(57)【要約】プラズマトーチを使用して廃棄物処理システムのオフガス副生成物を処理するための装置および方法である。グラファイト電極プラズマアークによる燃焼炉のオフガスは除去されなければならないカーボンブラックまたは煤を含む。窒素酸化物およびその他の毒性副生成物の生成を回避するためにプラズマトーチは二酸化炭素と酸素の混合物を作用ガスとして使用する。プラズマトーチが作用ガスを電離させ、その結果、一酸化炭素と反応性酸素の生成につながり、オフガスからカーボンブラック／煤を除去することに役立つ。酸素と水蒸気が霧化され、プラズマトーチシステムを収容するチャンバ内に注入される。処理制御フィードバックシステムが排出ガスの内容をモニタし、注入器およびプラズマトーチの動作を制御する。
2005524817.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃棄物処理システムから出るオフガスを処理するための装置であって、
（ａ）耐熱材で裏打ちされ、オフガスを受け取るための注入ポートおよび排出ポートを有する円筒状のチャンバ、および
（ｂ）前記チャンバ内で注入ポートの近縁にあってＤＣ電力供給されるプラズマトーチであって、前記トーチが作用ガスを受け取り、前記作用ガスが二酸化炭素と酸素の混合物を含むプラズマトーチ
からなり、
前記プラズマトーチが前記チャンバを加熱し、それにより、オフガスが排出ガスへと変換され、それが前記排出ポートを通じて吐出される装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置において、二酸化炭素と酸素の前記混合物が容積で１５％と２５％の間の酸素を含む装置。
【請求項３】
請求項１記載の装置であって、原子化された酸素を注入するために前記チャンバと連絡している酸素注入器、および霧化水蒸気を注入するために前記チャンバと連絡している水蒸気注入器をさらに含む装置。
【請求項４】
請求項３記載の装置において、前記酸素注入器および前記水蒸気注入器が、前記チャンバと流体連絡している耐熱性霧化ノズルを有する装置。
【請求項５】
請求項３記載の装置であって、前記排出ガスの内容を分析するために前記排出ポートに連結されたセンサ、および前記センサからデータを受け取るために前記センサに連結され、かつ酸素および水蒸気の注入量を制御するために前記注入器に連結された処理制御器をさらに含む装置。
【請求項６】
請求項５記載の装置であって、前記プラズマトーチに連結され、前記作用ガスを供給するダイナミックミキサをさらに含み、前記ミキサが酸素ガス供給量および二酸化炭素ガス供給量を受け取り、前記処理制御器から入る制御信号に応答して前記ミキサが前記ガス供給量を混合する装置。
【請求項７】
請求項１記載の装置において、前記プラズマトーチが、５０００℃よりも高い温度で動作するプラズマゾーンを含む装置。
【請求項８】
請求項１記載の装置において、前記チャンバ内に温度センサをさらに含み、前記チャンバ内の温度が１３００℃よりも高く維持される装置。
【請求項９】
請求項１記載の装置において、前記チャンバが水平方向に設置され、前記チャンバが上流端部、下流端部、およびそれらの間の側壁を有する装置。
【請求項１０】
請求項９記載の装置において、前記プラズマトーチが前記上流端部を突き抜け、前記注入ポートが注入用パイプを有し、前記注入用パイプが前記上流端部付近で前記側壁を接線方向で突き抜ける装置。
【請求項１１】
廃棄物処理システムから出るオフガスを処理するための方法であって、
（ａ）耐熱材で裏打ちされた円筒状チャンバの注入ポートでオフガスを受け取る工程、
（ｂ）前記チャンバ内で注入ポート近縁にあってＤＣ電力供給されるプラズマトーチを使用して作用ガスを電離させることによって前記チャンバを加熱する工程であって、前記作用ガスが二酸化炭素と酸素の混合物を含み、それによって前記オフガスを排出ガスへと変換する工程、および
（ｃ）前記チャンバから排出ガスを排出する工程からなる方法。
【請求項１２】
請求項１１記載の方法において、二酸化炭素と酸素の前記混合物が容積で１５％と２５％の間の酸素を含む方法。
【請求項１３】
請求項１１記載の方法であって、原子化された酸素と霧化水蒸気を前記チャンバ内に注入する工程をさらに含む方法。
【請求項１４】
請求項１３記載の方法であって、前記排出ガスの内容を分析する工程、および前記分析の工程に基づいて酸素と水蒸気の前記注入を制御する工程をさらに含む方法。
【請求項１５】
請求項１４記載の方法であって前記作用ガスを作り出すために酸素ガス供給量と二酸化炭素ガス供給量をダイナミックミキサ内で混合する工程をさらに含む方法。
【請求項１６】
請求項１１記載の方法であって、前記電離の工程が、５０００℃よりも高い温度で動作するプラズマゾーン内で行なわれる方法。
