JP2009018298A - 超臨界水酸化装置及びプロセス - Google Patents

Abstract

【課題】有機材料のほぼ全てが酸化される方法と装置を提供する。
【解決手段】有機材料を酸化する方法は、（ａ）有機材料及び水を含む予備酸化を施した混合物を形成する工程と、そして（ｂ）予備酸化を施した混合物を液体酸化剤と、連続流反応器の中で、少なくとも３２０６ｐｓｉａの圧力、及び少なくとも７０５°Ｆの温度を含む超臨界水条件で反応させて、凝縮材料及び非凝縮材料を含む後酸化を施した混合物を形成する工程とを含み、有機材料のほぼ全てが酸化されている。
【選択図】なし

Description

本発明は概して、有機汚染物質を処理するプロセス及び設備に関し、特に有機汚染物質を超臨界水酸化方法を使用して分解するプロセス及び設備に関する。

超臨界水酸化（ｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌ ｗａｔｅｒ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ：ＳＣＷＯ）プロセスを使用することにより、液状有機性廃棄物またはスラリー状有機性廃棄物、特に小容積の有機性廃棄物を分解することができる。ＳＣＷＯプロセスでは、水の熱力学的臨界点（７０５°Ｆ及び３２０６ｐｓｉａ）近傍の、または熱力学的臨界ポイントを超える状態における水の固有特性を利用する。臨界点を超えると、水は非常に密度の高い気体の性質を示す。有機材料及び有機ガスは、この高密度の水蒸気と混和する。従って、臨界点を超えると、液状有機性廃棄物またはスラリー状有機性廃棄物を容易に酸化し、そして非常に高い効率で分解することができる。

ＳＣＷＯプロセスはこの技術分野では公知である。例えば、特許文献１〜１４には、種々の形態のＳＣＷＯプロセスが記載されており、これらの特許文献の全部をここで参照することにより、これらの特許文献の内容が本明細書に組み込まれる。

通常のＳＣＷＯプロセスでは、水及び有機性廃棄物材料を含む供給流を加圧し、酸化剤と混合し、そして栓流反応器の中で反応させる。酸化反応により生成される熱エネルギーによって、反応物質に必要な予備加熱が可能になる。供給流の加熱値が不十分である場合、補助燃料を追加する、または供給流を予備加熱する。反応器は、必要な滞留時間（通常、約１分未満）を超臨界状態で実現するように構成される。

残念なことに、先行技術によるＳＣＷＯプロセスを実施し、そして維持するためには、法外なコストを要する。例えば、供給流によって変わるが、反応器の内壁を非常に腐食性の強い燃焼プロセス、及び結果として生成される反応生成物から保護するために、消耗品である反応器ライナーが必要となる。このようなライナーは、６０〜７０稼動時間ごとの頻度で取り替える必要があるので、結果的な稼動停止時間に関連するメンテナンスコスト及び運転コストが非常に高くなる。先行技術によるＳＣＷＯプロセスに関連する他の大きなコストは、投資コスト、及び圧縮酸素または圧縮空気を３５００〜４０００ｐｓｉｇで供給するための運転コストである。通常、ＳＣＷＯ反応器のエアコンプレッサを運転するための運転コストは、総合運転コストの９０％超を占める。

先行技術によるＳＣＷＯプロセスに関連する別のコストは、当該プロセスで生成される大量の水性反応生成物に要するコストである。通常、このような水性反応生成物はプロセス管理者にとっては、コスト上の大きな問題となる。更に、反応生成物の塩が下流の設備において析出し易いので、上記設備を詰まらせてしまい、このような塩を除去するためにコストの嵩むメンテナンスを頻繁に行なう必要がある。

従って、先行技術における前述の問題を回避する、または最小にするＳＣＷＯプロセスが必要になる。
米国特許第２９４４３９６号 米国特許第４５４３１９０号 米国特許第５３８７３９８号 米国特許第５４０５５３３号 米国特許第５５０１７９９号 米国特許第５５６０８２２号 米国特許第５８０４０６６号 米国特許第６０５４０５７号 米国特許第６０５６８８３号 米国特許第６２３８５６８号 米国特許第６５１９９２６号 米国特許第６５７６１８５号 米国特許第６７０９６０２号 米国特許第６７７３５８１号

