JPH11118125A

JPH11118125A - 廃棄物処理装置及び方法

Info

Publication number: JPH11118125A
Application number: JP29956897A
Authority: JP
Inventors: Takeyuki Naito; 剛行内藤; Shinsaku Maruyama; 眞策丸山; Hiroaki Sato; 広昭佐藤; Shosaku Fujinami; 晶作藤並
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1997-10-16
Filing date: 1997-10-16
Publication date: 1999-04-30

Abstract

(57)【要約】【課題】廃棄物を最終的に、重金属、特に鉛の重金属
の含有量の少ない取扱い容易なスラグとして処理するこ
とが可能な廃棄物処理装置及び廃棄物処理方法を提供す
る。【解決手段】廃棄物をガス化燃焼しガス状生成物ａと
するガス化炉２０と、ガス状生成物を還元性雰囲気下で
加熱又は燃焼してガス状生成物に含まれる固体成分をス
ラグｃとする熔融炉３０とを備えた廃棄物のスラグ回収
装置において、スラグｃを還元性雰囲気下で加熱するこ
とによりスラグを均質化すると共に、熔融炉３０から落
下するスラグに含まれる金属成分を還元して分離する加
熱炉４０を連結して備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は廃棄物処理装置及び
方法に係り、特に、廃棄物を最終的にスラグとして処理
する廃棄物処理装置及び廃棄物処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、各種の産業活動から生じる廃
棄物の処理が大きな問題となっている。現在のところ、
このような廃棄物は焼却され、焼却により得られた最終
処理物を埋め立て等に用いることで処理されている。し
かしながら、焼却の段階ではダイオキシンやイオウ酸化
物、窒素酸化物等の有毒物が発生し、環境に深刻な影響
を与えている。また、廃棄物の増加により最終処理物自
体の処理も立地難等により困難になってきている。

【０００３】このような状況において、環境に安全な焼
却処理を行い、最終的生成物の減容化や再資源化を図る
ため、廃棄物をガス化燃焼し、得られたガス状生成物を
スラグ化する廃棄物処理装置が提案されている。以下、
図２を参照してこのような廃棄物処理装置の一例を説明
する。図２は従来の廃棄物処理装置５０を示し、この廃
棄物処理装置５０は廃棄物をガス化燃焼してガス状生成
物ａとする流動床ガス化炉６０と、ガス状生成物ａに含
まれる不燃物又は非ガス化物をスラグ化するための旋回
熔融炉７０とを備えている。

【０００４】廃棄物は流動床ガス化炉６０に投入され、
４５０〜６５０℃の流動層中で還元性雰囲気下でガス化
燃焼され、ガス状生成物ａとなる。旋回熔融炉７０はガ
ス状生成物ａを還元性雰囲気化で燃焼させる一次燃焼室
７１と、酸化性雰囲気下で燃焼させる二次燃焼室７２
と、ガス状生成物ａをスラグ成分と気体成分とに分離す
るスラグ分離室７３とを備えている。流動床ガス化炉６
０で生成されたガス状生成物ａは炭素粒子（チャー）や
タールを含んでおり、このガス状生成物ａは飛灰と共に
旋回熔融炉７０の一次燃焼室７１に導かれ、導入された
少量の空気ｂにより酸欠状態、即ち還元性雰囲気下で約
１４００℃で燃焼させられる。その後、ガス状生成物ａ
は傾斜した二次燃焼室７２で空気ｂと混合され、酸化性
雰囲気で完全燃焼される。二次燃焼室７２における燃焼
でガス状生成物ａに含まれる不燃物又は非ガス化物は熔
融された状態でスラグ分離部７３に送られ、旋回流の遠
心力によりスラグ分離部７３の底よりスラグｃとして排
出される。このスラグｃは水中で粉砕された後、コンク
リート用骨材、路盤材その他の建設資材等として再利用
される。一方、ガスは最終的には排ガスｄとして、大気
中に放出される。

