(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
開閉自在であって、処理対象物を収容し、バッチ式の超臨界水処理を施す第１反応器と、
第１反応器に超臨界水を送水する送水手段と、
第１反応器に酸化剤を送入する第１酸化剤送入手段と、
第１反応器から流出した、未分解物を含む第１反応生成物流体を流入させ、更に超臨界水処理を施す、連続式の第２反応器と、
第２反応器に酸化剤を送入する第２酸化剤送入手段と
を備えていることを特徴とするバッチ式超臨界水反応装置。
【請求項２】
第１反応生成物流体の温度を測定する第１温度計と、
第１温度計による温度測定値に基づいて、第１酸化剤送入手段の酸化剤の送入流量を調整して、第１反応生成物流体の温度が目標温度になるように制御する第１温度制御装置と、
第２反応器から流出した第２反応生成物流体の温度を測定する第２温度計と、第２温度計による温度測定値に基づいて、第２酸化剤送入手段の酸化剤の送入流量を調整して、第２反応生成物流体の温度が目標温度になるように制御する第２温度制御装置と
を備えていることを特徴とする請求項１に記載のバッチ式超臨界水反応装置。
【請求項３】
第２反応生成物流体にアルカリ水溶液を送入して第２反応生成物流体を中和急冷する中和急冷手段を、請求項１にあっては第２反応器の下流に、請求項２にあっては、第２温度計の下流に備えていることを特徴とするバッチ式超臨界水反応装置。
【請求項４】
第２反応生成物流体を冷却する冷却手段と、
冷却した第２反応生成物流体を気液分離する気液分離手段と、
気液分離手段で気液分離して得た液体成分を送水手段に送液して、超臨界水の少なくとも一部とする送液手段と
を、請求項１にあっては第２反応器の下流に、請求項２にあっては第２温度計の下流に、請求項３にあっては中和急冷手段の下流に備えていることを特徴とするバッチ式超臨界水反応装置。
【請求項５】
送液手段が、送液する液体成分中の無機塩を分離する無機塩分離装置を備えていることを特徴とする請求項４に記載のバッチ式超臨界水反応装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バッチ式超臨界水反応装置に関し、更に詳細には、運転が容易かつ安全で、しかも未分解物が生じないように、処理対象物を完全に超臨界水処理するようにしたバッチ式超臨界水反応装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
環境問題に対する認識の高まりと共に、有機物の酸化、分解能力の高い超臨界水反応を利用して、環境汚染物質を分解、無害化する試みが注目されている。すなわち、超臨界水の高い反応性を利用した超臨界水反応により、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、有機塩素系溶剤等を分解して、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である。
その試みの一つとして、最近では、このような有害な有機化合物を含む、様々な下水汚泥、都市ゴミ、産業排水等の液状及び固体状の広義の廃棄物の処理にも、超臨界水反応の利用が試みられている。
【０００３】
超臨界水反応装置とは、超臨界水の高い反応性を利用して有機物を分解する装置であって、例えば、難分解性の有害な有機物を分解して無害な二酸化炭素と水に転化したり、難分解性の高分子化合物を分解して有用な低分子化合物に転化したりするために、現在、その実用化が盛んに研究されている。
超臨界水とは、超臨界状態にある水、即ち、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、酸素や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。
