JP3627951B2 - 廃棄物溶融スラグの骨材化法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶融スラグの骨材化法に係り、特に、都市ごみ、ＲＤＦ、シュレッダーダスト等の廃棄物をガス化し、そのガス中のダストを溶融し、生成した溶融スラグを骨材化する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、廃棄物処理においては、中間処理としての焼却、最終処分としての埋立が行われている。しかしながら、増加の一途をたどる廃棄物量のため、最終処分場は払底が懸念されており、焼却の段階ではダイオキシンやＳＯｘ、ＮＯｘ等の物質が生成し、環境に深刻な影響を与えつつある。
このような状況において、安全な中間処理を行い最終的な廃棄物の減容化のため、ガス化又はガス化燃焼−溶融システムが提唱されている。該システムは、生成するガスのエネルギーを利用したり、あるいは完全燃焼過程を設けず生成ガスを化学合成原料に利用できる。また、発生するスラグは灰の１／３程度と減容化できる上、重金属等をスラグ内に封入し、土壌中への溶出を防止できるという優れた特性を有し、スラグ化の過程で１２００〜１５００℃の高温を経るため、ダイオキシン等の完全分解が可能である。また、導入空気に由来するサーマルＮＯｘが極小化できる。更に、排ガス処理工程等を経て環境保全上は二重三重の対策が取られている。
【０００３】
一方、スラグについても、その安全性が確認されてきたので、コンクリート用骨材、路盤材、その他として建設資材を中心にその利用が検討されている。
上記溶融スラグを固化するには下記の方法等が実施、あるいは提案されている。
▲１▼ 水砕スラグとする方法
▲２▼ 流動媒体中で固化する方法（特願平８−１８７０３３）
▲３▼ 一旦冷却固化し、適度な大きさに砕いて焼成する方法
▲４▼ 容器に受けて徐冷し、結晶を成長させ、強度を出す方法
これらの方法のうちで、処理の簡便さから、水砕されて数ｍｍ程度の粒状物として回収されるのが一般である。この方法は、粒度がまちまちであったり、材料としての取扱いが良好とは言い難く、また、溶融方法によっては、スラグと重金属が混合されて排出されるため、酸性雨等の苛酷条件下ではスラグの再生利用が限定されるという不具合があった。
【０００４】
また、水砕スラグとする方法では、急冷による微細クラックが固化スラグ中に発生するため、強度が出にくく、非常にもろいものであるし、水砕する水の処理も必要である。
流動媒体中で固化する方法では、スラグのまわりに流動媒体が付着している状態であり、用途としては路盤材位しかない。
一旦冷却固化し、適度な大きさに砕いて焼成する方法では、冷却固化する移動式パンコンベア等が必要であり、更に砕くための装置も必要である。
容器に受け徐冷し、結晶を成長させ、強度を出す方法では、徐冷の時間が４〜５時間必要である。また強度が出たものを適度な大きさに破砕するといった二次加工を必要とする。
このように、前記方法にはそれぞれ問題点があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来技術の問題点を解消し、廃棄物からの溶融スラグを、より経済的に再利用しやすい強度ある固化物にすることができる廃棄物溶融スラグの骨材化法を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明では、廃棄物を流動床式ガス化炉でガス化し、ガス化したガス中のダストを溶融炉で溶融し、生成した溶融スラグを骨材化する方法において、（ａ）前記溶融スラグを流動床式ガス化炉の流動媒体中で固化し、この流動媒体混じりの固化スラグをロータリーキルンで焼成するか、（ｂ）前記溶融スラグを廃棄物溶融スラグを骨材化する際に発生する微細固化スラグ中で固化し、この微細固化スラグ混じりの固化スラグをロータリーキルンで焼成するか、（ｃ）前記溶融スラグをロータリーキルン内に溶融状態で流しながら、加圧気体と共に流動床式ガス化炉の流動媒体を溶融スラグに吹き付けて、該流動媒体を溶融スラグ表面にまぶしながら冷却し、この流動媒体混じりのスラグをロータリーキルンで焼成するか、又は（ｄ）前記溶融スラグをロータリーキルン内に溶融状態で流しながら、加圧気体と共に廃棄物溶融スラグを骨材化する際に発生する微細固化スラグを溶融スラグに吹き付けて、該微細固化スラグを溶融スラグにまぶしながら冷却し、この微細固化スラグ混じりのスラグをロータリーキルンで焼成することを特徴とする廃棄物溶融スラグの骨材化法としたものである。
