(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガス処理設備を付帯する製鋼用転炉を用いて可燃性物質を含有する廃棄物を処理する方法において、可燃性物質含有廃棄物を予め成形して廃棄固形物とし、この廃棄固形物を、炉内の温度が８００℃以上となるように含熱させてなる非稼働時の転炉内に投入し、加熱処理することによって可燃性ガスを発生させることを特徴とする可燃性物質含有廃棄物の処理方法。
【請求項２】
前記可燃性ガスは、前記転炉の排ガス処理設備によって未燃状態で回収され、燃料ガスとして利用することを特徴とする請求項１に記載の処理方法。
【請求項３】
前記可燃性ガスは、前記転炉の排ガス処理設備によって燃焼され、該設備のボイラーによって蒸気として熱回収されることを特徴とする請求項１に記載の処理方法。
【請求項４】
前記廃棄固形物を転炉内で加熱ガス化するに際しては、上吹ランスおよび／または底吹羽口から酸素ガスを供給することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１に記載の処理方法。
【請求項５】
前記廃棄固形物は、転炉炉上に配設したシュートから炉内に投入されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１に記載の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、廃棄物を、とくに環境に悪影響を与えることなく、廃棄処理すると同時にエネルギーとして利用するのに有効な資源リサイクルの技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、企業や一般家庭などから排出される廃棄物は、増加の傾向にあり、その処分が問題となっている。特に、廃プラスチック類を多量に含む廃棄物は、それに含まれる有害物質、あるいはその焼却過程で生じる有害物質による二次公害等の問題から、その埋立てや焼却処理に関し非常に厳しい規制がある。なかでも、廃棄物の焼却過程で発生するダイオキシンは、その毒性から社会問題になりつつあり、その低減が急務となっている。そのため、その打開策として最近、廃棄物の新たな処理方法とその処理物のリサイクル技術の開発が求められている。
【０００３】
このような背景の下、最近では、廃棄物を原料として、ダイオキシンなどの有害物質を発生させることなく、炭素を主成分とした固形燃料を製造するプロセスが開発されている。
例えば、特開平４−80296 号公報には、廃棄物から固形燃料を製造する方法として、粉砕した廃棄物に生石灰等の吸水作用と固化作用を有する物質を混合した後、成形乾燥する方法が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、この廃棄物の中には、プラスチックや生ごみ、ガラスやセラミックなどの無機物質、鉄やアルミニウムなどの金属など、種々多様なものが含まれており、これらは、廃棄物の収集過程や固形燃料化前の選別工程で、ある程度の分別はなされるとしても、完全な分離は困難である。
【０００５】
したがって、製造された固形燃料は、基本的にはＣ分を主成分とするが、その他種々の金属やセラミック、Ｈ分などを含むものであり、特に、プラスチック系廃棄物が原料の場合は塩素も含まれる。このため、上記廃棄物から製造した固形燃料は、その利用にあたって下記に示す種々の問題があり、石炭やコークス、木炭などの既存の固形燃料をたやすく代替しうるものではなく、未だその用途が確定していないのが実情であった。
【０００６】
▲１▼．廃棄物から製造した固形燃料を 800℃以下の温度で燃焼すると、塩素分に起因した猛毒のダイオキシンが発生するおそれがある。
▲２▼．廃棄物から製造した固形燃料は、燃焼後の灰分が多く、かつ種々の金属酸化物が混入する。
▲３▼．廃棄物から製造した固形燃料は、炭化水素系ガスが発生し、燃焼条件が不適切な場合には多量の煤煙が発生する。
【０００７】
本発明は、従来技術が抱える上記課題を解消するためになされたものであり、その主たる目的は、廃棄物から製造した固形燃料を、新たな設備投資を要することなくクリーンにリサイクルする方法を提案することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、上述した課題を解決するために鋭意研究した結果、下記内容を要旨構成とする発明を完成した。
