JP4047331B2

JP4047331B2 - 再資源化方法およびシステム、コンテナ

Info

Publication number: JP4047331B2
Application number: JP2004524102A
Authority: JP
Inventors: 邦道佐藤; 秀次上野; 正文柳原
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-07-25
Filing date: 2003-06-25
Publication date: 2008-02-13
Anticipated expiration: 2023-06-25
Also published as: US7604791B2; EP1522355A1; AU2003243971A1; KR20040055809A; CN1253255C; EP1522355B9; JPWO2004011165A1; EP1522355A4; US20040235655A1; KR100572241B1; TWI230101B; WO2004011165A1; TW200402335A; EP1522355B1; MY144391A; CN1578706A; ES2378148T3; ATE535321T1; HK1071866A1

Description

本発明は、廃棄物等の再資源化方法およびシステム、これらを利用した不活性炭素、カーボンナノチューブ、活性炭素などの炭素材料の炭素材料製造方法およびシステム、これらに用いることができるコンテナに関する。

近年における廃棄物処理は、廃棄物から人為的に有用物を再生するという再資源化の色彩を、非常に強く持つに至っている。再資源化という理念は、廃棄物の分別処理等の形態にて徐々に実現されつつあるとはいうものの、実際には、分別処理に要する手間や設備、コスト等の面での厳しい社会的・経済的制約があることから、現状では未だ不十分な成果にとどまっている。

また、社会生活全般に亘り、地球環境悪化につながる人間活動を抑制しようという発想が非常に強まっている。特に、廃棄物処理との関連では、廃棄物の焼却等の過程で発生する二酸化炭素、ダイオキシン類、窒素酸化物（ＮＯｘ）、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、煤塵、重金属等の排出・放散をどのように抑えるかが、重要な課題となっている。例えば、炭素を含む廃棄物を焼却したときに発生する二酸化炭素は、温室効果増大を招く物質と目されており、大気中への排出量を抑制するために多大な検討が重ねられている。また、塩素を含む廃棄物を焼却すると、一般にダイオキシン類と総称される毒性の強い物質群が発生する。現状でも、十分高温で焼却すること、焼却温度を一定に保つこと、再燃焼装置を使用すること等によって、大気中への放出をある程度抑えられるとはいうものの、ダイオキシン類の排出量をどのようにして更に抑えるかが、要検討課題として残されている。

従って、近未来における廃棄物処理システムは、廃棄物から良質の資源を多量に再生でき、多大な手間や設備やコストを費やすことなしに構築・運用でき、しかも二酸化炭素やダイオキシン類の発生・放散を伴わず地球環境に優しいシステムでなければならない。特許文献１に記載されているシステム（以下「特許済みシステム」）は、この社会的要請に対し部分的にではあるが応えうるシステムである。
特許第２６５１９９４号公報

上記特許済みのシステムはその基本的な構成単位は、炭化室等と称される炉であり、一般に複数の炭化室やそれに付随する予備室等を含め、多数の室乃至炉を設置しなければならず、しかもそれらをいずれも密閉可能な（大気との接触を回避可能な）構造とする必要がある。そのため、設備規模（寸法及び重量）、運用コスト（電力・火力のコストや人件費）等を抑えるのが難しい。

本発明の目的は、小規模な設備及び低いコストで、かつ不要又は有毒な排出物の放散をしない有用な方法で、廃棄物等の再資源化を効率的に実施できるようにする再資源化方法およびシステムを提供することにある。

さらに、本発明の目的は、上記再資源化方法およびシステムに用いることに有用なコンテナを提供することにある。

このような利点を得るために、本発明の再資源化方法およびシステムにおいては、無酸素雰囲気内（本願では窒素雰囲気、不活性ガス雰囲気などの広い概念をいう）での加熱による再資源化方法及びシステムを、ヒータが組み込まれたコンテナによって、実施することとしている。即ち、本発明は、廃棄物を処理対象物とし、その処理対象物を焼却により処理する従来型のシステムに対して特許済みシステムが有している各種の利点を受け継ぎつつ、ビニール、プラスチックなどの石油系・樹脂系の高分子化合物等の処理対象物の処理の構成単位を炉からヒータ付きコンテナに変更することによって、設備規模縮小、低コスト化、効率的再資源化等、特許済みシステムやその単純な変形・応用では得られない効果を、実現・達成するものである。但し、本発明は、前記例示した廃棄物処理に限らず、目的とする物質を処理対象物から分離するための方法およびシステム、特にその物質を不活性炭素などの酸化していない状態でしかも有害成分を取り除いた物質として収得する必要がある方法およびシステム全般に、適用できるものである。

本発明の別の利点は、廃棄物の再資源化方法およびシステムを実施して収得された第２生成物である不活性炭素を賦活処理によりカーボンナノチューブ、活性炭素などの炭素材料の製造を連続生産により大量にかつ安価に生産することができるものである。

