分を有することを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の酸化方法。
【請求項７】
初期圧力及び温度条件下に採取された前記廃水に、前記酸化により生成した熱エネルギーの一部を更に付与して、前記廃水を前記温度Ｔ１にすることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の酸化方法。
【請求項８】
前記酸化性組成物が酸素であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の酸化方法。
【請求項９】
前記酸化性組成物が過酸化水素であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の酸化方法。
【請求項１０】
前記酸化性組成物の画分の少なくとも１つが、特質が他の画分と異なる酸化性組成物から構成されていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の酸化方法。
【請求項１１】
前記廃水及びその中に存在する塩類を、前記管状体の出口において回収し、
前記廃水の圧力を前記圧力Ｐ１から、大気圧と前記圧力Ｐ１との間の圧力Ｐ０に低下させ、それによってすべての塩類を固体状態にし、且つ前記廃水を蒸気状態にし、
前記塩類を固体状態で回収し、そして
前記廃水を蒸気状態で回収し、それによって前記廃水及びその中に存在する塩類を物理的に分離する、
ことを更に含んでなることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれかに記載の酸化方法。
【請求項１２】
初期圧力及び温度条件下に採取された所定量の有機物質を含んでなる廃水を、入口及び出口を有する管状体に注入する手段 （１２、２０） 、
前記廃水を初期圧力より高い圧力Ｐ１にする手段 （１２） 、
前記管状体 （１８） の特定の領域に適用されて、前記廃水を初期温度より高い温度Ｔ１にする、加熱手段 （３８、２２）、及び
合計量が前記所定量の有機物質の酸化に必要な量に対応する酸化性組成物のｎ個の画分を、互いに間隔をあけて配置されたｎ個の箇所 （２４、３０、３２） において、前記管状体に注入し、ここで前記廃水の圧力は少なくとも圧力Ｐ１であり、それによって酸化反応により生成した熱エネルギーの一部が、前記管状体の前記領域と第ｎ番目の注入箇所との間で増加曲線に従って、前記温度Ｔ１からこの温度Ｔ１よりも高い温度Ｔ２に反応混合物の温度を上昇させ、それによって前記有機物質を酸化し、また前記反応混合物を連続的に未臨界相状態から超臨界相状態にする手段 （２６、２８）
を有することを特徴とする、廃水中に存在する有機物質を酸化するプラント。
【請求項１３】
前記管状体 （１８） が、前記廃水を注入する入口オリフィス （２０） と、前記酸化された有機物質を取出す出口オリフィス （３４） とを有する管から構成されていることを特徴とする、請求項１２に記載の酸化プラント。
【請求項１４】
前記廃水を注入する手段が、前記廃水を２３ ＭＰａよりも高い圧力に加圧できるポンプ （１２） を含んでなり、前記ポンプが前記入口オリフィス （２０） に接続されていることを特徴とする、請求項１２又は１３に記載の酸化プラント。
【請求項１５】
前記管状体の特定の領域に適用された前記加熱手段 （３８、２２） が、前記管状体と一体的である電気加熱器 （２２） を含んでなることを特徴とする、請求項１２〜１４のいずれかに記載の酸化プラント。
【請求項１６】
前記管状体 （１８） の特定の領域に適用された前記加熱手段 （３８、２２） が、前記管状体 （１８） と一体的である熱交換器 （３８） を含んでなり、その熱源が、前記酸化反応により生成した熱エネルギーの一部により提供されることを特徴とする、請求項１２〜１５のいずれかに記載の酸化プラント。
【請求項１７】
