(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性廃棄物を第１の酸化剤および二酸化炭素と反応させて、一酸化炭素に改質する改質工程と、前記改質工程で未反応で残存する前記有機性廃棄物の未酸化物を回収する回収工程と、回収された前記未酸化物を第２の酸化剤で酸化し、二酸化炭素を生成する予備酸化工程とを有し、前記予備酸化工程で生成された前記二酸化炭素を前記改質工程に用いることを特徴とする有機性廃棄物の処理方法。
【請求項２】
前記予備酸化工程における酸素濃度は、前記改質工程における酸素濃度よりも高いことを特徴とする請求項１記載の有機性廃棄物の処理方法。
【請求項３】
前記予備酸化工程に供される前記未酸化物中に含有される炭素元素の数をＣd 、前記有機性廃棄物中に含有される酸素元素の数をＯｇ、前記有機性廃棄物中に含有される炭素元素の数をＣｇ、前記第２の酸化剤中の酸素元素の数をＯa1、前記第２の酸化剤中の炭素元素の数をＣa1、前記第１の酸化剤中の酸素元素の数をＯa2、前記第１の酸化剤中の炭素元素の数をＣa2、とした時に、Ｏa1／（Ｃd ＋Ｃa1）≧２、１≦（Ｏa1＋Ｏa2＋Ｏg ）／（Ｃd ＋Ｃg ＋Ｃa1＋Ｃa2）≦２の関係を満たすことを特徴とする請求項１記載の有機性廃棄物の処理方法。
【請求項４】
前記有機性廃棄物を熱分解し、低分子化する熱分解工程を有し、熱分解された前記有機性廃棄物を前記改質工程に供することを特徴とする請求項１記載の有機性廃棄物の処理方法。
【請求項５】
有機性廃棄物を第１の酸化剤および二酸化炭素と反応させて、一酸化炭素に改質する改質容器と、前記改質容器中に未反応で残存する前記有機性廃棄物の未酸化物が導入され、この未酸化物を第２の酸化剤で酸化し、生成された二酸化炭素を前記改質容器に供給する予備酸化容器とを備え、前記予備酸化容器で生成された前記二酸化炭素を前記改質容器内で行われる有機性廃棄物を一酸化炭素に改質する改質工程に用いることを特徴とする有機性廃棄物の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は有機性廃棄物の処理方法および有機性廃棄物の処理装置に係り、特に廃棄物などに代表される有機性廃棄物を分解し、燃料として使用できる一酸化炭素を生成するための処理方法および処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現代社会において排出される廃棄物は膨大な量であり、現在も日増しに増加している。このため、廃棄物の効果的な処理技術の確立が急務となっている。
【０００３】
廃棄物の中には様々な有用な物質も含まれているが、分離の困難さなどから、廃棄物の中から有用な物質を分離して再利用されることは少ない。近年エネルギー問題や資源枯渇問題が議論されるようになり、廃棄物中の有効物質をできる限り分離・回収して再利用することが求められている。
【０００４】
廃棄物を燃焼してエネルギーとして回収する技術として、最近では、一般廃棄物、産業廃棄物に含まれる揮発性の物質を、被処理物から分離し、分離した揮発性物質を高温でガス改質するという技術が開発されてきた。
【０００５】
例えば、特開平１１−４３６８０号公報などには、有機性廃棄物などを熱分解し、熱分解して低分子化された有機性廃棄物と、酸化剤とを反応させ、一酸化炭素ガスなどの燃料ガスを生成する技術が開示されている。
【０００６】
