JP4102717B2 - 内部循環流動層ガス化炉および廃棄物処理装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内部循環流動層ガス化炉に係り、特に、各種産業から生ずる銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、鉛（Ｐｂ）、鉄（Ｆｅ）等の有価金属を含む金属滓と自動車、電機製品等から生ずる有価金属を含むシュレッダーダスト、廃プラスチック等の産業廃棄物を原料として熱分解ガスを生成し、不燃物と流動媒体とを抜き出す内部循環流動層ガス化炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、金属滓として銅滓と有価金属及びプラスチックを含有する産業廃棄物を原料として、有害物質の発生を抑制し、熱分解ガスを生成し、不燃物と流動媒体とを抜き出すガス化炉が知られている。（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−３０２７４８号公報（段落番号００１０、第１図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の如く、従来のガス化炉では、炉底の下部に設けたシュート部において、流動層を形成する珪砂がクリンカを形成し、シュート部の目詰まりを発生させるという課題が存在する。また、このクリンカを定期的に除去するためにガス化炉を一時的に停止させ煩雑なメンテナンス作業をする必要もあった。
【０００５】
本発明は、斯かる実情に鑑み、炉底の下部に設けたシュート部において、流動層を形成する珪砂によるクリンカ形成を抑制しガス化炉の運転効率を高め、且つ、長期の連続運転が可能な内部循環流動層ガス化炉を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１にかかる発明による内部循環流動層ガス化炉１１は、例えば、図２に示すように、銅滓を実質的に含む廃棄物Ａを投入し、底部１２から質量速度の大きい流動化空気Ｃ２と質量速度の小さい流動化空気Ｃ１を吹き込み流動媒体の循環流を形成して廃棄物Ａの一部を循環流中で熱分解ガス化しガスＥと微粒子化されたチャー及び不燃成分を排出する内部循環流動層ガス化炉１１であって、内部循環流動層ガス化炉１１の底部１２近傍に配置され、外部から蒸気を供給する蒸気供給部２７と、内部循環流動層ガス化炉１１の下部に配置され、底部１２から流動媒体と不燃物を抜き出す抜出通路５と、抜出通路５の下部に配置され、流動媒体と不燃物を受容する略逆円錐形状のホッパー部６と、抜出通路５の外壁面を包囲し、内部に冷却媒体を貯留して抜出通路内に自重流下した流動媒体と不燃物を所定温度に冷却する温度調整部３０と、ホッパー部６の外壁面を包囲し、ホッパー部に自重流下した流動媒体と不燃物を実質的に保温する保温層３２と、抜出通路５の下流の流動媒体と不燃物との混合物の温度を測定する第２の温度測定装置３３と、ホッパー部６に自重流下した流動媒体と不燃物との混合物の温度を測定する第３の温度測定装置３４と、第２及び第３の温度測定装置３３、３４の出力信号に基づき温度調整部３０の冷却媒体の貯留量を可変制御する冷却媒体制御装置７ｂとを備える。
【０００７】
このように構成することで、外部から蒸気を供給する蒸気供給部２７と、抜出通路５の外壁面を包囲し、内部に冷却媒体を貯留して抜出通路５内に自重流下した流動媒体と不燃物を所定温度に冷却する温度調整部３０と、ホッパー部６の外壁面を包囲し、ホッパー部６に自重流下した流動媒体と不燃物を実質的に保温する保温層３２とを備えるため、抜出通路５でクリンカの発生を防止すると共に、蒸気が抜出通路５で結露することを防止し、流動媒体と不燃物の閉塞を解消することができる。
また、このように構成すると、冷却媒体制御装置７ｂをさらに備えるため、第２及び第３の温度測定装置３３、３４の出力信号に基づき温度調整部３０の冷却媒体の貯留量を可変制御することができる。
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項２にかかる発明による廃棄物処理装置は、例えば、図１、図２に示すように、請求項１に記載の内部循環流動層ガス化炉１１と、ガスＥとチャー及び不燃成分を旋回導入口１４より導入し、１２００℃から１５００℃で燃焼させて灰分をスラグ化して溶融スラグＧを生成する旋回溶融炉２１と、旋回溶融炉２１より排出される溶融スラグＧを還元雰囲気下で溶融して黒銅Ｉを得る電気式保持炉３１とを備える。
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項３にかかる発明による内部循環流動層ガス化炉１１は、例えば、図２に示すように、銅滓を実質的に含む廃棄物Ａを投入し、底部１２から質量速度の大きい流動化空気Ｃ２と質量速度の小さい流動化空気Ｃ１を吹き込み流動媒体の循環流を形成して廃棄物Ａの一部を循環流中で熱分解ガス化しガスと微粒子化されたチャー及び不燃成分を排出する内部循環流動層ガス化炉１１であって、内部循環流動層ガス化炉１１の下部に配置され、底部１２から流動媒体と不燃物を抜き出す抜出通路５と、内部循環流動層ガス化炉１１の底部１２近傍であって抜出通路５より上方に配置され、外部から蒸気を供給する蒸気供給部２７と、抜出通路５の下部に配置され、流動媒体と不燃物を受容する略逆円錐形状のホッパー部６と、抜出通路５の外壁面を包囲し、内部に冷却媒体を貯留して抜出通路５内に自重流下した流動媒体と不燃物を所定温度に冷却する温度調整部３０と、ホッパー部６の外壁面を包囲し、ホッパー部６に自重流下した流動媒体と不燃物を実質的に保温する保温層３２とを備える。
【００１０】
このように構成することで、内部循環流動層ガス化炉１１の底部１２近傍であって抜出通路５より上方に配置され、外部から蒸気を供給する蒸気供給部２７と、抜出通路５の外壁面を包囲し、内部に冷却媒体を貯留して抜出通路５内に自重流下した流動媒体と不燃物を所定温度に冷却する温度調整部３０と、ホッパー部６の外壁面を包囲し、ホッパー部６に自重流下した流動媒体と不燃物を実質的に保温する保温層３２とを備えるため、抜出通路５でクリンカの発生を防止すると共に、蒸気が抜出通路５で結露することを防止し、流動媒体と不燃物の閉塞を解消することができる。
【００１１】
上記目的を達成するために、請求項４にかかる発明による請求項３に記載の内部循環流動層ガス化炉１１は、例えば、図２に示すように、抜出通路５の下流の流動媒体と不燃物との混合物の温度を測定する第２の温度測定装置３３と、ホッパー部６に自重流下した流動媒体と不燃物との混合物の温度を測定する第３の温度測定装置３４と、該第２及び第３の温度測定装置３３、３４の出力信号に基づき温度調整部３０の冷却媒体の貯留量を可変制御する冷却媒体制御装置７ｂとさらにを備える。
【００１２】
上記目的を達成するために、請求項５にかかる発明による請求項１、請求項３または請求項４に記載の内部循環流動層ガス化炉１１は、例えば、図２に示すように、温度調整部３０の内部に貯留した冷却媒体の液面低下を検知するレベルゲージ２９を備え、該レベルゲージ２９の検出信号に基づき冷却媒体を温度調整部３０に補給する。
【００１３】
上記目的を達成するために、請求項６にかかる発明による請求項１、請求項３乃至請求項５に記載の内部循環流動層ガス化炉１１は、例えば、図２に示すように、内部循環流動層ガス化炉１１の底部１２近傍に位置する流動媒体と不燃物との混合物の温度を測定する第１の温度測定装置２８と、該第１の温度測定装置２８の出力信号に基づき蒸気供給部２７から供給する蒸気量を可変制御する蒸気制御装置７ａとをさらに備える。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。図１及び図２は発明を実施する形態の一例であって、図中、図と同一または類似の符号を付した部分は同一物または相当物を表わし、重複した説明は省略する。
【００１５】