酸化性組成物の画分を前記管状体に注入する手段 （２６、２８） が、前記管状体 （１８） 中の可変流量注入装置を含んでなり、前記注入装置中の酸化性組成物の圧力がＰ１より高いことを特徴とする、請求項１２〜１６のいずれかに記載の酸化プラント。
【請求項１８】
前記酸化性組成物を前記管状体に注入する手段が、前記管状体中の互いに間隔をあけて配置された少なくとも２つの注入装置を含んでなることを特徴とする、請求項１２〜１７のいずれかに記載の酸化プラント。
【請求項１９】
前記管状体 （１８） の前記出口オリフィス （３４） と、前記加熱手段が適用されている前記管状体の前記領域との間であってこの領域の近くに、前記酸化性組成物を注入する第１の箇所 （２４） が配置されていることを特徴とする、請求項１２〜１８のいずれかに記載の酸化プラント。
【請求項２０】
前記管状体の前記出口において前記廃水及びその中に存在する塩類を回収する手段、
前記廃水の圧力を、前記圧力Ｐ１から大気圧と前記圧力Ｐ１との間の圧力Ｐ０に低下させ、それによってすべての塩類を固体状態にし且つ前記廃水を蒸気状態にする手段、
前記塩類を固体状態で回収する手段、及び
前記廃水を蒸気状態で回収し、それによって前記廃水とその中に存在する塩類とを物理的に分離する手段、
を更に有することを特徴とする、請求項１２〜１９のいずれかに記載の酸化プラント。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、廃水中に存在する廃棄物、限定するわけではないが、特に有機物質を熱水酸化する方法、及び前記方法を実施するために使用するプラントに関する。
【０００２】
本発明の用途は、限定するわけではないが、特に食品加工産業から発生する廃水の中に少量で存在する有機物質の転化である。これらの廃水は溶解塩類も含むことがある。有機物質は、焼却してエネルギーを提供することができるガスに転化させるか、あるいは危険なしに大気中に放出することができるガスに転化させる。
【０００３】
水性相中に存在する有機廃棄物を転化させる方法は既知である。特に、酸化性物質が水／有機廃棄物混合物中に存在する場合に、この混合物を水の臨界点を超える温度及び圧力にし、それによって廃棄物をＣＯ２及びＨ２Ｏ型の簡単な化学的成分に分解させることは知られている。
【０００４】
しかしながら、すべての廃棄物を酸化できる量の酸化剤が添加されている水／有機廃棄物混合物を、加熱及び加圧して、水の臨界点を超えるようにすると、発生する酸化反応は多量の熱エネルギーを生成する。この多量の熱エネルギーは反応が起こる反応器の壁の完全性に影響を与えることがある。水／有機廃棄物混合物を加圧し、加熱した後に、酸化剤を混合物の中に導入する場合にも、反応器に関して同一の結果が観測される。
【０００５】
他方において、酸化剤を導入した後で、混合物を加圧し、加熱すると、ホットスポットが反応器の中に出現することがある。これは本質的に酸化剤の溶解度及びその熱容量が、混合物の温度及び圧力条件に従って一定ではないという事実のためである。従って、混合物中に溶解する酸化剤の濃度は反応媒質中で均質ではなく、酸化反応は酸化剤濃度がより高い領域においてより多量の熱エネルギーを生成する。
【０００６】
これらのホットスポットの出現が反応器壁に影響を与えることがあるという事実に加えて、反応媒質中の酸化剤の劣った分布は、有機廃棄物の分解反応の収率を低下させる。
【０００７】
反応器の局在過熱を克服するために、酸素及び水を同時に且つ反応器に沿って画分化して注入し、それによって酸素が有機物質を酸化し、同時に水が反応媒質の温度を低下させるようにしている。しかしながら、酸化速度が同時の温度低下により低下するので、この解決法は有機物質の分解を最適化しない。更に、反応器の熱的構造は、各注入において交互に増加し次いで減少する曲線を示し、反応器の全収率を減少させる。
【０００８】
本発明の第１目的は、前述の欠点を克服する廃水中の有機化合物の酸化方法を提供することである。
【０００９】
