JP2003340262A

JP2003340262A - 水熱反応処理装置及び水熱反応処理方法

Info

Publication number: JP2003340262A
Application number: JP2002155848A
Authority: JP
Inventors: Shinichirou Kawasaki; 慎一朗川崎; Akira Suzuki; 明鈴木
Original assignee: Organo Corp; Japan Organo Co Ltd
Current assignee: Organo Corp
Priority date: 2002-05-29
Filing date: 2002-05-29
Publication date: 2003-12-02

Abstract

(57)【要約】【課題】処理効率の高いバッチ式水熱反応処理装置を
提供する。【解決手段】水熱反応処理装置１０は、被処理物を収
容してバッチ式水熱反応処理を行う開閉自在な容器型第
１反応器１２、第１反応器１２から流出する中間処理流
体を水熱反応により連続的にかつ完全に処理して処理流
体として流出させるチューブ型第２反応器１４、及び第
２反応器１４から流出する処理流体を排出する処理流体
排出系１６を備える。超臨界水と空気の混合流体は、第
１反応器内の内筒１２ｂに導入され、支持板１２ｃ上の
固形物状被処理物と接触しつつ内筒内を上昇して水熱反
応に与かり、次いで環状部１２ｄを下降して中間処理流
体として流出する。第１反応器は外周にリング状の１加
熱炉２４を備え、第１反応器内温度は処理の第１段階で
は２００℃以上３７４℃以下であり、第２段階では、３
７４℃以上６５０℃以下である。第２反応器は、外側を
取り囲む第２加熱炉２８を備え、第２反応器内温度は４
００℃以上６５０℃以下である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水熱反応処理装置
及び水熱反応処理方法に関し、更に詳細には、固形物状
の被処理物を効率的に水熱反応処理する装置及び方法に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】現在、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、窒素、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】ところで、汚染固形物を連続式の超臨界水
反応装置で処理するためには、固形物を粉砕してスラリ
ー化することが必要であるものの、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、仮に固
形物を粉砕してスラリー化できたとしても、スラリーを
取り扱う機器のトラブル、スラリーの沈殿分離等のスラ
リー固有の種々の問題がある。

【０００４】更に言えば、固形物のスラリー化による連
続処理では、（１）固形物を微粉砕し、高圧反応域に供
給する設備が必要になるので、設備コストが嵩み、
（２）スラリー濃度を高くできないために、処理効率が
低く、（３）チューブ型反応器で処理するために、反応
開始温度まで予熱が必要であり、更に有機物濃度が低い
ために、超臨界水反応の進行には更なる加熱が必要にな
り、（４）連続処理を行うので、スラリー中の無機物が
配管、機器に付着して閉塞する危険性があり、（５）チ
ューブ型反応器は腐食対策を施し難い等の問題がある。

【０００５】そこで、被処理固形物をスラリー化するこ
となく、そのままの形態で反応器に投入し、バッチ式で
超臨界水処理することが必要になっている。また、バッ
チ式反応器は、超臨界水反応に伴う反応器の腐食を抑制
することが容易であり、またバッチ毎に反応容器を開放
するので、中和に伴い析出した無機塩の排出が容易であ
るという優れた利点も有する。

【０００６】ここで、図２を参照して、従来のバッチ式
超臨界水反応装置の構成を説明する。図２は従来のバッ
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。従来のバッチ式超臨界水反応装置８０は、被処理対
象である有機性固形物をバッチ式で超臨界水反応により
処理する装置であって、図２に示すように、バッチ式反
応器８１と、反応器８１に超臨界水を送入する送水手段
８２と、反応器８１に酸化剤として空気を送入する空気
圧縮機８３とを備えている。

【０００７】反応器８１は、蓋体８１ａと反応器本体８
１ｂとから構成され、処理対象固形物を内部に収容して
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、容器内部に処理対象固形物を支持し、生
成反応物及び超臨界水を通過させる目板状の支持板８４
を有する。蓋８１ａは、蓋体８１ａ及び反応器本体８１
ｂのフランジ同士のボルト締結により反応器本体８１ｂ
に連結されている。

【０００８】送水手段８２は、水を収容した水タンク８
５と、水タンク８５に収容された水を送水する送水ポン
プ８６と、送水ポンプ８６によって送水された水及び後
述するブースタ・ポンプ９４によって送水された循環水
の合流水を反応器８１から流出した処理流体と熱交換さ
せて合流水を昇温すると共に流体を冷却する熱交換器８
７と、超臨界水反応に必要な所定の温度、つまり超臨界
水温度に合流水を昇温する加熱炉８８とを備え、送水管
８９を介して超臨界水を反応器８１に送水する。空気圧
縮機８３は、圧力調節、流量調節を行うことにより吐出
流量を変えることができる流量可変式の圧縮器であっ
て、空気供給管９０及び送水管８９を介して反応器８１
に酸化剤として空気を送入する。