本発明はこの要求を満たす。本発明は、（ａ）有機材料及び水を含む、予備酸化を施した混合物（ｐｒｅｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｍｉｘｔｕｒｅ）を形成する工程と、そして（ｂ）予備酸化を施した混合物を液体酸化剤と、連続流反応器の中で、少なくとも３２０６ｐｓｉａの圧力、及び少なくとも７０５°Ｆの温度を含む超臨界水条件で反応させて、凝縮材料及び非凝縮材料を含む、後酸化を施した混合物（ｐｏｓｔ−ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｍｉｘｔｕｒｅ）を形成する工程とを含み、有機材料のほぼ全てが酸化されている、有機材料を酸化する方法である。

本発明の一の実施形態では、液体酸化剤は過酸化水素水、通常は５０重量パーセントの過酸化水素水である。

本発明の別の態様では、本発明は、ＳＣＷＯプロセスにおいて有機材料を継続的に酸化する処理に有用な反応器である。反応器は、反応器壁及び反応器ネジ切り上部栓を有する反応器本体を含む。反応器は更に、反応器ネジ切り上部栓にのみ取り付けられて、反応器ネジ切り上部栓が反応器から取り外されると、反応器ライナーも反応器から結果的に、かつ同時に取り外される構成の円筒形ライナーを含む。

本発明の更に別の態様では、本発明は、ＳＣＷＯプロセスにおいて有機材料を継続的に酸化する処理に有用な反応器であり、反応器は内部減圧弁を含む。本発明のこの態様の通常の実施形態では、内部減圧弁は、熱シールドと、ニードル装着部と、そしてピストン作動型ニードル（ｐｉｓｔｏｎ ａｃｔｕａｔｅｄ ｎｅｅｄｌｅ）とを含む。内部減圧弁の別の実施形態では、減圧弁は、熱シールドと、ニードル装着部と、そしてベローズ駆動型ニードル（ｂｅｌｌｏｗｓ ｏｐｅｒａｔｅｄ ｎｅｅｄｌｅ）とを含む。いずれにしても、ニードルの垂直方向の位置を圧力フィードバックループによって変化させることにより容器圧力を制御する。運転状態では、ニードルとニードル装着部との間に十分に大きい隙間を生じさせて、容器内に析出する塩を減圧弁を介して排出して後の時点でプロセス流体によって回収することができるようにする。

本発明のこれらの特徴、態様、及び利点、及び他の特徴、態様、及び利点は、以下の記述、添付の請求項、及び添付の図を参照することにより一層深く理解される。
以下の議論では、本発明の一の実施形態、及び当該実施形態の幾つかの変形例について詳細に説明する。しかしながら、本議論は、本発明をこれらの特定の実施形態に制限するものとして捉えられるべきではない。この技術分野の当業者であれば、他の多くの実施形態があり得ることも理解できるであろう。

本発明は、有機材料を酸化する方法であり、本方法は、（ａ）有機材料及び水を含む、予備酸化を施した混合物を形成する工程と、そして（ｂ）予備酸化を施した混合物を液体酸化剤と、連続流反応器の中で、少なくとも３２０６ｐｓｉａの圧力、及び少なくとも７０５°Ｆの温度を含む超臨界水条件で反応させて、凝縮材料及び非凝縮材料を含む、後酸化を施した混合物を形成する工程とを含み、この場合、有機材料のほぼ全てが酸化されている。

本発明では、液体酸化剤は通常、過酸化水素水であり、最も好ましくは、５０重量パーセントの過酸化水素水である。

本発明は、酸化剤が純酸素または空気のいずれかである構成の先行技術によるほとんどのＳＣＷＯ酸化方法とは異なる。従って、図２に示すフロー図に示される本発明は、図１に示すような酸素ガスを使用する先行技術によるほとんどのＳＣＷＯ酸化方法とは対照的である。

液体酸化剤を使用することにより、高圧力圧縮空気システムを用いる必要がない。これにより、空間及びコストを大幅に節約することができる。高圧力圧縮空気システムを無くすことによって、更にこのようなシステムに関連する運転上の危険を無くすことができる。３００馬力の嵩張るモータを備えるエアコンプレッサを使用する代わりに、簡易型の７．５馬力ポンプで、反応器に過酸化水素水を供給することができる。

本発明は、図３に示す反応器１０内で実施することができる。反応器１０は、円筒形反応器本体１２を備え、本体の頂部を上部栓１４で蓋をし、そして本体の底部を弁ハウジング１６で蓋をする。