まず、本発明に係る再資源化方法は、（１）内部に廃棄物等の処理対象物が装填されたコンテナ内の雰囲気を無酸素雰囲気（例えば窒素雰囲気）に置換する第１工程と、（２）コンテナ内無酸素雰囲気を維持しつつ、コンテナ内に組み込まれているヒータによりコンテナ内の処理対象物を段階的に設定した所定温度まで順次温度を高めて加熱してその処理対象物から各段階の設定温度毎に所期の気体を遊離させ、遊離した気体たる第１生成物を、大気から隔離した状態を保ちつつコンテナ外の装置まで誘導し流体の状態で収得する第２工程と、（３）第２工程終了後引き続きコンテナ内を無酸素雰囲気で且つ所定の温度に維持した後、炭素が燃焼を開始する温度より低い温度までコンテナ内を冷まし、その後コンテナ内に残った物質である不活性炭素としての第２生成物を収得する第３工程と、を有する。好ましくは、（４）第２工程を複数段階に分けて実施し、（５）第２工程のそれぞれの段階における処理対象物の加熱温度を、先行する段階における加熱温度より後続する段階における加熱温度の方が高くなるよう、かつその段階にて第１生成物として遊離させるべき気体の種類に応じて、設定し、（６）第１生成物の誘導経路及び誘導収得先を、第２工程のそれぞれの段階に対応して個別的に設定する。一例として、（７）第２工程としては、各段階において、第１生成物として水を収得する工程、第１生成物として塩素を含む流体を収得する工程、並びに第１生成物として高分子ガス又は高分子ガスから生成した流体を収得する工程を実施する。

本発明を実施するために用いるコンテナの好適な実施形態として、気体の送給、誘導等のため各種の管路を使用する。例えば、（８）少なくとも、還元性気体又は不活性気体を送給する第１装置を第１管路を介しコンテナに接続した状態で、第１工程を実施し、（９）第１装置を第１管路を介してコンテナに接続しかつ上記コンテナ外の装置たる第２装置を第２管路を介しコンテナに接続した状態で、第２工程を実施し、（１０）前工程から後工程への移行のためコンテナと第１又は第２装置との間の管路接続を断つ必要があるときは、コンテナを密閉状態とする。また、好ましいシステム構成の一つとしては、（１１）前工程から後工程へと各コンテナを順繰りに移動させることによって流れ作業的に複数のコンテナを同時処理できるよう、工程毎に異なる実施場所を定め、各実施場所で実施される工程の実施に必要とされる管路をその実施場所まで延伸しておく、という構成がある。好ましいシステム構成の他の一つとしては、（１２）コンテナを移動させずに少なくとも第１及び第２工程を実施できるよう、それらの工程の実施場所を共通の場所に定め、第１及び第２工程の実施に必要とされる管路全てをその場所まで延伸しておく、という構成がある。本発明に係る再資源化システムは、好ましくは、（１３）上記第１装置、第２装置、第１管路及び第２管路を備える。

本発明の再資源化方法およびシステムを実施する際に使用されるコンテナは、（１４）処理対象物装填及び第２生成物としての不活性炭素収得のための有蓋開口部、第１管路が接続される注入口並びに第２管路が接続される排出口が形成されており、更に、（１５）コンテナを移動させるために使用される車輪、把手、条溝、平坦面等の搬送補助構造と、（１６）コンテナ内の処理対象物を加熱するためコンテナに組み込まれたヒータとを備える。

本発明の再資源化方法およびシステムの利点は、小規模な設備及び低いコストで、かつ不要又は有毒な排出物の放散をしないで、廃棄物等の再資源化を効率的に実施できることである。

本発明の再資源化方法およびシステムは、小規模な設備及び低いコストで、かつ不要又は有毒な排出物の放散なしで、高分子化合物などの廃棄物等の再資源化を効率的に実施できるようにすることができる。すなわち、その過程において、二酸化炭素、ダイオキシン、酸化化合物の生成を防止し、環境汚染（大気・土壌・水質等）を抑制できる。したがって、産業上の利用に加え、環境対策という社会的貢献も実現できる。

さらに、本発明の炭素材料製造方法およびシステムは、廃棄物質を再資源化するため、不活性炭素を製造し、さらにはそのようにして製造した不活性炭素から活性炭素などの有用な炭素材料を連続生産により、大量かつ安価に製造できる。このように大量に安価に製造できれば新たな産業の創出も望むことができる。

さらに、本発明のコンテナは、上記再資源化方法およびシステム、炭素材料製造方法およびシステムに用いることに取り扱いやすいという利点もある。

以下、本発明の好適な実施形態に関し図面に基づき説明する。なお、以下の説明では、記載の明瞭化のため、廃棄物処理に本発明を適用した例を示す。本発明に係る方法・システムにより好適に処理できる廃棄物としては、例えば、ゴムやビニール、プラスチックなどの石油系・樹脂系の高分子化合物、医療廃棄物、農業廃棄物、自動車のシュレッダーダスト、コンピュータ、携帯電話、塩素系化合物、汚泥等、産業廃棄物と一般廃棄物との別を問わず、各種の廃棄物を掲げることができる。本発明の特質には、多様な化学的成分を含む廃棄物を処理対象物とすることができること、大抵の処理対象物については事前に細かに分別せずとも処理できること、様々な廃棄物に対応できるにも関わらず設備が軽便・省電力で低コストで運用できること、二酸化炭素・ダイオキシン類・窒素酸化物・硫黄酸化物・煤塵・重金属排出物がほぼ全くといってよいほど生じないこと、廃棄物処理に限らず多種多様な用途を有すること（酸化していない物質を抽出するためのもの等全般）等が、含まれる。

