(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体及び／又は液体の汚染物質を含有する廃棄物を圧縮プレスで圧縮して、内部に温度勾配を有する炉に導入する工程；
廃棄物を炉壁と圧接させつつ炉内で移動させて、廃棄物の加圧を維持しながらその温度を徐々に増加させて熱分解し、ＣＯＳを含有する合成ガスとガス透過性物質とに変換する工程；
合成ガスを高温反応器に導入する工程；
合成ガスを高温反応器から取り出し、第一の冷水を噴射して１５０℃〜２００℃まで冷却して、合成ガス中のＣＯＳをＨ２Ｓに変換する工程；
冷却された合成ガスに更に第二の冷水を噴射して、９０℃以下に冷却する工程；
を含む廃棄物処理方法。
【請求項２】
合成ガスを、第一の冷水の噴射と第二の冷水の噴射との間において、ＣＯＳがＨ２Ｓに変換されるまで１５０℃〜２００℃で所定の時間維持する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
第一の冷水の噴射及び／又は第二の冷水の噴射に用いる水の量を合成ガスの体積流量に依存して制御する、請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
多数のノズルを用いて第一の冷水の噴射及び第二の冷水の噴射を実施する、請求項１〜３いずれかに記載の方法。
【請求項５】
各ノズルから噴射される水量を一定に維持しながら、それぞれのノズルのスイッチを入れたり切ったりすることにより水量を調節する、請求項４記載の方法。
【請求項６】
第二の冷水を噴射した後、合成ガスに含まれるＨ２Ｓを鉄キレートを用いて除去する、請求項１〜５いずれかに記載の方法。
【請求項７】
酸素を供給せずに廃棄物を炉内で移動させる、請求項１〜６いずれかに記載の方法。
【請求項８】
温度勾配を有する炉において、低温部の温度が１００℃〜６００℃である、請求項１〜７いずれかに記載の方法。
【請求項９】
高温反応器において、廃棄物に酸素を供給する、請求項１〜８いずれかに記載の方法。
【請求項１０】
ガス透過性物質の含有する炭素成分が二酸化炭素中に酸素を計量して添加することによりガス化され、その結果、二酸化炭素が一酸化炭素に還元される、請求項１〜９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
高温反応器の温度が１０００℃を超える、請求項１〜１０いずれかに記載の方法。
【請求項１２】
廃棄物を圧縮するための圧縮プレス；
圧縮された廃棄物を、ＣＯＳを含有する合成ガスとガス透過性物質とに変換するための、温度勾配を有し、酸素の供給が排除された炉；
炉に接続され、高温反応器で発生した合成ガスを取り出す出口を有し、酸素が供給可能な高温反応器；
高温反応器の出口に接続され、合成ガスに第一の冷水を噴射して１５０℃〜２００℃に冷却して合成ガス中のＣＯＳをＨ２Ｓに変換し、その後合成ガスに第二の冷水を噴射して９０℃以下に冷却する水噴射装置；
を有する、廃棄物処理装置。
【請求項１３】
第一の冷水及び／又は第二の冷水の水量又は流れ強度を制御する制御装置を有する、請求項１２記載の装置。
【請求項１４】
水噴射装置は多数のノズルを有する、請求項１２又は１３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１５】
ノズルのスイッチを入れたり切ったりできる、請求項１４記載の装置。
【請求項１６】
水噴射装置の後にガス浄化装置が配置される、請求項１２〜１５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１７】
ガス浄化装置は鉄キレートを用いてＨ2Ｓを除去する浄化段階を有する、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
ガスエンジン、ジェネレータから選択される、合成ガスを利用する装置が、水噴射装置の後に配置される、請求項１２〜１７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１９】