反応器本体１２は通常、３１６ステンレス鋼または高ニッケルステンレス鋼のような耐腐食性材料により作製される。反応器本体壁１８の厚さは、運転中に発生する温度及び圧力を確実に受けるように設計される。

反応器本体１２の内部では、上部栓１４と弁ハウジング１６との間に酸化ゾーン２０が画定され、このゾーンでは、運転中に酸化反応が行なわれる。酸化ゾーン２０内での通常の運転条件として、約３５００ｐｓｉｇの圧力、及び約１２００°Ｆの温度を挙げることができる。

保護ライナー２２を酸化ゾーン２０内に、反応器本体壁１８の内側表面に近接して配置することにより、反応器本体壁１８を、酸化プロセス中に発生する腐食状態によって起こる化学的劣化から保護する。

ライナー２２は通常、耐薬品性材料により作製され、耐薬品性材料として、例えばニッケル−モリブデン−クロム−タングステン合金（Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ^ＴＭ， ＵＮＳ Ｎ １０２７６のような）、セラミックス、または白金を挙げることができる。通常の運転では、ライナーがニッケル−モリブデン−クロム−タングステン合金により作製される場合、ライナーは約０．１２５インチ〜約０．７５０インチの厚さである。

ライナー２２を酸化ゾーン２０内に配置することにより、反応器本体１２の壁１８とライナー２２との間に狭い円環状間隙２４を画定する。円環状間隙２４には少量であるが一定の流量の洗浄水を流し込んで洗い流すことにより、反応器本体壁１８を化学的に保護する。洗浄水の流量は通常、約１ガロン／分よりも小さい。

冷却水ジャケット２６ａ及び２６ｂがそれぞれ、反応器本体１２の上端部２８を取り囲むように、かつ反応器本体１２の下端部３０の周りに配設されて、反応器１０のこれらの領域を運転中に冷却する。

冷却水配管３２を反応器１０の外側の周りに配設して、冷却水を反応器１０に沿って計画的に配置される注入ポート３４に供給する。

誘導加熱コイル３６を反応器１０の周りに配置して、運転中に酸化ゾーン２０に熱を加える。誘導加熱コイル３６を使用することにより、始動中に酸化ゾーン２０を正常な運転状態にし、そして自己反応を維持するために十分な量のエネルギーを含んでいない供給流を処理する場合に、必要な酸化ゾーン２０の運転状態を維持するために必要なエネルギーを供給する。従って、誘導加熱コイル３６を使用することにより、補充燃料の使用を必要とすることなく、低ＢＴＵ値を有する廃棄物を分解することができる。

従って、誘導加熱コイル３６によってプロセスを、大量の補充燃料を必要とすることなく、かつ大量の加熱液体を生成することなく加熱することができる。また、先行技術によるＳＣＷＯ（超臨界水酸化）方法では、補充燃料を使用することによって必ず、非常に多い量のプロセス水が必要になる。更に、先行技術によるＳＣＷＯ（超臨界水酸化）方法では、反応生成物が反応器１０を出て行くときに希釈水を使用して塩を輸送する。これとは異なり、本発明では希釈水は必要ではない。塩は反応器１０から、汚染されていない気固懸濁液に含まれて出て行く（スチームは、スチームが反応器１０から出て行った後にしか凝縮されることがないからである）。

上部栓１４を図４及び５に詳細に示す。上部栓１４にはネジ山３８が設けられ、ネジ山３８は、反応器本体１２の上端部２８の反応器本体壁１８に画定されるネジ溝４０と螺合するようにサイズ及び寸法が決定される。ネジ山３８及びネジ溝４０の両セットは、シールリング４２を受け入れるように収容する構成のＡＣＭＥネジであることが好ましい。

複数のシールリング４２を上部栓１４の周りに設けて、上部栓１４と反応器本体１２との間を気密封止する。冷却水をこれらのシールリング４２の間に注入ノズル４８により注入する。

図８に示すような個別の冷却システムを各シールリングペア４２に対して配設することが好ましい。個別の各冷却システムは、循環ポンプ９０と、熱交換器９２と、サージタンク９４と、高水位アラーム９６と、そして低水位アラーム９８とにより構成される。仮にシールリング４２の破損が生じたとすると、主シールリング４２を通過する漏れによって、サージタンク９４の水位が上昇することにより、サージタンクの高水位アラーム９６が鳴動する。予備シールリング４２の破損が生じた場合、サージタンク９４の水位が冷却液漏れによって低下することにより、低水位アラーム９８が鳴動する。