【０００９】反応生成物流出系は、反応器８１から処理
流体を流出させる流出管９１と、熱交換器８７の下流に
設けられた気液分離器９２と、気液分離器９２の圧力、
従って間接的に反応器８１の圧力を制御する圧力制御装
置９３と、気液分離して得た水成分を循環するブースタ
・ポンプ９４とを備えている。

【００１０】気液分離器９２は、処理流体を気液分離し
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９２の頂部に接続されたガス放出管９５を経て大気
に放出されるか、又は次の処理工程、例えばＣＯガスが
許容量以上の濃度でガス中にに含まれている場合には、
ＣＯコンバータに送られる。気液分離器９２の圧力を制
御する圧力制御装置９３は、ガス放出管９５に設けられ
た圧力計９６の圧力測定値に基づいて、圧力調節弁９７
の弁開度を調節して気液分離器９２の圧力、従って反応
器８１内の圧力が所定圧力になるように制御する。ま
た、ガス成分中のＣＯガス濃度を測定するために、ガス
放出管９５にはＣＯ濃度計９８が設けてある。気液分離
器９２内の水成分は、ブースタ・ポンプ９４によって昇
圧され、循環水として送水管９９を経由して送水管８９
に送水される。

【００１１】バッチ式超臨界水反応装置８０を運転する
際には、先ず、反応器８１を開放して、バッチ運転１回
分の処理対象固形物を支持板８４上に載せ、反応器８１
を閉止する。次いで、送水ポンプ８６を起動して水タン
ク８５から水を送水管８９により熱交換器８７を経由し
て加熱炉８８に送り、加熱して反応器８１に供給する。
反応器８１から流出する処理流体（運転開始当初は水で
ある）は、熱交換器８７を通って気液分離器９２に入
り、ブースタ・ポンプ９４により昇圧されて送水管９９
を経由、送水管８９に入り、送水ポンプ８６からの水と
合流して熱交換器８７及び加熱炉８８で加熱され、次い
で反応器８１に入り、徐々に循環が開始される。ブース
タ・ポンプ９４による循環水量が増加するにつれて、送
水ポンプ８６による送水量を減少させる。最終的には、
ガス放出管９５からガスに同伴して系外に放散する水の
量だけ、送水ポンプ８６により補充することになる。

【００１２】流出管９１に設けた温度計１００で測定し
た温度が３７０℃程度に到達した時点で、空気圧縮機８
３を起動して、空気供給管９０及び送水管８９を経由し
て水と共に空気を反応器８１に送入する。空気圧縮機８
３からの空気供給量は、温度計１００の温度を見ながら
温度上昇が速ければ低減し、温度上昇が遅ければ増量す
る。

【００１３】反応器８１内の条件が超臨界水反応の所定
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。超臨界水反応の進行と共に流出管９１から流出
する処理流体は、ガス成分、例えばＣＯ₂ガス、ＣＯガ
スを同伴するようになり、気液分離器９２で分離され、
ガス放出管９５に介して放出される。同時に圧力制御装
置９３を動作させて、気液分離器９２内の圧力、従って
反応器８１内の圧力を所定圧力に制御する。

【００１４】ＣＯガス濃度計９８で計測したＣＯガス濃
度がゼロを示すか、酸素濃度が大気中のそれと同じ値を
示すようになると、反応器８１内の超臨界水反応が終点
に達したと判定できる。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８０全体の圧力を降圧
し、次いで反応器８１を開放する。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述のバッチ
式超臨界水反応装置には、処理効率が低いという問題が
あった。即ち、超臨界水を循環して反応器に送水してい
るので、従来のように超臨界水との比率上の制約から反
応器内に収容できる被処理物の量が限定されるというこ
とは解決されているものの、被処理物を完全に無害化す
るまで一つの反応器内で処理するために、一回のバッチ
処理に要する時間が長くなり、被処理物の処理効率が低
かった。以上の説明では、超臨界水反応を例に上げて説
明したが、これは、超臨界水反応によるバッチ式処理に
限る問題ではなく、例えば超臨界水反応を含む水熱反応
によるバッチ式処理全般に該当する問題である。水熱反
応とは、高温高圧水、例えば温度１８０℃以上、圧力１
ＭＰａ以上の熱水を用いる反応を言う。

