JP4456298B2 - Pollutant detoxification equipment - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ダイオキシン等の汚染物質を効率良く無害化しうる汚染物質無害化装置に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
ダイオキシン等の環境汚染物質は、人体への慢性毒性、胎児毒性、催奇形性、発ガン性などが指摘されている他、近年では内分泌攪乱物質(いわゆる環境ホルモン)の疑いがあるとされており、大きな社会問題となっている。ダイオキシンの発生源は、PCB、クロロフェノール或いは除草剤の不純物質、都市ゴミ焼却、自動車の排ガス、汚水汚泥処理での塩素の使用等が挙げられ、中でもゴミ焼却による燃焼課程に由来するものが多い。
【0003】
従来、ダイオキシンの発生を抑制する技術乃至発生したダイオキシンを無害化する技術としては、
a)ゴミ焼却を、良く混合した燃焼室内で焼却時の燃焼ガスを800℃以上の高温雰囲気に保つことによりダイオキシンの発生を抑制する完全燃焼法、
b)低酸素雰囲気で加熱することによりダイオキシンを脱塩素化・水素化する熱分解処理法、
c)ダイオキシンを超臨界水で分解する方法
などが知られている。
【0004】
ところが、a)の方法では、燃焼室内のガスを均一化しかつガスの滞留時間を長く保つことが難しく、またb)の方法では、低酸素雰囲気下で反応を行わなかった場合、逆にダイオキシンが生成されるという問題がある。他方、c)の方法では、このような問題が無く現在最も期待されている方法であるが、この方法でもダイオキシンを100%無害化することは困難である。
【0005】
本発明は、以上のような問題点に鑑み案出なされたもので、汚染物質を含む処理液中の液体を超臨界化することにより前記汚染物質を分解処理するとともに、該処理液中に残存する汚染物質をさらに炉体内に噴出し、前記炉体で熱分解することを基本として、従来に比してより高い汚染物質分解能力を発揮しうる汚染物質無害化装置を提供することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明のうち請求項1記載の発明は、加熱用バーナが取り付けられかつ800℃以上の高温空間となる炉体と、汚染物質と液体とを含む処理液を流しかつ炉体の内部に配されるとともに螺旋に周回する管体からなる熱交換器を有する熱交換流路と、前記熱交換流路を経た処理液を前記炉体の内部に噴射する送給部とを具え、前記炉体は、前記加熱用バーナが取り付けられた筒状の基部と、この筒状の基部の一端側に連設されかつ内部に前記熱交換器が配された先端部とから構成されるとともに、前記熱交換流路で、該処理液中の液体を超臨界化することにより汚染物質を分解処理するとともに、該処理液中に残存する汚染物質を炉体内に噴出し、前記炉体で熱分解することを特徴としている。
【0007】
また請求項2記載の発明は、前記液体は水であり、かつ処理液に燃料を含むことを特徴とする請求項1記載の汚染物質無害化装置である。
【0008】
また請求項3記載の発明は、前記送給部は、前記炉体内に処理液を噴射しうるノズルを具え、しかも前記ノズルに、このノズルを冷却する冷却手段を設けたことを特徴とする請求項1又は2記載の汚染物質無害化装置である。
【0009】
また請求項4記載の発明は、前記炉体は、該炉体に空気を送給することにより炉体に供給される燃料を燃焼する空気供給口を設けたことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の汚染物質無害化装置である。また請求項5記載の発明は、前記処理液に含まれる燃料は、A重油であることを特徴とする請求項2〜4のいずれかに記載の汚染物質無害化装置である。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の一形態を図面に基づき説明する。
図1には、本発明の汚染物質無害化装置1の概略断面図を示す。図1において、汚染物質無害化装置1は、800℃以上の高温空間Aとなる炉体2と、汚染物質と液体とを含む処理液Dを流しかつ炉体2の内部に配されるとともに螺旋に周回する管体からなる熱交換器7を有する熱交換流路3と、前記熱交換流路3を経た処理液を前記炉体2の内部に噴射する送給部4とを具えている。
【0011】
前記炉体2は、耐熱性に優れた材料、例えば耐熱性粘土を成形、固化することにより形成される。また炉体2は、本例では、加熱用のバーナ5が取り付けられた筒状の基部2aと、この筒状の基部2aの一端側に連設された先端部2bとから構成されたものを示す。
【0012】
前記基部2aには、本例ではその一側部に開口部O1が形成され、バーナ5の火焔は、この開口部O1から基部2aの内部に吹き出される。バーナ5には、ファンBaから流路L1、分岐部V1、流路L2を経て燃焼用空気が供給される。またバーナ5には燃料が供給される(図示省略)。このバーナ5により、炉体2の内部は800℃以上、より好ましくは800〜1000℃の高温空間Aに維持され得る。なお基部2aの他端側は壁体2dにより閉塞されている。炉体2の前記先端部2bは、本例では前記基部2よりも小径の筒状で形成されるとともに、基部2aと反対側に開口部2cを有している。この開口部2cには、適宜炉体2の熱エネルギーを取り出す設備等が付設されても良い。
【0013】