図１は、本発明による実施の形態である内部循環流動層ガス化炉１１を用いた廃棄物処理装置の模式的な系統図である。廃棄物処理装置は、銅滓Ａ１を貯蔵する第１の貯蔵所１と、金属を含む産業廃棄物Ａ２等を貯蔵する別の第２の貯蔵所２と、この第１と第２の貯蔵所から供給コンベア３により搬送される銅滓Ａ１と産業廃棄物Ａ２等を受容する供給フィーダー４と、供給フィーダー４の下流に接続され原料Ａとしての銅滓Ａ１と産業廃棄物Ａ２等を導入する内部循環流動層ガス化炉１１と、この内部循環流動層ガス化炉１１の下流に接続され内部循環流動層ガス化炉１１からガスと微粒子化されたチャー及び不燃成分を旋回導入口１４から導入する旋回溶融炉２１と、内部循環流動層ガス化炉１１の底部１２近傍に配置され、外部から蒸気を供給する蒸気供給部２７と、蒸気供給部２７の下部に位置し、内部に冷却媒体を貯留して自重流下した流動媒体と不燃物を所定温度に冷却する温度調整部３０と、温度調整部３０の下部に位置し自重流下した流動媒体と不燃物を実質的に保温する保温層３２と、を備える。
【００１６】
廃棄物処理装置に用いる内部循環流動層ガス化炉１１は、銅滓Ａ１を実質的に含む廃棄物Ａを投入し、底部から空気Ｃを送入して質量速度の大きい流動化空気Ｃ２と質量速度の小さい流動化空気Ｃ１とを炉底部１２に位置する流動床の散気板を介して内部循環流動層ガス化炉１１内部へ吹き込み循環流を形成して廃棄物Ａの一部を循環流中で熱分解ガス化しガスと微粒子化されたチャー及び不燃成分を排出する。
【００１７】
廃棄物処理装置に用いる旋回溶融炉２１は、内部循環流動層ガス化炉１１から排出されるガスと微粒子化されたチャー及び不燃成分を旋回導入口１４より導入すると共に、燃焼ガスを平面から見たときの軸方向に対し接線方向に導入して１次燃焼室の内部に旋回流を形成し、不燃成分をスラグ化し溶融スラグを生成する。
【００１８】
また、廃棄物処理装置は、旋回溶融炉２１の炉底部１２の下部に位置し、旋回溶融炉２１から排出される溶融スラグＧを排出するスラグシュート１６と、スラグシュート１６から導入された溶融スラグＧから銅Ｉを回収する還元炉３１を備えている。
【００１９】
上記第１の貯蔵所１には、同時に他の品位が低い鉱石、例えば含銅黄鉄鉱、黄銅鉱等の硫化鉱、酸化鉱を貯蔵することができる。銅滓としては真鍮伸銅工場、青銅工場から発生するスラグ、ダスト、削り粉さらには化学工場から発生する水酸化銅、沈殿銅がある。
【００２０】
また、第１の貯蔵所１には、中和処理等により発生した汚泥を同時に貯蔵することができ、さらに、スラグを形成するためのケイ砂、石灰石と還元用のコークスを同時に貯蔵しても良い。
【００２１】
ここで、図１の系統図を参照して、廃棄物処理装置の動作を説明する。廃棄物処理装置は、第１の貯蔵所１から銅滓Ａ１等を破砕機（不図示）に掛けて細かく粉砕し、粉砕した産業廃棄物Ａ２等と伴に供給コンベア３により上方へ搬送し、供給コンベア３の終端から銅滓Ａ１と産業廃棄物Ａ２等を供給フィーダー４に投入する。この場合、磁気選別機（不図示）に掛けることにより、大きな鉄屑を除去する工程を設けても良い。
【００２２】
次に、供給フィーダー４から一定量の銅滓Ａ１と産業廃棄物Ａ２等を原料Ａとして内部循環流動層ガス化炉１１に投入する。ここで、汚泥Ｂを、銅滓Ａ１等とは別に供給フィーダー（不図示）により内部循環流動層ガス化炉１１に投入することができる。汚泥Ｂには、一般下水で発生する下水汚泥、し尿汚泥、排水処理から発生する中和汚泥などがある。
【００２３】
ここで銅滓Ａ１は、銅品位が５０から８０％含有する滓が好ましい。銅品位５０％以下では変動費コストが多大となり、銅品位が８０％以上では何らかの手段で固型化して銅製錬の転炉工場へ投入した方が有利となるからである。前記理由から銅品位が３０から５０％の範囲がさらに好ましい。また、産業廃棄物Ａ２には、自動車、家庭電化製品等をシュレッダーで処理した有価金属とプラスチックを含むシュレッダーダスト、家庭用と工業用の廃プラスチックが含まれる。
【００２４】
内部循環流動層ガス化炉１１は、内部に投入された産業廃棄物Ａ２と銅滓等Ａ１が、内部循環流動層ガス化炉１１の炉底部１２の流動床に空気Ｃを吹き込み、分岐する質量速度の大きい流動化空気Ｃ２と質量速度の小さい流動化空気Ｃ１により内部循環流動層ガス化炉１１内で循環流を形成して廃棄物としての産業廃棄物Ａ２と銅滓等Ａ１の一部を循環流の中で熱分解ガス化し、このガスと微粒子化されたチャー及び不燃成分を排出する。
【００２５】
内部循環流動層ガス化炉１１は、内部温度を約４５０から６００℃の温度に設定し、空気比を約０．３の還元性雰囲気を作り出すことにより産業廃棄物Ａ２中の廃プラスチックの燃焼を防止しながら、廃プラスチックを熱分解しガス化する。この場合、内部循環流動層ガス化炉１１内では有価金属である銅（Ｃｕ）、鉄（Ｆｅ）、アルミニウム（Ａｌ）の酸化を防止し、銅滓の主体である酸化第一銅（Ｃｕ２Ｏ）が還元されるという効果も期待できる。
【００２６】
内部循環流動層ガス化炉１１内の温度が約４５０℃以下では、廃プラスッチクがガス化しにくく、約６００℃以上では燃焼する。さらに好ましくは内部循環流動層ガス化炉１１内の温度が約５００から５５０℃が望ましい。廃プラスチックのガス化、有価金属の酸化防止に適するからである。空気Ｃは毎秒約０．５から２．０ｍの速度範囲になるように送り込む。好ましくは、約１．５ｍ／秒の速度がよい。空気Ｃは、この速度範囲に設定すると銅滓粒子が内部循環流動層ガス化炉１１内の流動層内で浮遊して、粒子同士が衝突することにより次第に球形化し、かつ粉砕されて細粒化する。
【００２７】
内部循環流動層ガス化炉１１内で細粒化されない銅滓と蒸気圧が低いＣｕ、Ｆｅ、Ａｌ等の有価金属を含む第１の不燃物Ｄは炉低部１２の流動床の脇からシュート部を通じて内部循環流動層ガス化炉１１外に吐出され回収される。
【００２８】
さらに、内部循環流動層ガス化炉１１内で生成された熱分解ガスＥ、粉砕されたＣｕ２Ｏを含む約１００から２５０マイクロメータの直径の銅滓と廃プラスチックから分離した蒸気圧の高い有価金属の第２の不燃物が熱分解ガスＥとともに内部循環流動層ガス化炉１１の上部に設けた排出口を経由して下流の旋回溶融炉２１に移送される。
【００２９】
旋回溶融炉２１は、熱分解ガスＥ等が旋回導入口１４を経由して内部で旋回するように導入すると同時に、外部から空気を供給し空気比約０．９から１．３に調整して第１燃焼室の雰囲気を酸化性にし熱分解ガスＥを燃焼する。この燃焼は、約１２００から１５００℃の温度で行う。燃焼温度が約１２００℃以下では溶融スラグの流動性が悪化し、約１５００℃以上では旋回溶融炉２１の内壁等を損傷する場合があるからである。好ましくは、約１３００から１４００℃の温度範囲である。有害物質の発生を抑制し、銅滓Ａ１等のスラグ化に適する温度に調整することができる。
【００３０】
旋回溶融炉２１内の燃焼温度は、廃プラスチック等の産業廃棄物Ａ２、汚泥Ｂの供給量や、空気の投入量で調整することができる。
【００３１】
熱分解ガスＥは、旋回溶融炉２１内部で燃焼して排ガスＦとなり、旋回溶融炉２１の下流に立設した廃液分解塔２６の上部に設けた排ガス排出口２２から排出する。さらに、不燃物中のＺｎ、Ｐｂは酸化されて飛灰Ｈとなり排ガスＦと共に排ガス排出口２２から排出される。銅滓等は高温で溶融しスラグ化しながら旋回流の中で接触し大きくなり、重力により下部に落下する。
【００３２】
また、銅滓等は高温で溶融しスラグ化しながら旋回流の遠心力により旋回溶融炉２１の側壁に当たり、一部は側壁に衝突して溶融付着し成長する。その他は底部へ落下する。落下した溶融スラグＧは、旋回溶融炉２１の炉底部に設けたスラグ回収口２３に集められ、スラグシュート１６を経由し外部に回収する。回収された溶融スラグＧにはＣｕ２Ｏが多く含まれる。このように、Ｃｕ２Ｏの品位の低い銅滓からＣｕ２Ｏの品位の高い溶融スラグＧをスラグ回収口２３から回収することができる。
【００３３】
次に、旋回溶融炉２１から排出された排ガスＦは、廃液分解塔２６を上昇し噴霧する廃液Ｌと接触する。さらに排ガスＦは、廃液分解塔２６の下流に設けた急冷塔４１へ移動し噴霧される冷却水に接触して排ガスＦが冷却される。この急冷塔４１により排ガスＦを大気中に放出できるまでの温度に冷却することができる。
【００３４】
この廃液分解塔２６で廃液Ｌを焼却処理する工程を組み合わせることができ、製錬で生ずる廃液には金属イオンや酸が含まれ、一般下水で生ずる廃液には、無機物、有機物等が残存する。これらは焼却処理することが望ましい。廃液Ｌを高温度に曝すことにより有機物等と酸等は分解し、無機物と金属イオン等は酸化物にして、急冷塔４１の下流に設けたバグフィルター５１で回収することができる。