【００１６】そこで、本発明の目的は、処理効率の高い
水熱反応処理装置及び水熱反応処理方法を提供すること
である。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る水熱反応処理装置は、被処理物として
固形物を収容し、水熱反応処理を被処理物に施して中間
処理流体を流出させる開閉自在な容器型第１反応器と、
第１反応器に直列に接続され、第１反応器から流出した
中間処理流体に更に連続的に水熱反応処理を施して処理
流体として流出させるチューブ型第２反応器とを備える
ことを特徴としている。

【００１８】本発明では、処理対象物、例えば処理対象
有機物の濃度の高い被処理物を第１反応器で処理して、
多少の未反応物を残留させてはいるものの処理対象物、
例えば処理対象有機物の濃度の低い処理流体を中間処理
流体として第１反応器から流出させ、中間処理流体を連
続的に第２反応器で処理することにより、固形物状の被
処理物を効率的に処理することができる。

【００１９】本発明の好適な実施態様では、第１反応器
を加熱する第１加熱手段及び第２反応器を加熱する第２
加熱手段をそれぞれ第１反応器及び第２反応器に設けて
いる。これにより、第１反応器及び第２反応器の反応条
件を独立して設定できるので、それぞれの反応器での水
熱反応処理を最適化することができる。また、第１反応
器にアルカリ水溶液を供給する供給手段を備えている。
これにより、処理により生成する酸を中和して塩を生成
させ、第１反応器の下流の機器の腐食を防止することが
できる。また、アルカリ溶液として水酸化カリウム水溶
液を供給する場合は、塩化カリウム塩を生成させること
になるが、水酸化ナトリウム水溶液を供給して塩化ナト
リウム塩を生成させる場合に比べて、塩化カリウム塩は
塩の付着性を低下させ、塩による閉塞を防止することが
できる。

【００２０】本発明に係る水熱反応処理方法は、被処理
物として固形物を収容し、水熱反応処理を被処理物に施
して中間処理流体を流出させる開閉自在な容器型第１反
応器と、第１反応器に直列に接続され、第１反応器から
流出した中間処理流体に更に連続的に水熱反応処理を施
して処理流体として流出させる第２反応器と、第２反応
器から流出する処理流体を排出する処理流体排出系統と
を備え、更に第１反応器を加熱する第１加熱手段、及び
第２反応器を加熱する第２加熱手段を有する水熱反応処
理装置により、固形物を水熱反応処理する方法であっ
て、固形物を第１反応器に収容し、続いて水を第１反応
器に供給して、第１反応器、第２反応器、及び処理流体
排出系統を水で充填し、所定圧力まで昇圧する充填工程
と、次いで、第１反応器を第１加熱手段によって加熱
し、固形物中の有機物を加水分解して低分子化させる前
反応工程と、前反応工程の前に又は前反応工程と共に、
第２反応器に超臨界水又は亜臨界水、及び酸化剤を供給
して第１反応器内の温度と同じかより高い温度に維持し
た超臨界水反応域を第２反応器内に形成する第２反応器
準備工程と、前反応工程及び第２反応器準備工程に続い
て、第１反応器に熱水及び必要に応じて酸化剤を供給
し、固形物中の有機物の加水分解を促進させて中間処理
流体を流出させ、続いて超臨界水反応域を形成した第２
反応器に第１反応器から中間処理流体を導入して、第２
反応器内で中間処理流体に超臨界水反応処理を施す反応
工程とを有することを特徴としている。

【００２１】本発明方法の反応工程では、処理対象物濃
度の高い被処理物を第１反応器で処理して、多少の未反
応物を残留させてはいるものの処理対象物濃度の低い処
理流体を中間処理流体として第１反応器から流出させ、
中間処理流体を連続的に第２反応器で処理することによ
り、固形物状の被処理物を効率的に処理することができ
る。反応工程で第１反応器に供給する熱水は、水熱反応
に与かる熱水であって、温度１８０℃以上、圧力１ＭＰ
ａ以上の水、又は亜臨界水を言う。また、反応工程の前
に第２反応器準備工程を備え、超臨界水反応処理の待機
状態に第２反応器を維持しているので、充填工程から反
応工程までの前段階に要する時間を短縮でき、処理効率
を向上させることができる。

【００２２】充填工程では、第１反応器、第２反応器、
並びに処理流体排出系統の機器及び配管の少なくとも一
部に水に代えて窒素ガス等の不活性ガス又は空気を充填
し、所定圧力まで昇圧するようにしても良い。これによ
り、後述する前反応工程時に、加熱により上昇する圧力
を所定圧力までに昇圧することができる。また不活性ガ
スによる初期加圧により第１反応器を加熱する際、飽和
蒸気圧を確保する空間を確保することができる。

