(57)【要約】【課題】廃棄物等の被処理物を、廃棄物の処理及び清掃に関する法律（廃掃法）の適用を受けることなく、昭和４６年厚生省令第３５号及び平成１７年１月環境省告示第１号の技術基準に基づいて処理する方法、およびその実施に適した酸素遮断型熱分解装置を提供すること。【解決手段】被処理物を実質的に酸素を含有しない雰囲気中で５００℃程度に加熱し、前記被処理物を熱分解する工程、該熱分解によって生じた物質を含有する高温ガスに水を噴霧して該高温ガスを１００℃程度に急冷し、気液二相に分離して前記高温ガスからの凝縮物を液相に回収する工程、１００℃程度に急冷された気相を更に５０℃以下に冷却した後水洗する工程を含むことを特徴とする酸素遮断型熱分解方法、および該方法を実施するに適した装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理物を実質的に酸素を含有しない雰囲気中で４００〜５００℃程度に加熱し、前記被処理物を熱分解する工程、該熱分解によって生じた物質を含有する高温ガスに水を噴霧して該高温ガスを１００℃程度に急冷し、気液二相に相分離して前記高温ガスからの凝集物を液相に回収する工程、１００℃程度に急冷された気相を更に５０℃以下に冷却した後水洗する工程を含むことを特徴とする酸素遮断型熱分解方法。
【請求項２】
前記噴霧する水としてアルカリ水溶液またはオゾン水を使用する、請求項１に記載された酸素遮断型熱分解方法。
【請求項３】
前記アルカリ水溶液としてカルシウム塩を溶解又は分散してなる水溶液を使用する、請求項２に記載された酸素遮断型熱分解方法。
【請求項４】
前記水洗において使用される洗浄液がオゾン水である、請求項１〜３の何れかに記載された酸素遮断型熱分解方法。
【請求項５】
少なくとも、被処理物を収納した容器を出し入れ自在に装着し得ると共に、不活性ガスを充填して内部を実質的な無酸素状態にすることができ、且つ少なくとも４００〜５００℃程度に加熱する事ができると共に、該加熱による熱分解によって前記被処理物から発生する揮発物を排出する熱分解ガス排出口を有する熱分解炉、該熱分解炉から排出された高温の前記熱分解ガスに水を噴霧して該熱分解ガスを急冷し、１００℃程度の気相とそれ以外の液相に二分する気液分離装置、前記１００℃程度の気相を５０℃以下に更に冷却し、該気相中の低沸点成分を凝縮・分離する冷却装置、及び、非凝縮成分からなる気相を水洗して装置外に排出する排気ガスの臭気及びＶＯＣを規制値以下に浄化する水洗装置、とを有することを特徴とする酸素遮断型熱分解装置。
【請求項６】
更に、前記熱分解炉内温度を短時間で冷却するための熱分解炉内ガス循環冷却装置を有する、請求項５に記載された酸素遮断型熱分解装置。
【請求項７】
前記冷却装置で凝縮した液体を、急冷装置に返送し噴霧する水として使用可能に配管されている、請求項５または６に記載された酸素遮断型熱分解装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸素を遮断した熱分解炉の中で、廃棄物などの被処理物を乾燥・熱分解すると共に、熱分解生成物を適切に処理することにより、最終的に、有害な排気ガスや廃液を発生させることのない処理方法および装置に関し、特に、有機物を熱分解して、ダイオキシンを発生することなく炭化物となすと共に、被処理物中の有用金属を生地のまま回収して再資源化するに適した、廃棄物処理法の規制を受けない熱分解方法およびその方法を実施するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ダイオキシン排出削減のために、大気汚染防止法の記載対象にあわせて「一時間あたりの処理能力が２００キロ以上の焼却炉」が規制対象になるに至り、従来規制対象外であった一日処理能力が５トン未満の産業廃棄物処理場で使用されていた小型焼却炉は、使用することができなくなった。そこで、乾留式又は部分燃焼式炭化装置などが、ダイオキシンを発生しない処理装置として提案されているが、これらの装置は複雑であるだけでなく高価である上、熱分解生成物中に含有される有害ガスなどの無害化が不十分であること、および、装置の新設時に焼却炉扱いとされる場合もあるなど、多くの問題を抱えているために未だ普及するに至っていない。
また、電気炉式の無酸素型炭化装置も提案されている（特許文献１，２）が、装置が複雑であるだけでなく高価である上熱分解ガスなどの無害化が不完全であるなどの欠点は解決されていない。
