JP2014531299A - 2つの異なる熱源で構成される勾配に基づいて固形廃棄物を処理するための方法 - Google Patents

2つの異なる熱源で構成される勾配に基づいて固形廃棄物を処理するための方法 Download PDF

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Abstract

詳細には一続きの技術的組立体である、2つの異なる熱源で構成される勾配に基づいて固形廃棄物を処理するための方法は、任意の種類の固形廃棄物を処理することができ、各々が1つの熱源(4及び5)を有する2つのチャンバ(2及び3)を備えかつ中に熱勾配が形成される反応器(1)によって運転され、後ろに熱交換器(6)が存在し、熱交換器(6)でガスが急冷されて中和タンク(7)へと継続して移動し、次いで活性炭フィルタ(8)へと誘導され、順を追って、送風機(9)の動きにより、最終的には、放電下で動作するバーナ(10)へと入り、触媒(11)及び送気管(12)を通過し、完全に不活性な状態で大気へと放出される。【選択図】 図1

Description

本発明は、2つの異なる熱源で構成される(熱)勾配(gradient)に基づいて固形廃棄物を処理するための新規な方法に関する。特に、この方法は、固形廃棄物を破壊することの分野に適用されるコンパクトな方法を含み、この固形廃棄物には、物質を廃棄するためのブラジル規格のクラスIで提示される廃棄物が含まれ、これらの廃棄物は、燃焼性、腐食性、反応性、有毒性及び病原性の特性うちの1つを理由として公衆衛生及び環境に危険を及ぼすことからそれらの感染特性、物理特性及び化学特性に従って危険と考えられている。本方法は、負圧で動作する反応器内の、輻射源又は熱誘導によって形成される熱勾配によって行われる熱分解によって実施され、その結果、固形残留物が溶融されることによって不活性となり、ダイオキシン及びフランなどの複合分子が発生せず、生成される流出ガスは最小となる。
本方法は、産業、病院、港湾、空港、船舶、石油プラットフォーム、島(island)、分譲マンション、及び、廃棄物を完全に廃棄することが効果的及び安全に行われる必要がある任意の場所で使用され得る。
汚染問題は複雑な問題であり、また、クラスIの危険と考えられる生成物の生成量、消費量、さらには廃棄量が大幅に増加していることから、ヨーロッパ連合、アメリカ合衆国、アフリカ及びブラジルなどの世界の様々な地域で特定の法律を策定する必要があり、現在適用されており、これらの地域では、環境法により、強行な手法が選択されて実施されているか否かに関わらず今にでも起こり得るような環境破壊を防止することを目的として、すべてのクラスの固形廃棄物を適切に廃棄するための規格を順守することが求められる。
本明細書では、種々の方面又は態様を考慮しているが、より本発明に関係する埋め立て地、堆肥化及び焼却が強調される。
基本的に、焼却は廃棄物/残留物を燃焼させることに基づき、特定の場所で受け入れられる技術である。その理由は、焼却では投資の規模が大きくなるからであり、これは、特に有毒性の残留物を処理する場合、燃焼により発生する汚染性のガス排出物を厳重に制御することが必要となることが理由である。一般的な見方では、焼却装置は、有毒性の残留物を完全に溶解せずに別の形態へと単に変質させるのみであり、これらの形態のうちのいくつかは元の物質よりも強い有毒性を有する。
最新の従来技術では、固形廃棄物を処理することに関連するいくつかの文献に期待がかけられており、これには、ブラジル特許第Pl 0104060−0号(2000年9月15日付け 米国特許仮出願第60/233205号に関連する優先権)すなわち「Method for Product Incineration regarding Industrial Residue Production」などがある。この文献は、排出生成物及び廃棄物流れの変化に反応して焼却温度を制御するための新規の方法を提供し、この方法により、焼却及びそれにより発生する排出物が高い信頼性をもってより厳重に制御される。その結果として、運転コスト及び資本コストが大幅に低減される。
ブラジル特許第Pl 0601690−1号、すなわち「Integrated System for Treatment and Disposal of Solid Waste」では、その回収方法、処理方法及び廃棄方法を統合すること;環境賠償責任が発生することを回避すること;目的地にまで運ばれる最中及びその後で、効率及び効果を向上させて再使用可能な生成物の量を増大させること、を目的としている。これには、処理プラントで残留物を受け取ること;同残留物を予め選択すること;有機材料を細かく切ること;堆肥化を加速させること;焼却を行うこと;ガス、灰及び液体流出物を処理すること;社会全体のために原材料及び再使用可能な生成物を作ること、が伴われる。
ブラジル特許第Pl 0803036−7号、すなわち「Method for Solid Waste Treatment based on a Plasma Technology Reactor」が、燃焼器(炉用、燃焼用及びバーナ用の反応器及びチャンバ(furnace, combustion and burner reactor or chamber))と、アフターコンバスタ(after−combustor)と、ガス処理装置(gas treatment)と、その排気装置(exhaustion)(送気管)とから構成される伝統的な組立体及び構成を提示している。しかし、この方法はその独自の特徴によりほかの方法とは異なっており、最も重要な特徴はその文献で説明されている反応器を、プラズマ技術を用いて使用することである。
したがって、本明細書で言及する従来技術の文献は燃焼の効果について言及するものであるが、これはガスを過剰に発生させることから濾過システムに対する投資が大きくなることを意味し、常に効果的であるというわけでない。
対して、提案される本発明は燃焼を利用せず、代わりに2つの異なる熱源を利用するものであり、2つの対のチャンバ内部の温度が頂部の900℃から底部の1600℃との間で変化し、それにより勾配が形成され、すべての固体が完全に液化される。
