JP2009174740A

JP2009174740A - 廃棄物処理方法及び装置

Info

Publication number: JP2009174740A
Application number: JP2008011677A
Authority: JP
Inventors: Haruo Hashiguchi; 春雄橋口
Original assignee: FINE ENERGY KK; KOMIYAMA ELECTRON CO Ltd
Current assignee: FINE ENERGY KK; KOMIYAMA ELECTRON CO Ltd
Priority date: 2008-01-22
Filing date: 2008-01-22
Publication date: 2009-08-06

Abstract

【課題】排ガスその他の廃棄物を新たな燃焼形式で熱分解して無害化する。
【解決手段】この方法では、燃焼火炎１を水の電気分解により生成した水素ガス及び酸素ガスの混合ガス２から形成し、この燃焼火炎１の爆縮という現象を利用して、排ガス３を燃焼火炎１の火口２０から燃焼火炎１の中に排ガス３を導入し、この燃焼火炎１に内包して燃焼する。この方法を実現するため、装置は、混合ガス２を送入し火口２０で燃焼火炎１を形成する燃焼火炎形成ノズル２１と、燃焼火炎形成ノズル２１の火口２０に連結され火口２０から燃焼火炎１の内部に排ガス３を導入する排ガス導入ノズル３１とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、有害な排ガスその他の廃棄物を熱分解して、有害成分を除去する廃棄物処理方法及び装置に関し、特に、燃焼火炎を形成する燃焼用ガスに水素ガス及び酸素ガスの混合ガスを使用する廃棄物処理方法及び装置に関する。

現在、半導体や液晶などの工業製品の製造プロセスでは、例えばシランガス、あるいはハロゲン系ガス（ＮＦ₃、ＣｌＦ3、ＳＦ6、ＣＨＦ3、Ｃ₂Ｆ6、ＣＦ₄など）を含む有害可燃性、若しくは難分解性の排ガスが発生し、この排ガスは人体や環境に有害で、そのまま大気に放出することができないため、一般に、排ガスを燃焼火炎に導入し、排ガス中の可燃性成分を加熱分解あるいは酸化分解する方法で処理されている。

この燃焼式の処理方法で採用される装置は、バーナー部と、燃焼室とを備え、バーナー部に可燃ガスを供給し、可燃ガスを燃焼させて火炎を形成し、この火炎により排ガスを燃焼させるようになっている。この種の可燃ガスには、水素ガス、都市ガス、プロパンガスなどを燃料ガスとして用い、酸化剤としては酸素若しくは空気が使用される。また近年、水の電気分解により水素ガスと酸素ガスを発生させ、この水素ガス及び酸素ガスの混合ガスを燃焼火炎を形成する燃焼用ガスとして供与することが提案されている。この混合ガスは所謂ブラウンガスで、ブルガリア生まれのユール・ブラウン博士によって、１９７０年代初頭にオーストラリアで、安全な燃焼用ガスとして提唱されたもので、燃焼温度の理論値は３４５０℃、発熱量は２６００ｋｃａｌ／ｍ³と、このブラウンガスから極めて高温の燃焼火炎を得ることができる。水素ガス、都市ガス、プロパンガスなど従来の燃料ガスとブラウンガスを比べてみると、従来の燃料ガスを使用する場合は、排ガスの処理装置まで、この燃料ガスを供給するための配管を敷設しなければならないが、ブラウンガスを使うことで、可燃性物質を貯留することがなく、複雑な配管構成が不要となり、また、特に水素ガスは燃焼用燃料ガスとして適しているものの、価格が高く、ランニングコストが高くなり、また、配管が長いと、配管継手部分でリークする恐れがあるが、このブラウンガスを用いることで、設備費用及びランニングコストが安価になり、水素ガスや酸素ガスのリークを殆ど無くすことができる。この種の技術が特許文献１に開示されている。

特開２００２−６１８２１公報

しかしながら、特許文献１に開示された燃焼式の排ガス処理装置では、排ガスを燃焼用ガスと混合して燃焼させるために、複数の燃焼用ガスノズルがバーナー部の内壁面に接線方向に対して所定の角度に設けられ、バーナー部の内壁面で燃焼用ガスの旋回流を作り出して、旋回する燃焼火炎を形成しているが、これでは、燃焼用ガスノズルを含むバーナー部の構造が複雑になり、また、バーナー部の内周全体に燃焼火炎が形成されるため、バーナー部全体に大掛かりな加熱対策が必要となり、全体として装置は大型化せざるを得ない、という問題がある。

本発明は、この種の排ガスその他の廃棄物処理方法及び装置において、排ガスその他の廃棄物を新たな燃焼形式で熱分解して無害化し、上記従来の課題を解決すること、を目的とする。

