(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱用バーナが取り付けられかつ８００℃以上の高温空間となる炉体と、汚染物質と液体とを含む処理液を流しかつ炉体の内部に配されるとともに螺旋に周回する管体からなる熱交換器を有する熱交換流路と、前記熱交換流路を経た処理液を前記炉体の内部に噴射する送給部とを具え、
前記炉体は、前記加熱用バーナが取り付けられた筒状の基部と、この筒状の基部の一端側に連設されかつ内部に前記熱交換器が配された先端部とから構成されるとともに、
前記熱交換流路で、該処理液中の液体を超臨界化することにより汚染物質を分解処理するとともに、該処理液中に残存する汚染物質を炉体内に噴出し、前記炉体で熱分解することを特徴とする汚染物質無害化装置。
【請求項２】
前記液体は水であり、かつ処理液に燃料を含むことを特徴とする請求項１記載の汚染物質無害化装置。
【請求項３】
前記送給部は、前記炉体内に処理液を噴射しうるノズルを具え、しかも前記ノズルに、このノズルを冷却する冷却手段を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の汚染物質無害化装置。
【請求項４】
前記炉体は、該炉体に空気を送給することにより炉体に供給される燃料を燃焼する空気供給口を設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の汚染物質無害化装置。
【請求項５】
前記処理液に含まれる燃料は、Ａ重油であることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の汚染物質無害化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ダイオキシン等の汚染物質を効率良く無害化しうる汚染物質無害化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
ダイオキシン等の環境汚染物質は、人体への慢性毒性、胎児毒性、催奇形性、発ガン性などが指摘されている他、近年では内分泌攪乱物質（いわゆる環境ホルモン）の疑いがあるとされており、大きな社会問題となっている。ダイオキシンの発生源は、ＰＣＢ、クロロフェノール或いは除草剤の不純物質、都市ゴミ焼却、自動車の排ガス、汚水汚泥処理での塩素の使用等が挙げられ、中でもゴミ焼却による燃焼課程に由来するものが多い。
【０００３】
従来、ダイオキシンの発生を抑制する技術乃至発生したダイオキシンを無害化する技術としては、
ａ）ゴミ焼却を、良く混合した燃焼室内で焼却時の燃焼ガスを８００℃以上の高温雰囲気に保つことによりダイオキシンの発生を抑制する完全燃焼法、
ｂ）低酸素雰囲気で加熱することによりダイオキシンを脱塩素化・水素化する熱分解処理法、
ｃ）ダイオキシンを超臨界水で分解する方法
などが知られている。
【０００４】
ところが、ａ）の方法では、燃焼室内のガスを均一化しかつガスの滞留時間を長く保つことが難しく、またｂ）の方法では、低酸素雰囲気下で反応を行わなかった場合、逆にダイオキシンが生成されるという問題がある。他方、ｃ）の方法では、このような問題が無く現在最も期待されている方法であるが、この方法でもダイオキシンを１００％無害化することは困難である。
【０００５】
本発明は、以上のような問題点に鑑み案出なされたもので、汚染物質を含む処理液中の液体を超臨界化することにより前記汚染物質を分解処理するとともに、該処理液中に残存する汚染物質をさらに炉体内に噴出し、前記炉体で熱分解することを基本として、従来に比してより高い汚染物質分解能力を発揮しうる汚染物質無害化装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のうち請求項１記載の発明は、加熱用バーナが取り付けられかつ８００℃以上の高温空間となる炉体と、汚染物質と液体とを含む処理液を流しかつ炉体の内部に配されるとともに螺旋に周回する管体からなる熱交換器を有する熱交換流路と、前記熱交換流路を経た処理液を前記炉体の内部に噴射する送給部とを具え、前記炉体は、前記加熱用バーナが取り付けられた筒状の基部と、この筒状の基部の一端側に連設されかつ内部に前記熱交換器が配された先端部とから構成されるとともに、前記熱交換流路で、該処理液中の液体を超臨界化することにより汚染物質を分解処理するとともに、該処理液中に残存する汚染物質を炉体内に噴出し、前記炉体で熱分解することを特徴としている。
