(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下の装置を用いて廃棄物を処理する方法であって、該装置は、
廃棄物を収容し、プレスするプレス１；
プレス１に接続された炉６；及び
炉６に接続された高温反応器１０； 
を有しており、該方法は、
様々な種類の廃棄物をプレス１に装填し、プレスして、圧縮された気密な廃棄物を形成する工程；
該圧縮された気密な廃棄物を、該廃棄物が炉６において気密な栓を形成するように炉６内に圧入する工程；
該炉６内に圧入された圧縮された気密な廃棄物を、炉６の側壁に圧接させながら、炉６内で前進させ、徐々に加熱することにより、該廃棄物中の水分及び有機成分をガスとして該廃棄物から離脱させて前記高温反応器１０へと導入させ、かつ該気密な廃棄物を気体透過性の廃棄物へと転換する工程；
該気体透過性の廃棄物を炉６から高温反応器１０へと導入する工程；
該高温反応器１０内で、該気体透過性の廃棄物を燃焼させ、生じた合成ガスを該高温反応器１０から取り出す工程；
該取り出された合成ガス中の水素の濃度を一定値に制御するか、又は該取り出された合成ガスの体積流量を１０００ｋｇの廃棄物の処理量に対して１０００〜１６００Ｎｍ3の値に制御するか、或いはその両方を行なう工程
を含む、前記方法。
【請求項２】
該取り出された合成ガス中の水素の濃度を３５容量％に制御することを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項３】
該取り出された合成ガス中の水素の濃度に応じて、該高温反応器１０内に酸素を導入する、請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
前記酸素は酸素ランスを用いて該高温反応器１０に導入する、請求項３記載の方法。
【請求項５】
該取り出された合成ガスの体積流量に応じて、該高温反応器１０内に更に燃料を導入する、請求項１〜４いずれかに記載の方法。
【請求項６】
該炉６内に導入された圧縮された気密な廃棄物を、炉６の側壁に圧接させながら、炉６内で前進させ、徐々に加熱する間、酸素を供給しないことを特徴とする、請求項１〜５いずれかに記載の方法。
【請求項７】
該炉６内は、６００℃以下の温度であることを特徴とする、請求項１〜６いずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記高温反応器１０において酸素が導入されることを特徴とする、請求項１〜７いずれかに記載の方法。
【請求項９】
前記高温反応器１０に、制御された量の酸素を導入して該気体透過性の廃棄物を燃焼させ、一酸化炭素、水素、及び二酸化炭素から成る合成ガスを生成させる、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記高温反応器１０は１０００℃以上の温度である、請求項１〜９いずれかに記載の方法。
【請求項１１】
前記取り出された合成ガスに水を添加して該合成ガスの温度を１００℃未満に急冷し、かつ該合成ガスから塵を除去する工程を更に含む、請求項１〜１０いずれかに記載の方法。
【請求項１２】
前記取り出された合成ガス中の水素の濃度及び／又は前記取り出された合成ガスの体積流量を、前記取り出された合成ガスを急冷した後に測定し、そして、その測定値に応じて、前記水素の濃度及び／又は体積流量を制御することを特徴とする、請求項１〜１１いずれかに記載の方法。
【請求項１３】
様々な種類の廃棄物を処理する装置であって、
廃棄物を収容し、プレスするプレス１；
前記プレスのプレス１に接続された炉６；
前記炉６に接続され、１０００℃以上の温度を有する高温反応器１０； 
前記高温反応器１０から排出される合成ガスの水素濃度及び／又は体積流量を測定するセンサー１００；及び
前記センサー１００に接続された制御装置１０１
を有し、
前記プレス１に前記廃棄物が装填され、該廃棄物は、プレスされて、圧縮された気密な廃棄物を形成し、
該圧縮された気密な廃棄物は、前記炉６において気密な栓を形成するように炉６内に圧入され、
該炉６内に圧入された圧縮された気密な廃棄物は、炉６内を前進しながら酸素の供給なしに徐々に加熱され、それにより該廃棄物中の水分及び有機成分がガスとして該廃棄物から離脱して前記高温反応器１０へと導入され、かつ該気密な廃棄物は気体透過性の廃棄物へと転換され、
該気体透過性の廃棄物は炉６から前記高温反応器１０へと導入され、
該高温反応器１０内で、酸素の供給下で該気体透過性の廃棄物を燃焼させ、合成ガスを生成させ、
前記合成ガスの水素濃度及び／又は体積流量を前記センサー１００により測定し、
前記制御装置１０１は、前記センサー１００により測定された合成ガスの水素濃度及び／又は体積流量に応じて、前記高温反応器１０内に供給される酸素及び／又は燃料の量を制御する、前記装置。
