JPH0344791B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は廃棄物質、たとえばポリ塩化ビフエニ
ール類（PCB類）の熱分解方法およびその装置
に関する。

その使用が禁止され、効果的に処理しなければ
ならない有毒な化合物または危険な化合物の数が
増大している。PCB類の他の有機亜リン酸化合
物類、有機窒素化合物類および有機金属化合物類
があり、その他の物質と同様に大量に存在し、効
果的な処理手段を必要としている。大多数の有毒
な化合物類は、PCBを含んでいるコンデンサー
のようにたいていは有機成分と無機成分が合体し
ている混成マトリツク型をしている。これらの有
毒な化合物類は利用できる安全な処理技術はほと
んどない。

このような有毒な廃棄物を処理するのに熱分解
法、化学的解毒法、長期的カプセル封入法、特殊
埋立て法などのいろいろな方法が試みられてき
た。高温焼却を除いては、このような廃棄物質を
安全に処理することにはほとんど成功しなかつ
た。これまで試みられたこれらの方法は、均質な
廃棄物の供給流以外のものを処理することができ
ないか、またな廃棄物質中の比較的低い濃度の有
毒な化合物を処理することができるにすぎない。
また、今日までいろいろ試みられた処理方法はほ
とんど工業化されなかつた。これらの諸方法が完
全に安全であることを取締り機関に立証すること
ができなかつたためである。

先行技術の諸方法の中では熱分解が最も有望で
あつた。しかしながら、有毒な廃棄物質は通常は
きわめて安定な有機分子であり、熱分解をもたら
す高温での活性停止時間を長く必要とする。燃焼
または焼却システムのあるものは必要な条件を充
足するが、必要とする諸設備はきわめて大規模な
ものとなり、焼却プロセスの諸生成物にはもとの
有毒な廃棄物と同程度の処理問題が生ずる。

従来、電気プラズマ・アークを利用して有毒な
廃棄物を分解するいろいろな試みがなされた。諸
実験による立証は、プラズア・アークは有毒な有
機化合物を原子化しイオン化することができるこ
と並びにこれらの原子およびイオンが通常な再結
合して簡単な生成物になることを示した。一方、
残留する有毒な諸物質が生成し、これらは捕捉す
ることができる。その結果、影響をおよぼす量の
有害な諸物質を周辺に放出するということはな
い。

しかしながら、本発明になつてはじめて、この
廃棄物分解法が安全であることを取締り当局に納
得させ、十分に高い信頼性と効率をもつて廃棄物
質を熱分解する、工業的に実施可能な方法ができ
た。

本発明はプラズマ・アーク装置を利用して廃棄
物質を原子化イオン化しているが、十分に高い効
率をもつて簡単な、コスト的に効果を期待し得る
やり方で再結合生成物を中和して浄化し、環境汚
染を起さないと考えられる。

本発明を一面から見れば、廃棄物質を高温プラ
ズマ・アークにさらして、この廃棄物質を原子化
しイオン化する諸ステツプからなる廃棄物質を熱
分解する方法を提供するものである。原子化され
イオン化された廃棄物質は次いで反応室内で冷却
されて、生成ガス微粒物質を含んだ再結合物質を
生成する。この再結合生成物をアルカリ液霧化ス
プレーで急冷して中和し、微粒物質を湿潤する。
生成ガスを再結合生成物から抽出し、この抽出し
た生成ガスを焼却する。

本発明をまた別の一面から見れば、廃棄物質を
熱分解する装置を提供するものである。

本装置は、２個以上の、同一直線上にある中空
電極およびその電極の間にプラズマ・アークを安
定させ手段を備えたプラズマ・バーナーからなつ
ている。電力供給源は電極に接続されてプラズ
マ・アークを生じさせ、冷却手段が設けられて電
極を冷却する。反応容器はプラズマ・バーナーに
接続され、プラズマ・アークを受け入れる、耐火
性の内張りをした反応室を備えている。プラズ
マ・アーク中に廃棄物質を注入して原子化しイオ
ン化し、次いで反応室中で再結合して再結合生成
物にする諸手段が設けられる。反応室は再結合生
成物をそこから排除する排出口を備えている。ス
プレー・リングは反応室の排出口に通じている。
アルカリ液の加圧供給源はスプレー・リングに接
続されて、スプレー・リングに通じる。スプレ
ー・リングは再結合生成物を急冷して中和するた
めのものである。再結合生成物中の液体微粒物質
から生成ガスを分離するために、スクラツバーが
スプリング・リングのアウト・プツトに通じてい
る。液体微粒物質と生成ガスをそこから排除する
ために諸手段がスクラツバーに連結されている。

諸図面を参照しながら本発明を説明する。

本発明のプラズマ熱分解システムを総括して参
照数字１０で示す。熱分解系１０の主要構成諸要
素は、廃棄物質を原子化イオン化するためのプラ
ズマ・バーナー１２を備えている。反応容器１４
は原子化されイオン化された廃棄物質を受け入
れ、ここでこれを冷却して再結合し、生成ガスと
微粒物質にする。これらの再結合生成物は反応容
器１４からスクラツバー１６へ行き、ここで高圧
アルカリ液スプレーによつて急冷されて中和され
る。次いで、再結合生成物はスクラツバー１８へ
吸引され、ここで生成ガスが液体微粒物質から分
離される。次いで、インダクシヨン・フアン２０
は生成ガスをフレア・スタツク２２に送つて焼却
するか、活性炭フイルター２４へ送る。プラズマ
熱分解システム１０の全装置はきわめてコンパク
トである。このシステムでは、すべてを13.7メー
トルの可動ヴアン・タイプのドロツプ・ベツド・
トレイラーに取付けることができ、分解さること
になつている有毒な物質が存在する所ならどこへ
でも熱分解システム１０を移動または移送するこ
とができるようにする。

プラズマ・バーナー１２は、一対の、同一直線
上にある中空電極２６，２８を備えている。電極
２６，２８はそれぞれ電気ケーブル３２，３４に
よつて、内部で適当な電力供給源に接続されてい
る。電力供給源３０は500KWに評価される６パ
ルス・サイリスター水冷ユニツトであり、電力会
社の電極線から供給される一次の480ボルト、三
相電力に接続できるようにされている。電力供給
源３０は直流の電力を電極２６，２８に送り、
200〜500KWの可変プラズマ出力を生ずる。

