(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリ塩化ビフェニルと液状炭化水素とを含む液体燃料に、酸化還元電位が−１００〜−２５００ｍＶに低下された還元水を容積比で５〜２０％混合し、且つ、これを減圧沸騰してエマルジョン化してから燃焼させ、前記液体燃料の燃焼ガス中に、酸化還元電位が−１００〜−２５００ｍＶに低下された還元水及び液状炭化水素を混合し、減圧沸騰してエマルジョン化してから噴霧し、燃焼ガスとの乱流拡散混合を起こしつつ燃焼させることを特徴とするポリ塩化ビフェニルの燃焼分解方法。
【請求項２】
請求項１において、前記液体燃料の燃焼ガス中に、空気を吹き込んで乱流拡散混合を生起させて、未燃流体燃料を燃焼させることを特徴とするポリ塩化ビフェニルの燃焼分解方法。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記液体燃料の燃焼ガスの排出流の断面積を１／４以下に絞って、次に、排出流の断面積を大きくして燃焼ガスを膨張させて排出することを特徴とするポリ塩化ビフェニルの燃焼分解方法。
【請求項４】
請求項３において、前記膨張した燃焼ガス中に、酸化還元電位が−１００〜−２５００ｍＶに低下された還元水及び液状炭化水素を混合し、減圧沸騰してエマルジョン化してから噴霧し、前記膨張した燃焼ガスとの乱流拡散混合を起こしつつ燃焼させることを特徴とするポリ塩化ビフェニルの燃焼分解方法。
【請求項５】
請求項４において、前記乱流拡散混合を生じた燃焼ガスを、１４００℃以上で、１〜２分間滞留させることを特徴とするポリ塩化ビフェニルの燃焼分解方法。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかにおいて、前記還元水は、水中に第１、第２、第３の電極を配置し、前記第１、第２の電極として酸化還元電位を低下させるアルミニウム又はマグネシウムの一方からなる電極を用い、前記第１、第２の電極間に交流を印加し、前記第３の電極を接地することにより、前記第１、第２の電極から前記第３の電極に前記水を経て直流電流を流し、該水を電気分解して形成することを特徴とするポリ塩化ビフェニルの燃焼分解方法。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかにおいて、前記液状炭化水素は、重油、灯油、軽油、廃油、アルコール又はジメチルエーテルのいずれかであることを特徴とするポリ塩化ビフェニルの燃焼分解方法。
【請求項８】
ポリ塩化ビフェニルと液状炭化水素とを含む液体燃料に、酸化還元電位が−１００〜−２５００ｍＶに低下された還元水を、容積比で５〜２０％混合した混合燃料を供給する燃料供給装置と、
前記供給された混合燃料を減圧沸騰させる減圧装置と、
両端有蓋の円筒形状であって、内部が長手方向中間部に設けられた絞り部により第１燃焼室及び第２燃焼室に分けられた炉本体と、
この炉本体における前記第１燃焼室の上端の上部鏡板に取り付けられ、前記減圧装置を介して前記燃料供給装置から供給され、減圧沸騰により少なくとも一部が気化した前記混合燃料の燃焼による火炎を形成する第１のバーナーと、
前記第１燃焼室の前記第１のバーナー側の略半分の領域から構成される第１混合部の周壁に、前記上部鏡板に向けて斜めに取り付けられ、圧縮空気流、又は、減圧装置を介して供給され、減圧沸騰により少なくとも一部が気化した前記還元水及び液状炭化水素の混合燃料の燃焼による火炎の一方を選択的に形成可能な少なくとも一つの第１混合バーナーと、
前記第２燃焼室の、前記絞り部側の略半分の領域から構成される第２混合部の周壁に、前記絞り部に向けて斜めに取り付けられ、減圧装置を介して供給され、減圧沸騰により少なくとも一部が気化した前記還元水及び液状炭化水素の混合燃料の燃焼による火炎を形成する少なくとも一つの第２混合バーナーと、
前記第２燃焼室の前記第２混合部の残りの領域から構成され、燃焼ガスを一定時間滞留させる２次燃焼部と、
前記第２燃焼室の下端の下部鏡板に設けられたガス排出口と、を有してなるポリ塩化ビフェニルの高温焼却装置。
【請求項９】
請求項８において、前記第１燃焼室の前記第１混合部の残りの領域から、バーナーからの火炎と、前記第１の混合バーナーからの火炎又は空気流を混合させ、乱流拡散混合を促進する１次燃焼部を形成したことを特徴とするポリ塩化ビフェニルの高温焼却装置。
【請求項１０】
請求項８又は９において、前記絞り部のガス通過断面積は、この前後の第１及び第２の燃焼室におけるガス通過断面積の１／４以下とされたことを特徴とするポリ塩化ビフェニルの高温焼却装置。
【請求項１１】
