JP2018527547A - 酸化反応と還元反応が分離されて起こるようにする還元用バーナー及びこれを用いた合成ガスリサイクリングシステム - Google Patents

Abstract

本発明は互いに隔離されなかった単一空間で酸化反応と還元反応が分離されて起こるようにする還元用バーナー及びこれを用いた合成ガスリサイクリングシステムに関するもので、燃料供給孔（２１０）と複数の酸素供給孔（２２０）を備えた還元用バーナー（２００）を反応炉（１００）の壁体（１０１）に複数設置して反応炉のバーナーを構成し、還元用バーナー（２００）のヘッド（２０１）の先端に、還元用バーナー（２００）の点火後に燃料を酸化させることができる量より少なく供給される酸素を全て無くすことができるように、バーナー内の十分な深さで燃焼室（２０２）を備えることで、燃焼室（２０２）の内部では酸素の酸化（燃焼）反応が充分に起こるようにし、反応炉（１００）の内部では流入した酸素がなく、不完全燃焼した燃料（Ｃ、ＣＯ、Ｈ２）と放射熱と還元用バーナー内で酸化によって発生したＨ２Ｏ分子又はＣＯ２分子が流入して１２００℃以上の高温に加熱させることによってＨ２Ｏ分子又はＣＯ２分子による還元反応のみが起こるようになり、本発明による互いに隔離しなかった単一空間で酸化反応と還元反応が分離されて起こるようにする還元用バーナーを得ることができる。また、不完全燃焼によって流入した合成ガス（Ｈ２とＣＯの混合ガス）は再び捕集して再使用するので問題はない。そして、前記のように深い燃焼室（２０２）がヘッドの先端に備えられた還元用バーナー（２００）と反応炉（１００）からなる互いに隔離しなかった単一空間で酸化反応と還元反応が分離されて起こるようにする還元用バーナーの外に、混合ガス排出孔（１２０）と連結された混合ガス回収ライン（１２１）を通じて捕集されたガスを冷却及び圧縮させる冷却圧縮機（４００）；冷却圧縮機（４００）で冷却圧縮された混合ガスを受けて保存してから前記反応炉（１００）の還元用バーナー（２００）に供給する貯蔵タンク（５００）；及び酸素供給孔（２２０）に酸素を供給する酸素発生器（６００）；を備えれば、反応炉で生成された合成ガスを捕集して保存してから還元用バーナーに燃料として供給して再使用することができる合成ガスリサイクリングシステムを得ることができる。
【選択図】図７

Description

本発明は焼却炉などのあらゆる酸化反応炉と現在の石炭ガス化装置のように酸化と還元反応が混合して起こるあらゆる混合反応炉で還元反応のみが起こるようにすることができる還元用バーナーに関するもので、互いに隔離しなかった単一空間で酸化反応と還元反応を完全に分離して、反応炉内では還元反応のみ起こるようにし、これを用いて各種の有機廃棄物又は石炭を完全に還元させることによって酸化による毒性副産物がないので、その２次処理を行わなくても石炭や有機廃棄物から純度の非常に高い合成ガス（Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｇａｓ）（Ｈ２とＣＯの混合ガス）を得ることができる、酸化反応と還元反応が分離されて起こるようにする還元用バーナー及びこれを用いた合成ガスリサイクリングシステムに関するものである。

一般に、現代産業で使用する全ての種類の酸化反応炉（燃焼炉）（産業廃棄物焼却炉、複合火力発電、病院ごみなどの焼却炉）は１２００℃以下の低温酸化環境に耐えられる断熱材とバーナーを主に使っており、還元に対する認識が不足して全ての産業廃棄物などを焼却炉のような燃焼炉で火で燃やして体積を減らす酸化処理方法を採択している。

ところが、ＰＶＣのように塩素を含む物質は焼却時に人体に有害物質であるダイオキシンが多量発生し、ダイオキシンのうち枯葉剤や除草剤に使われるテトラクロロジベンゾジオキシン（ＴＣＤＤ）は１ｇで５０ｋｇのヒト２万名を殺すことができるほどで、青酸カリウムより１０００倍も強い毒性を有する。

すなわち、ＰＶＣは都市廃棄物のうちダイオキシンの最大の発生源と見なされており、ＰＶＣ廃棄物の焼却時にダイオキシンのみ発生するものではなく塩化ビニル単量体、クロロベンゼン、ベンゼン、トルエン、キシレン、ナフタリンのような芳香族発癌物質を含めて最小で７５種の燃焼副産物が発生する。また、廃ＰＶＣは、焼却する場合、分解抑制のために添加された鉛、カドミウムなどの重金属安定剤と環境ホルモンと疑われているフタレート類の可塑剤のような有害な成分も排出される。特に、重金属が安定剤として多量処方されるため、ＰＶＣは都市廃棄物のうち鉛、カドミウムが一番多く発生するものと知られていた。

