JP2015085280A - 高温高圧反応処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高温高圧となった被処理液が有するエネルギーを効率よく利用することが可能な高温高圧反応処理装置を提供する。【解決手段】被処理液２を供給する供給部１０と、供給部により供給された被処理液を所定の温度まで昇温する昇温部１３と、昇温部において所定の温度に昇温された被処理液を高圧下で反応させる反応部１４と、反応部において反応させた後の被処理液から低沸点成分を蒸発させて被処理液を濃縮する濃縮部（気液分離部）１５と、蒸気化した低沸点成分を断熱膨張させて発電機２４のタービン２３を回転させ、発電機を駆動させる発電部２０とを備えた構成とする。反応部１４における反応を、超臨界または亜臨界で行われる反応とする。【選択図】図２

Description

本発明は、被処理液を高温高圧で反応させる高温高圧反応処理装置に関し、詳しくは、高温高圧反応処理装置において処理され、高温高圧となった被処理液が有するエネルギーを効率よく利用することが可能な高温高圧反応処理装置に関する。

高温高圧反応処理装置は、被処理液を効率よく反応させることが可能であることから種々の分野で広く用いられている。

ところで、このような高温高圧反応処理装置においては、高温高圧における反応処理が行われた後の高圧で高温の被処理液を排出するにあたって、冷却工程を設けて被処理液を冷却した後、高圧の状態から大気圧近傍にまで減圧して排出を行うことが一般的に行なわれている。

そして、そのような高温高圧反応処理装置に関する技術として、特許文献１に記載されているような高温高圧反応システムが提案されている。

この特許文献１の高温高圧反応システムでは、冷却工程において高温の被処理液を冷却する方法として、冷却水を冷却媒体として使用し、被処理液と冷却水との熱交換により、被処理液を冷却する方法が採用されている。

具体的には、図３に示すように、第１反応機１０２Ａ（１０２）、第２反応機１０２Ｂ（１０２）、第３反応器１０２Ｃ（１０２）の３つの反応器のうち、最下流側の第３反応器１０２Ｃ（１０２）の処理流体流出部１０５には、冷却器１１９が接続され、その冷却器１１９の下流には、処理液の圧力調整機能を備えた排出機構１２０が接続されて第３反応器１０２Ｃ（１０２）での圧力を維持しながら粘性の高いスラリー（被処理液）を排出することができるように構成されている。

しかしながら、冷却に用いられ、温度が上昇した冷媒（水を冷媒として用いた場合の温水）からエネルギー回収を行うことは困難であり、高温高圧の被処理液から有効なエネルギー回収を行うことは、いまだ十分にはできていないのが現状である。

また、高温高圧反応処理装置から排出される被処理液においては、さらに濃度を上げるために、濃縮工程を必要とするものがある。

しかしながら、冷却工程で一旦沸点以下にまで冷却した被処理液を濃縮する場合には、被処理液を再び加熱することが必要となるため、加熱にエネルギーが必要となり、効率が悪いという問題点がある。

特開２０１３−１３６０４８号公報

本発明は、上記課題を解決するものであり、高温高圧となった被処理液が有するエネルギーを利用して、被処理液から低沸点成分を蒸発させて濃縮を行うとともに、濃縮の際に蒸発した低沸点成分の蒸気が有するエネルギーを有効に利用することが可能な高温高圧反応処理装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の高温高圧反応処理装置は、
被処理液を供給する供給部と、
前記供給部により供給された被処理液を所定の温度に昇温する昇温部と、
前記昇温部において所定の温度に昇温された被処理液を高圧下で反応させる反応部と、
前記反応部において反応させた後の被処理液から低沸点成分を蒸発させて被処理液を濃縮する濃縮部と、
蒸気化した前記低沸点成分を断熱膨張させて発電機のタービンを回転させ、発電機を駆動させる発電部と
を備えることを特徴としている。

また、本発明の高温高圧反応処理装置においては、前記反応部における反応が、超臨界または亜臨界で行われる反応であることが好ましい。

本発明の高温高圧反応処理装置は、濃縮部において、反応後の被処理液から低沸点成分を蒸発させて被処理液を濃縮するとともに、濃縮部において蒸気化した低沸点成分を、発電部において断熱膨張させて発電機のタービンを回転させ、発電機を駆動させるようにしているので、高温高圧となった被処理液が有するエネルギーを効率よく利用することが可能になる。