【０００５】以上のような装置によれば、スラグ化の過
程で約１４００℃の高温を得ることができるため、ダイ
オキシン等の完全分解が可能になり、また、導入空気に
由来するサーマルＮＯ_Xが極小化できる。さらに、最終
生成物であるスラグｃは単純な焼却により生じる灰の１
／３程度に減容化でき、また、重金属をスラグ内に封入
し外部への溶出を防止することが可能になる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うにして得られたスラグは排出後の搬送上の要求から数
mm程度の粒状物として回収されるのが一般であるが、そ
の粒度や形状がまちまちであったり、針状の突起を生じ
たり、材料としての取扱いが良好とは言い難いものであ
った。また、上記方法により得られたスラグを建設資材
等に用いる場合、スラグから溶出する重金属成分が一定
の基準値以下である必要がある。しかしながら、例えば
鉛については、高ｐＨ環境下や酸性雨による低ｐＨ環境
下ではこの基準を満足できない場合もあった。従って、
スラグの再利用が有効に行えないという不具合があり、
再利用のためには別途スラグ再生工程を設ける必要があ
った。

【０００７】本発明は上述した事情に鑑みて為されたも
のであり、廃棄物を最終的に、取扱いが容易で、特に鉛
等の重金属類の含有量の少ないスラグとして処理するこ
とが可能な廃棄物処理装置及び廃棄物処理方法を提供す
ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、廃棄物をガス化燃焼しガス状生成物とするガス化炉
と、前記ガス状生成物を還元性雰囲気下で加熱又は燃焼
して前記ガス状生成物に含まれる固体成分をスラグとす
る熔融炉とを備えた廃棄物のスラグ回収装置において、
前記スラグを還元性雰囲気下で加熱することにより前記
スラグを均質化すると共に、前記熔融炉から落下するス
ラグに含まれる金属成分を還元して分離する加熱炉を連
結して備えたことを特徴とする。

【０００９】また、本発明の廃棄物処理方法は、廃棄物
をガス化燃焼しガス状生成物とすると共に、前記ガス状
生成物を還元性雰囲気下で加熱又は燃焼して前記ガス状
生成物に含まれる固体成分をスラグとして取出し、前記
スラグを還元性雰囲気下で加熱することにより金属成分
を還元分離すると共に、前記スラグに含まれる金属成分
を比重差により沈降して前記スラグより分離することを
特徴とする。

【００１０】上述した本発明によれば、流動床ガス化炉
は廃棄物の分散、破砕機能に優れ、熔融炉では高速の旋
回流のため、燃焼負荷を極限まで高めることができると
共に、遠心力効果によりスラグを効率よく分離できる。
そして、分離したスラグを熔融炉から下方に位置する加
熱炉に落し込み、ここで滞留時間を十分長くとることが
可能であるため、還元性雰囲気により金属成分を分離生
成することができ、更に生成した金属をスラグから比重
差で沈降分離を行うことができる。これによりスラグに
含まれる金属成分が除去されるので、金属成分の含有量
の低い、二次製品として利用可能なスラグを得ることが
できる。また、スラグを減容化すると共に、そのサイ
ズ、形状等を均質化することができ、取扱いが容易とな
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。図１は本発明に係る廃棄物
処理装置１０を示す。この廃棄物処理装置１０は、廃棄
物をガス化燃焼させてガス状生成物ａとするためのガス
化炉２０と、ガス化炉２０で生成されたガス状生成物ａ
に含まれる不燃物や非ガス化物をスラグ化する旋回熔融
炉３０と、旋回熔融炉３０で生成されたスラグを還元処
理すると共に比重差により金属成分を沈降分離する加熱
炉４０とを備えている。特に旋回熔融炉３０のスラグ取
出し口の下方に加熱炉４０を直結して備え、熔融炉３０
のスラグを加熱炉４０に落し込めるようになっている。

