亚临界处理系统

技术领域

本发明涉及使用高温、高压的饱和水蒸气将有机性废弃物、污泥、废弃塑料等分解的亚临界处理系统。更具体地说，本发明的亚临界处理系统例如用于医疗用器材的杀菌处理、从餐厅等饮食提供设施废弃的食品废弃物的处理、附着了油漆等涂料的容器的废弃处理、家畜的排泄物等的处理、塑料微粒的分解处理等。

背景技术

目前，有机性废弃物、污泥、废弃塑料等废材的大部分通过焚烧处理、填埋处理进行处理。如果对这些废弃物进行焚烧处理则具有产生大量二氧化碳的问题。另外，填埋处理的填埋处理场地也有限。因此，已知存在通过使用高温高压的亚临界水对有机性废弃物、污泥、废弃塑料等进行分解处理并用作肥料、家畜用饲料等的技术。

例如，在日本特许第4751977号公报(专利文献1)中，记载了在高温高压的状态下搅拌作为有机性废弃物的家畜饲养用的使用过的垫草，并且在使用高热饱和水蒸气将其水解的同时使其热分解而进行亚临界处理的方法。

另外，在日本特许第4534489号公报(专利文献2)中，记载了在亚临界处理系统等使用水蒸气的处理装置中，处理装置通过形成于处理槽内部的喷洒器向被处理物喷洒水蒸气等气体由此搅拌被处理物。

另外，在日本特许第3898918号公报(专利文献3)中，记载了通过高温高压的水蒸气对食品残渣、木屑、纸屑进行亚临界处理由此制作质优价廉的饲料、肥料的方法以及装置。

为了促进被处理物的分解等，亚临界处理系统需要将处理槽内的被处理物与高温高压的饱和水蒸气设为良好的混合状态。在专利文献1的亚临界处理系统中，为了使作为被处理物的有机性废弃物等与高温高压的饱和水蒸气高效地混合，通过形成于处理槽内部的机械式螺旋叶片进行被处理物的搅拌。但是，如图1所示，在使用机械式螺旋叶片S进行搅拌的情况下存在以下问题：处理槽A内部的旋转轴安装部附近以及槽内底部附近的被处理物W难以被搅拌，所以产生亚临界反应不充分的区域(以下称为死区)DZ，或根据被处理物W的种类而产生被处理物W彼此固结的部分。

另外，在专利文献2中，水蒸气供给兼搅拌装置S在处理槽B中向上朝一个方向喷水蒸气。在这种情况下，被处理物W不会通过喷洒的水蒸气在槽内循环，而是在处理槽B内部的角落、侧面部、底部产生死区DZ，如图2所示。

另外，在专利文献3中，在筒状的处理槽的上部与底部具有多个水蒸气供给部。在这种情况下，如图3所示，处理槽C内部的被处理物W随着图中的箭头所示的从水蒸气供给装置供给的高压水蒸气而被搅拌，但处理槽C内部的侧面部或底部的被处理物W难以被搅拌，所以产生死区DZ。

因此，在亚临界处理领域存在通过良好地搅拌处理槽内部的被处理物而防止产生死区的需求。

发明内容

鉴于现有技术的上述状况，本申请的发明人在亚临界处理系统方面进行了广泛而深入的研究，提出了能够高效地搅拌亚临界处理槽内的被处理物从而有效防止死区产生的技术方案，这些技术方案可以概括如下：

1.一种亚临界处理系统，包括用于进行亚临界处理的处理槽和用于向所述处理槽供给水蒸气的水蒸气供给装置，其中，所述处理槽的形状为大致球体形状，在所述处理槽的壁部上设置有多个水蒸气供给部，来自所述水蒸气供给装置的水蒸气通过所述水蒸气供给部喷向所述处理槽的内部。

2.根据第1项所述的亚临界处理系统，其中，所述多个水蒸气供给部设置在所述处理槽的下半部，并且形成为相对于铅直方向向斜下方供给水蒸气。

3.根据第2项所述的亚临界处理系统，其中，所述水蒸气供给部的水蒸气供给方向相对于水平面的倾角为22.5～67.5°。

4.根据第1至3项中任一项所述的亚临界处理系统，其中，所述多个水蒸气供给部设置在大致相同的水平高度，且在俯视所述处理槽的情况下所述多个水蒸气供给部以均匀的间隔布置。

