(57)【要約】【課題】廃棄物プラスチックに含まれる塩化ビニルの塩素分を脱塩する脱塩器を簡単化でき、かつ燃料を節減する。【解決手段】廃棄物に含まれる塩化ビニルの塩素分を脱塩する脱塩器１０と、該脱塩器１０により脱塩された廃棄物を流動層を形成しながら熱分解するガス化炉１２と、該ガス化炉１２により熱分解された生成物を燃焼して熱エネルギーを回収する熱機関とを備える廃棄物処理システムにおいて、前記脱塩器１０に前記熱機関から排出される燃焼排ガスを通流し、通流された燃焼排ガスの熱を用いて前記脱塩器１０内の廃棄物に含まれる塩化ビニルの塩素分を脱塩する【選択図】　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃棄物に含まれる塩化ビニルの塩素分を脱塩する脱塩器と、該脱塩器により脱塩された廃棄物を流動層を形成しながら熱分解するガス化炉と、該ガス化炉により熱分解された生成物を燃焼して熱エネルギーを回収する熱機関とを備える廃棄物処理システムにおいて、
前記脱塩器に前記熱機関から排出される燃焼排ガスを通流し、通流された燃焼排ガスの熱を用いて前記脱塩器内の廃棄物に含まれる塩化ビニルの塩素分を脱塩することを特徴とする廃棄物処理システム。
【請求項２】
前記脱塩器内の温度は３００℃〜４００℃の範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の廃棄物処理システム。
【請求項３】
前記熱機関から排出される燃焼排ガスを浄化する排ガス浄化装置と、前記熱機関の下流側に熱交換器とを設け、該熱交換器により前記排ガス浄化装置の下流側の排ガスを加熱して前記脱塩器に供給することを特徴とする請求項１又は２に記載の廃棄物処理システム。
【請求項４】
前記脱塩器は、供給される前記燃焼排ガスにより前記廃棄物の流動層を形成しながら廃棄物に含まれる塩化ビニルの塩素分を脱塩することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の廃棄物処理システム。
【請求項５】
前記ガス化炉内の流動媒体を抜き出し、抜き出された流動媒体を前記脱塩器の流動媒体とし循環供給することを特徴とする請求項４に記載の廃棄物処理システム。
【請求項６】
前記脱塩器から排出される塩素含有ガス中の塩素分を除去する脱塩装置を有し、塩素分が除去されたガスを前記熱機関に供給することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の廃棄物処理システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、廃棄物に含まれる塩化ビニルの塩素分を脱塩する廃棄物処理システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、塩化ビニルを含む廃棄プラスチックを分別して回収し、回収された廃棄プラスチックを有効に利用する例えばマテリアルリサイクル、ケミカルリサイクルなどが推奨されている。また、廃棄プラスチックを燃焼して燃焼熱を回収するサーマルリサイクルが注目されている。
【０００３】
従来、廃棄プラスチックのサーマルリサイクルを行う廃棄物処理システムとして、流動層式やキルン式のガス化炉と溶融炉とを組み合わせたガス化溶融システムが知られている。このガス化溶融システムは、粉砕された廃棄プラスチックをガス化炉に投入し、投入された廃棄プラスチックを流動層を形成しながら熱分解し、熱分解生成物例えば熱分解ガスと未燃炭素のチャーを燃焼溶融炉に燃焼処理するようにしている。そして、熱分解生成物を例えば１３００℃〜１４００℃の高温で燃焼して、熱分解ガスに同伴した灰分を溶融させてスラグ化して系外に排出するようにしている。一方、燃焼排ガスの熱を回収した後、脱塵処理して大気に放出するようにしている。