【０００４】
ここで、図３を参照して、従来の超臨界水反応装置の基本的な構成を説明する。図３は従来の超臨界水反応装置の構成を示すフローシートである。
従来の超臨界水反応装置９０は、下水汚泥等の微粒固形物水スラリーを超臨界水反応により処理する装置であって、図３に示すように、超臨界水酸化反応を行う反応器として、チューブ状の長い耐圧密閉型反応器９１を備えている。また、超臨界水反応装置９０は、反応器９１の上流には反応流体を予熱する予熱器９２を、反応器９１の下流には、反応流体と熱交換して反応生成物流体を冷却する熱交換器９３、及び冷却水によって反応生成物流体を冷却する冷却器９４を備えている。
【０００５】
更に、超臨界水反応装置９０は、冷却器９４の下流の反応生成物ライン９５に、反応器９１内の圧力を計測する圧力計９６と圧力調節弁９７とを有し、圧力計９６の計測値に基づいて圧力制御装置９８によって圧力調節弁９７を調節することにより反応器９１内の圧力を制御する。
また、超臨界水反応装置９０は、反応生成物流体をガスとスラリーとに気液分離する気液分離器９９を圧力制御弁９７の下流に備え、更に、気液分離器９９で分離されたスラリー状の反応生成物を固液分離して、無機固形物を反応生成物から分離する固液分離器１００を備えている。
固液分離器１００で分離された無機固形物は、主として、反応物中に含まれ、反応に寄与しなかったものであって、加えて、超臨界水酸化反応により生成した塩を含むこともある。
【０００６】
予熱器９２は、超臨界水反応により処理する無機固形物を含む有機物、例えば下水汚泥と、酸化剤の空気とからなる反応物が流れる内管と、反応物を加熱する熱媒が流れる外管とからなる二重管式熱交換器として構成されている。
反応器９１は、反応物に対する超臨界水反応の反応時間を確保するために、チューブ状の長尺の反応器であって、その全域に超臨界水を滞留させて、超臨界水領域を構成している。反応温度にまで予熱された反応流体は、予熱器９２に近い反応器入口から反応器９１に入り、超臨界水反応して、反応生成物流体として反応器出口から流出する。
【０００７】
熱交換器９３は、反応器９１から流出した反応生成物流体が流れる内管と、反応生成物流体により加熱される熱媒が流れる外管とからなる二重管式熱交換器として、冷却器９４は、熱交換器９３を経て降温した反応生成物流体が流れる内管と、反応生成物流体を冷却する冷媒体が流れる外管とからなる二重管式熱交換器として、それぞれ、構成されている。
熱交換器９３で反応生成物流体により加熱された熱媒が予熱器９２に入って反応物流体を予熱するように、熱交換器９３の外管と予熱器９２の外管とは、熱媒配管１０１により接続されている。
【０００８】
反応物流体、例えば下水汚泥を送入する被処理液ライン１０２が予熱器９２の内管に接続され、被処理液ライン１０２には、有機物を酸化する酸化剤、例えば空気を送入する空気ライン１０３が合流している。
下水汚泥は下水汚泥ポンプ１０４により、空気は空気圧縮機１０５により、それぞれ、被処理液ライン１０２及び空気ライン１０３に圧入される。
下水汚泥と空気とからなる反応物流体は、予熱器９２で超臨界水酸化反応の開始温度まで予熱され、次いで反応器９１に入り、反応器９１の入口から出口に向かって流れる過程で、反応物流体中の有機物が、超臨界水反応により、主として、水と窒素と二酸化炭素とに転化し、反応生成物として反応器９１から流出する。反応器９１は、反応開始温度から反応温度までの加熱を下水汚泥中の有機物の酸化熱で賄い、その後、完全な分解反応に必要な時間を有するように長さが決定されている。反応生成物流体は、熱交換器９３の内管に入り、熱媒を加熱して自身は降温し、次いで冷却器９４の内管に流入し、冷媒体、例えば冷却水により冷却されて流出する。
【０００９】
冷却器９４の内管の出口には、反応生成物ライン９５が接続され、圧力制御弁９７を経て、気液分離器９９に接続されている。
