有機廃棄物などの処理装置
【課題】 反応器の付着物の除去を効率的且つ確実に行うことが可能な処理装置を提供すること。
【解決手段】 本発明によれば、水熱反応で被処理物の分解を行う処理装置２００において、被処理物処理を終えた反応器６内に洗浄媒体２４を衝突させることで、反応器６に付着した未反応物や分解生成物を物理的に除去することを特徴とする処理装置が提供される。好ましくは、気流を発生させる気流発生手段２０を備え、洗浄媒体２４は、可撓性を有し、気流により飛翔する薄片状の洗浄媒体であり、薄片状の洗浄媒体２４は、気流発生手段２０が発生する気流により、取り外した使用済み反応器６内に衝突される。
【解決手段】 本発明によれば、水熱反応で被処理物の分解を行う処理装置２００において、被処理物処理を終えた反応器６内に洗浄媒体２４を衝突させることで、反応器６に付着した未反応物や分解生成物を物理的に除去することを特徴とする処理装置が提供される。好ましくは、気流を発生させる気流発生手段２０を備え、洗浄媒体２４は、可撓性を有し、気流により飛翔する薄片状の洗浄媒体であり、薄片状の洗浄媒体２４は、気流発生手段２０が発生する気流により、取り外した使用済み反応器６内に衝突される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水熱反応を用いた有機廃棄物などの処理のための反応器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境問題に対応し、ポリ塩化ビフェニール（ＰＣＢ）等の有害廃棄物、ポリ容器やポリ塩化ビニル等の樹脂や、放射性物質を含む有機廃棄物の処理が大きな問題となっている。一般的に有機廃棄物は焼却処理されているが、こうした処理方法では、ダイオキシン、窒素酸化物等の有毒物質を発生したり、これら有毒物質を回収するために大規模な装置を要したりする等、問題が多い。
【０００３】
近年、有機物を分解する方法として、水の臨界点（温度３７４℃、圧力２２．１ＭＰａ）を超える高温高圧下の水（超臨界水）を用いる方法が注目されている。ここに超臨界状態とは、個々の化合物に固有の物理量である臨界温度と臨界圧力以上の温度と圧力下にある物質の状態をいい、この状態にある物質を超臨界流体と称する。
例えば、有機物と水と酸素含有流体を混合し、水の臨界点を超える超臨界状態で、有機物を酸化分解する方法が知られている（特許文献１参照）。超臨界水は、液体と気体の中間の性質をもち有機物や酸素と任意に混合するため、短時間で効率的に有機物を酸化分解できる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、水熱反応では、被処理物に有機塩素化合物等が含まれているときには、水熱反応により塩酸が生じ、高温の水熱反応雰囲気により塩酸による反応器の腐食が進行し易い。そこで、一般には、アルカリ水溶液で酸を中和し、塩類を生成させ、酸による反応器の腐食を抑制することが行われている。
しかし、超臨界水反応場の塩類の溶解度は、常温での塩類の溶解度に比べて著しく低いので、中和により生じた塩類が析出する。処理流体中の塩類は、反応器の下流の流出管や熱交換器に付着し、閉塞させるという問題があった。
【０００５】
従来、超臨界水反応場で塩類濃度が高くなる場合、塩類を亜臨界水に溶解させて排出するために、いわゆる２ゾーン型反応器を使うことがある。２ゾーン型反応器は、超臨界水酸化反応を行う超臨界水領域を反応器上部に構成し、超臨界水領域で析出した塩類を再溶解させる亜臨界水領域を反応器下部に構成し、超臨界水領域から亜臨界水領域に沈降した塩類を亜臨界水に溶解させて排出するようになっている。
更には、チューブ型反応器にも塩類析出による閉塞の問題がある。例えば下水汚泥のようにスラリー状の被処理物を処理する場合、或いは固形物状の被処理物をスラリー化して処理する場合には、チューブ型反応器を採用することが多い。しかし、塩類や微粒子がチューブ型反応器内で析出し、閉塞を起こすおそれが高い。
そこで、チューブ型反応器内の流速を大きくして、塩類や微粒子を付着させないように排出させることが試みられているものの（例えば特許文献２参照）、流速を大きくすると、反応温度域に滞留する時間が短くなり、十分に超臨界水反応を進行させることが難しくなる。十分な反応時間を確保するためにはチューブ型反応器の長さを長くすると、却って塩類や固形物の付着、堆積が生じる上に、チューブ型反応器の製作コストが嵩む。
そこで、中和処理し易い被処理液、或いは固形物状の被処理物を超臨界水酸化するのに適した反応器の開発が求められている。
以上の説明では、超臨界水反応装置に用いる反応器を例に上げて説明したが、これらは超臨界水反応装置に用いる反応器に限る問題ではなく、例えば水熱反応のための反応器全般に該当する問題である。
ここで、水熱反応とは、高温高圧水、例えば温度１８０℃以上、飽和水蒸気圧以上の熱水を用いる反応を言う。
特許文献３では、中和処理し易い被処理液、或いは固形物状の被処理物を処理する際に、閉塞の恐れが少なく、しかも処理流体中の無機塩濃度を低くするために、フィルターを用いて選択的に塩類や微粒子を取り除くとしている。しかし、反応中にフィルタリングを行うと、流速が低下したり、完全な捕捉が困難であったりと、安定した有機物の分解処理システムを遂行しづらい。
