專利名稱：亞臨界水分解處理物的生產(chǎn)方法及亞臨界水分解處理物生產(chǎn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及亞臨界水分解處理物的生產(chǎn)方法及亞臨界水分解處理物生產(chǎn)裝置。
背景技術(shù)：
作為從食品廢棄物、廢木材等廢棄物中回收有用物的方法已知使用亞臨界水·超臨界水水解反應的方法。例如，利用亞臨界水·超臨界水對生物菌體中大量含有的纖維素、淀粉等進行分解反應，分解為單糖類、寡糖，將它們回收的方法。所得單糖類、寡糖進一步進行醇發(fā)酵或甲烷發(fā)酵，由此變換為更加容易利用的乙醇、甲烷氣體(參照專利文獻1)。通過該方法，預先將木材等廢棄物粉碎、微粒子化，將其與水混合漿液化，然后利用亞臨界水·超臨界水進行分解反應。
但是，這種方法難以控制分解反應。反應過頭的話，則分解成二氧化碳和水，無法回收有用物。相反，分解不充分的話，反應殘渣過多，處理效率變差。由此認為該方法難以控制分解反應的原因是由于利用亞臨界水等的水解反應在廢棄物的固形成分表面進行。例如，在利用亞臨界水或超臨界水進行的纖維素分解反應中，作為分解物的單糖或寡糖的分解反應速度快于纖維素本身的分解反應速度。因此，單糖或寡糖被分解為有機酸、二氧化碳或水，或者相互聚合碳化。
作為解決該問題的方法，提出了以下方法(參照專利文獻2)。首先，將纖維素粉末放在兩端裝有孔徑5μm的燒結(jié)濾器的管中，連續(xù)流通亞臨界狀態(tài)的水，同時用亞臨界水提取在纖維素粉末表面分解生成的寡糖。接著，驟冷亞臨界水同時取出到反應器外，由此防止寡糖分解等副反應。但是，由于該方法是間歇式反應，不適于大規(guī)?；a(chǎn)。而且，具有燒結(jié)濾器的細孔被多種產(chǎn)物堵塞的問題。
另外，提出了使用超臨界水，在特殊形狀的流動層上分解·可溶化電子機器碎屑、廢塑料等，分離無機固形成分后，利用高壓反應器完全分解為氣體和無機鹽的方法(參照專利文獻3)。在該方法中使用的裝置是由具有垂直隔離壁的圓柱狀流動層反應器構(gòu)成，從反應器下部加壓輸送超臨界水，從反應器上部壓入廢棄物的粉碎物分散在超臨界水中的漿液。結(jié)果，含有有機成分的廢棄物一旦在反應器內(nèi)下降、潛到垂直隔壁部下部后，還流入到反應容器的相反側(cè)。此時，有機成分由于溶解在超臨界水中，因此從反應器上部流出。進而在高壓反應器中添加氧化劑，溶解在超臨界水的有機成分被完全分解為二氧化碳等氣體和無機鹽。另外，含有在廢棄物中的陶瓷等無機粉末從流動層反應器上部排出。該方法中，在廢棄物沿著包括流動層反應器內(nèi)的一定流路移動的期間，有機物被超臨界水分解·可溶化。由于作為反應和提取溶劑使用密度小的超臨界狀態(tài)的水，因此該方法適于將密度大的陶瓷、廢塑料等完全分解為氣體和無機鹽，或者分解無機固形物質(zhì)。
但是，由于含有含水率高的固形成分的有機廢棄物成為接近于超臨界水的密度，因此在為了控制分解反應或者以高收率得到特定分解物方面，該方法還有問題。另外，該方法由于是將超臨界水和有機廢棄物從不同投入口中壓入到流動層中，因此裝置形狀變得復雜，為了壓入需要至少2個昂貴的高壓壓入裝置(加壓裝置)。而且，為了耐超臨界水的腐蝕性，作為反應器的材料必須使用哈斯特洛伊耐蝕高鎳合金、鎳鐵合金等昂貴的材料。因此具有裝置成本變高的問題。
另外，提出了通過從耐壓性反應容器的上部將亞臨界水和有機廢棄物的混合漿液噴射導入至反應容器中，分解處理有機廢棄物的方法(專利文獻4)。但是，通過該方法也難以控制有機廢棄物的分解。
專利文獻1日本特開2001-262162號公報專利文獻2日本特開平10-327900號公報專利文獻3日本特開2002-210348號公報專利文獻4日本特開2001-246239號公報發(fā)明內(nèi)容發(fā)明所要解決的技術(shù)問題因此，本發(fā)明的目的在于提供在亞臨界水分解處理中連續(xù)地、效率良好地生產(chǎn)有用物的方法和裝置。
本發(fā)明的其他目的在于提供在含有固形物的被處理物的連續(xù)亞臨界水分解處理中，能夠控制被處理物的分解反應、能夠大規(guī)?；?、進而能夠降低裝置成本，選擇性地以高效率生產(chǎn)所需有用物的方法和裝置。
解決技術(shù)問題的方法本發(fā)明人等為了解決上述技術(shù)問題對亞臨界狀態(tài)的固形物的分解發(fā)展原理進行了考察，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了以下的方法和裝置。即，本發(fā)明如下所述。
在水的亞臨界狀態(tài)下，雖然還不是超臨界狀態(tài)下，但分解急劇進行。從導入口被供給的被處理物在反應容器中與亞臨界狀態(tài)的水一旦接觸，則分解經(jīng)時進行。即，與滯留時間相對應的低分子化進行。如果被處理物的分解過度進行，則有機物被分解為碳酸氣體和水，變得無法收集在分解途中階段得到的有機酸、氨基酸等有用物。因此，為了收集有用物，必須在通過適度分解被分解為所需有用物的時刻，將含有分解物的液體從反應容器中取出。從反應容器中將分解進行到適當分解狀態(tài)的液體取出，從亞臨界狀態(tài)恢復到通常狀態(tài)，則水的溶解力下降。因此，親水性低的成分在油層中、親水性高的成分在水層中被分層分離，能夠有效率地回收有用物。
本發(fā)明中，將含有分解物的液體連續(xù)地從一個或多個導出口中取出，在反應容器內(nèi)形成穩(wěn)定或假穩(wěn)定的濃度分布。被處理物的滯留時間由距離導入口的距離和流速決定。即，所需有用物的濃度分布與距離導入口的距離相對應。通過本發(fā)明的構(gòu)成，由于將上述所需分解物從設(shè)于所需分解物濃度高的位置的導出口中取出，因此能夠效率良好地回收有用物。應說明的是，也有不形成穩(wěn)定濃度分布的情況。例如，分解附著在泥或砂的有機物時，將未分解的砂、泥作為固定層或流動層在塔下部積蓄。為了避免該情況，在塔底設(shè)置固體取出口，在上述情況發(fā)生時，能夠間歇地從此處將固體粒子取出。
應說明的是，如果從反應容器中將含有分解物的液體取出，由于不是亞臨界狀態(tài)，因此分解停止。但是，現(xiàn)實中在直至分解完全停止的期間分解都在進行。因此，優(yōu)選從下述的位置將含有分解物的液體取出，所述位置與所需有用物濃度成為峰的位置相比，稍微靠近導入口。另外，在常時分解一定的被分解物時，導出口事先固定在最佳位置即可；在處理不同被分解物時，可以考慮導出口的位置、取出量、壓損，進行適當設(shè)定。
本發(fā)明的最大特征為，為了充分分解被處理物，直至被處理物的固形物完全分解、或者直至像骨頭那樣的由無機物和有機物構(gòu)成的固形物中所含有機物全部消失，上述固形物留在反應容器中；另一方面，為了抑制可溶化于亞臨界水中的被處理物的成分過度分解、或者抑制熱分解導致的碳化，可以任意調(diào)整亞臨界水滯留在反應容器內(nèi)的時間。本發(fā)明是利用重力和固形物的比重，在固定層、流動層和亞臨界水溶解層(活塞流層)的三層中按該順序至少形成上述流動層和亞臨界水溶液層，就上述亞臨界溶解層而言，通過調(diào)整其流過距離和流速，使上述固形物的滯留時間和亞臨界水的滯留時間不同，調(diào)整可溶化于亞臨界水的上述被處理物中的成分的分解程度，回收目標分解處理物的生產(chǎn)方法。
