(57)【要約】【課題】廃棄物をより有効に活用できるようにした複合リサイクル装置を提供する。【解決手段】金属成分を含有する同一種類の高分子化合物を投入して、可燃ガスを生成すると共に、炭化物、灰化物、前記金属成分等を回収可能に構成された複合リサイクル装置ＥＱＵである。炭化炉又は灰化炉として機能するリサイクル炉１と、必要に応じて他のガス燃料を供給しつつ、可燃ガスを８００℃以上の温度域で完全燃焼させる混焼炉２と、混焼炉２の出力を受けて蒸気を発生させる排ガスボイラ３とを備える。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機物を投入して可燃ガスを生成すると共に、炭化物、灰化物等を回収可能に構成した複合リサイクル装置であって、
炭化炉又は乾留炉として機能するリサイクル炉と、必要に応じて他の燃料を供給しつつ、前記可燃ガスを燃焼させる混焼炉と、前記混焼炉の出力を受ける熱交換器とを備えることを特徴とする複合リサイクル装置。
【請求項２】
同一施設から定常的に排出され、及び／又は、ほぼ正確に分別された有機物を投入して、可燃ガスを生成すると共に、炭化物、灰化物等を回収可能に構成した複合リサイクル装置であって、
炭化炉又は乾留炉として機能するリサイクル炉と、必要に応じて他の燃料を供給しつつ、前記可燃ガスを燃焼させる混焼炉と、前記混焼炉の出力を受ける熱交換器とを備えることを特徴とする複合リサイクル装置。
【請求項３】
灰化物、炭化物等の回収物を択一的に回収可能に構成した複合リサイクル装置であって、
炭化炉又は乾留炉として機能するリサイクル炉と、必要に応じて他の燃料を供給しつつ、前記リサイクル炉で生成された可燃ガスを燃焼させる混焼炉と、前記混焼炉の出力を受ける熱交換器とを備えることを特徴とする複合リサイクル装置。
【請求項４】
前記リサイクル炉は、火格子によって上下に区画され、火格子の上側に形成された反応室には前記回収物を取り出す取出扉が形成されている請求項１〜３の何れかに記載の複合リサイクル装置。
【請求項５】
前記燃料の供給量は、前記熱交換器の入口温度に基づいて制御されている請求項１〜４の何れかに記載の複合リサイクル装置。
【請求項６】
前記有機物には、特定の限定された金属成分のみが含有されている請求項１、請求項４〜５の何れかに記載の複合リサイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、廃棄物を単に焼却するのではなく、含有する多種類の有価物をそれぞれ再利用可能に回収できる複合リサイクル装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
産業廃棄物の処理法として、回収したプラスチック製品を熱分解して可燃ガスと炭化物とを生成する各種の方法が知られている（例えば、非特許文献１、及び特許文献１，２参照）。なお、本明細書では、他の文献での記載振りに拘わらず、余剰酸素のない状態で処理対象物を熱分解させることを炭化処理と称し、炭化処理を実現する炉を炭化炉と称する。そして、炭化炉からは熱分解ガスが発生し、炭化処理が完了すると炭化物が生成される。
【０００３】
この用法に対応して、本明細書では、多少の余剰酸素を供給する状態で処理対象物を熱分解させることを乾留処理と称し、乾留処理を実現する炉を乾留炉と称する。そして、乾留炉からは乾留ガスが発生し、乾留処理が完了すると灰化物が生成される。そして、本明細書でリサイクル炉とは、炭化炉と乾留炉とを少なくとも含み、可燃ガスとは、熱分解ガスと乾留ガスとを少なくとも含んでいる。
【０００４】
【非特許文献１】
特許庁ホームページ・技術分野別特許マップ作成テーマ一覧（９４テーマ）・機械  ６  焼却炉技術・１．３．３  乾留ガス化燃焼技術・ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｊｐｏ．ｇｏ．ｊｐ／ｉｎｄｅｘｊ．ｈｔｍ
