(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮された有機物質のための注入口および少なくとも液相の排出物のための排出口を有すると共に注入された有機物質を超臨界水酸化法で処理する反応容器（２）へ、流体中に分散された粒子状の有機物質を注入するための装置であって、
前記装置は、可動アセンブリ（２９）が配置されることにより物質圧縮空間（３２）と液圧圧縮空間（３４）とからなる二つの可変容積に密封状態で分割される内部容積を持つ本体（２６）を含むとともに、前記物質圧縮空間（３２）の注入口に設けられて処理される前記有機物質の均質化を可能にするタービン（４６）を含み、
前記装置は、前記反応容器の前記注入口及び前記排出口と前記装置との連通を制御するバルブを介して、前記反応容器に接続されており、
前記反応容器の前記排出口と前記装置とが前記バルブを介して連通するとき、前記反応容器の排出口からの液体が前記液圧圧縮空間（３４）に流入することにより、前記物質圧縮空間（３２）が圧縮されることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記可動アセンブリ（２９）がベローズまたは可動ピストンで構成されることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記タービン（４６）が磁気駆動されることを特徴とする、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記可動アセンブリ（２９）の運動を追跡するための運動追跡装置（３８）を含むことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
前記本体（２６）の壁（２８）に固定されたガイド管（３６）と、前記可動アセンブリ（２９）に固定されるとともに前記ガイド管（３６）の中を摺動するガイド軸（３３）とを含むことを特徴とする、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記可動アセンブリ（２９）の前記運動追跡装置（３８）が、前記ガイド管（３６）における前記ガイド軸（３３）の位置を示す磁気装置であることを特徴とする、請求項４または５に記載の装置。
【請求項７】
処理される有機物質のための注入口（８）と、酸化性気体混合物、例えば動作圧力まで圧縮された空気のための注入口（４）と、液体および気体排出物のための排出口（１０）とを有する反応容器（２）と、前記処理される有機物質のための前記注入口（８）に接続された有機物質の注入装置（２４）とを含む、有機物質を処理するための設備であって、前記注入装置（２４）が請求項１〜６のいずれか１項に記載の装置であり、該装置の可変の前記液圧圧縮空間（３４）が前記反応容器（２）の前記排出口（１０）に接続され、前記反応容器（２）を出る前記排出物を液相と気相とに分離する液体／気体分離器（１４）を含み、前記液相が前記装置の前記液圧圧縮空間（３４）へ送られ、容量ポンプ（１６）により、前記液相が前記液圧圧縮空間（３４）へ送られることを特徴とする、設備。
【請求項８】
前記液体／気体分離器（１４）を出る前記排出物の前記気相がタービンまたは気体モータ（６４）へ送られることを特徴とする、請求項７に記載の設備。
【請求項９】
前記タービンまたは気体モータ（６４）が、前記反応容器（２）に加えられる前記酸化性気体混合物を圧縮する空気圧縮ユニット（６）を少なくとも部分的に駆動することを特徴とする、請求項８に記載の設備。
【請求項１０】
１台が充填段階にある間、他の１台が注入段階にある２台の注入装置を含むことを特徴とする、請求項７〜９のいずれか１項に記載の設備。
【請求項１１】
前記有機物質が、流体中に分散された粒子状の固体であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の装置、または請求項７〜１０のいずれか１項に記載の設備。
