(57)【要約】【課題】粉状廃棄物を均一に流動させて効率よく加熱処理を行うことができ、しかも装置の大型化や攪拌翼の高速回転による攪拌軸のブレの問題を解消しうる粉状廃棄物の加熱処理装置を提供する。【解決手段】上記課題は、縦型円筒状加熱容器の上部にガス排出口を備え、下部に粉状廃棄物を流動させるガスの導入口を備え、さらに粉状廃棄物の投入口と取出し口を備え、かつ、偏心防止手段を有する粉状廃棄物の攪拌手段を備えたことを特徴とする粉状廃棄物の加熱処理装置によって解決される。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
縦型円筒状加熱容器の上部にガス排出口を備え、下部に粉状廃棄物を流動させるガスの導入口を備え、さらに粉状廃棄物の投入口と取出し口を備え、かつ、偏心防止手段を有する粉状廃棄物の攪拌手段を備えたことを特徴とする粉状廃棄物の加熱処理装置
【請求項２】
前記偏心防止手段が、前記加熱容器の内壁に沿うらせん状部材であることを特徴とする請求項１に記載の粉状廃棄物の加熱処理装置
【請求項３】
前記らせん状部材が、前記加熱容器の内壁付着物掻き落とし手段を有することを特徴とする請求項２に記載の粉状廃棄物の加熱処理装置
【請求項４】
前記らせん状部材が、複数に分割されていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の粉状廃棄物の加熱処理装置。
【請求項５】
前記ガス排出口より排出されたガスの無害化処理装置を備え、該無害化処理装置が、有機ハロゲン化合物分解触媒を使用する装置であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の粉状廃棄物の加熱処理装置
【請求項６】
前記ガス排出口より排出されたガスの無害化処理装置を備え、該無害化処理装置が、有機ハロゲン化合物の熱分解装置であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の粉状廃棄物の加熱処理装置
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、粉状廃棄物の加熱処理装置に関し、例えば、ごみ焼却灰等に含まれているダイオキシン等を加熱して揮発除去する加熱処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近、ごみ焼却時にダイオキシン類等の極めて毒性の大きな有機化合物に発生することがわかり、それによる環境汚染が大きな問題になっている。このダイオキシンはごみ焼却設備から排出される焼却排ガス、該排ガスから捕集される飛灰及び焼却炉から取り出される主灰に含まれている。
【０００３】
このダイオキシンを種々の触媒で分解する方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。そのなかには、ダイオキシンの捕集に使用した活性炭等を加熱してガス化して触媒分解する方法や飛灰を酸素欠乏状態で加熱して触媒分解する方法も開示されているが、加熱してガス化する装置の具体的構造は示されていない。
【０００４】
【特許文献１】
特公平６−３８８６３号公報
【０００５】
ごみ焼却処理施設から排出される焼却灰を加熱して該焼却灰に含まれる有機塩素化合物を分解する焼却灰処理方法において、前記焼却灰を石灰の存在下に３５０〜５５０℃で加熱し、次いで２５０℃以下に急冷することを特徴とする焼却灰処理方法が開示されている（例えば、特許文献２参照）。この焼却灰処理に用いられている装置は横型のロータリーキルン型のものである。
【０００６】
【特許文献２】
特許第２５１２６６５号公報
【０００７】
ダイオキシンを含む材料をダイオキシンの沸点以上の温度に加熱し、揮発したダイオキシンを含むガスを、セメント焼成用のロータリーキルンに導入し、セメント焼成時の熱によりダイオキシンを加熱分解する方法が開示されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００８】