即，分解不充分的固形物留在固定層和流動層上，通過亞臨界水接受分解反應。另一方面，通過該分解產(chǎn)生的成分溶解在亞臨界水中，位于亞臨界水層。該亞臨界層流向反應容器的下游方向。因此，通過調(diào)整其流過距離和流速，能夠調(diào)整分解反應的時間。如果將流過適當距離的亞臨界水溶解層的一部分或全部從反應容器中取出，停止分解反應，則不會發(fā)生更多的分解，能夠取出目標分解物。例如，像骨頭等那樣，當固形物并非有機物而是含有有機物的無機物時，通過亞臨界水進行骨中的分解可溶化，由此粒子被分割、粒徑變小，最終成為磷酸鈣粉末。在此過程中，形成由粒徑大于流動化開始粒徑的粒子構(gòu)成的固定層；由粒徑小于流動化開始粒徑的粒子構(gòu)成的流動層；以及進一步微粒子化，成為與亞臨界水相同速度、即活塞流的狀態(tài)，含有粉末化磷酸鈣的亞臨界水溶解層的3層。就該亞臨界水溶解層而言，通過調(diào)整該層流過的距離，能夠調(diào)整有機物的分解程度，能夠回收目標分解物。應說明的是，即便上述骨中的有機物為病原性朊病毒等毒性物質(zhì)或病原性物質(zhì)時，通過該分解過程也能將它們分解。另外，像塑料那樣，破碎粒子本身由于亞臨界水分解而變小時，與上述同樣，形成固定層、流動層和活塞流的區(qū)域。通過該方法，能夠以效率優(yōu)于間歇式的連續(xù)式進行處理。
本發(fā)明的具體方法、裝置如下所示。
本發(fā)明的亞臨界水分解處理物的生產(chǎn)方法為(1)介由設(shè)在容器內(nèi)被保持在水的亞臨界狀態(tài)的反應容器上的導入口，將被處理物連續(xù)供給至反應容器內(nèi)，(2)將含有分解物的液體連續(xù)地從設(shè)在上述反應容器上一個或多個的導出口取出，在反應容器內(nèi)調(diào)整含有上述分解物的液體的滯留時間，所述導出口的位置與導入口所設(shè)位置不同。
本發(fā)明的亞臨界水分解處理物的生產(chǎn)方法為(1)介由設(shè)在容器內(nèi)被保持在水的亞臨界狀態(tài)的反應容器上的導入口，將被處理物連續(xù)供給至反應容器內(nèi)，(2)將含有分解物的液體連續(xù)地從設(shè)在上述反應容器上一個或多個的導出口取出，在反應容器內(nèi)產(chǎn)生所需分解物的穩(wěn)定濃度分布，所述導出口的位置與導入口所設(shè)位置不同，(3)在上述一個或多個導出口中，將上述所需分解物從設(shè)于所需分解物濃度高的位置的導出口中取出。應說明的是，這里的“連續(xù)”含有斷續(xù)的意思。
本發(fā)明的亞臨界水分解處理物的生產(chǎn)方法如下進行，即(1)介由設(shè)在容器內(nèi)被保持在水的亞臨界狀態(tài)的立式反應容器上的導入口，將含有通過亞臨界水進行的分解速度緩慢、比重不同于亞臨界水的固形物的被處理物連續(xù)供給至反應容器中，(2)在設(shè)于上述反應容器的一個或多個導出口中，調(diào)整導出含有分解物的液體的位置及其導出量，在處于靜止狀態(tài)的亞臨界水中，制作與上述固形物的沉降或浮起的方向相反、且慢于其沉降速度或浮起速度的穩(wěn)定流，所述導出口設(shè)于與導入口所設(shè)高度不同的位置上，(3)在上述穩(wěn)定流中，至少形成從液流的上游上述固形物被上述亞臨界水分解、微粒子化、該微粒子在液流中流動的流動層以及上述被處理物進一步成為微粒子化的產(chǎn)物或者完全可溶化的產(chǎn)物并與亞臨界水一起流動的亞臨界水溶解層，(4)進而，根據(jù)被處理物的種類，在上述流動層的上游形成根據(jù)上述液流固形物停留在一定位置的固定層，(5)使用上述一個或多個導出口中的任一個，從上述亞臨界水溶解層中將含有所需分解物的液體從反應容器中取出。
另外，本發(fā)明的亞臨界水分解處理物的生產(chǎn)方法也可如下進行，即(1)在靜止狀態(tài)的亞臨界水中，使含有固形物的被處理物和亞臨界水的混合物沿著相反于上述固形物移動方向的方向流動，(2)在上述液流中，至少形成從液流的上游上述固形物被上述亞臨界水分解、微粒子化，該微粒子在液流中流動的流動層以及上述被處理物進一步成為微粒子化的產(chǎn)物或者完全可溶化的產(chǎn)物并與亞臨界水一起流動的亞臨界水溶解層，(3)進而，根據(jù)被處理物的種類，在上述流動層的上游形成根據(jù)上述液流固形物停留在一定位置的固定層，(4)調(diào)整上述亞臨界水溶解層的流過距離，使上述固形物的滯留時間和上述亞臨界水的滯留時間不同，調(diào)整可溶化于亞臨界水的上述被處理物的成分的分解程度，得到目標分解處理物。
在該構(gòu)成中，與上述方法同樣，也能取出目標分解物。
就上述生產(chǎn)方法而言，上述固形物在處于靜止狀態(tài)的混合物中沉降，上述混合物流向可與重力方向相反，在處于靜止狀態(tài)的混合物中懸浮，上述混合物的流向可以是重力方向。本發(fā)明中，上述固形物在靜止狀態(tài)的上述混合物中沉降時，上述混合物的流向優(yōu)選與重力方向相反。另外，上述固形物在靜止狀態(tài)的上述混合物中懸浮時，上述混合物的流向優(yōu)選為重力方向。
在上述生產(chǎn)方法中，上述混合物的流速在處于靜止狀態(tài)的混合物中只要小于等于上述混合物的沉降速度或浮起速度即可。
上述混合物只要為漿液即可。
上述生產(chǎn)方法中，亞臨界水水解的反應溫度為130～374℃范圍、反應壓力大于等于在反應溫度的飽和水蒸氣壓即可。
本發(fā)明中可以與亞臨界水一起使用超臨界水代替亞臨界水。上述亞臨界水例如為溫度134～374℃壓力0.3～100MPa、優(yōu)選為溫度150～350℃壓力0.5～100MPa、更加優(yōu)選為溫度170～300℃壓力0.8～100MPa。
上述被處理物可以是選自食品、畜產(chǎn)品、農(nóng)產(chǎn)品、水產(chǎn)品、木材、天然有機物、塑料、有機堿類化合物、橡膠、纖維及它們的廢棄物、下水處理廢棄物和廢水處理廢棄物中的至少一個。
上述亞臨界水分解處理物的生產(chǎn)方法可以使用以下裝置進行實施。
本發(fā)明的亞臨界水分解處理裝置具備使用亞臨界水分解被處理物的反應容器，為了形成·維持水的亞臨界狀態(tài)對由水和上述被處理物構(gòu)成的混合物進行加熱的加熱裝置，進行加壓的加壓裝置，用于將上述被處理物導入到反應容器中的導入裝置，用于將上述被處理物導入至反應容器的導入口，將分解物和水的混合物從反應容器中導出的導出口；上述導出口設(shè)置于與上述導入口所設(shè)位置不同的位置上，可以采用多個位置。