すなわち、
（１） 本発明は、排ガス処理設備を付帯する製鋼用転炉を用いて可燃性物質を含有する廃棄物を処理する方法において、可燃性物質含有廃棄物を予め成形して廃棄固形物とし、この廃棄固形物を、炉内の温度が８００℃以上となるように含熱させてなる非稼働時の転炉内に投入し、加熱処理することによって可燃性ガスを発生させることを特徴とする可燃性物質含有廃棄物の処理方法である。
【０００９】
なお、上記方法により発生させた可燃性ガスは、前記転炉の排ガス処理設備によって未燃状態で回収され、燃料ガスとして利用するか、あるいは前記転炉の排ガス処理設備によって燃焼され、該設備のボイラーによって蒸気として熱回収されることが好ましい。
また、前記廃棄固形物は、転炉炉上に配設したシュートから炉内に投入されることが好ましく、前記廃棄固形物を転炉内で加熱ガス化するに際しては、上吹ランスおよび／または底吹羽口から酸素ガスを供給することが好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
さて、本発明における廃棄固形物は、主にプラスチックや紙、木材、生ごみ等の有機物を含む可燃性廃棄物を成形した固形燃料であり、例えば、
▲１▼．廃棄物に固化剤や吸水剤その他の添加剤を加えて、乾燥し、成形したもの、
▲２▼．廃棄物を溶融固化したもの、
▲３▼．▲１▼または▲２▼のものを仮焼したもの、
▲４▼．▲１▼，▲２▼または▲３▼のものを製造する過程で、気化や溶媒抽出などの手段により脱塩素処理したもの、
などが挙げられる。
【００１１】
このようにして得られる廃棄固形物は、例えば表１に示すように、炭素を主成分とするものである。この廃棄固形物には、主成分の炭素に加えてさらに、廃棄物中の各種金属やセラミックス、灰分に起因した金属物質や金属酸化物、Ｈ分など多くの成分が含まれている。
【００１２】
【表１】
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【００１３】
発明者らは、この廃棄固形物を処理するに当たり、窒素雰囲気中で乾留する実験を行い、その特性を調査した。その結果、図１に示す成分別発生ガス濃度の経時変化、ならびに図２に示す成分別ガス発生量と雰囲気温度の関係から、この廃棄固形物は、比較的短時間内にエネルギー量の高いＣＯガスや炭化水素ガスが発生し、 800℃以上の温度で処理することでガス化が完全に行われることを知見した。なお、 800℃以上で処理した後の固体残留物としてＣ分が認められ、この固体Ｃ分は、廃棄固形物熱処理前の重量100 に対してＣ分として30wt％程度であった。
【００１４】
発明者らは、上記知見をもとに、廃棄固形物のガス化を製鋼用転炉を用いて行い、得られる高カロリーガスをガス回収、ないしは燃焼して熱回収することに着目し、さらに実験を進めた。
即ち、上述した廃棄固形物を、予め炉内雰囲気温度を 800℃以上になるように含熱させた５ton 転炉内に投入し、排ガス回収設備により回収したガス成分を採取する実験を行ったところ、上記の乾留実験時に近い高カロリーのガスが得られた。しかも、回収した排ガス中には微量のCl分、冷却、洗浄水中には微量のNaCl, FeCl3, CaCl2が認められたが、ダイオキシン等の有機塩素化合物は全く検出されなかった。本来、転炉での排ガス回収設備では、高温ガスに除塵用の冷却水を吹き付けるため、ガスが高温から急冷される。このことにより、ダイオキシン発生を回避できるという特徴を有する。
【００１５】
本発明にかかる可燃性物質含有廃棄物の処理方法は、このような実験から得られた知見に基づいてなされたものであり、排ガス処理設備を付帯する製鋼用転炉を用いて可燃性物質を含有する廃棄物を処理する方法において、可燃性物質含有廃棄物を予め成形して廃棄固形物とし、この廃棄固形物を、炉内の温度が８００℃以上となるように含熱させてなる非稼働時の転炉内に投入し、加熱処理することによって可燃性ガスを発生させることを特徴とする。
なおここで、非稼働時の転炉とは、溶湯の脱炭精錬を行なっておらず、炉内に溶湯を保持していない、待機状態にある転炉を指す。