請求項８、９又は１０において、水中に第１、第２、第３の電極を配置し、前記第１、第２の電極として酸化還元電位を低下させる金属からなる電極を用い、前記第１、第２の電極間に交流を印加し、前記第３の電極を接地することにより、前記第１、第２の電極から前記第３の電極に前記水を経て直流電流を流し、該水を電気分解し、これを前記燃料供給装置に供給する還元水製造装置を、更に設けたことを特徴とするポリ塩化ビフェニルの高温焼却装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ＰＣＢ（ポリ塩化ビフェニル）及びＰＣＢと油類の混合廃棄物等を高温燃焼させ、無害な排ガスとして処理するＰＣＢの燃焼分解方法及びＰＣＢの高温焼却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＰＣＢは化学的に安定な化合物で、かって熱媒体、絶縁油、可塑剤、潤滑油、塗料等の用途に世界中で約１２０万トンが生産されたと推定されている。
【０００３】
ＰＣＢとはビフェニル構造の水素が塩素で置換されたものの総称であり、置換塩素の数と位置によって理論上では２０９種の化合物が存在する。実際の市販品でも１００種以上のＰＣＢが確認されており、市販のＰＣＢはすべてＰＣＢ単体の混合物である。
【０００４】
利用の増加にしたがってＰＣＢが深刻な汚染を起こすことが明らかになり、日本では１９７２年に製造、使用が禁止され、その後特定化学物質に指定され厳重な管理を義務づけられることになった。
【０００５】
しかしながら、ＰＣＢは非常に安定な化合物で、また、焼却によりダイオキシンを発生することから、安全な処理がむずかしく、大量の未処理ＰＣＢが残っている。
【０００６】
日本では９０年改正の法律により厳重な管理が要求されているが、保管施設での火災や地震、移送中での事故や揮発したＰＣＢによる周辺住民へのリスク等、保管によるコスト負担は大きく（処理コストの１０００倍とも言われる）、積極的にこれを分解処理する技術の開発、実用化が求められている。
【０００７】
ＰＣＢの分解技術としては、従来、焼却処理、物理化学的処理、生物化学的処理（バイオレメデイエーション）の３種類が検討されて来た。
【０００８】
このうち物理化学的処理（触媒による脱塩素法や光分解また超臨界水による分解等）と生物化学的処理（微生物による化学物質の分解）は未だ研究段階で、実用化するには時間がかかる。
【０００９】
最も実用化可能性があるのは高温による焼却処理であり、現在１１５０℃、噴霧したＰＣＢの炉内滞留時間２秒、過剰酸素３％でテスト燃焼させ、分解効率９９．９９９９％（６−ナイン）が確認されれば、法令上ＰＣＢ処理が許可されることになっている。
【００１０】
ＰＣＢ焼却処理で実用化された日本で唯一の例の装置では、横型円筒式分解炉の炉頭円周上に、ＰＣＢとケロシンの混合物を供給する２流体バーナー３本が、互いの液滴が相互干渉しないように配置され、バーナーで最大径１５０μｍまで微粒子化されたＰＣＢを、約１４５０℃の高温雰囲気中に噴霧燃焼させる構造になっている。
【００１１】
この分解炉は、燃焼ガスが混合をよくするため円筒状炉内を渦巻き状に流れ、且つ、２．５秒以上の滞留後に、炉の下流に押し出され、排ガスはダイオキシンの再合成を最小化するため、炉を出た後で水中で瞬間的に冷却されるように構成されている。
【００１２】
この分解炉で、約２年間に廃ＰＣＢ約５５００トンが、９９．９９９９９９％（８−ナイン）の熱分解効率で処理された。
【００１３】
しかしこの分解炉は、高温で燃焼させるため炉の運転、制御が難しいこと、及び未分解のＰＣＢが灰に含まれること、また炉内の温度分布が局所的な不均一を起こし多少温度が低い部分があると、ＰＣＢより毒性の強いコプラナーＰＣＢやダイオキシンを発生する危険性があること等の問題点があった。
【００１４】
ここで、現在のダイオキシン類に係わる環境基準及び排出基準は、大気排出基準では原料処理能力１ｔ／時以上の大型炉の場合、０．１ｎｇ−ＴＥＱ／ｍ3Ｎ、中型炉で１ｎｇ−ＴＥＱ／ｍ3Ｎ、小型炉では５ｎｇ−ＴＥＱ／ｍ3Ｎであり、水質排出基準値では１０ｐｇ−ＴＥＱ／lである。
【００１５】
この発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、排ガス中のダイオキシンの量（未分解ＰＣＢを含む）を大幅に低減させ、上記規定値を下回ってＰＣＢ分解率９９．９９９９９９％（８−ナイン）を達成できるようにしたＰＣＢの燃焼分解方法、及びＰＣＢの高温焼却装置を提示することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、先に、特願平１１−１３８４１２により、たとえば重油からなる液体燃料中に、電気分解によって酸化還元電位が低下された水（特許第２６２３２０４号参照）を混入し、これを減圧沸騰させ、いわゆるエマルジョン化してから燃焼させると、燃焼排ガス中のダイオキシン類が大幅に低減されるという発明を提案した。
【００１７】
