特許 7381001 水熱処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-11-07

(45)【発行日】2023-11-15

(54)【発明の名称】水熱処理装置

(51)【国際特許分類】

   B09B 3/45 20220101AFI20231108BHJP

   C02F 11/08 20060101ALI20231108BHJP

【ＦＩ】

B09B3/45

C02F11/08

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2019054059

(22)【出願日】2019-03-22

(65)【公開番号】P2020151678

(43)【公開日】2020-09-24

【審査請求日】2022-01-26

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000006208

【氏名又は名称】三菱重工業株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】304021417

【氏名又は名称】国立大学法人東京工業大学

(74)【代理人】

【識別番号】110000785

【氏名又は名称】ＳＳＩＰ弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】野間 彰

(72)【発明者】

【氏名】青木 泰道

(72)【発明者】

【氏名】河合 一寛

(72)【発明者】

【氏名】行本 敦弘

(72)【発明者】

【氏名】清木 義夫

(72)【発明者】

【氏名】吉川 邦夫

【審査官】齊藤 光子

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１０－０２９８６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－２０５２５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１４３９４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－０２８６１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００４／１０５９２７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００１－０４６８５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－０４６８５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－１２６４９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１３／０４６６２２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１３／０４６６２４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１０－２７９２５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－３３４４２５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ０９Ｂ １／００－５／００

Ｃ０２Ｆ １１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被処理物を水熱処理するための水熱処理装置であって、
前記被処理物を受け入れ可能に構成された反応容器と、
前記被処理物の水熱処理後の反応物を排出するための排出経路と、
前記排出経路を開閉するための開閉機構であって、前記排出経路に設けられた第１排出バルブ及び前記第１排出バルブよりも下流側において前記排出経路に設けられた第２排出バルブを備える開閉機構と、
前記反応容器内に前記被処理物を供給するための供給経路と、
前記供給経路に設けられた第１供給バルブと、
前記第１供給バルブよりも下流側において前記供給経路に設けられた第２供給バルブと、
前記供給経路内において前記第１供給バルブ及び前記第２供給バルブ間に画定される前室と、前記排出経路内において前記第１排出バルブ及び前記第２排出バルブ間に画定される後室とを連通する圧力バランスラインと、
前記圧力バランスラインを介して前記前室と前記後室とを連通又は遮断する連通遮断部材と、
前記前室に蒸気を供給するための第１蒸気供給部材と、
前記前室の圧力を大気中へ開放する第１圧力開放部材と、
前記後室に蒸気を供給するための第２蒸気供給部材と、
前記後室の圧力を大気中へ開放する第２圧力開放部材と
を備え、
前記反応容器内には、前記被処理物を受け入れ前に、１２０℃～２４０℃の水で構成された液相と、気相とが収容されており、前記反応容器に受け入れられた前記被処理物が前記液相内に供給されるように構成されている水熱処理装置。

【請求項2】

前記反応容器は、長手方向軸を有する形状を有し、
前記反応容器は、水平方向に対して前記長手方向軸が鋭角の角度をなすように配置され、
前記反応容器内には搬送部材が設けられ、
鉛直方向において高い方の前記反応容器の端部側に前記排出経路が接続されるとともに、鉛直方向において低い方の前記反応容器の端部側に前記供給経路が接続される、請求項１に記載の水熱処理装置。

【請求項3】

前記反応容器の重量を測定する重量測定部材を備える、請求項２に記載の水熱処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、水熱処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、古紙を原料として紙製品を製造するプロセスでは、大量の排水が発生するので、排水処理装置が必要となる。排水処理で処理された水は、プロセスで再利用されたり、河川等に放流されたりする。排水処理によって、処理された水の他に汚泥も発生する。昨今では、このような汚泥を水熱処理して燃料等を製造するプロセスが実用化されている。

【0003】

水熱処理装置は一般的に、バッチ式と連続式とに大別することができる。バッチ式の水熱処理装置は例えば特許文献１に開示されており、連続式の水熱処理装置は例えば特許文献２に開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特許第３０８９５４３号公報

【文献】特許第３３５４４３８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、バッチ式の水熱処理装置は、被処理物の供給、水熱反応、及び水熱処理の反応物の排出等の各工程で時間的に拘束され、処理密度が低い。また、水熱処理装置の熱サイクルにおいて、昇温のためのエネルギーが再度必要になり、エネルギー効率が悪い。一方で、連続式の水熱処理装置は、被処理物を圧送ポンプで供給するために、被処理物を粉砕すると同時に大量の水と同伴させて搬送する必要があるので、粉砕工程が必要になるといった問題点や、水の加熱エネルギーのロスといった問題点があった。

