JP2007246867A - 有機性廃棄物の資源化回収装置 - Google Patents

Abstract

【課題】石油を原料とするプラスチック類を過熱蒸気で殺菌無害化すると同時に、安全且つきわめて安価に資源として回収する事ができる装置を提供する。
【解決手段】資源化奇襲装置は、炉体キャビティーを取り囲む炉壁の中にバーナーまたはヒーターを配置し、該炉体内にボイラー機能と過熱蒸気発生機能を備える油化炭化炉であって、上部に開閉扉を有する密閉された炉体キャビティーの中に、二段階に温度設定された過熱水蒸気を吹き込んで、まず低温帯過熱蒸気によって投入済の有機性廃棄物中のプラスチック系をまず気化し、過熱蒸気により炉内温度が330℃になれば油化系ダクトは閉鎖され、炭化系の排ガスフアンが作動し高温帯過熱蒸気の噴射により、油化後に残る有機系残渣の炭化が始まり、発生した排ガスを排気ブロワーで外気に放出する構造からなることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、最近の事業系廃棄物、特に病院系廃棄物にはプラスチック系の廃棄物が圧倒的に多く混入されており、本装置によりまずプラスチック系廃棄物は油として回収し、他の有機系廃棄物は炭化物として回収し、空き缶や金属類、ビン類などは資源ごみとして回収できるもので、これまで単なる廃棄物、又は特別管理廃棄物として焼却処理や埋め立て廃棄された難処理物を、きわめて安全且つ簡易な方法で資源化を可能とした油化・炭化装置である。

生ごみや汚泥等の有機物を、過熱水蒸気を利用して炭化することは既に公知である。
過熱水蒸気を使用するためには、先ず過熱水蒸気を作らなければならない。
過熱水蒸気の製造は、先ず水を沸騰させて飽和水蒸気を製造し、できた飽和水蒸気を再度過熱して過熱水蒸気とする必要がある。
特許文献１に開示されているように、従来の炭化装置は、飽和水蒸気の製造装置と、水蒸気の過熱装置と、過熱水蒸気を吹き込む炭化炉が別々の構造であり、装置が大型化し、設備費が極めて高くなる欠点がある。またゴミ分別や収集処理が必須不可欠である。
また
特開２００５-２７２５２９号公報に開示されているように油化の場合、装置の大型化はもとより、加熱により発生する気化ガスは常にガス漏れや爆発の危険性がある為、普及度が少ない。

炭化は、ごみの減容化はもとより炭素の固定化により地球温暖化防止対策即ちＣＯ２対
策に極めて有効である。また併せて無害安全にそのまま土壌改良剤や、調湿剤として利用
することにより炭素の固定化はもとより燃料として利用できる利点もあり、ゴミ処理は今
や炭化が時代の趨勢となりつつある。
又、油化は石油が有限資源であることにより常に枯渇の恐れが叫ばれており大量に焼却や
廃棄処理されている廃棄物の中からプラスチック系は常圧の過熱蒸気即ち不活性ガスでオ
ブラートし、燃焼や爆発の危険性無く安全且つ容易に、廃棄物を仕分ける必要も無く油と
して回収することは、ごみ処理を極めて単純に資源化を図ることができるまさに画期的な
資源回収方法である。
特に特別管理物として指定された医療系廃棄物は指定処分場も残余少なく、焼却や溶融処
理も経費がかさみ、近年特に医療系廃棄物には注射機器、点滴溶液袋や人工透析装置など
プラスチック系が多く、これらの廃棄処分は枯渇資源の大量放棄であり、これらを簡易に
資源として回収が可能となれば、廃棄物のリサイクルによる有効資源化はもとより地球温
暖化防止にもきわめて影響力のある処理方法である。