【００１２】本発明で用いられるガス化炉２０として
は、特に、内部循環式流動床ガス化炉（旋回流動床ガス
化炉）が好ましい。この内部循環式流動床ガス化炉は、
同一反応槽内の流動層中に砂等の流動媒体の旋回流を形
成するもので、この旋回流は流動層中に吹き込まれる流
動化ガスの部分的な強弱部位を設定することにより生じ
る。従って、バブリング式流動床と異なり廃棄物の分
散、粉砕機能に優れ、原料及び炭素粒子が層内に均一に
分布し、しかも、部分燃焼による発生熱は速やかに拡散
されるため、高い炉床負荷が得られる。また、流動層温
度を４５０〜６００℃の低温として、ガス化反応を緩慢
とすることにより、優れた運転操作性、安定性が得られ
る。更に、砂の旋回流動により、大きなサイズの不燃物
も容易に排出でき、流動層温度が低く、しかも還元性雰
囲気であるため、鉄、銅、アルミニウム等の有用な金属
を未酸化の状態で回収できる。

【００１３】旋回熔融炉３０はガス化炉２０で生成され
たガス状生成物が最初に導入される一次燃焼室３１と、
一次燃焼室３１で生じた気体成分を二次燃焼させる二次
燃焼室３２と、一次燃焼室３１と加熱炉４０とを接続す
る接続部３３とを備えている。一次燃焼室３１は傾斜構
造を有し、ガス状生成物ａは一次燃焼室３１において少
量の空気ｂのみが加えられた酸欠状態、即ち還元性雰囲
気下で燃焼させられる。二次燃焼室３２は垂直構造を有
し、一次燃焼室３１から送られた気体成分と空気ｂとを
混合し、酸化性雰囲気にて完全燃焼させる。接続部３３
は熔融したスラグを加熱炉４０に流入させると共に、加
熱炉４０で発生する二酸化炭素等のガスを燃焼室３１、
３２に戻すようにするため十分な断面積を有している。
また、接続部３３には内部を観察するためのビデオカメ
ラを設け、スラグが固化して接続部が閉塞された場合、
固化部分に空気を吹き込みガス状生成物のガスを高温燃
焼させ、溶解する閉塞防止機構（図示せず）を設けるこ
とができる。

【００１４】加熱炉４０は旋回熔融炉３０に近接してそ
の接続部３３の下方に一体的に設置されている。これに
よって、加熱炉４０を還元性雰囲気に保ち、かつ旋回熔
融炉３０からのスラグ温度を十分保持させ、旋回熔融炉
３０で処理されたスラグを直接的に加熱炉４０に流入さ
せることが可能になる。加熱炉４０は、スラグｃを収納
する本体４１と、スラグｃを加熱するため本体４１内に
設けられた電極４２と、本体４１内のスラグｃに還元剤
としてのコークスを供給するためのコークス供給ホッパ
ー４３と、スラグｃに成分調節剤を供給するための成分
調節剤供給ホッパー４４を備えており、コークス及び成
分調節剤は供給管４５を経てスラグｃに供給されるよう
に構成されている。加熱炉４０の本体は接続部３３を介
して一次燃焼室３１と直結され、スラグｃは加熱炉４０
内で電極４２により還元性雰囲気下でスラグｃの融点以
上の温度で加熱される。