【０００７】
前記溶融スラグの骨材化法において、流動媒体中又は微細固化スラグ中での固化に際し、溶融スラグと接する粒子は攪拌されているのが良く、該攪拌は流動床式又は二軸完全混合槽であるのが良い。
また、固化に流動媒体を使用する場合は、流動媒体を流動床式ガス化溶融炉に循環することができ、固化に微細固化スラグを使用する場合も、微細固化スラグを流動床式ガス化溶融炉に循環することができる。
本発明に使用する溶融炉は、旋回溶融炉及び／又は電解炉からなり、ロータリーキルンの熱源は、溶融炉出口の排ガスを用いることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
砕石等をロータリーキルンで焼成する技術は古くから行われている一般的な技術である。一般にはロータリーキルンで焼成する際にけい砂等を被焼成物にまぶして、焼成時に被焼成物が結合しない様配慮することがある。
廃棄物から生成される溶融スラグは、一般の鉱石より融点は低いため、焼成し易い特性がある。従って、溶融スラグと接する粒子に下記のものを用いたものは、焼成し易いこととなる。
▲１▼ この溶融スラグが固化したものの屑より生成する流動床式ガス化炉の流動媒体。
▲２▼ この溶融スラグが固化したもので、微細なもの。
溶融炉で溶融した溶融スラグを、上記▲１▼又は▲２▼の粒子中で固化することによりスラグ塊表面が粒子でまぶされ、溶融スラグ同志が結合し合わない塊状の固化体を生成し、これをロータリーキルンで焼成すると、塊状の骨材を製造できる。
【０００９】
また、溶融炉で溶融した溶融スラグをロータリーキルン内で固化後焼成する方法がある。ロータリーキルン内で溶融状態で流しながら加圧気体（空気、蒸気等）を溶融スラグに吹き付け、同時に流動床ガス化炉の流動媒体又は微細固化スラグも吹き付けて溶融スラグの表面にまぶしながら冷却し、この流動媒体混じりのスラグをロータリーキルンで焼成して廃棄物溶融スラグを骨材化する。
一般的な都市ごみ流動床式炉では、都市ごみ中の石やガラス等が細かくなり、流動媒体となって炉内に増えていくが、ＲＤＦを原料とするガス化溶融炉では、ＲＤＦ製造工程での選別工程で石やガラス等は不適物として摘出されている場合が多く、流動媒体はガス化炉内で破砕摩滅し減少していく場合が多い。この場合、流動媒体の補給が必要となり、この補給を固化スラグの屑により行うことができる。
また、溶融炉が、旋回溶融炉と電気炉から成る場合は、電気炉側を還元雰囲気かつ十分な養生時間が確保できるため、スラグ中の重金属が少ない結晶化の進んだスラグをつくることができる。
【００１０】
次に、本発明の各構成を詳細に説明する。
本発明で用いる流動床式ガス化炉としては、特に内部循環式流動床ガス化炉（旋回流動床ガス化炉ともいう）を用いるのが好適であるが、この内部循環式流動床ガス化炉とは、同一反応槽内の流動層中に流動媒体の旋回流を形成させるもので、該旋回流は、流動層中に吹込まれる流動化ガスの内部的な強弱部位を設定することにより生じさせるものである。従って、単なるバブリング式流動床と異なり、廃棄物の分散、破砕機能に優れ、原料及びチャーが層内に均一に分散し、しかも、部分燃焼による発生熱は速やかに拡散されるため、高い炉床負荷が得られる。また、流動層温度を４５０〜７００℃の低温条件とすることにより、ガス化反応を緩慢とすることで、優れた運転操作性、安定性が得られる。更に、砂の旋回流動により、大きなサイズの不燃物も容易に排出できる。流動層温度が低く、しかも還元雰囲気であるため、鉄、銅、アルミニウム等の有用な金属を未酸化の状態で回収できる。
【００１１】
次いで、ガス化反応生成物は、溶融炉に導入され、ガス化反応生成物のみで、溶融炉は１３５０℃以上の高温燃焼が実現できる。
この時、溶融炉を旋回式溶融炉とすると、低空気比燃焼が可能となると共に、旋回流に伴う遠心力のため、ガス中に含まれるチャーは、炉壁に吹寄せられ、壁面に形成されたスラグ相と衝突し燃焼される。こうして、チャーの完全燃焼が可能となるため、チャーを再燃焼するための装置等は不要となる。
また、高温燃焼によりダイオキシンは完全分解でき、高温、高圧蒸気回収により高効率発電が可能となる。
ガス化燃焼の場合、溶融炉ではガス燃焼が主体となるため、１．２前後の低空気比燃焼が達成できる。