5.根据第4项所述的亚临界处理系统，其中，在所述处理槽的包含所述多个水蒸气供给部的水平方向截面中，所述处理槽的外周所形成的圆在各个水蒸气供给部的位置处的切线与俯视所述处理槽的情况下相应的水蒸气供给方向所成的夹角都相同。

6.根据第5项所述的亚临界处理系统，其中，所述切线与俯视所述处理槽的情况下相应的水蒸气供给方向所成的夹角为约90°。

7.根据第1至6中任一项所述的亚临界处理系统，其中，所述亚临界处理系统包括多个所述处理槽，并且还包括用于调整由所述水蒸气供给装置向多个处理槽的水蒸气供给量的切换装置。

8.根据第7项所述的亚临界处理系统，其中，所述多个处理槽为两个处理槽，所述切换装置交替地进行向所述两个处理槽的水蒸气供给。

9.根据第7项或第8项所述的亚临界处理系统，其中，还包括用于控制所述切换装置的动作的控制部。

10.根据第7至9中任一项所述的亚临界处理系统，其中，还包括处于能够随时工作的状态的预备槽。

通过将处理槽的形状设为大致球体形状，被供给到处理槽内的水蒸气的循环不会停滞，因而处理槽内部的被处理物被合适地搅拌，有效地防止了死区的产生。此外，通过将处理槽设为大致球体形状，来自处理槽内部的压力均等地施加于处理槽的外壁。由此，处理槽的耐压性优异，因而能够以比以往的处理槽中的压力高的压力进行亚临界处理。另一方面，由于耐压性优异，与其他形状的情况相比能够将处理槽的外壁做得较薄。结果，能够在保持被处理物的处理容量的同时实现轻量且紧凑的亚临界处理系统。

通过将水蒸气供给部设置在处理槽的下半部并且形成为相对于铅直方向向斜下方供给水蒸气，槽内的被处理物沿着底部外壁在槽内循环，进一步抑制了在处理槽内部产生死区。

通过将多个水蒸气供给部以均匀地周向间隔设置在大致相同的水平高度并使得这些水蒸气供给部向处理槽内供给的水蒸气的方向相同，跟随水蒸气流的被处理物互相施加力，由此能够在处理槽内合适地循环，进一步抑制了在处理槽内部产生死区。

通过使多个、例如两个处理槽与诸如锅炉等水蒸气供给装置相连接，并利用切换装置调整由水蒸气供给装置向各个处理槽的水蒸气供给量，可以使水蒸气供给装置连续地工作而无需等待用于预热的准备时间，由此能够使亚临界处理系统无休止地连续地对被处理物进行亚临界处理。

根据本发明，能够提供能够良好地搅拌处理槽内部的被处理物而防止死区产生的效率较高的亚临界处理系统。

附图说明

图1是一种现有的亚临界处理系统的概略说明图，示意性地示出了处理槽内部的搅拌状态。

图2是另一种现有的亚临界处理系统的概略说明图，示意性地示出了处理槽内部的搅拌状态。

图3是另一种现有的亚临界处理系统的概略说明图，示意性地示出了处理槽内部的搅拌状态。

图4是示出现有的亚临界处理系统中处理槽内部的压力分布状态的概略说明图。

图5是本发明的第一实施例所涉及的亚临界处理系统的概略说明图。

图6是示出本发明的第一实施例所涉及的亚临界处理系统中处理槽内部压力分布状态的概略说明图。

图7(a)和图7(b)分别是本发明的第二实施例所涉及的亚临界处理系统中处理槽的正视图和俯视图。

图8(a)和图8(b)分别是本发明的第三实施例所涉及的亚临界处理系统中处理槽的正视图和俯视图。

图9是本发明的第四实施例所涉及的亚临界处理系统的概略说明图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明所涉及的亚临界处理系统的实施方式进行详细说明。