この目的は、本発明によれば、下記の方法により達成される。
【００１０】
本発明のこの方法は、
初期圧力及び温度条件下で採取された所定量の有機物質を含んでなる廃水を、入口及び出口を有する管状体に注入し、
廃水を、この廃水の臨界圧力に少なくとも対応する圧力であって、初期圧力よりも高い圧力Ｐ１にし、
前記管状体の特定の領域に適用された加熱手段により、廃水を初期温度よりも高い温度Ｔ１にする、
ことを含んでなること、並びに
合計量が前記所定量の有機物質の酸化に必要な量に対応する少なくとも１種の酸化性組成物のｎ個の画分を、互いに間隔をあけて配置されたｎ個の箇所において管状体に注入し、それによって酸化反応により生成した熱エネルギーの一部が、管状体の前記領域と第ｎ番目の注入箇所との間で増加曲線に従い前記温度Ｔ１からこの温度Ｔ１よりも高い温度Ｔ２に反応混合物の温度を上昇させ、それによって前記有機物質を酸化し、前記反応混合物を連続的に未臨界液体状態から超臨界領域にすることを特徴とする。
【００１１】
有機物質を酸化するこの方法の１つの特徴は、管状体を通して流れる反応媒質に、ｎ個の注入箇所を介して、酸化性組成物のみを段階的に注入することである。この方法において、廃水中に存在する有機物質の酸化は、反応混合物が管状体を通して流れるときに段階的に行なわれ、そして酸化性組成物の各注入において酸化反応により生成した熱エネルギーは、注入箇所間で部分的の分散され、それによって管状体の内壁を損傷する過度に強いエネルギー生成が防止される。また、これらの反応の間に反応媒質を同時に冷却することができる物質の注入は不要である。
【００１２】
非常に明らかなように、酸化性組成物は反応媒質に対して特定の作用をもたない他の化合物を含んでなることができる。
【００１３】
すべての有機物質により生成される全熱エネルギーの一部は、反応媒質に付与される。また反応媒質の圧力Ｐ１は廃水の臨界圧力より高く、それによって気相を経ないで、反応媒質は徐々に液相において未臨界状態から超臨界領域になる。反応混合物が超臨界領域にあるとき、相の概念は消失し、酸化性組成物の注入箇所間で酸化されなかった有機物質はこの領域において酸化される。
【００１４】
好都合には、廃水の圧力Ｐ１は２３ ＭＰａより高く、且つ廃液の温度Ｔ１は３７０〜５２０°Ｋである。この温度及び圧力領域において、有機物質を含んでなる廃水は未臨界液相状態であり、ここでは有機物質の一部が酸化される。
【００１５】
本発明の特定の態様によれば、酸化反応により生成された熱エネルギーの一部は、反応混合物の温度を８００°Ｋより低い温度Ｔ２に上昇させる。第ｎ番目の注入箇所の後で、この混合物の温度は８００°Ｋを超えることがあるが、酸化性組成物の第ｎ番目の画分は残存している有機物質と反応するので、このエネルギー量は管状体の内壁を損傷するほどのものではない。有機物質の実質的な部分が酸化された後で、反応混合物が温度Ｔ２に到達し、酸化性組成物の最終の画分により酸化される最終の部分は少ないので、反応混合物の温度はＴ２よりも非常にわずかに高いのみである。更に、水の熱容量は６５０°Ｋと７００°Ｋとの間で最大であるので、この温度範囲を反応媒質が通過することによって、酸化反応により生成する熱エネルギーは有意に吸収される。反応器壁に対する影響は比例的に低下する。
【００１６】
本発明の他の特定の態様によれば、酸化性組成物の３つの画分を、互いに間隔をあけて配置された３つの箇所において管状体に注入する。廃水が温度Ｔ１に到達した後で、酸化性組成物の第１の画分を注入し、第２の画分を注入して廃水が温度Ｔ２に到達するようにし、廃水が温度Ｔ２に到達したときに、第３の画分を注入する。
【００１７】
好都合には、廃水が温度Ｔ１に到達した後で、酸化性組成物の第１の画分を注入し、それによって加熱手段を適用した管状体の領域の下流においてのみ、有機物質の酸化反応が開始するようにする。
【００１８】
