JP2010502927A - 通気可能な粗粉化廃棄物の乾燥および材料流れ特有の処理方法および装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、通気可能な粗粉化廃棄物の乾燥および材料流れ特有の処理方法および装置に関する。本発明は、第１の工程において、前記廃棄物に熱風乾燥工程（１）をトンネル乾燥機（１０）にて行い、これに続いて、好ましくは粒径＜４０ｍｍの微細ストックを分離するためのスクリーニング（２）、空気分離（３）、金属分離（４）、光学選別（５）、好ましくは粒径＜４０ｍｍの残渣粒分の粉砕（６）および粉砕した残渣粒分のトンネル乾燥機（１０）への再循環のさらなる工程を行うことを特徴とする。

Description

有用な材料およびエネルギーを、廃棄物およびバイオマスから回収することは、廃棄物の経済および全体のエネルギー供給においてますます重要な役割を演じている。廃棄物、例えば、家庭廃棄物からのスクリーンオーバーフローや、産業廃棄物、包装廃棄物、バイオマスや木材チップの利用が、環境維持の国家経済の枠組み内で求められている。

有用な材料は、廃棄物、例えば、家庭廃棄物や産業廃棄物から、含有されている、材料やエネルギーとして有用な、成分を分離することによって得られる。概して、これには、いくつかの工程が必要である。第１の工程において、分離を、例えば、選択的粉砕により行い、粗粒分と細粒分とに分ける。高発熱量の粗粒分は、エネルギーとして、さらに処理することなく、別の燃料利用プラントにおいて利用することができる。しかしながら、直接効率的なエネルギー利用ができない場合には、材料やエネルギーとして利用できる粒分を得るために、粗粒分のさらなる処理を実施するのが適切である。

この目的はまた、通気可能な粗粉化廃棄物、すなわち、低いかさ密度の材料混合物の乾燥および材料流れ特有の処理方法および装置に関する本発明によっても達成される。本方法はまた、例えば、木材チップ等のバイオマスの乾燥に用いてもよい。

先行技術から、廃棄物の完全処理について、これを行うにはまず乾燥であることが知られている。乾燥によって、処理品質および分離される副粒分の利用可能性が改善される。さらに、乾燥により、乾燥ストックの発熱量も増大し得る。

廃棄物の直接乾燥法において、冷風乾燥と温風乾燥とは異なる。

冷風乾燥において、乾燥に必要なエネルギーは、例えば、乾燥ストックの冷却により、または乾燥ストックの発熱反応により、乾燥ストックから抽出される。独国特許出願公開第１９６ ４９ ９０１Ａ１号明細書には、例えば、冷風乾燥法としての乾燥安定法が開示されている。生物学的乾燥は、強制通気およびエネルギー回収と組み合わせて、廃棄物混合物の固有加熱を利用することにより、熱交換器によって達成できる。乾燥のためのエネルギーは、主に、マイクロバクテリアプロセス（コンポスト化）により、廃棄物中の有機成分の酸化による。この方法の欠点は、４０００〜６０００ｍ^３／Ｍｇという高い排気体積流量と、廃棄物を乾燥するための７〜１０日という長い休止時間である。長い乾燥時間およびかかる大きな反応容積だと、さらに、プラントの完全なカプセル化および自動化の観点から、技術的に、多大な出費が必要である。同様の方法は、公開公報独国特許出願公開第１９９ ４８ ９４８Ａ１号明細書、独国特許出願公開第１９８ ０４ ９４９Ａ１号明細書および独国特許出願公開第１９７ ３４ ３１９Ａ１号明細書から知られている。

冷風乾燥方法は、乾燥のためのエネルギー源として、十分量の容易に分解可能な有機物の存在を前提としている。容易に分解可能な有機物は、家庭廃棄物からの粗粒分に非常に少量しか含まれていないため、冷風法はこの廃棄物には不向きである。

