JPH02501326A

JPH02501326A - 廃棄物のクリーン焼却法

Info

Publication number: JPH02501326A
Application number: JP63508495A
Authority: JP
Inventors: プフェフェルレ・ウイリアム・シー
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-09-21
Filing date: 1988-09-21
Publication date: 1990-05-10
Also published as: DE3877347D1; DE3877347T2; US4918915A; EP0331723B1; CA1331317C; AU2555488A; WO1989002516A1; ATE84358T1; EP0331723A4; EP0331723A1

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】廃棄物のクリーン焼却法（発明の背景）本発明は炭素含有廃棄物の破壊のための方法及びその装置に関する。特に本発明は炭素含有廃棄物のガス化により製造されるガスを含む液体及び炭素含有有機物のピストン流れ燃焼に関する。本発明の特別な様相は加圧された空気及び有用な動力の回収を伴う危険な有機物の気相混合物の高速度ピストン流れ気相燃焼に関する。更に特別な様相において、本発明はハロゲン含有炭化水素又は不完全燃焼の生成物を備えた固体廃棄物の環境の顕著なよごれなしより効果的に行われる焼却に関する。（先行技術の簡単な説明）危険かつ有毒な固体及び液体廃棄物及びそのヒユームの処理は今日の最も切迫した問題である。特に、家庭の廃物のような廃棄物の処理は特別に嫌がられる問題であり、従来の焼却法はダイオキシン及び他の有毒な部分酸化生成物の顕著な放出を生ずる。生成される廃棄物の量の減少のための再利用及びその他の努力によっても、処理されるべき危険かつ有毒な廃棄物は増大するようである。固体、液体及び気体である危険な廃棄物の量は安全な処理は尚完全に解決されるべき大きな問題である。代表的に焼却に基礎をおいた現在の工学はコスト的のみならず、より重要なことは海中に破棄するための処理に向けられるような完全には信頬されずかつ代表的には完全な破壊を達成しないものである。ハロゲン含有炭化水素の燃焼は特別に問題である、というのはそのような化合物は燃焼を阻止しかつ火炎速度を減少させるからである。こうしてポリ塩化ビニール（ＰＣＢ）のようなものの非常に有毒な燃焼によって特別に危険な放出が生じ得る。非常に有毒な化合物にとって、９９．９９９％又はより以上の転換効率がＥＰＡによって要求されている。そのような化合物を含有する固体廃棄物は特に問題である。しかし不完全な燃焼の生成物の放出は現在適法とはされず、かつ従来の焼却装置からの不完全燃焼生成物の放出が度々ダイオキシン及び他の有毒化合物から成る限り、少なくとも深刻な健康問題を提供する。（液体廃棄物）従来からある火炎燃焼器を利用しようと流動床燃焼器を利用しようと、危険な又は有毒な有機液体の従来からの熱的焼却装置は許容できる高い破壊効率を達成するために比較的長い滞留時間、代表的には１〜５秒のオーダーを必要とする。そのような燃焼器は代表的には燃焼を維持するために高度の乱流逆混合を必要とする。高い効率の転換に要求される長い滞留時間は逆混合が長い流体滞留時間につながるという事実から来るものと信じられている。比較的長い平均滞留時間によってもいくらかの流動要素は非常に速くかつ本質的に燃焼されずに通過する。その上火炎燃焼器の場合に煤の形成が燃焼時間を増大させる有機物を捕まえることができる。火炎燃焼器は火炎の安定を達成するために実質的な逆混合を必要とする、というのは層流による火炎速度は代表的には逆混合なしに高い放熱速度を可能にするには低過ぎるからである。流動床系においては、気相及び固相の双方において乱流によって燃焼が安定化される。固体分子は良好なろ過によってもダスト汚れ問題を生じ得る、というのはもっとも微細なダスト分子が最も健康に有害であるからである、従って流動床ユニットは液体廃棄物にとって不利でありスラッジ及び裁断された固体の処理に最も適するものである。現代の工学によって要求される比較的長い滞留時間は高い資本コストと顕著な熱損失を含む比較的大きな焼却装置を特徴とする請求される多大な資本投資は大量の廃棄物によってのみ採算がとれる。結果として現場の焼却装置は、度々必然的にこぼれ及び大変災を伴う高い人工密度の地域を通る、廃棄物の収集及び運搬に必要とされることになる大規模の廃棄物製造メーカのみが経済的である。その上焼却装置は９９．９９％以上の転換効率に設計されているが、従来の燃焼器の突然消炎は普通ではなくかつ焼却装置においては悲惨な結果を招く、混乱なしであっても焼却装置からのダイオキシンの許容できない放出が心配されている。従来の焼却やこの固有の不信感は海中に廃棄物を廃棄するための特別な焼却装置船を建造するに至った。前記ものとは対称的に、本発明は安定した燃焼及び２５又は５０ミリセカンドのピストン流れ滞留時間で９９．