專利名稱：超臨界反應(yīng)裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于通過將被處理物和通常為200℃以上的水置于共存狀態(tài)下，利用進(jìn)行分子鏈的斷裂、再結(jié)合和所含分子的脫離、氧化、還原反應(yīng)等任何化學(xué)反應(yīng)的水熱反應(yīng)進(jìn)行處理物質(zhì)的方法和裝置。
背景技術(shù)：
必須指出在焚燒城市垃圾時(shí)產(chǎn)生的灰分中含有二噁英等對(duì)人體有害的物質(zhì)，近年來，期望著對(duì)其處理的方針政策。而且，對(duì)含有除草劑、PCB、DDT、其它殺蟲劑等有機(jī)鹵化合物，毒氣、其它的化學(xué)武器和炸藥、含有很高濃度有機(jī)物不能進(jìn)行生物處理的物質(zhì)、含有對(duì)生物有抑制作用的成分的生物處理困難的廢水等、不能向環(huán)境排放、放置的物質(zhì)進(jìn)行處理的必要性同樣也越來越高漲。
作為這些物質(zhì)的處理方法，通過將被處理物和通常為200℃以上的水置于共存狀態(tài)下，應(yīng)用進(jìn)行分子鏈的斷裂、再結(jié)合和所含分子的脫離、氧化、還原反應(yīng)等任何化學(xué)反應(yīng)的水熱反應(yīng)是大有希望的。這是因?yàn)槠渚哂性S多優(yōu)點(diǎn)，即基本上以封閉體系(封閉回路)進(jìn)行處理，裝置規(guī)模也能抑制到比較小。
特別是，在稱作所謂超臨界的領(lǐng)域中，介質(zhì)在變成既不是氣相，又不是液相的中間狀態(tài)時(shí)，可知能呈現(xiàn)出物理化學(xué)的特異性能。也知道利用這種特異性質(zhì)能夠進(jìn)行各種各樣的處理。另外，所謂超臨界，是指介質(zhì)為水時(shí)，溫度超過臨界溫度374.15℃，壓力在臨界壓力225.56at以上的狀態(tài)，將接近于此的溫度，200℃以上，374.15℃以下，壓力在飽和蒸汽壓以上的區(qū)域稱作亞臨界。再有，為了實(shí)現(xiàn)這些狀態(tài)，必須使壓力在介質(zhì)的蒸汽壓以上，不能通過介質(zhì)的蒸發(fā)帶走蒸發(fā)潛熱，使溫度降低。作為一例，在圖9中示出了水的溫度和蒸汽壓之間的關(guān)系。
如上述的水熱反應(yīng)，不但能對(duì)有害物質(zhì)進(jìn)行無害化處理，而且能夠?qū)⒂袡C(jī)性廢棄物作為燃料和化學(xué)反應(yīng)的碳源，也能應(yīng)用于碳漿化技術(shù)。它是實(shí)施在對(duì)有機(jī)性廢棄物進(jìn)行水漿化時(shí)，在高溫高壓下進(jìn)行熱處理，脫水洗滌，將所含氯減少到最低極限的、碳含量提高的固體物和油類凝固物進(jìn)行分離，濃縮，提高發(fā)熱量的工程。
作為這種超臨界反應(yīng)方法和裝置，已知的裝置是從長(zhǎng)型筒狀的加壓容器上部供入被處理物，在容器內(nèi)部的上側(cè)形成超過臨界溫度的超臨界區(qū)域，在下側(cè)形成比臨界溫度更低的亞臨界區(qū)域。在這種裝置中，在超臨界區(qū)域內(nèi)發(fā)生氧化等反應(yīng)，同時(shí)，將被處理物或反應(yīng)生成物中的固體物等分離開，被下部亞臨界區(qū)域的漿液所吸收。另一方面，設(shè)置從容器上部取出超臨界狀態(tài)生成物的排出部，它通過具有除去混雜的固體顆粒的過濾器的配管送入下一道工序。
在這樣的裝置中，被加壓的材料，通過供入管送入反應(yīng)器上部的超臨界區(qū)域內(nèi)。二噁英等有機(jī)物的氧化在超臨界區(qū)域內(nèi)進(jìn)行，超臨界溫度的物流層，首先向下游動(dòng)，而后向上流動(dòng)。因此，燃燒的廢液從容器上部的導(dǎo)管排出，另一方面，存在于供入物質(zhì)中的無機(jī)物等，由于在超臨界區(qū)域內(nèi)不被溶解，而析出，在慣性力和重力下，向下游動(dòng)，到達(dá)亞臨界區(qū)域的液層。亞臨界的液層溶解在超臨界中沒有溶解的有機(jī)物質(zhì)等，形成在超臨界層中不溶解物質(zhì)的漿液。得到的漿液通過設(shè)在位于容器底部的亞臨界區(qū)域內(nèi)的導(dǎo)管，由壓力容器中排出。
然而，在這種老的技術(shù)中，由于反應(yīng)塔壁直接受到超臨界狀態(tài)下的溫度和氧化的作用，即使使用鎳鉻鐵耐熱合金等高級(jí)材料，也會(huì)由于反應(yīng)，存在被腐蝕惡化的危險(xiǎn)。再有，為了不得不考慮這種腐蝕惡化，不能將反應(yīng)溫度提高的太高。進(jìn)而，使用這種高級(jí)材料制造能耐225.56at以上的高壓容器，必然形成數(shù)厘米以上的極厚板壓力容器，形成了非常昂貴的裝置。
對(duì)于具有像二噁英等極微量亦有劇毒的有害物質(zhì)，為了使其無害化，僅靠超臨界氧化反應(yīng)中無法提高溫度，反應(yīng)速度得不到提高，在反應(yīng)塔內(nèi)的滯留時(shí)間也不充分，因此在表面含有反應(yīng)物的多孔體等時(shí)，內(nèi)部沒有進(jìn)行充分地反應(yīng)，這就有可能使有害物質(zhì)殘留在處理物中，因此，除了主反應(yīng)塔外，還必須設(shè)置第2階段的次級(jí)反應(yīng)塔。
這種壓力容器，由于具有完全接近混合反應(yīng)器的性能，因此擔(dān)心被處理物在反應(yīng)容器內(nèi)走捷徑(short pass)，為了防止這種危險(xiǎn)的產(chǎn)生，為了靠向反應(yīng)器流入的液流就能進(jìn)行混合攪拌，必須使反應(yīng)器內(nèi)部的流體進(jìn)行再循環(huán)，增加流入流量或者，或者，設(shè)置針對(duì)未反應(yīng)物采取的第2階段反應(yīng)器。
在超臨界區(qū)域內(nèi)，鹽類不溶解析出，在亞臨界區(qū)域內(nèi)溶解，被稀釋排出，但在這種擴(kuò)散境界內(nèi)，會(huì)形成所謂的過濕或過干的狀況，在其近旁的鹽類和所含固體成分會(huì)形成鍋垢，發(fā)展下去是危險(xiǎn)的。因此，必須間歇地提升臨界位置，停止超臨界運(yùn)行等，清除鍋垢，根據(jù)鹽類的種類，這種去除并不容易，必須將容器進(jìn)行解體，有時(shí)發(fā)生危險(xiǎn)。特別是，將城市垃圾的焚燒灰作為處理對(duì)象物時(shí)，焚燒灰中含有鈣、鉀、鈉、氯、硫等各種元素的鹽，由于超過10-20％，可以預(yù)想到在含有這種高濃度下，長(zhǎng)時(shí)連續(xù)運(yùn)行會(huì)變得相當(dāng)困難。
進(jìn)而，將超臨界狀態(tài)的物流相直接從反應(yīng)容器的超臨界區(qū)域排出時(shí)，有時(shí)同時(shí)產(chǎn)生析出的細(xì)小鹽粒和原本含有的固體粉粒。因此，這種情況會(huì)引起堵塞和強(qiáng)腐蝕輸送超臨界物的管道，必須利用過濾器將具有的伴隨粒子去除掉。然而，由于是超過374.15℃的高溫，作為過濾器，必須使用陶瓷過濾等高價(jià)的過濾器，而且也常常伴隨著堵塞的危險(xiǎn)。
進(jìn)而，由于在反應(yīng)塔底部堆積著幾乎沒有流動(dòng)性的鹽和所含的固體物，為了從反應(yīng)塔將它們排出，必須在原本送入的材料中加入水等，作為運(yùn)送流體加入到反應(yīng)容器內(nèi)。結(jié)果，增加了處理過程中副產(chǎn)物的量，隨之又增加了后處理工序的負(fù)擔(dān)。
再有，將反應(yīng)物進(jìn)行再循環(huán)時(shí)，為了用反應(yīng)物稀釋供入的材料，容器的超臨界區(qū)域?qū)⒐┤氩牧虾臀捶磻?yīng)物很好地混均，在通常產(chǎn)生相當(dāng)于空氣中燃燒時(shí)的火焰燃燒中不能形成局部的高溫高速繼續(xù)反應(yīng)場(chǎng)，存在反應(yīng)時(shí)間很長(zhǎng)的缺點(diǎn)。
本發(fā)明的目的就是為解決上述老技術(shù)中的種種問題，提供一種適于實(shí)用的高溫水熱反應(yīng)方法和裝置。
發(fā)明的公開本發(fā)明的超臨界反應(yīng)裝置，其特征是在根據(jù)將被處理物和液狀介質(zhì)的混合相置于該介質(zhì)的超臨界狀態(tài)下，處理物質(zhì)的超臨界反應(yīng)裝置中，裝配有在上端設(shè)有物料裝入供應(yīng)口，下端設(shè)有生成物排出口的幾乎是垂直的筒狀反應(yīng)容器，在該反應(yīng)容器內(nèi)部，上側(cè)形成超臨界區(qū)域，另一端側(cè)形成亞臨界區(qū)域，同時(shí)，使被處理物和生成物在該反應(yīng)器內(nèi)部向著下端單方向移動(dòng)。
據(jù)此，與在超臨界狀態(tài)下從裝置排出的情況比較，由于能夠在更低的低溫低壓下進(jìn)行處理，所以大大簡(jiǎn)化了后面的處理，同時(shí)，由于在反應(yīng)容器內(nèi)也不形成含有鹽類流動(dòng)性低的殘留物，所以也就沒有必要為了這種處理另行供入水等，從而使后處理更加簡(jiǎn)化。
再有，由于是單向流動(dòng)處理，所以也就不必要像現(xiàn)有情況那樣使反應(yīng)容器內(nèi)的混合相進(jìn)行循環(huán)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，裝置本身和其運(yùn)行控制也能大大簡(jiǎn)化。
