JP2023035480A - ハロゲン含有有機物の分解方法およびハロゲン含有物の分解システム - Google Patents
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Abstract
【課題】
ハロゲンを含有する有機物を分解する際の熱処理温度を従来よりも低くすることが可能な、ハロゲン含有有機物の分解方法およびハロゲン含有物の分解システムを提供する。
【解決手段】
本発明のハロゲン含有有機物の分解方法は、ハロゲンを含む有機物である処理対象物に第１の化合物および第２の化合物を接触させる接触工程（Ｓ１）と、第１の化合物および第２の化合物を接触させた処理対象物を、酸素を含む雰囲気で加熱して分解する加熱工程（Ｓ２）と、を有する。第１の化合物は、酸化物半導体を含み、第２の化合物は、処理対象物に含まれるハロゲンと反応してハロゲン化物を生成する元素を含む。
【選択図】図１
ハロゲンを含有する有機物を分解する際の熱処理温度を従来よりも低くすることが可能な、ハロゲン含有有機物の分解方法およびハロゲン含有物の分解システムを提供する。
【解決手段】
本発明のハロゲン含有有機物の分解方法は、ハロゲンを含む有機物である処理対象物に第１の化合物および第２の化合物を接触させる接触工程（Ｓ１）と、第１の化合物および第２の化合物を接触させた処理対象物を、酸素を含む雰囲気で加熱して分解する加熱工程（Ｓ２）と、を有する。第１の化合物は、酸化物半導体を含み、第２の化合物は、処理対象物に含まれるハロゲンと反応してハロゲン化物を生成する元素を含む。
【選択図】図１
Description
本発明は、ハロゲン含有物の分解方法およびハロゲン含有物の分解システムに関する。
ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）およびポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）は汎用プラスチックとして知られている。これらの汎用プラスチックは、世界のプラスチック生産量の６４％を占める。その内訳は、ＰＥが３０％（低密度ポリエチレン：１６％、高密度ポリエチレン：１４％）、ＰＰが１８％、ＰＳが６％、ＰＶＣが１０％である。
これらの汎用プラスチックを含む廃棄物は、従来から、燃焼させることにより分解し、減容処理されている。ただし、低温で燃焼させた場合、燃焼が不完全になり、残渣が多く残り十分な減容効果が得られない場合があった。また、ＰＶＣのように塩素を含む高分子は、３００℃程度の低温で燃焼するとダイオキシンが生成するため、８００℃を超える高温で処理する必要があった。しかしながら、このような高温で燃焼させた場合、大量のエネルギーを消費し、運転コストが大きくなってしまう問題があった。
そこで、上記汎用プラスチック等の有機物を含む廃棄物を処理する際に、従来よりも低い温度で燃焼させて処理する方法が研究されている。
例えば、特許文献１には、被分解化合物（ポリカーボネート等の有機化合物）を、酸素の存在下、ＴｉＯ２等の半導体粉末に１００℃から６００℃の温度で加接触させて被分解化合物を酸化分解する方法が提案されている。
特許文献２には、被処理物（硫黄、ハロゲン、ケイ素を成分として含む）の表面に、熱活性作用を備える半導体をコートする工程と、表面に半導体がコートされた被処理物を、空気雰囲気下において、半導体が熱活性作用を生じる温度以上に加熱することにより、被処理物を水と炭酸ガスとに分解する分解処理工程を有する方法が開示されている。
しかしながら、ＰＶＣ等のハロゲンを含有する有機高分子は、有機化合物の中でも安定な化合物であり、燃え尽きるためには５００～６００℃の加熱が必要になる。本発明者の研究の結果、特許文献１および特許文献２のように、ＰＶＣ等のハロゲンを含有する有機物に、半導体粉末を接触させる方法を適用しても、燃焼温度を下げる効果が十分ではないことがわかった。
本発明は、上記事情に鑑み、ハロゲンを含有する有機物を分解する際の熱処理温度を従来よりも低くすることが可能な、ハロゲン含有有機物の分解方法およびハロゲン含有物の分解システムを提供することを目的とする。
また、本発明の上記の目的およびその他の目的と本発明の新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面によって明らかにする。
上記目的を達成するための本発明の一態様は、ハロゲンを含む有機物である処理対象物に第１の化合物および第２の化合物を接触させる接触工程と、第１の化合物および第２の化合物を接触させた処理対象物を、酸素を含む雰囲気で加熱して分解する加熱工程と、を有し、第１の化合物は、酸化物半導体を含み、第２の化合物は、処理対象物に含まれるハロゲンと反応してハロゲン化物を生成する元素を含むハロゲン含有有機物の分解方法である。