本発明の他の特定の態様によれば、管状体は、断面の寸法が異なる複数の部分を有する。この形状は管状体のより狭い部分及びより広い部分の交互の挿入を可能とし、この狭い部分において酸化性組成物を注入し、そして広い部分において酸化反応を行わせる。それによって、より広い部分における反応混合物の滞留時間をより長くして、反応時間を増加させ、また酸化性組成物の各注入箇所間の反応収率を増加させることができる。
【００１９】
好都合な配置によれば、初期圧力及び温度条件下に採取された廃水に、酸化により生成した熱エネルギーの一部を付与して、廃水の温度を温度Ｔ１にする。この方法によれば、廃水を初期温度から温度Ｔ１にする加熱手段を提供することは不要である。これは本発明による方法の全エネルギーバランスを改良する。この場合には、低い強度の開始加熱手段を必要とするだけである。
【００２０】
好ましくは、管状体に注入する酸化性組成物は酸素であり、それによって有機物質を有利なコストで転化させることができる。しかしながら、この方法を実施する条件が、水に対する溶解度が高い酸化性組成物を必要とする場合、供給コストが有利である特定の状況において、過酸化水素を使用することができる。
【００２１】
特に好都合な配置によれば、酸化性組成物の画分の少なくとも１つは、特質が他の画分と異なる酸化性組成物から構成されている。それによって、例えば、反応器の第１部分において、過酸化水素の技術的利点から利益を得て、且つ第２部分において、酸素のコストの利点から利益を得ることが可能である。
【００２２】
特に好都合な態様によれば、本発明による方法は、
廃水及びその中に存在する塩類を管状体の出口において回収し、
廃水の圧力を圧力Ｐ１から、大気圧と圧力Ｐ１との間の圧力Ｐ０に低下させ、それによってすべての塩類を固体状態にし、且つ廃水を蒸気状態にし；
塩類を固体状態で回収し；そして
廃水を蒸気状態で回収し、それによって廃水及びその中に存在する塩類を物理的に分離する、
ことを更に含んでなる：。
【００２３】
本発明の第２目的は、廃水中に存在する有機物質を酸化するプラントを提供することである。
【００２４】
このプラントは、
初期圧力及び温度条件下に採取された所定量の有機物質を含んでなる廃水を、入口及び出口を有する管状体に注入する手段 、
廃水を初期圧力よりも高い圧力Ｐ１にする手段、
管状体の特定の領域に適用されて、廃水を初期温度よりも高い温度Ｔ１にする、加熱手段、及び
合計量が前記所定量の有機物質の酸化に必要な量に対応する酸化性組成物のｎ個の画分を、互いに間隔をあけて配置されたｎ個の箇所において、管状体中の少なくとも圧力Ｐ１の廃水に注入し、それによって酸化反応により生成した熱エネルギーの一部が、管状体の前記領域と第ｎ番目の注入箇所との間で増加曲線に従って温度Ｔ１からこの温度Ｔ１よりも高い温度Ｔ２に反応混合物の温度を上昇させ、それによって前記有機物質を酸化し、前記反応混合物を連続的に未臨界液体状態から超臨界領域にする手段、
を含んでなる。
【００２５】
管状体は有利には、廃水を注入する入口オリフィスと、酸化された有機物質を取出す出口オリフィスとを有する管から構成されている。この方法を短い管状体中で実施できる場合には、管は直線状でよいが、管をらせん状に配置して、反応器全体の寸法を小さくすることもできる。
【００２６】
好ましくは廃水を注入する手段は、廃水を２３ ＭＰａより高い圧力に加圧できるポンプを含んでなり、このポンプは入口オリフィスに接続されている。このポンプは廃水のための入口オリフィスと、加圧して注入するためのオリフィスを有し、廃水を管状体に注入する。管状体中の廃水の圧力は、少なくとも酸化反応が起こる部分において、比較的一定であり、２３ ＭＰａより高い。
【００２７】
管状体の特定の領域に適用された加熱手段は、管状体と一体的である電気加熱器を含んでなることが好ましい。それによって、管状体に取り付けられた電気加熱器によって、注入される廃水を予熱できる。
【００２８】
