JP2003503171A - 廃棄物を処理するための方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
Description
のであって、固体及び/又は液体形状のあらゆる種類の有害な物質を含有する、
分別されない、未処理の産業、家庭、及び特殊な廃棄物ならびに産業スクラップ
が請求項1及び請求項16のそれぞれ前提部分に従う異なる温度に曝される。
題を満足には解決できない。自動車及び家庭電化製品のような複合材料から形成
される産業スクラップ及び油、バッテリー、ラッカー、ペイント、毒性スラッジ
、医薬品、病院の廃棄物は法律により厳密に規定される特殊な処理手段に供され
る。
ゆる種類の特殊な廃棄物部分と有機成分を含むことができ、また環境への影響に
関連する処理に関して選別されていない。
において、ごみは約1000℃までの広い温度領域を通過する。これらの温度に
おいて、鉱物及び鉱物残留物は後のガス生成相に干渉しないために、溶解しては
ならない。残留固形物に本来備わっているエネルギーは使用されないか、又はほ
んの僅かしか使用されない。
却廃棄物に多量に添加することにより塵を多量に発生させると、有害な塩素化炭
化水素が生成する。そのため、ごみ焼却装置からの廃棄物ガスを後に高温で燃焼
させる措置が取られる。このような装置に対する高価な投資を無駄にしないため
に、塵を多量に含む腐蝕性の熱い廃棄物ガスは熱交換器に通される。熱交換器に
おける比較的長い滞留時間を通じて、塩素化炭化水素は塵と結合し、最終的に装
置を停止させて損傷を与えるため、強い毒性物質として処分される必要がある。
生じる損害とこれを回復するための費用は評価できないほど大きい。
トルを有する。ガス化帯域は高温度になる。生成する熱ガスは、未だ熱分解され
ていない廃棄物を予熱するために使用され、その結果、熱ガス自体は冷却されて
、塩素化炭化水素の新たな生成に適切な温度範囲を通過するため、危険が生じる
。生態学的に無害な状態で使用できる純粋なガスを製造するために、一般に熱分
解ガスは浄化前に分解装置(cracker)に通される。
固体物質が、反応器中で全ての有害物質を破壊するのに必要な温度に到達して必
要な時間滞留する前に、燃焼又は熱分解ガスと混合して排出されるという欠点を
一般に有する。蒸発した水は水性ガスの生成に利用できない。従って、一般的に
は、燃焼室に続く焼却装置において、また熱分解装置において、分解装置の工程
が追加される。
法を開示する。この方法において、廃棄物は段階的な温度に曝され、熱分離され
、又は物質変換され、そして生じた固体残留物は高温溶融体に転化される。
圧されて圧縮されたパッケージに形成され、そして低温相から高温相まで温度が
漸進的に増大する熱処理相を通過し、前記低温相において、圧力の印加と反応容
器の側壁に対するポジティブで強制的な接触が維持され、そして有機成分がガス
抜きされ、また前記高温相において、前記ガス抜きされた廃棄物はガス透過性バ
ルクを形成し、そして合成ガスが制御された酸素の添加により生成する。この合
成ガスは前記高温領域から取り出されて、更なる用途に用いられる。
成により制限されることである。従って、例えば、水素ジェネレーターにおいて
、生成した水素の完全な焼却は供給された燃焼ガスの水素含量が狭い範囲内で一
定である場合にのみ達成される。さもなければ、水素モーターは、例えばノッキ
ングする傾向を示す。更に、この公知の方法において、生じる合成ガスの体積流
量はごみの組成に依存して、従ってこの焼却工程の制御の変更に依存して変動す
る。
経済的で連続的な利用を可能にすることである。この目的は請求項1の前提部分
に従う方法及び請求項16の前提部分に従う装置をそれぞれの特徴部分と組合せ
ることにより、達成される。本発明の方法及び装置の好ましい態様はそれぞれの
従属請求項により与えられる。
であって、この文書の方法及び装置に関する記載は本発明の開示内容に完全に包
含される。この従来の文書に述べられた方法と装置は、生成した合成ガス中の水
素濃度及び/又は生成した合成ガスの体積流量が測定され、そして制御される本