また、上記目的を達成するための本発明の他の態様は、ハロゲンを含む有機物である処理対象物と、第１の化合物と、第２の化合物とを接触させる反応槽と、反応槽の内部を加熱する加熱装置と、反応槽内へ酸素を含む気体を供給する気体供給部と、を備え、第１の化合物は、酸化物半導体を含み、第２の化合物は、処理対象物に含まれる前記ハロゲンと反応してハロゲン化物を生成する元素を含み、該元素は、該元素がハロゲン化物となる際のギブスエネルギーが、該元素が酸化物となる際のギブスエネルギーよりも低く、上記反応槽において、処理対象物に含まれるハロゲンと第２の化合物に含まれる元素とが化合してハロゲン化物を生成する反応の方が、加熱装置による熱処理において処理対象物が熱分解してハロゲン化水素を生成する反応よりも優先的に起こることを特徴とするハロゲン含有有機物の分解システムである。
本発明のハロゲン含有有機物の分解方法および分解システムによれば、ハロゲンを含有する有機物を分解する際の熱処理温度を従来よりも大幅に低くすることが可能な、ハロゲン含有有機物の分解方法およびハロゲン含有物の分解システムを提供できる。
なお、上述した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
以下、本発明に係る実施の形態および実施例について、文章もしくは図面を用いて説明する。ただし、本発明に示す構造、材料、その他具体的な各種の構成等は、ここで取り上げた実施の形態や実施例に限定されることはなく、要旨を変更しない範囲で適宜組み合わせや改良が可能である。また、本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
なお、以下の説明において、「ハロゲン含有有機物の分解方法」を単に「分解方法」と称し、「ハロゲン含有有機物の分解システム」を単に「分解システム」と称することがある。
上述したように、本発明のハロゲン含有有機物の分解方法は、ハロゲンを含有する処理対象物に酸化物半導体を含む第１の化合物と、処理対象物に含まれるハロゲンと反応してハロゲン化物を生成する元素を含む第２の化合物を接触させ、酸素を含む雰囲気中で加熱するものである。本発明者の鋭意検討の結果、ハロゲン含有有機物に上記第１の化合物および第２の化合物の両方を接触させることで、従来よりも低温（２５０℃）でハロゲン含有有機物を分解できることが見出された。
上記第１の化合物および第２の化合物のそれぞれの技術的意義を説明する。第１の化合物に含まれる酸化物半導体を加熱すると、熱励起によって酸化物半導体内部に正孔（ｈ＋）と電子（ｅ－）が生じる。熱励起によって生じたｈ＋は酸化力が強く、酸化物半導体と接触したハロゲン含有有機物を燃焼しやすい低分子に分解する。これによりハロゲン含有有機物の低温燃焼が可能になる。
ただし、ハロゲン含有有機物は加熱によってハロゲン化水素が脱離し、二重結合を持つ安定な高分子に変化する。また、このハロゲン化水素の脱離反応は吸熱反応であるため、周囲から熱を奪い、燃焼を阻害する。例えば、ハロゲン含有有機物がＰＶＣである場合、吸熱反応によりＨＣｌが生じる。この安定化および吸熱反応の影響により、ハロゲン含有有機物は、第１の化合物に含まれる酸化物半導体と接触させて加熱しただけでは、燃焼温度を低下させる効果が十分ではなくなる。
そこで、第１の化合物とともに、処理対象物に含まれるハロゲンと反応してハロゲン化物を生成する元素を含む第２の化合物をハロゲン含有有機物に接触させる。第２の化合物中の元素とハロゲン含有有機物中のハロゲンとが化合してハロゲン化物を生成する反応は発熱反応であり、ハロゲン化水素の脱離よりも優先的に起きるため、上述した安定化および吸熱反応を抑制しながら、酸化物半導体の作用によってハロゲン含有有機物を燃焼しやすい低分子に分解する。これにより低温燃焼が可能になる。
以上のように、第１の化合物と第２の化合物を、ハロゲン含有有機物を分解する際の触媒として組み合わせることで、ハロゲンを含有する有機高分子の燃焼促進し、処理温度を従来よりも大幅に低下（２５０℃）させることができる。
処理温度の低下の程度と発熱量は、前述したように、酸化物半導体および第２の化合物が含むハロゲンと反応してハロゲン化物を生成する元素の種類や量によって変わるが、発熱によって、従来よりも大幅に低い温度で処理を行うことができる。次の関係を満たすように、第１の化合物(酸化物半導体)、第２の化合物を選択することにより、処理温度を低下させることができる。
第１の化合物と第２の化合物の両方を使用した際の発熱量＞処理対象物の温度を、低分子化していないハロゲン含有有機物が燃焼する温度（ＰＶＣであれば５００℃）まで昇温するのに必要な発熱量＞第１の化合物（酸化物半導体）単独の場合の発熱量
第１の化合物と第２の化合物の両方を使用した際の発熱量＞処理対象物の温度を、低分子化していないハロゲン含有有機物が燃焼する温度（ＰＶＣであれば５００℃）まで昇温するのに必要な発熱量＞第１の化合物（酸化物半導体）単独の場合の発熱量
例えば、ハロゲン含有有機物としてＰＶＣ、酸化物半導体としてＴｉＯ２、第２の化合物が含む、ハロゲンと反応してハロゲン化物を生成する元素としてＦｅを選定した場合、ＰＶＣにＴｉＯ２とＦｅ２Ｏ３を接触させることにより、２５０℃程度まで加熱温度を低下させることができる。そして、処理温度を低下させることにより、加熱処理を、５００℃以下の温度、好ましくは２００℃～５００℃の範囲内の温度で行うことが可能になる。
