JPH0588151B2 - - Google Patents

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Robaato Deii Batsuku

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MORUTEN METARU TEKUNOROJII Inc

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1984-11-08

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1985-09-30

Publication date

1993-12-21

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1984-11-08 Priority claimed from US06/669,420 external-priority patent/US4602574A/en

1985-09-30 Application filed by MORUTEN METARU TEKUNOROJII Inc filed Critical MORUTEN METARU TEKUNOROJII Inc

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1993-12-21 Publication of JPH0588151B2 publication Critical patent/JPH0588151B2/ja

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Description

請求の範囲１少なくとも幾つかの有機廃棄物を包含する廃
棄物の分解法において、(1)炉中に金属および酸化
の自由エネルギーを有する金属酸化物の溶融浴
を、炭素をCOへ転換するのに要するより大きい
温度条件および酸素分圧下で供給し、(2)溶融浴を
10センチポアズ以下の粘度に維持し、(3)酸素およ
び有機廃棄物を連続的且つ一緒に上記有機廃棄物
の酸化性部分に対する酸素の化学量論的比率が少
なくとも１：１で上記浴中または上に導入して、
上記炉での上記有機廃棄物の平均滞留時間を少な
くとも約1/2秒間に維持することを特徴とする方
法。

２有機廃棄物がポリ塩化ビフエニルから成る、
請求の範囲第１項記載の方法。

３有機廃棄物がダイオキシンである、請求の範
囲第１項記載の方法。

４有機廃棄物に対して、約30％以下の吸熱反応
性無機廃棄物をも浴の温度上昇傾向を緩和する速
度および組成物で炉に導入する、請求の範囲第１
項記載の方法。

５水をも連続的且つ一緒に上記浴に噴射する、
請求の範囲第１項記載の方法。

６金属浴が少なくとも５％ケイ素および０〜95
％の鉄、ニツケルおよび銅から選択される金属か
ら成る、請求の範囲第１項記載の方法。

７有機廃棄物がハロゲンを有するおよびハロゲ
ンを持たない合成化合物および溶媒から成る、請
求の範囲第１項記載の方法。

８廃棄物を上記浴の側部から噴射する請求の範
囲第１項記載の方法。

９廃棄物と無機廃棄物を有する酸化性材料を浴
の上部に導入して、材料を表面に衝突するかまた
は表面上方のガス相で反応させる、請求の範囲第
１項記載の方法。

１０流出ガスのすくなくとも一部分を、浴の直
ぐ上部に部分的に再循環させて、生成物分布を変
化させるかまたは維持させる、請求の範囲第１項
記載の方法。

１１流出ガスを浴に部分的に再循環させる、請
求の範囲第１項記載の方法。

１２酸素源が分子状酸素または空気から成る、
請求の範囲第１項記載の方法。

１３かなりの量の化学的に結合したハロゲンを
含む無機および／または有機廃棄物を熱分解的に
且つ酸化的に分解する方法において、少なくとも
約1371℃の温度で、少なくとも10％ケイ素およ
び／またはその酸化物および銅、鉄およびニツケ
ルから成る群から選択される金属および／または
それらの酸化物の溶融浴であつて粘度が10センチ
ポアズイ以下であるものから成り反応器に具備さ
れた反応領域中に、上記廃棄物を噴射し、上記廃
棄物の酸化性部分に対する化学量論的関係で酸素
を一緒に導入して、上記反応器中での有機廃棄物
の平均滞留時間を少なくとも約1/2秒間として、
上記浴から発生するガスを集めて、ハロゲン化水
素を回収することを特徴とする方法。

