(57)【要約】【課題】有機物質含有フィードの熱分解からの固体残渣のマイクロ波処理を目的とする方法およびプラントを提供すること。【解決手段】−ａ）炭素含有固体残渣およびガス相の形成をもたらす条件下で、前記フィードをパイロリシスによって熱的に分解させる段階と、ｂ）ガス相と炭素含有固体残渣とを分離する段階と、ｃ）酸化剤の存在下で、マイクロ波放射によって前記炭素含有固体残渣を処理する段階とを含む少なくとも５％の有機物質を含有するフィードの処理方法。−前記方法を実施できるプラント。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
　少なくとも５％の有機物質を含有するフィードの処理を目的とする方法であって、
ａ）炭素含有固体残渣およびガス相の形成をもたらす条件下で、前記フィードをパイロリシスによって熱的に分解させる段階と、
ｂ）ガス相と炭素含有固体残渣とを分離する段階と、
ｃ）酸化剤の存在下で、マイクロ波放射によって前記炭素含有固体残渣を処理する段階
とを含む方法。
【請求項２】
　段階ｃ）の間のマイクロ波放射の作用の下で、固体残渣の温度が６００〜１４００℃の値となるような条件の下、前記マイクロ波処理を高温固体残渣上で実施する請求項１に記載の方法。
【請求項３】
　段階ｃ）の処理に先行して、炭素含有残渣の化学的および／または物理的改変、選別、重力分離、洗浄、粉砕または形成の段階を実施する請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
　処理段階ｃ）の前またはその間に、水を注入する請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
　マイクロ波放射の周波数が１００ＭＨｚ〜１００ＧＨｚの範囲である請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
　マイクロ波放射の放出を、０．００１〜１秒の範囲の周期のパルス形式で実施する請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
　マイクロ波放射の電界密度が３０〜２０００キロワット／ｍ3の範囲である請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
　マイクロ波放射の吸収に有利に働く少なくとも１種の添加剤を、段階ｂ）からの固体残渣に加える請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
　段階ｃ）からの残渣の組成を調節できる少なくとも１種の添加剤を、段階ｂ）からの固体残渣に加える請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
　少なくとも、前記フィードの熱分解を目的としたオーブン（１）と、熱分解オーブンからガス相と炭素含有固体残渣とを分離するための手段（４）と、マイクロ波発生装置（９）と連結された、前記固体残渣の処理を目的とするオーブン（７）とを含む、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法を実施するための、少なくとも５％の有機物質を含有するフィードを転換させることを目的とするプラント。
【請求項１１】
　単一のマイクロ波発生装置と連結された複数の処理オーブンと、前記オーブンのそれぞれに交替でフィードを供給し、かつマイクロ波放射により交替で処理を施す手段とを備える請求項１０に記載のプラント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は、有機物質含有フィード（ｆｅｅｄ）の熱分解からの固体残渣のマイクロ波処理を目的とした方法およびプラントに関する。
【０００２】
　より具体的には、本発明は、なんら危険性なく環境に廃棄することができる、あるいは道路工事分野または建設業および土木工事での用途の材料として使用できる、少なくとも部分的に化学的不活性でかつ最終的な残渣をもたらすことができる方法およびプラントに関する。
【０００３】
　本発明は、とりわけ、家庭廃棄物または産業廃棄物、産業汚泥または下水汚泥、バイオマス、およびより一般的には少なくとも５％の有機物質を含有する任意のフィードの処理にその応用分野が見出される。
【背景技術】
【０００４】
　可燃性ガスは、欧州特許出願第０，６９２，６７７号および同第１，０７７，２４８号に記載のよく知られた方法によるパイロリシス（熱分解（ｔｈｅｒｍｏｌｙｓｉｓ）とも称する）などのフィードの熱分解によって、有機画分を含む固体フィードから生成させることができる。
【０００５】
　この操作は、バイオマス、産業廃棄物または家庭廃棄物、産業汚泥または下水汚泥などの、少なくとも部分的に有機物質を含むフィードを有利に品質向上させることができる。
【０００６】
