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技術 多段の熱分解炭化の恒温と移動との装置と溶融還元ガス化など の高温恒温と移動との装置から成る無公害型の熱分解炭化法と 溶融還元方法

出願人 東京エレックス株式会社
発明者 大西忠一上原赫宮南啓宮武和孝高橋礼二郎秋山友宏久米正一
出願日 1998年11月12日 (20年10ヶ月経過) 出願番号 1998-359991
公開日 2000年5月26日 (19年3ヶ月経過) 公開番号 2000-144143
状態 特許登録済
技術分野 固体廃棄物の処理 炭素、炭素化合物 コークス工業 炭素・炭素化合物
主要キーワード 相関関係図 離脱速度 溶融ガス 生活ゴミ 恒温状態 炭化速度 トロッコ 有価資源
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この項目の情報は公開日時点(2000年5月26日)のものです。
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図面 (8)

課題

生活ゴミ産業廃棄物やその他の原料熱分解炭素溶融還元する時発生するガスなどを、分別除去する方法を提供する。

解決手段

生活ゴミ、産業廃棄物あるいはその他資源において含まれる水分を100℃から150℃の恒温で除去し、有機塩素を250℃から320℃の恒温において除去し、次に有機物を400℃から550℃で炭素カーボンガス化し、更に550℃以上の高温恒温にて処理し、再資源化する。

概要

背景

従来、この種の技術は、図3に示すように、ロータリーキルンを用いたものや図4に示すようなストカーを用いていた。図3において、ロータリー・キルン本体1は、電動によって回転しており、原料としての生活ゴミ産業廃棄物、あるいはその他の原料2は、装入口3より投入される。直接加熱としての昇温バーナー4あるいは間接加熱管5によって加熱されていた。投入された原料2は回転しながら移動し、排出口6より炭化物として排出される。この昇温炭化過程で、原料より発生した水蒸気ガス、あるいは石化系のガス、例えば一酸化炭素ガス水素ガスメタンガスなどは、混合状態排気口7より排出されていた。

概要

生活ゴミ、産業廃棄物やその他の原料を熱分解炭素溶融還元する時発生するガスなどを、分別除去する方法を提供する。

生活ゴミ、産業廃棄物あるいはその他資源において含まれる水分を100℃から150℃の恒温で除去し、有機塩素を250℃から320℃の恒温において除去し、次に有機物を400℃から550℃で炭素カーボンガス化し、更に550℃以上の高温恒温にて処理し、再資源化する。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
2件

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請求項1

生活ゴミ産業廃棄物やその他の原料炭素カーボン化させる過程で、水分除去のために100℃から150℃未満の恒温状態領域あるいは恒温室を設け、次に塩素除去のために250℃から320℃未満の恒温状態領域あるいは恒温室を設け、次に中低炭化のために400℃から550℃未満の恒温状態領域あるいは恒温室を設けて成る多段熱分解炭素化方法。

請求項2

原料を炭素化する炭化装置において、無酸素状態に近い独立した含有水分除去過程、含有有機塩素類除去過程、および中低温炭化過程を持つ炭化装置であって、含有水分除去が100℃から150℃未満で行われ、含有有機塩素類除去が250℃から320℃未満で行われ、中低温炭化が400℃から550℃未満で行われる炭化装置であり、投入された原料がこの順に通過し、少なくとも含有有機塩素類除去と中低温炭化が無酸素状態に近い不活性雰囲気下で行われるようにした炭化装置。

請求項3

請求項1記載の3つの過程に対応する独立した過程または装置が無酸素状態に近い不活性雰囲気下において連結された請求項1記載の炭化方法および請求項2記載の炭化装置。

請求項4

請求項1記載の3つの独立過程の内少なくとも2つ以上が同一の装置内において実現されるような単一または複数の装置を無酸素状態に近い不活性雰囲気下で連結した請求項1記載の炭化方法および請求項2記載の炭化装置。

請求項5

400℃から550℃未満の中低温で熱分解炭素・カーボン化された材料を、さらに550℃よりも高温で、一定の特定する温度の高温恒温状態あるいは還元溶融炉を設けて、高温の多段・熱分解炭素化溶融還元する方法。

請求項6

400℃から550℃未満の中低温で熱分解炭素・カーボン化された材料中に残存するセラミックガラス、金属、無機塩素などを、そのそれぞれの熱分解ガス化溶融還元される高温の温度と雰囲気で制御コントロール高温処理するシステム方法。