温風乾燥において、乾燥に必要な熱エネルギーは、予熱空気により主に外側から、乾燥ストックに分配される。廃棄物の経済において、例えば、主なエネルギー担体として、天然ガスを用いることにより操作される乾燥機を用いる公知の方法がある。この場合、高い加熱空気温度が得られることが多く、例えば、溶剤含有材料混合物等の異種廃棄物の乾燥においては、火災の危険性がある。さらに、概して、相当の煙ガスおよび乾燥器からの一部の排気の排気ガス浄化が必要である。

温風乾燥は、４０ｍｍ未満の粒径まで材料が粉砕されることを前提としていることが多い。しかしながら、これは、高品質材料の利用を目的とした後の分別には不利である。

独国特許出願公開第１９９ ３７ ４５４Ａ１号明細書は、家庭廃棄物の直接温風乾燥、すなわち、予め分離せずに、連続流乾燥機で実施する方法を開示している。乾燥のために、エネルギー生成プラントからの廃棄物熱を利用する。しかしながら、予めの分離がないため、材料の十分な完全乾燥は常に達成できない。高比率の細粒分、特に、概して、家庭廃棄物に含まれる不活性材料（砂、石）および湿潤有機物によって、低気孔率となり、従って、乾燥ストックの通気可能性は低い。さらに、有機物は、かなりの比率の毛管および細胞水を含有しており、乾燥するのをさらに難しくさせている。

さらに、独国特許出願公開第１０１ １３ １３９Ｃ１号明細書には、予め粉砕した家庭廃棄物の直接温風乾燥を、循環空気操作で、ダブルシャフト層状乾燥機で実施できる装置が開示されている。上述した例のように、ここでも、高比率の細粒分だと悪影響を及ぼす。さらに、高空気率での循環空気法による乾燥中、乾燥ストックの低気孔率のために、送風機の電力消費量が大幅に増大する。従って、上述した理由から、かかる乾燥機における乾燥は、小さな粒径および高乾燥温度と組み合わせて、非常に長い休止時間のときのみ可能である。

家庭廃棄物および／または高発熱量の家庭廃棄物のその粒分の温風乾燥について、短い休止時間および高乾燥温度による集中乾燥機は既に今日用いられている。集中乾燥機は、乾燥の前に、乾燥するストックの高度の処理を必要とする。ドラム乾燥機が知られており、概して、純粋な燃料として天然ガスにより加熱される。排気は、スクラバー、布帛フィルタおよび蓄熱式焼却（ＲＴＯ）により浄化される。ドラム乾燥機については、材料は＜４０ｍｍの粒径まで粉砕しなければならない。しかしながら、これに関連した均質化のために、有用な材料の後の分離は、それでもほとんどできない。さらに、高温のために、火災の危険性が増し、利用できる材料、例えば、利用できるプラスチックの材料特性の変動にも不都合がある。

上述した公知の方法から、本発明の目的は、通気可能な粗粉化廃棄物の乾燥および材料流れ特有の処理のための改善された方法、ならびにこの方法を実行するための装置を提供することである。

この目的を果たすために、請求項１に記載の方法および請求項９に記載の装置が提案される。

本発明によれば、提案された方法において、第１の工程において、廃棄物に熱風乾燥をトンネル乾燥機にて行い、これに続いて、好ましくは粒径＜４０ｍｍの微細ストックを分離するためのスクリーニング、空気分離、金属分離、光学選別、好ましくは粒径＜４０ｍｍの残渣粒分の粉砕、および粉砕した残渣粒分のトンネル乾燥機への再循環のさらなる工程を行う。この方法の利点は、実質的に、例えば、スクリーニングまたは空気分離中の分離特性における改善と、乾燥安定化による分離された有用な材料の貯蔵安定性である。さらに、二次的な有利な効果としては、エネルギー利用中の発熱量の増大、後のペレット化に有利な約８〜１２％の残留水分含量の設定に言及することができる。