１４噴射される廃棄物と酸素の比率を調整し
て、浴温度を制御された温度に連続的に維持す
る、請求の範囲第１３項記載の方法。

１５廃棄物以外の炭化性材料をも噴射して、廃
棄物とその他の炭素性材料を用いて所望な浴温度
を維持する、請求の範囲第１３項記載の方法。

１６上記廃棄物の有機部分が反応領域におい
て、約１〜３秒間の滞留時間を有する、請求の範
囲第１３項記載の方法。

１７浴に塩化第二鉄を制御しながら添加するこ
とにより、浴と溶融鉄の所望な分画の温度を調整
する、請求の範囲第１３項記載の方法。

１８ HClを希塩酸に吸収させることによつて回
収する、請求の範囲第１３項記載の方法。

１９廃棄物を上記浴の側部から噴射する請求の
範囲第１３項記載の方法。

２０廃棄物と無機廃棄物を有する酸化性材料を
浴の上部に導入して、材料を表面に衝突するかま
たは表面上方のガス相で反応させる、請求の範囲
第１３項記載の方法。

２１酸素源が分子状酸素または空気から成る、
請求の範囲第１３項記載の方法。

２２熱分解的に且つ酸化的に有機廃棄物を分解
する方法において、(1)炉中に少なくとも10％の鉄
から成る溶融浴を供給し、(2)上記浴の溶融金属分
画の粘度を10センチポアズ以下に維持して、(3)上
記有機廃棄物の酸化性部分に対する酸素の化学量
論的比率が少なくとも１：１で、酸素と上記有機
廃棄物を連続的且つ一緒に上記浴中または上に噴
射させて、上記炉での上記有機廃棄物の平均滞留
時間を少なくとも約1/2秒間に維持することを特
徴とする、方法。

２３有機廃棄物がポリ塩化ビフエニルから成る
請求の範囲第２２項記載の方法。

２４浴の条件下で吸熱反応性である材料を上記
浴に導入して、浴の温度の上昇傾向を緩和する工
程をも包含する、請求の範囲第２２項記載の方
法。

２５有機廃棄物と酸素を上記浴に一定速度で導
入して、溶融鉄中に溶解した炭素の濃度を約1/2
％〜約６％に維持する、請求の範囲第２２項記載
の方法。

２６有機廃棄物が有害生物駆除剤または除草剤
から成る、請求の範囲第２２項記載の方法。

２７有機廃棄物がハロゲンを有しおよびハロゲ
ンを持たない合成化合物および溶媒から成る、請
求の範囲第２２項記載の方法。

２８廃棄物以外の炭素性材料をも噴射させ、こ
れらの廃棄物とその他の炭素性材料を用いて上記
の溶解した炭素の濃度を維持させる、請求の範囲
第２５項記載の方法。

２９廃棄物を上記浴の側部から噴射する請求の
範囲第２２項記載の方法。

３０廃棄物を含む酸化性材料を浴の上方に導入
して、材料が表面に衝突しまたは表面上方でのガ
ス相で反応する、請求の範囲第２２項記載の方
法。

３１流出ガスの少なくとも一部分を、浴の直ぐ
上部に部分的に再循環させて、生成物分布を変化
させるかまたは維持させる、請求の範囲第２２項
記載の方法。

３２流出ガスを浴に部分的に再循環させる、請
求の範囲第２２項記載の方法。

３３かなりの量の化学的に結合してハロゲンを
含む有機廃棄物を熱分解的に且つ酸化的に分解す
る方法において、少なくとも約1371℃の温度で少
なくとも10％の鉄の溶融浴であつて、浴の溶融金
属分画の粘度が10センチポアズ以下であるものか
ら成り反応器に具備された反応領域中に、上記廃
棄物を噴射し、上記廃棄物の酸化性部分に対する
化学量論的関係で酸素を一緒に噴射して、上記反
応器中での上記廃棄物の平均滞留時間を少なくと
も約1/2秒間として、上記浴から発生するガスを
集めて、ハロゲン化水素を回収することを特徴と
する方法。