そして、食品医薬品安全庁の有害物質叢書によると、塩素を含む有機化合物（ＰＶＣ原料物質）の焼却時、原料気体の不完全燃焼又は冷却ゾーン（ｃｏｏｌｅｒ ｚｏｎｅｓ：２５０〜４５０℃）の飛散灰非均質反応によってダイオキシンが生成され、焼却炉工程を外れた運転温度が２５０〜３００℃程度に冷却される後燃焼（ｐｏｓｔ−ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ）段階で飛散灰中の金属塩化物の触媒効果によって再びダイオキシンが生成されることができると記載されている。

このように、事実上高温１２００℃以上でダイオキシンを２次処理すると言っても温度が低くなるにつれてまた生成される可能性が高く、事実上焼却において酸素が及ばない内部は焼却が不可能であり、一部酸素が及ばない境界点は低温で処理されるしかない環境であるので、焼却においてダイオキシン生成を全て防止することは不可能であると言える。

このような各種の廃棄物焼却時の問題点を研究したところ、徐々に酸化による多様な２次化合物が生成されることが分かった後には、酸化後に２次化合物を処理する方法を研究して来た。

また、石炭ガス化複合発電（ＩＧＣＣ）などの石炭ガス化装置では、特定温度（約１２００℃）以上で還元反応が起こるという事実を認知し、この温度に到逹するために処理対象物質である石炭の粉末形態である粉炭を単一空間で酸化させ、酸化反応の熱によって１２００℃以上の高温に到逹すれば酸素を遮断することで、酸化して残った粉炭がその温度で還元反応を引き起こすようにする、同じ空間内で酸化還元が混合して起こる方法を発展させて来た。

その石炭ガス化装置の還元化学反応は次のようである。
還元反応式Ｒｅａｃｔｏｒ：（Ｈ：ｐｏｓｉｔｉｖｅ）１２００℃以上
Ｃ＋Ｈ２Ｏ ＣＯ＋Ｈ２＋１２２．６ｋＪ／ｍｏｌ
Ｃ＋ＣＯ２ ２ＣＯ＋１６４．９ｋＪ／ｍｏｌ
（−ＣＨ２−）＋Ｈ２Ｏ ＣＯ＋２Ｈ２＋２０６．２ｋＪ／ｍｏｌ
（−ＣＨ２−）＋ＣＯ２ ２ＣＯ＋Ｈ２＋２４７．３ｋＪ／ｍｏｌ

この還元反応は前記のように吸熱反応であり、図８の実験グラフで示すように、炭素を含む全ての物質は１２００〜１３００℃以上で全ての炭素がＣＯに、全ての水素はＨ２に変換されるという理論である。

前記反応は、粉炭と酸素の発熱反応によって温度を１２００℃以上上げる酸化反応（高温のスチーム（Ｈ２Ｏ）も一緒に注入してスチーム（Ｈ２Ｏ）も１２００℃以上に加熱することで、反応炉の内部が１２００℃以上となるようにする）と酸素の供給を止めてその温度での還元反応、そしてその化合物が比較的低温での２次化合物を生成する反応である。

前記のように酸化とガス化反応（還元反応）が同時に起これば、合成ガス（Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｇａｓ）（Ｈ２とＣＯの混合ガス）以外に酸化反応物質である亜硫酸ガス（ＳＯ２）、浮遊微粒子、窒素酸化物（ＮＯｘ）、各種の有機化合物（ダイオキシン、炭化水素（ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎ）、揮発性有機物（ＶＯＣ）など）、水銀、ヒ素、鉛、カドミウムなどが生成される。

ここで、図１は従来の一般的なバーナーが設置された高温酸化炉の燃焼状態を概略的に示す断面図、図２は図１のバーナー燃焼状態を拡大した図である。

これに示す燃焼炉１０は、燃料供給孔２２と第１酸素供給孔２３を備えた一般的なバーナー２０が取り付けられ、燃焼炉１０の一側には別途の第２酸素供給孔１１が備えられることで、酸素が第１酸素供給孔２３と第２酸素供給孔１１を通じて燃焼炉１０内に充分に供給される状態で燃焼するようになっている。

そして、前述したような従来のバーナー２０はヘッド２１そのものに備えられる燃焼室がヘッド２１の先端によほど短く（浅く）形成されているとか点火できないため、バーナー２０を点火すれば、ヘッド２１の火炎が燃焼炉１０の内部空間で処理対象物質に直接触れて処理対象物質を焼却させるようになっている。

このような従来のバーナー２０が使われる燃焼炉１０は、酸素が反応炉の内部に存在し、処理対象物質に火炎が直接触れて一緒に燃えながら焼却する酸化バーナー方式のもので、炭素を含む有機物（ＣｎＨ２ｎ）に酸素を供給して燃焼させるものであるので、酸化と還元（非常に部分的に１２００℃以上の温度に到逹した部分では還元反応も起こる）が同時に起こりながら各種の酸化物と２次化合物が発生することになる。

