JP5843877B2 - 有機廃棄物のリサイクル処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、酸化リンおよび金属酸化物を含む有機廃棄物、特に、下水汚泥のリサイクル処理方法に関する。

有機廃棄物および、特に、下水汚泥、乾燥汚泥、下水汚泥灰、および肉骨粉のリサイクル処理は、環境技術の重要な局面であり、その廃棄物中に、一般に問題のない天然物質の他に、例えば、重金属、ハロゲン、殺虫剤、除草剤、抗生物質、発癌性および突然変異誘発性の有害物質、塩素化炭化水素、ポリ塩化ビフェニル、ホルモンおよび内分泌物のような環境毒物が含まれる場合、当該廃棄物の複雑な組成のため、とりわけ困難である。下水汚泥に含まれる金属としては、銅、亜鉛、およびカドミウムのような重金属の他に、カルシウム、ケイ素、アルミニウムの様々な酸化物を挙げることができ、ここで、リンは鉄と結合してリン化鉄になることから、鉄の存在下では純粋な形で回収することができないため、特に、酸化鉄の存在は、単体リンの回収を不可能にする。様々な金属および重金属の含有は、下水汚泥を直接肥料として用いることを大抵の場合妨げるため、下水汚泥を大量に廃棄する必要がある。下水汚泥の廃棄の結果、その下水汚泥に含まれる資源および、特に、肥料工業に限らず有用なリンを利用することができなくなる。

従って、本発明の課題は、有機廃棄物および、特に、下水汚泥から、リンまたはその誘導体を、資源としてできるだけ純粋な形で回収すること、および有機廃棄物および、特に、下水汚泥に含まれる金属を分離することである。

上記課題を解決するために、上述した種類の廃棄物は、塩素担体と混合され、続いて、０．８５≦λ≦１．６の空気比で熱処理され、少なくとも部分的に酸化され、生成した金属塩化物が排出されて回収され、金属塩化物の排出後に、残留フラクションが単体リンの回収のために還元される。

リサイクル処理される廃棄物を塩素担体と混合する処置により、それに続く、上昇した温度にて行う酸化工程で、金属が非常に揮発しやすい金属塩化物に変化し、従って、気体層と共に排出されうる。本発明では、続いて、残留フラクションは、還元され、その還元の時に、酸化リンから純粋なリンが回収される。従って、本発明のリサイクル処理方法により、リンが還元により単体として回収される前に、上述した金属、金属酸化物、および、特に、酸化鉄が金属塩化物として分離される。

好ましくは、上記熱処理は、１３００−１６００℃の温度で行われる。

本発明の方法の好適な一発展形態では、上記廃棄物に、さらに、石灰が添加される。上記本発明に係るリサイクル処理方法では、石灰は、無機の燃焼生成物と共に、上述した工程温度で液状のスラグ溶融物になり、ここで添加する当該石灰の量は、燃焼生成物のＳｉＯ_２含有量に適合し、特に、０．８５≦ＣａＯ／ＳｉＯ_２≦１．３の関係を満たさなければならない。回収したスラグは、セメント工業において有益に用いられうる。

酸化工程における高い効率を達成するために、有利には、廃棄物をできるだけ細かく砕いて酸化工程に導入する。本発明の好ましい一実施形態では、従って、上記リサイクル処理方法は、塩素担体と混合された廃棄物を、酸化のために、キャリアガスと共に、サイクロンを経由して燃焼室の中に流し込むように、有利に発展させられ、当該キャリアガスとして、好ましくは、酸素含有ガス、特に、熱風が用いられる。このようなリサイクル処理方法の実施は、例えば、ＷＯ０３／０７０６５１Ａ１による装置を用いて実施することができ、当該装置は、既に粉塵の溶融に有効に用いられている。当該装置では、サイクロンは、本来の燃焼室の前段に備えられ、材料または廃棄物を、キャリアガスと共に接線方向に吹き入れて、回転運動させ、これにより、当該廃棄物は、次に続く燃焼室の中に、定義された回転で導入される。上記燃焼室に入る時、回転する流れは、大抵保持され、よって、燃焼室の軸方向の比較的短い長さにわたって、その流れと火炎との比較的長い接触時間が保証され、それゆえ、比較的長い酸化のための反応時間が確保される。

上記リサイクル処理方法では、その発展形態において、本発明の好ましい一実施形態と一致するように、上記塩素担体が、塩素含有合成樹脂、アルカリ金属塩化物、アルカリ土類金属塩化物、セメントキルンダスト、および製鋼所ダストからなる群より選ばれる場合、他の工業部門と廃棄物処理産業部門とのとりわけ有利な相乗的効果が生じる。塩素含有合成樹脂は、例えば、ＰＶＣの形で利用可能であり、セメントキルンダスト、および製鋼所ダストは、それぞれ関係する工業部門で、それ自体が問題のある廃棄物とみなされているので、これらの物質は、本発明のリサイクル処理方法の実施のために、非常に低いコストで使うことができ、有益な用途に供給することができる。

