(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
塩素を含む廃棄物を受け入れて高温で当該廃棄物を熱分解させる反応容器と、
前記反応容器内に過熱水蒸気を供給する過熱水蒸気発生装置と、
前記反応容器から排出された塩化水素含有排ガスと冷却媒体とを熱交換させる熱交換器と、
前記熱交換器から導出された塩素含有排ガス中の塩化水素濃度を低減するスクラバーと、
前記熱交換器及び／又は前記スクラバーからドレンを回収するドレン回収装置と、
前記熱交換器から熱回収する熱回収装置と、
熱分解後に前記反応容器内に存存する固形物を反応容器外に導出させ、前記固形物を水洗処理する水洗処理装置とを具備し、
前記熱回収装置によって回収された熱が前記水洗処理装置の洗浄水の加熱に使用され、且つ前記洗浄水の温度が、４０℃以上８０℃以下の範囲となるように調整される廃棄物処理システム。
【請求項２】
さらに、前記スクラバーを通過した排ガスを処理する排ガス処理装置を具備する請求項１記載の廃棄物処理システム。
【請求項３】
塩素を含む廃棄物を高温で分解脱塩する廃棄物の処理方法であって、
塩素を含む廃棄物を反応容器内に導入するとともに、過熱水蒸気を前記反応容器に供給・排出し、前記反応容器内で当該廃棄物中の塩素が分解し発生する塩化水素を排ガスとして導出し、当該排ガスを熱交換器によって温度降下させ、スクラバーによって塩化水素濃度を低減させ、一方で、前記熱交換器及び／又は前記スクラバーで発生したドレンを回収し、当該ドレンを前記反応容器内に残留した固形分を洗浄するための洗浄水の一部または全部として使用し、前記熱交換器が得た熱を回収し、当該熱を前記過熱水蒸気発生の加熱に使用し、又は前記洗浄水の加熱に使用する廃棄物の処理方法。
【請求項４】
過熱水蒸気温度を２１０〜４００℃とする請求項３記載の廃棄物の処理方法。
【請求項５】
過熱水蒸気の過熱度が８０Ｋ以上３００Ｋ以下であることを特徴とする請求項３又は４に記載の廃棄物の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃棄物の処理システム及び処理方法に関する。さらに詳細には、塩素を含有する廃棄物の処理システム及び処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、医療ゴミ、廃プラスチック、建築廃棄物、廃自動車シュレッダーダスト、都市ゴミ等の廃棄物（これらを加工したＲＰＦなども含む）にポリ塩化ビニル等の塩素含有プラスチックが大量に含まれるようになった。このような廃棄物の大部分は単純に焼却されるか、埋立て処理されていた。
【０００３】
しかし、埋立て場不足や数々の法規制を背景にして、単純に焼却処理や埋立て処理するのではなく、廃棄物中に含まれる燃料としての有効成分を回収し、固形燃料として再利用することが検討されている。具体的には、塩素含有プラスチックを含む廃棄物を熱分解し、得られる炭化物を水洗することによって低塩素燃料を得る方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
しかしながら、この方法では、廃棄物を熱分解するため、塩素は塩化水素（ＨＣｌ）ガスとして他の揮発成分と共に廃棄物中から除去される。他の揮発成分が除去されるため燃料品位が低下するとともに、ガスには様々な成分が含まれているのでガス処理工程が必要であった。
【０００５】
また、反応容器内に塩素を含む廃棄物を導入し、過熱水蒸気を前記反応容器に供給・排出し、反応容器内で該廃棄物を分解し、気化した塩素を該反応容器内の過熱水蒸気によって反応容器外に導出し、反応容器内に残留した固形分を再生固形燃料とする廃棄物の処理方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