９９９％又はそれ以上の転換効率を提供する。こうして資本コスト及び熱損失は所定の装入量に比して非常に低い。（固体廃棄物）伝統的な可動床燃焼器を使用するが流動床燃焼器を使用するかにかかわらず、危険な又は有毒な有機固体のための熱的焼却装置は高い資本コスト及び高い運転コストに繋がる、高い破壊効率を達成するために長い平均滞留時間を必要とする。第１に、固体の燃焼は代表的には熱分解に向けられ、熱分解は部分的な酸化生成物及び熱分解揮発物の生成に繋がる（それらは更に燃焼されなければならない）。第１には熱分解揮発物の気相燃焼は燃焼を維持するために空気との高度な乱流逆混合を必要とする。液体送り速度に関して、高い転換効率を望むのために要求される長い平均滞留時間は長い流体滞留時間に繋がる強力な逆混合が行われるという事実に由来する。比較的長い平均滞留時間によっても、いくらかの流動要素は非常に速くかつ本質的に燃焼されずに通過する。その上炭化は燃料補助バーナからの煤生成物のように、有機物を捕まえる。事実効果的な焼却は当初の廃棄物のみならず、得られたの熱分解揮発物及び有機物を捕まえた煤の完全な破壊をも要求する。既に記載したように、火炎燃焼器は火炎の安定を達成するために実質的な逆混合を必要とする、というのは層流の火炎速度は代表的には逆混合なしの高い放熱速度を可能にするには低過ぎるからである。揺動タンクのように作用する流動床において、燃焼が第１に逆混合によって安定化されそして気体滞留時間は代表的には固体滞留時間よりも短い。揺動タンクを通して形成された熱分解揮発物は形成されるや否や放出されることができる。ロータリキルンであれ可動格子であれ、可動床型においては、燃焼は従来の火炎燃焼器を使用する過燃焼によって安定化される。そのようなキルンについては滞留時間は固体の燃焼に必要な長い時間によって制限されることになる。従って、流動床とは異なるキルンによっても焼却装置が殆どいかなる大きさにもに設計されることができる場合でも送り速度の減少は望ましいことである。液体廃棄物に関して、現在の工学によって要求される比較的長い滞留時間は高い資本透過及び顕著な熱損失に繋がる。代表的には人口集中地帯の近くに位置させられなければならない都市の焼却装置は放出される汚れのために住民の反対に直面する。その上焼却装置は９９．９９％以上の転換率に設計されるけれども、混乱がなくとも焼却装置からのダイオキシン及び熱分解揮発物の許容できない放出が心配される。沿岸の都市は廃棄物の海中への投棄を行う。上記のことと対称的に、本発明は熱分解揮発物を含む９９．９９％又はそれ以上の破壊効率による廃棄物の安定な燃焼による固体廃棄物の安全な処理を提供する。ピストン流れ燃焼器お通る従来型の固体焼却装置のガス状放出物の通過によって、熱分解揮発物は実際上消失されることができるのみならず、焼却装置のサイズ及びコストが減少する。そのわけは本発明によるピストン流れ燃焼器は固体焼却装置が廃棄物のガス化しか必要としない程、効率的であるからである。ピストン流れ燃焼器中の滞留時間は９９．９９９９％の転換では５０ミリセカンドよりも小さくされ得、即ち従来の第２次転換よりもよりも低い、従って本発明のシステムにおいて、完全燃焼のためよりも第１に固体のガス化のために固体焼却装置の寸法を決定することが利点である。こうして焼却装置の大きさとコストは減少する。（ヒユーム）同一でない、液体又は固体廃棄物、ヒユームは現場で制御されなければならない、明らかに空気中へのヒユームの排出の提藁は前もって行われる良好なプラント設計である。それにもかがわらず、絶縁の提供及び排出されるヒユームの排除は重要である。９９％よりも低い転換率は度々低い濃度のヒユームのヒユーム排除において許容されるけれども、９９．９９％又はそれ以上の転換効率は普通には望ましくない、放出物中のヒユーム濃度は転換率よりも重要で１゜Ｏ万分の１００程度又はそれ以下の濃度が、ある材料では１００万分の１又は２であるが、望ましい、液体廃棄物に関して、焼却は有機物を酸化して二酸化炭素と水にするために使用される。炭素はヒユームを含む空気を高い温度に加熱するために必要とされる、代表的には１１００″Ｋにおける熱的焼却と６００　”　Ｋよりも低い温度でさえ実行できかつ９９％又はそれ以上の破壊効率を達成することができるプロセスとの間の選択である。いずれかの選択は実質的な資本投下を必要とする。しかし燃料コスト及びこのように運転するコストは、高い温度が必要とされるために、熱的焼却のためよりも高い。他方触媒による酸化は、触媒悪化及び採用される最適の運転温度で不注意な触媒中毒の危険のために、信頼性が低い、択一的な選択は例えば簡単な木炭再循環レンジフードのように吸着による減少である。そのようなユニットは効果的であるが、破壊の前に吸着剤の置換又は再生の必要とする運転のためには出費が嵩む。本発明の方法は固体炭素含有廃棄物及び危険又は有毒な液体廃棄物同様にガス及びヒユームの現場での、信転のある、コストの低い、効果的な破壊を可能にする。