【特許文献１】
特開２００１−１８２９３５号
【特許文献２】
特開２００１−２４１６３２号
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、産業廃棄物として回収されてくる雑多なプラスチック製品を対象とする限り、生成される炭化物の均質性は望めず、そのため、生成品の用途も自ずと限られたものであった。また、従来は、製造工場や加工工場で発生する廃棄物を同一施設内で再利用するという発想がなく、廃棄物の処理を専門業者に委ねるのが実情であった。
【０００６】
そもそも、同一施設から定常的に発生する廃棄物は、相当レベル均質なものであるから、これを同じ施設内で処理すれば、廃棄処理費を節約できるだけでなく、炭化処理や乾留処理によって発生する可燃ガスや、生成品たる炭化物や灰化物をより有効に活用することができる。また、同一施設から定常的に発生する廃棄物は金属を含む場合でも、特定一種類か数種類の金属に限られる場合も多く、その場合には回収した金属成分についても有効に活用することができる。したがって、製造工場や加工工場で発生する廃棄物を自己で処理する場合だけでなく、廃棄物処理工場においても、特定の廃棄物だけを対象にすれば、より有効な生成物その他を回収することが可能となる。
【０００７】
この発明は、このような着想に基づくものであって、廃棄物をより有効に活用できるようにした複合リサイクル装置を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明は、有機物を投入して可燃ガスを生成すると共に、炭化物、灰化物等を回収可能に構成した複合リサイクル装置であって、炭化炉又は乾留炉として機能するリサイクル炉と、必要に応じて他の燃料を供給しつつ、前記可燃ガスを燃焼させる混焼炉と、前記混焼炉の出力を受ける熱交換器とを備えることを特徴とする。そして、熱交換器としては、ボイラや温水器などが典型的である。また、他の燃料としては固形燃料や液体燃料でも良いが、ガス燃料が典型的である。これらの点は他の請求項の発明でも同様である。
【０００９】
請求項１に係る発明において、有機物とは、高分子化合物の他に食肉加工工場などから排出される肉なども含む概念であるが、典型的には高分子化合物であるプラスチック材であり、好ましくは塩素分を含まないプラスチック材である。また、廃棄物に金属成分が含まれるのも好適であるが、この場合、廃棄物に含まれる金属成分は、有意な含有量であれば、その種類を問わない。但し、有機物に数種類の金属成分だけ含有されている場合が好適であり、特定の限定された金属成分のみが含有されている場合が更に好適であり、一種類の金属成分のみが含有される場合が最適である。
【００１０】
請求項１に係る発明及び他の請求項に係る発明において、可燃ガスを燃焼させる混焼炉では、好ましくは、８００℃以上の燃焼温度で運転され、燃焼ガスの滞留時間は２秒以上に設定される。このような運転条件の場合には、熱交換器への熱供給が安定するだけでなく、リサイクル炉に塩素分を含有する有機物を投入している場合でも、可燃ガスの燃焼によってダイオキシン類を抑制できる。なお、ガス燃料などの燃料の供給量を、熱交換器の入口温度（又は混焼炉の出口温度）に基づいて制御して、８００℃以上の燃焼温度を実現するのが効果的である。
【００１１】
請求項２に係る発明は、同一施設から定常的に排出され、及び／又は、ほぼ正確に分別された有機物を投入して、可燃ガスを生成すると共に、炭化物、灰化物等を回収可能に構成した複合リサイクル装置であって、炭化炉又は乾留炉として機能するリサイクル炉と、必要に応じて他の燃料を供給しつつ、前記可燃ガスを燃焼させる混焼炉と、前記混焼炉の出力を受ける熱交換器とを備えることを特徴とする。
【００１２】
