JP7165234B2 - 廃棄物処理炉とそれを有する処理設備 - Google Patents

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Description

本発明は、廃棄物処理炉とそれを有する処理設備に関し、特に、高温無炎で廃棄物を熱処理するための廃棄物処理炉、及び前記廃棄物処理炉を有する処理設備に関するものである。
一般的な廃棄物は、日常生活において発生するゴミ、農業廃棄物、医療廃棄物および工業廃棄物などがあり、廃棄物処理装置も種々提案されている(例えば、特許文献1参照)。廃棄物の処理方法として、よく見られる処理方法は、処理設備内で燃焼させるが、タールを含む廃棄物やバイオマス廃棄物を炭化した後、タールは、炭化と伴って発生するガスと共に、外部に漏れて大気を汚染する。廃棄物を炭化した後のガスが処理設備から外部に漏れないようにコントロールしても、タールは、処理設備内のバルブ、管路および装置を塞ぎ、腐食が発生する虞がある。
中国特許公開第１１１９８１４８５号公報
上記のような問題を解決するために、本発明の主な目的は、処理と伴って発生するガスが設備を損壊することを回避可能な廃棄物処理炉を提供することにある。
本発明の次の目的は、作業の安全性を向上することが可能な廃棄物処理炉を提供することにある。
本発明の別の目的は、廃棄物を処理した後の発生物を再利用することが可能な廃棄物処理設備を提供することにある。
本発明に係る廃棄物処理炉は、シェルにより処理空間が形成され、前記炉の内部に活性炭のスラグ層（以下、活性炭スラグ層と言う。）が設けられており、前記活性炭スラグ層は前記処理空間に位置し、排気管が前記活性炭スラグ層に連接されている炉と、前記活性炭スラグ層に位置合わせしたマイクロ波放射モジュールと、を備える。
本発明に係る処理設備は、前記廃棄物処理炉と、前記炉の排気管と連接する第１の熱交換モジュールを有し、貯液部材が前記第１の熱交換モジュールと連接する熱交換システムと、入口ポートおよび排気口を有し、前記入口ポートは前記第１の熱交換モジュールと連通し、前記入口ポートと前記排気口との間にスプレー区が設けられている浄化モジュールと、を備える。
本発明に係る廃棄物処理炉によれば、前記活性炭スラグ層は、前記マイクロ波放射モジュールからのマイクロ波の照射により、温度を制御可能な方式で温度が上昇する。前記活性炭スラグ層による高温により、それと接触する廃棄物がクラッキングされてガスになる。前記廃棄物がクラッキングされて生成されたガスは、下方へ前記活性炭スラグ層を通過して、前記ガスがろ過されて再び熱分解される。これにより、前記ガスにおける有害物質が廃棄物処理炉を損壊することを回避可能であり、廃棄物処理炉の寿命を長く延びることができる。
また、本発明に係る処理設備によれば、前記熱交換システムにより、前記廃棄物処理炉から排出されるガスの温度を大幅に降下することにより、前記ガスを前記浄化モジュールに流入して、前記ガスにおける有害物質を除去して、汚染を無くし、且つ一酸化炭素および水素ガスを含有する合成ガスとして排出して利用することができる。これにより、廃棄物の付加価値を増加することができる。
また、前記炉は断熱層を有し、前記断熱層は前記処理空間を取り囲む。前記断熱層により、前記廃棄物を処理しているときに発生する熱が前記シェルに伝わり、操作者が火傷することを回避することができる。
また、前記炉はスラグ堆積区を有し、前記スラグ堆積区は、前記活性炭スラグ層の下方に位置し、前記活性炭スラグ層と前記スラグ堆積区との間に隔離部材が設けられている。前記活性炭スラグ層において、前記廃棄物が熱分解された後、発生される微細な炭化粒およびスラグは、前記スラグ堆積区に落下して堆積する。これにより、ユーザーは、前記炭化粒およびスラグを便利に清掃することができ、炉の清潔を保持することができる。
