(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイオキシン類に汚染された処理物を間接加熱室に導入して、該処理物を過熱水蒸気の雰囲気下で８００℃以上に加熱し、気化したダイオキシン類から塩素又は臭素を解離させるとともに、該塩素又は臭素が解離した有機化合物を前記過熱水蒸気により酸化し、該酸化後の排ガスを間接加熱室から燃焼加熱室に導入して燃焼加熱することを特徴とするダイオキシン類の分解方法。
【請求項２】
前記燃焼加熱室からの燃焼排ガスと熱交換することにより、過熱水蒸気を発生させることを特徴とする請求項１記載のダイオキシン類の分解方法。
【請求項３】
ダイオキシン類に汚染された処理物を導入して過熱水蒸気の雰囲気下で間接加熱する回転ドラムと、該回転ドラムに過熱水蒸気を供給する過熱水蒸気発生手段と、該回転ドラムの周囲に形成され、回転ドラムの内部を８００℃以上に加熱する加熱バーナーを備えた燃焼加熱室とからなり、回転ドラムを回転することにより処理物を移送しながら過熱水蒸気の雰囲気下で８００℃以上に加熱するとともに、回転ドラムにおいて発生した排ガスを燃焼加熱室に導入して、加熱バーナーにより燃焼加熱するようにしたことを特徴とするダイオキシン類の分解装置。
【請求項４】
前記過熱水蒸気供給手段が、燃焼加熱室からの燃焼排ガスを導入する熱交換装置を備え、燃焼排ガスの熱量を利用して過熱水蒸気を発生させるようにしたことを特徴とする請求項３記載のダイオキシン類の分解装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、強烈な毒性や熱力学的安定性を有し、化学的分解が困難な環境障害物質であるダイオキシン類に汚染された土壌や汚泥、燃え殻・飛灰等の安全化処理に関し、これらのダイオキシン類を完全に分解することにより、分解処理後に於いてもダイオキシン類の再合成を完全に阻止して、これらの自然界への排出による汚染又は自然環境の破壊を防止するとともに、日常生活における健康障害の恐れを取り除くことにより、環境政策上及び経済政策上の施策に貢献することができるダイオキシン類の分解方法及び分解装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
文明社会の発展と共に化学技術の進展もめざましく、我々人間の欲望を満足させるため、産業と云う生産システムにおいて、あらゆる物性が化学的に合成又は製造され供給されることで、我々は豊かな社会生活を享受できるようになったが、この生産による廃棄物及びこの物資の消費による廃棄物の処理に際して、大変な社会問題として提起されてきたのが環境障害物質であるダイオキシン又はダイオキシン類似物質（本明細書においてダイオキシン類という）である。
これらの物質は、ハロゲン（塩素（Ｃｌ）及び臭素（Ｂｒ））を含む有機化学反応で合生される物質の不純物として介在するのみならず、これらハロゲンを含む廃棄物の燃焼処理における不完全な燃焼に於いても合成されることが知られるようになった。
【０００３】
近年、重大な環境障害物質としてのダイオキシン類の存在が、我が国内のみならず世界的に論議されるところとなり、その生成と発生源、汚染経路及び毒性並びに特性について明らかになるにつれ、我が国に於いてもダイオキシン類の自然界への排出規制措置が法的に採られることとなったが、日常生活におけるダイオキシン類の健康障害に付いての恐怖は、深まりこそすれ尽きることがないのが現状である。
この根本は、ダイオキシン類が遺伝子に作用するとまで云われる強烈な毒性を有する点はもとより、生成は容易ではあるが熱安定性であり、かつ酸又はアルカリによる加水分解でも、また、酸化剤及び還元剤による分解に対しても安定であり、自然界への排出が極微量ながらも継続される場合は、分解されることなく蓄積・濃縮して自然環境が汚染され、食物連鎖による健康障害が生じるに至る怖さにある。
【０００４】
このことから、産学官各分野において、ダイオキシン類を含有する物質の安全化、及び塩素（Ｃｌ）を含有する物性の燃焼時におけるダイオキシン類の合成防止について、処理手法及び技術が鋭意研究・開発されて来たが、環境的又は経済的理由から、未だ有効な処理技術として社会に定着し、貢献するに至っていないのが現状である。
下記表１に、従来の処理技術の例として、平成１１年１２月、厚生省発行の「高濃度ダイオキシン類汚染物分解処理技術マニュアル」の抜粋を記す。
【０００５】
【表１】
0003659901.tif 000002
【０００６】
【表２】
0003659901.tif 000003