【特許文献１】ＷＯ２００４／０１１１６５
【特許文献２】特開平７−０９６２７１号公報
【０００３】
電気炉式無酸素炭化装置は、昭和４６年厚生省令第３５号の技術基準に基づいた処理設備に該当するが、従来提案されている炭化炉は、熱分解ガス中のタール及び油分が機器に付着するという問題があり、特に熱交換器への付着による冷却能力の低下や、清掃を余儀なくされるために稼働率が低下するなどの問題があった。さらに、前記技術基準によって、炭化物を取出す際に熱分解炉の温度を炭化物の着火温度以下に冷却することが義務づけられているため、従来の炭化炉には炉内に水冷のための配管を設けているが、４００℃以上の高温度の炉内を２５℃前後の水で急激に冷却することは危険であるだけでなく、冷却効率が悪いため長い冷却時間を必要とするという欠点もあった。
【０００４】
本発明者等は上記の欠点を解決するために鋭意検討した結果、熱分解生成物を含む高温の不活性ガスに水を噴霧して１００℃程度に急冷することにより、凝縮性の熱分解生成物を安価且つ効率よく除去することができると共に、残りの気相を５０℃程度に冷却した後更に洗浄した場合には、排気ガスを容易に環境基準値内に納めることができることを見出し本発明に到達した。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って本発明の第１の目的は、廃棄物等の被処理物を、廃棄物の処理及び清掃に関する法律（廃掃法）の適用を受けることなく、昭和４６年厚生省令第３５号及び平成１７年１月環境省告示第１号の技術基準に基づいて処理する方法を提供することにある。
本発明の第２の目的は、熱分解処理に伴うタールや油分による機器の汚染が発生せず、昭和４６年厚生省令第３５号及び平成１７年１月環境省告示第１号の技術基準に基づいて処理することのできる、酸素遮断型熱分解装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の上記の諸目的は、被処理物を実質的に酸素を含有しない雰囲気中で５００℃程度に加熱し、前記被処理物を熱分解する工程、該熱分解によって生じた物質を含有する高温ガスに水を噴霧して該高温ガスを１００℃程度に急冷し、気液二相に分離して前記高温ガスからの凝縮物を液相に回収する工程、１００℃程度に急冷された気相を更に５０℃以下に冷却した後水洗する工程を含むことを特徴とする酸素遮断型熱分解方法、および該方法を実施するに適した装置によって達成された。
本発明においては、前記噴霧する水としてアルカリ水溶液またはオゾン水を使用することが好ましく、特に前記アルカリ水溶液としてはカルシウム塩を溶解又は分散してなる水溶液を使用することが好ましい。また、前記水洗においては、洗浄液としてオゾン水を使用することが好ましい。
尚、本発明の装置で使用する熱分解炉としては、速やかに加熱することのできる電気炉を使用することが好ましく、特に、加熱された炉を効率よく冷却することができるように、炉内部の気体を循環冷却する手段を有することが好ましい。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、各種廃棄物等の被処理物を、安全且つ効率よく、しかも有害な排気ガスや廃液を発生させることなく処理することができる上、得られた熱分解生成物をリサイクルすることも可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下に、先ず本発明の酸素遮断型熱分解方法について説明する。
本発明の方法によって処理される被処理物は特に限定されるものではないが、通常は廃棄物、中でも水分の低い廃棄物が対象となる。水分の多い被処理物は処理コストが高くなるので、従来技術による処理の利便性及び難易度とコストとの比較において評価された後、採用の是非が決められる。
【０００９】
本発明においては、被処理物を実質的に酸素の存在しない熱分解炉中で４００〜５００℃に加熱し、３０分〜３時間程度加熱処理する。一般的な加熱温度としては４４０℃が目安となる。熱分解炉中の温度が１００℃を越えると被処理物中の水分が殆ど蒸発し、２００℃を越えると被処理物の熱分解が始まり、最終的に有機物は炭化する。上記「実質的に酸素の存在しない」状態は、窒素ガスのような不活性ガスを熱分解炉中に充満させることによって実現することができる。
【００１０】
