JPH03502128A - 酸素燃焼による廃棄物の処理方法 - Google Patents

酸素燃焼による廃棄物の処理方法

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JPH03502128A JP63508278A JP50827888A JPH03502128A JP H03502128 A JPH03502128 A JP H03502128A JP 63508278 A JP63508278 A JP 63508278A JP 50827888 A JP50827888 A JP 50827888A JP H03502128 A JPH03502128 A JP H03502128A
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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】 酸素燃焼による廃棄物の処理方法 工場、一般家庭および二次的原料の再生加工場からは、エネルギー的に比較的価 値の高い廃棄物が排出され、該廃棄物はそれらの占有空間を減少させるために燃 焼処理に付される。このような燃焼処理に際しては、地下水の汚染の問題や埋立 てごみの問題が解決されなければならない。
ごみやその他の廃棄物の燃焼に関しては種々の方法が既に知られているので、こ れらについてはここでは詳述しないが、これらの方法においては空気を用いて燃 焼処理をおこなう。
いずれの燃焼方法の場合においても、有害な塵埃のほかに有害な気体を含む廃ガ スが排出される。例えば、PVcの燃焼からは塩酸が発生し、塩素化もしくはフ ッ素化水素の燃焼に際しては、特殊な燃焼条件が採用されない場合には、危険な 化学物質が発生する。
空気を用いる燃焼の場合には、完全燃焼のために比較的大過剰の空気を必要とす る。
さらに、−次燃焼室の温度が低いので、完全な燃焼をおこなうためには、さらに 余分の燃料を消費する再燃焼工程を必要とする。該工程によって煤煙量が増加す るだけでなく、大型で高価な熱回収装置や排気ガス精製装置が必要となる。
精製排気ガス中の有害物質の濃度が低くても、排気ガス量が多いために、比較的 多量の有害物質が放出されることになる。
酸素含有量の高い燃焼気を用いて、例えば自動車のシュレッダ−からの可燃性廃 棄物の燃焼効率を改良する方法が提案されている〔ウィルヘルム・ツエ−(Wi lhelm C,)、ドライズ・リサイクリング・ベルリン(Dries−Re cyc’ling Berlin)、1979年、第1447頁参照〕。
酵素濃度が少なくとも50%の燃焼気を使用することによって、排気ガス量を激 減させることができ、最良の燃焼効率は99%の純粋な酵素を用いることによっ て得られる。
この排気ガス量の激減に関しては、オイルの燃焼を例にあげて説明する。1kg の軽油を1.2倍過剰の空気の存在下で燃焼する場合には煙ガスが約13Nm’ 発生するが、酸素を用いて燃焼する場合には煙ガス量は1/4の約3.2Nm3 となる。従って、ガス精製装置の規模の縮小と所要動力の低減を計ることができ る。比較的古くから工業的に大規模に使用されている古い自動車用バッテリーを 、例えば西ドイツ国特許出願P36 17410.6号明細書に記載の方法によ って処理する場合のように、ポリプロピレンやPvC等のプラスチックを燃焼す る場合には、燃焼炉内に一定時間滞留させるならば、酸素を用いることによって 煤の発生しない完全燃焼を達成できることが判明した。
本発明方法には複数の工程が含まれ、該方法によれば、廃棄物、特にプラスチッ ク含有廃棄物を酸素を50%以上含むガスを用いて燃焼することによって煙ガス 量を低減させることができ、これによって煙ガス精製装置の縮小、消費動力の低 減、有害物質の放出量の抑制および燃焼温度の増大等か可能となる。
煙ガスは廃熱ボイラー内で冷却され、ガス精製装置で精製される。
理論的に可能な非常に高い燃焼温度は、供給物質の発熱量を低減させるか、また は廃熱ボイラーによって冷却された煙ガスの一部を燃焼炉内へ再循環させること によって、1800’C以下の温度まで低下させることができる。
