JP2001517270A - 金属および有機物質を含有する材料の金属分離を含む処理工程 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は低温で溶融するアルミニウムまたは同様な金属および有機物質を含む原料の、金属分離を含む、処理方法に関する。本発明は特にアルミニウム箔、ポリマー材料および可能性のある繊維残渣からなる液体容器廃棄物の処理を意図しており、アルミニウムを回収しならびに有機物質を燃料として使用する。本発明に従って、原料（５）を泡立ち流動床（３）へ導入し、ここで有機物質を存在する金属の融点より高い温度でガス化する。流動床から移動したガスおよび運ばれた金属は、水（６）のような冷却媒体をガス流中で混合することにより、続いて金属の融点未満の温度へ冷却する。固体金属粒子は結局例えばサイクロン（８）によりガスから分離され、そしてガス流は多分燃焼の前にろ過する。

Description

【発明の詳細な説明】 金属および有機物質を含有する材料の金属分離を含む処理工程 本発明は、低温で溶融するアルミニウムまたは同様な金属および有機物質を含 む原料の、金属分離を含む処理工程に関する。 本発明に従って処理される原料は、主に金属アルミニウムを含む包装廃棄物か らなり、これはアルミ箔に加えポリマー材料および多分また繊維残渣をも含有す る。本処理は、有機物質の発熱力の利用および／または貴重なアルミニウムまた は他の同様な金属の回収を目的としている。 エネルギー生産へのアルミニウムを含むこのような廃棄材料の利用は、これま で公知の燃焼またはガス化技術によっては、非常に難しくまたは制御が不可能で さえあった。この問題は灰分成分によるものであり、これは適用する転化技術を 考慮すると低温で溶融し、そしてこのように反応空間の壁上に有害な沈積物を形 成し、そしてまた流動床の焼結および他の工程の破壊を引き起こす傾向がある。 同時に、アルミニウム回収が目的である場合には、回収は不十分である。 本発明の目的は、金属アルミニウムまたは同様の原料で両者とも容易に溶融す る金属および有機物質を含有する包装廃棄物を処理するための解決法を提供する ことであり、これは上述の問題を克服しならびにこれは、状況によって、有機物 質および金属の両者を役立たせそして回収できるようにする。本発明に従う方法 は、金属および有機物質を含む原料が泡立ち流動床へ導入され、ここでは有機物 質は存在する金属の融点より高い温度でガス化され、流動床より取り除いたガス およびこれに伴う金属はガス流へ冷却媒体を混合することにより金属の融点未満 へ冷却され、そして固体金属粒子はこの後ガスから分離されるという事実により 特徴づけられる。 本発明に従って、流動床において制御した温度で行ったガス化ならびに流動床 から取り除いたガスを引き続いて冷却することが、金属および／または灰分が流 動床中の懸濁粒子、反応空間の壁およびガス排出ダクトへ付着しないでガス流に よって運ばれた固体粒子へ金属を転化することが確認されている。多分、流動床 で生成した溶融金属粒子は直ちに保護酸化物層で覆われ、これは粒子の付着を実 質的に減少する。更に、反応空間の適切な形状は、粒子が付着するであろう壁へ の衝突を防ぐことができる。本発明で必要とする泡立ち流動床は、循環反応器で 循環する粒子に比べ、流動化速度を制御し流動床が反応空間で特定の、実質的に 一定の高さを有するようにすることにより作り出される。これらの状況は安定な プロセス条件となり、これはプロセスがうまく行くのに極めて重要である。 本発明の方法により、包装廃棄物中の有機物質または他の同様な原料は、従っ て存在する金属に妨げられることなく、エネルギー生産の為にガス化および利用 することができ、同時に金属は可能な再利用のために回収できる。エネルギー生 産がこの方法の主な目的であり、回収した金属は次に潜在価値がこの工程の収益 性を増すであろう副産物である。しかしながら、この方法の主な目的は同様にガ ス化される有機物質を取り除くことにより貴重な金属を回収することで十分あり 、そしてこの場合ガスは、これは多分利用され、本方法の副産物を構成する。 本発明に従って利用される原料は、主に上述のアルミニウムを含むポリマー材 料と包装廃棄物であり、これはプラスチック／アルミニウム包装材および液体容 器の再利用で生じるアルミニウム、ポリマー材料と繊維残渣を含む廃棄物の破片 のようなものである。