請求項7

請求項1及び請求項2に記載された装置を高炉やスメルティング溶融炉に直接に結びつけた装置と方法。

請求項8

請求項1及び請求項2に記載された装置より発生する水及び水蒸気あるいは炭素及び水素系のガスあるいはその他の発生するガスを高炉やスメルティングな溶融炉のシャフト羽口より吹き込む方法。

請求項9

請求項1及び請求項2に記載された原料で、汚泥などの水分を20%以上含んだ高水分な生活ゴミや産業廃棄物、あるいは油分や化学成分の液体を含んだ生活ゴミや産業廃棄物を、高炉やスメルティングな溶融炉に装入直接熱分解ガス化させる方法。

技術分野

0001

本発明は、生活ゴミ産業廃棄物やその他の原料多段熱分解炭素溶融還元し、その過程で発生するガスなどを恒温移動装置によって分別除去し、無害化するとともに、炭素、金属などの有価資源回収する方法およびそのシステムに関するものである。

背景技術

0002

従来、この種の技術は、図3に示すように、ロータリーキルンを用いたものや図4に示すようなストカーを用いていた。図3において、ロータリー・キルン本体1は、電動によって回転しており、原料としての生活ゴミ、産業廃棄物、あるいはその他の原料2は、装入口3より投入される。直接加熱としての昇温バーナー4あるいは間接加熱管5によって加熱されていた。投入された原料2は回転しながら移動し、排出口6より炭化物として排出される。この昇温炭化の過程で、原料より発生した水蒸気のガス、あるいは石化系のガス、例えば一酸化炭素ガス水素ガスメタンガスなどは、混合状態排気口7より排出されていた。

0003

従来の炭素・カーボン化の方法では、発生するガスが混合状態となっているため、その後のガスの用途やガスの処理に重大な問題があった。特に炭素化への昇温過程が一つのロータリー・キルンあるいはストカーなどの組合せで行われるため、その装置の内での恒温状態恒温室が無かった。そのため、各温度で発生するガスが混合し、分離して排出される事が出来なかった。

0004

また、200℃から350℃の有機塩素が発生する状態のみで恒温化しその塩素のみをガス化していないため、これまでは他のガスと混合し、次の過程で燃焼したりすると、有害なダイオキシン発生の原因となっていた。