【0006】

上述の事情に鑑みて、本開示の少なくとも１つの実施形態は、バッチ式及び連続式の両方の利点を有する水熱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】

【0016】

（１）本開示の少なくとも１つの実施形態に係る水熱処理装置は、
被処理物を水熱処理するための水熱処理装置であって、
前記被処理物を受け入れ可能に構成された反応容器と、
前記被処理物の水熱処理後の反応物を排出するための排出経路と、
前記排出経路を開閉するための開閉機構であって、前記排出経路に設けられた第１排出バルブ及び前記第１排出バルブよりも下流側において前記排出経路に設けられた第２排出バルブを備える開閉機構と、
前記反応容器内に前記被処理物を供給するための供給経路と、
前記供給経路に設けられた第１供給バルブと、
前記第１供給バルブよりも下流側において前記供給経路に設けられた第２供給バルブと、
前記供給経路内において前記第１供給バルブ及び前記第２供給バルブ間に画定される前室と、前記排出経路内において前記第１排出バルブ及び前記第２排出バルブ間に画定される後室とを連通する圧力バランスラインと、
前記圧力バランスラインを介して前記前室と前記後室とを連通又は遮断する連通遮断部材と、
前記前室に蒸気を供給するための第１蒸気供給部材と、
前記前室の圧力を大気中へ開放する第１圧力開放部材と、
前記後室に蒸気を供給するための第２蒸気供給部材と、
前記後室の圧力を大気中へ開放する第２圧力開放部材と
を備え、
前記反応容器内には、前記被処理物を受け入れ前に、１２０℃～２４０℃の水で構成された液相と、気相とが収容されており、前記反応容器に受け入れられた前記被処理物が前記液相内に供給されるように構成されている。

【0017】

第２供給バルブを閉じた状態で第１供給バルブを開けることにより、前室内に被処理物を供給することができる。この後、第１供給バルブを閉じて第２供給バルブを開けることにより、前室内の被処理物を反応容器内に供給することができるが、前室と反応容器との圧力差が大きいため、これらのバルブが故障するおそれがある。また、第２排出バルブを閉じた状態で第１排出バルブを開けることにより、水熱処理による反応物を後室内に供給することができる。この後、第１排出バルブを閉じて第２排出バルブを開けることにより、後室内の反応物を排出することができるが、第２排出バルブの下流側と後室との圧力差が大きいため、これらのバルブが故障するおそれがある。上記（６）の構成によると、前室と後室との間で蒸気のやりとりや前室及び後室それぞれへの蒸気の供給により、各バルブ開閉動作時の前室及び反応容器間の圧力差と、第２排出バルブの下流側及び後室間の圧力差とのそれぞれを低減することができるので、これらのバルブが故障するおそれを低減することができる。

【0018】

（２）いくつかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記反応容器は、長手方向軸を有する形状を有し、
前記反応容器は、水平方向に対して前記長手方向軸が鋭角の角度をなすように配置され、
前記反応容器内には搬送部材が設けられ、
鉛直方向において高い方の前記反応容器の端部側に前記排出経路が接続されるとともに、鉛直方向において低い方の前記反応容器の端部側に前記供給経路が接続される。

【0019】

上記（２）の構成によると、水熱処理による反応物を含むスラリーは、搬送部材によって気相中に搬送されて、排出経路を介して反応容器から排出されるようになる。気相中でスラリーは固液分離されるので、水熱処理時の温度のような高温での固液分離が可能となる。

【0020】

（３）いくつかの実施形態では、上記（２）の構成において、
前記反応容器の重量を測定する重量測定部材を備える。
反応容器への被処理物の供給と、水熱処理による反応物の排出とがバランスしていれば、反応容器の重量がある範囲内を維持するようになる。一方で、反応物が反応容器から排出されずに滞留していると、反応容器の重量が増加し続けることになる。このため、重量測定部材の測定値を観測することにより、反応容器の重量が増加し続けていれば、反応物の排出が適切に行えていないことを的確に判断することができる。