本発明の再資源化方法およびシステムのうち一実施形態に係る再資源化システムを例にとって説明する。同システムにおける処理ライン及び付帯設備の概略を第１図に、配管網の概略を第２図に、コンテナの構造例を第３図に、処理ラインからのコンテナの取り外し方法を第４図に、それぞれ示す。このシステムでは、炉ではなく可搬型でヒータ付きのコンテナ１８が、処理ラインを流れる基本的構成単位となっている。

即ち、第１図及び第２図に示すように、本実施形態に係るシステムにて実施される再資源化プロセスは、工程１〜６の順にコンテナ１８を移動させて、複数のコンテナを並列的に処理するというプロセスである。工程１〜６のうち工程１が前述の第１工程に、工程２〜５がそれぞれ前述の第２工程に、工程６が前述の第３工程に、該当している。更に、第２図に示す配管網２０を構成する管路のうち、窒素管２１が前述の第１管路に、酸素・水蒸気管２２、塩素・雑ガス管２３及び雑ガス管２４が第２管路に、該当している。各管路は、気体の送給／収集を気体種別毎に分別して実行できるよう気体種別毎に分離して、またその内部の気体が外部の大気に接触しないよう、設けられている。本実施形態では、炭素や金属の他に水分や塩素や高分子化合物を含む廃棄物が前掲の処理対象物に該当し、工程２〜５で管路を通じ抽出される物質群が前掲の第１生成物に該当し、工程６終了後にコンテナ１８内に残る物質群が前掲の第２生成物に該当する。

コンテナ１８は、第３図に示すように、円柱有底箱状のコンテナ本体１８１及びその蓋１８２から構成されている。即ち、コンテナ本体１８１の上部には、処理対象物たる廃棄物をコンテナ１８内に装填するため及び第２生成物をコンテナ１８外に収得するための開口部があり、この開口部を閉ざしてコンテナ１８内部を密閉状態とするため蓋１８２が用いられる。また、第３図（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように、コンテナ本体１８１の下面には、コンテナ１８を可搬化するための搬送補助部材として車輪１８３が設けられている。この車輪１８３は、第１図及び第２図に示す軌道１９に沿ってコンテナ１８を移動させる際や、軌道１９上へのコンテナ１８の搬入及び軌道１９上からのコンテナ１８の搬出の際や、第４図に示すように故障等に伴い軌道１９を部分的に旋回させ軌道１９上からコンテナ１８を取り外す際に、用いることができる。この車輪１８３は、コンテナ１８を容易に移動させられるようにするための搬送補助構造の一形態に過ぎない。即ち、本発明を実施するに当たっては、車輪１８３に代え又はこれと共に、把手や条溝を設けてもよい。コンテナ１８の上面或いは側面に把手を設けた場合は、人間又は機械がコンテナ１８を吊り上げて運ぶことができ、コンテナ１８の下面に条溝を設けた場合は、フォークリフト等でコンテナ１８を持ち上げて運搬することもできる。コンテナ１８の下面を単なる平坦面として、コンベヤによりコンテナ１８を移動させることもできる。なお、実際は処理対象物たる廃棄物に適応させるためコンテナ本体は円柱有底箱状以外であることも考えられる。例えば角型有底箱状の横開き蓋形式のコンテナ本体であってもよい。角型有底箱状の横開き蓋形式のコンテナ本体であれば廃棄物装填の際、つり上げることなくコンテナのレール上で作業することができるなどの利点がある。

コンテナ本体１８１の周壁、底部及び当該底部に立設されたポール１８４には、周壁部を例として第３図（Ｅ）に示す構造によって、ヒータ１８５が組み込まれている。コンテナ本体１８１は、鉄又はそれに類する金属により形成されたカマ１８６の内側の面に、遠赤外線炭素セラミックヒータや炭素フィラメント等のヒータ１８５を実装した構造を有している。また、防護網１８７は、ヒータ１８５をカマ１８６の内側の面に押しつけ、ヒータ１８５の脱落を防ぐ。この防護網１８７によって、ヒータ１８５が処理対象物に直接接触して汚損することを、妨げることもできる。更に、カマ１８６の外側の面と、最外部に位置する外装材１８８との間には、断熱材１８９を配置する。これによって、コンテナ１８外に逃げる熱量を抑えて処理対象物を効率的に加熱することができ、また前工程から後工程へとコンテナ１８を移す際等におけるコンテナ１８の取扱が容易になる。また、同様の形態でヒータ１８５が組み込まれているポール１８４を、コンテナ本体１８１の容積等を考慮して、適当な位置に適当な個数設けることにより、コンテナ本体１８１内の処理対象物全体を均一に加熱することができる。なお、ヒータ１８５に電力を供給するための配線については、この分野に通じた技術者であれば本願による開示をもとに設計等することが可能であるから、図示を省略している。また、ヒータ１８５を周壁全面・全高に亘って設ける必要はない。例えば、処理対象物の装填量上限ラインを、ポール１８４の頂部よりやや上にあり蓋１８２の下面よりやや下の線に設定しておき、その線より下の部分にだけヒータ１８５を設けるようにする。そして、図中の１８ａはヒータ１８５の通電スイッチであり、例えば、コンテナ１８が軌道１９上の所定位置に達したときヒータ１８５に通電するよう、コンテナ本体１８１に組み込まれている。