発生するスチームは、例えばプラントにおいて利用できる。
金属含有物質は廃棄物と共に燃焼される。該金属含有物質またはアルカリ金属成 分もしくはアルカリ土類金属成分はガス流中に流入して有害物質と結合する。
このプロセスは廃車の処理の場合に特に適合する。自動車シュレッダ−から排出 されるゴム、プラスチックおよび非鉄金属等を含む廃棄物等は酸素を用いて焼却 され、発生ガス流はプラントに利用される。フィルターによって回収される金属 成分含有塵埃は金属回収処理に付されるか、または燃焼炉内で生成するスラグと 混合される。
本発明は以下のa)〜e)の工程を組み合せることを特徴とする廃棄物の処理方 法に関する: a)燃焼プラント内において、可燃性の固体状、ペースト状または液状の廃棄物 を、酸素を少なくとも50%含有する燃焼ガスを用いて燃焼させ(この場合、非 鉄金属および/または非鉄金属化合物および/または非鉄金属酸化物および/ま たはアルカリ金属化合物および/またはアルカリ土類金属化合物を、これらの非 鉄金属等を生成する物質を該廃棄物と共に燃焼させるか、またはこれらの非鉄金 属等を該廃棄物と共に燃焼プラント内へ導入するか、もしくは熱ガス流中へ導入 することによって系中に存在させ、また所望により、フラックスを該廃棄物に添 加する)、 b)燃焼室内の温度を1200〜1800℃に低下させ、C)廃ガスを廃熱ボイ ラーを用いて冷却することによって廃熱を回収し、 d)生成する晦埃をガス精製装置によって除去し、e)不燃性で不揮発性の残滓 をスラグとして回収する。
廃棄物、例えば一般家庭の学界、特殊な有害物質、シュレッダ−処理物および廃 油等は適当な炉、特に回転炉内で燃焼される。燃焼ガスの酸素含有量は70〜8 0%、特に98%もしくはそれ以上が好ましい。
非鉄金属、非鉄金属化合物および非鉄金属酸化物としては鉛、亜鉛、錫、銅、硫 酸塩、炭酸塩、およびこれらの金属の酸化物等が例示される。
アルカリ金属化合物およびアルカリ土類金属化合物としては、ナトリウム、カリ ウム、カルシウムおよびマグネシウムの炭酸塩、硫酸塩、水酸化物および酸化物 等が例示される。
非鉄金属、非鉄金属化合物またはアルカリ金属もしくはアルカリ土類金属または これらの化合物の存在量は、煙塵埃中にハロゲンが好ましくは10%以下、特に 塩素とフッ素が10%以下になるようにすべきである。
燃焼プラントまたは燃焼炉、特に回転炉内の滞留時間は少なくとも1秒間にすべ きである。
工程b)における燃焼室内の燃焼温度の低下は、供給物の発熱量の低減および/ または冷却された煙ガスの再循環および燃焼室の直接的および/または間接的な 冷却によって調整される。
工程a)とb)における廃ガスの冷却および廃熱の回収は廃熱ボイラ−、特に放 射伝熱面、就中、−次放射伝熱面を有する廃熱ボイラーを用いておこなわれる。
廃熱ボイラーからのスチームは動力の発生および/または機械類の直接駆動、例 えば空気分離プラントの駆動および/またはシュレッダ−の駆動等に利用するこ とができる。該スチームはまた、廃棄物燃焼プラントの他の装置に使用すること ができ、さらに第三者に供給することもできる。
本発明を利用することによって特別な利点が得られる。即ち、廃棄物から非鉄金 属、特に重金属類を分離する必要がないだけでなく、これらの金属類は燃焼中に 対応する酸化物に変換された後、系中に存在する可能性のある酸類や他の化合物 との反応に利用することができる。廃棄物の組成によっても左右されるが、廃棄 物中には十分な量の非鉄金属および/または非鉄金属化合物および/または非鉄 金属酸化物および/またはアルカリ金属化合物および/またはアルカリ土類金属 化合物が含まれる。
被処理廃棄物中にこれらの物質が十分な置きまれないか、または全(含まれない 場合には、これらの物質を被処理供給物、即ち廃棄物中に添加するか、または燃 焼中に熱ガス流へ導入する。
煙ガスの一部は廃熱ボイラーによって冷却した後、燃焼室内へ再循環させること によって燃焼室の温度を低下させる。