すなわち、本発明の高温高圧反応処理装置によれば、反応後の高温高圧状態にある被処理液を、所定の圧力まで減圧させ、濃縮部（の気液分離器）において被処理液に含まれる低沸点成分を蒸気化させ、その蒸気を利用して発電タービンを回転させることにより、高温高圧の被処理液が有するエネルギーを電力に変換することができる。
なお、発電機のタービンは、濃縮部において蒸気化した低沸点成分を、断熱膨張させるガス膨張機能を備えた回転体であればよく、その型式に特別の制約はない。具体的には、ラジアルタービンに代表される速度式のものや、スクロール式やスクリュー式のタービンに代表される容積式のものなどを使用することができる。

また、濃縮部（の気液分離器）で低沸点成分が分離された被処理液は、濃縮されることになるため、装置から回収された被処理液を濃縮する際に要するエネルギーを低減することができる。

また、本発明の高温高圧反応処理装置において、反応部における反応が、超臨界または亜臨界で行われる反応である場合、被処理液は大きな熱エネルギーを有しており、そのような場合に本発明を適用することにより、効率よく大きなエネルギーを回収することが可能になり、特に有意義である。

本発明の一実施形態にかかる高温高圧反応処理装置を構成する、供給部、昇温部、および反応部を示す図である。 本発明の一実施形態にかかる高温高圧反応処理装置を構成する、濃縮部と、発電部の構成の詳細を示す図である。 従来の高温高圧反応システムの構成を示す図である。

以下に本発明の実施形態を示して、本発明の特徴とするところをさらに詳しく説明する。

［実施形態１］
図１に、本発明の一実施形態にかかる高温高圧反応処理装置を構成する、供給部、昇温部、および反応部を示し、図２に、本発明の一実施形態にかかる高温高圧反応処理装置を構成する、濃縮部および発電部の構成を示す。

この高温高圧反応処理装置は、図１および図２に示すように、
（ａ）昇温部１３に供給されるべき被処理液２が貯留される原料タンク１１、および、原料タンク１１内の被処理液２を定量的に昇温部１３に供給するための定量ポンプ１２を備えた被処理液を供給する供給部１０と、
（ｂ）供給部１０から供給された被処理液を所定の温度にまで昇温する昇温部１３と、
（ｃ）昇温部１３において所定の温度に昇温された被処理液を高圧下で反応させる反応部１４と、
（ｄ）反応部１４において反応させた後の被処理液（反応済み被処理液）から低沸点成分を蒸発させて被処理液を濃縮する濃縮部（気液分離部）１５と、
（ｅ）蒸気化した低沸点成分により駆動されて発電する発電部２０とを備えている。

また、この高温高圧反応処理装置は、濃縮部１５で濃縮された被処理液（製品となる濃縮液）２ａを受ける製品タンク３０とを備えている。

この実施形態１にかかる高温高圧反応処理装置は、上述のように、供給部１０、昇温部１３、反応部１４、濃縮部（気液分離部）１５、発電部２０、および製品タンク３０を備えており、供給部１０から被処理液２を連続的に供給して、所定の反応を連続的に行わせるとともに、反応済みの被処理液を濃縮して連続的に製品として取り出すことができるように構成されている。

原料タンク１１は、攪拌機１１ａを備えており、被処理液が固形分を含むスラリーである場合にも対応することができるように構成されている。
また、昇温部１３は、例えば、電気ヒーター、スチーム、熱媒などの加熱手段を備えている。
そして、この実施形態１の高温高圧反応処理装置において、昇温部１３は、被処理液が亜臨界や超臨界に達するような、高温高圧条件にまで被処理液を加熱することができるように構成されている。

なお、被処理液が水の場合、臨界温度は３７４．２℃、臨界圧力は２２．１２ＭＰａ、メタノールの場合、臨界温度は２４３℃、臨界圧力は６．３８ＭＰａである。
ただし、昇温部１３における操作圧力や加熱温度はこれに限られるものではない。

また、反応層１４は、亜臨界や超臨界に達するような高温高圧の条件に加熱された被処理液を保持して、所定の反応時間を確保することができるように構成されている。

濃縮部（気液分離部）１５は、図２に示すように、定量ポンプ１２（図１）から反応部１４までの間の圧力を調整するための調整圧力調整弁２１ａ、反応後の被処理液の一部（低沸点成分）の蒸発を行わせるとともに、蒸発した低沸点成分の蒸気と、濃縮された被処理液の分離（気液分離）を行う気液分離器２２、冷却器２５ａ、および冷却器２５ａの下流側に配設されて、気液分離器２２の圧力を調整するための圧力調整弁２１ｂを備えている。
なお、定量ポンプ１２から圧力調整弁２１ａの間の圧力は、被処理液を反応させる液温に合わせて設定される。