上記の問題を解決するために、本発明の廃棄物処理方法は、廃棄物を燃焼火炎により熱分解して無害化する廃棄物処理方法において、
（１）前記燃焼火炎を水の電気分解により生成した水素ガス及び酸素ガスの混合ガスから形成し、
（２）前記廃棄物を、前記燃焼火炎の火口から前記燃焼火炎の中に導入し、前記燃焼火炎の内部で燃焼する、
ことを要旨とする。
なお、ここで「燃焼火炎の中に導入し」とは、「水素ガス及び酸素ガスの混合ガスから形成した燃焼火炎の爆縮という現象を利用して、この燃焼火炎に内包する（つまり燃焼火炎の中に閉じ込める）ように導入すること」を意味し、また「燃焼火炎の内部で燃焼する」とは、「当該燃焼火炎に内包した（つまり燃焼火炎の中に閉じ込めた）状態で当該火炎の高温で加熱、燃焼すること」を意味する。
また、この方法では、燃焼火炎を水の中で形成するようにしてもよい。

また、上記の問題を解決するために、本発明の廃棄物処理装置は、廃棄物を燃焼火炎により熱分解して無害化する廃棄物処理装置において、
（１）水の電気分解により生成した水素ガス及び酸素ガスの混合ガスを送入し、火口で燃焼火炎を形成する燃焼火炎形成ノズルと、
（２）前記燃焼火炎形成ノズルの火口に連結され、前記火口から前記燃焼火炎の中に廃棄物を導入する廃棄物導入ノズルと、
を備え、
（３）前記廃棄物を前記燃焼火炎の内部で燃焼する、
ことを要旨とする。
なお、ここで「燃焼火炎の中に導入する」、「燃焼火炎の内部で燃焼する」とは上記したとおりである。
また、この装置は、水が収容されるスクラバーを備え、燃焼火炎形成ノズルの火口と廃棄物導入ノズルが前記スクラバーの内部で連結されるようにしてもよい。

本発明の廃棄物処理方法及び装置では、水素ガスと酸素ガスの混合ガスで高温の燃焼火炎を形成し、この燃焼火炎の爆縮という現象を利用して、この燃焼火炎の火口からこの燃焼火炎の中に排ガスその他の廃棄物を導入し、当該廃棄物を高温の燃焼火炎に内包してこの燃焼火炎の中に閉じ込めた状態で燃焼する新たな燃焼形式で、当該廃棄物を熱分解するので、当該廃棄物の有害物質を確実に熱分解して無害化することができる。そして、この混合ガスの燃焼によって、水が生成されるだけで、従来の燃料ガスの燃焼のように、炭酸ガスや窒素酸化物などの地球温暖化の原因となる排気ガスや有害物質が発生することがなく、環境に悪い影響がない。また、この廃棄物処理方法及び装置では、水素ガスと酸素ガスの混合ガスから燃焼火炎を形成するので、従来の燃料ガスと異なり、外部から酸素や空気を取り入れる必要がないこと、また、燃焼火炎が爆縮という現象から集中性のある形状で方向性の安定した燃焼形態を呈し、超高温となることで、排ガスその他の廃棄物に対する加熱、燃焼効率が向上すること、この場合、局部的に高温となるだけなので、その周辺の加熱対策は減じられることなどから、排ガスその他の廃棄物の処理方法を簡素化することができ、また、装置全体の簡素化と小型化を図ることができる。

この発明の一実施の形態について、図１を用いて説明する。図１に示すように、この廃棄物処理方法では、廃棄物を燃焼火炎により燃焼し、熱分解して無害化する方法を採用し、燃焼火炎１を水の電気分解により生成した水素ガス及び酸素ガスの混合ガス２から形成し、この燃焼火炎１の爆縮という現象を利用して、廃棄物を、燃焼火炎１の火口２０から燃焼火炎１の中に導入して、この燃焼火炎１の内部で燃焼する。この場合、廃棄物として有害な各種の排ガス３を処理対象とする。そして、燃焼火炎１は水素ガスと酸素ガスとの混合比が略２対１の混合ガス２で形成し、この燃焼火炎１の火口２０から燃焼火炎１の中に排ガス３を導入して、この排ガス３を燃焼火炎１に内包した、言い換えれば燃焼火炎１の中に閉じ込めた状態で燃焼し、熱分解する。

この方法を行うため、廃棄物処理装置は、排ガス（廃棄物）を燃焼火炎により燃焼し、熱分解して無害化する形式を採用し、水の電気分解により生成した水素ガスと酸素ガスの混合ガス２を送入し、火口２０で燃焼火炎１を形成する燃焼火炎形成ノズル２１と、燃焼火炎形成ノズル２１の火口２０に連結され、火口２０から燃焼火炎１の内部に排ガス３を導入する排ガス導入ノズル（廃棄物導入ノズル）３１とを備える。