すなわち、ダイオキシンの外にも、トルエン、ナフタリン、ベンゼン、塩化ビニル単量体、キシレン、クロロベンゼンのような芳香族発ガン物質（ＰＡＨＳ）と亜硫酸ガス（ＳＯ２）、二酸化窒素（ＮＯ２）、二酸化炭素（ＣＯ２）なども発生するから、これらをそのまま大気中に放流する場合、深刻な大気汚染と環境汚染が発生するので、綺麗に濾過するために相当な処理コストがかかる問題点がある。

また、良好な燃焼のために多量のバーナー用燃料を使い、対象物質を直接酸化させるための酸素が常に燃焼炉に投入されなければならないので、これによるコスト負担が非常に高いと言える。

したがって、本発明は前述した従来の問題点を改善しようと開発されたもので、本発明の目的は、互いに隔離されていない単一空間において酸化と還元反応を分離するとともに還元反応を用いて各種の有機廃棄物又は石炭を完全に還元させることにより、２次処理を行わなくても純度が非常に高い合成ガス（Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｇａｓ）を得ることができる、酸化反応と還元反応が分離されて起こるようにする還元用バーナーを提供することにある。

本発明の他の目的は、前記還元用バーナーが設置された反応炉で合成ガスを生成する過程とその生成された合成ガスを還元用バーナーに燃料として供給して再活用する過程を繰り返すことができる酸化反応と還元反応が分離されて起こるようにする還元用バーナーを用いた合成ガスリサイクリングシステムを提供することにある。

すなわち、この還元反応を用いて各種の有機廃棄物や石炭などの有機物を完全に還元させることにより、燃料を消費するものではなく、むしろ合成ガス（Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｇａｓ）である燃料を生産するので、この燃料を再使用して連続処理することができる。

このような本発明の目的は、燃料供給孔と複数の酸素供給孔を備えた還元用バーナーを反応炉の壁体に複数設置する還元反応炉を構成するとき、還元用バーナーのヘッドの先端には、還元用バーナーの点火後に燃料と一緒に供給される酸素を還元用バーナー内で全て無くすことができるように十分な深さに燃焼室を形成する。

すなわち、供給される燃料の酸化に必要量より酸素を充分に少なく供給することによって不完全燃焼するようにし、供給孔を通じて供給される酸素が還元用バーナー燃焼室の内部で酸化（燃焼）反応によって完全に消費されるように燃焼室を充分に長くすれば、酸化反応は還元用バーナーの内部でのみ起こる。この還元用バーナーを用いて反応炉の内部を１２００℃以上に加熱すれば、反応炉の内部では還元用バーナーから出た放射熱と未燃焼燃料（Ｃ、ＣＯ、Ｈ２）、還元用バーナー内で酸化によって発生したＨ２Ｏ分子又はＣＯ２分子による還元反応のみが起こるようになり、酸化反応と還元反応が分離された還元用バーナーによる還元反応炉を構成することができる。

この還元反応の代表的反応式は次のようなものである。
ＣｎＨ２ｎ＋ｎＨ２Ｏ＋ＣＯ＋Ｈ２＋熱（１２００℃以上）→（ｎ＋１）ＣＯ＋（２ｎ＋１）Ｈ２
ＣｎＨ２ｎ＋ｎＣＯ２＋ＣＯ＋Ｈ２＋熱（１２００℃以上）→２ｎＣＯ＋ｎＨ２

本発明の他の目的は、反応炉の壁体に複数設置される前記還元用バーナー；反応炉の混合ガス排出孔と連結された混合ガス回収ラインを通じて捕集されたガスを冷却及び圧縮させる冷却圧縮機；冷却圧縮機で冷却圧縮された混合ガスを受けて保存してから前記反応炉の還元用バーナーに供給する貯蔵タンク；及び酸素供給孔に酸素を供給する酸素発生器；を含んでなり、反応炉で生成された合成ガスを捕集して保存し、その保存された燃料の一部又は全部を反応炉の還元用バーナーに燃料として供給して再使用するように合成ガスリサイクリングシステムを構成することによって達成することができる。

このような本発明は、例えばＰＶＣを分解処理するときに塩素の処理のために消石灰（ＣａＯ）を入れながら反応させれば次のように反応する。
２（Ｃ２Ｈ３Ｃｌ）＋３Ｈ２Ｏ＋ＣａＯ→６Ｈ２＋４ＣＯ＋ＣａＣｌ２
２（Ｃ２Ｈ３Ｃｌ）＋３ＣＯ２＋ＣａＯ→３Ｈ２＋７ＣＯ＋ＣａＣｌ２
（：ｎ（Ｃ２Ｈ３Ｃｌ）はＰＶＣ、６Ｈ２＋４ＣＯ：通常合成ガス（Ｈ２とＣＯの混合ガス）という）