【００２３】前反応工程では、第１反応器内の温度を２
００℃以上３７４℃以下に維持する。また、反応工程の
最終段階では、所定時間、第１反応器内の温度を３７４
℃以上６５０℃以下に維持し、かつ第１反応器に超臨界
水を供給する反応完結ステップを有する。被処理物濃度
が高い前反応工程では比較的低い反応温度で水熱反応処
理する。温度の低い前反応工程では、加水分解による低
分子化はおきるものの完璧ではなく、微量から有機物残
渣がのこるため、反応完結ステップでは比較的高い反応
温度で水熱反応処理することにより、第１反応器の内に
おける微量残渣も超臨界水酸化によ完全分解が可能とな
る。反応工程では、第２反応器内の温度を４００℃以上
６５０℃以下に維持する。これにより、中間処理流体に
残存する未反応物を完全に水熱反応処理して無害化する
ことができる。

【００２４】本発明方法の好適な実施態様では、処理流
体を気液分離して得た処理ガス中の二酸化炭素濃度又は
酸素濃度を測定して、二酸化炭素濃度が所定濃度以下で
あるか、又は酸素濃度が所定濃度以上であるときに、第
１反応器に収容した被処理物の水熱反応処理がほぼ終了
したと判断する。これにより、水熱反応処理の終了時期
を確実に検出することができる。また、被処理物の水熱
反応処理が終了したと判断した段階で、反応完結ステッ
プを実施する。水熱反応処理が終了したと判断された時
点で、更に反応完結ステップを実施することにより、被
処理物を完全に無害化し、かつ有害物を含まない処理流
体を流出させることができる。

【００２５】前反応工程及び反応工程では、第１反応器
にアルカリ水溶液を供給することにより、被処理物中の
酸を中和して塩を生成させ、第１反応器の下流の機器の
腐食を防止することができる。また、アルカリ水溶液と
して水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液を供給することに
より、付着性の低いカリウム塩を生成させ、第１反応器
の下流の機器、配管の閉塞を防止することができる。

【００２６】本発明方法の好適な実施態様では、処理ガ
ス及び処理水をそれぞれ一旦貯留して、排出基準を満足
するかどうかを確認する。そして、排出基準を満足して
いないときには、処理水を第１反応器又は第２反応器に
戻して再処理を行い、処理ガスが排出基準を満足してい
ないときには、活性炭吸着処理を処理ガスに施す。これ
により、排出基準を満たさない処理流体を外部に排出し
ないようにすることができる。ここで排出基準とは、公
に定められている基準でも良く、また私的に定めた基準
でも良い。一方、処理水が排出基準を満足しているとき
には、必要に応じて脱塩処理を処理水に施し、第１反応
器の初期充填水、又は超臨界水又は亜臨界水の原料水と
して再利用する。

【００２７】本発明装置及び発明方法は、被処理物が固
形物状である限り被処理物の形状、性状に制約無く適用
でき、特にＰＣＢ汚染固形物、ダイオキシン汚染固形
物、農薬、農薬汚染固形物などの難分解性有機物を含む
固形物状の被処理物の水熱反応処理に好適に適用でき
る。

【００２８】

【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。水熱反応処理装置の実施形態例本実施形態例は本発明に係る水熱反応処理装置の実施形
態の一例であって、図１は本実施形態例の水熱反応処理
装置の構成を示すフローシートである。水熱反応処理装
置１０（以下、簡単に装置１０と言う）は、図１に示す
ように、バッチ式水熱反応器である第１反応器１２、第
２反応器としてチューブ型第２反応器１４、及び第２反
応器１４から流出する処理流体を排出する処理流体排出
系１６を備えている。

【００２９】更に、装置１０は、第１反応器１２に超臨
界水、又は亜臨界水を供給する超臨界水供給系１８、第
１反応器１２に水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液を供給
するアルカリ供給系２０、並びに第１反応器１２及び第
２反応器１４にそれぞれ酸化剤として空気を供給する空
気供給系２２を備えている。

【００３０】第１反応器１２は、被処理物を収容してバ
ッチ式で水熱反応処理を被処理物に施して中間処理流体
を流出させる開閉自在な容器型反応器であって、開閉自
在な蓋を上部に有する縦型耐圧容器からなる反応器本体
１２ａと、上方が開放され、反応器本体１２ａの底部か
ら同芯状に直立し、内部を水熱反応域とする筒型の内筒
１２ｂとを備えている。内筒１２ｂには固形物を支持す
る目皿状の支持板１２ｃが設けられている。超臨界水又
は亜臨界水と空気の混合流体は、反応器本体１２ａの底
部から内筒１２ｂに導入され、支持板１２ｃ上の固形物
と接触しつつ内筒１２ｂ内を上昇して水熱反応に与か
り、次いで反応器本体１２ａと内筒１２ｂとの間の環状
部１２ｄを下降して反応器本体１２ａの底部から中間処
理流体として流出する。また、内筒１２ｂ上部に密閉蓋
を設けて、内筒１２ｂと反応器本体１２ａとの間の領域
から内筒１２ｂを独立させて縁を切り、内筒内部流体は
内筒内部に設けられ、内筒１２ｂ内の上部に開口部を有
する排出配管を設けて、第１反応器１２の処理流体を第
２反応器１４へ排出させることもできる。