對(duì)于上述反應(yīng)容器，最好將長(zhǎng)度與其內(nèi)徑比設(shè)定為4倍以上。
將上述反應(yīng)容器制成雙層筒狀，這樣圍繞著上述超臨界區(qū)域和/或亞臨界區(qū)域形成保溫流路。據(jù)此，由于能形成超過普通金屬材料界限600～650℃高溫的反應(yīng)場(chǎng)，所以能夠利用輔助燃料的燃燒熱提高反應(yīng)場(chǎng)的溫度，能在比金屬材料耐熱溫度高得多的650～800℃下連續(xù)運(yùn)行。
上述物粒供入口可以具有供入含被處理物漿液或液體的漿液供入噴嘴，和供入比超臨界溫度更高溫度的上述介質(zhì)的介質(zhì)供入噴嘴。
在上述超臨界區(qū)域內(nèi)可以設(shè)置在該區(qū)域內(nèi)形成局部反應(yīng)繼續(xù)場(chǎng)的筒狀體，使其一端臨近上述物料供入口，另一端向下游側(cè)開口。
在上述反應(yīng)容器的下端設(shè)置在和該容器的亞臨界區(qū)域交叉方向上延伸的筒狀排出部分。
使上述排出部分相對(duì)于水平方向形成傾斜，在其上端側(cè)設(shè)置氣體排放口。
在上述排出部分設(shè)置機(jī)械式的漿液移動(dòng)裝置。
上述漿液移動(dòng)裝置可以是輸送螺桿。
上述輸送螺桿的結(jié)構(gòu)可以是在旋轉(zhuǎn)的軸體上安裝不連續(xù)的葉片。
在使上述漿液相移動(dòng)裝置和驅(qū)動(dòng)源連接的連接部分上形成流體密封機(jī)構(gòu)。
作為向上述保溫流路供入的保溫流體，可以使用低于臨界溫度的上述介質(zhì)。
將供入上述保溫流路中的一部分介質(zhì)加熱到超臨界溫度以上，在上述反應(yīng)容器的物料供給口處，形成供入的加熱管路。
在上述反應(yīng)容器的上述亞臨界區(qū)域的內(nèi)壁表面上，設(shè)有去除附著和/或生長(zhǎng)固著物的去除裝置，或攪拌混合相的攪拌裝置。
進(jìn)而設(shè)置將送入上述反應(yīng)容器內(nèi)的被處理物，在亞臨界溫度內(nèi)進(jìn)行前處理的前處理容器。
將上述前處理容器的被處理物出口，設(shè)定在和上述反應(yīng)容器的物料供入口大致同等的高度。
在上述反應(yīng)容器的下游處設(shè)置進(jìn)一步冷卻被處理物的冷卻器，和將冷卻的被處理物減壓，進(jìn)行氣液分離的分離罐。
在上述反應(yīng)容器和上述冷卻器之間設(shè)置減壓裝置。
上述減壓裝置備有至少2個(gè)由中間閥分隔開的減壓罐，將被處理物填裝在第1罐內(nèi)后，打開中間閥，使被處理物膨脹到第2罐內(nèi)，以進(jìn)行減壓。
設(shè)置用于上述分離罐中分離出的氣相預(yù)熱被處理物的預(yù)熱配管。
本發(fā)明的超臨界反應(yīng)方法，其特征是在根據(jù)將被處理物和介質(zhì)的混合相置于該介質(zhì)的超臨界狀態(tài)下，進(jìn)行反應(yīng)的超臨界反應(yīng)方法中，有在斷絕氧化劑的狀態(tài)下，將上述混合相置于亞臨界狀態(tài)下的第1道工序，和置于加入氧化劑的超臨界狀態(tài)下的第2道工序。
在上述第2道工序后，有將被處理物降低到低于臨界溫度以下的溫度，形成在單相液相，或液相中含有固體物或非凝縮性氣體的混合相的第3道工序，和將該混合相作為低于臨界溫度的物質(zhì)從反應(yīng)塔排出的工序。
也可以使上述第2道工序在保持低于臨界溫度的內(nèi)壁中進(jìn)行。
使和被處理物大致同等或稍高壓力的低于臨界溫度的流體，從上述內(nèi)壁的外側(cè)流過，以將該內(nèi)壁的溫度保持在低于亞臨界的溫度。
上述第2道工序也可以在上述內(nèi)壁中形成局部反應(yīng)繼續(xù)場(chǎng)的筒狀體中進(jìn)行。
也可以按如下進(jìn)行上述第2道工序，即，在大致垂直的筒狀反應(yīng)容器內(nèi)部，在上側(cè)形成超臨界區(qū)域，下游側(cè)形成亞臨界區(qū)域，使被處理物和生成物在該反應(yīng)容器內(nèi)部，向下端單向移動(dòng)。
也可以將被處理物、氧化劑和超臨界溫度的介質(zhì)供入到上述反應(yīng)容器內(nèi)的上述超臨界區(qū)域內(nèi)。此處所說的氧化劑是指，例如氧氣、空氣等含氧氣體，或過氧化氫等所謂氧化劑。
可以具有事前使被處理物流動(dòng)化的工序，也可以具有事前加入酸或堿，將被處理物的pH調(diào)整為中性及至弱酸性的工序。
也可以通過向被處理物中添加輔助燃料，利用在超臨界區(qū)域內(nèi)的燃燒反應(yīng)，獲得臨界溫度以上的溫度。
通過向被處理物中添加分散劑，可防止被處理物和介質(zhì)的分離。
再有，本發(fā)明的超臨界反應(yīng)方法，其特征是具有在根據(jù)將被處理物和介質(zhì)的混合相置于該介質(zhì)的超臨界狀態(tài)下，進(jìn)行反應(yīng)的超臨界反應(yīng)方法中，將上述混合相置于超臨界狀態(tài)下進(jìn)行反應(yīng)后，將含有反應(yīng)生成物的混合相置于亞臨界狀態(tài)下進(jìn)行后處理的工序。
再有，本發(fā)明的處理裝置，其特征是在根據(jù)將被處理物和液體介質(zhì)的混合相置于該介質(zhì)的亞臨界或超臨界狀態(tài)下，處理物質(zhì)的處理裝置中，在上端具有物料供入口，在下端具有生成物排出口，在其內(nèi)部設(shè)有形成反應(yīng)區(qū)域的大致垂直的筒狀反應(yīng)容器，在該反應(yīng)區(qū)域內(nèi)，被處理物和生成物在該反應(yīng)容器內(nèi)部向著下端單方向移動(dòng)。
進(jìn)而，本發(fā)明的處理裝置，其特征是在根據(jù)將被處理物和液狀介質(zhì)的混合相置于該介質(zhì)的亞臨界或超臨界狀態(tài)下進(jìn)行處理物質(zhì)的處理裝置中，其裝配有在其上端具有物料供入口，在其下端具有生成物排出口，在其內(nèi)部形成反應(yīng)區(qū)域的大致垂直的筒狀反應(yīng)容器，該反應(yīng)容器由內(nèi)筒和外筒形成雙層筒狀，據(jù)此形成了圍繞上述反應(yīng)區(qū)域的保溫流路。
上述內(nèi)筒可以以能夠拆裝形式安裝，也可以插入組裝上述內(nèi)筒。
將上述介質(zhì)作為熱介質(zhì)在上述保溫流路中流動(dòng)。
在亞臨界狀態(tài)的反應(yīng)區(qū)域內(nèi)設(shè)有去除內(nèi)壁附著物和/或攪拌混合相的葉片部件。
在貫通驅(qū)動(dòng)葉片部件的驅(qū)動(dòng)軸的軸孔周圍，設(shè)有壓入上述介質(zhì)進(jìn)行密封的密封機(jī)構(gòu)。
使用上述記載的處理裝置，可以在上述介質(zhì)的亞臨界狀態(tài)下進(jìn)行氧化反應(yīng)處理。
再有，本發(fā)明的處理方法，其特征是在根據(jù)將被處理物和介質(zhì)的混合相置于該介質(zhì)的亞臨界狀態(tài)下進(jìn)行氧化反應(yīng)的處理方法中，具有在斷絕氧化劑的狀態(tài)下，將上述混合相置于第1亞臨界狀態(tài)下的第1道工序，和置于加入氧化劑的第2亞臨界狀態(tài)下的第2道工序。
附圖的簡(jiǎn)單說明
圖1是實(shí)施本發(fā)明實(shí)施方案的處理裝置的總體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是圖1實(shí)施方案的處理裝置超臨界反應(yīng)塔結(jié)構(gòu)的截面示意圖。
圖3是圖1實(shí)施方案的處理裝置亞臨界反應(yīng)塔結(jié)構(gòu)的截面示意圖。
圖4A是亞臨界反應(yīng)塔的其它實(shí)施方案的結(jié)構(gòu)截面示意圖。
圖4B是亞臨界反應(yīng)塔的其它實(shí)施方案的結(jié)構(gòu)的截面示意圖。
圖5是超臨界反應(yīng)塔的其它實(shí)施方案的頂部結(jié)構(gòu)的截面示意圖。
圖6是超臨界反應(yīng)塔的又一實(shí)施方案的頂部結(jié)構(gòu)截面示意圖。
圖7是圖1實(shí)施方案的裝置控制系統(tǒng)構(gòu)成的說明圖。
圖8是另一實(shí)施方案的控制系統(tǒng)構(gòu)成示意圖。
圖9是說明水的超臨界狀態(tài)的狀態(tài)圖。
圖10是超臨界反應(yīng)塔排出部分的另一實(shí)施方案的構(gòu)成截面示意圖。
實(shí)施發(fā)明的最佳方案圖1～圖3表示本發(fā)明一種實(shí)施方案的處理裝置。在此作為用作處理焚燒城市垃圾時(shí)產(chǎn)生的焚灰所使用的廢棄物處理裝置作為實(shí)例進(jìn)行說明。無需多說，也可以取代焚灰，例如處理被PCB污染的土壤和排放液。
該裝置具有將所有處理灰制成漿液，升溫，從亞臨界狀態(tài)導(dǎo)向超臨界狀態(tài)，進(jìn)行氧化反應(yīng)，為后處理和生成物利用而進(jìn)行分離工序的制漿液系統(tǒng)，和為冷卻或保溫超臨界水和各反應(yīng)裝置供應(yīng)亞臨界水等的供水系統(tǒng)，和監(jiān)視各系統(tǒng)管路和裝置規(guī)定處的狀態(tài)，維持規(guī)定狀態(tài)的控制系統(tǒng)。另外，此處所說的“漿液”是指不含懸濁物，僅含有液體狀的廢液等。