さらに、旋回溶融炉では、高速の旋回流のため、遠心力効果によりスラグを効率よく分離でき、また、重金属等の有害物はガラス状の固体に封じ込められ、スラグの無害化が可能となる。
【００１２】
旋回溶融炉の溶融スラグを固化したものをロータリーキルンで焼成することにより、結晶化した強固なスラグとすることができるが、溶融状態で直接ロータリーキルンに送るとロータリーキルン内で相互溶着の結果、スラグ塊が大きくなり、好ましくない。
そのため、本発明では、次のように処理している。
▲１▼ 廃棄物を流動床式ガス化炉でガス化した後、ガス化したガス中のダストを溶融炉で溶融し、その溶融スラグを細かな粒子でまぶして固化し、その後ロータリーキルンで処理する。
▲２▼ 廃棄物を流動床式ガス化炉でガス化した後、ガス化したガス中のダストを溶融炉で溶融し、その溶融スラグをロータリーキルン内で溶融状態で流しながら細かな粒子を含む加圧気体（空気、蒸気等）を溶融スラグに吹き付け、溶融スラグにまぶしながら冷却し、冷却したスラグをロータリーキルンで処理する。
【００１３】
また、溶融炉は旋回溶融炉と電気炉と分けることができる。これは、旋回溶融炉は優れた機能を発揮するが、一方、溶融スラグの滞留時間を十分長くとることは不可能なため、生成した金属をスラグから比重差で沈降分離を行う等の運転には不利な点がある。
本発明においては、一度生じたスラグは還元雰囲気の養生装置で、さらに、必要に応じ加熱され、適切な滞留時間で保持され、養生装置より取り出される。このとき十分な滞留時間が生じるので、重金属は単体として比重差から底部に蓄積され、該底部より取出すことができ、重金属分の少ない骨材の生成が可能となる。
【００１４】
次に本発明の一例を図面を用いて具体的に説明する。
図１に本発明の「廃棄物溶融スラグの骨材化法」を備えたガス化溶融システムの全体構成図を示すが、重金属を分離する必要のある場合（電気炉を用いる場合）である。この場合は、前記の流動媒体を固化に用いる方法では流動媒体中に重金属が残ることがあるため、微細固化スラグを固化に用いる方法に適用するのが望ましい。
図１において、１は流動床式ガス化炉、２はスクリーン、３、４は分離機、５は旋回溶融炉、６は養生装置、７は廃熱ボイラ、８はバグフィルタ、９は流動床又は二軸完全混合槽、１０は篩、１１はロータリーキルン、１２は分別機、１３は破砕機、１４は一時ホッパである。
【００１５】
廃棄物１５は、流動床式ガス化炉１に投入されて４５０〜７００℃の流動層中で還元雰囲気下でガス化される。廃棄物中に含有される不燃物は、流動媒体と共に炉底から取り出されて、流動媒体等とスクリーン２で分離され、分離機３でＣｕ、Ａｌ、Ｆｅ等の金属が分離される。
また、分離機４では、流動媒体と炭素とを分けるが、完全に分離の必要はなく、炭素側には流動媒体も多く含まれることになる。
一方、チャーを含むガス状生成物は、飛灰と共に旋回溶融炉に導入され、必要に応じ、新たに加えられた他焼却場から持ちこまれた飛灰１６と共に空気比１：１前後で高温（約１４００℃）下にガス化燃焼されて、飛灰は溶融する。
【００１６】
生成した溶融スラグ１７は、養生装置（電気加熱溶融炉）６で添加剤（活性炭等）１８を加え、十分な滞留時間（約２４時間前後）の下で熟成、均質化を図り、スラグ中の有害重金属はスラグとの比重差によって沈降分離される。
流動床式ガス化炉１の底部には炭素が蓄積し易くなるが、炭素と流動媒体の完全な分離は難しい。従って、分離機４で分離した炭素側にも多くの流動媒体を含むことになるが、流動媒体を含んだ炭素を養生装置６に供給すれば、炭素は還元剤として働き、養生装置６に新規に還元剤を供給する必要がなくなる。
養生装置６で発生する溶融飛灰は、旋回溶融炉５で約１４００℃にて加熱されるので、養生装置６に供給された炭素等にダイオキシン等が付着している場合でも無害化される。
【００１７】
養生装置６から取り出された溶融スラグは、篩１０で分離された微細固化スラグが攪拌されている流動床又は二軸完全混合槽９に導かれ、表面が微細流動媒体でまぶされた塊状のスラグを篩１０に送る。
運転開始時は、篩１０から流動床又は二軸完全混合槽９への戻りがないため、一時ホッパ１４に重金属を含まない微細スラグをあらかじめ貯留しておき、これを供給する。
ここでは大径のものはロータリーキルン１１に送られるが、細かいものは再び、流動床又は二軸完全混合槽９にもどすが、一部は流動床式ガス化炉１にも戻すことができる。
ロータリーキルン１１では１〜５時間、７００〜１０００℃で十分焼成する。ロータリーキルンの熱源は旋回溶融炉１１の出口の高温ガスを利用できる。