【００３１】また、第１反応器１２は、第１反応器１２
内に収容されているものを加熱するために、第１反応器
１２の外周を取り囲む円筒型の第１加熱炉２４を備えて
いる。また、第１反応器１２内の内筒１２ａの周囲に内
部加熱器を設けることもできる。第１反応器１２内の温
度は、処理の第１段階では２００℃以上３７４℃以下で
あり、処理の第２段階では３７４℃以上６５０℃以下で
ある。

【００３２】第２反応器１４は、第１反応器１２の環状
部１２ｄの底部に接続された中間処理流体管２６により
第１反応器１２に直列に接続されていて、第１反応器１
２から流出する中間処理流体を水熱反応により連続的に
かつ完全に処理して処理流体として流出させる。第１反
応器１２と第２反応器１４とは配管のみで接続され、開
閉弁等の配管部品が介在していない。よって、配管部品
の故障による運転停止等のトラブルが発生しないので、
安定した運転を継続することができる。また、第２反応
器１４は、第２反応器１４内の処理流体を加熱するため
に、第２反応器１４全体の外側を取り囲む第２加熱炉２
８を備えている。第２反応器の温度は第１反応器１２の
温度と同じかより高く、４００℃以上６５０℃以下であ
る。

【００３３】処理流体排出系１６は、第２反応器１４か
ら流出する処理流体を冷却する冷却器３０、第１反応器
１２及び第２反応器１４の圧力を制御する圧力制御弁３
２、及び処理流体を気液分離する気液分離器３４を順次
処理流体管３６に備えている。圧力制御弁３２は、処理
流体管３６に設けられた圧力計３８で測定された圧力測
定値に基づいて圧力制御装置４０により第１反応器１２
及び第２反応器１４の圧力を所定圧力に維持するように
圧力制御弁３２の弁開度が調節される。

【００３４】気液分離器３４で分離された処理ガスは、
気液分離器３４の頂部に接続された処理ガス管４２から
大気放出又は次の工程に送られる。処理ガス管４２には
処理ガスの組成、特に酸素濃度、又は二酸化炭素濃度を
監視するガス分析計４４が設けてある。気液分離器３４
で分離された処理水は、気液分離器３４の底部に接続さ
れた処理水管４６から一部が外部に放出され、残りは循
環ポンプ４８により第１循環水管５０を通って第１反応
器１２に、及び後述する第２空気供給管７４に接続され
た第２循環水管５２により第２反応器１４にそれぞれ循
環される。処理水管４６には処理水の組成、特にＴＯＣ
濃度又は特定有機物を監視する水分析計５４が設けてあ
る。

【００３５】超臨界水供給系１８は、水タンク５６、水
タンク５６から水を送水する水ポンプ５８、及び水ポン
プ５８により送水された水を加熱して超臨界水又は亜臨
界水の温度に昇温する水予熱器６０を有し、送水管６２
により第１反応器１２に超臨界水又は亜臨界水を供給す
る。また、送水管６２は、気液分離器３４からの第１循
環水管５０を水予熱器６０の下流で合流させている。ま
た、図示していないが、第２反応器１４に水、若しくは
超臨界水を供給して第２反応器１４を超臨界水酸化条件
に昇温するための熱水供給系を有している。

【００３６】アルカリ供給系２０は、アルカリ水溶液と
して水酸化カリウム水溶液を収容するアルカリ水溶液タ
ンク６４、及びアルカリ水溶液タンク６４から水酸化カ
リウム水溶液を送液するアルカリ水溶液ポンプ６６を有
し、送水管６２に接続されたアルカリ水溶液管６８によ
り水酸化カリウム水溶液を第１反応器１２に送液してい
る。空気供給系２２は、空気圧縮器７０を備え、送水管
６２に接続された第１空気供給管７２及び中間処理流体
管２６に接続された第２空気供給管７４により第１反応
器１２及び第２反応器１４にそれぞれ空気を酸化剤とし
て供給する。

