JPH04505361A - ハロゲン化合物を含有するプロセスガスの処理 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ハロゲン化合物を含有するプロセスガスの処理本発明は廃棄物、生物汚泥のよう な、及び金属濃縮物或いは金属廃棄物のようなものも含む種々の物質（それらの 物質はハロゲン化炭化水素化合物を含有する）を高温で処理する方法並びに燃焼 過程の排気ガス中の、ダイオキシン及びフランのような環境に存寄なボリロゲン 化合物の量を最小限にするために、前記処理の結果生じるプロセスガスを冷却す る方法に関する。

都市廃棄物の燃焼、生物汚泥の燃焼及び製錬過程によって生じる、塩素含有の環 境有害物質は、問題になっている。共平面性ＰＣＢ、ポリ塩素化ダイオキシン及 びポリ塩素化フランのような猛毒性物質として類別されているポリ塩素化芳香族 化合物は、都市廃棄物焼却施設においても、生物汚泥用産業燃焼施設においても 大量に生成されることが分かってきた。ダイオキシンは金属製錬所の煙道ガスの 中でも見つかっている。これらの塩素含有化合物は人及び動物には猛毒である。

例えば、これらの塩素含有化合物は遺伝的損傷を引き起こし、また明らかに癌を も引き起こす。毒性化合物は、たいてい煙塵と結合して環境に広がる。

燃焼温度が低ければ低い程かつ滞留時間が短ければ短い程、それだけ大量の猛毒 性物質が生じることが分かつてきた。５００〜７００℃での燃焼は、ポリ塩素化 ダイオキシン及びポリ塩素化フランの生成には特に好適であることが立証された 。このことにより、猛毒性物質を分解するためには、一層高い温度でかつ滞留時 間を一層長くして、燃焼を行うべきであるという結論に達した。一方、例えば、 ダイオキシン及びフランが分解するような高温で、煙道ガスを後燃焼すれば、比 較的低い温度で廃棄物を焼却することにより廃棄物は確実に破壊されることも提 案されている。

燃焼によるダイオキシンの生成に、重金属が非常に重要であることが、最近分か ってきた。重金属は触媒作用により、例えばダイオキシンを生成する。ダイオキ シンは、石炭、水及び酸素の存在下、適温で、例えば煙道ガス中で、塩素化合物 から合成され生成する。フライアッシュのダイオキシンの大部分は、熱交換器及 び煙突の中で、いわゆる「デノボ合成」により燃焼後においてのみ生成されるが 、それは、ダイオキシンのｒデノボ合成Ｊは大部分が温度に依存しており、２５ ０〜４００　”Ｃの温度がこの合成に特に適しているからであるということが立 証された。できるだけ完全な燃焼で、高い燃焼温度で、かつ長い滞留時間で、で きるだけ少量の炭素を含有するフライアッシュを生成する努力が払われてきた。

その努力によって、前記合成は防げるであろう。廃棄物から金属を分離すること によって、煙道ガス中のポリ塩素化芳香族の量を減少させる試みも行われている 。

米国特許第４，７６２，０７４号明細書には、ダイオキシンとフランの毒素を破 壊するために、少なくとも１２００°Ｃの高温で酸素飽和空気を用いる方法によ る、毒性のダイオキシン及びフランの前段階を含んだ、廃棄物の燃焼が提案され ている。非常に過剰の酸素を使用することにより、これらの窒素酸化物の量を維 持する試みも行われている。これらの窒素酸化物の量は、高温で許容レベルにお いて増加する。

スウェーデン特許第４５３　７７７号明細書には、９００℃以下の温度の気泡流 動層反応器で、固形廃棄物を燃焼させる方法が開示されている。その反応器では 、二次空気を加えその反応器の壁を断熱することによって、煙道ガスの温度は実 流動層の上で、少なくとも９５０℃まで上昇する。煙道ガスの温度は、炭化水素 とダイオキシンを分解するのに必要な時間は、非冷却ダクトを通して煙道ガスを 導くことによって、９５０°Ｃより高いレベルに維持される。そのガスに空気又 は煙道ガスを送り込むことによって、熱交換器より前にそのガスを冷却する。

米国特許第４，７９４，８７１号明細書には、２又は３の段階から成る方法が開 示されている。その方法では、先ず、少なくとも５００℃の温度の回転ドラム内 で廃棄物を処理する。ついで、毒性物質を破壊するために、そのようにして生成 した固形廃棄物を少なくとも５００″Ｃ１好ましくは５００〜１０００℃の温度 で処理する。両段階からの煙道ガスは一緒に合わせて、そのガスの毒性物質を完 全に破壊するような高い温度で燃焼させる。