気液分離器９９では、反応生成物は、気液分離され、ガス状の反応生成物とスラリー状の反応生成物とに分離される。ガス状の反応生成物は、大気放出又は次の処理工程に移行し、スラリー状の反応生成物は、固液分離器１００に導入される。スラリー状の反応生成物は、固液分離器１００で液状の処理液と無機固形物とに固液分離され、それぞれ、外部に送出される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来、実用化されつつある超臨界水反応装置は、上述のように、連続式の反応装置であって、ベンチ・スケール等の実験装置を除いて実用的なバッチ式超臨界水反応装置は、現状では、種々の技術的な問題から実現されていない。
一方、超臨界水処理すべき対象物は、近年の環境汚染の拡がりに合わせて、種々雑多になっており、必ずしも連続式の反応装置で処理することができないような、汚染固形物、汚染土壌も処理する必要に迫られている。
【００１１】
固形物を連続式の反応装置で処理する場合には、汚染固形物を粉砕してスラリー化することが必要であるが、汚染固形物によっては粉砕することが技術的に難しいものもある。
また、仮に汚染固形物を粉砕してスラリー化できたととしても、次のようなスラリー固有の問題がある。
第１には、粉砕された固形物が、沈降分離したり、浮上分離したりするために、固形物水スラリーを安定して連続式反応装置に送入することが難しいことが多い。
第２には、固形物を処理した際、上述のように固形物に含まれる無機物は超臨界水反応に与からないので、処理液と共に流出させることが、連続運転を継続する上で重要であるが、連続式反応装置では、無機物、又は無機物に由来する無機塩の排出が容易でない。
第３には、スラリーを取り扱う機器として特殊な機器を必要とし、市販品がないという問題、更には、スラリーを取り扱う機器の損傷が激しくて、短寿命のために、経済性に問題がある。
【００１２】
そこで、被処理物をバッチ式で反応器に投入し、バッチ式の超臨界水処理を行うことが必要になっている。
また、バッチ式反応器は、バッチ毎に反応容器を開放するので、残留無機物又は無機塩の排出が容易であるという優れた利点を有する。
そこで、以上の状況から、本発明の目的は、運転が容易で実用的なバッチ式超臨界水反応装置を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、従来、実用的なバッチ式超臨界水反応装置を実現できない技術的な問題点を研究した結果、問題点は次の事項に集約されることを見い出した。
第１の問題点として、超臨界水反応条件、例えば温度６００℃、圧力２５ＭＰａ下では、超臨界水の密度が、約０．０７ｇ／cm3 であって、通常の水に比べて著しく小さく、従って、処理対象物、水、、酸化剤及び補助燃料等を最初から反応器に入れて処理するならば、極めて容積の大きな反応容器が必要になって、設備費が嵩むので、装置の経済性が問題となる。
【００１４】
第２には、固形物を処理対象にしたバッチ式超臨界水処理では、充填する固形物量が多過ぎると、反応器の反応温度及び反応圧力が高くなり過ぎるので、反応器容量に比べて、処理対象物である固形物の充填量を制限せざるを得ないという、第１の問題に関連する問題がある。
【００１５】
第３の問題点は、反応器に投入する処理対象物と水との量的なバランスを正確に決めることが難しいことである。その結果、次に述べるように、反応温度の制御が難しいことである。
酸化反応開始温度をＴS 、超臨界水酸化反応温度をＴR とし、反応器の質量をＷｋｇ、反応器に投入した処理対象物、水、及び酸素ガスの質量をそれぞれＸｋｇ、Ｙｋｇ、及びＺｋｇする。また、反応器構成部材の平均比熱をＣpwｋｃａｌ／ｋｇ℃、反応器に投入した処理対象物、水、及び酸素ガスの平均比熱をそれぞれＣpxｋｃａｌ／ｋｇ℃、Ｃpyｋｃａｌ／ｋｇ℃、及びＣpzｋｃａｌ／ｋｇ℃とし、処理対象物の単位質量当たりの発熱量をＨｋｃａｌ／ｋｇとする。