しかしながら、この方法では、廃棄物の分解成分である、例えば、塩化水素（ＨＣｌ）・炭化水素などが含まれる水蒸気が多量に排ガスとして発生するおそれがあった。
【０００７】
塩化水素（ＨＣｌ）含有排ガスを処理する方法として、苛性ソーダーなどによる湿式洗浄法、消石灰や炭酸カルシウムなどを吹き込む乾式法、消石灰のスラリーを噴霧する半乾式法などが挙げられる。また、炭化水素含有排ガスを処理する方法として、活性炭吸着法、燃焼法（セメント製造工程へ吹き込む方法も含む）、凝縮回収法などが挙げられる。
【０００８】
排ガスは、過熱水蒸気処理後に発生するので、主成分は水蒸気であり、上記処理方法の過程で冷却されると排ガス中の水分が凝縮し、多量の水が発生する他、炭化水素を燃焼させるため高温炉に多量の水分を含んだ低温の排ガスを導入した場合、高温炉の内部温度が低下する熱損失が発生することになる。更に、排ガスには、塩化水素（ＨＣｌ）が含まれているため、反応容器等の腐食も懸念される。
【０００９】
原料の廃棄物の塩素含有量によるが、過熱水蒸気処理された処理物には０．４〜５．０質量％の塩素が含有されているため、各種燃料として使用するには水洗脱塩処理などが必要となる。しかし、効率的な水洗脱塩には、大量の洗浄水と加温が必要となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０００−９６０６６号公報
【特許文献２】特開２０１１−２５５３３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従って、本発明の目的は、簡便な方法で、塩素を含有する廃棄物を処理する処理システム及び処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者らは、かかる実情に鑑み、種々検討した結果、排ガスとして発生する過熱水蒸気の有効活用により、排ガス処理設備の縮小・熱損失の低減、水洗脱塩処理時の脱塩効率向上及び洗浄水の低減が可能となることを見出し、本発明を完成した。
【００１３】
すなわち、本発明は、塩素を含む廃棄物を受け入れて高温で当該廃棄物を熱分解させる反応容器と、前記反応容器内に過熱水蒸気を供給する過熱水蒸気発生装置と、前記反応容器から排出された塩化水素含有排ガスと冷却媒体とを熱交換させる熱交換器と、前記熱交換器から導出された塩化水素含有排ガス中の塩化水素濃度を低減するスクラバーと、前記熱交換器及び／又は前記スクラバーからドレンを回収するドレン回収装置と、前記熱交換器から熱回収する熱回収装置とを具備し、回収された熱を過熱水蒸気発生の予備加熱に使用する又は水洗処理装置の洗浄水の加熱に使用する廃棄物処理システムを提供するものである。
【００１４】
また、本発明は、塩素を含む廃棄物を高温で分解脱塩する廃棄物の処理方法であって、塩素を含む廃棄物を反応容器内に導入するとともに、過熱水蒸気を前記反応容器に供給・排出し、前記反応容器内で当該廃棄物中の塩素が分解し発生する塩化水素を排ガスとして導出し、当該排ガスを熱交換器によって温度降下させ、スクラバーによって塩化水素濃度を低減させ、前記熱交換器及び／又は前記スクラバーによってドレン回収を行い、回収された熱を過熱水蒸気発生の予備加熱に使用する又は水洗処理装置の洗浄水の加熱に使用する廃棄物の処理方法を提供するものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、スクラバーを通過した排ガスは、有害成分及び水分が低減されているので、廃棄物から発生した排ガスをそのまま排ガス処理する場合に比べて、排ガス処理装置を縮小できる。