高温反応器の反応空間が、立て軸炉の構造を有し、この炉の基部の上方に低温部の反応空間が広がる、請求項１２〜１８のいずれか１項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明はあらゆるタイプの廃棄物を処理及び利用する方法及び装置に関するものである。本発明において、固体及び／又は液体形状のあらゆる種類の汚染物質を含む分別されない、未処理の産業、家庭及び／又は特殊な廃棄物ならびに廃棄された産業製品は段階的に温度を付与され、熱分離され、又は物質変換される。
【０００２】
本発明は特に環境中に放出される廃ガス中のＣＯＳの放出を回避する方法に関する。
発明は更に前記方法に適する装置に関する。
【０００３】
廃棄物処理の公知の方法は、環境破壊の実質的な要素である増大するごみの問題を満足には解決できない。自動車及び家庭電化製品のような複合材料から形成される廃棄された工業製品及び油、バッテリー、エナメル、ペイント、毒性スラッジ、医薬品、病院の廃棄物は種々の法律により厳密に規定される特殊な処理手段に供される。
【０００４】
一方、家庭廃棄物は管理できない不均質混合物であって、これは実質的にあらゆる種類の特殊な廃棄物部分と有機成分を含んでおり、環境への強い影響の割りには未だ分別されていない。
【０００５】
廃棄物の処理及び回収方法の一つは廃棄物の焼却である。公知のごみ焼却プラントにおいて、処理される廃棄物は約１０００℃までの広い温度領域を通過する。これらの温度において、鉱物及び金属廃棄物は、できるかぎり、後のガス生成工程を妨害しないために、溶解しないほうがよい。固形物に残留するエネルギーは使用されないか、又は不十分に使用される。
【０００６】
廃棄物を高温に保持する時間が短く、また窒素含量の大きい燃焼空気がばらばらな焼却廃棄物に多量に必要であることに起因して多量の塵が発生するため、有害な塩素化炭化水素の生成が促進される。そのため、塵焼却プラントからの廃棄物ガスを後に高温で焼却する手段が採用されている。このような装置の高い資本経費を無駄にしないために、塵を多量に含む研摩性で腐蝕性の熱い廃棄物ガスは熱交換器に通される。熱交換器における比較的長い滞留時間を通じて、塩素化炭化水素は廃棄物ガスにより運ばれる塵と結合し、最終的に妨害物を形成して装置を故障させるため、強い毒性物質として処分される必要がある。生じる損害とその処理費用は見積もりできないほど大きい。
【０００７】
従来の反応器における公知の熱分解方法はごみ焼却のそれに類似した広範囲の温度スペクトルを有する。高温度がガス抜き帯域で実施される。自生する熱ガスは、未だ熱分解されていない廃棄物を予熱するために使用され、その結果、この熱ガス自体は冷却されて、塩素化炭化水素の新たな生成に適した温度範囲を通過するため、危険である。生態学的に安全で使用できる純粋なガスを製造するために、一般に熱分解ガスは浄化前に分解装置に通される。
上述した焼却方法と熱分解方法は、焼却又は熱分解を通じて蒸発する液体又は固体物質が全ての汚染物質の破壊に必要な反応器中の温度と滞留時間に到達する前に、燃焼又は熱分解ガスと混合して排出されるという欠点を有する。蒸発した水は水性ガスの生成に利用されない。従って、一般的には、焼却プラントには焼却室が連結し、熱分解プラントには分解装置が連結する。
【０００８】
廃棄物の処理及び利用の方法はＥＰ９１１１８１５８．４により知られており、これは上述の欠点を回避する。前記廃棄物は段階的な温度上昇に曝され、熱分離され、又は物質変換され、そして生じた固体残留物は高温溶融物に変換される。この目的を達成するために、前記被処理物は回分操作でコンパクトなパケットに圧縮され、増大する温度の方向に複数の温度処理段階を通過し、低温段階において、加圧を維持しながら反応容器の壁に対する適合性と摩擦接触が維持され、そして有機成分がガス抜きされ、高温帯域において、前記被処理物はガス透過性層を形成し、また合成ガスが酸素の制御された添加によって生じる。この合成ガスは前記高温帯域から排出されて、更に利用できる。