この発明は、本発明者の研究の結果に基づくものであり、上記重油の一部をＰＣＢに置き換え、エマルジョン化による完全燃焼効果により、混入されたＰＣＢも完全に分解、燃焼させようとするものである。
【００１８】
エマルジョン化による液体燃料の超微細粒子化は、これに一定の割合で混入しているＰＣＢにも同等に作用し、液体燃料とともに混入したＰＣＢも超微細粒子化され、その分解、燃焼は液体燃料とほぼ同速度で進行する。
【００１９】
本方法発明は、ポリ塩化ビフェニルと液状炭化水素とを含む液体燃料に、酸化還元電位が−１００〜−２５００ｍＶに低下された還元水を容積比で５〜２０％混合し、且つ、これを減圧沸騰してエマルジョン化してから燃焼させ、前記液体燃料の燃焼ガス中に、酸化還元電位が−１００〜−２５００ｍＶに低下された還元水及び液状炭化水素を混合し、減圧沸騰してエマルジョン化してから噴霧し、燃焼ガスとの乱流拡散混合を起こしつつ燃焼させることを特徴とするポリ塩化ビフェニルの燃焼分解方法により、上記目的を達成するものである。
【００２１】
更に、前記液体燃料の燃焼ガス中に、空気を吹き込んで乱流拡散混合を生起させて、未燃流体燃料を燃焼させるようにしてもよい。
【００２２】
更に又、前記液体燃料の燃焼ガスの排出流の断面積を１／４以下に絞って、次に、排出流の断面積を大きくして燃焼ガスを膨張させて排出するようにしてもよい。
【００２３】
又、前記膨張した燃焼ガス中に、酸化還元電位が−１００〜−２５００ｍＶに低下された還元水及び液状炭化水素を混合し、減圧沸騰してエマルジョン化してから噴霧し、前記膨張した燃焼ガスとの乱流拡散混合を起こしつつ燃焼させるようにしてもよい。
【００２４】
更に、前記乱流拡散混合を生じた燃焼ガスを、１４００℃以上で、１〜２分間滞留させるようにしてもよい。
【００２５】
更に又、前記還元水は、水中に第１、第２、第３の電極を配置し、前記第１、第２の電極として酸化還元電位を低下させるアルミニウム又はマグネシウムの一方からなる電極を用い、前記第１、第２の電極間に交流を印加し、前記第３の電極を接地することにより、前記第１、第２の電極から前記第３の電極に前記水を経て直流電流を流し、該水を電気分解して形成するようにしてもよい。
【００２６】
又、前記液状炭化水素は、重油、灯油、軽油、廃油、アルコール又はジメチルエーテルのいずれかとしてもよい。
【００２７】
本装置発明は、ポリ塩化ビフェニルと液状炭化水素とを含む液体燃料に、酸化還元電位が−１００〜−２５００ｍＶに低下された還元水を、容積比で５〜２０％混合した混合燃料を供給する燃料供給装置と、前記供給された混合燃料を減圧沸騰させる減圧装置と、両端有蓋の円筒形状であって、内部が長手方向中間部に設けられた絞り部により第１燃焼室及び第２燃焼室に分けられた炉本体と、この炉本体における前記第１燃焼室の上端の上部鏡板に取り付けられ、前記減圧装置を介して前記燃料供給装置から供給され、減圧沸騰により少なくとも一部が気化した前記混合燃料の燃焼による火炎を形成する第１のバーナーと、前記第１燃焼室の前記第１のバーナー側の略半分の領域から構成される第１混合部の周壁に、前記上部鏡板に向けて斜めに取り付けられ、圧縮空気流、又は、減圧装置を介して供給され、減圧沸騰により少なくとも一部が気化した前記還元水及び液状炭化水素の混合燃料の燃焼による火炎の一方を選択的に形成可能な少なくとも一つの第１混合バーナーと、前記第２燃焼室の、前記絞り部側の略半分の領域から構成される第２混合部の周壁に、前記絞り部に向けて斜めに取り付けられ、減圧装置を介して供給され、減圧沸騰により少なくとも一部が気化した前記還元水及び液状炭化水素の混合燃料の燃焼による火炎を形成する少なくとも一つの第２混合バーナーと、前記第２燃焼室の前記第２混合部の残りの領域から構成され、燃焼ガスを一定時間滞留させる２次燃焼部と、前記第２燃焼室の下端の下部鏡板に設けられたガス排出口と、を有してなるポリ塩化ビフェニルの高温焼却装置により、上記目的を達成するものである。
【００２８】
又、前記第１燃焼室の前記第１混合部の残りの領域から、バーナーからの火炎と、前記第１の混合バーナーからの火炎又は空気流を混合させ、乱流拡散混合を促進する１次燃焼部を形成してもよい。
【００２９】
更に、前記絞り部のガス通過断面積は、この前後の第１及び第２の燃焼室におけるガス通過断面積の１／４以下としてもよい。
【００３０】
更に又、水中に第１、第２、第３の電極を配置し、前記第１、第２の電極として酸化還元電位を低下させる金属からなる電極を用い、前記第１、第２の電極間に交流を印加し、前記第３の電極を接地することにより、前記第１、第２の電極から前記第３の電極に前記水を経て直流電流を流し、該水を電気分解し、これを前記燃料供給装置に供給する還元水製造装置を、更に設けてもよい。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態の例を図面を参照して詳細に説明する。
