JP2005331172A - エネルギーおよび有価金属回収システム - Google Patents

Abstract

【課題】 自動車等のシュレッダーダスト、回収された船底塗料、製綱中に排出されるダストなどの廃棄物処理を、ダイオキシン等の環境汚染物質を発生させることのない焼却方法を用いて行い、エネルギーと金属類を回収する。
【解決手段】 旋回流を生じさせた燃焼炉２の中で前記の廃棄物を焼却し、その燃焼炉の排ガスを高温熱交換器３に導き、そこで清浄空気を高温に加熱して前記の燃焼炉中に該清浄空気を還流させ、該炉中の旋回空気流とし手利用する。これによって該燃焼炉中の高温を維持し、塩化物によるダイオキシンの発生を抑止する。また、前記の使用済み燃焼排ガスは高温集塵機４によって煤煙が回収され、次いで、汎用の熱交換器５に至り、ここで熱エネルギーが回収される。高温集塵機に捕捉された煤煙からは金属類が取り出される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、廃棄自動車などから排出されるシュレッダーダストや船底塗料などをダイオキシンの発生のない状態で処理し、かつ、有用資材のリサイクル、エネルギーの回収を目的とした廃棄物処理技術に関する。

船底塗料やシュレッダーダスト等の廃棄物を焼却する際、低温では該廃棄物中に含まれる金属(特に銅)の触媒反応により、ダイオキシン類（以降ＤＸＮ類と表記）が再合成されることが判っており、これら、金属酸化物や塩類を含むダストを高温で集塵することが有効であるとされている。しかし現状では高効率な高温集塵装置は高コストであり、実用化に至っていないのが現状である。

高効率な高温集塵装置の開発をして、下流側にある廃ガス利用のボイラ等にダストのないクリーンな排ガスを送れば伝熱効率が向上し、高い熱回収率を得られることも判っている。さらには、廃ガスボイラ等を構成する金属材料の高温腐食に対する負担を軽減できることも判っている。
特開２００４−３３８５５公報 特開平１０−１６５７４２公報 特開２００２−１０２６４７公報 石橋憲明著 「廃棄物焼却処理におけるダイオキシン類の生成に関する研究」立命館大学 学位論文２００２年度

一般に焼却炉や熱分解炉内では高温にて熱分解が行われているためにＤＸＮ類の合成は極めて少ないのであるが、このような燃焼排ガスが冷却される工程において煤塵中の金属類（特に銅）と接触し、その触媒作用によりＤＸＮ類が再合成されることになっている。こうした現状において、排ガス中のＤＸＮ類の除去は次のような方法で実施されている。
（１）活性炭などの添加剤を噴霧して該ＤＸＮ類を吸着し、集塵機により捕集する方法
（２）活性炭等の充填層にガス通過させ、ＤＸＮ類を吸着除去する方法
（３）触媒により、ＤＸＮ類を分解除去する方法
などがあり、いずれも生成したＤＸＮ類を除去するもので次のような欠点がある。
（イ）機器類が多く、運用が煩雑である
（ロ）建設コスト、ランニングコストともに高い
（ハ）エネルギー回収効率が悪い
（ニ）DXN類の除去率が悪く吸着量には限界がある
（ホ）排出廃棄物量の増量をもたらす
（へ）DXN類の排出状況をリアルタイムに検出する方法がないので処理効果の現場確認ができない。

このようにしたことより、高温
（６００℃程度） で集塵することはＤＸＮ類を生成させない、再合成させない方法として有効であり、捕集ばいじん中にもＤＸＮ類を残さないので合理的である。しかるに、３００℃を超える温度で使用可能な高効率フィルターにはセラミックファイバー系とコーディエライト系あるいは炭化珪素系があり、前者は単位面積あたりのろ過面積が少なく熱処理されていないため６００℃附近での強度が低いことから４００℃以上の使用は難しく、後者は高価で通常の工業用途には向かない。

また、廃棄物処理に用いられる金属製熱交換器はダストの溶着やアルカリ金属と塩素に起因する高温腐食により700℃以上の高温域での使用は困難で、一般に水の噴霧や冷却空気の導入により排ガス温度を700℃程度に下げて熱回収が行われており、熱効率が悪い。

こうしたことより、塩素や重金属類が含まれる廃棄物（ＡＳＲや廃塗料）の熱分解処理はＤＸＮ類の生成や再合成に問題があり、現状では、ガス化溶融処理が主流を占めており、建設費やランニングコストの高騰により処理の普及を困難にしている。

