JP3643255B2

JP3643255B2 - Melting furnace and processing method for waste containing phosphorus

Info

Publication number: JP3643255B2
Application number: JP07574999A
Authority: JP
Inventors: 啓介中原; 浩山本; 拓也品川; 清吉田部井; 通郎桑山
Original assignee: Nippon Chemical Industrial Co Ltd; JFE Engineering Corp
Current assignee: Nippon Chemical Industrial Co Ltd; JFE Engineering Corp
Priority date: 1999-03-19
Filing date: 1999-03-19
Publication date: 2005-04-27
Anticipated expiration: 2019-03-19
Also published as: JP2000274621A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、下水汚泥焼却灰のように燐化合物を含有する廃棄物を溶融処理する溶融炉及び溶融処理方法に係り、特に燐化合物を含有する廃棄物から燐を回収するために燐ガスを発生させる廃棄物の溶融炉及び溶融処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
下水汚泥焼却灰等の廃棄物は比較的高い濃度で燐を含有している。特開平９−１４５０３８号公報及び特開平１０−２７９３０１号公報は、そのような廃棄物から燐を回収する方法を開示している。
【０００３】
特開平９−１４５０３８号公報が開示する方法によると、廃棄物焼却灰からの燐の回収は以下に示すようにして行われる。まず、還元性ガスで満たされた密閉型電気炉内に、燐化合物を含有する廃棄物焼却灰と炭素源とを供給し、これらの溶融処理を行う。それにより、焼却灰中の燐化合物は還元され、燐ガスが生成される。次に、この燐ガスを含む排ガスに空気を接触させることにより五酸化燐を生成し、さらに、この五酸化燐を含む排ガスと水とを接触させる。その結果、五酸化燐は水に吸収され、燐酸を生成する。すなわち、特開平９−１４５０３８号公報が開示する方法によると、焼却灰中の燐は燐酸として回収される。なお、特開平９−１４５０３８号公報は、上記燐ガスを含む排ガスを温水スプレーを用いて冷却・凝縮することにより、焼却灰中の燐を黄燐として回収することも開示している。
【０００４】
また、特開平１０−２７９３０１号公報が開示する方法によると、廃棄物焼却灰からの燐の回収は以下に示すようにして行われる。まず、酸化性ガスで満たされた溶融炉内で、燐化合物を含有する廃棄物を還元性物質とともに加熱・溶融する。その結果、廃棄物中の燐化合物は還元されて燐となり、さらに酸化されて燐酸化物を生成する。特開平１０−２７９３０１号公報が開示する方法によると、このようにして生じた燐酸化物を含有する排ガスを冷却して燐酸化物を凝縮させること等により燐の回収が行われる。
【０００５】
このように、燐化合物を含む廃棄物から燐を回収する様々な方法が提案されている。しかしながら、これら方法によると、回収された燐中には高い濃度で不純物が含有されてしまう。
【０００６】
例えば、特開平９−１４５０３８号公報が開示する方法によると、焼却灰を電気炉内に供給する際に炉内でダストが舞い上がり、このダストは上記排ガスとともに電気炉から排出される。特に、下水汚泥等の焼却灰は微粉状であるため、電気炉から排出される排ガスはダストを高濃度で含有することとなる。
【０００７】
このようなダストの一部は、コットレル集塵機のような電気集塵機により排気ガスから除去可能である。しかしながら、上記ダストは極めて微細であるため、電気集塵機で完全に除去することは不可能である。そのため、上述した方法により排ガス中に含まれる燐ガスを燐酸或いは黄燐として回収する場合、燐酸或いは黄燐中へのダストの混入を避けることができない。
【０００８】
また、排ガス中のダストは、排ガス中に含まれる燐ガスを黄燐として回収する場合には、排ガスの凝縮を行う凝縮塔においてスラッジを生成し、一方、燐ガスを燐酸として回収する場合には、五酸化燐を水に吸収させるための吸収塔においてスラッジを生成する。このようなスラッジは高い濃度で燐分を含有し、特に燐ガスを黄燐として回収する場合には黄燐がスラッジに付着する。黄燐は空気中で発火や発煙を生ずるため、スラッジが含む黄燐を処理するためのコストが別途必要となるという問題を生じてしまう。
【０００９】
また、特開平９−１４５０３８号公報が開示する方法によると、廃棄物の溶融と燐ガスの生成とが同一の溶融炉内で行われる。そのため、この方法によると、酸素と接触した場合に爆発を生ずるおそれがある燐ガスの発生量を制御することは困難である。したがって、上記方法によると、排気ガスから燐分を回収する装置が故障した場合やその補修の際に、燐ガスの発生量を低減することができなかった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、廃棄物から燐を高い純度で回収することを可能とする廃棄物の溶融炉及び溶融処理方法を提供することを目的とする。
【００１１】
また、本発明は、廃棄物から燐を安全に回収することを可能とする廃棄物の溶融炉及び溶融処理方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、燐化合物を含有する廃棄物と炭素源とを還元性雰囲気下で加熱することにより溶融物と気化された燐を含む高温ガスとを生成する溶融炉であって、この溶融炉内に設けられ、上記溶融物が溶融炉内に形成する溶融物層の上部空間を水平方向に隣接する第１の領域と第２の領域とに分割する隔壁、第１の領域と連絡し溶融炉内に上記廃棄物を供給する廃棄物供給部、第２の領域と連絡し溶融炉内に上記炭素源を供給する炭素源供給部、及び第２の領域と連絡し溶融炉から高温ガスを排気する排気部を有することを特徴とする燐を含む廃棄物の溶融炉を提供する。
【００１３】
また、本発明は、燐化合物を含有する廃棄物を加熱して溶融物を生成する工程、及びこの溶融物に炭素源を接触させて気化された燐を含む高温ガスを発生させる工程を有し、上記溶融物を生成する工程と上記高温ガスを発生させる工程とは同一の溶融炉内で及び相互に隔離された雰囲気下で行なわれることを特徴とする燐を含む廃棄物の溶融処理方法を提供する。
【００１４】
本発明において、廃棄物は第１の領域から溶融物層に供給される。すなわち、廃棄物の溶融は、炉内の第１の領域側で行われる。一方、炭素源は第２の領域から溶融物層に供給される。すなわち、高温ガスは、炉内の第２の領域側で発生する。第１の領域と第２の領域とは隔壁により隔離されているため、第１の領域内で飛散するダストが第２の領域内に侵入することはない。したがって、第２の領域から排気される高温ガス中のダスト濃度を低減することが可能となる。
【００１５】
また、第１の領域と第２の領域とは隔壁により隔離されているため、第１の領域から第２の領域に廃棄物の供給に伴って侵入した空気が流入すること、或いは第２の領域から第１の領域に高温ガスが流出することがない。したがって、第２の領域で発生した高温ガス中に含まれる燐ガスが空気中の酸素と反応するのを防止することができる。
【００１６】
さらに、本発明においては、廃棄物の溶融と高温ガスの発生とが同一の溶融炉内で行われるため、廃棄物の溶融と高温ガスの発生とを別々の炉で行われる場合に比べてより簡略化された構造で高温ガスを発生させることが可能である。また、廃棄物の溶融と高温ガスの発生とを別々の炉で行った場合、それらの間で溶融物を移送する際に溶融物が凝固するおそれがある。そのため、凝固を防止するための加熱が必要となる。それに対し、本発明によると、廃棄物の溶融と高温ガスの発生とが同一の溶融炉内で行われるため、溶融物の移送に伴うエネルギーロスがない。したがって、本発明によると、設備のコスト及び操業に必要なコストを低減することが可能となる。
【００１７】
本発明によると、上述したように、廃棄物の溶融と高温ガスの発生とは同時に行われずに別々に行われる。したがって、例えば、第２の領域から排気される高温ガスから燐を回収する燐回収設備が故障した場合のように緊急に燐ガスの発生を停止する必要がある場合、廃棄物の溶融を停止することなく、炭素源の供給を停止することのみにより燐ガスの発生を速やかに停止することができる。
【００１８】
本発明においては、第１の領域内からガスに同伴して排出されるダストを回収すること、及び回収されたダストを第１の領域に供給することが好ましい。この場合、ダストに含まれる燐分を回収することができるのとともに、ダストの処理に必要なコストを削除することができる。また、回収したダストは、粒状物とした後に第１の領域に供給することがより好ましい。ダストの粒径は極めて小さいため、第１の領域に供給した場合に再度第１の領域内で飛散し、再びダストとして排出されることになる。しかしながら、粒状物として供給した場合、ダストが再度第１の領域内で飛散するのを防止することができる。また、同様の理由から、廃棄物も粒状物として第１の領域に供給することが好ましい。