酸化物半導体は、その酸化物半導体内の電子が励起されやすく、つまりバンドギャップが広すぎず、かつ、電子の励起によって生成する正孔の酸化力が十分に大きい、つまりバンドギャップが狭すぎないことが望ましい。そのため、酸化物半導体としては、バンドギャップが２．５ｅＶ以上３．５ｅＶ以下の酸化物半導体が望ましく、これらの酸化物半導体から選ばれる１種以上を使用する。例えば、ＴｉＯ２、ＺｎＯ、ＳｒＴｉＯ３、ＢａＴｉＯ３、Ｃｒ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５、ＳｎＯ２、Ｉｎ２Ｏ３およびＷＯ３等が挙げられる。これらの酸化物半導体を使用することにより、ハロゲンを含有する有機高分子の分解を促進し、処理温度を十分に低下させることができる。
第２の化合物に含まれる、ハロゲン含有有機物中のハロゲンと化合してハロゲン化物を生成する元素としては、酸化物のギブスエネルギーよりも、ハロゲン化物のギブスエネルギーが低い元素が好ましい。例えば、アルカリ金属、アルカリ土類金属、Ｆｅ、Ｃｕ、ＡｇおよびＣｒ等が挙げられる。この中でも特に、分解処理によって酸化物となることで再び第２の化合物として利用しやすい元素が好ましく、Ｆｅ、Ｃｕ、ＡｇおよびＣｒから選ばれる１種以上を含む酸化物、水酸化物または炭酸塩が望ましい。
第２の化合物に含まれる上記元素が、ハロゲン含有有機物と優先的に反応してハロゲン化物を生成することにより、ハロゲン含有有機物からのハロゲン化水素の脱離を抑制し、ハロゲン含有有機物分解を促進して処理温度を十分に低下させることができる。
本発明において、処理対象物となるハロゲン含有有機物を含む廃棄物としては、ＰＶＣやポリ塩化ビニリデンのように塩素を含有する高分子や、ポリフッ化ビニルのようにフッ素を含有する高分子等、各種のハロゲンを含有する有機高分子を含む廃棄物が挙げられる。また、ＰＶＣと他の有機高分子とが混在したもの等のように、複数の種類の有機高分子が混在したものであってもよい。
対象となる廃棄物において、有機物以外の物質（例えば、高融点の無機物等）は、できる限り少ないことが望ましい。有機物以外の物質が混在していると、ハロゲン含有有機物と、第１の化合物および第２の化合物との接触面積が低下し、ハロゲン含有有機物の熱分解反応が起こりにくくなる。さらに、有機物以外の物質が混在していると、ハロゲン含有有機物の熱分解反応によって生じる熱が、この有機物以外の物質を温めるためにも消費されてしまい、分解対象とするハロゲン含有有機物の温度上昇が十分に起こらず、熱分解反応を維持するために、より高温での加熱が必要となってしまう。
このため、加熱工程を行う前に、ハロゲン含有有機物以外の物質を処理対象物から分離しておくことが望ましい。例えば、ハロゲン含有有機物であるＰＶＣの破片と、鉄鋼材のような金属の破片の混合物を処理する場合、比重や磁性の違いによって分離することができる。
しかし、分離ができなかった状態で加熱工程を行い、残渣を処分する場合もありうる。例えば、ハロゲン含有有機物であるＰＶＣで炭素繊維やガラス繊維の表面を覆った複合材料を処理する場合、複合材料を第１の化合物および第２の化合物と接触させて、酸素を含む雰囲気中で加熱することで、複合材料中のＰＶＣを熱分解させることができ、処理後にはＰＶＣが除去されて繊維だけが残る。 この繊維は、不燃廃棄物として処理する。このように、本発明は処理対象物にハロゲン含有有機物以外の物が含まれている場合であっても、ハロゲン含有有機物を熱分解することができる。
加熱工程で使用する酸素を含む雰囲気としては、例えば、酸素ガス、空気および水蒸気を用いることができる。これら酸素を含む成分は、第１の化合物に含まれる酸化物半導体を活性化させて熱分解反応を起こすために必要であり、濃度は高い方がよい。例えば酸素ガスを用いる場合、空気中の酸素濃度（約２０％）よりも高い濃度で供給することが望ましい。
また、ガスを供給し続けることで酸素を含む雰囲気に制御する場合、ガスの流量が多いと、熱分解反応時に発生する熱を奪うため、処理対象物の温度上昇が十分に起こらず、熱分解反応を維持するためにより高温での加熱が必要になる。そのため、ガスを供給し続けることで酸素を含む雰囲気に制御する場合、ガスの流量は、雰囲気を維持できる範囲で少ない方が望ましい。
第１の化合物および第２の化合物をハロゲン含有有機物に接触させる方法としては、例えば、第１の化合物および第２の化合物の粒子（粉末）を、ハロゲン含有有機物と混合する方法（固相法）、第１の化合物および第２の化合物の原料となる溶液に、ハロゲン含有有機物を添加して加熱により析出させる方法（液相法）等が挙げられる。液相法の方が、ハロゲン含有有機物と第１の化合物および第２の化合物の接触面積をより高められ好ましい。
また、第１の化合物および第２の化合物の粒子（粉末）を反応槽に入れてハロゲン含有有機物と混合して接触させる方法の他に、第１の化合物および第２の化合物を反応槽の壁面や攪拌翼に付着させておいて、付着させた第１の化合物および第２の化合物をハロゲン含有有機物に接触させることもできる。ここで、ハロゲン含有有機物の熱分解反応は、ハロゲン含有有機物と第１の化合物および第２の化合物の接触部分を起点に反応が始まるので、接触面積は大きい方がよい。そのため、第１の化合物および第２の化合物は、反応槽の壁面や攪拌翼に付着させておくよりも、粒子（粉末）の状態でハロゲン含有有機物と混合することで接触させることがより好ましい。