一方、鉄のリサイクルシステムは確立されているが、製鋼時に発生するダストは有償で亜鉛回収メーカに引き取られ、そこで亜鉛が回収されて後の還元鉄を含む処理残渣が埋立て処分にされている。また無害化・安定化処理を行い、それらの全量を埋立て処分としているケースもあり、埋立て処分場の確保が困難な中、資源の有効利用の観点からもコストパフォーマンスの良い有効な再資源化方法の確立が急がれている。

本出願に係る請求項１の発明は、内部にサイクロン構造をもたせた旋回燃焼炉の排煙部に、炭化珪素製熱交換器と、セラミックファイバー製フィルターからなる高温集塵機と、汎用熱交換器（以後、ボイラと称することがある。）を順次接続し、これに誘引排風機を、または、汎用集塵機を介して誘引排風機を接続することを手段として高温焼却を可能とした。

本出願に係る請求項２の発明は、１８００℃以上の温度で焼成した炭化珪素製の熱交換用パイプを熱交換器に装着して、高温に耐える熱交換器とし、新鮮空気をこれにより高温に加熱して上流の旋回燃焼炉に還流させる構成とし、炉温の低下を防ぎ、よってダイオキシンの発生を抑止した。

本出願に係る請求項３の発明は、中空状若しくは袋状（キャンドル型）としたセラミックファイバーを１，０００℃以上で焼成することによって６００℃附近の強度低下のないセラミックフィルターとしたもので、これを高効率高温集塵機に装着して、これにパルス空気によるダスト払い落とし機能を付加し、さらに、炭化珪素製の高温熱交換器を連接して、サイクロン機能を具備する旋回燃焼炉の燃焼排ガスから効率よく熱エネルギーおよび金属類の回収を可能にした。

本出願に係る請求項４の発明は、サイクロン構造をもたせた旋回燃焼炉内において廃棄物に主として石灰硫黄合剤なる還元剤を混焼させ、これによって生じるテルミット反応により還元雰囲気を形成して、高温集塵機、エネルギー回収機およびその後に設けられる汎用集塵機の３箇所において沸点の相違する金属類を回収することを図った。

本出願に係る請求項５の発明は、旋回燃焼炉内において廃棄物と混焼させる還元剤としてアルミ含有物、ＳＯ_２発生の硫化剤を使用することを手段として、金属類を効率よく回収することを可能にした。

本出願に係る請求項６の発明は、製鋼時に発生するダストを微粉砕し、これを乾式によりサブミクロン分級の方法により、酸化鉄を主成分とする粗粒と、酸化亜鉛を主成分とする細粒とに分級し、前記粗粒をもとの溶解炉に還流し、細粒を請求項４のエネルギー等回収システムにより酸化亜鉛の濃縮を行うことを手段として製鋼ダストのリサイクルを容易にした。

本出願に係る請求項７の発明は、廃棄物の湿式粉砕により固形物を均一の大きさに破砕して溶液中に分散させ、均一な固液混合体として、安定した輸送やその後の比重差分離などを容易に行えるものとした。

セラミック熱交換器を通過した高温空気を前記旋回燃焼炉に還流させることにより、廃棄物燃焼炉中の温度が常に高温に保たれる。したがって、ＤＸＮ類の発生が抑止せられる。

セラミックファイバーからなるフィルターを１０００℃以上で焼成することによって耐熱性を向上させたことにより、前記旋回燃焼炉からの排ガスを６００℃以上の高温に保った状態で通過させることが可能になった。したがって、集塵、或いは熱交換時においてもＤＸＮ類の発生が抑止される。

廃棄物と還元剤を混焼させ、これによって生じるテルミット反応により還元雰囲気を形成することによって、旋回燃焼炉内におけるＤＸＮ類の発生が抑止せられる。また、高温集塵機、エネルギー回収機およびその後に設けられる汎用集塵機において沸点の相違する金属類を回収することが可能となる。

酸化鉄を主成分とする粗粒と、酸化亜鉛を主成分とする細粒とに分級し、前記粗粒をもとの溶解炉に還流し、細粒を請求項４のエネルギー等回収システムにより酸化亜鉛の濃縮を行うことを手段として製鋼ダストのリサイクルを容易にした。