この場合、燃焼火炎形成ノズル２１及び排ガス導入ノズル３１は２重管構造のノズルにより構成され、外周が燃焼火炎形成ノズル２１、内周が排ガス導入ノズル３１になっている。燃焼火炎形成ノズル２１は先端の開口が火口２０になっていて、この火口２０付近に、水素ガスと酸素ガスの混合ガス２に点火するための点火装置である爆縮トリガー２２が設置される。このノズル２１は水素ガスと酸素ガスとの混合ガス２を生成する混合ガス発生装置に、混合ガス２のガス圧を調整するガス圧調整装置、混合ガス２の流量を調整するガス流量調整装置などを介して連結され、これらの装置により、水素ガスと酸素ガスとの混合比が略２対１の混合ガス２が所定のガス圧及びガス流量で送入される。なお、ここで混合ガス発生装置、ガス圧調整装置、ガス流量調整装置はいずれも公知の装置が採用されるため、その詳しい説明及び図示を省略している。排ガス導入ノズル３１は先端の開口が排ガス導入口３０になっていて、この排ガス導入口３０が燃焼火炎形成ノズル２１の火口２０の内周に近接して配置され、燃焼火炎形成ノズル２１の火口２０に連通される。このノズル３１は排ガス源に、排ガス３のガス圧を調整するガス圧調整装置、排ガス３の流量を調整するガス流量調整装置などを介して連結され、これらの装置により、排ガス３が所定のガス圧及びガス流量で送入される。なお、ここで排ガス源、ガス圧調整装置、ガス流量調整装置はいずれも公知であり、その詳しい説明及び図示を省略している。このようにして燃焼火炎形成ノズル２１の火口２０に水素ガスと酸素ガスの混合ガス２により高温の燃焼火炎１を形成し、燃焼火炎１の中に排ガス３を導入して、この燃焼火炎１の内部で排ガス３を燃焼する。

次に、この装置の動作とこの動作に基づく排ガスの具体的な処理方法について、図１を参照しながら説明する。まず、混合ガス発生装置が作動され、この混合ガス発生装置で、水の電気分解により水素ガス及び酸素ガスが生成され、これらのガスが略２対１の混合割合で混合される。この混合ガス３はガス圧調整装置、ガス流量調整装置を介して燃焼火炎形成ノズル２１に所定のガス圧及びガス流量で送入される。そして、燃焼火炎形成ノズル２１の火口２０で、爆縮トリガー２２により混合ガス３が点火される。混合ガス３に火が付くと、この混合ガス３は爆縮という現象により燃焼し、燃焼火炎１を形成する。燃焼火炎１は、この爆縮という現象から、燃焼速度が速く、集中性のある形状で方向性の安定した燃焼形態を呈するので、熱が集中して３０００℃以上の超高温になり、火口２０から一定の火炎長の棒状に伸びる。なお、この燃焼火炎１の燃焼状態は混合ガス３のガス圧及びガス流量を適宜変えて調整することができる。続いて、排ガス源の排ガス３がガス圧調整装置、ガス流量調整装置を介して排ガス導入ノズル３１に所定のガス圧及びガス流量で送入される。そして、このノズル３１の排ガス導入口３０から排ガス３が噴出され、燃焼火炎１の火口２０から燃焼火炎１の中に導入される。排ガス３はこの爆縮という現象により燃焼する高温の燃焼火炎１に内包され、この燃焼火炎１の中に閉じ込められた状態で加熱、燃焼され、排ガス３の有害物質が熱分解される。この燃焼火炎１は、既述のとおり、従来の燃料ガスの燃焼により形成された燃焼火炎に比べて、燃焼温度が非常に高く、有害物質の分解効率が極めて高いため、排ガス３は完全に無害化する。しかも、この熱分解によって、水が生成されるだけで、従来の燃料ガスの燃焼のように、炭酸ガスなどの排気ガスや窒素酸化物などの有害物質の発生がない。

以上説明したように、この廃棄物処理方法及び装置によれば、水素ガスと酸素ガスとの混合比が略２対１の混合ガス３で高温の燃焼火炎１を形成し、この燃焼火炎１の爆縮という現象を利用して、燃焼火炎１の火口２０から燃焼火炎１の中に排ガス３を導入し、排ガス３を高温の燃焼火炎１に内包して、この燃焼火炎１の中に閉じ込めた状態で燃焼し、熱分解するので、排ガス３の有害物質に対する分解効率が極めて高く、排ガス３を確実に熱分解して無害化することができる。そして、この場合、混合ガス３の燃焼によって、水が生成されるだけで、従来の燃料ガスの燃焼のように、炭酸ガスや窒素酸化物などの地球温暖化の原因となる排気ガスや有害物質が発生することがなく、環境に悪い影響がない。