特開２０００−６３８４８号公報 特開２００５−２７２５２９号公報 特開２００６−１６５９４号公報

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は石油を原料とするプラスチック類が、分別の煩わしさから単純に一般ごみとしての廃棄処分、圧縮されて埋め立て処分、
または焼却処分などで処理されておりますが、焼却は炉の高温化による炉壁の痛みが懸念され敬遠気味であり、特に病院系の廃棄物は特別産業廃棄物として高額経費で管理廃棄処分されるため、枯渇資源である石油を原料とするプラスチック類を過熱蒸気で殺菌無害化
と同時に、安全且つきわめて安価に資源として回収することができる装置を提供することである。

油化や炭化に関する上記問題点は、下記構成の本発明油化炭化炉によって解決することができる。すなわち、本発明油化炭化炉の構造は、
上部に開閉扉を有する密閉された炉体キャビティーの中に過熱水蒸気を吹き込
み、該開閉扉から投入された有機質廃棄物中のプラスチック系をまず低温過熱蒸気で気
化し、同気化ガス専用に設けた低温気化ガス経路に同系ブロアーで吸引し、ゼオライトな
どを触媒とするフイルターで浄化した後、次にコンデンサーで冷却液化し、液体回収槽で油と水と分離回収する。
次に低温域で油化が完了する時間を見計らって、油化系気化ガス専用に設けた低
温気化ガス経路は閉鎖され、同時にあらかじめ設定された高温過熱蒸気の発生により残る
他の有機残渣の熱分解、即ち炭化に伴って発生した熱分解ガスを排気系ブロワーで外気に放出する構造からなる油化炭化装置であって、該炉体キャビティーを取り囲む炉壁の中に加熱用のバーナー付き燃焼筒を配置し、同燃焼筒の縦方向部分の外周にもうひとつの筒を設け、該キャビティーと排気ブロワーに連通する隙間を設けてなることを特徴とする油化炭化装置。
上記１に記載の有機物の熱分解を促し、気化ガス或いは熱分解ガスを安全に発生
させる為、炉内を還元雰囲気に保ちながら、炉内温度の昇温機能並びに有機物の熱分解機
能を併せ持つ過熱蒸気の温度帯を230℃〜330℃と350℃〜600℃の二段階に振り分け、且つ熱分解処理時間とその温度管理機能、並びに油化温度帯の熱分解ガス、炭化温度帯の熱分解ガス、双方の排ガス経路をそれぞれ別の経路で排出することを特徴とする炭化方法。
有機物の投入口を有する密閉された炉体キャビティーの天井を貫通して縦方向
に、内筒、外筒から成る二重管構造の火炎筒を立設し、該火炎筒内管の下端はバーナーの炎の噴射口と連結すると共に、火炎筒内管の上端に排ガスの外気排出口を設け、該火炎筒内管の内部に、過熱水蒸気生成用の蛇管を縦方向に配置し、該過熱蒸気の噴出する出口側は、密閉された炉体キャビティーの中に過熱水蒸気を噴射させる為の噴射ノズルと連結し、該過熱蒸気発生装置の蛇管入口側は、飽和水蒸気生成用のボイラー管の出口側と連結しており、該火炎筒の内管と外管の隙間の下端を炉体キャビティーに開口させ、上端は該内管の排ガス排出口に開口させ、かつ該火炎筒内管の排ガス排出口に、空気の吹込口を開口させてなることを特徴とし、一方炉体キャビティーの上部には別途油化系の自動開閉機能付きダンパーを炉体キャビティーの上部油化系排出口に設け、その管に連結した熱分解ガス用の触媒槽、並びに排ガス冷却用コンデンサー並びに、油水液化分離機能を兼ねた貯留槽を連結した油化炭化装置。
尚、加熱用の熱源はオイルバーナー以外に電気ヒーターを使っても良い。
５．上記４に記載の噴射筒の開口部からの火炎噴射、若しくは電熱により発生した飽和蒸気並びに飽和蒸気を経て生成された過熱蒸気を縦型炉体ならば炉体底部から、キルンなどの横型炉体ならば横方向から噴射され炉内が330℃になるまでは上記4記載の油化系ダクトが開放され同系ブロアーも作動し油化系熱分解ガスは同系統に排出され、ろ過後冷却し
油として分離回収される。
一方油化系ダクトが330℃で同系ブロアーも停止し同系ダクトもクローズされ、同時に排ガス系ダクトのブロアーが作動し油化処理後の有機残渣の熱分解ガスは、処理対象物の品質や処理量の多寡により350℃〜600℃設定され、炉内に噴射される過熱蒸気によりキャビティー内の温度が同指示温度になれば加熱用バーナーまたは加熱用ヒーターは停止し自然冷却後、あらかじめ設定された自動炭出し装置の回転によりプラスチック系以外の炭化物並びに缶、ビンなどの資源は自動排出されることを特徴とする油化炭化方法。

