JP6598372B2 - 廃棄物の処理装置及び処理方法 - Google Patents
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Description
本発明は、廃棄物の処理装置及び処理方法に関し、特に、難燃焼性で粉砕困難な廃棄物を処理する装置及び方法に関する。
現在、セメント製造設備では、燃料として軟質廃プラや肉骨粉等の粉砕が容易で燃焼性のよい廃棄物を積極的に受け入れて処理している。一方、近年、廃棄されたＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）等のＦＲＰ（繊維強化プラスチック）、ＡＳＲ（自動車粉砕残渣）及び建築系廃材等の難燃焼性で粉砕困難な廃棄物の受入需要が高まりつつあり、処理方法の確立が求められている。
例えば、特許文献１には、プラスチック廃棄物や自動車廃棄物等を熱分解するガス化炉と、ガス化炉にて熱分解して得られた生成物から、ガス、チャー及び灰分とを分離する分離器と、セメント原料を予熱するプレヒータと、分離器で分離されたガスを燃料の一部とし、分離器で分離された残渣をセメント原料の一部として利用するセメント焼成炉とを備えるセメント製造装置が開示される。
また、特許文献２及び３には、上記特許文献１に記載の技術を改良した技術として、廃プラスチックを熱分解して得られたガス、残渣を分離器を介して分離することなくセメント焼成装置のプレヒータや仮焼炉に供給し、ガスを燃料の一部として、残渣をセメント原料の一部として利用することが記載されている。
一方、特許文献４には、ＣＦ（炭素繊維）又はＣＦＲＰにアルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移元素等を混合して燃焼させることでＣＦ又はＣＦＲＰを効率よく焼却処理することが開示される。
上記特許文献１−３に記載の技術では、廃棄物をガス化して得られたガスを燃料として残渣をセメント原料として再利用しているが、残渣中にはチャー等の可燃性物質が含まれており、原料として通常のセメント原料と共にセメント製造設備に投入した場合、酸素不足による不完全燃焼によって、有用な熱量を十分に利用できないという問題があった。
また、特許文献４に記載の技術では、難燃焼性で粉砕困難な廃棄物を効率よく焼却処理することができるものの、焼却処理によって生じる排ガスや残渣については一切考慮されていない。
そこで、本発明は、上記従来の技術における問題点及び近年の廃棄物受け入れ需要に鑑みてなされたものであって、特に難燃焼性で粉砕困難な廃棄物を効率よく有効利用することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明は、廃棄物の処理装置であって、廃棄物と、アルカリ金属又は／及びアルカリ土類金属を含む物質とが投入され、前記廃棄物を熱分解する熱分解炉と、該熱分解炉の排ガスをセメント焼成装置に燃料として供給する第１燃料供給路と、前記熱分解炉から排出される残渣を直接前記セメント焼成装置に燃料として供給する第２燃料供給路とを備えることを特徴とする。
本発明に係る廃棄物の処理装置によれば、廃棄物を熱分解して生じた残渣をセメント原料ではなく燃料として再利用することができるため、セメント焼成における燃料コストを低減できると共に、化石燃料使用量の低減による環境負荷の低減にも貢献することができる。また、上記残渣は、熱処理によって分裂化及び脆化が進行しており、有姿と比べて燃焼性が向上するため、難燃焼性で粉砕困難な廃棄物でも効率よく有効利用することが可能となる。さらに、アルカリ金属や、アルカリ土類金属を投入した後廃棄物を熱分解することによって、廃棄物を効率よく燃焼させることができるだけでなく、残渣を燃料として再利用する際の燃焼性も向上する。