【０００９】
高温反応器から排出された未精製の合成ガスの一部は冷水を熱い未精製の合成ガス流に噴射する装置を有する急速ガス冷却用のガス室に接続する。この急速ガス冷却（衝撃的な冷却）は汚染物質の再合成を防止する。何故ならば、急冷に基づいて、未精製合成ガスが急速に臨界温度範囲を通過して、汚染物質の新たな合成が生じないような温度まで冷却されるからである。また、冷水を未精製の合成ガス中に噴射すると、ガス流中に同伴された液体又は固体粒子がガス流に乗せられ、その結果、急速冷却の後に、良好に予備浄化された未精製合成ガスが得られる。
【００１０】
ＥＰ９１１１８１５８．４に記述されたプラントの場合、Ｈ2Ｓばかりでなく少量のＣＯＳもまた廃棄物中に含まれる硫黄成分から生成し、これらは生成した合成ガスと共にガス状でガス化領域から出る。
【００１１】
粗合成ガス中に存在するＨ2Ｓ成分は次いで鉄キレートを有するガスウオッシュに吸収され、そして元素硫黄へ酸化されて、前記粗合成ガスから除去され、一方、前記ＣＯＳはその一部だけが前記鉄キレートによって結合し、及び／又は分解する。吸収されないＣＯＳは合成ガス中に残留し、そして次の、例えば合成ガスの熱利用を通じて、ＳＯ2に変換され、汚染物質として大気中に放出される。
【００１２】
従って、本発明の目的は本発明の処理及び利用のプロセスが有害なＳＯ2を放出することなく実施できる方法及び装置を提供することである。
この目的は請求項１に従う方法及び請求項１２に従う装置によって達成される。本発明に従う方法及び本発明に従う装置の好ましい態様はそれぞれの従属請求項により与えられる。
【００１３】
本発明の方法は上述したＥＰ９１１１８１５８．４に開示された方法から継続するものであって、前記方法及び装置に関連するこの出版物の開示の内容は本発明の開示内容に完全に包含される。
【００１４】
本発明によれば、上述の汚染の悩みは高温反応器で生じた合成ガスを冷却するために２段階の衝撃的な水の付与に曝すことにより回避される。第１の衝撃的な冷却において、合成ガスは１５０℃〜２００℃の温度まで冷却されて、所定の時間保持される。次いで、更なる衝撃的な水の付与が９０℃以下に冷却されるまで実施される。
【００１５】
衝撃的な冷却のため、合成ガス中のダイオキシン及びフランの改質は生じない。合成ガスは第１段階で１５０℃〜２００℃の温度まで冷却される結果、合成ガス中に含まれるＣＯＳは次いで下記の反応式に従って水蒸気の存在下で硫化水素に変換される。
ＣＯＳ  ＋  Ｈ2Ｏ  →  ＣＯ2  ＋  Ｈ2Ｓ
【００１６】
この変換を達成するために、ガス容積に応じて、ガスが上記温度の１５０℃〜２００℃まで衝撃的に冷却されるように、十分な水が第１冷却段階のガス流中に有利に噴射される。この冷却水の噴射によって、前記冷却された粗合成ガスは、ＣＯＳをＨ2Ｓに変換するためにＣＯＳの変換に必要な水蒸気を高い割合で既に含有している。
【００１７】
次いで、粗合成ガスの最終温度は冷却水の噴射を用いた第２の衝撃的な水冷によって９０℃以下に設定される。
硫化水素が粗合成ガス中に存在し、そしてこれが次のガス浄化段階で鉄キレートを用いて除去されるため、この粗合成ガスはＣＯＳ‐Ｈ2Ｓ成分をほとんど含有しない。従って、この粗合成ガスの後の熱利用を通じて、ＳＯ2の生成も回避され、そして熱利用された排ガスは他の通常のＳＯ2成分を除去される。
【００１８】
水の噴射は好ましくはスイッチを入れたり切ったりできる多数のノズルを用いた２段階の急速冷却により実施される。即ち、合成ガス中に噴射される水の量は、合成ガスの所望の終了温度が第１の水冷の場合１５０℃〜２００℃を達成でき、第２の水冷の場合９０℃以下を達成できるように、それぞれのノズルのスイッチの開閉を調節することにより制御できる。
【００１９】
本発明に従う方法及び装置のいくつかの例を以下に説明する。
図１は高温反応器１０を使用して物質の再加工、物質の変換、そして物質の後処理をするための本発明の装置を示す。