【０００４】
ところで、廃棄プラスチックに塩化ビニルが混入されていると、廃棄プラスチック中の塩素濃度は通常の都市ごみ中の濃度に比べて数倍から数十倍と高い。このような廃棄プラスチックを燃焼すると、高濃度の塩化水素（ＨＣｌ）を含む燃焼排ガスが発生し、燃焼排ガス中の塩化水素により装置類例えばボイラが腐食するという恐れがある。
【０００５】
そこで、従来のガス化溶融システムでは、廃棄プラスチックをガス化または燃焼する前に、粉砕された廃棄プラスチックを例えば外熱式のキルンに投入し、投入された廃棄プラスチックを加熱して脱塩し、脱塩された廃棄プラスチックをガス化または燃焼して塩化水素を含まない燃焼排ガスを発生させるようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、外熱式のキルンを用いて廃棄プラスチックを脱塩する装置は、大型かつ複雑になり、またキルン内の廃棄プラスチックを加熱するための燃料が必要となるので、コストが嵩むという問題がある。
【０００７】
本発明の課題は、廃棄物プラスチックに含まれる塩化ビニルの塩素分を脱塩する脱塩器を簡単化でき、かつ燃料を節減することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の廃棄物処理システムは、廃棄物に含まれる塩化ビニルの塩素分を脱塩する脱塩器と、該脱塩器により脱塩された廃棄物を流動層を形成しながら熱分解するガス化炉と、該ガス化炉により熱分解された生成物を燃焼して熱エネルギーを回収する熱機関とを備え、前記脱塩器に前記熱機関から排出される燃焼排ガスを通流し、通流された燃焼排ガスの熱を用いて前記脱塩器内の廃棄物に含まれる塩化ビニルの塩素分を脱塩することを特徴とする。
【０００９】
このように、熱機関からの燃焼排ガスを脱塩器に通流して廃棄物に接触させれば、燃焼排ガスの熱により直接廃棄物を加熱して廃棄物に含まれる塩化水素を脱塩することができる。その結果、装置を簡単化することができ、また加熱用の燃料が不要となる。
【００１０】
この場合、脱塩器内の温度は３００℃〜４００℃の範囲内にすることが好ましい。すなわち、脱塩器内の雰囲気中の酸素濃度が低いと、廃棄物中の塩化ビニルは約２８０℃付近で脱離反応を起こし、また廃棄物中の例えばポリエチレン、ポリプロピレン等は約４５０℃付近で熱分解を起こすので、低酸素濃度ガスである燃焼排ガスを脱塩器に供給することにより、塩化ビニルの塩素分を脱塩しつつ、ポリエチレン、ポリプロピレン等の熱分解を抑制することができる。
【００１１】
また、熱機関から排出される燃焼排ガスを浄化する排ガス浄化装置と、熱機関の下流側に熱交換器とを設け、熱交換器により排ガス浄化装置の下流側の排ガスを加熱して脱塩器に供給することが望ましい。これにより、浄化された燃焼排ガスが脱塩器に通流されるから、燃焼排ガスに伴って脱塩器に流入するダスト等の混入を低減することができる。
【００１２】
さらに、脱塩器は、供給される燃焼排ガスにより廃棄物の流動層を形成しながら廃棄物に含まれる塩化ビニルの塩素分を脱塩するようにすることが好ましい。これにより、廃棄物は部分的に加熱されることなく均一に加熱されるので、脱塩器内の廃棄物を全体に渡って脱塩することができる。
【００１３】
また、ガス化炉内の流動媒体を抜き出し、抜き出された流動媒体を脱塩器の流動媒体として循環供給することができる。これにより、ガス化炉内で加熱された高温の流動媒体の熱により脱塩器内の廃棄物を加熱して脱塩することができる。
【００１４】
