JPH0283079A - 廃棄物の熱分解方法及び装置 - Google Patents
廃棄物の熱分解方法及び装置Info
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Abstract
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Description
パイロプラズマ(pyroplas■a)利用の熱分解
により有毒及び有害化合物を処理する装置及び方法に関
する。
型設備及び方法による経済的な廃棄物処理能力を上回っ
ているからである。燃焼による廃棄物処理方法では大抵
の場合、炉又は回転式キルンが用いられている。最近の
傾向として廃棄物分解装置及び方法は、米国特許第4,
644,877号明細書に開示されているようなプラズ
マによる熱分解を利用しており、かかる熱分解方式では
、廃棄物をプラズマアーク・バーナー内に送り込み、こ
こで霧化させると共にイオン化し、次いで反応室内に送
入して冷却し、生成ガス及び粒状物の状態に再結合させ
る。この米国特許の方法では、廃棄物と混和性の溶液、
例えばポリ塩化ビフェニル(PCB)についてはメチル
エチルケトン(MEK)が用いられる。
はいるものの、本発明の目的は、メチルエチルケトンの
ような高価な溶液を使用しないで、供給物の処理量を増
大させると共に炭素粒子の生成量を減少させることにあ
る。
素を用いてプラズマを発生させる段階と、廃棄物と水素
及び酸素源を霧化する段階と、霧化した廃棄物と水素及
び酸素源を、5000℃を越える温度のプラズマ中に射
出して生成ガスと固体粒子の混合物を形成する段階と、
再結合室内でガスと固体粒子の混合物をガス相と固体粒
子相に分離する段階と、固体粒子を別個の区画室に移送
すると共に固体粒子に部分真空を与えて粒子からキャリ
オーバーガスを分離し、該キャリオーバーガスを再結合
室からのガスと化合させる段階と、再結合室からのガス
をスクラバに移送すると共に該ガスに対して水を噴射し
てガスからキャリオーバー固体粒子を除去する段階と、
スクラビングしたガスをスクラバから除去する段階とを
含む。
00℃の使用温度のプラズマを発生させて廃棄物の溶液
を分解してガスと固体粒子の混合物を形成し、廃棄物を
霧化状態で導入する手段と連携して用いられるプラズマ
トーチと、ガスと固体粒子の混合物を受け入れて分離す
る再結合室と、部分真空を生ぜしめて固体粒子からキャ
リオーバーガスを除去する分離器と、再結合室からのガ
スを受け入れる移送室と、ガスを噴射水中に通すことに
より移送室からのガスを清浄にするスクラバと、スクラ
バからのガスの貯蔵手段とを有する。
水及び/又はメタノールを混合して5000°Cを越え
る温度のプラズマアーク中に射出して生成ガスと固体粒
子の混合物を形成する段階と、再結合室内でガスと粒子
の混合物をガス相と固体粒子相に分層する段階と、固体
粒子を別個の区画室に移送すると共に固体粒子に部分真
空を与えて粒子からキャリオーバーガスを分離し、該キ
ャリオーバーガスを再結合室からのガスと化合させる段
階と、再結合室からのガスをスクラバに移送すると共に
該ガスに対して水を噴射してガスからキャリオーバー固
体粒子を除去する段階と、スクラビングしたガスを生成
ガスの流れから除去する段階とを有する。
℃の作業温度のアークを発生させて廃棄物の溶液を焼却
してガスと固体粒子の混合物を形成するプラズマトーチ
と、ガスと固体粒子の混合物を受け入れて分離する再結
合室と、固体粒子からキャリオーバーガスを除去するた
めの部分真空を生ぜしめる固形物分離器と、再結合室か
らのガスを受け入れる移送室と、ガスを噴射水の中に通
すことにより移送室からのガスを清浄にするスクラバと
、スクラバからのガスの貯蔵手段とを有する。変形例と
して、移送室はガス燃焼室であり、燃焼したガスは、通
風手段、例えば、煙突へ差し向けられて大気中へ放出さ