また、蓋１８２は、第１図及び第２図に示した工程１〜６を実施している間、コンテナ１８内の処理対象物をコンテナ１８外の大気から隔離するために、コンテナ本体１８１の開口部に装着される。蓋１８２の寸法は、蓋１８２をコンテナ本体１８１の上部の開口部に嵌め合わせたとき即ち閉蓋時にコンテナ１８が密閉されることとなるよう、コンテナ本体１８１の開口部の寸法に合わせて設計されている。また、第３図（Ｄ）に示すように、蓋１８２の周縁には、蓋１８２をコンテナ本体１８１の開口部に固定するための固定部１８ｂとして、数個（図では３個）の突起が設けられている。閉蓋時には、この固定部１８ｂは、第３図（Ｂ）に示す如く、コンテナ１８１の開口部内壁面に設けられている凹部と係合し、これにより蓋１８２がコンテナ本体１８１に固定される。また、蓋１８２の上面には、第３図（Ａ）及び（Ｄ）に示す如く、人手や第１図中の蓋装着装置７等によって蓋１８２をコンテナ本体１８１に着脱できるよう、数個（図中２個）の把手１８ｃが設けられている。

更に、蓋１８２には、密閉状態にあるコンテナ１８内に窒素を導入するための注入口１８ｄや、加熱により処理対象物から遊離した気体及び窒素の導入により密閉状態のコンテナ１８内から駆逐される気体を排出するための排出口１８ｅが、設けられている。但し、注入口１８ｄ及び排出口１８ｅをコンテナ本体１８１に設けてもよい。工程１〜６ではこれら注入口１８ｄ及び排出口１８ｅにそれぞれ第１又は第２管路を接続する。また、前工程から後工程への移行時等、コンテナ１８から管路をはずしている期間にコンテナ１８内を密閉状態に保つことができるよう、即ち管路から切り離されたときにコンテナ１８に大気が流れ込むことやコンテナ１８から外気中に塩素等の気体が流出することがないよう、注入口１８ｄ及び排出口１８ｅには適当な蓋或いは弁を設ける（各管路にも同様に蓋或いは弁を設ける）。温度センサや圧力センサ等、ヒータ１８５による加熱の制御や各工程の管理に使用するセンサ／プローブ類も、蓋１８２或いは各管路に組み込むことができる。これら、制御関連の配線については、コンテナ１８２の内部及び周辺の配線だけでなく、後述の電気制御盤８関連の配線についても、図示を省略しているが、この分野に通じた技術者であれば本願による開示をもとに設計等することが可能であろう。そして、蓋１８２の下面には、第３図（Ｂ）に示すように、センサ／プローブ類への不要物付着や排出口１８ｅ等からの当該不要物の排出を防ぐフィルタ１８ｇを、設ける。

工程１〜６では、無酸素雰囲気内での加熱による再資源化が実施される。工程１は、密閉状態にしたコンテナ１８内の雰囲気を窒素注入により無酸素雰囲気とする工程であり、ヒータ１８５に通電していない状態即ちコンテナ１８内温度が常温の状態で実施される。工程１では、処理対象物が装填され密閉されたコンテナ１８の注入口１８ｄに窒素管２１が、排出口１８ｅに酸素・水蒸気管２２が、それぞれ、コンテナ１８外の大気との連通（漏れ）がないよう接続される。窒素ガス発生装置９は、電気制御盤８による制御のもとに窒素を発生させる装置であり、大気を圧縮するためのコンプレッサー１０を備えている。窒素ガス発生装置９は、圧縮された大気から窒素を抽出し窒素管２１内に送出する。窒素に代えて、他の還元性又は不活性気体を使用してもよいが、窒素はこのように大気から抽出でき害も少ないことから、窒素を使用すれば低コストですむ。窒素管２１に送出された窒素は、注入口１８ｄを介してコンテナ１８内に入る。それまでコンテナ１８内に存在していた気体例えば大気は、コンテナ１８から駆逐され排出口１８ｅを介して酸素・水蒸気管２２内に送出される。工程１は、少なくとも、コンテナ１８内における酸素濃度が所定濃度を下回るまで、或いはそれに十分な時間が経過するまで、継続される。工程１終了後は、注入口１８ｄから窒素管２１を、排出口１８ｅから酸素・水蒸気管２２を切り離す。工程２にて管路と再接続するまでは、前述の通り、注入口１８ｄ及び排出口１８ｅを閉ざしてコンテナ１８を密閉状態に保つ（他の工程間移動についても同様）。

