(57)【要約】      （修正有）【課題】有機系廃棄物の持つエネルギーを利用した乾留炉において、排ガス並びにアッシュ中のピッチや油滴、未燃カーボン、ダイオキシン類を完全に除く方法並びに装置を提供する。【解決手段】いぶし燃焼を行う乾留炉に、純酸素並びに酸素富化膜等の装置で作られた高濃度酸素を含む空気を吹き込んで、完全酸化をする酸化反応器を設けることで、排ガス並びにアッシュ中のダイオキシン類を完全に酸化分解し、環境基準値を達成する乾留炉を完成することができた。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
乾留炉の底部のアッシュ中に酸素濃度を高めた空気、または純酸素を供給し、アッシュ中の未燃成分を完全に酸化して、アッシュ中に残存するダイオキシン類を完全に分解する反応方法並びに装置。
【請求項２】
乾留炉の内部、または乾留炉にできるだけ直結して酸化反応器を設け、活性アルミナ、ラッシヒリング、活性炭、木炭等の表面積の大きな担体に排出ガス中のピッチや油滴やガス性分を完全に捕捉し、酸素濃度を高めた空気又は純酸素を供給し、ピッチや油滴やガス性分を完全に酸化し、８００℃で１秒間以上の滞留時間を保ち、排ガス中のピッチやダイオキシン類を完全に分解させることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
乾留炉を多段に積層することによって、有機系廃棄物の処理量アップに対応することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
酸化反応器の廃熱を乾留炉底部のアッシュと熱交換させて、有機系廃棄物の処理速度を速めることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項５】
排出ガス中の窒素をできるだけ少なくし、排ガスによって持ち去られる熱を炉内に蓄積することを特徴とする請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細なる説明】
【００１】
【技術分野】
【００２】  本発明は有機系廃棄物の持つエネルギーを利用した乾留炉において、排ガス並びにアッシュ中のピッチや油滴、未燃カーボン、ダイオキシン類を完全に除く方法並びに装置に関するものである。
【背景技術】
【００３】  二酸化炭素排出量の削減が緊急必須な事にもかかわらず、溶融炉、高温焼却炉、電気や灯油などを使用した炭化炉や乾留炉が主流を占め、国家や地方自治体に莫大な負担を負わせている。有機系廃棄物のエネルギーを旨く利用する焼却炉や乾留炉を設計すれば、重油や灯油などの燃料を殆ど使用しない有機系廃棄物を処理することは可能である。一般に乾留炉においては、ピッチや油滴が排ガス中に混在し、排出管の詰りや排ガス洗浄装置、脱臭装置のメンテナンスに多大の時間と費用を要するのが通常である。また、塩素を含む有機物を多く処理した場合、灰中に環境基準値を超えるダイオキシンが残存してくる。排ガス中の油敵やダイオキシンを完全に分解し、連続運転操作を保障し、アッシュ中の残存ダイオキシン類を最小限に抑える工夫が必要となってきた。
【発明が解決しようとする課題】
【００４】  本発明は前記のような欠点を克服し、連続運転とメンテナンスの軽減を計ること、排出口からの酸素の逆流を防ぎ、炉内を還元雰囲気に保ち、ダイオキシン類の発生を最小限に抑えること、排ガスやアッシュ中のピッチや油滴、未燃カーボンを高温で完全に酸化して、ダイオキシン類を完全に分解する方法並びに装置を開発することである
【課題を解決するための手段】