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来のダイオキシン類の分解処理技術について、上記のように厚生省発行資料を記述したが、どの処理方法を取り上げても一長一短があり、複数の処理方法を併用しなければ、満足のできるダイオキシン類の分解による安全化処理が望めないことは明白である。
【０００８】
本発明は、上記従来のダイオキシン類の分解方法が有する問題点に鑑み、１つの処理方法で固形物、液状物及び気体の３相への対応を可能とするとともに、分解後の残渣や燃焼排ガスの冷却時においても、ダイオキシン類の再合成を阻止し、さらに、分解装置の構造を簡単にしながらも、ダイオキシン類をほぼ完全に分解することができるダイオキシン類の分解方法及び分解装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明のダイオキシン類の分解方法は、ダイオキシン類に汚染された処理物を間接加熱室に導入して、該処理物を過熱水蒸気の雰囲気下で８００℃以上に加熱し、気化したダイオキシン類から塩素又は臭素を解離させるとともに、該塩素又は臭素が解離した有機化合物を前記過熱水蒸気により酸化し、該酸化後の排ガスを間接加熱室から燃焼加熱室に導入して燃焼加熱することを特徴とする。
【００１０】
このダイオキシン類の分解方法は、ダイオキシン類に汚染された処理物を過熱水蒸気の雰囲気下で８００℃以上に間接加熱することにより、気化したダイオキシン類から塩素又は臭素を解離させるとともに、この塩素又は臭素が解離した有機化合物を前記過熱水蒸気により酸化することができ、さらに、この酸化後の排ガスを間接加熱室から燃焼加熱室に導入して燃焼加熱することにより、排ガスに残留する極微量の未分解ダイオキシン類から塩素又は臭素を解離させるとともに、この塩素又は臭素が解離した有機化合物を酸化して、ダイオキシン類を完全に分解することができる。
そして、塩素又は臭素が解離したベンゼン、オキサジン類、フェノール類等の有機化合物は、酸化されることによって炭酸ガスや水蒸気、塩素ガス又は臭素ガスとなることから、燃焼排ガス中にはこれらのみが存在することになり、これにより、燃焼排ガスが冷却されて温度が降下した場合でも、塩素ガスや臭素ガスとの再結合によるダイオキシン類の合成を防止することができる。
【００１１】
この場合において、前記燃焼加熱室からの燃焼排ガスと熱交換することにより、過熱水蒸気を発生させることができる。
【００１２】
これにより、燃焼排ガスの冷却を行うとともに、過熱水蒸気を省エネルギーにて発生させることができる。
【００１３】
また、本発明のダイオキシン類の分解装置は、ダイオキシン類に汚染された処理物を導入して過熱水蒸気の雰囲気下で間接加熱する回転ドラムと、該回転ドラムに過熱水蒸気を供給する過熱水蒸気発生手段と、該回転ドラムの周囲に形成され、回転ドラムの内部を８００℃以上に加熱する加熱バーナーを備えた燃焼加熱室とからなり、回転ドラムを回転することにより処理物を移送しながら過熱水蒸気の雰囲気下で８００℃以上に加熱するとともに、回転ドラムにおいて発生した排ガスを燃焼加熱室に導入して、加熱バーナーにより燃焼加熱するようにしたことを特徴とする。
【００１４】
このダイオキシン類の分解装置は、ダイオキシン類に汚染された処理物を過熱水蒸気の雰囲気下で８００℃以上に間接加熱することにより、気化したダイオキシン類から塩素又は臭素を解離させるとともに、この塩素又は臭素が解離した有機化合物を前記過熱水蒸気により酸化することができ、さらに、この酸化後の排ガスを間接加熱室から燃焼加熱室に導入して燃焼加熱することにより、排ガスに残留する極微量の未分解ダイオキシン類から塩素又は臭素を解離させるとともに、この塩素又は臭素が解離した有機化合物を酸化して、ダイオキシン類を完全に分解することができる。
そして、塩素又は臭素が解離したベンゼン、オキサジン類、フェノール類等の有機化合物は、酸化されることによって炭酸ガスや水蒸気、塩素ガス又は臭素ガスとなることから、燃焼排ガス中にはこれらのみが存在することになり、これにより、燃焼排ガスが冷却されて温度が降下した場合でも、塩素ガスや臭素ガスとの再結合によるダイオキシン類の合成を防止することができる。
【００１５】
また、前記過熱水蒸気供給手段が、燃焼加熱室からの燃焼排ガスを導入する熱交換装置を備え、燃焼排ガスの熱量を利用して過熱水蒸気を発生させるようにすることができる。
【００１６】
これにより、燃焼排ガスの冷却を行うとともに、過熱水蒸気を省エネルギーにて発生させることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のダイオキシン類の分解方法及び分解装置の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１８】