管状体の特定の領域に適用された加熱手段は好ましくは、管状体と一体的である熱交換器を含んでなり、この熱交換器の熱源は酸化反応により生成した熱エネルギーの一部により提供される。これは、酸化反応が熱エネルギーを生成し、その少なくとも一部が、反応媒質の温度を上昇させることができ、またその少なくとも一部を回収し、廃水を温度Ｔ１するために使用できることによる。
【００２９】
本発明の特定の態様によれば、酸化剤の画分を管状体に注入する手段は管状体中の可変流量注入装置を含んでなり、この注入装置中の酸化剤の圧力はＰ１より高い。酸化性組成物をＰ１よりも高い圧力に加圧できるポンプを介して、あるいはまたＰ１よりも高い圧力下に酸化性組成物を保持しているタンクを介して、注入装置に酸化性組成物を供給できる。
【００３０】
本発明の特定の態様によれば、酸化剤を管状体に注入する手段は、管状体中の互いに間隔をあけて配置された３つの注入装置を含んでなる。
【００３１】
酸化性組成物を注入する第１の箇所は、管状体の出口オリフィスと、加熱手段が適用されている管状体の領域との間で、この領域の近くに、配置されることが好ましい。
【００３２】
特定の態様によれば、酸化プラントは、
管状体の出口において廃水及びその中に存在する塩類を回収する手段、
廃水の圧力を、圧力Ｐ１から、大気圧と圧力Ｐ１との間の圧力Ｐ０に低下させ、それによってすべての塩類を固体状態にし、且つ廃水を蒸気状態にする手段、
塩類を固体状態で回収する手段、及び
廃水を蒸気状態で回収し、それによって廃水とその中に存在する塩類とを物理的に分離する手段、
を更に含んでなる。
【００３３】
本発明の他の有利な独特な特徴は、本発明の特定の態様について後述する記載を、添付図面を参照して読むと明らかとなるであろう。ただしこれらは例示であり、非限定的なものである。
【００３４】
図１では、廃水中に存在する有機物質の酸化方法を実施するプラントが記載されている。
【００３５】
転化させるべき有機物質を含有する廃水は、タンク１０においてこの方法を実施するプラントの上流側に貯蔵されている。一般に廃水は、工業的又は都市のスラッジから構成されているか、あるいは工業的方法から生ずる水性液体から構成されている。
【００３６】
ポンプ１２は廃水を吸入排出し、それを圧力下に管状体１８中に入口オリフィス２０において注入することができる。ここでポンプ１２の入口オリフィス１４は、パイプ１６を介してタンク１０の下端に接続されている。ポンプ１２は２２ ＭＰａより高い圧力下に、廃水を管状体１８に注入することができる。この２２ ＭＰａの圧力は水の臨界圧力に実質的に対応する。
【００３７】
管状体１８は電気加熱器２２を装備している。この電気加熱器２２は、廃水が注入される入口オリフィス２０の近くで管状体の外壁を少なくとも部分的に取り囲んでいる。電気加熱器２２は、管状体１８を通過する廃水の温度を上昇させるために十分な熱エネルギーを発生させることができる抵抗加熱器から構成されている。
【００３８】
熱エネルギーを発生させることができる任意の他の手段、特にガス又は他の燃料で操作することができる手段を使用できることは言うまでもない。
【００３９】
廃水に対するこのエネルギーの寄与は、有機物質の酸化反応を開始するために必要である。酸化性組成物の第１の画分が注入箇所２４に注入されるとすぐに、この酸化反応は起こる。この注入箇所２４は、電気加熱器２２の下流の管状体１８中に位置する。特定の態様において、酸化性組成物の第１の画分は、管状体の入口オリフィス後の加熱手段より上流において注入され、それによって酸化性組成物の一部は水性相中に初期温度において溶解する。
【００４０】
注入箇所２４において、注入装置 （図示せず） は管状体１８の壁を通って、管状体１８中に出現している。注入装置はポンプ２６又はタンク （図示せず） にパイプ２８により接続されている。ポンプ２６又はタンクは、管状体１８内の動いている廃液の圧力より大きい圧力で、酸化性組成物の画分を送出すことができる。なぜなら、この条件は酸化剤を管状体１８に注入するために必要であるからである。
【００４１】