３４廃棄物と酸素の噴射を調整して、この浴中
の炭素の濃度を鉄に対して約２〜３％に連続的に
維持する、請求の範囲第３３項記載の方法。

３５廃棄物以外の炭素性材料をも噴射して、廃
棄物とその他の炭素性材料の両方を用いて、上記
浴での炭素の濃度を維持する、請求の範囲第３４
項記載の方法。

３６廃棄物の反応領域での滞留時間が約１〜３
秒間である、請求の範囲第３３項記載の方法。

３７浴の温度を、浴に塩化第二鉄を制御しなが
ら添加することによつて調整する、請求の範囲第
３３項記載の方法。

３８ HClを希塩酸に吸収させて回収する、請求
の範囲第３３項記載の方法。

３９廃棄物を上記浴の側部から噴射する請求の
範囲第３３項記載の方法。

４０廃棄物を含む酸化性材料を浴の上方に導入
して、材料が表面に衝突しまたは表面上方でのガ
ス相で反応する、請求の範囲第３３項記載の方
法。

技術分野本出願は、1984年11月８日登録の同時係属米国
特許出願第669420号の部分係属出願である。

本発明は、毒性廃棄物の分解に関する。

過去30年間に、米国だけでも、1.4億ポンドの
ポリ塩化ビフエニル（PCB）が生産されてきた。
PCBの汚染と人畜に対する毒性についての一般
の認識と関心の高まりによつて、環境保護局
（EPA）がその廃棄を規制し、その使用の禁止を
速めることになつた。PCBの処理法は、極めて
近い将来に直面するであろう多くの毒物の廃棄の
問題の一つにすぎない。現在のEPAは1981年の
数字に基づいて、年間の危険な廃棄物の産出量が
71億ガロンに達することを指摘している。有機性
の危険な廃棄物には、有害生物駆除剤、除草剤、
病原菌のような病院からの廃棄物、塗料、インキ
およびその中に含有される溶媒、黒液や爆発物の
ような好ましくないものがある。鉄、亜鉛、銅、
鉛、マグネシウム、アルミニウム、クロムおよび
カドミウムの酸化物、各種の粉末状金属製造残渣
および金属含有スラツジのような無機性廃棄物
も、重大な環境問題を起こす。これらの廃棄物
は、それらの使用サイクルにおける幾つかの時点
で総て分解する必要がある。

EPAが毒性、可燃性、腐蝕性または極めて反
応性の強いものとして分類している現在存在する
廃棄物の例には、器具向上からの塗料スラツジ、
金属めつき店からのクロムおよびニツケル滓、ワ
ニス、カーペツトおよび化学プラントでの洗剤用
の消費された原材料、ドライクリーニングした衣
類およびコンピユーターからの脱脂したマイクロ
チツプからの溶媒、消費した時計用電池からの水
銀、使い捨て用タバコライターからのブタン残
渣、およびオーブンクリーナーの「空」缶からの
滓がある。

次の反応器のタイプは、危険な廃棄物の溶液の
処理用として提供されまたは市販されているもの
である：回転炉、液体噴射、多重火床、多重室、
流動化床、溶融塩、および高効率ボイラー。これ
らの反応器は幾つかの所望な実際上且つ理論上の
操作特性を有するが、単一工程で有機廃棄物、無
機廃棄物および／またはスラツジを分解するのに
適した操作を請求記載しているものはない。上記
の上記器のうち、回転炉は米国およびヨーロツパ
で最も一般的に用いられている。かかる反応器
は、有機化合物では99.99％以上の燃焼効率を達
成することが出来るが、それでもなお後燃焼およ
び長時間の滞留時間を要する。

有機材料の焼却には、熱分解（1200℃）と高温
炎によつて開始する燃焼との組合せがある。最初
の熱分解では、有機化合物はより酸化され易い形
に変換されるが、この酸化工程では、生成する初
期の高エネルギーフラグメントが酸素と実際に衝
突する必要がある。回転炉のような通常の焼却装
置では、反応媒質の粘度が高くなる傾向があり、
反応種を酸素と直接に接触させることが困難な場
合が多い。分子レベルでの効率的な混合が欠除す
ることにより、分解速度が阻害される。これらの
反応器は、それ故代表的には比較的非効率的であ
り、過剰の酸素を必要とし且つ更に補助的な燃料
を必要とする。酸素を用いた反応に伴う実際上の
発熱（熱放出）反応は、反応性材料が反応室を通
して供給されるので炎の先端から離れたところで
起こる。従つて、これらの反応で生じる熱は、初
期の吸熱性熱分解工程では効率的に用いることが
出来ない。

反対に、無機廃棄物の熱分解または還元は、通
常は吸熱工程であり、古典的焼却法に付すること
は出来ない。しかしながら、かかる材料の分解に
伴う熱力学的問題は、熱エネルギーを化合物に変
換する一連の化学的反応によつて減少させること
が出来る。

