(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
減圧下のプラズマ反応管内に、当量反応に満たない酸素を反応ガスとして供給して、酸素不足による還元雰囲気を生成した状態でマイクロ波を照射し、グロー放電によって反応ガスをプラスマ化してから、前記プラズマ反応管内に難分解性有機廃液をプローブを介して投入して直接分解処理することにより、可燃ガスに加え炭素系機能材料及び人工グラファイトを生成することを特徴とする難分解性有機廃液の処理システム。
【請求項２】
前記プローブは、その先端に難分解性有機廃液を霧状に噴霧するノズルを取り付けて構成したことを特徴とする請求項１記載の難分解性有機廃液の処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非平衡プラズマにより難分解性有機廃液を分解処理し、分解後の生成物として可燃ガスおよび人工グラファイト或いは炭素系高機能材料を生成し、当該可燃ガスを発電装置による発電に利用することのできる難分解性有機廃液の処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
変圧器等に使用される電気絶縁油は定期点検による交換によって廃油となる。当該廃油の処理は、近年の環境保全の観点から環境負荷の少ない物質に分解処理する必要がある。
【０００３】
廃油の処理方法としては、従来から、高周波誘導熱プラズマを利用した方法がその一例として知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−１３１７５７号公報
【０００５】
上記特許文献１記載の処理方法は、アルゴンガスを酸素や水蒸気および水素等の廃油分解に適した反応ガスに置換した後、高温のプラズマフレームに晒されて１０００〜２０００℃に加熱された加熱部材に廃油を供給することにより、瞬時に廃油を蒸発・分解し、酸素等との反応を促進する。そして、分解物質は、排気口から外部に廃棄される。
【０００６】
この処理方法によれば、廃油を処理するための酸素等の量は、廃油の分解処理に必要な最低限の量ですむため、排出ガス量を抑制できるといった効果を有する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
然るに、近年、環境保全に加え、資源の有効利用の観点から廃棄物を適正に処理した後、これを有効活用する社会的要請が高まりつつある。前記特許文献１記載の処理方法においては、排出ガスは無害なものであり環境保全の点からは優れているが、その一方で、廃油を分解処理し生成される生成物を直接有効活用することが、資源の有効利用の観点からより好ましい。
【０００８】
そこで、本発明は、上記の課題に鑑みて、難分解性有機廃液を分解処理して生成される可燃ガスを直接発電に利用することのできる難分解性有機廃液の処理システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１記載の発明は、減圧下のプラズマ反応管内に、当量反応に満たない酸素を反応ガスとして供給して、酸素不足による還元雰囲気を生成した状態でマイクロ波を照射し、グロー放電によって反応ガスをプラスマ化してから、前記プラズマ反応管内に難分解性有機廃液をプローブを介して投入して直接分解処理することにより、可燃ガスに加え炭素系機能材料及び人工グラファイトを生成することを特徴とする。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記プローブは、その先端に難分解性有機廃液を霧状に噴霧するノズルを取り付けて構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１記載の発明によれば、反応ガスである酸素を反応当量以下とすることで、炭素系機能材料の生成を可能とし、かつ、可燃ガスに加え人工グラファイトを廃液（液体）から直接生成することが可能となる。
【００１７】
請求項２記載の発明によれば、プラズマ反応管内に廃液を霧状に噴霧することにより、グロー放電を消失させることなく、安定かつ継続して廃液を効率よく分解処理することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係る難分解性有機廃液の処理システムを示す全体構成図である。
【図２】前記難分解性有機廃液の処理システムを構成する処理装置におけるプラズマ反応部を拡大して示す要部拡大縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について図１および図２を用いて説明する。図１は本発明に係る難分解性有機廃液の処理システムＡを示している。