首先，漿液系統(tǒng)包括如下部分，即，用水將被處理物焚灰溶解，制成漿液，再進(jìn)行pH調(diào)整的漿液調(diào)整槽10、將該漿液升壓，通過漿液供入管12，向一次預(yù)熱器14、二次預(yù)熱器16輸送漿液的升壓泵18、在供入異丙醇的狀態(tài)下，將已升溫的漿液置于亞臨界狀態(tài)下的亞臨界反應(yīng)塔20、加入高溫超臨界水和氧化劑空氣，置于超臨界狀態(tài)的超臨界反應(yīng)塔22、和將該反應(yīng)終了的漿液進(jìn)行減壓，同時(shí)以閃蒸進(jìn)行降溫，從漿液中分離出氣相，導(dǎo)入到規(guī)定的貯存容器內(nèi)，向環(huán)境排放的后處理部分24。
與漿液調(diào)整槽10相連接的，除了供應(yīng)被處理物焚灰的管線26外，還與為調(diào)整后段超臨界反應(yīng)容器中的溫度，作為發(fā)熱源中入的異丙醇水溶液的罐28，供給控制液體成分和固體成分分離的分散劑的分散劑罐30、pH調(diào)整用的酸或堿的罐32、水罐34等連接，還設(shè)有對(duì)漿液進(jìn)行機(jī)械攪拌，混合均化漿液，防止固體物沉降和油分上浮的攪拌機(jī)36。
超臨界反應(yīng)塔22的結(jié)構(gòu)，如圖2所示，具有幾乎垂直的筒狀塔體38、和在其下部相對(duì)于水平以規(guī)定角度傾斜設(shè)置的排放部分40。塔體38和排放部分40，都由內(nèi)筒38a，40a和外筒38b，40b形成雙層筒狀。這樣，在塔體38的內(nèi)筒38a內(nèi)側(cè)安裝，在和內(nèi)筒38a之間，以規(guī)定的間隙，從頂部以規(guī)定長(zhǎng)度延伸的保護(hù)火焰筒42，它由碳化硅等陶瓷制成。在復(fù)蓋塔體38頂部的蓋44上設(shè)置漿液入口46和超臨界入口48，前者與從蓋44的下面向下方延伸的漿液供入噴嘴50相連通，向任何一個(gè)保焰筒42的內(nèi)側(cè)開口。
在塔體38的內(nèi)筒38a和外筒38b之間的間隙中形成保溫流路(亞臨界水流路)52，在此處，從下方的亞臨界水供入口54供入亞臨界狀態(tài)的水，該水從塔體上部的亞臨界水排出口56排出。這樣，塔體38作為整體都保持在亞臨界溫度以上的溫度，而且，內(nèi)筒38a保持在超臨界溫度以下的溫度。
塔體38的內(nèi)筒38a，相對(duì)于內(nèi)徑，其長(zhǎng)度至少在4倍以上，最好在8倍以上。而內(nèi)徑本身要設(shè)定小些。這樣，內(nèi)部的流體，在通常的流動(dòng)速度下，整體上形成近似于從上向下的柱狀(ピストン)流動(dòng)狀態(tài)。
反應(yīng)塔塔體38和排放部分40的內(nèi)筒38a、40a和漿液供應(yīng)噴嘴50，因?yàn)闈{液含有以氯為主的腐蝕成分，所以使用鉻鎳鐵合金等耐腐蝕性的高級(jí)材料。另外，因?yàn)檫@些部分也使用亞臨界水冷卻，所以因高溫引起強(qiáng)度惡化的問題較少。內(nèi)筒38a的內(nèi)部和亞臨界水流路52之間的壓差在通過流路時(shí)也不過是壓力損失，最大不要超過1at，內(nèi)筒38a部件上幾乎沒有這種力，所以考慮到加工，稍微厚一點(diǎn)的板就可以了。為了使內(nèi)筒38a制作得廉價(jià)，可制成單圓筒形，為了使暴露于超臨界中受到腐蝕損壞，也能很容易更換，采取插入組裝。另外，材料和溫度條件不同，所以要消解熱膨脹引起的差異，在規(guī)定部位設(shè)計(jì)成S形熱膨脹帶。
外筒38b要比內(nèi)筒38a厚，制成承受亞臨界水和漿液等高壓流體的壓力容器，上下分離的2個(gè)部分利用凸緣54連接起來。內(nèi)面的大部分圍護(hù)著內(nèi)筒38a，使其不暴露于漿液中，由于用亞臨界水冷卻等原因，不會(huì)出現(xiàn)由于高溫而引起強(qiáng)度惡化的問題，可以使用碳鋼、普通的鍋爐用鋼材。為了耐高溫高壓，在凸緣54上設(shè)計(jì)將鉻鎳鐵合金、SUS等耐腐蝕材料的金屬環(huán)通過凸緣連接，使它的線接觸部位傾斜，形成接觸密封的金屬密封55。
保焰筒42，在產(chǎn)生特別激烈氧化反應(yīng)的超臨界反應(yīng)塔最上部中，能夠保護(hù)內(nèi)筒38a不受超臨界氧化環(huán)境氣的腐蝕，同時(shí)，抑制熱量向內(nèi)筒滲透，防止溫度降低，使內(nèi)部流動(dòng)穩(wěn)定等，形成超臨界氧化反應(yīng)繼續(xù)場(chǎng)，所以和內(nèi)筒38a之間，以數(shù)毫米的間隙安裝，防止了與內(nèi)筒38a的熱傳遞，所以超臨界氧化繼續(xù)場(chǎng)得以冷卻，從而防止了不穩(wěn)定現(xiàn)象。原則上，該溫度最好在能穩(wěn)定地繼續(xù)進(jìn)行氧化反應(yīng)的500～550℃以上，最好取600℃，在處理難分解性物質(zhì)時(shí)，也可以高達(dá)650～800℃。這就能夠?qū)崿F(xiàn)利用醇等輔助燃料的燃燒反應(yīng)熱。
保焰筒42相對(duì)于內(nèi)徑，有至少在2倍以上，最好在3倍以上的長(zhǎng)度，太長(zhǎng)時(shí)，在過程當(dāng)中，又會(huì)重新形成亞臨界狀態(tài)，粉體和鹽，在它的臨界點(diǎn)前后，會(huì)變成濕干反復(fù)的形式附著并固定住，不斷地生長(zhǎng)，從而堵塞住反應(yīng)塔體38，所以很不理想。
為了測(cè)定超臨界反應(yīng)塔22重要部位的溫度，將溫度測(cè)定點(diǎn)58a、58b、58c設(shè)定在頂部、內(nèi)筒上下連接部、下部三個(gè)部位，它們的輸出端子與圖中沒有示出的控制裝置連接。用頂部的溫度計(jì)檢測(cè)超臨界氧化反應(yīng)有否異?，F(xiàn)象，同時(shí)，將控制超臨界氧化反應(yīng)溫度的控制值、例如用作控制供入超臨界水量、供入漿液量、供入異丙醇量等的信號(hào)。由于這是很重要的檢測(cè)端口，為了雙重化，最好設(shè)定2個(gè)以上。
漿液排放部分40，形成與水平以規(guī)定角度傾斜的雙層筒狀，在其中央稍稍上側(cè)上，與塔體38的下端連接，在其中央稍稍下側(cè)的下面，與漿液排放管60的上端連接。在排放部分40的上側(cè)蓋62上形成氣體排放口64，排出含有氧、氮、碳酸氣等非凝縮氣體的氣相，以保持內(nèi)部壓力恒定。內(nèi)筒40a和外筒40b之間的間隙，同樣形成流通亞臨界水的保溫流路66，從下部亞臨界水入口68供入的亞臨界水，從上部出口70排出。
在排出部分40的內(nèi)部有在由安裝在下側(cè)蓋72外面的帶馬達(dá)減速機(jī)74驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)軸76上，設(shè)有螺旋狀漿液排出葉片78的輸送螺旋桿80。輸送螺旋桿80的結(jié)構(gòu)是，比漿液排出管60的開口部位高的部分，形成右螺旋配置，比開口部位低的部分，形成左螺旋配置，當(dāng)以箭頭方向旋轉(zhuǎn)是，漿液從上下向著漿液排出管60的開口部位流動(dòng)。在排出部分40的下側(cè)蓋72上設(shè)有插入旋轉(zhuǎn)軸76的貫通孔82，在這貫通孔的周圍壓入從后面講述的亞臨界水循環(huán)管線C分流出的密封水，形成不使?jié){液進(jìn)入貫通孔的密封部分84。
輸送螺旋桿80的葉片78，開有數(shù)個(gè)間隙，以不連續(xù)狀形成，由這些間隙泄漏漿液。這樣，可減輕漿液向螺旋葉片78上附著，從而防止了附著漿液在整個(gè)螺旋桿上固化而妨礙漿液輸送的事態(tài)發(fā)生。在旋轉(zhuǎn)軸76上，通過回轉(zhuǎn)節(jié)86，使冷卻水流通。另外，上述輸送螺旋桿80，由于漿液濃度低，不存在僅以重力就可圓滑地排出漿液出口的情況。
后處理部分24設(shè)在超臨界反應(yīng)塔22的漿液排出管60的下游，由以下部分構(gòu)成，即入口閥88、前減壓罐90、中間閥92、后減壓罐94、出口閥96、漿液冷卻器98和閃蒸罐(氣液分離罐)100，以及凝縮水、處理漿液的貯存罐102，104等。冷卻器98的配置是為防止從漿液閃蒸過剩蒸汽時(shí)，使?jié){液中的水分變得過少，而失去流動(dòng)性。漿液排出部分40的氣體排出口64，在閃蒸罐100的上部設(shè)有排出分離氣體的氣體配管106，這作為一次漿液預(yù)熱器14的熱源供入后，導(dǎo)入凝縮水罐102中。在閃蒸罐100的底部設(shè)置漿液排出配管108，將分離了氣體的漿液導(dǎo)入處理漿液罐104內(nèi)。
圖3示出了亞臨界反應(yīng)塔20的結(jié)構(gòu)，這是內(nèi)裝單軸式攪拌機(jī)的熱交換器，是由內(nèi)筒20a和外筒20b構(gòu)成的雙層管結(jié)構(gòu)，它們的中間形成保溫流路(亞臨界水流路)110。在內(nèi)筒20a的內(nèi)部，設(shè)有具有攪拌葉片112的旋轉(zhuǎn)軸114，在上部蓋116的上側(cè)安裝將其旋轉(zhuǎn)的帶有馬達(dá)的減速機(jī)118。因?yàn)闈{液含有以氯為主的腐蝕成分，所以內(nèi)筒20a使用了耐鹽酸鎳基合金(Hastelloy)等腐蝕性的高級(jí)材料。因?yàn)橥馔?0b是用于亞臨界水和漿液等高壓流體的壓力容器，圍護(hù)內(nèi)筒20a，不與漿液接觸，所以可使用普通的鍋爐用碳鋼鋼材。
