(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燐化合物を含有する廃棄物と炭素源とを還元性雰囲気下で加熱することにより溶融物と気化された燐を含む高温ガスとを生成する溶融炉であって、
前記溶融炉内に設けられ、前記溶融物が前記溶融炉内に形成する溶融物層の上部空間を水平方向に隣接する第１の領域と第２の領域とに分割する隔壁、
前記第１の領域と連絡し、前記溶融炉内に前記廃棄物を供給する廃棄物供給部、
前記第２の領域と連絡し、前記溶融炉内に前記炭素源を供給する炭素源供給部、及び
前記第２の領域と連絡し、前記溶融炉から前記高温ガスを排気する排気部を具備することを特徴とする燐を含む廃棄物の溶融炉。
【請求項２】
前記第２の領域と連絡し、前記溶融物層の液面の位置から前記溶融物を排出する溶融物排出部、及び
前記第２の領域を水平方向に隣接する２つの領域に分割する隔壁をさらに具備し、
前記炭素源供給部及び前記排気部は前記２つの領域の一方と連絡し、前記溶融物排出部は前記２つの領域の他方と連絡したことを特徴とする請求項１に記載の燐を含む廃棄物の溶融炉。
【請求項３】
前記溶融炉の内壁の前記溶融物と接触する部分を冷却する炉壁冷却手段をさらに具備することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燐を含む廃棄物の溶融炉。
【請求項４】
前記隔壁の前記溶融物と接触する部分を冷却する隔壁冷却手段をさらに具備することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の燐を含む廃棄物の溶融炉。
【請求項５】
燐化合物を含有する廃棄物を加熱して溶融物を生成する工程、及び
前記溶融物に炭素源を接触させて気化された燐を含む高温ガスを発生させる工程を具備し、
前記溶融物を生成する工程と前記高温ガスを発生させる工程とは同一の溶融炉内で及び相互に隔離された雰囲気下で行なわれることを特徴とする燐を含む廃棄物の溶融処理方法。
【請求項６】
前記溶融炉内の前記溶融物が形成する溶融物層の上部空間は、隔壁により水平方向に隣接する第１の領域と第２の領域とに分割され、
前記溶融物を生成する工程は、前記第１の領域に前記廃棄物を供給することを含み、
前記高温ガスを発生させる工程は、前記第２の領域に前記炭素源を供給することを含むことを特徴とする請求項５に記載の廃棄物の溶融処理方法。
【請求項７】
前記溶融物を生成する工程及び前記高温ガスを発生させる工程は、前記溶融炉の内壁を冷却することを含む請求項６に記載の廃棄物の溶融処理方法。
【請求項８】
前記高温ガスを発生させる工程は、前記第２の領域への前記炭素源の供給量により前記高温ガスの発生量を制御することを含む請求項６または請求項７に記載の廃棄物の溶融処理方法。
【請求項９】
前記溶融物を生成する工程は、前記第１の領域内を飛散するダストを回収すること、及び前記回収されたダストを前記第１の領域に供給することを含む請求項６〜請求項８のいずれか１項に記載の廃棄物の溶融処理方法。
【請求項１０】
前記回収されたダストを造粒して粒状物とした後に前記第１の領域に供給することを特徴とする請求項９に記載の廃棄物の溶融処理方法。
【請求項１１】
前記第２の領域は、隔壁により水平方向に隣接する２つの領域に分割され、
前記高温ガスを発生させる工程は、前記２つの領域の一方に前記炭素源を供給することを含み、且つ前記溶融炉内における前記溶融物の液位を前記溶融炉に前記２つの領域の他方と連絡して設けられた溶融物排出部からの前記溶融物のオーバーフローを利用して一定に保ちつつ行なわれることを特徴とする請求項６〜請求項１０のいずれか１項に記載の廃棄物の溶融処理方法。
【請求項１２】
前記溶融物を生成する工程の前に、前記廃棄物を造粒して粒状物を形成する工程をさらに具備し、前記溶融物を生成する工程は前記粒状物を溶融することを含む請求項５〜請求項１１のいずれか１項に記載の廃棄物の溶融処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、下水汚泥焼却灰のように燐化合物を含有する廃棄物を溶融処理する溶融炉及び溶融処理方法に係り、特に燐化合物を含有する廃棄物から燐を回収するために燐ガスを発生させる廃棄物の溶融炉及び溶融処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