ネジ切り上部栓１４を使用することによりまた、上部栓を簡単に組み立てることができる。先行技術によるＳＣＷＯ（超臨界水酸化）システム法では、鍛造フランジヘッドを使用する必要があるのに対して、本発明では、上部栓１４を、容易に入手することができる高品質の圧力容器材料により作製することができる。ネジ切り上部栓１４によって、加工前の鍛造が必要ではなくなるので、組み立て時間を短くすることができる。ネジ切り上部栓１４によって更に、ライナー２２を取り替えるために必要な時間を短くすることができる。

図５に示すように、ライナー２２を上部栓１４に圧入固定ピン５０で取り付ける。この構造を使用して、上部栓１４及びライナー２２を単一の一体アセンブリとする。従って、メンテナンス中に上部栓１４を取り外すと、結果的に、かつ必然的にライナー２２を同時に取り外すことができる。

この構造の一の実施形態では、ライナー２２を上部栓１４から分離するために、圧入固定ピン５０を内側に、上部栓１４内の円環状間隙（図示せず）にまで押し込む。円環状間隙は十分に広いので、固定ピンを更に内側に押し込むことによって、固定ピン５０をライナー２２及び上部栓１４から完全に取り外すことができる。

この構造の別の実施形態では、圧入固定ピン５０は、これらのピンの上に位置して、内側への押し込み距離を制限する頭部と一緒に加工されるので、何かのはずみでピンが緩む恐れがないようにする。本実施形態では、圧入固定ピン５０の頭部を把持し外側に引っ張り出すことによって、ライナー２２を上部栓１４から分離する。

鍛造フランジヘッドを利用する先行技術によるＳＣＷＯ（超臨界水酸化）方法では、フランジヘッドを、ボルトを締め付けた状態で所定の場所に保持して、酸化ゾーン２０の上部境界を形成する。本発明のネジ切り上部栓１４を用いる場合には、締め付け作業は必要ではない。従って、本発明のネジ切り上部栓１４の取り付け、及び取り外しはずっと迅速に、かつ容易に行なわれる。

また、ライナー２２のお決まりの取り替え作業を行なっている間に、新規のライナー２２が取り付けられた予備のネジ切り上部栓１４を、古いアセンブリを取り外す前に予め用意しておくことができる。従って、古いアセンブリを取り外し、そして新規の予め用意されたアセンブリを取り付けることにより、メンテナンスによる稼動停止時間を更に短くすることができる。

本発明の一の実施形態では、供給流路ポート５４ａ及び５４ｂをそれぞれ上部栓１４の上部に設けて過酸化水素水を流入させ、そして水と予備酸化を施した有機性廃棄物とを混合した供給流（ｏｒｇａｎｉｃ ｗａｓｔｅ ｐｒｅｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｆｅｅｄ ｓｔｒｅａｍ）を流入させる。別々の流路を上部栓１４内に画定して、予備酸化を施した混合物供給流、及び過酸化水素水供給流を上部栓１４の底部に流し込み、この時点で直ぐに、両方の供給流が酸化ゾーン２０に注入される。

弁ハウジング１６を図６及び７に詳細に示す。弁ハウジング１６がネジ山５８でネジ切りされ、ネジ山５８のサイズ及び寸法は、反応器本体１２の下端部３０に配置されるネジ溝６０と螺合するように決定される。好適には、ネジ山５８及びネジ溝６０はＡＣＭＥネジである。シールリング６２を弁ハウジング１６の周りに取り付けて、弁ハウジング１６と反応器本体１２との間を気密封止する。上部栓１４の周りに配置されるシールリング４２と同じように、各シールリングペア６２は、それ専用の個別の冷却システムを有することが好ましい。個別の各冷却システムは、循環ポンプと、熱交換器と、サージタンクと、そして制御円筒形端部キャップと、更に水位アラームとにより構成される。しかしながら通常、最も下方に位置するシールリングペア６２は冷却されることがない。

弁ハウジング１６内に配置されるのは、熱シールド６４及び減圧弁６６である。熱シールド６４は通常、Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ^ＴＭ（ＵＮＳ Ｎ １０２７６）、高ニッケル合金、または種々のセラミック化合物により作製される。熱シールド６４の寸法は、固形物を酸化ゾーン２０から回収し、そして固形物を中心開口６７に排出するように決定される。