処理対象物の総発熱量ＸＨは、上述の因子と次式の関係にある。但し、ｑは反応器から放熱された熱量である。
ＸＨ＝（Ｙ・Ｃpy＋Ｘ・Ｃpx＋Ｚ・Ｃpz＋Ｗ・Ｃpw）（ＴR −ＴS ）＋ｑ
【００１６】
従って、上述の式を満足させるように、放熱させることができないと、反応器内の温度が上昇し、反応の暴走等の恐れが多い。換言すれば、反応器内の温度を制御することが難しい。また、同じ反応器を使って処理対象固形物の量Ｘを増大させるには、放熱量ｑを増大させる必要がある。
しかし、バッチ式超臨界水反応器では、反応の進行を外部から制御する手段が乏しく、反応器内の温度が主として超臨界水反応の進行に委ねられるので、反応器内の温度を制御することは、技術的に極めて難しい。
【００１７】
第４には、超臨界水反応が進行するに応じて、ＣＯ2 ガス或いはＮ2 ガス等がが発生して、反応器内の圧力が上昇し、その制御が難しいことである。
【００１８】
そこで、本発明者は、第１の問題点は、セミバッチ式超臨界水反応器を設けることにより、第２の問題は第１反応器で比較的多量の固形物をバッチ式で前処理的に超臨界水処理し、次いで第１反応器から流出した未分解物を含む反応生成流体を第２反応器で最終的に完全に超臨界水処理することにより解決することにした。
また、第３の問題点は、反応器から流出する処理液の温度を測定し、その温度に基づいて酸化剤の流量を調節して反応器の温度を制御することにより、及び第４の問題点は、発生したＣＯ2 ガス或いはＮ2 ガス等を処理液とともに流出させることにより、それぞれ、解決することを着想し、実験を重ねて、本発明を完成する到った。
【００１９】
上記目的を達成するために、上記知見に基づいて、本発明に係るバッチ式超臨界水反応装置は、開閉自在であって、処理対象物を収容し、バッチ式の超臨界水処理を施す第１反応器と、
第１反応器に超臨界水を送水する送水手段と、
第１反応器に酸化剤を送入する第１酸化剤送入手段と、
第１反応器から流出した、未分解物を含む第１反応生成物流体を流入させ、更に超臨界水処理を施す、連続式の第２反応器と、
第２反応器に酸化剤を送入する第２酸化剤送入手段と
を備えていることを特徴としている。
【００２０】
本発明では、送水手段及び第１酸化剤送入手段により超臨界水及び酸化剤を送入しつつ、第１反応器内に収容された処理対象物に超臨界水処理を施す結果、超臨界水反応の反応生成物を含む第１反応生成物流体が、第１反応器から流出する。
第１反応器では、超臨界水反応を完全に終結させることは難しいので、どうしても、第１反応器から流出する第１反応生成物流体は、未分解物を含み勝ちである。本発明で、未分解物とは、超臨界水処理を施すことにより、更に分解されて、窒素、二酸化炭素、酸、水等を生成する物質を言い、環境的に有害成分であることが多い。
そこで、第１反応器に直列に接続された第２反応器を設け、第１反応器から流出した未分解物を含む反応生成流体を第２反応器で最終的に完全に超臨界水処理することにより、第１反応器での超臨界水処理の反応条件を過酷にすることなく、第１反応器に比較的多量の固形物を充填し、完全に超臨界水処理を施すことができる。
【００２１】
本発明の好適な実施態様では、第１反応生成物流体の温度を測定する第１温度計と、
第１温度計による温度測定値に基づいて、第１酸化剤送入手段の酸化剤の送入流量を調整して、第１反応生成物流体の温度が目標温度になるように制御する第１温度制御装置と、
第２反応器から流出した第２反応生成物流体の温度を測定する第２温度計と、第２温度計による温度測定値に基づいて、第２酸化剤送入手段の酸化剤の送入流量を調整して、第２反応生成物流体の温度が目標温度になるように制御する第２温度制御装置と
を備えている。
【００２２】