下水汚泥焼却灰等の廃棄物は比較的高い濃度で燐を含有している。特開平９−１４５０３８号公報及び特開平１０−２７９３０１号公報は、そのような廃棄物から燐を回収する方法を開示している。
【０００３】
特開平９−１４５０３８号公報が開示する方法によると、廃棄物焼却灰からの燐の回収は以下に示すようにして行われる。まず、還元性ガスで満たされた密閉型電気炉内に、燐化合物を含有する廃棄物焼却灰と炭素源とを供給し、これらの溶融処理を行う。それにより、焼却灰中の燐化合物は還元され、燐ガスが生成される。次に、この燐ガスを含む排ガスに空気を接触させることにより五酸化燐を生成し、さらに、この五酸化燐を含む排ガスと水とを接触させる。その結果、五酸化燐は水に吸収され、燐酸を生成する。すなわち、特開平９−１４５０３８号公報が開示する方法によると、焼却灰中の燐は燐酸として回収される。なお、特開平９−１４５０３８号公報は、上記燐ガスを含む排ガスを温水スプレーを用いて冷却・凝縮することにより、焼却灰中の燐を黄燐として回収することも開示している。
【０００４】
また、特開平１０−２７９３０１号公報が開示する方法によると、廃棄物焼却灰からの燐の回収は以下に示すようにして行われる。まず、酸化性ガスで満たされた溶融炉内で、燐化合物を含有する廃棄物を還元性物質とともに加熱・溶融する。その結果、廃棄物中の燐化合物は還元されて燐となり、さらに酸化されて燐酸化物を生成する。特開平１０−２７９３０１号公報が開示する方法によると、このようにして生じた燐酸化物を含有する排ガスを冷却して燐酸化物を凝縮させること等により燐の回収が行われる。
【０００５】
このように、燐化合物を含む廃棄物から燐を回収する様々な方法が提案されている。しかしながら、これら方法によると、回収された燐中には高い濃度で不純物が含有されてしまう。
【０００６】
例えば、特開平９−１４５０３８号公報が開示する方法によると、焼却灰を電気炉内に供給する際に炉内でダストが舞い上がり、このダストは上記排ガスとともに電気炉から排出される。特に、下水汚泥等の焼却灰は微粉状であるため、電気炉から排出される排ガスはダストを高濃度で含有することとなる。
【０００７】
このようなダストの一部は、コットレル集塵機のような電気集塵機により排気ガスから除去可能である。しかしながら、上記ダストは極めて微細であるため、電気集塵機で完全に除去することは不可能である。そのため、上述した方法により排ガス中に含まれる燐ガスを燐酸或いは黄燐として回収する場合、燐酸或いは黄燐中へのダストの混入を避けることができない。
【０００８】
また、排ガス中のダストは、排ガス中に含まれる燐ガスを黄燐として回収する場合には、排ガスの凝縮を行う凝縮塔においてスラッジを生成し、一方、燐ガスを燐酸として回収する場合には、五酸化燐を水に吸収させるための吸収塔においてスラッジを生成する。このようなスラッジは高い濃度で燐分を含有し、特に燐ガスを黄燐として回収する場合には黄燐がスラッジに付着する。黄燐は空気中で発火や発煙を生ずるため、スラッジが含む黄燐を処理するためのコストが別途必要となるという問題を生じてしまう。
【０００９】
また、特開平９−１４５０３８号公報が開示する方法によると、廃棄物の溶融と燐ガスの生成とが同一の溶融炉内で行われる。そのため、この方法によると、酸素と接触した場合に爆発を生ずるおそれがある燐ガスの発生量を制御することは困難である。したがって、上記方法によると、排気ガスから燐分を回収する装置が故障した場合やその補修の際に、燐ガスの発生量を低減することができなかった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、廃棄物から燐を高い純度で回収することを可能とする廃棄物の溶融炉及び溶融処理方法を提供することを目的とする。
【００１１】
また、本発明は、廃棄物から燐を安全に回収することを可能とする廃棄物の溶融炉及び溶融処理方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、燐化合物を含有する廃棄物と炭素源とを還元性雰囲気下で加熱することにより溶融物と気化された燐を含む高温ガスとを生成する溶融炉であって、この溶融炉内に設けられ、上記溶融物が溶融炉内に形成する溶融物層の上部空間を水平方向に隣接する第１の領域と第２の領域とに分割する隔壁、第１の領域と連絡し溶融炉内に上記廃棄物を供給する廃棄物供給部、第２の領域と連絡し溶融炉内に上記炭素源を供給する炭素源供給部、及び第２の領域と連絡し溶融炉から高温ガスを排気する排気部を有することを特徴とする燐を含む廃棄物の溶融炉を提供する。
