專利名稱：利用水蒸氣的水分及水蒸氣的熱量對被處理物進行水熱處理的水熱處理裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水熱處理，該水熱處理利用水蒸氣及其熱量除了對食 品殘渣、木屑、紙屑、廚余垃圾、食物剩飯外、還對塑料容器盒飯或乙烯 樹脂包裝的飯團的剩飯等被處理物進行處理。
背景技術(shù)：
近年來，由于對環(huán)境保護或資源循環(huán)利用的意識的提高，提出了各種 不同的方法(例如專利文獻l)以代替現(xiàn)有的對被處理物進行燃燒處理的 處理方法。在此專利文獻中，通過高溫，高壓的水蒸氣對食品殘渣、木屑、 紙屑、廚房垃圾、食物剩飯等一般廢棄物進行水熱處理后，制造飼料或堆 肥。專利文獻1:特開2003—47409號公報專利文獻1提出了利用水蒸氣的水分及水蒸氣的熱量對被處理物進行 水熱處理時，將處理釜內(nèi)壓力設(shè)為小于lMPa、溫度設(shè)為150°左右的方 案。進一步研究此種水熱處理，通過將處理環(huán)境高溫高壓化，可以預(yù)想能 夠?qū)λ芰先萜骱酗埢蛞蚁渲b的飯屈的剩飯(以下，為方便說明，稱 為塑料含有剩飯)與一般廢棄物混合的被處理物進行水熱處理。但是，即使將水熱處理條件高溫高壓化，向處理釜內(nèi)導(dǎo)入高溫'高壓 的水蒸氣，受制于作為水蒸氣產(chǎn)生源的蒸發(fā)器的能力，因此，現(xiàn)在，高溫 高壓下的水熱處理沒有得到發(fā)展。此外，在提高水熱處理能力的基礎(chǔ)上尋 求處理釜的大型化，但對伴隨釜的大型化而來的水熱處理時的處理條件的 確保和維持還留有改良的余地。此外，因為處理效率的提高，希望在水熱處理結(jié)束后迅速地排出處理 產(chǎn)物，提前開始下次處理。但是，因為處理釜中充滿高溫高壓的水蒸氣， 因此，需要在排出水蒸氣后通過處理釜的冷卻來降低溫度和壓力，因此， 伴隨釜的大型化，釜的溫度和壓力的降低需要長時間。因此，縮短下次的 被處理物的水熱處理為止的時間，且提高處理效率還留有改良的余地。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于解決在利用處理釜內(nèi)的水蒸氣的水分和水蒸氣的 熱量進行水熱處理時的上述問題，實現(xiàn)水熱處理的處理條件的簡便維持或 處理效率的提高，或者兩方面都能實現(xiàn)。為至少解決所述課題的一部，在本發(fā)明的水熱處理裝置和其方法中， 利用水蒸氣的水分和水蒸氣的熱量進行被處理物的水熱處理時，向具有所 述被處理物的投入口和排出口的中空的處理釜內(nèi)，由所述投入口投入所述 被處理物，并將水蒸氣由生成水蒸氣的水蒸氣生成源壓送至此處理釜內(nèi) 部。通過此水蒸氣壓送，投入的被處理物在處理釜內(nèi)部與壓送的水蒸氣接 觸，從而，水蒸氣的熱量用于被處理物的水熱處理。并且，通過在導(dǎo)入了 水蒸氣的所述處理釜內(nèi)攪拌所述投入的被處理物，被處理物無遺漏地與水 蒸氣接觸，從而更一致地向被處理物傳熱，使水熱處理進行。在此水熱處理進行中，持續(xù)地由水蒸氣生成源壓送高溫高壓的水蒸氣 是不可欠缺的，但是水蒸氣生成源在穩(wěn)定地壓送高溫高壓的水蒸氣及壓送 水蒸氣的高溫高壓化上的能力存在極限，因此，基于此狀況，在本發(fā)明中 實現(xiàn)了處理環(huán)境的維持。即，通過導(dǎo)入所述處理釜的水蒸氣加熱后，將水 蒸氣向所述處理釜送出，因此能夠不拘泥于水蒸氣生成源能力，穩(wěn)定地壓 送高溫高壓的水蒸氣并且實現(xiàn)壓送水蒸氣的高溫高壓化，及維持水熱處理 的處理環(huán)境。此情況下，水蒸氣的加熱方便在向處理釜內(nèi)導(dǎo)入水蒸氣的路 徑上進行。此外在所述水熱處理前，通過向所述處理釜內(nèi)部導(dǎo)入加壓空氣，預(yù)先 將處理釜置于高壓環(huán)境，從而實現(xiàn)水熱處理的處理環(huán)境的高壓化和水熱處 理的處理環(huán)境的維持?；蛘撸瑢⑺疅崽幚硗瓿珊蟮乃鎏幚砀械臍埩羲?蒸氣從所述處理釜中排出，并蓄積在中空容器中，該蓄積的水蒸氣由所述 處理釜的所述投入口向下次處理用的所述被處理物噴射，從而使下次處理 的被處理物升溫，因此，抑制了下次水熱處理時由于被處理物投入造成的
溫度下降，從而實現(xiàn)了在水熱處理的開始階段維持處理環(huán)境。下次的被處 理物的升溫通過殘留水蒸氣進行，因此，沒有必要另外準備用于被處理物 升溫的熱源，從而能夠?qū)崿F(xiàn)構(gòu)成的簡單化和節(jié)約資源化。本發(fā)明具有以上說明的構(gòu)成，并能采取如下的方式。例如，用于將水 蒸氣由水蒸氣發(fā)生源導(dǎo)入所述處理釜內(nèi)部的水蒸氣導(dǎo)入路設(shè)置在所述處 理釜的多個導(dǎo)入處以進行水蒸氣導(dǎo)入，該多個導(dǎo)入處中的至少一個為所述 處理釜的所述排出口 ，并能將所述排出口的所述被處理物推回所述處理釜 內(nèi)。如此，高溫高壓下的水熱處理中，能夠避免被處理物塞在排出口并固 化，或者排出口堵塞。從而，適于平滑地排出水熱處理后的處理完成物。