亞臨界反應(yīng)塔20內(nèi)部的漿液和亞臨界水之間的壓差，大致與超臨界反應(yīng)塔22的情況相同，雖然亞臨界水是略微的高壓，即使很大，也只有1at，內(nèi)筒20a部件上幾乎沒有這種壓力，因此考慮到加工，理想的是稍微厚些的板。另外，由于材料和溫度條件存在差異，所以在各處設(shè)置能夠消除熱膨脹差的S形熱膨脹帶。
由于亞臨界水是以和漿液進(jìn)行熱交換來達(dá)到冷卻，很重要，所以使之從上部入口120進(jìn)入，從下部出口122排出。漿液與亞臨界水形成對(duì)流，所以入口124在下部，出口126在上部，設(shè)定出口126要稍稍高于超臨界反應(yīng)塔22的漿液入口46，可獲得有效的漿液輸送。
由于攪拌葉片112能防止因生成鈣垢等帶來的阻礙，所以旋轉(zhuǎn)攪拌軸114，在內(nèi)筒20a的內(nèi)面的幾乎是整個(gè)面上，在從表面到距離1～3mm處進(jìn)行掃動(dòng)。它還具有這種功能，就是因?yàn)闈{液和亞臨界水之間的傳熱，其速度取決于漿液的物質(zhì)移動(dòng)，這種攪拌葉片112的不斷旋轉(zhuǎn)，引起漿液的隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，從而促進(jìn)了傳熱。還具有這種意義，就是攪拌漿液，能防止?jié){液中的灰等，因?yàn)闊峤粨Q器內(nèi)流速降低而發(fā)生沉降。
和超臨界反應(yīng)塔22一樣，凸緣128等的接合部，是將耐高溫高壓的SUS等金屬環(huán)嵌入設(shè)在凸緣面上的槽中，形成金屬密封129，而且，在馬達(dá)側(cè)軸貫通孔的部分，設(shè)置壓入從亞臨界水循環(huán)管線C分流出的密封水，防止?jié){液浸入貫通孔的密封部分130。攪拌葉片112的配制，是以右旋狀不連續(xù)地設(shè)置葉片，通過按圖中箭頭方向旋轉(zhuǎn)攪拌軸114，漿液將逐漸向上方移動(dòng)。另外，二次漿液預(yù)熱器16，除了溫度更低外，其它結(jié)構(gòu)和亞臨界反應(yīng)塔20大致相同，此處省去說明。
接著，對(duì)超臨界水、亞臨界水的供水系統(tǒng)進(jìn)行說明。超臨界反應(yīng)塔22、亞臨界反應(yīng)塔20和二次漿液預(yù)熱器16形成在它們中循環(huán)的亞臨界水循環(huán)線路C。它以亞臨界水循環(huán)泵132的出口作為起點(diǎn)，從超臨界反應(yīng)塔22排出管60的保溫流路下部入口向上部出口排出，再?gòu)呐欧挪糠?0的保溫流路66的下部入口68進(jìn)入，向上部出口70排出，再?gòu)乃w38的保溫流路52下部入口54進(jìn)入，向上部出口56排出。另外，在從塔體38的下側(cè)筒移動(dòng)到上側(cè)筒時(shí)，經(jīng)過亞臨界水加熱器134，根據(jù)需要進(jìn)行循環(huán)水的溫度調(diào)整。
亞臨界水循環(huán)線路C，在此處進(jìn)行分流，一部分經(jīng)過超臨界加熱器136，被加熱到超臨界溫度，從塔體38的頂部送入內(nèi)部，而另一部分，通過空氣預(yù)熱器138，預(yù)熱供入空氣后，從亞臨界反應(yīng)塔20、保溫流路110的上部入口120進(jìn)入，從下部出口124排出，再由二次漿液預(yù)熱器16的保溫流路的上部入口進(jìn)入，從下部出口排出，再返回到亞臨界水循環(huán)泵132的吸入口。
由于循環(huán)水的一部分作為超臨界水，在超臨界反應(yīng)塔22中作為介質(zhì)供入，所以為補(bǔ)充它，設(shè)計(jì)了補(bǔ)充水配管系統(tǒng)。這部分包括利用離子交換預(yù)先去除了離子的純水140、將其升壓到3～5atg的脫氣器給水泵142、將其利用經(jīng)由漿液預(yù)熱器14的氣體或液體，升溫超過100℃，通常到120～140℃的補(bǔ)充水預(yù)熱器144、從升溫水去除非凝縮性氣，特別是氧氣的脫氣器146、和在亞臨界水循環(huán)泵132吸入口處，將其在亞臨界水循環(huán)線路C中進(jìn)行合流的補(bǔ)充水供給泵148。在補(bǔ)充水中，加入脫氧劑和清罐劑，徹底去除氧，以便不引起管線的腐蝕和結(jié)垢。
除此之外，在超臨界反應(yīng)塔22上設(shè)有為氧化反應(yīng)供入空氣的空氣供應(yīng)管路。這部分包括預(yù)先除濕的空氣源150，將其升壓到比升壓后的漿液更高壓力的高壓空氣壓縮機(jī)152、用來自超臨界反應(yīng)塔22的亞臨界水進(jìn)行預(yù)熱的空氣預(yù)熱器138、進(jìn)而經(jīng)由超臨界水的合流點(diǎn)，依次與超臨界反應(yīng)塔22的超臨界水入口48連接。
以下，說明上述構(gòu)成的有機(jī)廢棄物處理裝置的功能。首先，說明漿液系統(tǒng)的功能。將城市垃圾焚燒灰，在漿液調(diào)整槽10內(nèi)，加入分散劑、酸、異丙醇水溶液，再加入水，進(jìn)行攪拌，使pH為7～3的中性或弱酸性，制成固體物濃度為5～40(重量)％，最好10～30(重量)％的漿液。
異丙醇的供入量是這樣一個(gè)量，即，使氧化反應(yīng)能在超臨界反應(yīng)塔22中連續(xù)穩(wěn)定地進(jìn)行。即，利用氧化反應(yīng)產(chǎn)生的熱量，使?jié){液的溫度達(dá)到550℃以上，最好600℃。在遇氧化分解難以分解的物質(zhì)時(shí)，不用多說，是可以增加其量以達(dá)到更高的溫度的。這在漿液中的重量比率為2～20％，通常4～10％。無許多說，向超臨界反應(yīng)塔22中漿液添加超臨界水的量越多，供入量可以越少，這時(shí)非常需要加熱從保溫流路52流入的亞臨界水的超臨界水加熱器136的熱源，也可以使用其它醇和酮類等水溶性易氧化性有機(jī)物來代替異丙醇。
加入分散劑，使得在漿液配管中和熱交換器等中，固體成分不會(huì)沉淀，所以漿液流速常常維持在1～3m/s，或者，從漿液濃度相當(dāng)高、固體成分粒徑相當(dāng)細(xì)、漿液粘度很高等理由考慮時(shí)，不擔(dān)心會(huì)有沉淀分離發(fā)生時(shí)，沒有必要供入分散劑。
將這樣調(diào)制的漿液，用漿液升壓泵加壓到超過225.56at，通常240～400at，最好240～300at，經(jīng)由一次漿液預(yù)熱器14、二次漿液預(yù)熱器16、亞臨界反應(yīng)塔20，在通過間接加熱的同時(shí)進(jìn)行以還原反應(yīng)為主體的亞臨界反應(yīng)，再送入超臨界反應(yīng)塔22的最上部。
在超臨界反應(yīng)塔22的最上部，在利用超臨界水加熱器136升溫到600～650℃的超臨界水中，事前混入氧化用的空氣，從超臨界水入口48供入保焰筒42內(nèi)。該空氣量，其中所含的氧量必須能氧化漿液中醇和分解物和灰中所含未燃燒的碳，及其它可燃物。即，供入的空氣超過理論空氣量的1.0倍，到1.5倍，最好1.1～1.3倍。這樣，漿液中的可燃物能產(chǎn)生氧化反應(yīng)，進(jìn)行升溫，主要是在保焰筒42內(nèi)部形成局部的高溫高速氧化反應(yīng)繼續(xù)場(chǎng)，可燃物會(huì)迅速地焚燒掉。
其后，這種漿液一邊進(jìn)行殘留物和氧的反應(yīng)，一邊伴隨著漿液中的固體物和析出鹽類，繼續(xù)供入到反應(yīng)塔體38的上部、漿液和超臨界水和空氣的混合物以向下壓的形式降入到處于超臨界狀態(tài)下的細(xì)長(zhǎng)反應(yīng)塔體38內(nèi)。這期間，漿液由保溫流路中的流體所冷卻。在下部，降到低于374.15℃的亞臨界水的溫度，到達(dá)排出部分40。
在排放部分40中，漿液也可由旋轉(zhuǎn)軸76和器壁進(jìn)行冷卻，恢復(fù)到亞臨界狀態(tài)，再形成漿液，這種漿液在重力下游動(dòng)，由漿液排出葉片78，以耙摟形式送至排出管60的開口處，從排出管60降下。另外，由于過剩而殘留的氧和供入空氣中的氮，在氧化反應(yīng)中生成二氧化碳，其他非凝縮氣體會(huì)在排放部分40上側(cè)的氣體排出口64附近滯留下去。
滯留在排出管60中的漿液進(jìn)一步向下排出閃蒸罐100。首先，在關(guān)閉中間閥92的狀態(tài)下，打開入口閥88，使?jié){液進(jìn)入前后減壓罐90，再關(guān)閉入口閥88，接著打開中間閥92，使其膨脹到前后減壓罐90、96的合并體積，漿液得以減壓。接著關(guān)閉中間閥92，打開出口閥96，依靠自身壓力，漿液由閃蒸罐100內(nèi)送出，之后，為了排出下一次的漿液，再關(guān)閉出口閥96。
反復(fù)這一過程，對(duì)超過225.56at的高壓漿液進(jìn)行減壓，使由閃蒸罐100排出的漿液，具有3～20at，最好12～20at的壓力。這種減壓，當(dāng)漿液中含的水閃蒸過量時(shí)，會(huì)降低流動(dòng)性，這種漿液不能送入后面的工序中，所以利用由出口閥96到閃蒸罐100之間的雙層管式漿液冷卻器98，預(yù)先將漿液冷卻到適當(dāng)?shù)臏囟龋挂徊糠珠W蒸的水凝縮。漿液本身在靜置下，因?yàn)閮?nèi)部和壁面附近的物質(zhì)幾乎不移動(dòng)，即使壁面變冷，傳熱惡化，漿液也難以冷卻，伴隨著這種閃蒸產(chǎn)生的蒸汽，以自身的壓力移動(dòng)到閃蒸罐100內(nèi)，漿液中和壁面的熱交換量很大，因此，即使傳熱面積很小，也能夠進(jìn)行冷卻。