【００１５】加熱炉４０の本体４１の底面にはスラグｃ
の還元処理により生じた重金属ｅを排出するための重金
属排出管４５が設けられており、十分な滞留時間により
比重差により加熱炉の底部に溜まった重金属ｅの合金は
重金属排出管４５を経て外部に排出される。また、加熱
炉４０の本体４１の下部には、重金属ｅと分離されたス
ラグｃを排出するためのスラグ排出管４６が設けられて
いる。このスラグ排出管４６は、重金属ｅの十分な還元
を行うため、旋回熔融炉３０の接続部３３とはできるだ
け距離を離して設けられている。このスラグ排出管４６
はサイホン構造によりスラグｃを外部に排出する。これ
によって、スラグｃの排出の際に加熱炉４０を大気開放
とせず、加熱炉４０の還元性雰囲気状態を維持すると共
に、スラグ排出管４６に重金属滴が巻き込まれた場合で
も、熔融したスラグｃの表面から排出されることを防止
し、立上り部で沈降させ、加熱炉４０の底部に戻すこと
が可能になる。また、スラグ排出管４６は金属滴の巻き
込みを防止するため十分な断面積を有している。また、
スラグ排出管４６には内部のスラグｃの冷却を防止する
ための加熱手段（図示せず）を設け、スラグｃの流動性
を維持しておくことが好ましい。上記の形態において
は、加熱炉４０としては電極４２を有する三相交流式電
気炉を用いているが、加熱炉４０はこれに限定されるも
のではなく、電気アーク式熔融炉、電気抵抗炉、電気加
熱熔融炉、プラズマ熔融炉等の他燃式熔融炉を用いるこ
ともできる。

【００１６】次に、上述の装置１０を用いたスラグ回収
方法について説明する。内部循環式流動床ガス化炉２０
において、廃棄物は４５０〜６００℃の流動層中で還元
性雰囲気下でガス化され、発生したガス状生成物ａは旋
回熔融炉３０に導かれる。ガス状生成物ａは、旋回熔融
炉３０の一次燃焼室３１に導かれる。一次燃焼室３１で
ガス状生成物ａは酸欠状態、即ち還元性雰囲気下で燃焼
させられる。流動床ガス化炉２０では低温処理のためガ
ス化が不十分でガス状生成物には炭素粒子やタール等が
含まれるため、ガス化炉２０で生成したガス状生成物ａ
のみで１３５０℃以上の高温燃焼を行うことが可能とな
る。燃焼により生成した熔融固体成分は重力に従って接
続部３３に送られ、気体成分は二次加熱室３２に送られ
る。二次燃焼室３２に送られた気体成分は空気ｂと混合
され、酸化性雰囲気にて完全燃焼させられる。二次燃焼
室３２において燃焼により発生する気体は上方に導か
れ、排気ガスｄとして外部に排出される。

【００１７】このように、旋回式熔融炉３０を用いるこ
とにより、高負荷燃焼が可能となると共に、旋回流に伴
う遠心力のため、ガス状生成物ａに含まれる炭素粒子
は、炉壁に吹き寄せられ、壁面に形成されたスラグ相中
で時間をかけて燃焼される。こうして、炭素粒子の完全
燃焼が可能となるため、炭素粒子を再燃焼するための装
置は不要となる。また、気体成分の高温燃焼によりダイ
オキシン等の難分解性有害物質を完全に分解することが
可能となり、高温、高圧蒸気回収により高効率発電が可
能となる。ガス化燃焼の場合、熔融炉ではガス燃焼が主
体となるため、１．３程度の低空気比燃焼が達成でき
る。さらに、旋回熔融炉３０では、高速の旋回流によ
り、燃焼負荷を極限まで高められると共に、遠心力効果
によりスラグｃを効率よく分離でき、また、重金属等の
有害物はガラス状の固体に封じ込められ、スラグｃの無
害化が可能となる。

【００１８】一次燃焼室３１で生成されたスラグｃは接
続部３３を経て加熱炉４０に流入される。接続部３３に
おいては、スラグｃがガス状生成物ａにより冷却、固化
され、接続部を閉塞することを防止するため、スラグｃ
の温度は旋回熔融炉３０の燃焼温度の輻射熱により約９
００℃に維持することが望ましい。スラグｃが固化した
場合、固化部分に空気を吹き込みガス状生成物ａのガス
を高温燃焼させ、スラグが溶解される。一方、この加熱
炉４０への流れ込み口より上流側におけるスラグｃの温
度は、クリンカ発生を防止するため、９００℃以下とす
ることが好ましい。