【特許文献３】
特開２０００−１６８４４号公報
【０００９】
ごみ焼却で発生する主灰や飛灰に含まれるダイオキシンを気化して分解する従来の装置はロータリーキルンであるが、ロータリーキルンでダイオキシンの全部を再合成されない状態にまで分解することは容易ではなく、これが設備コストの上界をもたらしている。
【００１０】
ごみ焼却処理施設から排出される焼却灰を加熱して該焼却灰に含まれる有機塩素化合物を分解する焼却灰処理方法において、前記焼却灰を石灰の存在下に３５０〜５５０℃で加熱し、次いで２５０℃以下に急冷することを特徴とする焼却灰処理方法が開示されている（例えば、特許文献４参照）。この焼却灰処理に用いられている装置は横型のロータリーキルン型のものである。横型ロータリーキルンを用いるものも開示がある（例えば、特許文献５参照）。これは飛灰を加熱してダイオキシン類を分解するものである。これらの横型ロータリーキルンは、灰の充填率が低下すると空気の吹き抜け、灰の加熱ムラによる処理不充分な灰を生じるなどの問題があった。
【００１１】
【特許文献４】
特許第２５１２６６５号公報
【特許文献５】
特開平１０−１０９０７６号公報
【００１２】
一方、本発明者らも、ごみ焼却炉で発生する主灰や飛灰等の粉状廃棄物に含まれているダイオキシン等を効率よく除去し、ひいては効率よく無害化できる加熱処理装置として縦型円筒状の攪拌流動層加熱器を既に開発した。この装置は、粉状廃棄物を流動させるガスを下部より導入して上部より排出させ、内部には攪拌翼が設けられているものである。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この攪拌流動層加熱器に備え付けられた攪拌翼は、装置大型化の際や比較的高速で回転させた時に攪拌軸がブレ、機械的な負荷が軸受けや軸にかかることが判明した。これによって、耐久性が落ちる等の点が懸念される。
【００１４】
本発明の目的は、粉状廃棄物を均一に流動させて効率よく加熱処理を行うことができ、しかも装置の大型化や攪拌翼の高速回転による攪拌軸のブレの問題を解消しうる粉状廃棄物の加熱処理装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題を解決するべく鋭意検討を進め、攪拌手段に偏心防止手段を設けることによってこれを解決することができた。
【００１６】
すなわち、本発明は、縦型円筒状加熱容器の上部にガス排出口を備え、下部に粉状廃棄物を流動させるガスの導入口を備え、さらに粉状廃棄物の投入口と取出し口を備え、かつ、偏心防止手段を有する粉状廃棄物の攪拌手段を備えたことを特徴とする粉状廃棄物の加熱処理装置に関するものである。
【００１７】
この本発明においては、加熱が困難である飛灰等の粉状廃棄物を高効率に加熱する方式として、攪拌流動層加熱器を適用した。この方式は、円筒型加熱器底部からの分散板を介したガスの吹き込みと加熱器内に設けられた攪拌翼による攪拌手段によって、粉状廃棄物の流動層を形成するものである。加熱器内では粉状廃棄物が層内を激しく循環するため、気固接触に優れ、かつ加熱器内壁に対する粉状廃棄物の交換速度も高いため、高温ガスの吹き込みによる加熱、加熱器内壁を介する外部加熱のどちらの場合にも効果的な加熱が可能となる。このように熱伝達効率に優れた加熱器を用いるため、加熱器内壁の温度過剰に上昇させる必要もなく、内壁への粉状廃棄物の固着も防止される。結果として、粉状廃棄物を容易に高温に維持でき、安定したダイオキシン類除去性能が発揮される。
【００１８】
また、内壁に沿ったらせん状の線材／棒材等の偏心防止手段を取り付けることで、攪拌翼の重心を中心に保ったまま回転させることが可能となり、さらに安定した操業が実現される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