本分野において特別な知識を有する本発明者が、従来技術、その欠点及び制限を認識し、深い調査及び研究を行って、2つの異なる熱源で構成される勾配に基づいて固形廃棄物を処理するための本方法を創案した。本方法は自動で運転される一続きの技術的組立体に関連し、この組立体は、2つの反応的及び/又は誘導的な熱源によって形成される熱勾配に基づいて任意の種類の固形廃棄物を加工処理することが可能であり、また、上記組立体又は補助設備において燃焼を行う必要はなく、又は空気が存在することも必要ない。2つの対のチャンバで構成される熱反応器の内部の温度は、頂部の900℃から底部の1600℃まで及び、それにより勾配が形成され、すべての固形物が完全に液化され、鉄系物質又は砂などの不活性物質でも完全に液化され、同様に、その固体の副生成物として商業利用のセラミックマトリックスを有する、やはり反応器の底部で不活性となる感染性物質、病理学的物質及び有機塩素類物質でも完全に液化される。本方法は熱分解であり、大気圧未満で行われることから、ガスが漏洩することはなく、したがって、高温の酸素が存在せず、ダイオキシン又はフランの生成につながることはない。反応器内部で生成されるガスは冷却タイプの熱交換器へと吸引されてそこで急冷され、次いで、油/水を分離するように処理され、特にアルカリ性の浸積タンク内で中和される。活性炭に基づくフィルタにより、排出物レベルが環境基準を確実に満たすようになる。本方法の最後で、放電技術に基づく小さいバーナが、H及びCOなどの可燃性の残留ガスを燃焼させるのに使用され、さらには複合分子を破壊するのにも使用される。安全のために、本方法の生成物には燃焼触媒が加えられ、ガスが送気管へと誘導される。
要約すると、本発明は最も広く認められる一般的な利点として以下の利点を提供する。
機能性:これは、自動で運転されるコンパクトな装置により得られ、ドアを介して誰でも反応器へ処理されるべき廃棄物を供給することができ、廃棄物を処理することが選択的である必要はない。
物流性:廃棄物を迅速かつ安全に処理することにおいて、都合がよくかつ実用的である。
環境性:分類に関係なくすべての物質/廃棄物/残留物を処理することから、すべての環境基準を満たすことができ、灰を発生させることもなく、ガス排出物を減少させ、無毒にすることができる。
経済性:外部委託のサービスを雇うコストよりもコストが低減され、また、システムが自動化されることにより、熱分解の消費電力を最小にすることができる。
安全性:使用者が廃棄物/残留物の割り当てを完全に制御することから、このサービスを行う外部委託のための不規則な作業により不都合が発生する危険性がなくなる。
以下、1つの添付図面を参照しながら本発明を説明する。
2つの異なる熱源で構成される勾配に基づいて固形廃棄物を処理するための方法を示すフローチャートである。
本発明の主題である、2つの異なる熱源で構成される勾配に基づいて固形廃棄物を処理するための本方法は、任意のクラスの固形廃棄物を加工処理することができる一続きの技術的組立体に関連し、各々が1つの熱源(4及び5)を有する2つのチャンバ(2及び3)を備えかつ中に熱勾配が形成される反応器(1)を通して運転され得、その後ろには熱交換器(6)が存在し、熱交換器(6)でガスが急冷されて中和タンク(7)へと移動させられ、さらにガスが活性炭フィルタ(8)へと誘導され、送風機(9)の動作を通して、最終的には、放電下で動作するバーナ(10)へと入り、触媒(11)及び送気管(12)を通過し、そこで完全に不活性な状態で大気へと流出される。
より詳細には、図1のフローチャートによる本方法は熱勾配を使用するという原理に基づく。廃棄物がドア(13)を介して供給された後で、主チャンバ(2)内で加工処理されるべき物質が反応器(1)の中央へと移動させられ、主チャンバ(2)内においてその物質が1200℃の最高温度で適度な輻射の影響を受け、900℃で運転され得るが、これは本方法の残留物及び節電に応じて変化する。したがって、1200℃で空気が実質的に存在しない中で、固形残留物が熱分解されて少量のガスが生成され、このステップで生成される灰が重力により第2のチャンバ(3)へと誘導される。チャンバ(2)は、熱源(4)の補助により、900℃〜1200℃の範囲で熱を発生させることができ、したがって電力を計算することにより最適化を行うことができ、灰、ガス又は加熱された不活性物質を生成させるような不活性残留物を完全に熱分解させることができる。熱源(5)によって補助される溶融チャンバ(3)では、自動制御される電力により主チャンバ(1)からの灰及び不活性物質が1400℃〜1600℃の範囲内の温度で液化され、加工処理されるべき物質に応じて熱源(5)が調整される。液化された生成物が反応器(1)の開口部(14)を介して注ぎ出され、るつぼ(15)に入れられ、冷却されてガラス化される。この副生成物は有毒性に関して不活性特性を有する。廃棄物中にニッケル、クロム、鉄及びその他の金属などの鉄類が存在する場合、それらも液化され、またそれらは密度が高いことから、反応器(1)の底部に第2のステージの液化物質が形成され、これらが下側の開口部(16)を通してるつぼ(17)へと注入される。一方で、熱分解によって発生するガスが吸引装置(18)によって吸引され、それにより反応器(1)が負圧で動作し、ガスが熱交換器(6)へと誘導され、そこでガスが、ポンプ(19)を通る循環水によって急冷され、さらにラジエータ(20)の補助により外部環境中の空気によって冷却される。熱交換器(6)内では、重力によりタンク(21)まで運ばれる油及び水が濃縮される。これらのガスは冷却されると、濃縮苛性ソーダを有するアルカリ水タンク(7)へと噴射され、さらに冷却され、phが中和されて処理される。このタンク(7)内の水は、ポンプ組立体(22)及びフィルタ(23)の補助により継続的に再循環されて、次いでラジエータ(24)で冷却されてそれ自体によりタンク(7)へと戻る。さらに、タンク(7)からの流出ガスが送風機(9)により活性炭フィルタ(8)へと吸引され、活性炭フィルタ(8)により、粒子状物質、並びに、ダイオキシン及びフランなどの環境に有害な複合分子を完全に低減することが促進される。これらのガスは活性炭フィルタ(8)を通過した後に燃焼器(10)へと順方向に移動させられ、そこで可燃性ガスが酸化される。燃焼器(10)は燃焼を補助するための放電発生器を有し、それにより、大気が存在する中でこれらのガスが完全に燃焼するようになる。最後に、燃焼された後、これらのガスが、NO、CO及びその他のガスを確実に最大限減少させる触媒(11)を通過し、送気管(12)を通して大気へと放出される。
任意選択で、経済性のために、本方法は灰及び不活性の固形物質を溶融させずに実施されてもよく、その場合には熱源(5)が作動されない。この場合、灰及び不活性生成物は本方法の副生成物となる。