また、脱塩器から排出される塩素含有ガス中の塩素分を脱塩装置により除去し、塩素分が除去されたガスを熱機関の燃焼室に供給することが好ましい。すなわち、脱塩装置により塩素分が除去されたガスは依然として可燃性の有害ガス例えばＣＯ等を含んでいるので、ＣＯ等を含むガスを熱機関に供給して燃焼することにより、無害化することができる。またＣＯ等の燃焼エネルギーを回収することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明を適用した廃棄物処理システムの一実施形態を示す系統図である。図に示すとおり、廃棄プラスチックに含まれる塩化ビニルの塩素分を脱塩する脱塩器１０と、脱塩器１０より脱塩された廃棄プラスチックを流動層を形成しながら熱分解するガス化炉１２とが設けられている。そして、ガス化炉１２から排出された熱分解生成物を燃焼処理する燃焼溶融炉１４と、燃焼溶融炉１４から排出される燃焼排ガスの熱エネルギーを回収する熱交換器１６とが設置されて構成されている。
【００１６】
脱塩器１２の上流側には粉砕機１１が設けられ、下流側には下方に傾斜した供給管１８を介してガス化炉１２が設置されている。ガス化炉１２の底部は下方に絞られたほぼ逆円錐台状に形成されており、その底部下端に分級機２０が設けられ、分級機２０に脱塩器１０の上部が配管２１を介して連結されている。ガス化炉１２の上部に排出口３０が備えられ、排出口３０の後流に燃焼溶融炉１４が設けられている。燃焼溶融炉１４に２次燃焼溶融炉２８が連結して設置されており、２次燃焼室２８内に配設された伝熱管３２を有するボイラが設けられ、ボイラの下流側に蒸気タービン発電機３４が設置されている。
【００１７】
そして、２次燃焼溶融炉２８の上部に排出口３６が備えられ、排出口３６の後流に伝熱管３９を有する節炭器３８が設けられている。節炭器３８に伝熱管１７を有した熱交換器１６が連結しており、熱交換器１６にエアヒータ４０が接続されている。エアヒータ４０の後流に減温塔４２が設けられ、減温塔４２にバグフィルタ４４が接続されている。バグフィルタ４４に配管４６を介して誘引ファン（ＩＤＦ）４８が連結しており、誘引ファン４８の後流に煙突５２が設置されている。そして、配管４６の管路に第２の誘引ファン５０が連結し、誘引ファン５０に配管５４を介して伝熱管１７が連通し、伝熱管１７と脱塩器１０の底部とが配管５６を介して連結されている。
【００１８】
また、脱塩器１０の上部に排出口２２が備えられており、排出口２２の後流に脱塩装置２４が設けられている。そして、脱塩装置２４にダンパ２６を介して２次燃焼室２８が連結するように構成されている。
【００１９】
このように構成される廃棄物処理システムの動作について説明する。まず、廃棄プラスチックが粉砕機１１に投入されて例えば１００ｍｍ角以下に粉砕される。粉砕された廃棄プラスチックは脱塩器１０に供給されて例えば３００℃〜４００℃の温度に加熱されて脱塩される。脱塩された廃棄プラスチックはガス化炉１２に投入されて流動層を形成しながら例えば６００℃〜７００℃の温度で熱分解される。そして、熱分解生成物例えば熱分解ガスと未燃炭素のチャーは燃焼溶融炉１４、および２次燃焼溶融炉２８に順次供給されて燃焼処理される。熱分解生成物は例えば１３００℃〜１４００℃の高温で燃焼されて、熱分解ガスに同伴した灰分は溶融されてスラグ化して系外に排出される。一方、燃焼排ガスはボイラにより熱回収された後、節炭器３８、熱交換器１６、エアヒータ４０に順次供給されて余熱が回収される。その後、燃焼排ガスは減温器４２に導入されて水により減温された後、消石灰が添加されてバグフィルタ４４により脱塩、脱硫及び脱塵される。そして、脱塵された燃焼排ガスは誘引ファン４８により煙突５２から大気に放出される。
【００２０】