また本実施形態では、炉体2の外周に、空気供給口O3が円周方向に間欠的に形成されたものを示す。空気供給口O3は、本例では先端部2bに向かって斜めにのびるものを例示している。この空気供給口O3には、内部に円周方向にのびる周溝を形成したリング部材17が装着される。またこのリング部材17には、流路L5を介してファンBbからの圧縮空気が供給されている。従って、ファンBbを駆動することにより、炉体2の内部かつ先端部2aに向かって新鮮な空気を供給することができる。
【0014】
前記熱交換流路3は、本例では第1の流路6と、前記熱交換器7と、第2の流路8とを含んで構成されたものを示す。
【0015】
前記第1の流路6は、一端が処理液Dを貯留する処理液タンクTaに連通するとともに、他端6Aが前記炉体2の内部に配された熱交換器7に接続されている。また第1の流路6は、ポンプ9を介在させることにより、処理液タンクTaから処理液を吸い込み前記熱交換器7へと吐出しうる。
【0016】
処理液は、本例ではダイオキシン、PCB等の汚染物質と液体としての水とを少なくとも混合して準備されるが、本例ではこれら以外に燃料をも混合している。前記汚染物質は、補助タンクTbに貯留されており、この補助タンクTbは、流路12、開閉弁V2を介して処理液タンクTaと連通している。汚染物質は、例えば液体又は粉状体として貯留され、開閉弁V2を操作することにより、所定量が前記処理液タンクTa内へと投入され得る。なお処理液タンクTaには、電動機11により回転駆動しうる攪拌羽根11が底部近傍に配されており、汚染物質と水等とを処理液タンクTa内で均一に攪拌混合できる。水と汚染物質との混合比は、水100重量%に対して、汚染物質を5〜15重量%、より好ましくは10〜15重量%とするのが望ましい。
【0017】
また本例では処理液タンクTaに、液面検知具13を設けたものを例示している。液面検知具13は、本例ではフロートFと、このフロートFの上限高さ及び下限高さをそれぞれ検知しうるリミットスイッチLSとから構成されたものを示す。リミットスイッチLSが、フロートFの下限高さを検知すると、図示しない制御装置によって、処理液タンクTaに、水、燃料が適宜供給されるとともに、前記開閉弁V2が所定時間開閉され、所定量の汚染物質が処理液タンクTa内に投入される。またリミットスイッチLSが、フロートの上限高さを検知することにより、これらの供給が停止される。これにより、処理液タンクTaには、ほぼ一定の量の処理液を連続的に準備できる。なお本例の処理液には、燃料が含まれているが、これについては後述する。
【0018】
熱交換器7は、本例では炉体2の先端部2bの内部に配されるとともに、この先端部2b内部で螺旋に周回する管体からなる。熱交換器7を流れる処理液は、管体を介して炉体2の高温空間Aから熱エネルギーを受け取ることにより高温に加熱され得る。本例では熱交換器7内で処理液を例えば400℃以上に加熱できる。
【0019】
また第2の流路8は、一端8Aが前記熱交換器7に接続されるとともに、炉体2の外部を経て他端が噴射ノズルNからなる送給部4に接続されたものを例示している。この第2の流路8には、熱交換流路3の内部の圧力を検知しうる圧力計13と、熱交換流路3内の処理液の温度を検知しうる温度計14とが設けられている。またこの第2の流路8の一端8A、及び第1の流路6の他端6Aは、それぞれ前記炉体2の外部で継手により熱交換器7と接続されている。熱交換器7は、無害化する汚染物質や処理液に応じて、前記継手を取り外し、管体の長さ、内径、螺旋径、螺旋ピッチなどを違えたものに交換することにより、処理液の加熱温度を適宜調節できる。
【0020】
前記送給部4は、本例では噴射ノズルNから構成される。この噴射ノズルNには、圧縮空気が送給される。圧縮空気の送給は、前記ファンBaから、流路L1、分岐部V1、流路L3を経て行われる。この圧縮空気は、噴射ノズルNを冷却する冷却手段を兼ねる。これにより、噴射ノズルNの熱疲労を減じ、耐久性を向上するのに役立つ。
【0021】
以上のように構成された本実施形態の汚染物質無害化装置1の作用について説明する。先ずバーナ5を点火することによって、炉体2の内部を800℃以上の高温空間Aに加熱する。次にポンプ9を駆動することにより、処理液タンクTa内に準備された処理液Dを熱交換流路3、すなわち第1の流路6、熱交換器7、第2の流路8内に吐出する。なお噴射ノズルNはこの段階では閉止されている。
【0022】
熱交換流路3内の処理液は、高温の炉体2内に配された熱交換器7で熱交換し加熱される。また、ポンプ9の吐出圧の設定により熱交換流路3の内部を高圧に保ち、処理液の液体(本例では水)を熱交換流路3内で超臨界化する。水は、常温では液体、大気圧下では100℃で蒸気(ガス化)となるが、一定圧力以上かつ一定温度以上にすると、高圧で圧縮された水蒸気の密度と熱膨張した水の密度とが同じになって液体とも気体とも区別の付かない状態、すなわち超臨界状態となり、このような状態にある水を超臨界水という。水を超臨界化するためには、22.12MPa以上の高圧下で374℃以上に加熱すれば良い。熱交換流路内の処理液の温度、圧力については、第2の流路8に設けた温度計13、圧力計14にて監視し適宜調整しうる。
【0023】
超臨界水は、誘電率が2〜30と常温常圧の水に比べて低い。このためダイオキシンなどの有機物質を溶解することができる。また超臨界水は、イオン積が10-11 〜10-12 (mol/l)2 程度となり、常温常圧の10〜100倍もの水分子がイオンに解離する。従って、水自体に酸・アルカリ触媒効果が付与されることとなり、ダイオキシンを加水分解、脱塩素化しうる。また超臨界水は、油などの有機物質や酸素などのガスと完全に相互溶解する。これにより、ダイオキシンについては、水、酸素、ダイオキシンが全て均一相になるため、瞬時にダイオキシンを酸化分解処理することができる。