図１に、本発明のダイオキシン類の分解装置の一実施例を示す。
このダイオキシン類の分解装置は、本発明のダイオキシン類の分解方法を実施する際に使用するもので、ダイオキシン類に汚染された処理物を導入して過熱水蒸気の雰囲気下で間接加熱する回転ドラム２と、該回転ドラム２の周囲に形成され、回転ドラム２の内部を８００℃以上に加熱する燃焼加熱室３とを有する外熱キルン装置１（燃焼炉）を備えている。
さらに、このダイオキシン類の分解装置は、前記回転ドラム２に過熱水蒸気を供給する過熱水蒸気発生装置１０と、回転ドラム２に前記処理物を導入する定量供給装置７と、回転ドラム２を回転することにより回転ドラム２の軸方向に処理物を移送する回転ドラム２の内周面に形成した螺旋状の羽根等の移送手段（図示省略）と、配管によって接続され、回転ドラム２内の排ガスを回転ドラム２から前記燃焼加熱室３に導入するガス排出口１３及びガス導入口１４とを備えている。
【００１９】
本実施例のダイオキシン類の分解方法では、このような外熱キルン装置１を使用し、ダイオキシン類に汚染された固形物及び液状物を、定量供給装置７によって回転ドラム２内に定量的に連続して供給する。
また、ダイオシン類に汚染された気体の供給は、前部固定ボックス５に設けた過熱水蒸気供給口１１より、過熱水蒸気と混合して回転ドラム２内に定量的に連続して供給する。
この場合、定量供給装置７の供給量は、排ガス温度計１７に予め設定する温度に排ガス温度が維持されるように、排ガス温度計１７で検出する信号に比例して定量供給モーター１６の回転数が制御されることにより、その増減が調節される。
なお、排ガス温度計１７は、後部固定ボックス６に設けたガス排出口１３より排出される排ガスの温度を検出する。
【００２０】
回転ドラム２内は、前部固定ボックス５及び後部固定ボックス６並びにロータリーバルブ９によって外気が遮断される構造となっており、回転ドラム２内への外気流入を阻止して、回転ドラム２内への外気流入を防止し熱分解雰囲気の希釈による温度の降下、及び外気の流入による熱分解ガスの増量が阻止される構造となっている。
【００２１】
燃焼加熱室３内は、加熱バーナー４の燃焼により、常に８５０〜９００℃に保たれる。
この燃焼加熱室３の熱雰囲気により、回転ドラム２内に送り込まれたダイオキシンに汚染された物質は、回転ドラム２の回転により、撹拌されながら間接的に８００℃以上に加熱される。
【００２２】
この場合、ダイオキシンに汚染された物質が８００℃以上に加熱されることにより、汚染物質に含まれるダイオキシン類が気化してガス状となるが、このときのダイオキシン類（ＣｎＨｍＣｌｘ又はＣｎＨｍＢｒｘ）は、熱分解してベンゼン（Ｃ6Ｈ6）、オキサジン類（ＣｎＨｍＯｘ）又はフェノール類（ＣｎＨｍＯＨｘ）と、塩素（Ｃｌ）又は臭素（Ｂｒ）とに解離し、各々が混合したガス状態となっている。
【００２３】
一方、過熱水蒸気は、別に設けた過熱水蒸気発生装置１０に、例えば０．６９ＭＰａ程度の水蒸気を送気して８００℃以上の過熱水蒸気とし、前部固定ボックス５に設けた過熱蒸気供給口１１を経由して回転ドラム２内に吹き込む。
この過熱水蒸気の発生には、燃焼加熱室３から排出する８００℃以上の高温の燃焼排ガスを利用するが、これに代えて電磁誘導による加熱、及び燃料油又は燃料ガスの燃焼、並びに燃料油又は燃料ガスのプラズマ燃焼による加熱も利用することができる。
【００２４】
ところで、水は臨界温度３７４℃、圧力２２．１ＭＰａの超臨界状態で、イオン的な反応を示して溶媒作用を持つようになり、強力な酸化作用も併せ持つようになるが、大気圧下で４００℃以上に過熱された過熱水蒸気も超臨界水に類似する還元作用を保有し、７００〜８００℃以上の高温域では酸化作用も保有する。これは、過去に、石炭の燃焼状況の改善や石炭等の加熱分解での可燃性ガスを製造する際に、水蒸気を用いての水性ガス化反応による炭化水素ガス（ＣｎＨｍ）及び一酸化炭素ガス（ＣＯ）の生成促進を図り、可燃性ガスの発熱量を高める手法でも証明されている。
これにより、大気圧下での１０００℃の過熱水蒸気による焼却炉の飛灰でのダイオキシン類の酸化分解実験に於いて、飛灰中の処理前ダイオキシン類濃度＝３ｎｇ−ＴＥＱ／ｇのものが、処理後濃度＝０．０６ｎｇ−ＴＥＱ／ｇと約９８％低減する結果が得られ、その２００℃の排ガスに於いてもダイオキシン類の検出が認められず、高温の過熱水蒸気によるダイオキシン類の酸化分解と、その際に生じる排ガスでのダイオキシン類再合成の阻止が可能であることが実証された。
【００２５】
他方、回転ドラム２では、この回転ドラム内に吹き込まれた８００℃以上の過熱水蒸気と、回転ドラム２内で間接的に８００℃以上に加熱されることによって、ダイオキシン類が揮発・熱分解・熱解離したベンゼン（Ｃ6Ｈ6）、オキサジン類（ＣｎＨｍＯｘ）、又はフェノール類（ＣｎＨｍＯＨｘ）と、塩素（Ｃｌ）又は臭素（Ｂｒ）との蒸気とが混合した状態で存在する。