減圧弁６６は、バルブシートインサート４４と、ボールキャップ４６と、圧力制御ニードル６８と、そしてフローティング制御弁ピストン（ｆｌｏａｔｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌ ｖａｌｖｅ ｐｉｓｔｏｎ）７２とを含む。バルブシートインサート４４は、熱シールド６４直下に配置される。バルブシートインサート４４は制御ニードル６８の装着面となる。

バルブシートインサート４４はボールキャップ４６にぴったりと収まる。ボールキャップ４６によって、低圧の大容積ガスの流動面積を、ガスが圧力制御ニードル６８を通過した後に最大にすることができる。ボールキャップ４６及び熱シールド６４の外郭構造は、弁ハウジング１６の内部に高圧側から滑入し、そして弁ハウジング１６の傾斜シートに装着されるように構成される。

圧力制御ニードル６８と制御弁ピストン７２との関係によって、圧力制御ニードル６８を中心に、かつ垂直に維持することができる。

圧力制御ニードル６８は通常、Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ^ＴＭ（ＵＮＳ Ｎ １０２７６）、高ニッケル合金、または種々のセラミック化合物で加工される。ボールキャップ４６の内面に凹凸を付けて、圧力制御ニードル６８の寸法に一致させる。圧力制御ニードル６８の底部は、Ｍｏｒｓｅ（モース）傾斜と同様の加工傾斜を用いる制御弁ピストン７２の上部にぴったり収まり、そして所定位置にしっかりとボルト接合される。

圧力制御ニードル６８は一つ以上の小さいスロット７４を有することが好ましく、これらのスロットは装着面となるように加工されて、圧力制御ニードル６８がバルブシートインサート４４に完全に収まったときに弁を通過する流量が最小になるようにする。図に示す実施形態では、一つ以上のスロット７４は単一の螺旋スロットであり、このスロットによって、ほぼ水平の溝８０が圧力制御ニードル６８の外周に画定される。

反応室からのガス及び析出した固形塩を、熱シールド６４によって減圧弁６６に流し込む。燃焼プロセスによって酸化ゾーン２０内に生成される塩は、過熱スチームと共に減圧弁６６を通って輸送される。塩及び過熱スチームは反応器出口ポート８２に送られる。圧力制御ニードル６８は減圧弁６４内の可動絞り部材として機能して、酸化ゾーン２０内の圧力を制御する。反応生成物が圧力制御ニードル６８の周りを流れるので、反応生成物は、塩を浮遊状態で含む比較的低い圧力の過熱スチームとともに勢い良く排出される。

酸化ゾーン２０内の圧力は更に、弁ハウジング１６の底部に配置される制御ポート７６を通って供給される加圧制御流体により制御される。制御弁ピストン７２は通常、約１／３インチ〜約１−１／２の範囲の軸方向フロートを有し、軸方向フロートのサイズは、圧力制御ニードル６８のサイズ及び形状によって変わる。軸方向フロートはバルブシートインサート４４、ボールキャップ４６、圧力制御ニードル６８、及び制御弁ピストン７２の寸法余裕（ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ａｌｌｏｗａｎｃｅｓ）で設計される。制御弁ピストン７２の位置は、反応器１０の外部から制御ポート７６を介して制御される。

塩堆積物が圧力制御ニードル６８とバルブシートインサート４４との間の装着面の上に堆積するので、圧力が緩やかに酸化ゾーン２０内で上昇する。この圧力上昇によって、圧力フィードバックループ（以下に説明する）が形成されることにより、減圧弁６６を更に大きく開く必要が生じ、結果的に、塩堆積物が減圧弁６６を通って出口ポート８２に排出されることになる。