上述した本発明のハロゲン含有有機物の分解方法によれば、従来の高温で燃焼する分解方法と比較して、大幅に加熱温度を低くすることができ（２５０℃）、かつ、従来と同程度の減容率を実現できる。加熱温度を低くできることから、運転エネルギーを低減できるので、運転コストを低減することができる。また、加熱温度が２５０℃程度まで低下できることにより、発電プラント等の排熱を本発明のハロゲン含有有機物の分解方法の加熱工程に利用できる。
以下、実施例に基づいて、本発明の実施形態についてより詳細に説明する。
図１は実施例１のハロゲン含有有機物の分解方法のフローチャートである。図１に示すように、本発明のハロゲン含有有機物の分解方法は、ハロゲン含有有機物を含む処理対象物１０１に、第１の化合物（酸化物半導体）１０２および第２の化合物（ハロゲン化物のギブスエネルギーが低い元素を含む化合物）１０３を接触させて混合物を得る接触工程Ｓ１と、この混合物に雰囲気ガス１０４を導入して加熱する加熱工程Ｓ２とを有する。
酸化物半導体１０２としては、前述した酸化物半導体（例えば、ＴｉＯ２等）を使用する。ハロゲン化物のギブスエネルギーが低い元素を含む化合物１０３としては、前述した遷移金属元素（例えば、Ｆｅ等）を含む化合物（例えば、酸化物、水酸化物、炭酸塩）を使用する。
雰囲気ガス１０４としては、前述した酸素を含むガス（例えば、酸素ガス）を使用する。
これにより、処理対象物１０１が分解されて、固体である残渣１０５と、気体である排ガス１０６に分解される。
本実施例のハロゲン含有有機物の分解方法によれば、処理対象物１０１に第１の化合物１０２および第２の化合物１０３を接触させて、その後、雰囲気ガス１０４中において処理対象物１０１を加熱する。これにより、ハロゲン含有有機物を含む処理対象物の分解温度を低減し、減容することができる。
図２は上述した図１に示すハロゲン含有有機物の分解方法を実施する分解システムについて、図２を用いて説明する。図２は実施例１のハロゲン含有有機物分解システムの概略構成図である。図２に示すように、実施例１のハロゲン含有有機物分解システム１００ａは、は、反応槽６と加熱装置４と回収装置８を備える。反応槽６は、送気口５と排気口７を有している。
反応槽６は、処理対象物（ハロゲン含有有機物を含む）２を収容する。送気口５は、反応槽６の下面に設けられ、排気口７は、反応槽６の上面に設けられている。
また、送気口５には、酸素を含む気体を供給する気体供給部３を接続する。気体供給部３の具体的な構成としては、例えば、水蒸気を発生させる気化器、ガスボンベ（酸素ボンベ等）、空気を供給するコンプレッサーおよびガスの精製装置等が挙げられる。そして、送気口５は、気体供給部３から供給された酸素を含む気体を、反応槽６内へ供給する。
加熱装置４は、気体供給部３から供給された酸素を含む気体を加熱することで、反応槽６内を加熱し、反応槽６内に収容された処理対象物を、雰囲気ガスと反応させて分解させる。
そして、図２に示すハロゲン含有有機物分解システム１００ａでは、以下に説明するようにして、処理対象物を減容することができる。まず、図２に示すように、反応槽６内に、予め第１の化合物と第２の化合物との混合物１を、処理対象物２とともに収容する。
次に、この状態で、加熱を行う。加熱は、送気口５から反応槽６内へ酸素を含む気体を供給しながら、加熱装置４により前記気体を加熱することで、反応槽６内を加熱する。これにより、処理対象物２が前記気体と反応して分解され、残渣と排ガスが発生する。
加熱の際に、処理対象物２の反応により生じた排ガスは、排気口７から排出する。排気口７から排出された排ガスは、回収装置８により回収される。
加熱が終了したら、反応槽６内に残る残渣（および第１の化合物と第２の化合物の混合物１）を除去する。このようにして、処理対象物を分解することができる。次の分解処理では、反応槽６内に、第１の化合物および第２の化合物の混合物１と、ハロゲン含有有機物を含む処理対象物２を再び収容して、加熱を行う。
図２に示すハロゲン含有有機物分解システム１００ａによれば、反応槽６内に、第１の化合物および第２の化合物の混合物１と、ハロゲン含有有機物を含む処理対象物２を収容するので、両者を接触させることができる。
また、加熱装置４および送気口５を備えているので、送気口５から酸素を含む気体を供給し、反応槽６内に収容した第１の化合物および第２の化合物の混合物１と処理対象物２とを酸素を含む雰囲気で加熱し、分解することができる。
ここで、ハロゲン含有有機物の熱分解反応では、完全に熱分解が進んだ場合、エネルギーの収支は発熱となる。そのため、一度熱分解反応が始まると、熱分解反応で生じた熱が加熱に寄与するため、加熱のために加えるエネルギーを少なくすることができる。また、場合によっては、一度熱分解反応が始まると、反応で生じた熱のみで十分加熱できることもあり、この場合は加熱装置４による加熱は反応開始時だけでよいことになる。
また、排気口７および回収装置８を備えているので、加熱により発生した排ガスを排気口７から反応槽６の外部に排出し、回収装置８で回収することができる。そして、反応槽６において、酸素を含む雰囲気下で、第１の化合物および第２の化合物の混合物１と、ハロゲン含有有機物を含む処理対象物２を接触させた状態で、加熱装置４により加熱することにより、ハロゲン含有有機物を含む処理対象物の分解温度を低減し、減容することができる。