另外，本發(fā)明的亞臨界水分解處理裝置具備使用亞臨界水分解被處理物的立式反應容器，為了形成·維持水的亞臨界狀態(tài)對由水和上述被處理物構(gòu)成的混合物進行加熱的加熱裝置，進行加壓的加壓裝置，用于將上述被處理物導入到反應容器中的導入裝置，用于將上述被處理物導入至反應容器的導入口，將分解物和水的混合物從反應容器中導出的導出口；上述反應容器基本上垂直設(shè)置，上述導入口設(shè)于上述反應容器的上端部和下端部的至少一處，在處于靜止環(huán)境的亞臨界水中使被導入的被處理物和亞臨界水的混合物流向上述固形物移動方向的反方向，在上述液流中至少形成從液流的上游上述固形物被上述亞臨界水分解微粒子化、該微粒子在液流中移動的流動層，以及上述被處理物成為進一步微粒子化的產(chǎn)物或完全可溶化產(chǎn)物并與亞臨界水一起流動的亞臨界水溶解層，進而根據(jù)被處理物在上述流動層的上游形成根據(jù)液流固形物在一定位置停留的固定層，同時設(shè)定上述導出口的設(shè)定位置使得能夠?qū)喤R界水解層導出，能夠調(diào)整亞臨界水溶解層的流過距離。
上述導出口可以沿著上述液流方向多個位置地形成在上述反應器側(cè)壁上。上述導出口還可以是能夠沿著上述流動方向連續(xù)移動的導出口。
上述立式反應容器可以具備能夠觀察到內(nèi)部的觀察裝置。另外，上述立式反應容器為圓筒狀容器，上述導入口為圓形，該導入口的內(nèi)徑是上述立式圓筒狀容器內(nèi)徑的1/5～1/15倍的范圍即可。
上述裝置也可以是具備多個上述立式反應容器的裝置。
另外，上述亞臨界水分解處理裝置具備連接于上述反應容器導出口的流通管型圓筒狀二次反應容器，上述流通管型圓筒狀二次反應容器的內(nèi)徑是上述立式圓筒狀容器內(nèi)徑的1～1/5倍的范圍即可。
上述流通管型圓筒狀二次反應容器為多個，這些流通管型圓筒狀二次反應容器之間只要能夠串聯(lián)連接和/或并聯(lián)連接即可。
優(yōu)選上述流通管型圓筒狀二次反應容器中能夠具備控制反應溫度的加熱冷卻裝置。
在上述立式反應容器上設(shè)有背壓閥，使用該背壓閥能夠控制上述立式反應容器內(nèi)的反應壓力。
上述背壓閥的正前方具備冷卻管。
發(fā)明效果通過本發(fā)明的亞臨界水分解處理物的生產(chǎn)方法和亞臨界水分解處理裝置，通過調(diào)整亞臨界水溶解層的滯留時間，可以在反應容器內(nèi)分別任意設(shè)定固形物的反應時間和可溶化物的反應時間。結(jié)果，能夠容易地控制被處理物的分解反應。另外，由于本發(fā)明的亞臨界水分解處理物的生產(chǎn)方法和亞臨界水分解處理裝置能夠連續(xù)處理被處理物，因此適于大規(guī)模化。而且，與超臨界狀態(tài)相比，由于亞臨界狀態(tài)是在比較穩(wěn)定的條件下進行反應，因此能夠降低裝置成本。通過調(diào)整亞臨界水溶解層的滯留時間，能夠選擇性地以高收率生產(chǎn)所需有用物。


圖1是用于說明本發(fā)明亞臨界水分解處理裝置一例的梗概構(gòu)成圖。
圖2是用于說明本發(fā)明亞臨界水分解處理裝置其他一例的梗概構(gòu)成圖。
圖3是用于說明本發(fā)明亞臨界水分解處理裝置其他一例的梗概構(gòu)成圖。
圖4是用于說明本發(fā)明亞臨界水分解處理裝置其他一例的梗概構(gòu)成圖。
圖5是表示本發(fā)明一實施例中相對于滯留時間的各相收率的圖表。
圖6是表示本發(fā)明一實施例中相對于滯留時間的水相中有機酸收率的圖表。
圖7是表示本發(fā)明一實施例中相對于滯留時間的水相中氨基酸收率的圖表。
圖8是表示本發(fā)明其他實施例中相對于滯留時間的水相中有機酸收率的圖表。
圖9是表示本發(fā)明其他實施例中相對于滯留時間的水相中氨基酸收率的圖表。
圖10是表示本發(fā)明另外其他實施例中相對于滯留時間的水相中有機酸收率的圖表。
圖11是表示本發(fā)明另外其他實施例中相對于滯留時間的水相中氨基酸收率的圖表。
圖12是表示本發(fā)明另外其他實施例中相對于滯留時間的水相中有機酸收率的圖表。
圖13是表示本發(fā)明另外其他實施例中相對于滯留時間的水相中氨基酸收率的圖表。
圖14是表示本發(fā)明另外其他實施例中相對于滯留時間的水相中有機酸收率的圖表。
圖15是表示本發(fā)明另外其他實施例中相對于滯留時間的水相中氨基酸收率的圖表。
符號說明1 加壓裝置2 加熱裝置3 反應容器4 冷卻管5 背壓閥6 反應完成物回收罐7 排出物回收罐8 導入口9 排出口10 冷卻管11 背壓閥12 二次反應容器13 觀察裝置14 可撓性管15 吸入部16 鏈17 槽內(nèi)齒輪101、102、103、104、105、106、107、108 導出口201、202、203 導出口
具體實施例方式被本發(fā)明的亞臨界水分解處理物的生產(chǎn)方法和亞臨界水分解處理裝置分解處理的被處理物為畜產(chǎn)品、農(nóng)產(chǎn)品、水產(chǎn)品、木材·植物等天然有機物及它們的廢棄物，食品及食品廢棄物，含有塑料、有機堿類化合物的合成有機物，橡膠、纖維及它們的廢棄物，以及含有活性污泥、剩余污泥的下水處理廢棄物、廢水處理廢棄物等。這些被處理物可以是1種固形物，也可以是多種固形物的混合物。另外，這些被處理物還可以含有水。
作為上述被處理物，例如可以舉出魚類廢棄物、烏賊的內(nèi)臟、扇貝的黑色腸袋、扇貝的內(nèi)臟、牡蠣的內(nèi)臟、魚骨、牛或馬等動物的肉、骨、腦、皮、內(nèi)臟、脂肪、肉骨粉、病原性朊病毒等，野菜碎渣、玉米的芯、禾稈等，木頭、竹子的樹干或樹皮，大鋸屑、廢木材等，活性污泥、剩余污泥、動物糞便等。當被處理物含有骨頭等很硬的固形物時，由于裝置導入口的大小、加壓所用的泵、管道等原因或者需要縮短反應時間，被處理物通常是被粉碎或破碎后再供于亞臨界分解。
但是，在本發(fā)明的亞臨界水分解處理物的生產(chǎn)方法及處理裝置中使用的被處理物不僅限于含有固形物的被處理物。例如，可以將在亞臨界水中為難溶性、在亞臨界水中為成相的液體、具有在亞臨界水中懸浮或沉降性質(zhì)的液體作為被處理物。通過本發(fā)明，對于這種液體也能夠分別調(diào)整液體的反應時間和分解該液體的亞臨界水溶解物的反應時間。另外，如果使用本發(fā)明的方法或裝置，即便是由溶解在亞臨界水中的液體構(gòu)成的被處理物，也能選擇適當?shù)膩喤R界水分解反應的條件。結(jié)果，即便是僅為PCB(聚氯化聯(lián)苯)之類液體的被處理物，也能進行分解處理。這種被處理物還可以是含有有機物的無機物。
另外，在本發(fā)明的亞臨界水分解處理物的生產(chǎn)方法和處理裝置中使用的被處理物還可以含有亞臨界水不能分解的無機物。作為這種被處理物例如可以舉出含有石頭、砂或金屬片的污泥，含有玻璃纖維的FEP(纖維強化塑料)等。如后所述，本發(fā)明的裝置使用立式反應容器。上述不能分解的無機物滯留在反應容器的底部。因此，通過隨時排出滯留在反應容器底部的無機物，能夠連續(xù)進行分解處理。