此外，還能夠具備熱交換釜，其在所述處理釜的周圍形成有中空的流 導(dǎo)入部，能夠使導(dǎo)入該流體導(dǎo)入部的流體與所述處理釜之間進行熱交換； 流體導(dǎo)入機構(gòu)，其在所述水熱處理完成后，將低于所述處理釜內(nèi)殘留的殘留水蒸氣溫度的低溫流體導(dǎo)入所述熱交換釜內(nèi)；水蒸氣排出機構(gòu)，其在所 述水熱處理完成后，將所述殘留水蒸氣從所述處理釜中排出。如此，水熱 處理后的處理釜通過與低溫的流體的熱交換，能夠在短時間內(nèi)有效地冷 卻，促進了內(nèi)部的溫度和壓力的降低，然后將殘留水蒸氣排出。從而，除 了維持所述的水熱處理的處理環(huán)境，能夠縮短至下次的被處理物進行水熱 處理的時間，進而提高處理效率。此種熱交換釜和向該釜的低溫流體的導(dǎo)入能夠與水熱處理的處理環(huán) 境維持獨立地構(gòu)成，如此，能夠縮短直至下次的被處理物的水熱處理的時 間，進而提高處理效率。在實現(xiàn)熱交換釜與低溫流體導(dǎo)入的基礎(chǔ)上，當向熱交換釜導(dǎo)入低溫流 體時，能夠使流體溫度從所述殘留水蒸氣的溫度逐漸降低的同時將流體導(dǎo) 入熱交換釜。如此，能夠抑制作為熱交換對象的處理釜的急劇的溫度變化 (溫度降低)，因此適于確保釜的耐久性。此外，除了將低溫流體導(dǎo)入熱交換釜，在下次的所述被處理物的水熱 處理時，在將導(dǎo)入所述熱交換釜的所述低溫流體排出后，能夠?qū)⑺鏊?氣生成源生成的水蒸氣導(dǎo)入所述熱交換釜。如此，在下次的水熱處理時， 處理釜通過與導(dǎo)入了水蒸氣的熱交換釜的熱交換，能夠使處理釜升溫，因 此有利于下次的水熱處理的環(huán)境維持。
以上說明的本發(fā)明的水熱處理優(yōu)選，例如將處理釜內(nèi)的處理環(huán)境置于約2MPa左右高壓下約200。C的高溫環(huán)境。在此種高溫高壓環(huán)境下，能夠 將塑料含有剩飯與一般廢棄物混合的被處理物進行水熱處理，利于環(huán)境保 護和資源循環(huán)。并且，根據(jù)上述的本發(fā)明，在約2MPa/約200'C的高溫高 壓下進行水熱處理有助于處理環(huán)境的維持和生產(chǎn)效率的提高。


圖1是表示作為本發(fā)明實施例的水熱處理裝置100的概略構(gòu)成的方塊圖。圖2是表示水熱處理過程的工序的工序圖。 圖3是說明冷卻水的循環(huán)供給情況的說明圖。圖中，100 —水熱處理裝置；IIO —處理釜；lll一投入口； 112 —排出口； 113 —攪拌葉片；114、 115 —開口開閉設(shè)備；116—電動機；120 —蒸發(fā)器； 130 —蒸發(fā)過熱加熱器；135 —壓縮機；136—閥；140 —熱交換釜；141一 流體導(dǎo)入部；142 —冷卻水排出管；143 —水蒸氣排出管；144一閥；150 — 冷卻裝置；151—第一箱體；152 —第二箱體；153 —混合閥；154—冷卻配管；155 —閥；160 —廢棄物投入箱；170 —控制裝置；180 —水蒸氣導(dǎo)入管；180a 180c—分支水蒸氣導(dǎo)入管；181 —分支水蒸氣導(dǎo)入管；182 —噴出孔；183、 184—閥；185 —分支水蒸氣導(dǎo)入管；186—閥；187 —減壓設(shè)備單元； 188 —熱交換用配管；189 —分流閥；190 —傳感器；191、 192 —傳感器； 193 —水蒸氣排放管；194一閥；195 —消音器；196 —水蒸氣環(huán)流管；197_閥；198 —儲氣器；199一閥；200 —釜溫度傳感器；201—釜壓力傳感器。
具體實施方式
以下基于實施例對本發(fā)明的實施方式進行說明。圖1是表示作為本發(fā)明實施例的水熱處理裝置100的概略構(gòu)成的方塊圖。如圖所示，本實施例的水熱處理裝置100具有，處理釜110、蒸發(fā)器 120、蒸氣過熱加熱器130、壓縮機135、熱交換釜140、冷卻裝置150、 廢棄物投入箱160、和控制裝置170。處理釜110為中空的處理釜，其用于處理本實施例中作為被處理物的食品殘渣等一般廢棄物或塑料含有剩
飯，并由具有耐久性和耐溫性的鋼或不銹鋼制成。并且，此處理釜110在釜的上下方具有被處理物的投入口 lll和排出口 112，在釜的內(nèi)部具有多個旋轉(zhuǎn)自如的攪拌葉片ii3。通過控制裝置no控制驅(qū)動的開口開閉設(shè)備114開閉投入口 111，該投入口在投入被處理物時開口，在下次被處理物投入之前呈閉鎖狀態(tài)。通過控制裝置no控制驅(qū)動的開口開閉設(shè)備ii5開閉排出口 112，該排出口在被處理物的處理(水熱處理)結(jié)束時開口，在 整個水熱處理期間保持閉鎖狀態(tài)。排出口 112排出的處理完成物，即后述的堆肥、詞料、燃料等由圖中未示出的輸送裝置輸送到外部。攪拌葉片113隨著處理釜110的外部的電動機116的旋轉(zhuǎn)而在處理釜 110的內(nèi)部旋轉(zhuǎn)，攪拌投入到處理釜內(nèi)部的被處理物。如后所述，因為處 理釜110的內(nèi)部充滿了導(dǎo)入的高溫高壓的水蒸氣，因此，攪拌葉片113通 過旋轉(zhuǎn)攪拌被處理物，使被處理物無遺漏地與水蒸氣接觸，從而向被處理 物均勻傳熱。處理釜110中安裝有檢測內(nèi)部溫度的釜溫度傳感器200和檢測內(nèi)部壓 力的釜壓力傳感器201，這些傳感器向控制裝置170輸出檢測信號?？刂?裝置170接受來自此傳感器的輸出信號，驅(qū)動控制蒸發(fā)器120或蒸氣過熱 加熱器130。