再循環されない煙ガスはガス精製装置を通して処理され、該ガス中に含まれる塵 埃は除去される。この処理はファブリツタフィルターを用いておこなうのが好ま しく、必要に応じて、通常のフィルターの後部に高濾過能を有するマイクロフィ ルターを設置してもよい。
除去された煙塵埃に経済的観点から十分な量の金属が含まれている場合には、該 煙塵を金属回収処理に付すことができる。
塵埃中の金属含有量が金属回収処理に付すには低過すぎる場合には、該塵埃を燃 焼炉内へ再循環させ、生成するスラグ中の金属含有量を高めることができる。
不燃性の不揮発性燃焼残滓はスラグとして回収するが、該スラグは所望により、 適当な既知のフラックスを用いて液化させてもよい。
スラグの生成および有害物の鉱化のための適当な添加剤を供給廃棄物に添加して もよい。これらのフラックスは冶金の分野においては周知であり、例えば鉄、石 灰、ンリカ、アルミナおよびその他の常套のフラックス等が挙げられる。
酸素を用いて燃焼をおこなうことによって、燃焼炎温度を2000°C以上にす ることができ、このような条件下では炭化水素化合物は安定には存在し得ない。
塩酸、フッ化水素酸および硫酸等の酸類が特定のプラスチックの燃焼中に発生し 、種々の問題をもたらす。冶金の分野においては、金属酸化物はこの種の酸類と 結合する優れた物質として知られている。これらの酸化物が燃焼中に発生するの は特別な場合である。
例えば、バッテリーのスクラップの溶融工程においてはCgを塩化鉛として10 %まで含有する煙塵埃が発生する。
このような目的には、池の金属酸化物、例えば酸化亜鉛が非常に適している。
金属酸化物が被処理供給物中に十分含まれていないか、または他の方法によって ガス流中に導入されない場合には、塩素もしくはフッ素が、ガス流中に注入され たアルカリ金属もしくはアルカリ土類金属化合物と反応する可能性がある。この 場き、ガスと塵埃との接触時間はできるだけ長くするのが望ましく、例えばフィ ルター内で塵埃を再循環させる。
燃焼中に発生する熱は廃熱ボイラー内においてスチームに変換される。塵埃ガス 用廃熱ボイラーは既知であるが、塩素やフッ素を含む刺激性の煙塵埃を処理する ためには特別な装置が必要である。
本発明は、廃車を切断処分するプラント用に特に適している。切断処分によって 、プラ女チ、り織物、木材およびゴム等の可燃性残滓が生ずる。これらの残滓は ン二しノダーに隣接する適当な炉内において燃焼できる。存在する可能性のある 酸類と反応するのに十分な量の金属酸化物が煙塵埃中に存在するような量の非鉄 金属(粒径25〜!1以下)の非磁性成分をこれらの可燃性残滓に添加するか、 またはガス精製ユニ・7トから排出される塵埃を炉内へ再循環する。
金属含有煙さ埃を燃焼炉内へ再循環させ、回収可能な金属の含有量を高めること ができる。利用されない煙塵埃は燃焼炉内へ再循環させてスラグと混合し、これ によって有害物質を鉱化させることができる。
燃焼炉の温度は高いので、固体状残滓は液状スラグとして回収される。スラグの 融解と有害物質の鉱化のために、フラックスを被処理供給物に添加してもよい。
発熱量が8000kJ/kg以上の廃棄物、例えば発熱量が約15000〜18 000kJ /kgのシュレッダ−残滓を、酸素含有量が50%以上の燃焼ガス を用いて燃焼させる場合には、該残滓の煙ガス量が少ないので、燃焼温度は25 00°C以上に達する。
燃焼室の温度は、被処理供給物の発熱量を低減させるか、または廃熱ボイラーに よって冷却された煙ガスの一部を再循環させることによって低下させることがで きる。煙ガスを再循環させることによって次の利点が得られる。即ち、廃熱ボイ ラーによって冷却される煙ガスの量は増加するが、精製される廃ガスの量および 汚染物の放出を左右する精製ガスの量は少量に維持される。
廃熱ボイラーから発生するスチームは、電力に変換されてプラントの操作に使用 してもよく、あるいは、第三者に供給するか、または空気分離プラントもしくは シュレッダ−プラントの機械類の駆動に直接使用してもよい。
廃熱ボイラーを用いて処理した後、燃焼室内へ再循環させない煙ガスの一部はガ ス精製ユニット、好ましくはファブリツタフィルターを用いて精製される。