本發(fā)明中，包含在被處理物中的“固形物”優(yōu)選為含有有機物的固形物。在這種固形物中，由亞臨界水導致的水解、熱分解在固形物表面發(fā)生。因此，直至固形物被完全分解需要一定時間。這種固形物在現(xiàn)有連續(xù)式裝置中分解時，成為孔眼堵塞的原因。另外，這種固形物在間歇式裝置中分解時，最初溶解于亞臨界水的固形物成分過度分解或由于熱分解而炭化，不能效率良好地生產(chǎn)目標有用物。
上述固形物的密度(比重)大于或小于亞臨界水的密度即可。其原因在于，本發(fā)明涉及的亞臨界水導致的分解利用被處理物和亞臨界水的混合物中所含固形物的沉降或上浮。
本發(fā)明的亞臨界水分解處理物的生產(chǎn)方法優(yōu)選使用本發(fā)明的亞臨界水分解處理裝置進行。因此，以下在說明裝置的同時說明亞臨界水分解處理物的生產(chǎn)方法。
(實施方式1)圖1為顯示本發(fā)明實施方式1涉及的反應裝置一例的概念構(gòu)成圖。如該圖所示，該裝置具備反應容器3、加壓裝置1、加熱裝置2、冷卻管4、背壓閥5、反應完成物回收罐6和排出物回收罐7。圖1的裝置中，加熱裝置1同時也是混合物導入裝置。該反應容器3為立式、圓筒狀，基本上垂直設(shè)置。在該反應容器3的底部設(shè)有導入口8和排出口9。在上述導入口8上通過管子連接有加壓裝置1和加熱裝置2。另外，排出物回收罐介由冷卻管和背壓閥11連接于排出口8。在反應容器3的頭部和側(cè)壁上設(shè)有導出口。圖1的例子中，共設(shè)置了8個排出口101～106。排出口101～106介由各自的管子連接于反應完成物回收罐6。
使用圖1裝置的被處理物的分解處理如下進行。首先，預先粉碎被處理物使其成為粒子，與水混合調(diào)制漿液。該漿液通過頂部被送至加壓裝置1加壓。接著，被加壓的漿液被送至加熱裝置2加熱，成為亞臨界狀態(tài)。亞臨界狀態(tài)的漿液由導入口8被導入至反應容器3的底部。在該反應容器3內(nèi)，由下開始分別形成固定層、流動層和亞臨界水溶解層。亞臨界水溶解層從設(shè)在反應容器3上部和側(cè)部的排出口101～106中的任一個取出。被取出的亞臨界水溶解層介由冷卻管4和背壓閥5，被回收到反應完成物回收罐6中。
(加熱裝置·加壓裝置)
上述加熱裝置1沒有特別限制可以使用公知的加熱裝置。例如，可以舉出電加熱器、誘導加熱裝置、通過熱煤油·水蒸氣的加熱等。作為上述加壓裝置2，可以使用加壓泵等。
(導入裝置)上述導入裝置是將水和被處理物的混合物導入至反應容器3的裝置。作為導入裝置沒有特別限制，例如可以利用高壓壓入裝置等。本發(fā)明中，優(yōu)選將被處理物和亞臨界水的混合物做成漿液后導入至反應裝置內(nèi)。這樣的話，還可以將上述加壓裝置1作為導入裝置使用。結(jié)果，有1臺昂貴的高壓壓入裝置(加壓裝置)即可，能夠降低裝置成本。將加壓裝置1也作為導入裝置使用時，如下述那樣，將被處理物導入至反應容器3內(nèi)。將預先粉碎、微粒子化的被處理物中的固形物與水混合，制成漿狀。接著，將該漿狀混合物在加熱裝置1中加熱后，通過加壓裝置2從導入口8導入至反應容器3內(nèi)。本發(fā)明的亞臨界水分解處理裝置還可以具有用于預先粉碎被處理物中的固形物進行微粒子化的微粒子化裝置。
本發(fā)明的裝置中，被處理物的分解優(yōu)選使用亞臨界水進行。超臨界水與液體的水相比具有強的氧化力、擴散系數(shù)大，因此是優(yōu)異的反應溶劑。但是超臨界水幾乎將所有的被處理物分解為二氧化碳。亞臨界水的氧化力弱于超臨界水，但具有用于得到有用物的充分水解力和對油及脂肪酸等的充分提取力。另外，亞臨界水與超臨界水相比，對金屬等的腐蝕性小。結(jié)果，作為反應裝置的材料可以不使用哈斯特洛伊耐蝕高鎳合金、鎳鐵合金等昂貴的材料，而使用在通常的耐壓容器中使用的廉價的軟鋼(碳鋼)等。即便在生成有機酸之類的腐蝕性比較高的條件下，也可以使用與哈斯特洛伊耐蝕高鎳合金、鎳鐵合金等相比廉價很多的SUS316程度的材料。應說明的是，本發(fā)明中，根據(jù)需要可以并用亞臨界水和超臨界水。另外，還可以在水中添加酸、醇等作為亞臨界水。
(反應容器)本發(fā)明的裝置中，反應容器3的形狀沒有特別限制，但優(yōu)選為圓筒狀。在該反應容器3的上端部或下端部的至少一處上設(shè)有導入口8。上述漿液等被處理物介由該導入口8被導入至反應容器內(nèi)。導入口8的內(nèi)徑，如上所述，只要在上述立式圓筒狀容器內(nèi)徑的1/5～1/15倍的范圍即可。如果導入口8的內(nèi)徑在上述范圍內(nèi)，如下所述，則能夠控制反應容器3內(nèi)的被處理物的流速。例如，如果以輸送速度或大于等于輸送速度的速度，將漿液從導入口8導入至反應容器3內(nèi)，則由于反應容器3內(nèi)的內(nèi)徑大于導入口的內(nèi)徑，因此被導入至容器內(nèi)的漿液的流速變慢。結(jié)果，由于漿液的流速被調(diào)整至粒子的流動化開始速度(輸送速度)以上，因此能夠在反應容器3內(nèi)形成固液流動層。這里，所謂的輸送速度是指粒子在靜止的流體中沉降或浮起的速度。如果亞臨界水以輸送速度以上的速度流過反應容器3內(nèi)，則包含在被處理物中的固形物也全部隨著液流流動。結(jié)果，固形物與亞臨界水溶解物之間的反應時間變得沒有差別。如果亞臨界水以流動化開始速度以下的速度流過反應容器3內(nèi)，則固形物不移動，形成固定層。如果亞臨界水以流動化開始速度以上的速度流過反應容器3內(nèi)，則固形物形成流動層。即，形成了固液流動層。
當在反應容器3內(nèi)大量存在粒度較大的未反應固形物時，在反應容器上端部或下端部的導入口設(shè)置部分處成為了固定床的狀態(tài)(固定層)。粒度較大、未反應的固形物接著受到亞臨界水的反應，粒徑變小。粒徑變小的粒子通過亞臨界水的流動而向反應容器的下游流去，形成固液流動層(流動層)。通過亞臨界水的分解反應生成的有用物溶解于亞臨界水中，一邊形成活塞流(亞臨界水溶解層)，一邊向反應容器3的下游方向移動。在反應容器3內(nèi)設(shè)有導入口的一側(cè)上還可以設(shè)置攪拌·破碎形成上述固定相的固形物的裝置。由此，能夠更加有效率地促進分解反應。