（本発明の概要）（用語の定義）以下に使用される「炭素含有廃棄物」は炭素含有化合物のみならず、炭化水素、ダイオキシン、アルコール、ケトン、アルデヒド、エーテル、有機酸、他の有機化合物のハロゲン化物及び都市の廃棄物又は地中の危険な有機物のような有機物質を含む又は有機物質から成るなんらかな材料等である。廃棄物は常温かつ常圧で気体、液体又は固体である。用語「ヒユーム」は本発明においては火炎の生成には低過ぎる濃度、代表的には容積で１００万分の１〜５の低い濃度の空気又は不活性ガスと有機蒸気の混合物を指す０本発明は「空気」の語において酸化物を記載しているが、酸素は燃焼を支持するために要求される要素である。用語「空気」は大気のみならず燃焼を強めるために点火される水を含む混合物の酸素を含む非燃料成分を指すものとする。本発明に使用されるように、用語「ガス化」及び「ガス化する」は酸化、熱分解、揮発物、それらのなんらかの化合物であるかどうかにかかわらず、炭素含有廃棄物の有機成分の少なくとも一部分のガス状態への転換を意味する。以下に使用される燃料−空気混合物のための用語「瞬間自己点火温度」は燃焼地帯に入る燃料−空気混合物の自動点火遅延が生ずる温度が燃焼に与かる混合物の燃焼地帯における滞留時間に比して無視し得ることを意味するものとして定義されている。用語「燃料」はヒユーム、ガス生成物及び充分に高い断熱的火炎温度を備えた燃料−空気混合物を得るために必要とされるなんらかの補助燃料を含む。充分な発熱量の廃棄物はここで専ら使用される燃料であり得る。用語「本質的に完全な燃焼」は破壊されるべき材料の処理のための要件を越える転換の水準を示すために使用される。米国特許明細書４０ＣＦＲ２６４３４３、の下に９９．９９％の破壊及び除去効率（ＤＲＥ）が有毒材料のために特定されている。これに加えて、米国ＥＰＡ廃棄物コードＦＯ２０−ＦＯ２８は塩化ダイオキシン又は類似の化合物（米国Ｆｅｒｄｅｒａｌ　Ｒｅｇｉｓｔｅｒ＋　１９８５年、１月１４日）については除去効率（ＤＲＥ）　９９．９９９％を規定する。しかし、除去効率（ＤＲＥ）要件はもとの材料にのみ通用される。熱分解揮発物の放出は適法ではない、ヒユームについて要件は用語「１度」において代表的には放出物中のヒユームの温度が０．ｌｐｐｍよりも小さいが度々１００万分の１〜５程度であることが述べられている。これらの転換水準はボイラ及びガスタービン中の第一次の燃料燃焼のために要求される水準を越えている。本発明においては「化学量論的空気量」は燃料を完全燃焼させて二酸化炭素と水に転換するのに充分な酸素が要求されることを意味する。以下に使用されるように用語「ピストン流れ」はピストン流れ燃焼地帯における充分な逆混合なしの狭い滞留時間分布を有する流れ系を意味する。換言すれば、ガスの最小滞留時間は平均のガス滞留時間に近い。（発明の説明）本発明によれば、危険な廃棄物流れは１３５０　＠Ｋを越える温度でかつ使用される燃料の層流火炎速度を越える速度でピストン流れ反応地帯における燃料及び空気の混合物の燃焼によって破壊されかつ発熱量が回収される。反応地帯壁温度は燃焼を急冷を回避するために充分高くあるべきであく。燃焼地帯のバイパスは回避されるべきである。好適なピストン流れ燃焼の安定化方法は本出願人の米国特許明細書３９２８９６１の方法におけるような触媒の使用によって従来技術を参照して構成される。他の方法はプラズマジェット安定、ピストン流れ反応地帯に先行するべンチュリ混合地帯におけるホット燃焼生成物との混合による瞬間的自己点火温度以上か又はこれに近い温度に加熱することによる安定化を含む。蒸気のように、瞬間的自己点火温度で自己点火遅延は無視し得かつ燃焼は急速に進行する。ホット燃焼生成物の再利用のためのベンチュリの使用は特に熱湯含有燃料には効果的である。燃料の完全燃焼のために少なくとも化学量論的空気量が要求される。ガスタービンへの適用においては過剰の空気は４００％以上である。本発明によれば、危険な固体廃棄物は蒸気のように１３５０°に以上の温度で空気との混合物中の得られたガスのピストン流れ燃焼によって行われるガス化によって破壊されかつ発熱量が回収される。代表的には廃棄物は熱分解において生じる固体焼却装置中の燃焼によってガス化されそして部分的な酸化生成物が形成される。前記の特許の触媒により安定化された熱的燃焼器は本発明によるピストン流れ燃焼器に特別に好適である、というのは熱的火炎燃焼器の最良の特徴と異成分から成る触媒的表面酸化系を構成する燃焼への特有のアプローチを提供するからである。その上通常の乏しい火炎能力限度以下の燃料−空気混合物が燃焼される。触媒的に安定化される熱的燃焼器において、触媒表面反応は熱及び急速な気相燃焼を促進する気相反応中間媒体を生成する。結果は効果的な注目すべく鈍感な高い放熱速度燃焼器である０本発明の方法の使用により、高い転換効率が確実に得られることができかつこのことは有毒廃棄物の効果的な破壊にとって本質的である。　ＰＣＢ廃棄物オイル燃焼系のために要求される可燃有機物の９９．９９９％以上の転換効率は、触媒通過が最小にされかつ放射熱損失が最も温度の低い反応通路が代表的には１３５０　’　Ｋ及び好適には１３５０　”　Ｋ以上の予め設定された温度以上に保持されるという条件下で触媒反応的に安定化される燃焼器中で得られることができることが見出された。