【請求項１２】
請求項７〜１０のいずれか１項による設備で有機物質を処理するための超臨界水酸化法であって、
前記処理される有機物質を圧縮するための前記物質圧縮空間（３２）が充填されるステップと、
前記装置の前記液圧圧縮空間（３４）を前記反応容器の前記排出口（１０）と連通させることにより、前記処理される有機物質が注入され、圧力が印加されるステップと、
前記物質圧縮空間（３２）が空になるまで前記有機物質の注入が継続するステップと、
前記液圧圧縮空間（３４）と前記反応容器（２）との間の連通を遮断するとともに、前記液圧圧縮空間（３４）内の液体を排出できるようにすることにより、前記液圧圧縮空間（３４）が減圧されるステップとを含み、前記有機物質が大流量の遠心ポンプ（４２）により前記物質圧縮空間（３２）へ追加される、サイクルを特徴とする超臨界水酸化法。
【請求項１３】
前記遠心ポンプ（４２）の流量が、前記反応容器（２）で処理される前記有機物質の注入量の１０〜２０倍であることを特徴とする、請求項１２に記載の超臨界水酸化法。
【請求項１４】
前記サイクルの時間が５〜１０分の範囲であることを特徴とする、請求項１２または１３に記載の超臨界水酸化法。
【請求項１５】
固体有機物の浮遊粒子を含む有機物の注入に使用される超臨界水酸化法であって、前記浮遊粒子の最大サイズが、回路および遮断部材における最小通路の直径の約３分の１であることを特徴とする、請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の超臨界水酸化法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水圧縮処理プロセスにおいて反応容器へ物質を注入するための装置に関する。
【０００２】
また、本発明は、処理される有機物質のための注入口と、動作圧力まで圧縮された酸化性気体混合物、例えば空気のための注入口と、液体および気体排出物のための排出口と、処理される有機物質のための注入口に接続された、物質を注入するための装置とを有する反応容器を備える、有機物質を処理するための設備にも関する。
【０００３】
また、本発明による設備で有機物質を処理するための方法にも関する。
【背景技術】
【０００４】
廃棄物処理のための圧縮方法の分野には、反応媒体に水を用いる方法として、大きく分けて二種類、すなわち、湿式空気酸化法（ＷＡＯ）と、水熱酸化法または超臨界水酸化法（ＳＣＷＯ）とがある。ＷＡＯは、水の臨界条件を下回る温度および圧力条件を特徴とする。そのため、二相状態で作動して、ＳＣＷＯの場合よりも１または２倍程度の規模の無機化速度が得られる。
【０００５】
超臨界水酸化法（ＳＣＷＯ）は、２２１バールおよび３７４℃より高い圧力および温度条件での水の特質を利用し、特に低誘電率を利用して疎水性化合物の可溶化を可能にし、また低密度および低粘度を利用してあらゆる比率での気体化合物との混合を可能にする。得られる反応媒体は、酸素と、無機化反応で燃料と酸化物として作用する有機化合物との間の完全に均質な混合を可能にし、この混合は、媒体のもつ温度により自然に発生する。Ｏ２、ＣＯ２、Ｎ２などの気体は、多くのアルカンのように水中で完全に溶融する。焼却炉や湿式空気酸化法の場合のような低温または低圧で一般的に観察される相間移動の制約がなく、燃焼を発生させることが可能であり、１分未満の滞留時間内で有機基質を完全に無機化できる。そのためＳＣＷＯ法は、有機基質を完全に破壊する必要がある有機廃棄物の処理に特に適している。
【０００６】
しかしながら、これらの技術を用いる者が直面する問題の一つに、流体に分散された粒子状の固体を含有する排出物を処理できないという問題がある。これらの高圧方法は、システム上連続しており、結果的にポンプ供給可能な液状の排出物に限定される。しかし、７μｍより大きな直径を持つ粒子は高圧ポンプに流入できない。つまりその吐出圧力は、通常ポンプが使用される１００バールより高いのであり、そのため、水圧縮の酸化法は、処理される流れの種類に大きく左右される。このように、処理する流れが浮遊粒子固体を含有するというだけで、用途が制限されてしまう。