【０００７】
また請求項２記載の発明は、前記液体は水であり、かつ処理液に燃料を含むことを特徴とする請求項１記載の汚染物質無害化装置である。
【０００８】
また請求項３記載の発明は、前記送給部は、前記炉体内に処理液を噴射しうるノズルを具え、しかも前記ノズルに、このノズルを冷却する冷却手段を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の汚染物質無害化装置である。
【０００９】
また請求項４記載の発明は、前記炉体は、該炉体に空気を送給することにより炉体に供給される燃料を燃焼する空気供給口を設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の汚染物質無害化装置である。また請求項５記載の発明は、前記処理液に含まれる燃料は、Ａ重油であることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の汚染物質無害化装置である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の一形態を図面に基づき説明する。
図1には、本発明の汚染物質無害化装置１の概略断面図を示す。図１において、汚染物質無害化装置１は、８００℃以上の高温空間Ａとなる炉体２と、汚染物質と液体とを含む処理液Ｄを流しかつ炉体２の内部に配されるとともに螺旋に周回する管体からなる熱交換器７を有する熱交換流路３と、前記熱交換流路３を経た処理液を前記炉体２の内部に噴射する送給部４とを具えている。
【００１１】
前記炉体２は、耐熱性に優れた材料、例えば耐熱性粘土を成形、固化することにより形成される。また炉体２は、本例では、加熱用のバーナ５が取り付けられた筒状の基部２ａと、この筒状の基部２ａの一端側に連設された先端部２ｂとから構成されたものを示す。
【００１２】
前記基部２ａには、本例ではその一側部に開口部Ｏ１が形成され、バーナ５の火焔は、この開口部Ｏ１から基部２ａの内部に吹き出される。バーナ５には、ファンＢａから流路Ｌ１、分岐部Ｖ１、流路Ｌ２を経て燃焼用空気が供給される。またバーナ５には燃料が供給される（図示省略）。このバーナ５により、炉体２の内部は８００℃以上、より好ましくは８００〜１０００℃の高温空間Ａに維持され得る。なお基部２ａの他端側は壁体２ｄにより閉塞されている。炉体２の前記先端部２ｂは、本例では前記基部２よりも小径の筒状で形成されるとともに、基部２ａと反対側に開口部２ｃを有している。この開口部２ｃには、適宜炉体２の熱エネルギーを取り出す設備等が付設されても良い。
【００１３】
また本実施形態では、炉体２の外周に、空気供給口Ｏ３が円周方向に間欠的に形成されたものを示す。空気供給口Ｏ３は、本例では先端部２ｂに向かって斜めにのびるものを例示している。この空気供給口Ｏ３には、内部に円周方向にのびる周溝を形成したリング部材１７が装着される。またこのリング部材１７には、流路Ｌ５を介してファンＢｂからの圧縮空気が供給されている。従って、ファンＢｂを駆動することにより、炉体２の内部かつ先端部２ａに向かって新鮮な空気を供給することができる。
【００１４】
前記熱交換流路３は、本例では第１の流路６と、前記熱交換器７と、第２の流路８とを含んで構成されたものを示す。
【００１５】
前記第１の流路６は、一端が処理液Ｄを貯留する処理液タンクＴａに連通するとともに、他端６Ａが前記炉体２の内部に配された熱交換器７に接続されている。また第１の流路６は、ポンプ９を介在させることにより、処理液タンクＴａから処理液を吸い込み前記熱交換器７へと吐出しうる。
【００１６】