スウェーデン特許出願第８４０６０９０−４号明細書には、環境に有害で塩素化 炭化水素を含有する廃棄物を、少なくとも１２００°Ｃの温度で、化学量論量以 下の比で焼却する方法が開示されている。その燃焼はプラズマ焼却と同じように 行う。その特許出願明細書によると、煙道ガスから塩素を分離させるために、３ ５０〜７００°Ｃの温度に冷却した煙道ガスを石灰と接触させることによって、 毒性化合物の新たな生成を防ぐ。塩素の分離は、好ましくは、石灰を充填した垂 直反応器を通した煙道ガスを導くことによって行う。しかし低温では、塩素が石 灰と結合するまでに、ポリ塩素化芳香族（ａｒｏｍａｔｓ）が速やかに生成する 。従って、この方法では望ましい結果は得られない。

本発明の目的は、廃棄物及び他の固形物質を処理又は燃焼させる場合に、ポリハ ロゲン化炭化水素化合物の排出を最小限にする簡易方法を提供することにある。

本発明の最も重要な目的は、燃焼過程からのプロセスガスの中で、ポリハロゲン 化誘導体が新たに生成するのを防止する方法を提供することにある。この方法は 、ダイオキシン及びフランの排出を最小限にするのに寄与する。

本発明の更なる目的は、別々に後燃焼を行わないで、ダイオキシン及びフランの 排出を最小限にする方法を提供することにある。

本発明の方法は、先ず、処理すべき物質に含有されることもありかつ環境に有害 なハロゲン化炭化水素化合物を分解させるように、酸素含有ガスの存在下、該物 質を加熱又は燃焼させること、ハロゲン化炭化水素化合物が新たに生成するのに 好ましい、２５０〜４００℃の温度範囲以下に、上記の結果生じるプロセスガス を急冷し、すなわち、該ガスを２５０℃以下の温度まで冷却し、そうすることに よって、含塩素化合物から、ポリ塩素化ビフェノール、ダイオキシン及びフラン のような、環境に有害な化合物が合成されるのを避けることを特徴とする。

冷却速度は、望ましくは１０００″Ｃ／秒を超えるものである。

本発明の１つの構成によると、８３０〜１０００℃の循環流動層反応器で、都市 廃棄物又は産業生物汚泥をうまく燃焼させ、そうすることにより、その廃棄物又 は汚泥に含有される前記猛毒性物質の大部分を分解させる。

煙道ガスを２５０℃より低い、好ましくは２００℃より低い温度まで急冷する。

その冷却は循環流動層反応器で行う。その反応器で、３００℃／秒より速い、２ ０００℃／秒よりもはるかに速い冷却を行う。このようにして、実際には煙道ガ スを、２５０°Ｃより低い温度まで一気に冷却する。例えばダイオキシンが合成 するのに好ましい２５０〜６００℃の温度レベルより低い温度まで急冷すること により、ポリハロゲン化芳香族化合物の生成量は最小になる。煙道ガスから前記 化合物を除去するために、煙道ガスに含有される塩素、フッ素（ｆｌｕｏｒ）あ るいはイオウの化合物と反応するか、又はこれらの化合物を吸収するような物質 を循環流動層の塊の中に添加することは可能である。それと同時に、Ｈｇ、　Ａ ｓ、　ＺｎＳＣｄ、　Ｐｂ、　Ｓｎ及びそれらの化合物のような、低温で溶解し 蒸発して煙道ガスに含有される重金属のかなりの部分は、冷却反応器内で前記循 環塊に該重金属を濃縮させることによって、分離することができる。有害又は回 収可能な物質を排出するために、冷却反応器の循環から連続的又は間欠的に、粒 子を除去することができる。それに対応して、粒子の循環塊を維持するために、 新たな粒子を添加する。

本発明の第２構成によると、例えば、環境に有害な無分別廃棄物を火格子炉で燃 焼させ、そして、その結果生じるプロセスガスを、有害な塩素化炭化水素を分解 するために、先ず１０００℃より高い温度で少なくとも１〜２秒間加熱する燃焼 過程においては、その後、２５０〜４００℃の臨界温度範囲における冷却速度が ３００°Ｃ／秒より速い、好ましくは１０００″Ｃ／秒より速くなるように、プ ロセスガスを冷却することができる。煙道ガスを、炉の温度から２５０℃より低 い温度まで急冷するか、或いは先ず臨界温度付近まで該ガスを冷却させるように 徐冷し、その後臨界温度範囲に急冷することができる。

煙道ガスの急冷を循環流動層反応器で行うのが好ましい。その流動層反応器内に 煙道ガスを入れる前に、通常の熱回収用廃熱ボイラーで、煙道ガスを４００〜６ ００°Ｃまで冷却することができる。煙道ガスの不純物を結合させるために、急 冷が行われる流動層反応器に、石灰又は他の試薬を添加することができる。