なお、窒素注入を開始するのに先立って、コンテナ本体１８１内に処理対象物たる廃棄物を装填する作業と、コンテナ１８を軌道１９上にのせて工程１の実施場所に搬入する作業と、蓋１８２をコンテナ本体１８１の開口部に装着してコンテナ１８を密閉する作業とを、実施する必要があるが、その順序及び詳細は適宜定めることができる。例えば、蓋１８２が装着されている空のコンテナ１８を搬入し、その蓋１８２をはずして処理対象物を装填し、そして蓋１８２を閉じるという手順でもよい。或いは、コンテナ本体１８１を搬入して処理対象物を装填し、蓋１８２を閉じるという手順でもよい。或いは、処理対象物が装填されたコンテナ本体１８１を搬入し、その蓋１８２を閉じるという手順でもよい。処理対象物の装填や蓋１８２の装着等の作業は、通常の大気内で行うことができる。また、コンテナ１８内から大気を抜いて減圧しておき、その後に窒素をコンテナ１８内に導入する、という手法も実施できる。なお、第１図中の蓋装着装置７は、操作に応じて、軌道１９上で蓋１８２を着脱する装置である。図示していないが、コンテナ１８に比して処理対象物が大きすぎる場合等には、破砕機等を併設して利用するのが望ましい。

工程１によりその内部雰囲気が無酸素雰囲気に置換されたコンテナ１８は、工程２の実施場所に移動される。工程２では、注入口１８ｄに窒素管２１が、排出口１８ｅに酸素・水蒸気管２２が接続され、ヒータ１８５への通電が実施される。工程２におけるヒータ１８５への通電は、ヒータ１８５による加熱温度が摂氏１５０度となるよう、また水分を概ね全て抽出するのに充分な時間その温度が続くよう、制御される。この制御は、コンテナ１８内部の温度センサによるフィードバックを受けつつコンテナ１８内で自律的に実行するようにしてもよいし、電気制御盤１８が当該温度センサの出力を逐次監視して実行するようにしてもよい。この工程では、コンテナ１８内の処理対象物が水の沸点以上に加熱されることから、処理対象物からは水分が気化する。水分の気化を促進するため、補機実装部１８ｆにマイクロ波発生器等を組み込んでおき、ヒータ１８５と併用してもよい。気化した水分即ち対象物から遊離した水蒸気は、気化に伴うコンテナ１８の内圧上昇や、窒素管２１からの窒素導入に伴い、酸素・水蒸気管２２内へと駆逐される。従って、酸素・水蒸気管２２内には、水分、酸素、窒素等を含む気体が送出されることとなる。この気体は、通常の大気組成における窒素比率を増やし更に水分を加えたものに相当するため、そのまま大気中に放散させても大きな問題は生じない。但し、収集した気体の中には再利用可能な成分も含まれており、またその気体により搬送される熱も利用可能である。そのため、酸素管２２内に送出された気体は、熱交換器であるガス冷却装置１１により収集／冷却して、利用するのが望ましい。なお、第１図中の１２はこの熱交換器に付随する水タンク、１３はクーリングタワーである。

工程２にてその内部が乾燥状態になったコンテナ１８は、次に、塩素を遊離させ抽出する工程３に投入される。その際、コンテナ１８は、まず工程３の実施場所に移され、その注入口１８ｄには窒素管２１が、排出口１８ｅには塩素・雑ガス管２３が接続される。工程３では、ヒータ１８５による加熱温度が、処理対象物から塩素が気化・遊離するけれども高分子ガスは熱分解しない温度、具体的には摂氏２００〜３５０度となるよう、また塩素を概ね全て抽出するのに充分な時間その温度が続くよう、制御される。コンテナ１８内が既に無酸素雰囲気となっており、燃焼が生じておらず、塩素・雑ガス管２３も大気に開放されていないことから、遊離した塩素からダイオキシン類等が生じることはない。塩素・雑ガス管２３には、処理対象物から遊離した塩素や各種の雑ガスを含む気体が送出され、この気体はガス冷却装置１１により収集／冷却される。その結果生じた液体（例えば塩素イオン水）は、液化物タンク１１ａに貯留しておくことができる。ガス冷却装置１１によって液化できなかった気体は、例えば、苛性ソーダを使用した脱塩装置１１ｂで中和し、食塩水を主成分とする液体に変換する。中和装置として消石灰を使用した中和装置で中和し、無害化された微量の気体（例えば自然界に通常存在するエタノール系のガス）のみとすることができる。また、脱塩装置として、比質量により成分の分別を行う装置を使用してもよい。脱塩装置１１ｂを通過した流体例えば雑ガスを、例えば、圧縮機１４により圧縮してボンベ１５に貯留することもできる。また、この雑ガスは、塩素を含んでいないことから、バーナー等で燃焼させてもダイオキシン類排出等の問題は生じない。

工程３の次は、炭化水素系の高分子化合物を気化・遊離させ抽出する工程４である。工程４の実施場所に移されたコンテナ１８の注入口１８ｄには窒素管２１が、排出口１８ｅには雑ガス管２４が接続され、ヒータ１８５による加熱温度は、処理対象物からそれらの高分子ガスが遊離する温度、具体的には摂氏３５０〜４５０度となるよう、またそれらの高分子ガスを概ね全て抽出するのに充分な時間その温度が続くよう、制御される。コンテナ１８内が既に無酸素雰囲気となっており、処理対象物の燃焼が生じておらず、雑ガス管２４も大気に開放されていないことから、遊離した高分子ガスから二酸化炭素等が生じることはない。雑ガス管２４には、窒素に加え処理対象物から遊離したこれらの高分子ガスを含む気体が送出され、この気体はガス冷却装置１１により収集される。ガス冷却装置１１では、この気体を、他の工程で収集する気体とは分別して冷却し、Ａ重油相当のナフサを収得する。この工程で処理対象物は炭化される。