【発明の効果】

【0021】

本開示の少なくとも１つの実施形態によれば、反応容器内の熱水に被処理物を供給することができるので、被処理物を反応容器内に供給後の昇温が不要となり、エネルギー効率が向上する。また、反応容器内には予め熱水が存在することにより、被処理物を水と同伴させて反応容器に供給する必要もない。したがって、バッチ式及び連続式の両方の利点を有する水熱処理装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本開示の実施形態１に係る水熱処理装置の構成模式図である。

【図2】本開示の実施形態２に係る水熱処理装置において処理される汚泥が発生するプラントの構成を示すブロック図である。

【図3】本開示の実施形態２に係る水熱処理装置の構成模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下、図面を参照して本発明のいくつかの実施形態について説明する。ただし、本発明の範囲は以下の実施形態に限定されるものではない。以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、本発明の範囲をそれにのみ限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

【0024】

（実施形態１）
図１に示されるように、本開示の実施形態１に係る水熱処理装置１０は、反応容器１１と、反応容器１１に接続された排出経路１２と、排出経路１２を開閉するための開閉機構１３とを備えている。反応容器１１内の圧力は１０～３０気圧程度に調整され、反応容器１１内には、１２０℃～２４０℃の熱水で構成された液相５と、気相６とが予め収容されている。開閉機構１３の構成は限定しないが、例えば、開閉機構１３は、排出経路１２に設けられた第１排出バルブ１４と、第１排出バルブ１４よりも下流側において排出経路１２に設けられた第２排出バルブ１５とを備えた構成とすることができる。

【0025】

排出経路１２の下流端は、反応容器１１の内容物である反応物２を受け入れるための収容容器１６内に位置していることが好ましい。また、排出経路１２には、開閉機構１３よりも上流側に、固液分離部材であるメッシュ部材１７を設けてもよい。メッシュ部材１７は好ましくは、回転軸１８を含み、排出経路１２内において回転軸１８を中心に反転可能に設けてもよい。さらに、排出経路１２には、メッシュ部材１７よりも上流側に第３排出バルブ１９を設けてもよい。

【0026】

水熱処理装置１０はさらに、被処理物である廃棄物１を反応容器１１が受け入れられるように、反応容器１１に廃棄物１を供給するための供給経路２０を備えることができる。供給経路２０の上流端にはホッパー２１を設けてもよく、供給経路２０には、第１供給バルブ２２を設けるとともに、第１供給バルブ２２よりも下流側に第２供給バルブ２３を設けてもよい。

【0027】

供給経路２０内において第１供給バルブ２２及び第２供給バルブ２３を両方とも全閉にすると、これらの間に前室２４が画定される。一方、排出経路１２内において第１排出バルブ１４及び第２排出バルブ１５を両方とも全閉にすると、これらの間に後室２５が画定される。前室２４と後室２５とを連通するように圧力バランスライン２６を設けることができ、圧力バランスライン２６には、前室２４の近傍に開閉バルブ２７を設けるとともに後室２５の近傍に開閉バルブ２８を設けることができる。開閉バルブ２７，２８は、圧力バランスライン２６を介して前室２４と後室２５とを連通又は遮断するための連通遮断部材を構成する。尚、連通遮断部材は、開閉バルブ２７，２８のいずれか一方であってもよい。

【0028】

また、一端が前室２４に連通するとともに他端が大気中へ開放する第１圧力開放ライン６１と、第１圧力開放ライン６１を開閉するための開閉バルブである第１圧力開放バルブ６２とが設けられている。ここで、第１圧力開放ライン６１及び第１圧力開放バルブ６２は、前室２４の圧力を大気中へ開放する第１圧力開放部材を構成する。さらに、一端が後室２５に連通するとともに他端が大気中へ開放する第２圧力開放ライン７１と、第２圧力開放ライン７１を開閉するための開閉バルブである第２圧力開放バルブ７２とが設けられている。ここで、第２圧力開放ライン７１及び第２圧力開放バルブ７２は、後室２５の圧力を大気中へ開放する第２圧力開放部材を構成する。

【0029】

前室２４に蒸気を供給するように前室２４に連通した第１蒸気供給ライン３１と、第１蒸気供給ライン３１を開閉するための第１開閉バルブ３２とを設けてもよい。第１蒸気供給ライン３１及び第１開閉バルブ３２は、前室２４に蒸気を供給するための第１蒸気供給部材を構成する。第１蒸気供給ライン３１は、図１に示されるように、圧力バランスライン２６と合流するように設けてもよいし、圧力バランスライン２６とは別々に前室２４に連通するように設けてもよい。