プラズマ・バーナー１２によつて発生されるプ
ラズマ・アークは、低温プラズマと全く対照的な
高温プラズマ（温度は5000℃を上まわり、50000
℃まで上げることができる。）である。低温プラ
ズマの場合は、プラズマ・アークを発生し、持続
させるには不活性ガスまたは真空を必要とする。

プラズマ・バーナー１２中のプラズマ・アーク
は、アークをスピンする環状電磁場コイル３６，
３８によつて安定化されるか一直線状にされる。
その上、電極２６，２８の間に設けた環状ギヤツ
プ４０をエア供給ライン４４によつて接続するこ
とができる。エア供給ライン４４は、高圧ガス供
給源４２に通ずる適当な調節バルブ４６を備えて
いる。適当なガス導入リングを用いて、高圧エア
の供給を利用してプラズマ・バーナー１２内に渦
巻きを作り出し、アークをスピンするか一直線状
にするのを助けることもできる。毎分0.75立方メ
ートルの低い流速と690KPaの圧力で渦巻き状の
エアがプラズマ・バーナー１２に供給される。こ
のエアの量は、ほとんどの廃棄物質の燃焼に必要
とされる化学量のエアの１または２パーセント以
下であるから、微々たるものにすぎない。それ
故、本方法は事実上はやはり熱分解である。

電極２６，２８と電磁場コイル３６，３８は、
冷却パツセージ４７，４９によつて電極や電磁場
コイルの周囲または中を循環する冷却水を用いて
冷却される。冷却パツセージ４７，４９は、たい
ていは590リツトルの貯蔵タンクまたは貯留容器
４８という冷却水供給源に接続されている。冷却
水は、たいていは、毎分160リツトルの速度と
690KPaの圧力で閉回路内を循回する。適当なポ
ンプ５０が冷却水供給ライン５２内に設けられ、
またバルブ５４が冷却水回収ライン５６内に設け
られている。バルブ５４は冷却水の流速をコント
ロールするのに利用することができる。または、
その代りに水流をコンスタントにすることができ
るし、また熱交換機（図に示されていない。）を
冷却水回収ライン内に組み込んで、冷却水回路に
よる熱の除去速度をコントロールすることができ
る。冷却水の一部はまた電力供給電気ケーブル３
２，３４上の冷却ジヤケツトを通つて冷却ライン
５８によつて循環し、電気ケーブル３２，３４を
冷却する。冷却には、適合した水または脱イオン
水が使用される。

プラズア・バーナーそれ自体は本発明の一部で
あるとは考えられないから、それ故更に詳細には
説明しない。しかしながら、基本的なプラズマ・
バーナーは、アメリカ合衆国ペンシルバニア州ピ
ツツバーグ市のウエスチングハウス・エレクトリ
ツク・コーポレーシヨンの製品から選んで使用す
ることができる。その構造は1974年８月27日に発
行された米国特許第3832519号公報に開示された
ものと事実上同じである。

廃棄物質は、毎分約4.5リツトルの速度で廃棄
物供給ライン６０を経由してプラズマ・バーナー
に供給される。第１図に示すように中空電極２
６，２８の間に、または第６図に示すように中空
電極２６，２８に沿つて、共軸的に取り付けた１
個以上の環状インレツト・リング６２（第１図に
は１個だけが示されている。）に廃棄物供給ライ
ン６０が接続されている。廃棄物質はインレツ
ト・リング６２の中を通つて流れ、電極２６，２
８によつて範囲を限定された同一直線上にある電
極間のスペースに直接噴射される。廃棄物質がプ
ラズマ・バーナ１２に入るときにそれをスプレー
トしたり霧化したりする必要はない。

第６図は、インレツト・リング６２が反応容器
１４の近くの電極２８の排出口端部に共軸的に取
り付けたもう一つの実施態様を示す。

この実施態様においは、廃棄物質はやはり、ア
ークが始まる環状ギヤツプ４０の下流を除いたプ
ラズマ・アークの狭い通路に直接供給される。廃
棄物質の進入がプラズマ・アークの生成または発
生を妨げてはいけないからである。

廃棄物供給源は２個以上の貯留容器６４，６６
を備えている。貯留容器６４はエタノールのよう
な毒性のない有機液体を含有している。始動中は
先駆物質の供給としては、そして本システムの停
止中は熱分解システム１０をフラツシユするため
に、この毒性のない有機液体がプラズマ・バーナ
ー１２に供給される。貯留容器６６は分解される
ことになつている廃棄物質を含有している。好ま
しい実施態様においては、廃棄物質は液体または
液化した形態をしなている。貯留容器６４，６６
は供給ライン７０，７２を経由してスリー・ウエ
イ・バルブ６８に接続されている。

可変速廃棄物供給ポンプ７４は、廃棄物供給ラ
イン６０を経由してプラズマ・バーナー１２へ毒
性のない有機液体かまたは廃棄物質を送付する。
廃棄物供給ライン６０には付加的な停止バルブ７
６が設けられ、以下に詳細に述べるように不利な
状態が発生した場合には廃棄物の流れを停止す
る。

プラズマ・バーナー１２は適当なやり方で反応
容器１４に接続されている。反応容器１４は耐火
性内張り７８を施したシリンダー状のステインレ
ス・スチール・ハウジングからなり、反応容器１
４の内部容量が約２立方メートルの容量を有する
反応室７９を形成する。耐火性内張り７８はカオ
リンを繊維状にした物質から形成され、
KAOWOOLの商標を付してカナダ国オンタリオ
州バーリントン市のバブコツク・アンド・ウイル
コツクス・リフラクトリイズによつて販売されて
いる。反応容器１４内部な通常の温度範囲は900
〜1200℃である。反応容器１４は、同軸的に取付
けられてプラズマ・バーナー電極２６，２８に通
じている中空のシリンダー状部材８０を備えてい
る。シリンダー状部材８０は、プラズマ・アーク
を受けいれて反応容器１４に導く、中空のグラフ
アイト製シリンダー８２を備えている。冷却水パ
ツセージ８４，８６は、プラズマ・バーナー１２
中の冷却水パツセージ４７，４９に通じており、
グラフアイト製シリンダー８２を冷却する。シリ
ンダー部材はKAOWOOLという耐火性物質を詰
めて冷却水パツセージを保護している。