【００１９】
本発明においては、例えば、第２の領域と連絡し溶融物層の液面の位置から溶融物を排出する溶融物排出部を設けることにより、溶融炉内の過剰な溶融物、具体的には溶融スラグをオーバーフローを利用して炉外に排出することができる。このような構造を採用することにより、溶融スラグの排出をより簡略化された構造で実現することができる。
【００２０】
しかしながら、この場合、溶融物排出部から第２の領域に外気が侵入するおそれがある。したがって、このような場合、第２の領域を水平方向に隣接する２つの領域に分割する隔壁を、炭素源供給部及び前記排気部が上記２つの領域の一方と連絡し、溶融物排出部が上記２つの領域の他方と連絡するように設けることが好ましい。これにより、第２の領域への外気の侵入を防止することができる。
【００２１】
本発明においては、溶融炉の内壁の溶融物と接触する部分を炉壁冷却手段を用いて冷却することが好ましい。また、上記隔壁の溶融物と接触する部分を隔壁冷却手段を用いて冷却することが好ましい。炉壁や隔壁を冷却した場合、それらの表面で溶融物が凝固し、それにより、溶融物による炉壁等の浸蝕を防止できる。なお、上記冷却手段は、例えば、炉壁や隔壁内に形成された流路と、冷媒を冷却する冷却器と、流路と冷却器の間で冷媒を循環させる循環装置等とで構成することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について図面を参照しながらより詳細に説明する。なお、それぞれの図面において共通する部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００２３】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る廃棄物の溶融炉を有する廃棄物から燐を発生させる設備を概略的に示す図である。図１に示す設備は、密閉型電気抵抗式溶融炉１-1と除塵器５とで主に構成されている。
【００２４】
溶融炉１-1は、廃棄物供給部２、炭素源供給部３、排気部４、溶融スラグ排出部９、溶融メタル排出部１０、電極６及び隔壁１３等を有している。溶融炉１-1は、溶融物供給部２から供給される下水汚泥焼却灰のような廃棄物を加熱して、気化された燐を含む高温ガスを発生させる加熱炉である。溶融炉１-1は密閉構造を有しており、その内壁にはカーボン系の耐火物からなる層が形成されている。また、溶融炉１-1の上部には、例えばグラファイトからなる電極６が電極昇降装置７により鉛直方向に移動可能に設置されている。電極６には電源８が接続されており、各電極に所望の電圧を印加することが可能である。
【００２５】
図１において、参照番号４１及び４２は、それぞれ、溶融スラグ層及び溶融メタル層を示している。溶融炉１-1内には、溶融スラグ層４１の上部空間を領域１１と領域１２とに分割する隔壁１３が設けられている。下水汚泥焼却灰のような廃棄物は、スクリューフィーダのような廃棄物供給手段（図示せず）を用いることにより、領域１１と連絡した廃棄物供給部２から溶融炉１-1内に供給される。
【００２６】
操業中の溶融炉１-1内においては、電極６は、電極昇降装置７により溶融スラグ層４１への浸漬深さを制御され、且つ電源８から所定の電圧を印加される。このとき、溶融スラグ層４１は電気抵抗体として機能するため、溶融スラグ層４１は発熱する。溶融スラグ層４１の温度は１３００℃〜１６００℃程度に維持され、廃棄物供給部２から溶融炉１-1内に供給された廃棄物は溶融して溶融物を形成する。
【００２７】
なお、廃棄物供給部２から炉内に供給された廃棄物は溶融されるまで溶融スラグ層４１の表面に浮遊している。また、領域１１と領域１２との間には、先端を溶融スラグ層１３に浸漬された隔壁が設けられている。したがって、溶融前の廃棄物が炉内の領域１２側に供給されることはない。
【００２８】
以上のようにして生成した溶融物は溶融炉１-1内で、溶融スラグ層４１と鉄を主成分とする溶融メタル層４２とに分離する。溶融メタルは溶融スラグに比べてより高い比重を有しているため、溶融メタル層４２は溶融炉１-1の底部に形成される。溶融メタル層４２を構成する溶融メタル及び溶融スラグ層４１を構成する溶融スラグは、メタル排出部１０及びスラグ排出部９からそれぞれ別々に炉外に排出される。
【００２９】
溶融炉１-1の領域１２側には、スクリューフィーダのような炭素源供給手段（図示せず）により、炭素源供給部３からコークス等の炭素源が供給される。溶融炉１-1の領域１２側では、溶融スラグとコークス等の炭素源とが下記反応式に示す反応を起こし、燐ガスと一酸化炭素ガスとを発生する。
【００３０】
２Ｐ₂Ｏ₅＋１０Ｃ→Ｐ₄＋１０ＣＯ
溶融炉１-1内の領域１２は、このようにして生成する燐ガスと一酸化炭素ガスで満たされる。したがって、領域１２内において還元性雰囲気が維持される。なお、溶融炉１-1内の領域１１側には炭素源は供給されないため、領域１１側で燐ガスの発生量は領域１２側に比べて極めて少ない。また、領域１１と領域１２との間には隔壁１３が介在するため、領域１１から領域１２に空気等が流入すること、或いは領域１２から領域１１に高温ガスが流出することがない。したがって、高温ガス中に含まれる燐ガスが空気中の酸素と反応するのを防止することができる。
【００３１】
領域１２を満たし燐ガスと一酸化炭素ガスとを含有する高温ガスは、排気部４から排気され、図示しない燐回収設備に供給される。ここで、上述したように、領域１１と領域１２とは隔壁１３により隔離されているため、領域１１内で飛散するダストが領域１２内に侵入することはない。したがって、領域１２から排気される高温ガス中のダスト濃度を低減することが可能となり、それにより、廃棄物から燐を高い純度で回収することが可能となる。
【００３２】
上述した溶融炉１-1には、除塵器５を接続することができる。図１において、溶融炉１-1には、領域１１と連絡するように、排気管１４の一端が接続されている。また、排気管１４の他端には除塵器５が接続されている。
【００３３】
図１に示す設備によると、廃棄物の溶融処理に伴って発生する水蒸気や一酸化炭素等のガスと、廃棄物を炉内に供給した際に舞い上がったダストとの混合ガスが、領域１１から排気される。この混合ガスは排気管１４を経由してサイクロン式集塵機や電気集塵器のような除塵器５に供給され、上記混合ガスからダストが回収される。
【００３４】
以上のようにして回収したダストが燐分を含有する場合は、溶融炉１-1内に供給して再度溶融処理することが好ましい。これにより、より多くの燐を回収することが可能となるのとともに、ダストの処理に費やすコストを低減することができる。
【００３５】
一方、ダストを除去された混合ガスは、通常、図示しない燃焼室に供給される。この燃焼室には、空気や酸素のような酸化性ガスが導入され、混合ガス中に含まれる一酸化炭素ガス等の燃焼が行われる。また、混合ガス中に燐ガスが含まれる場合、燐ガスは燃焼されて五酸化燐となる。燃焼室から排気された排ガスは、図示しない洗浄塔に送られて清浄化される。排ガス中の五酸化燐は洗浄塔内の循環水に燐酸として吸収され、清浄化された排ガスは大気中に排気される。
【００３６】
上述した方法において、廃棄物が焼却灰のように０．１ｍｍ未満の微粒子を多く含む場合、廃棄物をブリケッティングマシンや皿型造粒機のような造粒器（図示せず）を用いて粒状物とした後に溶融炉１-1に供給することが望ましい。廃棄物を粒状物として供給することにより、供給時に領域１１内で舞い上がるダストの量を低減し、それにより、排気管１４を介して除塵器５に供給されるダスト量を低減することができる。なお、除塵器５で回収したダストも造粒器を用いて粒状物とした後に溶融炉１-1に供給することが好ましい。
【００３７】
図１に示す溶融炉１-1における燐ガスの発生は、溶融炉１-1の内壁や隔壁１３の少なくとも一部を図示しない冷却手段により冷却しつつ行うことが好ましい。この場合、溶融スラグ層４１中の溶融スラグの一部が溶融炉１-1の内壁や隔壁１３上で凝固するため、それらの上に凝固物層が形成される。その結果、溶融炉１-1のカーボン系耐火物等からなる内壁と溶融物中の燐化合物との反応が抑制され、溶融炉１-1の内壁が浸蝕されるのを防止することができる。
【００３８】
また、このような凝固物層を形成した場合、溶融物中に含まれる燐化合物の還元は、電極の他には炭素源供給部３から供給される炭素源なくしては行われない。すなわち、炭素源供給部３から供給する炭素源の量に応じて、燐ガスの発生量を正確に制御することができる。したがって、例えば、燐回収手段が故障して補修する必要がある場合、溶融炉１-1への炭素源の供給を停止することにより燐ガスの発生を極めて短い時間で抑制することができる。すなわち、燐ガスが大量に流出することにより生ずる爆発を防止することができる。
【００３９】
上記冷却手段は、溶融炉１-1の内壁や隔壁１３を冷却して上記凝固物層を形成するものであれば特に制限はない。冷却手段は、例えば、炉壁や隔壁１３内に形成された流路と、冷媒を冷却する冷却器と、流路と冷却器の間で冷媒を循環させる循環装置等とで構成することができる。
【００４０】
以上説明したように、上述した方法によると、廃棄物の溶融と高温ガスの発生とは同時に行われずに別々に行われる。そのため、例えば、燐を回収する燐回収設備が故障した場合のように緊急に燐ガスの発生を停止する必要がある場合、廃棄物の溶融を停止することなく、炭素源の供給を停止することのみにより燐ガスの発生を速やかに抑制することができる。したがって、上記方法によると、燐の回収を安全に行うことを可能となる。