熱交換器で回収した熱は、過熱水蒸気発生の予備加熱や水洗脱塩処理用洗浄水の加熱に利用できる。また、熱交換器及びスクラバーで排ガス中の水分をドレンとして回収するため、多量の水分を含んだ排ガスを高温炉等の反応容器内に吹き込んだ場合に生じる熱損失を低減することができる。更に回収したドレンは温水であるため、過熱水蒸気処理物の水洗脱塩処理用洗浄水の一部もしくは全量として使用でき、水温が高いことから少ない水量で効率的な水洗脱塩が可能になるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態で使用する装置を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係る廃棄物処理システムの実施の形態について添付図面を参照しながら説明する。
【００１８】
図１にて、本発明で対象とする塩素を含む廃棄物１は、塩素を含有するプラスチックを含むもので、例えば、医療ゴミ、廃ブラ、建築廃棄物、廃自動車シュレッダーダスト、都市ゴミ等の廃棄物（これら廃棄物を加工したRPF(Refuse Paper & Plastic Fuel)なども含む）である。
【００１９】
本実施形態の廃棄物処理システムは、図１に示すように、反応容器５、過熱水蒸気発生装置７、熱交換器１４、スクラバー１５、熱回収装置１７及びドレン回収装置１８を備えている。この廃棄物処理システムの系内は、例えば、下流側に配置された単数又は複数のブロワ等（図示しない）によって吸引排気されている。また、廃棄物処理システム全体は、コンピュータ等（図示しない）を用いた分散制御システム（ＤＣＳ）等により管理、制御されている。
【００２０】
反応容器５は、その形状は特に限定されず、市販の様々な形状のものを使用することができる。例えば、バッチ式の反応容器や、連続的に処理する場合には、コンベア型、ロータリーキルン型、ストーカ式、流動床炉、竪型炉、多段型、パドル型攪拌等の搬送機能を有する反応容器を使用することができる。
【００２１】
反応容器５は、反応容器内での廃棄物の熱分解を効率的に行うため、外熱式の反応容器を使用するのが好ましい。外熱の熱源としては、電気、重油、ガスを熱源とした加熱又は工場廃熱などを使用できる。反応容器５の外熱温度は、２５０〜４５０℃となるように調整するのが好ましい。
【００２２】
過熱水蒸気発生装置７は、過熱水蒸気を発生させる。過熱水蒸気とは、大気圧下で１００℃以上の状態にある高温水蒸気を意味し、高い活性力、熱放射性、イオン物質との反応等の特性を有する。過熱水蒸気は、飽和水蒸気を発生させた後、過熱水蒸気発生装置７内の過熱装置を用いて飽和水蒸気を二次加熱することにより発生させられ、反応容器５に供給される。飽和水蒸気を発生させる装置は特に限定されず、例えば、市販の水管ボイラ、丸ボイラ、蒸気ボイラ等を使用することができる。
【００２３】
また、セメント製造工程等で発生する工場廃熱を用いて飽和水蒸気を発生させる廃熱ボイラを使用することもできる。過熱水蒸気発生装置７の熱源は、特に限定されず、燃料バーナー、高周波加熱装置等を使用したり、セメント製造工程等で発生する廃熱を利用することも好ましい。また、後記する熱回収装置１７が熱交換器１４から回収した廃熱を利用することも好ましい。
【００２４】
廃棄物の炭化を十分なものとし、廃棄物の分解が進みすぎて固形燃料として使用する場合の不都合を回避する観点から、過熱水蒸気の温度は、２１０℃以上４００℃以下の範囲とするのが好ましい。
【００２５】
過熱水蒸気を得るために飽和水蒸気の温度を、一般的な低圧ボイラの温度範囲である１００℃以上１３０℃以下の範囲に調整するのが好ましく、二次加熱による過熱度を８０Ｋ以上３００Ｋ以下の範囲に調整するのが好ましい。本発明の処理システムにおいて、水分を含む廃棄物を処理した場合は乾燥効果も得られるため、より多くの水分を廃棄物から過熱水蒸気に移行させるには、過熱度が高いほど好ましい。