反応容器１４はまたはグラフアイト製炉床を備
えているか、またはグラフアイト製シリンダー８
２から軸方向に間隔を置いて配置した排出口シー
ドル８８を備えている。シリンダー状部材８０か
ら発する衰弱したプラズマ・スペイシスはグラフ
アイト製排出口シールド８８に当る。排出口シー
ドル８８は横の排出口開口部９０を備えている。
排出口開口部９０はグラフアイト製シールドの中
空の中心に通じていて、反応容器１４の排出口を
形成している。横の排出口開口部９０は、反応容
器内で形成された微粒物質または灰物質が反応容
器の排出口を通り抜けることを可能とするに足る
乱気流を生じさせる。

プラズマ・バーナー１２とグラフアイト製シリ
ンダー８２の内部領域はプラグ流原子化ゾーンと
して役立ち、一方反応容器内部は混合再結合ゾー
ンとして役立つ。原子化ゾーン内での滞留時間は
たいてい約500マイクロ秒であり、再結合ゾーン
内での滞留時間はたいてい約１秒である。

スプレー・リング１６は反応容器の排出口に通
じ、そこから出て来る生成ガスと微粒物質を受け
いれる。スプレー・リング１６はステインレス・
スチールで形成され、内部に中空のシリンダー状
スリープ９２を備えている。シリンダー状スリー
プ９２には内側に向けたスプレー・ノズル９４が
環状に３列設けられている。各列のスプレー・ノ
ズル９４の周辺上に位置は、均一に互い違いに配
置されている。スプレー・ノズル９４は、高圧急
冷液体を満たした環状チヤンネル９６に通じてい
る。スプレー・ノズル９４は、この急冷液体を霧
化し、ミクロン・サイズの小滴の均一なスプレー
を生成して、スプレー・リング１６の中を通る生
成ガスと微粒物質を急冷する。内部スリーブ９２
の内径は約10.5センチメーターであり、内部スリ
ーブ９２の長さは約25.5センチメーターである。

スプレー・リング環状チヤンネル９６は高圧急
冷水の貯留容器９８に接続している。貯留容器９
８はたいていは136リツトル・タンクであり、適
当なバルブ１０２を経由して家庭用水供給源によ
つて供給される。必要があれば、バブル１０２の
先にエア・ギヤツプ（図に示されていない。）を
設けて、家庭用水供給源から熱分解システム１０
を隔離することができる。可変速ポンプ１０４を
用いて、毎分45リツトル、1034KPaの速度で貯
留容器９８内の急冷水がスプレー・リング１６に
供給される。これは第１図には示されていないけ
れども、急冷水の流れの一部を、主流に再合流す
る前に電力供給源内のサイリスターの冷却に使用
することができる。急冷水供給ライン１０８に設
けられたバルブ１０６は毎分約20〜40リツトルの
速度で急冷水の流れを持続させる。

アルカリ液供給容器１１０は、スプレー・リン
グ１６に供給される急冷水にアルカリ物質を添加
するために設けられている。アルカリ液貯留容器
１１０は、たいていは水酸化ナトリウム液、すな
わち、苛性ソーダ液用の250リツトル・ドラムで
ある。

可変速ポンプ１１２は、毎分９リツトル、
1034KPaの速度で適当なバルブ１１４を経由し
て苛性ソーダ液を急冷水供給ライン１０８に送
る。十分な量の水酸化ナトリウムが急冷水に供給
されて、反応容器１４から発生する酸性ガス類を
中和する。この目的のためには、スクラツパー１
８に出て来る急冷水のPHをモニターするPHセンサ
ー（図に示されていない。）によつてポンプ１１
２の出力はコントロールされている。本明細書の
目的さらすると、「中和」の用語はたいていは５
〜９のPHを意味するものである。

スクラツバー１８は中央部のイントレツト１１
６を備えていることが図に示されている。中央部
のイントレツト１１６は適当な導管１１８を経由
してスプレー・リング１６のアウト・プツトに接
続している。スクラツバー１８はたいていは直径
が約60センチメートル、高さが１メートルのステ
インレス・スチール製のシリンダー状タンクであ
り、インレツト１１６に通ずる、直径が約12セン
チメートル、長さが70センチメートルの中央部の
垂直なチユーブ１２０を備えている。スクラツバ
ー１８の内側に取り付けたエキスパンド・メタ
ル・バスケツト１１２は、多数の放射状に伸びる
彎曲翼板１２６を有するソリツド・ボトム・プレ
ート１２４を備えている。そのため、中央部のイ
ンレツト・チユーブを経由して下降する再結合生
成物の流れはボトム・プレート１２４と翼板１２
６に当り、時計と反対方向に渦巻き流となつて流
れるようになる。エキスパンド・メタル・バスケ
ツト１２２は、垂直に間隔を置いて配置された一
対の周囲のシート状メタル防止材１２８を備えて
いる。このようにして、エキスパンド・メタル・
バスケツトの壁面と交差して圧力の差が生ずる。
そのためそこを通る流れは再結合生成物中のガス
生成物から液体と微粒物質とを分離させる。この
意味では、スクラツバー１８はメカニカル・スク
ラツバーである。ガス生成物は、渦巻き流の通り
道に配列したエルボー１３０を経由して上方に流
れ続けて流出する。エルボー１３０はスクラツバ
ー排出口１３２を形成している。スクラツバー排
出口１３２は、インダクシヨン・フアン２０の吸
引側に至る適当な導管１３４（第１図参照）に接
続している。

スクラツバー１８は下部液溜１３６を備えてい
る。液溜１３６には液体と微粒物質がたまり、ド
レン・ポンプ１３８によつてはがされて、更に処
理するために排出ライン１４０を経由して下水管
または貯留タンクへ送られる。リキツド・レベ
ル・コントロール１４４がスクラツバー１８の液
溜内に取り付けてあり、ポンプ１３８をコントロ
ールする。もし必要があれば、スリー・ウエイ・
バルブ１４６が設けられ、液体と微粒物質をサン
プリング・ライン１４８に導く。

インダクシヨン・フアン２０はたいてい毎分
21.2立方メートルの能力がある。イングタシヨ
ン・フアン２０はスクラツバー１８と反応容器１
４において絶えず排気してシステム内を大気圧よ
りやや低い圧に保つている。