　パイロリシスは、空気、したがって酸素の存在しない状態で行われる、フィードを熱的に分解させる操作である。パイロリシスは、中高程度の、品質改良の可能な発熱量を有し、最も多くはボイラー、エンジン、タービンなどの既知のエネルギー発生装置の燃料として使用され、かつ固体残渣もしくはコークスとも称する、多くは炭素リッチな固相物の製造のために使用されるガスの生成をもたらす。
【０００７】
　通常、低品質の燃料であるこの固相物は、従来型のバーナーで燃焼され、燃焼によって生じる灰分は冷却され廃棄される。
【０００８】
　しかし、この解決法にはその実施の点で多くの欠点がある。すなわち、高価な設備と同時に高いエネルギーコストを要する。このことは、コークスの発熱量が低い場合、すなわち、その灰分含量が高く約４０％、より具体的には約６０％の場合特に当てはまる。
【０００９】
　したがって、固相物の品質を改良することは、廃棄物の熱分解法の実施のために繰り返し起こる問題である。
【００１０】
　この固相物を処理するためのいくつかの解決法が提案されてきた。
【００１１】
　欧州特許第１，０７７，２４８号には、その発熱量は低いが、熱分解フィードから得られる固体残渣での、熱分解オーブンの加熱用の熱を放出するための燃焼手段が提案されている。
【００１２】
　他の解決法が米国特許第６，３９８，９２１号に提案されている。熱分解法で得られる固体およびガス相を、酸素源の存在しない状態で、マイクロ波照射の作用にかけ、その結果前記固相物の一部をガス化させる。しかし、そうした方法を実施しても、すべてのコークスを転換させることはできず、残留コークスを燃焼し、溶融固化によって燃焼灰分を不活性にするための、通常の最終燃焼段階が必要となる。これは追加のコストとプラントの複雑さの増大をもたらす。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
　本発明は、上記の問題を、簡単で効率的かつ安価な形で克服することを目的とする方法に関する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
　具体的には、本発明は、
ａ）炭素含有固体残渣およびガス相の形成をもたらす条件下で、前記フィードをパイロリシスによって熱的に分解させる段階と、
ｂ）ガス相と炭素含有固体残渣とを分離する段階と、
ｃ）酸化剤の存在下で、マイクロ波放射によって前記炭素含有固体残渣を処理する段階
とを含む方法による、少なくとも５％の有機物質を含有するフィードの処理に関する。
【００１５】
　より具体的には、酸化剤は、空気、酸素、高酸素濃度空気または蒸気とすることができる。
【００１６】
　炭素含有固体残渣中に存在する大部分の炭素が酸化されて一酸化炭素または炭酸ガスになり、得られる鉱物性固体残渣の少なくとも一部、またはさらに大部分が非浸出性、より多くは溶融固化された形態となるような条件下で、処理を実施する。
【００１７】
　「存在する大部分の炭素」については、炭素含有物質の少なくとも７０％、好ましくは９０％、最も好ましくは少なくとも９５％、さらには９９％が酸化されると考えられる。
【００１８】
　「固体残渣の少なくとも一部」については、前記固体の少なくとも３０％および好ましくは少なくとも５０％が非浸出性な形態となると考えられる。
【００１９】
　熱分解（すなわちパイロリシス）で得られる高温炭素含有固体残渣は、マイクロ波放射に対し非常に反応性が高く、本方法の２つの段階の間に相乗効果を認められることが、出願人によって確認された。炭素含有固体残渣を生成する熱分解段階と、前記高温固体残渣をマイクロ波放射にかける段階とを組み合わせると高温に達し、低いエネルギー消費で、前記残渣を少なくとも部分的に不活性に、さらには溶融固化させることもできる。さらに、例えば溶融固化オーブンの準備運転のための熱的慣性を全く伴うことなく、マイクロ波を生成させるために消費された電気エネルギーが、直接炭素含有固体残渣に伝達される。これにより良好な全エネルギー効率がもたらされる。
【００２０】
　ほとんどの場合、前記パイロリシスは約３００〜８００℃の温度範囲で実施し、例えば、段階ｃ）の間のマイクロ波放射の作用の下で、固体残渣の温度が６００〜１４００℃の値となるような条件下で、高温固体残渣上で前記マイクロ波処理を実施する。
【００２１】
　本発明の方法は、段階ｃ）の処理に先行して、炭素含有残渣の化学的および／または物理的改変、選別、重力分離、例えば水での洗浄、粉砕または形成の段階も含むことができる。
【００２２】
　さらに、本発明の範囲を逸脱することなく、処理段階ｃ）の前またはその間に、水を注入することができる。
【００２３】
　マイクロ波放射の周波数は、１００ＭＨｚ（メガヘルツ）〜１００ＧＨｚ（ギガヘルツ）、好ましくは９００〜２５００ＭＨｚの範囲とすることができ、マイクロ波放射の放出は、例えば、一般に０．００１〜１秒の範囲の周期を有するパルス形式で行うことができる。