關(guān)于此種設(shè)備控制的情況以后敘述。蒸發(fā)器120接受來自控制裝置170的控制信號，通過圖中未示出的熱 源來生成水蒸氣，并將水蒸氣壓送至蒸發(fā)器120下游的蒸氣過熱加熱器 130及處理釜110中。水蒸氣自蒸發(fā)器120經(jīng)由處理釜IIO上設(shè)置的水蒸 氣導(dǎo)入管180導(dǎo)入處理釜內(nèi)。水蒸氣導(dǎo)入管180分支為多個管路，形成處 理釜的連接管路，并由處理釜110上的多個噴出孔向處理釜內(nèi)噴出水蒸氣。 通過此水蒸氣的噴出，向處理釜110內(nèi)導(dǎo)入水蒸氣。從水蒸氣導(dǎo)入管180 分支的分支水蒸氣導(dǎo)入管181配置于處理釜110的排出口 112上設(shè)置的噴 出孔182，由此噴出孔182向處理釜110的內(nèi)部噴出水蒸氣。因為在排出 口 112上指向處理釜110的內(nèi)部設(shè)置噴出孔182，因此，具體來說，在位 于釜下方的排出口 112上向上地配置噴出孔182，所以自噴出孔182噴出 的水蒸氣將排出口 112處的被處理物推回處理釜110內(nèi)。圖1中省略了水蒸氣導(dǎo)入管180的分支方式，但是自水蒸氣導(dǎo)入管180 分支了多個分支水蒸氣導(dǎo)入管180a、 180b、 180c。水蒸氣同時從分別與多
個分支水蒸氣導(dǎo)入管相對應(yīng)的噴出孔噴出，并且迅速而無遺漏地充滿處理釜110的內(nèi)部。通過蒸發(fā)器120的水蒸氣壓送實現(xiàn)了此水蒸氣的導(dǎo)入 ！ 充滿，本實施例中，處理釜110內(nèi)的壓力設(shè)為約2MPa。如上所述接受水蒸氣導(dǎo)入的處理釜IIO具有兩個水蒸氣排出系統(tǒng)。一 個排出系統(tǒng)具有水蒸氣排放管193、該管路的閥194和消聲器195，此排 出系統(tǒng)將水蒸氣從處理釜110直接排放到大氣。當水熱處理完成后，此排 出系統(tǒng)相當于將處理釜110中殘存的水蒸氣(殘存水蒸氣)從處理釜110 中排出的水蒸氣排出機構(gòu)。另一排出系統(tǒng)為當水熱處理完成時，將處理釜110內(nèi)殘存的水蒸氣(殘 存水蒸氣)噴射到供給下次水熱處理的被處理物上，在水熱處理之前使該 被處理物升溫，該排出系統(tǒng)具有配管在處理釜110至廢棄物投入箱160的 水蒸氣環(huán)流管196、該管路的閥197、儲氣器198、和儲氣器下游的閥199。 閥197為中空容器，在閥197的管路開放，而閥199的管路閉鎖期間，蓄 積處理釜110中的殘存水蒸氣；當閥197的管路閉鎖，而閥199的管路開 放期間，將此蓄積的水蒸氣向廢棄物投入箱160中的被處理物(下次處理 用的被處理物)噴射。由此，下次處理的被處理物在水處理之前升溫，從 而水蒸汽環(huán)流管196與儲氣器198協(xié)同工作構(gòu)成本發(fā)明的升溫機構(gòu)，并成 為本發(fā)明的維持機構(gòu)之一。蒸氣過熱加熱器130設(shè)置在蒸發(fā)器120的下游側(cè)，并圍住水蒸氣導(dǎo)入 管180將其設(shè)置，且將未圖示的熱量傳遞給通過水蒸氣導(dǎo)入管的水蒸氣， 從而加熱水蒸氣，然后將加熱后的水蒸汽向其下游的處理釜IIO側(cè)送出。 從而，此蒸氣過熱加熱器130通過高溫水蒸氣的熱量將處理釜110的內(nèi)部 形成為高溫環(huán)境，因此，相當于本發(fā)明的水蒸氣加熱機構(gòu)，相當于本發(fā)明 的維持機構(gòu)之一。在本實施例中，通過蒸氣過熱加熱器130加熱水蒸氣， 使其升溫至約200'C，并向處理釜110壓送。因此，高溫高壓水蒸氣導(dǎo)入 處理釜IIO，從而處理釜110具有壓力約為2MPa，溫度200。C的高溫高壓 環(huán)境，在該環(huán)境下，通過攪拌葉片攪拌被處理物，進行水熱處理。水蒸氣導(dǎo)入管180在通過蒸氣過熱加熱器130被加熱的區(qū)域扭彎配置 其管路，因此蒸氣過熱加熱器130的加熱由于水蒸氣導(dǎo)入管130的扭彎而 在長管徑范圍內(nèi)進行。從而，能夠提高蒸氣過熱加熱器130的加熱效率。
上述的水蒸氣導(dǎo)入管180的開閉由接受來自控制裝置170的驅(qū)動信號 驅(qū)動的閥183或噴出孔近旁的閥184來進行。即使分支水蒸氣導(dǎo)入管 180a 180c等也分別由未圖示的在其管路的噴出孔近旁的閥來開閉。此情 況下，分支水蒸氣導(dǎo)入管181在擔負推回所述的通過水蒸氣的噴出導(dǎo)致的 被處理物的功能時，其僅由最上游的閥183來進行開閉。即，除分支水蒸 氣導(dǎo)入管路181以外的分支水蒸氣導(dǎo)入管路180a等管路處于閉鎖狀態(tài)， 僅由分支水蒸氣導(dǎo)入管181可以噴出水蒸氣。關(guān)于僅由該分支水蒸氣導(dǎo)入 管路181的水蒸氣噴出在后面敘述。上述的水蒸氣導(dǎo)入管180上裝有用于檢測通過其的水蒸氣壓力的傳感 器190，蒸發(fā)器120或蒸氣過熱加熱器130上裝有用于檢測通過其的水蒸 氣的溫度的傳感器191 192。此傳感器的檢測信號輸出到控制裝置170， 并通過控制裝置170用于控制蒸發(fā)器120或蒸氣過熱加熱器130等。