另外，這樣反復(fù)開閉閥門排出液相或漿液相，是為了保護(hù)這些閥門，由于閥門前后的壓差很大，當(dāng)以微開使用閥門時(shí)，在蒸發(fā)的同時(shí)噴出的液相或漿液相與閥體和閥座進(jìn)行急速的摩擦，原本處理的流體不能進(jìn)入，而進(jìn)入到閥的里側(cè)和驅(qū)動(dòng)部位，從而損壞了閥門。所以反復(fù)進(jìn)行全開全閉，使閥門進(jìn)行開關(guān)運(yùn)行，邊使液相或漿相減壓，邊從閃蒸罐100排出。
在閃蒸罐100內(nèi)，也導(dǎo)入含有從排出部分40的氣體排出口64排出水蒸汽的非凝縮性氣體，由排放部分40內(nèi)部的漿液進(jìn)行閃蒸生成的水蒸汽，同時(shí)在閃蒸罐100內(nèi)進(jìn)行氣液分離。氣相作為含有很高濃度度水蒸汽的氣體送入作為熱源的漿液預(yù)熱器14中，進(jìn)而加熱送入補(bǔ)充水預(yù)熱器中的補(bǔ)充水，導(dǎo)入凝縮水罐102，分離凝縮水后，送往處理漿液罐104中。
滯留在閃蒸罐100底部的漿液通過間斷地開關(guān)閥門使罐內(nèi)維持在一定的水平范圍，在處理漿液罐104中，一面閃蒸一面沸騰，來自凝縮水罐102的氣體和來自漿液的閃蒸無害氣體，從處理漿液罐104的排氣器154排入大氣。
在處理裝置中，上述被處理物和介質(zhì)超臨界水的混合物，作為整體在超臨界反應(yīng)塔22中向一個(gè)方向流動(dòng)，通過亞臨界區(qū)域，降低溫度和壓力后，以漿液狀態(tài)排出，進(jìn)行后處理。因此，與以超臨界狀態(tài)由裝置排出的情況比較，由于能夠在更低溫度更低壓力下進(jìn)行處理，所以后處理得到大幅度簡(jiǎn)化。同時(shí)，由于在超臨界反應(yīng)塔22內(nèi)不形成含有鹽類、流動(dòng)性很低的殘留物，所以也就沒有必要為處理它再供入水，因此，后處理簡(jiǎn)單化了。
再者，由于以同一方向流動(dòng)處理，所以不需要像以前那樣使反應(yīng)塔22內(nèi)的混相進(jìn)行循環(huán)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，裝置本身及其運(yùn)行控制也能大幅度簡(jiǎn)化。
以下說明給水系統(tǒng)的功能。在補(bǔ)充水管路中，預(yù)先利用離交換等去除離子的純水140，由脫氣器給水泵142升壓到3～5atg，再由補(bǔ)充水預(yù)熱器144升溫到超過100℃的溫度，通常到120～140℃，以脫氣器146除去非凝縮性氣體，特別是氧。進(jìn)而，由補(bǔ)充水供給泵148升壓到比利用漿液升壓泵18升壓后的漿液更高的壓力，在亞臨界水循環(huán)泵132的吸入側(cè)合流后，供入亞臨界水循環(huán)管線C。
在亞臨界水循環(huán)管線C中，由亞臨界水循環(huán)泵18排出的水，在漿液排出管60的保溫流路內(nèi)上升，通過其內(nèi)筒，漿液被冷卻，同時(shí)自身又吸收熱而升溫，在漿液排出部分40的保溫流路66、超臨界反應(yīng)塔22的塔體38的保溫流路52中反復(fù)進(jìn)行這一過程，在超臨界反應(yīng)塔22上部，當(dāng)壁面溫度過低時(shí)，由于超臨界狀態(tài)不能維持有效的時(shí)間，所以用設(shè)在臨界水管路中的亞臨界水加熱器134進(jìn)行升溫，通常，超臨界反應(yīng)塔22的保溫流路52出口處的溫度為340～370℃，最好是350～360℃。
如上述，超臨界反應(yīng)塔22，由于其內(nèi)筒38a冷卻到亞臨界溫度，所以在其內(nèi)壁的內(nèi)表面上，超臨界水受冷生成亞臨界水。因此，反應(yīng)生成的或漿液中的所含的鹽類等難以附著在內(nèi)壁上，或者，一旦附著也會(huì)被干凈的液體除去。利用保溫流路52冷卻內(nèi)筒38a來維持比超臨界溫度更低的溫度，所以這部分材質(zhì)可以使用比較廉價(jià)的材料，而且也能延長(zhǎng)其使用壽命。
在以前，為了使制作反應(yīng)器的材料能承受反應(yīng)溫度，因金屬材料的限制，通常將反應(yīng)溫度的上限控制在600～650℃。然而，在上述實(shí)施方案中，由于形成比反應(yīng)器壁更高溫度的反應(yīng)場(chǎng)，所以能利用輔助燃料的燃燒熱提高反應(yīng)溫度，能夠以比金屬材料耐熱溫度更高的650～800℃的溫度連續(xù)進(jìn)行。
亞臨界水流路52，由于組裝上的問題，難以做到和內(nèi)部的完全密封，但由于亞臨界水一側(cè)的壓力很高，漿液不會(huì)流到流路52一側(cè)。亞臨界水由部件接合處的微小間隙滲透到漿液一側(cè)，但這是完全不含氧的水，而且由于壓力差很小，流入量也很少，實(shí)際當(dāng)中沒有任何問題。
內(nèi)筒38a，因?yàn)橐惺苓^渡的超臨界氧化反應(yīng)，有可能被損壞穿孔。然而，這時(shí)由此流入的亞臨界水不含有氧，而且由于不通過超臨界水加熱器136，所以溫度也會(huì)降低。因此，反應(yīng)向不活性化方向轉(zhuǎn)移，而轉(zhuǎn)變成所謂的自動(dòng)防故障狀態(tài)(フェ-ルヤ-フ)，沒有反應(yīng)難以控制的事態(tài)發(fā)生，具有很高的安全性。
由超臨界反應(yīng)塔22的保溫流路52出來的一部分循環(huán)臨界水，經(jīng)由超臨界水加熱器136供入到超臨界反應(yīng)塔22內(nèi)。另一方面，余下的循環(huán)臨界水由空氣預(yù)熱138升溫空氣，同時(shí)自己降溫，進(jìn)而流過亞臨界反應(yīng)塔20、二次漿液預(yù)熱器16的保溫流路，通過內(nèi)筒20a等升溫漿液與補(bǔ)充水合流返回到亞臨界水循環(huán)泵132。此時(shí)的臨界水溫度為260～320℃，最好是270～300℃，使臨界水流量為漿液流量的3～30倍，最好5～15倍。
進(jìn)行氧化反應(yīng)的空氣，一般是由規(guī)定位置取入，預(yù)先除濕后，用高壓空氣壓縮機(jī)152升壓到比用漿液升壓泵18升壓后的漿液更高的壓力，在空氣預(yù)熱器138中與出自超臨界反應(yīng)塔22的臨界水進(jìn)行熱交換后，與超臨界水合流后供入超臨界反應(yīng)塔22內(nèi)。
另外，上述中，從經(jīng)濟(jì)考慮，雖然使用了空氣，但不用多說，若是純氧，使用液體氧和氣化器，沒有必要特別使用高壓壓縮機(jī)，所以裝置變得緊湊，同時(shí)，因?yàn)闆]有伴隨的氮，所以排氣量大幅度變小，來自閃蒸罐100的氣體中水蒸汽濃度會(huì)上升，一次漿液預(yù)熱器和補(bǔ)充水預(yù)熱器144的傳熱效率提高了，減少了由排氣排出的熱量，變得省能了。
圖4A示出了本發(fā)明亞臨界反應(yīng)塔160的另一實(shí)施方案，該方案具有雙軸式交換器，該裝置基本上與上一個(gè)實(shí)施方案的亞臨界反應(yīng)塔20大致相同，封入密封水的部分采用了齒輪減速箱162，在上下方向上鄰接的攪拌葉片164之間有10mm左右的間隙，使驅(qū)動(dòng)軸166和從動(dòng)軸168的攪拌葉片164相對(duì)配置，改變齒的大小，使驅(qū)動(dòng)軸166轉(zhuǎn)動(dòng)6圈時(shí)從動(dòng)軸168轉(zhuǎn)7圈。另外，內(nèi)筒160a的形狀，如圖4B所示，攪拌葉片164的端部與描繪的圖形吻合，形成2個(gè)圓重疊的形狀。
這樣，從動(dòng)軸168的葉片164，伴隨著旋轉(zhuǎn)，進(jìn)行移動(dòng)1/6個(gè)位相，從a移進(jìn)到b、c、d、e、f再返回到a，形成這樣一種狀態(tài)。為此，將旋轉(zhuǎn)方向的面定為表面，與旋轉(zhuǎn)方向相反的面定為里面，當(dāng)a時(shí)，驅(qū)動(dòng)軸166的表面，從動(dòng)軸168的里面相吻合，f時(shí)，驅(qū)動(dòng)器166的里面，從動(dòng)軸168的表面相吻合，以此方式進(jìn)行清除。無許多說，攪拌葉片164的上端面，下端面，每旋轉(zhuǎn)1圈，在上下方向上鄰接的其它軸的攪拌葉片164相互吻合，進(jìn)行清除。所以，攪拌葉片164和軸166、168也能防止垢的生長(zhǎng)，由于沒有堵塞，所以能連續(xù)運(yùn)行。
在上一個(gè)實(shí)施方案中，超臨界反應(yīng)塔22的裝入口，結(jié)構(gòu)是單獨(dú)供漿液的噴嘴50和超臨界水入口48，在蓋44的下面，以交叉方向進(jìn)行開口。圖5和圖6示出了本發(fā)明超臨界反應(yīng)塔22最上部噴嘴結(jié)構(gòu)的另一實(shí)施形方案，任何一種的構(gòu)成，都是將供漿液噴嘴和超臨界水供入噴嘴，取作同軸的所謂雙流體噴嘴。