【００３２】
図１に示されるように、この実施の形態の例に係るポリ塩化ビフェニル（以下ＰＣＢ）の高温焼却装置１０は、ＰＣＢと例えば重油等の液状炭化水素とを含む液体燃料に、酸化還元電位が−１００〜−２５００ｍＶに低下された還元水を、容積比で５〜２０％混合した混合燃料を供給する燃料供給装置１２と、前記供給された混合燃料を減圧沸騰させる減圧装置１４（図３参照）と、両端有蓋の円筒形状であって、内部が長手方向中間部に設けられた絞り部１６により第１燃焼室１８及び第２燃焼室２０に分けられた炉本体２２と、この炉本体における前記第１燃焼室１８の端部（上端）の上部鏡板１９に取り付けられ、前記減圧装置１４を介して前記燃料供給装置１２から供給され、減圧沸騰により少なくとも一部が気化した前記混合燃料の燃焼による火炎を形成するメインバーナー２４と、前記第１燃焼室１８の前記メインバーナー２４側の略半分の領域から構成される第１混合部１８Ａの周壁２２Ａに、前記上部鏡板１９に向けて斜めに取り付けられ、圧縮空気流、又は、前記減圧装置１４を介して前記燃料供給装置１２から供給され、減圧沸騰により少なくとも一部が気化した前記混合燃料の燃焼による火炎の一方を選択的に形成可能な２本の第１混合バーナー２６、２６と、前記第２燃焼室２０の、前記絞り部１６側の略半分の領域から構成される第２混合部２０Ａの周壁２２Ａに、前記絞り部１６に向けて斜めに取り付けられ、前記減圧装置１４を介して前記燃料供給装置１２から供給され、減圧沸騰により少なくとも一部が気化した前記混合燃料の燃焼による火炎を形成する２本の第２混合バーナー２８、２８と、前記第２燃焼室２０の前記第２混合部の残りの領域（下半部）から構成され、燃焼ガスを一定時間滞留させるための２次燃焼部２０Ｂと、前記第２燃焼室２０の端部（下端）の下部鏡板（底部）２１に設けられたガス排出口３０と、を備えて構成されている。
【００３３】
前記第１燃焼室１８の、前記第１混合部１８Ａの残りの領域（下半部）は、メインバーナー２４からの火炎と、前記第１混合バーナー２６からの火炎又は空気流を混合させて、乱流拡散混合を促進する１次燃焼部１８Ｂを形成している。
【００３４】
又、前記絞り部１６は、その前後の第１燃焼室１８と第２燃焼室２０の内側断面積、即ち燃焼ガスの通過断面積に対して１／４以下の面積とされている。
【００３５】
前記燃料供給装置１２は、廃ＰＣＢタンク３２からの廃ＰＣＢと、燃料タンク３４からの液状炭化水素を必要に応じてラインミキサー３５により加えて形成された液体燃料と、還元水製造装置３６で形成された還元水とを混合して、前記メインバーナー２４に混合燃料として供給するようにされている。又、燃料タンク３４からの液状炭化水素と還元水製造装置３６からの還元水は、第１及び第２混合バーナー２６、２８に供給できるようにされている。
【００３６】
前記２本の第１混合バーナー２６、２６は、１８０°対向した位置に、円周方向斜め内側、且つ、上方に向けて回転流を形成するように周壁２２Ａに設けられ、又、２本の第２混合バーナー２８、２８は、第１混合バーナー２６、２６と９０°異なるオリエンテーションで、１８０°対向して同様に周壁２２Ａに設けられている。
【００３７】
図の符号２３は炉本体２２の外周を取り囲み、その内側に冷却水を導入するためのジャケットを示す。
【００３８】
又、図１において符号３８Ａ、３８Ｂは、それぞれ第１燃焼室１８の下部及び第２燃焼室２０の下部に配置された温度センサを示す。この温度センサ３８Ａ、３８Ｂの検出信号は、制御装置４０（図２参照）に出力され、制御装置４０は、これら第１燃焼室１８及び第２燃焼室２０下部における燃焼ガスの温度を設定値に制御すべく、前記メインバーナー２４に供給する廃ＰＣＢと液状炭化水素及び空気の混合比を制御し、更に、前記第１混合バーナー２６については、空気のみを噴出させるか、あるいは空気に液状炭化水素を混合して供給する場合のその混合比、第２混合バーナー２８については、液状燃料の供給量及びこれと空気の混合比をそれぞれ制御できるようにされている。
【００３９】
次に、前記メインバーナー２４、第１及び第２混合バーナー２６、２８の詳細な構成について、図３、４を参照して説明する。ここで、これらバーナーは同一形状であるので、メインバーナー２４を説明することによって第１及び第２混合バーナー２６、２８については説明を省略する。
【００４０】
このメインバーナー（以下バーナー）２４は、先端に外側ノズル開口５２Ａを備えた筒状のアウタノズル５２と、このアウタノズル５２の内側に、これと同軸的に配置され、先端に、前記外側ノズル開口５２Ａと同心状であり、且つ、その軸方向内側に近接した位置で開口する内側ノズル開口５４Ａを備えたインナノズル５４と、を有してなり、このインナノズル５４に向けて、このインナノズル５４内に設けられた前記減圧装置１４から、減圧沸騰により一部又は全部が気化した混合燃料を前記内側ノズル開口５４Ａから噴出させ、アウタノズル５２とインナノズル５４の間の環状空間５３に供給された空気と混合して、外側ノズル開口５２Ａから噴出させ、この噴出流を着火燃焼させるものである。