【００５】  乾留炉の内部、または乾留炉にできるだけ直結して、活性アルミナ、ラッシヒリング、活性炭、木炭等の表面積の大きな担体を内部に充填した酸化反応器を設け、排出ガス中のピッチや油滴やガス性分を完全に捕捉させ、補助ヒータによって、着火温度まで昇温し、必要ならば、酸化反応器中に細管で空気を導入して、ピッチや油滴やガス性分を完全に酸化し、その熱によって、排ガス中のダイオキシン類を完全に分解できる８００℃、１秒間以上の滞留時間を保つ反応装置を設置することである。この反応装置によって、配管内の閉塞を防ぎ、脱臭・消煙はもちろん、ダイオキシン類の有害化合物も分解でき、燃焼熱によって、定常運転中はヒータの加熱の必要はなかった。また、炉内の酸素並びに逆流する酸素も消費されるために、炉内を還元雰囲気に保つことが可能になり、ダイオキシン類の発生を最小限に抑えることができた。また、アッシュ中に残存するダイオキシン類を分解させるために、乾留炉底部を狭く絞り、アッシュ排出管の一部に酸素富化膜等を使用して酸素濃度を高めた空気を供給するか、または、純酸素をアッシュの温度を測定しながら制御して供給した結果、分解ガスの発生量も多くなり、部分酸化層の温度も非常に高温になり、処理速度が大幅に向上すると共に、真っ白な未燃カーボンの殆ど無いアッシュになり、アッシュ中に残存するダイオキシン類の量が極めて少なくなった。
【００６】  石炭などの固体燃料の燃焼において、下から１次空気を供給すると炉の上方に向かって、灰層、酸化層、還元層（炭化層）、乾留層、乾燥層が形成されると記載されている（機械工学基礎講座・燃焼工学、２１９頁、理工学社、１９８８年版）。有機系廃棄物を乾留炉に隙間無く充填し、酸素の拡散支配で酸化すると還元雰囲気で熱分解・炭化・乾燥が行われるためにダイオキシン類の発生は非常に少なくなる。有機系廃棄物を部分酸化すると、有機物中の炭素、水素が反応して次のように発熱する。
Ｃ＋Ｏ２＝ＣＯ２              ４０７（ＫＪ／ｍｏｌ）、３３．９（ＫＪ／ｃ−ｇ）
Ｈ２＋１／２Ｏ２＝Ｈ２Ｏ（ｇ）  ２４１（ＫＪ／ｍｏｌ）、１２１（ＫＪ／Ｈ−ｇ）
例として、１ｍ３の乾留炉に、一般雑芥（木屑・紙くず・綿屑）と高分子系（廃プラスチック・ゴム）廃棄物（塩ビ２％程度）を充填したとき、１ｍ２の底面積で０．１ｃｍ／ｍｉｎの速度でアッシュとの界面にある成分が酸化されたとして発熱量を計算してみた。この層は殆どが炭化物であるので炭素の燃焼熱で、１０００ｃｍ３の部分酸化層中に炭素が４００ｇあるとして計算すると、発熱量は４００ｇ×３３．９＝１３，５６０ｋＪ／ｍｉｎ（３２４１Ｋｃａｌ／ｍｉｎ）となる。全体に比べれば、僅かな量であるが、熱伝導の悪い有機系廃棄物で覆われ、熱を持ち去る空気も吹き込まないために、熱は炉内に蓄積され、部分酸化される以外のものを乾燥、炭化・ガス化することができる。炭化温度は２５０℃〜４００℃程度であるが、部分酸化層で酸素が消費され、還元雰囲気で炭化されるので、ダイオキシン類の発生は非常に低く抑えられる。また、生成したダイオキシン類も炉内滞留時間が非常に長いために、８００℃のような高温にしなくても、発生する水蒸気やアッシュとの接触によって分解されると推定している。
【００７】  しかし、有機塩素化合物を多く含む産業廃棄物を処理したときは、アッシュ中に環境基準値を超えたダイオキシン類が残存する。これを防ぐために、乾留炉の底部を絞り込み、アッシュ中に純酸素又は酸素富化膜などを用いて、酸素濃度を高めた空気をアッシュの温度を測りながら導入した。これによって、アッシュ中に残っていた未燃炭素やダイオキシン等の有害化合物は全て完全に酸化され、真っ白なアッシュが取り出された。ダイオキシン類の分析結果はまだ出ていないが、今までの実験データを見るとアッシュ中の未燃カーボンが無いものは、ダイオキシン類の残存量も殆ど無いので、非常に少なくなっていると推定している。乾留速度も大幅に向上し、排ガス中の油滴成分も多くなるため、ピッチ分解装置の温度は電気を使わなくとも８００℃以上に一定に保たれた。