【０００６】
また、特許文献４では、反応容器内に、その内周面に付着する塩分を掻き除くため、スクレーパーを複数取付け、付着した塩分を掻き落としていた。しかし、スクレーパーがある構造は、反応器内の流速変動を引き起こし、安定な分解処理を継続することが困難である。
【０００７】
そこで、本発明は、上述の課題を少なくとも部分的に解決し、反応器の付着物の除去を効率的且つ確実に行うことが可能な処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の一局面によれば、添付の特許請求の範囲の請求項１に記載するように、水熱反応で、被処理物の分解を行う処理装置において、被処理物処理を終えた反応器内に洗浄媒体を衝突させることで、反応器に付着した未反応物や分解生成物を物理的に除去することを特徴とする処理装置が提供される。その他の特徴は、同特許請求の範囲の従属項に記載される。
【発明の効果】
【０００９】
添付の特許請求の範囲の請求項１に記載の発明によれば、水熱反応で、被処理物の分解を行う処理装置において、被処理物処理を終えた反応器内に洗浄媒体を衝突させることで、被処理物処理を終えた反応器内に洗浄媒体を衝突させることで、反応器に付着した未反応物や分解生成物を物理的に除去することで、付着物の除去を効率的に、確実に行うことができる。
【００１０】
同特許請求の範囲の請求項２及び３に記載の発明によれば、取り外した使用済み反応器内に可撓性を有し、気流により飛翔する薄片状の洗浄媒体を衝突させることで、反応器に付着した未反応物や分解生成物（塩分、灰分、チャー(未燃炭素)）を物理的に除去することで、反応器の付着物を完全に除去可能であり、しかも反応器自身には影響せずに付着物のみを選択的に除去出来るので、反応器の繰り返し使用が可能となる。具体的には、洗浄媒体を衝突させる際、気流発生手段がブロー手段、圧縮空気源、エアチューブ、エアブローノズル、噴霧装置などで、反応器に付着した未反応物や分解生成物を除去することで達成することができる。
【００１１】
同特許請求の範囲の請求項４に記載の発明によれば、取り外した使用済み反応器内に可撓性を有し、気流により飛翔する薄片状の洗浄媒体を衝突させる際、気流発生手段がブロー手段、圧縮空気源、エアチューブ、エアブローノズル、噴霧装置などで、反応器に付着した未反応物や分解生成物を除去し、集塵機構により未反応物や分解生成物の付着した薄片状の洗浄媒体を回収することで、反応器内を完全に洗浄が出来ることで、再利用可能となり、反応器の半永久的な繰り返し使用による、非処理物の分解が可能となる。
【００１２】
同特許請求の範囲の請求項５に記載の発明によれば、処理された廃水に含まれる無機成分を中和するためのｐＨ調整液が添加されることで、処理廃水を中和し、反応器の腐食を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係わる水熱反応装置の一例の構成を示す図である。
【図２】本発明に係わる処理装置２００を用いた薄片状の洗浄媒体の吹き付けによる反応器６の洗浄工程を模式的に示す図である。
【図３】反応器の内壁への薄片状の洗浄媒体の衝突による洗浄原理を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。
【実施例１】
【００１５】
図１は、本発明に係わる水熱反応装置１００の一例の構成を示す図である。
【００１６】
水熱反応装置１００は、有機廃水Iを貯留する排水タンク１と、排水タンク１内の有機廃水Iを加圧して送液するポンプ２と、過酸化水素水を貯留するＨ２Ｏ２タンク３と、Ｈ２Ｏ２タンク３内の過酸化水素水を送液するポンプ４と、有機廃水Iを温める予熱器５と、有機廃水Iを水熱処理する反応器６と、ｐＨ調整液（本例では水酸化ナトリウム水溶液）を貯留するｐＨ調整液タンク１１と、水酸化ナトリウム水溶液を送液するポンプ１２と、処理された有機廃水Iを冷却する熱交換器８と、圧力を大気圧に戻す背圧弁９と、気液分離器１０と、各ポンプ２、４、１２の後段及び熱交換器８の後段に配置される圧力計Ｐと、反応器６の温度を測定する温度計Ｔとを含む。
【００１７】
図２は、本発明に係わる処理装置２００の一例を示し、処理装置２００を用いた薄片状の洗浄媒体の吹き付けによる反応器６の洗浄工程を模式的に示す。
【００１８】
処理装置２００は、反応器６の内壁に洗浄媒体２４を衝突させるための気流を発生させる気流発生手段２０を備える。気流発生手段２０は、ブロー手段、圧縮空気源、エアチューブ、エアブローノズル、噴霧装置のような、任意の気流を発生可能な任意の手段であってよい。図示の例では、気流発生手段２０は、反応器６の通気口６Ａに接続される入口管２２に流体的に接続され、入口管２２を介して反応器６内に向けて気流を生成する。これにより、入口管２２内から反応器６内へと洗浄媒体２４が供給され、洗浄媒体２４が反応器６の内壁に衝突される。尚、入口管２２は、水熱反応装置１００の構成要素であってもよいし、処理装置２００の構成要素であってもよい。