【００３５】
また、旋回溶融炉２１より下方に設けた還元炉としての電気式保持炉３１で生じた冷却した排ガスＦは、二次燃焼炉（不図示）で燃焼して有害物質を分解し、急冷塔４１で冷却水により同様に冷却する。この排ガスＦを急冷するのは、排ガスＦを約２５０から５００℃の温度範囲に曝すと、ダイオキシン等の有害物質が再合成されるため、この温度範囲にある時間を少なくして有害物質の再度の生成を防止するためである。
【００３６】
さらに、旋回溶融炉２１から回収した溶融スラグＧを電気式保持炉３１内に投入し、上部から黒鉛製電極を挿入する。この電極間に電流を流し、溶融スラグＧの抵抗熱で溶融する。
【００３７】
電気式保持炉３１には、還元用のコークスＭを投入することができる。コークスＭの成分である炭素Ｃが直接Ｃｕ２Ｏを還元してＣｕとＣＯを生成する。ここで、還元剤としては、コークスＭ、微粉炭、ＬＰＧ等を挙げることができるが、コークスＭが好ましい。投入用の装置が単純で、操作が容易だからである。
【００３８】
電気式保持炉３１内は、約１２５０から１４００℃の温度範囲が好ましい。これは、Ｃｕ２Ｏの融点が約１２３０℃であり、銅の融点が約１０８０℃で少なくともＣｕ２Ｏの融点以上にする必要があるためである。０．５から１．０時間精錬することにより銅品位が約７０から８０％の黒銅Ｉを得ることができる。
【００３９】
また、廃スラグＪは、金属をほとんど含まない、珪砂による均質なガラス質成分で構成されているため、路床等へのセメント材料として利用することができる。スラグを処理する炉としては、その他に自溶炉、反射炉、溶鉱炉等を用いることができるが、原料のスラグの成分が変動する場合があるため、原材料が変動しても同様の処理ができる電気式保持炉３１が好適である。
【００４０】
急冷塔４１とバグフィルター５１との間に設けた活性炭吹込装置５２により、急冷した排ガスＦをバグフィルター５１に移送途中に活性炭Ｋを吹き込む。平均粒径が約１０から２０マイクロメータの活性炭Ｋを空気と共に、排ガス経路中に吹き込むことにより有害物質の除去処理を遂行する。
【００４１】
また、急冷塔４１とバグフィルター５１の底部に接続した飛灰処理装置９１は、急冷塔４１とバグフィルター５１からの飛灰を受容する。
【００４２】
旋回溶融炉２１の高温燃焼で、ダイオキシン等の発生は抑制されるが、常に完全に抑制することは困難である。そこで、排ガスＦの排出途中に活性炭Ｋを吹き込むことにより有害物質を除去することができる。本実施の形態では、急冷塔４１から排出された排ガスＦには１ｎｇ／ｍ３以下のダイオキシンが含まれるが、活性炭Ｋを吹き付けることによりダイオキシン濃度を約０．１ｎｇ／ｍ３以下に低減させることができる。
【００４３】
バグフィルター５１の下流に設けた洗浄塔６１は、ブロア移送した排ガスＦを苛性ソーダ（ＮａＯＨ）の水溶液でＳＯｘ、ＨＣｌ等を中和した後に、さらに下流に設けたミストコットレル７１へ排ガスＦをブロア移送し、排ガスＦ中のミスト、ダストを除去してから排突８１を通して外部に放出する。
【００４４】
ミストコットレル７１で回収したダストを含む廃液は再度旋回溶融炉２１等へ投入して使用するか、又は排水処理後に放流する。ここで、排ガスＦは洗浄塔６１で苛性ソーダ溶液を噴霧して、ＳＯｘ等を中和してからミストコットレル７１で回収し、最終的に排突８１から大気中に放出する。
【００４５】
以上の廃棄物処理装置により、有価金属を効率良く回収することができる。
【００４６】
以上の処理工程により、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ａｌなどの有価金属を回収することができる。
【００４７】
図２は、本発明による実施の形態である内部循環流動層ガス化炉１１の模式的な系統図である。内部循環流動層ガス化炉１１は、鉛直方向に立設した円筒の容器で構成したガス化炉の炉低部１２と、この炉低部１２から燃焼空気Ｃを吹込み流動媒体としての硅砂を旋回させる。炉低部１２の縁部に流動媒体と不燃物を抜き出す複数のシュート部としての抜出通路５を設け、この抜出通路５の下部に自重流下する流動媒体と不燃物との混合物を受容する略逆円錐形状のホッパー部６と、このホッパー部６の下部に設けられた不燃物抜出経路３６とを備え、不燃物抜出経路３６の内部に回転自在に支持され、略水平方向に混合物を移送するスクリューコンベヤ３７により不燃物抜出経路３６の終端に設けられた混合物排出口３８から混合物を排出するように構成されている。
【００４８】
内部循環流動層ガス化炉１１は、銅滓を実質的に含む廃棄物Ａを側壁から投入し、炉低部１２から質量速度の大きい流動化空気Ｃ２と質量速度の小さい流動化空気Ｃ１を吹き込み流動媒体の循環流を形成して廃棄物Ａの一部を循環流中で熱分解ガス化しガスＥとともに微粒子化されたチャー及び不燃成分を排出する。
【００４９】
また、内部循環流動層ガス化炉１１は、炉低部１２近傍に配置され、外部から不活性ガスとしての蒸気Ｎを制御装置７の指令に基づいて供給する蒸気供給部２７と、抜出通路５の外壁面を包囲し、内部に冷却媒体としての水を貯留して抜出通路５内に自重流下した流動媒体と不燃物との混合物を所定温度に冷却する温度調整部３０と、ホッパー部６の外壁面を包囲し、ホッパー部６に自重流下した流動媒体としての珪砂と不燃物との混合物を実質的に保温する保温層３２と、を備える。
【００５０】
ここで、保温層３２は、グラスウールや無機繊維及びシリカ粉末を芯材にする断熱材を用いることができる。また、例えば、これら芯材を耐熱性の袋（アルミ箔）に包み込み、内部を真空にして、芯材の断熱性能に加え、より熱を伝えにくい構造とする真空断熱材を用いることもできる。
【００５１】
さらに、内部循環流動層ガス化炉１１は、上記温度調整部３０の内部に貯留した冷却媒体としての水の液面低下を検知するレベルゲージ２９と、内部循環流動層ガス化炉１１の底部近傍に位置する流動媒体としての珪砂と不燃物との混合物の温度を測定する第１の温度測定装置２８と、第１の温度測定装置２８の出力信号に基づき蒸気供給部２７から供給する蒸気量を可変制御する蒸気制御装置としての蒸気制御部７ａと、抜出通路５の下流の流動媒体としての珪砂と不燃物との混合物の温度を測定する第２の温度測定装置３３と、ホッパー部６に自重流下した流動媒体としての珪砂と不燃物との混合物の温度を測定する第３の温度測定装置３４と、第２及び第３の温度測定装置の出力信号に基づき温度調整部３０の冷却媒体としての水の貯留量を可変制御する冷却媒体制御装置としての冷却媒体制御部７ｂと、を備える。また、図中右側に示す抜出通路５ａも同様に、炉底部１２近傍に位置する混合物の温度を測定する第１の温度測定装置２８ａと、第１の温度測定装置２８ａの出力信号に基づき蒸気制御部７ａにより供給制御された蒸気を供給する蒸気供給部２７ａと、抜出通路５ａの下流の混合物の温度を測定する第２の温度測定装置３３ａと、ホッパー部６に自重流下した流動媒体としての珪砂と不燃物との混合物の温度を測定する第３の温度測定装置３４ａと、第２の温度測定装置３３ａ及び第３の温度測定装置３４ａの出力信号に基づき冷却媒体制御部７ｂにより抜出通路５ａを包囲する温度調整部３０ａ内部の水の貯留量を可変制御するように構成する。
【００５２】
図２の模式的な系統図を参照して、内部循環流動層ガス化炉１１の動作を説明する。内部循環流動層ガス化炉１１は、銅滓を実質的に含む廃棄物Ａを側壁に設けた投入口から投入し、炉低部１２から質量速度の大きい流動化空気Ｃ２と質量速度の小さい流動化空気Ｃ１を吹き込み流動媒体としての硅砂の循環流を形成して廃棄物Ａの一部を循環流中で熱分解ガス化しガスと微粒子化されたチャー及び不燃成分を上部に設けた排出口から排出する。
【００５３】
内部循環流動層ガス化炉１１の炉低部１２の近傍に配置された図中左側の蒸気供給部２７と図中右側の蒸気供給部２７ａは、外部から内部循環流動層ガス化炉１１の内部へ蒸気Ｎを供給する。
【００５４】
抜出通路５は、供給された蒸気Ｎによりパージされるため、抜出通路５側へ流動化空気Ｃ１及び流動化空気Ｃ２の侵入が防止される。この結果、抜出通路５へ自重流下した混合物中の未燃ガスや珪砂や不燃物が空気と遮断され、クリンカの形成を防止することができ、クリンカによる抜出通路５の目詰まりを減少させることができる。