【００１３】
また、本発明は、燐化合物を含有する廃棄物を加熱して溶融物を生成する工程、及びこの溶融物に炭素源を接触させて気化された燐を含む高温ガスを発生させる工程を有し、上記溶融物を生成する工程と上記高温ガスを発生させる工程とは同一の溶融炉内で及び相互に隔離された雰囲気下で行なわれることを特徴とする燐を含む廃棄物の溶融処理方法を提供する。
【００１４】
本発明において、廃棄物は第１の領域から溶融物層に供給される。すなわち、廃棄物の溶融は、炉内の第１の領域側で行われる。一方、炭素源は第２の領域から溶融物層に供給される。すなわち、高温ガスは、炉内の第２の領域側で発生する。第１の領域と第２の領域とは隔壁により隔離されているため、第１の領域内で飛散するダストが第２の領域内に侵入することはない。したがって、第２の領域から排気される高温ガス中のダスト濃度を低減することが可能となる。
【００１５】
また、第１の領域と第２の領域とは隔壁により隔離されているため、第１の領域から第２の領域に廃棄物の供給に伴って侵入した空気が流入すること、或いは第２の領域から第１の領域に高温ガスが流出することがない。したがって、第２の領域で発生した高温ガス中に含まれる燐ガスが空気中の酸素と反応するのを防止することができる。
【００１６】
さらに、本発明においては、廃棄物の溶融と高温ガスの発生とが同一の溶融炉内で行われるため、廃棄物の溶融と高温ガスの発生とを別々の炉で行われる場合に比べてより簡略化された構造で高温ガスを発生させることが可能である。また、廃棄物の溶融と高温ガスの発生とを別々の炉で行った場合、それらの間で溶融物を移送する際に溶融物が凝固するおそれがある。そのため、凝固を防止するための加熱が必要となる。それに対し、本発明によると、廃棄物の溶融と高温ガスの発生とが同一の溶融炉内で行われるため、溶融物の移送に伴うエネルギーロスがない。したがって、本発明によると、設備のコスト及び操業に必要なコストを低減することが可能となる。
【００１７】
本発明によると、上述したように、廃棄物の溶融と高温ガスの発生とは同時に行われずに別々に行われる。したがって、例えば、第２の領域から排気される高温ガスから燐を回収する燐回収設備が故障した場合のように緊急に燐ガスの発生を停止する必要がある場合、廃棄物の溶融を停止することなく、炭素源の供給を停止することのみにより燐ガスの発生を速やかに停止することができる。
【００１８】
本発明においては、第１の領域内からガスに同伴して排出されるダストを回収すること、及び回収されたダストを第１の領域に供給することが好ましい。この場合、ダストに含まれる燐分を回収することができるのとともに、ダストの処理に必要なコストを削除することができる。また、回収したダストは、粒状物とした後に第１の領域に供給することがより好ましい。ダストの粒径は極めて小さいため、第１の領域に供給した場合に再度第１の領域内で飛散し、再びダストとして排出されることになる。しかしながら、粒状物として供給した場合、ダストが再度第１の領域内で飛散するのを防止することができる。また、同様の理由から、廃棄物も粒状物として第１の領域に供給することが好ましい。
【００１９】
本発明においては、例えば、第２の領域と連絡し溶融物層の液面の位置から溶融物を排出する溶融物排出部を設けることにより、溶融炉内の過剰な溶融物、具体的には溶融スラグをオーバーフローを利用して炉外に排出することができる。このような構造を採用することにより、溶融スラグの排出をより簡略化された構造で実現することができる。
【００２０】
しかしながら、この場合、溶融物排出部から第２の領域に外気が侵入するおそれがある。したがって、このような場合、第２の領域を水平方向に隣接する２つの領域に分割する隔壁を、炭素源供給部及び前記排気部が上記２つの領域の一方と連絡し、溶融物排出部が上記２つの領域の他方と連絡するように設けることが好ましい。これにより、第２の領域への外気の侵入を防止することができる。
【００２１】