【請求項１７】
請求項１１記載の方法であって、前記チャンバ内で温度を測定する工程をさらに含み、前記温度が１３００℃よりも高く維持される方法。
【請求項１８】
有害廃棄物を処理するための廃棄物処理システムであって、
（ａ）有害廃棄物を受け取り、副生成物のオフガスを発生する一次の廃棄物処理ステージ、
（ｂ）前記一次の廃棄物処理ステージに連結され、前記オフガスを受け取る二次の廃棄物処理ステージからなり、前記二次の廃棄物処理ステージが
（ｉ）耐熱材で裏打ちされ、前記オフガスを受け取るための注入ポートおよび排出ポートを有する円筒状のチャンバ、および
（ｉｉ）前記チャンバ内で注入ポートの近縁にあってＤＣ電力供給されるプラズマトーチであって、前記トーチが作用ガスを受け取り、前記作用ガスが二酸化炭素と酸素の混合物を含むプラズマトーチを含み、
前記プラズマトーチが前記チャンバを加熱し、それにより、前記オフガスが排出ガスへと変換され、それが前記排出ポートを通じて吐出される廃棄物処理システム。
【請求項１９】
請求項１８記載の廃棄物処理システムにおいて、二酸化炭素と酸素の前記混合物が容積で１５％と２５％の間の酸素を含む廃棄物処理システム。
【請求項２０】
請求項１８記載の廃棄物処理システムにおいて、前記一次の廃棄物処理ステージがガス化／ガラス化チャンバ、および気密性ドアを通じて前期ガス化／ガラス化チャンバに連結されたコンベヤシステムを含み、前記コンベヤシステムが固体の有害廃棄物を前記ガス化／ガラス化チャンバ内に供給する廃棄物処理システム。
【請求項２１】
請求項１８記載の廃棄物処理システムにおいて、前記一次の廃棄物処理ステージがガス化／ガラス化チャンバ、および前記ガス化／ガラス化チャンバに連結された注入用パイプを含み、前記注入用パイプが前記ガス化／ガラス化チャンバ内に液体または気体の有害廃棄物を供給する廃棄物処理システム。
【請求項２２】
請求項１８記載の廃棄物処理システムにおいて、前記一次の廃棄物処理ステージがグラファイト電極のプラズマアークによるガス化／溶融装置を有する廃棄物処理システム。
【請求項２３】
請求項２２記載の廃棄物処理システムにおいて、前記グラファイト電極のプラズマアークによるガス化／溶融装置が、可動性の電極アームに取り付けられたそれぞれの電極クランプによって各々が保持され、間隔を置かれた一対のグラファイト電極を有し、間隔を置かれたグラファイト電極の前記対の間、または前記電極と前記グラファイト電極のプラズマアークによるガス化／溶融装置内の溶融物質との間の相対距離を調節し、それによりアーク長を調節するように前記電極アームが操作可能である廃棄物処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、産業廃棄物または有害廃棄物の処理システムから出るオフガスの処理に関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願は、本明細書に参照で組み入れる２００２年５月８日出願の米国仮特許出願番号６０／３７８，３５７号の優先権を主張するものである。
有害廃棄物は深刻な汚染源であることに加えて、その毒性、爆燃性、腐食性、反応性、および感染性によって人間の健康に悪影響を及ぼす。有害廃棄物は概して、埋め立て処分、焼却、および再利用によって処分されてきた。しかしながら、焼却および埋め立てゴミからの有毒物質の放出（例えば焼却から由来するダイオキシンおよび埋め立てゴミから出る有毒浸出液）といった不適切な廃棄物処分の事故が深刻な健康上の問題および生態学的問題を生じさせ始めると、公衆の意識は法制定およびさらに厳しい環境保護政策を高めることに結びついてきた。これらの政策は他の効率的で費用効果がある処分選択肢の探求につながった。
【０００３】
あらゆる形の有機および無機の有害廃棄物を破壊するため、発電用に有害廃棄物を可燃性合成ガスに変換するため、およびすべての不燃性物質を安全に処分され得る安定なガラスへと変えるためにプラズマアークに基づいたいくつかの方法が提案されてきた。しかしながら、これらの方法は非効率的であると考えられ、極めて高額の資本金と運転コストを有する。
【０００４】
概して、有害廃棄物の破壊もしくは変換処理のためのプラズマアークを発生させるために２つの基本的なプラズマアーク技術、すなわち（遷移モードと非遷移モードの）プラズマトーチおよびグラファイト電極の（ＡＣまたはＤＣの）プラズマアークのシステムが提案されてきた。
【特許文献１】米国仮特許出願番号６０／３７８，３５７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