そのガスの予備冷却は、前記類の次に配置する別の循環流動層反応器で行うこと もできる。この第１流動層反応器では、最終冷却反応器内より高い温度で、ガス に含有されるイオウを減少させることができる。

第１流動層反応器内の適切な温度で重金属を分離するために、重金属を含有する ガスの冷却を調整することができる。この場合、第２冷却反応器でイオウを分離 する。

このようにして、重金属もイオウも別々に回収する。

本発明によると、煙道ガスは２００°Ｃより低い温度、例えば１８０°Ｃまでう まく冷却されるので、最終清浄のため、そのガスをバッグフィルターに通すこと ができる。

本発明は、含塩素化合物及びできるだけ少量の炭素と酸素を含有する、他の煙道 ガスに適用することもできる。

そうすることにより、煙道ガスのポリ塩素化芳香族化合物が、比較的高い温度で 生成する。例えば、銅精練所からの煙道ガスは、ポリ塩素化芳香族化合物が合成 する臨界温度区間以下の温度までうまく急冷される。

更に、概略図を参照しながら、例によって本発明を以下に説明する。

第１図は、本発明の方法を実施するための装置の説明図明図である。

第１図は、廃棄物を燃焼させるための第１循環流動層反応器ｌ及びその後に煙道 ガスを急冷するために配置した第２循環流動層反応器２から成る装置を説明する 。第１流動層反応器は、その反応器内に冷却空気を入れるためにその底部に配置 した、底板４を存する燃焼室３から成る。燃焼室の壁の中に配置した部材５によ って、廃棄物を燃焼室内に送り込む。燃焼室から熱を回収するために、燃焼室上 部の壁は板状溶接壁とすることができる。

熱回収のために、燃焼室に伝熱手段６を取り付けることができる。

開口部７を通してサイクロンセパレータ８内に、煙道ガスを導く。サイクロンセ パレータ８において、固形部を煙道ガスから分離する。ダクト９を通して燃焼室 下部内に粒子を戻す。流動空気によって、上向きの激しいガス流が燃焼室内に維 持され、層の物質部分、すなわち循環流動層塊は、流動層から燃焼室上部まで、 更には開口部７を通って粒子セパレータ内までの流れに乗る。固形物質の大部分 は、粒子セパレータから燃焼室下部内に戻る。循環塊によって、温度は均等化し 循環系全体はほとんど変化しない。

循環塊によって稼働する反応器で、反応器内に送り込んだ廃棄物を、層の大量物 質と直ちに混合すると、たちまち反応器内の平均温度に到達し、実質的にその温 度を低下させない。循環流動層反応器において、燃焼過程は循環系全体にわたっ て続く。それによって、燃焼のだめの長期滞留時間が与えられる。従って、高温 によって完全燃焼を確保しなければならない、例えば火格子炉の中より、低い温 度の反応器で、廃棄物を焼却しても差しつかえないのである。

サイクロンセパレータから、混合室１０及び粒子セパレータＩＩから成る第２循 環流動層反応器まで、熱煙道ガスを導く。混合室下部にガス人口１２を備える。

熱ガスは、そのガス入口を通り、反応器内のガスを流動させるのにも役立ちなが ら、混合室内に流れ込む。混合室には戻りダクト１３をも備える。その戻りダク トを通して、冷却固形粒子を混合室内に導く。煙道ガスが、冷粒子によって、そ の冷粒子の量の多さのために含塩素化合物の臨界合成温度以下の温度まで急冷さ れる程度まで、冷粒子を混合室内に導く。

混合室上部の拡張部は、冷却部１４として役立つ。冷却部１４で、ガスから固形 粒子を分離する前に、ガス及び固形粒子を一緒に冷却する。粒子セパレータの次 に配置した分離粒子冷却器１５で、その粒子をうまく冷却することもできる。反 応器からダクト１６を通して、煙道ガスを排出する。

混合室は冷却構造とすることができる。そうすることにより、熱は混合室内で既 に回収される。ガスを混合室内で既に十分冷却するならば、伝熱表面の広さを減 少させ得るか、或いは多分、完全に省略することができる。

この場合、冷却部１４の目的は、ガスの流速を増大させること及びガスを粒子セ パレータへ導くことだけである。

猛毒性物質の合成を防ぐために急冷が望ましいときは、普通のロータリーキルン 、火格子炉又はある種の炉の次に冷却反応器２を配置することもできる。

第２図は、廃棄物焼却炉１７の次に配置した、煙道ガス冷却用循環流動層反応器 ２を説明する。入口Ｉ９を通して炉の燃焼室１８内に廃棄物を入れる。廃棄物は 、火格子２０に沿って燃焼室下部へ流れ、その中で燃焼する。