好ましくは、温風乾燥は、実質的に循環空気操作で実施され、供給空気、すなわち、乾燥プロセスに供給される循環空気が、摂氏約８５°の温度まで予熱される。摂氏１００°未満の低温廃棄物の利用により、エネルギーコストの約５０％に現在既に達している乾燥コストが減少する。同時に、火災の危険や、溶剤の存在可能性による爆発に関する安全規定を、最大表面温度に達することなく、順守することができる（１９９９年１２月１６日の指令１９９９／９２／ＥＣ参照）。

乾燥空気として用いる循環空気は、再使用のために、除湿と同時に冷却されなければならない。排気冷却について、２工程冷却システムが好ましくは用いられ、第１の冷却工程は、空気冷却を介してなされ、第２の工程は、ハイブリッド冷却を介してなされる。

好ましくは、第１の冷却工程において、排気、すなわち、トンネル乾燥機から放出された循環空気は、スプレー凝縮器またはスプレースクラバーにおいて湿潤スクラブされ、入口温度に応じて、摂氏４０〜４５°（冷却限界温度）まで冷却される。この場合、循環空気に含有されるダストおよび有害で悪臭のある物質、例えば、アンモニアや硫化水素が洗い流される。第１の工程からの凝縮液／スクラビング水は、有害な物質を含有しており、汚水導入条件に応じて、排水システムに放出される前に処理されなければならない。

第２の冷却工程において、循環空気は、ハイブリッド冷却塔として設計された凝縮器に入る。ここで、循環空気は、好ましくは、摂氏３０〜３５°未満まで冷却される。生じる凝縮液は、低汚染レベルであり、汚水浄化後は、ハイブリッド冷却塔において冷却水として利用できる。

冷却および除湿された循環空気は、摂氏８０°より高い乾燥温度まで、好ましくは用いている摂氏約９０〜１００°の温度レベルの廃棄物熱まで再び加熱される。十分な廃棄物空気が利用できない場合には、熱ポンプの使用が任意で可能である。好ましい実施形態によれば、循環空気の加熱および／または冷却のためのエネルギーの少なくとも一部が、ヒートポンプを用いて提供される。

浄化された循環空気により、乾燥はまた、排気のほとんどない状態で実施してもよい。その結果、他の乾燥技術に比べて、排気放出が大幅に減じる。漏れのために、システムに吸収されるのと正確に同じ排気のみが生じる。さらに、トンネル乾燥機の乾燥、充填および／または排出が完全に自動化されて実施されるため、プラント従業員や周辺へのダストやバクテリアの放出は最小限に抑えられる。

好ましくは、トンネル乾燥機の充填は、移動および可逆分配コンベヤーベルトにより、シャフトを介してなされる。シャフト供給システムを介した供給において、乾燥ストックは、同時に、供給システムに関してシーリングを確保する。放出について、トンネル乾燥機は、好ましくは、コンベヤーベルトまたはスクレーパーコンベヤーシステムにより実行されるドローオフシステムに加え、ロータリロックを含み、これは、トンネルから測定された放出物のためのウィンチシステムをさらに備えており、同時に、出口システムに対して空気を遮断する。このように、侵入した空気の進入が最小限となり、対応して、排気量が大幅に減じる。さらに、材料放出を測定する測定デバイスの使用によって、さらなる処理アセンブリの有効かつ大幅に欠陥のない操作が可能となる。

好ましくは、振動床システムを用いて、トンネル乾燥機を通して、乾燥ストックを搬送し、システムを通して乾燥ストックの質量流を搬送することが可能となる。トンネル乾燥機のダンピング高さは、密度に応じて、３〜６ｍとなる。天井側に配置されたストリッパーを、ダンピング高さ設定に用いてもよい。

好ましくは、さらに、トンネル乾燥機における休止時間は、８時間未満である。

提案された低温乾燥は、粗粒分の高品質材料の利用を前提としている。最大材料利用率は、完全自動化光学認識システムによる、積極的な選別をさらに開発することにより可能となる。