【0030】

後室２５に蒸気を供給するように後室２５に連通した第２蒸気供給ライン３３と、第２蒸気供給ライン３３を開閉するための第２開閉バルブ３４とを設けてもよい。第２蒸気供給ライン３３及び第２開閉バルブ３４は、後室２５に蒸気を供給するための第２蒸気供給部材を構成する。第２蒸気供給ライン３３は、図１に示されるように、圧力バランスライン２６と合流するように設けてもよいし、圧力バランスライン２６とは別々に後室２５に連通するように設けてもよい。

【0031】

反応容器１１の形状は特に限定しないが、例えば図１に示されるように、長手方向軸Ｌを有するように円柱形状の外形を有していてもよい。反応容器１１がこのような形状を有する場合、反応容器１１は、水平方向ＨＲに対して長手方向軸Ｌが鋭角の角度θをなすように配置してもよい。反応容器１１がこのような構成を有する場合、反応容器１１内において、鉛直方向において低い方の反応容器１１の端部１１ａ側から鉛直方向において高い方の反応容器１１の端部１１ｂ側に向かって液相５の深さが浅くなるようにすることができる。さらに、反応容器１１がこのような構成を有する場合、反応容器１１の端部１１ｂ側に排出経路１２を接続することにより、排出経路１２を気相６に連通させることができ、反応容器１１の端部１１ａ側に供給経路２０を接続することにより、廃棄物１を液相５の深い位置に供給させることができるようになる。

【0032】

反応容器１１内には、搬送部材である搬送スクリュー４０が設けられている。搬送スクリュー４０を回転させるためのモータ４１が、反応容器１１の外部に設けられている。反応容器１１の外周には、液相５が存在する位置に対応するように、加熱部材４２が設けられている。加熱部材４２の構成は特に限定されず、反応容器１１内の液相５を加熱できればどのような構成であってもよく、加熱部材４２は例えば、加圧蒸気等が流通可能に構成されたジャケットであってもよく、反応容器１１の外周に巻回されたニクロム線であってもよく、反応容器１１の内部（例えば搬送スクリュー４０やその回転軸等）を加熱するものであってもよい。

【0033】

反応容器１１は、反応容器１１内の気相６の一部を抜き出すためのガス抜き出し口４３と、ガス抜き出し口４３から抜き出されるガスの流量を制御する排気制御バルブ４４（ガス流量制御部材）とを備えてもよい。図１には、ガス抜き出し口４３及び排気制御バルブ４４の組み合わせが１組設けられているが、２組以上設けてもよい。また、反応容器１１は、反応容器１１内の気相６に連通するように、反応容器１１内に蒸気を供給するための蒸気供給口４５と、蒸気供給口４５に設けられた開閉バルブ４６とを備えてもよい。図１には、蒸気供給口４５及び開閉バルブ４６の組み合わせが３組設けられているが、１組又は２組を設けてもよいし、４組以上設けてもよい。さらに、反応容器１１の端部１１ａに接続するように排水抜き出し口４７を設けるとともに排水抜き出し口４７に開閉バルブ４８を設けてもよい。

【0034】

水熱処理装置１０はさらに、反応容器１１の重量を測定するための重量測定部材４９を備えてもよい。重量測定部材４９の構成は特に限定されず、重量測定部材４９として、例えばロードセルを用いることができる。

【0035】

次に、本開示の実施形態１に係る水熱処理装置１０の動作について説明する。
図１に示されるように、全てのバルブを閉じた状態で加熱部材４２を作動させて、反応容器１１内の液相５を加熱し、必要に応じて開閉バルブ４６を開けて、蒸気供給口４５を介して反応容器１１内に蒸気を供給する。また、モータ４１を起動して、搬送スクリュー４０を回転させる。液相５の温度が１２０℃～２４０℃の範囲の適切な温度になったら、廃棄物１の供給を開始する。尚、廃棄物１としては特に限定するものではなく、実施形態１において廃棄物１は、都市ごみ等の固形状のものを想定している。

【0036】

廃棄物１をホッパー２１内に投入する。ある程度の量の廃棄物１をホッパーに投入したら、第１供給バルブ２２を開ける。そうすると、ホッパー２１内の廃棄物１が第２供給バルブ２３上に落下する。その後、第１供給バルブ２２を閉める。これにより、廃棄物１がホッパー２１から前室２４に移動される。したがって、ホッパー２１内に投入される廃棄物１の量は、前室２４に収容可能な量にすることが好ましい。