应注意，对于实施方式所记载的亚临界处理系统，只不过是为了说明本发明所涉及的亚临界处理系统而例示的，并不限定于此。

〔第一实施例〕

图5是表示本发明的第一实施例中的亚临界处理系统100的构造的概略说明图。

如图5所示，第一实施例中的亚临界处理系统100包括用于进行被处理物W的亚临界处理的处理槽1和用于向处理槽1供给水蒸气的水蒸气供给装置2。

应注意，图5中的空心箭头表示水蒸气从水蒸气供给装置2向处理槽1的供给，而处理槽1内部的箭头线表示随着经由水蒸气供给部向处理槽1导入的水蒸气而在处理槽1内循环的被处理物W的循环方向。

(处理槽1)

处理槽1是用于进行亚临界处理的槽。所谓亚临界处理，是通过将被处理物W与亚临界水混合而对被处理物W中的有机物进行水解的处理。亚临界水是指将水加热至沸点以上，临界点(374℃、22MPa)以下，并控制系统压力使其保持为液态的水，其具有对有机物的溶解作用和水解作用。本发明中亚临界水的温度下限和压力下限没有特别限定。例如，亚临界水的温度可以为200℃以上，优选为250℃以上。

如图5所示，处理槽1呈大致球体形状，在其上端部设有用于填充被处理物W的填充口3，在其底部设有用于将被处理物W排出的排出口4，在其壁部上设有多个水蒸气供给部5。填充口3、排出口4、水蒸气供给部5将在下文进行描述。

在这里，所谓大致球体形状，是指处理槽1的最小直径ds相对于最大直径dl的比(即ds/dl)为0.7以上的形状。

为了使向处理槽1内供给的水蒸气更好地循环，ds/dl优选为0.8以上，更优选为0.9以上。

通过将处理槽1的形状设为大致球体形状，如图5所示，被处理物W随着导入处理槽1内的水蒸气而在处理槽1内合适地循环，由此能够防止死区的产生，提高了亚临界处理的效率。

此外如图6所示，通过将处理槽1的形状设为大致球体形状，施加于处理槽1内壁整周的压力变得均等。与此相对，对于如图4所示那样呈非球体形状、例如筒状的处理槽，施加于处理槽内壁整周的压力不均等。图4和图6中的箭头表示在将处理槽内部设为亚临界状态时施加于处理槽内壁上的压力的分布。

因此，与做成其他形状的处理槽相比，本实施例的处理槽1能够将外壁做得较薄。由此，能够在确保被处理物的处理容量的同时实现轻量且紧凑的亚临界处理系统。

(水蒸气供给装置2)

水蒸气供给装置2用于向处理槽1供给水蒸气。水蒸气供给装置2只要是能够将处理槽1内设为高温高压的状态并形成亚临界水的装置即可，没有特别限制，例如可以是锅炉等。水蒸气供给装置2被连接于后述的水蒸气供给部5，经由水蒸气供给部5向处理槽1供给水蒸气。

(填充口3)

填充口3是用于向处理槽1填充有机性废弃物等被处理物W的口。填充口3只要能够向处理槽1填充被处理物W以及在填充后可靠地关闭并耐高温高压状态即可，形状在所不问。

另外，填充口3的形成位置可以是处理槽1的任意位置，但优选形成于处理槽1的上部。通过将填充口3形成于处理槽1的上部，容易将被处理物W向处理槽1填充。

此外，填充口3的数目没有限制，但优选在处理槽1的上部形成多个填充口，由此能够向处理槽1均匀且高密度地高效填充被处理物W。

(排出口4)

排出口4用于从处理槽1排出亚临界处理结束了的被处理物W。排出口4只要能够从处理槽1排出被处理物W以及在亚临界处理中可靠地关闭并耐受高温高压状态即可，形状在所不问。

另外，排出口4的形成位置可以是处理槽1的任意位置，但优选形成于处理槽1的底部。通过将排出口4形成于处理槽1的底部，容易将被处理物W从处理槽1排出。

此外，排出口4的数目没有限制，但优选在处理槽1的底部形成多个排出口，使得容易从处理槽1高效地排出被处理物W。

(水蒸气供给部5)