プラズマトーチを使用するシステムは、プラズマトーチ冷却水への高いエネルギー損失が原因でグラファイト電極を使用するそれらほどエネルギー効率が良くない。プラズマトーチの効率は、普通、特に金属のプラズマトーチが置かれて高温の反応装置／容器内で操作されるときでは７０％未満である。したがって、プラズマトーチはガス加熱および特定物質の処理または製造のためにのみ効果的であり、物質の溶融については実践的ではなく経済的でもない。さらに、プラズマ作用ガスとして空気が使用されるとき、空気プラズマ作用ガス中の窒素と酸素および高温の容器／反応装置内の炭化水素の反応に起因して窒素酸化物（ＮＯＸ）およびシアン化水素（ＨＣＮ）が生成される。さらに、容器内で発生する水蒸気がプラズマトーチの金属シュラウドの表面に凝縮するであろう。その結果、カーボンブラック／煤と共に解離していない毒性物質が冷えて濡れた金属シュラウド上に堆積および蓄積し、有害廃棄物の不完全な破壊につながるであろう。保守管理のために容器からプラズマトーチが外されるとき、作業者は毒性物質への暴露を被る。
【０００６】
電極の寿命、およびプラズマトーチによって作り出されるプラズマアークの安定性（性能）もやはり容器／反応装置内の雰囲気で左右される。したがって、プラズマトーチシステムの操作はグラファイト電極のプラズマアークシステムのそれよりも複雑になる。金属製プラズマトーチは内部部品の冷却のために高圧の冷却水を必要とする。トーチ内側の化学的腐食および無機化合物の堆積を防止するため、冷却水中の化学物質および導電率がモニタされなければならない。それらの必要条件が高価な補助設備を必要にさせ、それが資本金および運転コストを高くする。
【０００７】
他のシステムはグラファイト電極による電気プラズマアーク技術を使用する。これらのシステムはグラファイト電極の激しい酸化または副生成物のガス流中の微細なカーボンブラック／煤の過剰な形成のいずれかにつながる可能性がある。槽内で電気アークの発生とジュール抵抗加熱を同時に供給するためにＡＣとＤＣを組み合わせたグラファイト電極システムが開発された。他の技術は溶融およびガス化のために同軸の電極システム、および導電性の底部を備えた単一の上部ＤＣグラファイト電極を使用する。しかしながら、単一の上部ＤＣグラファイト電極システム内で常時、特に冷えた容器／反応装置の底部電極が低温では非導電性であるスラグの層で覆われるときも底部電極の導電率は維持されなければならない。
【０００８】
わずかに還元条件下での炭化水素の高温破砕時にカーボンブラック形成の動力学が極めて高いことが見出された。したがって、カーボンブラック／煤は還元プラズマアークによるガス化処理で常に生成され、下流の大気汚染制御システムの手前で除去されなければならない。容器／反応装置内で副生成物の滞留時間を増すこと、あるいは操作温度を上げることはカーボンブラックの除去に役立つ。しかしながら、滞留時間を増すことは一層大きな装置の使用または供給廃棄物の処理量の削減を必要とする。したがって、アフターバーナ、または完全燃焼を確実化するために二次的ガス処理工程として乱流環境によって反応の動力学を高める熱酸化器を含むいくつかのシステムが提案された。しかしながら、酸化処理用に高い加熱を発生させるためにこれらの方法では空気と燃料が使用される。その結果、そのような酸化雰囲気下ではこれらのシステムで窒素酸化物のような二次廃棄物の流れが生成される可能性がある。
少なくとも部分的にこれらの短所に対処する、廃棄物処理システムのオフガスを処理するためのシステムおよび方法を有することが好都合であろう。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、廃棄物処理システムから出るオフガスを処理するためのグラファイト電極アークによるガス化システムのようなシステムを提供し、それは窒素酸化物およびその他の汚染物質の生成を避ける一方でオフガス中に存在するカーボンブラックを減少させる。本システムは、一実施形態では二酸化炭素と酸素の混合物である窒素不在の作用ガスを有するプラズマトーチを使用するアフターバーナを含む。プラズマアークが作用ガスを電離させ、それにより、オフガスからのカーボンブラックの除去に役立つ原子状酸素を発生させる。
【００１０】
一態様では、本発明は廃棄物処理システムから出るオフガスを処理するための装置を提供する。本装置は、オフガスを受け取るための注入ポートおよび排出ポートを有して耐熱材で裏打ちされた円筒状のチャンバ、およびチャンバ内で注入ポートの近縁にあってＤＣ電力供給されるプラズマトーチを含み、トーチは作用ガスを受け取り、作用ガスは二酸化炭素と酸素の混合物を含む。プラズマトーチがチャンバを加熱し、それにより、オフガスが排出ガスへと変換されて排出ポートを通じて吐出される。
【００１１】