このような、約５から１５％の金属アルミニウムを含みお よびこの中に繊維が約１％を占める破片は、再利用の液体容器の残りであり、こ の容器から解繊の為に繊維層がはがされている。ここで述べる廃棄材料は、約０ ．５から５ｃｍの直径を有するチップ状またはストライプ状片の形状で、流動床 へ導入することができる。流動床に懸濁した粒子材料は処理されるべき原料の品 質および本方法の目標により変えることができる。もし金属アルミニウムをでき るだけ純粋な形で回収するのなら、用いる粒子は好ましくは砂または酸化アルミ ニウムのような、ほとんど粉砕できない材料である。対照的に、純粋な金属の回 収を目的としない、容易にタールを形成する原料の処理において、懸濁粒子はま た石灰石またはドロマイトのような粉砕できる材料からなることができる。溶融 材料が時の経つうちに懸濁した粒子に付着するのであれば、これらの粒子は定め た限度内で粒子径を維持して元へ戻すことができる。適切な砂の粒子径は、例え ば０．３から１ｍｍの範囲である。 本発明に従って、流動床における有効なガス化温度は好ましくは約６７０から ９００℃の範囲であり、これはアルミニウムの融点を超えおよび包装材料に用い るポリマーのガス化に十分である。もしこの材料が繊維を含むなら、ガス化温度 は好ましくは少なくとも約８５０℃である。流動床の温度は処理されるべき原料 の流動化ガスに対する供給割合により、このガスは適当には空気または空気およ び水蒸気の混合物であり、すなわち空気係数により、金属の融点を超える温度な らびに同時に生産する灰分の融点と等しいかまたはそれ以上の温度へ到達するよ うに制御される。この材料により、流動床の温度は無機灰分材料の理論的融点よ り１５０までから２００℃高い温度に制御下で維持できる。流動化速度、これは 好ましくは最低流動化速度（Ｖ_mf）の四倍超ほど高く、そしてこれによる流動化 床の高さは、有機物質が効果的に酸素、水蒸気およびいかなる存在するガスとも 反応するように反応空間で保持時間を調整するのに用いる。流動化速度は代表的 には０．５から３．０ｍ／秒の範囲である。有機物質の反応生成物およびガス化 したガスは、主にガス状でありならびに多分存在するであろう重い、縮合可能な 炭化水素の比率が低い。 温度が原料に含まれる金属の融点を超える流動床において、その金属は少なく とも部分的に溶融または蒸発さえするだろう。しかしながら、溶融金属の有害な 凝集または境結はガス化条件により避けられ、この条件は、上述のように温度、 保持時間、反応空間の形状およびいかなる溶融粒子の表面の酸素化のようなもの である。ガス化反応は、好ましくは真直ぐなおよび平らな壁の垂直反応容器で行 われ、ここでガスおよび運ばれる粒子が固体の障害物にあたる危険は最小に減少 される。 冷却媒体は、好ましくは同一の垂直反応容器の流動床の上のガス流に加える。 この供給はガスおよび運ばれる粒子の温度を、金属の融点未満、好ましくは６０ ０℃未満の温度へ下げる。上昇ガス流へ注入された水は有効な冷却媒体であり、 しかしながら、冷たい窒素ガスまたは窒素ガスと水の混合物もまた用いることが できる。 冷却後、固体金属粒子はガス流から、最も効果的にはサイクロンにより分離す る。その密度および粒径に基づき分離される金属粒子、灰分およびいかなる未反 応の炭素については、異なった寸法の数回の引き続いたサイクロンを用いること ができる。ガス流からの灰分及びほこりの最終的な分離はサイクロンに引き続い たろ過により行うことができる。高温フィルターを用いることができ、または任 意に、ガスがこれらの間で冷却される場合には、バッグフィルターを用いること ができる。後者の場合、タールは目詰まり問題を伴い、これは、しかしながら、 タールをサイクロン分離およびろ過の間で砕くことのより避けることができる。 ガス流からの金属粒子および他の固体粒子の分離において、サイクロンの代り にフィルターのみを用いることもまた可能である。 本発明は、最初に添付の図面（図１）、続いて本発明に係わる工程の実施例に 関して以下に更なる詳細を記載する。 添付の図面は、これにより本発明の方法が実行できる装置の一部分を説明して いる。