上記の熱処理中、不活性ガスの充填を継続すれば熱分解生成物を含有する不活性ガスが熱分解炉から順次該炉外に排出される。本発明においては、排出された４００℃近辺の高温ガスを急冷装置に導き、ここで水を噴霧し、水の蒸発熱を利用して一気に１００℃程度に急冷する。これによって前記分解生成物の大部分が凝縮し、水と共に急冷装置下部の第１受液槽に貯留され、残りの気相は次の冷却装置に導かれる。
【００１１】
熱分解ガスは、例えば塩素ガス、塩化水素ガス、亜硫酸ガス、蟻酸、酢酸などの酸性物質の発生によって酸性を帯びることが多いので、上記水の噴霧に際しては必要に応じてアルカリ性水溶液を使用することが好ましく、特に、安価で扱いも容易な消石灰や炭酸カルシウムを溶解又は分散させたアルカリ水溶液を使用することが好ましい。また、医療廃棄物を処理する場合には、自吸式ポンプ６のサクション部にオゾン発生器１１aから発生するオゾンガスを注入し、オゾン水を急冷水として使用することにより、熱分解ガスの殺菌処理を行うことが好ましい。
【００１２】
本発明においては、上記１００℃程度に急冷された気相を更に５０℃程度に冷却し、ここで更に生じた凝縮物を除去する。本発明においては、このようにして凝縮分離可能な熱分解物を殆ど除去したガスを、さらに洗浄した後排気する。洗浄する洗浄水はオゾン水であることが好ましい。このようにすることによって、最終的に排気される排気ガス中にＶＯＣ等の有害物質は殆ど存在しないので、本発明の実施によって環境が破壊されることはない。
【００１３】
本発明においては、前記急冷装置下部に第１受液槽を、後の冷却装置下部に第２受液槽を配し、これらに貯留された液相を回収した後適宜処理し、リサイクル使用可能な物質を分別してリサイクル利用する。従って、本発明の方法は環境破壊を引き起こすような廃液を出すことはない。また、熱分解炉内には、炭化物および金属その他の無機物が残存することになるが、これらはそれぞれ分別された後、原料等として適宜リサイクル使用される。
【００１４】
熱分解の残渣である炭化物が高温である状態で、熱分解炉内に空気を導入したり、炭化物を熱分解炉外に搬出して酸素と接触させると炭化物が発火するので、それを防ぐために炉内の炭化物等を１００℃付近にまで冷却する必要がある。しかしながら、高温の熱分解炉を自然冷却しようとすると冷却に長時間かかるので熱分解炉の休止時間が長くならざるを得ず、処理効率が悪くなる。また、冷却水を環流する冷却管を用いて熱分解炉を急冷しようとすると、水が急膨張するため危険であるだけでなく、冷却管の急冷に伴って発生する振動によって熱分解炉の損傷も激しくなる。そこで、本発明においては、熱分解炉内の気相（不活性ガス）を炉外に導いて循環させ、熱交換機等を用いて前記気相を冷却することが好ましい。
【００１５】
次に、本発明の酸素遮断型熱分解装置を図面に従って説明する。
図１は本発明の酸素遮断型熱分解装置の概念図である。図中の符号１は熱分解炉、２は被処理物を収納する容器、３は炉内に充填する不活性ガス、４は急冷装置、５は第１受液槽、６および１０は自吸式ポンプ、７は熱交換機、８は第２受液槽、９は洗浄装置、１１aおよび１１bはオゾン発生器、１２は排気のためのブロア、１３は冷却水である。本実施例においては、被処理物が収納された容器２が熱分解炉１中に収納され、熱分解炉に空気が入らないように閉じられた後、不活性ガス３が熱分解炉１中に充填され、内部の空気と置換することによって実質的に酸素が遮断される。
【００１６】
熱分解炉１で被処理物から発生した熱分解生成物は、ガス排出口から排出されて急冷装置４に導かれる。急冷装置４では高温の排出ガスに水が噴霧され、水の蒸発熱によって４００℃前後の高温ガスが１００℃程度にまで急冷される。この急冷によって沸点１００℃以上の熱分解生成物が凝縮し第１凝縮槽５に貯まる。殆どが水蒸気と不活性ガスとなった１００℃程度の気体は、冷却装置７で更に冷やされて水及び沸点１００℃以下の有機物質が凝縮し、５０℃以下の液体が第２凝縮槽に貯まる。この液体は、急冷装置で噴霧する水として再利用することもできる。
【００１７】
残りの気体は、洗浄装置９でオゾン水１０によって洗浄され、気体中に残存していた有機物が酸化分解され洗浄除去される。このようにして浄化された後の気体は殆どが熱分解炉に導入された不活性ガスであり、ブロア１２によって、有害物質を含まない排気ガスとして排気される。
【００１８】