【００４１】
次に、本発明の第２の態様について図２を参照しながら説明する。
【００４２】
図２は、本発明の第２の実施形態に係る廃棄物の溶融炉を有する廃棄物から燐を発生させる設備を概略的に示す図である。図２に示す設備は、密閉型電気抵抗式溶融炉１-2と除塵器５とで主に構成されている。
【００４３】
溶融炉１-2は、廃棄物供給部２、炭素源供給部３、排気部４、溶融スラグ排出部９、溶融メタル排出部１０、電極６、隔壁１３、及び隔壁１７等を有している。
【００４４】
図２に示す溶融炉１-2において、溶融スラグ排出部９は溶融スラグ層４１の液面の位置に設けられている。すなわち、この溶融炉１-2によると、オーバーフローを利用して溶融スラグの排出が行われる。この場合、溶融スラグの排出量の制御が不要となるため、上記設備の操業を簡略化することができる。しかしながら、溶融炉１-2をこのような構造とした場合、溶融スラグ排出部９から溶融炉内に外気が侵入する、或いは溶融スラグ排出部９から燐ガスが排気されるおそれがある。
【００４５】
図２に示す溶融炉１-2においては、領域１２を水平方向に隣接する２つの領域に分割する隔壁１７が設けられている。この隔壁１７は、溶融スラグ排出部９と排気部４との間に介在しているため、隔壁１３と隔壁１７とに挟まれた領域に外気が侵入すること、或いはその領域内の燐ガスが溶融スラグ排出部９から排気されることはない。なお、図２に示す溶融炉１-2によると、溶融スラグ層４１の液位を一定に維持することができるので、隔離された領域間が導通されることはない。また、溶融炉１-2内の隔壁１７の右側の領域を窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガスで満たすことが好ましい。これにより、カーボン系耐火物等からなる炉壁が酸化浸蝕されるのを抑制することができる。
【００４６】
以上説明したように、第２の実施形態によると、燐の回収を安全に行うことを可能となる。また、第２の実施形態によると、第１の実施形態において説明したのと同様の効果を得ることができる。
【００４７】
次に、第１及び第２の実施形態において説明した溶融炉を用いた燐の回収方法について図３を参照しながら説明する。
【００４８】
図３は、本発明の第１及び第２の実施形態に係る溶融炉を用いた燐回収設備の一例を概略的に示す図である。図３に示す設備は、溶融炉１-1、除塵器２０、凝縮器２１、燐貯槽１８、燃焼室２２、及びガス洗浄塔２３で主に構成されている。なお、図３において、凝縮器２１及び燐貯槽１８は燐回収手段を構成している。
【００４９】
図３に示す燐回収設備によると、燐の回収は、例えば以下に示す方法により行われる。まず、第１の実施形態において説明したのと同様の方法により、溶融炉１-1内で燐ガスを含む排ガスを生成する。溶融炉１-1の排気部４から排気された排ガスは、コットレル集塵機やサイクロン式集塵機のような除塵器２０でダストを除去された後、凝縮器２１へと供給される。なお、上述したように、溶融炉１-1の排気部４から排気された排ガス中のダスト濃度は十分に低いため、除塵器２０は必ずしも設ける必要はない。
【００５０】
凝縮器２１内では水が噴霧され、凝縮器２１に供給された排ガスは噴霧された水により冷却される。その結果、排ガス中に含まれる燐ガスは凝縮して液体となり、凝縮器２１の底部から排出される。なお、凝縮器２１内は、回収された液状黄燐が固化しないように５０〜７０℃程度に維持する。
【００５１】
凝縮器２１から排出された液状黄燐は、燐貯槽１８へと送られる。一方、燐ガスを除去され凝縮器２１から排気された排ガスは、燃焼室２２へと送られる。燃焼室２２内には、空気が供給され、排ガス中に含まれる一酸化炭素ガス等の可燃性ガスの燃焼が行われる。燃焼室２２から排気される排ガスは、次にガス洗浄塔２３へと送られる。ガス洗浄塔２３では、水を噴霧することにより排ガスの清浄化が行われる。以上のようにして清浄化した後、排ガスはガス洗浄塔２３から大気中に排気される。
【００５２】
図３に示す設備によると、廃棄物中の燐化合物は黄燐として回収されるが、燐酸として回収することも可能である。これについては図４を参照しながら説明する。
【００５３】
図４は、本発明の第１及び第２の実施形態に係る溶融炉を用いた燐回収設備の他の例を概略的に示す図である。図４に示す燐回収設備は、溶融炉１-1、除塵器２０、燃焼室２４、吸収塔２５、燐酸貯槽１９、ミスト捕集器２６、及びガス洗浄塔２３で主に構成されている。図４において、燃焼室２４、吸収塔２５、及び燐酸貯槽１９は、燐回収手段を構成している。
【００５４】
図４に示す燐回収設備によると、燐の回収は、例えば以下に示す方法により行われる。まず、第１の実施形態において説明したのと同様の方法により、溶融炉１-1内で燐ガスを含む排ガスを生成する。溶融炉１-1の排気部４から排気された排ガスは、除塵器２０でダストを除去された後、燃焼室２４へと供給される。なお、上述したように、溶融炉１-1の排気部４から排気された排ガス中のダスト濃度は十分に低いため、除塵器２０は必ずしも設ける必要はない。
【００５５】
燃焼室２４には、空気や酸素のような酸化性ガスが導入され、排ガス中に含まれる一酸化炭素ガス等の燃焼が行われる。このとき同時に、排ガス中に含まれる燐ガスも燃焼され、五酸化燐を生成する。
【００５６】
五酸化燐を含む排ガスは、吸収塔２５へと供給される。吸収塔２５では、燐酸水溶液が循環される。吸収塔２５に供給された排ガスは、吸収塔２５内の上部から噴霧される燐酸水溶液と接触し、その結果、排ガス中に含まれる五酸化燐は燐酸水溶液に吸収されて燐酸に転化する。
【００５７】
吸収塔２５では、循環される燐酸水溶液が所定濃度になるように水の供給量が制御される。このようにして生成した燐酸は、燐酸水溶液として吸収塔２５から排出され、燐酸貯槽１９に貯えられる。
【００５８】
一方、五酸化燐を除去された排ガスは、ミスト捕集器２６へと送られ、そこで燐酸ミストを除去される。燐酸ミストを除去された排ガスは、さらにガス洗浄塔２３へと送られて清浄化された後、大気中に排気される。
【００５９】
図３及び図４に示した燐回収設備においては、第１の実施形態に係る溶融炉１-1を用いたが、第２の実施形態に係る溶融炉１-2を用いることができるのは言うまでもない。また、以上説明した第１及び第２の実施形態においては、加熱炉として密閉型電気抵抗式溶融炉１-1及び１-2を用いたが、外熱方式の密閉型高周波誘導式溶融炉等を用いることもできる。
【００６０】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
【００６１】
（実施例）
図３に示す燐回収プラントを用い、以下に示す方法により下水汚泥焼却灰から黄燐を回収した。なお、溶融炉としては、溶融炉１-1の代わりに図２に示す溶融炉１-2を用いた。この溶融炉１-2は、内径が７００ｍｍ×１０００ｍｍの楕円型の電気抵抗式溶融炉である。また、溶融炉１-2の炉壁内等には水冷管が埋設されている。この水冷管内に冷却水を流すことにより、溶融炉１-2の内壁と隔壁１３及び１７の表面とが冷却される。
【００６２】
まず、下水汚泥焼却灰を９×６ｍｍのアーモンド型のブリケットに成型した。この成形体をスクリューフィーダを用いて、廃棄物供給部２から溶融炉１-2内に１００ｋｇ／ｈの速度で供給した。領域１１内で飛散したダストは、排気管１４を介してサイクロン式集塵機５へと送り、そこで回収した。集塵機５で回収したダストは、上記焼却灰と同様のブリケットに成型し、再び廃棄物供給部２から溶融炉１-2内に供給した。
【００６３】
炭素源供給部３からは、粉砕して粒径を５ｍｍ以下としたコークスをスクリューフィーダにより１５ｋｇ／ｈの速度で炉内に供給した。それにより発生した高温ガスは、領域１２から排気部４を経由してサイクロン式集塵機２０へと送り、そこで除塵した。除塵された高温ガス、すなわち排ガスは、凝縮器２１へと供給された。凝縮器２１内では、６０℃の温水を噴霧することにより排ガスを冷却し、排ガス中に含まれる燐ガスを液状黄燐に転化した。このようにして回収された液状黄燐は凝縮器の底部に滞留させた。凝縮器２１から排気された排ガスは、燃焼室２２で空気を用いて燃焼した後、洗浄塔２３で清浄化して大気中に排気した。
【００６４】
以上の一連の操作の間、上述した水冷管内に冷却水を流すことにより、溶融炉１-2の内壁と隔壁１３及び１７の表面とを冷却した。それにより、溶融炉１-2の内壁及び隔壁１３及び１７の表面に溶融スラグの凝固物層が形成された。また、溶融炉１-2内の溶融スラグ４１の温度は１３００〜１４００℃に維持し、過剰な溶融スラグは溶融スラグ排出部９からのオーバーフローにより炉外に排出した。このようにして排出された溶融スラグの量は７５ｋｇ／ｈであった。さらに、凝縮器２１の底部に滞留させた液状黄燐は、随時燐貯槽１８へと排出した。
【００６５】
以上のような条件で２４時間操業したところ、２３０ｋｇの液状黄燐を回収することができた。また、凝縮器２１においてスラッジの発生は確認されず、循環水の濁りも僅かであった。
【００６６】
試験に供した下水汚泥焼却灰及び溶融炉１-2から排出したスラグの組成を下記表１に示す。また、回収した黄燐の組成を下記表２に示す。
【００６７】
【表１】