【００１８】
ロータリーキルン１１から焼成固化スラグ２４が生成するが、分別機により、製品２５と屑２６に分けられる。
屑２６は破砕機１３により破砕され、篩１０で選別された小粒径粒子側に混ぜることができる。
得られる製品２５である骨材は、ロータリーキルンで再結晶化し、比較的に丸味のある、強度を有したものが得られる。
旋回溶融炉５からの排ガス（約１４００℃）は、廃熱ボイラ７とエコノマイザー（図示せず）で十分冷却し、添加剤（活性炭等）を吹き込み、バグフィルタ８でダストを捕集する。
廃熱ボイラ７では蒸気２０を発生させる。
また養生槽６から重金属１９を取出す。
バグフィルタ８からのダスト２１、塩＋低沸点重金属２２は一部は再利用２３される。
【００１９】
図２にも本発明の「廃棄物溶融スラグの骨材化法」を備えたガス化溶融システムの全体構成図を示すが、重金属を分離する必要のない場合（電気炉を用いない場合）である。
図２において記号は図１と共通である。
図２は、旋回溶融炉５が流動床式ガス化炉１の真上に位置し（特願平８−１８７０３３）、溶融スラグ１７はそのまま流動床式ガス化炉１中に落下し、ここで周囲に熱を与えて冷却されながら流動媒体が塊状の溶融スラグ１７の表面にまぶされる。
流動媒体が表面にまぶされた溶融スラグは、不燃物及び流動媒体と共に炉底から取り出され、粗大不燃物がスクリーン２で分離され、次いで、流動媒体と篩１０で分離され、流動媒体が表面にまぶされた溶融スラグはロータリーキルン１１に導入され、図１と同様に処理される。篩１０で分離された流動媒体は流動床式ガス化炉１に循環される。
【００２０】
図３に、本発明のもう一つの骨材化法である加圧気体と共に流動媒体又は微細固化スラグを吹き付ける部分構成図を示す。
このように加圧気体２８と流動媒体又は微細固化スラグを直接混合して、ロータリーキルン１１内に導入される溶融スラグ１７に向けて吹き付けることにより、ロータリーキルン１１内で流動媒体又は微細固化スラグ混じりの溶融スラグが焼成されて焼成固化スラグ２９が得られる。
重金属を分離する必要のある場合は、流動媒体を吹き付けると流動媒体中に重金属が残ることがあるため、微細固化スラグを用いる方が望ましい。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば、廃棄物から得られる溶融スラグから、省スペース、かつ経済的で再利用しやすい強度ある固化体を生成することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の骨材化法の一例を備えたガス化溶融システムの全体構成図。
【図２】本発明の骨材化法の他の例を備えたガス化溶融システムの全体構成図。
【図３】本発明のもう一つの骨材化法である加圧気体と共に流動媒体又は微細固化スラグを吹き付ける部分構成図。
【符号の説明】
１：流動床式ガス化炉、２：スクリーン、３、４：分離機、５：旋回溶融炉、６：養生装置、７：廃熱ボイラ、８：バグフィルタ、９：二軸完全混合槽、１０：篩、１１：ロータリーキルン、１２：分別機、１３：破砕機、１４：一時ホッパ、１５：廃棄物、１６：飛灰、１７：溶融スラグ、１８：添加剤、１９：重金属、２０：蒸気、２１：ダスト、２２：塩＋低沸点重金属、２３：再利用、２４：焼成固化スラグ、２５：製品、２６：屑、２７：流動媒体又は微細固化スラグ、２８：加圧気体、２９：混合焼成固化スラグ
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶融スラグの骨材化法に係り、特に、都市ごみ、ＲＤＦ、シュレッダーダスト等の廃棄物をガス化し、そのガス中のダストを溶融し、生成した溶融スラグを骨材化する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、廃棄物処理においては、中間処理としての焼却、最終処分としての埋立が行われている。しかしながら、増加の一途をたどる廃棄物量のため、最終処分場は払底が懸念されており、焼却の段階ではダイオキシンやＳＯｘ、ＮＯｘ等の物質が生成し、環境に深刻な影響を与えつつある。