スクラツバー１８から出る生成ガスはイングク
シヨン・フアン２０を通つてスリー・ウエイ・バ
ルブ１５０に送られる。正常な運転中は、ガス生
成物の流れはブルブ１５０を経由してフレア・ス
タツク２２へ行く。フレア・スタツクではガス生
成物を電気で焼却する。このガスは主として水
素、一酸化炭素および窒素である。それ故、この
ガスは約1800〜2100℃の温度でクリーンな焔をあ
げて燃焼する。フレア・スタツク大気汚染コント
ロール装置として役立ち、可燃ガスとその他の微
量生成物を焼却する。

また一方、生成ガスを焼却して炎にしてしまう
よりは、むしろ燃料ガスとして利用することがで
きる。フレア・スタツク２２に送られる生成ガス
は適当なセンサー１５２によつてサンプルされ
る。センサーは後述する生成ガス分析装置１５４
に接続されている。

カーボン・フイルター２４はインプツト・ライ
ン１５６を経由してスリー・ウエイ・バルブ１５
０に接続している。インプツト・ライン１５６は
カーボン・フイルター２４内のインレツト１５８
に通じている。カーボン・フイルター２４は、長
方形のボツクス、すなわちハウジング１６０を備
えている。

ハウジング１６０は側面積が約60平方センチメ
ートル、厚さが30センチメートルで、通気パイプ
１６４（第１図参照）に通じる排出口１６２を備
えている。カーボン・フイルター２４は、活性炭
１６８を詰めた、厚さが約15センチメートルの、
金網を取り付けたコンパートメント１６６を中央
に備えている。万一、停電やプラズマの消失が起
きた場合には、スリー・ウエイ・バルプ１５０は
生成ガスをフレア・スタツク２２からカーボン・
フイルター２４へ方向転換し、生成ガス中の、い
かなる微量の未処理の有毒な物質も放出される可
能性をなくする。

フレア・スタツク２２での焼却が、この種のい
かなる微量の危険な物質も分解することは信じら
れるとは言え、生成ガス分析装置１５４を設け
て、プラズマ熱分解システム１０の廃棄物質の分
解効率を十分に高くして、生成ガス中の、微量の
いかなる有毒な物質または危険な物質も取締り当
局が設定した基準をはかるに下まわることを保証
する。万一、生成ガス中に検出された微量の危険
な物質のレベルが特定の取締り当局によつて設定
された限界を上まわつている場合には、生成ガス
分析装置１５４がこの量を測定して、プラズマ熱
分解システム１０のオペレーテイング・パラメー
タが適正となつて微量の危険な物質のレベルが前
述の限界内におさまるまで、自動的に廃棄物質の
供給流を遮断する。

生成ガス分析装置１５４は、Hewlett−
Packard5970A マス選択検知器にHewlett−
Packard5792A ガス・クロマトグラフを組合せ
た形式のマス・スペクトロメーターを備えてい
る。サンプリングの一方式を挙げれば、まず生成
ガスの100リツトルをサンプルにとり、ヒート・
トレース・ラインを経由してこれを微粒子フイル
ターに通してカーボンを除去する。クリーンにさ
れたガスはそれらから吸収装置を通されるが、捕
捉の効率は約99％である。吸収装置は次に急速に
加熱されて、捕捉された有機物が放出される。分
析するために窒素気流がその有機物をマス・スペ
クトロメーターに選ぶ。ある種のイオンに相当す
る６種の比質量についてマス・スペクトロメータ
ーはスキヤンする。その種のイオンの存在は有毒
な廃棄物の分解程度を示すか、可能性のある新た
な有毒な化合物の生成を示す。万一、これらの化
合物の濃度が取締り当局が設定した予め規定の限
界を超えた場合には、プラズマ・バーナーに対す
る廃棄物の供給は停止される。もし濃度の限界を
超えない場合には、分析サイクルは自動的には繰
返えされる。生成ガス中に明確にスキヤンされな
かつた微量の危険な物質が万一存在した場合に
は、マス・スペクトロメーターは、やはり原子量
200〜450の化合物をスキヤンする。もし特定の取
締り当局によつて要求される場合には、これを10
〜600の範囲に拡大することができる。もし未知
の化合物が危険な化合物の原子量に相当する原子
量を有し、取締り当局によつて設定された限界を
超えた量であることが検知された場合には、その
時にはプラズマ・バーナーへの廃棄物質の供給は
やはり停止される。そして、詳細に後述されるよ
うに自動遮断プロセジユアが開始される。

危険の物質について生成ガスをモニターするこ
とに加えて、水素、水、窒素、メタン、一酸化炭
素、二酸化炭素、エチレン、エタン、アセチレ
ン、プロパン、プロピレン、１−ブテン、塩化水
素のような物質について、ガス、クロマトグラフ
イ・システムがやはりオン・ライン分析を行な
う。たとえば、スクラツパー１８から出る液体微
粒物質についての分析と同時に行なう塩化水素に
ついての分析は、スプレー・リング１６による酸
性の塩化水素ガスの中和の効率を測定する。

再び第１図を参照しながら説明すると、エア供
給源４２はまたエアを供給して、ウオター・ライ
ンにエアを吹きこみ、スリー・ウエイ・バルブ１
５０を操作して冷却水貯留容器４８と急冷水貯留
容器９８を加圧する。エア供給源４２は、エア・
ヘツダー１７０に供給する550リツトルの加圧タ
ンクと共に毎分2.0立方メートル、800KPaの能力
があるコンプレツサーを備えている。従来のエ
ア・フイルター、エア・ドライヤーおよび圧力調
整装置（図に示されていない。）が使用される。
スリー・ウエイ・バルブ１５０はエア・ライン１
７２と適当なコントロール・バルブ１７４によつ
て操作される。スリー・ウエイ・バルブ１５０お
よびコントロール・バルブ１７４が操作され、そ
の結果、正常な操作が行なわれている間は生成ガ
スはフレア・スタツク２２に送られるが、万一生
成ガス中に好ましくない物質を検出した場合、運
転が停止した場合、または停電した場合、コント
ロール・バルブ１７４がスリー・ウエイ・バルブ
１５０を操作して生成ガスをカーボン・フイルタ
ー２４にかけて通す。

エア加圧ライン１７６，１７８は、それぞれ急
冷水供給ライン１０８および冷却水供給源にエア
を吹き込むためのそれぞれのバルブ１８０，１８
２を備え、またメインテナンスの目的のための回
収ライン５２，５６を備えている。