なお、節炭器３８では回収した熱により水が予熱され、予熱された水がボイラに導入されて高温蒸気になり、その高温蒸気により蒸気タービン発電機が駆動される。また、エアヒータ４０では回収した熱により空気が予熱され、予熱された空気がガス化炉１２、燃焼溶融炉１４、２次燃焼溶融炉２８にそれぞれ供給される。
【００２１】
ここで、本発明に係る特徴部について説明する。まず、配管４６を通流する燃焼排ガスの一部が誘引ファン５０により誘引されて熱交換器１６に導入される。導入された燃焼排ガスが熱交換器１６により予熱された後、配管５６を介して脱塩器１０の底部供給口１３に供給される。脱塩器１０に供給された燃焼排ガスは、脱塩器１０内の廃棄プラスチックを流動化して、その熱により廃棄プラスチックを脱塩する。
【００２２】
このように本実施形態では、２次燃焼溶融炉２８からの燃焼排ガスを脱塩器１０に通流して廃棄物に接触させることにより直接廃棄物を加熱して廃棄プラスチックを脱塩するようにしているので、脱塩器１０の装置を簡単化することができ、また廃棄プラスチックを加熱するための燃料が不要となる。
【００２３】
図２は、本発明を適用した廃棄物処理システムの他の実施形態を示す系統図である。図に示すとおり、図１に示した廃棄物処理システムにおいて、脱塩器１０と熱交換器１６とを連通している配管５６に配管５８が分岐して設けられ、分岐された配管５８に分級機２０が連結するように構成されている。
【００２４】
このように構成することにより、配管５６内の燃焼排ガスの一部が配管５８に分岐され、分岐された燃焼排ガスの気流により分級機２０内の流動媒体が脱塩器１０の供給口６０に搬送される。したがって、搬送中の流動媒体が高温に維持されるので、脱塩器１０の脱塩効率が向上する。
【００２５】
また、脱塩器１０内の廃棄プラスチックは、底部から供給される燃焼排ガスにより流動層を形成しながら脱塩される。それゆえ、脱塩器１０内の廃棄プラスチックは、部分的に加熱されることなく均一に加熱されるため、全体に渡って脱塩される。
【００２６】
さらに、ガス化炉１２内の流動媒体は、底部下端から抜き出されて分級機２０により不燃物が除去された後、脱塩器１０の上部に備えた供給口６０に供給される。これにより、高温の流動媒体の熱も加わって脱塩器１０内の廃棄プラスチックの脱塩が促進される。
【００２７】
このとき、脱塩器１０内の流動媒体は、脱塩された廃棄プラスチックとともに供給管１８を介してガス化炉１２の流動層高より下方に位置する供給口１９に供給される。そして、ガス化炉１２内の流動媒体は、底部下端から抜き出されて脱塩器１０に循環供給される。
【００２８】
また、脱塩器１０内の塩素含有ガスは、ダンパ２６を操作することにより排出口２２から抜き出されて脱塩装置２４に導入される。導入された塩素含有ガス中の塩素分は湿式により水に吸収されて塩酸として回収される。また、脱塩装置２４から排出されるガスは２次燃焼溶融炉２８に供給されて、ガス中に含まれる可燃性有害ガス例えばＣＯ等が燃焼処理される。したがって、ガスが無害化され、またＣＯ等の燃焼エネルギー例えば数十ｋｃａｌ／Ｎｍ３程度のカロリーが回収される。
【００２９】
図３は、各種プラスチック例えば塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレンの処理温度と雰囲気中の酸素濃度を変えた重量減少速度の関係を示している。横軸は処理温度を表し、縦軸は重量減少速度を表している。図に示すように、塩化ビニルでは、高酸素濃度又は低酸素濃度のいずれの場合でも、例えば２８０℃付近で重量減少速度が最も大きくなっている。この塩化ビニルの重量減少速度の大きさは、塩素の脱離反応の反応速度を表しているから、約２８０℃付近で塩素が最も脱離することがわかる。一方、ポリエチレン及びポリプロピレンは、酸素濃度が高い場合には、例えば３００℃以下の温度において重量減少速度が最も大きくなる。しかし、酸素濃度が低い場合には、例えば４５０℃付近で重量減少速度が最も大きくなることがわかる。