【００３７】バッチ式水熱反応処理方法の実施形態例本実施形態例は、本発明に係る水熱反応処理方法の実施
形態の一例であって、上述の水熱反応処理装置１０を用
いて水熱反応により被処理物としてＰＣＢを含浸してい
る固形物を処理する方法である。本実施形態例では、先
ず、ＰＣＢを含浸している固形物を第１反応器１２に収
容し、密閉する。次に、圧力制御弁３２のすぐ上流から
低圧清水ポンプ８０で処理流体管３２を水置換する。置
換水排出弁８１の位置までに水面が位置するのを確認し
て第１反応器より下流の処理流体管３２を水置換する。
更に、必要に応じて、第１反応器１２に窒素を導入して
所定圧力まで加圧を行う。次にアルカリ水溶液ポンプ６
６、水ポンプ５８を起動し、第１反応器１２に所定量の
初期充填水を供給する。続いて水ポンプ５８を起動し、
水予熱器６０で加熱しつつ水を第１反応器１２に供給す
る。次いで、循環水ポンプ４２を起動して第１循環水管
５０及び第２循環水管５２により水を第１反応器１２及
び第２反応器１４に循環させる。

【００３８】次いで、第１反応器１２の前反応工程に移
行し、第１反応器１２を第１加熱炉２４により加熱して
温度２００℃以上３７４℃以下の所定温度に維持すると
共に亜臨界水を供給して固形物中の分解対象物を加水分
解し、低分子化させる。第１反応器１２の前反応工程の
前に、又は前工程工程と共に、第２反応器準備工程に移
行する。第２反応器準備工程では、超臨界水供給系１８
及び空気供給系２２により第２反応器１４に超臨界水及
び空気を供給して、温度４００℃以上６５０℃以下の温
度に維持されている超臨界水反応域を第２反応器１４内
に形成する。

【００３９】前反応工程及び第２反応器予備加熱工程に
続いて、反応工程に移行する。反応工程では、超臨界水
供給系１８及び空気供給系２２により第１反応器１２に
亜臨界水及び空気を供給して第１反応器１２で被処理
物、例えばＰＣＢの加水分解を促進させる。続いて、第
１反応器１２での加水分解により生じた中間処理流体を
空気共に第２反応器１４に導入して、第２反応器１４内
で中間処理流体に超臨界水反応処理を施し、処理流体と
して流出させる。

【００４０】被処理物が酸を生成するようなもの、例え
ばＰＣＢを含んでいるときには、前反応工程及び反応工
程では、アルカリ供給系２０により第１反応器１２に水
酸化カリウム水溶液を供給して、水熱反応に伴い生成す
る酸を中和して装置１０の機器の腐食を防止する。ま
た、第１反応器１２内で酸の中和反応は完了しており、
第２反応器１４にアルカリを供給する必要はないが、必
要に応じてアルカリを供給することもできる。尚、カリ
ウム塩はナトリウム塩に比べて付着性が小さく、配管及
び機器が閉塞するようなことが少ない。

【００４１】第２反応器１４から流出する処理流体を冷
却器３０で冷却し、気液分離器３４で気液分離して、処
理ガスを処理ガス管４２から放出し、一方、処理水は一
部を外部に放出し、残りを循環ポンプ４８により第１反
応器１２及び第２反応器１４に循環する。

【００４２】処理ガス中の二酸化炭素濃度をガス分析計
４４により測定し、二酸化炭素濃度が所定濃度以下にな
った時点、又は処理ガス中の酸素濃度が所定濃度以上に
なった時点で第１反応器１２に収容した被処理物の水熱
反応処理がほぼ終了したと判断する。また、処理水のＴ
ＯＣは常時ゼロｍｇ／ｌとなることをモリタリングする
ことにより、有機物の完全分解を確認できる。そして、
被処理物の水熱反応処理がほぼ終了したと判断した段階
で、反応完結ステップに移行する。反応完結ステップで
は、第１反応器１２内の温度を３７４℃以上６５０℃以
下に上げ、かつ超臨界水を供給して、所定時間、超臨界
水反応又は亜臨界水反応を進行させ、被処理物を完全に
処理する。

【００４３】反応完結ステップを所定時間実施した後、
再び、処理ガス中の二酸化炭素濃度をガス分析計４４に
より測定し、二酸化炭素濃度が、ゼロ（％）となること
を確認して、第１反応器１２に収容した被処理物の水熱
反応処理が完結したと判断する。続いて、第１反応器１
２、第２反応器１４、及び処理流体流出系１６を冷却
し、減圧し、次いで第１反応器１２を開放して、第１反
応器１２内に残留する非有機物を排出する。以上の工程
を経て、被処理物の水熱反応処理が終了する。