此外， 在水蒸氣導(dǎo)入管180或分支水蒸氣導(dǎo)入管181等各分支水蒸氣導(dǎo)入管 180a 180c等上，除了適當?shù)卦O(shè)置有未圖示的防止水蒸氣逆流的止回閥， 還設(shè)置有未圖示的在壓力過剩上升時進行減壓排氣的排出閥。此外，從分支水蒸氣導(dǎo)入管180進一步分支出分支水蒸氣導(dǎo)入管185， 此分支水蒸氣導(dǎo)入管185經(jīng)由闊186、減壓設(shè)備單元187將減壓水蒸氣導(dǎo) 入后述的熱交換釜140的內(nèi)部。關(guān)于此導(dǎo)入時序(timing)以后敘述。壓縮機135經(jīng)由閥136與處理釜110相連，并向處理釜110內(nèi)導(dǎo)入大 致約2MPa的高壓空氣。如后所述，導(dǎo)入的此高壓空氣用于在處理釜110 內(nèi)進行水熱處理之前的處理環(huán)境維持，因此壓縮機135相當于本發(fā)明的加 壓空氣導(dǎo)入機構(gòu)，相當于本發(fā)明的維持手段之一。熱交換釜140具有包圍處理釜110的主體部周圍的中空的流體導(dǎo)入部 141。此流體導(dǎo)入部141與密封狀態(tài)的處理釜110的導(dǎo)體側(cè)壁接觸，因此 導(dǎo)入流體導(dǎo)入部141的流體可以與處理釜110之間進行熱交換。在本實施 例中，導(dǎo)入流體導(dǎo)入部141內(nèi)的液體，為如后所述的冷卻水和水蒸氣。艮口， 熱交換釜140作為流體導(dǎo)入部141的流體排出路，具有冷卻水排出管142 和水蒸氣排出管143，并通過由控制裝置170驅(qū)動控制的各管路的閥144 145排出流體導(dǎo)入部141中的冷卻水和水蒸氣。后述的冷卻裝置150將冷 卻水導(dǎo)入熱交換釜140的流體導(dǎo)入部141中，水蒸氣則由所述的分支水蒸 氣導(dǎo)入管185導(dǎo)入。冷卻水、水蒸氣的導(dǎo)入*排出時序在下文敘述。此外， 水蒸氣排出管143畫在圖中的下方，但是，為了不對冷卻水的導(dǎo)入，排出 生成障礙，實際上設(shè)置在流體導(dǎo)入部141的上部。冷卻裝置150具有第一箱體151和第二箱體152，兩箱體內(nèi)的冷卻水 由混合閥153進行混合，其混合冷卻水經(jīng)由冷卻配管154及其管路的閥155 導(dǎo)入熱交換釜140的流體導(dǎo)入部141中。在處理釜中水熱處理結(jié)束時向流 體導(dǎo)入部141導(dǎo)入冷卻水。第二箱體152在其箱體內(nèi)具有從水蒸氣導(dǎo)入管 180分支出的熱交換用配管188的螺旋管部，由通過該配管的水蒸氣，將 箱體內(nèi)的冷卻水維持在規(guī)定溫度，例如50 8(TC左右。在熱交換用配管 188的分支處設(shè)置有分流閥189，水蒸氣以由該分流閥189設(shè)定的通過量 通過熱交換用配管188。從而，將第一箱體151中的冷卻水量與第二箱體 152中的冷卻水量按照混合閥153的混合比進行混合以得到確定溫度的冷 卻水，并且冷卻裝置150能夠?qū)⒋死鋮s水送入流體導(dǎo)入部141中。從冷卻 裝置150中導(dǎo)入到流體導(dǎo)入部141中的冷卻水(混合冷卻水)的溫度以第 二箱體152中的冷卻水溫度(50 80°C)為上限，并且此溫度比導(dǎo)入處理 釜110中的水蒸氣(約200°C)溫度低。從而，冷卻裝置150相當于本發(fā) 明的流體導(dǎo)入機構(gòu)。廢棄物投入箱160以與處理釜110中的水熱處理循環(huán)匹配的時序輸送 被處理物，并投入投入口lll中?？刂蒲b置170為總括地對水熱處理裝置 進行控制，由具有進行邏輯計算的CPU、存儲程序或數(shù)據(jù)的ROM、可以 臨時讀寫數(shù)據(jù)的RAM等的計算機構(gòu)成。并且，控制裝置170中輸入所述 各種傳感器的檢測信號，對應(yīng)此檢測信號或由未圖示的操作盤輸入的運轉(zhuǎn) 條件設(shè)定參數(shù)，實現(xiàn)了對閥183等各種閥的驅(qū)動控制及蒸發(fā)器120等設(shè)備 的驅(qū)動控制。以下，對在本實施例的水熱處理裝置100中進行的水熱處理過程進行 說明。圖2是表示此水熱處理過程的工序的工序圖。在進行水熱處理說明 之前，對水熱處理裝置IOO為進行此水熱處理而執(zhí)行的處理進行說明。水蒸氣導(dǎo)入管180的傳感器190、蒸氣過熱加熱器130的傳感器191、 蒸發(fā)器120的傳感器192、處理釜110的釜溫度傳感器200及釜壓力傳感 器201的檢測信號輸入控制裝置170中，該控制裝置170控制蒸發(fā)器的運