【００１９】接続部３３を経たスラグｃは旋回熔融炉３
０に近接してその下方に設置された加熱炉４０に導かれ
る。スラグｃは加熱炉４０内で電極４２により還元性雰
囲気下でスラグｃの融点以上の温度で加熱される。この
とき、スラグｃに含まれる金属酸化物を還元するため、
スラグｃにはコークス供給ホッパー４３から粉状又は粒
状のコークスが添加される。また、スラグｃの融点温度
を下げ、加熱処理に必要な熱量を低く抑えて経済性を向
上させると共に、スラグｃの流動性を確保し処理性を向
上させるため成分調整剤供給ホッパー４４からマグネシ
ウムやカルシウムの化合物、ケイ素粉末等の成分調節剤
が添加される。成分調節剤の供給は旋回熔融炉４０側あ
るいはその前段で行なってもよい。

【００２０】スラグｃは加熱炉４０内で十分な時間、通
常約２時間加熱されることにより均質化されると共に、
スラグｃ中の重金属化合物は還元される。加熱操作は連
続的に行われ、還元された重金属ｅは比重差により加熱
炉４０の底部に溜り、適時、重金属排出管４５より合金
として排出され、再資源化に供される。重金属４５と分
離されたスラグｃはスラグ排出管４６より外部に排出さ
れる。加熱炉４０のスラグ排出管４６にはサイホン構造
が採用されているため、スラグｃの排出の際に加熱炉の
還元性雰囲気が破壊されることはない。

【００２１】上記の方法において、加熱炉４０と旋回熔
融炉３０とを近接し、その連続部３３はスラグｃが十分
な余裕をもって流せる太さとしているため、加熱炉４０
で発生する二酸化炭素等のガスはそのまま旋回熔融炉３
０に戻り、外部に排出される。通常、重金属と炭素分の
還元は、分離した重金属とスラグの界面で４０％、スラ
グ中の炭素片とスラグとの間で４０％、スラグ中の重金
属滴とスラグ中の溶存酸素との間で２０％の割合で起こ
る。

【００２２】また、旋回熔融炉３０の一次燃焼室３１か
ら加熱炉４０にスラグｃを流入させることにより、第１
に、加熱炉４０の還元性を維持させ、加熱炉４０内での
還元反応をより効率的に進行させることが可能になる。
第２に、低沸点重金属を加熱炉４０に流入させず、加熱
炉４０で分離された重金属ｅに低沸点重金属を含ませな
いことが可能になる。重金属を抜出し、再資源等の際に
は低沸点重金属がない分、有利といえる。

【００２３】表１に低沸点重金属である亜鉛、カドミウ
ム及びこれらの化合物の沸点と融点を示す。表１Ｚｎ，Ｃｄの融点と沸点（代表例）名称融点沸点Ｚｎ４２０℃ ９０６℃ ＺｎＯ１９７５℃ 昇華性ＺｎＣｌ₂ ２８３℃ ７３２℃ Ｃｄ３２１℃ ７６７℃ ＣｄＯ＞１５００℃ 昇華性ＣｄＣｌ₂５６８℃ ９６０℃

【００２４】還元性雰囲気の一次燃焼室の温度は約１４
００℃であり、表１で見る限り旋回熔融炉の一次燃焼室
の還元性雰囲気は必ずしも必要でないようにも考えられ
る。しかし、低沸点の物質の方が旋回熔融炉内での気相
移行率が高く、低沸点の単体にしておくことは、特にカ
ドミウムについて重要といえる。亜鉛については、塩化
物の方が単体よりも沸点が低いが、ガス状生成物に含ま
れる亜鉛の化学形態については特定できるものではな
く、約１４００℃の状況下で亜鉛の単体の形態が多くで
きれば、亜鉛のスラグ側への移行はかなり抑制できる。