そして、これらは、８００℃以上の過熱水蒸気の酸化作用によりベンゼン（Ｃ6Ｈ6）、オキサジン類（ＣｎＨｍＯｘ）又はフェノール類（ＣｎＨｍＯＨｘ）は、炭酸ガス（ＣＯ2）と水蒸気（Ｈ2Ｏ）とになり、熱解離した塩素（Ｃｌ）又は臭素（Ｂｒ）は、塩素（Ｃｌ）ガス又は臭素（Ｂｒ）ガスとなり、各々が混合して解離・酸化後の排ガスを構成する。
この酸化反応時間は１〜１．５秒程度であるが、回転ドラム２の構造は過熱水蒸気の酸化作用で生成される解離・酸化後の排ガスを、２秒以上滞留させるようになっている。
【００２６】
回転ドラム２内の過熱水蒸気の酸化反応で生成する排ガスの殆どは、炭酸ガス（ＣＯ2）及び水蒸気（Ｈ2Ｏ）並びに塩素ガス（Ｃｌ）等であるが、ダイオキシン類を構成する有機炭化水素分子の８ヶの触手の内、１，６又は２，７並びに２，３，７，８の位置の触手に塩素（Ｃｌ）又は臭素（Ｂｒ）が置換したものは、他のダイオキシン類に比して沸点が高い。
したがって、熱分解の状況によっては、回転ドラム２の排ガス中に極微量ではあるが、未分解・未酸化のダイオキシン類が残留する恐れがある。
このため、本実施例では、回転ドラム２内の解離・酸化後の排ガスを、後部固定ボックス６に設けたガス排出口１３を経由して、燃焼加熱室３に設けたガス導入口１４より燃焼加熱室３内に導入する。
【００２７】
一方、回転ドラム２内でのダイオキシン類の気化蒸発と熱分解処理が完了した処理残渣は、回転ドラム２の回転により後部固定ボックス６に移送され、後部固定ボックス６の下部に設けた分解残渣排出口８を経由して、ロータリーバルブ９で外気を遮断しながら装置外に排出される。
【００２８】
また、ガス導入口１４より燃焼加熱室３に導入された解離・酸化後の排ガスは、加熱バナー４の燃焼熱で８５０〜９００℃に再加熱され、燃焼加熱室３内に２秒以上滞留させることにより、排ガスに残留する極微量の未分解ダイオキシン類が加熱・分解され完全に酸化分解される。
なお、この燃焼加熱室３での再加熱に際して、少量の外気（空気）を加えることもある。
燃焼加熱室３でダイオキシン類が完全に分解・酸化された燃焼排ガスは、燃焼加熱室３に設けた燃焼排ガス出口１２から排出されるが、上記の反応により、燃焼排ガス中にはベンゼン（Ｃ6Ｈ6）又はオキサジン類（ＣｎＨｍＯｘ）並びにフェノール類（ＣｎＨｍＯＨｎ）等が存在せず、炭酸ガス（ＣＯ2）及び過熱水蒸気（Ｈ2Ｏ）と、塩素ガス（Ｃｌ）又は臭素（Ｂｒ）ガスのみとなる。
その結果、この燃焼排ガスが冷却を受けて温度が降下した場合でも、塩素ガス（Ｃｌ）や臭素（Ｂｒ）ガスと再結合してダイオキシン類を合成するために必要なベンゼン（Ｃ6Ｈ6）やオキサジン類（ＣｎＨｍＯｘ）、フェノール類（ＣｎＨｍＯＨｘ）等の有機炭化水素類が存在しない故に、ダイオキシン類の再合成が起きることはない。
燃焼排ガス中の塩素（Ｃｌ）は、排ガス温度の降下に伴い、漸次、燃焼排ガス中の水蒸気（Ｈ2Ｏ）と反応して塩酸（ＨＣｌ）蒸気となるが、通常のダイオキシン類に汚染された土壌や汚染汚泥、燃え殻・飛灰等のダイオキシン類濃度はｍｇ／Ｋｇ〜ｎｇ／Ｋｇ又はｎｇ／ｍ3Ｎである。
これらの処理物を熱分解処理した燃焼排ガス中の塩素（Ｃｌ）や塩酸（ＨＣｌ）等の濃度は極希薄ではあるが、これら燃焼排ガスに含まれた塩素（Ｃｌ）又は塩酸（ＨＣｌ）は、消石灰処理又は活性炭吸着処理して除去され、クリーンな燃焼排ガスとして大気に排出される。
【００２９】
以上のように、本実施例のダイオキシン類の分解方法は、ダイオキシン類に汚染された処理物を過熱水蒸気の雰囲気下で８００℃以上に間接加熱することにより、気化したダイオキシン類から塩素又は臭素を解離させるとともに、この塩素又は臭素が解離した有機化合物を前記過熱水蒸気により酸化することができ、さらに、この酸化後の排ガスを間接加熱室から燃焼加熱室に導入して燃焼加熱することにより、排ガスに残留する極微量の未分解ダイオキシン類から塩素又は臭素を解離させるとともに、この塩素又は臭素が解離した有機化合物を酸化して、ダイオキシン類を完全に分解することができる。
そして、塩素又は臭素が解離したベンゼン、オキサジン類、フェノール類等の有機化合物は、酸化されることによって炭酸ガスや水蒸気、塩素ガス又は臭素ガスとなることから、燃焼排ガス中にはこれらのみが存在することになり、これにより、燃焼排ガスが冷却されて温度が降下した場合でも、塩素ガスや臭素ガスとの再結合によるダイオキシン類の合成を防止することができる。
その結果、ダイオキシン類に汚染された土壌や汚泥、燃え殻・飛灰、更には汚染された気体等の安全化処理を完全に行うことができる。
【００３０】