１． 廃棄物を油・炭・金属類やガラス類として手選別することなくきわめて簡易に、即資源として分別回収が可能となる。
ごみ収集費用が不要である。
高含水有機物の炭化はもとより混在するプラスチック類の資源化が可能である。
特に現在特別管理物として高額な処理費で廃棄されている医療系の廃棄物の資源化が可能となる。

本発明油化炭化炉の構造とその作用機能を図面で説明する。
図１、図２、図３、は、本発明実施例の説明図である。

図１の油化炭化炉は、炉体キャビティーの周囲並びに上部と底面の内部壁全面を断熱材で囲まれた構造からなり、上部横に開閉扉を開けて油化・炭化する有機質廃棄物や医療系廃棄物を投入する。
有機質廃棄物などはごみ袋丸ごと、或いはダンボールやプラスチック系の廃棄用箱に入れたまま直接炉体キャビティーに投入する。又医療系の特別管理物は指定された箱のまま直接投入する。
投入する有機物廃棄物は、生ごみ、残飯、野菜屑、食品屑等、日常生活で排出される有
機質のごみ類、又医療系の特別管理廃棄物は点滴用の使用済機材、注射機材、腎臓透析用使用済機材など、およびその他必要に応じて全ての有機質廃棄物を投入して、油化並びに炭化することができる。

有機物廃棄物を投入後、開閉扉を閉めて、１のバーナースイッチを入れ、まず炉内の加
温と同時にボイラー（飽和蒸気発生装置）６を温め飽和蒸気を生成する。飽和蒸気はバーナーの排気ガス出口に近い上部の一番温度の高い部分に設置された蛇管型の過熱蒸気発生装置５で生成された過熱蒸気は、過熱蒸気噴射口から噴射され、その過熱蒸気熱により炉内温度は、概ね常温から〜330℃と350℃〜600℃と二段階に加熱昇温される。
即ち過熱水蒸気は、６のボイラー（飽和水蒸気生成装置）で飽和水蒸気を造り、これ
を５の過熱水蒸気生成装置で過熱水蒸気に変えて炉体キャビティーに吹込む。

キャビティーの中は過熱蒸気の吹込みにより炉内酸素が追い出され、無酸素状態の還元
雰囲気且つ過熱水蒸気雰囲気であるために、炉内に投入された有機物は、まず最初の
常温から〜330℃の温度帯で燃焼することなく、水分及び揮発性の非有機質成分、有機
質成分は共に蒸発し一部の有機物は熱分解されてガスとなり、そのガス体は、開けられ
た７のダンパーから13のゼオライト等の耐熱性触媒を通過することにより浄化され８
のコンデンサーで冷却され10の液体分離回収槽で油分（燃料）として回収される。低温過熱蒸気によるプラスチック系の廃棄物の気化が完了すると、即ち廃プラ系有機物の気化完了後、同経路のダンパーは閉じられ、炉内に残った有機残渣次は二段階にセットされた次ぎの350℃〜600℃の高温温度帯で炭化されて、固形又は粉状の炭化物となる。