残留廃棄物を圧縮プレスに導入する方法を図１で説明する。この圧縮は圧縮プレス１によって実施され、その構造は、例えば車両の解体に使用するような公知の塵プレスに相当する。旋回式のプレス板２は混合廃棄物をプレス１に詰め込むことができる。押圧面３は前記プレスの充填空間が十分に開放されるように左側の場所に位置する。プレス板２を図示のように水平位置に回転させることにより、最初に廃棄物は垂直方向に圧縮される。その後、押圧面３は連続線で示す位置まで水平に移動し、そして廃棄物パケットを水平方向に圧縮する。このために必要な反力は図示しない伸縮自在のカウンタプレートにより吸収される。圧縮工程が完了するとすぐに、前記カウンタプレートは引っ込み、そして圧縮された廃棄物プラグは右側方向に移動する押圧面３を用いてバッチ炉６の非加熱領域５中に押し込まれ、その結果、前記バッチ炉全体の内容物が更に移動して、再度圧縮され、そして前記チャンネル壁、即ち炉壁との密着が維持される。次に押圧面３が左側の元の位置に復帰し、前記カウンタプレートが挿入され、そしてプレス板２が破線で示す垂直位置に回転して復帰する。圧縮プレス１が次の充填のために準備される。廃棄物の圧縮は極めて強いため、バッチ炉６の非加熱領域５中に押し込まれた廃棄物プラグは気密になる。バッチ炉は、矢印の方向に加熱スリーブ８を通して流れる火炎及び／又は廃ガスにより加熱される。
【００２０】
圧縮された廃棄物がバッチ炉６のチャンネルを通して押圧されると、ガス抜き帯域がバッチ炉６の中央面の方向に膨張し、この膨張はバッチ炉の直角断面の横幅／高さの比が２より大きいことに基づいて表面積が増大することにより促進される。高温反応器１０中に導入されると直ちに、炭素、鉱物及び金属類及び部分的に分解したガス抜き可能な成分から成る混合物が生成し、この混合物は押圧工程を通じて一定の圧力を加えられて圧縮される。この混合物は前記高温反応器１０の入口の領域中で極めて強い輻射熱に曝される。炭化物質中の残留ガスが急激に膨張すると、前記炭化物質は小片に分解される。このようにして得られた固体物質ユニットロードは前記高温反応器内にガス透過性層２０を形成し、この層中の炭化物質の炭素が酸素ランス１２を用いて焼却されて、ＣＯ2及びＣＯを生成する。この炭化ガスは高温反応器１０を通じてガス透過性層２０の上方を乱流状に流れてクラッキングにより完全に解毒される。この廃棄物から発生したＣ、ＣＯ2、ＣＯ及び水蒸気の間で、温度に依存する反応平衡が合成ガスの生成を通じて生じる。
【００２１】
２０００℃を越える温度を有するガス透過性層２０の芯部領域において、前記炭化物質の鉱物及び金属成分が溶融する。これらは密度が異なるため、互いに層状に混合する。例えば、クロム、ニッケル及び銅のような典型的な鉄合金成分は廃棄物中の鉄と処理可能な合金を形成するが、例えば、アルミニウムのような他の金属の化合物は溶融鉱物を酸化し、そして酸化物として安定化させる。
【００２２】
これらの溶融物は後処理反応器１６に直接に入り、ここで、Ｏ2ランス１３を用いて形成された酸素性雰囲気中で１４００℃より高い温度に曝され、必要に応じて図示されないガスバーナーにより補助される。同伴された炭素粒子は酸化され、溶融物は均質化されて、その粘度は低下する。
【００２３】
水浴１７中への通常の排出を通じて、鉱物物質及び鉄溶融物は分離した細粒を形成し、次いで磁気的に分類される。
安定化領域を形成する高温反応器１０の上方部分で生成した粗合成ガスは粗合成ガス管３０を経由して容器又は室１４に導かれ、ここで合成ガスは２段階の衝撃的な水噴射により９０℃以下に冷却される。ガス中に伴なわれる成分（鉱物及び／又は溶融状態の金属）が前記冷水中に堆積し、水蒸気が凝縮し、その結果、ガス容積が減少して、それ自体は公知である衝撃的な冷却後のガス精製が促進される。合成ガス流の衝撃的な冷却に使用される水は浄化後に必要に応じて冷却用に再使用可能であり、例えば、沈降機３２を経由して再循環できる。冷却水を粗合成ガス流中に噴射することによる粗合成ガスの急速冷却を通じて、液体成分及び固体成分（塵等）が粗合成ガスから除去されるのみならず、冷却水も粗合成ガスからガス成分を更に吸収する。これは、例えば、ガス微小気泡を冷却水中に乳化することにより実施されるか、又は粗合成ガスからのガスを溶解することにより実施される。