［実験］
ここで、実施例１のハロゲン含有有機物の分解方法の効果を確認するために、本発明のハロゲン含有有機物の分解方法を適用した場合と、その他の方法で加熱した場合について、加熱温度による重量変化を調べた。
ここで、実施例１のハロゲン含有有機物の分解方法の効果を確認するために、本発明のハロゲン含有有機物の分解方法を適用した場合と、その他の方法で加熱した場合について、加熱温度による重量変化を調べた。
ハロゲンを含有有機物としてＰＶＣを用い、ＰＶＣのみのサンプル（サンプルＡ）、ＰＶＣに第１の化合物としてＴｉＯ２のみを接触させたサンプル（サンプルＢ）、ＰＶＣに第１の化合物としてＴｉＯ２を、第２の化合物としてＦｅ２Ｏ３を接触させたサンプル（サンプルＣ）、およびＰＶＣに第１の化合物としてＴｉＯ２を、第２の化合物としてＮａ２ＣＯ３を接触させたサンプル（サンプルＤ）、の４種類のサンプルを用意した。
ＰＶＣへのＴｉＯ２、Ｆｅ２Ｏ３およびＮａ２ＣＯ３の接触は、ＰＶＣとＴｉＯ２粒子、Ｆｅ２Ｏ３粒子、Ｎａ２ＣＯ３粒子とを混合することにより行った。サンプルＢはＰＶＣとＴｉＯ２を重量比１：１で混合して作製した。サンプルＣはＰＶＣとＴｉＯ２、Ｆｅ２Ｏ３を重量比２：１：１で混合して作製した。サンプルＤはＰＶＣとＴｉＯ２、Ｎａ２ＣＯ３を重量比２：１：１で混合して作製した。ＴｉＯ２は粒径１μｍ以下（比表面積３００ｍ２／ｇ）の粒子を用いた。Ｆｅ２Ｏ３およびＮａ２ＣＯ３は粒径１０～１００μｍの粒子を用いた。
上述したサンプルＡ～Ｄを使用して、室温から８００℃までの熱天秤（ＴＧ：Ｔｈｅｒｍｏｇｒａｖｉｍｅｔｒｙ）測定を行った。昇温速度は、１０℃／ｍｉｎとした。各試料は空気中で加熱した。
図３はサンプルＡ（ＰＶＣ）の熱重量分析の測定結果を示すグラフであり、図４は図３の測定時のサンプルの温度変化を示すグラフである。図４に示すように、ＰＶＣのみのサンプルＡは、加熱温度が４２０～４５０℃で発熱が起こり、サンプル温度が５００℃となっている。図３に示すように、サンプルの重量（減容率）が５％以下となるのは、加熱温度が５００℃以上であることが分かる。
図５はサンプルＢ（ＰＶＣにＴｉＯ２を接触させたサンプル）の熱重量分析の測定結果を示すグラフであり、図６は図５の測定時のサンプルの温度変化を示すグラフである。図６に示すように、ＰＶＣにＴｉＯ２を接触させたサンプルＢは、加熱温度が２５０～３００℃の時に発熱が起こり、サンプル温度が３００℃となっている。サンプルＡと比較して、酸化物半導体を添加している効果で、発熱が起こりサンプル温度が高くなる加熱温度が低くなっている。図５に示すように、４００℃付近の重量減少量（減容量）がＰＶＣのみのサンプルＡよりも増えているが、サンプルの重量（減容率）が５％以下まで減容されるのは５００℃以上であることが分かる。
図７はサンプルＣ（ＰＶＣにＴｉＯ２とＦｅ２Ｏ３を接触させたサンプル）の熱重量分析の測定結果を示すグラフであり、図８は図７の測定時のサンプルの温度変化を示すグラフである。図８に示すように、加熱温度が２５０℃付近の時に発熱が起こり、サンプル温度が一気に５００℃以上まで上昇している。図７に示すように、加熱温度が２５０℃付近でサンプルの重量（減容率）が５％以下まで減容されている。
図９はサンプルＤ（ＰＶＣにＴｉＯ２とＮａ２ＣＯ３を接触させたサンプル）の熱重量分析の測定結果を示すグラフであり、図１０は図９の測定時のサンプルの温度変化を示すグラフである。図１０に示すように、サンプルＣと同様、加熱温度が２５０℃～３００℃の時にサンプル温度が一気に５００℃以上まで上昇している。図９に示すように、加熱温度が２５０℃付近でサンプルの重量（減容率）が５％以下まで減容されている。
以上の結果から、ＰＶＣにＴｉＯ２のみを接触させたサンプルＢには、途中の重量変化が変わるものの、５％未満に減容される温度は、ＰＶＣのみのサンプルＡと有意差が見られなかった。
これに対して、ＰＶＣにＴｉＯ２およびＦｅ２Ｏ３を接触させたサンプルＣおよびＰＶＣにＴｉＯ２およびＮａ２ＣＯ３を接触させたサンプルＤは、５％未満に減容される温度が２５０℃であり、サンプルＡおよびサンプルＢに対して大幅に低くすることができることがわかる。
図１１は実施例２のハロゲン含有有機物の分解方法のフローチャートである。図１１に示す本実施例のフローが図１に示す実施例１のフローと異なるのは、加熱工程Ｓ２で生成した残渣１０５を分離して、第１の化合物（酸化物半導体）１０２および再２の化合物（ハロゲン化物のギブスエネルギーが低い元素を含む化合物）１０３を回収する固体分離工程Ｓ３０を有する点である。
得られた第１の化合物（酸化物半導体）１０２および第２の化合物（ハロゲン化物のギブスエネルギーが低い元素を含む化合物）１０３を回収して、接触工程Ｓ１で再び処理対象物１０１に供給する。固体分離工程Ｓ３０で分離された不燃廃棄物１０７は、処分する。
固体分離工程Ｓ３０は、第１の化合物（酸化物半導体）１０２および第２の化合物（ハロゲン化物のギブスエネルギーが低い元素を含む化合物）粒子よりも小さい開口を有する篩等を使用して行うことができる。その他の構成は、第１の実施の形態と同様であるので、重複説明を省略する。
