(57)【要約】【課題】反応器内への流体供給ライン内の圧力が異常に上昇した場合にも、安全に、かつ、処理流体ラインの汚染を発生させることなく、その過圧状態を解消できる水熱反応装置を提供する。【解決手段】反応器内に高温高圧水を生成して水熱反応を行う装置において、反応器内への流体の供給ラインに、該供給ライン内の圧力が上昇したときに流体を逃がすラインを設け、該逃がしラインを所定の圧力を有する圧力場に接続したことを特徴とする水熱反応装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応器内に高温高圧水を生成して水熱反応を行う装置において、反応器内への流体の供給ラインに、該供給ライン内の圧力が上昇したときに流体を逃がすラインを設け、該逃がしラインを所定の圧力を有する圧力場に接続したことを特徴とする水熱反応装置。
【請求項２】
前記逃がしラインが、前記反応器の後段の処理流体ラインの減圧前の位置へと接続されている、請求項１に記載の水熱反応装置。
【請求項３】
前記逃がしラインが、前記反応器への補助的流体ラインへと接続されている、請求項１に記載の水熱反応装置。
【請求項４】
前記逃がしラインが、前記反応器に接続されたラインとは別系統の圧力場へと接続されている、請求項１に記載の水熱反応装置。
【請求項５】
前記逃がしラインに、前記供給ラインから逃がされた流体を保持可能な手段が設けられている、請求項１〜４のいずれかに記載の水熱反応装置。
【請求項６】
前記流体保持手段がバッファータンクもしくはＵ字管または／およびアキュムレーターからなる、請求項５に記載の水熱反応装置。
【請求項７】
前記供給ラインの前記反応器への入口部にノズルが設けられており、前記逃がしラインが、前記供給ラインの前記ノズルの上流側から分岐されている、請求項１〜６のいずれかに記載の水熱反応装置。
【請求項８】
前記ノズルに、該ノズルの先端部を開閉する手段が設けられている、請求項７に記載の水熱反応装置。
【請求項９】
前記逃がしラインに、該逃がしラインを開閉する弁が設けられている、請求項１〜８のいずれかに記載の水熱反応装置。
【請求項１０】
前記供給ラインに、該供給ライン内の圧力を検知する圧力検知手段が設けられており、該圧力検知手段による検知圧力に応じて前記逃がしライン開閉弁が作動される、請求項９に記載の水熱反応装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水熱反応装置に関し、とくに、より安全に運転を行うことができるようにした水熱反応装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水熱反応は、水の温度を高めることで、熱分解、加水分解や脱水反応、さらに酸化剤を加えると酸化反応も高速で行うことができるプロセスである。近年、高温高圧水、とくに超臨界温度水や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。中でも、超臨界温度水や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、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。ここで、超臨界温度水とは、温度は臨界温度以上であるが、圧力が臨界圧力以下の状態、詳しくは１ＭＰａ以上の状態にある水をいう。超臨界温度水は、超臨界水ほどではないが反応性が非常に高く、超臨界水同様、水熱酸化反応などに利用することができる。特に、圧力が５ＭＰａ以上の超臨界温度水は、難分解性物質を分解するのにも十分な反応性を有する。また、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。
【０００３】
水熱反応を行う装置では、通常、反応器に被処理液、および酸化剤や補助燃料等の流体を供給する供給ラインが接続され、反応器内では高温高圧水が生成され、反応器からの処理流体は冷却、減圧された後所定の行き先に送られたり、排出されたりするようになっている。このような水熱反応装置においては、反応器内で生成された塩による閉塞やライン中に設けられた弁の開閉等によりライン中の圧力が上昇する場合があるので、それに備えて緊急逃がし弁や安全弁等を設置することで装置の安全性を確保するようにしている。
【０００４】
例えば図４に示すように、水熱反応装置（例えば超臨界水酸化装置）において、供給流体の一部（例えば、被処理廃液１０１）はポンプ等により高圧にされた状態で供給ライン１０２により反応器１０３に送られ、反応器１０３の直前で内径の小さい噴霧ノズル１０４内で空気と混合させる等により霧状にして反応器１０３内に供給される。その後の処理流体（処理水１０５）は、冷却器１０６による冷却工程を経て圧力調整弁１０７やキャピラリー等により減圧されて放流される。例えば圧力調整弁１０７を使用している場合、通常系内の圧力はその弁で調整している。しかし、供給流体が反応器１０３に入るまでのライン１０２や上記ノズル１０４に閉塞があった場合などは、後段に設けられた圧力調整弁１０７では圧力の調整が効かず、閉塞部上流側が過圧になるおそれがある。また、図示例の装置の場合、ノズル１０４部の内径が小さくまた高温状態になり得るため、ノズル１０４内部で無機塩の析出や被処理有機物の炭化等による固形物発生、その他ごみ等での閉塞が頻繁に起きる可能性がある。そこで上記のような緊急逃がし弁１０８や安全弁１０９を設け、異常過圧を解放するようにしている。