工程４の次は、炭化された処理対象物である炭化物を構成する不活性炭素を固着させるための工程５である。工程５の実施場所に移されたコンテナ１８の注入口１８ｄには窒素管２１が、排出口１８ｅには雑ガス管２４が接続され、コンテナ内は無酸素雰囲気を維持してヒータ１８５による加熱温度は摂氏４５０度となるよう、また炭素の固着に充分な時間その温度が続くよう、制御される。ここでも、工程４と同じ理由で、二酸化炭素等が生じることはない。この工程で収集した高分子ガスは、工程４で収集した高分子ガスと同様の処理に供される。

工程５の次は、コンテナ１８内に残っている処理後生成物である炭化物を冷ます工程６である。工程６の実施場所に移されたコンテナ１８の注入口１８ｄには窒素輸送装置１６からの窒素管２１が、排出口１８ｅには冷却用液体窒素タンク１７からの窒素管２１が接続され、ヒータ１８５への通電は停止される。工程６では、引き続きコンテナ外大気からの隔離状態を維持しつつ、またコンテナ１８内の無酸素雰囲気並びに設定温度を維持した後、冷却用液体窒素タンク１７からの低温窒素ガスの導入により、炭素が燃焼を開始する温度より低い温度までコンテナ内を冷ます。例えば摂氏５０〜１００度程度まで充分に冷ました後であれば、蓋１８２をあけても、コンテナ内の炭素が急速に酸化するようなことはない。また、工程１〜６のいずれにおいても、処理対象物に、金属が変質するほどの高温は加わっていない。従って、工程６を終了した段階でコンテナ１８内に残っている処理後生成物は、酸化していない炭素や、変質していない再利用可能な金属を含むもの、言い換えれば、資源としてそのまま利用でき或いは比較的簡単な追加措置により再資源化できるものとなっている。コンテナ１８内に残っている処理後生成物から、比質量により所望の金属を選別・抽出すること等も、可能である。また、この工程で使用した窒素は、窒素輸送装置１６によりリサイクル窒素管２５を介してガス冷却装置１１に輸送して、利用することも可能である。液体窒素を使用するのをやめ、窒素ガス発生装置９からの窒素を導入するようにしてもよい。或いは、コンテナ１８を密閉したまま放置するようにしてもよい。充分な時間をかければ、放置するだけでも、コンテナ１８内を冷ますことができる。コンテナ１８に加わる熱ストレスを軽減するには、常温放置の方がよい。

このように、本発明の好適な実施形態によれば、燃焼を伴わない熱分解プロセスにより処理を行っているため二酸化炭素や硫黄酸化物が生じることがなく、工程６終了時には、再利用可能な結晶化されず、且つ酸化されていない不活性炭素を得ることができる。また、無酸素雰囲気内で加熱を行っており、かつ最高でも摂氏４５０度ほどまでしかコンテナ１８内の温度を上昇させていないため、処理対象物中の金属成分が酸化も変質もせず、再利用可能な形態でコンテナ１８内に残ることとなり、重金属類の放散も生じない。更に、塩素を遊離させうる程度の温度に充分さらした上で温度を上げて高分子化合物を遊離させる、という手法をとっているため、ダイオキシン類も発生しない。残留ダイオキシン量計量結果によれば１０^-3ｎｇ−ＴＥＱ／ｇ以下であり、従ってダイオキシン類の発生量は実質的に０であるといえる（ＴＥＱ：毒性等量）。

コンテナ１８内の温度を摂氏４５０度ほどまでしか上昇させていないため、窒素を主体とする雰囲気内で加熱を行っているにもかかわらず、窒素酸化物は生じない。コンテナ１８内の処理対象物を燃焼も攪拌もしていないため、煤塵が放散されることもない。また、処理過程で生じる塩素、高分子化合物等のガスは、ガス冷却装置１１で液化等させ再資源化できる。結局、処理対象物の大部分が再資源化されることとなるため、残滓の埋め立て処分等もほとんど不要になる。

更に、可搬型でヒータ１８５付きのコンテナ１８を用いているため、炉の設置、維持、運用等を行う必要がなく、処理に必要なエネルギーも減少する。その結果として、設備規模・設置スペース縮小、低コスト・省労力化、効率的再資源化等の効果が得られる。例えば、内径＝５００ｍｍ程度のコンテナ１８を用いてシステムを構築した場合、隣接する工程間でコンテナ間隔を広めにとったとしても、６ｍ×２ｍ程度のスペースを要するのみである。また、その程度の寸法のコンテナ１８であれば、ヒータ１８５としてさほど出力が大きくないものを用いても、その内部の処理対象物を目的温度まで加熱できる。