このような状況において、安全な中間処理を行い最終的な廃棄物の減容化のため、ガス化又はガス化燃焼−溶融システムが提唱されている。該システムは、生成するガスのエネルギーを利用したり、あるいは完全燃焼過程を設けず生成ガスを化学合成原料に利用できる。また、発生するスラグは灰の１／３程度と減容化できる上、重金属等をスラグ内に封入し、土壌中への溶出を防止できるという優れた特性を有し、スラグ化の過程で１２００〜１５００℃の高温を経るため、ダイオキシン等の完全分解が可能である。また、導入空気に由来するサーマルＮＯｘが極小化できる。更に、排ガス処理工程等を経て環境保全上は二重三重の対策が取られている。
【０００３】
一方、スラグについても、その安全性が確認されてきたので、コンクリート用骨材、路盤材、その他として建設資材を中心にその利用が検討されている。
上記溶融スラグを固化するには下記の方法等が実施、あるいは提案されている。
▲１▼ 水砕スラグとする方法
▲２▼ 流動媒体中で固化する方法（特願平８−１８７０３３）
▲３▼ 一旦冷却固化し、適度な大きさに砕いて焼成する方法
▲４▼ 容器に受けて徐冷し、結晶を成長させ、強度を出す方法
これらの方法のうちで、処理の簡便さから、水砕されて数ｍｍ程度の粒状物として回収されるのが一般である。この方法は、粒度がまちまちであったり、材料としての取扱いが良好とは言い難く、また、溶融方法によっては、スラグと重金属が混合されて排出されるため、酸性雨等の苛酷条件下ではスラグの再生利用が限定されるという不具合があった。
【０００４】
また、水砕スラグとする方法では、急冷による微細クラックが固化スラグ中に発生するため、強度が出にくく、非常にもろいものであるし、水砕する水の処理も必要である。
流動媒体中で固化する方法では、スラグのまわりに流動媒体が付着している状態であり、用途としては路盤材位しかない。
一旦冷却固化し、適度な大きさに砕いて焼成する方法では、冷却固化する移動式パンコンベア等が必要であり、更に砕くための装置も必要である。
容器に受け徐冷し、結晶を成長させ、強度を出す方法では、徐冷の時間が４〜５時間必要である。また強度が出たものを適度な大きさに破砕するといった二次加工を必要とする。
このように、前記方法にはそれぞれ問題点があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来技術の問題点を解消し、廃棄物からの溶融スラグを、より経済的に再利用しやすい強度ある固化物にすることができる廃棄物溶融スラグの骨材化法を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明では、廃棄物を流動床式ガス化炉でガス化し、ガス化したガス中のダストを溶融炉で溶融し、生成した溶融スラグを骨材化する方法において、（ａ）前記溶融スラグを流動床式ガス化炉の流動媒体中で固化し、この流動媒体混じりの固化スラグをロータリーキルンで焼成するか、（ｂ）前記溶融スラグを廃棄物溶融スラグを骨材化する際に発生する微細固化スラグ中で固化し、この微細固化スラグ混じりの固化スラグをロータリーキルンで焼成するか、（ｃ）前記溶融スラグをロータリーキルン内に溶融状態で流しながら、加圧気体と共に流動床式ガス化炉の流動媒体を溶融スラグに吹き付けて、該流動媒体を溶融スラグ表面にまぶしながら冷却し、この流動媒体混じりのスラグをロータリーキルンで焼成するか、又は（ｄ）前記溶融スラグをロータリーキルン内に溶融状態で流しながら、加圧気体と共に廃棄物溶融スラグを骨材化する際に発生する微細固化スラグを溶融スラグに吹き付けて、該微細固化スラグを溶融スラグにまぶしながら冷却し、この微細固化スラグ混じりのスラグをロータリーキルンで焼成することを特徴とする廃棄物溶融スラグの骨材化法としたものである。
【０００７】
前記溶融スラグの骨材化法において、流動媒体中又は微細固化スラグ中での固化に際し、溶融スラグと接する粒子は攪拌されているのが良く、該攪拌は流動床式又は二軸完全混合槽であるのが良い。
また、固化に流動媒体を使用する場合は、流動媒体を流動床式ガス化溶融炉に循環することができ、固化に微細固化スラグを使用する場合も、微細固化スラグを流動床式ガス化溶融炉に循環することができる。
本発明に使用する溶融炉は、旋回溶融炉及び／又は電解炉からなり、ロータリーキルンの熱源は、溶融炉出口の排ガスを用いることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
砕石等をロータリーキルンで焼成する技術は古くから行われている一般的な技術である。一般にはロータリーキルンで焼成する際にけい砂等を被焼成物にまぶして、焼成時に被焼成物が結合しない様配慮することがある。