【００５５】
蒸気供給部２７、２７ａより下方に位置する抜出通路５と抜出通路５ａは、各々温度調整部３０、３０ａにより自重流下した流動媒体と不燃物との混合物を所定温度に冷却する。例えば、内部循環流動層ガス化炉１１内の温度を約５００℃から５５０℃に設定した場合、蒸気に曝され自重流下する混合物の温度を１００℃以上であって、約２００℃に低下させるように温度調整部３０、３０ａの内部に冷却水を注入する。
【００５６】
温度調整部は、例えば、内部循環流動層ガス化炉１１の炉低部１２からホッパー部６の入口近傍までに亘る長さで抜出通路５の外周を取り囲み、少なくとも底部を有する環状容器３０を用いることができる。この環状容器３０の下部又は開放された上部から冷却水を注入し抜出通路５内を通過する混合物の温度を低下させることができる。
【００５７】
また、環状容器の上部は開放されているため、内部の冷却水は大気圧の状態で沸騰し冷却水の温度を１００℃に維持することができる。抜出通路５内を通過する混合物の温度は、混合物の自重流下速度に依存するが、上述したように、１００℃以上であって、約２００℃に低下させ、混合物の中でパージした蒸気の結露を有効に防止することができる。
【００５８】
環状容器３０は、蒸気の結露による抜出通路５の目詰まりを防止させることができるので、本実施の形態による内部循環流動層ガス化炉１１は、例えば、約２０日以上の連続稼動を可能とすることができる。また、冷却水は環状容器３０に注入しながら循環させてもよく。所定の水位に達するまで冷却水を環状容器３０内に溜めてもよい。要は、抜出通路５内を通過する混合物の温度を１００℃以上から内部循環流動層ガス化炉１１内の温度以下の範囲に低下させ、蒸気の結露を防止すればよい。
【００５９】
環状容器３０に冷却水を溜める場合は、この環状容器３０に接続されたレベルゲージ２９により冷却水の水位を測定する。所定の水位に低下した段階で外部から環状容器３０の下部又は開放された上部から冷却水を補充する。
【００６０】
上記抜出通路５の下部に配置され、流動媒体と不燃物の混合物を受容する略逆円錐形状のホッパー部６は、このホッパー部６の外壁面を包囲する保温層３２により、ホッパー部６に自重流下した混合物を実質的に保温する。すなわち、ホッパー部６の外壁面が外気に曝されるとホッパー部６内に自重流下し受容された混合物の温度が１００℃以下に低下し、蒸気が結露してホッパー部６と不燃物抜出経路３６との間に設けられた排出口３５を閉塞するため、受容した混合物を１００℃以上に保温するように構成している。
【００６１】
不燃物抜出経路３６は、内部のスクリューコンベヤ３７の回転により、排出口３５に溜まった混合物を蒸気と伴に略水平方向に搬送し、不燃物抜出経路３６の図中右側に示す終端に設けられた混合物排出口３８から混合物と蒸気を抜き出す。
【００６２】
制御装置７は、内部に蒸気制御部７ａと冷却媒体制御部７ｂと信号入出力部８とを有し、第１の温度測定装置２８、２８ａ、第２の温度測定装置３３、３３ａ、第３の温度測定装置３４、３４ａから各々混合物の温度データを信号入出力部８を介して受信する。受信した温度データと予め記憶した設定温度に基づき蒸気及び冷却媒体の供給量を論理演算処理し、信号入出力部８を通じて不図示の蒸気制御バルブと冷却水制御バルブに制御信号を送信して蒸気と冷却水の供給量を可変制御することができる。
【００６３】
蒸気制御部７ａは、第１の温度測定装置２８、２８ａを介して内部循環流動層ガス化炉１１の炉低部１２近傍の混合物温度を監視し蒸気の供給量を調整する。例えば、混合物温度が５００℃以上のときは蒸気供給量を増加させ、混合物温度が５００℃以下の場合は蒸気供給量を減少させるように制御する。
【００６４】
冷却媒体制御部７ｂは、第２の温度測定装置３３、３３ａ、第３の温度測定装置３４、３４ａを介して各々抜出通路５の出口混合物温度とホッパー部６内の混合物温度を監視し、混合物の温度が１００℃以上に維持するように環状容器３０内の冷却水の水位又は循環量を調整する。例えば、混合物温度が１００℃以下に冷却されたときは、冷却水の水位又は循環量を低下させ、混合物温度が１００℃以上の場合は冷却水の水位又は循環量を維持するように制御する。
【００６５】
上記実施の形態では、図中左側の抜出通路５と図中右側の抜出通路５ａに対して各々温度測定装置を設けたが、本発明は図示した構成に限定するものではなく、例えば、抜出通路５のみに温度測定装置を設け、混合物温度の測定データを共有することができる。
【００６６】
また、第２の温度測定装置３３は、抜出通路５の出口混合物温度を直接測定するように図示したセンサ端子を抜出通路５の出口に突出して設けてもよく。図示した第２の温度測定装置３３ａのように抜出通路５の出口外壁を介して間接的に内部の混合物温度を測定するように構成してもよい。第２の温度測定装置３３は混合物の温度を直接測定するため、測定精度が高い。一方、第２の温度測定装置３３ａは抜出通路５の出口に突出していないため、混合物の通過を妨げることがない。
【００６７】
尚、本発明の内部循環流動層ガス化炉は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００６８】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明の請求項１、請求項３から６に記載の内部循環流動層ガス化炉、請求項２に記載の廃棄物処理装置によれば、炉底の下部に設けたシュート部において、流動層を形成する珪砂によるクリンカ形成を抑制しガス化炉の運転効率を高め、且つ、長期の連続運転が可能な内部循環流動層ガス化炉を提供する、という優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態である内部循環流動層ガス化炉を用いた廃棄物処理装置の模式的な系統図である。
【図２】本発明の内部循環流動層ガス化炉の模式的な系統図である。
【符号の説明】
５…抜出通路、６…ホッパー部、７…制御装置、７ａ…蒸気制御部、７ｂ…冷却媒体制御部、１１…内部循環流動層ガス化炉、１２…炉底部、２７…蒸気供給部、２８…温度測定装置、２９…レベルゲージ、３０…温度調整部、３２…保温層、３３…温度測定装置、３４…温度測定装置、３５…排出口、３６…不燃物抜出経路、３７…スクリューコンベヤ、３８…混合物排出口。
【発明の属する技術分野】
本発明は、内部循環流動層ガス化炉に係り、特に、各種産業から生ずる銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、鉛（Ｐｂ）、鉄（Ｆｅ）等の有価金属を含む金属滓と自動車、電機製品等から生ずる有価金属を含むシュレッダーダスト、廃プラスチック等の産業廃棄物を原料として熱分解ガスを生成し、不燃物と流動媒体とを抜き出す内部循環流動層ガス化炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、金属滓として銅滓と有価金属及びプラスチックを含有する産業廃棄物を原料として、有害物質の発生を抑制し、熱分解ガスを生成し、不燃物と流動媒体とを抜き出すガス化炉が知られている。（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−３０２７４８号公報（段落番号００１０、第１図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の如く、従来のガス化炉では、炉底の下部に設けたシュート部において、流動層を形成する珪砂がクリンカを形成し、シュート部の目詰まりを発生させるという課題が存在する。また、このクリンカを定期的に除去するためにガス化炉を一時的に停止させ煩雑なメンテナンス作業をする必要もあった。
【０００５】