火格子を通して燃焼室内に空気を供給する。煙道ガスは、上向きに煙路シャフト ２１に上がる。完全燃焼を確保し、環境に有害な物質を分解するために、煙路シ ャフトの中に補助バーナーを配置することができる。

煙路シャフト上部に、冷却用流動層反応器２を取り付ける。反応器２によって、 ２５０〜４００℃の臨界温度レベルを超えて煙道ガスを、そのレベル以下の温度 まで急冷することができる。

本発明は、前述の例に限定されるものではない。しかし、添付の請求項で定義す る本発明の範囲内で、本発明を種々変形することは可能である。例えば、煙道ガ スは、熱回収のための煙路シャフトから最初、普通の対流区域内に導く。そして 、そうした後においてのみ冷却用流動層反応器内に導く。その代わりに、ガスを 徐冷するための炉の次に２基の連続流動層反応器を配置することができる。

補正書の翻訳文提出書　（特許法組８４条の８）平成３年１１月１５日

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. １．処理すべき物質に含有されることがありかつ環境に有害なハロゲン化炭化水 素化合物を分解させるように、酸素含有ガスの存在下、該物質をまず加熱又は燃 焼させること、 ハロゲン化炭化水素化合物が新たに生成するのに好ましい２５０〜４００℃の温 度範囲に、上記の結果生じるプロセスガスを急冷し、すなわち、該ガスを２５０ ℃より低い温度まで急冷し、そうすることによって、該ガス中の含塩素化合物か ら、ダイオキシン及びフランのような、環境に有害な化合物が合成するのを避け ること、並びに 冷却速度が少なくとも、１秒当り３００℃であることを特徴とする、ハロゲン化 炭化水素化合物を含有する、廃棄物、生物汚泥又は金属酸化物濃縮物のような種 々の物質を高温処理し、燃焼過程の排出ガスの中の、ダイオキシン及びフランの ような、環境に有害なポリハロゲン化化合物の量を最小限にするための、前記高 温処理の結果生じるプロセスガスを冷却する方法。
2. ２．前記の結果生じるプロセスガスの冷却を循環流動層反応器で行う方法であっ て、 熱伝達手段によって冷却する、循環流動層の大量粒子を、該プロセスガスを急冷 するための該反応器内の該プロセスガスと混合し、そして 粒子セパレータ内の該冷却プロセスガスから該循環流動層の粒子を分離して該反 応器へ戻す、請求項１に記載の方法。
3. ３．前記プロセスガスから循環流動層の大量粒子を分離する前に、前記熱伝達手 段によって該粒子を冷却する、請求項２に記載の方法。
4. ４．前記プロセスガスから循環流動層の大量粒子を分離した後に、熱交換器によ って該粒子を冷却する、請求項２に記載の方法。
5. ５．８３０〜１０００℃の循環流動層ボイラーで、都市廃棄物又は産業生物汚泥 を燃焼させ、そうすることによって、該廃棄物及び該汚泥に含有されるポリ塩素 化ビフェニル、ポリ塩化ダイオキシン及びポリ塩化フランを燃焼分解させる、請 求項１に記載の方法。
6. ６．ハロゲン化炭化水素化合物を分解させるための１０００℃以上の温度で、都 市廃棄物、含塩素産業廃棄物又は含塩素産業汚泥を燃焼させる、請求項１に記載 の方法。
7. ７．廃棄部及び汚泥を火格子上で燃焼させる、請求項６に記載の方法。
8. ８．先ず、前記プロセスガスの温度を４００℃以上に維持するための廃熱ボイラ ーで、該プロセスガスを冷却し、その後、循環流動層反応器で２５０〜４００℃ の臨界温度範囲に急冷する、請求項１に記載の方法。
9. ９．先ず、前記プロセスガスの温度を４００℃より高いレベルに維持するための 第１循環流動層反応器で、該プロセスガスを冷却し、その後、第２循環流動層反 応器で、２５０〜４００℃の温度範囲に冷却する、請求項１に記載の方法。
10. １０．前記第１流動層反応器において、該反応器内にイオウ吸収物質を添加する ことによって、イオウ化合物を回収する、請求項９に記載の方法。
11. １１．前記第１流動層反応器で重金属を回収し、前記第２流動層反応器でイオウ を回収する、請求項９に記載の方法。
12. １２．炭質物質及び酸素含有ガスの存在下、８３０℃より高い温度で、金属酸化 物を減少させ、そして、それによって生じる含塩素プロセスガスを急冷する、ポ リ塩化芳香族物質の生成を防止するための、請求項１に記載の方法。
13. １３．１６００℃／秒を越える速度で、堙道ガスを冷却する、請求項１に記載の 方法。