これはこれらのもっとも温度の低い通路では実際の火炎温度が少なくとも１３５０°にであることを保証する。類似した高い転換率は、壁での気相燃焼の急冷を回避するために、反応器内壁表面が充分高い温度に維持されるという条件で、熱ガス又はプラズマジェット的に安定化されかつ熱的に安定化されたビス・トン流れ反応器燃焼系によって得られることができる。入って来る燃料と空気の混合物の断熱的火炎温度は好ましくは、完全燃焼における実際の火炎温度が燃焼器壁の近くでも少なくとも１３５０　’　Ｘであるように充分に高い。本発明による高い転換効率の、小型かつ低コストの焼却装置のために、最も危険な有機物の現場での燃焼は、塩化炭水化物を伴う場合でも経済的に実施可能である。その上本発明による焼却はガスタービンを付勢しかつ動力の形でエネルギーを回収するのに適している。危険な材料の破壊のための本発明によるシステムを採用したガスタービンは発電機を付勢し、電源を提供し、かつ危険な廃棄物の破壊コストを減少させることができる。その上ヒユームは焼却器燃焼空気の部分を形成することができる。ヒユームに適用する場合に、燃焼器をヒユームがバイパスしないことが重要である。従って焼却装置地帯のまわりをヒユームがバイパスすることを回避するために燃焼空気の部分よりもタービン冷却空気のためのクリーン圧縮空気源を使用することが有利である、冷却されてないタービン空気又は蒸気のような交番する冷却流体の使用が選択的に行われる。廃棄物が、特に燃料−水混合物、水を含有する水溶液、都市の廃棄物における、特定されない組成を変える限り、それ自体危険な廃棄物であり得る、他の燃料とともに廃棄物を燃焼させるか、又は液体廃棄物の燃焼熱の変化を自動的に保証することができる迅速応答フィードバック制御システムを利用することが確実な運転のために必要である。本発明による燃料−空気混合物は種々の方法によって得られる。可燃物及び酸素の適当な濃度を含む高燃焼熱プロセスヒユームが供給される。空気中の有機物蒸気の最も多くのヒユームによって、充分な燃焼熱の混合物は追加の燃料との緊密な混合物を形成することによって形成されている。液体廃棄物又は高い燃料熱のガス状廃棄物の場合に、適当な廃棄物は空気中への廃棄物流の噴射によって形成される。−Ｎ燃焼効率を強めるために、１モルの炭素に対して少なくとも略０．５モルの水を含む燃料−空気混合物を使用することが有利である。本発明による燃焼器を使用するガスタービンによって、適当な混合物は入口空気のタービンコンプレッサ入口への燃料の供給によって形成されることができる。これは特に高い燃焼熱のガス状廃棄物のようなガス状燃料に取って有利である。ＰＣＢで汚れた炭化水素オイルは燃焼される状態にある。しかし純粋なハロゲン化炭化水素は燃焼されることができるが、そのようなオイルを、塩素よりも効率のよい燃焼を達成しかつ放出物中の塩素よりもむしろ塩酸を生成するために、炭化水素燃料の重量の少なくとも２５％と関連してそのようなオイルを燃焼させることは有利である。燃焼を強めるため及び塩酸への塩素の転換のための水素源として燃料−空気混合物への好ましくは１モルの塩素に対して１モルの水を導入することは有利である。燃焼放出物中に存在する塩酸及び他の汚れた非有機物は従来の手段を使用するホットまたはコールドスクレーバ作用によって除去される。本発明の１つの変形において、固体廃棄物は、従来の固体焼却装置における燃焼によってガス化されかつ破壊され、そしてガス化された生成物は不完全燃焼の生成物及び燃焼されてない可燃廃棄物の完全な破壊のためのピストン流れ燃焼地帯を通過される、こうして一層短い滞留時間が固体焼却装置において要求され、大きさ及びコストの減少が図られ、そして熱分解揮発物の危険な放出は著しく減少されるか又は消失される。燃焼放出物中の非有機物汚れは従来の手段を使用するホット又はコールドスクレーパ作用のいずれかによって除去される。（図面の簡単な説明）本発明は次の図面と関連して説明される。第１図は本発明による再循環ガス安定化された熱燃焼器を使用するガスタービン系の図式図、第２図は本発明による方法による触媒により安定化される熱燃焼器を使用するガスタービン系を図式図、第３図は本発明の方法において使用するためのセグメント化された触媒床燃焼器を示す図、第１Ｂ図は本発明の方法による触媒により安定化されたピストン流れ熱燃焼器を使用するロータリキルン型固体廃棄物焼却装置、第２Ｂ図は本発明による方法によるピストン流れ燃焼器と組み合わされた流動床焼却装置を使用する、塩化廃棄物の破壊に適するガスタービン固体廃棄物焼却装置、第３Ｂ図は本発明による二重流動床燃焼系の図式図、そして第４Ｂ図は固体安定化されたピストン流れ熱燃焼器を使用する流動床系の図式図である。（本発明及びその実施例の詳細な説明）第１図によれば出力軸１２は空気圧コンプレッサ１０及び出力タービン１１を有する。出力軸１２はタービン１１によって例えば発電機としての軸に付勢される動力の使用のための適当な動カドランスミッション系に接続されることができる。廃棄物処理操作のために、タービンは有利に全負荷で運転されそして利用されない過剰な動力とともに電気系統に送られた全電力は出力グリッドに戻される。