処理液は、本例ではダイオキシン、ＰＣＢ等の汚染物質と液体としての水とを少なくとも混合して準備されるが、本例ではこれら以外に燃料をも混合している。前記汚染物質は、補助タンクＴｂに貯留されており、この補助タンクＴｂは、流路１２、開閉弁Ｖ２を介して処理液タンクＴａと連通している。汚染物質は、例えば液体又は粉状体として貯留され、開閉弁Ｖ２を操作することにより、所定量が前記処理液タンクＴａ内へと投入され得る。なお処理液タンクＴａには、電動機１１により回転駆動しうる攪拌羽根１１が底部近傍に配されており、汚染物質と水等とを処理液タンクＴａ内で均一に攪拌混合できる。水と汚染物質との混合比は、水１００重量％に対して、汚染物質を５〜１５重量％、より好ましくは１０〜１５重量％とするのが望ましい。
【００１７】
また本例では処理液タンクＴａに、液面検知具１３を設けたものを例示している。液面検知具１３は、本例ではフロートＦと、このフロートＦの上限高さ及び下限高さをそれぞれ検知しうるリミットスイッチＬＳとから構成されたものを示す。リミットスイッチＬＳが、フロートＦの下限高さを検知すると、図示しない制御装置によって、処理液タンクＴａに、水、燃料が適宜供給されるとともに、前記開閉弁Ｖ２が所定時間開閉され、所定量の汚染物質が処理液タンクＴａ内に投入される。またリミットスイッチＬＳが、フロートの上限高さを検知することにより、これらの供給が停止される。これにより、処理液タンクＴａには、ほぼ一定の量の処理液を連続的に準備できる。なお本例の処理液には、燃料が含まれているが、これについては後述する。
【００１８】
熱交換器７は、本例では炉体２の先端部２ｂの内部に配されるとともに、この先端部２ｂ内部で螺旋に周回する管体からなる。熱交換器７を流れる処理液は、管体を介して炉体２の高温空間Ａから熱エネルギーを受け取ることにより高温に加熱され得る。本例では熱交換器７内で処理液を例えば４００℃以上に加熱できる。
【００１９】
また第２の流路８は、一端８Ａが前記熱交換器７に接続されるとともに、炉体２の外部を経て他端が噴射ノズルＮからなる送給部４に接続されたものを例示している。この第２の流路８には、熱交換流路３の内部の圧力を検知しうる圧力計１３と、熱交換流路３内の処理液の温度を検知しうる温度計１４とが設けられている。またこの第２の流路８の一端８Ａ、及び第１の流路６の他端６Ａは、それぞれ前記炉体２の外部で継手により熱交換器７と接続されている。熱交換器７は、無害化する汚染物質や処理液に応じて、前記継手を取り外し、管体の長さ、内径、螺旋径、螺旋ピッチなどを違えたものに交換することにより、処理液の加熱温度を適宜調節できる。
【００２０】
前記送給部４は、本例では噴射ノズルＮから構成される。この噴射ノズルＮには、圧縮空気が送給される。圧縮空気の送給は、前記ファンＢａから、流路Ｌ１、分岐部Ｖ１、流路Ｌ３を経て行われる。この圧縮空気は、噴射ノズルＮを冷却する冷却手段を兼ねる。これにより、噴射ノズルＮの熱疲労を減じ、耐久性を向上するのに役立つ。
【００２１】
以上のように構成された本実施形態の汚染物質無害化装置１の作用について説明する。先ずバーナ５を点火することによって、炉体２の内部を８００℃以上の高温空間Ａに加熱する。次にポンプ９を駆動することにより、処理液タンクＴａ内に準備された処理液Ｄを熱交換流路３、すなわち第１の流路６、熱交換器７、第２の流路８内に吐出する。なお噴射ノズルＮはこの段階では閉止されている。
【００２２】
熱交換流路３内の処理液は、高温の炉体２内に配された熱交換器７で熱交換し加熱される。また、ポンプ９の吐出圧の設定により熱交換流路３の内部を高圧に保ち、処理液の液体（本例では水）を熱交換流路３内で超臨界化する。水は、常温では液体、大気圧下では１００℃で蒸気（ガス化）となるが、一定圧力以上かつ一定温度以上にすると、高圧で圧縮された水蒸気の密度と熱膨張した水の密度とが同じになって液体とも気体とも区別の付かない状態、すなわち超臨界状態となり、このような状態にある水を超臨界水という。水を超臨界化するためには、２２．１２ＭＰａ以上の高圧下で３７４℃以上に加熱すれば良い。熱交換流路内の処理液の温度、圧力については、第２の流路８に設けた温度計１３、圧力計１４にて監視し適宜調整しうる。
【００２３】