【０００５】
また、被処理流体（被処理廃液１０１）は運転条件が整ったときのみ反応器１０３内へ供給され、それ以外の場合は供給されないが、被処理流体のライン内はその流体で満たされているため、非意図的に被処理流体が反応器１０３内部へ入ってしまうことがある。それを防止するために、例えば図５に示すように、ノズル１０４の先端を閉止（開閉）する機構をもつバルブ１１０をノズル１０４に設置することがある。つまり、被処理廃液１０１を供給する際には上記バルブ１１０を開きポンプ等により流体を供給する。供給を止める場合にはポンプを停止して上記バルブ１１０を閉じることにより、被処理流体が反応器１０３内に入るのを防止する。このような操作を行うことで反応器１０３以降の被処理流体による汚染を防止することができる。しかし、ノズル先端をバルブ１１０で閉止させるため内部の流体は締め切り状態になるため、温度の上昇等により内部流体の圧力が上昇したときには危険な状態になりうる。通常はそれを回避するために、ライン中に安全弁１０９を設置して上昇した分の圧力を系外に逃がすのだが、基本的に安全弁１０９は一度作動した後はメンテナンスが必要であり、それに時間やコストがかかるため、頻繁に使用するには適さない。
【０００６】
また、安全弁１０９等により上昇した分の圧力を逃がす場合、逃がし先を系外に求めると、つまり、大気開放すると、安全上問題が発生するおそれがある。つまり、逃がすべき流体は非圧縮性流体であるため、少量の排出で急激に圧力が低下するので、もしライン内の圧力が反応器内の圧力を下回るまで低下した場合、反応器内の高温流体の逆流が起こるおそれがあり、安全上問題が発生するおそれがある。この場合の対策として、図６に示すように反応器１０３内への流体の供給ライン１０２に、該供給ライン１０２内の圧力が上昇したときに流体を逃がす逃がしライン１１１を設け（開閉弁１１２の開閉で圧力が上昇したときに流体を逃がすライン）、圧力調整弁１１３等において圧力を落として系外に排出する（逃がし流体１１４）方法がある。このような方法では、原理上、圧力調整弁１１３において圧力を一定に保たせることはできるが、現実には、逃がしライン内を液が流れはじめてから圧力を安定して調整し始めるまでに多少の時間が必要であり、その間、どうしても圧力の変動が発生する。そのため、ライン内の圧力が急激に上昇した場合、圧力変動の状態によっては、反応器１０３内の高温流体の逆流が起こる可能性があり、依然として、安全上問題が発生するおそれがある。かといって、単に処理水ラインに戻して逃がすと、逃がした廃液によるラインコンタミのおそれが生じる。
【０００７】
なお、反応器１０３内における反応場での析出塩による閉塞対策としては、例えば特許文献１に記載されているようなリバースフローによる反応器内の塩分離が知られているが、これは基本的に、上記のような供給ライン１０２内やノズル１０４内における異常過圧の発生回避には効果が薄い。
【特許文献１】特許第２７２６２９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで本発明の課題は、何らかの原因で反応器内への流体供給ライン内の圧力が異常に上昇した場合にも、安全に、かつ、処理流体ラインの汚染を発生させることなく、その過圧状態を解消できる水熱反応装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明に係る水熱反応装置は、反応器内に高温高圧水を生成して水熱反応を行う装置において、反応器内への流体の供給ラインに、該供給ライン内の圧力が上昇したときに流体を逃がすラインを設け、該逃がしラインを所定の圧力を有する圧力場に接続したことを特徴とするものからなる。
【００１０】
上記逃がしラインは、上記所定の圧力を有する圧力場として、反応器の後段の処理流体ラインの減圧前の位置へと接続されればよい。また、システムによっては、系統内の圧力場に接続する補助的なラインを設けることがある。例えば、反応器出口直後のラインに接続する急冷水や中和剤、若しくは、反応器下部に供給する塩溶解水、反応器へ供給する希釈水等のラインである。そこで、上記逃がしラインが、上記補助的流体ラインへと接続されている構造とすることもできる。さらには、上記逃がしラインが、上記反応器に接続されたラインとは別系統の圧力場へと接続されている構造とすることもできる。この別系統の圧力場は、所定の圧力を有する圧力場であり、大気開放は含まれない。