本実施態様では、前述したように、第１及び第２反応器から流出する反応生成物流体の温度を測定し、その温度に基づいて酸化剤の流量を調節することにより、第１及び第２の反応器の温度を制御している。
【００２３】
好適には、第２反応生成物流体にアルカリ水溶液を送入して第２反応生成物流体を中和急冷する中和急冷手段を適所に備えている。
これにより、第２反応生成物流体が酸性の場合に、第２反応生成物流体による冷却手段、気液分離手段、送液手段等の腐食を防止することができる。
【００２４】
実用的には、本発明に係るバッチ式超臨界水反応装置は、第２反応生成物流体を冷却する冷却手段と、
冷却した第２反応生成物流体を気液分離する気液分離手段と、
気液分離手段で気液分離して得た液体成分を送水手段に送液して、超臨界水の少なくとも一部とする送液手段と
を適所に備えている。
これにより、液体に関し、閉システムを構成することができるので、排液等による環境汚染が発生しない。
また、アルカリ剤により第２反応生成物流体を中和する場合には、送液手段が、送液する液体成分中の無機塩を分離する無機塩分離装置を備えている。
無機塩分離装置は、液体成分中の無機塩を分離することができる限り、その種類、型式等は問わず、例えばイオン交換樹脂装置を好適に使用することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下に、添付図面を参照し、実施形態例を挙げて本発明の実施の形態を具体的かつ詳細に説明する。
実施形態例１
本実施形態例は、本発明に係るバッチ式超臨界水反応装置の実施形態の一例であって、図１は本実施形態例のバッチ式超臨界水反応装置の構成を示すフローシートである。
本実施形態例のバッチ式超臨界水反応装置１０（以下、反応装置１０と言う）は、粉砕し難い有機性固形物を超臨界水反応によりバッチ式で処理する装置である。
反応装置１０は、図１に示すように、バッチ式の超臨界水処理を施す第１反応器１２と、第１反応器１２から流出した、未分解物を含む第１反応生成物流体を流入させ、更に超臨界水処理を施すために、第１反応器１２に直列に接続された連続式の第２反応器１４と、第１反応器１２に超臨界水を送入する送水手段１６と、第１反応器１２及び第２反応器１４に酸化剤として空気を送入する空気圧縮機１８と、第２反応器１４から流出した第２反応生成流体を冷却し、気液分離する反応生成物流出系統２０とを備えている。
【００２６】
第１反応器１２は、処理対象物を内部に収容し、超臨界水処理を施す、開閉自在なオートクレーブ式の反応器であって、反応器内部に処理対象物を支持し、生成反応物及び超臨界水を通過させる目板状の支持板２１と支持板２１上の処理対象物が分散しないように一か所に保持する内筒２２とを有する。
第２反応器１４は、第１反応器１２の第１反応器出口管２４に接続された連続式の反応器であって、チューブ型でも、容器型でも良い。
送水手段１６は、水を収容した水タンク２６と、水タンク２６に収容された水を送水する送水ポンプ２８と、送水ポンプ２８によって送水された水を加熱する加熱炉３０とを備え、送水管３２を介して超臨界水を第１反応器１２に送水する。
【００２７】
空気圧縮機１８は、吐出配管に設けた流量制御弁を調節することによって空気の送入流量を容易に制御できる型式の圧縮器であって、第１空気供給管３４と送水管３２とを介して第１反応器１２に、及び、第２空気供給管３６と第１反応器出口管２４とを介して第２反応器１４に、それぞれ、酸化剤として空気を送入する。
空気圧縮機１８の送入流量は、次に説明するように、反応生成物流体の温度に基づいて温度制御装置により調整される。
即ち、反応装置１０は、第１反応器１２及び第２反応器１４に送入する空気量を調整して、それぞれ、第１反応器１２内の温度、及び第２反応器内の温度を制御する第１温度制御装置３８及び第２温度制御装置４０を備えている。
【００２８】