【００８】また、ユーザーの処理量の変化に対応して、処理量の違う装置をいちいち作るのは経済的ではない。基本的な乾留炉を決めて、フランジによって接続し、積層する構造にあらかじめ作っておけば、コストも安く、迅速に製作でき、簡単に処理量アップに対応できるのでそのように設計した。
【発明の実施形態】
【００９】次に本発明の内容を具体的に述べるが本発明はこれに限定されるものではない。図１に本発明の乾留炉の模式図を示した。乾留炉１は鉄製で縦１２００、横１２００、高さ１２００の正方形である。１０００の高さのところにフランジを取り付け、投入口、酸化反応器の付いた上蓋を被せ、ボルトで締め付けるようにした。乾留炉の内部は断熱とガス抜きのために隙間の開いた内壁が取り付けられている。乾留炉への空気の導入は底部にアッシュが入り込まないように下向きの傾斜を持った空室を作り、空室の下部は１ｃｍ程度の隙間を空けた。空室には配管を通じ、バルブを開ける事によって空気が導入されるようにした。乾留炉内部にはこれとは別に配管を通じ、バルブを通じて乾留炉中央部にも空気を導入できるようにした。酸化反応器は乾留炉に直付けであり、その構造を図２に示した。１５０×１５０×７００のステンレス製の角型反応器で、中には５００のところまでステンレス板で仕切られている。中に活性アルミナ、ラッシヒリングなどの蓄熱体を充填した。反応器の上部は耐熱ボードなどを使って、閉じてある。反応器の底部には、純酸素または酸素富化膜などで酸素濃度を高めた空気を導入する管を取り付け、温度センサーも取り付けた。反応管には補助ヒーターを巻きつけ、保温材で覆った。乾留炉からの排出ガスは、反応管の一方の口から入り込み、活性アルミナなどに油滴、ピッチなどがトラップされ、補助ヒーターで加熱されているために完全酸化される。酸化熱によって８００℃くらいまで加熱された排ガスは、乾留炉内部に設けられた排出管を通って、アッシュと熱交換した後、必要ならば、水洗浄搭や活性炭充填塔へ行き、外部へ排出される。図３に乾留炉底部のアッシュ未燃カーボン酸化反応器の模式図を示した。乾留炉底部の中央の下に２００×２００×３００のアッシュ未燃カーボン酸化反応器を設けた。反応器の外側には補助ヒーターが取り付けられている。反応器の底部には、純酸素または酸素富化膜などで酸素濃度を高めた空気を導入する管を取り付け、温度センサーも取り付けた。反応器のしたにはボールバルブなどで処理されたアッシュを抜き出せるようにしてある。乾留炉稼動中はアッシュの温度が上がっているので、純酸素または酸素富化膜などで酸素濃度を高めた空気を導入するだけで、酸化反応が起こり、ダイオキシン類も完全に酸化分解される。未反応の酸素は反応器上部のアッシュ中に拡散して行き、未燃カーボンを酸化する。ボールバルブを一定の時間間隔で開けて、完全に処理された真っ白なアッシュを取り出した。これらは完全に自動化することができる。
【発明の効果】
【０１０】  排ガス中の油滴やガス性分を活性アルミナなどの担体に補足させ、純酸素または酸素富化膜などで酸素高濃度にされた空気を導入し、完全酸化させることによって、配管のつまりなどを解消し、連続運転を可能にし、更に脱臭・消煙、ダイオキシン類の完全分解を可能にした。更に、アッシュ酸化反応器を取り出し口の手前に設け、純酸素または酸素富化膜などで酸素高濃度にされた空気を導入し、完全酸化させることによって、アッシュ中のダイオキシン類を完全に分解することができた。