【0024】
このように、熱交換流路3において、処理液中の水を超臨界化することにより汚染物質、とりわけダイオキシンを約95ないし97%程度の割合で分解処理(無害化処理)を行うことができる。このような分解処理は例えば10〜15分程度行うのが望ましい。また、超臨界水による無害化処理の後、噴射ノズルNを開くことにより、熱交換流路3の内部の処理液を該噴射ノズルNから炉体2へ噴射する。処理液は、圧力開放と圧縮空気によって液体部分が噴射ノズルNから勢い良く炉体2の内部に噴射されるとともに、吹き出された際の急激な圧力低下と高温空間によってガス化し、先端部2bの開口部2cから大気中に放出される。
【0025】
また炉体2の内部は、800℃以上の高温空間Aとされているため、処理液Dに残存していたダイオキシンは、この炉体2の中で完全に熱分解される。これにより、処理液中のダイオキシンをほぼ100%分解し、無害化しガス化して大気中に放出しうる。
【0026】
また本実施形態のように、処理液中に燃料を混合したときには、炉体2の内部に噴射された処理液Dはより高温で燃焼、ガス化するため、ダイオキシンの熱分解をより効果的に促進しうる。燃料には、炉体2が高温であるため、比較的低品位のものを用いることができ、例えばA重油等を用いることが好適である。また燃料と水との混合比は、例えば重量%で水80%、燃料20%とすることができる。また処理液Dには、過酸化水素などの酸化剤を添加し、ダイオキシンの酸化反応を促進させても良い。
【0027】
また炉体2には、本例ではファンBbと連通する空気供給口O3を設けているため、該ファンBbを駆動することにより、炉体2の内部に、新鮮な空気を供給することにより、炉体2の過熱を防止しうる他、燃焼用の補助空気を供給することができ、前記処理液中に混合した燃料を燃焼させるのに役立つ。
【0028】
また本例では図示していないが、ガス化された処理液中に塩素が含まれているときには、必要により中和処理を行う。このような中和処理は、例えば苛性ソーダ、炭酸ソーダにより行うことができる。
【0029】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1記載の発明では、熱交換流路で、該処理液中の液体を超臨界化することにより汚染物質を分解処理するとともに、さらにその後、該処理液中に残存する汚染物質を炉体内に噴出し、800℃以上の高温雰囲気の炉体でさらに熱分解している。このため、汚染物質の残存量を減じ非常に高い汚染物質分解能力を発揮して無害化しうる。また処理液は、炉体内の高温によってガス化されるため、容易に大気中へと放出できる。
【0030】
また液体の超臨界化は、炉体との熱交換による熱量を利用して連続的に行うことが可能となる。また処理液に燃料を混合したときには、炉体内での熱分解に際して、処理液を高温で燃焼させることができ、より確実に汚染物質の除去、無害化を促進しうる。
【0031】
また請求項3記載の発明では、前記送給部は、噴射ノズルを用いて、処理液を炉体内に送給しうるとともに、ノズルには、このノズルを冷却する冷却手段を設けたことにより、高温の処理液によるノズルの熱疲労等を減じノズルの耐久性を向上するのに役立つ。
【0032】
また、請求項4記載の発明では、前記炉体は、該炉体に空気を送給することにより、炉体に供給される燃料を燃焼する空気供給口を設けたときには、処理液中の燃料の燃焼を向上しうる他、路体内部の冷却にも役立つ。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態を示す汚染物質無害化装置の略図である。
【符号の説明】
1 汚染物質無害化装置
2 炉体
3 熱交換流路
4 送給部
5 バーナ
6 第1の流路
7 熱交換器
8 第2の流路
N 噴射ノズル[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a pollutant detoxifying device that can efficiently detoxify pollutants such as dioxins.
[0002]
[Prior art and problems to be solved by the invention]
Dioxins and other environmental pollutants have been pointed out to be endocrine disruptors (so-called environmental hormones) in recent years, as well as chronic toxicity to the human body, fetal toxicity, teratogenicity, and carcinogenicity. , Has become a big social problem. Sources of dioxins include PCB, chlorophenol or herbicide impurities, municipal waste incineration, automobile exhaust, use of chlorine in sewage sludge treatment, etc., many of which originate from the combustion process by waste incineration .
[0003]
Conventionally, as a technology for suppressing the generation of dioxin or a technology for detoxifying the generated dioxin,
