JP2001096260A - 酸素富化ガスを利用した煙突のない廃棄物の完全資源化処理工程 - Google Patents

酸素富化ガスを利用した煙突のない廃棄物の完全資源化処理工程

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明の目的は酸素富化ガスを利用して廃棄
物を高度処理して完全資源化することによって、無公害
であり煙突を必要なくする廃棄物の新しい処理工程を提
供することにある。 【解決手段】 本発明は酸素富化ガスを用い、従前の空
気を用いる一般焼却炉の代わりに垂直円筒型の単純で独
特な構造の熔融・低温熱分解炉２１と触媒−燃焼工程２
４あるいは触媒−水蒸気改質工程２５から成り、工程の
中間に有害ガス高度精製工程２２と特殊低温酸化触媒を
使用する生成廃水再生工程２３を挿入することによっ
て、廃棄物を清浄燃料ガス、高濃度炭酸ガス（液体炭
酸、ドライアイス生産原料）、あるいは石油代替原料で
ある合成ガス（水素、ＤＭＥ、メタノールなどの生産原
料）、工業用水、水蒸気及び無機物の熔融再活用品生産
など完全資源化することにより、２次公害物放出が全く
なく（煙突がない）、経済性に優れた資源と環境を同時
に保全できる革新的な工程構成技術である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は酸素富化ガスを利
用して廃棄物を完全資源化処理することによって廃棄物
処理後に排気ガスを大気に放出するための煙突などの施
設が不要な無放出閉鎖工程を提供し、完全無公害で、そ
れに伴う多様な社会的問題点を解決できる廃棄物全量資
源化処理工程に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、廃棄物処理方法としては、主に地
中に埋め込む方法あるいは単純に空気を利用して焼却す
る方法などが使用されていた。
【０００３】このような従来の廃棄物焼却の方法では、
生活及び産業活動から発生する多様な廃棄物を空気と補
助燃料を用いて焼却しているが、生成される燃焼ガス中
に含まれる有害物質は法令で規制する一定濃度以下に除
去して大気に放出し、不燃性無機物は燃焼残滓、飛散
灰、廃添加剤などとして補集してそのまままたは固化し
て地中に埋め込み、燃焼過程中で発生する燃焼熱（生成
熱）はボイラーにてできるだけ回収、活用していた。
【０００４】図１に前記、従来の廃棄物焼却方法のうち
代表的な工程図を示した。図に示すように空気を利用し
て１次燃焼炉１で固体廃棄物を燃焼し、２次燃焼炉２で
未燃焼気体を燃焼させ、前記１・２次燃焼炉で完全燃焼
された燃焼ガスはその生成熱の一部が廃熱回収ボイラー
３で水蒸気の蒸発潜熱として回収された後、後処理工程
４で有害ガス及び粉塵などが除去され法定規制値以下に
して、煙突５を経て大気に放出されていた。前記１次燃
焼炉１と２次燃焼炉２は焼却炉の設計によって一つの焼
却炉とすることもできるし、別個の焼却炉として分離す
ることもできるが、その物理的構造は燃焼室内で燃焼ガ
スが良く混合できるように設計されている。
【０００５】一方、前記後処理工程４では廃棄物中に含
有された有害物質であるＳＯｘ、塩化水素、ＮＯｘ（空
気中の窒素の燃焼酸化物）及び粉塵が主に除去され、ま
た極微量ではあるがダイオキシン（Ｄｉｏｘｉｎ）類、
水銀、重金属類なども除去される。前記有害物除去の方
法としては、消石灰と活性炭粉末による中和吸着濾過法
が主流をなしていて、時には窒素酸化物（ＮＯｘ）と極
微量のダイオキシン類除去のために少量のアンモニアを
注入する選択触媒還元法(Selective Catalytic React
ion)が追加的に活用されている。
【０００６】特に、廃棄物中に含有されている有害物質
であるダイオキシン類の完全分解のためには、少なくと
も２秒以上の燃焼滞在時間と８５０℃以上の燃焼温度を
維持しなければならないので、２次燃焼室２における廃
棄物自体の発熱量が不足する場合、あるいは水分が多い
場合には補助燃料を燃焼するための補助バーナーが設置
される。
【０００７】焼却炉の運転時間帯と水蒸気使用場所の使
用時間帯が一致しない場合、前記ボイラー３で回収され
た熱は水蒸気−タービン発電で自体に所要動力を供給し
て、剰余電力は公営電力網に送電する方式で活用される
しか方法が無いので、その発電効率が非常に低く追加投
資に対する経済性の問題があり、前記発電設備は小容量
の場合は省略されて、大容量の場合でも省略されること
が多かった。
【０００８】従って、前記の従来の廃棄物焼却方法では
基本的には煙突から有害ガスを放出されることが、世間
の注目の対象になり、そのため行政側の浪費、民心動
揺、被害補償などの問題点が生ずる以外にも、次のよう
な問題点があった。
【０００９】 低公害処理であって完全無公害装置で
はないので、分解されずに放出されたダイオキシンなど
の有害物質が自然界に分散、累積されていく。
【００１０】 全体廃棄物処理費用に比べ唯一の利得
がボイラーの回収熱だけでその量も少ないので、有害物
質の高度除去技術の適用を回避することによって費用を
節減するほかに対策がなかった。
【００１１】 酸素供給源として無償の空気を使用す
ると不必要な窒素も大量に流入し、有害ガスである熱窒