れる。
の処理量が少なくとも3倍になると共に煙道ガスの蟹が
減少するという利点かある0本発明によれば、再結合室
から遊離炭素が直接除去され、しかも、燃焼室内で生成
ガスが燃焼する。変形例として、請求項第(1)項に係
る発明の場合、燃焼用空気の流れを遮断すれば高い燃焼
熱の生成ガスが燃焼プロセスをバイパスして他の用途に
用いられる。
。
に示されている。この熱分解装置は、プラズマトーチ5
と、再結合室7と、スクラバ9と、通風ファン11と、
慣性式トラップ13と、煙突15とを有する。
ズマ技術の応用が実現されている。本発明の方法を実施
する上で好適なプラズマトーチとしては、所謂「アーク
加熱器」が挙げられ、これは、間隔を置いて設けられた
電極間にアークが飛んで有害及び有毒廃棄物を分解する
熱が発生する米国特許第3,765,870号、第3
、791 、949号及び第4.644,877号明細
書に開示されているものと構成及び作用が類似している
。
5内へ送り込まれる。典型的な廃棄物は、有害且つ有毒
であり、ポリ塩化ビフェニルの混合物を約60%、変圧
器の動作により生じ、アスカレル(Askarel)と
通称されているトリクロロベンゼン(TCB)の混合物
を約40%含有している。
にメチルエチルケトン(50重量%)とメタノール(5
0重量%)の混合物から成る溶剤を導入して水素源を供
給すると塩化水素(HCIりが生じる。この溶剤はアス
カレルと混和性である。
,000℃にわたるプラズマアークの高い作業温度で処
理して生成ガスと固体粒子の混合物を形成し、かかる混
合物を再結合室7内へ差し向けると、再結合室内におい
て、入口2Iから導入された空気の存在下で、!1□0
とN2とCOとCOzとN2とHClとから成るガス状
混合物が生じる。
こで苛性水溶液(N(11)H+820)が参照番号2
2でガス混合物に噴霧され、固体粒子が除去されると共
にHCI2が水と混合状態のNaC1に変換される。そ
の結果生じる、NaCj!と炭素粒子を含有したブロー
ダウン水をスクラバから出口23を介して排出する。
ップ13に移送し、ここでもう−度噴射水を受け、炭素
粒子がさらに除去される。ブローダウン水は参照番号2
6で排出される。慣性式トラップ13からガス生成物を
燃焼させて煙突27を通って大気中へ逃がす。上記の手
1@は第1図の工程系統図に示す従来方式の手順である
。
れた導電性のガスを生ぜしめる。「アーク加熱器」を開
示する上述の米国特許明細書に示すように、トーチは、
隙間31だけ間隔を置いて設けられた一対の円筒形電極
28.29を有し、隙間3I内へ加圧状態のガス、例え
ば空気が注入されてアーク33をトーチの内部へ吹き込
む。アークの上流側及び下流側の端はそれぞれ電極28
゜29に位置している。環状ノズル35が電極29と、
円筒形断熱材39により画定されたバーナー室37との
間に配設され、プラズマの炎41がバーナー室37を貫
通している。ノズル35は、複数の周・凹方向に間隔を
置いた状態で半径方向に延びる入口43を有する。
メチルエチルケトンとメタノールの溶剤混合物が用いら
れるが、この混合物はノズル35の入口43を通ってト
ーチ15に導入される。この従来型手順によるPCBの
処理量は、毎分的0.1ガロンである。MEKとメタノ
ールの溶剤混合物はPCBと混和性であり、空気はトー
チガスとして用いられてプラズマを発生させることが注
目される。
B及びTCBと不混和性の水である。水は、プラズマト
ーチへの導入前の廃棄物と混合される。純粋酸素(空気
ではない)がトーチガスとして用いられる。水は水素と
酸素の供給源となり、それにより、第1図の従来型装置
で得られる廃棄物処理量の最大12倍の処理量が達成さ
れる。廃棄物又は供給物はアスカレル流体である。供給
物と水の予備混合に代わる方法は、供給物と水を別々に
空気宮化ノズルを通してトーチ内へ射出することである
。
の従来型トーチ15に利用した場合、毎分最大1ガロン