上記廃棄物の処理装置において、前記熱分解炉を流動床式とし、前記熱分解炉に前記セメント焼成装置の排ガスを流動化ガスとして供給する流動化ガス供給路を設けることができる。また、前記熱分解炉をストーカ式又は火格子が可動式のものとしてもよい。
また、前記第１燃料供給路及び前記第２燃料供給路を、前記セメント焼成装置の仮焼炉、セメントキルンの窯前及び窯尻の少なくとも１つに接続することができる。
さらに、本発明は、廃棄物の処理方法であって、廃棄物に含まれるアルカリ金属又は／及びアルカリ土類金属の濃度に応じてアルカリ金属又は／及びアルカリ土類金属を含む物質を前記廃棄物に添加し、あるいはアルカリ金属又は／及びアルカリ土類金属の濃度が所定値以上の廃棄物を選択し、前記アルカリ金属又は／及びアルカリ土類金属を含む物質が添加された廃棄物、あるいは前記選択された廃棄物を熱分解し、該熱分解により生じた残渣を直接セメント焼成装置の燃料として使用することを特徴とする。
本発明によれば、セメント焼成における燃料コストを低減できると共に、化石燃料使用量の低減による環境負荷の低減にも貢献することができる。また、処理困難な廃棄物の燃料化が可能となる。
上記廃棄物の処理方法において、前記セメント焼成装置の排ガスを、前記熱分解の際の流動化ガスとして使用することができる。また、前記熱分解により生じたガス及び残渣を、前記セメント焼成装置の仮焼炉、セメントキルンの窯前及び窯尻の少なくとも１つに供給することができる。
前記廃棄物に前記アルカリ金属又は／及びアルカリ土類金属を含む物質を添加する場合、前記廃棄物に対して、金属元素換算で重量比０．１％以上、１５％以下の前記アルカリ金属又は／及びアルカリ土類金属を含む物質を添加することができる。
前記廃棄物は、廃プラスチック、ＢＯＦ、ＡＳＲ、ＲＰＦ、ＲＤＦ、木屑、廃タイヤ、ゴム屑、吸水性ポリマーの廃棄物、都市ゴミ、熱硬化性・熱可塑性樹脂の廃棄物、廃ＦＲＰ、カーボンファイバーの廃棄物、光ファイバーの廃棄物及び太陽電池の廃棄物からなる群から選択される一以上とすることができる。
前記廃棄物に前記アルカリ金属又は／及びアルカリ土類金属を含む物質を添加する場合、該アルカリ金属又は／及びアルカリ土類金属を含む物質として、バイオマス燃料、セメント原料、工業薬品、廃プラスチック、ＢＯＦ、ＡＳＲ、ＲＰＦ、ＲＤＦ、木屑、廃タイヤ、ゴム屑、吸水性ポリマーの廃棄物、都市ゴミ、熱硬化性・熱可塑性樹脂の廃棄物、廃ＦＲＰ、カーボンファイバーの廃棄物、光ファイバーの廃棄物及び太陽電池の廃棄物からなる群から選択される一以上を添加することができる。
以上のように、本発明によれば、廃棄物、特に難燃焼性で粉砕困難な廃棄物を効率よく有効利用することが可能となる。
次に、本発明に係る廃棄物の処理装置について、図１を参照しながら説明する。尚、同図において、実線の矢線は固体の流れを、破線の矢線は気体の流れを示す。
また、本発明によって、廃プラスチック、ＢＯＦ、ＡＳＲ、ＲＰＦ、ＲＤＦ、木屑、廃タイヤ、ゴム屑、廃吸水性ポリマー、都市ゴミ、熱硬化性・熱可塑性樹脂の廃棄物、廃ＦＲＰ、カーボンファイバーの廃棄物、光ファイバーの廃棄物及び太陽電池の廃棄物からなる群から選択される一以上の廃棄物を処理することが可能であるが、本発明は、廃棄されたＣＦＲＰ等のＦＲＰ、ＡＳＲ及び建築系廃材等の難燃焼性で粉砕困難な廃棄物の処理に特に有効である。
図１に示すように、この廃棄物の処理装置１は、廃棄物Ｗ及びアルカリ金属等を含む物質（以下、「アルカリ源」という）Ａに含まれるアルカリ金属又は／及びアルカリ土類金属（以下、「アルカリ金属等」という）の濃度を測定する測定装置３と、この廃棄物Ｗと、添加装置６によってアルカリ源Ａとが投入され、廃棄物Ｗを熱分解する熱分解炉４と、熱分解炉４の排ガスＧ１をセメント焼成装置１１に燃料として供給するガス供給路５と、熱分解炉４から排出され、残渣供給路７を介して供給される残渣Ｒを粉砕する粉砕機８と、粉砕物Ｐをセメント焼成装置１１に燃料として供給する粉砕物供給路９とで構成される。