縦型円筒状加熱容器は、粉状物を入れるものであって、形状は直筒のほか、テーパ部を設けて上部または下部を短径とする異径筒としてもよい。上下両面は通常は閉止されて全体は密閉構造をしている。上下両面は平面、湾曲面、円錐面等にされる。容積は処理する粉状物の量等に応じて設計されるが、通常０．０１〜１００ｍ３程度、特に０．２〜１０ｍ３程度である。
【００２０】
加熱容器には粉状廃棄物の出入口のほか、粉状廃棄物を流動させるガスの出入口が必要である。ガスは粉状廃棄物を流動させるために、加熱容器の下部にガスの導入口を上部にガス排出口を設けて、ガスを容器に収容されている粉状廃棄物層の下から吹き込んで上方に抜けるようにする。このガス排出口には必要によりダストフィルター、サイクロン電気集塵器、セラミックフィルタ等のダスト除去装置を設けることができる。
【００２１】
一方、粉状廃棄物の投入口と取出し口はそれぞれ粉状廃棄物の投入、排出ができれば如何なる位置に設けてもよいが、粉状廃棄物の投入口を容器の上部に、そして取出し口を下部に設けることが好ましい。バッチ処理等では投入口と取出し口を兼用させることも可能である。
【００２２】
粉状廃棄物を流動させるガスは加熱によって気化したダイオキシン等を排出させる移送機能も発揮させるものであり、ガスの吹込口は加熱容器の底部、すなわち、底面又は側面下端部に設ける。ガス吹込口は加熱容器の規模すなわち縦型円筒の容積に応じて複数設けることができ、１重又は２重以上のリングスパージャー形とすることも好ましい。ガス吹込口には目皿（多孔板）を設けてガスの吹き出しを均一にするとともに粉状廃棄物が吹込口に入り込まないようにすることができる。ガスの吹込量は０．０１〜２Ｎｍ３／ｋｇ程度、好ましくは０．１〜１Ｎｍ３／ｋｇ程度、そして０．１〜３０Ｎｃｍ／ｓｅｃ程度、好ましくは１〜１０Ｎｃｍ／ｓｅｃ程度が適当である。
【００２３】
この縦型円筒よりなる加熱容器の加熱方式は円筒外面から加熱する方式、内部に加熱器を設ける方式、粉状廃棄物を流動させるガスを熱風とする方式等いずれであってもよいが、流動させるガスを熱風とする方式あるいはこれと円筒外面から加熱する方式の併用が好ましい。
【００２４】
加熱容器内には粉状廃棄物を攪拌する攪拌手段を設ける。典型的な攪拌手段はパドル翼である。翼は棒状、板状等であり、棒状は断面形状が真円、楕円、弧を２つ合わせた形状、正４角、長４角、６角等のものを含み、板状は平板状、樋状等を含む。板状の場合、水平でもよく、斜めでもよく、垂直でもよい。好ましくは水平〜斜めであり、角度は水平面に対し０〜６０度、好ましくは０〜４５度である。
【００２５】
各攪拌翼は回転軸から外方に延設される。この方向は水平でもよく（例：図５）、斜めであってもよく、この両者の組み合わせであってもよい（例：図７）。しかしながら、垂直方向は流動効果が少ないので好ましくない。好ましい角度は水平±６０度、好ましくは水平±４５度である。攪拌翼の枚数は２〜２０枚／ｍ、通常３〜１０枚／ｍ程度である。攪拌翼の回転軸への取付位置は左右同一位置であってもよく、互い違いであってもよい。左右同一位置の場合は攪拌翼が２枚の場合には１段になる。また、各攪拌翼は上方から見た状態で直線状、即ち１８０度毎に設けるほか、３方向、４方向（十字状）等に取り付けてもよい。また、螺旋階段状に配置してもよい。最上段の攪拌翼の位置は投入される粉状廃棄物の流動層の上面より下になるようにするのがよい。
【００２６】
この攪拌翼の例のいくつかを図５〜９に示す。図４のものは、回転軸の両側に水平方向に５対の板状の翼が等間隔で設けられている。図６のものは、図５において攪拌翼に棒を用いた例である。図７のものは、水平方向に平行に配置した棒状の攪拌翼と斜め４５度の角度で平行に配置した棒状の攪拌翼を組み合わせた例である。図８のものは、棒状の攪拌翼を水平に、かつ左右を互い違いに配置した例である。図９のものは、水平方向に平行に配置した棒状の攪拌翼と斜め４５度の角度で平行に配置した棒状の攪拌翼を組み合わせた例である。図７のものでは、斜めに配置した攪拌翼がいずれも直線状であるのに対し、図９のものは回転軸部で折り曲げていずれも外方に斜め上方を向くように配置されている。