また、前記炉は蒸気投入管を有し、前記蒸気投入管は前記処理空間と連通する。前記蒸気投入管により、蒸気が前記処理空間に投入されて、蒸気により前記廃棄物が予熱される。これにより、廃棄物の熱分解の効率を増加することができる。
また、前記第１の熱交換モジュールは、蒸気輸送管を介して前記炉の処理空間と連接する。前記第１の熱交換モジュールで発生する蒸気は、前記処理空間内に流入して、前記廃棄物を予熱する。これにより、廃棄物の熱分解の効率を増加することができる。
前記熱交換システムは、更に、第２の熱交換モジュールと、第３の熱交換モジュールと、を有し、第１のチューブは、前記第１の熱交換モジュール及び前記第２の熱交換モジュールと連通し、第２のチューブは、前記第２の熱交換モジュール及び前記第３の熱交換モジュールと連通し、前記第３の熱交換モジュールは前記浄化モジュールと連通する。前記ガスは、前記第２の熱交換モジュール及前記第３の熱交換モジュールを順番に通過するため、前記ガスの温度を更に降下することができる。
また、サイクルチューブセットは、前記貯液部材、前記第２の熱交換モジュール、及び前記第３の熱交換モジュールと順番に連通する。これにより、前記貯液部材内の冷卻液体は、前記第２の熱交換モジュール及び前記第３の熱交換モジュールに持続的に供給されるため、ガスの熱交換の効率を増加することができる。
また、前記熱交換システムは、第１の気液分離部材と、第２の気液分離部材と、を有し、前記第１の気液分離部材は、前記第２の熱交換モジュールの出口ポートと前記第２のチューブとの間と連通し、前記第２の気液分離部材は、前記第３の熱交換モジュールの出口ポートと前記第３のチューブとの間と連通する。これにより、前記ガス内の残留されるタール及び木酢液などを凝縮して回収することができるため、廃棄物の付加価値を増加することができる。
また、前記熱交換システムは不純物分離部材を有し、前記不純物分離部材は前記第１のチューブに位置する。これにより、前記炉に処理されたガスは、前記第１のチューブにより、前記不純物分離部材を通過して、ガスにおける気化されていない粒子を分離して除去することができる。前記ガスの浄化効率を増加することができる。
本発明に係る廃棄物処理炉とそれを有する処理設備によれば、次のような効果がある。
（１）本発明に係る廃棄物処理炉によれば、前記活性炭スラグ層は、前記マイクロ波放射モジュールからのマイクロ波の照射により、温度を制御可能な方式で温度が上昇する。前記活性炭スラグ層による高温により、それと接触する廃棄物がクラッキングされてガスになる。前記廃棄物がクラッキングされて生成されたガスは、下方へ前記活性炭スラグ層を通過して、前記ガスがろ過されて再び熱分解される。前記ガスにおける有害物質が廃棄物処理炉を損壊することを回避可能であり、廃棄物処理炉の寿命を長く延ばすことができる。
（２）本発明に係る処理設備によれば、前記熱交換システムにより、前記廃棄物処理炉から排出されるガスの温度を大幅に降下することにより、前記ガスを前記浄化モジュールに流入して、前記ガスにおける有害物質を除去して、汚染を無くし、且つ一酸化炭素および水素ガスを含有する合成ガスとして排出して利用することができる。これにより、廃棄物の付加価値を増加することができる。
本発明に係る処理設備の一実施例を示す概略図である。 本発明に係る廃棄物処理炉の一実施例を示す概略図である。
以下、本発明の実施例の形態を図面に基づいて説明する。
本発明の全文において、方向性またはそれに近似する用語は、例えば「前」、「後」、「左」、「右」、「上（頂）」、「下（底）」、「内」、「外」、「側面」などは、主に添付の図における方向を指す。方向性またはそれに近似する用語は、本発明のさまざまな形態を説明および理解するためにのみ使用され、本発明を制限するためのものではない。
本発明の全文に述べる、「一つ」との数量詞を使用するのは、便宜上であり、本発明の範囲の通常の意味を提供するためだけである。本発明では、一つまたは少なくとも一つを含むと解釈する必要がある。また、他の意味を明確に指していない限り、単一の概念には複数形も含まれる。