次に、本実施例のダイオキシン類の分解装置について、さらに説明する。
外熱キルン装置１は、燃焼加熱室３を有し、側壁の任意の位置に加熱バーナー４、ガス導入口１４、並びに燃焼排ガス出口１２を備えるとともに、燃焼加熱室３を水平に貫通した回転ドラム２と、定量供給モーター１６により駆動する定量供給装置７と、過熱水蒸気供給口１１を備えた前部固定ボックス５と、ガス排出口１３、分解残渣排出口８、及びロータリーバルブ９を備えた後部固定ボックス６とを備えている。
回転ドラム２は、前後の端部がそれぞれ前部固定ボックス５と後部固定ボックス６とに開口し、ドラム駆動輪１５で支持されて回転するようになっている。
【００３１】
回転ドラム２の両端が差し込まれた前部固定ボックス５及び後部固定ボックス６は、各々の差し込み口と回転ドラム２の外周との隙間が、グランドパッキン方式等でシールドされて外気が遮断されている。
さらに、後部固定ボックス６下部の分解残渣排出口８に連結して設けたロータリーバルブ９で外気を遮断して、回転ドラム２内に外気が流入しない構造となっており、回転ドラム２内に外気が流入することによる、回転ドラム２内の温度降下や、回転ドラム２内のガス量の増加を防止している。
【００３２】
ダイオキシン類に汚染された土壌や汚泥類、燃え殻・飛灰等の固形物及び液状物は、前部固定ボックス５に備えた定量供給装置７で回転ドラム２内に供給されるが、ダイオキシン類に汚染された気体は、前部固定ボックス５に設けた過熱水蒸気供給口１１から、８００℃以上に過熱された過熱水蒸気に混合して定量的に連続して回転ドラム２内へ供給される。
【００３３】
定量供給装置７で回転ドラム２内に供給される固形物の供給量は、後部固定ボックス６に設けたガス排出口１３より排出される排ガスの温度を検出する排ガス温度計１７を設け、この排ガス温度計１７に予め設定する温度に排ガス温度が維持されるように、排ガス温度計１７で検出する信号に比例して定量供給モーター１６の回転数が制御されることにより、その増減が調節される。
すなわち、回転ドラム２からの排ガス温度が、排ガス温度計１７に予め設定する温度より上昇する場合、定量供給装置７の供給量を増量して、回転ドラム２内での吸熱量を増やすことで排ガス温度の上昇を抑制し、排ガス温度が、排ガス温度計１７に予め設定する温度より降下する場合、定量供給装置７の供給量を減量して、回転ドラム２内での吸熱量を減じることで排ガス温度の上昇を促進する。このように、排ガス温度計１７で検出する信号に比例して、定量供給装置７に連結した定量供給モーター１６の回転数を自動制御し、処理物の供給量を調節することにより、回転ドラム２内の温度がほぼ一定に維持されることとなり、回転ドラム２内での安定したダイオキシン類の分解反応温度が維持される。
【００３４】
外熱キルン装置１の燃焼排ガス出口１２から排出される燃焼排ガスの温度を検出する燃焼排ガス温度計１８を設け、該燃焼排ガス温度計１８に予め設定する温度（８５０〜９００℃）に燃焼排ガス温度が維持されるように、燃焼排ガス温度計１８で検出する信号で加熱バーナー４の燃焼が制御されることにより、外熱キルン装置１の燃焼加熱室３内の温度は常に８５０〜９００℃に保たれる。
【００３５】
ダイオキシン類に汚染された固形物や液状物は、回転ドラム２内に定量供給装置７で供給され、外熱キルン装置１の燃焼加熱室３内の８５０〜９００℃の熱雰囲気で、回転する回転ドラム２の内壁に沿って撹拌されながら、間接的に８００℃以上に加熱される。
一方、ダイオキシン類に汚染された気体は、前部固定ボックス５に設けた過熱水蒸気供給口１１から、８００℃以上に過熱された過熱水蒸気に定量的に混合して回転ドラム２内に供給され、外熱キルン装置１の燃焼・過熱室３内の８５０〜９００℃の熱雰囲気で熱せられる回転ドラム２内の熱雰囲気によって８００℃以上に昇温される。
【００３６】
ところで、ドイツのRordorf（１９８７）の研究報告によると、ダイオキシン類は沸点≒３２０〜５１０℃、ジベンゾフラン類は沸点≒３４０〜５４０℃であるとしている。
また、Handbook of Chemistry and Physics（１９８３）によれば、２５℃に於けるダイオキシン類を構成する有機芳香族炭化水素分子に対する塩素（Ｃｌ）分子の結合・解離エネルギーは３９７Ｋｊ／ｍｏｌあるとしている。
そして、水素（Ｈ）の結合・解離エネルギーが４６１Ｋｊ／ｍｏｌであるところから、回転ドラム２内のダイオキシン類に汚染された固形物や液状物、気体が８００℃以上に加熱されることにより、汚染物質に含まれるダイオキシン類は気化してガス状となる。