【００６８】
【表２】

【００６９】
上記表２に示すように、上述した方法により得られた黄燐の純度は９９．９５％であり、工業原料として十分に利用可能な品質であることが確認された。
【００７０】
続いて、炭素源供給部から溶融炉１-2内へのコークスの供給を停止したこと以外は上述したのと同様の条件で、さらに２４時間操業した。この操業により、さらに約３５ｋｇの液状黄燐を回収した。なお、凝縮器２１においてスラッジの発生は確認されず、循環水の濁りも僅かであった。この操業において、溶融スラグ排出部９から炉外に排出されたスラグの組成を下記表３に示す。
【００７１】
【表３】

【００７２】
上記表１及び表３の比較から明らかなように、コークスの供給を停止することにより、スラグ中の燐分の多くを揮発させることなく溶融スラグ中に残留させることができた。なお、上述したようにコークスの供給を停止してもなお約３５ｋｇの液状黄燐が回収されたが、これは、溶融スラグ中の燐分がグラファイト質の電極６により還元されて燐ガスを発生したためであると考えられる。
【００７３】
以上のように、炉内へのコークスの供給を停止することにより、コークスを供給した場合に比べて、燐ガスの発生量を約１５％に低減することができた。
【００７４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、溶融炉における溶融物層の上部空間は第１の領域と第２の領域とに分割され、廃棄物は第１の領域から溶融物層に供給される。一方、炭素源は第２の領域から溶融物層に供給される。すなわち、高温ガスは、炉内の第２の領域側で発生する。第１の領域と第２の領域とは隔壁により隔離されているため、第１の領域内で飛散するダストが第２の領域内に侵入することはない。したがって、本発明によると、第２の領域から排気される高温ガス中のダスト濃度が低減され、廃棄物から燐を高い純度で回収することが可能となる。すなわち、本発明によると、廃棄物から燐を高い純度で回収することを可能とする廃棄物の溶融炉及び溶融処理方法が提供される。
【００７５】
また、本発明によると、第１の領域と第２の領域とは隔壁により隔離されているため、第１の領域から第２の領域に空気等が流入すること、或いは第２の領域から第１の領域に高温ガスが流出することがない。そのため、第２の領域で発生した高温ガス中に含まれる燐ガスが空気中の酸素と反応するのを防止することができる。さらに、本発明によると、廃棄物の溶融と高温ガスの発生とは同時に行われずに別々に行われるため、例えば、第２の領域から排気される高温ガスから燐を回収する燐回収設備が故障した場合のように緊急に燐ガスの発生を停止する必要がある場合、廃棄物の溶融を停止することなく、炭素源の供給を停止することのみにより燐ガスの発生を速やかに抑制することができる。すなわち、本発明によると、廃棄物から燐を安全に回収することを可能とする廃棄物の溶融炉及び溶融処理方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る廃棄物の溶融炉を概略的に示す図。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る廃棄物の溶融炉を概略的に示す図。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る廃棄物の溶融炉を用いた燐回収設備の一例を概略的に示す図。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る廃棄物の溶融炉を用いた燐回収設備の他の例を概略的に示す図。
【符号の説明】
１-1，１-2…溶融炉；２…廃棄物供給部；３…炭素源供給部
４…排気部；５，２０…除塵器；６…電極；７…電極昇降装置
８…電源；９…溶融スラグ排出部；１０…溶融メタル排出部
１１，１２…領域；１３，１７…隔壁；１４…排気管
１８…燐貯槽；１９…燐酸貯槽；２１…凝縮器
２２，２４…燃焼室；２３…ガス洗浄塔；２５…吸収塔
２６…ミスト捕集器；４１…溶融スラグ層；４２…溶融メタル層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a melting furnace and a melting treatment method for melting waste containing a phosphorus compound such as sewage sludge incineration ash, and in particular, generating phosphorus gas for recovering phosphorus from waste containing phosphorus compound. The present invention relates to a waste melting furnace and a melting treatment method.
[0002]
[Prior art]
Waste such as sewage sludge incineration ash contains phosphorus at a relatively high concentration. Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 9-145038 and 10-279301 disclose methods for recovering phosphorus from such waste.
[0003]
According to the method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 9-145038, the recovery of phosphorus from waste incineration ash is performed as follows. First, waste incinerated ash containing a phosphorus compound and a carbon source are supplied into a sealed electric furnace filled with a reducing gas, and these are melted. Thereby, the phosphorus compound in the incineration ash is reduced, and phosphorus gas is generated. Next, phosphorus pentoxide is produced by bringing air into contact with the exhaust gas containing phosphorus gas, and further, the exhaust gas containing phosphorus pentoxide and water are brought into contact with each other. As a result, phosphorus pentoxide is absorbed in water to produce phosphoric acid. That is, according to the method disclosed in JP-A-9-145038, phosphorus in the incineration ash is recovered as phosphoric acid. JP-A-9-145038 also discloses recovering phosphorus in incinerated ash as yellow phosphorus by cooling and condensing the exhaust gas containing phosphorus gas using a hot water spray.
[0004]
Further, according to the method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 10-279301, the recovery of phosphorus from waste incineration ash is performed as follows. First, a waste containing a phosphorus compound is heated and melted together with a reducing substance in a melting furnace filled with an oxidizing gas. As a result, the phosphorus compound in the waste is reduced to phosphorus and is further oxidized to form a phosphorus oxide. According to the method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-279301, phosphorus is recovered by cooling the exhaust gas containing the phosphorus oxide thus generated to condense the phosphor oxide.
[0005]
As described above, various methods for recovering phosphorus from waste containing phosphorus compounds have been proposed. However, according to these methods, the recovered phosphorus contains impurities at a high concentration.
[0006]
For example, according to the method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-145038, when incinerated ash is supplied into an electric furnace, dust rises in the furnace, and the dust is discharged from the electric furnace together with the exhaust gas. In particular, since incinerated ash such as sewage sludge is in the form of fine powder, the exhaust gas discharged from the electric furnace contains a high concentration of dust.
[0007]
A part of such dust can be removed from the exhaust gas by an electric dust collector such as a Cottrell dust collector. However, since the dust is extremely fine, it cannot be completely removed by an electric dust collector. For this reason, when the phosphorus gas contained in the exhaust gas is recovered as phosphoric acid or yellow phosphorus by the above-described method, it is inevitable to mix dust into the phosphoric acid or yellow phosphorus.
[0008]
In addition, dust in exhaust gas, when recovering phosphorus gas contained in exhaust gas as yellow phosphorus, generates sludge in a condensation tower that condenses exhaust gas, while when recovering phosphorus gas as phosphoric acid, Sludge is generated in an absorption tower for absorbing phosphorus pentoxide into water. Such sludge contains a high concentration of phosphorus, and particularly when phosphorus gas is recovered as yellow phosphorus, yellow phosphorus adheres to the sludge. Since yellow phosphorus ignites and emits smoke in the air, there arises a problem that a separate cost is required for treating the yellow phosphorus contained in the sludge.
[0009]
Further, according to the method disclosed in JP-A-9-145038, melting of waste and generation of phosphorous gas are performed in the same melting furnace. Therefore, according to this method, it is difficult to control the generation amount of phosphorus gas that may cause an explosion when it comes into contact with oxygen. Therefore, according to the above method, the amount of phosphorus gas generated cannot be reduced when a device for recovering phosphorus from exhaust gas breaks down or during repair.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a waste melting furnace and a melting treatment method capable of recovering phosphorus from waste with high purity.
[0011]
Another object of the present invention is to provide a waste melting furnace and a melting treatment method that enable phosphorus to be safely recovered from waste.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, the present invention provides a melting furnace for generating a molten material and a high-temperature gas containing vaporized phosphorus by heating a waste containing a phosphorus compound and a carbon source in a reducing atmosphere. A partition wall provided in the melting furnace and dividing the upper space of the melt layer formed by the melt in the melting furnace into a first area and a second area adjacent in the horizontal direction; A waste supply unit that communicates with the first region and supplies the waste into the melting furnace, a carbon source supply unit that communicates with the second region and supplies the carbon source into the melting furnace, and a second region. A waste melting furnace containing phosphorus, characterized by having an exhaust section for exhausting hot gas from the melting furnace.