水蒸气供给部5是用于将从水蒸气供给装置2供给的水蒸气向处理槽1的内部供给的部分。在第一实施例中，水蒸气供给部5在处理槽1的侧部上形成于比从处理槽1的底部到上端部的距离的二分之一低的位置，即形成于处理槽1的下半部，进一步形成为相对于铅直方向向斜下方供给水蒸气。

水蒸气供给部5的水蒸气供给方向与水平方向所成的倾角优选为22.5～67.5°，特别优选为45°。

通过将水蒸气供给部5的水蒸气供给方向的角度设为上述的范围，水蒸气可在处理槽1内部更好地循环，从而能够进一步抑制死区的产生。

另外，本实施例的水蒸气供给部5形成有多个，在俯视处理槽1的情况下，多个水蒸气供给部5以均匀的间隔布置。

由此，随着通过多个水蒸气供给部5向处理槽1内供给水蒸气，被处理物W不停滞地在处理槽1内循环，由此能够进一步抑制死区的产生。

〔第二实施例〕

图7(a)、(b)分别是本发明的第二实施例所涉及的亚临界处理系统中处理槽的正视图和俯视图。

如图7(a)、(b)所示，在处理槽1的包含多个水蒸气供给部5的水平方向截面中，处理槽1的外周所形成的圆在各个水蒸气供给部5的位置处的切线与俯视处理槽1的情况下相应的水蒸气供给方向所成的夹角都相同。

由此，通过使多个水蒸气供给部5向处理槽1内供给水蒸气的方向相同，跟随着水蒸气流的被处理物W互相施加力，由此在处理槽1内合适地循环，能够进一步抑制死区的产生。

〔第三实施例〕

图8(a)、(b)分别是本发明的第三实施例所涉及的亚临界处理系统中处理槽的正视图和俯视图。

如图8(a)、(b)所示，在处理槽1的包含多个水蒸气供给部5的水平方向截面中，处理槽1的外周所形成的圆在各个水蒸气供给部5的位置处的切线与俯视处理槽1的情况下相应的水蒸气供给方向所成的夹角都设为约90°。

由此，跟随着通过多个水蒸气供给部5向处理槽1内供给的水蒸气流的被处理物流互相碰撞，由此在处理槽内合适地循环，能够进一步抑制死区的产生。

〔第四实施例〕

在亚临界处理系统中，为了对有机性废弃物等进行处理，必须将处理槽长时间维持在高温、高压的状态。因此，为了使亚临界处理系统工作，需要能稳定供给以上条件的高压高温水蒸气的锅炉等水蒸气供给装置，该水蒸气供给装置是整个系统中功率输出要求最高的装置。

另外，在进行了亚临界处理后，为了将被处理物W从处理槽排出，需要使处理槽停止工作，在该情况下，锅炉等水蒸气供给装置也停止工作。然后，再次向处理槽填充被处理物并启动水蒸气供给装置以开始亚临界处理。然而，锅炉等水蒸气供给装置为了从停止状态过渡到工作状态，需要长时间的预热等准备期间。因此，现有的亚临界处理系统具有效率差的问题。

为了解决上述问题，在第四实施例的亚临界处理系统中，通过消除水蒸气供给装置的准备期间，能够提供效率高的亚临界处理系统。

图9是示出本发明的第四实施例中的亚临界处理系统的构成的概略说明图。

本实施例的亚临界处理系统200中，两个填充有被处理物W的处理槽10A、10B与同一个水蒸气供给装置2连接。通过操作切换装置6，首先从水蒸气供给装置2向其中一个处理槽10A供给水蒸气，由此在该处理槽10A内进行被处理物W的亚临界处理。在结束了该亚临界处理后，操作切换装置6，以使得来自水蒸气供给装置2水蒸气供给到尚未进行亚临界处理的另一个处理槽10B中。由此，能够使亚临界处理系统无休止地连续地对被处理物W进行亚临界处理，消除了水蒸气供给装置从停止状态过渡到工作状态的准备期间，从而提高了整个系统的工作效率。