素酸化物（Thermal Nox）が発生し、さらに装置が大き
くなることによって運営費、建設費などの増加を招き、
生成有害物質が大量の窒素によって希釈され、後処理工
程で有害物質の除去性能を低めて結果的に総括処理性能
を落とす。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】本発明は前記の問題点
を解決するために案出されたもので、その目的は酸素富
化ガスを利用して廃棄物を高度処理して完全資源化する
ことによって、無公害であり煙突を必要なくする廃棄物
の新しい処理工程を提供することにある。
【００１３】このような目的を達成するために、本発明
は酸素富化ガスを利用して従前の一般焼却炉の代わり
に、独特ではあるが単純な構造の熔融・低温熱分解炉を
用い燃焼生成物は低温触媒燃焼工程あるいは高温触媒水
蒸気改質工程へと導かれ、その中間に有害ガス高度精製
工程と特殊低温酸化触媒を使用する生成廃水再生処理工
程を挿入することを特徴としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明は、以下の構成を
備えることにより、上記目的を達成できるもので、図面
を用いて説明する。
【００１５】図２は本発明による全体工程を示すブロッ
ク図で、図示されているように、廃棄物と共に従来の空
気の代わりに純酸素と水蒸気あるいは後続工程で生産さ
れる炭酸ガスと混合された高濃度の酸素富化ガスを熔融
−低温熱分解炉２１に注入して、以降、有害ガス高度精
製工程２２、生成廃水再生処理工程２３、低温触媒燃焼
工程２４あるいは高温触媒水蒸気改質工程２５を順次に
経ることによって、高濃度炭酸ガス、あるいは石油代替
原料用合成ガスを生成して多様に再活用できる。同時
に、廃棄物中に含有された無機物は熔融・水砕処理をし
て骨材や鉄材として活用される熔融水砕物を生産し、廃
水を再生処理して工程水用に回収している。一方、高度
精製工程で排出されるガスは、そのままあるいは含有さ
れる炭酸ガスを分離した後で清浄燃料ガスと高濃度炭酸
ガスとしてそれぞれ活用される。
【００１６】前記の純酸素は一般的な空気分離方法（深
冷法あるいはPSA(Pressure SwingAbsorbent)法）によ
って得られ、空気分離後に残る窒素は後述する生産ガス
再活用工程、ほかの産業などに活用されることもでき
る。本発明での温度、圧力、流量、組成などの制御は各
種センサー及び調節バルブなどとこれに連結された制御
コンピューターによって自動的に行われる。
【００１７】更に、具体的に述べると発明の解決手段は
下記の１１項目に要約される。
【００１８】（１）酸素富化ガスを利用した廃棄物処理
工程において、廃棄物のうち全ての有機物は、部分燃焼
・熱分解して上部に低温熱分解ガスとして排出し、全て
の無機物は最下部で高温で熔融・排出して水砕する熔融
‐低温熱分解工程、前記低温熱分解ガスに伴う微量の有
害物質を中和-吸着-精製する高度精製工程及び生成排水
再生工程で処理し、前記高度精製工程で処理したガスは
完全燃焼で高濃度炭酸ガスを生成する低温触媒燃焼工程
及び高温触媒水蒸気改質工程を経て合成ガスとして生成
し、上記低温触媒燃焼工程及び高温触媒水蒸気改質工程
で生成される前記合成ガスを原料とし、一連の工程で各
種２次製品を生成、活用することを特徴とする酸素富化
ガスを利用した煙突のない廃棄物の完全資源化処理工
程。
【００１９】（２）前記熔融−低温熱分解工程におい
て、熔融−低温熱分解炉上部の廃棄物供給装置から廃棄
物と共存する空気を炭酸ガスで押し出し、前記廃棄物と
添加剤を混合して前記熔融・低温熱分解炉本体に供給
し、下部に設置した酸素富化ガス注入口から流入する燃
料と酸素富化ガスの混合物の高温燃焼で生ずる上昇熱気
流と直接向流接触しながら、前記廃棄物の含有水分蒸発
・乾燥層、熱分解層、完全燃焼層、熔融層を下部へ順次
搬送しながら処理することを特徴とする前記（１）記載
の酸素富化ガスを利用した煙突のない廃棄物の完全資源
化処理工程。
【００２０】（３）前記高度精製工程は、前記熔融・低
温熱分解工程から排出される２００〜６００℃の熱分解
ガスに添加剤を噴射混合して、乾式中和吸着塔で有害物
を吸着中和した後、濾過集塵機で補集する乾式処理工
程、前記乾式処理工程を経ても残留する微量の有害物質
を除去するために、添加剤を添加する湿式中和吸着塔及
び水洗浄塔を経て、微量の有害物質を中和・吸収・除去
精製する湿式処理工程、及び前記湿式処理工程を経ても
残存する極微量の有害物質を特殊触媒または吸着剤によ
って吸着・精製する高度精製工程から成るかあるいは上
記３工程のうちのいずれかを一つ以上の組み合わせから
成ることを特徴とする前記（１）あるいは（２）に記載
の酸素富化ガスを利用した煙突のない廃棄物の完全資源
化処理工程。
【００２１】（４）前記生成廃水再生処理工程は廃水処
理用低温酸化触媒で１次処理し、充填塔型微生物処理を
経て、最終高度浄水処理を行うことを特徴とする前記
（１）あるいは（２）に記載の酸素富化ガスを利用した
煙突のない廃棄物の完全資源化処理工程。
【００２２】（５）高度精製したガスは上記低温触媒燃
焼工程で高濃度炭酸ガスとして生成するか、あるいは高
温触媒水蒸気改質工程で石油代替原料である一酸化炭
素、炭酸ガス及び水素の混合ガスである合成ガスを生成