炉内に残った有機残渣の熱分解ガスはバーナー燃焼筒縦方向外周に別途設けられた縦
方向排ガス経路用の隙間部分を排気フアンで吸引されて隙間を通って外に抜ける。
同隙間を通る際に熱分解ガスは、燃焼筒の間接熱780〜900℃の温度に加熱されて全く
無煙、無臭のガスとなって外に抜ける。
排ガスは少なくとも780℃以上に加熱することが必要で、780℃未満のときは、臭い
が消えないので好ましくない。900℃以上の加熱は経済的な理由で不要である。
尚、バーナー排ガス縦部分の隙間空間は、水分、揮発性の非有機質、有機質成分、有機
物の熱分解ガスの雰囲気で、実質無酸素雰囲気であり、臭いのある成分は、無酸素雰囲
気の加熱分解で無臭化するものと推察される。
又、別紙図３は、排気ガスの排出が周辺環境により、燃焼処理あるいは加熱処理等の熱処理による排気ガスが排出できない場合、排気ガスをスクレーバ22で一次冷却し、ハ
ニカム状アルミ23など熱伝導の良い金属で二次冷却しミスト回収した後、ゼオライト24や通気性を持つ火山灰や、脱塩処理した蛎ガラ、および活性炭25等で脱臭・脱煙処理しクリーンな排ガスにして放出する。

有機質廃棄物の一次気化は約1時間で完了し、二次温度による有機残留物の炭化は投入後概ね90分で終わる。
炭化物は炉内底部の炉床に残留するので、炭化後、炉内が冷却すると回転装置を取り付
けた炉床が逆回転し、炭化残留物を、あらかじめ逆回転すると排出する方向に設けられた冷却機能付き炭化物排出コンベアで、炭化物を取り出す。尚炭化物を受けるホッパー
は、金属製のステンレスや、鉄などの素材で耐熱性であれば良い。

第２図は、別の実施例の説明図（断面図）である。
炭化炉の炉体は内面に約10cm厚の耐火キャスターを貼り付けた構造からなり、投入口の蓋を開けて油化・炭化目的の有機物を投入する。
投入する有機物は、生ごみ、残飯、野菜屑、食品屑、汚泥、廃プラスチック、ビール、
焼酎の絞り粕等、日常生活で排出される有機質のごみ類、医療系特別管理廃棄物、およ
び有機質産業廃棄物等、全ての有機質廃棄物を投入して、プラスチック系は油として回
収すると同時に他の有機系廃棄物は炭化物として回収することができる。

バーナー火炎筒は、炭化炉の炉体内部から天井を貫通して立設されている。
火炎筒は内筒、外筒から成る二重管構造の耐熱鋼で作られたパイプで、内管の下端はバ
ーナー炎の噴出し口に直結しており、上端は排ガスの外気排出口となっている。
火炎筒内管の縦部分に、過熱水蒸気生成用の蛇管、並びにボイラーを縦方向に配置し、 過熱蒸気の出口側は、密閉された炉体キャビティーの底部方向に設置された過熱水蒸気を噴射させる噴射ノズルと連結し、過熱蒸気の入口側は、図示していない飽和水蒸気生成用のボイラー管の出口側と連結されている。

火炎筒の縦方向部分の内筒、外筒の間には隙間があり、隙間の下端は炭化炉のキャビテ
ィーに開口している。隙間の上端は、火炎筒内管の上端、排ガスの外気排出口に開口し
ている。