第１温度制御装置３８は、第１反応器出口管２４に設けられた第１温度計４２の温度測定値に基づいて、空気圧縮機１８の吐出側の第１空気供給管３４に設けた第１流量調節弁４４の弁開度を調節して第１反応器１２に送入する空気の流量を調整し、第１反応器１２内の温度を所定温度に制御する。
即ち、第１温度計４２の温度測定値が所定温度より高いときには、空気の流量を減少して第１反応器１２内の超臨界水反応の進行を抑制し、第１温度計４２の温度測定値が所定温度より低いときには、空気の流量を増大して超臨界水反応の進行を促進する。通常、第１反応器の目標温度は５００〜５５０℃程度である。
【００２９】
第２温度制御装置４０は、第２反応器出口管４６に設けられた第２温度計４８の温度測定値に基づいて、空気圧縮機１８の吐出側の第２空気供給管３６に設けた第２流量調節弁５０の弁開度を調節して第２反応器１４に送入する空気の流量を調整し、第２反応器１４内の温度を所定温度に制御する。
即ち、第２温度計４８の温度測定値が所定温度より高いときには、空気の流量を減少して超臨界水反応の進行を抑制し、第２温度計４８の温度測定値が所定温度より低いときには、空気の流量を増大して超臨界水反応を完結させる。第２反応器１４の目標温度は、６００〜６５０℃程度であり，必要に応じて外部から補助燃料を投入してもよい。
【００３０】
反応生成物流出系２０は、第２反応器１４から流体を流出させる第２反応器出口管４６に設けられ、第２反応器１４から流出した反応生成物流体を冷却する冷却器５２と、冷却器５２の下流に設けられた気液分離器５４と、気液分離器５４の圧力、従って間接的に第２反応器１４、更には第１反応器１２の圧力を制御する圧力制御装置５６と、気液分離器５４の液面を制御する液面制御装置５８とを備えている。
【００３１】
気液分離器５４は、第２反応器１４から流出した第２反応生成物流体を気液分離してガス成分と水成分とに分離する。ガス成分は、気液分離器５４の頂部に接続されたガス放出管６０を経て大気に放出される。
圧力制御装置５６は、ガス放出管６０に設けられた圧力計６２の計測値に基づいて圧力調節弁６４の弁開度を調節し、気液分離器５４の圧力を所定圧力になるように制御する。
また、第１反応器出口管２４には、ガス成分中のＣＯガス濃度を測定するために、ＣＯ濃度計６６が設けてある。またガス放出管６０にもＣＯ濃度計６７を設けてもよい。
【００３２】
液面制御装置５８は、気液分離器５４から水成分を流出させる液体流出管６８に設けた流量調節弁７０の弁開度を調節することにより、気液分離器５４の液面を制御する。
【００３３】
更に、反応装置１０は、第２反応器出口管４６にアルカリ水溶液を注入する設備を備えている。アルカリ水溶液の注入設備は、アルカリ水溶液タンク７２と、アルカリ水溶液ポンプ７４と、第２反応器出口管４６に接続されたアルカリ水溶液注入管７６とを備え、アルカリ水溶液ポンプ７４によってアルカリ水溶液タンク７２からアルカリ水溶液をポンピングしてアルカリ水溶液注入管７６を介して第２反応器出口管４６に注入する。アルカリ水溶液を注入することにより、第２反応生成物流体を中和急冷することができる。
特に、第２反応器１４から流出した第２反応生成物流体が酸性の場合には、アルカリ水溶液を注入して中和すると共に急冷することが好ましい。
【００３４】
次に、図１を参照して、本実施形態例のバッチ式超臨界水反応装置１０を運転する方法を説明する。
先ず、第１反応器１２を開放して、バッチ運転１回分の処理対象物を内筒２２内の支持板２１上に載せ、第１反応器１２を閉止する。なお、処理対象物がスラリ状の流体である場合には、第１反応器１２を開放しないで、そのまま、送水管３２等を介して充填することもできる。
次いで、送水ポンプ２８を起動して水タンク２６から水を送水管３２を介して加熱炉３０に送り、加熱して第１反応器１２に供給する。