することを特徴とする（１）、（２）あるいは（３）の
いずれかに記載の酸素富化ガスを利用した煙突のない廃
棄物の完全資源化処理工程。
【００２３】（６）廃棄物に混合する前記添加剤は炭酸
塩、ケイ酸塩および固体燃料と、前記有害ガス精製工程
の集塵機で補集した廃固形物の一部と、前記生成廃水再
生処理工程で発生する濾過残滓及び廃活性炭などの混合
物であることを特徴とする（２）に記載の酸素富化ガス
を利用した煙突のない廃棄物の完全資源化処理工程。
【００２４】（７）熱分解ガスに噴射混合する前記添加
剤は消石灰、水酸化マグネシウムおよび活性炭粉末の混
合物であることを特徴とする（３）に記載の酸素富化ガ
スを利用した煙突のない廃棄物の完全資源化処理工程。
【００２５】（８）有害物質除去のため添加する前記添
加剤は水酸化ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、水酸化
カルシウムおよび炭酸水素カリウムなどのアルカリ系水
溶液の混合液であることを特徴とする（３）記載の酸素
富化ガスを利用した煙突のない廃棄物の完全資源化処理
工程。
【００２６】（９）前記高度精製した生成ガスの複合的
再活用工程において、前記高度精製したガスをそのまま
あるいは炭酸ガスを除去して清浄燃料ガスとして活用、
あるいは前記合成ガス中の一酸化炭素を全て水素に転
換、炭酸ガスを分離後、水素を燃料電池に転用して、熱
併合発電へと活用することを特徴とする（１）、
（２）、（３）あるいは（５）のいずれかに記載の酸素
富化ガスを利用した煙突のない廃棄物の完全資源化処理
工程。
【００２７】（１０）前記高度精製した生成ガスの複合
的再活用工程において、前記合成ガスから低公害燃料で
あるジメチルエーテルの合成および合成過程での未反応
ガスをガスタービンと水蒸気タービンが連繋した複合発
電の燃料として使用することを特徴とする（１）、
（２）、（３）あるいは（５）のいずれかに記載の酸素
富化ガスを利用した煙突のない廃棄物の完全資源化処理
工程。
【００２８】（１１）前記高度精製した生成ガスの複合
的再活用工程において、空気分離過程で発生する窒素と
前記合成ガスから生成される水素ガスでアンモニアを合
成した後、前記アンモニアと前記合成ガスから分離した
炭素ガスの一部で尿素肥料を合成することを特徴とする
（１）、（２）、（３）あるいは（５）のいずれかに記
載の酸素富化ガスを利用した煙突のない廃棄物の完全資
源化処理工程。
【００２９】
【発明の実施の形態】以下に、この発明の実施の形態に
ついて図を用いて、工程別に分けて説明する。
【００３０】第１工程：熔融−低温熱分解炉の構造と機
能 図３、図４および図５は図２の熔融−低温熱分解炉２１
に関する具体図で、図３は熔融−低温熱分解炉の本体と
底部熔融物の熔融排出装置を示し、図４は廃棄物と添加
剤−１を熔融−熱分解炉上部に供給・注入する装置を示
し、図５は排出される熔融物を水砕・分離する装置の構
造を示す図である。
【００３１】図４で廃棄物ならびにこれに適正比率で混
合された添加剤−１は、廃棄物供給装置本体３２１の中
に設置された廃棄物運送装置３２２によって、適正速度
で廃棄物供給装置上部の一番目の空間に連続投入され、
投入された廃棄物は廃棄物断続供給機３２３によって設
定された適正時間帯ごとに、断続的に下から二番目の空
間に送り下げられる。二番目の空間に流入した廃棄物は
三番目の空間である密閉室３２４上段に設置した開閉扉
３２５が開く度ごとに密閉室に降り、廃棄物が降りた直
後に上段開閉扉３２５が閉じ、廃棄物は密封室に閉じ込
められるようになる。この時、炭酸ガス供給施設３２８
の密封室に通じる開閉弁が開きつつ炭酸ガスが一定時間
密封室に流入し、密封室内部の空気を排出口を経て外部
に押し出した後、密封室下段開閉扉３２６が開き、廃棄
物は下の四番目の空間に降りた後、下段開閉扉３２６を
閉める。四番目の空間に降りた廃棄物は自重によって開
いた供給遮断用開閉扉３２７を経て熔融炉上部に投入さ
れる。
【００３２】このように廃棄物を密封室に一旦閉じこめ
た後、炭酸ガスで廃棄物と同伴流入する空気を全て押し
出す理由は、第一に、熔融−熱分解炉から排出される熱
分解ガスと空気中の酸素混合による爆発性ガス形成を防
止するためであり、第二は、吸気混入による最終製品ガ
スの品質劣化と製造工程の効率低下を予防するためであ
る。
【００３３】このような廃棄物の断続投入は、熔融炉か
らの廃棄物処理能力、空気混入許容量などによって、断
続供給周期のみを設定すれば、断続供給のそれぞれの単
位操作は全自動で反復作動することが可能である。最下
段の供給遮断用開閉扉３２７は、廃棄物供給装置の修
理、初期始動時など、廃棄物を供給しない間は熔融−熱
分解炉を閉鎖しておくための開閉扉である。
【００３４】一方、上記各空間で炭酸ガスによって排出
される炭酸ガスと空気の混合ガスは、廃棄物の供給経路
を向流に流れていき、廃棄物から発生する悪臭と共に活
性炭が充填された活性炭吸着塔で、悪臭成分を吸着除去
し、消毒滅菌処理後に大気に放出させ、吸着した活性炭
は周期的に新品に交替し、廃吸着炭は熔融炉に廃棄物と
ともに投入し処理する。
【００３５】前記のような過程を経て熔融−熱分解炉本
体３１１上部投入口３１２に投入された廃棄物とその添