本装置は、平らな壁を有しおよび流動床反応器として働き、および底の部 分に格子２そしてこの上に泡立ち流動床３を含有する垂直反応容器１を含み、こ の流動床は底から上方へ上昇する空気流４中で流動化される。流動床３中で懸濁 した粒子は、例えば約０．３から１．０ｍｍの径の砂粒である。処理されるべき 材料は流動床３に加えることができ（矢印５）、および反応容器１の上部に、反 応容器内を上昇するガス流へ注入される冷却媒体の為の供給パイプ６を備えてい る。反応容器１の上端は、ガスにより運ばれた固体粒子を分離するための、ダク ト７を備えたサイクロン８に結合している。分離した固体粒子はサイクロンの下 端９を通して取り除かれ、そしてそのガスの流れは残りの固体物質の最終分離の 為にダクト１０からフィルター１１を通って続く。得られたガス化したガスは、 ダクト１２の中を進みガス燃焼する。 本装置で処理しガス化する材料は、代表的には金属アルミニウム、ポリマー材 料および少量の繊維残渣からなる包装廃棄物５であり、これは約０．５から５ｍ ｍの小片として流動床３へ側面または下面から導入される。この場合、流動床に おける有効なガス化温度は約８５０℃である。有機物質ならびに金属および灰分 により形成した粒子により形成したガスは、これらは少なくとも部分的に溶融状 態であってもよく、反応器１内を上昇し、反応器上部の冷却媒体６、これは反応 器空間に注入した冷水のようなもの、に到達する。このガス温度は次に６００℃ 未満に下がり、この温度で運ばれた粒子は固体に変わる。この後、サイクロン８ はガス流から固体アルミニウム粒子を分離し、このガス流はエネルギーを生産す るため、ろ過１１後、燃やされる。実施例１ アルミニウム箔、ポリエチレン合成樹脂および少量の繊維からなる液体容器廃 棄物が、試験装置の流動床でガス化され、この装置において反応器の内径は１５ ４ｍｍおよび格子表面からガス排出ダクトまでの有効高さは約７．５ｍであった 。以下の表１は細かく裂いた廃棄物の主要なパラメーターを記述する。 試験装置の狭い反応空間により、廃棄物はフルスケールの工業的ガス化プラント での場合より更に細かく裂いた形状へ細分した。 流動床で懸濁した粒子は主な直径０．５から１．０ｍｍの砂粒であった。この 流動床は格子の下から導くガス流、これは空気と水蒸気の混合物であり、により 流動状態に保たれ、その結果空気流速は６．７ｇ／秒および水蒸気流速は０．７ ５ｇ／秒であった。ガス化する廃棄物は、空気係数が０．２４であり、廃棄物質 量流量２．８ｇ／秒が得られるようにスクリューコンベアにより流動床の底部に 導入した。ガス化温度は流動床で８１５℃であり、そしてこの温度での計算した 流動化速度は１．２ｍ／秒であった。水と窒素の混合物を、反応空間へそれぞれ １．５ｍｍおよび１．７ｍｍの直径の二つのノズルを通して、廃棄物供給点の約 １．５ｍ上の反応空間へ注入した。試験装置の小さなサイズにより、この注入は 最適に配置することはできなかった。５４５℃の温度が反応器上部への注入によ り冷却したガス流に対し測定され、および３５ｍ³ｎ／時間が乾燥生成ガスの流 速として測定された。 ガス化の重大なパラメーターおよび生じたガスを表２に示す。ガス化試験の全 体の継続時間は８時間であり、そしてこの期間中工程で問題はなかった。溶融ア ルミニウムの影響で懸濁した粒子が凝集する危険により、試験期間中砂粒のサン プルを取った。しかしながら、これらのサンプルは何も撓結の徴候を示さなかっ た。試験後、廃棄物供給スクリューを取り除きそして反応空間の内部を付着物が あるか見つけるため鏡により調べた。検査で付着物は見つからなかった。実施例２ 実施例１の細かく裂いた廃棄物（表１参照）を実施例１の装置で、廃棄物供給 速度が４．０ｇ／秒で空気係数が０．１９の純粋なガスをガス化ガスとして用い たことを除き、本質的に実施例１に定めた条件でガス化した。ガス化温度は流動 床の中で８２５℃であった。この高いガス化力は、空気が水蒸気より高い反応性 を有するという事実による。ガス化試験の主なパラメータを表２に示す。実施例３ ガス化した廃棄物および装置は実施例１に用いたものと同一であった。このガ ス化ガスは空気係数０．２９の空気と水蒸気の混合物からなり、そして廃棄物供 給速度は２．３ｇ／秒であった。流動床でのガス化温度は８５５℃であり、生成 ガスの温度は注入冷却後５６０℃であった。試験パラメータを表２に示す。 