また、加熱による温度の上昇により結合する各分子の運動（振動）が活発化して、その運動エネルギーが結合分子固有の結合エネルギー量を超えると結合が解かれ、解離反応が開始されるが、結合・解離エネルギーが塩素（Ｃｌ）＜  水素（Ｈ）であるところから、塩素（Ｃｌ）の解離が先行し、その後に水素（Ｈ）が置換する結果、８００℃以上に加熱された時のダイオキシン類（（ＣｎＨｍＣｌｘ）又は（ＣｎＨｍＢｒｘ））は、ベンゼン（Ｃ6Ｈ6）、オキサジン類（ＣｎＨｍＯｘ）又はフェノール類（ＣｎＨｍＯＨｘ）と、塩素（Ｃｌ）等とに熱分解して解離し、各々の単体分子が混合したガスとなる。
【００３７】
一方、過熱水蒸気発生装置１０に０．６９ＭＰａ程度の圧力の水蒸気を送気して８００℃以上の過熱水蒸気とし、この過熱水蒸気を前部固定ボックス５に設けた過熱水蒸気供給口１１を経由して回転ドラム２内に吹き込む。
この過熱水蒸気の発生には、通常、外熱キルン装置１に設けた燃焼排ガス出口１２から排出される８５０℃以上の燃焼加熱室３の高温の燃焼排ガスを、別設した過熱水蒸気発生装置１０に導入し、この高温の燃焼排ガスで間接的に水蒸気を加熱するが、この場合、熱交換装置として、過熱水蒸気発生装置１０の高温ガス導入部２０と該過熱水蒸気発生装置１０の排出ガス部２１とを連結し、該過熱蒸気発生装置１０を迂回して高温ガスを排気するバイパスダンパー２３を備えたバイパスライン２２を設ける。
さらに、過熱水蒸気発生装置１０の過熱水蒸気供給側の任意の位置に過熱水蒸気温度計１９を設け、過熱水蒸気発生装置１０から過熱水蒸気供給口１１に供給される過熱水蒸気温度が過熱水蒸気温度計１９に予め設定する温度となるように、過熱水蒸気温度計１９で検出する信号に比例してバイパスダンパー２３を自動的に開閉制御させて、バイパスライン２２を経由して過熱水蒸気発生装置１０を迂回し排気する高温ガス量を増減させることにより、過熱水蒸気発生装置１０内を通過する高温ガス量の増減が調節され、過熱水蒸気発生装置１０での水蒸気の加熱による過熱水蒸気温度が、過熱水蒸気温度計１９に予め設定する温度に維持される。
【００３８】
すなわち、供給される過熱水蒸気温度が、過熱水蒸気温度計１９に予め設定する温度より上昇する場合、過熱水蒸気温度計１９で検出する信号に比例してバイパスダンパー２３が「開」動作し、バイパスライン２２を経由し過熱水蒸気発生装置１０を迂回して高温ガスを排気させることにより、過熱水蒸気発生装置１０内を通過する高温ガス量を減量し、過熱水蒸気発生装置１０での水蒸気の加熱が抑制される結果、過熱水蒸気温度は降下する。
供給される過熱水蒸気温度が、過熱水蒸気温度計１９に予め設定する温度より降下する場合、過熱水蒸気温度計１９で検出する信号に比例してバイパスダンパー２３が「閉」動作し、バイパスライン２２を経由し過熱水蒸気発生装置１０を迂回して排気する高温ガス量が抑制されることにより、過熱水蒸気発生装置１０内を通過する高温ガス量が増量する結果、過熱水蒸気発生装置１０での水蒸気の加熱が促進され、過熱水蒸気温度は上昇する。
このように、過熱水蒸気温度計１９の検出する信号に比例してバイパスダンパー２３の開閉が連続して自動制御されることにより、過熱水蒸気発生器１０内を通過する高温ガス量の増減が調節され、供給される過熱水蒸気温度が過熱水蒸気温度計１９に予め設定する温度に維持される。
この過熱水蒸気の発生には、通常、燃焼加熱室３から排出する８５０℃以上の高温の燃焼排ガスを利用するが、これに代えて電磁誘導加熱及び燃料油又は燃料ガスの燃焼並びに燃料油又は燃料ガスのプラズマ燃焼による加熱も利用することができる。
【００３９】
８００℃以上の過熱水蒸気は、水（Ｈ2Ｏ）の分子を構成する水素（Ｈ）が８００℃以上の高温で熱解離した結果として、水素（−Ｈ）と酸素（−Ｏ）の状態であると想定され、このときの遊離酸素（−Ｏ）は、通常状態の酸素（Ｏ2）よりも強い酸化作用を有すると云われている。
ダイオキシン類は、回転ドラム２内で８００℃以上の温度で熱分解し、ベンゼン（Ｃ6Ｈ6）やオキサジン類（ＣｎＨｍＯｘ）、フェノール類（ＣｎＨｍＯＨｘ）と、塩素（Ｃｌ）等とに熱解離し、各々の単体の分子状となったガスと混合するが、吹き込まれた８００℃以上の過熱水蒸気の酸化作用によって、ベンゼン（Ｃ6Ｈ6）やオキサジン類（ＣｎＨｍＯｘ）、フェノール類（ＣｎＨｍＯＨｘ）は、炭酸ガス（ＣＯ2）及び水蒸気（Ｈ2Ｏ）となり、酸化し得ない塩素ガス（Ｃｌ）等と混合した排ガスとなる。
過熱水蒸気でのダイオキシン類の分解作用については、大気圧下の１０００℃に過熱した過熱水蒸気による焼却炉の飛灰でのダイオキシン類の酸化分解実験において、飛灰中の処理前ダイオキシン類濃度＝３ｎｇ−ＴＥＱ／ｇのものが、処理後濃度＝０．０６ｎｇ−ＴＥＱ／ｇと約９８％低減する結果が得られ、その２００℃の排ガスに於いてもダイオキシン類の検出が認められず、高温の過熱水蒸気によるダイオキシン類の酸化分解と、その際に生じる排ガスでのダイオキシン類再合成の阻止が可能であることが証明されている。