【００１１】
また、上記逃がしラインには、上記供給ラインから逃がされた流体を保持可能な手段が設けられていることが好ましい。本発明によれば、逃がされる流体は少量であるから、逃がされた流体が保持されることによって、たとえ逃がし先を処理流体ラインの減圧前の位置とする場合にあっても、処理流体ラインの汚染（コンタミ）を回避できる。流体保持手段としては、例えばバッファータンクもしくはＵ字管または／およびアキュムレーターを採用できる。
【００１２】
上記供給ラインの上記反応器への入口部にノズルが設けられている場合には、上記逃がしラインが、上記供給ラインの該ノズルの上流側から分岐されていることが好ましい。これによって、ノズルが閉塞された場合にも、適切に被処理流体を逃がして上昇した圧力を下げることができる。とくに、ノズルに、該ノズルの先端部を開閉する手段（弁）が設けられている場合に有効である。
【００１３】
上記逃がしラインには、該逃がしラインを開閉する弁が設けられている構造とすることができる。これにより、逃がしラインの開閉を意図的に制御できる。
【００１４】
また、上記供給ラインには、該供給ライン内の圧力を検知する圧力検知手段が設けられていることが好ましく、該圧力検知手段による検知圧力に応じて上記逃がしライン開閉弁が作動されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る水熱反応装置によれば、供給ライン内の圧力が上昇したとき、該供給ラインから流体が適切な所定の圧力を有する圧力場に逃がされるので、供給ライン内の圧力やそれが接続されている反応器内の圧力が急激に下がりすぎることはなく、逆流等の不都合を発生させることなく、過圧状態を適切に解消できる。
【００１６】
また、流体の逃がし先を、反応器後段の処理流体ラインの減圧前の位置等の所定の圧力を有する圧力場とし、その逃がしラインにバッファータンクやＵ字管、アキュムレーター等の流体保持手段を設けることにより、処理流体ラインの汚染（コンタミ）を回避しながら、過圧状態を適切に解消できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
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反応装置を示している。図１において、供給流体としての被処理廃液１は、ポンプ等により高圧にされた状態で供給ライン２により反応器３に送られ、反応器３の入口部で内径の小さい噴霧ノズル４内で例えば空気と混合させることにより霧状にして反応器３内に供給される。反応器３内では、高温高圧水（例えば、超臨界水）が生成されて水熱反応が行われ、その処理流体としての処理水５は、冷却器６による冷却工程を経て圧力調整弁７により減圧されて所定の行き先に送られるか、放流される。
【００１８】
前述したように、圧力調整弁７を使用している場合、通常系内の圧力はその弁７で調整しているが、供給流体が反応器３に入るまでのライン２や上記ノズル４に閉塞が生じた場合などには、圧力調整弁７では圧力の調整が効かず、閉塞部上流側が過圧になるおそれがある。また、ノズル４部の内径が小さくまた高温状態になり得るため、ノズル４内部で無機塩の析出や被処理有機物の炭化等による固形物発生、その他ごみ等での閉塞が頻繁に起きる可能性がある。
【００１９】
そこで本実施態様では、反応器３内への流体の供給ライン２に、該供給ライン２内の圧力が上昇したときに流体を逃がすライン８が、ノズル４の上流側で供給ライン２から分岐するように設けられている。この逃がしライン８は、本実施態様では、所定の圧力を有する圧力場として、反応器３の後段の処理流体ライン９の減圧前の位置（圧力調整弁７の上流側の位置）へと接続されている。そして、この逃がしライン８には、供給ライン２から逃がされた流体を保持可能な流体保持手段１０として、バッファータンクもしくはＵ字管、アキュムレーターが設けられている。
【００２０】
また、逃がしライン８には、該逃がしライン８を開閉する弁１１（電磁開閉弁）が設けられており、供給ライン２には、該供給ライン２内の圧力を検知する圧力検知手段としての圧力センサー１２が設けられている。圧力センサー１２による検知圧力Ｐ１に応じて上記逃がしライン開閉弁１１が作動される。すなわち、Ｐ１が設定値よりも低いときには弁１１は閉とされ、Ｐ１が設定値よりも高くなったとき、つまり、供給ライン２内が過圧状態になったときに、弁１１が開とされる。
【００２１】