本発明の一の実施形態では、一つ以上のほぼ水平な溝８０が圧力制御ニードル６８の上部外周の周りに加工される。このような溝または溝群８０は不連続にすることができる、またはこのような溝または溝群８０は、図に示す螺旋スロット７４によって画定される溝８０のように連続にすることができる。運転状態では、溝８０が酸化ゾーン２０に対して剥き出しになると、塩で溝８０が充填され易くなるので、圧力制御ニードル６８の周りの流路が小さくなり、そして酸化ゾーン２０内での圧力の形成が遅くなる。圧力が酸化ゾーン２０内に形成されると、圧力制御ニードル６８がゆっくりと下方に押し下げられる。圧力制御ニードル６８が十分下方に押し下げられて、溝８０が剥き出しになって出口ポート８２に現われている低圧力状態になると、塩が溝８０から出口ポート８２に向かって掃き出される。一旦、塩が溝８０から掃き出されると、圧力制御ニードル６８の周りの利用可能な流路が大きくなるので、酸化ゾーン２０内の圧力が下がり、そして圧力制御ニードル６８がゆっくりと上昇し、その後、溝８０が再度、剥き出しになって酸化ゾーン２０内に現われる高圧状態になる。

図９を参照すると、制御弁ピストン７２、従って圧力制御ニードルの位置取りを制御するアルゴリズムが次の原理に従って行なわれる。
ピストンを制御して、ピストンが次式で表わされるように垂直方向で平衡に達するようにする。

Ｐ_ＳＣＷＯ＝ＳＣＷＯ（超臨界水酸化）によってニードルに作用する圧力
Ｐ_ＴＯＰ＝ピストン頂部に作用する圧力
Ｐ_ＢＯＰ＝ピストン底部に作用する圧力
Ａ_１＝ニードルの垂直断面積
Ａ_２＝ピストン頂部の露出面積
Ａ_３＝ピストン底部の面積
Ｗ＝ピストンの重量

ピストンの重量に起因する０．５２ｐｓｉｇは、ＳＣＷＯ（超臨界水酸化）反応における運転圧力に比べると非常に小さいので次式が成り立つ。

通常運転では、このアルゴリズムを適用した結果として得られるプログラマブルロジックコントローラコードが以下のように記述される。
Ｒｕｎｇ １００（段階１００）
Ａ＝Ｐ_{ＳＥＴＰＯＩＮＴ}−Ｐ_ＳＣＷＯ
Ｒｕｎｇ １０１（段階１０１）
Ｉｆ Ａ＞２００
Ａ＝２００
Ｒｕｎｇ １０２（段階１０２）
Ｉｆ Ａ＜２００
Ａ＝２Ａ
Ｒｕｎｇ １０３（段階１０３）
Ｉｆ Ａ＜−２００
Ｓｈｕｔｄｏｗｎ Ｏｉｌ Ｆｅｅｄ（オイル供給を停止する）
Ｒｕｎｇ １０４（段階１０４）

上の記述は、圧力制御の全範囲に関して次の条件で成り立つ。
− 加圧している間に、２００ｐｓｉｇ＋Ｐ_ＳＣＷＯを実現しようと試みる
− Ｐ_ＳＣＷＯ＞Ｐ_{ＳＥＴＰＯＩＮＴ}が成り立っている間に、フィードバックを行なう
− Ｐ_ＳＣＷＯ＞Ｐ_{ＳＥＴＰＯＩＮＴ}＋２００ｐｓｉｇの場合に、オイル供給を停止する

従って、本発明の定常状態運転における背圧制御は自動制御である。プロセス圧力は制御弁ピストン７２の頂部の小さい面積に作用する。他方、圧力制御流体は、制御弁ピストン７２の大きい方の直径によって決まるずっと大きい面積に作用する。この制御比によって、比較的低い圧力の制御流体（通常、窒素または空気）を、制御弁ピストン７２の底部に衝突させることができるので、制御弁ピストン７２の頂部側に加わるずっと大きいプロセス圧力を調節することができる。酸化ゾーン２０の圧力が増大する場合、制御弁ピストン７２の頂部に加わる圧力が増大し、そして圧力制御ニードル６８及び制御弁ピストン７２が押し下げられ、圧力制御ニードル６８とバルブシートインサート４４との間の隙間が開き、流動面積が大きくなり、従って酸化ゾーン２０内の圧力が下がり易くなる。同様に、酸化ゾーン２０の圧力が減少すると、制御弁ピストン７２及び圧力制御ニードル６８が押し上げられ、隙間が閉じ、そして系の圧力が上昇し易くなる。酸化ゾーン２０内の圧力が、固形物が堆積して流動領域を埋めることによって上昇する場合、圧力制御ニードル６８が徐々に押し下げられ、隙間が開き、そして閉塞物質が移動する。その後、流動領域を埋めるこのような全ての固形物が移動すると自動的に、圧力制御ニードル６８の位置が自動補正されて、圧力制御ニードルが定常状態の位置に位置するようになる。