【0037】

前室２４内の廃棄物１は、第２供給バルブ２３を開けることによって、反応容器１１内に落下する。しかし、第２供給バルブ２３を開ける前における前室２４内の圧力はほぼ大気圧であるのに対し、反応容器１１内の圧力は１０～３０気圧程度である。このような圧力差がある状態で第２供給バルブ２３を開けると、第１供給バルブ２２及び第２供給バルブ２３が故障するおそれがある。

【0038】

そこで、第１開閉バルブ３２を開けて第１蒸気供給ライン３１を介して前室２４内に蒸気を供給することで前室２４内の圧力を上昇させて、前室２４内の圧力と反応容器１１内の圧力との差を小さくする。この後、第１開閉バルブ３２を閉め、第２供給バルブ２３を開けることにより、第１供給バルブ２２及び第２供給バルブ２３の故障を防ぎながら、前室２４内の廃棄物１を反応容器１１内に落下させることができる。

【0039】

前室２４内の廃棄物１を反応容器１１内に落下後、第２供給バルブ２３を閉めると、前室２４内の圧力は反応容器１１内の圧力と同等になる。この状態で、ホッパー２１に投入された廃棄物１を前室２４内に落下させるために第１供給バルブ２２を再び開けると、前室２４内の圧力が大気圧に開放されてしまい、廃棄物１をホッパー２１から噴出させてしまったり、第１供給バルブ２２及び第２供給バルブ２３が故障したりするおそれがある。そこで、開閉バルブ２７及び２８を開けることにより、前室２４内の圧力を、圧力バランスライン２６を介して後室２５内に逃がす。この操作でも前室２４内の圧力が高い場合には、第１圧力開放バルブ６２を開けることにより、第１圧力開放ライン６１を介して前室２４内の圧力を大気中へ開放する。これにより、前室２４内の圧力が低下するので、そのようなおそれの発生を抑制しながら第１供給バルブ２２を安全に開けることができる。

【0040】

廃棄物１は、反応容器１１内において液相５の深い位置に落下するように供給される。廃棄物１は、液相５を構成する熱水により水熱処理されて分解され、やがてスラリーの形態となる。液相５は、搬送スクリュー４０によって攪拌されているものの、搬送スクリュー４０の回転数を調整することにより、液相５は、熱水と固相３との２相に分離した状態にすることができる。

【0041】

液相５の下方に沈殿する固相３は、搬送スクリュー４０の回転によって、反応容器１１内を端部１１ａ側から端部１１ｂ側に向かって搬送される。液相５の深さは端部１１ａ側から端部１１ｂ側に向かって浅くなっているので、搬送スクリュー４０の回転によって搬送される固相３は、気相６内に移動する。気相６において、固相３は固液分離される。気相６の温度も、１２０℃～２４０℃の範囲の適切な温度となっているので、このような高温の状態で固液分離が可能となる。固相３には、高温の状態であれば水に溶解可能な成分も含まれており、そのような成分は、高温の状態での固液分離によって液相５に移動させることができる。尚、搬送スクリュー４０として、圧縮機能付きの搬送スクリューを用いれば、搬送及び固液分離の両方を同時に行うことが可能である。

【0042】

水熱処理によって二酸化炭素等が発生及び蓄積すると、反応容器１１内の圧力が上昇するので、排気制御バルブ４４（ガス流量制御部材）の開度調整によりガス抜き出し口４３を介して気相６のガスの一部を排出して、圧力容器１１内の圧力を低下させることができる。また、排出されるガスには蒸気も含まれているので、固相３に含まれる水分量の調整も可能になる。固相３が水分調整されることにより、水熱処理による反応物２が生成する。

【0043】

反応物２は、反応容器１１から排出経路１２内に流入する。第３排出バルブ１９を開けると、反応物２は、メッシュ部材１７を通過する際に、メッシュ部材１７のメッシュサイズよりも大きな塊４がメッシュ部材１７に捕捉される。塊４は、水熱処理によって分解されなかった物質であり、例えば、都市ごみに含まれる空き缶やプラゴミ等が該当する。第３排出バルブ１９を閉じた後、第１排出バルブ１４を開けることで、大きな塊４が除去された反応物２が後室２５内に落下する。ここで、前述したように、後室２５内には予め前室２４内の圧力を逃がしているので、第１排出バルブ１４の両側の圧力差は、大気圧と反応容器１１内の圧力との差よりも小さくなっている。それでも第１排出バルブ１４の両側の圧力差が、第１排出バルブ１４を安全に開けられる程度に小さくない場合には、第２開閉バルブ３４を開けることによって第２蒸気供給ラインを介して後室２５内に蒸気を供給できるので、第１排出バルブ１４の両側の圧力差をさらに小さくし、第１排出バルブ１４を安全に開けることができる。