轉(zhuǎn)狀態(tài)(水蒸氣生成量、壓送量等)的同時，并控制蒸氣過熱加熱器130 的運轉(zhuǎn)狀態(tài)(加熱溫度等)。由此，水熱處理裝置100壓送水蒸氣，以使溫度 壓力(200。C/2MPa)穩(wěn)定的水蒸氣充滿處理釜110。此情況下，在 向處理釜110導(dǎo)入水蒸氣的初期，考慮到與被處理物接觸產(chǎn)生的冷卻，可 以導(dǎo)入比上述溫度高約l(TC的水蒸氣。此外，控制裝置170還對冷卻裝置150的第二箱體152的溫度進行控 制。即，調(diào)整水蒸氣導(dǎo)入管180上設(shè)有的分流閥189的閥的開度，將第二 箱體152的冷卻水溫度調(diào)整至所述的50 8(TC之間的規(guī)定溫度，例如調(diào)整 至8(TC。在進行此溫度調(diào)整時，使用第二箱體152上設(shè)有的未圖示的溫度 傳感器的檢測信號。第二箱體152的箱體的容量足以滿足圍繞處理釜110 主體的熱交換釜140，具體地說為其流體導(dǎo)入部141，因此相比處理釜IIO 的內(nèi)部容積(本實施例中約為10m3)，第二箱體152的箱體的容量非常小， 為0.5m3左右。而且，調(diào)整溫度為50 80°C，相比導(dǎo)入處理釜110中的水 蒸氣溫度(約20(TC)為低溫，因此，通過從分流閥189分流到熱交換配 管188中的用于對第二箱體152的冷卻水溫度進行調(diào)整的水蒸氣量很少。 從而，即使如上述分流水蒸氣，也不會對利用水蒸氣導(dǎo)入以使處理釜升溫 產(chǎn)生影響。水熱處理裝置100利用控制裝置170在執(zhí)行對上述設(shè)備的控制的同時 實現(xiàn)圖2的水熱處理。在此水熱處理過程中，首先將被處理物投入廢棄物 投入箱160中(步驟SIOO)。導(dǎo)入被處理物后，接下來，控制裝置170使 廢棄物投入箱160將投入的被處理物攪拌并輸送至投入口 111的同時，將 蓄積在儲氣器198中的高溫水蒸氣向此被處理物噴射，從而使被處理物升 溫(步驟SllO)。儲氣器198在后述的水熱處理結(jié)束后的步驟150中，蓄 積保持高溫裝態(tài)的水蒸氣，因此通過利用控制裝置170來控制閥199的開 啟，將儲氣器198內(nèi)的高溫水蒸氣噴出，從而使被處理物升溫。水蒸氣在 儲氣器198的蓄積期間雖然會引起溫度降低，但是直到下次水熱處理期間， 降溫程度很小，因此不會對被處理物的升溫造成障礙。步驟S110后接下來，通過控制裝置170控制的開口開閉設(shè)備114將 投入口 111打開，并由廢棄物投入箱160將被處理物以保持升溫的狀態(tài)投 入此投入口 111內(nèi)(步驟S120)。然后，控制裝置170將投入口 111閉鎖 后，在規(guī)定時間內(nèi)保持控制閥136的開啟，在此期間，從壓縮機135向處 理釜110內(nèi)導(dǎo)入壓縮空氣(步驟S130)。通過此導(dǎo)入的壓縮空氣，促進接 下來進行的基于水蒸氣導(dǎo)入的處理釜110的高壓化。接下來，控制裝置170控制開啟水蒸氣導(dǎo)入管180最上游的閥183和 各分支水蒸氣導(dǎo)入管180a 180c等的閥，將蒸發(fā)器120中生成的并通過 蒸氣過熱加熱器130高溫化的高溫高壓(20(TC/2MPa)水蒸氣導(dǎo)入處理釜 110內(nèi)，同時通過電動機116使處理釜內(nèi)的攪拌葉片113旋轉(zhuǎn)，攪拌投入 的被處理物(步驟S140)。通過導(dǎo)入此高溫高壓的水蒸氣，在處理釜110 的內(nèi)部，投入的被處理物與高溫高壓的水蒸氣接觸，從而水蒸氣的熱量用 于被處理物的水熱處理。并且，通過攪拌葉片113對被處理物的攪拌，投 入的被處理物無遺漏地與高溫高壓的水蒸氣接觸，從而可以更一致地向被 處理物傳熱地進行水熱處理。并且，攪拌葉片113對處理物的攪拌可以與 步驟S130中的壓縮空氣導(dǎo)入并行進行。經(jīng)由水蒸氣導(dǎo)入管180和分支水蒸氣導(dǎo)入管180a 180c等的高溫高 壓水蒸氣的在被處理物的水熱處理期間繼續(xù)保持導(dǎo)入。并且，在排出口 120 處，經(jīng)由分支水蒸氣導(dǎo)入管181，并由釜內(nèi)的噴出孔182繼續(xù)導(dǎo)入水蒸氣。 從而，在水熱處理期間，在排出口112處，通過由噴出孔182導(dǎo)入水蒸氣 使被處理物被推回釜內(nèi)，因此，不會由于不經(jīng)意導(dǎo)致排出口 112的阻塞。在規(guī)定時間內(nèi)通過高溫高壓的水蒸氣保持對被處理物進行水熱處理 之后，水熱處理裝置100的控制裝置170控制關(guān)閉閥183，并停止電動機 116，從而完成水熱處理。然后，控制裝置170控制開啟水蒸氣環(huán)流管196 的閥197，并控制關(guān)閉閥199，處理釜110中的殘留水蒸氣導(dǎo)入儲氣器198 中，從而在此儲氣器198中蓄積保持高溫的水蒸氣(步驟S150)。關(guān)閉閥 197完成此水蒸氣的蓄積。如此蓄積的水蒸氣如步驟S110所述的用于使被 處理物升溫。此外，儲氣器198的內(nèi)部容積與處理釜110的內(nèi)部容積(約 10m3)相比很小，因此，即使向儲氣器198蓄積水蒸氣后，處理釜110 中依然殘留有水蒸氣。一旦完成向儲氣器198的水蒸氣蓄積，控制裝置170將冷卻水從冷卻 裝置150中導(dǎo)入到熱交換釜140的流體導(dǎo)入部141中(步驟S160)。此冷 卻水的導(dǎo)入如下進行。