本発明においては、溶融炉の内壁の溶融物と接触する部分を炉壁冷却手段を用いて冷却することが好ましい。また、上記隔壁の溶融物と接触する部分を隔壁冷却手段を用いて冷却することが好ましい。炉壁や隔壁を冷却した場合、それらの表面で溶融物が凝固し、それにより、溶融物による炉壁等の浸蝕を防止できる。なお、上記冷却手段は、例えば、炉壁や隔壁内に形成された流路と、冷媒を冷却する冷却器と、流路と冷却器の間で冷媒を循環させる循環装置等とで構成することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について図面を参照しながらより詳細に説明する。なお、それぞれの図面において共通する部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００２３】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る廃棄物の溶融炉を有する廃棄物から燐を発生させる設備を概略的に示す図である。図１に示す設備は、密閉型電気抵抗式溶融炉１-1と除塵器５とで主に構成されている。
【００２４】
溶融炉１-1は、廃棄物供給部２、炭素源供給部３、排気部４、溶融スラグ排出部９、溶融メタル排出部１０、電極６及び隔壁１３等を有している。溶融炉１-1は、溶融物供給部２から供給される下水汚泥焼却灰のような廃棄物を加熱して、気化された燐を含む高温ガスを発生させる加熱炉である。溶融炉１-1は密閉構造を有しており、その内壁にはカーボン系の耐火物からなる層が形成されている。また、溶融炉１-1の上部には、例えばグラファイトからなる電極６が電極昇降装置７により鉛直方向に移動可能に設置されている。電極６には電源８が接続されており、各電極に所望の電圧を印加することが可能である。
【００２５】
図１において、参照番号４１及び４２は、それぞれ、溶融スラグ層及び溶融メタル層を示している。溶融炉１-1内には、溶融スラグ層４１の上部空間を領域１１と領域１２とに分割する隔壁１３が設けられている。下水汚泥焼却灰のような廃棄物は、スクリューフィーダのような廃棄物供給手段（図示せず）を用いることにより、領域１１と連絡した廃棄物供給部２から溶融炉１-1内に供給される。
【００２６】
操業中の溶融炉１-1内においては、電極６は、電極昇降装置７により溶融スラグ層４１への浸漬深さを制御され、且つ電源８から所定の電圧を印加される。このとき、溶融スラグ層４１は電気抵抗体として機能するため、溶融スラグ層４１は発熱する。溶融スラグ層４１の温度は１３００℃〜１６００℃程度に維持され、廃棄物供給部２から溶融炉１-1内に供給された廃棄物は溶融して溶融物を形成する。
【００２７】
なお、廃棄物供給部２から炉内に供給された廃棄物は溶融されるまで溶融スラグ層４１の表面に浮遊している。また、領域１１と領域１２との間には、先端を溶融スラグ層１３に浸漬された隔壁が設けられている。したがって、溶融前の廃棄物が炉内の領域１２側に供給されることはない。
【００２８】
以上のようにして生成した溶融物は溶融炉１-1内で、溶融スラグ層４１と鉄を主成分とする溶融メタル層４２とに分離する。溶融メタルは溶融スラグに比べてより高い比重を有しているため、溶融メタル層４２は溶融炉１-1の底部に形成される。溶融メタル層４２を構成する溶融メタル及び溶融スラグ層４１を構成する溶融スラグは、メタル排出部１０及びスラグ排出部９からそれぞれ別々に炉外に排出される。
【００２９】
溶融炉１-1の領域１２側には、スクリューフィーダのような炭素源供給手段（図示せず）により、炭素源供給部３からコークス等の炭素源が供給される。溶融炉１-1の領域１２側では、溶融スラグとコークス等の炭素源とが下記反応式に示す反応を起こし、燐ガスと一酸化炭素ガスとを発生する。
【００３０】
２Ｐ2Ｏ5＋１０Ｃ→Ｐ4＋１０ＣＯ
溶融炉１-1内の領域１２は、このようにして生成する燐ガスと一酸化炭素ガスで満たされる。したがって、領域１２内において還元性雰囲気が維持される。なお、溶融炉１-1内の領域１１側には炭素源は供給されないため、領域１１側で燐ガスの発生量は領域１２側に比べて極めて少ない。また、領域１１と領域１２との間には隔壁１３が介在するため、領域１１から領域１２に空気等が流入すること、或いは領域１２から領域１１に高温ガスが流出することがない。したがって、高温ガス中に含まれる燐ガスが空気中の酸素と反応するのを防止することができる。
【００３１】
領域１２を満たし燐ガスと一酸化炭素ガスとを含有する高温ガスは、排気部４から排気され、図示しない燐回収設備に供給される。ここで、上述したように、領域１１と領域１２とは隔壁１３により隔離されているため、領域１１内で飛散するダストが領域１２内に侵入することはない。したがって、領域１２から排気される高温ガス中のダスト濃度を低減することが可能となり、それにより、廃棄物から燐を高い純度で回収することが可能となる。