【００４１】
図１〜３の符号５８は、前記アウタノズル５２とインナノズル５４との間の環状空５３間に流量制御弁２４Ａを介して空気を加圧して供給するためのエアポンプを示す。前記燃料供給装置１２は、ラインミキサー３５からの液状燃料を前記インナノズル５４の、内側ノズル開口５４Ａと反対側の基端に供給するための流量制御弁６１を含む。
【００４２】
又、燃料タンク３４からの液状燃料及び還元水製造装置３６からの還元水は、流量制御弁２６Ａ、２８Ａを介して第１、第２混合バーナー２６、２８にそれぞれ供給されるようになっている。
【００４３】
更に、前記エアポンプ５８は流量制御弁２６Ｂ、２８Ｂを介して第１、第２混合バーナー２６、２８にそれぞれ圧縮空気を供給できるようにされている。図２に示されるように、前記流量制御弁２４Ａ、２６Ａ、２６Ｂ、２８Ａ、２８Ｂ、６１は、制御装置４０により制御されるようになっている。
【００４４】
前記インナノズル５４は、前記内側ノズル開口５４Ａを備えたノズル部５５Ａと、このノズル部５５Ａの基端が螺合されている中間筒部５５Ｂと、この中間筒部５５Ｂの基端側に螺合されている燃料供給管５５Ｃと、から構成され、これらの中心を通って燃料通路６４が形成されている。
【００４５】
前記減圧装置１４は、燃料通路６４の途中に形成された燃料溜り６６と、この燃料溜り６６内に、この燃料溜り６６を前記内側ノズル開口５４Ａ側と燃料ボンベ６０側とに分けると共に、これらを、多数の細孔６８Ａにより連通するようにした減圧板６８と、を備えて構成されている。
【００４６】
前記燃料溜り６６は、前記中間筒部５５Ｂの基端と燃料供給管５５Ｃの先端との間に形成され、減圧板６８は、中間筒部５５Ｂの基端外側に螺合されると共に、前記燃料供給管５５Ｃの先端は、中間筒部５５Ｂに螺合されている前記減圧板６８の基端側外周に螺合されている。
【００４７】
この減圧板６８は、図４に拡大して示されるように、インナノズル５４の基端方向に突出する円錐台形状とされ、流量制御弁６１からインナノズル５４の基端に供給された液状の混合燃料が、細孔６８Ａを通って内側ノズル開口５４Ａ方向に導出するとき、これを減圧して沸騰させるようにしている。
【００４８】
図３の符号７０は、前記内側ノズル開口５４Ａを形成するように、ノズル部５５Ａの先端に取り付けられているジェットリングを示す。
【００４９】
前記アウタノズル５２は、外側ノズル開口５２Ａが形成されているノズル部５３Ａと、このノズル部５３Ａの基端が螺合されている筒部５３Ｂと、から構成され、筒部５３Ｂには、エアジョイント５９Ａを介してエアポンプ５８からの空気を導入する空気供給管５９Ｂが螺合されている。
【００５０】
図３の符号７２は、前記アウタノズル５２におけるノズル部５３Ａと筒部５３Ｂとが螺合される際に、両者間に取付固定されるセンタリングを示す。このセンタリング７２は、前記インナノズル５４における中間筒部５５Ｂ先端近傍を外側から支持し、インナノズル５４をアウタノズル５２と同軸的に位置決めするものである。
【００５１】
前記センタリング７２は、前記中間筒部５５Ｂの先端から軸方向に延在し、且つ、これと直角に屈曲し、略３０°の角度範囲で形成された取付溝７３に、軸方向に挿入され、且つ、円周方向に回転されることにより中間筒部５５Ｂに嵌装されている。
【００５２】
前記インナノズル５４を内装したアウタノズル５２は、エアブロア（図示省略）からの空気が供給される外側空気供給管７６の中心軸線上に配置されている。
【００５３】
前記液体燃料に混合する還元水は、例えば特許第２６２３２０４号に開示されるような方法で製造する。
【００５４】
即ち、図５に示されるように、前記還元水製造装置３６は、水を入れた容器８０内に、第１、第２、第３の電極８２Ａ、８２Ｂ、８２Ｃを設け、第３の電極８２Ｃは接地し、第１及び第２の電極８２Ａ、８２Ｂに１０Ｖ〜２００Ｖの電圧で２０Ｈｚ以上の高周波の交流を、第１、第２の高周波スイッチ８４Ａ、８４Ｂの作用で交互に印加することによって、第１、第２の電極８２Ａ、８２Ｂから第３の電極８２Ｃに、前記水を経て直流電流を流し、電極間の水を電気分解することによって還元水を形成するものである。
【００５５】
ここで、前記第１、第２の電極８２Ａ、８２Ｂは、酸化還元電位を低下させる、例えばリチウム、亜鉛、マグネシウム、鉄、ステンレス、アルミニウム、銅等の金属から構成されている。
【００５６】