しかしながら、有機性廃棄物にはさまざまなものが含有されているため、全ての廃棄物を一酸化炭素化することは困難であり、例えば、酸化剤ガス中の酸素量を低減させると、酸化性の強い有機性廃棄物は一酸化炭素に改質されるが、酸化しにくい有機性廃棄物は未酸化物として残存してしまい、有機性廃棄物中に含まれる炭素原子の一酸化炭素への転化効率が低くなる。さらに、有機性廃棄物によっては副生成物としてダイオキシン類が発生するという問題も生じる。一方、酸化剤ガス中の酸素量を増やすと、未酸化物量を低減できる反面、生成される一酸化炭素量が減少し、二酸化炭素の生成量が増大してしまう。
【０００７】
このような理由から、従来有機性廃棄物を効率よく一酸化炭素に改質することができなかった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来、廃棄物などに含まれる有機性廃棄物を分解し、一酸化炭素などのエネルギーに改質する場合、未酸化物が残存したり、二酸化炭素に転化されてしまうなど、一酸化炭素の回収効率などが低下するという問題があった。
【０００９】
本発明は、このような問題に鑑みて為されたものであり、有機性廃棄物から高効率でエネルギーを回収する有機性廃棄物の処理方法および有機性廃棄物の処理装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の有機性廃棄物の処理方法は、有機性廃棄物を第１の酸化剤および二酸化炭素と反応させて、一酸化炭素に改質する改質工程と、前記改質工程で未反応で残存する有機性廃棄物の未酸化物を回収する回収工程と、回収された前記未酸化物を第２の酸化剤で酸化し、二酸化炭素を生成する予備酸化工程とを有し、前記予備酸化工程で生成された前記二酸化炭素を前記改質工程に用いることを特徴とする。
【００１１】
さらに、前記予備酸化工程における酸素濃度は、前記改質工程における酸素濃度はよりも高くすることが好ましい。
【００１２】
また、前記予備酸化工程に供される未酸化物の炭素元素の数をＣd、前記有機性廃棄物中に含有される炭素元素の数をＣｇ、前記有機性廃棄物中に含有される酸素元素の数をＣｇ、前記第２の酸化剤中の酸素元素の数をＯa1、前記第２の酸化剤中の炭素元素の数をＣa1、前記第１の酸化剤中の酸素元素の数をＯa2、前記第１の酸化剤中の炭素元素の数をＣa2、とした時に、Ｏa1／（Ｃd＋Ｃa1）≧２、１≦（Ｏa1＋Ｏa2＋Ｏg）／（Ｃd＋Ｃg＋Ｃa1＋Ｃa2）≦２の関係を満たすことが好ましい。
【００１３】
さらに、有機性廃棄物を熱分解し、低分子化する熱分解工程を有し、熱分解された前記有機性廃棄物を前記改質工程に供することもできる。
【００１４】
本発明の有機性廃棄物の処理装置は、有機性廃棄物を第１の酸化剤および二酸化炭素と反応させて一酸化炭素に改質する改質容器と、前記改質容器中に未反応で残存する前記有機性廃棄物の未酸化物が導入され、この未酸化物を第２の酸化剤で酸化し、生成された二酸化炭素を前記改質容器に供給する予備酸化容器とを備え、前記予備酸化容器で生成された前記二酸化炭素を前記改質容器内で行われる有機性廃棄物を一酸化炭素に改質する改質工程に用いることを特徴とする。
【００１５】
すなわち、改質容器中に投入された有機性廃棄物のうち、酸素量の少ない改質容器中では酸化されない成分（未酸化物）を回収し、別途設けられた酸素が十分に存在する雰囲気下で二酸化炭素化し、この二酸化炭素を再度改質容器中に投入し、この二酸化炭素と有機性廃棄物とを反応させて一酸化炭素を生成することを特徴としており、このようにすることで、廃棄物から効率良く一酸化炭素を生成することが可能にしたものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１に、本発明の有機性廃棄物の処理装置の一例を示す。
【００１７】