【００３２】
上述した溶融炉１-1には、除塵器５を接続することができる。図１において、溶融炉１-1には、領域１１と連絡するように、排気管１４の一端が接続されている。また、排気管１４の他端には除塵器５が接続されている。
【００３３】
図１に示す設備によると、廃棄物の溶融処理に伴って発生する水蒸気や一酸化炭素等のガスと、廃棄物を炉内に供給した際に舞い上がったダストとの混合ガスが、領域１１から排気される。この混合ガスは排気管１４を経由してサイクロン式集塵機や電気集塵器のような除塵器５に供給され、上記混合ガスからダストが回収される。
【００３４】
以上のようにして回収したダストが燐分を含有する場合は、溶融炉１-1内に供給して再度溶融処理することが好ましい。これにより、より多くの燐を回収することが可能となるのとともに、ダストの処理に費やすコストを低減することができる。
【００３５】
一方、ダストを除去された混合ガスは、通常、図示しない燃焼室に供給される。この燃焼室には、空気や酸素のような酸化性ガスが導入され、混合ガス中に含まれる一酸化炭素ガス等の燃焼が行われる。また、混合ガス中に燐ガスが含まれる場合、燐ガスは燃焼されて五酸化燐となる。燃焼室から排気された排ガスは、図示しない洗浄塔に送られて清浄化される。排ガス中の五酸化燐は洗浄塔内の循環水に燐酸として吸収され、清浄化された排ガスは大気中に排気される。
【００３６】
上述した方法において、廃棄物が焼却灰のように０．１ｍｍ未満の微粒子を多く含む場合、廃棄物をブリケッティングマシンや皿型造粒機のような造粒器（図示せず）を用いて粒状物とした後に溶融炉１-1に供給することが望ましい。廃棄物を粒状物として供給することにより、供給時に領域１１内で舞い上がるダストの量を低減し、それにより、排気管１４を介して除塵器５に供給されるダスト量を低減することができる。なお、除塵器５で回収したダストも造粒器を用いて粒状物とした後に溶融炉１-1に供給することが好ましい。
【００３７】
図１に示す溶融炉１-1における燐ガスの発生は、溶融炉１-1の内壁や隔壁１３の少なくとも一部を図示しない冷却手段により冷却しつつ行うことが好ましい。この場合、溶融スラグ層４１中の溶融スラグの一部が溶融炉１-1の内壁や隔壁１３上で凝固するため、それらの上に凝固物層が形成される。その結果、溶融炉１-1のカーボン系耐火物等からなる内壁と溶融物中の燐化合物との反応が抑制され、溶融炉１-1の内壁が浸蝕されるのを防止することができる。
【００３８】
また、このような凝固物層を形成した場合、溶融物中に含まれる燐化合物の還元は、電極の他には炭素源供給部３から供給される炭素源なくしては行われない。すなわち、炭素源供給部３から供給する炭素源の量に応じて、燐ガスの発生量を正確に制御することができる。したがって、例えば、燐回収手段が故障して補修する必要がある場合、溶融炉１-1への炭素源の供給を停止することにより燐ガスの発生を極めて短い時間で抑制することができる。すなわち、燐ガスが大量に流出することにより生ずる爆発を防止することができる。
【００３９】
上記冷却手段は、溶融炉１-1の内壁や隔壁１３を冷却して上記凝固物層を形成するものであれば特に制限はない。冷却手段は、例えば、炉壁や隔壁１３内に形成された流路と、冷媒を冷却する冷却器と、流路と冷却器の間で冷媒を循環させる循環装置等とで構成することができる。
【００４０】
以上説明したように、上述した方法によると、廃棄物の溶融と高温ガスの発生とは同時に行われずに別々に行われる。そのため、例えば、燐を回収する燐回収設備が故障した場合のように緊急に燐ガスの発生を停止する必要がある場合、廃棄物の溶融を停止することなく、炭素源の供給を停止することのみにより燐ガスの発生を速やかに抑制することができる。したがって、上記方法によると、燐の回収を安全に行うことを可能となる。
【００４１】
次に、本発明の第２の態様について図２を参照しながら説明する。
【００４２】
図２は、本発明の第２の実施形態に係る廃棄物の溶融炉を有する廃棄物から燐を発生させる設備を概略的に示す図である。図２に示す設備は、密閉型電気抵抗式溶融炉１-2と除塵器５とで主に構成されている。
【００４３】
溶融炉１-2は、廃棄物供給部２、炭素源供給部３、排気部４、溶融スラグ排出部９、溶融メタル排出部１０、電極６、隔壁１３、及び隔壁１７等を有している。
【００４４】