停電または同様の機能不全が万一起つた場合に
は、プラズマ・バーナー冷却水および急冷水の流
れを持続することが望ましい。冷却水の流れは、
エア・ライン１８４とバルブ１８６を用いて冷却
水貯留容器４８を加圧することにより持続され
る。バルブ５４が閉じると、下水管または貯蔵タ
ンクに通じているドレン・バルブ１８８が開く。
その結果、加圧された冷却水貯留器は冷却水供給
ライン５２内で減速して冷却水を流し続ける。ド
レン・バルブ１８８は冷却水の流れをコントロー
ルし、この流れは約20分間は続く。

運転停止後に機械の重要な構成要素を冷却し、
メインテナンス操作ができるようにするには、約
20分間あれば十分である。

エア・ライン１９０およびバルブ１９２を利用
して急冷水貯留容器９８が加圧される。

万一、停電または同様の機能不全が起つた場合
には、バルブ１０２を閉じると、バルブ１０６が
開く。その結果、急冷水の流れはスプレー・リン
グ１６の中を流れ続け、プラズマ・バーナー１２
が作動を停止後に生成してスプレー・リング１６
を通る再結合生成物をすべて急冷する。万一停電
が起きた場合でも、インダクシヨン・フアン２０
は慣性のために約１分間の短時間ではあるが作動
し続け、反応容器１４、スプレー・リング１６お
よびスクラツパー１８をからにしてしまう。

プラズマ熱分解システム１０は十分にコンパク
トであるので、それは箱型の、長さが13.7メート
ルの自走可動ヴアン・タイプのドロツプ・ベツ
ド・トレイラーの内部に取り付けることもでき
る。その上、計器およびモニター装置を完全に取
り付けたコントロール・ルームをトレイラーのス
ペース内に設置することもできる。その結果、全
システムは可動となり、廃棄物質を処理する場所
に容易に移送することができる。必要なのは、た
だ望み通りにトレイラーが適当な電力供給源、家
庭用水供給源、下水管排水設備または貯蔵タンク
に接続されることだけである。

勿論、フレア・スタツクで焼却する代りに生成
ガスを燃料ガスと利用することを望むならば、こ
の目的のために適当な装置を連結して生成ガスを
収容することができる。

プラズマ熱分解システム１０を運動する前に、
随意ではあるけれども、分解されることになつて
いる廃棄物質に対して反応容器１４内でいかなる
再結合生成物が生成されるこを予測することが有
用なことである。プラズマ・バーナー１２は廃棄
物質をほとんど完全に原子化するかイオン化する
から、これらの原子やイオンの再結合の結果とし
て、反応容器１４内で生成される新しい化合物は
熱力学平衡に基づいて予測することができる。広
範囲の選択された温度や圧力に対応して生成する
各種の生成物の平衡濃度を測定するには、ギツブ
スの自由エネルギーを最小限にする。万一、反応
容器１４内で好ましくない生成物が再結合するこ
とが予測される場合でも、これらの好ましくない
生成物の生成を回避するために、廃棄物の供給イ
ンプツト、すなわち運転条件を変えることができ
る。たとえば、もし四塩化炭素が分解することに
なつている廃棄物である場合には、ある温度と圧
力でホスゲンガスを生成することがあり得る。し
かしながら、廃棄物質供給装置に他の炭化水素を
ただ加えるだけでこれを回避することができる。
ときには、再結合に利用することができる水素の
量を増加するには、廃棄物質供給装置にただ水を
加えることが必要であるにすぎない。廃棄物質が
フルオロカーボンである場合に起り得ることであ
るが、好ましくない生成物のもう一つの例は反応
容器１４中で生成させるフツ化水素酸である。

好ましくない生成物のもつと他の例および廃棄
原料物質の濃度または運転条件を変えることによ
り、これらの好ましくない生成物を最小限にする
か、または除去することは、当該技術に習熟した
人々にとつては自明のことである。

反応容器１４内で生成される再結合生成物の組
織を予測することに加えて、分解されることにな
つている廃棄物質と再結合生成物と間のエンタル
ピーの変化を予測することも有用なことである。
これが廃棄物を分解するのに要するプラズマ・エ
ネルギーに関してなされる予測を可能にする。次
にこれをプラズマ・バーナーに対する電位と電流
のイニシアル・セツテイングを計算するのに利用
することができる。再結合生成物のエンタルピー
は反応容器１４内の温度と圧力の関数であるこ
と、および廃棄物質の供給速度またはプラズマ・
バーナーに対する電力のインプツトを変えること
によつてこのエンタルピーを変えることができる
ことはよく理解されるはずである。従つて、廃棄
物質の供給速度およびプラズマ・バーナーへの電
力インプツトのイニシアル・セツテイングを予測
して、所望の結果をあげることができる。

エア供給ライン４４によつてプラズマ・バーナ
ー１２に小量の渦巻きエアを噴射することもよく
理解されるはずである。この渦巻きエアの噴射
は、このシステムに生ずるエンタルピーの変化を
計算する際に考慮されるべきである。プラズマ・
バーナーに噴射される渦巻きエアの量は、たいて
いは燃焼のために廃棄物質によつて必要とされる
化学量の酸素の僅かに１〜２％にすぎないという
点において比較的僅かなものである。このため、
本発明による廃棄物の分解および本明細書が目的
とする廃棄物の分解は熱分解であると考えられ
る。プラズマ・バーナーおよび反応容器における
熱のロスは、プラズマ・バーナーのためのイニシ
ヤル電圧および電流をセツテイングする際に考慮
することができる。

操作においては、いかなる好ましくない生成物
も生成しないように再結合生成物に関して予測が
なされ、廃棄原料物質に対する調整がなされた
後、プラズマ・バーナーへのイニシアル電力セツ
テイングおよび廃棄物質供給速度を決定するため
にエンタルピー予測の変更がなされる。（急冷水
貯留容器９８と冷却水貯留容器４８が水で満たさ
れた後、）エア供給源４２が操作されて急冷水貯
留容器９８と冷却水貯留容器４８を加圧する。冷
却水ポンプ５０、急冷水ポンプ１０４およびスク
ラツバー・ドレン・ポンプ１３８が電力で動かさ
れる。電力がプラズマ・バーナー１２に働き、渦
巻きエア供給ライン４４が開かれる。次いで、ア
ルカリ液供給ポンプ１１２が電力で動かされ、苛
性ソーダが適当な供給速度で急冷水に供給され
る。次いでプラズマ・バーナーに対する廃棄物の
供給が有機液体貯留容器６４から始められる。必
要なことではあるが、プラズマの渦巻きエア、廃
棄物の供給および苛性ソーダの供給に対する調整
がなされる。約３分間を要するにすぎないのだ
が、このシステムが安定さち状態に到達したと
き、廃棄物の供給は廃棄物質貯留容器６６内の廃
棄物質に切替えられる。