酸化性組成物は、有機物質から電子を引き取ることができる任意の物質から構成することができる。最も安価な酸化剤は酸素であり、注入装置によりそれを注入することは容易である。他の酸化剤、例えば過酸化水素又は硝酸を使用することができ、硝酸は窒素酸化物を分解し、水と窒素とを生成することができるという利点を有する。
【００４２】
酸化性組成物を注入する第２の箇所３０は、第１注入箇所の近くで、その下流側に位置し、酸化性組成物の第２の画分の注入を可能とする。酸化性組成物の注入に使用する手段は、第１の箇所２４において注入を実施するために使用する手段と同一である。
【００４３】
管状体１８に注入すべき酸化性組成物の画分の数は、廃水中に存在する有機物質の濃度、及びすべての有機物質の酸化に必要な酸化剤の量の関数として、及び管状体の形状の関数として変化させることができる。プラントが３つの酸化性組成物注入箇所を有する本発明の特定の態様を、いっそう詳しく後述する。
【００４４】
好都合な配置によれば、酸化剤の第１の画分の注入の後で反応媒質の温度を上昇させる場合、少なくとも２つ型の酸化剤を使用する。酸化力が高い過酸化水素を最初に注入し、次いで酸素の画分を他の注入箇所で注入する。反応が開始すると、酸素は最適な方式で反応することができる。この態様によれば、酸素は過酸化水素よりも安価であるので、反応器のコストバランスは改良される。
【００４５】
図１によれば、プラントは、第ｎ番目の注入箇所として知られている、酸化性組成物を注入する最終箇所３２を有する。
【００４６】
酸化反応を実質的に完結させるために、すなわちすべての有機物質を酸化させてしまうために、有機物質の酸化反応の化学量論量に対応する酸化剤の量に少なくとも等しい量の、酸化剤を廃水に注入することが必要である。それによって、管状体１８に注入する酸化性組成物の画分の合計は、所定量の廃水の酸化反応に必要な酸化剤の化学量論的量に少なくとも等しいようにする。非常に明らかなように、酸化プロセスは連続的に起こり、そして所定量について適用される結果は、流量の測定を使用することによって連続的操作に適用できる。
【００４７】
反応が完結し、有機物質が炭素及び酸素をベースとする化合物のみを含んでなるとき、酸化生成物は二酸化炭素と水とから構成される。これらの酸化生成物は、出口オリフィス３４において管状体１８の末端から放出される。
【００４８】
本発明による方法は、廃水中に存在する有機物を無機化合物に転化させること、例えば水及び二酸化炭素を生成することを可能とする。この場合において、反応生成物は環境に害を与えないで大気に確実に放出することが、あるいは、二酸化炭素の含量が十分である場合、反応成分として使用するために回収することができる。
【００４９】
有機物質の酸化反応からの生成物は、例えばそれらの生成物が硝酸による窒素酸化物の分解から生ずる窒素を含んでなる場合にも、大気に放出することができる。他方において、有機物質が塩素を含んでなる場合、反応から発生する塩化水素は化学的変換により回収しなくてはならない。
【００５０】
いっそう詳しく後述するように、管状体は第ｎ番目の注入箇所の後に位置する領域において最高温度にあることが推測される。従って、この熱エネルギーは、温度が最高であるこの領域に位置する第１交換器３６により回収して、第２交換器３８により管状体１８の上流に移すことが可能である。この熱エネルギーは、管状体１８の入口オリフィス２０の近くに伝達され、廃水の予熱に必要な電気加熱器を補助するか、あるいはそれと置換することができる。この配置は、この方法の実施に必要なエネルギー量を減少させることにおいて、経済的利点を有する。
【００５１】
図１を参照して本発明による方法の実施に必要なプラントの構成要素を説明したので、次に図２を参照して廃液中に存在する有機物質を酸化する方法及び反応媒質の熱的変動を説明する。反応媒質の熱的変動が管状体１８の種々な部分に対応するようにして、この図２は図１の装置の真下に示している。
【００５２】