【００２７】
この攪拌翼の回転数は１〜２００ｒｐｍ程度、好ましくは１０〜１００ｒｐｍ程度、特に好ましくは３０〜６０ｒｐｍ程度が適当である。
【００２８】
この攪拌手段はその偏心防止手段を有するものである。攪拌手段が回転軸を中心として回転する攪拌翼である場合の好ましい偏心防止手段は加熱容器の内壁に沿うらせん状部材である。このらせん状部材は線材／棒材、等よりなり、太さは０．００１〜０．１５（らせん部材太さ（ｍｍ）／加熱容器内径（ｍｍ））程度、好ましくは０．０１〜０．１程度である。線材や棒材の断面形状は特に限定されず、真円、楕円等の円形、３角、４角、６角、８角等の多角形、リボン等の平板形等が含まれる。材質は、ＳＵＳ、鉄、チタン、アルミ等が用いられるが、耐熱性、耐蝕性を兼ね備えたものが好ましい。らせんのピッチは１〜１０ピッチ／ｍ程度、好ましくは１〜５ピッチ／ｍ程度である。このらせん状部材は全体が連続している場合に限定されず、１個所以上の断部、すなわち複数に分割されていてもよい。これにより、その断点部位の加熱器内部に、例えば熱電対のような計測器を設置することが可能となり、装置全体の制御性がより向上する。また、分割することにより加熱器内のメンテナンス時や攪拌翼／らせん状スクレーパ交換時の作業がより簡素化されるなどのメリットがある。
【００２９】
らせん状部材は重心が回転軸と一致するように配置される。また、らせんは一重らせんに限らず二重らせん等の多重らせんであってもよく、また、右らせんと左らせんの組み合わせであってもよい。このらせん状部材は通常攪拌翼端に固着される。固着手段は溶接、ネジ止等が利用される。
【００３０】
このらせん状部材が加熱器内壁に接する面に、スクレーパを取り付けることができる。スクレーパは、ワイヤブラシ等、付着した粉状廃棄物を掻き落とせるものが好ましい。このスクレーパにより、安定した攪拌翼の回転に加え、加熱器内壁に粉状廃棄物が付着して残った場合でも、簡単に掻き落とすことが可能となる。スクレーパを取り付けた状態を図３に示す。
【００３１】
本発明で流動処理される粉状廃棄物の種類は気流で流動させうるものであれば特に制限されないが、平均粒径が０．１〜１０００μｍ程度、通常１〜２００μｍ程度、好ましくは１〜５０μｍ程度のものが適当である。密度では０．１〜５ｇ／ｍｌ程度、通常０．５〜３ｇ／ｍｌ程度のものである。具体例としては、ごみ焼却炉から排出される焼却灰や飛灰、ダイオキシン等を吸着した活性炭等の有機ハロゲン化合物で汚染されたもの、上水・下水処理に伴って発生するスラッジ、汚泥、有機物、有機ハロゲン化学、重金属等で汚染された砂、土壌、川底泥、湖底泥、海低泥、トンネル等の掘削時に発生するスラリー状の廃土等を挙げることができる。例えば、粉状廃棄物の有機ハロゲン化合物の含有量が、ＪＩＳ　Ｋ　０３１１による測定法で０．１〜１００ｎｇ−ＴＥＱ／ｇ程度、特に１〜１０ｎｇ−ＴＥＱ／ｇ程度のものを処理できる。
【００３２】
粉状廃棄物の流動に使用されるガスも目的により適宜選択されるが、空気、焼却炉排ガス、窒素、水蒸気、Ｈｅ、Ａｒ等が通常使用される。
【００３３】
本発明の加熱処理装置にはその処理目的に従って適宜付属設備が設けられる。例えば、加熱処理が有機ハロゲン化合物の気化除去の場合には排出ガスに同伴される有機ハロゲン化合物を熱分解する装置、有機ハロゲン化合物を触媒分解する装置等を適宜設ける。
【００３４】
この場合、加熱器のガス排出口には除塵装置を設けて廃棄物その他の粉塵を除去することが好ましい。この集塵装置にはバグフィルタ、サイクロン、電気集塵器、セラミックフィルタ等を使用できるが、排ガスの温度が３５０〜５５０℃程度でこれを次に更に加熱して熱分解するので、好ましいものは高温で除塵できるセラミックフィルタ等が好ましい。