[0013]
The present invention also includes a step of heating a waste containing a phosphorus compound to generate a melt, and a step of bringing a carbon source into contact with the melt to generate a high-temperature gas containing vaporized phosphorus. A method for melting waste containing phosphorus, wherein the step of generating the melt and the step of generating the high-temperature gas are performed in the same melting furnace and in an atmosphere isolated from each other. provide.
[0014]
In the present invention, the waste is supplied from the first region to the melt layer. That is, the melting of the waste is performed on the first region side in the furnace. On the other hand, the carbon source is supplied to the melt layer from the second region. That is, the hot gas is generated on the second region side in the furnace. Since the first region and the second region are separated from each other by the partition wall, dust scattered in the first region does not enter the second region. Therefore, the dust concentration in the high temperature gas exhausted from the second region can be reduced.
[0015]
In addition, since the first region and the second region are separated from each other by the partition wall, air that has entered the waste region from the first region into the second region flows in, or the second region The hot gas does not flow from the region to the first region. Therefore, it is possible to prevent the phosphorus gas contained in the high temperature gas generated in the second region from reacting with oxygen in the air.
[0016]
Furthermore, in the present invention, since melting of waste and generation of high-temperature gas are performed in the same melting furnace, melting of waste and generation of high-temperature gas are more than in the case where they are performed in separate furnaces. It is possible to generate high temperature gas with a simplified structure. In addition, when the melting of the waste and the generation of the high temperature gas are performed in separate furnaces, the melt may be solidified when the melt is transferred between them. Therefore, heating to prevent solidification is necessary. On the other hand, according to the present invention, since melting of waste and generation of high-temperature gas are performed in the same melting furnace, there is no energy loss due to transfer of the melt. Therefore, according to this invention, it becomes possible to reduce the cost of an installation, and the cost required for operation.
[0017]
According to the present invention, as described above, the melting of the waste and the generation of the hot gas are not performed at the same time but are performed separately. Therefore, for example, when it is necessary to stop the generation of phosphorus gas urgently, such as when a phosphorus recovery facility that recovers phosphorus from the high-temperature gas exhausted from the second region fails, melting of waste is stopped. Without stopping the supply of the carbon source, the generation of phosphorus gas can be stopped quickly.
[0018]
In the present invention, it is preferable to collect the dust discharged along with the gas from within the first region and to supply the collected dust to the first region. In this case, the phosphorus contained in the dust can be recovered, and the cost required for the dust treatment can be eliminated. Further, it is more preferable that the collected dust is supplied to the first region after being made into a granular material. Since the particle size of the dust is extremely small, when it is supplied to the first region, it is scattered again in the first region and is discharged again as dust. However, when supplied as a granular material, dust can be prevented from scattering again in the first region. For the same reason, it is preferable to supply waste to the first region as particulate matter.
[0019]
In the present invention, for example, by providing a melt discharge portion that communicates with the second region and discharges the melt from the position of the liquid surface of the melt layer, an excessive melt in the melting furnace, specifically, Molten slag can be discharged out of the furnace using overflow. By adopting such a structure, the discharge of molten slag can be realized with a more simplified structure.
[0020]
However, in this case, outside air may enter the second region from the melt discharge part. Therefore, in such a case, the partition that divides the second region into two regions adjacent in the horizontal direction, the carbon source supply unit and the exhaust unit communicate with one of the two regions, and the melt discharge unit It is preferably provided so as to communicate with the other of the two regions. Thereby, the intrusion of outside air into the second region can be prevented.
[0021]
In this invention, it is preferable to cool the part which contacts the melt of the inner wall of a melting furnace using a furnace wall cooling means. Moreover, it is preferable to cool the part which contacts the melt of the said partition using a partition cooling means. When the furnace walls and partition walls are cooled, the melt is solidified on the surfaces thereof, thereby preventing the furnace walls from being eroded by the melt. Note that the cooling means includes, for example, a flow path formed in the furnace wall or partition wall, a cooler that cools the refrigerant, and a circulation device that circulates the refrigerant between the flow path and the cooler. Can do.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the member which is common in each drawing, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
[0023]
FIG. 1 is a diagram schematically showing equipment for generating phosphorus from waste having a waste melting furnace according to a first embodiment of the present invention. The equipment shown in FIG. 1 is mainly composed of a sealed electric resistance melting furnace 1-1 and a dust remover 5.
[0024]
The melting furnace 1-1 includes a waste supply unit 2, a carbon source supply unit 3, an exhaust unit 4, a molten slag discharge unit 9, a molten metal discharge unit 10, an electrode 6, a partition wall 13, and the like. The melting furnace 1-1 is a heating furnace that heats waste such as sewage sludge incineration ash supplied from the melt supply unit 2 to generate a high-temperature gas containing vaporized phosphorus. The melting furnace 1-1 has a sealed structure, and a layer made of a carbon-based refractory is formed on the inner wall thereof. In addition, an electrode 6 made of, for example, graphite is installed on the upper portion of the melting furnace 1-1 so as to be movable in the vertical direction by an electrode lifting device 7. A power source 8 is connected to the electrode 6 so that a desired voltage can be applied to each electrode.
[0025]
In FIG. 1,