Claims (4)

  1. 2つの異なる熱源で構成される勾配に基づいて固形廃棄物を処理するための方法であって、
    当該方法は、2つのチャンバ(2及び3)を有する負圧の反応器(1)を含み、該反応器では、熱分解チャンバ(2)並びに灰及び不活性物質のための溶融チャンバ(3)からのそれぞれの、電力を制御される熱源(4及び5)によって形成される熱勾配が900℃〜1600℃の範囲の温度に達することができ、得られる熱分解ガスが吸引装置(18)によって吸引されて熱交換器(6)へと誘導され、そこで、ポンプ(19)を通る循環水によって急冷され、ラジエータ(20)の補助により外部環境中の空気によって冷却され、前記熱交換器(6)内では、重力によりタンク(21)まで運ばれる油及び水が濃縮され、
    冷却後、これらのガスがアルカリ水タンク(7)へと噴射され、ポンプ組立体(22)及びフィルタ(23)の補助により継続的に再循環されてラジエータ(24)内で冷却され、
    前記タンク(7)からの流出ガスが送風機(9)により活性炭フィルタ(8)へと吸引され、放電発生器を有する燃焼器(10)へと誘導され、
    燃焼後、前記ガスが、NO、CO及びその他のガスを確実に最大限減少させる触媒(11)を通過し、送気管(12)を通して大気へと放出される、2つの異なる熱源で構成される勾配に基づいて固形廃棄物を処理するための方法。
  2. 液化生成物が前記反応器(1)の開口部(14)を通して注出され、るつぼ(15)に供給され、冷却されてガラス化される、請求項1に記載の2つの異なる熱源で構成される勾配に基づいて固形廃棄物を処理するための方法。
  3. 前記廃棄物中にニッケル、クロム、鉄その他の鉄類が存在する場合、液化されて前記反応器(1)の底部に第2のフェーズの液化物質として蓄積し、下側の開口部(16)を通してるつぼ(17)へと注入される、請求項2に記載の2つの異なる熱源で構成される勾配に基づいて固形廃棄物を処理するための方法。
  4. 任意選択で、当該方法が灰及び不活性の固体を溶融させずに実施され得、その場合、前記熱源(5)が作動されない、請求項1に記載の2つの異なる熱源で構成される勾配に基づいて固形廃棄物を処理するための方法。
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