【００２４】
室１４において、９０℃以下の冷却は２段階の方法で実施される。最初の段階で合成ガスが１５０℃〜２００℃の温度に冷却されるように合成ガス中に水を噴射する。次いで、合成ガス中に含まれるＣＯＳがＨ2Ｓに転換されるまで前記冷却された合成ガスをこの温度に保持する。次いで、合成ガスを９０℃以下に冷却するために、第２段階の衝撃的な急速冷却を冷水の更なる噴射により実施する。
【００２５】
冷却水が室１４から管３１を経由して沈降領域、即ちラメラ清澄槽(lamellar classifier)３２に入り、ここで冷却水に含まれる固形物、例えば浮動成分が沈降し、そして含有ガスが冷却水からガス抜きされる。このように清浄化された冷却水は管３３を経由して粗合成ガスを冷却するために再び室１４に循環されて、循環が始まる。
【００２６】
室１４で浄化された粗合成ガスは管３０ａを経由して室１４を出て、次に洗浄器３４、３４ａ、３４ｂ及び３４ｃで精密な洗浄又は精密な浄化を実施される。洗浄器３４ａはＨ2Ｓが鉄キレートを用いて粗合成ガスから除去された後、純粋な硫黄として排出される洗浄段階を構成する。
【００２７】
このように十分に浄化された合成ガスは管３８を経由して使用のために、例えばガス発生器３５に供給されるか、又は故障の場合には、煙道を有する燃焼室に供給され、ここで空気が強制的に供給されて環境に安全な方法で焼却され、そして廃棄される。
【００２８】
合成ガスはＣＯＳ及びＨ2Ｓを含まないため、この合成ガスから生じた廃ガス、例えば、ガス発生器３５の廃ガスはもはや多くの二酸化硫黄成分を含有しない。従って、硫黄成分は放出されない。これらの廃ガスは環境中に直接に、即ち、廃ガスを浄化することなく煙突３６を経由して放出できる。
【００２９】
図２は２段急速冷却される室１４を示し、図２の構成要素は図１と同じ参照番号で示されるので、更に説明はしない。
まだ浄化されない合成ガスは管３０及び中心管１０１を経由して室１４内に入る。前記中心管内に、水ノズル１０５を有する第１の水噴射装置１０３が設けられる。この水噴射装置１０３は管３３ａを経由して冷却水を供給されて、中心管１０１内の合成ガス流中に冷却水を散布する。それぞれの水ノズル１０５のスイッチを入れたり切ったりすることにより、冷却水により冷却された合成ガスが１５０℃〜２００℃の温度を有するように水流を制御できる。このように最初に衝撃的に１５０℃〜２００℃に冷却された合成ガスは中心管１０１に沿って流れ、そしてこの合成ガス中に含まれるＣＯＳはＨ2Ｓに転換される。中心管１０１の容積又は長さに応じて、含有されたＣＯＳが完全に分解される時にのみ合成ガスが急速冷却の第２段階に入るように合成ガスの滞留時間を１５０℃〜２００℃において制御できる。
【００３０】
中心管１０１の末端部において、合成ガスは中心管１０１を取り囲む室１４の内部に入り、ここで水ノズル１０５ａを有する第２の水噴射装置１０４を通って水が散布され、そして９０℃以下の温度まで衝撃的に冷却される。水噴射装置１０４は冷却水管３３ｂを介して冷却水を供給される。ノズル１０５ａを経由して散布される冷却水の量は、冷却された合成ガスの温度が９０℃以下になるようにそれぞれの水ノズル１０５ａのスイッチを入れたり切ったりすることにより、制御される。従って、ダイオキシン又はフランは合成ガス中で新たに合成されない。このように９０℃以下に冷却された合成ガスは管３０ａを経由して図１のガス精密洗浄器３４〜３４ｃの方向に室１４を出る。
【００３１】
室１４は更に水溜め１０２及び出口管３１を有しており、これらを経由して噴射冷却水は集められ、そして排出される（図１を参照）。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に従う装置の略図である。
【図２】  本発明に従う急速ガス冷却装置の略図である。
【図１】
0004615176.tif 000002
【図２】
0004615176.tif 000003