本発明では、酸化工程および当該酸化工程で生成した金属塩化物の排出後、リンを含む残留フラクションの還元工程が続き、ここで、好ましくは、金属塩化物の排出後、リンを含む残留フラクションの還元は、少なくとも部分的に誘導加熱される、粒子状のコークスおよび／またはグラファイトを充填したカラムを用いて行われ、蒸発した単体リンが排出される。同時に、生成した還元ガス（ＣＯ、Ｈ_２）が排出される。このガスは、リンの凝縮の後、還元ガスまたは燃料ガス、例えば廃棄物の熱処理用のエネルギー供給源として用いられてもよい。少なくとも部分的に誘導加熱されるカラムで行われる還元は、例えば、ＷＯ２００６／０７９１３２Ａ１により公知であり、当該文書から、還元工程の実施のための装置も採用することができる。少なくとも部分的に誘導加熱されるコークスカラムにより、非常に高い温度を達成することが可能であり、ここで、かかるカラムの炭素は、燃焼生成物および、特に、ＣＯ_２と熱平衡にないため、還元する雰囲気を調節することが可能である。誘導加熱されるカラムの使用では、ＷＯ２００６／０７９１３２Ａ１に開示されている方法と違って、資源が溶融物に溜まらず、反応ガスと共に排出され、本発明の好ましい一実施形態として、冷却により、白リンとして回収されうる。

本発明の好ましい一実施形態によれば、上記還元工程は、上記カラムの酸化還元電位が、気体の吹き込みにより調節され、カラムの温度が、電力の調節および気体の吹き込みにより設定されるように行われる。この方法により、酸化還元電位および温度は、所望されるリンのみが還元され、他の酸化物は残留フラクションに溜まるように調節されうる。

本発明のリサイクル処理方法は、リン化鉄の制御できない生成を防ぐために、還元工程の前に、金属または金属酸化物をリンから分離することに対応している。しかしながら、廃棄物に含まれるリンが本発明のリサイクル処理方法により純粋な形で回収される場合には、純粋なリン化鉄の回収が望ましい場合がある。これは、リン化鉄の酸化が、リン酸鉄リチウムの生産の重要な原料であるリン酸鉄を生成させるためである。上記リン酸鉄リチウムは、また、リチウムイオン電池のカソードとして、目に見えて重要性を増している。本発明のリサイクル処理方法は、従って、好ましい発展形態では、金属塩化物の排出後に残留フラクションが、リン化鉄の回収のために、鉄または酸化鉄と混合される。必要なリチウムは、例えば、クリンカー焼成炉ダストから回収されうる。

本発明のさらなる一局面は、代替的な、単純化されたプロセスの実施を提案し、そのプロセスの実施では、上述した廃棄物が、石灰と共に、誘導加熱されるコークス床および／またはグラファイト床の上に供給されうる。当該プロセスの実行において生成する排ガスは分別冷却される：４００−６００℃で塩化物を含む有害物質が析出し、サイクロンまたは高温ガス分離器を用いて分離されうる。例えば水冷器における、さらなる冷却により、リンが凝縮される。残留ガスは、場合によって乾燥の後、燃料ガスおよび／または反応ガスとして用いられうる。

本発明は、以下に、図面に模式的に示されている実施例により、より詳しく説明される。その図面では、図１は、本発明のリサイクル処理方法の実施のための装置を示す。図２は、単純化された工程のブロック図を示す。図３は、単純されたリサイクル処理方法の実施のための還元装置を示す。

図１は、本発明のリサイクル処理方法の実施のための装置を示す。 図２は、単純化された工程のブロック図を示す。 図３は、単純されたリサイクル処理方法の実施のための還元装置を示す。