還元用バーナーから出る高温の水蒸気（３Ｈ２Ｏ）又は二酸化炭素（３ＣＯ２）と還元反応して合成ガス（Ｈ２とＣＯの混合ガス）を生成し、消石灰（ＣａＯ）と還元反応して中性塩である塩化カルシウム（ＣａＣｌ２）を生成するので、ダイオキシン（Ｄｉｏｘｉｎ）のような２次汚染なしにＰＶＣを効果的に処理することができるようになる。

そして、ＰＶＣを含む全ての有機廃棄物を２次化合物がほとんどない還元状態への処理が可能であり、このような本発明の還元用バーナーを石炭ガス化装置に用いれば混合反応炉内では還元反応のみ起こるので、酸化による２次化合物の処理が不要であり、高濃度の合成ガスを大量で得ることができるので、石炭を新しい清浄エネルギー源として易しく使うことができる効果がある。

特に、酸化と還元が分離されて起こるので、酸化による毒性の強い以外の和合物質（ＰＨＡｓ、Ｄｉｏｘｉｎなど）が発生せず、石炭を含めた悪性有機化合物廃棄物（廃油、廃タイヤ、ＰＶＣ、ＰＣＢＳ、病原性ごみなど）を還元反応で合成ガス（Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｇａｓ）に分解して処理することができ、副産物として清浄合成ガス（Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｇａｓ）を得ることができ、高温還元環境が必要な全ての高温炉に適用することができる。

また、還元用バーナーが稼動されるうちに還元が連続的に起こるので、清浄合成ガス（Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｇａｓ）を絶え間なく常に生産し、生成されたガスの一部を還元用バーナーで再使用し、残りは保存するとかメタンに作って（ＳＮＧ：Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ Ｎａｔｕｒａｌ Ｇａｓ−ＣＨ４）一般の炊事及び暖房用に使うことができる。

また、還元を用いた中低準位放射能物質（主に有機化合物である被覆など）の分解処理で量を減らすことによって放射能物質の処理を容易にする方法となるであろう。すなわち、被覆又は装具類が放射能（Ｕ、Ｃｅ）に汚染されていれば、大部分が有機物からなった中低準位廃棄物は還元ガス化して、合成ガスは処理してフィルタリングし、ウラニウム塩とセシウム塩を２次処理すれば、中低準位廃棄物の体積を画期的に減らし、容易に保存することができる。

主要化学反応式は
４（Ｃ２Ｈ３Ｃｌ）＋６Ｈ２Ｏ＋Ｕ＋熱（１２００℃以上）→１２Ｈ２＋８ＣＯ＋ＵＣｌ４又は２（Ｃ２Ｈ３Ｃｌ）＋３Ｈ２Ｏ＋２Ｃｅ＋熱（１２００℃以上）→６Ｈ２＋４ＣＯ＋２ＣｅＣｌ である。

従来のバーナーが設置された高温酸化炉の燃焼状態を概略的に示す断面図である。 図１のバーナーの燃焼状態を示した拡大図である。 本発明の還元用バーナーが設置された反応炉の内部を示した横断面図である。 図３の反応炉に設置された還元用バーナーの燃焼状態を示した拡大図である。 本発明において還元用バーナーのみを抜粹して燃焼状態を示した横断面図である。 本発明において火点用補助バーナーが設置された還元用バーナーにガスと粉炭が燃料として供給される状態を区分して示す横断面図である。 本発明において火点用補助バーナーが設置された還元用バーナーにガスと粉炭が燃料として供給される状態を区分して示す横断面図である。 本発明の還元用バーナーで生成された合成ガスを燃料として繰り返し循環させて再使用するリサイクリング装置図である。 炭素を含む全ての物質は１２００〜１３００℃以上で、全ての炭素がＣＯに、全ての水素はＨ２に変換される理論として広く知られた実験グラフである。

以下では本発明の前記目的を達成するための技術構成及び作用を好適な実施例として添付した図面に基づいて具体的に説明する。

図３は本発明の還元用バーナーが設置された反応炉の内部構造を示した横断面図、図４は図３の反応炉の還元用バーナー燃焼状態を示した拡大図、図５は本発明においてヘッド先端に燃焼室が十分な深さに形成されて火炎が燃焼室内部でのみ作用する還元用バーナーヘッドの構造を示した横断面図である。

これに示した本発明の構成において、ガスや粉炭が燃料として注入される燃料供給孔２１０と複数の酸素供給孔２２０を備えた還元用バーナー２００を反応炉１００の壁体１０１に複数設置して反応炉１００の内部温度を１２００℃以上の高温にする反応炉１００の還元用バーナー構成は一般的であると言える。