火炎筒内管の排ガス排出口には空気の吹込口を開口させて炉外に設けた排気ファンから
空気を吹込んで、バーナー火炎および排気ガスを冷却して外気へ放出する。

図１の場合と同じく、キャビティーの中は過熱蒸気の吹込みにより炉内酸素が追い出さ
れ無酸素状態の過熱水蒸気雰囲気であるために、炉内に投入された有機物は、まず最初
の100℃〜330℃の温度帯で燃焼することなく、水分及び揮発性の非有機質成分、有機
質成分は共に蒸発、一部の有機物は熱分解されてガスとなり、そのガス体は、開けられ
た７のダンパーから13のゼオライト等の耐熱性触媒を通過することにより浄化され８
のコンデンサーで冷却され10の液体分離回収槽で油分（燃料）として回収される。低温過熱蒸気でプラスチック系廃棄物の気化が完了する頃を見計らって同経路のダンパーは閉じられ、同気化完了後に、炉内に残った有機残渣の熱分解成分は二段階にセットされた350℃〜600℃の温度帯でより炭化されて、固形の炭化物となる。
バーナーの燃焼部分から排気口に関して、内管の排ガス排出口は開口し、排気ファンか
ら冷風が吹込まれて外に排気される。又油化後のキャビティー内の有機残渣の揮発性の
非有機質、有機質成分、有機物の熱分解ガスは、内管、外管の隙間を通ることによる両面からの加熱作用により悪臭などを熱分解をしながら、排気ファンから吹込まれた冷風
と一緒になって外に抜ける。
よって排気ガスは隙間を通る際に、780〜900℃の温度に加熱されて全く無煙、無臭のガスとなって外に抜ける。
図１の場合と同じく、排ガスは少なくとも780℃以上に加熱することが必要で、780℃
未満のときは、臭いが消えないので好ましくない。900℃以上の加熱は経済的な理由で
不要である。

実施例によって本発明を説明する。
炭化炉の構造：第１図の構造（厚さ4.5ｍｍの鉄板の溶接構造）
内面に、厚さ100ｍｍの断熱材を貼り付け。
炉体部寸法：幅1,300×奥行き1,400×高さ2,200ｍｍ（車載で持ち運び可）
炉内内容積 ：0.48ｍ^３
バーナーは灯油バーナーを使用。
灯油の使用量：６リットル／時間
各部の温度：イ：バーナー加熱部800〜880℃でコントロール
ロ：炉内温度の一次温度帯は300〜330℃で
二次温度帯は350〜450℃でコントロール
ハ：過熱蒸気温度は炉内温度が常に上記ロの指示温度が保てるように常時380〜500℃でON/OFバーナーでコントロールした。

ごみの種類：腎臓透析用ダイアライザー、弁当の残飯及び容器、ペットボトル、野屑
アルミ箔。
ごみの量 ：ダイアライザー10本、コンビニのごみ袋５袋。概ね0.2リットル約10kg程度の容積。投入物合計重量約20kg
一次温度帯の油化で概ね60分、その後の炭化に40分合計約1.5時間で油化炭化が終わ
った。
結果：油化後の分離した油分が8kg。プラスチック重量の約70％が油として回収され
炭化物は冷却後、重量で約1kg容積で１/40 の炭化物が回収できた。
尚アルミ箔はそのまま残渣として排出した。炭は固形燃料として利用可能であった
煤塵濃度、窒素酸化物濃度、硫黄酸化物濃度、塩化水素濃度は下記のとおりであり、本発明炭化炉の排ガスが無害、無色、無臭であることを裏付けるデータが得られた。
煤塵濃度（g／m3N） 実測濃度 ：0.01未満 ＪＩＳ Ｚ ８８０８
補正濃度 ：0.09未満 （円筒ろ紙法）
窒素酸化物濃度（cm3／m3 N） 実測濃度 ：２未満 ＪＩＳ Ｋ ０１０４
補正濃度 ：18未満 （化学発光法）
硫黄酸化物濃度（m3N／h） ：0.002未満 ＪＩＳ Ｋ ０１０３
（NDIR法）
塩化水素濃度（mg／m3N） 実測濃度 ：26未満 ＪＩＳ Ｋ ０１０７
補正濃度 234未満 （硝酸銀滴定法）