【００１６】
本発明の処理方法で用いる転炉では、脱炭を主とする精錬が行われる。このため、転炉の稼働時（精錬中）に廃棄固形物を添加する方法では、溶鋼中のＣ分が増加するので、ガス回収メリットが見込めるとはいえ、その生産性を阻害するので得策でない。したがって、生産性向上のために、転炉を利用する可燃性物質含有廃棄物の処理は、転炉精錬のチャージ間、または別工程トラブルや補修中のように、転炉の非稼働時に実施することとした。
【００１７】
また、転炉には、脱炭精錬時に炉内で発生するＣＯガスを主体とする多量の発生ガスを処理する設備が併設されているのが常である。この排ガス処理設備は、例えば、鉄鋼便覧第３版 II 製銑・製鋼 (日本鉄鋼協会編、丸善発行) p.462 〜464 に詳述されているように周知であるので、ここでは詳細な説明は避けるが、排ガスを燃焼させ高温ガスとし、その熱を煙道に設けたボイラーによって蒸気として回収する燃焼式のものと、排ガスを未燃状態で回収し、燃料ガスとして利用する非燃焼式のものとがある。
なお、非燃焼式の排ガス処理設備であっても、排ガスのもつ顕熱を回収するためのボイラーが設けられており、また、転炉炉口と煙道との間を密閉するための昇降式のスカートを上昇させれば、炉口と煙道の間から空気を吸引することにより排ガスを燃焼させることも可能となっている。
本発明においては、上記の如き排ガス処理設備を用いて、転炉内で固形燃料を処理して発生させたガスを処理する。
【００１８】
また、廃棄固形物の加熱処理は、転炉における溶湯の脱炭精錬の際に、炉耐火物に蓄積された熱を利用し、該耐火物からの輻射熱や伝導熱によって行うことが望ましい。
このようにして発生した可燃性ガスは、転炉に付帯する排ガス処理設備によって未燃状態で回収され、燃料ガスとして利用されるか、あるいは燃焼させて高温ガスとし、その顕熱をボイラーによって蒸気として回収される。
【００１９】
さらに発明者らは、転炉を用いた上記実験において、廃棄固形物を処理した後の炉内を調査したところ、炉内には、分解あるいは蒸発によってガス化回収されたガス成分を除く成分の固形物が残存していた。この残存固形物は、上記乾留実験と同様、主としてＣ分を多く含有するものであった。
【００２０】
そこで、発明者らは、この残存固形物に含まれるＣ分をも効率良くガス化させる目的で、上記実験と同様にして、廃棄固形物を転炉内に投入し、転炉設備に設けられている上吹ランスから前記廃棄固形物に酸素を吹き付ける実験、ならびに上吹ランスに代えて底吹羽口から酸素を吹き付ける実験を行った。その結果、発生ガスの一部が酸素によって燃焼するものの、固体残渣中に含まれるＣ分が、Ｃ＋１／２Ｏ2 →ＣＯによってＣＯガスとして回収できるため、全体的には前述の実験よりも多くの可燃性ガスを発生させることができ、しかも、炉内の残渣量を著しく減量することができた。
【００２１】
本発明にかかる請求項４に記載の処理方法は、このような実験から得られた知見に基づいてなされたものであり、前記廃棄固形物を転炉内で加熱ガス化するに際して、上吹ランスおよび／または底吹羽口から酸素ガスを供給することを特徴とする。
【００２２】
この実験において、酸素吹付または酸素底吹を行うと同時に、排ガス回収用に設けられている炉口のスカートを上昇させて、発生ガスを積極的に炉口で燃焼させると、1500℃以上の極めて高温の排ガスが得られるので、炉内で発生した可燃性ガスは、排ガス処理設備のダクトに設けられたボイラーによって蒸気として効率良く熱回収することができる。
【００２３】
このように、上吹きランスあるいは底吹羽口から酸素ガスを少量吹き付けることによって、残留固体Ｃの燃焼、あるいは発生ガスの燃焼が生じ、炉内残渣の低減、あるいは蒸気回収が可能となる。この酸素の吹き付けは、発生ガスを燃焼させるために回収ガスのエネルギー低下を伴うが、熱補償や処理速度の点を考慮すると、実施することが望ましい。
また、処理される廃棄固形物が塩素を含有する場合には、上述の酸素ガスの吹き付けや、炉口部での燃焼を行うと、排ガス温度が容易に1000℃を超える高温となるので、ダイオキインの発生を防止する上で一層好適である。また、予めスクラップを炉内に装入して予熱すれば、転炉での熱負荷を軽減させることができ、安価な鉄源の利用が可能となる利点もある。