【００１９】
洗浄媒体２４は、反応器６の材質よりは軟らかい性質を有する。これは、洗浄時に反応器６にダメージを与えず、選択的に付着物を取り除くためである。また、洗浄媒体２４は、好ましくは、可撓性を有し、気流により飛翔する薄片状の形態を有する。洗浄媒体２４は、図３に模式的に示すように、反応器６の内壁に衝突される際に、反応器６の内壁に付着された付着物を洗浄媒体２４自身に付着させることで、反応器６の内壁に付着された付着物を除去する。
【００２０】
洗浄媒体２４の好ましい特性ないし構成（材料、サイズ、厚さ等）は、以下の通りである。
【００２１】
素材はアクリル、トリアセチルセルロース、ポリイミドなどで、擦傷がつきにくい硬い樹脂素材が好ましい。より具体的にはJIS K-5600 5-4に準拠した鉛筆硬度試験法によって硬さを評価し、除去したい異物（塩分、灰分、チャ―）以上、装置内壁以下の鉛筆硬度を備える素材が望ましい。洗浄媒体の形状は厚さ0.1〜0.2mm、面積100mm2以下、重量10 mg 以下の薄片状が望ましい。さらに、前記薄片状洗浄媒体は可撓性を有することが望ましい。可撓性とは薄片が破壊されずに変形する性質のことで、具体的にはJIS P 8115に準拠して計測した耐折性が１回以上であることを示す。
【００２２】
処理装置２００は、更に、未反応物や分解生成物の付着した薄片状の洗浄媒体２４を反応器６内から回収するための集塵機構３０を備える。図示の例では、集塵機構３０は、反応器６の排気口６Ｂに接続される出口管３２に流体的に接続され、未反応物や分解生成物の付着した薄片状の洗浄媒体２４を集塵する集塵容器３４を備える。集塵容器３４は、洗浄媒体２４を通さないが通気性のある容器（例えば袋状の形態の容器）であってよい。また、集塵機構３０は、出口管３２を介して集塵容器３４内に向けて気流を生成する負圧源（吸引機構）を含んでもよい。集塵容器３４は、未反応物や分解生成物の付着した薄片状の洗浄媒体２４を所定量集塵した際に廃棄されてもよいし、或いは、洗浄媒体２４を取り出してから再利用されてもよい。尚、出口管３２は、水熱反応装置１００の構成要素であってもよいし、処理装置２００の構成要素であってもよい。
【００２３】
次に、処理装置２００を用いた実施例１について説明する。
【００２４】
図１の水熱反応装置１００を使用して、有機廃水Iを反応器６に送液し、温度400 ℃、圧力10 MPa、流速1 mL/minの条件で実施した。酸素の供給は、有機廃水Iに過酸化水素水(30wt%)を混合することにより行った。また、反応器６にはｐＨ調整液を送液した。取り外された処理を終えた反応器６内に、中和塩である硫酸ナトリウムの付着が顕著であった。そこで水熱反応装置１００から反応器６を取り外し、処理装置２００に接続する。そして、反応器６内に、薄片状の洗浄媒体２４を充填し、１MPaの圧力で圧縮空気を気流発生手段２０としてのエアーブローにより送風する（図２参照）。上記のような洗浄媒体を流速20ｍ/s以上の気流に乗せて飛翔させると、洗浄媒体は100mm2以下の広い面積に強い風圧を受け、かつ10mg以下の軽量であるため、容易に流速と同等の速度に加速される。
このような速度に加速した洗浄媒体を、洗浄対称面に45°以上90°以下の入射角で衝突させるものとする。加速された洗浄媒体は空気抵抗が少ない姿勢をとって飛翔するため、エッジで洗浄対象面に衝突する。これによりスクレーパーで前記異物を削る場合と同じ効果を、気流が当たる広範囲の洗浄対象面に生じさせることができる。さらに、洗浄媒体が可撓性を有する場合は、衝突特に洗浄対象面にならって変形するため、洗浄対象面形状に凹凸があっても異物を除去できる効果がある。洗浄媒体２４が反応器６の内壁に衝突することで、付着した中和塩が掻き落とされ、集塵機構３０により未反応物や分解生成物の付着した薄片状の洗浄媒体２４を回収する。その結果、反応器材質が最表面になることで再生される（図３参照）。再生された反応器６は、再び有機廃水Iの分解処理が可能となる。
【００２５】
尚、有機廃水Iの一例としては、ヘテロ原子を含む有機物含有廃水が好適である。
【実施例２】
【００２６】
実施例１と同様に、有機廃水IIを連続的に処理する。反応器内に中和塩である塩化ナトリウムの付着が顕著であった。薄片状の洗浄媒体により反応器が再生され、再び有機廃水の分解処理が可能となる。
【００２７】
尚、有機廃水IIの一例としては、塩素、硫黄、窒素原子を含む有機物含有廃水が好適である。
【実施例３】
【００２８】
実施例１と同様に、有機廃水Iを連続的に処理する。ｐＨ調整液として水酸化カリウム水溶液を用いた。反応器内に中和塩である硫酸カリウムの付着が顕著であった。薄片状の洗浄媒体により反応器が再生され、再び有機廃水の分解処理が可能となる。
【実施例４】
【００２９】
実施例３と同様に、有機廃水IIを連続的に処理する。反応器内に中和塩である塩化カリウムの付着が顕著であった。薄片状の洗浄媒体により反応器が再生され、再び有機廃水の分解処理が可能となる。
［比較例１］
【００３０】