煙ガス量が比較的少なく、高い廃ガス精製度が特に要求される場合には、精製ガ ス中の塵埃量を5 x9/ N m”以下にすることができる常套のファブリッ クフィルターの後に、精製ガス中の塵埃量を0゜]、、!’9/N@3以下にす ることができる高濾過能を有するマイクロフィルターを設置してもよい。
本発明のさらに別の重要な利点は、出所の異なる廃棄物、例えば一般家庭からの 固体状廃棄物、産業廃棄物および有害廃棄物を同一の燃焼プラント内において同 時に焼却できることである。従来は、出所の異なる廃棄物は別々に焼却処理され ていた。
以下の実施例は本発明を例示的に説明するものである。
−4を家庭からの固体状廃棄物と有害物質の回転炉内での焼却燃焼温度ハl 2 00’CJt上、好ましくは1500〜1800’Cc−あって、回転炉内部の 温度もこのような値になるので、一般家庭からの廃棄物、産業廃棄物および有害 物質は分別する必要がない。
廃棄物は粗粉砕処理に付した後、回転炉内へ導入する。
液状可燃性廃棄物は酸素バーナーによって注入する、該液状廃棄物の燃焼炎は補 助バーナーとしての作用をする。
空気分離プラントから供給される酸素を回転炉内へ吹き込む。中間の液化工程は 不要である。
空気を用いる燃焼の場合に比べて、空気の79容量%を占める窒素バラストがな いので、燃焼中に発生する煙ガス量はわずかに1/3に過ぎない。
酸素を用いる燃焼中には炎の温度は2500℃以上に達するので、熱交換器(廃 熱ボイラー)内で冷却された煙ガスは、燃焼室内を経済的な温度に調節するのに 必要な割合で該燃焼室内へ再循環される。
現在入手し得る耐火材を使用することによって、燃焼室の温度を1500°C以 上にすることが可能である。
空気は液状廃棄物の噴霧のみに使用し、燃焼系内への酸素の漏入はほとんどなく 、また、焼却処理されるプラスチックの窒素含有量は少ないので窒素酸化物は実 際上生成しない。
被処理供給物中に適当な化合物が含まれていない場合には、例えばカルシウム水 和物等の適当な添加剤を該被処理供給物に添加することによって、生成するハロ ゲン類と反応させる。このような添加剤は同時に燃焼させてもよく、あるいは熱 ガス流中へ注入させてもよい。これらの添加剤を加熱域へ添加することによって 、有害物質との結合は非常に早い反応速度でおこなわれる。
熱ガスは廃熱ボイラーへ送給される。煙ガスの一部は冷却後に燃焼室内へ再循環 される。
煙ガスの温度は高いので、ガス流の方向転換壁として作用するど同時に、送気管 スラグを除去するバッフルとして作用する放射伝熱面を廃熱ボイラーの前方に設 ける。
冷却した煙ガスはファブリックフィルターによって除字される。
使用するフィルターの材質に応じて、温度は180〜250°Cに設定し得る。
従来から常用されている方法において発生する廃ガス量は廃棄物1tあたり55 0ONI03と評価されているので、1時間あたり廃棄物を15を処理し得るプ ラントの場合は、82500 Nm3/hの廃ガスが発生する。このことは、良 好なファブリ・7クフイルターを用いて精製ガス中の塵埃量を約4 jlq/  N m’にした場合の粒子流か330g、/hであることを意味する。これに対 して、本発明による酸素を用いる燃焼法の場合には、精製処理に付される煙ガス 量は、漏入する空気を含めてもわずかに28000 Nm’/hであり、精製ガ ス中の墜埃雫が約4 m9/’ N r 3のときの有害粒子流は1110/h まで減少する。
廃熱ボイラーおよびファブリックフィルターから放出される有害粒子は回転炉内 へ循環させてスラグと混合する。
ハロゲン類は前記の添加剤と反応するので、ガスの洗浄処理は不要である。
所望によるフラックスを被処理供給物へ添加することによって、燃焼残滓と再循 環された煙塵埃を液状スラグとして排出させ、有害物質は鉱化によって水不溶性 物質に変換させる。これらの処理物はそのまま塵芥集積場へ搬送してもよく、あ るいはさらに利用してもよい。
回収される熱エネルギーは必要な酸素の製造に使用してもよく、あるいは別の消 費者に供給し、でもよい。