第１反応器１２から流出した水は、第２反応器１４及び冷却器５２を通って気液分離器５４に入る。次いで、気液分離器５４から抜き出した水を、図示しない循環手段によって、送水ポンプ２８からの水と合流させ、加熱炉３０で加熱して反応器１２に入れ、徐々に循環を開始する。
循環の水量が増加するにつれて、送水ポンプ２８による送水量を減少させ、最終的には、ガス放出管６０からガスと共に系外に流出する水の量だけ、送水ポンプ２８により補充することになる。
【００３５】
第１温度計４２で測定した温度が３７０℃に到達した時点で、空気圧縮機１８を起動して、第１空気供給管３４び送水管３２を経由して空気を第１反応器１２に送入する。なお、システム圧力を一定にするために、スタートアップ時から空気圧縮機１８を運転するようにしても良い。また、第１反応器、第２反応器ともに外部に設置した電気炉等の加熱手段により、所定の温度まで昇温することもできる。この場合、外部加熱手段として電気炉の他、熱媒加熱等も用いることができる。
次いで、第１温度制御装置３８を動作させて、第１温度計４２で測定した温度が所定温度になるように、第１流量調節弁４４の弁開度を調整して、第１反応器１２に送入する空気量を調節する。
【００３６】
第１反応器１２内の条件が超臨界水反応の条件に到達すると、超臨界水反応が開始され、徐々に進行する。第１反応器１２から流出する第１反応生成物流体中には、未分解物が残留するので、第１反応生成物流体に対して第２反応器１４で更に超臨界水処理を施す。
なお、分解対象物中に無機塩類を含む場合は、無機塩類が溶解して第２反応器１４に流入することを防ぐため、予め第１反応器１２を外部加熱手段で臨界温度以上に昇温させて後に第１反応器１２に水を流入することもできる。
超臨界水反応の進行と共に第２反応器出口管４６から流出する流体は、ガス成分、例えばＣＯ2 ガスを同伴するようになり、冷却器５２で冷却された後、気液分離器５４で分離され、圧力制御装置５６の制御下で、ガス放出管６０に介して放出される。
【００３７】
第１反応器出口管２４に設けたＣＯガス濃度計６６におけるＣＯガス濃度が検出されないようになると、反応器１２内の超臨界水反応が終点に達したとと判定できる。
また、第１反応器出口管２４にＴＯＣ分析計（図示せず）を設け、ＴＯＣ分析計におけるＴＯＣ濃度が検出されないようになると、同じく、第１反応器１２内の超臨界水反応が終点に達したと判定できる。なお、ＣＯガス濃度計６６及びＴＯＣ分析計のいずれか一方の測定値が、一定の値に達すると、第１反応器１２内の超臨界水反応が終点に達したとと判定できるが、双方の測定値が一定の値に達したときに終点と判定する方がより確実である。  なお、ガス放出管６０に設けたＣＯ濃度計６７により、放出ガス中にＣＯガスがないことを確認することが好ましい。
超臨界水反応が終点に達した時点で、バッチ式超臨界水反応装置１０全体の圧力を降圧し、次いで第１反応器１２を開放する。
なお、第１反応器出口管２４にＣＯガス濃度計６６あるいはＴＯＣ分析計を設置しないでも、別途、小型基礎試験器により予め反応試験を行い、その結果から反応終結時間を予測することもできる。
【００３８】
実施形態例２
本実施形態例は、本発明に係るバッチ式超臨界水反応装置の実施形態の別の例であって、図２は本実施形態例のバッチ式超臨界水反応装置の構成を示すフローシートである。
本実施形態例のバッチ式超臨界水反応装置８０（以下、反応装置８０と言う）は、実施形態例１と同様に、粉砕し難い有機性固形物を超臨界水反応によりバッチ処理する装置である。
反応装置８０は、図２に示すように、気液分離器５４から流出する水成分から無機塩を分離処理する無機塩分離装置８２を備え、無機塩分離処理した水成分を超臨界水の補給水として使用することを除いて、実施形態例１と同じ構成を備えている。
【００３９】