【請求項１４】
該装置は、前記高温反応器１０に接続するガス冷却用容器１４を更に有し、ガス冷却用容器１４において前記合成ガスに冷水を噴射する、請求項１３記載の装置。
【請求項１５】
該装置は、前記合成ガスの体積流量を制御することができる絞り弁を更に有する、請求項１３又は１４記載の装置。
【請求項１６】
該装置は、ガス洗浄装置を更に有する、請求項１３〜１５いずれかに記載の装置。
【請求項１７】
該装置は、該合成ガスを利用する装置を更に有する、請求項１３〜１６いずれかに記載の装置。
【請求項１８】
前記炉６は、水平に配置された炉であり、該炉６の外壁の周囲に加熱ジャケット８が装着されていることを特徴とする、請求項１３〜１７いずれかに記載の装置。
【請求項１９】
前記高温反応器１０は、立て軸炉であることを特徴とする、請求項１３〜１８いずれかに記載の装置。
【請求項２０】
前記合成ガスを、ガスエンジン又は燃料電池のエネルギーとして利用することを特徴とする、請求項１３〜１９いずれかに記載の装置の使用。
【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って、固体及び／又は液体形状のあらゆる種類の有害な物質を含有する、分別されない、未処理の産業、家庭、及び特殊な廃棄物ならびに産業スクラップが請求項１及び請求項１６のそれぞれ前提部分に従う異なる温度に曝される。
【０００２】
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産業スクラップ及び油、バッテリー、ラッカー、ペイント、毒性スラッジ、医薬品、病院の廃棄物は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。
【０００３】
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むことができ、また環境への影響に関連する処理に関して選別されていない。
【０００４】
廃棄物を処理し回収する一つの方法はごみの焼却である。公知のごみ焼却装置において、ごみは約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、鉱物及び鉱物残留物は後のガス生成相に干渉しないために、溶解してはならない。残留固形物に本来備わっているエネルギーは使用されないか、又はほんの僅かしか使用されない。
【０００５】
ごみを高温に滞留させる時間が短く、また窒素を含む燃焼空気をばらばらな焼却廃棄物に多量に添加することにより塵を多量に発生させると、有害な塩素化炭化水素が生成する。そのため、ごみ焼却装置からの廃棄物ガスを後に高温で燃焼させる措置が取られる。このような装置に対する高価な投資を無駄にしないために、塵を多量に含む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、塩素化炭化水素は塵と結合し、最終的に装置を停止させて損傷を与えるため、強い毒性物質として処分される必要がある。生じる損害とこれを回復するための費用は評価できないほど大きい。
【０００６】
従来の反応器における熱分解方法はごみ焼却のそれに類似した広い温度スペクトルを有する。ガス化帯域は高温度になる。生成する熱ガスは、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、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切な温度範囲を通過するため、危険が生じる。生態学的に無害な状態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(cracker)に通される。
【０００７】
上述した焼却及び熱分解の方法は、焼却又は熱分解を通じて蒸発する流体又は固体物質が、反応器中で全ての有害物質を破壊するのに必要な温度に到達して必要な時間滞留する前に、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一般に有する。蒸発した水は水性ガスの生成に利用できない。従って、一般的には、燃焼室に続く焼却装置において、また熱分解装置において、分解装置の工程が追加される。
【０００８】
ＥＰ９１１１８１５８．４は上述の欠点を回避する廃棄物の処理及び利用の方法を開示する。この方法において、廃棄物は段階的な温度に曝され、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体に転化される。
【０００９】