ガス化した廃棄物中のガスおよび重質炭化水素として計算して、この試験で得 た炭素転化はすべての場合で高かった。生成ガスの発熱量は、冷却中または他の どのような関連でもガスに注入した窒素なしで計算した。 例証試験において、アルミニウム粒子をサイクロンで生成ガスから分離した。 金属アルミニウムの他に、サイクロンダストは不純物として炭素および酸化した アルミニウム（Ａ１₂Ｏ₃）を含んだ。サイクロン分離中の金属アルミニウムとし ての廃棄物が含むアルミニウムの回収は、８１．７から９１．９％範囲に及んだ 。不足は主に酸化アルミニウムへの酸化により、そして加えて、アルミニウムの より少ない量がサイクロンを通過した。 当業者にとって、本発明の多数の実施態様は上述の実施例に限られず、添付の 請求項の範囲内で変更できることは明白である。

───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｃ２２Ｂ 21/00 Ｆ２３Ｇ 5/30 Ｃ Ｆ２３Ｇ 5/30 Ｃ２２Ｂ 5/14 // Ｃ２２Ｂ 5/14 Ｂ０９Ｂ 3/00 ３０３Ａ (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＡＵ，ＢＲ，Ｃ Ｎ，ＪＰ，ＫＲ，ＵＳ (72)発明者 クルケラ エサ フィンランド国、エフアイエヌ―02044 ブイティーティー、ビオロギンクヤ ３― ５

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 1．低温で溶融するアルミニウムまたは同様な金属および有機物質を含む原料 の、金属分離を含む、処理方法であって、前記原料（５）が泡立ち流動床（３） に導入され、ここで前記有機物質が存在する前記金属の融点より高い温度でガス 化され、流動床から移動したガスおよび運ばれた金属が冷却媒体（６）をガス流 中で混合することにより金属の融点以下の温度に冷却され、固体金属粒子がガス から引き続いて分離されることを特徴とする前記処理方法。 2．前記原料がポリマー材料およびアルミニウムを含む包装廃棄物であること を特徴とする請求項１に記載の処理方法。 3．前記原料が液体包装板紙の再利用で生成されるアルミニウム、ポリマー材 料および繊維残渣を含む廃棄物の破片であることを特徴とする請求項２に記載の 処理方法。 4．前記原料（５）を前記流動床（３）へ主に約０．５から５ｃｍの範囲の直 径を有する小片として導入することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に 記載の処理方法。 5．前記流動床（３）が砂または酸化アルミニウム粒子のような、実質的に砕 くことのできない粒子からなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に 記載の処理方法。 6．前記ガス化温度が約６７０℃から９００℃の範囲、好ましくは約８５０℃ であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の処理方法。 7．前記ガス化を真っ直ぐな壁を有する垂直反応容器（１）で実行し、前記冷 却媒体（６）を前記流動床（３）より上の、反応容器の上部の上昇ガス流に注入 することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の処理方法。 8．前記冷却媒体が水であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に 記載の処理方法。 9．前記冷却媒体が冷たい窒素ガスであることを特徴とする請求項１〜７のい ずれか一項に記載の処理方法。 10．前記固体金属粒子をガス流からサイクロン（８）により分離することを特 徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の処理方法。 11．前記ガス流をろ過（１１）し、ガス流から固体粒子を分離することを特徴 とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の処理方法。 12．前記金属粒子を分離したガスをエネルギー生成の為燃焼することを特徴と する請求項１〜１１のいずれか一項に記載の処理方法。