別の態様では、本発明は廃棄物処理システムから出るオフガスを処理するための方法を提供する。本方法は、耐熱材で裏打ちされた円筒状のチャンバの注入ポートでオフガスを受け取る工程、チャンバ内で注入ポートの近縁にあってＤＣ電力供給されたプラズマトーチを使用して二酸化炭素と酸素の混合物を含む作用ガスを電離させることによってチャンバを加熱する工程、それによってオフガスを排出ガスへと変換する工程、および排出ガスをチャンバから排出する工程を含む。
【００１２】
さらなる態様では、本発明は有害廃棄物を処理するための廃棄物処理システムを提供する。この廃棄物処理システムは、有害廃棄物を受け取り、副生成物のオフガスを発生させる一次廃棄物処理ステージ、および一次廃棄物処理ステージに連結され、オフガスを受け取る二次廃棄物処理ステージを含む。二次廃棄物処理ステージはオフガスを受け取るための注入ポートおよび排出ポートを有して耐熱材で裏打ちされた円筒状のチャンバ、およびチャンバ内で注入ポートの近縁にあってＤＣ電力供給されるプラズマトーチを含み、トーチが作用ガスを受け取り、作用ガスが二酸化炭素と酸素の混合物を含む。プラズマトーチがチャンバを加熱し、それにより、オフガスが排出ガスへと変換され、排出ポートを通じて吐出される。
本発明のその他の態様および特徴は添付の図面と関連させた以下の本発明の特定の実施形態の説明を展望すると当業者に明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
ここで、本発明の実施形態を示す添付図面を、範例の方式で参照する。
類似した番号は様々な図中で類似した部品を示すために使用される。
最初に図１を参照すると、本発明による廃棄物処理システム１００の図を示しており、図２は廃棄物処理システム１００の上面から見たブロック図を示している。システム１００はグラファイト電極によるＤＣプラズマアークのガス化／溶融装置４、およびプラズマトーチ式サイクロン酸化装置３を含む。廃棄物はガス化／溶融装置４の中に挿入され、それが不燃性物質を溶融し、有機物質を解離させる。ガス化／溶融装置４はオフガスを生じさせ、それがサイクロン酸化装置３へと経路付けられる。その後、サイクロン酸化装置３は本発明に従ってオフガスを処理する。ガス化／溶融装置４はまた、ガス化／ガラス化チャンバとも称される。
【００１４】
有害廃棄物を破壊するためにグラファイト電極ＤＣアークによるガス化／溶融装置４に供給する前に、ガス化／溶融装置４内で屑鉄を溶融することによってガス化／溶融装置４は１５００℃以上に予備加熱される。ガス化／溶融装置４は耐熱材で裏打ちされ、ＤＣアークによるガス化／溶融装置４の側壁と天板は溶融による機械的侵食および化学的腐食を最少限にすることによって耐熱寿命を延ばすために水冷される。耐熱システムは溶融物を収容すること、およびガス化／溶融装置４の熱損失を最少限にすることに役立つ。耐熱材はまた、発生するスラグおよび副生成物のガスに化学的に適合性がある。
【００１５】
図２に示されるように、２つのグラファイト電極はガス化／溶融装置４の天板を貫通している。電極クランプ１６と１７はグラファイト電極を保持し、ＤＣ電源２に接続される。電極クランプ１６は電源２のカソードに接続され、電極クランプ１７は電源２のアノードに接続される。電極クランプ１６と１７は電極アーム１５を移動させる自動応答電極ガイドシステムの一部として電極アーム１５に連結される。自動応答電極ガイドシステムは２つのグラファイト電極の位置を互いに関して、およびガス化／溶融装置４内の炉にある溶融物質に関して調節するように電極アーム１５を移動させる。グラファイト電極の相対位置の調節はアークの長さに影響を与える。天板の電極シールは周囲の空気が入ること、および副生成物のガスがＤＣアークによるガス化／溶融装置４から脱出することを防止する一方で電極の調節を許容するように使用される。
【００１６】
ガス化／溶融装置４の覗き窓２５は屑鉄の均等な投入を可能にする。電極クランプ１７によって保持されたアノード電極は屑鉄の中に埋められ、電極クランプ１６によって保持されたカソード電極は固体の屑鉄の上方に配置される。その後、カソード電極と屑鉄の間でアークが達成されるまでカソード電極が緩やかに下げられる。屑鉄は１５００℃を超える温度で溶けて溶融液を形成する。屑鉄が炉で完全に溶融されると、長いアーク長を達成するためにカソード電極が引き上げられ、アノード電極は溶融液に浸った状態に保たれる。
【００１７】
システム１００は有害固体廃棄物をガス化／溶融装置４へと導入するための供給機構を含む。別の実施形態では、ガス化／溶融装置４は固体の有害廃棄物を直接受け取る代わりに主たる化学または焼却工程から毒性の副生成物を受け取ることが可能である。主たる化学または焼却工程は毒性の副生成物を発生し、それがガス化／溶融装置４で無毒の安定なスラグへと還元される。