本発明の特徴は、燃料供給孔２１０の燃料ガスの点火時、還元用バーナー２００のヘッド２０１の先端に備えた燃焼室２０２内でのみ酸化燃焼作用するように前記燃焼室２０２をヘッド２０１の先端に一定深さで形成して、燃料より少ない量の酸素を供給することにより、酸素供給孔２２０を通じて供給される酸素が燃焼室２０２内で完全に消費されるようにし、反応炉１００の内部では１２００℃以上に維持された状態で還元用バーナーから出た放射熱と不完全燃焼された燃料（Ｃ、ＣＯ、Ｈ２）、還元用バーナー内で酸化によって発生したＨ２Ｏ分子又はＣＯ２分子による還元反応のみが起こるようにしたことにある。

これをより具体的に説明すれば、前記ヘッド２０１の先端に備えられる燃焼室２０２は、還元用バーナーの点火後、燃料と一緒に供給される酸素を還元用バーナー内で全て無くすように十分な深さで形成されなければならなく、酸素供給孔２２０に供給される酸素が燃料供給孔２１０の燃料を酸化させることができる量より充分に少ない量であれば、酸素供給孔２２０を通じて供給される酸素が深い燃焼室２０２内で完全に消費されることができる。

特に、酸素は燃焼室２０２内でのみ完全に消費され、これによって還元用バーナー内の燃焼室２０２から反応炉１００の内部には放射熱と不完全燃焼された燃料（Ｃ、ＣＯ、Ｈ２）、還元用バーナー内で酸化によって発生したＨ２Ｏ分子又はＣＯ２分子のみが流入するようになる。すなわち酸素がない。

ここで、図６は本発明の還元用バーナーに点火器が設置された状態を示した図である。同図において、未説明符号３００は酸素が補助バーナーヘッド３０１に供給される火点用補助バーナーであり、３０２は火点用補助バーナー３００のスパークプラグであり、反応炉１００には炭素を含む有機物（ＣｎＨ２ｎ）が燃焼のために投入される。

そして、前記反応炉１００の外壁は高温の熱と還元雰囲気によって分解されない熱衝撃に充分に耐えられる素材（一例として、酸化アルミニウムを纎維に作った後、これを樹脂に混合した素材）から製造されることが好ましく、高温還元雰囲気で使用する温度センサーは白金と白金ロジウム合金を用いた温度センサー１１０を使うかこれより良い合金の温度センサーを使っても良い。

このように形成された本発明は、燃料供給孔２１０を通じて供給される燃料ガス量に比べて酸素供給孔２２０を通じて供給される酸素量を少なく投入しなければならない。このようにすれば、燃料供給孔２１０に噴射されるガス量を最大にしても還元用バーナー２００のヘッド２０１に備えられた相当な深さの燃焼室２０２内でのみ燃焼（酸化反応）するから、ヘッド２０１の燃焼室２０２に供給された酸素は燃焼（酸化反応）によって還元用バーナー内の燃焼室で完全に消費され、放射熱と不完全燃焼された燃料（Ｃ、ＣＯ、Ｈ２）、還元用バーナー内で酸化によって発生したＨ２Ｏ分子又はＣＯ２分子は反応炉１００に流入する。

すなわち、還元用バーナー２００の燃焼室２０２内でのみ酸化反応が起これば、燃焼室２０２内の反応は、
カーボン、すなわち粉炭を酸化させれば、Ｃ＋Ｏ２→ＣＯ２
一酸化炭素を酸化させれば、２ＣＯ＋Ｏ２→２ＣＯ２のように反応し、
水素を酸化させれば、２Ｈ２＋Ｏ２ ２Ｈ２Ｏの発熱反応が起こることになる。

それで、反応炉１００内に放射熱と酸化によって生成されたＣＯ２、２Ｈ２Ｏ、そして酸化しなかったＣＯ、Ｈ２ガスが流入する。

この時、酸素は還元用バーナー２００のヘッド２０１の燃焼室２０２内で全量消費され、反応炉１００内では１２００℃以上を維持すれば酸素がないから、還元用バーナーで生成された水分子（２Ｈ２Ｏ）と二酸化炭素分子（ＣＯ２）によって、
（Ｈ２Ｏによる一般有機物の還元反応式）
ＣｎＨ２ｎ＋ｎＨ２Ｏ＋熱（１２００℃以上）→ｎＣＯ＋２ｎＨ２、Ｃ＋Ｈ２Ｏ ＣＯ＋Ｈ２、
（ＣＯ２による一般有機物の還元反応式）
ＣｎＨ２ｎ＋ｎＣＯ２＋熱（１２００℃以上）→２ｎＣＯ＋ｎＨ２、Ｃ＋ＣＯ２ ２ＣＯ
の還元反応のみ起こり、合成ガス（Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｇａｓ）と塩類以外の反応物質はほぼ生成されなくなる。