【００３５】
加熱器のガス排出口には、加熱器から排出される有害有機ハロゲン化合物を含むガスを加熱して、この有害有機ハロゲン化合物を熱分解する熱分解装置や有害有機ハロゲン化合物を触媒分解する触媒反応装置を接続する。熱分解装置は、密閉構造で熱分解するガスの入口と熱分解したガスの出口を有している。この熱分解装置は高温燃焼脱臭装置等に使用されている公知の装置を使用することができ、例えばバーナーを用いたもの、電気ヒータを用いたもの、高周波加熱、赤外線加熱、あるいは廃棄物焼却炉の高温部等が利用できる。
【００３６】
触媒反応装置は固定床型、移動床、流動床型のいずれであってもよい。触媒は有害有機ハロゲン化合物の種類に応じて選択され、例えばダイオキシン等の有機ハロゲン化合物を分解する場合には、白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウムなどの白金属元素、あるいは金のうち少なくとも１種等の貴金属触媒、酸化カルシウム、マンガン、コバルト、クロム、鉄、ニッケル、チタン、バナジウム、タングステン等の単独あるいは複合酸化物のうち少なくとも１種等の酸化物触媒等を使用できる。
【００３７】
本発明の流動処理装置の運転条件は処理目的によって異なるが、例えば有機ハロゲン化合物で汚染された粉状廃棄物を加熱処理して有機ハロゲン化合物を気化除去する場合の加熱条件は、温度が３５０〜５５０℃程度、好ましくは４００〜４５０℃程度で平均滞留時間５分〜１８０分程度、通常３０分〜１２０分程度でよい。流動処理装置である加熱器内では有機ハロゲン化合物の気化ばかりでなく、分解も起こりうる。
【００３８】
加熱器で有機ハロゲン化合物等を除去された粉状廃棄物は必要により２次処理され、あるいはそのまま廃棄されあるいは有効利用される。
【００３９】
一方、気化した有機ハロゲン化合物を含むガスは必要により除塵装置で除塵が行われてから熱分解装置や触媒反応装置で有機ハロゲン化合物の分解が行われる。熱分解は８００〜１０００℃、好ましくは８５０〜９５０℃程度で、平均滞留時間０．５〜２０秒程度、好ましくは１〜５秒程度で行われる。この熱分解によって有機ハロゲン化合物の５０〜９５％程度、好ましくは８０〜９５％程度を分解する。
【００４０】
触媒反応は１５０〜５００℃、好ましくは１５０〜４００℃程度で空間速度１０００〜１００００ｈ−１で行われる。この触媒反応によって有機ハロゲン化合物の９０％以上、好ましくは９５％以上を分解する。なお、熱分解装置と触媒反応装置を併用することにより、さらに分解率を向上させることができる。
【００４１】
【実施例】
［実施例１］
本発明の一実施例で使用された加熱処理装置の概略構成を図１に示す。
この加熱処理装置１は、円筒状の縦型容器２の上部にガス排出口３と粉状廃棄物の投入口４が、そして下部にガス導入口５と粉状廃棄物の取出し口６が設けられている。容器２の中央部が粉状廃棄物収容部７であり、その底部にガスを分散させる分散板８が設けられている。容器１の外周には容器１内を加熱するヒータ１１が設けられ、内部には粉状廃棄物を攪拌する棒状の攪拌翼１２が設けられている。ガス排出口３にはガスを除塵する集塵器１３が取着されている。本発明の偏心防止手段として、らせん状部材１０が攪拌翼１２の先端に取り付けられている。
【００４２】
容器２は内径４５０ｍｍ、有効高さ１０００ｍｍのものを用いた。攪拌翼１２にはＳＵＳ製の直径２０ｍｍの丸棒を５段に取り付けた。らせん状部材１０にはＳＵＳ製の直径１０ｍｍの丸棒を用いた。らせんのピッチは４００ｍｍである。らせん状部材１０と容器２内壁との間隔は３ｍｍであった。
【００４３】
粉状廃棄物にはごみ焼却炉で採取された平均粒径２０μｍの飛灰を用いた。この飛灰を静止層高が６００ｍｍとなるように充填した。空気を容器内部の線流速が１０ｃｍ／ｓｅｃとなるよう吹き込み、攪拌翼１２を回転させて粉状廃棄物を流動させた。
【００４４】
上記の流動化実験において、