また、製品タンク３０は、濃縮された被処理液（製品）を貯留することができるように構成されている。

また、発電部２０は、図２に示すように、を断熱膨張させた低沸点成分の蒸気により回転駆動されるタービン２３、タービン２３の回転により発電を行う発電機２４、タービン２３を駆動させるのに用いられた低沸点成分の蒸気を冷却して凝縮させる冷却器２５ｂを備えている。
なお、発電機２４の駆動するタービン２３としては、ラジアルタービンなどの速度式のもの、スクロール式やスクリュー式のタービンなどの容積式のものなどを使用することができる。

次に、この実施形態１にかかる高温高圧反応処理装置の動作について説明する。
（１）被処理液を処理するにあたっては、まず、撹拌機付きの原料タンク１１内の液を定量ポンプ１２により、昇温部１３に供給する。

（２）それから、昇温部１３に供給された被処理液は、昇温部１３が備える電気ヒーター、スチーム、熱媒などの加熱手段により、例えば、超臨界状態となる所定の温度にまで昇温された後、反応部１４に送られる。

（３）そして、反応部１４に送られた被処理液は、所定の反応時間が確保されるような速度で反応部１４を通過する。そして、被処理液が反応部１４を通過する間に所定の反応が進行する。

（４）反応後の被処理液は、濃縮部（気液分離部）１５（図２）に送られて、低沸点成分の蒸発が行われる。
すなわち、反応後の被処理液は、図２に示すように、濃縮部１５を構成する圧力調整弁２１ａを通って気液分離器１５に送られる。

そして、圧力調整弁２１ｂにより圧力が調整された気液分離器２２において、により、被処理液に含まれる低沸点成分は蒸気化する。

また、低沸点成分を蒸発させた後の濃縮された被処理液（製品）２ａは、冷却器２５ａで冷却された後、圧力調整弁２１ｂを経て製品タンク３０に回収される。
なお、製品タンク３０に回収された被処理液（製品）２ａを、さらに濃縮するように構成することも可能である。

（５）一方、蒸気化した低沸点成分の蒸気は、発電部２０を構成するタービン２３に送られてタービン２３を回転させ、タービン２３と接続されている発電機２４を稼働させることにより発電を行う。
そして、タービン２３を回転させた後の低沸点成分は、冷却器２５ｂで沸点以下まで冷却された後、系外に排出される。

この実施形態１の高温高圧反応処理装置の場合、気液分離器２２において、被処理液に含まれる低沸点成分が蒸気化し、被処理液から分離されることにより、被処理液の濃縮が行われる。
したがって、反応後の被処理液の蒸発濃縮を効率よく行うことが可能になる。

また、濃縮された被処理液をさらに濃縮する場合にも、その後の濃縮操作に必要なエネルギーを低減させることができる。

また、実施形態１の高温高圧反応処理装置においては、昇温部１３で被処理液を亜臨界や超臨界に達するような高温高圧条件にまで加熱し、反応部１４で反応させるようにしているので、大きな熱エネルギーを有する被処理液から、効率よくエネルギーを回収することができる。

ただし、本発明は、亜臨界や超臨界に達しないような条件で操業される高温高圧反応処理装置にも適用することが可能である。

本発明は、さらにその他の点においても、上記実施形態に限定されるものではなく、供給部、昇温部、反応部、濃縮部、発電部などの具体的な構成に関し、本発明の範囲内において種々の応用、変形を加えることが可能である。

１０ 供給部
１１ 原料タンク
１２ 定量ポンプ
１３ 昇温部
１４ 反応部
１５ 濃縮部（気液分離部）
２０ 発電部
２１ａ，２１ｂ 圧力調整弁
２２ 気液分離器
２３ タービン
２４ 発電機
２５ａ，２５ｂ 冷却器
３０ 製品タンク

Claims (2)

1. 被処理液を供給する供給部と、
   前記供給部により供給された被処理液を所定の温度に昇温する昇温部と、
   前記昇温部において所定の温度に昇温された被処理液を高圧下で反応させる反応部と、
   前記反応部において反応させた後の被処理液から低沸点成分を蒸発させて被処理液を濃縮する濃縮部と、
   蒸気化した前記低沸点成分を断熱膨張させて発電機のタービンを回転させ、発電機を駆動させる発電部と
   を備えることを特徴とする高温高圧反応処理装置。
2. 前記反応部における反応が、超臨界または亜臨界で行われる反応であることを特徴とする請求項１記載の高温高圧反応処理装置。

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