0005

また、炭素化の温度が400℃から450℃であったため、有機塩素は飛散するが、しかし無機塩素残留するという重大な問題があった。

0006

更に、重金属セラミックガラスなども、400℃から500℃ではそのまま残存した炭素・カーボン化物になるという問題があった。

課題を解決するための手段

0007

本発明は、これらの従来の問題点を鑑み、図1に示す如く水分を水蒸気ガス化させる含有水分除去過程に対応する100℃から150℃にした恒温移動装置1、有機塩素をガス化させる含有有機塩素除去過程に対応する250℃から320℃に恒温した恒温移動装置2、有機物を炭素・カーボン化させる中低炭化過程に対応する400℃から550℃に恒温化した恒温移動装置3、更に無機塩素や重金属やセラミックあるいはガラスをガス化溶融させる高温無害化過程に対応する550℃以上の高温恒温化された高温恒温移動装置4、5を用いる。投入される原料はこの順に通過することが必須である。炭化装置を上記4つの独立した過程に分割することを第一の特徴とする。本来原料に含まれている水分、有機塩素、炭素・カーボン化物、更には550℃以上の高温で無機塩素、重金属、セラミックやガラスなどをそれぞれの注出すべき温度において恒温の移動装置によって分別注出する。上記4つの独立過程に対応した装置が不活性雰囲気下で連結されていることを第二の特徴とする。4つの独立過程の全てまたは少なくとも2つ以上の過程が同一装置内で実現されるような装置を不活性雰囲気下で連結した装置でもよいことを第三の特徴とする。本発明を実施するに当たって、装置の全体あるいは一部に用いる設備は従来から利用されている炭化装置類を利用することができる。単一槽炭化装置であれば一過程に対応する装置として、複数槽を持つ装置であれば複数過程に対応する装置として利用できる。一過程に対応する装置が複数設置されることも差し支えない。キルン方式やコンベア方式の炭化装置類のように原料が連続的に運ばれるような装置にあっては、原料の搬送経路区分して4つの過程の複数に対応させることもできる。この際には、各過程で生じる水蒸気、塩素ガスおよびその他のガスが混合しないように各過程の間は十分な距離が採られ、十分な排気が行われるように設計されればよい。本発明の実施に当たっては、必要な公的技術を利用できる。含有水分除去過程は100℃以上150℃未満で行われることが必要である。80℃未満では水分除去が不十分となり、150℃以上では一部の有機分子や塩素が気化してダイオキシン等の生成の原因となる恐れがあるので不適である。含有水分除去過程は不活性雰囲気下で行われることが望ましいが、その後の過程に送られる前に十分な排気と置換によって不活性雰囲気にされるなれば、必ずしも不活性雰囲気である必要はない。含有塩素類除去過程は250℃から320℃未満の不活性雰囲気下で行われることが必要である。250℃未満では有機化合物中の塩素の離脱速度が遅く、脱塩素が不十分になる。320℃以上では有機分子の分解は促進されて離脱した塩素と結びついてダイオキシン形成の恐れが増すので不適である。塩素の離脱速度が有機分子の分解速度よりも十分に速く安全性の確保できる温度範囲として250℃以上320℃未満が守られることが必要である。中低温炭化過程は400℃以上550℃未満の不活性雰囲気下で行われる。400℃未満では炭化速度が遅く経済効率的および装置の連続操業上不適になる。550℃以上では脱塩素過程でも離脱しなかった無機塩素化合物の分解が始まって塩素ガスが生じ始めるので、ダイオキシンなどの有害物が形成される恐れがある。無機塩素化合物類の多くはその分解温度が700℃程度以上であるので、中低温炭化過程の温度はこれより十分低く、かつ、十分な炭化速度が得られる400℃以上550℃未満が適している。高温無害化過程は550℃以上で行われる。550℃未満ではダイオキシン合成の可能性が排除できず不適である。この過程においては、生成した炭素の燃焼を許容するのであれば不活性雰囲気であることを必要としない。炭素資源の回収を図るのであれば不活性雰囲気下で行われることが望ましい。この過程の設定温度は550℃以上であって、含まれる有害物が分解されるか溶融分離されるに十分な温度であればよい。炭素資源の回収を目的としない場合には、この過程は焼却炉あるいは溶融炉類によって置き換えることができる。生成した炭素を燃料として利用する場合も同様である。本発明による装置は、上記適正温度間の短時間通過を許容する。本発明による装置では、各過程を経た材料の冷却・保管と次の過程への事後の投入を許容する。廃棄または再利用に際して安全性の確保できることが自明であるような原料を投入する際には、過程の一部を省略してもよい。

発明を実施するための最良の形態

0008

発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図1においては、恒温移動装置は、ロータリー・キルン方式によって説明したが、この恒温移動装置はバスケットコンベア方式、トンネルコンテナトロッコ方式、堅型炉方式、パイプコンベア方式でもよい。図2において、メタリック振動コンベア方式による恒温移動装置の本発明を説明する。原料2は装入口3より装入され、メタリック・振動コンベア方式による恒温移動装置1に移動し、ここでは空気や酸素を置換するために窒素N2ガスなどの不活性ガスCOガスCO2ガスなどによって置き換えられて、水分が100℃に昇温されて水蒸気化され、ほとんどの水分がガス化し排出される。

0009

ほとんど脱水された原料はメタリック・振動コンベアによって、次のメタリック・振動コンベアの恒温移動装置2に移動される。この装置内も、不活性ガスやCO、CO2などのガスによって酸素を追い出し、原料が酸化しないようになっており、ここではさらに昇温され、原料は250℃から320℃の温度状態で恒温化され、原料中の有機塩素を排出させる。この様に有機塩素はほとんど酸素と触れることが無いため、ダイオキシンなどの有害物を生成させない。

0010

ほとんど、脱水され、脱塩素された原料は、メタリック・振動コンベアによって次のメタリック・振動コンベアからなる恒温移動装置3に移動される。この恒温移動装置は、ロータリー・キルンなどの他の装置でも可能である。ここで原料は、更に400℃から550℃に恒温され、原料は炭素・カーボン化する。

0011

炭素・カーボン化された原料には、無機塩素や金属やガラスやセラミックが混合して残存しているので、メタリック・振動コンベアにて次の高温多段恒温移動装置1に移動され、不活性ガスもしくは還元ガス雰囲気にて、例えば、550℃の高温恒温下で、無機塩素もガス化する。