切换装置6对将通过水蒸气供给装置2供给的水蒸气向多个处理槽10A或10B中的特定的处理槽供给或停止供给进行切换。切换装置6只要能够对向多个处理槽10A或10B进行水蒸气供给或停止供给进行切换即可，种类在所不问。在另外的实施例中，切换装置6不仅能控制水蒸气供给的通断，还能够调整向处理槽的水蒸气供给量。

在本实施例中，通过将处理槽的数目设为两个，能够在未进行亚临界处理的一个处理槽内进行冷凝以及被处理物的排出、填充的同时，在另一个处理槽内进行亚临界处理，并通过切换两个处理槽而使亚临界处理系统无休止地、交替地进行连续的亚临界处理。当然，处理槽的数量不限于两个，也可以是三个以上。

在本实施例的亚临界处理系统中，通过控制部7控制切换装置6。图中连结控制部7与切换装置6的单点划线表示控制部7与切换装置6被连接得能够相互收发信号。控制部7与各处理槽10A和10B以及水蒸气供给装置2的动作状况等相对应地由切换装置6控制水蒸气的供给目的地或水蒸气的供给量，由此综合进行亚临界处理系统整体的管理。由此，能够进行与构成亚临界处理系统的各要素的运行状态相应的更高效的亚临界处理。

控制部7只要能够接收来自各处理槽10A和10B以及水蒸气供给装置2的信息且能够相对于切换装置6进行与水蒸气供给目的地或水蒸气供给量的调整有关的指示，种类在所不问。例如，可考虑能够接收温度、压力等表示处理槽1以及水蒸气供给装置2的状况的信息等信息并向切换装置6发送基于电信号的指示的计算机。在另外的实施例中，也可以省去控制部7，而例如由操作人员手动地在处理槽10A和10B之间进行切换。

第四实施例的亚临界处理系统200还另外设有被维护为能够随时工作的状态的预备槽R。如图9所示，作为待机用处理槽的预备槽R同样经由切换装置6连接于水蒸气供给装置2，从而能够通过切换装置6向预备槽R供给来自水蒸气供给装置2的水蒸气。由此，在处理槽10A或者处理槽10B的任意一个或全部由于故障、事故、定期保养等而不能使用的情况下，也能够使用预备槽R立即进行亚临界处理，所以能够进行稳定的亚临界处理。

预备槽R只要具有与处理槽10A以及10B相同的性能即可，形状、材质等没有特别限制。在另外的实施例中，也可以省去这样的预备槽R。

工业适用性

本发明的亚临界处理系统能够应用于使用高温、高压的饱和水蒸气将有机性废弃物、污泥、废弃塑料等分解的亚临界处理。

尤其是，本发明的亚临界处理系统可合适地应用于下述用途：

1.通过高温高压的水蒸气对在手术中使用过的手术刀、钳子等器材进行亚临界处理，以便对其杀菌并安全地将其废弃；

2.通过高温高压的水蒸气对包含附着了油漆等有机溶剂的铁等工业废弃物进行亚临界处理，以便将附着的有机溶剂分解并高效地循环再利用；

3.通过高温高压的水蒸气对从餐厅等饮食提供设施废弃的大量含有水分的食品废弃物进行亚临界处理并杀菌，以防止从食品废弃物产生的传染病；

4.通过高温高压的水蒸气对家畜的排泄物进行亚临界处理，以便对其杀菌并用作农业用肥料；

5.通过高温高压的水蒸气对家畜用饲料进行亚临界处理，以防止饲料中所含的外国产的植物的种子由于摄取了该饲料的家畜的排泄物而发芽导致在使用地域本来没有繁殖的植物进行繁殖；

6.通过高温高压的水蒸气对含有塑料微粒的生物垃圾等有机性废弃物、污泥等进行亚临界处理，以将其用作家畜用的饲料、农业用的肥料。

对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可对上文所公开的实施例作出各种修改和变型。根据本说明书所公开的对本发明的实践，本发明的其它实施例对于本领域技术人员而言是显而易见的。本说明书及其公开的示例应被认为只是例示性的，本发明的真正范围由所附权利要求及其等同物指定。