したがって、このような本発明の還元用バーナー２００の還元反応を用いて各種の有機廃棄物又は石炭を完全に還元させれば、２次処理をほとんどしないながらも純度が非常に高いＨ２とＣＯの合成ガスを得ることができる。

すなわち、言い換えれば、本発明は、前記合成ガス（Ｈ２とＣＯの混合ガス）を特定の閉鎖空間であるヘッド２０１の燃焼室２０２内に供給し、供給される燃料ガス量より少量の酸素（Ｏ２）を供給して、酸素が不足した状態で還元用バーナー内で不完全燃焼させれば、その結果物である水蒸気（Ｈ２Ｏ）と二酸化炭素（ＣＯ２）、そして一部の残った合成ガス（Ｈ２とＣＯの混合ガス）と熱源である放射熱がこの還元用バーナーを使う反応炉を還元反応炉に作るものである。

ここで、前記結果物である高温の水蒸気（Ｈ２Ｏ）と高温の二酸化炭素（ＣＯ２）そして一部の残った高温の合成ガス（Ｈ２とＣＯの混合ガス）と熱源である放射熱が反応炉１００の内部にそのまま伝達されることにより、反応炉１００の内部では還元作用のみが起こる。また、不完全燃焼によって流入した合成ガス（Ｈ２とＣＯの混合ガス）は再び捕集して再使用するので問題となるものはない。

その結果、本発明は、還元用バーナー２００と反応炉１００で酸化と還元が分離されて起こるから、酸化による毒性の強い和合物質（ＰＨＡｓ、Ｄｉｏｘｉｎなど）が発生しないので、石炭を含めた悪性有機廃棄物を清浄処理することができ、副産物としてＨ２とＣＯが混合された清浄合成ガス（Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｇａｓ）を得ることができる。

ＰＶＣを処理するときは、
２（Ｃ２Ｈ３Ｃｌ）＋３Ｈ２Ｏ＋ＣａＯ→６Ｈ２＋４ＣＯ＋ＣａＣｌ２
２（Ｃ２Ｈ３Ｃｌ）＋３ＣＯ２＋ＣａＯ→３Ｈ２＋７ＣＯ＋ＣａＣｌ２
（：ｎ（Ｃ２Ｈ３Ｃｌ）はＰＶＣ、６Ｈ２＋４ＣＯ：通常合成ガス（Ｈ２とＣＯの混合ガス）という）
高温の水蒸気（３Ｈ２Ｏ）が高温の二酸化炭素（３ＣＯ２）と還元反応してＨ２＋ＣＯ（通常合成ガス（Ｈ２とＣＯの混合ガス））を生成し、消石灰（ＣａＯ）との還元反応によって中性塩である塩化カルシウム（ＣａＣｌ２）を生成するので、ダイオキシンのような２次汚染なしにＰＶＣを処理することができる。

このような本発明の還元用バーナーは、既存の酸化還元が混合して起こる混合炉である石炭ガス化装置（ＩＧＣＣ）の完全還元装置化をなすため、付随的な２次化合物処理装置が不要であり、効率を極大化することができる。

このような本発明の加熱装置にＰＶＣのようなプラスチック、廃タイヤなどを投入するとき、反応炉又は還元用バーナー２００で発生した廃熱を用いて８００℃以下で熱分解して低分子に分解した後、気体又は液体状態で還元炉に投入すれば、還元反応がもっと早く起こることになり、これによる熱損失も減らすことができ、このように液体又は気体として反応炉１００内に投入されれば、固体が反応炉１００の壁に衝突することによる損傷も防止することができる。

このような本発明の高温還元炉を新たに作るときは、反応炉１００の底に空気供給孔を初めから形成せず、還元用バーナー２００に備えられた酸素供給孔２２０を通じてのみ酸素を供給すれば良い。

そして、既存の高温酸化炉を高温還元炉に作ろうとするときは、既存の反応炉（酸化炉）の底に備えられた酸素供給孔２２０は遮断して酸素が反応炉の内部には全然流入することができないようにし、還元用バーナー２００に備えられた酸素供給孔２２０を通じての酸素が燃焼室２０２に供給されて消費されるようにすれば良いものである。このようにすれば、既存の一般高温酸化炉を本発明の高温還元炉として作ることができる。

図７は本発明の還元用バーナーによって生成される合成ガスを燃料タンクに保存してから本発明の還元用バーナーに燃料として供給して再使用するリサイクリングシステム過程図である。