【０００７】
その上これらの方法は、流体を動作圧力まで圧縮するのにエネルギー消費が必要である。この要求は大流量を用いる方法には制約となり、それゆえ特殊な産業廃棄物を処理する競合方法に直面すると、ＳＣＷＯ法は操業コストの点では概してほとんど競争力がない。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の主題は、まさにこれらの欠点を克服する、廃棄物（有機物質）処理のための注入装置と注入設備と水圧縮法である。これは、包括的に水圧縮法と呼ばれるＷＡＯ法とＳＣＷＯ法の両方に適用される。しかし、本発明を好ましく活用できるのはＳＣＷＯ法である。本発明の実施は、高温・高圧のＳＣＷＯ動作条件ではさらに好都合となる。
【０００９】
本発明では、反応容器へ有機物質を注入するための装置は内部容積を有する本体を含み、その中に可動アセンブリが配置されていて、前記内部容積を二つの可変容積、すなわち物質圧縮空間と液圧圧縮空間とに密封状態で分割するとともに、前記物質圧縮空間の注入口に設置されるタービンを備え、処理される有機物質を均質化できるという事実によってこれらの目的を達成する。可動アセンブリは、ベローズまたは可動ピストンで構成されると好都合である。
【００１０】
これらの特徴により、浮遊物質を注入するための装置は、流体循環システムに、特に廃棄物の通る範囲に高圧ダイナミックシールを使用しない。そのため、３００バールまでの圧力で浮遊物質を含有する廃棄物を注入することが可能である。また、市販のピストンポンプと異なり、漏出の危険に対して強い。
【００１１】
タービンは磁気駆動されることが好ましい。
【００１２】
装置が、可動アセンブリの運動を追跡する運動追跡装置を備えていると好ましい。一実施例では、これは本体の壁に固定されて可動アセンブリの運動方向に対して垂直に配置された軸線を持つガイド管と、可動アセンブリに固定されてガイド管内を摺動するガイド軸とを含む。可動アセンブリの運動を追跡するための運動追跡装置は、例えば、ガイド管内のガイド軸の位置を示す磁気装置である。これは、充填および排出のサイクルを調整するために使用される。
【００１３】
有機物質を処理するための設備は、処理される有機物質のための注入口と、酸化性気体混合物、例えば動作圧力まで圧縮された空気のための注入口と、液体および気体排出物のための排出口とを持つ反応容器と、処理する有機物質のための注入口に接続された、処理される有機物質を注入するための注入装置とを含む。この注入装置は本発明に従っており、その可変の液圧圧縮空間は、反応容器の液体および気体排出口に接続される。
【００１４】
液体／気体分離器は、反応容器から出される液体および気体排出物を液相と気相とに分離することができ、液相は注入装置の液圧圧縮空間に送られる。
【００１５】
そのため、処理される有機物質は、等液圧伝達により、すなわち液圧流体として水性排出物を用いる容量ポンプを介して、反応容器へ導入される。この運動を実行するための消費電力は、同一の流量で大気圧から動作圧力まで流体を圧縮するのに必要な消費量と比較してきわめて低い。
【００１６】
本発明の他の好都合な特徴によれば、液体／気体分離器から導出された液体および気体排出物の気相は、ガスタービンに加えられる。これにより、この気相に含まれる圧力エネルギーを回収できる。ガスタービンは、例えば反応容器に加えられる酸化性気体混合物の圧縮ユニットを駆動するのに使用できる。
【００１７】
このように、高圧の液体および気体排出物に含まれる空気力から最大の長所が得られ、本方法の気流を発生させるのに必要な電力を減少させる。
【００１８】
本発明の他の好都合な特徴によれば、本設備は、１台が充填段階にある間、他の１台が注入段階にある２台の注入装置を備える。
【００１９】