本発明は、斯かる実情に鑑み、炉底の下部に設けたシュート部において、流動層を形成する珪砂によるクリンカ形成を抑制しガス化炉の運転効率を高め、且つ、長期の連続運転が可能な内部循環流動層ガス化炉を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１にかかる発明による内部循環流動層ガス化炉１１は、例えば、図２に示すように、銅滓を実質的に含む廃棄物Ａを投入し、底部１２から質量速度の大きい流動化空気Ｃ２と質量速度の小さい流動化空気Ｃ１を吹き込み流動媒体の循環流を形成して廃棄物Ａの一部を循環流中で熱分解ガス化しガスＥと微粒子化されたチャー及び不燃成分を排出する内部循環流動層ガス化炉１１であって、内部循環流動層ガス化炉１１の底部１２近傍に配置され、外部から蒸気を供給する蒸気供給部２７と、内部循環流動層ガス化炉１１の下部に配置され、底部１２から流動媒体と不燃物を抜き出す抜出通路５と、抜出通路５の下部に配置され、流動媒体と不燃物を受容する略逆円錐形状のホッパー部６と、抜出通路５の外壁面を包囲し、内部に冷却媒体を貯留して抜出通路内に自重流下した流動媒体と不燃物を所定温度に冷却する温度調整部３０と、ホッパー部６の外壁面を包囲し、ホッパー部に自重流下した流動媒体と不燃物を実質的に保温する保温層３２と、抜出通路５の下流の流動媒体と不燃物との混合物の温度を測定する第２の温度測定装置３３と、ホッパー部６に自重流下した流動媒体と不燃物との混合物の温度を測定する第３の温度測定装置３４と、第２及び第３の温度測定装置３３、３４の出力信号に基づき温度調整部３０の冷却媒体の貯留量を可変制御する冷却媒体制御装置７ｂとを備える。
【０００７】
このように構成することで、外部から蒸気を供給する蒸気供給部２７と、抜出通路５の外壁面を包囲し、内部に冷却媒体を貯留して抜出通路５内に自重流下した流動媒体と不燃物を所定温度に冷却する温度調整部３０と、ホッパー部６の外壁面を包囲し、ホッパー部６に自重流下した流動媒体と不燃物を実質的に保温する保温層３２とを備えるため、抜出通路５でクリンカの発生を防止すると共に、蒸気が抜出通路５で結露することを防止し、流動媒体と不燃物の閉塞を解消することができる。
また、このように構成すると、冷却媒体制御装置７ｂをさらに備えるため、第２及び第３の温度測定装置３３、３４の出力信号に基づき温度調整部３０の冷却媒体の貯留量を可変制御することができる。
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項２にかかる発明による廃棄物処理装置は、例えば、図１、図２に示すように、請求項１に記載の内部循環流動層ガス化炉１１と、ガスＥとチャー及び不燃成分を旋回導入口１４より導入し、１２００℃から１５００℃で燃焼させて灰分をスラグ化して溶融スラグＧを生成する旋回溶融炉２１と、旋回溶融炉２１より排出される溶融スラグＧを還元雰囲気下で溶融して黒銅Ｉを得る電気式保持炉３１とを備える。
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項３にかかる発明による内部循環流動層ガス化炉１１は、例えば、図２に示すように、銅滓を実質的に含む廃棄物Ａを投入し、底部１２から質量速度の大きい流動化空気Ｃ２と質量速度の小さい流動化空気Ｃ１を吹き込み流動媒体の循環流を形成して廃棄物Ａの一部を循環流中で熱分解ガス化しガスと微粒子化されたチャー及び不燃成分を排出する内部循環流動層ガス化炉１１であって、内部循環流動層ガス化炉１１の下部に配置され、底部１２から流動媒体と不燃物を抜き出す抜出通路５と、内部循環流動層ガス化炉１１の底部１２近傍であって抜出通路５より上方に配置され、外部から蒸気を供給する蒸気供給部２７と、抜出通路５の下部に配置され、流動媒体と不燃物を受容する略逆円錐形状のホッパー部６と、抜出通路５の外壁面を包囲し、内部に冷却媒体を貯留して抜出通路５内に自重流下した流動媒体と不燃物を所定温度に冷却する温度調整部３０と、ホッパー部６の外壁面を包囲し、ホッパー部６に自重流下した流動媒体と不燃物を実質的に保温する保温層３２とを備える。
【００１０】
このように構成することで、内部循環流動層ガス化炉１１の底部１２近傍であって抜出通路５より上方に配置され、外部から蒸気を供給する蒸気供給部２７と、抜出通路５の外壁面を包囲し、内部に冷却媒体を貯留して抜出通路５内に自重流下した流動媒体と不燃物を所定温度に冷却する温度調整部３０と、ホッパー部６の外壁面を包囲し、ホッパー部６に自重流下した流動媒体と不燃物を実質的に保温する保温層３２とを備えるため、抜出通路５でクリンカの発生を防止すると共に、蒸気が抜出通路５で結露することを防止し、流動媒体と不燃物の閉塞を解消することができる。
【００１１】
上記目的を達成するために、請求項４にかかる発明による請求項３に記載の内部循環流動層ガス化炉１１は、例えば、図２に示すように、抜出通路５の下流の流動媒体と不燃物との混合物の温度を測定する第２の温度測定装置３３と、ホッパー部６に自重流下した流動媒体と不燃物との混合物の温度を測定する第３の温度測定装置３４と、該第２及び第３の温度測定装置３３、３４の出力信号に基づき温度調整部３０の冷却媒体の貯留量を可変制御する冷却媒体制御装置７ｂとさらにを備える。
【００１２】
上記目的を達成するために、請求項５にかかる発明による請求項１、請求項３または請求項４に記載の内部循環流動層ガス化炉１１は、例えば、図２に示すように、温度調整部３０の内部に貯留した冷却媒体の液面低下を検知するレベルゲージ２９を備え、該レベルゲージ２９の検出信号に基づき冷却媒体を温度調整部３０に補給する。
【００１３】
上記目的を達成するために、請求項６にかかる発明による請求項１、請求項３乃至請求項５に記載の内部循環流動層ガス化炉１１は、例えば、図２に示すように、内部循環流動層ガス化炉１１の底部１２近傍に位置する流動媒体と不燃物との混合物の温度を測定する第１の温度測定装置２８と、該第１の温度測定装置２８の出力信号に基づき蒸気供給部２７から供給する蒸気量を可変制御する蒸気制御装置７ａとをさらに備える。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。図１及び図２は発明を実施する形態の一例であって、図中、図と同一または類似の符号を付した部分は同一物または相当物を表わし、重複した説明は省略する。
【００１５】
図１は、本発明による実施の形態である内部循環流動層ガス化炉１１を用いた廃棄物処理装置の模式的な系統図である。廃棄物処理装置は、銅滓Ａ１を貯蔵する第１の貯蔵所１と、金属を含む産業廃棄物Ａ２等を貯蔵する別の第２の貯蔵所２と、この第１と第２の貯蔵所から供給コンベア３により搬送される銅滓Ａ１と産業廃棄物Ａ２等を受容する供給フィーダー４と、供給フィーダー４の下流に接続され原料Ａとしての銅滓Ａ１と産業廃棄物Ａ２等を導入する内部循環流動層ガス化炉１１と、この内部循環流動層ガス化炉１１の下流に接続され内部循環流動層ガス化炉１１からガスと微粒子化されたチャー及び不燃成分を旋回導入口１４から導入する旋回溶融炉２１と、内部循環流動層ガス化炉１１の底部１２近傍に配置され、外部から蒸気を供給する蒸気供給部２７と、蒸気供給部２７の下部に位置し、内部に冷却媒体を貯留して自重流下した流動媒体と不燃物を所定温度に冷却する温度調整部３０と、温度調整部３０の下部に位置し自重流下した流動媒体と不燃物を実質的に保温する保温層３２と、を備える。
【００１６】
廃棄物処理装置に用いる内部循環流動層ガス化炉１１は、銅滓Ａ１を実質的に含む廃棄物Ａを投入し、底部から空気Ｃを送入して質量速度の大きい流動化空気Ｃ２と質量速度の小さい流動化空気Ｃ１とを炉底部１２に位置する流動床の散気板を介して内部循環流動層ガス化炉１１内部へ吹き込み循環流を形成して廃棄物Ａの一部を循環流中で熱分解ガス化しガスと微粒子化されたチャー及び不燃成分を排出する。
【００１７】
廃棄物処理装置に用いる旋回溶融炉２１は、内部循環流動層ガス化炉１１から排出されるガスと微粒子化されたチャー及び不燃成分を旋回導入口１４より導入すると共に、燃焼ガスを平面から見たときの軸方向に対し接線方向に導入して１次燃焼室の内部に旋回流を形成し、不燃成分をスラグ化し溶融スラグを生成する。
【００１８】
また、廃棄物処理装置は、旋回溶融炉２１の炉底部１２の下部に位置し、旋回溶融炉２１から排出される溶融スラグＧを排出するスラグシュート１６と、スラグシュート１６から導入された溶融スラグＧから銅Ｉを回収する還元炉３１を備えている。
【００１９】
上記第１の貯蔵所１には、同時に他の品位が低い鉱石、例えば含銅黄鉄鉱、黄銅鉱等の硫化鉱、酸化鉱を貯蔵することができる。銅滓としては真鍮伸銅工場、青銅工場から発生するスラグ、ダスト、削り粉さらには化学工場から発生する水酸化銅、沈殿銅がある。