首先，控制關(guān)閉冷卻水排出管142的閥144，將流體導(dǎo)入部中充滿冷 卻水。然后，控制打開排出側(cè)的閥144和導(dǎo)入側(cè)的閥155，向流體導(dǎo)入部 141循環(huán)供給冷卻裝置150的冷卻水。圖3是說明冷卻水的循環(huán)供給情況 的說明圖。如圖3所示，控制裝置170在冷卻水導(dǎo)入初期，將由混合閥153確定 的流量比設(shè)為第二箱體152側(cè)為100%，第一箱體151側(cè)為0%，其后降低 第二箱體152的流量，并增大第一箱體151的流量。在冷卻水導(dǎo)入末期， 第二箱體152側(cè)變?yōu)?%，第一箱體151側(cè)變?yōu)?00%。從而，在流體導(dǎo)入 部141中循環(huán)供給的冷卻水的溫度在冷卻水導(dǎo)入初期，成為第二箱體152 的冷卻水溫度(約為80°C)，然后逐漸下降，在冷卻水導(dǎo)入的末期，第一 箱體151的冷卻水溫度變?yōu)?常溫)。因為此種冷卻水循環(huán)，因此，熱交 換釜140，具體為流體導(dǎo)入部141在與處理釜110之間進行熱交換(冷卻) 時，由最初的與處理釜110的內(nèi)部溫度之間溫差很小的溫度逐漸冷卻，通 過逐漸降低溫度的冷卻水進行冷卻。最優(yōu)選此冷卻持續(xù)至處理釜110的內(nèi) 部環(huán)境溫度變?yōu)榧sIO(TC左右時。此處理釜110冷卻后，接下來控制開啟水蒸氣排放管193的閥194， 將冷卻完成時殘留的水蒸氣全部排放到大氣中(步驟S170)。此水蒸氣的 排放在上述的溫度 壓力都降低的狀態(tài)下進行。接下來，控制裝置170驅(qū)動開口開閉設(shè)備115使排出口 112開放，將 處理完成物(堆肥、飼料、燃料)從處理釜110中排出(步驟S180)。處 理完成物一排出，控制裝置170閉鎖排出口 112，準備進行下次的水熱處 理。并且由為圖示的傳送帶輸送處理完成物。步驟S170 —旦完成將殘留的水蒸氣排出到大氣后，與上述的處理完 成物的排出并行，控制裝置170準備下次的水熱處理，將處理釜110升溫。 即，控制裝置170通過控制打開冷卻水排出管142的閥144，將導(dǎo)入到熱 交換釜140 (具體為流體導(dǎo)入部141)中用于處理釜110的冷卻的冷卻水 回收到冷卻裝置150的第一箱體151和第二箱體152中(步驟S190)。接 下來，在閥144關(guān)閉，流體導(dǎo)入部141密閉狀態(tài)下，經(jīng)由分支水蒸氣導(dǎo)入 管185將水蒸氣導(dǎo)入流體導(dǎo)入部141中(步驟S200)，從而處理釜110通 過圍繞其周圍的流體導(dǎo)入部141升溫。在進行所述的步驟S160中的冷卻 水導(dǎo)入時，導(dǎo)入的水蒸氣由流體導(dǎo)入部141的水蒸氣排出管143排出到大 氣，因此不會對冷卻水的導(dǎo)入產(chǎn)生障礙。在以上說明的本實施例的水熱處理裝置100中，通過約200°C/2MPa 的高溫高壓的水蒸氣水分與水蒸氣的熱量在處理釜110中對被處理物進行 水熱處理時，將被處理物從處理釜110的投入口 111投入到處理釜110中， 經(jīng)由水蒸氣導(dǎo)入管180或分支水蒸氣導(dǎo)入管180a 180c等，將上述高溫 高壓的水蒸氣由蒸發(fā)器120及蒸氣過熱加熱器130壓送到此處理釜110的 內(nèi)部。通過此壓送的水蒸氣，在處理釜110的內(nèi)部，投入的被處理物與壓 送的高溫高壓的水蒸氣接觸，從而水蒸氣具有的熱量用于被處理物的水熱 處理。并且，在已導(dǎo)入上述的高溫高壓水蒸氣的處理釜110內(nèi)，通過攪拌 葉片113攪拌已投入的被處理物，使被處理物無遺漏地與水蒸氣接觸的同 時，更一致地向被處理物傳熱，從而利用水蒸氣的水分及熱量進行水熱處 理。進行此水熱處理時，在本實施例中，由蒸發(fā)器120生成的水蒸氣在其 壓送過程中通過蒸氣過熱加熱器130進行加熱，從而持續(xù)地向處理釜110 內(nèi)導(dǎo)入約20(TC/2MPa的高溫高壓水蒸氣(步驟S140)。如果由蒸發(fā)器擔 當此種高溫高壓的水蒸氣的生成，壓送，則需要蒸發(fā)器具有高性能，但是 因為蒸發(fā)器的能力具有極限，因此難以穩(wěn)定地導(dǎo)入上述的高溫高壓的水蒸 氣，本實施例中，通過蒸氣過熱加熱器130進行上述的水蒸氣加熱，因此 能夠穩(wěn)定而持續(xù)地導(dǎo)入高溫高壓的水蒸氣。通過此種持續(xù)進行高溫高壓水 蒸氣導(dǎo)入的水熱處理裝置100，能夠?qū)⑻幚砀?10置于水熱處理最理想的 處理環(huán)境下(約200'C/2MPa)，并且能夠容易地維持該高溫高壓的處理環(huán) 境。此情況下，在本實施例中，當通過蒸氣過熱加熱器130進行水蒸氣加 熱時，將通過蒸氣過熱加熱器的130進行加熱的管路設(shè)置成扭彎管路，從 而增長了管路長度，提高了加熱效率，因此適合水蒸氣的高溫化及維持處 理釜110的處理環(huán)境。并且，在將如以上說明的處理釜110的內(nèi)部的處理環(huán)境維持在約200 'C/2MPa的高溫高壓的條件下，將塑料含有剩飯或?qū)⑵渑c一般廢棄物混合 的被處理物進行水熱處理，因此能夠達到高生產(chǎn)率。此外，水熱處理基于 不產(chǎn)生粉塵，煤煙的環(huán)境保護的觀點而優(yōu)選，而且由被處理物生成有益的