【００１８】
本実施形態では、供給機構はコンベヤ２０、ガス化／溶融装置４に接続される気密性チャンバ２２を含む。気密性ゲート２１がコンベヤ２０と気密性チャンバ２２を分離し、水冷された気密性ドア２４が気密性チャンバ２２とガス化／溶融装置４を分離する。
【００１９】
廃棄物はコンベヤ２０を経由し、気密性ゲート２１を通って気密性チャンバ２２へと届けられることが可能である。廃棄物のバッチが気密性チャンバ２２内に届けられた後、気密性ゲート２１が閉じられる。その後、気密性チャンバ２２内の空気を除去するために真空制御バルブ１４を開くことによって気密性チャンバ２２が真空に引かれる。その後、真空制御バルブ１４が閉じられ、水冷された気密性ドア２４が開き始めるときにＤＣアークによるガス化／溶融装置４から副生成物ガスが入ることを防止するために二酸化炭素制御バルブ１３が開かれて気密性チャンバ２２を二酸化炭素で元通りに充満させる。気密性チャンバ２２は廃棄物を気密性チャンバ２２内で前方に推進するための高温抵抗性の水圧ラム２３を含む。気密性ドア２４が完全に開くと、ラム２３が側壁もしくは天板のダストシュートを通して廃棄物をＤＣアークによるガス化／溶融装置４へと押し込む。いったん廃棄物がガス化／溶融装置４へと押し込まれると、ラム２３は気密性チャンバ２２内の本来の位置へと引き戻される。その後、水冷された気密性ドア２４が閉じられ、バルブ１３が閉じられ、コンベヤ２０からさらなる廃棄物を受け取って固体廃棄物の供給サイクルを完了するために気密性ゲート２１が開き始めるときまでに気密性チャンバ２２内の二酸化炭素を除去するために真空バルブ１４が開かれる。
【００２０】
液体および気体の有害廃棄物に関すると、廃棄物は計量され、側壁の引き戻し可能な高温抵抗性の霧化ノズルを通じてＤＣアークによるガス化／溶融装置４内の溶融液の上にポンプで送られる。水蒸気がキャリヤガスとして、および洗浄工程で液体／気体供給ラインをパージするために使用される。
【００２１】
ガス化／溶融装置４の内側で、廃棄物は極めて高温の雰囲気、およびカソード電極１６と溶融鉄の間に生じる電気アークに晒される。廃棄物中の有機物質はそれらの原子の形へと解離される。極めて高い温度条件に起因して、ダイオキシン／フランの形成は完全に阻止されることが可能である。金属およびガラスを含む不燃性物質は溶融され、溶融鉄と混合されることで炉の中で液体のスラグと金属を生じる。スラグと金属はドリルで栓穴１９を開けることによって時々ＤＣアークによるガス化／溶融装置４から取り出される。余裕高および耐熱材の温度をモニタするために熱電対が側壁に装着される。耐熱材と余裕高の温度が下がり始める場合、カソード電極への電流または電圧を上げることによって電極への電力が上げられる。大気汚染制御システム８の排気ファンによって副生成物ガスが周囲雰囲気に放出されることを回避するためにＤＣアークによるガス化／溶融装置４内側の圧力は負圧に維持される。
【００２２】
ガス化／溶融装置４によって作り出されたガスはサイクロン式酸化装置３内で処理される。サイクロン式酸化装置３はガス化／溶融装置４によって作り出された副生成物ガスを受け取るようにガス化／溶融装置４に連結される。一実施形態では、ＤＣアークによるガス化／溶融装置４内で生じた副生成物ガスは一酸化炭素、水素、低分子炭化水素、カーボンブラック、および少量の二酸化炭素を含む可能性がある。カーボンブラック／煤はその粒子サイズが原因で、下流のエネルギー回収および大気汚染制御システムに深刻な動作上の問題を与える。さらに、カーボンブラック／煤は有毒有機化合物の再形成で核形成部位として作用する可能性がある。このオフガスは極めて高速で接線方向でサイクロン式酸化装置３に入り、それにより、サイクロン式酸化装置３の中でサイクロン状態を作り出す。一実施形態では、サイクロン式酸化装置３は上流端部から下流端部へとわずかな下向き斜面を伴なってほぼ水平方向に配置される。
【００２３】
ここで図３を参照すると、本発明によるサイクロン式酸化装置３の断面図を示している。耐熱材で裏打ちされた垂直方向に直線状のオフガスパイプ２６はＤＣアークによるガス化／溶融装置４とサイクロン式酸化装置３を接続するために使用される。オフガスパイプ２６は副生成物ガスをサイクロン式酸化装置３の底部側に、その上流端部付近で接線方向に注入する。耐熱材で裏打ちされた垂直方向に直線状のオフガスパイプ２６は、サイクロン式酸化装置３へのオフガス流の流れを改善するためにＤＣアークによるガス化／溶融装置４とサイクロン式酸化装置３の間の圧力落差を最少限にする。酸化反応の効率は、副生成物ガスと注入された酸素、およびサイクロン式酸化装置３内のサイクロンの勢いによって生じる水蒸気の間の極めて強い内部混合によって高められる。