請求項２に係る発明は、製造工場や加工工場などの同一施設から定常的に排出される有機物の処理に好適に適用されるが、同一施設から排出されるものに限らず、ほぼ正確に分別された有機物の処理に適用するのも好適である。本発明において、有機物とは、高分子化合物の他に食肉加工工場などから排出される肉なども含む概念であるが、典型的には高分子化合物であるプラスチック材であり、好ましくは塩素分を含まないプラスチック材である。この有機物には、何らかの金属成分を有意な量だけ含有しているのが好適である。特定の限定された金属成分のみが含有されている場合が更に好適であり、一種類の金属成分のみが含有される場合が最適である。
【００１３】
請求項２に係る発明では、有機物である高分子化合物は同一種類であることが好ましいが、ここで同一種類とは、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリメチルペンテン（ＰＭＰ）、ポリブテン（ＰＢ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ＡＳ樹脂（アクリロニトリル・スチレン樹脂）、ＡＢＳ樹脂（アクリロニトリル・ブタジェン・スチレン樹脂）、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、フッ素樹脂（ＦＲ）、メタクリル樹脂（ＰＭＭＡ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ヒドロキシ安息香酸ポリエステル（ＨＢＰ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ）、ポリ酢酸ビニル（ポリ酢酸ビニル樹脂）、フェノール樹脂（フェノール・ホルムアルデヒド樹脂）、ユリア樹脂（尿素樹脂、尿素ホルムアルデヒド樹脂）、メラミン樹脂（メラミン・ホルムアルデヒド樹脂）、不飽和ポリエステル（不飽和ポリエステル樹脂）のように分類される種類の共通性を意味し、その組成の共通性までを意味しない。
【００１４】
請求項３に係る発明は、灰化物又は炭化物を択一的に回収可能に構成した複合リサイクル装置であって、炭化炉又は乾留炉として機能するリサイクル炉と、必要に応じて他の燃料を供給しつつ、前記リサイクル炉で生成された可燃ガスを燃焼させる混焼炉と、前記混焼炉の出力を受ける熱交換器とを備えることを特徴とする。
【００１５】
これら請求項１〜請求項３に係る発明では、混焼炉の下流側に熱交換器が配置されているので、排ガス温度を迅速に降下させることができ低公害化にも寄与する。熱交換器は、例えば排ガスボイラであり、この場合には、排ガスボイラの給水ラインにエコノマイザを配置すれば、排ガスボイラの効率が上がるだけでなく排ガス温度の急速な低下にも寄与する。
【００１６】
上記各発明の構成要素であるリサイクル炉は、好ましくは、火格子によって上下に区画されており、火格子の上側に形成された反応室には回収物を取り出す取出扉が形成されている。この取出扉は、リサイクル炉を炭化炉として機能させる場合には金属成分や炭化物の取り出しに使用されるが、リサイクル炉を乾留炉として機能させる場合には、金属成分や灰化物の取り出しに使用される。なお、火格子に多数の開口を形成しておけば、反応室に多数のガス流路を形成することができ反応の均一化を図ることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、実施例に係る複合リサイクル装置ＥＱＵに基づいて説明する。図１に示す複合リサイクル装置ＥＱＵは、製造工場などから排出される廃棄物を熱源として活用するだけでなく、炭化物又は灰化物を択一的に生成すると共に、廃棄物に含有される金属成分を回収する装置である。本装置は、同一種類の廃棄物が毎日繰返し発生する製造工場や加工工場、或いは、回収した産業廃棄物を分別して処理する処理工場などに好適に適用される。
【００１８】