本発明の全文で言及されている「結合」、「組み合わせ」、「組み立て」などの近似する用語には、主に、接続後に部材を損傷することなく、または接続後に部材を分離できないようにすることなく分離できる形式が含まれる。この分野で一般的な知識を有する人は、接続する部材の材料または組み立て要件に応じて選択できる。
図１を参照する。本発明に係る廃棄物処理炉の一実施の形態は、炉１と、マイクロ波放射モジュール２と、を備える。マイクロ波放射モジュール２は炉１に向く。
炉１は、廃棄物を収容して廃棄物を処理するためのものである。炉１は、一体に成形され、又は複数のシェルを組み立てて構成される。炉１が複数のシェルを組み立てて構成される場合には、組み立て、清掃および修理が容易となる。炉１はシェル１１を有する。シェル１１は処理空間Ｓを取り囲む。炉１は、原料投入口１２と、原料投入口１２を閉じるための蓋１２ａと、を有する。原料投入口１２により、廃棄物を投入することができる。原料投入口１２は、シェル１１の上端に位置し、処理空間Ｓと連通してもよい。これにより、前記廃棄物は原料投入口１２を経由して処理空間Ｓに落下する。蓋１２ａは、ゲートの形態で原料投入口１２の開閉を制御してもよいが、本発明はこれに限定されない。炉１は断熱層１３を有してもよい。断熱層１３は処理空間Ｓを取り囲む。断熱層１３は、低い熱伝導係数を持つ材料、例えばレンガなどで形成される無機材料層でもいいし、例えば内シェルとシェル１１を離間するように形成される中空層でもよい。一方、断熱層１３は上記の無機材料層および中空層を同時に有してもよい。これにより、断熱効果を増加することができるが、本発明はこれに限定されない。断熱層１３により、前記廃棄物を処理しているときに発生する熱がシェル１１に伝わり、操作者が火傷することを回避することができる。
前記炉１内に活性炭スラグ層１４が設けられている。活性炭スラグ層１４には、燃焼されて隙間を有する活性炭スラグ粒が充填されている。活性炭層１４は処理空間Ｓに位置する。炉１は、活性炭スラグ層１４により廃棄物が反応されて熱分解される。本実施例の形態では、活性炭スラグ層１４は炉１内の底部に近接する。これにより、廃棄物は活性炭スラグ層１４の上に堆積することができる。炉１は排気管１５を有する。排気管１５は活性炭スラグ層１４と連通する。廃棄物が熱分解されているときに発生されるガスは、活性炭スラグ層１４の隙間を経由して、排気管１５を経由して排出される。排気管１５は、更に、ポンプＰ１などの流体駆動装置により、ガスの流動を促進することができる。これにより、ガスの排出効率を向上することができる。
炉１内にスラグ堆積区１６が設けられていることが好ましい。スラグ堆積区１６は活性炭スラグ層１４の下方に位置する。これにより、廃棄物が活性炭スラグ層１４で熱分解された後に発生する微細な炭化粒およびスラグは、スラグ堆積区１６に落下して堆積する。これにより、ユーザーは、炭化粒およびスラグを便利に清掃することができる。また、活性炭スラグ層１４における活性炭粒がスラグ堆積区１６に落下することを防止するために、活性炭スラグ層１４とスラグ堆積区１６との間には、更に、隔離部材１６ａが設けられている。隔離部材１６ａは、穴径が活性炭粒の粒径より小さい貫通孔であり、又は網目の穴径が活性炭粒の粒径より小さい網状の結構である。廃棄物が熱分解された後、炭化粒およびスラグはそれを通過することができ、前記活性炭粒は落下しない。一方、シェル１１は、活性炭スラグ層１４の位置に、上下側にあるシェル１１と分離可能に結合してもよい。前記結合は螺合を採用してもよい。これにより、活性炭スラグ層１４の取り付け、修理および清掃は便利となる。