【００２４】
別の実施形態では、サイクロン式酸化装置３は主たる化学反応または焼却工程から生じるオフガスを処理するが、そのケースではオフガスはサイクロン式酸化装置３へ直接届けられる。そのようなケースでは、ガス化／溶融装置４は不要である可能性がある。
【００２５】
サイクロン式酸化装置３はその上流端部に配置されたＤＣプラズマトーチ１８を含む。プラズマトーチ１８はサイクロン式酸化装置を１３００℃以上に予備加熱する。ＤＣプラズマトーチ１８はＤＣ電源１から電力供給される。一実施形態では、仮にガス化／溶融装置４の電源２が故障してもサイクロン式酸化装置３が動作し続けることを確実化するためにプラズマトーチ１８用のＤＣ電源１はガス化／溶融装置４用のＤＣ電源２と分離される。サイクロン式酸化装置３は耐熱材３２で裏打ちされ、高温面の温度をモニタするために内側耐熱材３２の面に沿って熱電対２７、２８および２９が装着される。処理工程時に温度が１３５０℃よりも下に落ちる場合、プラズマトーチ１８への電力または酸素注入量が上げられる。プラズマトーチ１８の動作はフィードバックループを介して処理制御器６（図２）によって制御されることが可能である。処理制御器６は、本発明による制御工程を実施し、制御信号を供給するための命令または機能のセットを実行するように適切にプログラムされたマイクロコントローラを含む可能性がある。
【００２６】
プラズマトーチ１８はプラズマ作用ガスとして二酸化炭素と酸素の混合物を使用する。これらのガスは、所望の動作条件およびプラズマガスの必要条件に従って応答可能にガス混合物の組成を調節し、ガス混合物の流量を制御するダイナミックミキサ５内で初期に混合される。一実施形態では、ガス混合物中の酸素含有量は容積で１５％から２５％であり、２１％であることが好ましい。ガス混合物中の酸素含有量をモニタするためにダイナミックミキサ５内に酸素センサが含まれる。プラズマ作用ガスとして二酸化炭素と酸素を使用することは窒素酸化物およびシアン化水素の形成を回避する。ダイナミックミキサ５は処理制御器６から制御信号を受け取ることが可能である。
【００２７】
温度が５０００℃を超えるプラズマアークゾーンでガス混合物が電離されると、二酸化炭素は一酸化炭素および極めて反応性の原子状酸素へと解離する。反応性原子状酸素の存在とサイクロン式酸化装置３内側で促進された乱流環境を組み合わせると、副生成物ガス中のカーボンブラック／煤および漏洩毒性物質は効率的に変換および破壊されることが可能である。副生成物ガス中の微粒子は溶融されてサイクロン式酸化装置３内のサイクロン作用で作り出される遠心力によって側壁上に保持される溶融層を形成する。溶融した物質は、溶融物質を受け取るための容器３４に連結された吐出口３３を装着した下流側底部へと流れ落ちる。その後、溶融物質は容器３４内で固化し、除去され、スラグのガラス化のためにＤＣアークによるガス化／溶融装置４へと戻される。
【００２８】
酸素と水蒸気は計量され制御バルブ１０および１１を通って酸化剤としてサイクロン式酸化装置３内へと注入される。ガスは高温抵抗性の霧化ノズル３０および３１によって噴霧される。処理制御器６は一酸化炭素、水素、炭化水素、および二酸化炭素に関して副生成物ガスを分析するためにオンラインのオフガスモニタリングセンサを含む。分析されたデータから、処理制御器６は迅速に処理制御信号を制御バルブ１０および１１に送ることで酸素と水蒸気の注入量を制御する。低い加熱値の廃棄物では、低分子の炭化水素と一酸化炭素の合計濃度が２０ｐｐｍ未満になるまで酸素およびまたは水蒸気を増加させることによってサイクロン式酸化装置３は副生成物ガスを完全に水と二酸化炭素に変換し、それにより、大気に対して正常な排気ガスを作り出す。高い加熱値の廃棄物では、最終の副生成物ガスは発電用の高品質の可燃性合成ガスであることが可能である。二酸化炭素の濃度が３％よりも高いとき、水蒸気および／または酸素の注入量は下げられる。二酸化炭素の濃度が１％よりも低いとき、酸素および水蒸気の注入量は上げられる。
【００２９】
再び図１を参照すると、サイクロン式酸化装置３から発生する副生成物ガスのかなりの熱は処理全体の効率を上げるように熱水または水蒸気を作り出すために熱交換器７によって回収される。水蒸気は液体／気体廃棄物供給システムに対するキャリヤガスとして、およびサイクロン式酸化装置３に対する酸化剤として再利用される。冷やされたガスは大気汚染制御システム８によって処理され、その後、主に水素と一酸化炭素を含む可燃性合成ガスとして最終的な生成ガスが貯蔵されるか、または液化二酸化炭素を生成するために最終的な生成ガスがコンプレッサ９内で圧縮される。
【００３０】