本実施の形態のハロゲン含有有機物の分解方法によれば、実施例１の効果に加えて、残渣１０５を固体分離する固体分離工程Ｓ３０を行うことで、不燃廃棄物１０７と第１の化合物および第２の化合物とに分離し、得られ第１の化合物および第２の化合物を回収して、処理対象物１０１に供給する。このように、第１の化合物および第２の化合物を回収して再利用するので、１の化合物および第２の化合物の使用量を低減することができ、低コスト化を図ることができる。
図１２は実施例２のハロゲン含有有機物の分解システムの概略構成図である。図１２は図１１の分解方法を実施するシステムの一例である。図１２に示すハロゲン含有有機物のシステム１００ｂが図２に示した実施例１のシステムと異なる点は、撹拌機９、攪拌翼１０、投入口１１および排出口１２が設けられている点にある。
攪拌翼１０は、反応槽６内に設けられている。攪拌翼１０は、撹拌機９を動力源とする軸の回転により、第１の化合物および第２の化合物の混合物１と処理対象物２を攪拌する。
排出口１２は、反応槽６内の下部に設けられており、排出口１２は、第１の化合物および第２の化合物の混合物１の粒子より小さい開口の篩を備える。この篩によって、第１の化合物および第２の化合物の混合物１と、処理対象物が分解した後に生じる不燃廃棄物とを分離することができる。不燃廃棄物は、篩の開口を通過して、排出口１２から排出される。
投入口１１は、反応槽６の上面に設けられている。不燃廃棄物が排出口１２から排出されるので、投入口１１から新たな処理対象物２を追加投入して、また処理対象物を加熱して分解することができる。その他の構成は、図２に示した減容処理システムと同様であるので、重複説明を省略する。
図７に示す減容処理システムによれば、反応槽６内の下部に、第１の化合物および第２の化合物の混合物１の粒子より小さい開口を有する篩を備える排出口１２が設けられていることにより、処理対象物が分解した不燃廃棄物を排出し、不燃廃棄物と第１の化合物および第２の化合物の混合物１とを分離することができる。このため、処理対象物２を連続して処理する間、第１の化合物および第２の化合物の混合物１を再利用できるので、第１の化合物および第２の化合物の使用量を低減することができる。
また、反応槽６の上面に投入口１１が設けられていることにより、投入口１１から新たな処理対象物２を追加投入することで、処理対象物２と第１の化合物および第２の化合物の混合物１との接触を維持することができ、処理対象物２を連続して処理できる。することができる。
さらに、反応槽６内に攪拌翼１０が設けられていることにより、攪拌翼１０で攪拌することで、投入口１１から追加投入した処理対象物２と、第１の化合物および第２の化合物の混合物１との接触を維持することができる。
また、実施例１で記載の通り、処理対象物２中の有機高分子の熱分解反応で生じた熱が加熱工程の加熱に使用できるため、処理対象物２を追加投入し、追加投入した処理対象物２と、第１の化合物および第２の化合物の混合物１との接触を維持することで、加熱のために加えるエネルギーを少なくすることができる。また、場合によっては、反応で生じた熱のみで十分加熱できることもあり、この場合は加熱装置４による加熱は反応開始時だけでよいことになる。
［実施例２の変形例］
なお、反応槽６において、第１の化合物および第２の化合物の混合物１と処理対象物２を混合して接触させる代わりに、反応槽６の内壁や攪拌翼１０に第１の化合物および第２の化合物を付着させて、第１の化合物および第２の化合物を継続して使用することも可能である。このように第１の化合物および第２の化合物を配置する場合には、摩耗等により第１の化合物および第２の化合物が減少したら、反応槽６の内壁や攪拌翼１０に第１の化合物および第２の化合物を再度付着させて補充する。
なお、反応槽６において、第１の化合物および第２の化合物の混合物１と処理対象物２を混合して接触させる代わりに、反応槽６の内壁や攪拌翼１０に第１の化合物および第２の化合物を付着させて、第１の化合物および第２の化合物を継続して使用することも可能である。このように第１の化合物および第２の化合物を配置する場合には、摩耗等により第１の化合物および第２の化合物が減少したら、反応槽６の内壁や攪拌翼１０に第１の化合物および第２の化合物を再度付着させて補充する。
また、このような第１の化合物および第２の化合物の配置は、図２のシステムに適用してバッチ式で処理することも、図１２のシステムに適用して連続式で処理することも可能である。
図１３は実施例３のハロゲン含有有機物の分解方法のフローチャートである。図１３に示す本実施例のフローが図１に示す実施例１のフローと異なるのは、加熱工程Ｓ２で生成した排ガス１０６を、排ガス１０８およびハロゲン含有ガス１０９に分離する気体分離工程Ｓ３１を有する点である。
具体的には、図１３に示すように、加熱工程Ｓ２によって生じる排ガス１０６を気体分離する工程を行い、排ガス１０６を排出ガス１０８とハロゲン含有ガス（ＨＣｌおよびＣｌ２など）１０９とに分離している。例えば、アルカリ水溶液トラップを通してＨＣｌやＣｌ２を取り除くことで、排出ガス中のハロゲン含有ガス濃度を低減することができる。その他の構成は、実施例１と同様であるので、重複説明を省略する。