【００２４】
以上説明したような転炉を用いる可燃性物質含有廃棄物の処理方法では、廃棄固形物を転炉に投入する際のガス発生速度が大きいため、発明者らは、その投入方法を検討した。
即ち、転炉を傾動させ、スクラップ装入用のシュートで炉内に投入する実験を試みたが、時間ロスが大きいことや、少量の廃棄固形物を装入した時点で吹き上げ、発塵が激しく、実験中止となった。また、炉上バンカーから炉内に投入する実験を行ったところ、振動フィーダーなどを利用して投入速度を小さくすることによって、飛散抑制による歩留り低下を防止できることがわかった。
【００２５】
請求項５に記載の処理方法は、こうした知見に基づいてなされたものであり、前記廃棄固形物を、炉上シュート、望ましくは振動フィーダーにより低投入速度を実現して炉内に投入することを特徴とする。
【００２６】
以上説明したような本発明の処理方法によれば、廃棄物から製造した固形燃料（廃棄固形物）を、新たな設備投資を要することなくクリーンにリサイクルすることができる。例えば、
▲１▼．一貫製鉄所では、高炉またはコークス炉転炉での脱炭精錬時などで発生する高カロリーガスを回収して発電することで製鉄所内の電気を賄うのが一般的であった。この点、本発明の処理方法によれば、転炉非稼働時にも発電用のエネルギーを供給することができる。
▲２▼．転炉の非稼働時間が短くなって炉内耐火物が冷えることがないため、耐火物の熱膨張、収縮による損耗の低減が実現できる。
▲３▼．発生した酸素ガスを燃焼させて蒸気として回収することにより、製鋼工場内の２次精錬設備での利用などが可能となる。
▲４▼．溶製温度が低いなどの理由により予め次チャージにＣ添加を予定している場合は、廃棄固形物の固定炭素分を完全に燃焼させずに残留させれば良い。この結果、原料コストの低減に繋がる。もちろん、Ｃ添加が必要ない場合は、炉内予熱やスクラップ予熱を実施して残留固体Ｃの燃焼あるいは発生ガスの燃焼を導き、熱的、エネルギー的に有効活用することになる。
【００２７】
【実施例】
（実施例１）
図３に示す 160ton 上吹き転炉を用い、表２に示す条件にしたがって実験を行った。この実験に当たっては、煙道内の爆発を避けるために不活性ガスをガス回収前後に煙道内に30秒間供給した。また、処理中は上吹き酸素を供給し、廃棄固形物は電磁フィーダーを使用して、供給速度を抑えながら添加した。その結果を表２に併せて示す。
この表に示す結果から明らかなように、従来はエネルギー生産のなかった転炉の非稼働時間において、廃棄物原料１ｔ当たり1284Mcalのエネルギー、廃棄物原料１ｔ当たり 542kgの蒸気を生産することが可能であることがわかった。また、排ガス中には少量のCl分、冷却, 洗浄水中には微量のNaCl, FeCl3, CaCl2が検出されたが、ダイオキシン等の有機塩素化合物は、排ガスの冷却、洗浄水中にも、また冷却、洗浄後の排ガス中にも全く検出されなかった。また、排ガス，集塵水中の微量元素については、排ガス系設備の腐食性に悪影響を及ぼすことはなかった。
【００２８】
【表２】
0003952578.tif 000003
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、転炉の非稼働時間を利用して廃棄物のエネルギーをクリーンに有効利用することが可能となった。また、転炉での回収熱の有効利用が可能であり、さらには、添加するＣ分の原料コストの削減、あるいはスクラップ予熱による転炉での昇熱負荷の軽減が実現できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】成分別発生ガス濃度の経時変化を示すグラフである。
【図２】雰囲気温度と成分別ガス発生量の関係を示すグラフである。
【図３】実施例で使用した転炉を示す模式図である。
【符号の説明】
１  上底吹き転炉
２  フード
３  廃棄物溶融物質
４  上吹きランス
５  酸素ガス
６  排ガス
７  酸素ガス＋Ｐｒガス
８  燃焼後灰分
【図１】
0003952578.tif 000004
【図２】
0003952578.tif 000005
【図３】
0003952578.tif 000006