有機性廃棄物は、廃棄物取り入れ口１−１から投入され、スクリュー１−２によって熱分解容器２に搬送される。熱分解容器２は、回転ドラム２−１および回転ドラム２の周囲に配置された加熱器２−２とを具備しており、搬送された有機性廃棄物は回転ドラム２−１中で４００℃〜８００℃程度に加熱され、メタンガスなど低分子量のハイドロカーボン、二酸化炭素、および水などと、分子量数百程度に低分子化された有機性廃棄物が生成物として生成される。また、廃棄物中に混在している金属片などは、熱分解されずに金属排出口２−５から熱分解容器２外へ排出される。
【００１８】
このようにして熱分解された生成物は、熱分解ガス投入口３−３を介して改質容器３に投入される。改質容器３には、酸化剤投入口３−１が設けられており、酸素ガス、あるいは空気などを改質容器３に供給し、生成物を酸化し、一酸化炭素に改質する。また、生成物によっては一酸化炭素と共に水素を生成することもある。なお、酸化剤は後述する予備酸化容器６に設けられた酸化剤投入口６−１を介して改質容器３に投入しても構わない。
【００１９】
この改質容器３中に供給される酸素量が多すぎると、改質される一酸化炭素量が減少し、二酸化炭素量が増大してしまい、廃棄物から一酸化炭素への改質効率が低下するため、供給酸素量を制御しなければならない。
【００２０】
一方、例えば改質器に供される有機性廃棄物中に、ベンゼン環などが存在すると、酸化強度が低いために、他の成分を一酸化炭素に改質するために必要な酸素量では酸化できず、未酸化物となる。
【００２１】
その後一酸化炭素や、未酸化物などは、クエンチャー４に導かれ、急冷装置４−２から放出される水などの冷媒によって冷却する。これは、ダイオキシン生成温度域を急冷によって短時間化し、ダイオキシンの生成量を低減するためのものであり、改質容器中で加熱されたものが４００℃以下に低下する以前に急冷できる位置にクエンチャー４は配置される。
【００２２】
さらに、バグフィルター５に導かれ、フィルター５−３によって、一酸化炭素などのガス成分と、未酸化物などの固体成分とに分離され、一酸化炭素などのガス成分は排出口５−１から排出・回収される。
【００２３】
一方、バグフィルター５は、スクリュー６−２によって、予備酸化容器６に接続されており、バグフィルター５−３によって分離された未酸化物などの固体成分はスクリュー６−２によって予備酸化容器６に供給される。
【００２４】
予備酸化容器６には、十分な酸素量を有する酸化剤ガスが酸化剤ガス投入口６−１を介して供給されており、そのため予備酸化容器６中では未酸化物中に含有される炭素元素は酸化され二酸化炭素に転化される。
【００２５】
転化された二酸化炭素は、改質容器３に投入され、熱分解容器２から供給されてくる低分子化された有機性廃棄物と反応し、一酸化炭素を生成する。
【００２６】
このように、本発明の有機性廃棄物の処理装置は、低分子化された有機性廃棄物が改質容器中において、酸化剤投入口３−１から投入される限られた酸素量の酸化剤ガスとの式（１）による反応による一酸化炭素の生成と、この際に残存した未酸化物を十分な酸素量の酸素によって酸化して得られた二酸化炭素との、式（２）による反応による一酸化炭素の生成とを行う。なお、式（１）、（２）中の炭素Ｃは、改質器に供される有機性廃棄物中に含まれる炭素元素を指す。
【００２７】
２Ｃ＋Ｏ2→２ＣＯ…（１）
ＣＯ2＋Ｃ→２ＣＯ…（２）
すなわち、改質容器に導入される酸素量を低減することで、改質容器中で生成される二酸化炭素量を低減させることが可能となり、その結果増加する未酸化物を二酸化炭素化し、この二酸化炭素を式（２）の反応によって一酸化炭素化するため、装置全体として、最終的に生成される二酸化炭素量を低減し、かつ未酸化物自体も低減させ、その結果、効率よく一酸化炭素を生成することが可能になる。
【００２８】
