JPH02135236A - 含塩素有機廃材の処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、廃プラスチックなどの含塩素有機廃材の処理
方法に関し、特に、酸素吹製精錬炉または溶解炉を利用
することによって、特別の処理設備なしに含塩素プラス
チック廃棄物などを安全に処理する方法に関する。

（従来の技術） 通常、プラスチック廃棄物中には平均値で７％程度の塩
素が化合物として含まれている。従来このようなプラス
チック廃棄物は埋め立てにより処分されていたが、埋め
立て処分は既に限界に近づきつつあるため、焼却処理に
よる処分が検討され、一部では実施されている。

しかし、通常の焼却炉では処理温度が平均９００°Ｃ以
下であり、猛毒のダイオキシン（テトラクロロジベンゾ
−ｐ−ジオキシンの略称）、塩素ガス等の有毒ガスが発
生する。これを防ぐためには処理温度を上げる必要があ
るが、通常の焼却炉では炉壁が溶融し、炉がもたない。

これを解決するには特殊な耐熱材料で構築した炉が必要
となり、化学プラントと同程度の極めて高価な焼却炉と
なるため、ｌｌ１ＹＪＸには導入できないという問題が
あった。

最近、この問題を解決する方法として、以下に示すよう
なペンラン−バイスマン法（Ｂｅｎｓｏｎ−Ｗｅｉｓｓ
ｍａｎ法、以下Ｂ−Ｗ法と略記する）が報告されている
〔ケミカル・エンジニアリング１９８７年８月号１９頁
［塩素化合物を含む廃棄物の安価な処理方法Ｊ　（ＣＩ
ＩＥＭＩＣＡＬ　ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ／ＡＵＧＵＳ
Ｔ　１７．１９８７．ｐ。

１９　’Ａ　ｃｈｅａｐｅｒ　ｍｅｔｈｏｄ　ｆｏｒ　
ｔｒｅａｔｉｎｇ　ｗａｓｔｅ　ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ
　ｃｈｌｏｒｉｎａｔｅｄ　ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ」））
。

すなわち、含塩素プラスチック廃棄物を先ずロータリー
キルン中で１５０℃まで加熱して塩素化合物を追い出し
、その塩素化合物を別の反応器に投入し、約１０００℃
でメタンと共に熱分解する。メタンは分解されて炭素と
水素とになり、塩素と水素とが結合して塩化水素になる
。炭素は残りの水素と結合してエチレン、アセチレンな
どのより高級な有機化合物を副生ずる。１０００℃程度
以上で反応させると塩化水素は安定形であり、排ガスの
水洗により塩化水素は水に溶解するので、水酸化ナトリ
ウムを添加することにより塩化ナトリウムとして回収さ
れる。

（発明が解決しようとする課題） 上記Ｂ−Ｗ法によると、有害な塩素ガスおよびダイオキ
シンの発生は防止できるが、ロータリーキルンおよび反
応器という二種類の高価な専用設備が必要であり、また
ロータリーキルンで１５０℃に、別の反応器で１０００
℃にそれぞれ加熱したり、メタンを添加する必要がある
など、作業性も良くない。

また、Ｂ−Ｗ法において反応器からの高温排ガスを溶融
合金鉄の加熱に利用することが試みられたが、その着熱
効率は２０〜４０％と低く、ロスが多い。

したがって、本発明の目的は、上記従来法の欠点を有せ
ず、有害なダイオキシや塩素ガスを発生させない、安価
な含塩素有機廃材の処理方法を堤供することである。

（課題を解決するための手段） 本発明者らは、含塩素有機廃材の焼却処理において、１
０００℃以上の温度ではダイオキシン、塩素ガス等の有
毒ガスが発生せず、水素の存在により塩化水素が安定し
て生成することから、メタル近傍での温度が１０００℃
以上となる酸素吹製精錬炉（および溶解炉）をその処理
に使うという着想を得た。この着想に基づいて種々検討
を重ねた結果、飛散しない形態の含塩素を機廃材を既存
の酸素吹製精錬炉に装入し、酸素吹錬することにより、
ダイオキシン、塩素ガス等の有毒ガスを発生させること
なくこの材料を熱分解させることができ、含有塩素分は
有機物中の水素と結合してすべて塩化水素となり、しか
も発生した熱量の５０〜９０％がメタルの昇温に利用さ
れるという高い着熱効率が得られることを見出して、本
発明を完成させた。

ここに、本発明の要旨は、含塩素有機廃材を飛散しにく
い形態に調整し、酸素吹製精錬炉または溶解炉により精
錬または溶解中の炉口における排ガス温度が１２５０℃
以上のときに、前記廃材を炉内のスラグ−メタルの上に
投入することを特徴とする含塩素有機廃材の処理方法で
ある。