廃水を最初にポンプ１２で加圧した後、２２ ＭＰａより大きい圧力下に、管状体１８の入口オリフィス２０に注入する。廃水の温度上昇を可能とする加圧は、プラントが通常の操作条件下にある場合、第２交換器３８により補助され、あるいはプラントが過渡的状態にある場合、熱電気エネルギー発生器２２により補助される。反応媒質は、最初に温度Ｔｉにあり、これは図２の熱的変化に従い傾斜４０に沿って温度Ｔ１にされる。
【００５３】
反応媒質の圧力が一定に保持されている間に、温度Ｔ１は３７０〜５２０°Ｋになり、それによって反応媒質は液相状態に維持する。反応媒質は平坦域４２に対応する過渡的期間の間、一定温度Ｔ１を保持する。
【００５４】
引き続いて、酸化性組成物の第１の画分を第１注入箇所２４において注入され、そして反応媒質の温度は傾斜４４に従い上昇して温度Ｔ１１に到達する。なぜなら、酸化性組成物による有機物質の酸化は発熱性であり、結局、エネルギーを反応媒質に付与するからである。
【００５５】
酸化性組成物の第２の画分を、第２注入箇所３０において注入し、傾斜４６に従い値Ｔ１２に温度を上昇させることができるエネルギーを生成する。
【００５６】
同一操作を必要な回数だけ反復し、酸化性組成物の画分をコントロールして注入することによって、反応媒質の温度を制限するように管理する。
【００５７】
注入箇所３２において管状体１８の中に酸化剤の第ｎ番目の画分を注入する前に、反応媒質の温度は温度Ｔ２より高くあってはならない。ここでこの温度Ｔ２は８００°Ｋより低い。なぜなら、このようにしないと、第ｎ番目及び最終の注入は傾斜４８に従い反応媒質の温度を更に上昇させるので、管状体１８の内部壁に対する損傷の危険性が大きいからである。
【００５８】
酸化性組成物の最終の注入は、先行する段階の間に分解しなかった廃水中の有機物質の分解を可能とする。酸化反応の収率を最大するために、酸化性組成物のｎ個の画分の合計は、化学量論的に必要な量よりも実質的に多い。非常に明らかなように、この方法が連続的である場合、管状体１８中の廃水の流速に関する酸化性組成物の画分の流量の合計が、化学量論量よりも多くなる。
【００５９】
更に、水の熱容量は６７０°Ｋに実質的に等しい温度において最大であるので、この６７０°Ｋの値を含む反応媒質の温度範囲内において、より多量の酸化性組成物は好都合に注入される。なぜなら、水の熱容量はこの温度において最大であるので、酸化反応により生成される熱エネルギーは非常によく吸収され、これは反応媒質の温度上昇を制限し、それによって管状体１８の内壁に対する損傷を制限するからである。
【００６０】
更に、酸化性組成物が酸素であるとき、これはすべての注入について廃水の液相中に可溶性である。この好都合な独特な特徴により、管状体中のホットスポットを回避することができる。なぜなら、反応媒質中への酸素の完全な溶解は、酸化剤の均質且つ瞬間的な分配を可能にし、それによって反応が実質的に同時に開始して、反応媒質を全体で温度を上昇させるからである。逆に、酸化剤の溶解度が低いと、反応は反応媒質中で局在化し、したがってホットスポットが発生する。
【００６１】
図３及び図４では、これらの図面には酸化性組成物の３画分のための３注入箇所を有する特定の態様が記載されている。
【００６２】
本発明によるプラント及びそれに関連する熱的変化が、それぞれ図３及び図４に記載されている。廃水を圧力下に入口オリフィス２０に注入する。予熱手段及び注入箇所２４における酸化性組成物の第１の画分の注入により、過渡的期間の間に反応媒質をプラトー５０に対応する温度Ｔ１に到達させる。注入箇所３０において酸化性組成物の第２の画分を注入すると、温度はプラトー５２に対応する値Ｔ２に上昇する。引き続いて、最終の注入は、まだ反応しなかった有機物質の酸化を可能とし、反応媒質の温度をＴ２より実質的に高い温度に上昇させる。非常に明らかなように、Ｔ１及びＴ２の値は、この場合において、図１及び図２において説明した値Ｔ１及びＴ２と同一である。
【００６３】