炉１は攪拌部材１７を有してもよい。攪拌部材１７は、スラグ堆積区１６内の炭化粒およびスラグに位置合わせして攪拌することができる。本実施の形態では、攪拌部材１７が炉１の底部に位置し、モータなどの従来の駆動装置に駆動されて回転する。炉１の底部に炭素排出口１８が設けられていてもよい。これにより、廃棄物が熱分解された後、形成される炭化粒およびスラグは、攪拌部材１７で攪拌されることにより、炭化粒およびスラグの炭素排出口１８からの排出が促進される。一方、炉１は蒸気投入管１９を有してもよい。蒸気投入管１９は処理空間Ｓと連通する。蒸気投入管１９からの蒸気は処理空間Ｓに投入されて、前記蒸気により、廃棄物が予熱される他、Ｈ２Ｏ＋Ｃ＝Ｈ２＋ＣＯとの化学反応が十分に行われて、一酸化炭素および水素ガスの合成ガスが大量に生成されて利用することができる。これにより、廃棄物の熱分解の効率を増加することができる。
図１及び図２を参照する。マイクロ波放射モジュール２は、活性炭スラグ層１４の位置に合わせて、活性炭スラグ層１４に対してマイクロ波を放射することにより、温度を制御可能な方式で、活性炭スラグ層１４を即時に高温にすることができる。温度が十分に高くなると、高温により、それと接触する廃棄物が熱分解されて分子形態に変換される。マイクロ波放射モジュール２は、例えばマグネトロンなどのマイクロ波放射ユニットを有してもよい。本実施の形態では、マイクロ波放射モジュール２がシェル１１と結合し、マイクロ波がシェル１１及び断熱層１３を浸透し、活性炭スラグ層１４は、前記マイクロ波を完全に吸収し、そしてマイクロ波の照射を受け、温度を制御可能な方式で、異なる廃棄物を熱分解可能な工作温度まで、温度が即時に上昇する。一方、マイクロ波放射モジュール２は複数あってもよい。これにより、シェル１を取り囲むことができ、マイクロ波の照射効率を増加することができる。
次に、本発明に係る廃棄物処理炉の使用方法を説明する。まず、処理空間Ｓに廃棄物を投入すると、前記廃棄物が活性炭スラグ層１４の上方に堆積する。このとき、活性炭スラグ層１４は、マイクロ波放射モジュール２からのマイクロ波に照射されて温度が上昇して、活性炭スラグ層１４の温度が即時に予定の工作温度まで上昇する。活性炭スラグ層１４の温度は、例えば７００℃～１６００℃に上昇して、前記廃棄物の発火点より高くなって、前記廃棄物は、酸素ガス無し又は少量の酸素ガスを有する状態で、燻ぶられて破壊されて、未燃炭の自然発火・熱分解が行われて気化および炭化される。前記廃棄物が熱分解されているときに生成するガスは、活性炭スラグ層１４を通過して、活性炭スラグ層１４は、ガス中の有機物質及び悪臭な分子を吸着して、前記ガスをろ過し、そして化学反応により、前記有機物質および悪臭な分子が再び熱分解される。これにより、前記ガスにおける汚染物質による廃棄物処理炉に対する破壊を回避することができる。一方、活性炭スラグ層１４は、マイクロ波放射モジュール２からのマイクロ波の照射により、温度が上昇するため、活性炭スラグ層１４が自分で発火する。これにより、炉１内の密封空間に入って点火して機器を起動することなどが必要なくなるため、操作者の安全性が向上する。
図１を参照する。本発明に係る処理設備は、前記廃棄物処理炉と、熱交換システム３と、浄化モジュール４と、を備える。熱交換システム３は、炉１と浄化モジュール４との間に接続されている。
熱交換システム３は、炉１の排気管１５と連接することにより、前記廃棄物が熱分解されて形成されるガスを受けて、前記ガスの温度を降下して、前記ガスを浄化モジュール４に流して次の処理を行うことができる。熱交換システム３は第１の熱交換モジュール３１を有する。第１の熱交換モジュール３１に冷卻液体が充填されており、そして第１の熱交換モジュール３１は、前記冷卻液体内に位置する管路を有することにより、前記管路を通過するガスは、前記冷卻液体と熱交換を行って温度が降下する。これは、当該分野の技術者であれば分かるため、説明を省略した。熱交換システム３は貯液部材Ｒを有してもよい。貯液部材Ｒは、液体輸送管Ｔ１を介して第１の熱交換モジュール３１と連通する。これにより、貯液部材Ｒは、第１の熱交換モジュール３１に前記冷卻液体を供給することができる。液体輸送管Ｔ１は、液体輸送管Ｔ１内の流体を流させるために、ポンプＰ２を有してもよく、そして流体の逆流を防止するための逆止弁Ｋ１を有してもよい。