【００４０】
ダイオキシン類が、８００℃以上の温度で熱分解又は熱解離した排ガスと、８００℃以上の温度に過熱された過熱水蒸気との酸化反応時間は、１〜１．５秒程度であるが、回転ドラム２の構造は、酸化反応で生成された排ガスが２秒以上滞留するようになっている。
【００４１】
回転ドラム２内の高温過熱水蒸気の酸化反応で生成する排ガスの殆どは、炭酸ガス（ＣＯ2）及び水蒸気（Ｈ2Ｏ）並びに塩素ガス（Ｃｌ）等であるが、ダイオキシン類の中には、これを構成する有機炭化水素分子の８ヶの触手の内、１，６又は２，７並びに２，３，７，８の位置の触手に塩素（Ｃｌ）又は臭素（Ｂｒ）が置換したものは、他のダイオキシン類に比して沸点が高く、熱分解の状況によっては、回転ドラム２の排ガス中に極微量ではあるが未分解・未酸化のダイオキシン類が残留する恐れがあるため、回転ドラム２内の排ガスを後部固定ボックス６に設けたガス排出口１３を経由して、外熱キルン装置１に設けたガス導入口１４より燃焼加熱室３内に導入する。
【００４２】
一方、回転ドラム２内での高温の過熱水蒸気雰囲気で、ダイオキシン類の気化蒸発と熱分解により脱ダイオキシン類処理が完了した処理残渣は、回転ドラム２の回転により後部固定ボックス６に移送され、後部固定ボックス６の下部に設けた分解残渣排出口８を経由して、ロータリーバルブ９で外気を遮断しながら装置外に排出される。
【００４３】
ガス導入口１４より燃焼加熱室３内に導入された回転ドラム２の排ガスは、加熱バーナー４の燃焼熱で８５０〜９００℃加熱され、燃焼加熱室３内に２秒以上滞留させることにより、排ガスに残留する極微量のダイオキシン類は熱分解され完全に酸化分解された後、燃焼加熱室３に設けた燃焼排ガス出口１２から排出される。
この場合、燃焼排ガス中にはベンゼン（Ｃ6Ｈ6）、オキサジン類（ＣｎＨｍＯｘ）及びフェノール（ＣｎＨｍＯＨｘ）等が存在せず、炭酸ガス（ＣＯ2）、水蒸気（Ｈ2Ｏ）及び塩素ガス（Ｃｌ）等のみとなるため、この燃焼排ガスが冷却を受け、温度が降下する場合でも、塩素ガス（Ｃｌ）等と再結合してダイオキシン類を合成するために必要なベンゼン（Ｃ6Ｈ6）、オキサジン類（ＣｎＨｍＯｘ）並びにフェノール（ＣｎＨｍＯＨｘ）等の有機炭化水素類が存在しないために、ダイオキシン類の再合成が起きることはない。
【００４４】
燃焼排ガス中の塩素（Ｃｌ）は、ガス温度の降下に伴い、漸次、燃焼排ガス中の水蒸気（Ｈ2Ｏ）と反応して塩酸（ＨＣｌ）蒸気となるが、通常のダイオキシン類に汚染された土壌や汚染汚泥、燃え殻・飛灰、更には汚染気体等のダイオキシン類濃度は、ｍｇ／Ｋｇ〜ｎｇ／Ｋｇ又はｎｇ／ｍ3Ｎである。
ダイオキシン類に汚染されたこれらの処理物を熱分解処理した燃焼排ガス中の塩素（Ｃｌ）又は塩酸（ＨＣｌ）濃度は極希薄ではあるが、これら燃焼排ガスに含まれた塩素（Ｃｌ）又は塩酸（ＨＣｌ）等は、消石灰処理又は活性炭吸着処理して除去され、クリーンな燃焼排ガスとして大気に排出される。
【００４５】
かくして、本実施例のダイオキシン類の分解方法及び分解装置は、前記表１に記した従来のダイオキシン類の分解方法に比較し、下記の効果を達成することができた。
（１）従来のダイオキシン類の分解による安全化処理方法は、固形物のみの１相又は固形物と液状物質の２相の処理に限定され、１つの処理方法で固形物及び液状物並びに気体の３相の処理についての対応が不可能であるが、本実施例のダイオキシン類の分解処理方法及び分解装置では、１つの処理方法の応用で固形物、液状物及び気体の３相への対応を可能とすることができる。
（２）従来のダイオキシン類の分解による安全化処理方法では、分解後の残渣及び排ガスの冷却に伴うダイオキシン類の再合成が懸念されるが、本実施例の分解方法では、ダイオキシン類の一次分解もさることながら、分解後の残渣及び燃焼排ガスの冷却においても、ダイオキシン類の再合成を完全に阻止することが可能である。
（３）従来のダイオキシン類の分解による安全化処理方法は、分解装置及び分解手順が複雑であるが、本実施例のダイオキシン類の分解方法及び分解装置では、分解装置の構造を簡単にしながら、処理物のダイオキシン類を完全かつ安定的に分解することができる。
（４）従来のダイオキシン類の分解による安全化処理方法は、ダイオキシン類の分解に最低でも３０分程度の時間を要するが、本実施例のダイオキシン類の分解方法では、８００℃以上の過熱蒸気雰囲気でのダイオキシン類の分解・酸化を１〜１．５秒程度で行うことができ、その結果として、処理装置の簡潔化を可能とすることができる。
また、分解・酸化処理時に発生する高温の廃熱を過熱蒸気の発生に利用することにより、省エネルギー化を図り処理コストの削減をすることができる。