【００２４】
　マイクロ波放射の電界密度は、３０〜２０００キロワット／ｍ3とすることができる。
【００２５】
　本発明の考えられる実施形態によれば、マイクロ波放射の吸収に好都合な少なくとも１種の添加物、あるいは、段階ｃ）からの残渣の最終組成を調節できる少なくとも１種の添加物を、段階ｂ）からの固体残渣に加えることができる。
【００２６】
　本発明は、少なくとも５％の有機物質を含有するフィードを転換させることを目的とする、上記の方法を実施するのに適当なプラントであって、少なくとも、前記フィードの熱分解を目的としたオーブンと、熱分解オーブンからガス相と炭素含有固体残渣とを分離するための手段と、マイクロ波発生装置と連結された、前記固体残渣の処理を目的とするオーブンとを含むプラントにも関する。
【００２７】
　本発明の実施形態によれば、複数の処理オーブンを単一のマイクロ波発生装置と連結し、前記オーブンのそれぞれに交替でフィードを供給し、かつマイクロ波放射により交替で処理を施す手段を用いることができる。
【００２８】
　本発明の方法または本発明のプラントは、とりわけ、家庭廃棄物および／または産業廃棄物、産業汚泥および／または下水汚泥、バイオマス、農業廃棄物および副産物、炭化水素で汚染された土壌の処理にその応用分野が見出される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
　本発明の他の利点、詳細および特徴は、本発明によるプラントを示す唯一の添付図面を参照して、これに限定されないが、実施例の形で示す以下の実施形態の記述を読むことによって明らかとなるだろう。
【００３０】
　本発明による方法は、家庭廃棄物および／または産業廃棄物、産業汚泥および／または下水汚泥、バイオマス、農業廃棄物および副産物、炭化水素で汚染された土壌などの、少なくとも５％の有機物質を含有するフィードの処理を目的とすることが好ましい。
【００３１】
　フィードの熱分解、とりわけ熱分解すなわちパイロリシスのためには、規模や組成に変動のあるフィードを処理する能力の理由から、回転式オーブン１を使用することが好ましい。
【００３２】
　本発明は、例えば、フランス特許第２，７８５，８３５号に記載のコンベヤーベルトオーブン、流動床、固定床、移動床、移動床(entrained bed)、または回転床炉などの、パイロリシス操作を実施できる当業者に既知のどんな種類のオーブンにも適用することができる。
【００３３】
　熱分解の前に原料フィードを処理する必要があることもある。この予備処理段階は、フィードの性質（フィードの種類、粒子径、水分）に左右されるが、粗砕、乾燥、選別、分離などの通常の技術を使用する。この予備処理段階の目的は、フィードが回転式オーブン１の入口での仕様に適合できるようにすることである。すなわち、
−フィードの最大粒子径が３０ｃｍ未満、好ましくは１０ｃｍ未満、
−制御されたフィード水分、例えば、最大４０重量％、好ましくは２０重量％となるように乾燥することができる。
【００３４】
　オーブンを外部からシールしてオーブン中に空気が流入するのを完全に防止する装置（図１の矢印Ｃで示す）を用いて、間接加熱回転式オーブンなどのオーブン１の中にフィードを供給する。このシールをもたらす装置は、アルキメデスのねじポンプ(Archimedean screw)、またはフィードをコンパクトな処理単位で導入させる装置とすることができる。
【００３５】
　ここで熱分解に使用する回転式オーブンには回転エンクロージャ２を備える。この回転エンクロージャ２はそれを加熱するための環状空間３で囲まれている。
【００３６】
　加熱作用下で、回転エンクロージャ２の中を進行するにしたがって、フィードはその残留水分を放出し、次いで空気の全く存在しない状態での熱分解、すなわち、パイロリシスにかけられる。この操作により、ガス相（原料ガスまたはパイロリシスガス）および固相物（炭素リッチ固体残渣またはコークス）が形成される。
【００３７】
　熱分解により得られるフィード、ガスおよび固体残渣は、このオーブン中を並流で循環する。最も多くは３００〜８００℃、好ましくは５００〜７００℃の範囲の温度、および大気圧近傍の圧力でこの操作を行う。オーブン中でのフィードの滞留時間は、有機物質を完全に分解させるのに十分なように長くとる。一般には３０〜１８０分、より正確には４５〜９０分の範囲である。そうした滞留時間の条件下で、回転式オーブン中での温度プロフィールを考慮すると、ガス相中でのタール物の生成が最小化される。
【００３８】
　一般に、熱分解操作の操作条件、とりわけ最終処理温度および温度上昇速度は、固体生成物およびタール状重質生成物の収率を犠牲にして可燃性ガス収率を最適にするように、当分野の技術者によって選択されることが好ましい。
【００３９】