【００２６】
なお、過熱度とは、飽和水蒸気を二次加熱して所定の過熱水蒸気の温度まで上昇させる温度上昇分をいう。
【００２７】
過熱水蒸気は、ブロワ（図示しない）等によって反応容器５内に供給される。過熱水蒸気の反応容器５内への供給に際して、圧力調整弁等（図示しない）を用いて圧力が調整される。反応容器５内において、廃棄物１を過熱水蒸気で処理する時間を、１０分以上６０分以下の範囲とするのが好ましく、２０分以上６０分以下の範囲とするのがより好ましい。過熱水蒸気による処理は、常圧でも可能である。
【００２８】
使用する過熱水蒸気量は、反応容器の形状、充填率、処理する廃棄物の塩素含有量、含水率、性状等によって異なり、特に限定されないが、廃棄物１ｋｇ当り、０．５Ｌ／ｈｒ以上とするのが好ましい。
【００２９】
過熱水蒸気処理により、反応容器５内で廃棄物１中の有機塩素を熱分解する。この有機塩素が分解し発生する塩化水素を、過熱水蒸気とともに反応容器５外に主成分が水蒸気である排ガス６として導出する。反応容器５外に導出された排ガス６の温度は１５０〜３００℃の範囲である。
【００３０】
本実施形態において、反応容器５から導出された排ガス６を熱交換器１４に流通する。このとき、排ガス６は、熱交換器内の冷却水等との熱交換により、その温度が降下する。熱交換器１４により潜熱を奪われた排ガスは凝縮して、ドレン回収装置１８によってドレンとして回収される。熱交換器１４は、市販のチューブ式熱交換器、プレート式熱交換器、プレートフィン型熱交換器、シェルアンドプレート型熱交換器等を使用することができる。さらに、熱交換器１４の下流側に、排ガスとドレンを分離する気液分離器（図示しない）や排ガス中の残留蒸気を完全に液化する凝縮器（図示しない）を配置することもできる。
【００３１】
熱回収装置１７は、熱交換器１４から媒体を介して得た熱を回収し、過熱水蒸気発生装置７の飽和水蒸気の発生の予備加熱に使用したり、水洗処理装置９の洗浄水の加熱に使用する。また、媒体として水を用いる場合は、過熱水蒸気用の水として過熱水蒸気発生装置に供給することができる。さらに洗浄水の一部としても使用することができる。なお、熱回収装置１７は、市販の熱交換器等を使用することができる。
【００３２】
スクラバー１５は、排ガス中の塩化水素濃度を低減する。スクラバー１５は、市販の充てん塔、スプレ塔、サイクロンスクラバー、ベンチュリスクラバー、ジェットスクラバー、流動層式スクラバー、濡れ壁塔を使用することができる。また、工業用水、ＮａＯＨ、消石灰等のアルカリスラリー等を含有する洗浄水と、熱交換器から排出された塩化水素含有排ガスとを気液接触させて排ガス中の塩化水素等を中和除去するものや、塩化水素等を捕集する他の型式のスクラバーを使用することができる。スクラバーから発生したドレンは、ドレン回収装置１８に回収される。また、ドレンの一部をスクラバー内に戻し、洗浄水として循環利用することも可能である。
【００３３】
スクラバー１５を通過した排ガスは、塩化水素等の有害成分及び水分が低減されているので、加熱炉等の反応容器から発生した排ガスをそのまま排ガス処理する場合に比べて、設備を縮小できる。さらに、スクラバー通過後の排ガスを、別の排ガス処理装置１７を用いて無害化することも好ましく行われる。
【００３４】
ドレン回収装置１８には、熱交換器１４、あるいはスクラバー１５で発生したドレンが集められる。このドレンは４０℃以上の温水であり、水洗処理装置９の洗浄水の一部もしくは全量として使用される。
【００３５】