加剤−１は、下部酸素富化ガス注入口３１３から流入す
る酸素と炭酸ガスと水蒸気の混合ガス（酸素富化ガス）
による高温燃焼で生成される高温の上昇気流と直接向流
して接触しつつ、廃棄物に含有された水分の蒸発−乾燥
層、有機物の熱分解層、残留有機物の完全燃焼層を順次
に経て降りてくる。この過程で、廃棄物中の全ての有機
物は部分燃焼及び熱分解し、気体として上昇して排出口
３１４で次の工程に排出され、全ての非可燃性無機物は
高温の熔融層に降りてきて熔融された後で、排出口３１
５を経て水砕槽３３１に排出され、水砕・選別後に骨材
として活用される。
【００３６】前記熔融−低温熱分解炉３１１の物理的構
造は駆動部が全くない単純円筒・垂直型であり、上部か
ら下部に降りるにしたがって内径が多少大きくなり、再
び減少する構造になっている。下降する廃棄物はおよそ
４〜６時間にかかって上昇する熱気流と理想的に向流接
触し、安全で安定的に均質処理されるようになってお
り、最下部（熔融層）には常に熔融物の一定量が１〜２
時間滞留し、水砕槽には常に水が充満されており、排出
する熔融物を急冷・粉砕するようになっている。
【００３７】前記熔融−熱分解炉本体３１１で廃棄物と
共に投入する添加剤−１は、最下段の熔融層で無機物熔
融に必要な熱量供給のために、燃焼速度が遅い固体燃料
と、熔融物の融点低下と流動性を良くする固形物質と、
本工程後段の高度精製工程で発生する補集廃固形物の一
部を適正比率で混合したもので、廃棄物に含まれる無機
物の物性と量によって、添加剤−１の組成と量を適切に
調整して供給し、上述した無機物の熔融に必要な熱量の
供給、熔融物の物性調節の機能だけではなく、廃棄物積
載層における通気性付与も兼ねている。燃焼速度が遅い
固体燃料は、コークス、石炭などを使用して、熔融物物
性の調節用としては主に石灰石、低融点廃ガラスなどを
使用する。
【００３８】一方、無機物の熔融に必要な熱量供給は前
記固体燃料だけではなく、酸素富化ガス注入口３１３に
設置した燃料ガス供給と、後述する熔融層に設置する電
気加熱機によってより効果的に安定的に補完しているの
が本発明技術の特徴である。熔融層内部に設置する電気
加熱機は、熔融物の熔融状態を維持する最も簡便、効果
的で確実な方法であるが、エネルギー費用が高価である
ので最小限に維持して、不足な熱量は燃料ガス供給と固
体燃料供給で補充ようにする。
【００３９】前記熔融−低温熱分解炉本体３１１の運転
温度範囲は熔融層が１，４００〜１，８００℃、燃焼層
が８００〜１，５００℃、部分燃焼・熱分解層が５００
〜１，１００℃、蒸発・乾燥層が２００〜６００℃で、
熔融−低温熱分解炉下部の計器圧力は６０〜６００mmＨ
2Ｏで、上部の計器圧力は＋１３０〜−３０mmＨ2Ｏとな
り、下記の条件によって制御される。
【００４０】
【表１】
【００４１】前記熔融・熱分解炉下段にある熔融層の熔
融物排出方法には三つの類型（３１７−Ａ、３１７−
Ｂ、３１７−Ｃ）があり、下記のような類型別特徴を勘
案して選択、適用される。各類型別構造と特徴は次のよ
うである。
【００４２】断続手動排出型（３１７−Ａ）：熔融層下
段に横に排出口があり、排出口を粘土で閉鎖しておい
て、熔融物が所定量生成された後、周期的に閉鎖粘土を
破砕して熔融物を水砕槽に排出させ、再び粘土で排出口
を閉鎖する手動断続排出型である。構造は最も単純であ
るが、周期的に手動排出するために、排出口の閉鎖・開
口という操作に更に装備と人力が必要となり、排出時に
閉鎖操作が遅れると熔融物が全て排出されると共に、高
温のガスまでも排出されるなどの欠点があり、操作が複
雑で熟練度が要求される。
【００４３】熔融層の中には無機物の熔融状態をより安
定に維持するために電力加熱装置を設置して、熔融状態
維持を自動制御している。
【００４４】連続溢流排出型（３１７−Ｂ）：熔融層の
中に溢流（オーバーフロー）装置を設置し、熔融層の液
位が一定値（内部圧力によって多少変わる）以上なら
ば、溢流管を経て熔融物が連続的に溢れ流れ出してくる
ようになっている。ただし、熔融物を全て排出させる必
要性がある場合に備えて、熔融層最下部には３１７−Ａ
型のような排出口を備えている。
【００４５】連続自動排出型（３１７−Ｃ）：熔融物排
出口側に水砕槽を直結して密封し、水砕槽と熔融層上部
との差圧制御で熔融層の熔融物液位を一定に維持しなが
ら熔融物を連続自動排出させる方法である。差圧制御は
水砕槽と熔融層上部空間との間を連結した管に設置した
差圧制御弁（ＤＰＣＶ）を制御することによってなされ
る。一方、熔融物排出口の最下段には排出口の開けた程
度を適切に調整する開口設定装置が設置されている。さ
らに水砕槽には一定水位を維持する通常の制御装置（図
では省略）が設置されている。
【００４６】図５には熔融層から排出された熔融物が水
砕槽３３１で水砕された後に、水中から水砕物を取り出
す運送装置３３２、次いで磁選機３３３で鉄材と非鉄材
に分離回収する代表的な装置の構造と機能を示す。必要
によっては渦電流を用いて非鉄金属も別途に選別するこ
とができる。
【００４７】前記熔融−低温熱分解炉２１での酸素富化
ガス中の酸素濃度は２５〜５０％の範囲で制御し、希釈
ガスに使用する炭酸ガスは主に後段の触媒燃焼工程２４
で生産される炭酸ガスの一部を回送して使用し、水蒸気