　次いで、コージェネレーションプラントなどのエネルギー発生手段（図１には示さず）に供給するために、出願人によって出願された欧州特許出願第０，６９２，６７７号または同第１，０７７，２４８号に記載されているものなどの既知の技術により、可燃性ガス（または熱分解ガス）を処理し品質を向上させる。
【００４０】
　ガス相と固相物を分離させる、サイクロンなどの当分野の技術者に知られている任意の通常の手段４によって、炭素含有固体残渣をガス相から分離する。前記ガス相はライン５を通して排出される。ライン６を通して排出される固体残渣は炭素リッチな混合物であり、ほとんどの場合、ケイ酸塩またはアルミン酸塩などの鉱物質を含む。その割合は勿論、初期フィードの組成および熱分解条件（温度、滞留時間）に依存する。
【００４１】
　分離手段４からの高温炭素含有固体残渣は、空気、酸素、高酸素濃度空気または蒸気などの酸化剤の存在下で、好ましくは直ちにマイクロ波放射の作用にかける。このマイクロ波への暴露を、ライン６がその中へ開口しているチャンバ７内で行う。このオーブン、特に回転式オーブンの形でのチャンバはそれに対応するように適合されていて、チャンバはマイクロ波誘導チャンネル８によって、よく知られているタイプのマイクロ波発生装置９と連結されている。
【００４２】
　炭素含有残渣を暴露するマイクロ波の周波数は、１００ＭＨｚ〜１００ＧＨｚ、より好ましくは９００〜２５００ＭＨｚの範囲が好ましい。また、用いる波長範囲はほとんどの場合、炭素含有固体残渣によるその吸収に好都合で、その結果加熱速度を加速するように、当分野の技術者によって選択される。この吸収によって炭素含有固体残渣の急速な加熱が引き起こされ、酸化剤の存在下で、残渣中に存在する炭素の少なくとも一部の、一酸化炭素ＣＯおよび炭酸ガスＣＯ2への酸化がもたらされる。この燃焼の効果により、固体残渣の温度が増加し、ほとんどの場合６００〜１４００℃の範囲の温度に達する。
【００４３】
　マイクロ波の放出は、連続形式、または例えば０．００１〜１秒の範囲の周期を取りうるパルス形式のどちらによっても実施することができる。
【００４４】
　酸化反応を起こすのに十分なエネルギーを、短時間で、すなわち１秒〜１５分間の周期で供給できるように、任意の既知の技術によりマイクロ波発生装置９の寸法決めを行い選択する。炭素含有物質の化学的組成、とりわけその炭素含量にもよるが、いずれにしろ、電界密度は、典型的には３０〜２０００キロワット／ｍ3（立方メートル当たりのキロワット）のオーダーの値の範囲である。
【００４５】
　不活性な固体残渣が得られるまで、すなわち、ＮＦＸ３１２１０標準による非浸出性鉱物質のみを含有し、かつ一般に５％未満、好ましくは３％未満、典型的には１％未満の残留炭素含量となるまで、処理を継続する。
【００４６】
　供給手段１０経由で、熱分解から得られる固体残渣に、少なくとも１種の既知の添加物を加えることも有利である。この添加物は、回転式オーブン７中での混合体による前記波長の吸収をさらに向上させ、かつ／または、例えば水または炭素について、最終的に得られる高シリカガラスフリット、炭酸カルシウムなどの不活性な固体残渣の組成を、特に、そうした残渣を建設業および土木工事の分野での材料として品質向上させるために、後で調節することを可能にする。
【００４７】
　炭素含有残渣の燃焼によって生じるフュームは、続いて処理するために、ライン１１を通して処理オーブン７から排出される。この処理を、ＣＯのＣＯ2への転換、ダストおよび含有の可能性のある汚染物の除去に含めることができる。
【００４８】
　不活性な固体残渣は、抜出手段１２によってオーブンから除去される。また、本発明の範囲を逸脱することなく、高温の不活性固体残渣からのエネルギー回収を目的とした、例えば熱交換器１３などの手段もこの抜出手段１２上に配置することができる。
【００４９】
　本発明はもちろん上記の１つだけの実施形態に限定されるものではない。
【００５０】
　例えば、回転板上に設けた複数のマイクロ波処理オーブンを設置し、それによって前記オーブンのそれぞれが、交替でフィードの供給を受け、次いで交替でマイクロ波発生装置の作用を受けるというような、本発明の他の実施形態を提供することができる。そうしたレイアウトは特に、プラントの全体的な能力を、簡単で経済的な形で増大させ、同時にそのスペースの必要性を最小にする利点をもたらす。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明によるプラントを示す図である。
【符号の説明】
【００５２】
　１　回転式オーブン
　２　回転エンクロージャ
　３　環状空間
　４　分離手段
　５、６、１１　ライン
　７　チャンバ
　８　マイクロ波誘導チャンネル
　９　マイクロ波発生装置
　１０　供給手段
　１２　抜出手段
　１３　熱交換器などのエネルギー回収手段
【図１】
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