導出口設(shè)在與上述導入口8所設(shè)位置不同的位置上。導出口可以在導入口所設(shè)位置下流側(cè)上的多個位置上。圖1的例子中，上述導出口沿著上述液流方向，多個位置地形成在上述反應容器側(cè)壁上(101～108)。通過這樣設(shè)置多個導出口，能夠?qū)⒒钊鲝姆磻萜?中取出。具體地說，可以對應于溶解在亞臨界水中的被處理物的滯留時間、即被處理成分的亞臨界水分解時間，沿著反應容器3內(nèi)的亞臨界水流動方向，設(shè)定導出口的位置。圖1的例子中，可以選擇在多個位置上形成的導出口(101～108)中的任一個，將活塞流取出。這樣，通過從任一個導出口中將活塞流取出，能夠調(diào)整亞臨界水分解反應時間。3設(shè)于反應容器3的導入口8和導出口的位置根據(jù)被處理物中固形物的密度和亞臨界水的密度決定。例如，如果導入的被處理物中的固形物密度大于亞臨界水的密度，則導入口8設(shè)在反應容器3的下端部，導出口設(shè)在上述導入口所設(shè)位置的上部。相反，如果導入的被處理物中的固形物密度小于亞臨界水的密度，則導入口8設(shè)在反應容器3的上端部，導出口設(shè)在上述導入口所設(shè)位置的下部?；蛘撸攲氲谋惶幚砦镏械墓绦挝锩芏仁谴笥趤喤R界水的密度和小于亞臨界水的密度混存時，導入口8可以設(shè)在反應容器3的上端部和下端部。此時，可以從上下端部分別位于所需位置的2個導出口中、或者從同一個導出口中將亞臨界水溶液層取出。另外，當在密度大于亞臨界水的固形物中含有少量密度小于亞臨界水的固形物時，可以僅在反應容器的下端部上設(shè)置導入口、在反應容器中設(shè)置一張以上的用于抑制上述密度小的固形物浮游的濾器。
被處理物的固形物停留在固定層或固液流動層中，從固形物的表面被亞臨界水分解。另外，當像骨頭等那樣，固形物是含有有機物的無機物時，骨頭中的有機物被亞臨界水分解可溶化，由此固形物成為骨的粒子被分割、粒徑變小，最終成為磷酸鈣的粉末。反應容器內(nèi)，在分解的過程中形成了由大于流動化開始粒徑的粒子構(gòu)成的固定層、由小于流動化開始粒徑的粒子構(gòu)成的流動層、以及進一步粉末化成為與亞臨界水相同速度、即活塞流狀態(tài)的含有粉末化磷酸鈣的亞臨界水溶解層的3層。對于該亞臨界水溶解層，通過調(diào)整亞臨界水溶解層的流過距離，能夠調(diào)整有機物的分解程度、回收目標分解物。骨頭中的有機物即便是病原性朊病毒(異常朊病毒)等毒性物質(zhì)或病原性物質(zhì)時，通過上述分解處理過程，也能將它們分解、無毒化。
在將漿液配管加壓輸送到反應容器3內(nèi)時，漿液的流速優(yōu)選為固形物的輸送速度或其以上的速度。配管加壓輸送時的速度在輸送速度以下時，漿液中所含有的固形物成分堆積在配管底部，成為管堵塞的原因。
亞臨界水的密度和粘度在178℃(1MPa飽和水)下為887kg/m3、0.541kg/m·hr，在364℃(5MPa飽和水)下為778kg/m3、0.359kg/m·hr，在311℃(10MPa飽和水)下為688kg/m3、0.294kg/m·hr。例如，由于亞臨界水浸透的木粉密度約為1000kg/m3，因此通過以適當流速流動亞臨界水，能夠形成流動層。
被處理物中所含固形物的密度大于亞臨界水的密度時，輸送速度可以根據(jù)亞臨界水的物性值由固形物與粒徑的關(guān)系進行計算。流動化開始速度(Umf)可以用Wen式計算。另一方面，輸送速度(Ut)可以由流體阻力的公式計算。流動化開始速度(Umf)是指作用于粒子的流體阻力與重力均衡的流速。通過以流動化開始速度(Umf)以上的流速加壓輸送亞臨界水，能夠形成固液流動層。另外，以輸送速度(Ut)以上的流速加壓輸送亞臨界水時，如上所述，固形物從反應容器的導出口流出。
固形粒子(固形成分)的真比重為1500kg/m3時，相對于以1MPa、5MPa、10MPa的飽和水計算的各粒徑(mm)的流動化開始速度(Umf)、輸送速度(Ut)及其比(Ut/Umf)示于下表1。
表1

由表1可知，將進行水解的被處理物中所含有的固形物粉碎成適當大小，制成漿液，由此能夠以上述固形物在輸送中不沉降的充分速度進行移送，能夠加熱漿液，在反應容器內(nèi)得到漿液的充分流動狀態(tài)。例如，在5MPa飽和水中使粒徑為0.1mm的被處理物漿液反應時，輸送速度(Ut)為0.022m/s。之后，如果以其10倍的0.22m/s輸送漿液，則漿液可以被充分輸送、加熱。當該漿液被導入至具有導入口10倍內(nèi)徑的反應容器中時，空筒速度變?yōu)?/100。結(jié)果，固液流動層中的亞臨界水的空筒速度成為0.0022m/s，能夠形成速度約4倍于流動化開始速度(Umf)的固液流動層。這里，所謂的空筒速度是指亞臨界水流體在反應容器3中移動的速度。
由表1還可知，固體粒子的流動化開始速度(Umf)和輸送速度(Ut)隨固體粒子的粒徑而不同。粒徑越大，則流動化開始速度(Umf)和輸送速度(Ut)同時變大。因此，以一定的空筒速度使粒徑不同的被處理物粉碎物在反應容器3內(nèi)上升時，粒徑大的固體物不形成個體流動層，而是在反應容器3內(nèi)的底部形成固定床。形成了固定床的粒徑大的固體物也通過由亞臨界水導致的水解反應，分解物從固體表面開始溶解、粒徑變小，在反應容器3內(nèi)上升，形成個液流動層。應說明的是，在對含有粒徑和真比重比較一致的固形物成分的被處理物進行亞臨界水分解時，其粒徑如果小于流動化開始粒徑，則往往不能形成固定床(固定層)。
這樣，在本發(fā)明中，通過發(fā)生反應的固形物的密度、粒徑和反應溫度，能夠?qū)挿秶卦O(shè)定粉液比和反應時間。流量可以通過加壓裝置、導入裝置控制。例如，使用加壓泵時能夠通過其旋轉(zhuǎn)數(shù)控制流量。
應說明的是，雖然圖1中未給出，但本發(fā)明涉及的反應容器3中優(yōu)選設(shè)有能夠觀察反應容器3內(nèi)部狀況的觀察裝置。作為觀察裝置沒有特別限制，例如可以舉出在反應容器側(cè)壁上設(shè)置窗、玻璃等。設(shè)置窗時，還可以合并設(shè)置采光用的窗。另外，使用玻璃時，還可根據(jù)需要設(shè)置照明裝置。通過這樣設(shè)置觀察裝置，觀察或測定反應容器內(nèi)的混合物顏色、粒子大小、濁度、固定層的長度、流動層的流動狀態(tài)和該層的長度等，能夠確認反應是否按設(shè)定進行。設(shè)置的觀察裝置數(shù)量沒有特別限制，例如可以從反應容器3上端至下端以一定間隔設(shè)置。特別是，在反應容器3側(cè)壁上設(shè)置多個導出口時，可以對應導出口設(shè)置觀察裝置。
還可以在反應容器3的底部設(shè)置排出口9。被處理物中所含有的不溶解于亞臨界水的無機物、碳化物等的密度大于有機性固形成分的密度。如果在反應容器3的底部設(shè)置排出口9，則可以容易地將沉降在底部的無機物、碳化物等從排出口9中排出。
本發(fā)明中，反應容器3的反應溫度可以通過加熱裝置調(diào)整。其溫度優(yōu)選為130～374℃的范圍，更優(yōu)選為150～350℃的范圍，進一步優(yōu)選為170～300℃的范圍。如果反應溫度在150℃以上，則反應時間不會過長。另一方面，如果反應溫度在300℃以下，則分解反應不會過度進行，另外還能防止反應容器3的腐蝕。以保溫等為目的，還可以在反應容器的外周上設(shè)置加熱保溫裝置。還可以設(shè)置安全閥等安全裝置。
本發(fā)明的亞臨界水分解處理裝置中，在反應時間不會變得極端長的范圍內(nèi)，優(yōu)選在較低溫下進行分解反應。其原因在于能夠防止有用物的熱分解、能夠降低運行成本。例如，在水解剩飯中多量含有的淀粉得到葡萄糖、寡糖時，可在150～220℃下進行水解。其原因在于淀粉比較容易接受水解，或者易通過熱分解引起碳化。例如，在水解豆腐渣中所含有的纖維素得到葡萄糖、寡糖時，優(yōu)選在170～250℃下進行水解。其原因在于，纖維素與淀粉相比，水解速度慢。在水解魚類廢棄物中所含有的蛋白質(zhì)、將氨基酸和有機酸與油同時提取回收時，可在150～250℃下進行水解。