実施例１と同様に、有機廃水Iを連続的に処理する。取り外された処理を終えた反応器内に、中和塩である硫酸ナトリウムの付着が顕著であった。これに希硫酸を用いて、中和塩のエッチングを試みた。中和塩の除去は可能であったが、反応器材質自身も化学的に冒されており、反応器としての耐食性の低下が顕著であった。（同時に反応器材質の流出が見られた。）
［比較例２］
【００３１】
実施例１と同様に、有機廃水Iを連続的に処理する。反応器内の付着物を金属ブラシで擦りとることが可能であった。しかし、付着物を念入りに取り除こうとすると、反応器材質部分まで擦らなければならず、反応器がダメージを受けてしまう。再生された反応器は、対象材質部分が肉薄となり、またスクラッチ傷が全面にできていることから、処理時に発生する硫酸などの酸が透湿しやく、耐食性の低下が見られた。
【００３２】
以上のように本発明に係わる実施例によれば、反応器６の中に可撓性を有し、気流により飛翔する薄片状の洗浄媒体を衝突させることで、付着物を掻き落とし洗浄される。ブラシ、ワイヤ、スクレーパーなどのように固定支持された洗浄手段とは異なり、洗浄媒体２４が流体として挙動するため、洗浄対象物である反応器６の隅々まで洗浄媒体２４が侵入することにより、洗浄効果を向上できる。特に、水熱処理装置１００で有機廃水を処理する場合、分解生成物である酸をアルカリ中和する際、発生する中和塩が反応器に付着し、そのまま使用し続けると閉塞を引き起こす。処理を終えた反応器６内に、可撓性を有し気流により飛翔する薄片状の洗浄媒体２４を衝突させることで、反応器６内の塩が掻き落とされ、再生されることで、反応器６の再利用が可能となる。
【００３３】
反応器６に付着した未反応物や分解生成物（塩分、灰分、チャー(未燃炭素)）は、一般的には超臨界状態において溶解しにくいことが特徴的である。これらを確実に除去可能な工法として、本発明が有効であると考えられる。
【００３４】
ｐH調整液に関しては、分解生成物が硫酸や塩酸等の酸の場合は、水酸化ナトリウム水溶液、水酸化カリウム水溶液などのアルカリ水溶液を添加する。また分解生成物がアンモニア水などの場合は、硫酸、塩酸などの酸水溶液を添加する。
【００３５】
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
【００３６】
例えば、上述した実施例では、水熱反応装置１００から反応器６を取り外して洗浄を実施しているが、反応器６を取り外さず反応器６の周辺部材のみを取り外し、その状態で処理装置２００を接続して洗浄を実施することも可能である。
【００３７】
また、上述した実施例では、処理装置２００は、反応器６に対して１つの通気口６Ａから気流及び洗浄媒体２４を供給しているが、処理装置２００は、反応器６に対して複数の通気口６Ａから気流及び洗浄媒体２４を供給してもよい。同様に、集塵機構３０は、複数の排気口６Ｂから洗浄媒体２４を回収してもよい。
【００３８】
また、上述した実施例では、処理装置２００の気流発生手段２０は、反応器６に対して外部から接続ないし連通されているが、気流発生手段２０は、反応器６の内部に設けられてもよい。例えば、反応器６内に洗浄媒体２４を充填した状態で、反応器６の気流発生手段２０を動作させることで、反応器６の内壁に洗浄媒体２４を衝突させることとしてもよい。この場合、気流発生手段２０は、反応器６内に渦巻き流や乱気流を発生させる手段であってもよい。
【符号の説明】
【００３９】
１ 排水タンク
２ ポンプ
３ Ｈ２Ｏ２タンク
４ ポンプ
５ 予熱器
６ 反応器
６Ａ 通気口
６Ｂ 排気口
８ 熱交換器
９ 背圧弁
１０ 気液分離器
１１ ｐＨ調整液タンク
１２ ポンプ
２０ 気流発生手段
２２ 入口管
２４ 洗浄媒体
３０ 集塵機構
３２ 出口管
３４ 集塵容器
１００ 水熱反応装置
２００ 処理装置
【先行技術文献】
【特許文献】
【００４０】
【特許文献１】特公平１−３８５３２号公報
【特許文献２】特開２００１−１４９７６７号公報
【特許文献３】特開２００４−５７９２５号公報
【特許文献４】特開２００１−４６８５４号公報
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水熱反応を用いた有機廃棄物などの処理のための反応器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境問題に対応し、ポリ塩化ビフェニール（ＰＣＢ）等の有害廃棄物、ポリ容器やポリ塩化ビニル等の樹脂や、放射性物質を含む有機廃棄物の処理が大きな問題となっている。一般的に有機廃棄物は焼却処理されているが、こうした処理方法では、ダイオキシン、窒素酸化物等の有毒物質を発生したり、これら有毒物質を回収するために大規模な装置を要したりする等、問題が多い。
【０００３】
近年、有機物を分解する方法として、水の臨界点（温度３７４℃、圧力２２．１ＭＰａ）を超える高温高圧下の水（超臨界水）を用いる方法が注目されている。ここに超臨界状態とは、個々の化合物に固有の物理量である臨界温度と臨界圧力以上の温度と圧力下にある物質の状態をいい、この状態にある物質を超臨界流体と称する。