船底塗料やシュレッダーダスト等或いは製鋼ダストを減量化する方法としては焼却が最も効率的である。これら廃棄物の焼却時にＤＸＮ類を発生させることなく、かつ、エネルギーや有効成分を回収するための本発明のエネルギーおよび有価金属回収システム１（以後、本システム１と称すことがある。）は、炉中に旋回流を発生させる構成になる旋回燃焼炉２と、これにセラミック熱交換器３、セラミック高温集塵機４と、汎用熱交換器５とを順次接続し、これに誘引排風機７を、または、汎用集塵機６を介して誘引排風機７を接続した構成である。しかも、前記熱交換器３および集塵機４に６００℃以上の耐熱性を持たすために1800℃以上で焼成したセラミック製の熱交換パイプおよび集塵用フィルターを装着したもので、これにより、該熱交換器３に高熱の燃焼排ガスを通過させてその熱を新鮮なエアに回収し、このエアを前記燃焼炉２における旋回流の一部として還流させ、また、熱交換器３で温度降下した燃焼排ガスは下流の集塵機４によって煤塵Ｓが回収され、次いで汎用の熱交換器で熱エネルギーが回収される構成になる。

前記の旋回燃焼炉２は、炉壁２ａのほぼ中心位置に、炉底を貫通する内筒２ｂを該炉の天井近くにまで立設すると共に、該内筒２ｂの上端に、それより小径（または大径）の排煙塔２ｃをその基端が前記の内筒２ｂの上端と若干オーバラップした状態で挿通し、他端は該燃焼炉２の天井を貫通させ熱交換器３に連接している。また、該燃焼炉２の側壁には被燃焼資材投入口２ｄ、図示していない助燃バーナー、炉内に旋回気流を形成するための送風装置８が装着されている。

熱交換器３はそのハウジング３ｂ内に、１８００℃以上で焼成した炭化珪素製熱交換用パイプ３ｃが多数装着された構成であって、ハウジング３ｂ内を通過する燃焼排ガスはその熱交換用パイプ３ｃの外周面に接触して、該パイプ３ｃ内に送風ポンプ９によって送られる新鮮な空気Ａと熱交換をする構造になっている。これによって冷却された燃焼排ガスが下流側に接続された高温集塵機４に導入されるように連接され、一方のパイプ３ｃ内で加熱された新鮮な空気Ａは上流側の燃焼炉２に還流パイプ３ａを介して前記の送風装置８の炉内への送風路に合流させ、または該炉壁に設けた独立の旋回気流形成用エア吹込口（図示していない）に接続されている。

前記熱交換器３の下流に接続されるセラミック高温集塵機４には、その内部に一方が開口するほぼ試験管形状（または中空のキャンドル状）に造形され、１０００℃以上の温度で焼成されたアルミナ・シリカ系のセラミックフィルター３ａが装着されている。そのフィルター３ａの開口部は熱交換器５を介して最下流に接続された吸引排風機７により吸気されるよう気密に接続されている。また、このセラミックフィルター３ａの内径内には、ある時間間隔をおいてパルスエア４ｐを送り、その外周に付着した煤塵Ｓを払い落とす構成としている。

前記セラミック高温集塵機４の下流には、さらに熱交換器５が接続される。この熱交換器５に通過する燃焼排ガスＧは前段階で既に熱交換が行われているので高温ではなく、したがって、通常の耐熱性を備えた熱交換器が使用される。

図１において、熱交換器５の下流には汎用集塵機６を記載している。この汎用集塵機６は燃焼排ガスが強い酸性である場合に使用されるもので、例えば、バグフィルター付の集塵機６の中に酸性ガス処理剤を投入しておき、そこに排ガスを通過させることにより中性化にして大気中に放出しようとするものである。したがって、必須のものではない。

前記の連接された各設備の最下流に誘引排風機７が組み込まれており、旋回燃焼炉２から出る排ガスを吸引し大気中に放出する。この誘引排風機７も特別の仕様を必要としない。

前記のシステムにより、廃船底塗料（中国塗料株式会社製 シーグランプリ１０００）の焼却による金属の還元抽出を行った。この船底塗料には銅（Ｃｕ）が４５％〜５０％含有されている。この廃棄物の焼却には前記の旋回燃焼炉２を用い炉頂温度１０００℃ 、排煙の出口温度９５０℃とし、セラミック熱交換器３に導入して新鮮空気と熱交換し、加熱された新鮮空気を上流の旋回燃焼炉２に還流させ、排気ガスは６００℃前後の温度に低下してセラミック高温集塵機４に入り、さらに４００℃前後に低下した後、汎用熱交換器６を介して誘引排風機７により大気に放出される。