酸化ゾーン２０を温度及び圧力に関して制御し、水の臨界点を超えるように温度及び圧力を継続的に維持する。通常運転では、反応器１０内の温度は約華氏９００度〜約華氏１１００度の範囲であり、そして反応器１０内の圧力は約３３００ｐｓｉｇ〜約３６００ｐｓｉｇの範囲である。

反応生成ガス及び反応生成塩は、弁ハウジング１６から出口ポート８２を通って排出される。通常、反応生成ガスの圧力は約５５０ｐｓｉｇである。排出ガスは通常、わずかに過熱状態とすることにより、下流のプロセス配管への塩スラリーの付着を最小にする。その後、反応生成ガス及び反応生成塩は、サイクロン分離器、電気集塵機、及び／又はバグハウス及びバグフィルターのような適切なガス／固形物分離装置（図示せず）を通って流すことにより混入塩を除去する。

先行技術によるＳＣＷＯ（超臨界水酸化）反応器では、排水を通常、最大約１０：１の比率にまで希釈して、塩を反応器１０から熱交換器に、次にガス／液体分離装置に輸送し、次に分離してそれぞれの廃液流（ガス及び液体）とし、更に処理する必要がある。塩は塩回収システム（ｂｒｉｎｅ ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｓｙｓｔｅｍ）において廃液から取り出される。反応生成物を処理する先行技術による方法は、一体型減圧弁６６を組み込んで、塩を反応器１０の下側領域から排出ガス中の固形浮遊物として流し出す本発明の方法とは大きく異なる。

本発明の通常運転では、固形塩を含む約５５０ｐｓｉｇ及び華氏９００度の過熱スチームは反応器１０から排出され、そしてサイクロン分離器に送り込まれる。一の実施形態では、混合スチーム／塩流体の流量は通常、約４２０ ｌｂ／ｈｒ（ポンド／時間）である。固形塩は遠心力によって分離され、そしてサイクロン分離器の底部に沈殿する。過熱スチームはサイクロン分離器の頂部から出て行く。スチームは背圧制御弁を使用して大気圧に減圧される。次に、スチームを周囲の空気と混合し、そして活性カーボンフィルタを通過するようにして送り込むことにより、適用される排出基準を確実に遵守する。

サイクロン分離器の底部に沈殿する固形塩及び凝縮物は、固形塩及び凝縮物を、直列配置の高耐久性弁のペアに流し込むことができるようにすることにより処理することができ、これらの弁はエアロック弁として機能することにより、スチーム流を最小に抑えながら塩の放出を可能にする。最初は、両方の弁が閉じている。上部弁が開くと、サイクロン分離器からの塩で２つの弁の間の配管が充填され始める。２つの弁の間の空間が、全空間のほぼ半分の大きさになると、上部弁が閉じる。次に、下部弁が開く。下部弁が開くと、過熱スチームが２つの弁の間で膨張することにより、推進力が発生して塩を、塩がスチームと再混合される下流の配管に移動させ、そして背圧レギュレータの出口で凝縮させる。

次に、プロセススチームを湿気分離器に送り込むことができ、湿気分離器は凝縮物及び塩を蒸気から分離する。蒸気は通常、排気筒（ｅｘｈａｕｓｔ ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ ｓｔａｃｋ）に、カーボンフィルタを組み込んだＨＥＰＡ（Ｈｉｇｈ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ａｉｒ：高性能エア）フィルタを通過して送り込まれる。湿気分離器に回収される塩は、廃棄処理決定まで待機している（ｐｅｎｄｉｎｇ ｄｉｓｐｏｓａｌ）物質を貯蔵する適切な貯蔵タンクにポンプ供給される。

この総合脱塩処理装置によって、本発明のＳＣＷＯシステムを簡易化することができ、そして背圧レギュレータを詰まらせる塩析出物の問題を無くすことができる。

以上のように本発明について説明してきたが、本明細書にこれまで示し、かつ請求項によって規定される本発明の技術範囲及び公正な意味から逸脱しない限り、多くの構造上の変更及び適合化を為し得ることを理解されたい。