圖5是漿液量相對(duì)于添加超臨界水相對(duì)少時(shí)的最佳實(shí)例，將供漿液噴嘴170同軸配置在超臨界水供入噴嘴172的內(nèi)側(cè)，使供漿液噴嘴170形成狹窄的斷面積，提高流速，以噴流狀態(tài)添加到含氧的超臨界水中，促進(jìn)和超臨界水的混合，超臨界水就好象包圍著整個(gè)漿液的噴流，進(jìn)行流動(dòng)，為了進(jìn)行很好的添加，使用如圖所示的分散室174和多孔板176也能很容易整流。將含氧的超臨界水和漿液合流，能引起氧化反應(yīng)和利用反應(yīng)熱使溫度上升，該反應(yīng)場(chǎng)為了不被冷卻或受周圍流動(dòng)的影響，由陶瓷制的保焰筒42所包覆。因此，通過超臨界水和漿液的混合確實(shí)形成超臨界狀態(tài)，能達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行。
圖6示出了相對(duì)于漿液量添加相應(yīng)少的超臨界水時(shí)的最佳實(shí)例。為了形成超臨界狀態(tài)，主要使用醇等水溶性燃料時(shí)，這難以將漿液噴流四周用超臨界水包圍住。因此，采用的形式是在供漿液噴嘴178的中心周圍配置超臨界水的供應(yīng)噴嘴180。在此處，在超臨界水和漿液的混合部位，如圖所示，使用了陶瓷凹口182，以達(dá)到更完全的混合。由于超臨界狀態(tài)在陶瓷凹口182內(nèi)形成，所以不受周圍流體的影響，達(dá)到穩(wěn)定化。
任何一種情況，超臨界水流路的周圍最好用絕熱材料包覆，以抑制溫度降低。由于溫度很高，而且處于含氧的氧化性環(huán)境氣中，所以超臨界水流路的材質(zhì)，使用鎳鉻鐵耐熱合金等耐熱鋼。
以下參照?qǐng)D7說明上述實(shí)施方案中控制處理裝置反應(yīng)過程的方法。該圖在機(jī)械結(jié)構(gòu)方面與圖1相同，但其中設(shè)有以下的控制，報(bào)警裝置。SIC速度指示控制器TICA溫度指示控制報(bào)警器TSA溫度程序報(bào)警器LISA水平指示程序報(bào)警器FICA流量指示控制報(bào)警器O2IA氧濃度指示報(bào)警器該裝置的要點(diǎn)是在超臨界反應(yīng)塔22中將混合相的流體控制在一個(gè)方向上，使在超臨界區(qū)域內(nèi)由反應(yīng)生成的生成物伴隨著該流體一起排出。為了獲得這種運(yùn)行條件，必須控制超臨界反應(yīng)塔22內(nèi)超臨界區(qū)域或亞臨界區(qū)域中的溫度、壓力等。
然而，影響它的因素很多，而且相互關(guān)連，極其復(fù)雜。因此，作為現(xiàn)實(shí)的控制方式，是這些因素中，能夠控制恒定的要控制恒定，同時(shí)，對(duì)于各個(gè)因素的控制對(duì)象，超臨界反應(yīng)塔的溫度，在特定的條件下，依靠經(jīng)驗(yàn)或試驗(yàn)，預(yù)先求得賦予的準(zhǔn)確率，對(duì)于不能預(yù)知因素而引起的變動(dòng)，可以變動(dòng)這些參數(shù)，進(jìn)行補(bǔ)充。
作為這樣的因素，例如有超臨界反應(yīng)塔入口處的漿液溫度、漿液供入量、漿液的水分量、異丙醇等輔助燃料的添加量、添加空氣量、保溫流路中亞臨界水的溫度、超臨界水的溫度等。
超臨界反應(yīng)塔22入口處的漿液溫度要稍低于臨界溫度，為330～370℃，最好是350℃，另一方面，亞臨界反應(yīng)塔20入口處供入的漿液溫度為200～300℃，比較適宜。因此，控制二次漿液預(yù)熱器16或亞臨界反應(yīng)塔20中的運(yùn)行，使生成上述溫度的漿液。這是通過增減漿液預(yù)熱器16或亞臨界反應(yīng)塔20中攪拌軸的轉(zhuǎn)數(shù)，以符合設(shè)定值來控制的。這些裝置的內(nèi)筒中，靠近壁面的漿液不進(jìn)行強(qiáng)制性攪拌，就無法進(jìn)入。因此，臨界水和漿液之間的傳熱是由于靠近該壁面的漿液攪拌有速率的結(jié)果。另外，空氣預(yù)熱溫度，由于不必?fù)?dān)心會(huì)達(dá)到熱源亞臨界水的350～370℃以上，所以也就不必進(jìn)行特殊控制。
調(diào)節(jié)亞臨界水加熱器134的功率，控制上側(cè)超臨界反應(yīng)塔22保溫流器52中的臨界水在350～370℃之間的適當(dāng)溫度，使超臨界反應(yīng)塔22的內(nèi)筒38a的溫度不超過臨界溫度。超臨界水加熱器136，為了使供入超臨界反應(yīng)塔22中超臨界水的溫度只能接近600～650℃，而且在裝置不產(chǎn)生故障的條件下，可達(dá)到極高的溫度，調(diào)節(jié)超臨界水加熱器136的功率。另外，在這種實(shí)施方案中，雖然使用了亞臨界水加熱器134、超臨界水加熱器136，及電加熱器，但在大型設(shè)備時(shí)，也可用鍋爐，或者，在鄰近焚燒爐時(shí)，回收燃燒氣體的廢熱，作為熱源，可節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用。
在超臨界反應(yīng)塔22中，為了使靠近最下部排放部分40入口處的漿液溫度正好達(dá)到臨界點(diǎn)左右，控制向亞臨界水循環(huán)管線C中的補(bǔ)充水量，即控制補(bǔ)充水供給泵148的轉(zhuǎn)數(shù)。必須的補(bǔ)充水量超過補(bǔ)充水泵148的最大能力(給出量)時(shí)，必須增加漿液中異丙醇等輔助燃料的濃度等設(shè)定變更操作。
超臨界反應(yīng)塔22器的漿液壓力，取決于從靠近排放部分40最高端部附近排出非凝縮性氣體和水的混合物量。同樣，以該漿液和超臨界水供應(yīng)配管連接的亞臨界水循環(huán)管線C的壓力，由到達(dá)漿液部分的流路壓力損失所決定，所以沒有必要控制。但是，超臨界水供應(yīng)配管，在超臨界水噴嘴48被堵等而引起閉塞時(shí)，或漿液一側(cè)壓力發(fā)生劇烈降低時(shí)，超臨界反應(yīng)塔22和亞臨界反應(yīng)塔20、二次漿液預(yù)熱器16等的內(nèi)筒，有可能發(fā)生潰裂等事故。為了避免事故發(fā)生，使亞臨界水循環(huán)管線C和漿液一側(cè)的壓差達(dá)到一定值以上再工作，為了能使亞臨界水循環(huán)管線C中的水排泄到漿液一側(cè)，可設(shè)置調(diào)節(jié)閥門。
滯留在排放部分40處的液相或漿液相，通過排放部分入口和排放部分出口的排出管60下部之間的壓差來檢測(cè)液位水平，在達(dá)到一定液位水平時(shí)，入口閥88～(前減壓罐90)～中間閥92～(后減壓罐94)～出口閥96，進(jìn)行一連串的開閉循環(huán)操作，最后排列閃蒸罐100中。同樣，在閃蒸罐100中，利用上下壓差來檢測(cè)罐內(nèi)液相或漿液相的液位水平，當(dāng)達(dá)到一定液位水平時(shí)，將內(nèi)蒸罐100的排出閥門打開一定時(shí)間，排到處理漿液罐104內(nèi)。
從閃蒸罐100排出的氣體，由于使用一次漿液預(yù)熱器14和補(bǔ)充水預(yù)熱器144作為熱源，為了抑制它們傳熱面的溫度變化，以3-20atg，最好12-20atg范圍的設(shè)定值恒定，以控制向凝縮水罐102的流量。而，流入閃蒸罐100中的氣體是含有來自排放部分40的液相或漿液相以及非凝縮性氣體的氣相，變動(dòng)很大。因此，在內(nèi)蒸罐100出口處設(shè)置控制閥門，控制它使來自閃蒸罐100的排出氣量恒定。另外，為此而設(shè)定的流量值，通過閃蒸罐內(nèi)部壓力上升而增加，相反下降而減少來控制閃蒸罐內(nèi)的壓力。閃蒸罐100內(nèi)的壓力即使有某種程度的變動(dòng)，為使由閃蒸罐排出的氣體量沒有太大的變化，最好穩(wěn)定漿液系統(tǒng)。
在靠近超臨界反應(yīng)塔22最上位置處，設(shè)有溫度檢測(cè)端58a，當(dāng)溫度降低時(shí)，發(fā)出警報(bào)。超臨界氧化反應(yīng)進(jìn)行速度過低時(shí)，未燃物有殘留在處理漿液中的可能性，如果達(dá)到500～550℃以下，啟動(dòng)停止?jié){液供入等程序和聯(lián)鎖裝置。這種實(shí)施方案的裝置，只有在包括地震、火災(zāi)等緊急情況發(fā)生時(shí)，才停止?jié){液供入。
漿液升壓泵、補(bǔ)充水供給泵、高壓空氣壓縮機(jī)等，每一個(gè)都為了保持出口壓力超過225.56at，都是使用隔膜或活塞的容積式，因此，一般是改變馬達(dá)的減速比和馬達(dá)的轉(zhuǎn)數(shù)來調(diào)節(jié)排出量。當(dāng)提高亞臨界水循環(huán)管線的水量時(shí)，會(huì)接近循環(huán)管線中的溫度幅度，為了將超臨界反應(yīng)塔22的出口處控制在最高溫度，可以提高二次漿液預(yù)熱器16出口處的亞臨界水溫度。這樣，超臨界反應(yīng)塔22入口溫度沒有達(dá)到規(guī)定值時(shí)，可以相應(yīng)地提高亞臨界水循環(huán)泵132的排出量。
空氣或氧的供給量，考慮到可燃物幾乎占據(jù)漿液中的全部，根據(jù)異丙醇等水溶性有機(jī)物的供給輔助燃料的量計(jì)算，所加入的必要氧量要有所余量。然而，在實(shí)際中，城市垃圾焚燒灰中有時(shí)含有未燒盡的碳。對(duì)此，要連續(xù)計(jì)測(cè)從凝縮水罐排出非凝縮性氣體中的氧濃度，根據(jù)這個(gè)來控制空氣或氧的量。
漿液是固體成分易于分離的物料時(shí)，或者，容器內(nèi)產(chǎn)生的溫度分布不太理想時(shí)，在二次漿液預(yù)熱器16和亞臨界反應(yīng)塔20中，攪拌葉片112必須以某種程度開動(dòng)，以限制出口漿液溫度的控制幅度。因此，使熱源亞臨界水走旁路也是控制溫度的有效方法。這時(shí)，也有并用改變攪拌葉片112轉(zhuǎn)數(shù)的方法，如圖8所示，對(duì)于漿液來說，最好是以一定的轉(zhuǎn)數(shù)來旋轉(zhuǎn)攪拌葉片112，單獨(dú)調(diào)節(jié)旁路閥門的開度，控制亞臨界水量，至少也是一種控制要素。