廃棄物から生成される溶融スラグは、一般の鉱石より融点は低いため、焼成し易い特性がある。従って、溶融スラグと接する粒子に下記のものを用いたものは、焼成し易いこととなる。
▲１▼ この溶融スラグが固化したものの屑より生成する流動床式ガス化炉の流動媒体。
▲２▼ この溶融スラグが固化したもので、微細なもの。
溶融炉で溶融した溶融スラグを、上記▲１▼又は▲２▼の粒子中で固化することによりスラグ塊表面が粒子でまぶされ、溶融スラグ同志が結合し合わない塊状の固化体を生成し、これをロータリーキルンで焼成すると、塊状の骨材を製造できる。
【０００９】
また、溶融炉で溶融した溶融スラグをロータリーキルン内で固化後焼成する方法がある。ロータリーキルン内で溶融状態で流しながら加圧気体（空気、蒸気等）を溶融スラグに吹き付け、同時に流動床ガス化炉の流動媒体又は微細固化スラグも吹き付けて溶融スラグの表面にまぶしながら冷却し、この流動媒体混じりのスラグをロータリーキルンで焼成して廃棄物溶融スラグを骨材化する。
一般的な都市ごみ流動床式炉では、都市ごみ中の石やガラス等が細かくなり、流動媒体となって炉内に増えていくが、ＲＤＦを原料とするガス化溶融炉では、ＲＤＦ製造工程での選別工程で石やガラス等は不適物として摘出されている場合が多く、流動媒体はガス化炉内で破砕摩滅し減少していく場合が多い。この場合、流動媒体の補給が必要となり、この補給を固化スラグの屑により行うことができる。
また、溶融炉が、旋回溶融炉と電気炉から成る場合は、電気炉側を還元雰囲気かつ十分な養生時間が確保できるため、スラグ中の重金属が少ない結晶化の進んだスラグをつくることができる。
【００１０】
次に、本発明の各構成を詳細に説明する。
本発明で用いる流動床式ガス化炉としては、特に内部循環式流動床ガス化炉（旋回流動床ガス化炉ともいう）を用いるのが好適であるが、この内部循環式流動床ガス化炉とは、同一反応槽内の流動層中に流動媒体の旋回流を形成させるもので、該旋回流は、流動層中に吹込まれる流動化ガスの内部的な強弱部位を設定することにより生じさせるものである。従って、単なるバブリング式流動床と異なり、廃棄物の分散、破砕機能に優れ、原料及びチャーが層内に均一に分散し、しかも、部分燃焼による発生熱は速やかに拡散されるため、高い炉床負荷が得られる。また、流動層温度を４５０〜７００℃の低温条件とすることにより、ガス化反応を緩慢とすることで、優れた運転操作性、安定性が得られる。更に、砂の旋回流動により、大きなサイズの不燃物も容易に排出できる。流動層温度が低く、しかも還元雰囲気であるため、鉄、銅、アルミニウム等の有用な金属を未酸化の状態で回収できる。
【００１１】
次いで、ガス化反応生成物は、溶融炉に導入され、ガス化反応生成物のみで、溶融炉は１３５０℃以上の高温燃焼が実現できる。
この時、溶融炉を旋回式溶融炉とすると、低空気比燃焼が可能となると共に、旋回流に伴う遠心力のため、ガス中に含まれるチャーは、炉壁に吹寄せられ、壁面に形成されたスラグ相と衝突し燃焼される。こうして、チャーの完全燃焼が可能となるため、チャーを再燃焼するための装置等は不要となる。
また、高温燃焼によりダイオキシンは完全分解でき、高温、高圧蒸気回収により高効率発電が可能となる。
ガス化燃焼の場合、溶融炉ではガス燃焼が主体となるため、１．２前後の低空気比燃焼が達成できる。
さらに、旋回溶融炉では、高速の旋回流のため、遠心力効果によりスラグを効率よく分離でき、また、重金属等の有害物はガラス状の固体に封じ込められ、スラグの無害化が可能となる。
【００１２】
旋回溶融炉の溶融スラグを固化したものをロータリーキルンで焼成することにより、結晶化した強固なスラグとすることができるが、溶融状態で直接ロータリーキルンに送るとロータリーキルン内で相互溶着の結果、スラグ塊が大きくなり、好ましくない。
そのため、本発明では、次のように処理している。
▲１▼ 廃棄物を流動床式ガス化炉でガス化した後、ガス化したガス中のダストを溶融炉で溶融し、その溶融スラグを細かな粒子でまぶして固化し、その後ロータリーキルンで処理する。
▲２▼ 廃棄物を流動床式ガス化炉でガス化した後、ガス化したガス中のダストを溶融炉で溶融し、その溶融スラグをロータリーキルン内で溶融状態で流しながら細かな粒子を含む加圧気体（空気、蒸気等）を溶融スラグに吹き付け、溶融スラグにまぶしながら冷却し、冷却したスラグをロータリーキルンで処理する。
【００１３】