本実施例の分解方法によれば、実施例１の分解方法と同様の効果が得られるほか、排ガス１０６を気体分離する工程により、生成した排ガスを排出ガス１０８とハロゲン含有ガス１０９に分離するので、排出ガス中のハロゲン含有ガス濃度を低減することができるため、ハロゲン含有ガスを大気中に放出することを防ぎ、環境汚染を防止することができる。
図１４は実施例３のハロゲン含有有機物の分解システムの概略構成図である。図１４は図１３の分解方法を実施するシステムの一例である。図１４に示すハロゲン含有有機物のシステム１００ｃが図２に示した実施例１のシステムと異なる点は、反応槽６の上面の排気口７に接続されたトラップ１３が設けられている点である。
トラップ１３は、内部にアルカリ水溶液を入れて、排気口７からの排ガスのうち、ハロゲン含有ガス（ＨＣｌおよびＣｌ２等）をアルカリと反応させる。これにより、ハロゲン含有ガスが水溶液に溶解し、気体として外部に排出されることを防げる。必要に応じて、反応した分のアルカリ水溶液をトラップ１３に補充する。
その他の構成は、図２に示した実施例１の分解システムと同様であるので、重複説明を省略する。
図１４に示す分解システム１００ｃによれば、反応槽６の上面の排気口７に接続されたトラップ１３が設けられていることにより、排気口７からの排ガス中のハロゲン含有ガスを捕捉することで、ハロゲン含有ガスの大気への排出を防止することができる。
図１５は実施例４のハロゲン含有有機物分解システムの概略構成図である。図１５に示す分解システム１００ｄは、プラントの排熱を利用する分解システムの一形態について、概略を示している。
図１０に示す減容処理システムは、実施例１～３に示した処理システムと比較すると、さらに、熱交換器１４および１５を備えており、プラント１６の蒸気排気設備１７に接続されている。
熱交換器１４は、反応槽６の上面の排気口７に接続され、また、反応槽６の下面の送気口５に接続されている。
熱交換器１４には、図中下側から、酸素を含む気体が供給される。酸素を含む気体は、熱交換器１４を経て、反応槽６の下面の送気口５に供給される。
また、熱交換器１４には、排気口７から排ガスが供給される。排ガスは、熱交換器１４を通り、熱交換器１４から図中右側に排出される。
熱交換器１４において、酸素を含む気体の流路と、排ガスの流路とは、互いのガスが混ざらないように別々の管で構成されているが、排ガスと酸素を含む気体との間で熱交換を行えるように、２つの管の接触面積が大きくなるように構成される。
熱交換器１５は、プラント１６の高温排気装置１８に接続され、また、反応槽６の下面の送気口５に接続されている。
熱交換器１５には、図中下側から、酸素を含む気体が供給される。酸素を含む気体は、熱交換器１５を経て、反応槽６の下面の送気口５に供給される。
また、熱交換器１５には、プラント１６の高温排気装置１８から高温の排気が供給される。高温の排気は、熱交換器１５を通り、熱交換器１５から図中右側に排出される。
熱交換器１５において、酸素を含む気体の流路と、高温の排気の流路とは、互いのガスが混ざらないように別々の管で構成されているが、高温の排気と酸素を含む気体との間で熱交換を行えるように、２つの管の接触面積が大きくなるように構成される。
プラント１６の蒸気排出装置１７は、気体供給部３と合流して送気口５に接続される。蒸気排出装置１７はプラント１６で発生した余熱で生成した水蒸気を、酸素を含む気体の一部として供給する。
図１５に示す分解処理システム１００ｄによれば、熱交換器１４、１５において、送気口５に供給する雰囲気ガスを、プラント１６の蒸気排出装置１７からの水蒸気および高温排気装置１８からの高温の排気との熱交換で暖めることができるので、加熱装置４から加えるエネルギーを減らすことができる。
さらに、本実施例の分解システム１００ｄによれば、蒸気排出装置１７から排出される水蒸気を反応槽６に供給する雰囲気ガスの一部として利用できるので、気体供給部３で水蒸気を発生させるために用いるエネルギーを減らすことができる。
上述した実施例１～実施例４までの各実施例の構成は、分解システムの動作に問題を生じない限りにおいて、複数の実施の形態の構成を適宜組み合わせることが可能である。
以上、説明した通り、本発明によれば、ハロゲンを含有する有機物を分解する際の熱処理温度を従来よりも低くすることが可能な、ハロゲン含有有機物の分解方法およびハロゲン含有物の分解システムを提供できることが示された。
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上述した各実施の形態は、本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
１…触媒、２…処理対象物、３…気体供給部、４…加熱装置、５…送気口、６…反応槽、７…排気口、８…回収装置、９…撹拌機、１０…攪拌翼、１１…投入口、１２…排出口、１３…トラップ、１４、１５…熱交換器、１６…プラント、１７…蒸気排出装置、１８…高温排気装置、１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ…ハロゲン含有有機物の分解システム。
Claims (18)
- ハロゲンを含む有機物である処理対象物に第１の化合物および第２の化合物を接触させる接触工程と、