なお、本発明を実施するに当たっては、第１図及び第２図に示した如く各工程の実施場所を分け、各実施場所毎に個別的に管路を設けることにより、コンテナ１８に設ける管路接続口（前掲の例では注入口１８ｄ及び排出口１８ｅ）の個数を少なくすることができ、従ってコンテナ１８を小型・簡素・安価な構成とすることができる。また、コンテナ１８を工程から工程へと移動させ、いわば流れ作業的に一連の工程を実施しているため、複数個のコンテナ１８を同時に処理することができ、廃棄物等の処理速度が高くなる。しかしながら、本発明の実施に当たって、例えば、コンテナを移動させずに少なくとも第１及び第２工程を実施できるよう、それらの工程の実施場所を共通の場所に定めて、第１及び第２工程の実施に必要とされる管路全てをその場所まで延伸しておく、という発想も採用できる。このような発想に従い本発明を実施する場合、コンテナ側の管路接続口を多数設け工程毎又は気体種別毎に異なる管路接続口を使用する、配管網側に弁を設けて複数工程で管路を共用する等、コンテナや配管網の構成複雑化を伴う工夫が必要になる。反面、コンテナの移動作業が不要になる、処理ラインの占有スペースを縮小できる可能性がある等、新たな効果も発生する。いずれにしても、第１図及び第２図に示したシステム構成や第３図に示したコンテナ構造については、本発明の基本的な利点を損なわない限りにおいて、様々に変形することが可能であり、本発明はその種の変形を包含するものである。

さらには、このようにして得られた不活性炭素を不活性炭素処理装置３５によって活性炭素やカーボンナノチューブなど様々な炭素材料を製造することができる。例えば活性炭素とするときは不活性炭素処理装置３５として賦活処理装置を用いればよい。収得装置３１からベルトコンベアで搬出された不活性炭素３３は賦活処理装置３５の内部へと搬送される。賦活処理装置の内部に不活性炭素３３が設置されると不活性炭素３３に高温水蒸気ガスで賦活処理することにより活性炭素を得ることができる。一方、カーボンナノチューブを炭素材料として製造するには不活性炭素処理装置３５にカーボンナノチューブ製造装置を用いる。製造装置はカーボンナノチューブを不活性炭素から製造できる装置であればよく、例えばアーク放電法、レーザ蒸発法、水蒸気賦活法などを用いる装置が挙げられるがこれに限定されるものではない。一例として不活性炭素処理装置としてアーク放電法を用いたカーボンナノチューブ製造装置によってカーボンナノチューブを製造する方法について説明する。カーボンナノチューブ製造装置の内部は不活性ガス（好ましくはヘリウム）で満たされている。ここで図５の収得装置３１からベルトコンベアで搬出された不活性炭素３３は不活性炭素処理装置３５であるカーボンナノチューブ製造装置の内部へ搬送される。不活性炭素３３はカーボンナノチューブ製造装置の内部の陽極として設置される。設置後、陰極との間で１００Ａ程度の電流を流しアーク放電を起こさせる。当該アーク放電によって陽極の不活性炭素３３は炭素蒸気として蒸発する。炭素蒸気は陰極先端に直接凝縮してカーボンナノチューブとなる。このようにしてカーボンナノチューブが製造される。製造されるカーボンナノチューブは多層カーボンナノチューブが多いが、陽極として設置される不活性炭素３３中に触媒金属（例えばＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｙ、Ｌａなどの金属およびその合金）を含有させることで各種カーボンナノチューブを製造することも可能である。

上記のように本発明の特徴事項であるコンテナの流れ作業の可能化により連続生産により処理対象物２７から大量に安価に不活性炭素３３を容易に生産できるのでこれと不活性炭素処理装置３５を組み合わせれば良質な活性炭素またはカーボンナノチューブを安価に大量に生産できる。

さらに、本発明の炭素材料製造方法およびシステムは、廃棄物質を再資源化するため、不活性炭素を製造し、さらにはそのようにして製造した不活性炭素からカーボンナノチューブ、活性炭素などの有用な炭素材料を連続生産により、大量かつ安価に製造できる。このように大量に安価に製造できれば新たな産業の創出も望むことができる。また、高価であったため一般的な商品へ使われにくかったカーボンナノチューブが、一般的な商品への利用も促進されることになり、その軽くて強度の大きい物性が一般的な商品であっても容易く利用されることになる。

さらに、本発明のコンテナは、上記再資源化方法およびシステム、炭素材料製造方法およびシステムに用いることに取り扱いやすいコンテナを提供できるという利点もある。

本発明の一実施形態に係る再資源化システムの構成、特に処理ラインの概略とそれに付帯する設備類を示す概念的平面図である。本実施形態における配管網の概略を示す図であり、特に（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。本実施形態におけるコンテナの構造例を示す図であり、特に（Ａ）は上面図、（Ｂ）は縦断面図、（Ｃ）は下面図、（Ｄ）は蓋の上面図、（Ｅ）はヒータが組み込まれる部分の拡大断面図である。コンテナの取り外し方法を示す図であり、（Ａ）は処理ライン上に乗っている状態を、（Ｂ）は旋回させて取り外せるようにした状態を、それぞれ示す図である。本発明の一実施形態に係る炭素材料製造システムの構成、特に処理ラインの概略とそれに付帯する設備類を示す説明図である。

符号の説明

１１ガス冷却装置
１２水タンク
１３クーリングタワー
１４圧縮機
１５ボンベ
１６窒素輸送装置
１７冷却用液体窒素タンク
１８コンテナ
１９軌道
２０配管網
２１窒素管
２２酸素・水蒸気管
２３塩素・雑ガス管
２４雑ガス管
２５リサイクル窒素管
２７処理対象物
３１収得装置
３３不活性炭素
３５賦活処理装置