レイアウトデータ 廃棄物処理量                 15 t/h発熱量                   11000kJ /kg湿度                     30%H,0スラグ排出量                   4.5t/h酸素消費量               1kg0t /kg廃棄物1便(炉 寸法               48m(長さ)X3.3m(直径)煙ガス 量                15600 Nm’/h再循環煙ガス量              35000 Nm”/h廃熱ボイラー内への流入ガス 量      50600 Nm’/ h温度                    1800°CO!−プラント 容量                 10500 NIB’/h空間                      40IIIX50m動力消費量                    4.9MW冷却水                     500m’/h廃熱ボイラー 伝熱面                     850m’スチーム発生量                  54t/hスチーム圧                    16バールフアブリノクフイルター ガス量                 28000 N+a3/h流入温度                   180’Cフイルターの面積               800m”精製ガス中の塵埃量                5 x9/ N m3シユレ/ダー残渣の回転炉内での燃焼 この燃焼法は、発熱量がより高い以外は前記の一般家庭からの固体状廃棄物等の 燃焼の場合と同様である。
通常、シュレッダ−残渣は、燃焼中に発生する塩素やフッ素と結合するのに必要 な量の非鉄金属を含有し、該非鉄金属は被処理物に存在していてもよい。アルカ リ金属やアルカリ土類金属類の化合物の添加は不要である。
放出される煙塵埃中の金属濃度は高いので、該金属を回収することが可能である 。
/ユレノダー残渣処理jl              5 t/h発熱量                   15000kJ/kg湿度                       5%H,0スラグ排出量                   1.75t/h酸素消費量              1.4 kg0t/kg廃棄物回転炉 寸法               30m(長さ)X3.2m(直径)煙ガス ”                  4800 NIm’/ h再循環煙ガ ス量             20300 Ng+3/h廃熱ボイラー内への 流入ガス量      25100 Nm’/h温度                     1800°CO2−プラント 容量                  5000 Nm’/h空間                      30m×20i動力消費量                    2.4MW廃熱ボイラー 伝熱面                    430m”スチーム発生量                 25 t/hスチーム圧                    16バールフアブリツクフイルター ガス量                 10000 Nm’/h流入温度                   180°Cフィルター面積                270m”精製ガス中の塵埃量                5 xg/ N m3上述のように、金属を含有する処理物を本発明によって 同時に燃焼することによって、燃焼物を、燃焼中に発生する有害物と反応させる ことができる。
さらに、アルカリ金属またはアルカリ土類金属化合物をガス流中に添加して有害 物質と反応させることもできる。廃ガスは、廃熱ボイラーによって冷却された後 、ファブリックフィルター内での塵埃の再循環または他の適当な装置を用いる処 理によって精製される。
さらに、煙ガスは、燃焼室の温度を熱交換器による煙ガスの冷却後に設定される 温度にするのに必要な割合で該燃焼室へ再循環させることができる。