このような電気分解により、水の酸化還元電位を−１００ｍＶ〜−２５００ｍＶ程度まで低下させると、前述の特許第２６２３２０４号明細書に記載されるように、水の洗浄力が増大したり、有機化合物を無害化することが知られいるが、本発明者は、この酸化還元電位が低下された還元水を重油等の液体燃料に混合して燃焼させると、燃焼排ガス中のダイオキシン類の発生を大幅に抑制することができるということを発見した。
【００５７】
又、前記還元水の前記液体燃料への混合比は、容積比で５〜２０％程度がよい。なお、還元水が５％未満では効果が少なく、２０％を越えると効果が低減したが、１５％のとき、ダイオキシン低減効果が最大であった。又、ダイオキシン低減効果は、上記酸化還元電位が、−１００ｍＶよりも大きいとき少なく、小さい程大きいが、現在の技術での最小電圧は−２５００ｍＶである。
【００５８】
前記還元水は、予め製造しておいて、これを液体燃料と混合してもよく、又前述のような第１〜第３の電極８２Ａ〜８２Ｃを含む還元水製造装置３６により、連続的に還元水を製造しつつ、これを前記燃料供給装置あるいは混合バーナーに供給するようにしてもよい。
【００５９】
次の上記ＰＣＢ高温焼却装置１０により廃ＰＣＢを燃焼分解する過程（方法）について説明する。
【００６０】
市販のＰＣＢには１００種ほどの種類があり、又通常の処理対象となる廃ＰＣＢは、他の種類の油類との混合物となっていることが多い。
【００６１】
たとえば、熱媒体として使用されていたものは４塩化ビフェニルに灯油等の油類が含まれたもので、そのＰＣＢ濃度は５０〜７５％、塩素濃度は３０〜４０％、発熱量は６０００から７０００ｋｃａｌ／ｋｇである。
【００６２】
ここではＰＣＢとして４塩化ビフェニルを例として説明する。
【００６３】
４塩化ビフェニルを高温加熱し、空気中で完全燃焼させると以下のように炭酸ガスと塩化水素と水蒸気に分解される。
【００６４】
Ｃ12Ｈ8Ｃｌ4＋１２．５Ｏ2＝１２ＣＯ2＋４ＨＣｌ＋Ｈ2Ｏ
【００６５】
また廃ＰＣＢ中に含まれている油類を重油相当と仮定し、その成分を炭素分（Ｃ）８５重量％、水素分（Ｈ）１５重量％とすれば、油１ｋｇあたり理論空気使用量は１１．６ｍ3Ｎ／ｋｇ、理論燃焼後の排ガスモル組成は、ＣＯ2が１２．９％、Ｈ2Ｏが１３．４％、Ｎ2が７３．７％である。
【００６６】
廃ＰＣＢに混入されている油類の量と種類は、前もって知ることができないから、ＰＣＢ焼却装置はどのような廃ＰＣＢにも対応していなければならない。
【００６７】
このＰＣＢ高温焼却装置１０では、メインバーナー２４に送入する廃ＰＣＢ及び液状炭化水素の量は制御装置４０により自由にコントロールできる。たとえばＰＣＢ１００％の廃ＰＣＢ処理であれば相当する液状炭化水素を添加し、また廃ＰＣＢのＰＣＢ濃度にしたがって装置内の温度センサ３８Ａ、３８Ｂを参考にして、自由に制御できる。
【００６８】
ここでは、廃ＰＣＢのＰＣＢ濃度が６０重量％、混入油類が４０重量％の重油相当油の場合を例として説明する。
【００６９】
この場合は、メインバーナー２４に送入する廃ＰＣＢには、新たに液体燃料を加える必要はなく、そのまま燃焼させる。
【００７０】
この廃ＰＣＢが６０００ｋｃａｌ／ｋｇの発熱量をもつとすれば、これを理論空気量で完全燃焼させれば、ＰＣＢの分解、燃焼と油類の燃焼で生成する排ガスモル組成は、ＣＯ2が１５．１％、Ｈ2Ｏが９．０％、Ｎ2が７３．６％、ＨＣｌが２．３％であり、理論火焔温度は１９５０℃となる。
【００７１】
ＰＣＢの熱分解速度に関する研究では、Ｄ．Ｓ．Ｄａｖａｌｉ他の論文があるが、６４０℃、１秒で熱分解が始まり、８００℃、１秒では９９．９％の分解が行われると報告されている。しかし９９．９９９９９９％（８−ナイン）の分解をおこなわせるにはこのような条件では不足で、１０００℃で１．６秒、１４００℃では１／１００秒程度が必要とされている。
【００７２】
従って、装置に送入された廃ＰＣＢ全量を上記のように分解するには、液体ＰＣＢをいかに均一に微粒子化しうるかの問題と、炉内全体をいかに均一な高温にしうるかの２問題がある。
【００７３】
一部でも粒子サイズに熱伝達の悪い部分があれば未分解のまま排出される可能性があり、また炉内の一部に低温部分があれば同様なことになる。
【００７４】
従って、バーナーによる十分な微粒子化と、十分高温な炉内温度分布が必須の条件であり、本発明の装置では、多種な廃ＰＣＢの組成に対応しながら、前記還元水使用のエマルジョンバーナーであるメインバーナー２４と、第１混合バーナー２６と、炉内での衝突と絞りによる十分な乱流拡散と完全混合構造を持ち、さらに第２混合バーナー２８による２次燃焼ゾーンを含めた十分な炉内滞留時間を得て、ＰＣＢを完全に焼却させる。
【００７５】
このＰＣＢの燃焼分解方法は、ＰＣＢを含む燃料のエマルジョン化と乳化させる流体として還元水を使用することが特徴であり、エマルジョン燃焼本来の効果として、水の急膨張蒸発による燃料の広域分散−広角炎化が挙げられるが、表面張力が極度に小さい還元水の使用で、水の超微粒子が炉内に広域拡散する結果、燃焼室温度の均一化がもたらされ、分解、燃焼速度の遅いＰＣＢでも完全分解、燃焼が達成される。