本発明は、上述したように、予備酸化容器においては、十分な酸素量の酸化剤ガスで未酸化物を酸化し、二酸化炭素を生成しているが、この酸化剤ガス中に存在する酸素量は、二酸化炭素と共に改質容器へ導入されてしまう。改質容器中へ導入される酸素量が多すぎると、改質容器中で酸素過多になり、改質容器中で生成される一酸化炭素の比率が低下し、二酸化炭素の生成量が増大するため、一酸化炭素への改質効率が低下する。したがって、酸化剤導入路を介して予備酸化容器に導入される酸素量、および改質容器に導入する酸素量を制御しなければならない。
【００２９】
具体的には、前記予備酸化工程に供される未酸化物の炭素元素の数をＣd、前記有機性廃棄物中に含有される炭素元素の数をＣｇ、前記第２の酸化剤中の酸素元素の数をＯa1、前記第２の酸化剤中の炭素元素の数をＣa1、前記第１の酸化剤中の酸素元素の数をＯa2、前記第１の酸化剤中の炭素元素の数をＣa2とした時に、次式（３）、（４）を満たすように酸化剤ガスの導入量を制御すればよい。
【００３０】
Ｏa1／（Ｃd＋Ｃa1）≧２…（３）
１≦（Ｏa1＋Ｏa2＋Ｏg）／（Ｃd＋Ｃg＋Ｃa1＋Ｃa2）≦２…（４）
すなわち、 Ｏa1／（Ｃd＋Ｃa1）を２以上にすることで、未酸化物を略完全に酸化し、二酸化炭素へ転換することができる。また、（Ｏa1＋Ｏa2＋Ｏg）／（Ｃd＋Ｃg＋Ｃa1＋Ｃa2）が１未満であると、改質容器中で、有機性廃棄物を十分に一酸化炭素できず、未酸化物が大量に残存してしまう。さらにその結果、ダイオキシンなどの有害物質の発生量が増加してしまうおそれがある。一方、（Ｏa1＋Ｏa2＋Ｏg）／（Ｃd＋Ｃg＋Ｃa1＋Ｃa2）が２を超えると、改質容器中で生成する二酸化炭素量が増加し、生成される一酸化炭素量が減少するという問題が生じる。
【００３１】
また、上記式（３）、（４）を満たす方法としては、導入する酸素量を流量計などで測定して、酸化剤ガスの流量調整を行うことをも可能であるが、予備酸化容器および改質容器の反応温度を測定し、反応温度が所定温度となるように酸化剤ガスの流量を調整することもできる。
【００３２】
例えば、廃棄物の種類によってその温度は多少異なるが、予備酸化容器の反応温度をおおよそ９００℃〜１５００℃の範囲内にし、また、改質容器の反応温度を前述のように８００℃〜１１００℃程度の範囲内にし、予備酸化容器の反応温度の方が高くなる、酸化剤ガスの流量を調整することで、前記（３）、（４）式を満たすことが可能になる。
【００３３】
また、図１に示す処理装置では、予備酸化容器、改質容器それぞれに酸化剤ガス導入路を設けた例を説明したが、予備酸化容器のみに酸化剤ガス導入路を設け、この酸化剤ガス導入路から導入する酸化剤ガス量で、改質容器へ導入する酸素量を調整することもできる。
【００３４】
なお、廃棄物中に重金属元素が含有されていると、重金属は未酸化物として処理装置中を循環しつづけ、その濃度を次第に高めることができる。
【００３５】
本発明に係る有機性廃棄物とは、炭素を含有する可燃物であれば特に限定されずに用いることができ、例えば廃棄物として出される廃プラスチック、生ゴミ、紙などが挙げられる。これらの有機性廃棄物を改質しやすくするために、シュレッダーなどで細かく裁断した後に熱分解容器中に投入することが望ましい。
【００３６】
また、本発明に係る酸化剤として空気を上げたが、他にも酸素ガス、水、過酸化水素水、二酸化炭素やこれらの混合ガスなどを使用することもできる。
【００３７】
【実施例】
実施例１〜１１、比較例１
図１に示す処理装置に、家電のシュレッダーダスト（実施例１、２、３、比較例１）、廃プラスチック（実施例４）、一般廃棄物（実施例５、６）、自動車のシュレッダーダスト（実施例７）、生ゴミ（実施例８）、廃油（実施例９）、固形化燃料（ＲＤＦ）（実施例１０）、魚網（実施例１１）を投入し、改質後の生成物を分析した。改質条件も表１に併記する。