この構成により、有機物質すなわち廃棄物の反応容器への注入における不連続性をなくすことが可能である。２台の注入装置は共通の要素、すなわち有機物質のための循環ポンプと、液圧流体を循環させるための容量ポンプと、反応容器と、を使用する。
【００２０】
有機物質は、流体中に分散された粒子形状の固体であると好都合である。
【００２１】
本発明の設備において有機物質を処理するための超臨界水酸化法は、前記処理される有機物質を圧縮するための前記物質圧縮空間が充填されるステップと、前記装置の前記液圧圧縮空間を前記反応容器の前記排出口と連通させることにより、前記処理される有機物質が注入され、圧力が印加されるステップと、前記物質圧縮空間が空になるまで前記有機物質の注入が継続するステップと、前記液圧圧縮空間と前記反応容器との間の連通を遮断するとともに、前記液圧圧縮空間内の液体を排出できるようにすることにより、前記液圧圧縮空間が減圧されるステップとを含み、前記有機物質が大流量の遠心ポンプにより前記物質圧縮空間へ追加される、サイクルを特徴とする。それから同サイクルが再開され、処理される有機物質を物質圧縮空間に充填する作用によって、液圧圧縮流体を容器へ排出する。
【００２２】
処理される有機物質は、高処理量の遠心ポンプによって、例えば処理される有機物質の反応容器への注入速度の例えば１０から２０倍で加えられる。サイクルの継続時間は、特に遮断部材の疲労を防止するため、５〜１０分程度であることが好ましい。
【００２３】
本発明の他の特徴と長所は、例示のみを目的として記載された以下の実施例の詳細な説明と図面を参照して読むと、さらに明らかになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
廃棄物（有機物質）を処理するための設備と超臨界水酸化法について述べる。反応は反応容器２で行われる。この反応容器２は通常のタイプのものである。例えば、仏国特許出願公開第２８１４９６７号明細書に記載されているように、管形の本体と本体内部に配置された内部体とを含む長円筒形の反応容器を使用しうる。反応容器２は本発明の一部ではないので、これ以上詳細には説明しない。
【００２５】
反応容器２には、注入口４を介して圧縮空気が公称流量で供給される。空気は、大気から、または廃棄物貯蔵タンクの上部空間から高圧コンプレッサである空気圧縮ユニット６により反応エリアへ直接注入されて、再生を可能にする。
【００２６】
反応容器２には、注入口８を介して圧力下にある公称流量の廃棄物が供給される。気体および液体排出物は排出口１０を介して、塩水は排出口１２を介して反応容器２から排出される。この塩水は初期廃棄物の無機成分の大部分を含有している。反応容器２では、通常の水圧縮動作条件で、廃棄物はＣＯ２とＮ２とＨ２Ｏに転化され、排出口１０を出る流れは、液体および気体である本方法の排出物の冷却混合物で構成される。
【００２７】
反応容器２を出る液体および気体排出物の混合物は、気体／液体分離器１４において動作圧力および動作温度で分離される。液体排出物は、例えばギヤポンプ等であることが好ましい容量ポンプ１６により除去される。気体排出物は、流量調節バルブ１８または排出装置を介して排出され、このことにより、反応エリアと、液体／気体分離器１４と、このアセンブリに接続された機器の圧力を調整する。
【００２８】
連続パルスにより周囲温度で排出口１２から除去された塩水は、貯蔵所２２へ送られる前に緩衝空間２０へ送られる。
【００２９】
本発明の必須要素の一つをなす注入装置２４は、垂直方向に配置されるのが好ましい円形断面を持つ円筒形の本体２６で構成される。本体２６の上部は頂端部２８を備える。開口下部はフランジ３０で閉じられている。
【００３０】