【００２０】
また、第１の貯蔵所１には、中和処理等により発生した汚泥を同時に貯蔵することができ、さらに、スラグを形成するためのケイ砂、石灰石と還元用のコークスを同時に貯蔵しても良い。
【００２１】
ここで、図１の系統図を参照して、廃棄物処理装置の動作を説明する。廃棄物処理装置は、第１の貯蔵所１から銅滓Ａ１等を破砕機（不図示）に掛けて細かく粉砕し、粉砕した産業廃棄物Ａ２等と伴に供給コンベア３により上方へ搬送し、供給コンベア３の終端から銅滓Ａ１と産業廃棄物Ａ２等を供給フィーダー４に投入する。この場合、磁気選別機（不図示）に掛けることにより、大きな鉄屑を除去する工程を設けても良い。
【００２２】
次に、供給フィーダー４から一定量の銅滓Ａ１と産業廃棄物Ａ２等を原料Ａとして内部循環流動層ガス化炉１１に投入する。ここで、汚泥Ｂを、銅滓Ａ１等とは別に供給フィーダー（不図示）により内部循環流動層ガス化炉１１に投入することができる。汚泥Ｂには、一般下水で発生する下水汚泥、し尿汚泥、排水処理から発生する中和汚泥などがある。
【００２３】
ここで銅滓Ａ１は、銅品位が５０から８０％含有する滓が好ましい。銅品位５０％以下では変動費コストが多大となり、銅品位が８０％以上では何らかの手段で固型化して銅製錬の転炉工場へ投入した方が有利となるからである。前記理由から銅品位が３０から５０％の範囲がさらに好ましい。また、産業廃棄物Ａ２には、自動車、家庭電化製品等をシュレッダーで処理した有価金属とプラスチックを含むシュレッダーダスト、家庭用と工業用の廃プラスチックが含まれる。
【００２４】
内部循環流動層ガス化炉１１は、内部に投入された産業廃棄物Ａ２と銅滓等Ａ１が、内部循環流動層ガス化炉１１の炉底部１２の流動床に空気Ｃを吹き込み、分岐する質量速度の大きい流動化空気Ｃ２と質量速度の小さい流動化空気Ｃ１により内部循環流動層ガス化炉１１内で循環流を形成して廃棄物としての産業廃棄物Ａ２と銅滓等Ａ１の一部を循環流の中で熱分解ガス化し、このガスと微粒子化されたチャー及び不燃成分を排出する。
【００２５】
内部循環流動層ガス化炉１１は、内部温度を約４５０から６００℃の温度に設定し、空気比を約０．３の還元性雰囲気を作り出すことにより産業廃棄物Ａ２中の廃プラスチックの燃焼を防止しながら、廃プラスチックを熱分解しガス化する。この場合、内部循環流動層ガス化炉１１内では有価金属である銅（Ｃｕ）、鉄（Ｆｅ）、アルミニウム（Ａｌ）の酸化を防止し、銅滓の主体である酸化第一銅（Ｃｕ２Ｏ）が還元されるという効果も期待できる。
【００２６】
内部循環流動層ガス化炉１１内の温度が約４５０℃以下では、廃プラスッチクがガス化しにくく、約６００℃以上では燃焼する。さらに好ましくは内部循環流動層ガス化炉１１内の温度が約５００から５５０℃が望ましい。廃プラスチックのガス化、有価金属の酸化防止に適するからである。空気Ｃは毎秒約０．５から２．０ｍの速度範囲になるように送り込む。好ましくは、約１．５ｍ／秒の速度がよい。空気Ｃは、この速度範囲に設定すると銅滓粒子が内部循環流動層ガス化炉１１内の流動層内で浮遊して、粒子同士が衝突することにより次第に球形化し、かつ粉砕されて細粒化する。
【００２７】
内部循環流動層ガス化炉１１内で細粒化されない銅滓と蒸気圧が低いＣｕ、Ｆｅ、Ａｌ等の有価金属を含む第１の不燃物Ｄは炉低部１２の流動床の脇からシュート部を通じて内部循環流動層ガス化炉１１外に吐出され回収される。
【００２８】
さらに、内部循環流動層ガス化炉１１内で生成された熱分解ガスＥ、粉砕されたＣｕ２Ｏを含む約１００から２５０マイクロメータの直径の銅滓と廃プラスチックから分離した蒸気圧の高い有価金属の第２の不燃物が熱分解ガスＥとともに内部循環流動層ガス化炉１１の上部に設けた排出口を経由して下流の旋回溶融炉２１に移送される。
【００２９】
旋回溶融炉２１は、熱分解ガスＥ等が旋回導入口１４を経由して内部で旋回するように導入すると同時に、外部から空気を供給し空気比約０．９から１．３に調整して第１燃焼室の雰囲気を酸化性にし熱分解ガスＥを燃焼する。この燃焼は、約１２００から１５００℃の温度で行う。燃焼温度が約１２００℃以下では溶融スラグの流動性が悪化し、約１５００℃以上では旋回溶融炉２１の内壁等を損傷する場合があるからである。好ましくは、約１３００から１４００℃の温度範囲である。有害物質の発生を抑制し、銅滓Ａ１等のスラグ化に適する温度に調整することができる。
【００３０】
旋回溶融炉２１内の燃焼温度は、廃プラスチック等の産業廃棄物Ａ２、汚泥Ｂの供給量や、空気の投入量で調整することができる。
【００３１】
熱分解ガスＥは、旋回溶融炉２１内部で燃焼して排ガスＦとなり、旋回溶融炉２１の下流に立設した廃液分解塔２６の上部に設けた排ガス排出口２２から排出する。さらに、不燃物中のＺｎ、Ｐｂは酸化されて飛灰Ｈとなり排ガスＦと共に排ガス排出口２２から排出される。銅滓等は高温で溶融しスラグ化しながら旋回流の中で接触し大きくなり、重力により下部に落下する。
【００３２】
また、銅滓等は高温で溶融しスラグ化しながら旋回流の遠心力により旋回溶融炉２１の側壁に当たり、一部は側壁に衝突して溶融付着し成長する。その他は底部へ落下する。落下した溶融スラグＧは、旋回溶融炉２１の炉底部に設けたスラグ回収口２３に集められ、スラグシュート１６を経由し外部に回収する。回収された溶融スラグＧにはＣｕ２Ｏが多く含まれる。このように、Ｃｕ２Ｏの品位の低い銅滓からＣｕ２Ｏの品位の高い溶融スラグＧをスラグ回収口２３から回収することができる。
【００３３】
次に、旋回溶融炉２１から排出された排ガスＦは、廃液分解塔２６を上昇し噴霧する廃液Ｌと接触する。さらに排ガスＦは、廃液分解塔２６の下流に設けた急冷塔４１へ移動し噴霧される冷却水に接触して排ガスＦが冷却される。この急冷塔４１により排ガスＦを大気中に放出できるまでの温度に冷却することができる。
【００３４】
この廃液分解塔２６で廃液Ｌを焼却処理する工程を組み合わせることができ、製錬で生ずる廃液には金属イオンや酸が含まれ、一般下水で生ずる廃液には、無機物、有機物等が残存する。これらは焼却処理することが望ましい。廃液Ｌを高温度に曝すことにより有機物等と酸等は分解し、無機物と金属イオン等は酸化物にして、急冷塔４１の下流に設けたバグフィルター５１で回収することができる。
【００３５】
また、旋回溶融炉２１より下方に設けた還元炉としての電気式保持炉３１で生じた冷却した排ガスＦは、二次燃焼炉（不図示）で燃焼して有害物質を分解し、急冷塔４１で冷却水により同様に冷却する。この排ガスＦを急冷するのは、排ガスＦを約２５０から５００℃の温度範囲に曝すと、ダイオキシン等の有害物質が再合成されるため、この温度範囲にある時間を少なくして有害物質の再度の生成を防止するためである。
【００３６】
さらに、旋回溶融炉２１から回収した溶融スラグＧを電気式保持炉３１内に投入し、上部から黒鉛製電極を挿入する。この電極間に電流を流し、溶融スラグＧの抵抗熱で溶融する。
【００３７】
電気式保持炉３１には、還元用のコークスＭを投入することができる。コークスＭの成分である炭素Ｃが直接Ｃｕ２Ｏを還元してＣｕとＣＯを生成する。ここで、還元剤としては、コークスＭ、微粉炭、ＬＰＧ等を挙げることができるが、コークスＭが好ましい。投入用の装置が単純で、操作が容易だからである。
【００３８】
電気式保持炉３１内は、約１２５０から１４００℃の温度範囲が好ましい。これは、Ｃｕ２Ｏの融点が約１２３０℃であり、銅の融点が約１０８０℃で少なくともＣｕ２Ｏの融点以上にする必要があるためである。０．５から１．０時間精錬することにより銅品位が約７０から８０％の黒銅Ｉを得ることができる。
【００３９】
また、廃スラグＪは、金属をほとんど含まない、珪砂による均質なガラス質成分で構成されているため、路床等へのセメント材料として利用することができる。スラグを処理する炉としては、その他に自溶炉、反射炉、溶鉱炉等を用いることができるが、原料のスラグの成分が変動する場合があるため、原材料が変動しても同様の処理ができる電気式保持炉３１が好適である。
【００４０】