前記第１の化合物および前記第２の化合物を接触させた前記処理対象物を、酸素を含む雰囲気で加熱して分解する加熱工程と、を有し、
前記第１の化合物は、酸化物半導体を含み、
前記第２の化合物は、前記処理対象物に含まれる前記ハロゲンと反応してハロゲン化物を生成する元素を含むことを特徴とするハロゲン含有有機物の分解方法。 - 前記加熱工程において、前記処理対象物に含まれる前記ハロゲンと前記第２の化合物に含まれる前記元素とが化合して前記ハロゲン化物を生成する反応が、前記処理対象物が熱分解してハロゲン化水素を生成する反応よりも優先的に起こることを特徴とする請求項１に記載のハロゲン含有有機物の分解方法。
- 前記第２の化合物の前記元素は、前記元素が前記ハロゲン化物となる際のギブスエネルギーが、酸化物となる際のギブスエネルギーよりも低いことを特徴とする請求項１に記載のハロゲン含有有機物の分解方法。
- 前記第２の化合物に含まれる前記元素は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、Ｆｅ、Ｃｕ、ＡｇおよびＣｒから選ばれる１種以上であることを特徴とする請求項３に記載のハロゲン含有有機物の分解方法。
- 前記第２の化合物が、前記第２の化合物に含まれる前記元素の酸化物、水酸化物または炭酸塩であることを特徴とする請求項３に記載のハロゲン含有有機物の分解方法。
- 前記第１の化合物の前記酸化物半導体が、バンドギャップが２．５ｅＶ以上３．５ｅＶ以下の酸化物半導体であることを特徴とする請求項１に記載のハロゲン含有有機物の分解方法。
- 前記第１の化合物の前記酸化物半導体が、ＴｉＯ２、ＺｎＯ、ＳｒＴｉＯ３、ＢａＴｉＯ３、Ｃｒ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５、ＳｎＯ２、Ｉｎ２Ｏ３およびＷＯ３から選択される１種類以上を使用することを特徴とする請求項１に記載のハロゲン含有有機物の分解方法。
- 前記加熱工程の加熱温度が２５０℃以上５００℃以下であることを特徴とする請求項１に記載のハロゲン含有有機物の分解方法。
- 前記加熱工程の後に、前記加熱工程後に生じた残渣を、前記第１の化合物、前記第２の化合物および不燃廃棄物に分離する固体分離工程を有することを特徴とする請求項１に記載のハロゲン含有有機物の分解方法。
- 前記加熱工程の後に、前記加熱工程後に排出された排ガスのうちのハロゲン含有ガスを分離する気体分離工程を有することを特徴とする請求項１に記載のハロゲン含有有機物の分解方法。
- 前記加熱工程により排出される排ガスと、前記酸素を含む雰囲気との間で熱交換を行うことを特徴とする請求項１に記載のハロゲン含有有機物の分解方法。
- 前記処理対象物が、ハロゲンを含有する廃プラスチックであることを特徴とする請求項１に記載のハロゲン含有有機物の分解方法。
- ハロゲンを含む有機物である処理対象物と、第１の化合物と、第２の化合物と、を接触させる反応槽と、
前記反応槽の内部を加熱する加熱装置と、
前記反応槽内へ酸素を含む気体を供給する気体供給部と、
を備え、
前記第１の化合物は、酸化物半導体を含み、
前記第２の化合物は、前記処理対象物に含まれる前記ハロゲンと反応してハロゲン化物を生成する元素を含み、前記元素は、前記元素が前記ハロゲン化物となる際のギブスエネルギーが、前記元素が酸化物となる際のギブスエネルギーよりも低く、
前記反応槽において、前記加熱装置による熱処理によって、前記処理対象物に含まれる前記ハロゲンと前記第２の化合物に含まれる前記元素とが化合して前記ハロゲン化物を生成する反応が、前記処理対象物が熱分解してハロゲン化水素を生成する反応よりも優先的に起こることを特徴とするハロゲン含有有機物の分解システム。 - 前記反応槽に、前記処理対象物の熱処理後の残渣と、前記第１の化合物および前記第２の化合物とを分離する固体分離装置が設けられていることを特徴とする請求項１３に記載のハロゲン含有有機物の分解システム。
- 前記反応槽は、前記気体供給部から供給された酸素を含む気体を前記反応槽内に供給する送気口と、前記反応槽内から前記処理対象物の反応により生じた排ガスを排出する排気口と、を有し、
前記反応槽の前記排気口に接続され、前記反応槽から排出される前記排ガス中のハロゲン含有ガスを回収するトラップを有することを特徴とする請求項１３に記載のハロゲン含有有機物の分解システム。 - 前記反応槽の前記送気口と前記排気口にそれぞれ接続され、前記送気口に供給する前記気体と前記排気口から排出される前記排ガスとを熱交換する熱交換器が設けられていることを特徴とする請求項１５に記載のハロゲン含有有機物の分解システム。
- 前記反応槽の前記送気口に接続され、前記送気口に供給する前記気体とプラントから排出される排ガスとを熱交換する熱交換器が設けられていることを特徴とする請求項１５に記載のハロゲン含有有機物の分解システム。
- 前記反応槽の前記送気口に供給する前記気体の一部として、プラントから排出される水蒸気を利用することを特徴とする請求項１７に記載のハロゲン含有有機物の分解システム。
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