の多量の処理量が得られる。
本発明が成功裏に終わる。廃棄物と混合する水の量は約
30重量%〜200重量%である。
工程系統図を利用する0本装置は、プラズマトーチ44
と、再結合室45と、燃焼室47と、スクラバ49と、
通風ファン51と、煙突53と、貯蔵タンク55とを有
する。トーチ43(第4図)は、ガスとトーチ43によ
り生じたアークであるプラズマアーク57との相互作用
によりトーチ内部に高温のイオン化された導電性ガスを
発生する。トーチ43内部での相互作用により、ガスが
電子とイオンに解離するが、それによりガスは熱伝導性
及び導電性の状態になる。アーク領域におけるイオン化
ガスはその熱伝導性及び導電性により、エネルギをアー
クから流入中のプロセスガスに伝達する手段となる。こ
の状態は、「プラズマ」と呼ばれており、トーチ内部の
アークの直後領域内に存在し、通常は5000℃〜15
,000℃の極めて高い温度に過熱されている。
い温度及び紫外線によって、有害及び有毒廃棄物の分解
に充分な結合力破壊エネルギが得られる。この熱分解法
はパイロプラズマ・アークトーチ44を用いて圧送可能
な液体/固体混合物を分解するよう構成されている。
の空気霧化ノズル59(第4図)を通ってマニホルド6
1中に注入し、この中で、5000℃を越える温度状態
でプラズマ炎に当たる前に空気と混合される。供給物中
の化合物は、熱力学的平衡に関する基本原理に従って反
応器内温度で一層安定な化合物に改質される0本発明の
好ましい実施例によれば、水(メタノールは使用せず)
と供給物を均質混合した状態で供給物人口63から導入
すると共に空気を空気人口6Sから流入させる。
メタノール(最大25%まで)の両方又はいずれか一方
と混合された状態で静電気ミキサー67を通って導かれ
た供給廃棄物を受け入れ、その復、供給廃棄物は参照番
号69で圧縮空気と合流する。供給廃棄物63はノズル
59から、取付はフランジ71により再結合室45に固
着されたマニホルド61内へ導入される。マニホルド6
1は、環状であり、外側ハウジング72と、耐火材又は
炭化珪素で被覆された黒鉛で構成されているスリーブ7
3との間に位置する。マニホルド61内で供給廃棄物6
3は空気65と混合され、出ロア5を通って放出され、
プラズマ79により火炎域77が形成される。この火炎
域77は供給廃棄物の混合物の部分燃焼の・結果として
生じる。
は、アーク57と、ブラ、ズマトーチ44の円筒形電極
85.87間の隙間83を通って導入されるトーチガス
81とを組み合わせることにより生じる。その結果得ら
れる生成物を再結合室45内へ投入する。
ーチガス、例えば純粋酸素を選択することにより、溶剤
を添加して本装置に投入される元素を調節することによ
り、或いは、反応器温度を選択して成る特定の化合物の
生成を最適化又は最少限に抑えることにより行うのが良
い、燃焼過程では、塩素は酸素と一競合しHz Oより
もHCAの方が生成することになる。熱平衡式に従い、
初期塩素のうち何割かはC1zになり、残部はHClに
変化する。従来型焼却炉では、この比較的高い濃度の塩
素及び酸素と局部的に投入される多量の炭素とが結合す
るので塩素化ダイオキシン及びフランの生成可能性が非
常に高い、一般廃棄物用焼却炉からのフライアッシュ及
び煙道ガスはダイオキシン及びフランを含有することが
知られている。
た雰囲気中で動作し、その結果得られる煙道ガスは大抵
の場合、H2、CO,CO2、N2、H2O及びHCI
!、である、熱力学的観点からは、塩素は全てHClを
生じる。その理由は、H2の濃度が高(,02の濃度が
低いからである。従って、ダイオキシン及びフランを生
成するC 12ラジカル、02ラジカル、Clラジカル
及びOHラジカルは無く、あったとしても非常に少ない
。
、サイクロン分離器のような空気濾過器である再結合室
45に入る。再結・合掌45に入る生成ガス及び固体粒