これに示した本発明の還元用バーナーを用いた合成ガス再使用システムは、上部に混合ガス排出孔１２０が備えられ、還元用バーナーから送られる放射熱と不完全燃焼された燃料（Ｃ、ＣＯ、Ｈ２）と還元用バーナー内で酸化によって発生したＨ２Ｏ分子又はＣＯ２分子が伝達されて１２００℃以上に到達すれば、供給される炭素を含む有機物（ＣｎＨ２ｎ）をＨ２Ｏ分子又はＣＯ２分子によって還元反応のみさせる反応炉１００；反応炉１００の壁体１０１に複数設置され、燃料供給孔２１０と複数の酸素供給孔２２０を備えた還元用バーナー２００；及び酸素供給孔２２０を通じて供給される酸素を全て消費することができるように還元用バーナー２００のヘッド２０１の先端に一定深さで備えられ、酸化燃焼作用しながら反応炉１００に放射熱と不完全燃焼された燃料（Ｃ、ＣＯ、Ｈ２）と還元用バーナー内で酸化によって発生したＨ２Ｏ分子又はＣＯ２分子を供給する燃焼室２０２；からなる。

そして、混合ガス排出孔１２０と連結された混合ガス回収ライン１１０を通じて捕集されたガスを冷却及び圧縮させる冷却圧縮機４００；冷却圧縮機４００で冷却圧縮された混合ガスを受けて保存してから前記反応炉１００の還元用バーナー２００に供給する貯蔵タンク５００；及び酸素供給孔２２０に酸素を供給する酸素発生器６００；をさらに備える。

このような本発明のシステムには、温度による合成ガス及び酸素調節器、補助バーナー自動挿入排出装置、排出ガス測定システム、これらの統合コントロールシステムなどがさらに設置されるが、これらの構成は一般化したものなので、これらについての詳細な言及は省略する。

前述した本発明の混合ガス再使用システムは、前述したように、還元用バーナー２００のヘッド２０１に一定深さで形成した燃焼室２０２内でのみ火炎が酸化燃焼作用して酸素を全て消費させ、このような還元用バーナー２００が動作するうちに不完全燃焼した燃料ガス（Ｃ、ＣＯ、Ｈ２）と放射熱と還元用バーナー内で酸化によって発生したＨ２Ｏ分子又はＣＯ２分子が反応炉１００に流入しながら１２００℃以上の高温に加熱されれば、Ｈ２Ｏ分子又はＣＯ２分子による還元反応によってＨ２とＣＯの合成ガスを常に生成することになる。

このように生成された混合ガスが混合ガス回収ライン１１０を通じて捕集されると、冷却圧縮機４００で所要温度に圧縮させ、その後、貯蔵タンク５００に保存させてから前記還元用バーナー２００の燃料供給孔２１０に供給する過程を繰り返して、還元用バーナー２００の稼働によって多量の混合ガスが発生するので、最初の稼働時以外には燃料コストがかからなく、むしろ有機廃棄物から燃料を生産することができる。

そして、還元用バーナー２００が稼動されるうちには合成ガスを絶え間なく常に生産することができ、捕集される混合ガス量がよほど多い場合、その混合ガスを一定温度に冷却圧縮して保存する時、前記貯蔵タンク５００の外に第２燃料貯蔵タンク５１０をさらに備えて第２燃料貯蔵タンク５１０にも保存すれば、これを一般の家庭又は店で暖房又は炊事用燃料として使うことができる。

また、従来のＩＧＣＣ石炭ガス化装置は、酸化と還元が同じ空間で起こり、燃焼してから冷える過程を繰り返す非能率的な間欠的な方法で合成ガス（Ｈ２とＣＯの混合ガス）を生産し、２次工程で酸化によって生成された副産物を処理する煩わしさと処理コスト上昇の問題点があるが、

本発明の還元用バーナーを用いた合成ガスリサイクリングシステムは、酸化と還元を分離して、副産物がほとんどない（Ｈ２Ｓ、ＦｅＳのような化合物が生成され得るが、有用な化合物であり、フィルタリングは難しくない）清浄合成ガスを連続的に得ることができる利点がある。

したがって、これまで焼却炉は酸化による副産物（ＰＨＡｓ、ダイオキシンなど）によって地域住民、政府との法的摩擦があって来たが、本発明の還元用加熱装置を使えば、副産物を無くして清浄処理することができるので、地域住民又は政府との摩擦を避けることができる。

新都市周辺の焼却機能を喪失した複合火力において、燃焼されるごみを還元清浄処理して副産物の合成ガス（Ｈ２とＣＯの混合ガス）を燃料として発電機を稼動することができ、ごみを清浄エネルギー源として使うことができる。

特に、変圧器絶縁油、廃油、廃エンジンオイル、廃ＰＶＣ、廃タイヤ、廃プラスチック類などの廃有機物の還元処理によって合成ガス（Ｈ２とＣＯの混合ガス）を生産することによって悪性廃棄物をエネルギー源に変えることができる。