プラズマ・バーナー１２に供給される廃棄物質
が（5000℃を上まわる）高温のプラズマ・アーク
にさらされて、原子化されてイオン化されること
は、上記からよく理解されるはずである。次い
で、原子化されてイオン化された廃棄物質はグラ
フアイト製のシリンダー８２を経由して反応室７
９へ行く。

それは反応室で再結合されて、生成ガスと微粒
物質を含む再結合物質となる。反応室７９内での
反応生成物の最終状態に対して予測されたエンタ
ルピーの変化に従つて900〜1200℃の温度でこの
操作は行なわれる。この意味において、そして本
明細書の目的に沿つて、原子化されてイオン化さ
れた廃棄物質は反応室７９内で冷却され、再結合
生成物質の平衡を保つている。反応室７９内の再
結合反応のあるものは吸熱反応であるが、あるも
のは発熱反応である。その結果、反応室７９内で
は厳密な意味ですべての原子化されてイオン化さ
れた廃棄物質が冷却されるわけではないことはよ
く理解されるはずである。本明細書の目的に沿つ
た「冷却」の用語は、反応室７９内で原子化され
てイオン化された廃棄物に対して生ずるいかなる
反応や結合に対してもすべて適用されるものであ
る。

反応室７９内の再結合生成物は次いで反応容器
１４から出て、スプレー・リング１６を通つて約
80℃の温度まで急冷され、アルカリ霧化スプレー
でアルカリ液をスプレーすることによつて中和さ
れる。急冷された再結合生成物は次いでスクラツ
パー１８に入る。

スクラツパー１８では生成ガスが抽出され、塩
類やカーボンのような液体微粒物質が溶液となつ
て残る。次いでこの溶液はドレンまたは貯蔵タン
クへ汲み出される。生成ガスはインダクシヨン・
フアン２０によつてフレア・スタツク２２へ送ら
れるか、または燃料ガスとして用いられる。

上述のように、反応室７９内の圧力は大気圧と
等しいか、反応容器１４から再結合生成物を引き
出すインダクシヨン・フアン２０により大気圧よ
りやや低い。反応室７９内の温度は、プラズマ・
バーナー１２への電力のインプツトかまたは廃棄
物質の供給速度を調整することによつてコントロ
ールすることができる。

万一、プラズマ熱分解システム１０を運転停止
したい場合には、スリー・ウエイ・バルブ６８が
直ちに操作されて、危険でない有機液体に切替え
てこのシステムをフラツシユする。こういう事態
は、このシステムの他のオペレーテイング・パラ
メーターのいずれかがこのシステムの正常のオペ
レーテイングの範囲を超えた場合にも起り得る。
危険でない有機液体でこのシステムをフラツシユ
した後に有機液体が止められ、プラズマ・バーナ
ーの電力が止められ、プラズマの渦巻きエアが停
止される。反応室７７内の温度が許容することが
できるレベルに達すると、スプレー・リング１６
へ行く急冷水の流れだけでなくインダクシヨン・
フアン２０も停止される。プラズマ・バーナー内
の温度が適正なレベルに達してしまうと、冷却水
ポンプ５０が停止され、その後必要があればエア
供給コンプレツサー４２を停止することができ
る。

万一、停電するかもしくはプラズマ・バーナー
１２のプラズマ・アークが消失した場合、または
フレア・アタツク２２内の生成ガス中に許容する
ことができない物質が検知されるか、もしくはイ
ンダクシヨン・フアン２０が破損した場合、また
はプラズマ冷却水の流れが止まつた場合には、停
止バルブ７６が直ちに閉じて廃棄物質の供給を停
止する。プラズマ・バーナーに対する渦巻きエア
の流れも止められて再結合生成物の反応室７９内
の滞留時間を増大する。

すべての運転条件および運転停止条件において
は、廃棄物供給システムにおける圧力、渦巻きエ
ア・システムにおける圧力または反応容器内にお
ける圧力よりも水冷却システムにおける圧力の方
がはるかに大きいことに留意すべきである。それ
故、水の漏出または廃棄物供給の漏出が生じたと
しても、水貯留容器が廃棄物質で汚染されること
はない。

これまで本発明の好ましい実施態様について述
べてきたが、ここに述べられた方法および装置に
対していろいろな修正を加えることができること
はよく理解されるはずである。

たとえば、プラズマ・バーナーのアークの狭い
通り路に廃棄物を直接供給する必要はない。廃棄
物質を反応室内に注入し、それから反応室内にプ
ラズマ・アークを導入してこの廃棄物質にあてる
こともできる。しかしながら、これは廃棄物質の
プラズマ・アーク内での滞留時間を減少するの
で、ある種の廃棄物質に対して効果的ではない事
もあり得る。好ましい実施態様においては、液体
廃棄物質または液化廃棄物質が使用された。しか
しながら、廃棄物供給システムに対して適当な修
正を加えて、固体または液体と固体の混合物に適
応させることができる。廃棄物質が無機物質を含
有することさえあり得ることである。プラズマ・
アークは無機物質を苦もなく溶融し、スラツグに
するか揮散させることができ、しかも上述のよう
になんら効率を減ずることなく危険な有機成分を
分解することができる。このような混合物質のよ
く知られた例はPCBを満たしたコンデンサーで
ある。

第１図に示されたプラズマ熱分解システムは、
本システムを概略的に表わしたものか図式で表わ
したものにすぎないことが当該技術に習熟した人
にとつては明らかなはずである。実際に取り付け
る場合には、バルブを増設し、異なるタイプのバ
ルブ、各種の温度センサー、圧力センサー、フロ
ー・センサーおよびその他の通常のプロセス・コ
ントロール装置の要素を用いてよい。