例えば、ハロゲン化金属の水素による還元から
成る熱化学的サイクルは、通常は塩化第一鉄によ
つて示されるような吸熱工程である。

FeCl₂＋H₂→Fe＋2HCl しかしながら、二相性反応媒質中では、この反
応媒質が両層で、または一方の層で、或いは二層
界面で同時に熱化学反応サイクルを維持すること
が出来るならば、付随する炭素質材料の直接熱分
解性酸化から生じる生成物および潜熱を有効に使
用して、この古典的脱塩素化に伴う総体的熱的条
件を改善することが出来る。本発明者等は、如何
なる理論による結合をも望むものではないが、以
下の一連の反応が好適な条件で起こることを提案
する：有機成分→炭素＋フラグメントフラグメント→CO＋H₂Ｏ FeCl₂＋H₂Ｏ→FeO＋2HCl FeO＋Ｃ→Fe＋CO 同様にして、金属硫化物の水素を用いた脱硫の
熱化学的条件 CuS＋H₂→Cu＋H₂Ｓは、真の発熱効果を持たない反応の結合有機成分→炭素＋フラグメントフラグメント→Ｏ＋H₂Ｏ CuS＋H₂Ｏ→CuO＋H₂Ｓ CuO＋Ｃ→Cu＋CO において減少させることが出来る。

金属水素化物、酸化物、窒化物および硫酸塩な
どの酸化状態は、浴中で生成した炭素および／ま
たは水素の相互作用によつて還元法で変化させる
ことも出来る。

MX_n＋H₂Ｏ−−→HX＋MO_n−−→CO＋Ｍ一般的には、熱化学的反応サイクルの特殊な使
用により、熱力学的工程の効率が増し、金属およ
び周期律表の遷移元素から成る無機化合物を含む
ほとんどの還元の好ましくない吸熱効果を改善す
る。これらの還元は通常は熱化学的サイクルでの
中間体としての親酸化物の生成または利用から成
る。中間還元の有効性は、浴の反応条件での水
素、炭素または一酸化炭素の酸化の自由エネルギ
ーと比較して包含される元素の酸化の相対的自由
エネルギーによるものである。例えば、炭素は、
反応温度が約454℃を超えると、酸化ニツケルを
還元して、ニツケルと一酸化炭素を形成させるこ
とが出来る。

本発明者等が先行技術の実施状況を概観したと
ころによれば、当該技術は本発明者等が行つたほ
ど極めて効率的には毒性廃棄物の熱分解および燃
焼を組合せてはいなかつた。

ラツチエン（Rathjen）等の米国特許第
4140066号明細書の記載によれば、脈動性渦流を
有する高乱流燃焼室では、分解に要する滞留時間
および温度を少なくする。PCBを含むスラツジ
からのPCBの分離とそれに続く焼却は、米国特
許第4402274号明細書に記載されている。

本発明者等は、先行技術工程を考察するのに、
関連する石炭のガス化の技術分野での他の人々の
研究にも気付いている。ルメル（（Rummel）の
米国特許第2647045号明細書では、例えば鉄鉱石
の還元や「石炭生成物の非燃焼性残渣」から得ら
れる溶融スラグ浴を循環させ且つ最終的に分割さ
れた石炭を浴中に噴射させ、空気を「吸熱性気体
反応体」すなわち水と共に別途添加する。この工
程は、２つの別々の吸熱および発熱帯で好ましく
行われる。例えば、溶融スラグの潜熱を用いて石
炭を燃焼させる初歩的アイデアが知られている。
ルメルは米国特許第2848473号、第2923260号およ
び第3953445号明細書に記載のように彼の基本的
方法にアルキレン改良および変更を加えたが、そ
れらのどれ一つとしてその基本的アイデアの本開
示に対する関連性を高めているものはない。鉄浴
が米国特許第4388084号明細書における石炭のガ
ス化に使用されており、米国特許第3890908号明
細書では空気の不在で鉄浴が使用されている。オ
カムラ等に対する米国特許第4389246号明細書で
は、溶融鉄浴を用いる石炭のガス化について、エ
タンの底吹込が記載され（詳細には、第６欄７〜
14行を参照）、エタンまたはその他の炭化水素ガ
スを用いて混合物を攪拌しており、このためオカ
ムラ等はこのガスを酸化性ガスおよび不活性ガス
並びに酸化可能なガスと同等であると考えてい
る。炭化水素は米国特許第3706549号明細書の記
載と同様に酸素と共に噴射することが出来る。