発明に従って発展される。このようにして、ごみのリサイクルから得られた合成
ガスは化学工業又は種々の熱利用の分野で利用できる。従って、この合成ガスは
何ら問題を生じることなく水素エンジンに使用できる。
することにより測定できる。水素含量が高すぎる場合には、酸素を酸素ランスを
経由して前記バルク上方の高温領域のガス相中に噴射することができ、これによ
り水素の更なる燃焼が生じ、そして合成ガス中の水素量が低下する。また反対の
調節も、可燃性ガスの添加を通じて、当然可能である。また、ごみの組成に依存
し、従ってこれにより焼却が変動する体積流量は、高温領域に導入される天然ガ
ス又は合成ガスのような燃料の量を変えることにより調整できる。使用される合
成ガスはこの方法自体で生じる合成ガスであってもよい。このような公知のサー
モセレクト法( Thermoselect method)を発展させることにより、前記水素量を物
質として利用し、また例えばガスエンジン又は燃料電池のエネルギーとして利用
することが可能である。
成ガスの体積流量は1Mgの廃棄物の処理量に対して約1000〜1600Nm 3 の値に調節される。
量は、急激な冷却の直後に測定され、その結果、合成ガスの冷却相を通じて有害
な物質の新たな生成が防止される。このようにして、生成して外部に放出される
合成ガスの水素含量及び/又は体積流量が調整される。
て、冷水を前記合成ガス流中に噴射することにより有利に実施され、その結果、
この合成ガスは急激に冷却され、更に塵粒子が合成ガス混合物から除去される。
記合成ガス混合物の出口に配置することにより調整可能である。 本発明の方法の幾つかの実施例を以下に示す。
前処理なしで、即ち、分別されないで、砕かれないで、工程1)に供給され、こ
こで圧縮される。圧縮の結果はプレス面が垂直方向と水平方向の両方に作用する
場合、かなり改善される。方法の工程2)が実施されるストーキングチャンネル
(stoking channel)の供給開口は高圧縮された廃棄物の栓により気密に封止され
るため、高圧縮が必要である。
ンネルを通過する。廃棄物の有機成分がガス抜きされる。このガスは前記炉内に
配置された廃棄物を通って方法の工程3)の方向に流れる。このガスが流れる間
に、このガスは廃棄物が炉壁と強く圧接するため、良好な熱伝達に寄与する。こ
の高圧縮された廃棄物に圧力が絶えず加えられるため、この圧接は前記炉の全長
及び前記チャンネルの全表面にわたって維持され、その結果、前記廃棄物が前記
ストーキングチャンネルを通過した後に、前記有機物質のガス抜きはほとんど完
了する。
有機物の炭素は方法の工程3)に一緒に供給され、ここでまず最初に炭素が酸素
と燃焼される。ここで温度を2000℃以上に上げて、前記金属及び鉱物成分を
溶融し、これらを方法の工程6)で溶融状態で排出する。
において、炭化ガスの有機化合物が破壊される。これらの温度におけるC、CO 2 、CO及びH2Oのそれぞれの反応平衡の結果として、実質的にCO、H2及び
CO2から成る合成ガスが生成し、この合成ガスは方法の工程4)において10
0℃より低い温度に急激に冷却される。この急激な冷却により有害な有機物質の
新たな生成が防止され、工程5)で行われるガス洗浄が容易になる。この極めて
純粋な合成ガスはどのような用途にも利用できる。
また変化する水素濃度を有する。従って、前記ガス洗浄工程5)の後に、前記純
化された合成ガスの体積流量と水素含量が測定され、そしてこれらの測定値は制
御装置9)に送られる。この制御装置は、上述したように、酸素及び、例えば天
然ガス又は合成ガスのような燃料を工程3)に供給することを制御し、この工程
3)において既にガス抜きされた廃棄物がO2を添加されて2000℃以下の温
度でガス化される。この燃料の導入又は酸素の供給の変更を通じて、合成ガスの
体積流量及び水素含量が共に影響される。従って、この調整を通じて、制御され
た一定の体積流量及び制御された一定の水素含量を有する合成ガス流が前記ガス
洗浄工程5)の後のガス回収のために利用される。