例えば、お菓子を収容するプラスチック製の包装袋は、アルミニウム層を備える場合があるが、このような包装袋の材料シートの切れ端などを処理する場合には、プラスチック材を熱分解して水素やメタンなどの可燃ガスを生成すると共に、過剰な炭素分を炭化物として回収し、更にアルミ箔も有価物として回収する。ここで、アルミニウムの溶解と酸化を防止するために、リサイクル炉内は、アルミニウムの融点以下の温度で、かつ余剰酸素の無い状態、すなわち還元性雰囲気に維持される。そして、回収された炭化物は、土壌改良材や脱臭剤、或いは、床に敷設する建築用資材などとして活用される。
【００１９】
また、例えば、現場から回収されたプラスチック製のパイプ材の継手部分には、ヒータコイルたる鉄線が巻着されている場合があるが、このような継手部分の処理に使用するのも好適であり、この場合も、可燃ガス、炭化物、及び鉄線が有効に回収される。
【００２０】
更にまた、例えば、食肉加工工場などの場合には、廃棄物たる肉や骨を乾留炉で処理することによりメタンなどの可燃ガスを生成できると共に、廃棄物の一部が燃焼（自燃）することによって、全ての骨は最終的に灰化物として残留する。そして、得られた灰化物（ＣａＯ，ＳｉＯ２等）は、セメント原料として活用することが考えられる。
【００２１】
一般的な試算によれば、廃棄物が生ごみや動物死骸のような場合でも、１，０００ｋｃａｌ／ｋｇ程度の熱量を得ることが可能である。この発生熱量は、プラスチック材から得られる１０，０００ｋｃａｌ／ｋｇと比較すると１ケタ劣るものの、一時間当り１００ｋｇの廃棄物を処理した場合には、都市ガス１０Ｎｍ３（現状では６００円相当）のエネルギーが得られることになり、単なる焼却処理に比べてリサイクル性に優れている。しかも、灰化物が５％生じると見積れば、一日で５０ｋｇ程度の灰化物（ＣａＯ，ＳｉＯ２等）がセメントの原料として利用できることになる。
【００２２】
以下、図１に基づいて本装置の構成を説明する。この複合リサイクル装置ＥＱＵは、供給する酸素量に応じて炭化炉又は乾留炉として機能するリサイクル炉１と、リサイクル炉１で生成される可燃ガスを燃焼させる混焼炉２と、混焼炉２から排出される燃焼排ガスにより蒸気を生成する排ガスボイラ３と、排ガスボイラ３への給水を予備加熱するエコノマイザ４とを中心的に備えている。
【００２３】
リサイクル炉１は、この実施例では略円筒形に形成され、円盤状の火格子５を介して上下に区画されている。そして、火格子５の下部には、耐火材によって略直方形に形成された燃焼室１ａが設けられ、火格子５の上部には、廃棄物を収納する反応室１ｂが設けられている。さらに、円盤状の火格子５には、多数の開口がほぼ均一に形成されてリサイクル炉１の上下を連通させている。
【００２４】
燃焼室１ａは、メンテナンス性の観点から、８０ｃｍ程度の高さに形成されており、水平方向の一方側には、ガス燃料と燃焼用空気の導入部６が設けられ、他方側には点検扉７が設けられている。この実施例では、導入部６には拡散型ガスバーナが配置されており、送風機８によって燃焼用空気が供給されると共に、制御弁Ｖ１を介してガス燃料（例えば、都市ガス１３Ａ）が供給されている。
【００２５】
ところで、リサイクル炉１が炭化炉として機能するか、乾留炉として機能するかは、送風機８から供給される燃焼用空気量（酸素量）が、都市ガスの燃焼に必要な最小限の空気量であるか、余剰な空気量であるかによって左右される。
【００２６】
一方、反応室１ｂには、処理対象物の投入時に開放される上部開閉扉１０と、反応室１ｂから発生する可燃ガスの導出部１１と、火格子５の上に残る炭化物、灰化物、金属成分等を回収するための取出部１２とが設けられている。
【００２７】
図２（ａ）は、点検扉７から導入部６の方向を見た概略図である。図示の通り、燃焼室１ａのほぼ中央には、ガス燃料の吐出口１３が配置される。また、燃焼室１ａの底部は、中央に向けて下り勾配で傾斜する傾斜面が、ガス燃料の吐出方向に向けて延設されており、断面視で逆台形状に形成されている。そのため、液化して火格子５から垂れ落ちたプラスチック材Ｐなどは、底部の中央位置に集められることになり、火炎部Ｆからの輻射熱が有効に伝わることになる。