乾燥に続くさらなる方法工程には、３０ｍｍ〜６０ｍｍ、好ましくは４０ｍｍでのスクリーニングを開始する総合的処理が含まれる。これは、飛粒分の清浄度を損なう微細ストックの分離に役立つ。微細ストックは、乾燥安定化され、エネルギー利用に好適である。任意で、２〜８ｍｍ、好ましくは５ｍｍのサイズの細粒を、スクリーンオフされた微粒分から、例えば、スタースクリーンにより分離する。これらの細粒は、重金属および塩に関して、有害物質の担体であることが明らかであるためである。

スクリーニングに続く空気分離により、特に、シート状構成成分、例えば、フィルム、紙、板紙、ボール紙箱およびテキスタイルが分離される。飛粒分は、乾燥安定化され、エネルギーとして、または、さらに処理した後は、材料としても利用できる。予め乾燥することのさらなる利点は、乾燥廃棄物の場合には、湿潤廃棄物よりも、顕著に高い分解能で、空気分離がなされることである。空気分離は、２工程で行われるのが好ましい。

さらなる工程において、ＦｅおよびＮＥ金属は、金属分離器を介して、空気分離により重ストックから分離される。好ましくは、粒径が４０〜３００ｍｍのダストフリーの乾燥重粒分を、光学選別（近赤外、Ｘ線）のために分配する。ここで、光学的に検出可能な有用な材料は全て、例えば、ＰＥ、ＰＰ、ＰＳ、ＰＥＴ、ＰＶＣ、木材、アルミニウム化合物等は、分離され、利用できる製品分として迂回される。製品分のさらなる処理は、別のプラントでなされる。

残りの未検出の重粒分は、好ましくは、粒径＜４０ｍｍまで粉砕され、再び乾燥プロセスへ分配されて、粗材料を良好に乾燥できる。この場合、副粒分の濃縮は無視できる。

上述した方法の前に、廃棄物を前処理すると好ましい。地下や低い窪地にある廃棄物は、まず、目標粒径＜１５０ｍｍ〜３５０ｍｍまで粗く粉砕された後、スクリーニングにより、＜４０ｍｍ〜１２０ｍｍの天然有機物および不活性物リッチな粒分へ、そして高発熱量のプラスチックリッチな特大粒分へ分離される。過大粒分の場合には、金属分離は必要ない。プラスチックリッチな過大または粗粒分を、まず、乾燥を実施するためにトンネル乾燥機に通過させる。

本発明の主題はまた、上述した方法を実施するための装置でもある。このため、装置は、温風乾燥のためのトンネル乾燥機、スクリーニングデバイス、空気分離器、金属分離器、乾燥したストックを処理するための光学選別デバイスおよびトンネル乾燥機に戻される残渣粒分の粉砕機を備えている。

好ましくは、トンネル乾燥機は、空気冷却と、排気、すなわち、トンネル乾燥機から放出される循環空気を冷却するためのハイブリッド冷却とからなる２工程冷却システムを有する。好ましくは、さらに、トンネル乾燥機は、乾燥ストックを搬送する振動床システム、ダンピング高さを設定する天井側に配置されたストリッパー、同様に、測定材料放出のための測定装置を有する。

有利な設計により、本装置は、さらに、温度検出器を含み、これによって、成長するチップが、トンネル乾燥機に入るのを防ぐことができる。

本方法および本方法を実施するための装置を、以下の図面に概略で示す。

割り当てデバイス構成要素の方法工程のシーケンスを示す。 トンネル乾燥機の断面図を示す。 トンネル乾燥機の断面図を示す。 モリエル線図での乾燥プロフィールの図を示す。

方法工程および割り当てられたデバイス構成要素の概略シーケンスが図１からわかる。第１の工程において、粒径が４０〜３００ｍｍのプラスチックリッチな過大または粗粒分からなる廃棄物に、トンネル乾燥機１０において、温風乾燥１を行う。