【００２５】
難分解性有機廃液の処理システムＡ（以下、単に処理システムという）は、マイクロ波発生装置１と、マイクロ波導波管２、難分解性有機廃液の投入部３、反応ガス供給部４、プラズマ反応管５からなる難分解性有機廃液の処理装置Ｂと、難分解性有機廃液を分解処理した後の生成物を利用する生成物再利用ユニット７によって構成されている。
【００２６】
前記マイクロ波導波管２は、マイクロ波発生装置１から発振されたマイクロ波が反射してマイクロ波発生装置１内に入ることを防止するために、反射したマイクロ波を吸収するアイソレータ８と、マイクロ波の強度を調べるパワーモニタ９、マイクロ波を共振させ、プラズマの発生位置に焦点を合わせるスタブチューナ１０を備えて構成されている。１１は真空ポンプ６によって気圧調整されるプラズマ反応管５内の気圧を測定するための圧力計である。
【００２７】
前記生成物再利用ユニット７は、難分解性有機廃液を分解して生成される生成物を冷却する熱交換器１２と、真空ポンプ６が吸引,排出したガス利用して発電する発電装置１３から構成されている。
【００２８】
なお、１４はプラズマ反応部Ｘ（図２参照）におけるプラズマの発生状況を目視するための観察窓であり、プラズマ反応部Ｘは、マイクロ波導波管２に対してプラズマ反応管５が垂直に設置され、その上部は投入部３と反応ガス供給部４に接続され、下部は熱交換器１２に接続されている。
【００２９】
プラズマ反応管５内には、上端を投入部３に接続した細管（以下、プローブという）１５の下端が、マイクロ波によって生じるプラズマの発生位置上部に延出しており、当該プローブ１５の先端（下端）には、投入部３からプローブ１５を介して供給された難分解性廃液をプラズマ発生位置に霧状に噴霧するためのノズル（以下、噴霧ノズルという）１６が取り付けられている。
【００３０】
プラズマ反応管５は、例えば、透明の石英管によって形成されており、図１に示すプラズマ発生装置１から発振してプラズマ導波管２を通過したマイクロ波をプラズマ反応管５内に通過させる。
【００３１】
次に、本発明に係る処理システムＡによる難分解性有機廃液の処理方法について説明する。図１に示す処理システムＡは、絶縁油等の難分解性の有機廃液を分解処理することができる。
【００３２】
絶縁油としては、例えば、柱上変圧器用の電気絶縁油が存在し、当該絶縁油は、炭素および水素から構成され、その他の元素は含まれない純粋な炭化水素である。
【００３３】
上記の絶縁油を分解処理するに当たっては、まず、図１に示す反応ガス供給部４から反応ガスとして酸素を供給するが、このときの酸素の供給量は、後述する当量反応に満たない量に設定する。供給された酸素は、プラズマ反応管５内を図１に示す下方へ通過し、図２に示すプラズマ反応部Ｘに供給される。
【００３４】
次に、真空ポンプ６および圧力計１１を用いて、プラズマ反応管５内を所定圧力（例えば、１.５ｋＰａ）に減圧・固定し、この状態でマイクロ波発生装置１によって生成したマイクロ波を所定の出力（６７０Ｗ等）で発振する。
【００３５】
マイクロ波発生装置１から出力されたマイクロ波は、マイクロ波導波管２、アイソレータ８を介してパワーモニタ９に伝播し、パワーモニタ９により入射電力が検出される。このとき、アイソレータ８は反射したマイクロ波を吸収することによって、マイクロ波発生装置１を保護する。反射したマイクロ波の電力はパワーモニタ９によって検出される。
【００３６】
導波管２内を通過したマイクロ波は、スタブチューナ１０によって共振され図２に示すプラズマ発生位置に焦点が合わされ、プラズマ反応部Ｘに入射する。
【００３７】
プラズマ反応部Ｘに入射したマイクロ波は、透明石英管等からなるプラズマ反応管５を良好に透過する。このとき、プラズマ反応管５内には、図１に示す反応ガス供給部４より反応ガスとして酸素が供給されており、この酸素は入射したマイクロ波によって電離してプラズマ化される。
【００３８】
このとき発生するプラズマは、プラズマ反応管５内が一定圧に減圧（例えば、１.５ｋＰａ）されているので、グロー放電によって生じる。グロー放電は、コロナ放電と比較してより広範囲で安定した放電であり、アーク放電と比較して低エネルギーで生じさせることができる。
【００３９】
プラズマ反応部Ｘにグロー放電プラズマを発生させたら、処理対象である絶縁油を液体の状態で投入部３から投入する。絶縁油の投入量は、反応ガスとして供給される酸素量が当量反応に満たない量に設定する。投入した絶縁油は、図１又は図２に示すプローブ１５内を下降するが、当該絶縁油は常温で粘度が高いので、プローブ１５内に滞留することが懸念される。