反応装置８０の要部は、図２に示すように、ブースタ・ポンプ８４を流量調節弁７０の上流の液体流出管６８に備えて、気液分離器５４中の水成分を無機塩分離装置８２に送入し、そこで無機塩を分離した後、更に循環管８６を介して送水管３２に送る。
無機塩分離装置８２は、液体中の無機塩を分離する装置であって、例えばイオン交換樹脂装置である。
【００４０】
本実施形態例の反応装置８０の運転は、実施形態例１の反応装置１０と同様であって、ブースタ・ポンプ８４、無機塩分離装置８２及び循環管８６を介して、気液分離器５４で分離した水成分を送水管３２に循環する。
【００４１】
実施形態例１及び２では、第１反応器出口管２４は、第１反応器１２の底部と、第２反応器１４の頂部とを接続しているが、第１反応器１２と第２反応器１４との接続方式は、必ずしも、これに限られることはなく、例えば、第１反応器出口管は、第１反応器１２の外壁と内筒２２との環状部に連通する箇所と第２反応器１４の頂部とを接続しても良い。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によれば、超臨界水処理を施すバッチ式反応器と、バッチ式反応器の下流に連続式反応器とを備えることにより、処理対象物をバッチ式反応器によって前処理的に超臨界水処理し、次いで連続式反応器によって未分解物が残らないように完全に超臨界水処理することができる。
また、第１反応生成物流体の温度測定値に基づいて、温度制御装置により第１反応器への酸化剤の送入流量を調整して、流体の温度が目標温度になるように、第１反応器内の温度を制御することにより、運転が容易で安全なバッチ式超臨界水反応装置を実現している。
更には、反応器から流出した流体を気液分離する気液分離器を反応器流出系に設け、分離された液体を加熱した後、超臨界水の少なくとも一部として反応器に送水することにより、循環経路を確立して、バッチ運転を容易にしている。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態例１のバッチ式超臨界水反応装置の構成を示すフローシートである。
【図２】実施形態例２のバッチ式超臨界水反応装置の構成を示すフローシートである。
【図３】従来の超臨界水反応装置の構成を示すフローシートである。
【符号の説明】
１０  実施形態例１のバッチ式超臨界水反応装置
１２  第１反応器
１４  第２反応器
１６  送水手段
１８  空気圧縮機
２０  反応生成物流出系統
２２  目板状の支持板
２４  第１反応器出口管
２６  水タンク
２８  送水ポンプ
３０  加熱炉
３２  送水管
３４  第１空気供給管
３６  第２空気供給管
３８  第１温度制御装置
４０  第２温度制御装置
４２  第１温度計
４４  第１流量調節弁
４６  第２反応器出口管
４８  第２温度計
５０  第２流量調節弁
５２  冷却器
５４  気液分離器
５６  圧力制御装置
５８  液面制御装置
６０  ガス放出管
６２  圧力計
６４  圧力調節弁
６６  ＣＯ濃度計
６８  液体流出管
７０  流量調節弁
７２  アルカリ水溶液タンク
７４  アルカリ水溶液ポンプ
７６  アルカリ水溶液注入管
８０  実施形態例２のバッチ式超臨界水反応装置
８２  無機塩分離装置
８４  ブースタ・ポンプ
８６  循環管
９０  従来の連続式超臨界水反応装置
９１  耐圧密閉型反応器
９２  予熱器
９３  熱交換器
９４  冷却器
９５  反応生成物ライン
９６  圧力計
９７  圧力制御弁
９８  圧力制御装置
９９  気液分離器
１００  固液分離器
１０１  熱媒配管
１０２  被処理液ライン
１０３  空気ライン
１０４  下水汚泥ポンプ
１０５  空気圧縮機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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