子の温度は、1000℃〜1500℃であり、好ましく
は1200℃である。
出し、弁91を通って燃焼室47に流入する。固体粒子
の93のうち大部分は室45の底部に沈降する。ここで
固体粒子は堆積し、ついには投棄される。
おり、この弁95は、摺動式停止ロッド99が摺動自在
に挿通した細長い管97を有する。
が設けられており、その目的は、管97を開放して、堆
積状態の固体粒子93を管97及び導管1(13)を介
して分離器1(15内へ落とし込むことにある0分、I
f器の目的は、再結合室45内で固体粒子に混ざったキ
ャリオーバーガスを除去することにある。この目的に照
らして、分離器1(15はサイクロン分離器であり、こ
の中に、固体粒子が導管1(13)から入ると十分に大
きな遠心力により固体粒子は外方へ投げ出されて壁に当
たり分離器タンクの下部内に落下する0分離後のガスは
分1ai1(15から出て濾過器107を通過し、導管
+(15)及び弁111を通り、これより燃焼室47内
へ導かれる。ガスを含まない状態で堆積している固体粒
子を冷却するため、冷却剤人口113及び冷却剤出口1
15を有する熱交換器が配設されている。最後には、固
体粒子93は排出弁を通って分631(15から排出さ
れる。濾過器107の目的は、分離器1(15から出た
後のガスによって運ばれている可能性のある残りの固体
粒子を濾過することにある。
室45に流入して遠心力を受け、その結果、固体粒子9
3は再結合室の下部内に堆積し、ガスは再結合室から流
出して濾過器119を通過し出口89に至る。濾過器1
19は濾過器107と同様、ガスにより運ばれて出口8
9に至り、これよりP!焼室47内へ流入しようとする
固体粒子の大部分を除去することは明らかである。かか
る通常の動作中は弁91は開放状態、導管1(15)内
の弁111はM1j状態にある。装置全体が閉じている
ので、通風ファン51は数個の構成要素45゜47.4
9及びこれらを相互に連結している導管中に部分真空を
保、したがって、弁91が開放状態にあると、ガスは再
結合室45から導管119を通って移動する。
くと、分離器1(15を出たガスは、通風ファン51に
より得られる部分真空によって導管1(15)を通って
燃焼室47に運ばれる。
H2、C02CO2、N2、N20.HCf)を燃焼さ
せることにある。この目的のため、これらのガスを、C
O2、N20.N、及びHCj!を含むガス混合物に変
換するための空気人口123が設けられている。しかる
後、ガス混合物はスクラバ49に入る。
成ガスの導管として役立つ、ガスは燃焼室47を出て導
管125を通ってスクラバ49に流入し、ここで、ガス
中に存在する固体粒子の除去のため、λ口1237を介
して噴射水をガスに当てる。その結果生じる固体粒子含
有のブローダウン水はスクラバ49の下部内に溜まり、
ここから出口+31を介して定朋的に排出される。
を塩化物に変換するため、苛性溶液を参照番号133の
ところで水に加える。好ましい苛性溶液は、次式に従っ
てHCfと反応する水酸化ナトリウム′(N(11)H
)である。
じる化合物(NaC1)はブローダウン水129と共に
スクラバから排出される。結果的に得られたガス混合物
は、CO2、N20及びN2を含み、これらは導管13
5を通って通風ファンを通過し、導管137を通って煙
突53へ移動し、ここから固体粒子を含有しない状態の
非有毒ガスとして大気中へ放出される。
流入する生成ガスの単なる導管として用いる場合、ガス
は非燃焼状態でスクラバ49を通過する、この場合にも
、ガスは、HClの除去のため苛性溶液が加えられ、そ
して、N2とCOとCO2とN2とHz Oとから成る
可燃性燃料として導管135を経てスクラバから出る0
通風ファン51から燃料は弁139により変向し導管1
41を通って貯蔵タンク55に入り、ここから必要に応
じて取り出される。
のところでスクラバ内へ再び導入する再循環手段を有す