図２から明らかなとおり、材料のトンネル乾燥機１０への供給は、移動および可逆分配コンベヤーベルト１２により、シャフト供給システム１１を介してなされる。同時に、乾燥ストック１３は、供給システムに対してシーリングを確保する。トンネル乾燥機は、自動的に充填および空にすることのできる連続流トンネルとして設計されている。トンネル中の乾燥ストックの休止時間は８時間未満である。

図２および３によるトンネル乾燥機は、振動床システム１４を備えており、これによって、システムを通して乾燥ストック１３の質量流を搬送することが可能となる。トンネル乾燥機のダンピング高さは、密度に応じて、３〜６ｍとなる。トンネル乾燥機は、トンネルのダンピング高さが、ストリッパー１５を介して材料の密度に応じて設定できるように設計されている。

トンネル乾燥機からの放出は、コンベヤーベルト１６を介してなされ、放出フラップ１７によって、材料の測定放出が確保される。測定によって、さらなる処理アセンブリ２、３、４、５および６の有効かつほとんど欠陥のない操作が可能となる（図１参照）。

循環空気は、乾燥空気として用いられる。循環空気操作を、図１に示す。トンネル乾燥機１０からの排気１００は、まず、スプレー凝縮器１１０内でスクラビングされる。この場合、摂氏約４０〜４５°の温度を有する循環空気が、空気冷却１０１により、摂氏約３５〜３８°まで冷却される。この場合に生じる凝縮物１０２は、有害物質を含有しており、排水システムに放出する前に、凝縮物処理１２０において、汚水１０５として処理される。スプレー凝縮器１１０の下流で、循環空気は、凝縮器１３０に入る。循環空気は、ハイブリッド冷却１０３により、ここでさらに冷却される。この場合に生じた凝縮物１０４は、同様に、凝縮物処理１２０に送られる。摂氏３０°未満まで冷却された循環空気１０６は、熱交換器１４０を介して、＞摂氏８０°の乾燥温度まで、再び加熱される。

循環空気操作は、ファン１６０に加えて、冷却力１０７の一部と加熱力１０８の一部の両方を与えることのできるヒートポンプ１５０を含んでもよい。ヒートポンプ１５０は、図１に点線で示してある。十分な廃棄物熱１７０が存在する場合に限りヒートポンプを使用しなくて済むからである。

上述した通気技術１８の場所を取らない配置を、図２および３に示す。正確には、トンネル乾燥機１０の外側である。

図４に、モリエル線図での循環空気乾燥の乾燥プロフィールの図を示す。循環空気の摂氏８５°までの加熱が見られる。その結果、相対的な大気中水分が減少する。乾燥と凝縮の結果、循環空気が冷却限界温度まで下がり、従って、摂氏３７°までの冷却限界温度からの冷却と、摂氏８５°までの再加熱の結果、循環空気が脱湿するのも見られる。

乾燥の後、材料流れ特有の処理が続く。これには、スクリーニング２、空気分離３、金属分離４、光学選別５および残渣粒分をトンネル乾燥機１０へ再循環するための粉砕６が含まれる。

スクリーニング２は、スクリーニングデバイス２０により実施され、スクリーンは、粒径＜３０ｍｍ〜６０ｍｍ、好ましくは＜４０ｍｍの細粒分が分離されるように設計されている。乾燥微細ストック２１が、エネルギー利用には好適である。

空気分離器３０は、特に、シート状構成成分、例えば、フィルム、紙、板紙、ボール紙箱およびテキスタイルを分離する役割を果たす。分離された飛粒分３１は、エネルギーとして、または、さらに処理した後は、材料として利用することができる。