reference numerals

41 and 42 denote a molten slag layer and a molten metal layer, respectively. A partition wall 13 that divides the upper space of the molten slag layer 41 into a region 11 and a region 12 is provided in the melting furnace 1-1. Waste such as sewage sludge incineration ash is supplied into the melting furnace 1-1 from the waste supply unit 2 connected to the region 11 by using a waste supply means (not shown) such as a screw feeder. The
[0026]
In the melting furnace 1-1 in operation, the electrode 6 is controlled in the immersion depth in the molten slag layer 41 by the electrode lifting device 7 and is applied with a predetermined voltage from the power source 8. At this time, since the molten slag layer 41 functions as an electric resistor, the molten slag layer 41 generates heat. The temperature of the molten slag layer 41 is maintained at about 1300 ° C. to 1600 ° C., and the waste supplied from the waste supply unit 2 into the melting furnace 1-1 is melted to form a melt.
[0027]
The waste supplied from the waste supply unit 2 into the furnace floats on the surface of the molten slag layer 41 until it is melted. In addition, a partition wall whose tip is immersed in the molten slag layer 13 is provided between the region 11 and the region 12. Therefore, the waste before melting is not supplied to the region 12 side in the furnace.
[0028]
The melt produced as described above is separated into a molten slag layer 41 and a molten metal layer 42 containing iron as a main component in the melting furnace 1-1. Since the molten metal has a higher specific gravity than the molten slag, the molten metal layer 42 is formed at the bottom of the melting furnace 1-1. The molten metal constituting the molten metal layer 42 and the molten slag constituting the molten slag layer 41 are separately discharged from the metal discharge unit 10 and the slag discharge unit 9 to the outside of the furnace.
[0029]
A carbon source such as coke is supplied from the carbon source supply unit 3 to the region 12 side of the melting furnace 1-1 by a carbon source supply means (not shown) such as a screw feeder. On the region 12 side of the melting furnace 1-1, molten slag and a carbon source such as coke cause a reaction represented by the following reaction formula to generate phosphorus gas and carbon monoxide gas.
[0030]
2P ₂ O _Five + 10C → P _Four + 10CO
The region 12 in the melting furnace 1-1 is filled with the phosphorus gas and the carbon monoxide gas thus generated. Therefore, a reducing atmosphere is maintained in the region 12. In addition, since the carbon source is not supplied to the region 11 side in the melting furnace 1-1, the amount of phosphorus gas generated on the region 11 side is extremely small compared to the region 12 side. In addition, since the partition wall 13 is interposed between the region 11 and the region 12, air or the like does not flow from the region 11 to the region 12, or high temperature gas does not flow from the region 12 to the region 11. Therefore, the phosphorus gas contained in the high temperature gas can be prevented from reacting with oxygen in the air.
[0031]
The high temperature gas that fills the region 12 and contains phosphorus gas and carbon monoxide gas is exhausted from the exhaust unit 4 and supplied to a phosphorus recovery facility (not shown). Here, as described above, since the region 11 and the region 12 are separated by the partition wall 13, dust scattered in the region 11 does not enter the region 12. Therefore, it is possible to reduce the dust concentration in the high-temperature gas exhausted from the region 12, and thereby it is possible to recover phosphorus from waste with high purity.
[0032]
A dust remover 5 can be connected to the melting furnace 1-1 described above. In FIG. 1, one end of an exhaust pipe 14 is connected to the melting furnace 1-1 so as to communicate with the region 11. A dust remover 5 is connected to the other end of the exhaust pipe 14.
[0033]
According to the facility shown in FIG. 1, a mixed gas of a gas such as water vapor or carbon monoxide generated in accordance with the melting treatment of waste and dust that has risen when the waste is supplied into the furnace from the region 11. Exhausted. This mixed gas is supplied to a dust remover 5 such as a cyclone dust collector or an electric dust collector via an exhaust pipe 14, and dust is recovered from the mixed gas.
[0034]
When the dust collected as described above contains a phosphorus content, it is preferable to supply it into the melting furnace 1-1 and again perform the melting treatment. This makes it possible to collect more phosphorus and reduce the cost spent on dust processing.
[0035]
On the other hand, the mixed gas from which dust has been removed is usually supplied to a combustion chamber (not shown). An oxidizing gas such as air or oxygen is introduced into the combustion chamber, and carbon monoxide gas or the like contained in the mixed gas is combusted. Further, when phosphorus gas is included in the mixed gas, the phosphorus gas is burned to become phosphorus pentoxide. The exhaust gas exhausted from the combustion chamber is sent to a cleaning tower (not shown) for purification. The phosphorus pentoxide in the exhaust gas is absorbed as phosphoric acid in the circulating water in the washing tower, and the cleaned exhaust gas is exhausted into the atmosphere.
[0036]
In the above-described method, when the waste contains many fine particles of less than 0.1 mm such as incineration ash, the waste is used with a granulator (not shown) such as a briquetting machine or a dish type granulator. It is desirable to supply it to the melting furnace 1-1 after forming a granular material. By supplying the waste as a granular material, the amount of dust that rises in the region 11 at the time of supply can be reduced, whereby the amount of dust supplied to the dust remover 5 via the exhaust pipe 14 can be reduced. In addition, it is preferable to supply the dust collect | recovered with the dust remover 5 to the melting furnace 1-1, after making a granular material using a granulator.
[0037]
The generation of phosphorus gas in the melting furnace 1-1 shown in FIG. 1 is preferably performed while cooling at least a part of the inner wall of the melting furnace 1-1 and the partition wall 13 by a cooling means (not shown). In this case, a part of the molten slag in the molten slag layer 41 is solidified on the inner wall and the partition wall 13 of the melting furnace 1-1, so that a solidified layer is formed thereon. As a result, the reaction between the inner wall made of carbon-based refractory or the like of the melting furnace 1-1 and the phosphorus compound in the melt can be suppressed, and the inner wall of the melting furnace 1-1 can be prevented from being eroded.
[0038]
In addition, when such a solidified layer is formed, the phosphorus compound contained in the melt cannot be reduced without the carbon source supplied from the carbon source supply unit 3 in addition to the electrodes. That is, the amount of phosphorus gas generated can be accurately controlled in accordance with the amount of carbon source supplied from the carbon source supply unit 3. Therefore, for example, when the phosphorus recovery means fails and needs to be repaired, the generation of phosphorus gas can be suppressed in a very short time by stopping the supply of the carbon source to the melting furnace 1-1. That is, an explosion caused by a large amount of phosphorus gas flowing out can be prevented.
[0039]
The cooling means is not particularly limited as long as the inner wall and partition wall 13 of the melting furnace 1-1 are cooled to form the solidified layer. The cooling means can be constituted by, for example, a flow path formed in the furnace wall or the partition wall 13, a cooler that cools the refrigerant, and a circulation device that circulates the refrigerant between the flow path and the cooler. .
[0040]
As described above, according to the above-described method, the melting of the waste and the generation of the high temperature gas are not performed simultaneously but separately. Therefore, for example, when it is necessary to stop the generation of phosphorus gas urgently, such as when a phosphorus recovery facility that recovers phosphorus fails, the supply of the carbon source should be stopped without stopping the melting of the waste. Only by this, the generation of phosphorus gas can be quickly suppressed. Therefore, according to the above method, phosphorus can be recovered safely.
[0041]
Next, a second aspect of the present invention will be described with reference to FIG.
[0042]
FIG. 2 is a diagram schematically showing equipment for generating phosphorus from waste having a melting furnace for waste according to a second embodiment of the present invention. The equipment shown in FIG. 2 is mainly composed of a sealed electric resistance melting furnace 1-2 and a dust remover 5.
[0043]
The melting furnace 1-2 has a waste supply unit 2, a carbon source supply unit 3, an exhaust unit 4, a molten slag discharge unit 9, a molten metal discharge unit 10, an electrode 6, a partition wall 13, a partition wall 17, and the like. .
[0044]
In the melting furnace 1-2 shown in FIG. 2, the molten slag discharge part 9 is provided at the position of the liquid surface of the molten slag layer 41. That is, according to the melting furnace 1-2, the molten slag is discharged using the overflow. In this case, since it is not necessary to control the discharge amount of the molten slag, the operation of the facility can be simplified. However, when the melting furnace 1-2 has such a structure, there is a possibility that outside air may enter the melting furnace from the molten slag discharge part 9 or phosphorus gas may be exhausted from the molten slag discharge part 9.
[0045]