も同様に、後段工程の熱回収ボイラーで生成される水蒸
気の一部を使用する。
【００４８】炭酸ガスと水蒸気中のいずれも酸素濃度の
希釈用ガスとして使用できるが、最終製品が炭酸ガスで
ある場合には炭酸ガスだけを使用するのが好適であり、
最終製品が合成ガスで、Ｈ2／ＣＯ比率を高めようとす
る場合には主に水蒸気を使用する。
【００４９】以上のような構造と機能を持った熔融−熱
分解炉２１上部で最終排出される低温熱分解ガスは、そ
の主成分が水素、一酸化炭素、二酸化炭素及び水蒸気で
あり、その外約５％以内の重質炭化水素（ＣＨ4、Ｃ2Ｈ
4など）などで構成されていて、主たる不純物は塩酸ガ
ス、硫化水素、窒素、酸素、などが総量１％以下で、こ
のほかに廃棄物の成分による極微量有害物質とダイオキ
シン類、重金属類及び同伴する固形微粒子（未燃カーボ
ン、灰分など）などを含有したまま２００〜６００℃の
温度で、次の高度精製工程２２に流出する。この過程で
同伴固形微粒子の含有量は、最上部廃棄物の積載層を通
過する過程で相当量濾過除去され、従来焼却炉の燃焼ガ
ス中に含有する固形微粒子の量よりも著しく少ないとい
うのがもう一つの本発明技術の特徴である。
【００５０】第２工程：熱分解ガスの高度精製工程と生
成廃水の再生工程 図６は図２の高度精製工程２２の詳細図で、熔融−低温
熱分解炉２１から排出される２００〜６００℃の熱分解
ガス中に含有されている各種有害ガスを精製する細部工
程の順序を示しており、図２の低温触媒燃焼工程２４あ
るいは高温水蒸気改質工程２５によって完全燃焼または
合成ガスに改質する以前に、乾式処理−湿式処理−高度
処理に大別される工程を経ることによって、低温熱分解
ガスに含有される極微量の有害物質まで全て除去する高
度精製をしている。
【００５１】前記乾式処理は消石灰（水酸化カルシウ
ム）と活性炭粉末などを主成分とする添加剤−２を熱分
解ガスに噴射混合して、乾式中和吸着塔４１で有害物を
中和・吸着した次に、濾過集塵機４２で廃吸着剤を補集
して一部は前記熔融−低温熱分解炉２１に回送して、残
りは外部に排出され、気体は湿式中和吸着塔４３に移送
される。前記添加剤−２は酸性ガスの中和処理と微量の
極毒物のダイオキシン、重金属類などを吸着除去する機
能を持つ。消石灰の注入量は廃棄物重量の１−５％、活
性炭は処理対象気体１Ｎｍ3当たり１００〜５００ｍｇ
注入して、反応温度は低いほど好ましく、最高２００℃
を超えてはならず、接触反応時間は長いほど好ましく、
最小２秒以上にしならなければならない。特に、活性炭
はその品質をよく選定しなければならない。乾式処理過
程で補集した廃添加剤の一部は添加剤−１の組成物とし
て、前記熔融・低温熱分解炉２１で再び用いられ、残り
は固化させて埋めたり、別工程の特殊熔融炉で、廃水処
理工程から排出される濾過残滓と共に重金属を回収再活
用する。
【００５２】湿式中和処理は前記乾式処理後にも残留す
る微量の有害物質に再び苛性ソーダと生石灰など（Ｎａ
ＯＨ、ＮａＨＣＯ3、Ｃａ(ＯＨ)2、ＫＨＣＯ3）を主成
分とする水溶液である添加剤−３を湿式中和吸着塔４３
に添加して、微量の有害物質を中和−吸収した後で水洗
浄塔４５で純水洗浄をする。前記微量の有害物質を中和
−吸収−除去−精製する処理工程では、水溶液中のアル
カリは使用目的に応じて低濃度から１０％の濃度の溶液
を使用する。
【００５３】最後に、高度精製処理は高性能精製工程４
７で高性能触媒あるいは特殊活性炭によって前記湿式処
理工程を経ても残存する極微量の有害物質を吸着―精製
する工程で、特に有機硫黄化合物から硫黄を回収しよう
とする場合には、高性能精製工程に送る前に、まず、硫
黄回収工程４６で液体触媒溶液による硫黄回収工程を追
加することもでき、これらの場合には最終高性能精製工
程の負荷を軽減させることができる。
【００５４】なお、前記乾式処理−湿式処理−高度処理
の３段階の工程の内、一部工程は廃棄物の種類及び目的
によっては省略することができる。
【００５５】前記湿式処理工程で生成される廃水は廃水
再生工程４４に送られる。
【００５６】図７は図６の湿式処理工程で生成される廃
水を再生処理の順序を示した工程図で、図に示すように
廃棄物中和槽５１、沈殿槽５２及び濾過機５３、触媒酸
化槽５４、微生物処理塔５５、高度浄水機５６を経る。
更に具体的に述べると、廃水処理用低温酸化触媒で１次
処理し、以降、従来の曝気式とは異なる酸素を供給する
充填塔型高性能処理技術を適用して微生物処理を行うこ
とによって、廃水処理の総体的処理性能と経済性を向上
させ、最終高度浄水機では使用場所の用途と水質の要求
条件によって活性炭吸着法、逆浸透圧法、オゾン処理
法、オゾン＋触媒処理法、イオン交換樹脂法など、既存
の知られた方法を使用することができる。一方、廃水処
理工程から排出される濾過残滓は、乾式精製工程でのよ
うにその一部は熔融炉に回送し、残りは固化後、埋めた
り、別工程の熔融炉で重金属を回収処理する。
【００５７】第３工程：低温触媒燃焼工程と高温触媒水
蒸気改質工程 図２の高度精製工程２２で生産される常温の熱分解ガス
は、その保有熱量が１，５００〜２，０００ｋｃａｌ／
Ｎｍ3になる清浄燃料ガスとして、用途があればそのま
ま活用できる。しかし、用途に適合しなかったり、より
付加価値のある活用をしようとする場合、この燃料ガス