その方法及び詳細が既に公知のガスタービン系の運転及び制御は本発明にとっては必要ないのでここでは説明を省略する、しかし再生的ガスタービンは一般的に３：１〜６：ｌの圧力比を有し、そして簡単なサイクルガスタービンは少なくとも略４：１の圧力比、代表的には少なくとも１０：１の圧力比を有する。第１図のシステムは簡単なサイクルガスタービンについてより理解可能な図面に基づいて記載されているが、再生的又は復熱的ガスタービンは各種の使用に有利である。代表的にはヒユームを含む空気ダクト２１を通してコンプレフサに供給され、そこで燃料はライン２１を経て入って来る空気と混合される。燃料は液体又はガス状であり、そして燃焼地帯に入って来る燃料−空気混合物の断熱的火炎温度が少なくとも１６００°Ｋ及びより好ましくは少なくとも略１７００　’　Ｋになるような量混合される。再生的又は復熱的ガスタービンが使用される場合、燃料− 空気混合物の温度は充分に高く、その結果燃料−空気混合物の断熱的火炎温度は略１４００°Ｋ又は１５００　”　Ｋよりも低くされ得る。コンプレフサ１０は入って来る混合物の圧力及び温度を増大させかつ液体燃料の蒸発を助ける。ライン２２はコンプレッサ１０からベンチュリ２３へのガス状混合物を送り、そこで得られた混合物が瞬間的な自己点火温度以上でありかつそれからピストン流れ燃焼器１４に送られるように、高温移送ライン２４を経て送られる充分な量の燃焼生成物と混合される、コンプレフサ１４は熱的に絶縁されかつ代表的にはセラミック絶縁ライナ又はコーティング１５を含む。ピストン流れ熱燃焼器からのクリーンホット燃焼生成放出物はライン２８を経て出力タービン１１に送られる。燃焼器４からのホット放出物の部分はライン２４を通ってベンチュリ２３からライン２８を経て引き出される。サーモカフプル３７及び３８はガス放出コンプレフサ１０及び燃焼器１４の温度の測定のためにライン２２及び２８に位置決めされている。ライン２８を経てタービン１１に送られたホット燃焼生成物は通常の方法でタービンを回転させるために膨張されかつライン２９を経て排出され、こうして正味出力のみならずコンプレフサ１０を駆動するために必要な動力を供給する出力軸１２に力を付勢する。塩酸が燃焼ガス中に存在する場合、タービンで膨張する前に固体吸着剤によるホットスクレーバ作用によって除去される。始動時に、従来の炭化水素燃料はバーナ点火器３１で燃焼され、バーナ点火器は燃焼器１４中の温度が効果的な燃焼を支持するために充分に高い温度になるまで作用する。燃焼器１４の温度カミサーモカフプル３８によって充分高く指示される場合、燃料はライン２５を通って入りそして燃料流はバーナ３１における燃料と代替される。始動期間の間は毒性のないヒユームが利用され、危険な廃棄物は燃料としては利用されない。安定した運転が確立された後に、危険な廃棄物は燃料の全部又は一部と徐々に代替され、そして有毒なヒユームは進入する空気の一部又は全部として取り入れられる。コンプレッサ１０からのクリーン圧縮ガスは燃焼地帯を通過することになる。取入れ空気中にヒユームが存在しない場合、ライン２５よりも燃料ライン２６を通って燃料の噴射がガスタービン系による普通の方法でコンプレッサ１０からの圧縮空気の使用を可能にする。第２図に示す本発明による実施例において、燃焼は燃焼触媒の使用によって安定化される。取入れ空気はダクト２１を経てコンプレフサ１０に入りそして圧縮空気はコンプレフサ１０からライン２２を経て燃焼器４４に供給される。燃料はライン４３を経て燃焼器４４に入りかつ燃焼器４４０入口領域のライン２２からの空気と混合され、そして燃焼器触媒４６を通過して燃料の完全燃焼に至る０代表的には入口領域はモノリシック燃焼器触媒４６よりも長い。ライン２８を経て燃焼器４４を離れる燃焼性はタービン１１に達しそして膨張の後にタービン１１を回転させ、第１図に示すように軸１２を付勢し、ライン２９から出る。米国特許明細書３９２８９６１　の燃焼触媒は本発明において有用であり、そして金属又はセラミックハニカム型モノリシスの何れかの上に支持される。然し第２図によるシステムは金属ハニカム触媒について記載されている、というのは触媒を通過する転換されない燃料−空気混合物に対する優れた緊塞を容易に得ることができるからである。金属モノリシス燃焼触媒４６は好ましくは溶接によってシールリング４５に接合され、シールリングはこれらの通路及び反応され、ない燃料の通過を阻止するために８　ミリメートルの、冷却器中の流動通路を遮断する。これらの遮断された通路は熱損失に抗して触媒の内方の通路の絶縁を補助する。シールリング４５は、触媒４６のまわりの反応物の通過を阻止するために、燃焼器４４の壁に溶接されている。シールリング４５は触媒よりも直径が僅かに大きく、その結果触媒４６は追加的なガスフィルム絶縁層を形成する燃焼器壁とは接触しない。リテナリング４７は、触媒４６が下流に動くことができないようにかつ燃焼器４４の壁から離れる触媒４６の下流端を保持するためにスペーサと協働する。