的に1400℃以上で酸素を添加される後処理を実施される。この工程において
、炭素残留物が除去されて、灰化が終了する。例えば、水浴中に固形物を排出さ
せることにより工程8)の廃棄プロセスが終了する。固形物を水浴中に排出した
後に得られる粒状物中に、その他の金属類、合金成分及び十分に灰化した非金属
類が存在する。鉄合金は磁気的に堆積できる。浸出しないように鉱物化された非
金属類は、多くの方法により利用できる。例えば、膨張した粒状形状、即ち、絶
縁材料としてのロックウールとして処理されるか、又は道路建造及びコンクリー
ト製造用の充填剤の細粒として直接に利用できる。
対して、本発明を有利に実施する典型的なプロセスデータが例示される。ガス抜
きは温度T、圧力、及び廃棄物の組成の関数である。
る炭素(ガス相への燃料の供給)及び酸素(ガス相への酸素ランスを経由する酸
素の供給)の量が制御されるため、公知の方法において比較的高品質である、合
成ガスの組成は更に最適化され、従って、例えば、ガスエンジンにおいて電気エ
ネルギーに変換するために、又は化学プロセスのために好ましく利用される。
れるような公知のスクラッププレスに相当する。旋回式のプレス板2は混合廃棄
物をプレス1に、ここでは垂直方向に(破線で示すように)、詰め込むことがで
きる。プレス面3は、前記プレスの充填室が完全に開くように左側に位置する。
プレス板2を図示のように水平位置に回転させることにより、まず第一に前記廃
棄物は垂直方向に圧縮される。その後、プレス面3は実線で示す位置まで水平に
移動し、そして廃棄物パッケージを水平方向に圧縮する。この目的のために必要
な反力は矢印の方向に出し入れできるカウンタプレート9により吸収される。圧
縮工程が完了した後、カウンタプレート9は外側に移動し、そして廃棄物の圧縮
された栓はプレス面3を用いて押圧され、更に右側方向に移動して炉6の非加熱
領域5に入り、従って前記圧縮栓の全量はこれに対応して更に再度圧縮され、そ
して前記チャンネル壁即ち炉壁との加圧接触を維持する。次にプレス面3が左側
の元の位置に復帰し、カウンタプレート9が挿入され、そしてプレス板2が破線
で示す垂直位置に振り戻る。圧縮プレス1が再び充填のために準備される。廃棄
物は強く圧縮されるため、炉6の非加熱領域5中に押込められた廃棄物の栓は気
密になる。この炉は、矢印の方向に加熱ジャケット8を通して流れる燃焼ガス及
び/又は廃棄物ガスにより加熱される。
帯域7は図示のように炉6の中央面の方向に膨張し、その長方形断面の横幅/高
さの比が2より大きい関係を有する大面積を与えられる。高温反応器10の入口
において、廃棄物の押圧を通じて一定の圧力が加えられるため、炭素、鉱物及び
金属類の圧縮された混合物が生じる。この混合物は前記高温反応器中への入口の
領域中で極めて強い輻射熱に曝される。従って、燻る廃棄物中の残留ガスが急激
に膨張するため、前記廃棄物は小片に分解される。このようにして得られた固体
の小片は前記高温反応器中でガス透過性ベッド20を形成し、このベッド中で前
記燻った廃棄物の炭素が酸素ランス12を用いて灰化されて、CO2又はCOを
生成する。この炭化ガスは前記反応器10を通じて前記ベッド20の上方を乱流
状に流れてクラッキングにより完全に解毒される。前記廃棄物から発生したC、
CO2、CO及び水蒸気の間で、温度に依存する反応平衡が合成ガスの生成を通
じて設定される。温度の上昇は図2の例図に相当する。合成ガスは容器14中に
おいて水を噴射することにより100℃未満に急激に冷却される。ガス中に伴な
われる成分(鉱物及び/又は溶融状態の金属)が前記冷水中に堆積し、水蒸気が
凝縮し、その結果、ガス容積が減少して、公知の装置を用いた急激な冷却の後に
実施されるガス浄化を容易にする。浄化後において、合成ガス流の急激な冷却に
使用された水は浄化後に再び冷却用に使用できる。
用いて制御され、このセンサーはライン102を通じて信号を制御装置101に
送る。この信号は前記冷却され、浄化された合成ガス流の体積流量の電流及び水
素含量の電流の両方を含む。この制御装置は制御装置101と酸素ランス104