プラズマ熱分解１０を運転する前に、上述した
ように予想される再結合生成物またはエンタルピ
ーの変化について予測通りに実施する必要はな
い。毒性のないまたは危険でない廃棄物質を用い
てこのシステムを運転して安定した状態にもつて
行くことができる。そしてその後で毒性のない廃
棄物質に切替えると、これを分解するかまたはモ
ニターリング・システムが自動的にこのシステム
の運転を停止する。

最後に、特にもし通常の基準または不変の基準
に基づいて既知の廃棄物質を処理するのにプラズ
マ熱分解システム１０を利用する場合には、生成
ガスの分析または液体微粒物質の分析を行なうこ
とは必ずしも必要なことではない。このモニター
リング・プロセジユアおよび分析プロセジユア
は、主として取締り当局を納得させるために設置
される。取締り当局というものは、新しい科学技
術の査定中は必要以上に安全対策を施した運転を
要求するものである。

以上より、本発明のプラズマ熱分解による廃棄
物分解システムは、簡単でコンパクトな可動シス
テムであり、危険なまたは毒性のある多種の化学
的廃棄物質に対して許容できる環境規準内で採算
がとれる運転をすることが可能となること、およ
び許容できる環境規準内では分解することができ
ない諸物質に対しては、いかなる毒性のある物質
も周囲に放出される前にこのシステムがこれを測
定することができることは、よく理解することが
できるはずである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による廃棄物質の熱分解に使
用される装置の好ましい実施態様の概略図であ
る。第２図は、第１図に示す装置において使用さ
れるスクラツバーの断面図である。第３図は、第
２図に示す３−３線横断面図である。第４図は、
第１図に示す装置において使用されるカーボン・
フイルターの縦断面図である。第５図は、第４図
に示す５−５線横断面図である。第６図は、本発
明において使用されるプラズマ・バーナーのもう
一つの実施態様を拡大して示す第１図の部分概略
図である。 各図において、１０はプラズマ熱分解システ
ム、１２はプラズマ・バーナー、１４は反応容
器、１６および１８はスクラツバー、２０はイン
ダクシヨン・フアン、２２は、フレア・スタツ
ク、２４は活性炭フイルター、２６および２８は
同一直線上にある中空電極、３０は電力供給源、
３２および３４は電気ケーブル、３６および３８
は環状電磁場コイル、４０は環状ギヤツプ、４２
は高圧ガス供給源、４４はエア供給ライン、４６
は調節パルプ、４７は冷却パツセージ、４８は冷
却水貯留容器、４９は冷却パツセージ、５０はポ
ンプ、５２は冷却水供給ライン、５４はバルブ、
５６は冷却水回収ライン、５８は冷却ライン、６
０は廃棄物供給ライン、６２は環状インレツト・
リング、６４および６６は貯留容器、６８はスリ
ー・ウエイ・バルブ、７０および７２は供給ライ
ン、７４は可変速廃棄物供給ポンプ、７６は停止
バルブ、７８は耐火性内張り、７９は反応室、８
０はシリンダー状部材、８２は中空の内側グラフ
アイト製シリンダー、８４および８６は冷却水パ
ツセージ、８８は排出口シールド、９０は排出口
開口部、９２は中空シリンダー状スリーブ、９４
はスプレー・ノズル、９６はスプレー・リングの
環状チヤンネル、９８は急冷水貯留容器、１００
は家庭用水供給源、１０２はバルブ、１０４は可
変速ポンプ、１０６はバルブ、１０８は急冷水供
給ライン、１１０はアルカリ液供給容器、１１２
は可変速ポンプ、１１４はバルブ、１１６は中央
部のイントレツト、１１８は導管、１２０は垂直
なチユーブ、１２２はエキスパンド・メタル・バ
スケツト、１２４はソリツド・ボトム・プレー
ト、１２６は彎曲翼板、１２８はシート状メタル
防止材、１３０はエルボー、１３２はスクラツバ
ー排出口、１３４は導管、１３６は液溜、１３８
はドレン・ポンプ、１４０は排出ライン、１４２
は欠番、１４４はリキツド・レベル・コントロー
ル、１４６はスリー・ウエイ・バルブ、１４８は
サンプリング・ライン、１５０はスリー・ウエ
イ・バルブ、１５２はセンサー、１５４は生成ガ
ス分析装置、１５６はインプツト・ライン、１５
８はインレツト、１６０はハウジング、１６２は
通気パイプ、１６６はコンパートメント、１６８
は活性炭、１７０はエア・ヘツダー、１７２はエ
ア・ライン、１７４はコントロール・バルブ、１
７６および１７８はエア加圧ライン、１８０およ
び１８２はバルブ、１８４はエア・ライン、１８
６はバルブ、１８８はドレン・バルブ、１９０は
エア・ライン、１９２はバルブを示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 廃棄物質を高温のプラズマ・アークにさら
   し、廃棄物質を原子化しイオン化すること； 反応室内で原子化されイオン化された廃棄物質
   を冷却し、生成ガスおよび微粒物質を含む再結合
   生成物を生成すること； 再生結合生成物をアルカリ液の霧化スプレーで
   急冷してこれを中和し、微粒物質を湿潤させるこ
   と； 再結合生成物から生成ガスを抽出すること； 並びに 抽出した生成ガスを焼却すること からなる廃棄物質を熱分解する方法。 ２ 廃棄物質を直接プラズマ・アーク内に供給す
   ることにより廃棄物質をプラズマ・アークにさら
   す特許請求の範囲第１項に記載の方法。 ３ 更に、プラズマ・アークへの電力のインプツ
   ト、および反応室内の温度をコントロールする廃
   棄物質の供給速度の一つを調整するステツプから
   なる特許請求の範囲第２項に記載の方法。 ４ 更に、再結合生成物の含有量をモニターする
   こと および 万一、危険な成分が予め規定された規準以上で
   あることが検知された場合には廃棄物質の供給を
   停止すること のステツプからなる特許請求の範囲第１項に記載
   の方法。 ５ 反応室内の温度が900〜1200℃の範囲にコン
   トロールされる特許請求の範囲第３項に記載の方
   法。 ６ 更に、最初再結合生成物の組成を予測するこ
   と および 好ましくない生成物が予測される場合には分解
   しようとする廃棄物質の含有量を改変すること のステツプからなる特許請求の範囲第１項に記載