図２に示す溶融炉１-2において、溶融スラグ排出部９は溶融スラグ層４１の液面の位置に設けられている。すなわち、この溶融炉１-2によると、オーバーフローを利用して溶融スラグの排出が行われる。この場合、溶融スラグの排出量の制御が不要となるため、上記設備の操業を簡略化することができる。しかしながら、溶融炉１-2をこのような構造とした場合、溶融スラグ排出部９から溶融炉内に外気が侵入する、或いは溶融スラグ排出部９から燐ガスが排気されるおそれがある。
【００４５】
図２に示す溶融炉１-2においては、領域１２を水平方向に隣接する２つの領域に分割する隔壁１７が設けられている。この隔壁１７は、溶融スラグ排出部９と排気部４との間に介在しているため、隔壁１３と隔壁１７とに挟まれた領域に外気が侵入すること、或いはその領域内の燐ガスが溶融スラグ排出部９から排気されることはない。なお、図２に示す溶融炉１-2によると、溶融スラグ層４１の液位を一定に維持することができるので、隔離された領域間が導通されることはない。また、溶融炉１-2内の隔壁１７の右側の領域を窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガスで満たすことが好ましい。これにより、カーボン系耐火物等からなる炉壁が酸化浸蝕されるのを抑制することができる。
【００４６】
以上説明したように、第２の実施形態によると、燐の回収を安全に行うことを可能となる。また、第２の実施形態によると、第１の実施形態において説明したのと同様の効果を得ることができる。
【００４７】
次に、第１及び第２の実施形態において説明した溶融炉を用いた燐の回収方法について図３を参照しながら説明する。
【００４８】
図３は、本発明の第１及び第２の実施形態に係る溶融炉を用いた燐回収設備の一例を概略的に示す図である。図３に示す設備は、溶融炉１-1、除塵器２０、凝縮器２１、燐貯槽１８、燃焼室２２、及びガス洗浄塔２３で主に構成されている。なお、図３において、凝縮器２１及び燐貯槽１８は燐回収手段を構成している。
【００４９】
図３に示す燐回収設備によると、燐の回収は、例えば以下に示す方法により行われる。まず、第１の実施形態において説明したのと同様の方法により、溶融炉１-1内で燐ガスを含む排ガスを生成する。溶融炉１-1の排気部４から排気された排ガスは、コットレル集塵機やサイクロン式集塵機のような除塵器２０でダストを除去された後、凝縮器２１へと供給される。なお、上述したように、溶融炉１-1の排気部４から排気された排ガス中のダスト濃度は十分に低いため、除塵器２０は必ずしも設ける必要はない。
【００５０】
凝縮器２１内では水が噴霧され、凝縮器２１に供給された排ガスは噴霧された水により冷却される。その結果、排ガス中に含まれる燐ガスは凝縮して液体となり、凝縮器２１の底部から排出される。なお、凝縮器２１内は、回収された液状黄燐が固化しないように５０〜７０℃程度に維持する。
【００５１】
凝縮器２１から排出された液状黄燐は、燐貯槽１８へと送られる。一方、燐ガスを除去され凝縮器２１から排気された排ガスは、燃焼室２２へと送られる。燃焼室２２内には、空気が供給され、排ガス中に含まれる一酸化炭素ガス等の可燃性ガスの燃焼が行われる。燃焼室２２から排気される排ガスは、次にガス洗浄塔２３へと送られる。ガス洗浄塔２３では、水を噴霧することにより排ガスの清浄化が行われる。以上のようにして清浄化した後、排ガスはガス洗浄塔２３から大気中に排気される。
【００５２】
図３に示す設備によると、廃棄物中の燐化合物は黄燐として回収されるが、燐酸として回収することも可能である。これについては図４を参照しながら説明する。
【００５３】
図４は、本発明の第１及び第２の実施形態に係る溶融炉を用いた燐回収設備の他の例を概略的に示す図である。図４に示す燐回収設備は、溶融炉１-1、除塵器２０、燃焼室２４、吸収塔２５、燐酸貯槽１９、ミスト捕集器２６、及びガス洗浄塔２３で主に構成されている。図４において、燃焼室２４、吸収塔２５、及び燐酸貯槽１９は、燐回収手段を構成している。
【００５４】
図４に示す燐回収設備によると、燐の回収は、例えば以下に示す方法により行われる。まず、第１の実施形態において説明したのと同様の方法により、溶融炉１-1内で燐ガスを含む排ガスを生成する。溶融炉１-1の排気部４から排気された排ガスは、除塵器２０でダストを除去された後、燃焼室２４へと供給される。なお、上述したように、溶融炉１-1の排気部４から排気された排ガス中のダスト濃度は十分に低いため、除塵器２０は必ずしも設ける必要はない。
【００５５】