また、この廃棄物処理方法及び装置では、水素ガスと酸素ガスの混合ガス２から燃焼火炎１を形成するので、従来の燃料ガスと異なり、外部から酸素や空気を取り入れる必要がないこと、また、燃焼火炎１が爆縮という現象から集中性のある形状で方向性の安定した燃焼形態を呈し、超高温となることで、排ガス３に対する加熱、燃焼効率が向上すること、そしてこの場合、局部的に高温となるだけなので、その周辺の加熱対策は減じられることなどから、排ガス３の処理方法を従来に比べて著しく簡素化することができ、装置全体を従来に比べて大幅に小型化することができる。

この発明のその他の実施の形態を図２に示している。図２に示すように、この廃棄物処理方法ではまた、燃焼火炎１を水の中で形成するようにしてもよい。この場合、廃棄物処理装置は、上記の廃棄物処理装置と同様の構成に加え、水が収容される水スクラバー４０を備え、燃焼火炎形成ノズル２１の火口２０と排ガス導入ノズル３１がこの水スクラバー４０の内部で連結される。このようにしても燃焼火炎形成ノズル２１と排ガス導入ノズル３１とにより上記の実施の形態と同様の作用効果を得ることができるほか、さらに、燃焼火炎形成ノズル３１を冷却することができ、排ガス３の燃焼処理後に残留物質が生じても、これを水スクラバー４０で捕捉して、冷却した後除去することができる、という顕著な効果を有している。

なお、上記各実施の形態では、処理対象の廃棄物として排ガスを例示したが、この方法及び装置は、例えばポリ塩化ビフェニル又はポリクロロビフェニル、所謂ＰＣＢなどの有害な液状の廃棄物の処理にも同様に適用することができる。この場合、液状の廃棄物を例えば霧状にするなど廃棄物導入ノズルを通して燃焼火炎の中に導入できるようにして、同様に、燃焼火炎の火口から燃焼火炎の中に導入し、この廃棄物を高温の燃焼火炎に内包して、この燃焼火炎の中に閉じ込めた状態で燃焼すればよく、液状の廃棄物でも確実に熱分解して無害化することができる。さらに、この方法及び装置は、有害な固形の廃棄物の処理にも同様に適用することができる。この場合、固形の廃棄物を例えば灰状（焼却灰）にするなど廃棄物導入ノズルを通して燃焼火炎の中に導入できるようにして、同様に、燃焼火炎の火口から燃焼火炎の中に導入し、この廃棄物を高温の燃焼火炎に内包して、この燃焼火炎の中に閉じ込めた状態で燃焼すればよく、固形の廃棄物でも確実に熱分解して無害化することができる。

本発明の一実施の形態における廃棄物処理方法及び装置の概念図本発明の他の実施の形態における廃棄物処理方法及び装置の概念図

符号の説明

１燃焼火炎
２水素ガス及び酸素ガスの混合ガス
３排ガス（廃棄物）
２０火口
２１燃焼火炎形成ノズル
２２爆縮トリガー（点火装置）
３０排ガス導入口
３１排ガス導入ノズル（廃棄物導入ノズル）
４０水スクラバー

Claims

廃棄物を燃焼火炎により熱分解して無害化する廃棄物処理方法において、
前記燃焼火炎を水の電気分解により生成した水素ガス及び酸素ガスの混合ガスから形成し、
前記廃棄物を、前記燃焼火炎の火口から前記燃焼火炎の中に導入し、前記燃焼火炎の内部で燃焼することを特徴とする廃棄物処理方法。
燃焼火炎を水の中で形成する請求項１に記載の廃棄物処理方法。
廃棄物を燃焼火炎により熱分解して無害化する廃棄物処理装置において、
水の電気分解により生成した水素ガス及び酸素ガスの混合ガスを送入し、火口で燃焼火炎を形成する燃焼火炎形成ノズルと、
前記燃焼火炎形成ノズルの火口に連結され、前記火口から前記燃焼火炎の中に廃棄物を導入する廃棄物導入ノズルと、
を備え、
前記廃棄物を前記燃焼火炎の内部で燃焼することを特徴とする廃棄物処理装置。
水が収容されるスクラバーを備え、燃焼火炎形成ノズルの火口と廃棄物導入ノズルが前記スクラバーの内部で連結される請求項３に記載の廃棄物処理装置。