図１には、１により本発明のリサイクル処理方法の実施のための装置が示されている。廃棄物は、塩素担体および／または石灰と混合され、供給部２に供給される。３により、例えばスクリューコンベヤーの形である、計量装置により、上記物質が燃焼室４の内部に運ばれる。適切な位置で上記燃焼室４に接続された環状管５を経由して、適切な空気比を設定するために、空気、Ｏ_２、および、場合によって、気体の塩素担体が導入されうる。燃焼室に続いて、サイクロンまたは液滴分離器６が接続され、そのサイクロンまたは液滴分離器６において、部分的に酸化されたリンを含む溶融物が、生成ガスから分離される。金属塩化物の他にＣＯ_２、ＣＯ、Ｈ_２Ｏ、およびＨ_２を含む上記生成ガスまたは還元ガスが、排出管７を経由して排出される。上記溶融物は、場合によってＯ_２および炭素担体を添加しながら、コークス床および／またはグラファイト床８の上に供給される。当該コークス床および／またはグラファイト床８は、コイル９により誘導加熱されている。上記床８の中で、単体リンへの還元が行われ、当該単体リンは、開口部１０を経由して排出され、続いて凝縮され、白リンとして回収することができる。タンディッシュ１１に、残留スラグ溶融物が溜り、当該スラグ溶融物が、湯出し１２の後に、場合によっては、さらにリン化鉄およびリン酸鉄に加工されうる。

図２には、単純化されたリサイクル処理方法の実施において、上記廃棄物が、適合した貯蔵庫１２、１３、および１４からの石灰担体および石炭粉と共に、ミキサー１５に供給されることが示されている。当該ミキサーから、当該混合物は、還元装置１６の供給装置に供給される。その還元装置１６の中で、金属酸化物は還元され、銑鉄およびセメントのスラグとしてタンディッシュ１７に排出されうる。高温ガスは、約１６００℃の温度で排出され、熱交換器１８の中で約４００℃まで冷却される。適合した分離器１９は、重金属、アルカリ、およびハロゲンを分離することが可能であり、ＣＯおよびＨ_２の他にリンを含む残留気体は水冷器２０に供給され、その水冷器２０にて、上記リンが凝縮し、適合する容器２１に白リンとして収容されうる。残留燃料ガスまたは生成ガスは、排出口２２を経由して排出される。

図３には、還元装置の一部が示されている。２３により供給装置が示され、当該供給装置を経由して、原料ができるだけ均一にコークス床および／またはグラファイト床２４に供給される。当該床２４は、耐火材料からなる台２５の上に載置され、コイル２６により誘導加熱される。タンディッシュ１７は、鉄溶融物およびセメント溶融物のための流出口の他に、生成ガスのための排出口２７を有し、当該生成ガスが続いて分別凝縮される。

Claims (10)

1. 酸化リンおよび金属酸化物を含む有機廃棄物のリサイクル処理方法であって、上記廃棄物は、塩素担体と混合され、続いて、０．８５≦λ≦１．６の空気比において、熱処理され、少なくとも部分的に酸化され、かつ生成した金属塩化物は排出されて回収され、続いて、金属塩化物の排出後の溶融した残留フラクションが、蒸発する単体リンの回収のために還元される、リサイクル処理方法。
2. 上記熱処理は、１３００−１６００℃の温度で行われることを特徴とする、請求項１に記載のリサイクル処理方法。
3. 上記廃棄物に、さらに、石灰が添加されることを特徴とする、請求項１また２に記載のリサイクル処理方法。
4. 塩素担体が混合された上記廃棄物は、酸化のために、キャリアガスと共に、サイクロンを経由して燃焼室の中に流し込まれることを特徴とする、請求項１，２または３に記載のリサイクル処理方法。
5. 上記キャリアガスとして、酸素含有気体が用いられることを特徴とする、請求項４に記載のリサイクル処理方法。
6. 上記塩素担体は、塩素含有合成樹脂、アルカリ金属塩化物、アルカリ土類金属塩化物、セメントキルンダスト、および製鋼所ダストからなる群より選ばれることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項に記載のリサイクル処理方法。
7. 金属塩化物の排出後の上記残留フラクションの還元は、少なくとも部分的に誘導加熱される、粒子状のコークスおよび／またはグラファイトを充填したカラムを用いて行われ、蒸発する単体リンが排出されることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項の記載のリサイクル処理方法。
8. 上記排出されたリンは、冷却により、白リンとして回収されることを特徴とする、請求項１から７までのいずれか１項に記載のリサイクル処理方法。
9. 上記カラムの酸化還元電位は、気体の吹き込みにより調節され、カラムの温度は、電力の調節および気体の吹き込みにより設定されることを特徴とする、請求項７に記載のリサイクル処理方法。
10. 酸化リンおよび金属酸化物を含む有機廃棄物のリサイクル処理方法であって、上記廃棄物は、塩素担体と混合され、続いて、０．８５≦λ≦１．６の空気比において、熱処理され、少なくとも部分的に酸化され、かつ生成した金属塩化物は排出されて回収され、続いて、金属塩化物の排出後の溶融した残留フラクションは、リン化鉄の回収のために、鉄または酸化鉄と混合される、リサイクル処理方法。

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