る。このため、ブローダウン水のうち何割かは出口14
2から抜き出されるが、残りのブローダウン水は液固分
離器143及び熱交換器145を通って移動する。液固
分離器143はブローダウン水中の固体粒子を除去する
よう働く、熱交換器145は水を所望の温度に調節する
よう働<、スクラバタンク内のブローダウン水中に残存
している苛性溶液を、予定の目的に用いるためスクラバ
タンクへ再循環させる。
示す装置に比べ、供給物処理量が毎分少なくとも3ガロ
ンに増大し、燃料用ガスの蟹が際立って減少する。また
、本発明の装置は、再結合室から遊離炭素を直接除去し
、燃焼室内で生成ガスを燃焼させる。高い燃焼熱の生成
ガスは、燃焼用空気人口123を閉じると燃焼プロセス
をバイパスするので他の目的への使用が可能になる。固
形物除去装置は最初のうちは原理上、指定した時間間隔
で開放される高温放出弁95を利用している。放出弁を
閉じる場合には弁91を開くと共に弁111を閉じる。
弁111を開く、このようにして、遊離炭素(固体粒子
)を再結合室45から吸い出して固形物骨#器1(15
に導入する0次に、冷却後の遊離炭素を止め弁+17を
用いて除去する。スクラバ流出液を再循環させて戻すが
、炭素が第1図の装置に生じる問題を深刻にすることは
ない。
な相違は、本発明によれば、水又はメタノールが供給物
である廃棄物との混合に用いられて水素及び酸素源を第
4図に示すような新規な供給装置に提供し、それにより
従来型装置の廃棄物処理量の約10倍の廃棄物処理量が
得られる。さらに、水及びメタノールは、従来型装置で
用いられるメチルエチルケトン/メタノール溶剤よりも
安価な溶剤である。加えて、本発明の方法では、供給物
をプラズマ流の中へ噴霧する空気霧化ノズルが用いられ
るが、この方式は従来型構造の単一供給リングに改良を
加えたものである。
ズマアーク内へ直接注入され、特に塩素化芳香族化合物
の処理の際に多量の望ましくない炭素が生じる。第4図
の装置の供給系統を用いると、空気又は酸素はプラズマ
炎との接触前に混合されるので炭素の生成が防止される
。
の大部分を燃焼室に入る前に除去する。再結合室が固体
粒子の大部分を分離するので、従来型装置と比べ、プラ
ズマトーチへの供給量を多量にすることができる。同時
に、より大きな粒子の粒状物を供給できる。その理由は
、これは固形物分離器により容易に除去できるからであ
る。
フローダウン水をスクラバから再循環させることにより
水の消費量を減少できる。
に用いることができ、このようにすると廃棄物処理量が
増大すると共に空気中の窒素との反応により生じるシア
ン化物(HCl)の生成が減少する。かくして、従来型
装置におけるシアン化物生成の問題が実質的に無くなる
。
程系統図である。 第2図は、従来型構造のパイロプラズマ・ユニットにお
ける断面図である。 第3図は、本発明のパイロプラズマ・ユニットの工程系
統図である。 第4図は、本発明のパイロプラズマ・ユニットにおける
断面図である。 〔主要な参照番号の説明〕 44・・・プラズマトーチ、45・・−再結合室、47
・・・燃焼室、49・−・スクラバ、51・・・通風フ
ァン、53・・・煙突、55・・・貯蔵タンク、57・
・・プラズマアーク、59・−・空気霧化ノズル、65
・・・マニホルド、77・・−火炎域、85.87・・
・電極、93・・・固体粒子、1(11・・・放出弁。 特許出願人:ウェスチングハウス・エレクトリック・コ
ーポレーション 代 理 人:前原 紘一部(外1名) d傭 エく 1ビ 、 4廻
Claims (18)
- (1)廃棄物の熱分解方法であって、トーチガスとして
酸素を用いてプラズマを発生させ、廃棄物と水素及び酸
素源を霧化し、霧化した廃棄物と水素及び酸素源を、5
000℃を越える温度のプラズマ中に射出して生成ガス
と固体粒子の混合物を形成し、再結合室内でガスと固体
粒子の混合物をガス相と固体粒子相に分離し、固体粒子