本発明は、その精神または本質的特徴から逸脱することなく他の特定の形式で具現化される可能性がある。本発明の或る種の脚色および改造は当業者に明らかであろう。したがって、以上で検討された実施形態は具体的例示であって限定ではないと考えられ、本発明の範囲は前述の説明ではなく添付の特許請求項によって示され、したがって特許請求項の意味および等価的な範囲に入るすべての変形例はその中に包含されると意図される。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明による廃棄物処理システムを示す図である。
【図２】廃棄物処理システムの上面から見たブロック図である。
【図３】本発明によるサイクロン式の酸化装置を示す断面図である。
【図１】
2005524817.tif 000003
【図２】
2005524817.tif 000004
【図３】
2005524817.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成16年12月10日(2004.12.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃棄物処理システムから出るオフガスを処理するための装置であって、
（ａ）耐熱材で裏打ちされ、オフガスを受け取るための注入ポートおよび排出ポートを有する円筒状のチャンバ、および
（ｂ）前記チャンバ内で注入ポートの近縁にあってＤＣ電力供給されるプラズマトーチであって、前記トーチが作用ガスを受け取り、前記作用ガスが二酸化炭素と酸素の混合物を含むプラズマトーチ
からなり、
前記プラズマトーチが前記チャンバを加熱し、それにより、オフガスが排出ガスへと変換され、それが前記排出ポートを通じて吐出される装置。
【請求項２】
請求項１又は２記載の装置において、二酸化炭素と酸素の前記混合物が容積で１５％と２５％の間の酸素を含む装置。
【請求項３】
請求項１記載の装置であって、原子化された酸素を注入するために前記チャンバと連絡している酸素注入器、および霧化水蒸気を注入するために前記チャンバと連絡している水蒸気注入器をさらに含む装置。
【請求項４】
請求項３記載の装置において、前記酸素注入器および前記水蒸気注入器が、前記チャンバと流体連絡している耐熱性霧化ノズルを有する装置。
【請求項５】
請求項３記載の装置であって、前記排出ガスの内容を分析するために前記排出ポートに連結されたセンサ、および前記センサからデータを受け取るために前記センサに連結され、かつ酸素および水蒸気の注入量を制御するために前記注入器に連結された処理制御器をさらに含む装置。
【請求項６】
請求項５記載の装置であって、前記プラズマトーチに連結され、前記作用ガスを供給するダイナミックミキサをさらに含み、前記ミキサが酸素ガス供給量および二酸化炭素ガス供給量を受け取り、前記処理制御器から入る制御信号に応答して前記ミキサが前記ガス供給量を混合する装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の装置において、前記プラズマトーチが、５０００℃よりも高い温度で動作するプラズマゾーンを含む装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の装置において、前記チャンバ内に温度センサをさらに含み、前記チャンバ内の温度が１３００℃よりも高く維持される装置。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の装置において、前記チャンバが水平方向に設置され、前記チャンバが上流端部、下流端部、およびそれらの間の側壁を有する装置。
【請求項１０】
請求項９記載の装置において、前記プラズマトーチが前記上流端部を突き抜け、前記注入ポートが注入用パイプを有し、前記注入用パイプが前記上流端部付近で前記側壁を接線方向で突き抜ける装置。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の装置において、前記作用ガスが窒素を含まない装置。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の装置において、前記作用ガスが実質的に二酸化炭素及び酸素からなる装置。
【請求項１３】
請求項１２記載の装置において、前記作用ガスが二酸化炭素及び酸素からなる装置。
【請求項１４】
廃棄物処理システムから出るオフガスを処理するための方法であって、
（ａ）耐熱材で裏打ちされた円筒状チャンバの注入ポートでオフガスを受け取る工程、
（ｂ）前記チャンバ内で注入ポート近縁にあってＤＣ電力供給されるプラズマトーチを使用して作用ガスを電離させることによって前記チャンバを加熱する工程であって、前記作用ガスが二酸化炭素と酸素の混合物を含み、それによって前記オフガスを排出ガスへと変換する工程、および