を再び低温触媒燃焼工程２４あるいは高温触媒水蒸気改
質工程２５で、触媒存在下に完全燃焼して高濃度炭酸ガ
スを生産したり、水蒸気改質して石油代替燃料である合
成ガス（Ｈ2＋ＣＯ＋ＣＯ2の混合ガス）を生成すること
もできる。
【００５８】図８（ａ）は低温触媒燃焼工程を図８
（ｂ）は高温触媒水蒸気改質工程をそれぞれ示したブロ
ック図である。
【００５９】図８（ａ）で高度精製ガスを予熱熱交換機
６１１で触媒燃焼反応に必要な温度である３００〜４０
０℃で予熱した後、触媒燃焼塔６１２に酸素富化ガスと
共に送り塔内触媒層で完全燃焼させる。触媒塔は燃焼時
に発生する多量の熱量を効果的に除去するために管型反
応器（Tublar Reactor）を用い、管内部に触媒を充填
して外部は処理水を循環させ、燃焼熱を吸収して熱回収
ボイラー６１３で水蒸気を生成する。
【００６０】触媒塔で完全に燃焼した炭酸ガスの熱は熱
回収ボイラー６１３と予熱熱交換機６１１にて回収さ
れ、冷却−凝縮塔６１４で常温へと冷却する間に同伴す
る水蒸気を全て凝縮−分離して工程水として使われると
共に、高濃度の炭酸ガスを生成される。
【００６１】高濃度炭酸ガスには５％以内の残留酸素と
微量の不活性ガスである窒素、アルゴンだけが含有され
ている清浄ガスとして、炭酸ガス液化工程６１５を経
て、液体炭酸を生成することができ、液体炭酸固化工程
６１６を経て、固化炭酸（ドライアイス）を生成するこ
ともできる。これ以外に、炭酸ガスは尿素肥料、ソーダ
灰、各種炭酸塩などの原料として活用できる。
【００６２】図８ｂは高度精製ガスから石油代替燃料で
ある合成ガスを生産する過程を示すブロック図で、高度
精製ガスはまず予熱熱交換機６２１で３００〜４００℃
に予熱された後、適正量の水蒸気と酸素ガスと共に触媒
を充填した高温触媒水蒸気改質塔６２２で熱分解ガスを
合成ガスに転換できる。この塔で起こる化学反応は９０
０〜１，１００℃の温度で熱分解ガス中に含有するメタ
ンを始めとした重質炭化水素ガスを全て水素、一酸化炭
素、炭酸ガスなどの合成ガスに転換させる吸熱反応であ
り、吸熱反応に必要な熱量は酸素供給によるガスの一部
燃焼熱によって供給される。
【００６３】高温触媒水蒸気改質塔６２２で生成された
高温（９００〜１，１００℃）の合成ガスは、熱回収ボ
イラー６２３で水蒸気を生成し、次いで予熱熱交換機６
２１に予熱を提供した後、冷却−凝縮塔６２４で常温へ
と冷却される間に、同伴する水分を全て工程水に分離
し、常温の合成ガスとして排出される。
【００６４】合成ガスは石油代替燃料として多様な石油
製品を生成できるが、図８（ｂ）では代表的な例示とし
て清浄液体燃料であるＤＭＥ（ジメチルエーテル）を生
成する場合のみが示されている。ＤＭＥは５０〜１００
気圧の圧力、２００〜２５０℃の温度下で触媒による反
応として生成される。その主反応は次のようである。
【００６５】 2CO+4H2→CH3COCH3+H2O -49,000kcal/kg-mole(発熱) 3CO+3H2→CH3COCH3+CO2 -58,800kcal/kg-mole(発熱) 前記のように触媒を利用して完全燃焼あるいは水蒸気改
質を行う理由は、触媒を利用しない場合よりも低い温度
でより完全な燃焼と水蒸気改質がなされて、結果的に工
程全体の効率が向上されるためである。
【００６６】第４工程：生産ガスの再活用工程 図９は本発明によって生産される炭酸ガスと合成ガスを
原料とする代表的な２次製品の製造連繋工程図であり、
事例−１は容量規模に関係なく適用可能な工程であり、
事例−２、事例−３は大規模容量に適用するのが適合し
た工程である。
【００６７】事例−１では、高度精製ガスをそのままあ
るいはその中に含有される炭酸ガスを分離した後に、清
浄燃料ガスとしても活用でき、そのような用途が不適合
な場合には、水性ガス転換触媒塔で一酸化炭素を全て水
素ガスに転換した後、炭酸ガスを分離して水素ガスを生
成し、水素ガスを必要とする化学工業に活用するか、あ
るいは燃料電池による環境親和性がある高効率分散型熱
併合発電を行う連繋工程に活用することもできることを
示したものである。この過程で併産される高濃度炭酸ガ
スと窒素も需要場所さえあればそれぞれ活用できる。
【００６８】事例−２では本発明で生成される合成ガス
から低公害燃料（特に軽油代替用清浄燃料）であるジメ
チルエーテル（ＤＭＥ）を経済的に生産する製造連繋工
程図を示しているが、ＤＭＥ合成で未反応物は再循環さ
せ全てＤＭＥに合成することもでき、複合発電（ガスタ
ービン発電＋スチームタービン発電）の燃料として使用
し、発電を兼ねることもできる。特に、ＤＭＥを自動車
用軽油代替燃料として使用する時には、都市公害を大幅
に緩和することができる。この場合にも前記のように、
剰余炭酸ガスと空気分離から併産される窒素は別途に再
活用できる。
【００６９】事例−３では空気分離工程と廃棄物資源化
工程で得た窒素と水素ガスで、まずアンモニアを生産
し、続いて炭酸ガスと反応させ尿素肥料を生産する連繋
工程図を示したもので、原油を使用しないで廃棄物の全
量資源化処理で液体アンモニアと尿素肥料を併産できる
経済性が優秀な高効率連繋工程である。この場合にも前
記のように剰余炭酸ガスと空気分離から併産される窒素
は別途に再活用できる。