本体２６の内部容積は、可動アセンブリにより二つの可変容積に分割されている。この例では、可動アセンブリはフランジ３０の下部に固定されたベローズ２９で構成される。ベローズ２９は、本体２６の内部容積を物質圧縮空間３２と有機物質のための液圧圧縮空間３４とに分割する。制約なくベローズ２９を動かすため、本体２６の内部容積の高さと直径の比は２〜５の間である。ベローズ２９の運動は、ベローズ２９に固定されてガイド管３６の中で摺動するガイド軸３３により、液圧圧縮空間３４の軸線Ｘ上で案内される。ガイド軸３３には、ガイド管３６の外側においてこのガイド軸３３の位置を示すために運動追跡装置として磁気装置３８が装着されている。そのため、距離測定によってベローズ２９の充填状況を追跡することができる。
【００３１】
有機物質は、低圧の遠心ポンプ４２を介して、保管箇所４０から物質圧縮空間３２へ、低圧だが高流量で注入される。物質圧縮空間３２と遠心ポンプ４２とは、アクチュエータ４４を備える遮断バルブによって絶縁されている。電動モータ５０により作動する磁気ドライバ４８によって回転するように設けられたタービン４６が、フランジ３０に取り付けられている。タービン４６の機能は、物質圧縮空間３２へ流入する有機物質を均質化することである。
【００３２】
物質圧縮空間３２が完全に充填されるとき、すなわちベローズ２９の拡開位置において、液圧圧縮空間３４は、液体／気体分離器１４、より詳しくは液体／気体分離器１４の液相の排出口１５と連通状態にされる。これは、遮断バルブ５６を閉じて貯蔵箇所５５へ向かう液相の排出を可能とし、そして遮断バルブ５４を開くことによって達成される。液圧流体は、磁気駆動のギヤポンプである容量ポンプ１６によって液圧圧縮空間３４へ注入される。このことにより、物質圧縮空間３２から反応容器２の注入口８への、調節流量での有機物質の高圧注入が可能となり、この接続はアクチュエータ５８を備える遮断バルブによって絶縁される。作動液として液体排出物を用いる容量ポンプ１６による等液圧伝達により、有機物質が反応室へ導入される。この運動を実施するための電力消費は、同一の流量で流体を大気圧から動作圧力まで圧縮するのに必要なエネルギーと比較してきわめて小さい。この働きは、有機物質とともに反応容器２へ注入される水の流れすべてが反応器を出る排出物中に現れるという想定に基づいている。
【００３３】
アクチュエータ５７を備える遮断バルブは、容量ポンプ１６によって、反応容器２の注入口８へ液体排出物を無限に再循環させる。
【００３４】
有機物質の注入装置は、少なくとも、
物質圧縮空間３２への低圧の有機物質の高速充填と、
ベローズ２９により液圧流体と接触させることによる有機物質の圧縮と、
容量ポンプ１６による高圧かつ調節流量での注入と、
液圧圧縮空間３４の減圧と、
続くベローズ２９への有機物質の充填と平行した液圧流体の低圧排出と、
を含む作動サイクルで作動する。
【００３５】
この機能が反応容器２の著しい動作妨害、特に反応器の熱的妨害を引き起こさないために、そして使用される機器による処理量を最大化するために、機器、特に遮断部材の加速による不必要な疲労を招かないように、作動サイクルは少なくとも５〜１０分の継続時間を持たなければならない。物質圧縮空間３２の高さは、液位測定の磁気装置（運動追跡装置）３８の正確な解析を保証するのに充分な高さでなければならず、少なくとも５〜１０ｃｍでなければならない。さらに、反応容器２への有機物質の供給を効率的に遮断するため、有機物質を供給する遠心ポンプ４２の流量と注入装置２４による供給の流量との比を少なくとも１０〜２０にして、有機物質注入段階の継続時間と充填段階の継続時間との比を最大にしなければならない。この比の値は９０〜９５％より高い。
【００３６】
注入装置２４と類似した第２注入装置を用いることによって、反応容器２への有機物質注入の不連続性をなくすことが可能である。２台の注入装置は、共通の機器、つまり遠心ポンプ４２と、液圧流体を循環させるための容量ポンプ１６と、反応容器２とを使用する。これらの注入装置は逆相で作動する。すなわち、注入装置の１台に廃棄物が充填されている間、他の注入装置は注入段階にある。このような条件では、注入段階の継続時間を有機物質の充填段階の継続時間と同一とすることができる。これにより有機物質の連続注入を実施することができる。
【００３７】