本発明で使用される熱分解炉１は特に限定されるものではないが、本発明で大量処理を想定しない場合には小型で良いこと、および、炉の昇温速度を大きくして処理サイクル回数を増大させる観点から、直接加熱が可能なヒーター１５を有する電気炉を使用することが好ましい。熱分解は４００〜５００℃で行うので、炉としては６００℃程度まで昇温することができれば十分であるが、安全性を十分に取って熱分解炉を設計する事が好ましい。上記電気炉のヒーター１５は、通常、電気炉の底部と側壁下部に設けられる（図３参照）。
【００１９】
上記熱分解炉１は、内部を実質的に無酸素状態とすることができるように窒素などの不活性ガスを充填するための不活性ガス導入口３−１を有すると共に、炉内部のガスを排出するガス排出口３−２を有する必要がある。上記不活性ガスの導入口およびガス排出口の位置や大きさは、導入されたガスがそのまま排出されることがないように適宜設計する。
【００２０】
また、本実施例のように被処理物を容器２に入れ、その容器ごと熱分解炉１中に出し入れすることが、処理サイクル時間を短縮し、１日の処理可能回数を増大させるのに都合がよい。前記被処理物を入れる容器２は、上面が解放となっていても良いし（図２Ａ）、側面に穴が開けられていても良いが、内部深くに存在する被処理物をも効率よく熱分解させるために、内部深くに達する窪み部（図２、Ａ図）、或いは内部を貫通するパイプを、熱気管として１以上有する（図２、Ｂ図）ことが好ましい。更に、熱分解炉とは独立にヒーターを有していてもよい。これによって、全体の熱効率を改善することができる。
【００２１】
本発明で使用する熱分解炉１は、上記被処理物を収容した容器２の出し入れができるような扉を有することが好ましい。上記の容器は通常フォークリフトを用いて扱われるが、熱分解炉からの出し入れを容易にするために、前記容器２に、キャスター等の移動のための補助手段を持たせることも、炉内部にレールやローラーのような補助手段を設けることもできる。更に、熱分解炉１の扉を、下部に蝶番を配して上部から手前に開くようにし、この開いた扉にもレールのような手段を設け、前記炉内部のレールやローラーに接続するようにしても良い（図３参照）。また、加熱された熱分解炉１を効率よく且つ安全に冷却するために、炉内の気体を循環冷却することのできる冷却装置１４を設けることが好ましい（図５参照）。
【００２２】
熱分解炉１から排出され急冷装置４に導かれた高温の排出ガスは、自吸式ポンプ６を用いた水の噴霧によって瞬時に１００℃まで急冷されるためその体積が急減する上、ガス中の凝縮性熱分解生成物の凝縮によって、これらが気相から液相または固相に転出する一方、噴霧された水が気化して水蒸気になる際に体積が膨張するので、急冷装置内部の圧力に大きな変化は生じない。従って、上記急冷装置４、第１受液槽５及び自吸式ポンプ６からなる気液分離装置は特別なものではなく、適宜設計する事ができるが（図４参照）、特に噴霧口４−１を中央部に設け、水の噴霧を上方に向けて行うこと（図５参照）が、急冷装置の腐食および熱応力によるワレの発生を防止する上から好ましい。
【００２３】
尚、前記したように熱分解ガス中には、塩酸、亜硫酸、蟻酸、酢酸などの酸性ガスが含まれる事があるので、この場合には急冷水をアルカリ性とする事が好ましい。上記アルカリ性の急冷水は、安価で取り扱い性も良好な炭酸カルシウムや消石灰を溶解又は分散したカルシウムイオン含有水であることが好ましい。このようにすることによって、本発明においては、電線や電子部品などの処理時に従来問題となっていた、金属とプラスチックとのラミネート部品の分別、破砕、その他の前処理をする事なく、被処理物を一括処理することができるという利点が生じる。
また、医薬品廃棄物を処理する場合には、オゾン発生装置１１aで発生させたオゾンを注入したオゾン水を急冷水として使用し、殺菌することが好ましいことは前記した通りである。
【００２４】
上記第１受液槽５を通過した１００℃程度のガス中にはまだ１００℃以下で凝縮可能な有機物が含まれているので、冷却装置７に冷却水１３を循環させて上記ガスを更に４０℃以下にまで冷却し、この冷却工程で凝縮した水および有機物を第２受液相８で回収する。第２受液相８で回収された液相の殆どが水である場合には、本実施例の場合のように、これを前記急冷装置に返送して高温ガスの冷却に使用しても良い。この場合、必要に応じて、返送の途中でオゾンを注入しても良い。
【００２５】