燃焼室２４には、空気や酸素のような酸化性ガスが導入され、排ガス中に含まれる一酸化炭素ガス等の燃焼が行われる。このとき同時に、排ガス中に含まれる燐ガスも燃焼され、五酸化燐を生成する。
【００５６】
五酸化燐を含む排ガスは、吸収塔２５へと供給される。吸収塔２５では、燐酸水溶液が循環される。吸収塔２５に供給された排ガスは、吸収塔２５内の上部から噴霧される燐酸水溶液と接触し、その結果、排ガス中に含まれる五酸化燐は燐酸水溶液に吸収されて燐酸に転化する。
【００５７】
吸収塔２５では、循環される燐酸水溶液が所定濃度になるように水の供給量が制御される。このようにして生成した燐酸は、燐酸水溶液として吸収塔２５から排出され、燐酸貯槽１９に貯えられる。
【００５８】
一方、五酸化燐を除去された排ガスは、ミスト捕集器２６へと送られ、そこで燐酸ミストを除去される。燐酸ミストを除去された排ガスは、さらにガス洗浄塔２３へと送られて清浄化された後、大気中に排気される。
【００５９】
図３及び図４に示した燐回収設備においては、第１の実施形態に係る溶融炉１-1を用いたが、第２の実施形態に係る溶融炉１-2を用いることができるのは言うまでもない。また、以上説明した第１及び第２の実施形態においては、加熱炉として密閉型電気抵抗式溶融炉１-1及び１-2を用いたが、外熱方式の密閉型高周波誘導式溶融炉等を用いることもできる。
【００６０】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
【００６１】
（実施例）
図３に示す燐回収プラントを用い、以下に示す方法により下水汚泥焼却灰から黄燐を回収した。なお、溶融炉としては、溶融炉１-1の代わりに図２に示す溶融炉１-2を用いた。この溶融炉１-2は、内径が７００ｍｍ×１０００ｍｍの楕円型の電気抵抗式溶融炉である。また、溶融炉１-2の炉壁内等には水冷管が埋設されている。この水冷管内に冷却水を流すことにより、溶融炉１-2の内壁と隔壁１３及び１７の表面とが冷却される。
【００６２】
まず、下水汚泥焼却灰を９×６ｍｍのアーモンド型のブリケットに成型した。この成形体をスクリューフィーダを用いて、廃棄物供給部２から溶融炉１-2内に１００ｋｇ／ｈの速度で供給した。領域１１内で飛散したダストは、排気管１４を介してサイクロン式集塵機５へと送り、そこで回収した。集塵機５で回収したダストは、上記焼却灰と同様のブリケットに成型し、再び廃棄物供給部２から溶融炉１-2内に供給した。
【００６３】
炭素源供給部３からは、粉砕して粒径を５ｍｍ以下としたコークスをスクリューフィーダにより１５ｋｇ／ｈの速度で炉内に供給した。それにより発生した高温ガスは、領域１２から排気部４を経由してサイクロン式集塵機２０へと送り、そこで除塵した。除塵された高温ガス、すなわち排ガスは、凝縮器２１へと供給された。凝縮器２１内では、６０℃の温水を噴霧することにより排ガスを冷却し、排ガス中に含まれる燐ガスを液状黄燐に転化した。このようにして回収された液状黄燐は凝縮器の底部に滞留させた。凝縮器２１から排気された排ガスは、燃焼室２２で空気を用いて燃焼した後、洗浄塔２３で清浄化して大気中に排気した。
【００６４】
以上の一連の操作の間、上述した水冷管内に冷却水を流すことにより、溶融炉１-2の内壁と隔壁１３及び１７の表面とを冷却した。それにより、溶融炉１-2の内壁及び隔壁１３及び１７の表面に溶融スラグの凝固物層が形成された。また、溶融炉１-2内の溶融スラグ４１の温度は１３００〜１４００℃に維持し、過剰な溶融スラグは溶融スラグ排出部９からのオーバーフローにより炉外に排出した。このようにして排出された溶融スラグの量は７５ｋｇ／ｈであった。さらに、凝縮器２１の底部に滞留させた液状黄燐は、随時燐貯槽１８へと排出した。
【００６５】
以上のような条件で２４時間操業したところ、２３０ｋｇの液状黄燐を回収することができた。また、凝縮器２１においてスラッジの発生は確認されず、循環水の濁りも僅かであった。
【００６６】
試験に供した下水汚泥焼却灰及び溶融炉１-2から排出したスラグの組成を下記表１に示す。また、回収した黄燐の組成を下記表２に示す。
【００６７】
【表１】
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【００６８】
【表２】
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【００６９】