また、溶融炉は旋回溶融炉と電気炉と分けることができる。これは、旋回溶融炉は優れた機能を発揮するが、一方、溶融スラグの滞留時間を十分長くとることは不可能なため、生成した金属をスラグから比重差で沈降分離を行う等の運転には不利な点がある。
本発明においては、一度生じたスラグは還元雰囲気の養生装置で、さらに、必要に応じ加熱され、適切な滞留時間で保持され、養生装置より取り出される。このとき十分な滞留時間が生じるので、重金属は単体として比重差から底部に蓄積され、該底部より取出すことができ、重金属分の少ない骨材の生成が可能となる。
【００１４】
次に本発明の一例を図面を用いて具体的に説明する。
図１に本発明の「廃棄物溶融スラグの骨材化法」を備えたガス化溶融システムの全体構成図を示すが、重金属を分離する必要のある場合（電気炉を用いる場合）である。この場合は、前記の流動媒体を固化に用いる方法では流動媒体中に重金属が残ることがあるため、微細固化スラグを固化に用いる方法に適用するのが望ましい。
図１において、１は流動床式ガス化炉、２はスクリーン、３、４は分離機、５は旋回溶融炉、６は養生装置、７は廃熱ボイラ、８はバグフィルタ、９は流動床又は二軸完全混合槽、１０は篩、１１はロータリーキルン、１２は分別機、１３は破砕機、１４は一時ホッパである。
【００１５】
廃棄物１５は、流動床式ガス化炉１に投入されて４５０〜７００℃の流動層中で還元雰囲気下でガス化される。廃棄物中に含有される不燃物は、流動媒体と共に炉底から取り出されて、流動媒体等とスクリーン２で分離され、分離機３でＣｕ、Ａｌ、Ｆｅ等の金属が分離される。
また、分離機４では、流動媒体と炭素とを分けるが、完全に分離の必要はなく、炭素側には流動媒体も多く含まれることになる。
一方、チャーを含むガス状生成物は、飛灰と共に旋回溶融炉に導入され、必要に応じ、新たに加えられた他焼却場から持ちこまれた飛灰１６と共に空気比１：１前後で高温（約１４００℃）下にガス化燃焼されて、飛灰は溶融する。
【００１６】
生成した溶融スラグ１７は、養生装置（電気加熱溶融炉）６で添加剤（活性炭等）１８を加え、十分な滞留時間（約２４時間前後）の下で熟成、均質化を図り、スラグ中の有害重金属はスラグとの比重差によって沈降分離される。
流動床式ガス化炉１の底部には炭素が蓄積し易くなるが、炭素と流動媒体の完全な分離は難しい。従って、分離機４で分離した炭素側にも多くの流動媒体を含むことになるが、流動媒体を含んだ炭素を養生装置６に供給すれば、炭素は還元剤として働き、養生装置６に新規に還元剤を供給する必要がなくなる。
養生装置６で発生する溶融飛灰は、旋回溶融炉５で約１４００℃にて加熱されるので、養生装置６に供給された炭素等にダイオキシン等が付着している場合でも無害化される。
【００１７】
養生装置６から取り出された溶融スラグは、篩１０で分離された微細固化スラグが攪拌されている流動床又は二軸完全混合槽９に導かれ、表面が微細流動媒体でまぶされた塊状のスラグを篩１０に送る。
運転開始時は、篩１０から流動床又は二軸完全混合槽９への戻りがないため、一時ホッパ１４に重金属を含まない微細スラグをあらかじめ貯留しておき、これを供給する。
ここでは大径のものはロータリーキルン１１に送られるが、細かいものは再び、流動床又は二軸完全混合槽９にもどすが、一部は流動床式ガス化炉１にも戻すことができる。
ロータリーキルン１１では１〜５時間、７００〜１０００℃で十分焼成する。ロータリーキルンの熱源は旋回溶融炉１１の出口の高温ガスを利用できる。
【００１８】
ロータリーキルン１１から焼成固化スラグ２４が生成するが、分別機により、製品２５と屑２６に分けられる。
屑２６は破砕機１３により破砕され、篩１０で選別された小粒径粒子側に混ぜることができる。
得られる製品２５である骨材は、ロータリーキルンで再結晶化し、比較的に丸味のある、強度を有したものが得られる。
旋回溶融炉５からの排ガス（約１４００℃）は、廃熱ボイラ７とエコノマイザー（図示せず）で十分冷却し、添加剤（活性炭等）を吹き込み、バグフィルタ８でダストを捕集する。
廃熱ボイラ７では蒸気２０を発生させる。
また養生槽６から重金属１９を取出す。
バグフィルタ８からのダスト２１、塩＋低沸点重金属２２は一部は再利用２３される。
【００１９】
図２にも本発明の「廃棄物溶融スラグの骨材化法」を備えたガス化溶融システムの全体構成図を示すが、重金属を分離する必要のない場合（電気炉を用いない場合）である。
図２において記号は図１と共通である。