【００４０】
そこで、投入部３に絶縁油を投入する際に、プローブ１５に酸素等の気体（例えば、５０ｍｌ／ｓ）を導入する。当該気体の導入により、投入した絶縁油は、プローブ１５内を下方に押し出され、図２に示す下端（先端）に取り付けた噴霧ノズル１６からプラズマ反応部Ｘに霧状に噴霧される。
【００４１】
このとき、プラズマ反応部Ｘにはグロー放電プラズマが生じている。したがって、噴霧ノズル１６から噴霧された絶縁油は、霧状であるが故に、プラズマ反応部Ｘに生じているプラズマによって効率的に分解される。また、反応ガスとしての酸素が当量反応に満たない供給量であるので、低酸素下の反応により反応性を高めることができ、従来より多くの可燃ガスを生成することが可能となる。なおかつ、タール等の副生成物の合成を抑制することができる。
【００４２】
前記生成ガスは、水素、酸素、一酸化炭素、二酸化炭素、その他低分子炭化水素からなり、そのうち、水素、一酸化炭素、その他低分子炭化水素の割合が全体の７割を占めている。
【００４３】
そして、生成された可燃ガスは、真空ポンプ６による吸引力により熱交換器１２で冷却された後、発電装置１３に排出される。発電装置１３としては、ガスエンジンやガスタービンが用いられ、真空ポンプ６から排出された可燃ガスを利用してガスエンジンで発電機を駆動し、又は、ガスタービンを回転させて発電することができる。つまり、廃液から再生可能エネルギーを生成することが可能になる。
【００４４】
また、前記可燃ガスのうち、二酸化炭素は、絶縁油を分解して生成された煤（炭素）と反応ガス供給部４より供給された酸素が結合して生成されたものである。当該二酸化炭素は、プラズマ反応部Ｘから下方へプラズマ反応管５内を下降するため、煤（炭素）がプラズマ反応管５内に付着することにより、マイクロ波が当該反応管５を透過することの阻害となることを阻止することができる。
【００４５】
一方、前記可燃ガスの生成の他に、本発明では、酸素をマイクロ波を用いてプラズマ化させる構成であるので、反応性を向上させることができ、炭素系高機能材料や人工グラファイトを生成することが可能となる。
【００４６】
炭素系高機能材料の生成は、マイクロ波の出力を高めること、或いは、所定の触媒を分解する廃液（絶縁油）に混入させることにより促進させることが可能となる。そして、生成した炭素系高機能材料や人工グラファイトは、未分解の絶縁油とともにプラズマ放電管５下部より回収することができる。
【００４７】
以上の方法により、投入した絶縁油をプラズマ分解処理することによって、絶縁油等の難分解性有機廃液から発電用の可燃ガスと、炭素系高機能材料或いは人工グラファイトを生成することができる。なお、炭素系高機能材料としては、ダイヤモンドをはじめ、自動車やスポーツ用品等に利用され、今後は半導体としての利用が期待されるカーボンナノ材料、切削工具や自動車部品の表面加工に利用されるＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）等が考えられる。また、人工グラファイトは、潤滑剤や耐熱材料として利用可能である。
【００４８】
以上説明したように、本発明の難分解性有機廃液の処理システムは、絶縁油等の難分解性有機廃液を高効率で分解し、可燃ガスや人工グラファイト或いは炭素系高機能材料に改質することができ、生成した可燃ガスは、ガスエンジンやガスタービンを利用して発電に利用することができる。
【００４９】
また、グロー放電プラズマによって廃液を分解処理するので、安定した放電によって分解率の向上を図ることができる。
【００５０】
さらに、廃液を噴霧ノズルから霧状に噴霧することにより、発生したグロー放電を消失させることなく、廃液を効率的に分解処理することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
マイクロ波非平衡プラズマを用いた難分解性有機廃液の分解処理に利用可能である。
【符号の説明】
【００５２】
１  マイクロ波発生装置
２  マイクロ波導波管
３  投入部
４  反応ガス供給部
５  プラズマ反応管
６  真空ポンプ
７  生成物再利用ユニット
８  アイソレータ
９  パワーモニタ
１０  スタブチューナ
１１  圧力計
１２  熱交換器
１３  発電装置
１４  プラズマ観察窓
１５  細管（プローブ）
１６  噴霧ノズル
Ａ  難分解性有機廃液の処理システム
Ｂ  難分解性有機廃液の処理装置
Ｘ  プラズマ反応部
【図１】
0005530803.tif 000002
【図２】
0005530803.tif 000003