急冷塔４１とバグフィルター５１との間に設けた活性炭吹込装置５２により、急冷した排ガスＦをバグフィルター５１に移送途中に活性炭Ｋを吹き込む。平均粒径が約１０から２０マイクロメータの活性炭Ｋを空気と共に、排ガス経路中に吹き込むことにより有害物質の除去処理を遂行する。
【００４１】
また、急冷塔４１とバグフィルター５１の底部に接続した飛灰処理装置９１は、急冷塔４１とバグフィルター５１からの飛灰を受容する。
【００４２】
旋回溶融炉２１の高温燃焼で、ダイオキシン等の発生は抑制されるが、常に完全に抑制することは困難である。そこで、排ガスＦの排出途中に活性炭Ｋを吹き込むことにより有害物質を除去することができる。本実施の形態では、急冷塔４１から排出された排ガスＦには１ｎｇ／ｍ３以下のダイオキシンが含まれるが、活性炭Ｋを吹き付けることによりダイオキシン濃度を約０．１ｎｇ／ｍ３以下に低減させることができる。
【００４３】
バグフィルター５１の下流に設けた洗浄塔６１は、ブロア移送した排ガスＦを苛性ソーダ（ＮａＯＨ）の水溶液でＳＯｘ、ＨＣｌ等を中和した後に、さらに下流に設けたミストコットレル７１へ排ガスＦをブロア移送し、排ガスＦ中のミスト、ダストを除去してから排突８１を通して外部に放出する。
【００４４】
ミストコットレル７１で回収したダストを含む廃液は再度旋回溶融炉２１等へ投入して使用するか、又は排水処理後に放流する。ここで、排ガスＦは洗浄塔６１で苛性ソーダ溶液を噴霧して、ＳＯｘ等を中和してからミストコットレル７１で回収し、最終的に排突８１から大気中に放出する。
【００４５】
以上の廃棄物処理装置により、有価金属を効率良く回収することができる。
【００４６】
以上の処理工程により、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ａｌなどの有価金属を回収することができる。
【００４７】
図２は、本発明による実施の形態である内部循環流動層ガス化炉１１の模式的な系統図である。内部循環流動層ガス化炉１１は、鉛直方向に立設した円筒の容器で構成したガス化炉の炉低部１２と、この炉低部１２から燃焼空気Ｃを吹込み流動媒体としての硅砂を旋回させる。炉低部１２の縁部に流動媒体と不燃物を抜き出す複数のシュート部としての抜出通路５を設け、この抜出通路５の下部に自重流下する流動媒体と不燃物との混合物を受容する略逆円錐形状のホッパー部６と、このホッパー部６の下部に設けられた不燃物抜出経路３６とを備え、不燃物抜出経路３６の内部に回転自在に支持され、略水平方向に混合物を移送するスクリューコンベヤ３７により不燃物抜出経路３６の終端に設けられた混合物排出口３８から混合物を排出するように構成されている。
【００４８】
内部循環流動層ガス化炉１１は、銅滓を実質的に含む廃棄物Ａを側壁から投入し、炉低部１２から質量速度の大きい流動化空気Ｃ２と質量速度の小さい流動化空気Ｃ１を吹き込み流動媒体の循環流を形成して廃棄物Ａの一部を循環流中で熱分解ガス化しガスＥとともに微粒子化されたチャー及び不燃成分を排出する。
【００４９】
また、内部循環流動層ガス化炉１１は、炉低部１２近傍に配置され、外部から不活性ガスとしての蒸気Ｎを制御装置７の指令に基づいて供給する蒸気供給部２７と、抜出通路５の外壁面を包囲し、内部に冷却媒体としての水を貯留して抜出通路５内に自重流下した流動媒体と不燃物との混合物を所定温度に冷却する温度調整部３０と、ホッパー部６の外壁面を包囲し、ホッパー部６に自重流下した流動媒体としての珪砂と不燃物との混合物を実質的に保温する保温層３２と、を備える。
【００５０】
ここで、保温層３２は、グラスウールや無機繊維及びシリカ粉末を芯材にする断熱材を用いることができる。また、例えば、これら芯材を耐熱性の袋（アルミ箔）に包み込み、内部を真空にして、芯材の断熱性能に加え、より熱を伝えにくい構造とする真空断熱材を用いることもできる。
【００５１】
さらに、内部循環流動層ガス化炉１１は、上記温度調整部３０の内部に貯留した冷却媒体としての水の液面低下を検知するレベルゲージ２９と、内部循環流動層ガス化炉１１の底部近傍に位置する流動媒体としての珪砂と不燃物との混合物の温度を測定する第１の温度測定装置２８と、第１の温度測定装置２８の出力信号に基づき蒸気供給部２７から供給する蒸気量を可変制御する蒸気制御装置としての蒸気制御部７ａと、抜出通路５の下流の流動媒体としての珪砂と不燃物との混合物の温度を測定する第２の温度測定装置３３と、ホッパー部６に自重流下した流動媒体としての珪砂と不燃物との混合物の温度を測定する第３の温度測定装置３４と、第２及び第３の温度測定装置の出力信号に基づき温度調整部３０の冷却媒体としての水の貯留量を可変制御する冷却媒体制御装置としての冷却媒体制御部７ｂと、を備える。また、図中右側に示す抜出通路５ａも同様に、炉底部１２近傍に位置する混合物の温度を測定する第１の温度測定装置２８ａと、第１の温度測定装置２８ａの出力信号に基づき蒸気制御部７ａにより供給制御された蒸気を供給する蒸気供給部２７ａと、抜出通路５ａの下流の混合物の温度を測定する第２の温度測定装置３３ａと、ホッパー部６に自重流下した流動媒体としての珪砂と不燃物との混合物の温度を測定する第３の温度測定装置３４ａと、第２の温度測定装置３３ａ及び第３の温度測定装置３４ａの出力信号に基づき冷却媒体制御部７ｂにより抜出通路５ａを包囲する温度調整部３０ａ内部の水の貯留量を可変制御するように構成する。
【００５２】
図２の模式的な系統図を参照して、内部循環流動層ガス化炉１１の動作を説明する。内部循環流動層ガス化炉１１は、銅滓を実質的に含む廃棄物Ａを側壁に設けた投入口から投入し、炉低部１２から質量速度の大きい流動化空気Ｃ２と質量速度の小さい流動化空気Ｃ１を吹き込み流動媒体としての硅砂の循環流を形成して廃棄物Ａの一部を循環流中で熱分解ガス化しガスと微粒子化されたチャー及び不燃成分を上部に設けた排出口から排出する。
【００５３】
内部循環流動層ガス化炉１１の炉低部１２の近傍に配置された図中左側の蒸気供給部２７と図中右側の蒸気供給部２７ａは、外部から内部循環流動層ガス化炉１１の内部へ蒸気Ｎを供給する。
【００５４】
抜出通路５は、供給された蒸気Ｎによりパージされるため、抜出通路５側へ流動化空気Ｃ１及び流動化空気Ｃ２の侵入が防止される。この結果、抜出通路５へ自重流下した混合物中の未燃ガスや珪砂や不燃物が空気と遮断され、クリンカの形成を防止することができ、クリンカによる抜出通路５の目詰まりを減少させることができる。
【００５５】
蒸気供給部２７、２７ａより下方に位置する抜出通路５と抜出通路５ａは、各々温度調整部３０、３０ａにより自重流下した流動媒体と不燃物との混合物を所定温度に冷却する。例えば、内部循環流動層ガス化炉１１内の温度を約５００℃から５５０℃に設定した場合、蒸気に曝され自重流下する混合物の温度を１００℃以上であって、約２００℃に低下させるように温度調整部３０、３０ａの内部に冷却水を注入する。
【００５６】
温度調整部は、例えば、内部循環流動層ガス化炉１１の炉低部１２からホッパー部６の入口近傍までに亘る長さで抜出通路５の外周を取り囲み、少なくとも底部を有する環状容器３０を用いることができる。この環状容器３０の下部又は開放された上部から冷却水を注入し抜出通路５内を通過する混合物の温度を低下させることができる。
【００５７】
また、環状容器の上部は開放されているため、内部の冷却水は大気圧の状態で沸騰し冷却水の温度を１００℃に維持することができる。抜出通路５内を通過する混合物の温度は、混合物の自重流下速度に依存するが、上述したように、１００℃以上であって、約２００℃に低下させ、混合物の中でパージした蒸気の結露を有効に防止することができる。
【００５８】
環状容器３０は、蒸気の結露による抜出通路５の目詰まりを防止させることができるので、本実施の形態による内部循環流動層ガス化炉１１は、例えば、約２０日以上の連続稼動を可能とすることができる。また、冷却水は環状容器３０に注入しながら循環させてもよく。所定の水位に達するまで冷却水を環状容器３０内に溜めてもよい。要は、抜出通路５内を通過する混合物の温度を１００℃以上から内部循環流動層ガス化炉１１内の温度以下の範囲に低下させ、蒸気の結露を防止すればよい。
【００５９】
環状容器３０に冷却水を溜める場合は、この環状容器３０に接続されたレベルゲージ２９により冷却水の水位を測定する。所定の水位に低下した段階で外部から環状容器３０の下部又は開放された上部から冷却水を補充する。