a) A complete combustion method that suppresses the generation of dioxins by maintaining the combustion gas during incineration in a well-mixed combustion chamber in a high-temperature atmosphere of 800 ° C. or higher,
b) a thermal decomposition method in which dioxins are dechlorinated and hydrogenated by heating in a low oxygen atmosphere;
c) A method of decomposing dioxin with supercritical water is known.
[0004]
However, in the method a), it is difficult to make the gas in the combustion chamber uniform and keep the gas residence time long, and in the method b), if the reaction is not performed in a low oxygen atmosphere, dioxins are conversely formed. There is a problem of being generated. On the other hand, although the method c) is the most expected method without such problems, it is difficult to make 100% harmless with this method.
[0005]
The present invention has been devised in view of the above-described problems, and decomposes the contaminants by supercriticalizing the liquid in the treatment liquid containing the contaminants, and remains in the treatment liquid. The objective is to provide a pollutant detoxifying device that can exhibit a higher ability to decompose pollutants than before, based on the fact that the pollutants to be injected are further injected into the furnace body and thermally decomposed in the furnace body. Yes.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to claim 1 of the present invention is a furnace body to which a heating burner is attached and which is a high-temperature space of 800 ° C. or more, and a treatment liquid containing a contaminant and a liquid is allowed to flow and disposed inside the furnace body. And a heat exchange flow path having a heat exchanger composed of a tubular body that circulates in a spiral, and a feeding unit that injects the treatment liquid that has passed through the heat exchange flow path into the furnace body, The heat exchanger comprises a cylindrical base portion to which the heating burner is attached, and a tip portion that is connected to one end side of the cylindrical base portion and in which the heat exchanger is disposed. In the flow path, the contaminants are decomposed by supercriticalizing the liquid in the treatment liquid, and the contaminants remaining in the treatment liquid are jetted into the furnace body and thermally decomposed in the furnace body. It is a feature.