上記のように構成された水熱反応装置においては、供給ライン２内の圧力が設定値よりも高くなったとき、その圧力Ｐ１が圧力センサー１２により検知され、その検知圧力Ｐ１に基づいて弁１１が開とされ、逃がしライン８が開かれる。供給ライン２の内部流体は逃がしライン８を通して吹き出し、供給ライン２内の圧力は急激に低下し、圧力センサー１２の設定値まで低下すると弁１１が閉じて放出が抑えられる。供給ライン２内の流体は非圧縮性流体（液体）であるため少量の排出で急激に圧力が下がるが、逃がしライン８の逃がし先が圧力調整弁７の減圧前の位置で所定の圧力を有する圧力場とされているので、実質的に反応器３内の圧力を下回るまで低下することは回避される。したがって、上記逃がしライン８の開放により供給ライン２内の圧力が低下された場合にも、反応器３内の高温流体が逃がしライン８を介して逆流することはない。
【００２２】
また、流体を逃がしライン８を介して直接処理流体ライン９へ逃がしてしまうと、該処理流体ライン９を被処理流体で汚染してしまうおそれがあるが、逃がしライン８には、流体保持手段１０としてのバッファータンクあるいはＵ字管が設けられているので、処理流体ライン９の汚染を回避するように、逃がされてきた流体を適切に保持することができる。この流体保持手段１０には、逃がされてきた流体を保持できるだけの容量を持たせる必要があるが、前述の如く供給ライン２内の流体は非圧縮性流体（液体）であるため少量の排出でよいので、容量も小さくて済む。また、バッファータンクやＵ字管のかわりに、あるいは、それらと同時にラインの途中にアキュムレーター等の圧力緩衝機能をもつものを設置し、隔膜やピストンのようなもので仕切りを入れてもよい。このとき隔膜やピストンでラインは仕切られているので、処理水出口ラインを汚染するおそれはない。また逃される流体の量が少量であり隔膜やピストンでその分の容量を確保しておけば、その隔膜やピストンによって処理水出口ラインの圧力と同じになるように緩衝される。
【００２３】
図２は、本発明の第２実施態様に係る水熱反応装置を示している。本実施態様では、非意図的に被処理流体が反応器３内部へ入ってしまうことを防止するために、ノズル４内に、ノズル４の先端を閉止（開閉）する手段としてのノズル先端開閉バルブ２１が設けられている。つまり、被処理廃液１を供給する際には上記バルブ２１を開きポンプ等により流体を供給し、供給を止める場合にはポンプを停止して上記バルブ２１を閉じることにより、被処理流体が反応器３内に入るのを防止する。このようなノズル先端開閉バルブ２１が設けられている場合には、ノズル先端をバルブ２１で閉止したときには内部の流体は締め切り状態になるため、温度の上昇等により内部流体の圧力が上昇し、供給ライン２内が過圧状態となりやすい。しかし、前記第１実施態様と同様の逃がしライン８を設けることにより、たとえ過圧状態になっても、その過圧状態は迅速にかつ不具合を生じることなく適切に解消されることになる。
【００２４】
図３は、本発明の第３実施態様に係る水熱反応装置を示している。本実施態様では、逃がしライン８の接続先が、反応器３に常時供給されている急冷水３１の供給ライン３２とされている。この急冷水３１はポンプにより加圧状態にて供給され、本発明で言う所定の圧力場を形成し得る。このような構成においても、前記第１、第２実施態様と同様の逃がしライン８を設けることにより、たとえ過圧状態になっても、その過圧状態は迅速にかつ不具合を生じることなく適切に解消されることになる。
【００２５】
なお、上記各実施態様においては、逃がしライン８の接続先圧力場を、本水熱反応装置内のいずれかのラインとしたが、図示は省略するが、別系統の圧力場を形成するか、既存の別系統の圧力場を利用し、そこへ逃がしライン８を接続するようにしてもよい。処理流体ライン９等へのコンタミを完全に回避したい場合には、この方式の方が好ましい場合がある。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明に係る構造は、あらゆる水熱反応装置に適用でき、とくに超臨界水酸化装置に用いて好適なものである。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１実施態様に係る水熱反応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反応装置の機器系統図である。
【図３】本発明の第３実施態様に係る水熱反応装置の機器系統図である。
【図４】従来の水熱反応装置の機器系統図である。
【図５】従来の別の水熱反応装置の機器系統図である。
【図６】従来のさらに別の水熱反応装置の機器系統図である。
【符号の説明】
【００２８】
１  供給流体としての被処理廃液
２  供給ライン
３  反応器
４  噴霧ノズル
５  処理水
６  冷却器
７  圧力調整弁
８  逃がしライン
９  処理流体ライン
１０  流体保持手段としてのバッファータンクもしくはＵ字管、アキュムレーター
１１  逃がしライン開閉弁
１２  圧力センサー
２１  ノズル先端開閉バルブ
３１  急冷水
３２  急冷水の供給ライン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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