（５）本実施例による分解方法は、ダイオキシン類の分解による安全化処理に際し、廃液及び排水等を発生させないことから、後の排水処理等を不要とすることができる。
【００４６】
以上、本発明のダイオキシン類の分解方法及び分解装置を説明したが、本発明では、その応用により塩素（Ｃｌ）及び臭素（Ｂｒ）を含有するあらゆる有機物性の還元による脱塩素及び脱臭素、又は有機物性の加熱時に生成されるダイオキシン類の酸化分解、及びその再合成の阻止と、既にダイオキシン類に汚染された物質に含まれるダイオキシン類の完全酸化、分解による安全化を図ることができる。
例えば、主には、既にダイオキシン類に汚染された土壌、汚染汚泥類、並びに汚染燃え殻・飛灰の完全酸化による安全化のために用いるが、産業廃棄物又は生活廃棄物の焼却・減容時に生じるダイオキシン類の酸化分解と再合成の阻止、更には、従来、分解又は安全化が困難とされてきたポリクロルビフェニール（ＰＣＢ）、及びパラクロルベンゼン、並びにテトラクロルベンゼン等の塩素系溶剤類の脱塩素による安全化処理に応用することが可能であり、ダイオキシン類問題で苦慮する各産業分野や自治体等の広範囲にわたって利用することができる。
【００４７】
【発明の効果】
本発明のダイオキシン類の分解方法によれば、ダイオキシン類に汚染された処理物を過熱水蒸気の雰囲気下で８００℃以上に間接加熱することにより、気化したダイオキシン類から塩素又は臭素を解離させるとともに、この塩素又は臭素が解離した有機化合物を前記過熱水蒸気により酸化することができ、さらに、この酸化後の排ガスを間接加熱室から燃焼加熱室に導入して燃焼加熱することにより、排ガスに残留する極微量の未分解ダイオキシン類から塩素又は臭素を解離させるとともに、この塩素又は臭素が解離した有機化合物を酸化して、ダイオキシン類を完全に分解することができる。
そして、塩素又は臭素が解離したベンゼン、オキサジン類、フェノール類等の有機化合物は、酸化されることによって炭酸ガスや水蒸気、塩素ガス又は臭素ガスとなることから、燃焼排ガス中にはこれらのみが存在することになり、これにより、燃焼排ガスが冷却されて温度が降下した場合でも、塩素ガスや臭素ガスとの再結合によるダイオキシン類の合成を防止することができる。
【００４８】
この場合、前記燃焼加熱室の燃焼排ガスと熱交換することにより、過熱水蒸気を発生させることにより、燃焼排ガスの冷却を行うとともに、過熱水蒸気を省エネルギーにて発生させることができる。
【００４９】
また、本発明のダイオキシン類の分解装置によれば、ダイオキシン類に汚染された処理物を過熱水蒸気の雰囲気下で８００℃以上に間接加熱することにより、気化したダイオキシン類から塩素又は臭素を解離させるとともに、この塩素又は臭素が解離した有機化合物を前記過熱水蒸気により酸化することができ、さらに、この酸化後の排ガスを間接加熱室から燃焼加熱室に導入して燃焼加熱することにより、排ガスに残留する極微量の未分解ダイオキシン類から塩素又は臭素を解離させるとともに、この塩素又は臭素が解離した有機化合物を酸化して、ダイオキシン類を完全に分解することができる。
そして、塩素又は臭素が解離したベンゼン、オキサジン類、フェノール類等の有機化合物は、酸化されることによって炭酸ガスや水蒸気、塩素ガス又は臭素ガスとなることから、燃焼排ガス中にはこれらのみが存在することになり、これにより、燃焼排ガスが冷却されて温度が降下した場合でも、塩素ガスや臭素ガスとの再結合によるダイオキシン類の合成を防止することができる。
【００５０】
この場合、前記燃焼加熱室の燃焼排ガスを過熱水蒸気供給手段に導入して過熱水蒸気を発生させる熱交換装置を設けることにより、燃焼排ガスの冷却を行うとともに、過熱水蒸気を省エネルギーにて発生させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のダイオキシン類の分解装置の一実施例を示す説明図である。
【符号の説明】
１    外熱キルン装置
２    回転ドラム
３    燃焼加熱室
４    加熱バーナー
５    前部固定ボックス
６    後部固定ボックス
７    定量供給装置
８    分解残渣排出口
９    ロータリーバルブ
１０  過熱水蒸気発生装置
１１  過熱水蒸気供給口
１２  燃焼排ガス出口
１３  ガス排出口
１４  ガス導入口
１５  ドラム駆動輪
１６  定量供給モーター
１７  排ガス温度計
１８  燃焼排ガス温度計
１９  過熱水蒸気温度計
２０  高温ガス導入部
２１  排出ガス部
２２  バイパスライン
２３  バイパスダンパー
【図１】
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