空気分離に、金属分離４が続く。ＦｅおよびＮＥ金属４１は、金属分離器４０の使用により、空気分離により重ストックから分離される。粒径が４０〜３００ｍｍのダストフリーの乾燥重粒分を、その後の光学選別５のために分配する。光学選別器５０により、光学的に検出可能な有用な材料は全て、例えば、ＰＥ、ＰＰ、ＰＳ、ＰＥＴ、ＰＶＣ、木材、アルミニウム化合物等は、分離される。利用できる製品分５１は、さらなる工程において迂回される。

残りの未検出の重粒分は、粒径＜４０ｍｍまで粉砕６、６０されて、トンネル乾燥機１０に戻される。

従って、全体の方法は、以下の構成要素からなる。
−循環空気による４０〜３００ｍｍの廃棄物の低温乾燥。
−３０〜６０ｍｍ、好ましくは４０ｍｍでのスクリーニング。２〜８ｍｍで、スタースクリーンによる細粒分の後の二次的なスクリーニングを任意で行ってもよい。
−粗粒分の空気分離。２工程で行うこともできる。
−空気分離された重粒分からの金属分離。
−有用な材料を得るための光学選別。
−重粒分の目標粒径への再粉砕および乾燥器への再循環。

Claims (12)

1. 通気可能な粗粉化廃棄物の乾燥および材料流れ特有の処理方法であって、
   第１の工程において、前記廃棄物に熱風乾燥（１）をトンネル乾燥機（１０）にて行い、これに続いて、好ましくは粒径＜４０ｍｍの微細ストックを分離するためのスクリーニング（２）、空気分離（３）、金属分離（４）、光学選別（５）、好ましくは粒径＜４０ｍｍの残渣粒分の粉砕（６）、および粉砕した残渣粒分の前記トンネル乾燥機（１０）への再循環のさらなる工程を行うことを特徴とする方法。
2. 前記熱風乾燥（１）が、実質的に循環空気操作で実施され、供給空気（１０９）が、摂氏約８５°の温度まで予熱されていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 排気冷却のために、２工程冷却システムを用い、第１の冷却工程は、空気冷却（１０１）を介してなされ、第２の工程は、ハイブリッド冷却（１０３）を介してなされることを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 前記循環空気の加熱および／または冷却のためのエネルギーの少なくとも一部が、ヒートポンプ（１５０）を用いて提供されることを特徴とする請求項２または３に記載の方法。
5. 前記トンネル乾燥機（１０）の充填が、移動および可逆分配コンベヤーベルト（１２）により、シャフト（１１）を介してなされ、測定デバイス（１６、１７）を、測定材料放出に用い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方法。
6. 振動床システム（１４）を用いて、前記トンネル乾燥機（１０）を通して、前記乾燥ストック（１３）を搬送し、天井側に配置されたストリッパー（１５）を、前記トンネルにおいてダンピング高さを設定するのに用い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方法。
7. 前記トンネル乾燥機（１０）における休止時間が、８時間未満であ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方法。
8. 空気分離（３）が、２工程でなされ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方法。
9. 温風乾燥のためのトンネル乾燥機（１０）、スクリーニングデバイス（２０）、空気分離器（３０）、金属分離器（４０）、乾燥したストックを処理するための光学選別デバイス（５０）および前記トンネル乾燥機に戻される前記残渣粒分を粉砕する粉砕機（６０）により、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法を実施するための装置。
10. 前記トンネル乾燥機（１０）が、排気（１００）を冷却するための空気冷却（１０１）およびハイブリッド冷却（１０３）からなる２工程冷却システムを有することを特徴とする請求項９に記載の装置。
11. 前記トンネル乾燥機（１０）がさらに、乾燥ストック（１３）を搬送するための振動床システム（１４）、天井側に配置され、ダンピング高さを設定するためのストリッパー（１４）および測定材料放出のための測定デバイス（１６、１７）を有することを特徴とする請求項１０に記載の装置。
12. 温度検出器を有し、それによって、成長するチップが前記トンネル乾燥機（１０）に入るのを防ぐことを特徴とする請求項９または１０に記載の装置。

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