【0044】

第１排出バルブ１４を開けて後室２５内に反応物２を受け入れた後、第１排出バルブ１４を閉じて第２排出バルブ１５を開けることにより、後室２５内の反応物２を収容容器１６へ排出することができる。しかしながら、第２排出バルブ１５を開ける前における第２排出バルブ１５の両側の圧力差が大きいので、反応物２が収容容器１６へ勢いよく噴出してしまったり、第１排出バルブ１４及び第２排出バルブ１５が故障してしまったりするおそれがある。そこで、第２排出バルブ１５を開ける前に、開閉バルブ２７及び２８を開けることにより圧力バランスライン２６を介して後室２５内の圧力を前室２４内に逃がす。この操作でも後室２５内の圧力が高い場合には、第２圧力開放バルブ７２を開けることにより、第２圧力開放ライン７１を介して後室２５内の圧力を大気中へ開放する。これにより、第２排出バルブ１５の両側の圧力差が小さくなるので、そのようなおそれの発生を抑制しながら第２排出バルブ１５を安全に開けることができる。収容容器１６内の反応物２は、乾燥や成型等の工程を経て、燃料等に加工することができる。

【0045】

メッシュ部材１７上に堆積した塊４は、排出経路１２内において回転軸１８を中心にメッシュ部材１７を反転することで、第１排出バルブ１４上に落下させることができる。その後、第１排出バルブ１４及び第２排出バルブ１５の開閉操作により、塊４を排出することができる。塊４の排出は、収容容器１６に反応物２がない状態で行うか、あるいは、収容容器１６に代えて、塊４を収容するための別の容器内に排出経路１２の下流端を位置させて行うことができる。このようにして、メッシュ部材１７によって除去された塊４を容易に回収することができる。

【0046】

このような動作の間、重量測定部材４９は反応容器１１の重量を測定している。反応容器１１への廃棄物１の供給と、水熱処理による反応物２の排出とがバランスしていれば、反応容器１１の重量がある範囲内を維持するようになる。一方で、反応物２が反応容器１１から排出されずに滞留していると、反応容器１１の重量が増加し続けることになる。このため、重量測定部材４９の測定値を観測することにより、反応容器１１の重量が増加し続けていれば、反応物２の排出が適切に行えていないことを的確に判断することができる。

【0047】

このように、反応容器１１内の熱水（液相５）に廃棄物１を供給することができるので、廃棄物１を反応容器１１内に供給後の昇温が不要となり、エネルギー効率が向上する。また、反応容器１１内には予め熱水が存在することにより、廃棄物１を水と同伴させて反応容器１１に供給する必要もない。したがって、バッチ式及び連続式の両方の利点を有する水熱処理装置１０を実現することができる。

【0048】

また、水熱処理装置１０では、第１排出バルブ１４及び第２排出バルブ１５の開閉によって、反応容器１１内の反応物２をバッチ式に排出することができるので、水熱処理の滞留時間の調整を容易に行うことができる。

【0049】

また、水熱処理装置１０では、第１供給バルブ２２及び第２供給バルブ２３の開閉によって、廃棄物１を反応容器１１内にバッチ式に供給することができる。このため、反応容器１１内への廃棄物１の供給量の調整を容易に行うことができる。

【0050】

（実施形態２）
次に、実施形態２に係る水熱処理装置について説明する。実施形態２に係る水熱処理装置は、実施形態１に対して、原料から製品を製造する任意のプロセスにおいて生成する排水を処理する際の生物処理で発生し得る汚泥を被処理物としたものである。生物処理で発生する汚泥は、細胞膜の中に水分を含有しているため、脱水が困難で処理コストが増大するといった問題点があったが、実施形態２に係る水熱処理装置は、この問題点を解決するものである。