本發(fā)明中，為了促進反應以及抑制熱分解，可以使用通常在亞臨界水水解中所使用的催化劑。作為所用催化劑，例如可以舉出硫酸、鹽酸、磷酸等酸催化劑，氫氧化鈉、碳酸鈉等堿催化劑，氧化錳、氧化銅等金屬氧化物類催化劑，銠、釕、鈀等稀土類氧化物類催化劑，金、鉑等貴金屬類催化劑等。催化劑的添加方法沒有特別限制，例如可以預先添加在漿液中。
本發(fā)明的裝置中，可以通過調(diào)整背壓閥11的開度控制反應壓力。另外，還可以在背壓閥11的正前方設(shè)置冷卻管10。如果具備冷卻管10，則能夠安全地將反應完成物回收到反應完成物回收罐等中。在該反應完成物罐中，目標產(chǎn)物是水溶性的寡糖、單糖類、氨基酸、有機酸、肽等時，以溶解于水中的狀態(tài)回收；當為油、脂肪等水不溶性物質(zhì)時，以滯留在水溶液上部的狀態(tài)回收。
使用本發(fā)明生產(chǎn)方法生產(chǎn)的亞臨界水分解處理物可以從上述反應完成物中回收。該反應完成物是含有水相、油相、固相的混合物。這些相可以通過自然分離或離心分離等分離。所得分解處理物的種類隨溫度、壓力、反應時間或被處理物的種類而不同。
例如，被處理物是來自牛的骨頭或肉等時，在水相中含有有機酸、磷酸、氨基酸、氨和糖等。所得有機酸為焦谷氨酸、乳酸、乙酸、甲酸、琥珀酸、丙酮酸、丙酸等低級脂肪酸(帶有羧基的物質(zhì))。所得氨基酸例如為組氨酸、甘氨酸、丙氨酸、谷氨酰胺、天冬氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、苯丙氨酸、纈氨酸、牛膽堿等。所得糖為葡萄糖、果糖等。另外，油相中含有脂肪酸等。作為脂肪酸可以舉出油酸、棕櫚酸、硬脂酸、棕櫚油酸等。固相中還含有來源于骨頭的磷酸鈣等。
例如，被處理物來自于木材等時，在水相中含有有機酸、糖等。作為所得有機酸，可以舉出乙醇酸、乳酸、乙酸、甲酸、乙酰丙酸、丙酸、蘋果酸和琥珀酸等。作為所得糖可以舉出纖維三糖(結(jié)合有3個葡萄糖)、纖維二糖(結(jié)合有2個葡萄糖)、葡萄糖、果糖和赤蘚糖(葡萄糖的分解產(chǎn)物)等。油相中含有焦油狀的油狀物質(zhì)。而且，固相中含有具有多孔構(gòu)造的低密度碳材。
而且，當被處理物來自于軟體動物來源的扇貝的黑色腸袋等時，水相中含有有機酸、磷酸和氨基酸等。作為所得有機酸可以舉出焦谷氨酸、乳酸、乙酸、甲酸、琥珀酸、丙酮酸等。在油相中含有脂肪酸等。作為所得脂肪酸可以舉出二十碳五烯酸(EPA)、二十二碳六烯酸(DHA)、油酸、棕櫚酸、棕櫚油酸、肉豆蔻酸、硬脂酸、二十碳烯酸、二十二碳烯酸等。
對于分別分解這些分解產(chǎn)物的方法沒有特別限制，可以利用以往公知的方法進行。例如，作為從水相中分離各個分解產(chǎn)物的方法可以舉出離子交換法、膜分離法、析晶法和它們的復合過程等。另外，作為從油相中分離各個分解產(chǎn)物的方法可以舉出真空蒸鍍等。
(實施方式2)實施方式2是在實施方式1的反應裝置上進一步設(shè)置二次反應容器的實施方式。圖2是用于說明本發(fā)明亞臨界水分解處理裝置其它一例的梗概構(gòu)成圖。圖2中，在與圖1相同的部位上帶有同一符號。如圖2所示，二次反應容器12介由管子連接于反應容器3的導出口101。二次反應容器12分別由管連接。在各個管上設(shè)有切換閥。二次反應容器12通過閥的切換，能夠自由地切換串聯(lián)連接、并聯(lián)連接。這些二次反應容器12通過管子連接于冷卻管，進而與背壓閥5相連接。在背壓閥5的前部設(shè)有反應完成物回收罐6。在該圖的例子中，在反應容器3的側(cè)壁上設(shè)有觀察裝置13。
如本實施方式所示，本發(fā)明的裝置在反應容器3的基礎(chǔ)上，還可以具備介由導出口101～108連接的二次反應容器12。通過該構(gòu)成，能夠更加長時間地進行亞臨界水介導的分解反應。作為這種二次反應容器12，優(yōu)選為流通管型圓筒狀二次反應容器。
上述二次反應容器12優(yōu)選具有加熱裝置。另外，優(yōu)選在連接于二次反應容器的導入管和導出管上分別具有切換閥。
將反應容器3和二次反應容器12串聯(lián)連接，可以利用一個加壓裝置調(diào)整其流量。此時，為了防止容器內(nèi)的沸騰，較小變化反應容器3和二次反應容器12的反應壓力及反應溫度較好。因此，二次反應容器12中，反應達成速度依賴于亞臨界水的流速，即依賴于二次反應容器12的內(nèi)徑，滯留時間依賴于二次反應容器12的長度。
液相的反應達成速度依賴于被處理物和反應溫度。為了適當保持液相的反應達成速度，可以使二次反應容器12的內(nèi)徑在反應容器3的內(nèi)徑的1～1/5范圍內(nèi)。
為了延長反應時間，可以使用連接管并聯(lián)和/或串聯(lián)地連接多個二次反應容器12。通過這樣連接，能夠確保適當?shù)臏魰r間。另外，還可以在連接管上設(shè)置切換閥。通過適當開閉各個切換閥，選擇所用的二次反應容器，能夠調(diào)整反應時間。
二次反應容器12連接于反應容器3。因此，為了使兩者的反應溫度基本相等，優(yōu)選調(diào)整二次反應容器12的溫度。通過水解反應等發(fā)熱時，優(yōu)選冷卻二次反應容器12直至與反應容器3的反應溫度基本相等。另一方面，在發(fā)生吸熱反應、放熱時，優(yōu)選加熱二次反應容器12直至與反應容器3的反應溫度基本相等。
如果二次反應容器12的反應溫度成為150℃以下時，水解等的反應速度變慢。因此，有時必須顯著延長二次反應容器12的長度。另外，反應溫度超過300℃時，水解物的熱分解反應速度變大。因此，難以以高收率回收目標產(chǎn)物，同時有時會腐蝕二次反應容器12。
僅在二次反應容器12上利用上述催化劑時，可以在二次反應容器12的導入用連接管上設(shè)置催化劑的注入口，由此注入。
實施方式2涉及的裝置在欲進一步分解從反應容器3中導出的反應完成物時有效。從任一個設(shè)于反應容器3的導出口101中取出的亞臨界水分解物介由管子被導入至二次反應容器12中。圖2的例子中，二次反應裝置12有4個。通過組合連接于這些二次反應裝置12的切換閥的開閉、串聯(lián)或并聯(lián)4個二次反應容器12或者它們的組合，能夠分別連接這些二次反應裝置12。通過該連接的組合，能夠調(diào)整分解反應。在二次反應器12內(nèi)得到的分解物從二次反應容器12經(jīng)由管子、介由冷卻管4和背壓閥5、被回收到反應完成物回收罐6。這里，背壓閥5是用于調(diào)整反應容器3和二次反應容器12雙方或任一方容器內(nèi)壓力的裝置。堆積在反應容器3底部的未反應物介由排出口9、冷卻管10和背壓閥11被回收到排出物回收罐7中。