上からの燃料、酸化性媒質および／またはその
他の材料の噴射も、ゲルンハルト（Gernhardt）
等の米国特許第4043766号明細書、オカムラ等の
米国特許第4389246号明細書、オカネ等の米国特
許第4388084号明細書およびベル等の米国特許第
4431612号明細書に用いられている。

テイトス（Titus）等は米国特許第3812620号
明細書で、町のゴミのような「不均一系廃棄物材
料」の焼却中に得られるガラスや類似の金属の溶
融したプールを考えており、各種有機物を871℃
程度の温度でプール中で「分解」して、1093℃で
（「少なくとも或るガス」で）「更に熱分解」する
のである。彼らは（第５欄で）「5538℃以上」ま
での温度を考え鉄を溶融状態のままにすることを
記載しており、浴中に酸素を加えず、類似の有機
物を熱分解する為にのみ浴を用いていると考えら
れる。フオン・クレンク（von Klenck）等の米
国特許第3890908号明細書も参照されたい。ヨシ
ム（Yosim）等は、米国特許第3845190号明細書
において、浴中で熱分解をした後その上方の領
域で酸化を行うことを記載している。塩浴も、グ
リーンベルグ（Greenberg）による米国特許第
3974784号および第3647358号明細書において用い
られている。ナカムラの米国特許第4346661号明
細書では溶融した廃棄物を排出している。

材料と熱アルカリ金属との反対を含む溶融塩法
は、グランハム（Grantham）の米国特許第
4246255号明細書に記載されており、例えば約700
〜1000℃でアルカリ金属炭酸塩の浴を保持してい
る。溶融塩には酸素も噴射される。サウスウイツ
ク（Southwick）は、米国特許第3527178号明細
書において金属浴を用いている。溶融金属を含む
別個の加熱および焼却領域が米国特許第3744438
号明細書に用いられている。

レーザー（Rasor）の米国特許第4187672号お
よび第4244180号明細書では、石炭の上側導入に
よつて生じる炭素用の溶媒として溶融鉄を用いて
おり、炭素は次いで長時間の滞留時間中に酸化鉄
によつて且つ部分的には上方からの酸素の導入に
よつて部分的に酸化される。レーザーの記載で
は、明確な炭素化および酸化室が保持されてい
る。

本発明者等は、大容量ボイラーで通常の燃料に
５％以下の量でPCBを添加することにより比較
的大規模にPCBを分解することが出来ることも
知つている。シードホフ、ザールとモーリス
（Siedhoff，Zale ＆ Morris）の「実用ボイラ
ーでの高濃度PCBの分解」、プロシーデイング
ス・オブ・ザ・1983・PCB・セミナー
（Proceedings of the 1983 PCB Seminar）、エ
レクトリツク・パワー・リサーチ・インステイテ
ユート（Electric Power Research Institute）
を参照されたい。これは好都合な処理法とは思わ
れ、PCBの分解がEPA基準である99.99％以上に
達するが、高効率ボイラーに対する長期間での腐
食およびその他の効果は大部分は未知である。同
様に酸化は、本発明者等自身の方法での酸化ほど
は効率的ではなく、実際には、PCBの処理費用
は燃料費に等しいかまたはそれ以上になる。

比較的経済的な廃棄危険物の分解は、高熱力学
的方法の効率および（廃棄熱または燃料ガスの形
での）エネルギーの効率的且つ経済的回収および
高純度の副生成物によつて向上させることが出来
る。（同定、分離、保管、輸送および分解を含む）
廃棄危険物の分解に伴う総経費の減少は、組成と
は無関係に総ての廃棄物を完全且つ効率的に分解
する単一工程の能力に依存するものと思われる。
一般的には、エネルギーの高度の経済的利用は、
補助的な燃料または化学量論的酸素要求量より実
質的に多量の酸素を添加することなく分解が効率
的に起こるときに最大である。

本発明は、炭素の一酸化炭素への転換に要する
より大きい炉の温度および酸素分圧条件下で、少
なくとも1371℃の温度で、酸化の自由エネルギー
を有する（ケイ素を含む）金属および金属酸化物
の溶融浴を、炉中での使用から成る。かかる材料
は、以下に更に詳細に説明されるように、鉄、ニ
ツケル、銅、およびそれらの酸化物を包含する。