【００２８】
図１に示すように、混焼炉２は、燃焼空間の一方側に拡散型ガスバーナ１４を備えて構成されている。拡散型ガスバーナ１４の構成は特に限定されないが、例えば、図３に示すように、二重管１５の内管１５ａにリサイクル炉１から出力した可燃ガスを導入する一方、二重管の外管１５ｂには二次燃料たるガス燃料を導入している。これらの燃料は、外管１５ｂに延設される拡径部１６に向けて吐出され、拡径部１６の側面から導入される燃焼用空気と混合されて燃焼する。そして、拡径部１６の側面には、送風機１７によって燃焼用空気が供給されている。
【００２９】
先に説明したように、リサイクル炉１は、炭化炉として機能させる場合と、乾留炉として機能させる場合とがあるが、これは、主として処理対象物に応じて決定される。そして、リサイクル炉１が炭化炉として機能している場合には、反応室１ｂから出力される可燃ガスと、外管１５ｂに供給されているガス燃料とが混合状態で燃焼されることになる。一方、リサイクル炉１が乾留炉として機能している場合には、反応室１ｂからは、可燃ガスの他に廃棄物の自燃による燃焼ガスが一部には発生するが、大部分を占める可燃ガスと、外管１５ｂに供給されているガス燃料とが混合状態で燃焼されることになる。
【００３０】
何れにしても、混焼炉２においては、リサイクル炉１で生成された可燃ガスが完全燃焼されるように運転されている。具体的には、混焼炉２の排出部に配置された温度センサＴＥ及び制御部ＣＴＬ２によって制御弁Ｖ２が制御されて、燃焼排ガスの温度が８００℃以上に管理されている。また、燃焼ガス（燃焼火炎及び燃焼完了ガス）の滞留時間が２秒以上となるように、混焼炉２の容積や燃焼用空気の供給量などが設定されている。
【００３１】
排ガスボイラ３は、混焼炉２の上部に連設して一体的に保持されている。排ガスボイラ３の構成は特に限定されないが、この実施例では、図５に示すような貫流ボイラを使用している。この貫流ボイラは、上部管寄せ１７Ａと下部管寄せ１７Ｂとの間に多数の垂直水管１８・・・１８を接続した構成であり、下部管寄せ１７Ｂに給水を行い、垂直水管１８を上昇する間に気水混合状態とし、これを上部管寄せ１７Ａから気水分離器１９に送り込み分離して蒸気を得るものである。
【００３２】
図５（ｂ）に示す通り、垂直水管１８は、円環状に配置された内側水管群１８Ａと外側水管群１８Ｂの二重構造になっている。そして、混焼炉２の排ガス出口から導入された燃焼排ガスは、内側水管群１８Ａの一方側に形成されたガス入口２０から内外の水管群１８Ａ，１８Ｂの隙間を流通し、外側水管群１８Ｂの他方側に形成されたガス出口２１から導出される。ガス出口２１から導出された燃焼排ガスは、エコノマイザ４で更に熱交換した後、誘引ファン２２によって煙突２３に導出されて大気に放出される。
【００３３】
続いて、以上の構成からなる複合リサイクル装置ＥＱＵの動作内容を説明する。ここでは、スナック菓子などで利用される、アルミウム箔の上下にプラスチック膜を積層してなるシート材等の製造メーカであって、一日に排出されるシート材の切れ端をバッチ的に炭化処理する場合を説明する。
【００３４】
このような場合には、前日に排出されたシート材の廃棄物を反応室１ｂに投入した後、扉７，１０及び取出部１２を閉鎖した状態で、制御弁Ｖ１を開放して燃焼室１ａにガス燃料を導入し、送風機８によって必要最小限の燃焼用空気を供給しつつガス燃料に着火する。この場合、反応室１ｂの温度は、予め設定されている燃焼量に基づき、高分子化合物（プラスチック）の熱分解温度（３００〜４００℃）以上であって、含有金属（アルミニウム）の融点（７００℃）未満に維持される。
【００３５】