超臨界水は、誘電率が２〜３０と常温常圧の水に比べて低い。このためダイオキシンなどの有機物質を溶解することができる。また超臨界水は、イオン積が１０-11 〜１０-12 （ｍｏｌ／ｌ）2 程度となり、常温常圧の１０〜１００倍もの水分子がイオンに解離する。従って、水自体に酸・アルカリ触媒効果が付与されることとなり、ダイオキシンを加水分解、脱塩素化しうる。また超臨界水は、油などの有機物質や酸素などのガスと完全に相互溶解する。これにより、ダイオキシンについては、水、酸素、ダイオキシンが全て均一相になるため、瞬時にダイオキシンを酸化分解処理することができる。
【００２４】
このように、熱交換流路３において、処理液中の水を超臨界化することにより汚染物質、とりわけダイオキシンを約９５ないし９７％程度の割合で分解処理（無害化処理）を行うことができる。このような分解処理は例えば１０〜１５分程度行うのが望ましい。また、超臨界水による無害化処理の後、噴射ノズルＮを開くことにより、熱交換流路３の内部の処理液を該噴射ノズルＮから炉体２へ噴射する。処理液は、圧力開放と圧縮空気によって液体部分が噴射ノズルＮから勢い良く炉体２の内部に噴射されるとともに、吹き出された際の急激な圧力低下と高温空間によってガス化し、先端部２ｂの開口部２ｃから大気中に放出される。
【００２５】
また炉体２の内部は、８００℃以上の高温空間Ａとされているため、処理液Ｄに残存していたダイオキシンは、この炉体２の中で完全に熱分解される。これにより、処理液中のダイオキシンをほぼ１００％分解し、無害化しガス化して大気中に放出しうる。
【００２６】
また本実施形態のように、処理液中に燃料を混合したときには、炉体２の内部に噴射された処理液Ｄはより高温で燃焼、ガス化するため、ダイオキシンの熱分解をより効果的に促進しうる。燃料には、炉体２が高温であるため、比較的低品位のものを用いることができ、例えばＡ重油等を用いることが好適である。また燃料と水との混合比は、例えば重量％で水８０％、燃料２０％とすることができる。また処理液Ｄには、過酸化水素などの酸化剤を添加し、ダイオキシンの酸化反応を促進させても良い。
【００２７】
また炉体２には、本例ではファンＢｂと連通する空気供給口Ｏ３を設けているため、該ファンＢｂを駆動することにより、炉体２の内部に、新鮮な空気を供給することにより、炉体２の過熱を防止しうる他、燃焼用の補助空気を供給することができ、前記処理液中に混合した燃料を燃焼させるのに役立つ。
【００２８】
また本例では図示していないが、ガス化された処理液中に塩素が含まれているときには、必要により中和処理を行う。このような中和処理は、例えば苛性ソーダ、炭酸ソーダにより行うことができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の発明では、熱交換流路で、該処理液中の液体を超臨界化することにより汚染物質を分解処理するとともに、さらにその後、該処理液中に残存する汚染物質を炉体内に噴出し、８００℃以上の高温雰囲気の炉体でさらに熱分解している。このため、汚染物質の残存量を減じ非常に高い汚染物質分解能力を発揮して無害化しうる。また処理液は、炉体内の高温によってガス化されるため、容易に大気中へと放出できる。
【００３０】
また液体の超臨界化は、炉体との熱交換による熱量を利用して連続的に行うことが可能となる。また処理液に燃料を混合したときには、炉体内での熱分解に際して、処理液を高温で燃焼させることができ、より確実に汚染物質の除去、無害化を促進しうる。
【００３１】
また請求項３記載の発明では、前記送給部は、噴射ノズルを用いて、処理液を炉体内に送給しうるとともに、ノズルには、このノズルを冷却する冷却手段を設けたことにより、高温の処理液によるノズルの熱疲労等を減じノズルの耐久性を向上するのに役立つ。
【００３２】
また、請求項４記載の発明では、前記炉体は、該炉体に空気を送給することにより、炉体に供給される燃料を燃焼する空気供給口を設けたときには、処理液中の燃料の燃焼を向上しうる他、路体内部の冷却にも役立つ。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示す汚染物質無害化装置の略図である。
【符号の説明】
１  汚染物質無害化装置
２  炉体
３  熱交換流路
４  送給部
５  バーナ
６  第１の流路
７  熱交換器
８  第２の流路
Ｎ  噴射ノズル
【図１】
0004456298.tif 000002