実施例によって本発明を説明する。
バーナーは灯油を使用。
灯油の使用量：５リットル／時間
各部の温度：イ：バーナー加熱部800〜880℃でコントロール
ロ：炉内温度は一次温度帯は300〜330℃で
二次温度帯は350〜450℃でコントロール
ハ：過熱蒸気温度は炉内温度が常に上記ロの指示温度が保てるように常時380〜500℃でON/OFバーナーでコントロールした。

ごみの種類：点滴用ポリ袋など点滴用機材、弁当の残飯及び容器、銀紙。
ごみの量 ：点滴機材10kg、特養ホームの使用済オムツ袋約５kg。
投入物合計重量約15kg（但し点滴用袋には約30％の水溶液残があった）
一次温度帯の油化で概ね50分、その後の炭化に40分合計約1時間30分で油化炭化が終わった。
結果：油化後の分離した油分が5kg。プラスチック重量の約70％が油として回収され
炭化物は冷却後、重量で約0.3kg容積で１/60 の炭化物でなく高分子系のフワフワの残渣が回収できた。
尚アルミ箔並びに高分子系のフワフワの残渣はそのまま残渣として排出した。
前記1例と同様、排ガスが無煙、無色、無臭であったことから好結果を裏付ける印象が得られた。

以上詳記した様に本発明は一般廃棄物や産業廃棄物特に医療系廃棄物に多く混在するプラスチック系廃棄物を選別の苦労無く資源として回収し、且つ他の有機系廃棄物は固形燃料即ち炭として回収でき、取り扱いの安全性も高く、各種多方面の廃棄物の大部分を、燃料など資源として再生する、画期的な装置であり廃棄物処理分野で多大の貢献をなすものである。

図１は本発明油化炭化装置の構造の説明図である。 図２は医療系廃棄物並びに他の有機物を油化・炭化する時の構造並びに全体概要を説明した図である。 図３は排気ガスを加熱や燃焼処理せずに、冷却及びろ過吸着法により処理する場合を説明した図である。

Claims (3)

1. 上部に開閉扉を有する密閉された炉体キャビティーの中に過熱水蒸気を吹き込んで、該開閉扉から投入された混在する有機質廃棄物を二段階の温度管理によって、まず廃プラ系を油化し、次に残渣の有機物を炭化する装置であって、熱分解するための過熱蒸気の発生装置とその蒸気を発生するボイラーと、飽和蒸気並びに過熱蒸気を生成する為の加熱装置と、投入された有機性廃棄物の熱分解に伴って発生する、熱分解ガスの排気ブロアー付き排気ガス経路と、同経路系とは別に設けた開閉機能を備えた低温気化ガス回収経路と、低温気化ガスを触媒処理する装置と、低温気化ガスを冷却液化するコンデンサーと、冷却した液体を油分と水分を分離回収する装置と、一定時間での油化の後、過熱蒸気温度を上げて他の有機残渣を炭化し、その炭化物をタイマーにより炉床が回転し炭化物を自動回収する機能を持つことを特徴とする有機性廃棄物の資源化回収装置即ち油化炭化炉。
2. 請求項１に記載の低温気化処理する為の過熱蒸気の一次温度帯を230℃〜330℃に加熱し、混在する有機性廃棄物の内プラスチック系のみを気化した後、他の有機系残渣を炭化する為の過熱蒸気の二次温度帯を350℃〜600℃に加熱し同一炉内で時間と温度のコントロールにより油化と炭化機能を併せもつことを特徴とする処理方法。
3. 請求項１に記載する炉体キャビティー内で発生する熱分解ガスの排気経路で、排気ガスの臭いや煙を加熱処理や燃焼処理せずに、水冷によるスクラバー冷却並びにアルミハニカムやゼオライト又は通気性火山灰、脱塩処理した蛎ガラや活性炭等でろ過することにより排気ガスを無煙、無臭とする処理方法。
   
   

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