アルカリ２を反応容器５に導入することもできる。アルカリとして、例えば、アルカリ金属化合物、アルカリ土類金属化合物等を使用することができる。アルカリ金属化合物及びアルカリ土類金属化合物として、Ｃａ（ＯＨ）2、ＣａＣＯ3、ＮａＯＨ、ＮａＣＯ3等を好ましく用いることができる。アルカリを導入することにより廃棄物中の塩素が分解し発生する塩化水素は、アルカリにより固相への固定が促進され、排ガスとして塩化水素が導出されることを抑制することができる。また、アルカリに固定された塩素は水溶性の無機塩化物などとして固形物中に残存させるため、過熱水蒸気処理後に固形分を水洗処理すると、無機塩化物を効率的に除去することができる。固形分中の燃料となり得る他の化学成分は、ほとんど除去されていないので燃料として品位に優れたものを得ることができる。
【００３６】
また反応容器５の適所に、固形分排出口が設けられ、過熱水蒸気処理後に残留した固形分が排出されるようになっている。
【００３７】
この固形分は、本発明で対象とする、医療ゴミ、廃ブラ、建築廃棄物、廃自動車シュレッダーダスト、都市ゴミ、RPF等の場合、セメントキルンやボイラで使用されるRPF燃料の要求規格の点から塩素含有量が０．４〜５．０質量％程度まで低減され、そのままでも、再生固形燃料として利用可能なものである。
【００３８】
過熱水蒸気処理を行った場合、乾燥効果もあるため、従来のように乾燥工程を必要とせず、一工程で脱塩された再生固形燃料を製造することができる。再生固形燃料においては、乾燥工程は重要であるが、この工程を特別に設けなくても乾燥された再生固形燃料が得られることは、省エネルギーの点から非常に有利である。
【００３９】
また、過熱水蒸気処理により、廃棄物１に含まれていた塩素は十分に除去されつつ、燃料となり得る他の化学成分（炭素、水素等）は、ほとんど除去されていないので、再生固形燃料として用いた際の総発熱量も高いものとなる。
【００４０】
水洗処理装置９は、固形分と水を接触させる装置であれば特に限定されず、例えば、下部に金網、溝等の水抜き機構を有するピットに固形分の粉状体を堆積させ、その上部より水を散布する方法、攪拌機付の洗浄槽内で固形分を水に懸濁させた後、濾過して水を除去する方法等を採用することができる。ここで、濾過は、フィルタープレス、遠心分離機等により行うことが好ましく、灰押出し機や、積み付け時の自然流下による水切り程度でもよい。
【００４１】
また、水洗処理装置９は、水洗処理を２段以上の工程を経て行う、いわゆるカスケード水洗方式を採用することもできる。
【００４２】
水洗時の洗浄水の温度を、４０℃以上８０℃以下の範囲となるように調整するのが好ましく、ドレン回収装置１８に集められた温水を洗浄水の一部もしくは全量として使用することが好ましい。ドレンの熱が最大限利用されることが好ましいが、洗浄時の水温の維持もしくは加温を目的として外部ヒーターを用いてもよい。
【００４３】
破砕処理装置８は、水洗処理前に、反応容器５から導出した固形分を破砕する。このような破砕処理装置８として、フードミキサー、ダブルロールクラッシャー、ハードクラッシャー、衝撃せん断ミル等の乾式の破砕機を使用することができる。
【００４４】
次に、本発明に係る廃棄物の処理方法の実施形態について、説明する。
【００４５】
すなわち、本発明に係る廃棄物の処理方法は、塩素を含む廃棄物を高温で分解脱塩する廃棄物の処理方法である。そして、塩素を含む廃棄物を反応容器内に導入するとともに、過熱水蒸気を反応容器に供給し、排出する。反応容器内で廃棄物中の塩素が分解し発生する塩化水素を排ガスとして反応容器から導出する。導出した排ガスを熱交換器によって温度降下させる。さらに、スクラバーによって排ガス中の塩化水素濃度を低減させる。一方、熱交換器及び／又はスクラバーで発生したドレンを回収し、当該ドレンを反応容器内に残留した固形分を洗浄するために用いる洗浄水の一部または全部として使用する。熱回収装置等を用いて、熱交換器が得た熱を回収する。回収された熱を過熱水蒸気発生の加熱に使用する。又は、回収された熱を洗浄水の加熱に使用する。