【0051】

図２に示されるプラント５０では、製造装置５１において原料から製品が製造される過程で排水が生成し、この排水は排水処理装置５２で処理される。このようなプラント５０の一例として、古紙を原料として紙製品を製造するプラントが挙げられるが、これに限定するものではない。排水処理装置５２で処理された排水は、製造装置５１で再利用されたり、図示しない河川等に放流されたりすることができる。排水処理装置５２での排水の処理において、一般に汚泥も生成する。本開示の実施形態２に係る水熱処理装置１００を、このような汚泥を被処理物とするものとして以下に説明する。

【0052】

図３に示されるように、本開示の実施形態２に係る水熱処理装置１００は、反応容器１１１と、反応容器１１１に接続された排出経路１１２と、排出経路１１２を開閉するための開閉機構１１３とを備えている。反応容器１１１内の圧力は１０～３０気圧程度に調整され、反応容器１１１内には、１２０℃～２４０℃の熱水で構成された液相１０５と、気相１０６とが予め収容されている。開閉機構１１３の構成は限定しないが、例えば、開閉機構１１３は、排出経路１１２に設けられた第１排出バルブ１１４と、第１排出バルブ１１４よりも下流側において排出経路１１２に設けられた第２排出バルブ１１５とを備えた構成とすることができる。排出経路１１２には、一端が排出経路１１２の内部に連通するとともに他端が大気中へ開放する圧力開放ライン１７０と、圧力開放ライン１７０を開閉するための開閉バルブである圧力開放バルブ１７１とを設けてもよい。

【0053】

反応容器１１１は、円錐形状の外形を有する下方部分１１１ａと、下方部分１１１ａの上に設けられるとともに円柱形状の外形を有する上方部分１１１ｂとを有している。下方部分１１１ａの最下端部に排出経路１１２が接続されている。上方部分１１１ｂの頂部には、排水処理装置５２（図２参照）で生成した汚泥を反応容器１１１内に供給するための供給経路１２０が接続され、供給経路１２０には、汚泥を圧送するためのポンプ１２１が設けられている。また、上方部分１１１ｂの頂部には、反応容器１１１内の気相１０６の一部を抜き出すためのガス抜き出し口１４３と、ガス抜き出し口１４３から抜き出されるガスの流量を制御する排気制御バルブ１４４とが設けられている。

【0054】

反応容器１１１内には、反応容器１１１内の内容物を攪拌する撹拌機１４０が設けられ、反応容器１１１の外部には、撹拌機１４０を駆動するモータ１４１が設けられている。反応容器１１１の外周には、液相１０５が存在する位置に対応するように、加熱部材１４２が設けられている。加熱部材１４２の構成は特に限定されず、反応容器１１１内の液相１０５を加熱できればどのような構成であってもよく、加熱部材１４２は例えば、加圧蒸気等が流通可能に構成されたジャケットであってもよく、反応容器１１１の外周に巻回されたニクロム線であってもよい。

【0055】

排出経路１１２の下流端の下方には、乾燥装置１５０を設けることができる。乾燥装置１５０の構成は特に限定しないが、乾燥装置１５０は例えば、ベルトコンベアの形態を有し、温風がベルトコンベアのベルトを通過するように構成されたものであってもよい。

【0056】

次に、本開示の実施形態２に係る水熱処理装置１００の動作について説明する。
図３に示されるように、第１排出バルブ１１４、第２排出バルブ１１５、及び排気制御バルブ１４４を閉じた状態で加熱部材１４２を作動させて、反応容器１１１内の液相１０５を加熱する。また、モータ１４１を起動して、撹拌機１４０を回転させる。液相１０５の温度が１２０℃～２４０℃の範囲の適切な温度になったら、ポンプ１２１を起動して汚泥の供給を開始する。

【0057】

供給経路１２０を流通する汚泥は、反応容器１１１内に流入すると、液相１０５内に落下するように供給される。汚泥は、液相１０５を構成する熱水により水熱処理されて分解され、やがてスラリーの形態となる。液相１０５は、撹拌機１４０によって攪拌されているものの、撹拌機１４０の回転数を調整することにより、液相１０５は、熱水と固相１０３との２相に分離した状態にすることができ、さらに、汚泥の粘度も調整可能である。尚、固相１０３も撹拌機１４０により攪拌されるので、加熱部材１４２からの熱による焦げ付きを抑制することができる。