この従来方法の目的を達成するために、前記除去される廃棄物はバッチ状で押圧されて圧縮されたパッケージに形成され、そして低温相から高温相まで温度が漸進的に増大する熱処理相を通過し、前記低温相において、圧力の印加と反応容器の側壁に対するポジティブで強制的な接触が維持され、そして有機成分がガス抜きされ、また前記高温相において、前記ガス抜きされた廃棄物はガス透過性バルクを形成し、そして合成ガスが制御された酸素の添加により生成する。この合成ガスは前記高温領域から取り出されて、更なる用途に用いられる。
【００１０】
この公知の方法の不都合な点は、合成ガスの使用適性がその経時的に変わる組成により制限されることである。従って、例えば、水素ジェネレーターにおいて、生成した水素の完全な焼却は供給された燃焼ガスの水素含量が狭い範囲内で一定である場合にのみ達成される。さもなければ、水素モーターは、例えばノッキングする傾向を示す。更に、この公知の方法において、生じる合成ガスの体積流量はごみの組成に依存して、従ってこの焼却工程の制御の変更に依存して変動する。
【００１１】
従って、本発明の目的は、上述の従来の方法を改良して、得られる合成ガスの経済的で連続的な利用を可能にすることである。この目的は請求項１の前提部分に従う方法及び請求項１６の前提部分に従う装置をそれぞれの特徴部分と組合せることにより、達成される。本発明の方法及び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。
【００１２】
本発明の方法は上述した従来のＥＰ９１１１８１１５８．４から継続するものであって、この文書の方法及び装置に関する記載は本発明の開示内容に完全に包含される。この従来の文書に述べられた方法と装置は、生成した合成ガス中の水素濃度及び／又は生成した合成ガスの体積流量が測定され、そして制御される本発明に従って発展される。このようにして、ごみのリサイクルから得られた合成ガスは化学工業又は種々の熱利用の分野で利用できる。従って、この合成ガスは何ら問題を生じることなく水素エンジンに使用できる。
【００１３】
含水量は、例えば体積流量自体に反比例する体積流量を通じて圧力損失を測定することにより測定できる。水素含量が高すぎる場合には、酸素を酸素ランスを経由して前記バルク上方の高温領域のガス相中に噴射することができ、これにより水素の更なる燃焼が生じ、そして合成ガス中の水素量が低下する。また反対の調節も、可燃性ガスの添加を通じて、当然可能である。また、ごみの組成に依存し、従ってこれにより焼却が変動する体積流量は、高温領域に導入される天然ガス又は合成ガスのような燃料の量を変えることにより調整できる。使用される合成ガスはこの方法自体で生じる合成ガスであってもよい。このような公知のサーモセレクト法( Thermoselect method)を発展させることにより、前記水素量を物質として利用し、また例えばガスエンジン又は燃料電池のエネルギーとして利用することが可能である。
【００１４】
前記合成ガスの水素の濃度は好ましくは約３５容量％に調節され、また前記合成ガスの体積流量は１Ｍｇの廃棄物の処理量に対して約１０００〜１６００Ｎｍ3の値に調節される。
【００１５】
好ましくは、前記合成ガスの浄化の後の合成ガスの水素含量及び／又は体積流量は、急激な冷却の直後に測定され、その結果、合成ガスの冷却相を通じて有害な物質の新たな生成が防止される。このようにして、生成して外部に放出される合成ガスの水素含量及び／又は体積流量が調整される。
【００１６】
この急激なガス冷却（急冷）は、例えば温度が安定化した水循環装置中において、冷水を前記合成ガス流中に噴射することにより有利に実施され、その結果、この合成ガスは急激に冷却され、更に塵粒子が合成ガス混合物から除去される。
【００１７】
合成ガス混合物の体積流量も、スロットル装置、例えば制御可能な絞り弁を前記合成ガス混合物の出口に配置することにより調整可能である。
本発明の方法の幾つかの実施例を以下に示す。
【００１８】
図１において、符号を付けられた方法の工程１）〜８）が示される。廃棄物は前処理なしで、即ち、分別されないで、砕かれないで、工程１）に供給され、ここで圧縮される。圧縮の結果はプレス面が垂直方向と水平方向の両方に作用する場合、かなり改善される。方法の工程２）が実施されるストーキングチャンネル(stoking channel)の供給開口は高圧縮された廃棄物の栓により気密に封止されるため、高圧縮が必要である。
【００１９】
高圧縮された廃棄物は酸素の供給なしに６００℃以下の温度で工程２）のチャンネルを通過する。廃棄物の有機成分がガス抜きされる。このガスは前記炉内に配置された廃棄物を通って方法の工程３）の方向に流れる。このガスが流れる間に、このガスは廃棄物が炉壁と強く圧接するため、良好な熱伝達に寄与する。この高圧縮された廃棄物に圧力が絶えず加えられるため、この圧接は前記炉の全長及び前記チャンネルの全表面にわたって維持され、その結果、前記廃棄物が前記ストーキングチャンネルを通過した後に、前記有機物質のガス抜きはほとんど完了する。