為了控制超臨界反應(yīng)塔22的出口溫度，調(diào)節(jié)補(bǔ)充水量，所以以改變馬達(dá)轉(zhuǎn)數(shù)或馬達(dá)減速比來進(jìn)行調(diào)節(jié)補(bǔ)充水供給泵的排出量，隨著降低轉(zhuǎn)數(shù)，也會(huì)帶來馬達(dá)功率的降低，限制了馬達(dá)減比的變化幅度，難以產(chǎn)生急劇的變化。對(duì)此可以相應(yīng)進(jìn)行調(diào)節(jié)閥門開度控制向脫氣器146返回管線的流量。
在本發(fā)明中，防止和去除附著物附著在超臨界反應(yīng)塔22內(nèi)筒38a的內(nèi)壁上，通過使內(nèi)壁表面變冷生成的亞臨界水進(jìn)行流動(dòng)洗滌，當(dāng)漿液中的鹽和粉體等的濃度也相當(dāng)高，生成的亞臨界水量不足。附著量增大，形成鍋垢，有可能堵塞反應(yīng)塔。因此，漿液深度通常定在10～30％以下。冷卻超臨界反應(yīng)塔內(nèi)壁的亞臨界水的溫度若太低的話，這會(huì)增加在該超臨界反應(yīng)塔內(nèi)壁表面上生成的亞臨界水量，而使?jié){液允許的濃度變得更高。
僅從反應(yīng)塔22上部流落下來的亞臨界水量很少，附著在壁上的鹽和粉體的量，與冷卻生成的亞臨界水相比，也很少，鹽和粉體對(duì)于反應(yīng)塔的平均濃度來說相當(dāng)?shù)?。隨著向反應(yīng)塔22的下部移動(dòng)，全部又恢復(fù)到漿液狀態(tài)，接近于反應(yīng)塔內(nèi)的平均濃度，但由于從上部流落下來的亞臨界水量增加，變得更易于向下游動(dòng)，所以難以在反應(yīng)塔下部形成堵塞。
作為促進(jìn)這種含鹽和粉體的亞臨界水下游的方法，有一種方法是對(duì)裝置，特別是對(duì)內(nèi)壁賦予上下方向的振動(dòng)。這樣，能夠處理更高濃度的漿液，而且內(nèi)壁上的亞臨界液相或漿液相確實(shí)可以向下方流動(dòng)并排出。這在超臨界反應(yīng)塔下部連接的漿液排放部分中也適用，通過賦予上下方向振動(dòng)，有可能輸送漿液的螺桿也就不需要了。
圖10示出了本發(fā)明超臨界反應(yīng)塔的又一實(shí)施形式，其構(gòu)成是在反應(yīng)塔體38的下端，通過連接部202a，安裝有垂直筒狀的漿液排出部分240。即，在該實(shí)例中，在排出部分40中設(shè)有輸送螺桿，此外簡(jiǎn)略，可以達(dá)到設(shè)備費(fèi)用降低和減少設(shè)置面積的目的。
該排出部分240也是雙層筒狀，靠近上端處，形成氣體排出口264，將含有氧、氮、炭酸氣等非凝縮性氣體的氣相排出，以保持內(nèi)部壓力恒定。內(nèi)筒240a和外筒240b之間的間隙形成亞臨界水流通的保溫流路266，從下部亞臨界水入口268供入的亞臨界水，從上部出口270排出。
在該例中，為了具有保持漿液的功能，在中段形成具有規(guī)定角度的錐形體的節(jié)流部分，也可以是直筒狀的。反應(yīng)塔38的下部?jī)?nèi)筒202a延長(zhǎng)到排出部分240中，在它的外周形成環(huán)形傘狀凸起204。這可以使由下側(cè)漿液生成的氣體加速，沿著壁面上升，去除伴隨該氣體的霧氣和漿液飛沫，防止它們從氣體排出口264流出。
另外，在上述中，已示出了在超臨界反應(yīng)塔中形成超臨界區(qū)域和亞臨界區(qū)域，在超臨界區(qū)域內(nèi)進(jìn)行氧化反應(yīng)的實(shí)例，在超臨界領(lǐng)域中，除了氧化反應(yīng)外，也可能進(jìn)行其他的化學(xué)反應(yīng)，根據(jù)反應(yīng)的種類，在超臨狀態(tài)下未必需要這些反應(yīng)，也可以將超臨界反應(yīng)塔結(jié)構(gòu)的裝置用于亞臨界區(qū)域。
正如以上說明，根據(jù)本發(fā)明，能獲得如下優(yōu)良效果，即與從超臨界狀態(tài)下的裝置排出時(shí)比較，能夠在更低的溫度更低的壓力下進(jìn)行處理，能大幅度簡(jiǎn)化后處理，同時(shí)，由于在反應(yīng)容器內(nèi)不形成含鹽類流動(dòng)性低的殘留物，所以其后處理也得以簡(jiǎn)化，進(jìn)而，由于以同一方向流動(dòng)處理，所以也就不需要使反應(yīng)容器內(nèi)的液相進(jìn)行循環(huán)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，裝置本身和其運(yùn)行控制也大幅度得以簡(jiǎn)化。
工業(yè)應(yīng)用性本發(fā)明可以應(yīng)用于對(duì)以下物質(zhì)的處理，即焚燒城市垃圾時(shí)產(chǎn)生的焚燒灰、除草劑、PCB、DDT及其它殺蟲劑、毒氣及其他化學(xué)武器和炸藥、含有高濃度有機(jī)物又不能進(jìn)行生物處理的物質(zhì)，含有對(duì)生物具抑制作用的某成分，生物處理又難的廢水等，不能向環(huán)境排放，和處置的物質(zhì)。
權(quán)利要求
1.一種超臨界反應(yīng)裝置，其特征是在通過將被處理物和液體介質(zhì)的混合相置于該介質(zhì)的超臨界狀態(tài)下處理物質(zhì)的超臨界反應(yīng)裝置中，裝備有在上端具有物料供入口，在下端具有生成物排出口的幾乎垂直筒狀的反應(yīng)容器，在該反應(yīng)容器內(nèi)部，上側(cè)形成超臨界區(qū)域，另一端側(cè)形成亞臨界區(qū)域，同時(shí)，被處理物和生成物在該反應(yīng)容器內(nèi)部向著下端單方向移動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超臨界反應(yīng)裝置，其特征是上述反應(yīng)容器的長(zhǎng)度與其內(nèi)徑比設(shè)定在4倍以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超臨界反應(yīng)裝置，其特征是上述反應(yīng)容器形成雙層筒狀，這樣，形成圍繞著上述超臨界區(qū)域和/或亞臨界區(qū)域的保溫流路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超臨界反應(yīng)裝置，其特征是上述物料供入口具有供入含被處理物的漿液或液體的漿液供入噴嘴，和供入比超臨界溫度更高溫度的上述介質(zhì)的介質(zhì)供入噴嘴。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超臨界反應(yīng)裝置，其特征是在上述超臨界區(qū)域內(nèi)設(shè)有在該區(qū)域內(nèi)形成局部反應(yīng)繼續(xù)場(chǎng)的筒狀體，一端臨近上述物料供入口，另一端向下游側(cè)開口。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超臨界反應(yīng)裝置，其特征是上述反應(yīng)容器的下端設(shè)有在與該容器的亞臨界區(qū)域形成交叉方向上延伸的筒狀排出部分。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的超臨界反應(yīng)裝置，其特征是上述排出部分相對(duì)于水平方向形成傾斜，在其上端側(cè)設(shè)有氣體排出口。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的超臨界反應(yīng)裝置，其特征是在上述排出部分中設(shè)有機(jī)械式漿液相移動(dòng)裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的超臨界反應(yīng)裝置，其特征是上述漿液相移動(dòng)裝置是輸送螺桿。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的超臨界反應(yīng)裝置，其特征是上述輸送螺桿的結(jié)構(gòu)是在旋轉(zhuǎn)的軸體上安裝有不連續(xù)的葉片。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的超臨界反應(yīng)裝置，其特征是上述漿液相移動(dòng)裝置與驅(qū)動(dòng)源連接的連接部位形成流體密封結(jié)構(gòu)。