【0058】

水熱処理によって二酸化炭素等が発生及び蓄積すると、反応容器１１１内の圧力が上昇するので、排気制御バルブ１４４の開度調整によりガス抜き出し口１４３を介して気相１０６のガスの一部を排出して、圧力容器１１１内の圧力を低下させることができる。また、排出されるガスには蒸気も含まれるので、液相１０５の液面レベルの調整を行うこともできる。

【0059】

第１排出バルブ１１４を開くと、固相１０３の一部が、水熱処理の反応物１０２として排出経路１１２内に抜き出される。その後、第１排出バルブ１１４を閉じ、圧力開放バルブ１７１を開閉して、圧力開放ライン１７０を介して排出経路１１２内の圧力を大気中へ開放する。続いて、第２排出バルブ１１５を開くと、供給経路１２０内の反応物１０２が乾燥装置１５０のベルト上に落下する。反応物１０２がベルトによって搬送される間、温風によって乾燥される。反応物１０２は、乾燥装置１５０において乾燥された後、成形等の工程を経て、燃料等に加工することができる。尚、必須の構成ではないが、乾燥装置１５０とポンプ１２１の入口側とを接続するリサイクルライン１６１を設けることにより、乾燥装置１５０における乾燥で液体の水分１６０が発生した場合は、リサイクルライン１６１を介して水分１６０を汚泥に混入させることで、再び反応容器１１１に水分１６０を供給するようにすることもできる。

【0060】

このように、反応容器１１１内の熱水（液相１０５）に汚泥を供給することができるので、汚泥を反応容器１１１内に供給後の昇温が不要となり、エネルギー効率が向上する。また、反応容器１１１内には予め熱水が存在することにより、汚泥を水と同伴させて反応容器１１１に供給する必要もない。したがって、バッチ式及び連続式の両方の利点を有する水熱処理装置１００を実現することができる。

【0061】

また、水熱処理装置１００では、第１排出バルブ１１４及び第２排出バルブ１１５の開閉によって、反応容器１１１から反応物１０２をバッチ式に排出することができるので、水熱処理の滞留時間の調整を容易に行うことができる。

【符号の説明】

【0062】

１ 廃棄物（被処理物）
２ 反応物
３ 固相
４ 塊
５ 液相
６ 気相
１０ 水熱処理装置
１１ 反応容器
１１ａ （反応容器の）端部
１１ｂ （反応容器の）端部
１２ 排出経路
１３ 開閉機構
１４ 第１排出バルブ
１５ 第２排出バルブ
１６ 収容容器
１７ メッシュ部材（固液分離部材）
１８ 回転軸
１９ 第３排出バルブ
２０ 供給経路
２１ ホッパー
２２ 第１供給バルブ
２３ 第２供給バルブ
２４ 前室
２５ 後室
２６ 圧力バランスライン
２７ 開閉バルブ（連通遮断部材）
２８ 開閉バルブ（連通遮断部材）
３１ 第１蒸気供給ライン
３２ 第１開閉バルブ
３３ 第２蒸気供給ライン
３４ 第２開閉バルブ
４０ 搬送スクリュー（搬送部材）
４１ モータ
４２ 加熱部材
４３ ガス抜き出し口
４４ 排気制御バルブ（ガス流量制御部材）
４５ 蒸気供給口
４６ 開閉バルブ
４７ 排水抜き出し口
４８ 開閉バルブ
４９ 重量測定部材
５０ プラント
５１ 製造装置
５２ 排水処理装置
６１ 第１圧力開放ライン（第１圧力開放部材）
６２ 第１圧力開放バルブ（第１圧力開放部材）
７１ 第２圧力開放ライン（第２圧力開放部材）
７２ 第２圧力開放バルブ（第２圧力開放部材）
１００ 水熱処理装置
１０２ 反応物
１０３ 固相
１０５ 液相
１０６ 気相
１１１ 反応容器
１１１ａ （反応容器の）下方部分
１１１ｂ （反応容器の）上方部分
１１２ 排出経路
１１３ 開閉機構
１１４ 第１排出バルブ
１１５ 第２排出バルブ
１２０ 供給経路
１２１ ポンプ
１４０ 撹拌機
１４１ モータ
１４２ 加熱部材
１４３ ガス抜き出し口
１４４ 排気制御バルブ
１５０ 乾燥装置
１６０ 水分
１６１ リサイクルライン
ＨＲ 水平方向
Ｌ 長手方向軸
θ 角度

【図1】

【図2】

【図3】