例えば、有機物と水と酸素含有流体を混合し、水の臨界点を超える超臨界状態で、有機物を酸化分解する方法が知られている（特許文献１参照）。超臨界水は、液体と気体の中間の性質をもち有機物や酸素と任意に混合するため、短時間で効率的に有機物を酸化分解できる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、水熱反応では、被処理物に有機塩素化合物等が含まれているときには、水熱反応により塩酸が生じ、高温の水熱反応雰囲気により塩酸による反応器の腐食が進行し易い。そこで、一般には、アルカリ水溶液で酸を中和し、塩類を生成させ、酸による反応器の腐食を抑制することが行われている。
しかし、超臨界水反応場の塩類の溶解度は、常温での塩類の溶解度に比べて著しく低いので、中和により生じた塩類が析出する。処理流体中の塩類は、反応器の下流の流出管や熱交換器に付着し、閉塞させるという問題があった。
【０００５】
従来、超臨界水反応場で塩類濃度が高くなる場合、塩類を亜臨界水に溶解させて排出するために、いわゆる２ゾーン型反応器を使うことがある。２ゾーン型反応器は、超臨界水酸化反応を行う超臨界水領域を反応器上部に構成し、超臨界水領域で析出した塩類を再溶解させる亜臨界水領域を反応器下部に構成し、超臨界水領域から亜臨界水領域に沈降した塩類を亜臨界水に溶解させて排出するようになっている。
更には、チューブ型反応器にも塩類析出による閉塞の問題がある。例えば下水汚泥のようにスラリー状の被処理物を処理する場合、或いは固形物状の被処理物をスラリー化して処理する場合には、チューブ型反応器を採用することが多い。しかし、塩類や微粒子がチューブ型反応器内で析出し、閉塞を起こすおそれが高い。
そこで、チューブ型反応器内の流速を大きくして、塩類や微粒子を付着させないように排出させることが試みられているものの（例えば特許文献２参照）、流速を大きくすると、反応温度域に滞留する時間が短くなり、十分に超臨界水反応を進行させることが難しくなる。十分な反応時間を確保するためにはチューブ型反応器の長さを長くすると、却って塩類や固形物の付着、堆積が生じる上に、チューブ型反応器の製作コストが嵩む。
そこで、中和処理し易い被処理液、或いは固形物状の被処理物を超臨界水酸化するのに適した反応器の開発が求められている。
以上の説明では、超臨界水反応装置に用いる反応器を例に上げて説明したが、これらは超臨界水反応装置に用いる反応器に限る問題ではなく、例えば水熱反応のための反応器全般に該当する問題である。
ここで、水熱反応とは、高温高圧水、例えば温度１８０℃以上、飽和水蒸気圧以上の熱水を用いる反応を言う。
特許文献３では、中和処理し易い被処理液、或いは固形物状の被処理物を処理する際に、閉塞の恐れが少なく、しかも処理流体中の無機塩濃度を低くするために、フィルターを用いて選択的に塩類や微粒子を取り除くとしている。しかし、反応中にフィルタリングを行うと、流速が低下したり、完全な捕捉が困難であったりと、安定した有機物の分解処理システムを遂行しづらい。
【０００６】
また、特許文献４では、反応容器内に、その内周面に付着する塩分を掻き除くため、スクレーパーを複数取付け、付着した塩分を掻き落としていた。しかし、スクレーパーがある構造は、反応器内の流速変動を引き起こし、安定な分解処理を継続することが困難である。
【０００７】
そこで、本発明は、上述の課題を少なくとも部分的に解決し、反応器の付着物の除去を効率的且つ確実に行うことが可能な処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の一局面によれば、添付の特許請求の範囲の請求項１に記載するように、水熱反応で、被処理物の分解を行う処理装置において、被処理物処理を終えた反応器内に洗浄媒体を衝突させることで、反応器に付着した未反応物や分解生成物を物理的に除去することを特徴とする処理装置が提供される。その他の特徴は、同特許請求の範囲の従属項に記載される。
【発明の効果】
【０００９】
添付の特許請求の範囲の請求項１に記載の発明によれば、水熱反応で、被処理物の分解を行う処理装置において、被処理物処理を終えた反応器内に洗浄媒体を衝突させることで、被処理物処理を終えた反応器内に洗浄媒体を衝突させることで、反応器に付着した未反応物や分解生成物を物理的に除去することで、付着物の除去を効率的に、確実に行うことができる。
【００１０】
同特許請求の範囲の請求項２及び３に記載の発明によれば、取り外した使用済み反応器内に可撓性を有し、気流により飛翔する薄片状の洗浄媒体を衝突させることで、反応器に付着した未反応物や分解生成物（塩分、灰分、チャー(未燃炭素)）を物理的に除去することで、反応器の付着物を完全に除去可能であり、しかも反応器自身には影響せずに付着物のみを選択的に除去出来るので、反応器の繰り返し使用が可能となる。具体的には、洗浄媒体を衝突させる際、気流発生手段がブロー手段、圧縮空気源、エアチューブ、エアブローノズル、噴霧装置などで、反応器に付着した未反応物や分解生成物を除去することで達成することができる。
【００１１】