(實施方式3)圖3為用于說明本發(fā)明亞臨界水分解處理裝置其他一例的梗概構(gòu)成圖。圖3中，與圖1相同的部位帶有同一符號。如圖3所示，本實施方式的裝置中，設(shè)有能夠沿著反應容器3內(nèi)亞臨界水流動方向連續(xù)移動的導出口。
可移動的導出口是由可撓性管14、位于其前端吸入所需亞臨界水溶解層的吸入部15、吊起上述可撓性管14的鏈16、能夠卷起或放下鏈16的槽內(nèi)齒輪17構(gòu)成。通過調(diào)整鏈16的長度能夠?qū)⑽氩?5固定在所需位置上。
該圖的例子中，可撓性管14具有從反應容器3上端部插入的構(gòu)成，但也可以具有從反應容器3的下端部插入的構(gòu)成。
(實施方式4)圖4為用于說明本發(fā)明亞臨界水分解處理裝置其他一例的梗概構(gòu)成圖。圖4中，與圖1相同的部位帶有同一符號。如圖4所示，反應容器3介由導出口101～108的任一個，利用管子與二次反應容器12相接合。在該二次反應容器12上形成有3個導出口201～203。導出口201～203分別獨立，介由冷卻管4和背壓閥5連接于反應完成物回收罐6。通過此構(gòu)成，從反應容器3中被取出、導入到二次反應容器12的亞臨界水溶解層，即便在由于溫度降低根據(jù)水相、油相、固相等形成層時，也能夠從設(shè)于二次反應容器12的多個導出口中將目標相回收。
實施例1以下，舉出實施例詳細說明本發(fā)明。本發(fā)明不受這些實施例的任何限制。
(實施例1)使用圖1的亞臨界水分解處理裝置，進行魚骨(將絞碎后)的亞臨界水處理。導入口8的內(nèi)徑設(shè)為15mm、反應容器3的內(nèi)徑設(shè)為128mm、高度設(shè)為3m。此時，導入口49的內(nèi)徑為反應容器3內(nèi)徑的約1/9倍。將流速設(shè)為1升/min，進行反應溫度200℃和260℃的2過程處理。反應溫度200℃下的結(jié)果示于圖5、6的圖表，反應溫度260℃下的結(jié)果示于圖8、圖9的圖表。應說明的是，圖5的圖表的縱軸為各相的收率(kg/kg-干燥原料)，圖6～9的圖表為水相中各物質(zhì)的收率(kg/kg-干燥原料)、圖5～9的橫軸為反應容器3中的滯留時間(反應時間)。反應容器3的滯留時間(反應時間)通過選擇設(shè)于反應容器3高度方向上的多個導出口101～107的任一個來變更。圖5～9的橫軸上部表示導出口101～107各個位置下的滯留時間(反應時間)。圖7、9中的氨基酸簡稱如下所示。
ASP天冬氨酸THR蘇氨酸SER絲氨酸GLU谷氨酰胺PRO脯氨酸GLY甘氨酸ALA丙氨酸CYS半胱氨酸VAL纈氨酸MET蛋氨酸ILE異亮氨酸LUE亮氨酸TYR酪氨酸PHE苯丙氨酸LYS賴氨酸HIS組氨酸ARG精氨酸(實施例2)使用圖1的亞臨界水分解處理裝置進行活性污泥的剩余污泥的亞臨界水處理。導入口8的內(nèi)徑設(shè)為15mm、反應容器3的內(nèi)徑設(shè)為128mm、高度設(shè)為3m。此時，導入口49的內(nèi)徑為反應容器3內(nèi)徑的約1/9倍。將流速設(shè)為1升/min，進行反應溫度160℃、200℃和240℃的3過程處理。反應溫度160℃下的結(jié)果示于圖10、11的圖表，反應溫度200℃下的結(jié)果示于圖12、圖13的圖表，反應溫度240℃下的結(jié)果示于圖14、15的圖表。應說明的是，圖10～15的圖表的縱軸為水相的收率(kg/kg-干燥原料)，橫軸為在反應容器3內(nèi)的滯留時間(反應時間)。反應容器3的滯留時間(反應時間)通過選擇設(shè)于反應容器3高度方向上的多個導出口101～107的任一個來變更。圖10～15的橫軸上部表示導出口101～107各個位置下的滯留時間(反應時間)。圖11、13、15中的氨基酸簡稱與實施例1的圖7、10中所示的氨基酸簡稱相同。
如圖5所示，在200℃下進行魚骨的亞臨界處理時，殘存固體的收率，即便在反應時間短的導出口107處，也是0.05(kg/kg-干燥原料)以下。隨著滯留時間的增加，殘存固體的收率幾乎沒有變化。這是由于魚骨的分解充分進行，僅變?yōu)榱姿徕}。另外，如圖11所示可知，在160℃下進行活性污泥的剩余污泥亞臨界處理時，通過選擇導出口103，能夠以高收率回收蛋氨酸。
產(chǎn)業(yè)實用性綜上所述，通過本發(fā)明能夠資源化經(jīng)焚燒處理的廢棄物。結(jié)果，本發(fā)明在環(huán)境資源化、零排放技術(shù)的確立等中有用。另外，本發(fā)明還能夠資源化廢棄物中含有的有機酸、氨基酸等有用物。使用如果乙酸等有機酸作為甲烷發(fā)酵的原料使用，則高速·高消化率的甲烷發(fā)酵成為可能，以高效率的能量化也成為可能。通過本發(fā)明，還能夠無毒化和資源化有含有病原性朊病毒(異常朊病毒)等危險的肉骨粉等。結(jié)果，本發(fā)明對于環(huán)境凈化有用。而且，通過本發(fā)明還可以從廢棄物以外的有機物原料中生產(chǎn)有用的亞臨界水分解處理物。
權(quán)利要求
1.亞臨界水分解處理物的生產(chǎn)方法，該方法中介由設(shè)置于容器內(nèi)被保持在水的亞臨界狀態(tài)的反應容器上的導入口，將被處理物連續(xù)供給至反應容器內(nèi)，從設(shè)于所述反應容器上的一個或多個導出口中將含有分解物的液體連續(xù)取出，在反應容器內(nèi)調(diào)整含有所述分解物的液體的滯留時間，其中所述導出口設(shè)于不同于導入口所設(shè)位置的位置上。
2.亞臨界水分解處理物的生產(chǎn)方法，該方法中介由設(shè)置于容器內(nèi)被保持在水的亞臨界狀態(tài)的反應容器上的導入口，將被處理物連續(xù)供給至反應容器內(nèi)，從設(shè)于所述反應容器上的一個或多個導出口中將含有分解物的液體連續(xù)取出，所述導出口設(shè)于不同于導入口所設(shè)位置的位置上，在反應容器內(nèi)產(chǎn)生所需分解物的穩(wěn)定濃度分布，在所述的一個或多個導出口中，從設(shè)在所需分解物濃度高的位置上的導出口中將所述所需分解物取出。
3.亞臨界水分解處理物的生產(chǎn)方法，其特征在于，介由設(shè)置于容器內(nèi)被保持在水的亞臨界狀態(tài)的立式反應容器上的導入口，將含有由亞臨界水介導的分解速度慢、比重不同于亞臨界水的固形物的被處理物連續(xù)供給至反應容器內(nèi)，在設(shè)置于所述反應容器的一個或多個導出口中，調(diào)整導出含有分解物的液體的位置及其導出量，所述導出口設(shè)于不同于導入口所設(shè)高度的位置上，在處于靜止狀態(tài)的亞臨界水中，制作方向與所述固形物的沉降或浮起方向相反、且慢于其沉降速度或浮起速度的穩(wěn)定流，在所述穩(wěn)定流中至少形成從液流的上游所述固形物被所述亞臨界水分解、微粒子化，該微粒子在液流中流動的流動層；以及所述被處理物成為進一步微粒子化的產(chǎn)物或完全可溶化的產(chǎn)物，與亞臨界水一起流動的亞臨界水溶解層，進而，根據(jù)被處理物的種類，在所述流動層的上游形成即便根據(jù)所述液流固形物也能停留在一定位置的固定層，使用所述一個或多個導出口中的任一個，將含有所需分解物的液體從所述亞臨界水溶解層中、從反應容器中取出。