そして、病院ごみの焼却ではない高熱還元処理によって全ての菌類（ウイルス又は菌類なども化学的には有機化合物である）などを清浄合成ガス（Ｈ２とＣＯの混合ガス）化することができ、既存の酸化によるダイオキシンなどの猛毒性２次有機化合物を生産したごみ焼却炉をごみ還元炉に変化させることができ、動物死体及び植物を含めた全ての有機和合物の還元処理及び清浄合成ガス化が可能である。

１００ 反応炉
１０１ 壁体
１１０ 温度センサー
１２０ 混合ガス排出孔
１２１ 混合ガス回収ライン
２００ 還元用バーナー
２０１ ヘッド
２０２ 燃焼室
２１０ 燃料供給孔
２２０ 酸素供給孔
３００ 補助バーナー
３０２ スパークプラグ
４００ 冷却圧縮機
５００ 貯蔵タンク
５１０ 第２燃料貯蔵タンク
６００ 酸素発生器

Claims (4)

1. 燃料供給孔（２１０）と複数の酸素供給孔（２２０）を備えた還元用バーナー（２００）を反応炉（１００）の壁体（１０１）に複数設置して反応炉（１００）の内部温度を１２００℃以上の高温に加熱する反応炉のバーナーの構成において、
   還元用バーナー（２００）のヘッド（２０１）の先端には、ヘッド（２０１）に供給される酸素を全て無くすことができるようにバーナー内に十分に深く形成された燃焼室（２０２）を備えることで、酸素供給孔（２２０）を通じて供給される酸素が燃焼室（２０２）の内部で酸化燃焼作用のために充分に消費されるようにし、
   反応炉（１００）の内部では不完全燃焼した燃料（Ｃ、ＣＯ、Ｈ２）と放射熱と還元用バーナー内で酸化によって発生したＨ２Ｏ分子又はＣＯ２分子が流入して１２００℃以上の高温に加熱されることによってＨ２Ｏ分子又はＣＯ２分子による還元反応のみが起こるようにしたことを特徴とする、酸化反応と還元反応が分離されて起こるようにする還元用バーナー。
2. 還元用バーナー（２００）のヘッド（２０１）の先端に備えられる燃焼室（２０２）は、燃料供給孔（２１０）の燃料点火後に供給される酸素を還元用バーナー内で全て無くすことができるように、十分な深さで形成されることにより、酸素供給孔（２２０）を通じて供給される酸素が供給される燃料（Ｃ、ＣＯ、Ｈ２）を燃やすときに燃焼室（２０２）内で完全に消費されるようにしたことを特徴とする、請求項１に記載の酸化反応と還元反応が分離されて起こるようにする還元用バーナー。
3. 酸素供給孔（２２０）を通じて燃焼室（２０２）に供給される酸素量は燃料供給孔（２１０）を通じて燃焼室（２０２）に供給される燃料より充分に少なくすることにより、酸素が還元用バーナー（２００）の燃焼室（２０２）内で全量消費されるようにし、少なく供給された酸素によって不完全燃焼した燃料の一部が残ることを特徴とする、請求項１に記載の酸化反応と還元反応が分離されて起こるようにする還元用バーナー。
4. 炭素を含む有機物（ＣｎＨ２ｎ）を１２００℃以上の高温で還元させ、上部に混合ガス排出孔（１２０）を備えた反応炉（１００）；
   反応炉（１００）の壁体（１０１）に設置され、燃料供給孔（２１０）と複数の酸素供給孔（２２０）を備えた複数の還元用バーナー（２００）；
   酸素供給孔（２２０）を通じて供給される酸素を全て消費することができるように、還元用バーナー（２００）のヘッド（２０１）の先端に一定深さで備えられ、酸化（燃焼）反応しながら、反応炉（１００）に、不完全燃焼した燃料（Ｃ、ＣＯ、Ｈ２）と放射熱と還元用バーナー内で酸化によって発生したＨ２Ｏ分子又はＣＯ２分子が流入することによって１２００℃以上の高温に加熱された後、Ｈ２Ｏ分子又はＣＯ２分子による還元反応が起こるようにする燃焼室（２０２）；
   混合ガス排出孔（１２０）と連結された混合ガス回収ライン（１２１）を通じて捕集されたガスを冷却及び圧縮させる冷却圧縮機（４００）；
   冷却圧縮機（４００）で冷却圧縮された混合ガスを受けて保存してから前記反応炉（１００）の還元用バーナー（２００）に供給する貯蔵タンク（５００）；及び
   酸素供給孔（２２０）に酸素を供給する酸素発生器（６００）；を含んでなり、
   反応炉で生成された合成ガスを捕集して保存してから還元用バーナーに燃料として供給して再使用するようにしたことを特徴とする、酸化反応と還元反応が分離されて起こるようにする還元用バーナーを用いた合成ガスリサイクリングシステム。