を別個の区画室に移送すると共に固体粒子に部分真空を
与えて固体粒子からキャリオーバーガスを分離し、該キ
ャリオーバーガスを再結合室からのガスと化合させ、再
結合室からのガスをスクラバに移送すると共に該ガスに
対し水を噴射してガスからキャリオーバー固体粒子を除
去し、スクラビングしたガスをスクラバから除去するこ
とを特徴とする廃棄物の熱分解方法。 - (2)廃棄物と水素及び酸素源の霧化に先立って、水素
及び酸素源を均質混合することを特徴とする請求項第(
1)項記載の廃棄物の熱分解方法。 - (3)水素及び酸素源は、水とメタノールとから成る群
から選択した化合物であることを特徴とする請求項第(
1)項又は第(2)項記載の廃棄物の熱分解方法。 - (4)水素及び酸素源は、水であることを特徴とする請
求項第(1)項、第(2)項又は第(3)項記載の廃棄
物の熱分解方法。 - (5)廃棄物への水の添加量は、約30重量%〜約20
0重量%であることを特徴とする請求項第(4)項記載
の廃棄物の熱分解方法。 - (6)廃棄物への水の添加量は、約50重量%であるこ
とを特徴とする請求項第(5)項記載の廃棄物の熱分解
方法。 - (7)廃棄物へのメタノールの添加量は、約25重量%
であることを特徴とする請求項第(3)項記載の廃棄物
の熱分解方法。 - (8)再結合室内での分離後のガスはHClを含み、次
の段階において、苛性アルカリ溶液を噴射水に添加して
HClのうちいくらかを中和することを特徴とする請求
項第(2)項記載の廃棄物の熱分解方法。 - (9)再結合室内での分離により生じたガスは、H_2
、H_2O、CO、CO_2、N_2をも含むことを特
徴とする請求項第(8)項記載の廃棄物の熱分解方法。 - (10)スクラバへのガスの移送に先立って、ガスを燃
焼室に移送して燃焼させ、H_2とH_2OとCOとC
O_2とN_2で構成されるガス混合物を生ぜしめるこ
とを特徴とする請求項第(9)項記載の廃棄物の熱分解
方法。 - (11)スクラビング及び水噴射後、スクラビングした
ガスを大気中に放出することを特徴とする請求項第(1
)項〜第(10)項のうちいずれか一つの項に記載の廃
棄物の熱分解方法。 - (12)噴射水をスクラバ中に再循環させることを特徴
とする請求項第(11)項記載の廃棄物の熱分解方法。 - (13)廃棄物は、圧送可能な物質から成ることを特徴
とする請求項第(1)項記載の廃棄物の熱分解方法。 - (14)廃棄物と水素及び酸素源の霧化を、液体廃棄物
と水の混合物中への加圧空気の圧入により実施すること
を特徴とする請求項第(1)項〜第(13)項のうちい
ずれか一つの項に記載の廃棄物の熱分解方法。 - (15)廃棄物の熱分解装置であって、廃棄物を霧化状
態で導入する手段と連携して用いられ、少なくとも50
00℃の作業温度のプラズマを発生させて廃棄物の溶液
を分解してガスと固体粒子の混合物を形成するプラズマ
トーチと、ガスと固体粒子の混合物を受け入れて分離す
る再結合室と、部分真空を生ぜしめて固体粒子からキャ
リオーバーガスを除去する分離器と、再結合室からのガ
スを受け入れる移送室と、ガスを噴射水の中に通すこと
により移送室からのガスを清浄にするスクラバと、スク
ラバからのガスの貯蔵手段とを有することを特徴とする
廃棄物の熱分解装置。 - (16)移送室は、燃焼室であることを特徴とする請求
項第(15)項記載の廃棄物の熱分解装置。 - (17)再結合室、分離器、移送室及びスクラバは、通
風ファン手段に相互連結されていることを特徴とする請
求項第(15)項又は第(16)項記載の廃棄物の熱分
解装置。 - (18)廃棄物を霧化状態で導入する前記手段は、加圧
空気を廃棄物と水の混合物中に圧入する手段を含むこと
を特徴とする請求項第(15)項、第(16)項又は第
(17)項記載の廃棄物の熱分解装置。
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