【００７０】生活廃棄物１トンから生産できる最終製品
量は、それぞれ水素ガスでは３０〜６０ｋｇ、メタノー
ルの場合で１６０〜３２０ｋｇ、ＤＭＥの場合で１１５
〜２３０ｋｇ、アンモニアで１４０〜２８０ｋｇ、尿素
肥料では２３０〜４７０ｋｇ生成でき、産業廃棄物の場
合にはおよそ上記の２倍量の製品が得られる。
【００７１】
【発明の効果】前記のように、本発明は廃棄物を高濃度
炭酸ガス、清浄燃料ガスあるいは石油代替用合成ガス、
工業用水及び無機物の熔融再活用品などに完全資源化す
ることによって経済性が革新され、資源と環境を同時に
保全できる効果を持つ。すなわち、廃棄物は焼却または
埋込み処理の対象であるという観念から脱し、製品生成
への完全活用という観念に転換させる発明である。
【００７２】さらに、低温熱分解ガスを、低温触媒燃焼
あるいは高温触媒水蒸気改質する前に、有害物質を事前
に元から除去・処理することによって、後続工程で有害
物質による多様な副作用を一掃し、工程の全般的な性能
を改善できる効果を持つ。
【００７３】ひいては、本発明は、多大な注目を集めて
いる廃棄物焼却炉の煙突をなくすことによって、煙突の
汚染物質による膨大な社会的費用を節減し、住民の共感
を得ることによって社会安定化に寄与でき、さらに地球
温暖化の主原因物質である炭酸ガスの放出を低減できる
など多様な効果を持つ。
【００７４】本発明は各種生活廃棄物、産業廃棄物、埋
込み廃棄物以外にも、低質炭、各種バイオマス類（植物
や動物の死体など）を原料にできる。また、本発明は燃
料を使用する一般燃焼炉にまで応用できる。ただし、燃
料を使用する一般燃焼炉では経済性の側面を考慮しなけ
ればならない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 既存の廃棄物焼却工程図
【図２】 本発明による廃棄物の全量資源化工程を示す
ブロック図
【図３】 本発明の熔融−低温熱分解炉本体の構造と機
能を示す図
【図４】 本発明の熔融−低温熱分解炉の上部廃棄物供
給装置の構造と機能を示す図
【図５】 本発明中熔融-低温熱分解炉の下部熔融物排
出−水砕−分離装置の構造と機能を示す
【図６】 本発明の有害ガスを除去する高度精製工程を
示すブロック図
【図７】 本発明の生成廃水を処理する廃水再生工程を
示すブロック図
【図８】 本発明によって生産される高度精製ガスから
高濃度炭酸ガスあるいは合成ガスを経て、代表的な２次
製品のＤＭＥを生産する連繋工程図を示すブロック図
【図９】 本発明の廃棄物を資源にした連繋工程の代表
的活用システムのブロック図
【符号の説明】
１ １次燃焼炉 ２ ２次燃焼炉（再燃炉） ３ 廃熱回収ボイラー ４ 後処理工程 ５ 煙突 ２１ 熔融−低温熱分解炉 ２２ 高度精製工程 ２３ 廃水再生工程 ２４ 触媒−燃焼工程 ２５ 触媒−水蒸気改質工程 ３１１ 熔融−低温熱分解炉本体 ３１２ 廃棄物投入口 ３１３ 酸素富化ガス注入口 ３１４ 低温熱分解ガス排出口 ３１５ 熔融物排出口 ３１６ 耐火−断熱材 ３１７−Ａ 熔融層構造Ａ型（断続手動排出型） ３１７−Ｂ 熔融層構造Ｂ型（連続溢流排出型） ３１７−Ｃ 熔融層構造Ｃ型（連続自動排出型） ３２１ 供給装置本体 ３２２ 廃棄物運送装置（コンベア） ３２３ 廃棄物断続供給機 ３２４ 廃棄物密封室 ３２５ 密封室上部開閉扉 ３２６ 密封室下部開閉扉 ３２７ 供給遮断開閉扉 ３２８ 炭酸ガス供給施設 ３２９ 炭酸ガス排出管 ３３１ 水砕槽 ３３２ 水砕物排出機 ３３３ 水砕物磁場分離機 ４１ 乾式中和吸着塔 ４２ 濾過集塵機 ４３ 湿式中和吸着塔 ４４ 廃水再生工程 ４５ 水洗浄塔 ４６ 硫黄回収工程 ４７ 高性能精製工程 ５１ 中和槽 ５２ 沈澱槽 ５３ 濾過機 ５４ 触媒酸化槽 ５５ 微生物処理塔 ５６ 高度浄水機 ６１１ 予熱熱交換機 ６１２ 触媒燃焼塔 ６１３ 熱回収ボイラー ６１４ 冷却凝縮塔 ６１５ 炭酸ガス液化工程 ６１６ 液体炭酸固化工程 ６２１ 予熱熱交換機 ６２２ 水蒸気改質触媒塔 ６２３ 熱回収ボイラー ６２４ 冷却凝縮塔 ６２５ 炭酸ガス分離工程 ６２６ ＤＭＥ合成工程
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ０１Ｊ 4/00 １０５ Ｃ０２Ｆ 3/26 Ｃ０２Ｆ 1/74 1/00 Ｍ 3/26 Ｂ０９Ｂ 3/00 ＺＡＢ // Ｃ０２Ｆ 1/00 ３０３Ｋ

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 酸素富化ガスを利用した廃棄物処理工程
    において、廃棄物のうち全ての有機物は、部分燃焼・熱
    分解して上部に低温熱分解ガスとして排出し、 全ての無機物は最下部で高温で熔融・排出して水砕する
    熔融−低温熱分解工程、 前記低温熱分解ガスに伴う微量の有害物質を中和−吸着
    −精製する高度精製工程及び生成排水再生工程で処理
    し、 前記高度精製工程で処理したガスは完全燃焼で高濃度炭
    酸ガスを生成する低温触媒燃焼工程及び高温触媒水蒸気
    改質工程を経て合成ガスとして生成し、 上記低温触媒燃焼工程及び高温触媒水蒸気改質工程で生
    成する前記合成ガスを原料とし、一連の工程で各種２次
    製品を生成、活用することを特徴とする酸素富化ガスを