熱分解炉４は、流動床式であって、流動床部の温度は３００〜７００℃程度である。この熱分解炉４では、流動化ガス供給路２から供給される、セメント焼成装置１１の排ガス、例えばクリンカクーラの排ガスやセメントキルン排ガスＧ２等を流動化ガスとして用いることで、運転コストを低減することができる。尚、流動床式の熱分解炉の他にも、ストーカ式又は火格子が可動式のものを用いてもよい。
添加装置６は、測定装置３の測定結果に基づき、必要に応じて廃棄物Ｗや熱分解炉４にアルカリ源Ａを添加するために設けられる。尚、添加するアルカリ源Ａとしては、例えば、バイオマス燃料、セメント原料、工業薬品、廃プラスチック、ＢＯＦ、ＡＳＲ、ＲＰＦ、ＲＤＦ、木屑、廃タイヤ、ゴム屑、吸水性ポリマーの廃棄物、都市ゴミ、熱硬化性・熱可塑性樹脂の廃棄物、廃ＦＲＰ、カーボンファイバーの廃棄物、光ファイバーの廃棄物及び太陽電池の廃棄物が挙げられる。
粉砕機８は、一軸又は二軸高速剪断式等の粉砕機であって、熱分解炉４からの残渣Ｒを１〜５０ｍｍ以下程度に粉砕するために設けられる。
次に、上記構成を有する廃棄物の処理装置１の動作、すなわち本発明に係る廃棄物の処理方法について、図１を参照しながら詳細に説明する。
受け入れた廃棄物Ｗ及びアルカリ源Ａのアルカリ金属等の濃度を測定装置３にて測定し、測定後の廃棄物Ｗを熱分解炉４に投入する。ここで、廃棄物Ｗのアルカリ金属等の濃度が所定値より低い場合には、廃棄物Ｗに対して重量比０．１〜１５％のアルカリ源Ａを添加装置６を介して熱分解炉４に投入することでアルカリの不足分を補う。廃棄物Ｗのアルカリ金属等の濃度が所定値より高い場合にはアルカリ源Ａを添加する必要はなく、アルカリ金属等の濃度が所定値以上となるように廃棄物Ｗを選択してもよく、熱分解炉４に投入する前の廃棄物Ｗにアルカリ源Ａを直接添加してもよい。
熱分解炉４に流動化ガスとしてのセメント焼成装置１１の排ガスＧ２と、燃料を供給した後、燃料の燃焼熱によって廃棄物Ｗ及びアルカリ金属等を熱処理して廃棄物Ｗを熱分解する。
上記熱分解によりガス（灰分を含む）及び残渣が生じる。このうち、熱分解炉４から排出されるガスＧ１は、ガス供給路５を介して燃料としてセメント焼成装置１１の仮焼炉、セメントキルンの窯前及び窯尻の少なくとも１つに供給される。
一方、熱分解炉４に残留し、その後排出された残渣Ｒを残渣供給路７を介して粉砕機８に供給し、セメントキルンの窯前に供給する場合には、残渣Ｒを１〜２０ｍｍ程度に粉砕し、粉砕物Ｐを粉砕物供給路９を介して燃料としてセメント焼成装置１１のセメントキルンの窯前に供給する。粉砕物Ｐを燃料として仮焼炉やセメントキルンの窯尻に供給する場合には、残渣Ｒを５〜５０ｍｍ程度に粉砕して各々の場所に供給する。
以上のように、本実施の形態によれば、粉砕物Ｐをセメント原料ではなく燃料として再利用でき、特に難燃焼性で粉砕困難な廃棄物等を効率よく有効利用することができる。さらに、廃棄物Ｗに含まれるアルカリ金属等や、添加装置６によって添加したアルカリ源Ａによって、残渣Ｒの粉砕物Ｐを燃料として再利用する際の粉砕物Ｐの燃焼性を向上させることができる。
尚、上記実施の形態においては、残渣Ｒを粉砕機８で粉砕したが、残渣Ｒの粒径及び燃料としての投入場所によっては、残渣Ｒを粉砕せずにセメント焼成装置１１に供給してもよい。また、熱分解炉４で用いる流動化ガスもセメント焼成装置１１の排ガスＧ２に限定されず、他の装置から供給してもよい。
また、廃棄物Ｗ及びアルカリ源Ａ中のアルカリ金属等の濃度を測定するために測定装置３を配置したが、廃棄物Ｗ及びアルカリ源Ａ中のアルカリ金属等の濃度が予め分かっている場合や、予測できる場合には測定装置３を設ける必要はない。
１ 廃棄物の処理装置