▲１▼　ＳＵＳ製攪拌翼のみ、
▲２▼　▲１▼の攪拌翼＋丸棒で作製したらせん状棒材の２種類の攪拌翼を用いて、
その差を比較した。
その結果、回転数３０〜７０ｒｐｍの範囲ではいずれの場合も安定した流動層が形成された。次に回転数を７０〜９０ｒｐｍまで上げると、▲１▼は若干軸ぶれを起こしたが、▲２▼は安定して回転し続けた。
【００４５】
［実施例２］
図２に示す加熱処理装置を作製した。
この加熱処理装置はらせん状部材１０が途中で切断されて２つに分割されているほかは図１のものと同じである。
【００４６】
［実施例３］
上記の加熱処理装置１の出口側に有機ハロゲン化合物の熱分解装置と触媒反応装置を直列に配置して図４に示す廃棄物処理装置を作製した。
【００４７】
熱分解装置には、電気ヒータを加熱に用い、電気ヒータが外部に取り付けられた管路をガスが流れることでガスが加熱される方式となっている。
【００４８】
このとき、電気ヒータはガス温度が９００℃になるようにコントロールされ、また９００℃での滞留時間が２ｓｅｃ以上となるように管路の長さが調節されている。
【００４９】
触媒反応装置には、触媒としてシリカ・アルミナ系セラミックス担体に白金を担持させた触媒５０ｌを用いており、担体はハニカム形状をとっている。また、このとき空間速度２０００ｈ−１となるように触媒量が決められており、触媒温度は４００℃である。
【００５０】
上記の廃棄物処理装置を用いてダイオキシン等で汚染された飛灰を処理した。ダイオキシン等の有害有機物の分析はＪＩＳ　Ｋ　０３１１に従って行った。
【００５１】
飛灰の処理量は１００ｋｇ／ｈで、これを加熱器で４２０℃で６０分間処理した。揮発促進ガスには空気を用いた。加熱器から排出された加熱処理済の飛灰には十分に低い濃度の有害有機物しか検出されなかった。このときの濃度は、０．００４ｎｇ−ＴＥＱ／ｇである。
【００５２】
加熱器からダストフィルタを経由して排出される排ガスを、熱分解装置のみ（Ｉ）、触媒反応装置のみ（ＩＩ）、熱分解装置と触媒反応装置の併用（ＩＩＩ）、の３つの方法で処理した。
【００５３】
排ガスの排出量はいずれも１００Ｎｍ３／ｈであり、熱分解は９００℃、２秒間で行い、触媒反応は４００℃で行った。
得られた結果を表１に示す。
【００５４】
【表１】
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【００５５】
【発明の効果】
攪拌流動層を適用した加熱器を用いることで、飛灰等の廃棄物を高効率に加熱することが可能となる。また、その際、攪拌翼に備え付けられたらせん状の線材／棒材により攪拌翼回転時の軸ブレが防止され、より安定した設備の運転が実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例である加熱処理装置の構造を示す図である。
【図２】本発明の別の実施例である加熱処理装置の構造を示す図である。
【図３】らせん状部材にスクレーパを取り付けた状態を示す図である。
【図４】本発明の実施例で用いた廃棄物処理装置の構成を示す図である。
【図５】本発明の別の実施例である攪拌翼の正面図である。
【図６】本発明の別の実施例である攪拌翼の正面図である。
【図７】本発明の別の実施例である攪拌翼の正面図である。
【図８】本発明の別の実施例である攪拌翼の正面図である。
【図９】本発明の別の実施例である攪拌翼の正面図である。
【符号の説明】
１…加熱処理装置
２…縦型容器
３…ガス排出口
４…粉状廃棄物の投入口
５…ガス導入口
６…粉状廃棄物の取出し口
７…粉状廃棄物収容部
８…分散板
９…回転軸
１０…らせん状部材
１１…ヒータ
１２…攪拌翼
１３…集塵器
１４…スクレーパ
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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