【００６０】
上記抜出通路５の下部に配置され、流動媒体と不燃物の混合物を受容する略逆円錐形状のホッパー部６は、このホッパー部６の外壁面を包囲する保温層３２により、ホッパー部６に自重流下した混合物を実質的に保温する。すなわち、ホッパー部６の外壁面が外気に曝されるとホッパー部６内に自重流下し受容された混合物の温度が１００℃以下に低下し、蒸気が結露してホッパー部６と不燃物抜出経路３６との間に設けられた排出口３５を閉塞するため、受容した混合物を１００℃以上に保温するように構成している。
【００６１】
不燃物抜出経路３６は、内部のスクリューコンベヤ３７の回転により、排出口３５に溜まった混合物を蒸気と伴に略水平方向に搬送し、不燃物抜出経路３６の図中右側に示す終端に設けられた混合物排出口３８から混合物と蒸気を抜き出す。
【００６２】
制御装置７は、内部に蒸気制御部７ａと冷却媒体制御部７ｂと信号入出力部８とを有し、第１の温度測定装置２８、２８ａ、第２の温度測定装置３３、３３ａ、第３の温度測定装置３４、３４ａから各々混合物の温度データを信号入出力部８を介して受信する。受信した温度データと予め記憶した設定温度に基づき蒸気及び冷却媒体の供給量を論理演算処理し、信号入出力部８を通じて不図示の蒸気制御バルブと冷却水制御バルブに制御信号を送信して蒸気と冷却水の供給量を可変制御することができる。
【００６３】
蒸気制御部７ａは、第１の温度測定装置２８、２８ａを介して内部循環流動層ガス化炉１１の炉低部１２近傍の混合物温度を監視し蒸気の供給量を調整する。例えば、混合物温度が５００℃以上のときは蒸気供給量を増加させ、混合物温度が５００℃以下の場合は蒸気供給量を減少させるように制御する。
【００６４】
冷却媒体制御部７ｂは、第２の温度測定装置３３、３３ａ、第３の温度測定装置３４、３４ａを介して各々抜出通路５の出口混合物温度とホッパー部６内の混合物温度を監視し、混合物の温度が１００℃以上に維持するように環状容器３０内の冷却水の水位又は循環量を調整する。例えば、混合物温度が１００℃以下に冷却されたときは、冷却水の水位又は循環量を低下させ、混合物温度が１００℃以上の場合は冷却水の水位又は循環量を維持するように制御する。
【００６５】
上記実施の形態では、図中左側の抜出通路５と図中右側の抜出通路５ａに対して各々温度測定装置を設けたが、本発明は図示した構成に限定するものではなく、例えば、抜出通路５のみに温度測定装置を設け、混合物温度の測定データを共有することができる。
【００６６】
また、第２の温度測定装置３３は、抜出通路５の出口混合物温度を直接測定するように図示したセンサ端子を抜出通路５の出口に突出して設けてもよく。図示した第２の温度測定装置３３ａのように抜出通路５の出口外壁を介して間接的に内部の混合物温度を測定するように構成してもよい。第２の温度測定装置３３は混合物の温度を直接測定するため、測定精度が高い。一方、第２の温度測定装置３３ａは抜出通路５の出口に突出していないため、混合物の通過を妨げることがない。
【００６７】
尚、本発明の内部循環流動層ガス化炉は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００６８】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明の請求項１、請求項３から６に記載の内部循環流動層ガス化炉、請求項２に記載の廃棄物処理装置によれば、炉底の下部に設けたシュート部において、流動層を形成する珪砂によるクリンカ形成を抑制しガス化炉の運転効率を高め、且つ、長期の連続運転が可能な内部循環流動層ガス化炉を提供する、という優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態である内部循環流動層ガス化炉を用いた廃棄物処理装置の模式的な系統図である。
【図２】本発明の内部循環流動層ガス化炉の模式的な系統図である。
【符号の説明】
５…抜出通路、６…ホッパー部、７…制御装置、７ａ…蒸気制御部、７ｂ…冷却媒体制御部、１１…内部循環流動層ガス化炉、１２…炉底部、２７…蒸気供給部、２８…温度測定装置、２９…レベルゲージ、３０…温度調整部、３２…保温層、３３…温度測定装置、３４…温度測定装置、３５…排出口、３６…不燃物抜出経路、３７…スクリューコンベヤ、３８…混合物排出口。
Claims (6)
- 銅滓を実質的に含む廃棄物を投入し、底部から質量速度の大きい流動化空気と質量速度の小さい流動化空気を吹き込み流動媒体の循環流を形成して前記廃棄物の一部を該循環流中で熱分解ガス化しガスと微粒子化されたチャー及び不燃成分を排出する内部循環流動層ガス化炉であって；
前記内部循環流動層ガス化炉の底部近傍に配置され、外部から蒸気を供給する蒸気供給部と；
前記内部循環流動層ガス化炉の下部に配置され、前記底部から前記流動媒体と前記不燃物を抜き出す抜出通路と；
前記抜出通路の下部に配置され、前記流動媒体と前記不燃物を受容する略逆円錐形状のホッパー部と；
前記抜出通路の外壁面を包囲し、内部に冷却媒体を貯留して前記抜出通路内に自重流下した前記流動媒体と前記不燃物を所定温度に冷却する温度調整部と；
前記ホッパー部の外壁面を包囲し、ホッパー部に自重流下した前記流動媒体と前記不燃物を実質的に保温する保温層と；
前記抜出通路の下流の前記流動媒体と前記不燃物との混合物の温度を測定する第２の温度測定装置と；
前記ホッパー部に自重流下した前記流動媒体と前記不燃物との混合物の温度を測定する第３の温度測定装置と；
該第２及び第３の温度測定装置の出力信号に基づき前記温度調整部の冷却媒体の貯留量を可変制御する冷却媒体制御装置とを備える；
内部循環流動層ガス化炉。 - 請求項１に記載の内部循環流動層ガス化炉と；
前記ガスとチャー及び不燃成分を旋回導入口より導入し、１２００℃から１５００℃で燃焼させて灰分をスラグ化して溶融スラグを生成する旋回溶融炉と；
前記旋回溶融炉より排出される溶融スラグを還元雰囲気下で溶融して黒銅を得る電気式保持炉とを備える；
廃棄物処理装置。 - 銅滓を実質的に含む廃棄物を投入し、底部から質量速度の大きい流動化空気と質量速度の小さい流動化空気を吹き込み流動媒体の循環流を形成して前記廃棄物の一部を該循環流中で熱分解ガス化しガスと微粒子化されたチャー及び不燃成分を排出する内部循環流動層ガス化炉であって；
前記内部循環流動層ガス化炉の下部に配置され、前記底部から前記流動媒体と前記不燃物を抜き出す抜出通路と；
前記内部循環流動層ガス化炉の底部近傍であって前記抜出通路より上方に配置され、外部から蒸気を供給する蒸気供給部と；
前記抜出通路の下部に配置され、前記流動媒体と前記不燃物を受容する略逆円錐形状のホッパー部と；
前記抜出通路の外壁面を包囲し、内部に冷却媒体を貯留して前記抜出通路内に自重流下した前記流動媒体と前記不燃物を所定温度に冷却する温度調整部と；
前記ホッパー部の外壁面を包囲し、ホッパー部に自重流下した前記流動媒体と前記不燃物を実質的に保温する保温層とを備える；
内部循環流動層ガス化炉。 - 前記抜出通路の下流の前記流動媒体と前記不燃物との混合物の温度を測定する第２の温度測定装置と；
前記ホッパー部に自重流下した前記流動媒体と前記不燃物との混合物の温度を測定する第３の温度測定装置と；
該第２及び第３の温度測定装置の出力信号に基づき前記温度調整部の冷却媒体の貯留量を可変制御する冷却媒体制御装置とをさらに備える；
請求項３に記載の内部循環流動層ガス化炉。 - 前記温度調整部の内部に貯留した前記冷却媒体の液面低下を検知するレベルゲージを備え、該レベルゲージの検出信号に基づき前記冷却媒体を前記温度調整部に補給する；
請求項１、請求項３または請求項４のいずれか１項に記載の内部循環流動層ガス化炉。 - 前記内部循環流動層ガス化炉の底部近傍に位置する前記流動媒体と前記不燃物との混合物の温度を測定する第１の温度測定装置と、該第１の温度測定装置の出力信号に基づき前記蒸気供給部から供給する蒸気量を可変制御する蒸気制御装置とをさらに備える；
請求項１、請求項３乃至請求項５のいずれか１項に記載の内部循環流動層ガス化炉。
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