同特許請求の範囲の請求項４に記載の発明によれば、取り外した使用済み反応器内に可撓性を有し、気流により飛翔する薄片状の洗浄媒体を衝突させる際、気流発生手段がブロー手段、圧縮空気源、エアチューブ、エアブローノズル、噴霧装置などで、反応器に付着した未反応物や分解生成物を除去し、集塵機構により未反応物や分解生成物の付着した薄片状の洗浄媒体を回収することで、反応器内を完全に洗浄が出来ることで、再利用可能となり、反応器の半永久的な繰り返し使用による、非処理物の分解が可能となる。
【００１２】
同特許請求の範囲の請求項５に記載の発明によれば、処理された廃水に含まれる無機成分を中和するためのｐＨ調整液が添加されることで、処理廃水を中和し、反応器の腐食を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係わる水熱反応装置の一例の構成を示す図である。
【図２】本発明に係わる処理装置２００を用いた薄片状の洗浄媒体の吹き付けによる反応器６の洗浄工程を模式的に示す図である。
【図３】反応器の内壁への薄片状の洗浄媒体の衝突による洗浄原理を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。
【実施例１】
【００１５】
図１は、本発明に係わる水熱反応装置１００の一例の構成を示す図である。
【００１６】
水熱反応装置１００は、有機廃水Iを貯留する排水タンク１と、排水タンク１内の有機廃水Iを加圧して送液するポンプ２と、過酸化水素水を貯留するＨ２Ｏ２タンク３と、Ｈ２Ｏ２タンク３内の過酸化水素水を送液するポンプ４と、有機廃水Iを温める予熱器５と、有機廃水Iを水熱処理する反応器６と、ｐＨ調整液（本例では水酸化ナトリウム水溶液）を貯留するｐＨ調整液タンク１１と、水酸化ナトリウム水溶液を送液するポンプ１２と、処理された有機廃水Iを冷却する熱交換器８と、圧力を大気圧に戻す背圧弁９と、気液分離器１０と、各ポンプ２、４、１２の後段及び熱交換器８の後段に配置される圧力計Ｐと、反応器６の温度を測定する温度計Ｔとを含む。
【００１７】
図２は、本発明に係わる処理装置２００の一例を示し、処理装置２００を用いた薄片状の洗浄媒体の吹き付けによる反応器６の洗浄工程を模式的に示す。
【００１８】
処理装置２００は、反応器６の内壁に洗浄媒体２４を衝突させるための気流を発生させる気流発生手段２０を備える。気流発生手段２０は、ブロー手段、圧縮空気源、エアチューブ、エアブローノズル、噴霧装置のような、任意の気流を発生可能な任意の手段であってよい。図示の例では、気流発生手段２０は、反応器６の通気口６Ａに接続される入口管２２に流体的に接続され、入口管２２を介して反応器６内に向けて気流を生成する。これにより、入口管２２内から反応器６内へと洗浄媒体２４が供給され、洗浄媒体２４が反応器６の内壁に衝突される。尚、入口管２２は、水熱反応装置１００の構成要素であってもよいし、処理装置２００の構成要素であってもよい。
【００１９】
洗浄媒体２４は、反応器６の材質よりは軟らかい性質を有する。これは、洗浄時に反応器６にダメージを与えず、選択的に付着物を取り除くためである。また、洗浄媒体２４は、好ましくは、可撓性を有し、気流により飛翔する薄片状の形態を有する。洗浄媒体２４は、図３に模式的に示すように、反応器６の内壁に衝突される際に、反応器６の内壁に付着された付着物を洗浄媒体２４自身に付着させることで、反応器６の内壁に付着された付着物を除去する。
【００２０】
洗浄媒体２４の好ましい特性ないし構成（材料、サイズ、厚さ等）は、以下の通りである。
【００２１】
素材はアクリル、トリアセチルセルロース、ポリイミドなどで、擦傷がつきにくい硬い樹脂素材が好ましい。より具体的にはJIS K-5600 5-4に準拠した鉛筆硬度試験法によって硬さを評価し、除去したい異物（塩分、灰分、チャ―）以上、装置内壁以下の鉛筆硬度を備える素材が望ましい。洗浄媒体の形状は厚さ0.1〜0.2mm、面積100mm2以下、重量10 mg 以下の薄片状が望ましい。さらに、前記薄片状洗浄媒体は可撓性を有することが望ましい。可撓性とは薄片が破壊されずに変形する性質のことで、具体的にはJIS P 8115に準拠して計測した耐折性が１回以上であることを示す。
【００２２】
処理装置２００は、更に、未反応物や分解生成物の付着した薄片状の洗浄媒体２４を反応器６内から回収するための集塵機構３０を備える。図示の例では、集塵機構３０は、反応器６の排気口６Ｂに接続される出口管３２に流体的に接続され、未反応物や分解生成物の付着した薄片状の洗浄媒体２４を集塵する集塵容器３４を備える。集塵容器３４は、洗浄媒体２４を通さないが通気性のある容器（例えば袋状の形態の容器）であってよい。また、集塵機構３０は、出口管３２を介して集塵容器３４内に向けて気流を生成する負圧源（吸引機構）を含んでもよい。集塵容器３４は、未反応物や分解生成物の付着した薄片状の洗浄媒体２４を所定量集塵した際に廃棄されてもよいし、或いは、洗浄媒体２４を取り出してから再利用されてもよい。尚、出口管３２は、水熱反応装置１００の構成要素であってもよいし、処理装置２００の構成要素であってもよい。
【００２３】
次に、処理装置２００を用いた実施例１について説明する。