處理完成物(堆肥、肥料、燃料)的資源循環(huán)的觀點也優(yōu)選。此外，在上述高溫高壓的水蒸氣導(dǎo)入之前，將高壓空氣導(dǎo)入處理釜110 內(nèi)，從而將處理釜110內(nèi)預(yù)先置于高壓環(huán)境，因此，能夠容易地維持高溫 高壓的水熱處理的處理環(huán)境。并且，通過在導(dǎo)入此高溫高壓的水蒸氣之前 導(dǎo)入高壓空氣設(shè)置高壓環(huán)境的基礎(chǔ)上，然后將高溫高壓的水蒸氣導(dǎo)入處理 釜110內(nèi)，因此更加簡便地維持水熱處理的處理環(huán)境。另外，將上次水熱處理時殘留在處理釜110內(nèi)的高溫的殘留水蒸氣向 進行水熱處理前的被處理物進行噴射(步驟SllO)，預(yù)先升溫該被處理物。從而，能夠抑制因為向處理釜110的內(nèi)部投入被處理物而導(dǎo)致的溫度下降，因此，能夠自水熱處理開始始終將處理環(huán)境維持在高溫高壓。并且，被處理物的升溫通過蓄積在儲氣器198中的殘留水蒸氣進行，因此，不需要另 行準備用于被處理物升溫的熱源，能夠?qū)崿F(xiàn)構(gòu)成的簡單化和節(jié)約能源化。此外，在本實施例中，用于將水蒸氣從蒸發(fā)器120導(dǎo)入到處理釜110 內(nèi)部的水蒸氣導(dǎo)入管180分支出多個分支水蒸氣導(dǎo)入管180a 180c等， 并在多個導(dǎo)入處向處理釜110的內(nèi)部導(dǎo)入水蒸氣，此外，在處理釜110的 排出口 112上設(shè)置一個分支水蒸氣導(dǎo)入管181的噴出孔182。經(jīng)由分支水 蒸氣導(dǎo)入管181并自噴出孔182噴射的水蒸氣，發(fā)揮將排出口 112處的被 處理物推回至處理釜110內(nèi)的作用，因此，能夠避免在高溫高壓下進行水 熱處理時，被處理物塞在排出口 112處固化或者排出口 112被塞住。從而， 適于水熱處理后處理完成物平滑的排出。此外，設(shè)置熱交換釜140，該熱交換釜具有包圍處理釜110主體部周 圍的中空的流體導(dǎo)入部141。在水熱處理完成后，將冷卻水導(dǎo)入此流體導(dǎo) 入部141中，此冷卻水與處理釜110進行熱交換，以使處理釜110冷卻， 同時，將處理釜110內(nèi)的殘留水蒸氣從處理釜110內(nèi)排出。從而，水熱處 理后的處理釜通過與冷卻水的熱交換，在短時間內(nèi)有效地冷卻，并能夠在 促進其內(nèi)部的溫度和壓力降低的條件下，將殘留水蒸氣排出。因此，加上 維持所述的水熱處理的處理環(huán)境，用于至下次水熱處理被處理物的時間被 縮短，進而能夠提高處理效率。并且，向熱交換釜140 (流體導(dǎo)入部141)導(dǎo)入冷卻水時，使導(dǎo)入的 冷卻水的溫度如圖3所示逐漸降低，從而能使作為熱交換(冷卻)對象的 處理釜110不發(fā)生急劇的溫度變化(溫度降低)，因此，從確保處理釜的 耐久性的觀點來看是優(yōu)選的。在進行此冷卻水溫度的調(diào)整時，通過熱交換用配管188來利用導(dǎo)入到處理釜110中的水蒸氣的熱量，因此，從能源效率來看也是優(yōu)選的。此外，除了向熱交換釜140 (流體導(dǎo)入部141)中導(dǎo)入冷卻水之外， 還可在進行下次的所述被處理物的水熱處理時，將導(dǎo)入到熱交換釜140(流 體導(dǎo)入部141)中的冷卻水排出后，將蒸發(fā)器120生成的水蒸氣導(dǎo)入所述 的熱交換釜中。于是，在下次的水熱處理中，即使通過與導(dǎo)入到熱交換釜 中的水蒸氣間的熱交換也能夠使處理釜升溫，因此有助于下次水熱處理的 環(huán)境維持。以上對本發(fā)明的實施例進行了說明，但是本發(fā)明并不限定上述的實施 例或?qū)嵤┓绞?，當然在不脫離本發(fā)明的主要思想的范圍內(nèi)可以實施各種方 式。例如，在上述的實施例中，在維持處理釜IIO內(nèi)的處理環(huán)境時，由蒸 氣過熱加熱器130產(chǎn)生的水蒸氣化熱量、通過壓縮機135事先導(dǎo)入高壓空 氣、使用殘留水蒸氣對下次處理用的被處理物進行升溫被同時采用，也能 夠根據(jù)處理釜110的內(nèi)部容積、被處理物的種類、水熱處理時的環(huán)境(溫 度，壓力)采用合適的選擇。
權(quán)利要求
1.一種水熱處理裝置，其利用水蒸氣的水分及水蒸氣的熱量將被處理物進行水熱處理，所述水熱處理裝置具備中空的處理釜，其具有所述被處理物的投入口和排出口；水蒸氣生成源，其生成用于導(dǎo)入所述處理釜的水蒸氣，并進行壓送；水蒸氣導(dǎo)入路，其設(shè)置成將所述水蒸氣生成源生成的水蒸氣導(dǎo)入到所述處理釜的內(nèi)部；攪拌機構(gòu)，其在處理釜內(nèi)攪拌被投入所述處理釜內(nèi)的被處理物；維持機構(gòu)，其維持在進行所述水熱處理時的處理環(huán)境，該維持機構(gòu)具有以下機構(gòu)中至少一個機構(gòu)水蒸氣加熱機構(gòu)，其形成在所述水蒸氣導(dǎo)入路的路徑，將通過該路徑的水蒸氣加熱后，將水蒸氣送出到所述處理釜；加壓空氣導(dǎo)入機構(gòu)，其在所述水熱處理開始前，將加壓空氣導(dǎo)入所述處理釜的內(nèi)部；升溫機構(gòu)，其將所述水熱處理完成后的所述處理釜的殘留水蒸氣從所述處理釜中排出，并蓄積在中空容器內(nèi)，將該蓄積的水蒸氣向由所述處理釜的所述投入口投入的下次處理用的所述被處理物噴射，從而使下次處理的被處理物升溫。