（ｃ）前記チャンバから排出ガスを排出する工程からなる方法。
【請求項１５】
請求項１４記載の方法において、二酸化炭素と酸素の前記混合物が容積で１５％と２５％の間の酸素を含む方法。
【請求項１６】
請求項１４又は１５記載の方法であって、原子化された酸素と霧化水蒸気を前記チャンバ内に注入する工程をさらに含む方法。
【請求項１７】
請求項１６記載の方法であって、前記排出ガスの内容を分析する工程、および前記分析の工程に基づいて酸素と水蒸気の前記注入を制御する工程をさらに含む方法。
【請求項１８】
請求項１７記載の方法であって前記作用ガスを作り出すために酸素ガス供給量と二酸化炭素ガス供給量をダイナミックミキサ内で混合する工程をさらに含む方法。
【請求項１９】
請求項１４から請求項１８のいずれか１項に記載の方法であって、前記電離の工程が、５０００℃よりも高い温度で動作するプラズマゾーン内で行なわれる方法。
【請求項２０】
請求項１４から請求項１９のいずれか１項に記載の方法であって、前記チャンバ内で温度を測定する工程をさらに含み、前記温度が１３００℃よりも高く維持される方法。
【請求項２１】
請求項１４から請求項２０のいずれか一項に記載の方法において、前記作用ガスが窒素を含まない方法。
【請求項２２】
請求項１４から請求項２１のいずれか一項に記載の方法において、前記作用ガスが実質的に二酸化炭素及び酸素からなる方法。
【請求項２３】
請求項２２記載の方法において、前記作用ガスが二酸化炭素及び酸素からなる方法。
【請求項２４】
有害廃棄物を処理するための廃棄物処理システムであって、
（ａ）有害廃棄物を受け取り、副生成物のオフガスを発生する一次の廃棄物処理ステージ、
（ｂ）前記一次の廃棄物処理ステージに連結され、前記オフガスを受け取る二次の廃棄物処理ステージからなり、前記二次の廃棄物処理ステージが
（ｉ）耐熱材で裏打ちされ、前記オフガスを受け取るための注入ポートおよび排出ポートを有する円筒状のチャンバ、および
（ｉｉ）前記チャンバ内で注入ポートの近縁にあってＤＣ電力供給されるプラズマトーチであって、前記トーチが作用ガスを受け取り、前記作用ガスが二酸化炭素と酸素の混合物を含むプラズマトーチを含み、
前記プラズマトーチが前記チャンバを加熱し、それにより、前記オフガスが排出ガスへと変換され、それが前記排出ポートを通じて吐出される廃棄物処理システム。
【請求項２５】
請求項２４記載の廃棄物処理システムにおいて、二酸化炭素と酸素の前記混合物が容積で１５％と２５％の間の酸素を含む廃棄物処理システム。
【請求項２６】
請求項２４又は２５記載の廃棄物処理システムにおいて、前記一次の廃棄物処理ステージがガス化／ガラス化チャンバ、および気密性ドアを通じて前期ガス化／ガラス化チャンバに連結されたコンベヤシステムを含み、前記コンベヤシステムが固体の有害廃棄物を前記ガス化／ガラス化チャンバ内に供給する廃棄物処理システム。
【請求項２７】
請求項２４から請求項２６のいずれか１項に記載の廃棄物処理システムにおいて、前記一次の廃棄物処理ステージがガス化／ガラス化チャンバ、および前記ガス化／ガラス化チャンバに連結された注入用パイプを含み、前記注入用パイプが前記ガス化／ガラス化チャンバ内に液体または気体の有害廃棄物を供給する廃棄物処理システム。
【請求項２８】
請求項２４から請求項２７のいずれか１項に記載の廃棄物処理システムにおいて、前記一次の廃棄物処理ステージがグラファイト電極のプラズマアークによるガス化／溶融装置を有する廃棄物処理システム。
【請求項２９】
請求項２８記載の廃棄物処理システムにおいて、前記グラファイト電極のプラズマアークによるガス化／溶融装置が、可動性の電極アームに取り付けられたそれぞれの電極クランプによって各々が保持され、間隔を置かれた一対のグラファイト電極を有し、間隔を置かれたグラファイト電極の前記対の間、または前記電極と前記グラファイト電極のプラズマアークによるガス化／溶融装置内の溶融物質との間の相対距離を調節し、それによりアーク長を調節するように前記電極アームが操作可能である廃棄物処理システム。
【請求項３０】
請求項２４から請求項２９のいずれか一項に記載の廃棄物処理システムにおいて、前記作用ガスが窒素を含まない廃棄物処理システム。
【請求項３１】
請求項２４から請求項３０のいずれか一項に記載の廃棄物処理システムにおいて、前記作用ガスが実質的に二酸化炭素及び酸素からなる廃棄物処理システム。
【請求項３２】
請求項３１記載の廃棄物処理システムにおいて、前記作用ガスが二酸化炭素及び酸素からなる廃棄物処理システム。
【国際調査報告】
2005524817.tif 000006
2005524817.tif 000007
2005524817.tif 000008