ライン３５はタービン１１のためのクリーン冷却空気を供給するために設けられかつ取入れ空気がヒユームを含む場合に使用される。第３図は３つのセグメントから成る触媒床を使用する燃焼を示す。ハニカム燃焼触媒５５．５６、及び５７はスペーサリング５２から間隔をおいている。スペーサリング５２及びリテーナリング５１及び５３はある個所に触媒５５．５６及び５７を保持しかつ触媒の通過を阻止するために、燃焼器臼５０に溶接される。混合地帯５９は不活性通路を通過する不反応燃料が燃焼されることを保証する。３つ又は４つのセグメント床が好適であるが、２つのセグメント触媒床も単一のセグメント床以上の改良された効果を奏する。セグメント床の使用はセラミツクモツリシス触媒とともに特別に重要である、そのわけはどの流動通路においても均一な触媒コーティングを保証することが困難だからである。金属モノリシック媒は単一セグメント触媒よりも好適である、そわけは金属構造はハニカムモノリシスを形成する前に触媒によってコーティングされることができるからである。同様に触媒的に活性なセラミックから形成されたセラミツクモツリシスは不活性な流動通路の存在を回避することができる。第１Ｂ図によれば、廃棄物はライン５°を経てロータリキルン１゛に送られかつ燃焼空気はライン２′を経て反対側に送られる。アッシュはうイン３゛を経て排出される。こうして空気は、アッシュ中の残留炭素の効果的な燃焼を可能にしかつアッシュが有毒な揮発物を含まないことを保証するために、流動する。運転の前にキルンを予熱するために燃料はライン６゛からバーナ４°に供給されかつ運転中キルン温度を維持するために必要な熱を供給する。代表的にはバーナ４゛はアッシュの除去点の上流に位置する。化学量論的量を越える量の空気がキルン１ °に供給されるが、アッシュからの炭素の効果的な燃焼を可能にするのに充分な空気を供給すること及びピストン流れ燃焼器１０°における燃焼のための燃料に冨んだガスを製造することは有利である。キルン１゛からの燃料ガスはライン７゛及び９′を経てピストン流れ燃焼器１０゛　に流れる。ライン７゛からの燃焼ガスは少なくとも略１４００′にの断熱火炎温度を有しかつ炭素値を完全に燃゛焼させて二酸化炭素と水にかえるために必要な化学量論的量を越える空気量を含む燃料−空気混合物を生成するためにライン８′からの空気と混合される。燃焼生成物は熱回収系１２゛　を加熱するためにライン１１゛　を経て燃焼器１２′　に入りかつライン１４゛　を経て排出される。逆流流動固体燃焼器は例えば可動格子（又はベルト）燃焼器又はキルンのようなロータリキルン１′の代わりに使用される。代表的にはロータリキルン１゛は燃料ガス取入れライン７゛からのフライアッシュの除去のための手段を含む。第２Ｂ図のシステムにおいて、出力タービン４１°、コンプレッサ４２”及び駆動軸４４°から成るガスタービン４０’　はシステムを加圧しかつ動力の形でエネルギーを回収するために利用される。空気はライン１２′かう入すかつタービンコンプレッサ４２゛　で圧縮される。コンプレフサ４２°　からの圧縮空気はライン１６°を経て流動床焼却装置１１”に送られる。ライン１５゛から廃棄物がそしてライン１４゛　からは石灰石がライン１６゛　の圧縮空気中への噴射によって焼却装置１１゛　に供給される。アッシュはガス・固体分離装置を含む焼却装置１１゛　からライン１７’　を経て除去される。ガス状燃焼生成物は焼却装置１１′　からライン１８を経てピストン流れ燃焼器２０゛　に送られる。焼却装置１１′　の運転のためには必要とされないコンプレッサ４２゛　からの圧縮空気は選択的にライン４７°を経てライン１８”　に送られる。ピストン流れ燃焼器２０゛　中の燃焼は焼却装置１１゛　におけるピストン流れ燃焼により熱的に安定化され、焼却装置１１゛　はピストン流れ燃焼器２０°　に入るガスの温度が１３００　’　Ｋよりも低くならないように運転される。ピストン流れ燃焼器２０゛からのガスはライン１９°を経て出力タービン４１”に入りかつクリーン低圧エギゾーストはライン４６゜を経て排出される。出力タービン４１゛　は駆動軸４４゛を介してタービンコンブレンサ４２”及び発電機４３゛を駆動する。このシステムは特に塩化廃棄物及び類似物の処理に適する、というのは流動床中の石灰石の存在は塩酸などのような酸性燃焼生成物を除去するからである。第３Ｂ図は二重流動床焼却システムを示し、これは所定の固体の平均滞留時間のために固体中の炭素の完全燃焼を提供する。流動床燃焼器中の逆混合は不燃焼固体のバイパス中における固体の長い滞留時間を招きそして同様に気相中の逆混合は不燃焼蒸気のバイパス中において長い滞留時間を生じる。空気及び廃棄物はライン２２°を経て流動床ガス化燃焼器２１゛　に入る０代表的には空気の化学ｉｔ論的量よりも少ない量の空気がライン２８°を経てピストン流れ燃焼器２０° を通過する燃料に冨んだガス状の放出物を生成するために使用される。炭素の完全燃焼のためよりも廃棄物の・ガス化のためにより短い固体滞留時間が要求される限り、燃焼器２１″　は比較的小さくされることができる。燃焼器２１°からの燃焼された固体はライン２３°を経て第２次流動床燃焼器３１゛　に入る。