この廃船底塗料はシーグランプリ１０００を６．０５％、ラバックス（塩化ゴム系塗料）を５．０７５、シンナー６０．５３％、水２０．９９％、界面活性剤２．９７％、石灰硫黄４．３７％（構成比）に配合設計して使用したもので、本発明のシステムにおいては１４４ｋｇを、比較のために旋回燃焼炉と通常の熱交換器、集塵機を組合せた燃焼システムには６０．８ｋｇを投入焼却した。その結果を表１に示す。

さらに、通常燃焼炉における集塵機および本発明に係る高温集塵機で捕捉できた飛灰中の銅と塩素は前者がＣｕ：１２．６％，Ｃｌ：５．８％に対して後者はＣｕ：２１．３％，Ｃｌ：０．０６６％であった。このように、本発明に係るシステム１の金属類回収効率は高く、かつ、Ｃｌ発生の抑止力に優れた効果を得た。

製鋼中の溶融電気炉から発生するダストには、およそ、鉄（Ｆｅ）が５０％、亜鉛（Ｚｎ）が２０％含有されている。この鉄と亜鉛を分離するために本発明システム１を使用するものである。そのために、先ず、製鋼ダストを乾式により微粉砕して乾式により１０μｍ分級を行い、粗いものはＺｎ含有率がほぼ６〜７％以下であるものとして、これを造粒して製鋼工程に戻す。残余の１０μｍ以下のものにはＺｎが３０％以上含まれている（表２）ので、これを本システムの旋回燃焼炉１で燃焼させる。先ず、助燃バーナーで炉中を燃焼状態とし、前記製綱ダストを燃焼させる。このダストのうち、融点の高いものは旋回中炉底に沈降し、融点の低いものは細粒となって誘引排風機７に吸引され、セラミック熱交換器３およびセラミック集塵機４において煤塵として捕捉される。この煤塵中にある融点の低い金属はＺｎであり、これを加熱溶融することにより容易に回収できる。また、前記の旋回燃焼炉１の炉底に沈降した金属は鉄類で例えば磁石などにより回収される。回収された粗粒および細粒の成分を表２〜４に示す。

この製鋼ダストの燃焼において、アルミニウムを燃焼助剤として炉中に投入することによってテルミット反応を生じさせ、助燃バーナーでの燃料を節約することできることは勿論である。

実施例３は廃自動車をシュレッダーにより破砕し、金属類を取り除いた、いわゆるシュレッダーダストを焼却することによりエネルギーおよび残余の金属類を回収するものである。通常のシュレッダーダストには塩化ビニルを含むプラスチック類と銅線などを含むワイヤーハーネスおよびその他のものが混在しているので、これを焼却するとダイオキシンが発生する。

上記シュレッダーダストは、各種プラスッチック類、合成ゴム類、金属類、繊維類、土砂類などは互いに絡み合っており、乾式による比重差選別が不可能であることから、本発明においては、該ダストを湿式破砕機（例えば、「ディスインテグレータ」コマツゼノア製）で１辺が５ｍｍないしそれ以下に粉砕して、これを水中に導入し、サイクロン浮遊選別を行った。このような湿式破砕機を使用することにより破砕されたシュレッダーダストは液体中に固形物が分散した均一な固液混合体となり、したがって次工程への安定した輸送が可能となり、さらに絡み合ったダストは殆ど分離されてその後の比重差分離を容易に行えることになった。このようにして水中で浮遊する塩素含有量の少ないプラスッチク類（非塩ビ系）や繊維類に代表される可燃物を他の比重の大きいものと比重差により選別回収が容易にできた。

これによって、沈降した比重の大きい銅などの金属類や塩化ビニル等はさらに分別されて銅などの金属類は資源としてリサイクルされ、塩化ビニル等は地下に埋設される。この浮遊選別（表５）で浮上したポリエチレン、ポリプロピレンなどの樹脂には若干の塩化ビニルやハーネス中の銅が混在している。この実施例３においては、この浮上した物（表５における低塩素含有可燃物）を乾燥して押し出し成形機などにより溶融固化して固形燃料化し、前記のシステム１により熱エネルギーと銅等を回収したものである。