【００３０】
また、図４は、塩化ビニルの分解温度と残留塩素濃度の関係を示す。横軸は分解温度を表し、縦軸は残留塩素濃度を表している。図に示すように、塩化ビニルを例えば３５０℃以上の温度で熱分解すると、塩化ビニルに塩素が殆ど残留しないことがわかる。
【００３１】
図３及び図４から分かるように、廃棄プラスチックを脱塩する場合、雰囲気中の酸素濃度を低くし、かつ処理温度を３００℃〜４００℃の範囲内の温度にすることにより、塩化ビニルの塩素分を殆ど脱塩しつつ、ポリエチレン、ポリプロピレン等の熱分解を抑制できる。したがって、本発明に係る廃棄物処理システムでは、酸素濃度の低い燃焼排ガスを熱交換器１６により加熱し、加熱された燃焼排ガスを脱塩器１６に供給して、脱塩器１６内の温度を安定に３００℃〜４００℃に維持するようにしている。これにより、廃棄プラスチックの燃焼排ガス中の塩素濃度を例えば１００ｐｐｍ以下に抑制できるので、ボイラ等の装置類の腐食を最小限に抑えることができる。
【００３２】
図５は、都市ごみと廃棄プラスチックのそれぞれの燃焼排ガスにおける塩素濃度を比較するために、塩化ビニル含有率、塩素含有率と燃焼排ガス中の塩素濃度の関係を示している。横軸は塩化ビニル含有率と塩素含有率を表し、縦軸は塩素濃度を表している。図に示すように、塩素含有率が例えば１％の都市ごみの場合、都市ごみの燃焼排ガス中の塩素濃度は数百ｐｐｍ程度であることがわかる。一方、廃棄物プラスチックの場合、塩化ビニルを例えば１０％含むだけで塩素含有率は例えば５％以上となり、燃焼排ガス中の塩素濃度が例えば２０００ｐｐｍになることがわかる。このように、廃棄プラスチックの方が一般の都市ごみに比べて燃焼排ガス中の塩素濃度が数倍から数百倍と高いため、廃棄プラスチックを燃焼処理する廃棄物処理システムでは、装置類例えばボイラ等の腐食が進行して耐用年数が短くなる。
【００３３】
ここで、従来の廃棄物処理システムにおいて１０％の塩化ビニルを含む廃棄プラスチックを燃焼処理して燃焼排ガス中の塩素濃度を調べた。その結果、燃焼排ガス中の塩素濃度は２０００ｐｐｍ以上であった。そこで、ボイラの伝熱管の寿命を測定したところ、本発明の廃棄物処理システムに比べて伝熱管の寿命が１／３になることが分かった。
【００３４】
以上、実施形態に基づいて本発明を説明したが、脱塩器１０の底部に供給する高温ガスは、加熱された燃焼排ガスに限られるものではなく、低酸素濃度ガスを加熱したものを用いてもよい。
【００３５】
【発明の効果】
以上述べたとおり、本発明によれば、廃棄物プラスチックに含まれる塩化ビニルの塩素分を脱塩する脱塩器を簡単化でき、かつ燃料を節減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した廃棄物処理システムの一実施形態を示す系統図である。
【図２】本発明を適用した廃棄物処理システムの他の実施形態を示す系統図である。
【図３】各種プラスチックの処理温度と雰囲気中の酸素濃度を変えた重量減少速度の関係を示す線図である。
【図４】塩化ビニルの分解温度と残留塩素濃度の関係を示す線図である。
【図５】塩化ビニル含有率及び塩素含有率と燃焼排ガス中の塩素濃度の関係を示す線図である。
【符号の説明】
１０　脱塩器
１２　ガス化炉
１４　燃焼溶融炉
１６　熱交換器
２８　２次燃焼溶融炉
５０　誘引ファン
【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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