上記第２受液層８を通過した４０℃以下のガス中には若干のＶＯＣガスなどが残存する可能性があるので、本発明では更に上記ガスを、オゾン水を使用する洗浄装置９で洗浄し、殺菌、脱臭、脱ＶＯＣを行った後排気する。
【００２６】
上記したように、本発明においては、被処理物の熱分解によって発生するタールや油分が急冷工程において分離され、第１受液槽５で回収されるので、冷却器以降の機器がタールや油分で汚染されるために、冷却能力の低下や機器の閉塞が生じるという従来の欠点を防止することができ、これによって設備の稼働率を大幅に改善する事ができる。また、プラッスチックを処理する場合には、前記本発明の急冷工程が油化工程として機能し、油分を回収することができる。更に、熱分解炉１中の残渣物は何れも炭化物、金属、または無機物として回収され、それぞれリサイクルされるという利点もある。
以下に実施例を挙げて更に説明するが、本発明はこれによって限定されるものではない。
【実施例１】
【００２７】
３０ｋｗの電気ヒーターを備えた内容積２ｍ３の熱分解炉と被処理物を充填した１ｍ３の容器とからなる空気遮断型炭化装置を用い、ＨＤＤ及びオープンリールが混在するコンピューター記憶装置の廃棄物４２０ｋｇを処理した。処理は、窒素流量６ｍ３／時間、加熱温度４４０℃、加熱時間２時間という処理条件で行った。
【００２８】
前記容器に残った炭化物は３００ｋｇであった。炭化物の内、５０ｋｇは炭状の黒い炭化物であり、２５０ｋｇはステンレス、アルミニウム及び鉄などの金属であった。
【００２９】
熱分解炉の冷却操作は、炉内ガス循環冷却装置（図６参照）を稼動することによって行い、１０分間で４４０℃から１００℃まで冷却することができた。処理物の仕込みから引出しまでの全所用時間は４時間であった。また、洗浄装置からの排気ガスに臭いはなく、僅かな白煙が観察されただけであり、熱分解ガスの後処理工程（急冷、冷却、洗浄）の運転に問題はなかった。なお、急冷装置及び冷却装置の内部を点検したが、タールや油分の付着が生じなかった事が確認された。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明によれば、従来法では処理し難い処理物を安全且つ無公害に処理することができ、生成する炭化物及び金属は、リサイクルすることができる上、熱分解処理過程において、ダイオキシンを始めとする有害物質を大気中に排気することもない。更に本発明の方法は、従来の炭化装置の最大の欠点である、機器汚染による冷却効率の低下を防止し、汚染から復活させるためのメンテナンス時間を節減することができる上、炉内ガス循環冷却装置を併用すれば、熱分解炉の温度を炭化物の着火点以下に冷却する時間が短いため、設備稼働率が従来より大幅に向上する。また、この熱分解炉の冷却方式は、従来の冷却方式の場合に発生する衝撃が生じないため、炉の損傷が発生しにくい。更に、本発明の空気遮断型炭化装置は廃掃法の適用を受けないので、小規模な設備であれば車載が可能であり、効率的に現地処理することを可能とする装置でもあるので、産業上極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】図１は、本発明の代表的な空気遮断型炭化装置の概念を説明する図である。
【図２】図２は本発明で使用する被処理物用容器の構造例を示す図である。（Ａ）は側面図であり、（Ｂ）は平面図である。
【図３】図３は、本発明で使用する熱分解炉のヒーター位置を示す概念図である。（Ａ）図は横断面図であり、（Ｂ）図は縦断面図である。
【図４】図４は本発明で使用する急冷装置の例を示す側面図である。
【図５】図５は図４の急冷装置のＡ−Ａ断面図である。
【図６】図６は熱分解炉内部の冷却方法を説明する図である。
【符号の説明】
【００３２】
１    熱分解炉
２    被処理物を収納する容器
３    不活性ガス
3-1  不活性ガス導入口
3-2  ガス排出口
４    急冷装置
4-1  噴霧口
4-2  注水口
５    第１受液槽
６    自吸式ポンプ
７    冷却装置
８    第２受液槽
９    洗浄装置
10    自吸式ポンプ
11a    オゾン発生器
11b    オゾン発生器
12    ブロア
13    冷却水
14    冷却装置
15    ヒーター
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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