【００２５】

【実施例】本発明の効果を実証するため、図１に示した
本発明のスラグ回収装置により回収されたスラグと、図
２に示した従来のスラグ回収装置により回収されたスラ
グの溶出試験を行なった。表２において、Ａは比較例と
して従来の装置によるスラグを示し、Ｂは本発明の装置
によるスラグを示す。溶出試験は環境庁告示第４６号に
示される方法に従った。この方法は土壌環境基準を測定
するための試験方法であり、近年、廃棄物由来の物質を
建設資材などの二次製品に利用する場合、その適合性の
判定方法として使用される。ふるいを用いて２ｍｍ以下
に調整したスラグと、塩酸でｐＨ５．８〜６．３に調整
した蒸留水とを液固比（溶媒ｍｌ／試料ｇ：以下Ｌ／Ｓ
と表す。）１０で混合し、６時間振とうした。Ｌ／Ｓを
１０に設定したのは、スラグがその１０倍量の水と接触
したときに溶出する場合の有害性に対して基準を設けた
ためである。振とう後、１０〜３０分放置し、毎分約３
０００回転で２０分間遠心分離して得られた上澄み液を
孔径０．４５μｍのメンブランフィルターでろ過し、そ
のろ液を検液とした。

【００２６】結果を表２に示す。

【表１】表２から明らかなように、従来例（Ａ）によっても土壌
環境基準値は達成できているが、本発明（Ｂ）によれば
特に鉛の溶出量が低減された。これは、高ｐＨ或いは酸
性雨等の低ｐＨなどの環境条件の変化にも十分耐え得る
数値といえる。

【００２７】

【発明の効果】以上のように構成した本発明によれば、
熔融旋回炉で分離されたスラグを、下方に接続された加
熱炉に落下させて還元性雰囲気下で加熱処理することに
より、スラグに含まれる金属成分が還元分離され、更に
沈降分離されるので、金属成分の含有量の低いスラグを
得ることが可能になる。これにより、スラグを二次製品
として再利用するに際して、高ｐＨ又は低ｐＨ環境下で
も溶出する重金属成分量が低減されると考えられる。ま
た、スラグが均質化され、即ち、粒度や形状が均質とな
り、取扱い易いものとすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の廃棄物処理装置を示す図である。

【図２】従来の廃棄物処理装置を示す図である。

【符号の説明】

１０廃棄物処理装置２０ガス化炉３０旋回熔融炉３１一次燃焼室４０加熱炉４３コークス供給ホッパーａガス状生成物ｂ空気ｃスラグｄ排気ガスｅ重金属

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＢ０９Ｂ 3/00 ３０３Ｌ (72)発明者藤並晶作東京都大田区羽田旭町11番１号株式会社荏原製作所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】廃棄物をガス化燃焼しガス状生成物とす
るガス化炉と、前記ガス状生成物を還元性雰囲気下で加
熱又は燃焼して前記ガス状生成物に含まれる固体成分を
スラグとする熔融炉とを備えた廃棄物のスラグ回収装置
において、前記スラグを還元性雰囲気下で加熱することにより前記
スラグを均質化すると共に、前記熔融炉から落下するス
ラグに含まれる金属成分を還元して分離する加熱炉を連
結して備えたことを特徴とする廃棄物処理装置。
【請求項２】前記熔融炉と前記加熱炉は連続した還元
性雰囲気を有することを特徴とする請求項１記載の廃棄
物処理装置。
【請求項３】前記加熱炉は前記スラグに還元剤を添加
する還元剤供給ラインと、重金属抜出しラインと、サイ
ホン式のスラグ抜出しラインとを備え、大気開放しない
還元式熔融炉であることを特徴とする請求項１記載の廃
棄物処理装置。
【請求項４】廃棄物をガス化燃焼しガス状生成物とす
ると共に、前記ガス状生成物を還元性雰囲気下で加熱又
は燃焼して前記ガス状生成物に含まれる固体成分をスラ
グとして取出し、前記スラグを還元性雰囲気下で加熱す
ることにより金属成分を還元分離すると共に、前記スラ
グに含まれる金属成分を比重差により沈降して前記スラ
グより分離することを特徴とする廃棄物処理方法。