【００２０】
炭化ガス、廃棄物の天然水分からの水蒸気、金属類、鉱物及びガス抜きされた有機物の炭素は方法の工程３）に一緒に供給され、ここでまず最初に炭素が酸素と燃焼される。ここで温度を２０００℃以上に上げて、前記金属及び鉱物成分を溶融し、これらを方法の工程６）で溶融状態で排出する。
【００２１】
これと平行して、１２００℃より高い温度の白熱炭素ベッドの高温領域の上方において、炭化ガスの有機化合物が破壊される。これらの温度におけるＣ、ＣＯ2、ＣＯ及びＨ2Ｏのそれぞれの反応平衡の結果として、実質的にＣＯ、Ｈ2及びＣＯ2から成る合成ガスが生成し、この合成ガスは方法の工程４）において１００℃より低い温度に急激に冷却される。この急激な冷却により有害な有機物質の新たな生成が防止され、工程５）で行われるガス洗浄が容易になる。この極めて純粋な合成ガスはどのような用途にも利用できる。
【００２２】
前記極めて純粋な合成ガスは廃棄物の組成及び量に依存する体積流量を有し、また変化する水素濃度を有する。従って、前記ガス洗浄工程５）の後に、前記純化された合成ガスの体積流量と水素含量が測定され、そしてこれらの測定値は制御装置９）に送られる。この制御装置は、上述したように、酸素及び、例えば天然ガス又は合成ガスのような燃料を工程３）に供給することを制御し、この工程３）において既にガス抜きされた廃棄物がＯ2を添加されて２０００℃以下の温度でガス化される。この燃料の導入又は酸素の供給の変更を通じて、合成ガスの体積流量及び水素含量が共に影響される。従って、この調整を通じて、制御された一定の体積流量及び制御された一定の水素含量を有する合成ガス流が前記ガス洗浄工程５）の後のガス回収のために利用される。
【００２３】
工程６）で溶融されて排出された金属類及び鉱物物質は工程７）において便宜的に１４００℃以上で酸素を添加される後処理を実施される。この工程において、炭素残留物が除去されて、灰化が終了する。例えば、水浴中に固形物を排出させることにより工程８）の廃棄プロセスが終了する。固形物を水浴中に排出した後に得られる粒状物中に、その他の金属類、合金成分及び十分に灰化した非金属類が存在する。鉄合金は磁気的に堆積できる。浸出しないように鉱物化された非金属類は、多くの方法により利用できる。例えば、膨張した粒状形状、即ち、絶縁材料としてのロックウールとして処理されるか、又は道路建造及びコンクリート製造用の充填剤の細粒として直接に利用できる。
【００２４】
図２は本発明の方法を実施する装置を極めて概略的に示す。それぞれの領域に対して、本発明を有利に実施する典型的なプロセスデータが例示される。ガス抜きは温度Ｔ、圧力、及び廃棄物の組成の関数である。
【００２５】
前記組成及び体積流量は存在する炭素、酸素及び水蒸気に依存する。利用できる炭素（ガス相への燃料の供給）及び酸素（ガス相への酸素ランスを経由する酸素の供給）の量が制御されるため、公知の方法において比較的高品質である、合成ガスの組成は更に最適化され、従って、例えば、ガスエンジンにおいて電気エネルギーに変換するために、又は化学プロセスのために好ましく利用される。
【００２６】
図３において、圧縮プレス１はその構造が、例えば車両を解体するのに使用されるような公知のスクラッププレスに相当する。旋回式のプレス板２は混合廃棄物をプレス１に、ここでは垂直方向に（破線で示すように）、詰め込むことができる。プレス面３は、前記プレスの充填室が完全に開くように左側に位置する。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、まず第一に前記廃棄物は垂直方向に圧縮される。その後、プレス面３は実線で示す位置まで水平に移動し、そして廃棄物パッケージを水平方向に圧縮する。この目的のために必要な反力は矢印の方向に出し入れできるカウンタプレート９により吸収される。圧縮工程が完了した後、カウンタプレート９は外側に移動し、そして廃棄物の圧縮された栓はプレス面３を用いて押圧され、更に右側方向に移動して炉６の非加熱領域５に入り、従って前記圧縮栓の全量はこれに対応して更に再度圧縮され、そして前記チャンネル壁即ち炉壁との加圧接触を維持する。次にプレス面３が左側の元の位置に復帰し、カウンタプレート９が挿入され、そしてプレス板２が破線で示す垂直位置に振り戻る。圧縮プレス１が再び充填のために準備される。廃棄物は強く圧縮されるため、炉６の非加熱領域５中に押込められた廃棄物の栓は気密になる。この炉は、矢印の方向に加熱ジャケット８を通して流れる燃焼ガス及び／又は廃棄物ガスにより加熱される。
【００２７】