上述した注入装置および方法は、追加のエネルギー入力がほとんどいらず、そのため運転コストが低下する。この設備と方法の他の長所は、また、液体廃棄物中に浮遊する有機物質の処理が可能であることである。直径が７μｍを超える粒子は、高圧ポンプ、すなわち吐出圧力が１００バールを超えるポンプに流入することができない。そのため、従来の水圧縮法は、浮遊する有機物質を含有する液相の処理に適用できない。それとは逆に、本発明の装置は、浮遊する粒子を含有する有機物を、調節流量で注入できる。これらの粒子は有機物でも無機物でもよい。これらの粒子の最大サイズは、廃棄物が移動する配管と遮断バルブと分岐接続の流径の大きさにより制限される。粒子の最大サイズは、回路内の最小流路直径の３分の１を超えないことが好ましい。
【００３８】
本発明の方法では、液体／気体分離器１４を出る気体排出物に含有されるエネルギーを再利用することも可能である。反応エリアから出される気体／液体排出物は、液体／気体分離器１４において高圧で分離される。排出物は流量調節バルブ１８または排出装置によって取り除かれ、本方法の圧力を、排出口１０の配管内の圧力の測定により制御される公称値に調整することができる。流量調節バルブ１８の排出口付近での高圧気体の流れをそのまま有益に利用することが可能である。図１に示すように、気体の流れは通常の方法で気体緩衝空間６０へ送られる。アクチュエータ６２を備える遮断バルブにより、本方法の空気圧縮ユニット６に磁気結合された空気モータまたはタービン６４へ空気を供給することができる。この圧空装置を出る気体は、気体排出口６６へと排出される。動作中、コンプレッサモータへ供給される電力により、必要な圧縮率を維持して空気力を充分に保つことができる。本装置は、高圧の気体排出物に含まれる空気動力を最大限利用することにより、本方法の気流を発生させるのに必要な電力を減少させることができる。
【００３９】
流量調節バルブ１８から得られた高圧の気体排出物は、制御バルブまたは排出装置６１により圧力が制御される気体緩衝空間６０に連続的に集められる。気体緩衝空間６０の圧力は約１０〜５０バールである。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
水中に浮遊する有機物を注入するための上述の装置では、注入空間を、市販されていない、実験室または試験的な規模の方法に適応させることが可能である。高圧かつ調整流量での浮遊物質の注入は、毎時１００キログラム程度の注入流量について有効である。これより低い流量でこのタイプの流体の直接注入を実施できるのは、長期間使用のための頑丈さが不十分であるプッシャ・シリンジタイプのピストン装置を用いてのみであった。本発明の装置は、小規模な方法の最適化と、放射性廃棄物処理産業または船舶、潜水艦、宇宙カプセルなど小型の密閉環境で発生する有機廃棄物の処理で必要とされるものなど、小型の産業プロセスの開発とに適用される。すなわち、超臨界水の無機化の性質のみに関してではなく、タービン４６によって実現される等の機械動作を超臨界流体と結びつけるという長所を評価することにより、検討される連続ＳＣＷＯ法を用いた有機固体の破壊が可能なのである。また、放射性核燃料と核兵器を処理する産業分野において、汚染されたイオン交換樹脂の処理にも適用される。
【００４１】
本発明の方法と装置は、処理工場からの汚泥、または、医薬品、化学薬品、石油化学製品、農産食品産業、製紙工場などでの産業排出物、農業廃棄物の処理にも適用される。浮遊物質を含有する排出物を３００バールまでの圧力において広範囲の流量で注入するのにも使用できる。そのうえ、メインの高圧ポンプは従来の水圧縮法では最もコストの高い三つの部品の一つであるので、機械エネルギーの回収によって設備の運転コストばかりでなく投資コストをも低下させる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】実施例を説明する図である。
【図１】
0005058800.tif 000002