【００２４】
図１の水熱反応装置１００を使用して、有機廃水Iを反応器６に送液し、温度400 ℃、圧力10 MPa、流速1 mL/minの条件で実施した。酸素の供給は、有機廃水Iに過酸化水素水(30wt%)を混合することにより行った。また、反応器６にはｐＨ調整液を送液した。取り外された処理を終えた反応器６内に、中和塩である硫酸ナトリウムの付着が顕著であった。そこで水熱反応装置１００から反応器６を取り外し、処理装置２００に接続する。そして、反応器６内に、薄片状の洗浄媒体２４を充填し、１MPaの圧力で圧縮空気を気流発生手段２０としてのエアーブローにより送風する（図２参照）。上記のような洗浄媒体を流速20ｍ/s以上の気流に乗せて飛翔させると、洗浄媒体は100mm2以下の広い面積に強い風圧を受け、かつ10mg以下の軽量であるため、容易に流速と同等の速度に加速される。
このような速度に加速した洗浄媒体を、洗浄対称面に45°以上90°以下の入射角で衝突させるものとする。加速された洗浄媒体は空気抵抗が少ない姿勢をとって飛翔するため、エッジで洗浄対象面に衝突する。これによりスクレーパーで前記異物を削る場合と同じ効果を、気流が当たる広範囲の洗浄対象面に生じさせることができる。さらに、洗浄媒体が可撓性を有する場合は、衝突特に洗浄対象面にならって変形するため、洗浄対象面形状に凹凸があっても異物を除去できる効果がある。洗浄媒体２４が反応器６の内壁に衝突することで、付着した中和塩が掻き落とされ、集塵機構３０により未反応物や分解生成物の付着した薄片状の洗浄媒体２４を回収する。その結果、反応器材質が最表面になることで再生される（図３参照）。再生された反応器６は、再び有機廃水Iの分解処理が可能となる。
【００２５】
尚、有機廃水Iの一例としては、ヘテロ原子を含む有機物含有廃水が好適である。
【実施例２】
【００２６】
実施例１と同様に、有機廃水IIを連続的に処理する。反応器内に中和塩である塩化ナトリウムの付着が顕著であった。薄片状の洗浄媒体により反応器が再生され、再び有機廃水の分解処理が可能となる。
【００２７】
尚、有機廃水IIの一例としては、塩素、硫黄、窒素原子を含む有機物含有廃水が好適である。
【実施例３】
【００２８】
実施例１と同様に、有機廃水Iを連続的に処理する。ｐＨ調整液として水酸化カリウム水溶液を用いた。反応器内に中和塩である硫酸カリウムの付着が顕著であった。薄片状の洗浄媒体により反応器が再生され、再び有機廃水の分解処理が可能となる。
【実施例４】
【００２９】
実施例３と同様に、有機廃水IIを連続的に処理する。反応器内に中和塩である塩化カリウムの付着が顕著であった。薄片状の洗浄媒体により反応器が再生され、再び有機廃水の分解処理が可能となる。
［比較例１］
【００３０】
実施例１と同様に、有機廃水Iを連続的に処理する。取り外された処理を終えた反応器内に、中和塩である硫酸ナトリウムの付着が顕著であった。これに希硫酸を用いて、中和塩のエッチングを試みた。中和塩の除去は可能であったが、反応器材質自身も化学的に冒されており、反応器としての耐食性の低下が顕著であった。（同時に反応器材質の流出が見られた。）
［比較例２］
【００３１】
実施例１と同様に、有機廃水Iを連続的に処理する。反応器内の付着物を金属ブラシで擦りとることが可能であった。しかし、付着物を念入りに取り除こうとすると、反応器材質部分まで擦らなければならず、反応器がダメージを受けてしまう。再生された反応器は、対象材質部分が肉薄となり、またスクラッチ傷が全面にできていることから、処理時に発生する硫酸などの酸が透湿しやく、耐食性の低下が見られた。
【００３２】
以上のように本発明に係わる実施例によれば、反応器６の中に可撓性を有し、気流により飛翔する薄片状の洗浄媒体を衝突させることで、付着物を掻き落とし洗浄される。ブラシ、ワイヤ、スクレーパーなどのように固定支持された洗浄手段とは異なり、洗浄媒体２４が流体として挙動するため、洗浄対象物である反応器６の隅々まで洗浄媒体２４が侵入することにより、洗浄効果を向上できる。特に、水熱処理装置１００で有機廃水を処理する場合、分解生成物である酸をアルカリ中和する際、発生する中和塩が反応器に付着し、そのまま使用し続けると閉塞を引き起こす。処理を終えた反応器６内に、可撓性を有し気流により飛翔する薄片状の洗浄媒体２４を衝突させることで、反応器６内の塩が掻き落とされ、再生されることで、反応器６の再利用が可能となる。
【００３３】
反応器６に付着した未反応物や分解生成物（塩分、灰分、チャー(未燃炭素)）は、一般的には超臨界状態において溶解しにくいことが特徴的である。これらを確実に除去可能な工法として、本発明が有効であると考えられる。
【００３４】
ｐH調整液に関しては、分解生成物が硫酸や塩酸等の酸の場合は、水酸化ナトリウム水溶液、水酸化カリウム水溶液などのアルカリ水溶液を添加する。また分解生成物がアンモニア水などの場合は、硫酸、塩酸などの酸水溶液を添加する。
【００３５】
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
【００３６】