このように、酸素を含まない所定温度域の熱風が反応室１ｂを流通することにより、プラスチック材が熱分解され水素やメタンなどの可燃ガスが生成される。一方、液化されて燃焼室１ａに落下したプラスチック材は、その底面において有効に熱分解される。
【００３６】
リサイクル炉１で生成された可燃ガスは、混焼炉２に導入されて、別に導入されるガス燃料と混合されて燃焼される。先に説明した通り、混焼炉２に導入されるガス燃料の量は、混焼炉２の出口温度に基づいて制御されており、具体的には出口温度が８００℃以上に維持されるようにガス燃料が供給されている。
【００３７】
図４は、炭化炉たるリサイクル炉１の運転開始からのガス燃料の供給量の時間的推移を図示したものであり、運転開始直後は、可燃ガス（熱分解ガス）の生成が少ないので多量のガス燃料を消費するが、その後、可燃ガスの生成量が増加するに応じてガス燃料の供給が減少することを示している。
【００３８】
ところで、複合リサイクル装置においては、排ガスボイラ３から出力される蒸気量が一定になるように運転されるのが望ましい。そうすると、排ガスボイラ３では一定の熱量が必要とされるので、混焼炉２においては、リサイクル炉１で生成される可燃ガスによる発熱量と二次燃料のガス燃料による発熱量の総和が一定になるよう制御される。
【００３９】
図示の通り、可燃ガスの生成量は、ピーク値に達した後に減少するので、これに合わせてガス燃料の供給量が再度増加して、可燃ガスの生成量がゼロとなると、ガス燃料の供給量が最大値に達する。そして、ガス燃料の供給量が最大値に達してから所定時間経過したとき、リサイクル炉１及び混焼炉２の運転を全て停止する。このような動作の結果、反応室１ｂのプラスチック材は完全に熱分解して、過剰の炭素分が炭化物として残存することになる。また、プラスチック製フィルムに含まれるアルニミウムは、溶融することなくパサパサ状態のアルミ箔として残存する。
【００４０】
したがって、リサイクル炉１が冷えた状態でアルミニウムを回収し、有価物として流通させることができる。また、炭化物についても、そのまま回収した状態で、もしくは造粒後に有価物として流通させることが可能となる。
【００４１】
以上、リサイクル炉１を炭化炉として使用する場合について説明したが、リサイクル炉１を乾留炉として使用する場合には、燃焼開始から終了までやや過剰の燃焼用空気を供給しつづける。供給される空気量は、処理対象となる廃棄物の種類によって相違するが、例えば、食肉加工工場から排出される骨や肉の場合には、バーナ燃焼における理論空気量の約６倍の燃焼用空気が供給される。
【００４２】
ところで、乾留炉たるリサイクル炉１において乾留処理が終了したことは、混焼炉２の出口温度ＴＥ及びガス燃料の最大供給量の継続時間によって把握できるので、処理対象物の乾留処理が終了した後、リサイクル炉１と混焼炉２の運転が停止される。その後、回収される灰化物は、セメント原料などに再利用される。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、廃棄物をより有効に活用できるようにした複合リサイクル装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例に係る複合リサイクル装置の全体構成を示す概略図である。
【図２】燃焼室を図示した概略図である。
【図３】拡散型ガスバーナの構成を示す概略図である。
【図４】混焼炉における燃焼動作を説明する図面である。
【図５】排ガスボイラの一例を示す概略図である。
【符号の説明】
ＥＱＵ  複合リサイクル装置
１      リサイクル炉
２      混焼炉
３      熱交換器（排ガスボイラ）
【図１】
2004162969.tif 000003
【図２】
2004162969.tif 000004
【図３】
2004162969.tif 000005
【図４】
2004162969.tif 000006
【図５】
2004162969.tif 000007