との間に設けられた制御信号ライン103を通じて、酸素ランス104を通して
酸素をバルク20の上方のガス相に供給することを変更する。酸素の供給を増大
させると、H2の燃焼が増大し、従って合成ガス中の水素の量を減少できる。酸
素ランス104を通じて酸素の供給を低下させると、ガス相中の燃焼が減少し、
従って合成ガス中の水素量が増大する。合成ガスの体積流量が十分でない場合に
は、例えば天然ガス又は合成ガス自体のような可燃性ガスのバルク20又はガス
相への供給を増大又は減少させてもよい。従って、反応器中の炭化水素の量が変
更されて、全体の合成ガスの体積流量が影響される。
記燻った廃棄物の鉱物及び金属成分が溶融する。これらの物質は密度が異なるた
め、互いに混じることなく層に分離する。例えば、クロム、ニッケル及び銅のよ
うな典型的な鉄合金成分は前記廃棄物の鉄と合金化して処理可能な合金を形成し
、他の金属化合物又はアルミニウムを酸化し、そして酸化物として鉱物溶融物を
安定化させる。
いガスバーナーにより支持されたO2ランス13を用いて導入された酸素性雰囲
気中の1400℃より高い温度に曝される。既に導入された炭素粒子が酸化され
、前記溶融物は均質化されて、その粘度は低下する。
を形成し、その後磁気的に分類される。 図3において、後処理反応器16の位置は明確さのために90度片寄らせて描
かれている。この反応器16は高温反応器10の下方部分と共に構造体を形成し
、これはフランジ接続部10’が取外された後に、保守及び修理の目的のために
、装置のラインから横に移動できる。
さにわたって延びる。特に、装置が熱平衡の内外に燃焼又は消火される場合、温
度の変動はかなり熱膨張を生じる。従って、定置型の高温反応器10の場合、前
記炉6及び前記連結圧縮プレス1に対して、ローラー4がガイドレール(図示せ
ず)上を長さ方向に移動するばかりでなく、横力をも吸収できるように構成され
る。前記高温反応器から導出されるパイプライン(例えば、15)においては、
伸縮継手11が前記熱膨張を補償する。
Claims (23)
- 【請求項1】 あらゆるタイプの廃棄物を処理及び利用する方法であって、
固体及び/又は液体形状のあらゆる種類の有害な物質を含有する、分別されない
、未処理の産業、家庭、及び/又は特殊な廃棄物ならびに産業スクラップは段階
的な温度に曝され、熱分離され、又は熱物質変換され、そして生じた固体残留物
は次いで高温溶融体に転化され、ここで、前記除去される廃棄物はバッチ状で押
圧されて圧縮されたパッケージに形成され、そして増大する温度方向に複数の熱
処理相を通過し、この複数の熱処理相は少なくとも1つの低温相と、少なくとも
1つの高温相とを有し、前記低温相において、圧力の印加と反応容器の側壁に対
するポジティブで強制的な接触が維持され、また前記高温相において、除去され
るべき廃棄物はガス透過性バルクを形成し、そして合成ガスが生成し、この生成
した合成ガスは前記高温相から取り出される、前記方法において、 前記生成した合成ガス中の水素の濃度及び/又は前記生成した合成ガスの体積
流量が制御されることを特徴とする、前記方法。 - 【請求項2】 生成した合成ガス中の水素の濃度は一定と見なされる値に調
節されることを特徴とする、請求項1記載の方法。 - 【請求項3】 生成した合成ガス中の水素の濃度は約35容量%に調節され
ることを特徴とする、請求項1又は2記載の方法。 - 【請求項4】 生成した合成ガス中の水素含量に依存して、酸素が高温相に
更に導入されることを特徴とする、請求項1〜3いずれかに記載の方法。 - 【請求項5】 前記酸素は酸素ランスを用いて高温相に導入されることを特
徴とする、請求項4記載の方法。 - 【請求項6】 前記酸素はパルス的に導入されることを特徴とする、請求項
4又は5記載の方法。 - 【請求項7】 前記合成ガスの体積流量は処理される1Mgの廃棄物の処理
量に対して約1000〜1600Nm3の値に調節されることを特徴とする、請
求項1〜6いずれかに記載の方法。 - 【請求項8】 燃料が前記体積流量に依存して高温相に更に導入されること