例えば、上述した実施例では、水熱反応装置１００から反応器６を取り外して洗浄を実施しているが、反応器６を取り外さず反応器６の周辺部材のみを取り外し、その状態で処理装置２００を接続して洗浄を実施することも可能である。
【００３７】
また、上述した実施例では、処理装置２００は、反応器６に対して１つの通気口６Ａから気流及び洗浄媒体２４を供給しているが、処理装置２００は、反応器６に対して複数の通気口６Ａから気流及び洗浄媒体２４を供給してもよい。同様に、集塵機構３０は、複数の排気口６Ｂから洗浄媒体２４を回収してもよい。
【００３８】
また、上述した実施例では、処理装置２００の気流発生手段２０は、反応器６に対して外部から接続ないし連通されているが、気流発生手段２０は、反応器６の内部に設けられてもよい。例えば、反応器６内に洗浄媒体２４を充填した状態で、反応器６の気流発生手段２０を動作させることで、反応器６の内壁に洗浄媒体２４を衝突させることとしてもよい。この場合、気流発生手段２０は、反応器６内に渦巻き流や乱気流を発生させる手段であってもよい。
【符号の説明】
【００３９】
１ 排水タンク
２ ポンプ
３ Ｈ２Ｏ２タンク
４ ポンプ
５ 予熱器
６ 反応器
６Ａ 通気口
６Ｂ 排気口
８ 熱交換器
９ 背圧弁
１０ 気液分離器
１１ ｐＨ調整液タンク
１２ ポンプ
２０ 気流発生手段
２２ 入口管
２４ 洗浄媒体
３０ 集塵機構
３２ 出口管
３４ 集塵容器
１００ 水熱反応装置
２００ 処理装置
【先行技術文献】
【特許文献】
【００４０】
【特許文献１】特公平１−３８５３２号公報
【特許文献２】特開２００１−１４９７６７号公報
【特許文献３】特開２００４−５７９２５号公報
【特許文献４】特開２００１−４６８５４号公報
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水熱反応で被処理物の分解を行う処理装置において、被処理物処理を終えた反応器内に洗浄媒体を衝突させることで、反応器に付着した未反応物や分解生成物を物理的に除去することを特徴とする処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載の処理装置であって、
前記気流を発生させる気流発生手段を備え、
前記洗浄媒体は、可撓性を有し、気流により飛翔する薄片状の洗浄媒体であり、
前記薄片状の洗浄媒体は、前記気流発生手段が発生する気流により、取り外した使用済み反応器内に衝突されることを特徴とする処理装置。
【請求項３】
請求項２に記載の処理装置であって、
前記気流発生手段は、ブロー手段、圧縮空気源、エアチューブ、エアブローノズル、噴霧装置を含むことを特徴とする処理装置。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の処理装置であって、
前記未反応物や分解生成物の付着した前記薄片状の洗浄媒体を回収する集塵機構を備えることを特徴とする処理装置。
【請求項５】
請求項１に記載の処理装置であって、
処理された廃水に含まれる無機成分を中和するためのｐＨ調整液が添加されることを特徴とする処理装置。
【請求項１】
水熱反応で被処理物の分解を行う処理装置において、被処理物処理を終えた反応器内に洗浄媒体を衝突させることで、反応器に付着した未反応物や分解生成物を物理的に除去することを特徴とする処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載の処理装置であって、
前記気流を発生させる気流発生手段を備え、
前記洗浄媒体は、可撓性を有し、気流により飛翔する薄片状の洗浄媒体であり、
前記薄片状の洗浄媒体は、前記気流発生手段が発生する気流により、取り外した使用済み反応器内に衝突されることを特徴とする処理装置。
【請求項３】
請求項２に記載の処理装置であって、
前記気流発生手段は、ブロー手段、圧縮空気源、エアチューブ、エアブローノズル、噴霧装置を含むことを特徴とする処理装置。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の処理装置であって、
前記未反応物や分解生成物の付着した前記薄片状の洗浄媒体を回収する集塵機構を備えることを特徴とする処理装置。
【請求項５】
請求項１に記載の処理装置であって、
処理された廃水に含まれる無機成分を中和するためのｐＨ調整液が添加されることを特徴とする処理装置。
【図２】
【図３】
【図１】
【図３】
【図１】
【公開番号】特開２０１１−５６３３８（Ｐ２０１１−５６３３８Ａ）
【公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２０６１５８（Ｐ２００９−２０６１５８）
【出願日】平成２１年９月７日（２００９．９．７）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月７日（２００９．９．７）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
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