他の特定の態様によれば、これは示されていないが、酸化剤の３つの画分を注入する前述の原理を保持しながら、管状体の入口オリフィスの近くの予熱手段の上流の管状体中に位置する注入箇所に、第１の画分を注入する。それによって、酸化性組成物は、有機物質を含んでなる廃水とともに、廃水の初期温度に実質的に等しい温度を有する反応媒質を構成する。予熱手段は、反応媒質の最初の温度上昇から酸化反応を開始させることができ、この温度上昇は反応によってももたらされる。
【００６４】
更なる態様 （図示せず） によれば、酸化性組成物の２つの画分のみを注入する。廃水中の有機物質の濃度が低いとき、この配置は有利である。
【００６５】
本発明を実施する特定の例を下記において例示する。
【００６６】
反応器又は管状体は、４つの注入箇所と、廃水の温度を４２５°Ｋの温度にすることができる予熱器とを含んでなる。
【００６７】
処理すべき廃液は、水性相中に３．９重量％のグルコース及び４．９％のメタノールを含有するグルコースとメタノールとの混合物から構成されている。この混合物を完全に酸化するために、酸素の必要量は８８．９ ｇ／ｌである。この量は「化学的酸素要求量」又は通常ＣＯＤとして知られている。この場合における注入量は化学量論量の１．１倍に対応する。
【００６８】
反応器中の廃液の流量は、２５ ＭＰａの圧力において１ ｋｇ／時である。
【００６９】
反応器の長さの測定値（メートル）（基準となる位置は実質的に廃液の注入箇所である） 、酸素画分の注入位置、及び反応器の対応する温度を下記表に記載する。
【００７０】
【表１】
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【００７１】
上記実施例はまったく限界的ではなく、異なる酸化剤を使用し且つ異なる数の注入箇所を有するプラントにより任意の他の廃出組成物を処理することは、本発明の範囲から逸脱しないであろう。
【００７２】
他の面によれば、酸化プラントは、廃水中に存在する塩類を回収する手段 （図示せず） を含んでなる。
【００７３】
この場合、管状体をその出口において第２管状体により拡張する。第２管状体の中に、廃水とその中に存在する塩類とを、７５０〜９００°Ｋ、例えば、８２０°Ｋの温度で流入させる。第２管状体は入口ノズルを有し、このノズルの中に水を注入して、廃水を７００〜８００°Ｋ、例えば、７５０°Ｋの温度に冷却することができる。
【００７４】
第２管状体は圧力低下ノズルを通してホッパー形成容器の中に出現する。この容器の内圧は、大気圧と前記圧力Ｐ１との間、例えば１ ＭＰａである。その方法において、塩類を含んでなる廃水の圧力は低下し、すべての塩類は固体状態にされ、廃水は蒸気状態にされる。それによって、ホッパーの下端において塩類を回収し、蒸気を、この目的で挿入された他の出口において、５００〜６００°Ｋ、例えば５５０°Ｋの温度で回収できる。
【００７５】
更に、特に好都合な方法において、管状体の出口及び／又は第２管状体は、外壁に適用された超音波クリーニング装置を含む。超音波クリーニング装置は、管状体の内壁上に沈降し、酸化プロセスの間に管状体を閉塞する危険性がある塩類を除去できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は、酸化性組成物のｎ個の注入箇所を有する、本発明の方法を実施するプラントの線図である。
【図２】
図２は、図１の線図に対応する酸化性組成物の注入箇所に関して、反応媒質の熱的変化を示す図である。
【図３】
図３は、管状体が３つの注入箇所を有する、特定の態様で本発明による方法を実施するプラントの線図である。
【図４】
図４は、図３に表されているプラントの線図に対応する注入箇所に関して、反応媒質の熱的変化を示す図である。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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