を特徴とする、請求項1〜7いずれかに記載の方法。 - 【請求項9】 前記廃棄物は圧力の印加と反応容器の側壁に対するポジティ
ブで強制的な接触を維持されながら、酸素を供給されずに、前記少なくとも1つ
の低温相を通過することを特徴とする、請求項1〜8いずれかに記載の方法。 - 【請求項10】 前記低温相は100℃〜600℃の温度範囲を含むことを
特徴とする、請求項1〜9いずれかに記載の方法。 - 【請求項11】 前記高温相において酸素が添加されることを特徴とする、
請求項1〜10いずれかに記載の方法。 - 【請求項12】 前記バルク中の炭素成分は計量された酸素を添加されて、
二酸化炭素と一酸化炭素を生成し、この二酸化炭素は前記炭素含有バルク中を通
過する間に一酸化炭素に還元され、そして水素及び一酸化炭素が前記炭素成分及
び過熱水蒸気から生じることを特徴とする、請求項11記載の方法。 - 【請求項13】 前記高温相は1000℃を越える温度を含むことを特徴と
する、請求項1〜12いずれかに記載の方法。 - 【請求項14】 前記生成した合成ガスは、前記高温反応器を出ると直ちに
、100℃未満に冷却され、そしてプロセス中において塵がなくなるまで、急激
に水を付与されることを特徴とする、請求項1〜13いずれかに記載の方法。 - 【請求項15】 前記水素の含量及び/又は前記生成した合成ガスの体積流
量は急激な冷却の後に測定され、また前記水素の含量及び/又は前記生成した合
成ガスの体積流量は対応して制御されることを特徴とする、請求項1〜14いず
れかに記載の方法。 - 【請求項16】 あらゆるタイプの廃棄物を加工し、変換し、そして後処理
する装置であって、複数の熱処理相を有し、前記熱処理相は酸素が供給されない
少なくとも1つの低温相と1000℃を越える温度で酸素が供給さえる少なくと
も1つの高温相とを含み、また前記高温相で生じる合成ガス混合物の出口を有し
、ここで、前記熱処理相の全ての反応室は鎖錠されることなく相互に確実に連結
され、そして酸素を供給する装置及び燃料を供給する装置が前記高温相に設けら
れる、前記装置において、 前記合成ガス混合物の出口に、水素含量及び/又は前記合成ガス混合物の体積
流量を測定するセンサーが設けられ、前記センサーは酸素及び/又は供給燃料の
量を制御する装置に接続することを特徴とする、前記装置。 - 【請求項17】 前記高温相のガス出口側は急速ガス冷却装置に接続し、こ
のガス冷却装置は冷水を前記合成ガス混合物の熱流中に噴射する装置を有するこ
とを特徴とする、請求項16記載の方法。 - 【請求項18】 前記合成ガス混合物の出口は、スロットル装置、例えば調
整可能な絞り弁を有することを特徴とする、請求項16又は17記載の装置。 - 【請求項19】 ガス清浄装置が前記合成ガス混合物の出口の前又は後に配
置されることを特徴とする、請求項16〜18いずれかに記載の装置。 - 【請求項20】 ガスを利用する装置、例えばガスモーター/ジェネレータ
の結合体、ガスタービン、蒸気発生器等が合成ガス混合物の出口の後に配置され
ることを特徴とする、請求項16〜19いずれかに記載の装置。 - 【請求項21】 低温相の反応室は水平に配置されて外側から加熱される長
方形断面の炉であって、その炉の高さに対する炉の幅の比は2より大きく、その
炉の長さはLfurnace≧15√Ffurnaceの関係式によって与えられ、ここでFfu rnace は炉の横断面積であることを特徴とする、請求項16〜20いずれかに記
載の装置。 - 【請求項22】 高温相の反応室は立て軸炉として形成され、この炉の基部
の上方においてこの炉に前記低温相の反応室が中断することなく連結することを
特徴とする、請求項16〜21いずれかに記載の装置。 - 【請求項23】 合成ガスを分離又は調節した後に、水素が水素モーター又
は燃料電池に使用され、及び/又は合成ガスが物質として使用されることを特徴
とする、請求項16〜22いずれかに記載の装置の使用。
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