特に、廃棄物が熱分解された後に形成されるガスの温度は１２００℃以上である。第１の熱交換モジュール３１内にある冷卻液体が前記ガスと熱交換した後、蒸気が形成される。第１の熱交換モジュール３１は、蒸気輸送管Ｔ２を介して炉１の蒸気投入管１９と連接することが好ましい。これにより、前記蒸気は、処理空間Ｓ内に投入されて、前記廃棄物を予熱して化学反応を十分に行うことができる。蒸気輸送管Ｔ２は、蒸気の圧力および流量を調整するための圧力調整弁Ｌと、蒸気の逆流を防止するための逆止弁Ｋ２と、を有してもよい。
熱交換システム３は、更に、第２の熱交換モジュール３２と、第３の熱交換モジュール３３と、を有してもよい。第１のチューブＷ１は、第１の熱交換モジュール３１及び第２の熱交換モジュール３２と連通する。第２のチューブＷ２は、第２の熱交換モジュール３２及び第３の熱交換モジュール３３と連通する。第３の熱交換モジュール３３は、第３のチューブＷ３により前記ガスを排出する。第２の熱交換モジュール３２及び第３の熱交換モジュール３３は、同じように、冷卻液体と、冷卻液体内に位置する管路と、を有する。これにより、前記ガスは、第２の熱交換モジュール３２及び第３の熱交換モジュール３３を順番に通過して温度が降下される。
一方、貯液部材Ｒにより、第２の熱交換モジュール３２及び第３の熱交換モジュール３３に前記冷卻液体が供給される。例えば、サイクルチューブセットＷ４は、貯液部材Ｒ、第２の熱交換モジュール３２及び第３の熱交換モジュール３３と順番に連通することにより、貯液部材Ｒ内の冷卻液体が、第２の熱交換モジュール３２及び第３の熱交換モジュール３３に持続に供給されて、貯液部材Ｒへ回流する。冷卻液体を循環に流動するために、サイクルチューブセットＷ４はポンプＰ３を有してもよい。
熱交換システム３は、更に、不純物分離部材３４を有してもよい。不純物分離部材３４は、第１のチューブＷ１に位置してもよい。不純物分離部材３４は、従来のサイクロン集塵機でもよく、不純物分離部材３４を通過するダストが、下へ回転する気流による渦により取り除かれる。これは、当該分野の技術者であれば分かるため、説明を省略した。炉１に処理されたガスは、第１のチューブＷ１により不純物分離部材３４を通過することにより、前記ガスにおける気化されていない粒子が分離されて除去される。サイクルチューブセットＷ４は、不純物分離部材３４と連通することが好ましい。これにより、サイクルチューブセットＷ４における冷卻液体は、サイクル経路において、不純物分離部材３４を通過するガスの温度を降下することができる。
熱交換システム３は、更に、第１の気液分離部材３５及び第２の気液分離部材３６を有してもよい。第１の気液分離部材３５及び第２の気液分離部材３６は、重力沈降または遠心分離などの方式により、気液分離することができる。これは、当該分野の技術者であれば分かるため、説明を省略した。本実施の形態では、第１の気液分離部材３５は、第２の熱交換モジュール３２の出口ポートと第２のチューブＷ２との間に位置し、そして第２の気液分離部材３６は、第３の熱交換モジュール３３の出口ポートと第３のチューブＷ３との間に位置する。第１の気液分離部材３５及び第２の気液分離部材３６により、前記ガス内にあるタール又は木醋液などの副産物は、凝縮されて回収されて、回収管Ｗ５を経由して排出されて貯蔵することができる。
浄化モジュール４は第３のチューブＷ３と連接する。浄化モジュール４は、従来のサイクロンタワーでもよい。これにより、温度が降下したガスを更にろ過することができる。浄化モジュール４は、入口ポート４１と、排気口４２と、を有してもよい。入口ポート４１は第３のチューブＷ３と連通する。入口ポート４１と排気口４２との間にスプレー区４３が設けられている。スプレー区４３は、浄化された水浴を噴霧できる。窒素酸化物および硫化物などの有害物質を除去するために、スプレー区４３の浄化された水に添加物を添加してもよい。前記添加物は、前記ガスにおける有害物質に基づいて添加される。本発明では、これを規制しない。前記ガスは、入口ポート４１から浄化モジュール４に進入して、スプレー区４３の水浴によるフラッシングを受けることにより、前記ガスにおける残留の有害物質が更に除去されて、排気口４２から排出される。