【実施例】
【００４６】
以下、本発明をより具体的に説明するため、実施例を示すが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
[実施例１〜６、比較例１、２]
（供試試料）
【００４７】
ＡＳＲ（Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ  Ｓｈｒｅｄｄｅｒ  Ｒｅｓｉｄｕｅ）を１０ｍｍ以下に破砕した破砕品について、以下の処理条件で処理を行った。
（過熱水蒸気発生装置：サンケイエンジニアリング社製）
・バッチ式処理反応槽
・ステンレスメッシュ反応容器
・飽和水蒸気・過熱水蒸気連続生成
（ＩＨヒーターにより、１００℃の飽和水蒸気を連続して二次加熱し過熱水蒸気を生成）
（処理条件）
・ASR破砕品充填量：２０ｇ
・飽和水蒸気発生量：１．８ｋｇ／ｈｒ（１００℃）
・過熱度：１６０Ｋ
・処理時間：６０分
（アルカリ添加）
【００４８】
アルカリとして、Ｃａ化合物を用い、廃棄物中の全塩素量に対して６モル当量となるように、反応容器内に導入した。具体的には、アルカリとしてＣａ（ＯＨ）2を用い、全塩素濃度が２．５０質量％の廃棄物２０ｇに対して３．１４ｇ添加した。
（分析方法）
【００４９】
過熱水蒸気処理後の処理物中の全塩素濃度をエシュカ法（ＪＩＳ  Ｍ８８１３「石炭類及びコークス類−元素分析方法」およびＪＩＳ  Ｚ７３０２−６「廃棄物固形化燃料−第６部：全塩素分試験方法」解説に記載の方法）にて測定した。全塩素濃度は２．０２質量％であった。水分は、１質量％であった。過熱水蒸気処理物の水洗処理は、過熱水蒸気処理物と蒸留水（水温１５℃）の固液比（質量比）を１：３または１：５とし、水洗時間を１５分とした。また、水洗処理時の水温は、蒸留水の水温と同じ１５℃、熱交換器とスクラバーから回収したドレンの一部もしくは全量により加温された状態を想定した４０℃、６０℃、８０℃のいずれかに保持した。水洗後は、５Ｂ濾紙を用いて全量濾過を行い、濾過残渣中の全塩素濃度を前記エシュカ法にて測定し、水洗処理による脱塩率を下記式により算出した。得られた脱塩率の結果を表１に示す。
・脱塩率＝（２．０２−濾過残渣全塩素）／２．０２×１００
【表１】
0005852491.tif 000002
【００５０】
各実施例は、脱塩率が７０〜９０％と高く、４０〜８０℃のドレンを洗浄水の一部もしくは全量として使用した場合、少ない水量で効率的な水洗脱塩が可能になるという優れた効果が確認された。熱交換器とスクラバーから回収したドレンの一部もしくは全量により加温されていない蒸留水の水温と同じ水温（１５℃）の洗浄水を用いて水洗処理を行った比較例１および２は、脱塩率が７０％未満と低かった。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明の廃棄物の処理システム及び処理方法によれば、塩素を含有する廃棄物から優れた品位の再生固形燃料を得ることができる。
【符号の説明】
【００５２】
１    廃棄物
２    アルカリ
３    定量供給機
４    定量供給機
５    反応容器
６    排ガス
７    過熱水蒸気発生装置
８    破砕処理装置
９    水洗処理装置
１０  排水処理装置
１１  排水
１２  水
１３  再生固形燃料
１４  熱交換器
１５  スクラバー
１６  水
１７  熱回収装置
１８  ドレン回収装置
１９  排ガス処理装置
【図１】
0005852491.tif 000003