In the melting furnace 1-2 shown in FIG. 2, a partition wall 17 is provided that divides the region 12 into two regions adjacent in the horizontal direction. Since the partition wall 17 is interposed between the molten slag discharge part 9 and the exhaust part 4, the outside air enters the area sandwiched between the partition wall 13 and the partition wall 17, or the phosphorus gas in the area There is no exhaust from the molten slag discharge part 9. In addition, according to the melting furnace 1-2 shown in FIG. 2, since the liquid level of the molten slag layer 41 can be maintained constant, there is no conduction between the isolated regions. Moreover, it is preferable to fill the area | region on the right side of the partition 17 in the melting furnace 1-2 with inert gas, such as nitrogen gas and argon gas. Thereby, it can suppress that the furnace wall which consists of carbon-type refractories etc. oxidizes and is eroded.
[0046]
As described above, according to the second embodiment, phosphorus can be recovered safely. Further, according to the second embodiment, the same effect as described in the first embodiment can be obtained.
[0047]
Next, a phosphorus recovery method using the melting furnace described in the first and second embodiments will be described with reference to FIG.
[0048]
FIG. 3 is a diagram schematically showing an example of a phosphorus recovery facility using the melting furnace according to the first and second embodiments of the present invention. The equipment shown in FIG. 3 mainly includes a melting furnace 1-1, a dust remover 20, a condenser 21, a phosphorus storage tank 18, a combustion chamber 22, and a gas cleaning tower 23. In FIG. 3, the condenser 21 and the phosphorus storage tank 18 constitute phosphorus recovery means.
[0049]
According to the phosphorus recovery facility shown in FIG. 3, phosphorus is recovered by, for example, the following method. First, exhaust gas containing phosphorus gas is generated in the melting furnace 1-1 by the same method as described in the first embodiment. The exhaust gas exhausted from the exhaust section 4 of the melting furnace 1-1 is supplied to the condenser 21 after dust is removed by a dust remover 20 such as a Cottrell dust collector or a cyclone dust collector. As described above, the dust remover 20 is not necessarily provided because the dust concentration in the exhaust gas exhausted from the exhaust section 4 of the melting furnace 1-1 is sufficiently low.
[0050]
Water is sprayed in the condenser 21, and the exhaust gas supplied to the condenser 21 is cooled by the sprayed water. As a result, the phosphorous gas contained in the exhaust gas condenses into a liquid and is discharged from the bottom of the condenser 21. The condenser 21 is maintained at about 50 to 70 ° C. so that the recovered liquid yellow phosphorus is not solidified.
[0051]
The liquid yellow phosphorus discharged from the condenser 21 is sent to the phosphorus storage tank 18. On the other hand, the exhaust gas from which the phosphorus gas has been removed and exhausted from the condenser 21 is sent to the combustion chamber 22. Air is supplied into the combustion chamber 22 to burn a combustible gas such as carbon monoxide gas contained in the exhaust gas. The exhaust gas exhausted from the combustion chamber 22 is then sent to the gas cleaning tower 23. In the gas cleaning tower 23, the exhaust gas is purified by spraying water. After cleaning as described above, the exhaust gas is exhausted from the gas cleaning tower 23 to the atmosphere.
[0052]
According to the facility shown in FIG. 3, the phosphorus compound in the waste is recovered as yellow phosphorus, but it is also possible to recover it as phosphoric acid. This will be described with reference to FIG.
[0053]
FIG. 4 is a diagram schematically showing another example of the phosphorus recovery facility using the melting furnace according to the first and second embodiments of the present invention. 4 mainly includes a melting furnace 1-1, a dust remover 20, a combustion chamber 24, an absorption tower 25, a phosphoric acid storage tank 19, a mist collector 26, and a gas cleaning tower 23. In FIG. 4, the combustion chamber 24, the absorption tower 25, and the phosphoric acid storage tank 19 constitute phosphorus recovery means.
[0054]
According to the phosphorus recovery facility shown in FIG. 4, phosphorus is recovered by, for example, the following method. First, exhaust gas containing phosphorus gas is generated in the melting furnace 1-1 by the same method as described in the first embodiment. The exhaust gas exhausted from the exhaust section 4 of the melting furnace 1-1 is supplied to the combustion chamber 24 after dust is removed by the dust remover 20. As described above, the dust remover 20 is not necessarily provided because the dust concentration in the exhaust gas exhausted from the exhaust section 4 of the melting furnace 1-1 is sufficiently low.
[0055]
An oxidizing gas such as air or oxygen is introduced into the combustion chamber 24, and combustion of carbon monoxide gas or the like contained in the exhaust gas is performed. At the same time, the phosphorus gas contained in the exhaust gas is also burned to produce phosphorus pentoxide.
[0056]
The exhaust gas containing phosphorus pentoxide is supplied to the absorption tower 25. In the absorption tower 25, an aqueous phosphoric acid solution is circulated. The exhaust gas supplied to the absorption tower 25 comes into contact with the phosphoric acid aqueous solution sprayed from the upper part in the absorption tower 25. As a result, phosphorus pentoxide contained in the exhaust gas is absorbed by the phosphoric acid aqueous solution and converted into phosphoric acid.
[0057]
In the absorption tower 25, the supply amount of water is controlled so that the circulating phosphoric acid aqueous solution has a predetermined concentration. The phosphoric acid thus generated is discharged from the absorption tower 25 as a phosphoric acid aqueous solution and stored in the phosphoric acid storage tank 19.
[0058]
On the other hand, the exhaust gas from which phosphorus pentoxide has been removed is sent to the mist collector 26 where the phosphoric acid mist is removed. The exhaust gas from which the phosphoric acid mist has been removed is further sent to the gas cleaning tower 23 to be cleaned, and then exhausted into the atmosphere.
[0059]
3 and 4, the melting furnace 1-1 according to the first embodiment is used, but the melting furnace 1-2 according to the second embodiment can be used. Needless to say. In the first and second embodiments described above, the closed electric resistance type melting furnaces 1-1 and 1-2 are used as the heating furnace, but an external heating type high frequency induction type melting furnace or the like is used. Can also be used.
[0060]
【Example】
Examples of the present invention will be described below.
[0061]
(Example)
Using the phosphorus recovery plant shown in FIG. 3, yellow phosphorus was recovered from the sewage sludge incineration ash by the following method. As the melting furnace, a melting furnace 1-2 shown in FIG. 2 was used instead of the melting furnace 1-1. The melting furnace 1-2 is an elliptical electric resistance melting furnace having an inner diameter of 700 mm × 1000 mm. A water-cooled tube is buried in the furnace wall of the melting furnace 1-2. By flowing cooling water into the water-cooled pipe, the inner wall of the melting furnace 1-2 and the surfaces of the partition walls 13 and 17 are cooled.
[0062]
First, sewage sludge incineration ash was molded into 9 × 6 mm almond-type briquettes. This compact was supplied from the waste supply unit 2 into the melting furnace 1-2 at a rate of 100 kg / h using a screw feeder. The dust scattered in the region 11 was sent to the cyclone type dust collector 5 through the exhaust pipe 14 and collected there. The dust collected by the dust collector 5 was molded into briquettes similar to the incinerated ash, and again supplied from the waste supply unit 2 into the melting furnace 1-2.
[0063]
From the carbon source supply unit 3, coke having a particle size of 5 mm or less by pulverization was supplied into the furnace at a rate of 15 kg / h by a screw feeder. The high temperature gas generated thereby was sent from the region 12 to the cyclone type dust collector 20 via the exhaust part 4, and dust was removed there. The degassed hot gas, that is, the exhaust gas, was supplied to the condenser 21. In the condenser 21, the exhaust gas was cooled by spraying hot water at 60 ° C., and the phosphorus gas contained in the exhaust gas was converted into liquid yellow phosphorus. The liquid yellow phosphorus recovered in this manner was retained at the bottom of the condenser. The exhaust gas exhausted from the condenser 21 was combusted using air in the combustion chamber 22, then cleaned in the cleaning tower 23 and exhausted to the atmosphere.
[0064]
During the series of operations described above, the inner wall of the melting furnace 1-2 and the surfaces of the partition walls 13 and 17 were cooled by flowing cooling water through the water-cooled pipe described above. Thereby, a solidified layer of molten slag was formed on the inner wall of the melting furnace 1-2 and the surfaces of the partition walls 13 and 17. In addition, the temperature of the molten slag 41 in the melting furnace 1-2 was maintained at 1300 to 1400 ° C., and excess molten slag was discharged out of the furnace by overflow from the molten slag discharge unit 9. The amount of molten slag discharged in this manner was 75 kg / h. Further, the liquid yellow phosphorus retained at the bottom of the condenser 21 was discharged to the phosphorus storage tank 18 as needed.
[0065]
When operated for 24 hours under the above conditions, 230 kg of liquid yellow phosphorus could be recovered. Moreover, generation | occurrence | production of sludge was not confirmed in the condenser 21, and the turbidity of circulating water was also slight.
[0066]
The composition of slag discharged from the sewage sludge incineration ash and melting furnace 1-2 used in the test is shown in Table 1 below. The composition of the collected yellow phosphorus is shown in Table 2 below.
[0067]
[Table 1]