上記表２に示すように、上述した方法により得られた黄燐の純度は９９．９５％であり、工業原料として十分に利用可能な品質であることが確認された。
【００７０】
続いて、炭素源供給部から溶融炉１-2内へのコークスの供給を停止したこと以外は上述したのと同様の条件で、さらに２４時間操業した。この操業により、さらに約３５ｋｇの液状黄燐を回収した。なお、凝縮器２１においてスラッジの発生は確認されず、循環水の濁りも僅かであった。この操業において、溶融スラグ排出部９から炉外に排出されたスラグの組成を下記表３に示す。
【００７１】
【表３】
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【００７２】
上記表１及び表３の比較から明らかなように、コークスの供給を停止することにより、スラグ中の燐分の多くを揮発させることなく溶融スラグ中に残留させることができた。なお、上述したようにコークスの供給を停止してもなお約３５ｋｇの液状黄燐が回収されたが、これは、溶融スラグ中の燐分がグラファイト質の電極６により還元されて燐ガスを発生したためであると考えられる。
【００７３】
以上のように、炉内へのコークスの供給を停止することにより、コークスを供給した場合に比べて、燐ガスの発生量を約１５％に低減することができた。
【００７４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、溶融炉における溶融物層の上部空間は第１の領域と第２の領域とに分割され、廃棄物は第１の領域から溶融物層に供給される。一方、炭素源は第２の領域から溶融物層に供給される。すなわち、高温ガスは、炉内の第２の領域側で発生する。第１の領域と第２の領域とは隔壁により隔離されているため、第１の領域内で飛散するダストが第２の領域内に侵入することはない。したがって、本発明によると、第２の領域から排気される高温ガス中のダスト濃度が低減され、廃棄物から燐を高い純度で回収することが可能となる。すなわち、本発明によると、廃棄物から燐を高い純度で回収することを可能とする廃棄物の溶融炉及び溶融処理方法が提供される。
【００７５】
また、本発明によると、第１の領域と第２の領域とは隔壁により隔離されているため、第１の領域から第２の領域に空気等が流入すること、或いは第２の領域から第１の領域に高温ガスが流出することがない。そのため、第２の領域で発生した高温ガス中に含まれる燐ガスが空気中の酸素と反応するのを防止することができる。さらに、本発明によると、廃棄物の溶融と高温ガスの発生とは同時に行われずに別々に行われるため、例えば、第２の領域から排気される高温ガスから燐を回収する燐回収設備が故障した場合のように緊急に燐ガスの発生を停止する必要がある場合、廃棄物の溶融を停止することなく、炭素源の供給を停止することのみにより燐ガスの発生を速やかに抑制することができる。すなわち、本発明によると、廃棄物から燐を安全に回収することを可能とする廃棄物の溶融炉及び溶融処理方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る廃棄物の溶融炉を概略的に示す図。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る廃棄物の溶融炉を概略的に示す図。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る廃棄物の溶融炉を用いた燐回収設備の一例を概略的に示す図。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る廃棄物の溶融炉を用いた燐回収設備の他の例を概略的に示す図。
【符号の説明】
１-1，１-2…溶融炉  ；  ２…廃棄物供給部  ；  ３…炭素源供給部
４…排気部  ；  ５，２０…除塵器  ；  ６…電極  ；  ７…電極昇降装置
８…電源  ；  ９…溶融スラグ排出部  ；  １０…溶融メタル排出部
１１，１２…領域  ；  １３，１７…隔壁  ；  １４…排気管
１８…燐貯槽  ；  １９…燐酸貯槽  ；  ２１…凝縮器
２２，２４…燃焼室  ；  ２３…ガス洗浄塔  ；  ２５…吸収塔
２６…ミスト捕集器  ；  ４１…溶融スラグ層  ；  ４２…溶融メタル層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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