Claims

内部に処理対象物が装填されたコンテナ内の雰囲気を無酸素雰囲気に置換する第１工程と、
コンテナ内無酸素雰囲気を維持しつつ、コンテナ内に組み込まれているヒータによりコンテナ内の処理対象物を所定温度まで加熱してその処理対象物から所期の気体を所定温度毎に遊離させ、遊離した気体たる第１生成物を、大気から隔離した状態を保ちつつコンテナ外の装置まで誘導し流体の状態で収得して処理対象物を炭化する第２工程と、
引き続きコンテナ内を所定の温度並びに無酸素雰囲気に維持した後、炭化した炭化物中の炭素が燃焼を開始する温度より低い温度までコンテナ内を冷まし、その後コンテナ内に残った物質である第２生成物を収得する第３工程と、
を有し、
当該第２工程の最初の段階で処理対象物を水の沸点以上摂氏１５０度以下の温度まで加熱して水分を気化させることを特徴とする再資源化方法。
請求の範囲第１項記載の再資源化方法において、
第２工程を複数の段階に分けて実施し、
第２工程の前記最初の段階以降の段階における処理対象物の加熱温度を、先行する段階における加熱温度より後続する段階における加熱温度の方が高くなるよう、かつその段階にて第１生成物として遊離させるべき気体の種類に応じて、設定し、
第１生成物の誘導経路及び誘導収得先を、第２工程のそれぞれの段階に対応して個別的に設定する再資源化方法。
請求の範囲第１項記載の再資源化方法において、
前記第２工程の前記最初の段階以降の工程として、第１生成物として水分を気化させた後、第１生成物として塩素を含む流体を収得する工程、並びに第１生成物として高分子ガス又は高分子ガスから生成された流体を収得する工程のうち、少なくともいずれかの工程を実施する再資源化方法。
請求の範囲第１項記載の再資源化方法において、
少なくとも、還元性気体又は不活性気体を送給する第１装置を第１管路を介しコンテナに接続した状態で、第１工程を実施し、
第１装置を第１管路を介してコンテナに接続しかつ上記コンテナ外の装置たる第２装置を第２管路を介しコンテナに接続した状態で、第２工程を実施し、
前工程から後工程への移行のためコンテナと第１又は第２装置との間の管路接続を断つ必要があるときは、必要に応じてコンテナを密閉状態とする再資源化方法。
請求の範囲第４項に記載の再資源化方法において、
前工程から後工程へと各コンテナを順繰りに移動させることによって流れ作業的に複数のコンテナを同時処理できるよう、工程毎に異なる実施場所を定め、各実施場所で実施される工程の実施に必要とされる管路をその実施場所まで延伸しておく再資源化方法。
請求の範囲第４項記載の再資源化方法において、
ヒータ内臓のコンテナを移動させずに少なくとも第１及び第２工程を実施できるよう、第１及び第２工程の実施に必要とされる管路全てをその場所まで延伸しておく再資源化方法。
内部に処理対象物が装填されたコンテナ内の雰囲気を無酸素雰囲気に置換する置換手段と、
コンテナ内無酸素雰囲気を維持しつつ、コンテナ内に組み込まれているヒータによりコンテナ内の処理対象物を所定温度まで加熱してその処理対象物から所期の気体を遊離させ、遊離した気体たる第１生成物を、大気から隔離した状態を保ちつつコンテナ外の装置まで誘導し流体の状態で収得する第１生成物収得手段と、
引き続きコンテナ内を所定の温度並びに無酸素雰囲気に維持した後、炭素が燃焼を開始する温度より低い温度までコンテナ内を冷まし、その後コンテナ内に残った物質である第２生成物を収得する第２生成物収得手段とを有し、
前記第１生成物収得手段には、処理対象物を水の沸点以上摂氏１５０度以下の温度まで加熱して水分を気化させる酸素・水蒸気管が設けられていることを特徴とする再資源化システム。
請求の範囲第７項に記載の再資源化システムにおいて、
前記置換手段は、少なくとも、還元性気体又は不活性気体を送給する第１装置を第１管路を介しコンテナに接続して前記コンテナ内の雰囲気を無酸素雰囲気に置換する手段であり、
前記第１生成物取得手段は、前記第１装置を前記第１管路を介してコンテナに接続し、かつ、前記コンテナ外の装置たる第２装置を第２管路を介しコンテナに接続した状態で、第２装置により前記第１生成物を収得する手段であり、
前記コンテナと前記第１装置または前記第２装置との間の管路接続を断つときは、前記コンテナを密閉状態とする再資源化システム。
再資源化方法を実施する際に使用されるコンテナであって、
処理対象物装填及び第２生成物収得のための有蓋開口部、第１管路が接続される注入口並びに第２管路が接続される排出口が形成されたコンテナ本体と、
コンテナ本体を移動させるために使用される搬送補助構造と、
コンテナ本体内の処理対象物を加熱するためコンテナ本体に組み込まれたヒータとを備え、
前記コンテナ本体には、処理対象物を水の沸点以上摂氏１５０度以下の温度まで加熱して水分を気化させる酸素・水蒸気管が設けられていることを特徴とするコンテナ。