図２は、旋回溶融炉５が流動床式ガス化炉１の真上に位置し（特願平８−１８７０３３）、溶融スラグ１７はそのまま流動床式ガス化炉１中に落下し、ここで周囲に熱を与えて冷却されながら流動媒体が塊状の溶融スラグ１７の表面にまぶされる。
流動媒体が表面にまぶされた溶融スラグは、不燃物及び流動媒体と共に炉底から取り出され、粗大不燃物がスクリーン２で分離され、次いで、流動媒体と篩１０で分離され、流動媒体が表面にまぶされた溶融スラグはロータリーキルン１１に導入され、図１と同様に処理される。篩１０で分離された流動媒体は流動床式ガス化炉１に循環される。
【００２０】
図３に、本発明のもう一つの骨材化法である加圧気体と共に流動媒体又は微細固化スラグを吹き付ける部分構成図を示す。
このように加圧気体２８と流動媒体又は微細固化スラグを直接混合して、ロータリーキルン１１内に導入される溶融スラグ１７に向けて吹き付けることにより、ロータリーキルン１１内で流動媒体又は微細固化スラグ混じりの溶融スラグが焼成されて焼成固化スラグ２９が得られる。
重金属を分離する必要のある場合は、流動媒体を吹き付けると流動媒体中に重金属が残ることがあるため、微細固化スラグを用いる方が望ましい。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば、廃棄物から得られる溶融スラグから、省スペース、かつ経済的で再利用しやすい強度ある固化体を生成することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の骨材化法の一例を備えたガス化溶融システムの全体構成図。
【図２】本発明の骨材化法の他の例を備えたガス化溶融システムの全体構成図。
【図３】本発明のもう一つの骨材化法である加圧気体と共に流動媒体又は微細固化スラグを吹き付ける部分構成図。
【符号の説明】
１：流動床式ガス化炉、２：スクリーン、３、４：分離機、５：旋回溶融炉、６：養生装置、７：廃熱ボイラ、８：バグフィルタ、９：二軸完全混合槽、１０：篩、１１：ロータリーキルン、１２：分別機、１３：破砕機、１４：一時ホッパ、１５：廃棄物、１６：飛灰、１７：溶融スラグ、１８：添加剤、１９：重金属、２０：蒸気、２１：ダスト、２２：塩＋低沸点重金属、２３：再利用、２４：焼成固化スラグ、２５：製品、２６：屑、２７：流動媒体又は微細固化スラグ、２８：加圧気体、２９：混合焼成固化スラグ
Claims (5)
- 廃棄物を流動床式ガス化炉でガス化し、ガス化したガス中のダストを溶融炉で溶融し、生成した溶融スラグを骨材化する方法において、前記溶融スラグを流動床式ガス化炉の流動媒体中で固化し、この流動媒体混じりの固化スラグをロータリーキルンで焼成することを特徴とする廃棄物溶融スラグの骨材化法。
- 廃棄物を流動床式ガス化炉でガス化し、ガス化したガス中のダストを溶融炉で溶融し、生成した溶融スラグを骨材化する方法において、前記溶融スラグを廃棄物溶融スラグを骨材化する際に発生する微細固化スラグ中で固化し、この微細固化スラグ混じりの固化スラグをロータリーキルンで焼成することを特徴とする廃棄物溶融スラグの骨材化法。
- 廃棄物を流動床式ガス化炉でガス化し、ガス化したガス中のダストを溶融炉で溶融し、生成した溶融スラグを骨材化する方法において、前記溶融スラグをロータリーキルン内に溶融状態で流しながら、加圧気体と共に流動床式ガス化炉の流動媒体を溶融スラグに吹き付けて、該流動媒体を溶融スラグにまぶしながら冷却し、この流動媒体混じりのスラグをロータリーキルンで焼成することを特徴とする廃棄物溶融スラグの骨材化法。
- 廃棄物を流動床式ガス化炉でガス化し、ガス化したガス中のダストを溶融炉で溶融し、生成した溶融スラグを骨材化する方法において、前記溶融スラグをロータリーキルン内に溶融状態で流しながら、加圧気体と共に廃棄物溶融スラグを骨材化する際に発生する微細固化スラグを溶融スラグに吹き付けて、該微細固化スラグを溶融スラグにまぶしながら冷却し、この微細固化スラグ混じりのスラグをロータリーキルンで焼成することを特徴とする廃棄物溶融スラグの骨材化法。
- 前記ロータリーキルンは、熱源として溶融炉出口の排ガスを利用することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の廃棄物溶融スラグの骨材化法。
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