0012

更に次の高温多段恒温移動装置2に移動され、不活性ガスもしくは還元ガス雰囲気にて高温で、残存する金属もしくはガラスを還元もしくは溶融して注出する。例えば、高温恒温移動装置5を1080℃から1100℃に恒温化し、残存している銅の金属を注出する。

0013

図5に、本発明によって得られた恒温による中低温炭化カーボン方法の結果を示す。図中、水分除去には100℃から150℃の恒温領域が適している。100℃以下では水分の除去率が悪く、150℃以上となると塩素が発生する。塩素除去には250℃から320℃の恒温領域が適している。250℃以下では塩素の除去率が悪く、320℃以上ではダイオキシン生成の恐れが高まる。中低温炭素・カーボン化は400℃から550℃の恒温領域が適している。400℃以下では未分解の有機塩素によるダイオキシン生成の可能性が残る。550℃以上では無機塩素の分解によって再びダイオキシン生成の可能性が生じる。これが本発明での多段の熱分解ガス化と炭素・カーボン化の恒温装置の特徴の一つである。更に高温恒温方法として、図5中の550℃以上の高温恒温領域が無機塩素の分解に適した範囲であるこを発見し、それを特徴とする装置並びに方法である。即ち、本発明は恒温領域の有機塩素の分解が始まらない温度で、先ず水分を除去し、恒温領域の有機塩素が分解を始め、塩素と反応してダイオキシンを生成する温度以下で、有機塩素が効率的かつ選択的に除去できる温度範囲で有機塩素を除去する。これにより、ダイオキシンの生成を妨げる。また、恒温領域で有機物が熱分解ガス化し、かつ無機塩素化合物が分解を始めない温度範囲で炭素・カーボン化させて、ダイオキシンの生成の防止を図ることが特徴の一つである。更に高温恒温領域において、無機塩素が十分に分解する高温度550℃以上で、高温処理溶融ガス)し、無害化する。この高温恒温領域において、中低温の炭素・カーボン中に残存する金属やセラミックスやガラスを高温処理することを特徴とする方法である。

0014

図6に恒温の時間に対する本発明の結果を示す。各領域ともに5分以上を恒温、即ちその領域範囲に保つことによって除去はほとんど進む。従って、本発明でのその領域範囲での恒温時間は、5分以上保持することを特徴とする。

0015

この様な多段の高温恒温移動装置は、生活ゴミや産業廃棄物やその他の原料による投入する原料の成分によって、すなわちメタルの種類やガラスやセラミックの種類とその物性によって、多段の数を設定することができる。

0016

この多段恒温移動装置を通過した炭素・カーボンには残存異物値が少ない、すなわち純粋な炭素・カーボン化しており、これに水蒸気をかけることによって活性炭を生成させることも出来る。

0017

図7に本発明による総合的プロセスの一例を示す。図中、水分14は本発明によって恒温領域の100℃から150℃で除去された水分を示し、塩素15は恒温領域の250℃から320℃で除去された塩素を示し、炭素・カーボン9は400℃から550℃において得られた中低温の炭素・カーボンを示す。ミニ高炉5においては、550℃以上の高温恒温装置として、炭素・カーボン9に含まれている金属、ガラス、セラミックスを還元溶融する高温恒温装置を示す。

発明の効果

0018

本発明は、以上説明したように構成されているので、以下に記載されるような効果を奏する。

0019

生活ゴミ、産業廃棄物やその他の原料を多段・熱分解炭素化溶融還元する時発生するガスなどを、恒温の移動装置によって分別除去することができる。

図面の簡単な説明

0020

図1本発明一実施例のロータリー・キルン方式による恒温移動装置の模型的部分断面図である。
図2本発明一実施例のメタリック・振動コンベア方式による恒温移動装置の模型的部分断面図である。
図3従来の一般的なロータリー・キルン方式による熱分解炭素化溶融装置の模型的図である。
図4従来の一般的なストーカー方式による熱分解炭素化溶融装置の模型的図である。
図5除去率と温度との相関関係図を示す。
図6除去率と恒温時間との相関関係図を示す。
図7本発明一実施例の炭化装置を高炉に直結させたプロセスの模型的部分断面図である。

--

0021

1 本体
2原料
3装入口
4昇温バーナー
5間接加熱管
6 排出口
7排気口

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