（作用） 本発明で処理の対象となる含塩素有機廃材は、主として
プラスチック廃棄物であるが、プラスチック以外の含塩
素有機材料も本発明の方法で処理できる。

プラスチック類は一般に軽量であるため、そのまま酸素
吹錬中の精錬炉等に投入したのでは、酸素気流により飛
散し、処理を受けずに排ガスと共に精錬炉等から排出さ
れてしまう恐れがある。そのため、本発明においては、
含塩素有機材料を減容処理などにより飛散しにくい形態
にする。

粒子が飛散するかどうかは、主としてその嵩密度および
粒径に依存する。通常、プラスチック廃棄物を粉砕した
ものは、嵩密度が０．０１ｋｇ／　１のオーダーであり
、このような嵩密度では非常に飛散しやすい。

本発明者は、含塩素有機廃材の嵩密度と平均粒径とにつ
いて、飛散しない条件を求めるべく検討を重ねた結果、
第１図のグラフに示すごとく、はぼ飛散しなくなる範囲
を特定することができた。

すなわち、嵩密度０．１　ｋｇ／　１以上、平均粒径ｄ
（ｍＩｌｌ）≧（２，８／嵩密度）２″とするとほぼ飛
散しなくなることを確認した。したがって、本発明では
この条件を満たすように、含塩素有機廃材の嵩密度と粒
径を減容処理などにより調整するか、あるいはこの条件
を満たすものを選別して使用することが好ましい、嵩密
度０．３ｋｇ／　１以上、平均粒径５０ｍ１程度が特に
好ましい。

減容処理はプラスチック廃棄物などの有機廃材を単に圧
縮し、粒径を選別することでも可能であるが、その有機
材料が融着するが分解は起こらない程度の温度（例、３
００℃）で圧縮を行い、その後に融着圧縮体を適当な寸
法に切断することにより効果的に減容され、本発明で使
用するのに通した飛散しにくい形態とすることができる
。

本発明では含塩素有機廃材の処理に金属の精錬で使用さ
れる任意の酸素吹製精錬炉または溶解炉を利用すること
ができる。このような炉の代表例は、酸素上吹き転炉な
どの酸素製鋼炉である。後述するように本発明で使用す
る炉内には酸素が供給されている必要がある。また、こ
れらの炉で精錬または溶解中の炉口における排ガス温度
が１２５０℃以上のときに、含塩素有機廃材をスラグ−
メタル上に装入する。

酸素上吹き転炉による実験において、炉口での排ガス温
度を変えて炉内に含塩素を機廃材を入れたときの排ガス
中に含まれる塩素系ガスを分析したところ、第２図に示
すように、１２５０’Ｃ以上では塩化水素のみが発生す
るのに対し、１２５０ｔより低くなると塩素ガスが、１
２００℃以下になるとダイオキシンが発生してくること
が判明した。すなわち、炉口の排ガス温度が１２５０℃
以上のときは有毒ガスの発生はなく、含有塩素はすべて
塩化水素になる。

排ガス中の塩化水素は水に溶解させて塩酸として回収す
るか、あるいは、水酸化ナトリウムや水酸化カルシウム
などで中和して、塩化ナトリウムおよび塩化カルシウム
などとして回収することができる。

従来のＢ−Ｗ法と異なり、本発明の方法では水素供給源
としてメタンを添加しなくても塩化水素が発生する。水
素は装入した含塩素有機材料自体から供給される。通常
使用されている含塩素プラスチフクは塩素ｌ原子に対し
て水素を１原子以上含有している（例えば、下記組成式
参照）ので、塩化水素の発生に必要な水素量は材料自体
で確保される。塩素原子と化合しなかった水素は炉内に
供給された酸素と化合して水（水蒸気）となる。

また、炭素も炉内の酸素と化合して一酸化炭素または二
酸化炭素となり、エチレンなどの有機物はほとんど発生
しない。

これらの反応による熱は炉内の溶融メタルに吸収されて
、メタルの温度上昇に利用されるが、その着熱効率（有
機廃材の８１算発熱量のうちスラグメタルの昇温に利用
された割合）は５０〜９０％と、Ｂ−Ｗ法に比べて非常
に高い。

一方、炉に酸素を供給しない場合は、排ガス中のススと
水素が増加し、発塵のため集塵水が黒くなったり、水素
による爆発の危険があるなどの問題が生じる。さらに塩
素、ダイオキシンなどの有毒ガスも発生するため、本発
明は酸素吹製条件の下で行うことが重要である。

本発明の方法により、含有塩業者ｍ廃材は２００ｋｇ／
ｌ　（溶融メタル１トン当たり２００Ｋｇ）程度まで十
分に処理できることが確認された。ただし、７０ｋｇ／
ｌを越えるとメタルへの着熱効率が低下傾向になるため
、含塩素有機廃材７０ｋｇ／を以下で処理することが好
ましい。