[0007]
The invention according to
[0008]
The invention according to
[0009]
The invention according to
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of the pollutant detoxification apparatus 1 of the present invention. In FIG. 1 , a pollutant detoxifying device 1 is provided with a
[0011]
The
[0012]
In this example, an opening O1 is formed on one side of the
[0013]
In the present embodiment, the air supply port O3 is intermittently formed on the outer periphery of the
[0014]
In the present example, the heat
[0015]
One end of the
[0016]
In this example, the treatment liquid is prepared by mixing at least a contaminant such as dioxin or PCB and water as a liquid. In this example, fuel is also mixed in addition to these. The contaminant is stored in the auxiliary tank Tb, and the auxiliary tank Tb communicates with the processing liquid tank Ta via the
[0017]
In this example, the treatment liquid tank Ta is provided with the
[0018]
In this example, the
[0019]
Further, the second flow path 8 exemplifies one in which one
[0020]
The
[0021]
The operation of the pollutant detoxifying device 1 of the present embodiment configured as described above will be described. First, the interior of the
[0022]
The treatment liquid in the heat
[0023]
Supercritical water has a dielectric constant of 2 to 30, which is lower than water at normal temperature and pressure. For this reason, organic substances, such as dioxin, can be dissolved. Supercritical water has an ion product of about 10 −11 to 10 −12 (mol / l) 2, and 10 to 100 times as many water molecules as room temperature and normal pressure are dissociated into ions. Accordingly, an acid / alkali catalytic effect is imparted to water itself, and dioxins can be hydrolyzed and dechlorinated. Supercritical water completely dissolves with organic substances such as oil and gases such as oxygen. Thereby, about dioxin, since water, oxygen, and dioxin become all a uniform phase, dioxin can be oxidatively decomposed instantaneously.
[0024]
As described above, in the heat
[0025]
Further, since the interior of the
[0026]
Further, as in this embodiment, when the fuel is mixed in the processing liquid, the processing liquid D injected into the
[0027]
Moreover, since the
[0028]
Although not shown in the present example, when chlorine is contained in the gasified treatment liquid, neutralization treatment is performed as necessary. Such neutralization treatment can be performed using, for example, caustic soda or sodium carbonate.
[0029]
【The invention's effect】
As described above, in the first aspect of the present invention, the contaminants are decomposed by supercriticalizing the liquid in the treatment liquid in the heat exchange flow path, and then remain in the treatment liquid. The pollutant to be discharged is ejected into the furnace body and further thermally decomposed in the furnace body at a high temperature atmosphere of 800 ° C. or higher. For this reason, the residual amount of pollutants can be reduced, and a very high capability of decomposing pollutants can be exhibited to make them harmless. Further, since the treatment liquid is gasified by the high temperature in the furnace, it can be easily released into the atmosphere.
[0030]
Moreover, the supercriticality of the liquid can be continuously performed using the amount of heat by heat exchange with the furnace body. Further, when the fuel is mixed with the treatment liquid, the treatment liquid can be burned at a high temperature during the thermal decomposition in the furnace, and the removal of contaminants and the detoxification can be promoted more reliably.
[0031]
In the invention according to
[0032]
According to a fourth aspect of the present invention, when the furnace body is provided with an air supply port for burning the fuel supplied to the furnace body by supplying air to the furnace body, the fuel in the treatment liquid In addition to improving combustion, it also helps to cool the inside of the road body.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram of a contaminant detoxification apparatus illustrating an embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (5)
前記炉体は、前記加熱用バーナが取り付けられた筒状の基部と、この筒状の基部の一端側に連設されかつ内部に前記熱交換器が配された先端部とから構成されるとともに、
前記熱交換流路で、該処理液中の液体を超臨界化することにより汚染物質を分解処理するとともに、該処理液中に残存する汚染物質を炉体内に噴出し、前記炉体で熱分解することを特徴とする汚染物質無害化装置。Heat exchange comprising a furnace body to which a heating burner is attached and a high-temperature space of 800 ° C. or higher, and a treatment liquid containing pollutants and liquid is flowed and arranged inside the furnace body and spirally wound around the pipe body A heat exchange channel having a vessel, and a feeding unit that injects the treatment liquid that has passed through the heat exchange channel into the furnace body,
The furnace body includes a cylindrical base portion to which the heating burner is attached, and a distal end portion that is connected to one end side of the cylindrical base portion and in which the heat exchanger is disposed. ,
In the heat exchange flow path, the contaminants are decomposed by supercriticalizing the liquid in the treatment liquid, and the contaminants remaining in the treatment liquid are jetted into the furnace body, and the pyrolysis is performed in the furnace body. A pollutant detoxifying device characterized by:
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