２ 流動化ガス供給路
３ 測定装置
４ 熱分解炉
５ ガス供給路
６ 添加装置
７ 残渣供給路
８ 粉砕機
９ 粉砕物供給路
１１ セメント焼成装置
Ｇ１、Ｇ２ 排ガス
Ａ アルカリ源
Ｐ 粉砕物
Ｒ 残渣
Ｗ 廃棄物
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Ｇ１、Ｇ２ 排ガス
Ａ アルカリ源
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Ｒ 残渣
Ｗ 廃棄物
Claims (10)
- 廃棄物と、アルカリ金属又は／及びアルカリ土類金属を含む物質とが投入され、前記廃棄物を熱分解する熱分解炉と、
該熱分解炉の排ガスをセメント焼成装置に燃料として供給する第１燃料供給路と、
前記熱分解炉から排出される残渣を直接前記セメント焼成装置に燃料として供給する第２燃料供給路とを備えることを特徴とする廃棄物の処理装置。 - 前記熱分解炉は流動床式であって、
前記熱分解炉に前記セメント焼成装置の排ガスを流動化ガスとして供給する流動化ガス供給路を備えることを特徴とする請求項１に記載の廃棄物の処理装置。 - 前記熱分解炉は、ストーカ式又は火格子が可動式のものであることを特徴とする請求項１に記載の廃棄物の処理装置。
- 前記第１燃料供給路及び前記第２燃料供給路は、前記セメント焼成装置の仮焼炉、セメントキルンの窯前及び窯尻の少なくとも１つに接続されることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の廃棄物の処理装置。
- 廃棄物に含まれるアルカリ金属又は／及びアルカリ土類金属の濃度に応じてアルカリ金属又は／及びアルカリ土類金属を含む物質を前記廃棄物に添加し、あるいはアルカリ金属又は／及びアルカリ土類金属の濃度が所定値以上の廃棄物を選択し、
前記アルカリ金属又は／及びアルカリ土類金属を含む物質が添加された廃棄物、あるいは前記選択された廃棄物を熱分解し、
該熱分解により生じた残渣を直接セメント焼成装置の燃料として使用することを特徴とする廃棄物の処理方法。 - 前記セメント焼成装置の排ガスを、前記熱分解の際の流動化ガスとして使用することを特徴とする請求項５に記載の廃棄物の処理方法。
- 前記熱分解により生じたガス及び残渣を、前記セメント焼成装置の仮焼炉、セメントキルンの窯前及び窯尻の少なくとも１つに供給することを特徴とする請求項５又は６に記載の廃棄物の処理方法。
- 前記廃棄物に前記アルカリ金属又は／及びアルカリ土類金属を含む物質を添加する場合、前記廃棄物に対して、金属元素換算で重量比０．１％以上、１５％以下の前記アルカリ金属又は／及びアルカリ土類金属を含む物質を添加することを特徴とする請求項５乃至７のいずれかに記載の廃棄物の処理方法。
- 前記廃棄物は、廃プラスチック、ＢＯＦ、ＡＳＲ、ＲＰＦ、ＲＤＦ、木屑、廃タイヤ、ゴム屑、吸水性ポリマーの廃棄物、都市ゴミ、熱硬化性・熱可塑性樹脂の廃棄物、廃ＦＲＰ、カーボンファイバーの廃棄物、光ファイバーの廃棄物及び太陽電池の廃棄物からなる
群から選択される一以上であることを特徴とする請求項５乃至８のいずれかに記載の廃棄物の処理方法。 - 前記廃棄物に前記アルカリ金属又は／及びアルカリ土類金属を含む物質を添加する場合、該物質として、バイオマス燃料、セメント原料、工業薬品、廃プラスチック、ＢＯＦ、ＡＳＲ、ＲＰＦ、ＲＤＦ、木屑、廃タイヤ、ゴム屑、吸水性ポリマーの廃棄物、都市ゴミ、熱硬化性・熱可塑性樹脂の廃棄物、廃ＦＲＰ、カーボンファイバーの廃棄物、光ファイバーの廃棄物及び太陽電池の廃棄物からなる群から選択される一以上を添加することを特徴とする請求項５乃至９のいずれかに記載の廃棄物の処理方法。
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