【００４４】本実施形態例では、処理ガス及び処理水を
それぞれ一旦貯留して、排出基準を満足するかどうか確
認するようにすることが好ましい。そして、処理水が排
出基準を満足しているときには、必要に応じて脱塩処理
を処理水に施し、超臨界水又は亜臨界水の原料水として
再利用する。排出基準を満足していないときには、全部
の処理水を第１反応器１２に戻して再処理を行う。ま
た、処理ガスが排出基準を満足していないときには、活
性炭吸着処理を処理ガスに施す。

【００４５】充填工程では、第１反応器１２、第２反応
器１４、及び処理流体排出系統１６の機器及び配管の少
なくとも一部に水に代えて窒素ガス又は空気を充填し、
所定圧力まで昇圧するようにしても良い。

【００４６】本実施形態例では、ＰＣＢ濃度の高い被処
理物を第１反応器１２で比較的低い反応温度で処理し
て、ＰＣＢはほぼ完全に脱塩素されるものの、多少の有
機物残渣が残る可能性がある。有機物濃度の低い処理流
体を中間処理流体として第１反応器１２から流出させ、
中間処理流体を連続的に第２反応器１４で第１反応器１
２より高い温度で処理することにより、固形物状の被処
理物を効率的に処理することができる。また、反応工程
の前に第２反応器準備工程を備え、超臨界水反応処理の
待機状態に第２反応器１２を維持しているので、充填工
程から反応工程までの前段階に要する時間を短縮でき、
処理効率を向上させることができる。更には、反応完結
ステップにより固形物に含浸したＰＣＢを完全にかつ確
実に処理して固形物を無害化することができる。

【００４７】

【発明の効果】本発明によれば、水熱反応処理装置の反
応器として、被処理物として固形物を収容し、バッチ式
で水熱反応処理を行う開閉自在な容器型第１反応器と、
第１反応器に直列に接続され、第１反応器から流出した
中間処理流体に更に連続的に水熱反応処理を施して最終
的に処理流体として流出させるチューブ型第２反応器と
を備えることにより、効率的に固形物状の被処理物を水
熱反応により処理できる装置を実現している。つまり、
第１反応器に固形物状の被処理物を多量に充填してバッ
チ式で処理し、第１反応器から流出する中間処理流体を
第２反応器で連続的に処理することにより、１回のバッ
チ処理量を増やして処理効率を高めることができる。ま
た、バッチ式で処理するので、１回の処理の間に無機物
の析出による閉塞が発生しなければ、装置の運転に問題
が生じないので、安定した運転を行うことができる。本
発明方法は、本発明に係る水熱反応処理装置を使って固
形物状の水熱反応処理を効率的かつ確実に行うことがで
きる水熱反応処理方法を実現している。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態例の水熱反応処理装置の構成を示すフ
ローシートである。

【図２】従来の超臨界水反応処理装置の構成を示すフロ
ーシートである。

【符号の説明】

１０水熱反応処理装置１２第１反応器１４第２反応器１６処理流体排出系１８超臨界水供給系２０アルカリ供給系２２空気供給系２４第１加熱炉２６中間処理流体管２８第２加熱炉３０冷却器３２圧力制御弁３４気液分離器３６処理流体管３８圧力計４０圧力制御装置４２処理ガス管４４ガス分析計４６処理水管４８循環ポンプ５０第１循環水管５２第２循環水管５４水分析計５６水タンク５８水ポンプ６０水予熱器６２送水管６４アルカリ水溶液タンク６６アルカリ水溶液ポンプ６８アルカリ水溶液管７０空気圧縮器７２第１空気供給管７４第２空気供給管８０従来のバッチ式超臨界水反応装置８１バッチ式反応器８２送水手段８３空気圧縮機８４目板状の支持板８５水タンク８６送水ポンプ８７熱交換器８８加熱炉８９送水管９０空気供給管９１流出管９２気液分離器９３圧力制御装置９４ブースタ・ポンプ９５ガス放出管９６圧力計９７圧力調節弁９８ＣＯ濃度計９９送水管