例えば、シュレノタープラントを操作する場合には、廃車の可燃性成分および非 鉄金属含有成分の一部もしくは全部を、/ユレノダープラント内において分離し た後、酸素を少なくとも50%、好ましくは70〜98%もしくはそれ以上含有 する燃焼ガスを用いる燃焼処理をおこなう装置内へ送給し、煙ガスは廃熱ボイラ ーによって冷却した後、適当なガス精製プラントにおいて、好ましくはファブリ ックフィルターによって精製され、廃熱ボイラーのスチームは空気分離プラント および/またはンユレ、グープラントにおいて使用され、好ましくはシュレッダ −のタービン駆動に直接使用される。
国際調査報告 国際調査報告   PC丁/EP 8810ogz7

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.以下のa)〜e)の工程を組合せることを特徴とする廃棄物の処理方法: a)燃焼プラント内において、可燃性の固体状、ペースト状または液状の廃棄物 を、酸素を少なくとも50%含有する燃焼ガスを用いて燃焼させ(この場合、非 鉄金属および/または非鉄金属化合物および/または非鉄金属酸化物および/ま たはアルカリ金属化合物および/またはアルカリ土類金属化合物を、これらの非 鉄金属等を生成する物質を該廃棄物と共に燃焼させるか、またはこれらの非鉄金 属等を該廃棄物と共に燃焼プラント内へ導入するか、もしくは熱ガス流中へ導入 することによって系中に存在させ、また所望により、フラックスを該廃棄物に添 加する)、 b)燃焼室内の温度を1200〜1800℃に低下させ、c)廃ガスを廃熱ボイ ラーを用いて冷却することによって廃熱を回収し、 d)生成する塵埃をガス精製装置によって除去し、e)不燃性で不揮発性の残滓 をスラグとして回収する。
  2. 2.工程a)における燃焼を適当な炉、特に回転炉内でおこなう請求項1記載の 方法。
  3. 3.燃焼ガスが酸素を70〜98%、好ましくは98%もしくはそれ以上含有す る請求項1または2記載の方法。
  4. 4.燃焼プラント内での滞留時間が少なくとも1秒間である請求項1から3いず れかに記載の方法。
  5. 5.工程b)における燃焼室内の温度低下を、被処理供給物の発熱量の低減およ び/または冷却された煙ガスの再循環および/または燃焼室の直接冷却および/ または間接冷却によっておこなう請求項1から4いずれかに記載の方法。
  6. 6.工程c)における廃熱回収を廃熱ボイラー、好ましくは放射伝熱面を有する 廃熱ボイラー、特に上昇放射伝熱面を有する廃熱ボイラーを用いておこなう請求 項1から5いずれかに記載の方法。
  7. 7.工程c)において回収される廃熱を連結機械ユニットの駆動に利用する請求 項1から6いずれかに記載の方法。
  8. 8.非鉄金属、非鉄金属化合物、非鉄金属酸化物、アルカリ金属化合物またはア ルカリ土類金属化合物の存在量を、ハロゲン、特に塩素とフッ素を好ましくは1 0%以上含有しない煙塵埃が発生するように調整する請求項1から7いずれかに 記載の方法。
  9. 9.工程d)における塵埃の除去を、所望によって高濾過能を有するマイクロフ ィルターを連結したファブリックフィルターを用いておこなう請求項1から8い ずれかに記載の方法。
  10. 10.除去された煙塵埃中に利用可能な量の金属が含まれる場合には、該煙塵埃 を金属回収処理に付し、該煙塵埃中の金属含有量が少ない場合には、該煙塵埃を 燃焼室内へ再循環させて金属含有量を高めるか、または生成スラグに含有させる 請求項1から9いずれかに記載の方法。
  11. 11.スラグ形成性フラックス、例えば鉄、石灰、アルミナまたは珪酸を被処理 供給物に添加する請求項1から10いずれかに記載の方法。
  12. 12.煙ガスの一部を、廃熱ボイラー内で冷却した後、燃焼プラントの燃焼室へ 再循環させる請求項1から11いずれかに記載の方法。
  13. 13.一般家庭からの塵芥、産業廃棄物および特殊な有害廃棄物を一つの燃焼プ ラントにおいて同時に燃焼させる請求項1から12いずれかに記載の方法。
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