   の方法。 ７ 更に、分解しようとする廃棄物質と再結合生
   成物間との間のエンタルピーの変化を最初に予測
   すること 並びに プラズマ電力のインプツトおよび廃棄物質の供
   給速度の中の一つを定めて前記エンタルピーの変
   化を起させること のステツプからなる特許請求の範囲第１項に記載
   の方法。 ８ 更に、再結合生成物を急冷する前に、反応室
   から再結合生成物を排除するステツプからなる特
   許請求の範囲第１項に記載の方法。 ９ インダクシヨン・フアンを用いて反応室から
   再結合生成物を吸引して、反応室から再結合生成
   物を排除する特許請求の範囲第８項に記載の方
   法。 １０ 反応室内の圧力がほぼ大気圧である特許請
   求の範囲第１項に記載の方法。 １１ 物理的なスクラツバーを経由して前記再結
   合生成物を吸引することによつて、再結合生成物
   から生成ガスを抽出する特許請求の範囲第８項に
   記載の方法。 １２ 廃棄物質が危険な物質であり、更に、最
   初、運転状態が安定な状態に到達するまでには危
   険でない物質を用いる方法を実施するステツプか
   らなる特許請求の範囲第１項に記載の方法。 １３ 更に、万一廃棄物質の供給が停止された場
   合には、プラズマ・アーク中に危険でない有機物
   質を供給するステツプからなる特許請求の範囲第
   ４項に記載の方法。 １４ 更に、万一プラズマ・アークが消失した場
   合には、生成ガスを活性炭フイルターに通すステ
   ツプからなる特許請求の範囲第４項に記載の方
   法。 １５ 再結合生成物を80℃の温度に急冷する特許
   請求の範囲第１項に記載の方法。 １６ ２個以上の、同一直線上にある中空電極お
   よび電極間にプラズマ・アークを安定させる手段
   を備えたプラズマ・バーナー； 前記プラズマ・アークを生ずる電極に接続され
   た電力供給源および前記電極を冷却する冷却手
   段； プラズマ・バーナーに接続され、前記プラズ
   マ・アークを受け入れる耐火性の内張りをした反
   応室を備えた反応器； 廃棄物質をプラズマ・アークに注入し、原子化
   イオン化し、次いで反応室中で再結合して再結合
   生成物にする手段； 反応容器から前記再結合生成物を排除する排出
   口を備えた反応容器； 反応容器の排出口に通ずるスプレー・リング； 前記再結合生成物を急冷して中和するスプレ
   ー・リングに接続し、且つ通じているアルカリ液
   の加圧供給源； 再結合生成物中の液体微粒物質から生成ガスを
   分離するスプレー・リングのアウ・プツトに通じ
   ているスクラツバー； 並びに スクラツバーに連結し、スクラツバーから前記
   液体微粒物質および生成ガスを排除する手段 からなる、廃棄物質を熱分解する装置。 １７ プラズマ・アークに廃棄物質を注入する手
   段がプラズマ・アーク中に直接廃棄物質を噴射す
   る、中空電極間に共軸的に取り付けた環状インレ
   ツト・リングを備えている特許請求の範囲第１６
   項に記載の装置。 １８ プラズマ・バーナーの電極に通じ、プラズ
   マ・バーナーから生ずるプラズマを受け入れる共
   軸的に取り付けた中空のグラフアイト製シリンダ
   ーを反応室が備えている特許請求の範囲第１６項
   に記載の装置。 １９ プラズマ・バーナーから軸方向に間隔を置
   いて配置されてプラズマ・アークを受け入れるグ
   ラフアイト製の排出口のシールドを反応器が備
   え、この排出口のシールドが反応容器の排出口と
   なる、横の排出口の開口部を備えている特許請求
   の範囲第１８項に記載の装置。 ２０ 前記アルカリ液を霧化して前記再結合生成
   物を急冷するアルカリ液供給源に通じる、複数個
   の内側に向けたスプレー・ノズルを設けた中空の
   シリンダー状スリーブをスプレー・リングが備え
   ている特許請求の範囲第１６項に記載の装置。 ２１ 再結合生成物の流れの中に介在させて液体
   微粒物質から生成ガスを分離する翼板および防止
   材をスクラツバーが備えている特許請求の範囲第
   １６項に記載の装置。 ２２ 前記液体微粒物質および生成ガスをスクラ
   ツバーから排除する手段が、スクラツバーからの
   生成ガスを送付するインダクシヨン・フアンを備
   えている特許請求の範囲第１６項に記載の装置。 ２３ 更に、プラズマ・アークに注入されること
   になつているある廃棄物質に対応する再結合物質
   の組成を予測する手段からなる特許請求の範囲第
   １６項に記載の装置。 ２４ 更に、インダクシヨン・フアンによつて送
   付される生成ガスの組成をモニターする手段から
   なり、プラズマ・アークに廃棄物質を注入する手
   段がバルブを備え、万一生成ガス中の危険な成分
   が予め規定された基準以上であることが検知され
   た場合には、廃棄物質の注入を停止するバルブに
   モニターする手段が効果的に接続されている特許
   請求の範囲第２２項に記載の装置。 ２５ 更に、活性炭フイルタ、およびインダクシ
   ヨン・フアンと活性炭フイルターとの間を連結す
   るバルブ手段からなり、停電の時にはバルブ手段
   が操作されて生成ガスの流れを活性炭フイルター
   に向けることができる特許請求の範囲第２２項に
   記載の装置。 ２６ 水貯蔵タンク、プラズマ・バーナーの電極
   と水貯蔵タンクに通じる閉回路の導管および閉回
   路の導管に冷却水を循環させて電極を冷却するポ
   ンプを、電極を冷却する冷却手段が備えている特
   許請求の範囲第１６項に記載の装置。 ２７ 更に、冷却手段が、水貯蔵タンクを加圧す
   る手段および停電の時に操作されて冷却水の流れ
   を継続することができる手段からなる特許請求の
   範囲第２６項に記載の装置。 ２８ 脱イオンした冷却水を冷却手段が含んでい
   る特許請求の範囲第２６項に記載の装置。 ２９ アルカリ液の加圧供給源が、急冷水の加圧
   供給源および停電の時には操作されてスプレー・
   リングの急冷水の流れを継続することができるバ
   ルブ手段を備えている特許請求の範囲第１６項に
   記載の装置。