圧縮された廃棄物が炉６のチャンネルを通じて押圧されると、ガス抜きされた帯域７は図示のように炉６の中央面の方向に膨張し、その長方形断面の横幅／高さの比が２より大きい関係を有する大面積を与えられる。高温反応器１０の入口において、廃棄物の押圧を通じて一定の圧力が加えられるため、炭素、鉱物及び金属類の圧縮された混合物が生じる。この混合物は前記高温反応器中への入口の領域中で極めて強い輻射熱に曝される。従って、燻る廃棄物中の残留ガスが急激に膨張するため、前記廃棄物は小片に分解される。このようにして得られた固体の小片は前記高温反応器中でガス透過性ベッド２０を形成し、このベッド中で前記燻った廃棄物の炭素が酸素ランス１２を用いて灰化されて、ＣＯ2又はＣＯを生成する。この炭化ガスは前記反応器１０を通じて前記ベッド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。前記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設定される。温度の上昇は図２の例図に相当する。合成ガスは容器１４中において水を噴射することにより１００℃未満に急激に冷却される。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、公知の装置を用いた急激な冷却の後に実施されるガス浄化を容易にする。浄化後において、合成ガス流の急激な冷却に使用された水は浄化後に再び冷却用に使用できる。
【００２８】
水素含量及び体積流量は生成した合成ガス流中に配置されたセンサー１００を用いて制御され、このセンサーはライン１０２を通じて信号を制御装置１０１に送る。この信号は前記冷却され、浄化された合成ガス流の体積流量の電流及び水素含量の電流の両方を含む。この制御装置は制御装置１０１と酸素ランス１０４との間に設けられた制御信号ライン１０３を通じて、酸素ランス１０４を通して酸素をバルク２０の上方のガス相に供給することを変更する。酸素の供給を増大させると、Ｈ2の燃焼が増大し、従って合成ガス中の水素の量を減少できる。酸素ランス１０４を通じて酸素の供給を低下させると、ガス相中の燃焼が減少し、従って合成ガス中の水素量が増大する。合成ガスの体積流量が十分でない場合には、例えば天然ガス又は合成ガス自体のような可燃性ガスのバルク２０又はガス相への供給を増大又は減少させてもよい。従って、反応器中の炭化水素の量が変更されて、全体の合成ガスの体積流量が影響される。
【００２９】
前記ベッド２０の、２０００℃より高く加熱された前記コア領域において、前記燻った廃棄物の鉱物及び金属成分が溶融する。これらの物質は密度が異なるため、互いに混じることなく層に分離する。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前記廃棄物の鉄と合金化して処理可能な合金を形成し、他の金属化合物又はアルミニウムを酸化し、そして酸化物として鉱物溶融物を安定化させる。
【００３０】
前記溶融物は後処理反応器１６中に直接に入り、ここで好ましくは図示されないガスバーナーにより支持されたＯ2ランス１３を用いて導入された酸素性雰囲気中の１４００℃より高い温度に曝される。既に導入された炭素粒子が酸化され、前記溶融物は均質化されて、その粘度は低下する。
【００３１】
水浴１７中への一般的な排出を通じて、鉱物物質及び鉄溶融物は分離した細粒を形成し、その後磁気的に分類される。
図３において、後処理反応器１６の位置は明確さのために９０度片寄らせて描かれている。この反応器１６は高温反応器１０の下方部分と共に構造体を形成し、これはフランジ接続部１０’が取外された後に、保守及び修理の目的のために、装置のラインから横に移動できる。
【００３２】
図３に示すように、実質的に一直線に配置された装置のラインは、かなりの長さにわたって延びる。特に、装置が熱平衡の内外に燃焼又は消火される場合、温度の変動はかなり熱膨張を生じる。従って、定置型の高温反応器１０の場合、前記炉６及び前記連結圧縮プレス１に対して、ローラー４がガイドレール（図示せず）上を長さ方向に移動するばかりでなく、横力をも吸収できるように構成される。前記高温反応器から導出されるパイプライン（例えば、１５）においては、伸縮継手１１が前記熱膨張を補償する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の方法を連続的に示す概略ブロック図。
【図２】  本発明の方法の１つの態様をパラメータを付して示す構成図。
【図３】  本発明の方法を実施する装置の概略断面図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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