    利用した煙突のない廃棄物の完全資源化処理工程。
  2. 【請求項２】 前記熔融・低温熱分解工程において、熔
    融・低温熱分解炉上部の廃棄物供給装置から廃棄物と共
    存する空気を炭酸ガスで押し出し、前記廃棄物と添加剤
    を混合して前記熔融−低温熱分解炉本体に供給し、下部
    に設置した酸素富化ガス注入口から流入する燃料と酸素
    富化ガスの混合物の高温燃焼で生ずる上昇熱気流と直接
    向流接触しながら、前記廃棄物の含有水分蒸発・乾燥
    層、熱分解層、完全燃焼層、熔融層を下部へ順次搬送し
    ながら処理することを特徴とする請求項１記載の酸素富
    化ガスを利用した煙突のない廃棄物の完全資源化処理工
    程。
  3. 【請求項３】 前記高度精製工程は、前記熔融・低温熱
    分解工程から排出される２００〜６００℃の熱分解ガス
    に添加剤を噴射混合して、乾式中和吸着塔で有害物を吸
    着中和した後、濾過集塵機で補集する乾式処理工程、 前記乾式処理工程を経ても残留する微量の有害物質を除
    去するために、添加剤を添加する湿式中和吸着塔及び水
    洗浄塔を経て、微量の有害物質を中和・吸収・除去・精
    製する湿式処理工程、 及び前記湿式処理工程を経ても残存する極微量の有害物
    質を特殊触媒または吸着剤によって吸着・精製する高度
    精製工程から成るかあるいは上記３工程のうちのいずれ
    かを一つ以上の組み合わせから成ることを特徴とする請
    求項１あるいは請求項２に記載の酸素富化ガスを利用し
    た煙突のない廃棄物の完全資源化処理工程。
  4. 【請求項４】 前記生成廃水再生処理工程は廃水処理用
    低温酸化触媒で１次処理し、充填塔型微生物処理を経て
    最終高度浄水処理を行うことを特徴とする請求項１ある
    いは請求項２に記載の酸素富化ガスを利用した煙突のな
    い廃棄物の完全資源化処理工程。
  5. 【請求項５】 高度精製したガスは上記低温触媒燃焼工
    程で高濃度炭酸ガスとして生成するか、あるいは高温触
    媒水蒸気改質工程で石油代替原料である一酸化炭素、炭
    酸ガス及び水素の混合ガスである合成ガスを生成するこ
    とを特徴とする請求項１、請求項２あるいは請求項３の
    いずれかに記載の酸素富化ガスを利用した煙突のない廃
    棄物の完全資源化処理工程。
  6. 【請求項６】 廃棄物に混合する前記添加剤は炭酸塩、
    ケイ酸塩および固体燃料と、前記有害ガス精製工程の集
    塵機で補集した廃固形物の一部と、前記生成廃水再生処
    理工程で発生する濾過残滓及び廃活性炭などの混合物で
    あることを特徴とする請求項２に記載の酸素富化ガスを
    利用した煙突のない廃棄物の完全資源化処理工程。
  7. 【請求項７】 熱分解ガスに噴射混合する前記添加剤
    は消石灰、水酸化マグネシウムおよび活性炭粉末の混合
    物であることを特徴とする請求項３に記載の酸素富化ガ
    スを利用した煙突のない廃棄物の完全資源化処理工程。
  8. 【請求項８】 有害物質除去のため添加する前記添加
    剤は水酸化ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、水酸化カ
    ルシウムおよび炭酸水素カリウムなどのアルカリ系水溶
    液の混合液であることを特徴とする請求項３記載の酸素
    富化ガスを利用した煙突のない廃棄物の完全資源化処理
    工程。
  9. 【請求項９】 前記高度精製した生成ガスの複合的再
    活用工程において、前記高度精製したガスをそのままあ
    るいは炭酸ガスを除去して清浄燃料ガスとして活用、あ
    るいは前記合成ガス中の一酸化炭素を全て水素に転換、
    炭酸ガスを分離後、水素を燃料電池に転用して、熱併合
    発電へと活用することを特徴とする請求項１、請求項
    ２、請求項３あるいは請求項５のいずれかに記載の酸素
    富化ガスを利用した煙突のない廃棄物の完全資源化処理
    工程。
  10. 【請求項１０】 前記高度精製した生成ガスの複合的
    再活用工程において、前記合成ガスから低公害燃料であ
    るジメチルエーテルの合成および合成過程での未反応ガ
    スをガスタービンと水蒸気タービンが連繋した複合発電
    の燃料として使用することを特徴とする請求項１、請求
    項２、請求項３あるいは請求項５のいずれかに記載の酸
    素富化ガスを利用した煙突のない廃棄物の完全資源化処
    理工程。
  11. 【請求項１１】 前記高度精製した生成ガスの複合的
    再活用工程において、空気分離過程で発生する窒素と前
    記合成ガスから生成される水素ガスでアンモニアを合成
    した後、前記アンモニアと前記合成ガスから分離した炭
    素ガスの一部で尿素肥料を合成することを特徴とする請
    求項１、請求項２、請求項３あるいは請求項５のいずれ
    かに記載の酸素富化ガスを利用した煙突のない廃棄物の
    完全資源化処理工程。
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