【００７６】
廃ＰＣＢは、炉外のラインミキサー３５で液状炭化水素と混合され、さらに還元水を加えてメインバーナー２４のバーナー内管に導入される。
【００７７】
この場合、廃ＰＣＢによっては５０〜７０℃に加熱して粘度を下げ、還元水によるエマルジョン化をしやすくする必要がある。
【００７８】
廃ＰＣＢが相当量の液状炭化水素をすでに含んでいる場合は、新たな液状炭化水素を混合する必要はなく、５〜２０％の還元水を直接廃ＰＣＢに混合する。
【００７９】
このメインバーナー２４においては、廃ＰＣＢ又は廃ＰＣＢと重油等の液状炭化水素からなる液体燃料と前記還元水とを混合してなる混合燃料が燃料溜り６６中の減圧板６８における細孔６８Ａから流出するときに減圧沸騰して、気化及び微粒子となり、インナノズル５４先端のジェットリング７０から圧力をもって噴出される。このとき、エアポンプ５８から圧送される空気と良好に混合され、着火燃焼する。
【００８０】
アウタノズル５２から噴き出した燃焼炎は、更に外側空気供給管７６からの空気と混合されることによって完全燃焼すると共に、該外側空気供給管７６先端の出力開口７６Ａから空気流に乗って第１燃焼室１８内に流入する。
【００８１】
前記出力開口７６Ａは、前方に拡開するテーパ状に形成されているので、火炎が短く広く放射される。
【００８２】
メインバーナー２４は、同一の条件でほぼ理論燃焼空気量に近い領域で運転され、バーナー出口では最高燃焼温度になっていて、出力開口７６Ａの形状に加えて、還元水によるエマルジョン燃焼で短くまた広い火炎を形成し、火炎長はほぼ上部鏡板１９内側になる。
【００８３】
第１、第２混合バーナー２６、２８はやや上向きに傾斜して取り付けられ、全体の空気過剰率が２０％位になるように通常は空気だけを導入する。
【００８４】
バーナー２４、２６が囲む炉上部の約半分が高温の１次混合部１８Ａで、気流の炉上部壁への衝突と旋回による渦流、及び２本の第１混合バーナー２６、２６による空気流との混合で乱流拡散混合を促し、還元水による効果と合わせて、送入された廃ＰＣＢのほとんど全て（９９．９９％以上）を分解、燃焼させる。
【００８５】
２本の第１混合バーナー２６、２６からの空気導入で、１９００℃程度の理論火焔温度から１６００℃程度まで温度を下げて、第１燃焼室１８の下半分の１次燃焼部１８Ｂに導入する。
【００８６】
１次燃焼部１８Ｂでは、燃焼ガス中の未分解ＰＣＢをさらに分解させ、炉中央の絞り部１６に導入する。第１燃焼室１８は１〜２分の滞留時間を持ち、絞り部１６に設置されている温度センサ３８Ａで１４００℃以上をキープするように、制御装置４０によりバーナー２４へ送入する液体燃料量及び第１混合バーナー２６の空気量で制御されるが、炉内温度が低い場合は第１混合バーナー２６に液体燃料と還元水を導入しエマルジョン燃焼させることもできる。
【００８７】
絞り部１６では、炉断面積が約１／４以下になるように断熱材を施工し、１次燃焼部１８Ｂを出た燃焼ガスを通過させるので、炉内に生じたミクロな温度及びガス濃度のむらを、絞り部１６と第２燃焼室２０へ膨張させることによって混合均一化し、下部の２次混合部２０Ａへ導入する。
【００８８】
炉上部の第１燃焼室１８では、炉壁からの熱損失補償及び温度均一化には第１混合バーナー２６の液体燃料送入量制御で可能であるが、炉下部では熱損失補償ができないので、熱損失分補償と、上部からの燃焼ガスを再度高温火焔帯に通すために、絞り部１６の下部に、第１混合バーナー２６とは９０°異なるオリエンテーションで、第２混合バーナー２８、２８が設置されている。
【００８９】
第２混合バーナー２８、２８は第１混合バーナー２６、２６と同じように、やや上向きに傾斜して取り付けられ、還元水エマルジョンによる広域短炎長が炉中心線までとするようにし、絞り部１６を出たガスは２次混合部２０Ａにおける炉中心で第２混合バーナー２８、２８の火焔帯を通過し、混合される。
【００９０】
この２次混合部２０Ａを経たガスは、炉最下部の２次燃焼部２０Ｂに流れ，メインバーナー２４から送入された廃ＰＣＢの９９．９９９９９９％以上が分解、燃焼され、ガス排出口３０から流出する。
【００９１】
第２燃焼室２０では燃焼ガスは１〜２分の滞留時間を持ち、ガス排出口３０上部に設置されている温度センサ３８Ｂで１４００℃以上を維持するように、制御装置４０により第２混合バーナー２８、２８へ送入する液体燃料量を制御する。
【００９２】
このように、炉は中央の絞り部１６を境界として上下に２分割され、全体での滞留時間２〜４分は、気流の衝突、渦流、混合を繰り返し、絞りによるオリフィス効果と膨張、及び還元水エマルジョン燃焼の効果で、炉内が３次元的に均一な温度分布を形成する。
【００９３】