2. 如權(quán)利要求1所述的水熱處理裝置，其特征在于，所述水蒸氣導(dǎo)入路設(shè)在所述處理釜的多個導(dǎo)入處，以進行水蒸氣導(dǎo)入，該多個導(dǎo)入處中 的至少一個作為所述處理釜的所述排出口 ，將所述排出口的所述被處理物推回所述處理釜內(nèi)。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的水熱處理裝置，其特征在于，還具備 熱交換釜，其在所述處理釜的周圍形成有中空的流體導(dǎo)入部，能夠使導(dǎo)入到該流體導(dǎo)入部的流體與所述處理釜之間進行熱交換；流體導(dǎo)入機構(gòu)，其在所述水熱處理結(jié)束后，將低于所述處理釜內(nèi)殘留的殘留水蒸氣溫度的低溫流體導(dǎo)入所述熱交換釜中；水蒸氣排出機構(gòu)，其在所述水熱處理結(jié)束后，將所述殘留水蒸氣從所 述處理釜排出。
4. 一種水熱處理裝置，其利用水蒸氣的水分及水蒸氣的熱量將被處 理物進行水熱處理，所述水熱處理裝置具備中空的處理釜，其具有所述被處理物的投入口和排出口； 水蒸氣生成源，其生成用于導(dǎo)入所述處理釜的水蒸氣，并進行壓送； 水蒸氣導(dǎo)入路，其設(shè)置成將所述水蒸氣生成源生成的水蒸氣導(dǎo)入到所述處理釜的內(nèi)部；攪拌機構(gòu)，其在處理釜內(nèi)攪拌被投入所述處理釜內(nèi)的被處理物； 熱交換釜，其在所述處理釜的周圍形成有中空的流體導(dǎo)入部，能夠使導(dǎo)入到該流體導(dǎo)入部的流體與所述處理釜之間進行熱交換；流體導(dǎo)入機構(gòu)，其在所述水熱處理結(jié)束后，將低于所述處理釜內(nèi)殘留的殘留水蒸氣溫度的低溫流體導(dǎo)入所述熱交換釜內(nèi)；水蒸氣排出機構(gòu)，其在所述水熱處理結(jié)束后，將所述殘留水蒸氣從所述處理釜排出。
5. 如權(quán)利要求3或4所述的水熱處理裝置，其特征在于，所述流體 導(dǎo)入機構(gòu)將導(dǎo)入所述熱交換釜內(nèi)的所述流體的溫度從所述殘留水蒸氣的 溫度逐漸降低，并將流體導(dǎo)入所述熱交換釜內(nèi)。
6. 如權(quán)利要求3 5中任一項所述的水熱處理裝置，其特征在于，所 述流體導(dǎo)入機構(gòu)在進行下次的所述被處理物的水熱處理時，將導(dǎo)入到所述 熱交換釜內(nèi)的所述低溫的流體排出后，將所述水蒸氣生成源生成的水蒸氣 導(dǎo)入所述熱交換釜內(nèi)。
7. —種水熱處理方法，其利用水蒸氣的水分及水蒸氣的熱量將被處 理物進行水熱處理，所述水熱處理方法包括向具有所述被處理物的投入口和排出口的中空的處理釜中，由所述投 入口投入所述被處理物的工序；由生成水蒸氣的水蒸氣生成源將水蒸氣壓送至所述處理釜內(nèi)部的工序；在已導(dǎo)入所述水蒸氣的所述處理釜內(nèi)，攪拌所述投入的被處理物的工序；在所述水熱處理時，維持處理環(huán)境的工序，維持所述處理環(huán)境的工序至少包括以下工序中的至少一個 加熱導(dǎo)入所述處理釜的水蒸氣后，將水蒸氣送出至所述處理釜的工序；在所述水熱處理開始前，將加壓空氣導(dǎo)入所述處理釜內(nèi)部的工序；將所述水熱處理結(jié)束后的所述處理釜的殘留水蒸氣從所述處理釜中 排出，并蓄積在中空容器中，該蓄積的水蒸氣向由所述處理釜的所述投入 口投入的下次處理用的所述被處理物噴射，從而使下次處理的被處理物升 溫的工序。
8. 如權(quán)利要求7所述的水熱處理方法，其包括在所述水熱處理結(jié)束后，向熱交換釜中導(dǎo)入低于所述處理釜內(nèi)殘留的 殘留水蒸氣溫度的低溫流體的工序，所述熱交換釜在所述處理釜的周圍形 成的中空的流體導(dǎo)入部中導(dǎo)入流體，能夠使該導(dǎo)入的流體與所述處理釜之間進行熱交換；在所述水熱處理結(jié)束后，將所述處理釜內(nèi)殘留的殘留水蒸氣從所述處 理釜中排出的工序。
9. 如權(quán)利要求7或8所述的水熱處理方法，其特征在于， 在將水蒸氣從所述水蒸氣從水蒸氣生成源壓送到所述處理釜內(nèi)部的工序中，將所述水蒸氣導(dǎo)入所述處理釜的多個導(dǎo)入處，并將該多個導(dǎo)入處 中的至少一個作為所述處理釜的所述排出口 ，將所述排出口的所述被處理 物推回所述處理釜內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種水熱處理裝置，當利用水蒸氣的水分和水蒸氣的熱量進行水熱處理時，實現(xiàn)水熱處理的處理條件的簡單的維持或處理效率的提高。將約200℃/2MPa的高溫高壓的水蒸氣導(dǎo)入處理釜(110)內(nèi)，通過此高溫高壓的水蒸氣的水分和水蒸氣的熱量在處理釜(110)內(nèi)將被處理物進行水熱處理時，蒸發(fā)器(120)壓送的水蒸氣利用蒸氣過熱加熱器(130)進行加熱。此外，在水蒸氣導(dǎo)入前，向處理釜(110)內(nèi)導(dǎo)入高壓空氣，預(yù)先將處理釜(110)內(nèi)置于高壓環(huán)境，并且將上次水熱處理時的殘留水蒸氣向進行水熱處理前的被處理物噴射，從而預(yù)先使該被處理物升溫。由此，維持處理釜(110)中高溫高壓的處理環(huán)境。
文檔編號B01J3/00GK101134159SQ20071009611
公開日2008年3月5日 申請日期2007年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月30日
發(fā)明者小島嘉豐, 木村巖 申請人:藤村通商株式會社