4.亞臨界水分解處理物的生產(chǎn)方法，其特征在于，在處于靜止狀態(tài)的亞臨界水中，使含有固形物的被處理物與亞臨界水的混合物沿著與所述固形物移動方向相反的方向流動，在所述液流中至少形成從液流的上游所述固形物被所述亞臨界水分解、微粒子化，該微粒子在液流中流動的流動層；以及所述處理物成為進一步微粒子化的產(chǎn)物或完全可溶化的產(chǎn)物，與亞臨界水一起流動的亞臨界水溶解層，進而，根據(jù)被處理物的種類，在所述流動層的上游形成即便根據(jù)所述液流固形物也能停留在一定位置的固定層，調(diào)整所述亞臨界水溶解層的流過距離，使所述固形物的滯留時間和所述亞臨界水的滯留時間不同，調(diào)整可溶化于亞臨界水中的所述被處理物的成分的分解程度，得到目標分解處理物。
5.如權(quán)利要求4所述的亞臨界水分解處理物的生產(chǎn)方法，其中所述固形物在處于靜止狀態(tài)的混合物中沉降，所述混合物的流向與重力方向相反。
6.如權(quán)利要求4所述的亞臨界水分解處理物的生產(chǎn)方法，其中所述固形物在處于靜止狀態(tài)的混合物中懸浮，所述混合物的流向與重力方向相同。
7.如權(quán)利要求4～6中任一項所述的亞臨界水分解處理物的生產(chǎn)方法，其特征在于，所述混合物的流速在處于靜止狀態(tài)的混合物中小于等于所述混合物沉降速度或浮起速度。
8.如權(quán)利要求4～7中任一項所述的亞臨界水分解處理物的生產(chǎn)方法，其中所述混合物為漿液。
9.如權(quán)利要求1～8中任一項所述的亞臨界水分解處理物的生產(chǎn)方法，其特征在于，亞臨界水水解反應溫度為130～374℃的范圍，反應壓力大于等于反應溫度的飽和水蒸氣壓。
10.如權(quán)利要求1～8中任一項所述的亞臨界水分解處理物的生產(chǎn)方法，其中所述被處理物是選自食品、畜產(chǎn)品、農(nóng)產(chǎn)品、水產(chǎn)品、木材、天然有機物、塑料、有機堿類化合物、橡膠、纖維及它們的廢棄物、下水處理廢棄物和廢水處理廢棄物中的至少一個。
11.亞臨界水分解處理裝置，其特征在于，具備使用亞臨界水分解被處理物的反應容器，為了形成·維持水的亞臨界狀態(tài)，加熱、加壓由水和所述被處理物構(gòu)成的混合物的加熱裝置、加壓裝置，用于將所述被處理物導入至反應容器內(nèi)的導入裝置，用于將所述被處理物導入至反應容器內(nèi)的導入口，和用于將分解物和水的混合物從反應容器中導出的導出口；所述導出口設(shè)在不同于所述導入口所設(shè)位置的位置上，取多個位置。
12.亞臨界水分解處理裝置，其特征在于，具備使用亞臨界水分解被處理物的立式反應容器，為了形成·維持水的亞臨界狀態(tài)，加熱、加壓水和所述被處理物的混合物的加熱裝置、加壓裝置，用于將所述被處理物導入至反應容器內(nèi)的導入裝置，用于將所述被處理物導入至反應容器內(nèi)的導入口，和用于將分解物和水的混合物從反應容器中導出的導出口；所述反應容器基本垂直設(shè)置，所述導出口設(shè)于所述反應容器的上端部至下端部的至少一處，在處于靜止狀態(tài)的亞臨界水中，使導入的被處理物和亞臨界水的混合物沿著與所述固形物移動方向相反的方向流動，在所述液流中至少形成從液流的上游所述固形物被所述亞臨界水分解、微粒子化，該微粒子在液流中流動的流動層，以及所述處理物成為進一步微粒子化的產(chǎn)物或完全可溶化的產(chǎn)物，與亞臨界水一起流動的亞臨界水溶解層，進而，根據(jù)被處理物的種類，在所述流動層的上游形成即便根據(jù)所述液流固形物也能停留在一定位置的固定層，同時設(shè)定亞臨界水溶解層，使得能夠?qū)喤R界水溶解層導出、能夠調(diào)整亞臨界水溶解層的流過距離。
13.如權(quán)利要求12所述的亞臨界水分解處理裝置，其中所述導出口沿著所述液流方向多個位置地形成在所述反應容器側(cè)壁上。
14.如權(quán)利要求12所述的亞臨界水分解處理裝置，其為所述導出口。
15.如權(quán)利要求12～14中任一項所述的亞臨界水分解處理裝置，其特征在于，所述立式反應容器具備能夠觀察內(nèi)部的觀察裝置。
16.如權(quán)利要求12～15中任一項所述的亞臨界水分解處理裝置，其特征在于，所述立式反應容器為圓筒狀容器，所述導入口為圓形，該導入口的內(nèi)徑是所述立式圓筒狀容器內(nèi)徑的1/5～1/15倍的范圍。
17.如權(quán)利要求12～16中任一項所述的亞臨界水分解處理裝置，其中特征在于，所述裝置具備多個所述立式反應容器。
18.如權(quán)利要求12～17中任一項所述的亞臨界水分解處理裝置，其特征在于，所述亞臨界水分解處理裝置還具備連接于所述反應容器導出口的流通管型圓筒狀二次反應容器，所述流通管型圓筒狀二次反應容器的內(nèi)徑是所述立式圓筒狀容器內(nèi)徑的1～1/5倍范圍。
19.如權(quán)利要求12～18中任一項所述的亞臨界水分解處理裝置，其特征在于，所述流通管型圓筒狀二次反應容器為多個，可以串聯(lián)連接和/或并聯(lián)連接這些流通管型圓筒狀二次反應容器之間。
20.如權(quán)利要求18或19所述的亞臨界水分解處理裝置，其特征在于，所述流通管型圓筒狀二次反應容器可以具備控制反應溫度的加熱冷卻裝置。
21.如權(quán)利要求12～20中任一項所述的亞臨界水分解處理裝置，其特征在于，所述立式反應容器上設(shè)有背壓閥，使用該背壓閥能夠控制所述立式反應容器內(nèi)的反應壓力。
22.如權(quán)利要求21所述的亞臨界水分解處理裝置，其特征在于，在所述背壓閥的正前方具備冷卻管。
全文摘要
本發(fā)明提供在含有固形物的被處理物的連續(xù)亞臨界水分解處理中，控制被處理物的分解反應，選擇性地以高收率生產(chǎn)所需有用物的方法，預先將被處理物粉碎、粒子化，與水混合調(diào)制漿液，通過加壓裝置(1)加壓該漿液、通過加熱裝置(2)加熱經(jīng)加壓的漿液成為亞臨界狀態(tài)，將亞臨界狀態(tài)的漿液從導入口(8)中導入到反應容器(3)的底部，在反應容器(3)內(nèi)從下開始分別形成固定層、流動層和亞臨界水溶解層，從設(shè)于反應容器(3)上部及側(cè)部的導出口(101)～(106)中的任一個選擇，將亞臨界水溶解層取出，由此能夠調(diào)整亞臨界水的滯留時間、調(diào)整被處理物的亞臨界水分解反應時間。
文檔編號B01J19/00GK1917941SQ20058000480
公開日2007年2月21日 申請日期2005年2月14日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月13日
發(fā)明者吉田弘之 申請人:財團法人大阪產(chǎn)業(yè)振興機構(gòu)