[0068]
[Table 2]

[0069]
As shown in Table 2 above, the purity of yellow phosphorus obtained by the above-described method was 99.95%, and it was confirmed that the quality was sufficiently usable as an industrial raw material.
[0070]
Subsequently, operation was continued for another 24 hours under the same conditions as described above except that the supply of coke from the carbon source supply unit into the melting furnace 1-2 was stopped. By this operation, about 35 kg of liquid yellow phosphorus was recovered. In addition, generation | occurrence | production of sludge was not confirmed in the condenser 21, and the turbidity of circulating water was also slight. In this operation, the composition of slag discharged out of the furnace from the molten slag discharge section 9 is shown in Table 3 below.
[0071]
[Table 3]

[0072]
As is clear from the comparison of Table 1 and Table 3, by stopping the supply of coke, most of the phosphorus content in the slag could be left in the molten slag without volatilization. As described above, about 35 kg of liquid yellow phosphorus was recovered even when the coke supply was stopped, because the phosphorus content in the molten slag was reduced by the graphite electrode 6 to generate phosphorus gas. It is thought that.
[0073]
As described above, by stopping the supply of coke into the furnace, the amount of phosphorus gas generated can be reduced to about 15% compared to the case where coke is supplied.
[0074]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the upper space of the melt layer in the melting furnace is divided into the first region and the second region, and the waste is supplied to the melt layer from the first region. . On the other hand, the carbon source is supplied to the melt layer from the second region. That is, the hot gas is generated on the second region side in the furnace. Since the first region and the second region are separated from each other by the partition wall, dust scattered in the first region does not enter the second region. Therefore, according to the present invention, the dust concentration in the high-temperature gas exhausted from the second region is reduced, and phosphorus can be recovered from waste with high purity. That is, according to the present invention, there is provided a waste melting furnace and a melting treatment method capable of recovering phosphorus from waste with high purity.
[0075]
Further, according to the present invention, since the first region and the second region are separated by the partition wall, air or the like flows from the first region to the second region, or from the second region to the second region. No hot gas flows out into the region 1. Therefore, it is possible to prevent the phosphorus gas contained in the high temperature gas generated in the second region from reacting with oxygen in the air. Further, according to the present invention, the melting of waste and the generation of high temperature gas are not performed simultaneously, but are performed separately. When it is necessary to urgently stop the generation of phosphorus gas, as in the case of, the generation of phosphorus gas can be suppressed quickly only by stopping the supply of the carbon source without stopping the melting of the waste. it can. That is, according to the present invention, there is provided a waste melting furnace and a melting treatment method capable of safely recovering phosphorus from waste.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram schematically showing a waste melting furnace according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram schematically showing a waste melting furnace according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram schematically showing an example of a phosphorus recovery facility using a waste melting furnace according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram schematically showing another example of the phosphorus recovery facility using the waste melting furnace according to the first embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1-1, 1-2 ... melting furnace; 2 ... waste supply part; 3 ... carbon source supply part
4 ... exhaust part; 5, 20 ... dust remover; 6 ... electrode; 7 ... electrode lifting device
8 ... Power source; 9 ... Molten slag discharge part; 10 ... Molten metal discharge part
11, 12 ... region; 13, 17 ... partition wall; 14 ... exhaust pipe
18 ... Phosphorus storage tank; 19 ... Phosphoric acid storage tank; 21 ... Condenser
22, 24 ... Combustion chamber; 23 ... Gas cleaning tower; 25 ... Absorption tower
26 ... Mist collector; 41 ... Molten slag layer; 42 ... Molten metal layer

Claims

A melting furnace for producing a melt and a high-temperature gas containing vaporized phosphorus by heating a waste containing a phosphorus compound and a carbon source in a reducing atmosphere,
A partition provided in the melting furnace and dividing the upper space of the melt layer formed in the melting furnace by the melt into a first region and a second region adjacent in the horizontal direction,
A waste supply unit in communication with the first region for supplying the waste into the melting furnace;
A carbon source supply unit that communicates with the second region and supplies the carbon source into the melting furnace, and an exhaust unit that communicates with the second region and exhausts the high-temperature gas from the melting furnace. A waste melting furnace containing phosphorus.

A melt discharge section that communicates with the second region, discharges the melt from the liquid surface position of the melt layer, and a partition that divides the second region into two regions adjacent in the horizontal direction; In addition,
The phosphorus-containing waste according to claim 1, wherein the carbon source supply unit and the exhaust unit communicate with one of the two regions, and the melt discharge unit communicates with the other of the two regions. Melting furnace.

The waste melting furnace for waste containing phosphorus according to claim 1 or 2, further comprising furnace wall cooling means for cooling a portion of the inner wall of the melting furnace that comes into contact with the melt.

The waste melting furnace for waste containing phosphorus according to any one of claims 1 to 3, further comprising partition cooling means for cooling a portion of the partition that contacts the melt.

Heating a waste containing a phosphorus compound to produce a melt, and contacting the melt with a carbon source to generate a high-temperature gas containing vaporized phosphorus,
The method for melting waste containing phosphorus, wherein the step of generating the melt and the step of generating the high-temperature gas are performed in the same melting furnace and in an atmosphere isolated from each other.

The upper space of the melt layer formed by the melt in the melting furnace is divided into a first region and a second region adjacent in the horizontal direction by a partition,
Generating the melt includes supplying the waste to the first region;
The waste melting method according to claim 5, wherein the step of generating the high-temperature gas includes supplying the carbon source to the second region.

The waste melting method according to claim 6, wherein the step of generating the melt and the step of generating the high-temperature gas include cooling an inner wall of the melting furnace.

The waste melting process according to claim 6 or 7, wherein the step of generating the high-temperature gas includes controlling a generation amount of the high-temperature gas according to a supply amount of the carbon source to the second region. Method.

The step of generating the melt includes collecting dust scattered in the first region, and supplying the collected dust to the first region. A waste melting method according to any one of the preceding claims.

10. The waste melting method according to claim 9, wherein the recovered dust is granulated to form a granular material, and then supplied to the first region.

The second region is divided into two regions horizontally adjacent by a partition,
The step of generating the high-temperature gas includes supplying the carbon source to one of the two regions, and the liquid level of the melt in the melting furnace is set to the other of the two regions. The waste according to any one of claims 6 to 10, wherein the waste is kept constant by utilizing an overflow of the melt from a melt discharge section provided in communication. Melt processing method.

6. The method of claim 5, further comprising the step of granulating the waste to form a granular material before the step of generating the molten material, wherein the step of generating the molten material includes melting the granular material. The melting treatment method for waste according to any one of claims 11 to 11.