すなわち、上記により固形化した燃料３０ｋｇ／ｈｒを旋回燃焼炉２に投入して燃焼させた。燃焼炉２中で旋回する燃焼飛灰の中の比重が大きく融点の高いものは炉底に落下するので焼却終了後異物取り出し口２ｅから取り出され、鉄粉は磁石で選択回収する。また、融点の低い銅などの金属類は粉塵と共に排煙塔２ｃを経て高温熱交換器３に至り、さらに高温集塵機４において気体と分離して集塵される。その気体はすでに温度低下をしているので、汎用集塵機６を適用して更に清浄化され、大気中に放出される。なお、前記の高温熱交換器３の熱交換用パイプ３ｃおよび高温集塵機４のセラミックフィルター４ｃによって捕捉された煤煙は排出口４ｅ等から取り出し、その中の銅などの金属類を回収した。

本システム１において、旋回燃焼炉２内の旋回流が前記高温熱交換器３から還流する高温空気であるために炉２内の温度は高温が保たれおり、たとえ、塩化ビニルが焼却されたとしてもダイオキシンを生成することが殆どない。また、高温熱交換器３においても燃焼排気ガスは４００〜６００℃に保たれているので、同様にダイオキシンの発生は抑止される。この実施例において、飛灰中のダイオキシンは０．００５ｍｇ／ｇ、排ガス中のダイオキシンは０．３０ｎｇ／ｍ^３Ｎであり、また、回収熱量は８５，０００ｋｃａｌ／ｈｒであった。

廃棄物の地下への埋め立てに限界があるといわれて既に久しく、さらに廃棄自動車の数が毎年増加の傾向にある今日、リサイクルを目的とした処理が必要になる。本発明係るエネルギーおよび有価金属回収システムは、高温中での焼却と金属類の回収を行うもので、ダイオキシンの発生が抑制せられることから自動車産業の更なる進展をバックアップすることになる。

本発明に係る燃焼システムの概要図である。 高温熱交換器の要部を示した一部断面図である。 高温集塵機の概要を示した中央断面図である。

符号の説明

１ エネルギーおよび有価金属回収システム
２ 旋回燃焼炉
３ 高温熱交換器
３ｃ 高温熱交換用パイプ
４ 高温集塵機
４ｃ 高温集塵機用セラミックフィルター
５ 汎用熱交換器
６ 汎用集塵機
７ 誘引排風機
８、９ 送風機

Claims (7)

1. サイクロン構造をもつ旋回燃焼炉と、高温空気を前記旋回燃焼炉に還流させる構成になるセラミック製高温熱交換器と、セラミックファイバー製フィルターを使用した集塵機と、熱交換機とを順次接続し、これに誘引排風機、または、汎用集塵機を介して吸引排風機を接続したことを特徴とする廃棄物からのエネルギー回収システム。
2. １８００℃以上の温度で焼成した炭化珪素製の熱交換用パイプを装着したことを特徴とする高温熱交換器。
3. １０００℃以上の温度で焼成されたアルミナ・シリカ系のセラミックファイバー製フィルターを装着したことを特徴とするセラミック高温集塵機。
4. サイクロン構造をもたせた旋回燃焼炉内において鉄分を含有する廃棄物とアルミニウム含有物を還元剤として混焼させてテルミット反応により、還元雰囲気を維持し旋回炉内のサイクロン、高温集塵機およびエネルギー回収後に設けられる汎用集塵機の３箇所より沸点の相違する金属類を回収することを特徴とするエネルギー等回収システム。
5. 旋回燃焼炉内において廃棄物と混焼させる還元剤がアルミニウム含有物、ＳＯ₂発生の硫化剤であることを特徴とする請求項４記載のエネルギー回収システム。
6. 製鋼時に発生するダストを微粉砕し、これを乾式サブミクロン分級方法により、酸化鉄を主成分とする粗粒と、酸化亜鉛を主成分とする細粒とに分級し、前記粗粒を造粒後、もとの製鋼炉に還流し、細粒を請求項４のシステムにより酸化亜鉛の濃縮を行うことを特徴とする製鋼ダストのリサイクル方法。
7. 各種プラスッチック類、合成ゴム類、金属類、繊維類、土砂類などが、混合し、互いが絡み合っており乾式による比重差選別が不可能な廃棄物より、塩素含有量の少ないプラスッチク類（非塩ビ系）や繊維類に代表される可燃物を比重差により選別回収する方法として、湿式粉砕により溶液中の固形物を均一の大きさに破砕、分散させ均一な固液混合体として、安定した輸送やその後の比重差分離などを容易に行わせることを特徴とする廃棄物の前処理方法