先行技術によるＳＣＷＯプロセスを示すフロー図である。 本発明の特徴を有するＳＣＷＯプロセスを示すプロセスフロー図である。 本発明の特徴を有するＳＣＷＯ反応器の一部を切り取った様子を示す透視図である。 図３に示す反応器の上側部分の一部を切り取った様子を示す詳細透視図である。 図３に示す反応器のネジ切り栓及びライナー部分の透視図である。 図３に示す反応器の下側部分の一部を切り取った様子を示す詳細透視図である。 図３に示す反応器の中で使用され、かつ一体的に設けられる減圧弁及び漏斗部の側部断面図である。 本発明において有用なＯリング冷却システムを示すフロー図である。 本発明において有用な内部減圧弁に作用する圧力を示す図である。

Claims (17)

1. 有機材料を酸化する方法であって、
   （ａ）有機材料及び水を含む、予備酸化を施した混合物を形成する工程と、
   （ｂ）予備酸化を施した混合物を液体酸化剤と、連続流反応器の中で、少なくとも３２０６ｐｓｉａの圧力、及び少なくとも７０５°Ｆの温度を含む超臨界水条件で反応させて、凝縮材料及び非凝縮材料を含む、後酸化を施した混合物を形成する工程
   とを含み、有機材料のほぼ全てが酸化されている、方法。
2. 液体酸化剤は過酸化水素水である、請求項１に記載の方法。
3. 凝縮材料を、後酸化を施した混合物内にガスとして維持し、そして固形物／塩をガス浮遊物として輸送しながら、後酸化を施した材料の圧力を約５５０ｐｓｉｇ未満に下げる追加工程を含む、請求項１に記載の方法。
4. 反応器の周りに作動可能に配置される誘導加熱コイルによって、反応器に追加の熱を加える、請求項１に記載の方法。
5. 反応器は、反応器壁及び反応器ネジ切り上部栓を有する反応器本体を備え、そして反応器は更に、反応器ネジ切り上部栓にのみ取り付けられて、反応器ネジ切り上部栓が反応器から取り外されると、反応器ライナーも反応器から結果的に、かつ同時に取り外される構成の円筒形ライナーを備える、請求項１に記載の方法。
6. 反応器ライナーは反応器ネジ切り上部栓にピンで取り付けられる、請求項１に記載の方法。
7. 円環状間隙が反応器壁と反応器ライナーとの間に画定され、そして円環状間隙を、運転中に継続的に洗い流す手段が設けられる、請求項１に記載の方法。
8. 反応器は更に、一つ以上の気密リングシールと、そして一つ以上の気密リングシールを個々に冷却する手段とを備える、請求項１に記載の方法。
9. 一つ以上の気密リングシールを個々に冷却する手段は、循環ポンプと、熱交換器と、そしてサージタンクとを含む、請求項８に記載の方法。
10. 反応器は内部減圧弁を備える、請求項１に記載の方法。
11. 反応器は内部減圧弁を備え、内部減圧弁は、制御弁ピストンと、そしてボールキャップの排出口に配置される圧力制御ニードルとを有し、圧力制御ニードルは、圧力制御ニードル内に加工されたスロットを有することにより、圧力制御ニードルがボールキャップ装着面に完全に装着されるときに流動が最小となる、請求項１に記載の方法。
12. 有機材料を超臨界水酸化プロセスにおいて継続的に酸化するために有用な反応器であって、前記反応器は、
    （ａ）反応器壁を有する反応器本体と、
    （ｂ）反応器ネジ切り上部栓と、
    （ｃ）反応器ネジ切り上部栓にのみ取り付けられて、反応器ネジ切り上部栓が反応器から取り外されると、反応器ライナーも反応器から結果的に、かつ同時に取り外される構成の円筒形ライナーとを備える、反応器。
13. 反応器ライナーは反応器ネジ切り上部栓にピンで取り付けられる、請求項１２に記載の反応器。
14. 円環状間隙が反応器壁と反応器ライナーとの間に画定され、そして円環状間隙を運転中に継続的に洗い流す手段が設けられる、請求項１２に記載の反応器。
15. 更に、反応器ネジ切り上部栓を反応器本体に気密封止する一つ以上の気密リングシールと、そして一つ以上の気密リングシールを個々に冷却する手段とを備える、請求項１２に記載の反応器。
16. 超臨界水酸化プロセスにおいて有機材料を継続的に酸化するために有用であり、かつ内部減圧弁を備える、反応器。
17. 減圧弁が、制御弁ピストンと、そしてボールキャップの排出口に配置される圧力制御ニードルとを含む、請求項１６に記載の反応器。

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