ライン２４゛　からの燃焼空気は燃焼器３１゛　中の固体の燃焼の完全のためにライン２３“中に噴射される。最小の平均滞留時間で炭素の最大の燃焼を保証するために、燃焼器３１゛　はガス固体分離区間の前のピストン流れ反応地帯を含む、アッシュはライン２６゛　を経て引き出されかつ燃焼ガスはライン２５”を経て引き出される。ライン２５ °　からのガスはライン２８”　中の燃焼器２１′　からの放出物と混合される。所望の量の過剰の空気を備えることが必要なので、空気はライン２７゛　からピストン流れ燃焼器１０”への通路に先立つライン２８°　中のガスにライン２７”　から加えられる。クリーンガスはライン２９”を経て燃焼器１０°を出る。このシステムは特に第２Ｂ図に示すシステムの方法で出力ガスタービンのための燃焼器に特に適する。第４Ｂ図はピストン流れ固体燃焼器を使用する他の流動床焼却装置を示す、空気及び廃棄物はライン５２゛を経て流動床焼却装置５１’　に入る。焼却装置５１ ’中の流体の滞留時間は代表的には０．５秒、好ましくは０．１秒よりも小さく、そして逆混合は燃焼を維持するために充分である。焼却装置５１”からの流動化されたガス・固体放出物は燃焼を完全にするために燃焼を継続するピストン流れ燃焼器・移送ライン５０゛　に入る。任意に、ライン５８′からの液体廃棄物は燃焼のための燃焼器５０’　に噴射されかつ追加的にライン５７゛　を経て空気が追加される。燃焼器５０”からの燃焼生成物は分離装置５５゛　に入る。クリーンエギゾーストガスはライン５４゛　を経て排出されかつアッシュはライン５３゛　を経て排出される。ホットアッシュは入って来る空気・廃棄物流動を加熱しかっこうして焼却装置５１’　中の要求される逆混合の量を減少させるように、ライン５６゛　を経てライン５２°　に再循環される。第２Ｂ図のシステムによって、第４Ｂ図の焼却装置はタービンエネルギー回収システムと関連して上昇された圧力で運転される。例Ｉ第１図に図式的に示した燃焼装置において、７００”Ｋで空気と有毒な廃棄物の混合物であって、１７２５０にの断熱火炎温度のものが一秒当たり４００グラムの流量で得られたガス流が１２６５　’　Ｋの温度を有するのに充分な量で１７００　’　Ｋの温度でホット燃焼ガスと混合される。このホットガス流動は２０ミリセカンドの滞留時間を生ずるために充分な量ピストン流れ反応管を通過される。有毒廃棄物燃料の転換は９９．９９９２よりも大きい。熱はスチームボイラへの燃焼生成物を通過させることによりホット燃焼生成物から回収される。例■ 第２図に図式的に示すタービンシステムにおいて、３００”Ｘの空気でベンゼンを容量で４０ｐｐ■含むものの一秒間３６０グラムの流量が得られた蒸気混合物の断熱火炎温度が１５２５　’　Ｋになるように充分なプロパンと緊密に混合される。この得られた混合物は触媒地帯の燃焼ガスの滞留時間が略２５ミリセカンドであるような大きさにされた燃焼器中のピストン流れ金属モノリシス燃焼触媒中で燃焼される。ベンゼン及びプロパン燃料の転換は９９．９９９％よりも大きい。ホット燃焼放出物は出力の回収のための出力タービンに送られる。クリーン圧縮空気はタービン冷却のために備えられる。例■ 第１Ｂ図に図式的に示された燃焼装置において、有毒廃棄物は回転スクリューフィーダを使用して一時間当たり略１０トンの速度で送られる。予め設定された化学量論的量の略９５％に等しい量の燃焼空気が供給されそしてキルンの反対端からはアッシュが除去される。焼却装置からの炭素の最大の除去を保証するために、略１５００°にの断熱火炎温度で混合物を生成すべく固有の速度で燃焼空気の部分量はメタンと混合されたそして混合物はキルンに前置された本出願人の米国特許明細書３９２８９６１による触媒により安定化された燃焼器内で燃焼される。充分な量のメタンがキルンから出るアッシュから炭素燃焼の所望の水準を保持するために燃焼器中で燃焼される。キルンからのエギゾーストは、得られた混合物が略１４５０”Ｋの断熱火炎温度を有するように完全燃焼のために要求される化学量論的量を越える充分な空気と混合される。このホントガス流はそれから２０ミリセカンドの滞留時間を生ずるために充分な大きさのビストン流れ触媒安定化された熱燃焼器に送られる。有毒な廃棄物燃料の転換は９９．９９９％よりも大きい。熱はスチームボイラへの燃焼生成物の通過によるホット燃焼生成物から回収される。例■ 粉体化された固体廃棄物が一時間当たり５　トンの割合でオイルを含んだ廃棄物によってスラリー状にされ、かつ完全燃焼のための化学量論的量の略１３０％の空気とともに逆混合される流動床焼却装置・ガス化装置に送られる。石灰石も発生した酸性ガスの除去のために充分な量流動床に送られる。流動床からの溢流はピストン流れ燃焼器中のガスの滞留時間が焼却装置が設計された能力で運転される場合に１００ミリセカンドであるのに充分な量ピストン流れ燃焼器に送られる。ピストン流れ燃焼器からの放出物はアッシュ及びホットガスからの消費された石灰石のための多段サイクロンに送られる。充分な補助燃料は少なくとも１３５０’にの温度でガス状流動の断熱火炎温度を維持するために、ピストン流れ燃焼器に入るガス状流動に加えられる。有利なことに焼却装置への空気流はクリーン燃焼ガストによって駆動されるガスタービンコンプレフサによって圧縮される。例■ ガソリンでよごれた廃棄物が一時間当たり２　トン略４００　’　Ｋの温度に外部加熱されたキルンに送られる。空気流は廃棄物からガソリンを取り出すために充分な量の汚れた廃棄物がキルン逆流中に送られる。キルンを離れるガソリンを含んだ空気はガスタービンの空気入口に送られかつ圧縮後に得られた混合物の略１５５０　”　Ｋの温度での断熱火炎温度を維持するために充分な追加の燃料と混合される。混合物は触媒により安定化された燃焼キルン中に送られかつ燃焼される。クリーン燃焼ガスはタービンを駆動し、有用な動力の形で燃焼エネルギーが回収される。之ｔ４ＦＩＧ、ｌ５ＦＩＧ、　３国際調査報告ＦＩＧ、３８ＦＩＧ、４