１ 炉
１１ シェル
１２ 原料投入口
１２ａ 蓋
１３ 断熱層
１４ 活性炭スラグ層
１５ 排気管
１６ スラグ堆積区
１６ａ 隔離部材
１７ 攪拌部材
１８ 炭素排出口
１９ 蒸気投入管
２ マイクロ波放射モジュール
３ 熱交換システム
３１ 第１の熱交換モジュール
３２ 第２の熱交換モジュール
３３ 第３の熱交換モジュール
３４ 不純物分離部材
３５ 第１の気液分離部材
３６ 第２の気液分離部材
４ 浄化モジュール
４１ 入口ポート
４２ 排気口
４３ スプレー区
Ｓ 処理空間
Ｒ 貯液部材
Ｔ１ 液体輸送管
Ｔ２ 蒸気輸送管
Ｐ１,Ｐ２,Ｐ３ ポンプ
Ｋ１,Ｋ２ 逆止弁
Ｌ 圧力調整弁
Ｗ１ 第１のチューブ
Ｗ２ 第２のチューブ
Ｗ３ 第３のチューブ
Ｗ４ サイクルチューブセット
Ｗ５ 回収管

Claims (9)

  1. シェルにより処理空間が形成され、内部に活性炭のスラグ層が設けられており、前記活性炭のスラグ層は前記処理空間に位置し、前記活性炭のスラグ層には、燃焼されて隙間を有する活性炭のスラグ粒が充填され、前記処理空間に連通する蒸気投入管と前記活性炭のスラグ層に連通する排気管を有する炉と、
    前記活性炭のスラグ層に位置合わせしたマイクロ波放射モジュールと、
    を備えることを特徴とする廃棄物処理炉。
  2. 前記炉は断熱層を有し、前記断熱層は前記処理空間を取り囲むことを特徴とする、請求項１に記載の廃棄物処理炉。
  3. 前記炉はスラグ堆積区を有し、前記スラグ堆積区は、前記活性炭のスラグ層の下方に位置し、前記活性炭のスラグ層と前記スラグ堆積区との間に隔離部材が設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の廃棄物処理炉。
  4. 請求項１から３の何れかに記載の廃棄物処理炉と、
    前記炉の排気管と連接する第１の熱交換モジュールを有し、貯液部材が前記第１の熱交換モジュールと連接する熱交換システムと、
    入口ポートと、排気口と、を有し、前記入口ポートは前記第１の熱交換モジュールと連通し、前記入口ポートと前記排気口との間にスプレー区が設けられている浄化モジュールと、
    を備えることを特徴とする処理設備。
  5. 前記第１の熱交換モジュールは、蒸気輸送管を介して前記炉の処理空間に連通する蒸気投入管と連接していることを特徴とする、請求項４に記載の処理設備。
  6. 更に、第２の熱交換モジュールと、第３の熱交換モジュールと、を有し、第１のチューブは、前記第１の熱交換モジュール及び前記第２の熱交換モジュールと連通し、第２のチューブは、前記第２の熱交換モジュール及び前記第３の熱交換モジュールと連通し、前記第３の熱交換モジュールは前記浄化モジュールと連通することを特徴とする、請求項４に記載の処理設備。
  7. サイクルチューブセットは、前記貯液部材、前記第２の熱交換モジュール、及び前記第３の熱交換モジュールと順番に連通することを特徴とする、請求項６に記載の処理設備。
  8. 前記熱交換システムは、第１の気液分離部材と、第２の気液分離部材と、を有し、前記第１の気液分離部材は、前記第２の熱交換モジュールの出口ポートと前記第２のチューブとの間と連通し、前記第２の気液分離部材は、前記第３の熱交換モジュールの出口ポートと第３のチューブとの間と連通することを特徴とする、請求項６に記載の処理設備。
  9. 前記熱交換システムは不純物分離部材を有し、前記不純物分離部材は前記第１のチューブに位置することを特徴とする、請求項６に記載の処理設備。
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