本発明の処理中に上述のように炉から塩化水素を含有す
る排ガスが発生する。この排ガスは任意の方法で処理で
きるが、既に説明したように、水で排ガスを洗浄して塩
化水素を塩酸として回収し、そのままあるいは適宜のア
ルカリにより中和して塩化物として回収することが好ま
しい。

（実施例） 次に、実施例により本発明の方法を例示する。

ス庭Ｗ＜通常吹錬；対照例） 第１表に示す性状のｌ容貌３００トン、第２表に示す組
成のフラックス５０ｋｇ／　ｔ、および熱源として吹錬
中にコークス１０ｋｇ／ｌを、直径５０ＩＲＩｍのラン
スを４孔装備した３００トン酸素上吹転炉に装入した。

ランス−湯面間距離は２ｍであった。送酸速度５０．０
００　Ｎｎ（／ｈｒ　″？：通常の酸素吹錬を約２３分
間行った（送酸量６４Ｎ＋Ｔ？ハ）。吹諌柊了時の溶鋼
の温度および組成を後出の第６表に示す。

第１表　吹錬前の溶銑の性状 ｋｇ／ｌ、平均粒径８０ｍｍ、　最小粒径３０ｍｍ）　
１０ｋｇ／ｌを、吹錬開始９０秒後に炉上から吹錬中の
炉内へ装入し、実施例１と同しく吹諌開始後約２３分で
吹錬を終了させた。

第３表　プラスチック屑組成（重量％）Ｔｒ：極微量 第２表　フラックスの組成 １韮１Ｒ−（本発明の方法） 実施例１と同様にして、コークスは添加せずに酸素吹錬
を開始したところ、６０秒後に炉口の排ガス温度が１２
５０℃以上となったため、第３表に示す組成の減容処理
したプラスチック屑（嵩密度０．３プラスチツク屑の減
容処理は、既知の方法（特開昭６１−２７３９１３号公
報の実施例に記載の溶融加熱と圧縮を利用した方法）に
より行った。

吹錬中に炉から出た排ガスの温度を炉口部で測定し、そ
の組成を分析した。また、吹錬後の溶鋼温度および組成
も調べた。さらに、生成したスラグ中の塩素の含有につ
いても分析した。

排ガスはＯＧ（湿式転炉排ガス回収）設備により集塵お
よび洗浄処理した。使用した集塵水原単位は約１０００
ｋｇ／ｌであった。回収した集塵水に０．７３ｋｇ／　
ｔの水酸化カルシウムを添加して中和処理し、生成した
塩化カルシウムの沈澱を濾別した後、濾液は集塵水とし
て循環使用した。この排ガス回収設備の集塵水について
、ガス回収ｉ訂後および水酸化カルシウム添加後に採取
して分析した。排ガス処理設備で処理後のガスの分析も
行った。

その結果、吹錬中の炉口部における排ガス温度は、吹錬
中１５００℃以上に常に保持され、−分析により塩素系
のガスとしては塩化水素のみが検出され、ダイオキシン
　塩素ガス等の有毒ガスは全く検出されなかった。また
、生成スラグはＣＱを含有しておらず、後出の第６表に
示すように、吹錬後の溶鋼中の０２量は溶銑と同しく極
微量であった。すなわち、投入したプラスチック中の塩
素分は実質的にすべて塩化水素となり、排ガス中に取り
出されたことになる。排ガスの他成分のうち、−酸化炭
素と二酸化炭素とはモル比で約９：１の川が含まれてい
た。

排ガス回収設備の集塵水の分析結果は第４表のとおりで
あり、ガス回収により排ガス中の塩化水素が塩酸として
回収され、集塵水はｐｌ＋　２．１の塩酸酸性水溶液と
なった。集塵水は水酸化カルシウム添加後には塩素イオ
ンが極微量となり、また、排ガス回収設備で洗浄処理後
のガスには塩素系ガスは全く含まれていなかったので、
排ガス中の塩化水素は実質的にすべてを塩化カルシウム
沈澱として回収できたことになる。

第４表　集塵水分析結果 叉施■主（Ｂ−Ｗ法） 第３表の組成のプラスチック屑１０ｋｇ／ｌ　（すなわ
ち、３０００ｋｇ）をＢ−Ｗ法により処理した。まず、
温度１５０℃のロータリーキルンで前記プラスチック屑
を加熱し、発生した塩素含有ガスを別の反応器に投入し
、約１０００℃でメタン１：１３ｋｇ八を供給しながら
熱分解した。反応器からの排ガスは実施例２と同様に水
洗および水酸化カルシウムにより中和処理した。洗浄処
理後に得られた副生ガスを回収したところ１０．４１ｋ
ｇ／ｌあり、その組成は第５表の通りであった。このガ
スをコークスの代わリニ転炉加熱材として使用し、実施
例１と同様に通常の吹錬を約２３分間行い、得られたメ
タルを分析した。