【００３８】
使用した家電のシュレッダーダストは、冷蔵庫、洗濯機、エアコン、テレビ等の家電製品からコンプレッサー、モーター等の金属部品を取り除いた後に破砕処理したもの。ほとんどがプラスチックで、解体取り外しが困難であった金属部品が一部含まれたものである。
【００３９】
使用した廃プラスチックは、包装用プラスチック、ストッキング、プラスチック容器、ペットボトル等の製造時に発生するプラスチックの破材と不良品の混合物である。
【００４０】
使用した一般廃棄物は、家庭で発生した生ゴミ、紙、プラスチック等の多種多様な有機化合物の混合物であり、含水率が３０〜４０ｗｔ％であるため低カロリーな廃棄物である。
【００４１】
使用した自動車のシュレッダーダストは、自動車を破砕処理と金属選別を行い、プラスチックを多く含む混合物である。
【００４２】
使用した生ゴミは、食品加工の際に発生した食物ゴミで含水率が50〜60wt％と非常に高い廃棄物である。
【００４３】
使用した廃油は、絶縁油、潤滑油、食用油等の油状廃棄物の混合物である。
【００４４】
使用した固形化燃料は、生ゴミ、紙,プラスチック、金属等を加熱処理によって脱水してペレット化したものであり、カルシウムを添加してあるため塩素ガスの発生が抑制される。
【００４５】
使用した魚網は、ナイロン等の化学繊維で作られた漁業で利用された網であり、使用後のものであるため若干の水分と塩分を含む。
【００４６】
なお、本実施例においては、予め廃棄物中に含まれる炭素量および酸素量を測定し、また、未酸化物中に含まれる炭素量および酸素量を分析した後に予備酸化容器に投入した。
【００４７】
また、表１中のダイオキシンの評価は、単位廃棄物処理重量に対して、最終的に廃棄される未酸化物とガス中に含まれるダイオキシンの総重量を求め、比較例１の発生量を１００としたときの比率を示した。なお、ダイオキシンの総重量はＷＨＯ毒性等価係数を適用して毒性換算を行っている。
【表１】
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表１から分かるように、廃プラスチックや、廃油、生ゴミなど、比較的類似した廃棄物はもちろん、家電のシュレッダーダスト、車のシュレッダーダストなどの金属やプラスチックなどの混合物、さらに多種多様なものが混在した一般廃棄物においてもダイオキシンを生成せずに、大量の一酸化炭素を生成することが確認できた。
【００４８】
特に、実施例１と比較例１との結果から、本発明においては同じ有機性廃棄物から多量の一酸化炭素を得られていることが分かる。
【００４９】
また、実施例１と実施例３とを比較すると、Ｏａ１／（Ｃｄ＋Ｃａ１）≧２、１≦（Ｏａ１＋Ｏａ２＋Ｏｇ）／（Ｃｄ＋Ｃｇ＋Ｃａ１＋Ｃａ２）≦２の両条件を満たす時に、より多くの一酸化炭素が得られることが分かる。表１において、ＡはＯａ１／（Ｃｄ＋Ｃａ１）であり、Ｂは（Ｏａ１＋Ｏａ２＋Ｏｇ）／（Ｃｄ＋Ｃｇ＋Ｃａ１＋Ｃａ２）である。
【００５０】
【発明の効果】
本発明によれば、有機性廃棄物を効率よく改質し、効率よく一酸化炭素を生成することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の有機性廃棄物の処理装置の一例を示す図。
【符号の説明】
１−１…有機性廃棄物投入口
１−２、６−２…スクリュー
２…熱分解容器
３…改質容器
３−１、６−１…酸化剤投入口
４…クエンチャー
５…バグフィルター
【図１】
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