Claims

【特許請求の範囲】

１．廃棄物の燃焼により危険な炭素含有廃棄物を破壊する方法にして、（ａ）少なくとも化学量論的量の空気を含み、蒸発された燃料と空気の混合物を得ること、（ｂ）ピストン流れ燃焼地帯に前記混合物を送ること、（ｃ）廃棄物を破壊しかつ加熱された燃焼放出物を形成するために、断熱状態で該燃料の完全燃焼を行わせることから成る、前記方法において、前記燃焼は燃焼地帯の実際の火炎温度が略１３５０°Ｋよりも高いような断熱的火炎温度を有する前記燃料−空気混合物を特徴とする前記方法。
２．燃焼が燃焼触媒によって又は前記ピストン流れ燃焼地帯の通過前のホット燃焼生成物と前記燃料−空気混合物との混合によって安定化される、請求の範囲１記載の方法。
３．危険な材料の破壊のためのシステムが（ａ）空気と廃棄物の混合物を生成するための手段と、（ｂ）特定された値以上の混合物の断熱的火炎温度を保持するための手段と、（ｃ）ピストン流れ燃焼手段とから成ることを特徴とする前記システム。
４．（ａ）少なくとも化学量論的量の空気を含み、蒸発された燃料と空気の混合物を得ること、（ｂ）前記部分を少なくとも略瞬間的な自己点火温度に加熱するために充分な量少なくとも略１３５０°Ｋの温度でホットガスと前記混合物とを混合すること及び（ｃ）廃棄物を破壊しかつ高い熱エネルギーを有する燃焼放出物を形成するために、断熱状態で核燃料の完全燃焼を行わせるステップから成るガス状廃棄物の燃焼によるガスタービンの運転方法において、前記燃焼は燃焼地帯の実際の火炎温度が略１３５０°Ｋよりも高いような断熱的火炎温度を有する前記混合物により行われ、そして（ｄ）前記タービンを回転させるためにタービンを通して前記燃焼地帯から放出物を通過させるステップを含むことを特徴とする前記方法。
５．（ａ）少なくとも化学量論的量の空気を含み、蒸発された燃料と空気の混合物を得ること、（ｂ）前記部分を少なくとも略瞬間的な自己点火温度に加熱するために充分な量少なくとも略１３５０°Ｋの温度でホットガスと前記混合物とを混合すること、（ｃ）廃棄物を破壊しかつ高い熱エネルギーを有する燃焼放出物を形成するために、断熱状態で核燃料の完全燃焼を行わせること及び（ｄ）加熱された燃焼放出物を形成するために本質的に断熱状態の下に前記加熱された部分の完全燃焼を行わせることとから成る、ガス状廃棄物の燃焼によるガスタービンの運転方法において、燃焼は燃焼地帯の実際の火炎温度が略１３５０°Ｋよりも高いような断熱的火炎温度を有する前記燃料−空気混合物を特徴とする前記方法。
６．（ａ）炭素含有のガス状廃棄物をガス化しかつ前記ガス化によるガス状生成物と空気との混合物であって、前記空気の少なくとも化学量論的量を含むものを生成すること、（ｂ）ピストン流れ燃焼地帯に前記混合物を送ること、（ｃ）前記ガス状生成物を破壊しかつ加熱された燃焼放出物を形成するために、断熱状態で該燃料の維持された完全燃焼を行わせることとから成り、前記燃焼は燃焼地帯の実際の火炎温度が略１３５０°Ｋよりも大きい断熱火炎温度を有する混合物を特徴とする、前記方法。
７．前記廃棄物が前記廃棄物の熱酸化から成る、請求の範囲６記載の方法。
８．前記廃棄物のガス化が前記廃棄物の熱分解から成る、請求の範囲６記載の方法。
９．前記混合物の燃焼が燃焼触媒によって安定化される、請求の範囲６記載の方法。
１０．（ａ）炭素含有のガス状廃棄物をガス化しかつ前記ガス化によるガス状生成物と空気との混合物であって、前記空気の少なくとも化学量論的量を含む混合物を生成すること、（ｂ）ピストン流れ燃焼地帯に前記混合物を送ること、及び（ｃ）前記部分酸化生成物を破壊しかつ高い熱エネルギーの燃焼放出物を形成するために、断熱状態で該燃料の維持された完全燃焼を行わせることとから成り、前記燃焼は燃焼地帯の実際の火炎温度が略１３５０°Ｋよりも高い断熱火炎温度を有する混合物によって行われそして（ｄ）前記タービンを回転させるためにタービンを通って前記燃焼地帯から放出物を通過させるステップを含むことを特徴とする前記ガスタービンの運転方法。
１１．危険な廃棄物の破壊のためのシステムにして、該システムは（ａ）前記廃棄物をガス化しかつ空気と前記ガス化のガス状生成物との混合物を生成するための手段と、（ｂ）予め特定された値以上の前記混合物の断熱的火炎温度に保持する手段と、（ｃ）ピストン流れ燃焼手段とから成ることを特徴とする前記システム。