第５表　副生ガス組成（重量％） 第　　６　　表 実施例２と同様に、転炉排ガスに関して分析したところ
、その炉口での温度は１５００℃以上になっており、−
酸化炭素と二酸化炭素はモル比で約９：１の量であった
。

第６表に、各実施例における吹錬終了時の溶鋼の温度と
組成とをまとめて示す。本発明の吹錬後に、溶鋼の組成
は通常の吹錬後と同じ組成になっており、含塩素有機廃
材の添加が吹錬自体に悪影響を及ぼさないことが確認で
きた。また、吹錬終了時の溶Ｉｉｌ温度は１６５２℃で
あり、通常吹錬の１６４５℃に比べて７℃高かった。一
方、Ｂ−Ｗ法での副生ガスを加熱材とした場合には、溶
鋼温度が１６２６℃と低かった。

第７表に示すように、コークスと本プラスチック屑の発
熱量（完全燃焼時）は、ともに１　ｋｇ当たり６．７Ｍ
ｃａ　ｌ＋で同一である。第６表の結果より、溶鋼温度
はプラスチック屑を使用した方が同量のコークスを使用
した場合より７℃高いことから、着熱効率はプラスチッ
ク屑の方がコークスより高いことがわかる。上記データ
から算出した着熱効率は、プラスチック屑で約６２％、
コークスで約５１％である。

第７表　発熱量 本発明の方法およびＢ−Ｗ法ともに塩素およびダイオキ
シンなどの有毒ガスの発生がなく、α回収率もほぼ１０
０％であるが、第８表に示すに示すようにＢ　−Ｗ法は
ロータリーキルンおよび反応器における二回処理であり
、ランニングコスト、設備、および作業性のいずれに関
しても本発明の方法が有利であることがわかる。また、
実施例３において、Ｂ−Ｗ法により発生した副生ガス（
エチレン、アセチレンなど）を酸素吹錬におけるメタル
の加熱材として使用することを試みたが、溶鋼の昇温効
果は非常に低く、プラスチック屑の発熱量に基づく着熱
効率は約２３％しかなかった。

第８表　Ｂ−Ｗ法と本発明の比較 （発明の効果） 以上に説明したように、本発明は含塩素有機廃材の処理
に酸素吹製精錬炉などを利用するという独自の発想に基
づくものであり、本発明によれば、既設の転炉設備等を
そのまま利用しつつ、有毒ガスを発生することなく、安
価、容易に含塩素有機廃材を処理することができる。

さらに、含塩素有機廃材の塩素分はすべて該廃棄物中の
水素との化合により塩化水素に変換されて排ガス中に含
まれてくるため、塩酸あるいは塩化カルシウムや塩化ナ
トリウムなどの塩化物として容易に回収することが可能
である。この反応に利用されなかった有機廃材中の炭素
および水素は、炉内に供給された酸素により燃焼して、
−酸化炭素、二酸化炭素、および水蒸気などのガスとな
り、この時の発熱は溶融メタルに効率良く吸収される。

すなわち、有機廃材はコークスと同様に熱源として機能
するので、コークスなどを外部から供給することなく酸
素吹錬を行うことができ、しかもその際の着熱効率はＢ
−Ｗ法よりはるかに優れているのみならず、コークスよ
りも高い。また、塩素含有材料を炉内に装入するとこも
かかわらず、酸素吹錬の操業結果に悪影響を及ぼさない
。

このように、本発明は、処理の厄介な含塩素有機廃材を
酸素吹製精錬炉内に装入して、熱源として利用すること
により、特別の処理設備を必要とせずにこの廃棄物を処
理でき、しかもこれを資源として有効利用することがで
きる上、塩素分を安全に回収できる。すなわち、本発明
は安全性、経済性の高い方法であり、帝業上極めて有用
な効果をもたらすものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、含塩素有機廃材の飛散状況を嵩密度と平均粒
径との関係で示すグラフ、および第２図は、含塩素有機
廃４１を装入した酸素吹錬中の炉口での排ガスの温度と
ｆＪｊガス中の全塩素系ガスに対する塩化水素の比率と
の関係を示すグラフである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）含塩素有機廃材を飛散しにくい形態に調整し、酸
   素吹製精錬炉または溶解炉により精錬または溶解中の炉
   口における排ガス温度が１２５０℃以上のときに、前記
   廃材を炉内のスラグ−メタルの上に投入することを特徴
   とする、含塩素有機廃材の処理方法。
2. （２）前記精錬炉または溶解炉から発生した排ガス中に
   含まれる塩化水素を塩酸もしくは塩化物として回収する
   、請求項１記載の方法。