12.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超臨界反應(yīng)裝置，其特征是作為供入上述保溫流路中的保溫流體，使用低于臨界溫度的上述介質(zhì)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的超臨界反應(yīng)裝置，其特征是上述保溫流路構(gòu)成是將供入的一部分介質(zhì)加熱到超臨界溫度以上，并供入到上述反應(yīng)容器的物料供入口的加熱通路。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超臨界反應(yīng)裝置，其特征是具有去除在上述反應(yīng)容器的上述亞臨界區(qū)域內(nèi)壁表面上附著和/或成長(zhǎng)的固著物的去除裝置或攪拌混合相的攪拌裝置。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超臨界反應(yīng)裝置，其特征是設(shè)有將送入上述反應(yīng)容器內(nèi)的被處理物在亞臨界溫度中進(jìn)行前處理的前處理容器。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的超臨界反應(yīng)裝置，其特征是上述前處理容器，其被處理物出口設(shè)定在與上述反應(yīng)容器的物料供入口大致同等的高度上。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超臨界反應(yīng)裝置，其特征是在上述反應(yīng)容器的下游，設(shè)有將上述被處理物進(jìn)一步冷卻的冷卻器，和將被冷卻的被處理物進(jìn)行減壓，并進(jìn)行氣液分離的分離罐。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超臨界反應(yīng)裝置，其特征是上述反應(yīng)容器和上述冷卻器之間設(shè)有減壓裝置。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的超臨界反應(yīng)裝置，其特征是上述減壓裝置具有至少2個(gè)由中間閥門斷開的減壓罐，被處理物填充到第1罐內(nèi)后，打開中間閥門，被處理物膨脹到第2罐中時(shí)進(jìn)行減壓。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的超臨界反應(yīng)裝置，其特征是設(shè)有預(yù)熱配管，將上述分離罐分離出的氣相用于預(yù)熱被處理物。
21.一種超臨界反應(yīng)方法，其特征是在根據(jù)將被處理物和介質(zhì)的混合相置于該介質(zhì)的超臨界狀態(tài)下進(jìn)行反應(yīng)的超臨界反應(yīng)方法中，包括以斷絕氧化劑的狀態(tài)將上述混合相置于亞臨界狀態(tài)下的第1道工序，和置于加入氧化劑的超臨界狀態(tài)下的第2道工序。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的超臨界反應(yīng)方法，其特征是在上述第2道工序之后有將被處理物降低到低于臨界溫度的溫度，形成單相的液相，或在液相中含有固體物或非凝縮性氣體混合相的第3道工序，和將其作為低于臨界溫度的物質(zhì)從反應(yīng)塔取出的工序。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的超臨界反應(yīng)方法，其特征是上述第2道工序是在保持低于臨界溫度的內(nèi)壁中進(jìn)行的。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的超臨界反應(yīng)方法，其特征是和被處理物大致相同或稍高壓力的低于臨界溫度的流體，從上述內(nèi)壁外側(cè)流過，將該內(nèi)壁的溫度保持在低于亞臨界溫度。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的超臨界反應(yīng)方法，其特征是上述第2道工序是在上述內(nèi)壁中形成局部反應(yīng)繼續(xù)場(chǎng)的筒體中進(jìn)行的。
26.根據(jù)權(quán)利要求21所述的超臨界反應(yīng)方法，其特征是上述第2道工序的進(jìn)行，是在大致垂直的筒狀反應(yīng)容器內(nèi)部，在上側(cè)形成超臨界區(qū)域，在下游側(cè)形成亞臨界區(qū)域，該被處理物和生成物在反應(yīng)容器內(nèi)部，向著下端單方向移動(dòng)。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的超臨界反應(yīng)方法，其特征是將被處理物和氧化劑和超臨界溫度的介質(zhì)供入上述反應(yīng)容器內(nèi)的上述超臨界區(qū)域內(nèi)。
28.根據(jù)權(quán)利要求21所述的超臨界反應(yīng)方法，其特征是具有事前使被處理物形成流動(dòng)化的工序。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的超臨界反應(yīng)方法，其特征是具有事前加入酸或堿，將被處理物的pH調(diào)整成中性或弱酸性的工序。
30.根據(jù)權(quán)利要求28所述的超臨界反應(yīng)方法，其特征是通過在被處理物中添加輔助燃料，利用在超臨界區(qū)域內(nèi)進(jìn)行燃燒反應(yīng)，獲得臨界溫度以上的溫度。
31.根據(jù)權(quán)利要求28所述的超臨界反應(yīng)方法，其特征是通過在被處理物中添加分散劑，防止被處理物和介質(zhì)的分離。
32.一種超臨界反應(yīng)方法，其特征是在根據(jù)將被處理物和介質(zhì)的混合相置于該介質(zhì)的超臨界狀態(tài)下進(jìn)行反應(yīng)的超臨界反應(yīng)方法中，具有，將上述混合相置于超臨界狀態(tài)下進(jìn)行反應(yīng)后，將含有反應(yīng)生成物的混合相置于亞臨界狀態(tài)下進(jìn)行后處理的工序。
33.一種處理裝置，其特征是在根據(jù)將被處理物和液狀介質(zhì)的混合相置于該介質(zhì)的亞臨界或超臨界狀態(tài)下，處理物質(zhì)的處理裝置中，設(shè)有在上端具有物料供入口、下端具有生成物排出口，在內(nèi)部形成反應(yīng)區(qū)域的大致垂直的筒狀反應(yīng)容器，在該反應(yīng)區(qū)域內(nèi)，被處理物和生成物在該反應(yīng)容器的內(nèi)部向著下端單方向移動(dòng)。
34.一種處理裝置，其特征是在根據(jù)將被處理物和液狀介質(zhì)的混合相置于該介質(zhì)的亞臨界或超臨界狀態(tài)下處理物質(zhì)的處理裝置中，設(shè)有在上端具有物料供入口，下端具有生成物排出口，內(nèi)部形成反應(yīng)區(qū)域的大致垂直的筒狀反應(yīng)容器，該反應(yīng)容器是由內(nèi)筒和外筒形成雙層筒狀，這樣形成圍繞上述反應(yīng)區(qū)域的保溫流路。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的處理裝置，其特征是上述內(nèi)筒以可拆裝方式安裝。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的處理裝置，其特征是上述內(nèi)筒以插入組裝。
37.根據(jù)權(quán)利要求34所述的處理裝置，其特征是將上述介質(zhì)作為熱介質(zhì)，在上述保溫流路中流動(dòng)。
38.根據(jù)權(quán)利要求34所述的處理裝置，其特征是在亞臨界狀態(tài)的反應(yīng)區(qū)域內(nèi)設(shè)有去除內(nèi)壁上附著物和/或攪拌混合相的葉片部件。
39.根據(jù)權(quán)利要求35所述的處理裝置，其特征是在貫通驅(qū)動(dòng)上述葉片部件驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)軸軸孔的周圍，設(shè)有壓入上述介質(zhì)進(jìn)行密封的密封機(jī)構(gòu)。
40.一種處理方法，其特征是使用權(quán)利要求33～39中任一項(xiàng)所述的處理裝置，在上述介質(zhì)的亞臨界狀態(tài)下進(jìn)行氧化反應(yīng)處理。
41.一種處理方法，其特征是在根據(jù)將被處理物和介質(zhì)的混合相置于該介質(zhì)的亞臨界狀態(tài)下進(jìn)行氧化反應(yīng)的處理方法中，有在斷絕氧化劑的狀態(tài)下，將上述混合相置于第1亞臨界狀態(tài)下的第1道工序，和置于加入氧化劑第2亞臨界狀態(tài)下的第2道工序。
全文摘要
本發(fā)明是關(guān)于將被處理物和200℃以上的水置于共存狀態(tài)下,通過進(jìn)行分子鏈的切斷、再結(jié)合和含有分子的脫離、氧化、還原反應(yīng)等任何一種化學(xué)反應(yīng)的水熱反應(yīng)進(jìn)行處理物質(zhì)的方法和裝置,在根據(jù)將被處理物和液狀介質(zhì)的混合相置于該介質(zhì)的超臨界狀態(tài)下處理物質(zhì)的超臨界反應(yīng)裝置中,設(shè)有上端具有物料供入口(46,48),下端具有生成物排出口(60),大致垂直的筒狀反應(yīng)容器(22),在該反應(yīng)容器的內(nèi)部,在上側(cè)形成超臨界區(qū)域,在另一端形成亞臨界區(qū)域,同時(shí),使被處理物和生成物在該反應(yīng)容器內(nèi)部向著下端單方向移動(dòng)。
文檔編號(hào)B01J19/18GK1253513SQ98804492
公開日2000年5月17日 申請(qǐng)日期1998年4月22日 優(yōu)先權(quán)日1997年4月23日
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