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被処理物として固形物を収容し、水熱反
応処理を被処理物に施して中間処理流体を流出させる開
閉自在な容器型第１反応器と、第１反応器に直列に接続され、第１反応器から流出した
中間処理流体に更に連続的に水熱反応処理を施して処理
流体として流出させる第２反応器とを備えることを特徴
とする水熱反応処理装置。
【請求項２】第１反応器を加熱する第１加熱手段及び
第２反応器を加熱する第２加熱手段をそれぞれ第１反応
器及び第２反応器に設けたことを特徴とする請求項１に
記載の水熱反応処理装置。
【請求項３】第１反応器にアルカリ水溶液を供給する
供給手段を備えていることを特徴とする請求項１又は２
に記載の水熱反応処理装置。
【請求項４】被処理物として固形物を収容し、水熱反
応処理を被処理物に施して中間処理流体を流出させる開
閉自在な容器型第１反応器と、第１反応器に直列に接続
され、第１反応器から流出した中間処理流体に更に連続
的に水熱反応処理を施して処理流体として流出させる第
２反応器と、第２反応器から流出する処理流体を排出す
る処理流体排出系統とを備え、更に第１反応器を加熱す
る第１加熱手段、及び第２反応器を加熱する第２加熱手
段を有する水熱反応処理装置により、固形物を水熱反応
処理する方法であって、固形物を第１反応器に収容し、続いて水を第１反応器に
供給して、第１反応器、第２反応器、及び処理流体排出
系統を水で充填し、所定圧力まで昇圧する充填工程と、次いで、第１反応器を第１加熱手段によって加熱し、固
形物中の有機物を加水分解して低分子化させる前反応工
程と、前反応工程の前に又は前反応工程と共に、第２反応器に
超臨界水又は亜臨界水、及び酸化剤を供給して第１反応
器内の温度と同じかより高い温度に維持した超臨界水反
応域を第２反応器内に形成する第２反応器準備工程と、前反応工程及び第２反応器準備工程に続いて、第１反応
器に熱水及び必要に応じて酸化剤を供給し、固形物中の
有機物の加水分解を促進させて中間処理流体を流出さ
せ、続いて超臨界水反応域を形成した第２反応器に第１
反応器から中間処理流体を導入して、第２反応器内で中
間処理流体に超臨界水反応処理を施す反応工程とを有す
ることを特徴とする水熱反応処理方法。
【請求項５】充填工程では、第１反応器、第２反応
器、並びに処理流体排出系統の機器及び配管の少なくと
も一部に水に代えて窒素ガス又は空気を充填し、所定圧
力まで昇圧することを特徴とする請求項４に記載の水熱
反応処理方法。
【請求項６】前反応工程では、第１反応器内の温度を
２００℃以上３７４℃以下に維持することを特徴とする
請求項４又は５に記載の水熱反応処理方法。
【請求項７】反応工程の最終段階では、所定時間、第
１反応器内の温度を３７４℃以上６５０℃以下に維持
し、かつ第１反応器に超臨界水を供給する反応完結ステ
ップを有することを特徴とする請求項４から６のいずれ
か１項に記載の水熱反応処理方法。
【請求項８】反応工程では、第２反応器内の温度を４
００℃以上６５０℃以下に維持することを特徴とする請
求項４から７のいずれか１項に記載の水熱反応処理方
法。
【請求項９】処理流体を気液分離して得た処理ガス中
の二酸化炭素濃度又は酸素濃度を測定して、二酸化炭素
濃度が所定濃度以下であるか、又は酸素濃度が所定濃度
以上であるときに、第１反応器に収容した被処理物の水
熱反応処理がほぼ終了したと判断することを特徴とする
請求項４から８のいずれか１項に記載の水熱反応処理方
法。
【請求項１０】被処理物の水熱反応処理がほぼ終了し
たと判断した段階で、反応完結ステップを実施すること
を特徴とする請求項９に記載の水熱反応処理方法。
【請求項１１】前反応工程及び反応工程では、第１反
応器にアルカリ水溶液を供給することを特徴とする請求
項４から１０のいずれか１項に記載の水熱反応処理方
法。
【請求項１２】アルカリ水溶液として水酸化カリウム
（ＫＯＨ）水溶液を供給することを特徴とする請求項１
１に記載の水熱反応処理方法。
【請求項１３】反応工程の後、第１反応器を冷却し、
減圧し、次いで開放して第１反応器内に残留する無機物
を排出する反応器開放工程を有することを特徴とする請
求項４から１２のいずれか１項に記載の式水熱反応処理
方法。
【請求項１４】処理ガス及び処理水をそれぞれ一旦貯
留して、排出基準を満足するかどうか確認することを特
徴とする請求項４から１３のいずれか１項に記載の水熱
反応処理方法。
【請求項１５】処理水が排出基準を満足しているとき
には、必要に応じて脱塩処理を処理水に施し、超臨界水
又は亜臨界水の原料水として再利用することを特徴とす
る請求項１４に記載の水熱反応処理方法。
【請求項１６】排出基準を満足していないときには、
処理水を第１反応器、又は第２反応器に戻して再処理を
行うことを特徴とする請求項１４に記載の水熱反応処理
方法。
【請求項１７】処理ガスが排出基準を満足していない
ときには、活性炭吸着処理を処理ガスに施すことを特徴
とする請求項１４に記載の水熱反応処理方法。