また、廃ＰＣＢのＰＣＢ種類（たとえばビフェニルに結合している塩素の数でその発熱量は大きく異なる）及び油類の混入度に応じて、バーナー２４、２６、２８の運転条件を変えることで自由に対応できる。
【００９４】
ガス排出口３０から流出したガスは、ダイオキシンの再合成を避けるため、冷却水クエンチで２００℃以下まで急降温させ、排ガス中塩化水素分をアルカリ洗浄で洗浄後、大気に排出される。
【００９５】
なお、安全対策として炉の運転圧力が負圧になるように、ブロワーまたはエジェクター等により下流で排ガスを引き出すとよい。
【００９６】
【実施例】
以下に、ＰＣＢ濃度６０％、混入油４０％の廃ＰＣＢ１００ｋｇ／ｈを、このＰＣＢ高温焼却装置１０で処理する実施例での炉内のフローバランス、その他について説明する。
【００９７】
処理する廃ＰＣＢは、ＰＣＢが６０重量％、混入油が４０重量％で、発熱量は６０００ｋｃａｌ／ｋｇ、ＰＣＢは４塩化ビフェニル、混入油は重油相当（８５％Ｃ、１５％Ｈ）である。
【００９８】
この場合は、ＰＣＢより燃焼速度の速い重油分が４０％あるので新たに液体燃料は添加せず、廃ＰＣＢ全量に対して１５％の還元水をエマルジョン用に添加する。
【００９９】
新たに液体燃料を加えるか否かは、温度センサ３８Ａ、３８Ｂの出力を見て、もしこの出力が低すぎれば混合バーナー２４、２６又は２８に液体燃料を添加するように制御する。
【０１００】
炉内のバーナー配置を、円周方向と流れ軸方向の両方に分散している理由は、炉内温度分布を均一にする目的以外に、このように他種類の廃ＰＣＢに自由に対応することも目的である。
【０１０１】
廃ＰＣＢ（ＰＣＢ６０％、油４０％の混合物）１００ｋｇ／ｈ（連続運転で２．４ｔ／ｄ）を処理する、実施例の炉大体の大きさは以下の表１のとおり。
【０１０２】
【表１】
0004244270.tif 000002
【０１０３】
なお、実際の施工では絞り部及び鏡板内部にガスが滞留しないように施工する。
【０１０４】
上記廃ＰＣＢの高温焼却処理の際の入出力フローバランスは、次の表２、３のようになった。
【０１０５】
【表２】
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【０１０６】
【表３】
0004244270.tif 000004
【０１０７】
前記燃料を減圧沸騰させるための減圧装置１４は、細孔６８Ａを備えた減圧板６８から構成されているが、本発明はこれに限定されるものでなく、他の減圧手段であってもよい。
【０１０８】
例えば、図６に示されるような他の構造の減圧装置８６であってもよい。この減圧装置８６は、前記図４の中間筒部を、中間部５５Ｄ、その両側に螺合する両端部５５Ｅ、５５Ｆとに３分割して構成し、中間部５５Ｄと両端部５５Ｅ、５５Ｆとの間に、燃料通路５４を流れる燃料に相互に反対方向の旋回流を形成する一対の旋回流形成羽根８８Ａ、８８Ｂを配置したものである。
【０１０９】
各旋回流形成羽根８８Ａ、８８Ｂは、図７に示されるように、円周方向に４５°の等角度間隔で８枚の羽根を備えると共に、これらの羽根が、燃料通路５４の軸方向から見て、円周方向の位相が２２．５°ずれるように配置されている。
【０１１０】
【発明の効果】
本発明は上記のように構成したので、ＰＣＢを、燃焼排ガス中にダイオキシン類やコプラナーＰＣＢを伴なうことなく分解燃焼させることができるという優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の例に係るＰＣＢ高温焼却装置を示す断面図
【図２】同ＰＣＢ高温焼却装置における制御系を示すブロック図
【図３】本発明の実施の形態の例に係るバーナーを示す一部ブロック図を含む拡大断面図
【図４】同要部を拡大して示す断面図
【図５】還元水製造装置を示す略示断面図
【図６】同バーナーの実施の形態の第２例を示す断面図
【図７】同要部を拡大して示す側面図
【符号の説明】
１０…高温焼却装置
１２…燃料供給装置
１４…減圧装置
１６…絞り部
１８…第１燃焼室
１８Ａ…１次混合部
１８Ｂ…１次燃焼部
１９…上部鏡板
２０…第２燃焼室
２０Ａ…２次混合部
２０Ｂ…２次燃焼部
２１…下部鏡板
２２…炉本体
２２Ａ…周壁
２３…ジャケット
２４…メインバーナー
２６…第１混合バーナー
２８…第２混合バーナー
３０…ガス排出口
３２…廃ＰＣＢタンク
３４…燃料タンク
３５…ラインミキサー
３６…還元水製造装置
３８Ａ、３８Ｂ…温度センサ
４０…制御装置
【図１】
0004244270.tif 000005
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0004244270.tif 000010
【図７】
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