ロツクウエル・インターナシヨナル
（Rockwell International）に発行された３種の
米国特許第4447262号、第4246255号および第
4017271号明細書は、溶融塩浴を使用して、一酸
化炭素増加条件、すなわち酸素の存在で、石炭ま
たはPCBのような炭素性材料の分解を開示して
いる。しかしながら、用いられる浴は、大部分は
炭酸ナトリウムまたはアルカリ金属炭酸塩およ
び／またはアルカリ土類金属酸化物または炭酸塩
の混合物から成る。炭酸塩は本発明において浴の
スラグ部分に存在することがあるが、それらは必
須のものではなく、実際上、詳細には、PCBお
よび他の塩素含有廃棄物からの塩素がカルシウム
と結合して、塩化カルシウムを形成し、浴およ
び／またはそれと関連したスラグ中に蓄積し易い
ので、好ましくない。

ベル（Bell）等の米国特許第4431612号明細書
を考察すると、この著者は溶融浴を用いてPCB
などの材料を分解しているが、この浴は良好な電
気導体でなければならないことに、読者は気付く
であろう。

サウスウイツク（Southwick）は、米国特許第
3527178号明細書において、金属またはガラスプ
ールを作つているが、それを通して分解される材
料は通過しない。

発明の開示本発明は、少なくとも幾つかの有機廃棄物を包
含する廃棄物の分解法から成るものであり、(1)炉
中に金属（好ましくは鉄またはケイ素から成る）
および酸化の自由エネルギーを有する金属酸化物
の溶融浴を、炭素をCOへ転換するのに要するよ
り大きい温度条件および原則的酸素分圧下で供給
し、(2)溶融浴を10センチポアズ以下に維持し、(3)
酸素および有機廃棄物を連続的且つ一緒に上記有
機廃棄物の酸化性部分に対する酸素の化学量論的
比率が少なくとも１：１で上記浴中または上に噴
射して、上記炉での上記有機廃棄物の平均滞留時
間を少なくとも約1/2秒間に維持することを特徴
とするものである。

本発明によれば、無機化合物と金属含有スラツ
ジの混入した有機廃棄物を単一工程で処理するこ
とが出来る。廃棄物としては、PCB、テトラク
ロロシラン、ダイオキシン、および他の極めて毒
性の高い材料がある。本発明の方法は、クヌツペ
ル（Knuppel）等の米国特許第3706549号明細書
記載の製鋼技術および装置を用いてもよく、底羽
口または口部材噴射によつて溶融浴の表面下にま
たは表面上でのランス型（lance−type）噴射に
よつて酸素および（無機物を含む）有機廃棄物流
を噴射して、外部の炎源の不在で浴内に相互作用
を生じさせることから成る。金属、酸化物、炭酸
塩、ケイ素などから成り、以下に更に詳細に説明
される溶融媒質は、粘度が10cps以下で且つ温度
が好ましくは1371℃より高温に維持されるもので
あり、初期の結合を破壊する熱分解的工程用の熱
的に安定な熱伝導性媒質を供するのに用いられ
る。分子状酸素は、スラグまたは金属表面上に吸
着することによつてまたは酸化銅のような反応性
の高い金属酸化物として混合されることによつて
活性化することが出来る。NO₃ ^-，SO₄ ^2-および
ClO₄ ^-のような形の，および族の原子の酸
化物も、炭素および水素から成る分子状フラグメ
ントを酸化して一酸化炭素および水とするための
酸素を供給することが出来る。

実質的に均一であるべきである溶融浴内での攪
流または攪拌により、初期の酸化物から微細に分
散した原子状炭素への効率的転移が促進される。
しかしながら、各種副生成物の密度の差によつ
て、スラグ相が形成されることが予想され、スラ
グ中の各種酸化物の溶解度は通常は炭素の溶解度
よりも大きいので、金属酸化物からの酸素転移の
多くは２相の界面で起こる。金属残渣は元素状態
に転換されて通常はスラグから分離するかまたは
酸化的燃焼により金属酸化物に転換される。所定
の金属の反応経路は、反応温度での酸素の親和性
によつて決定される。

無機物および水の吸熱的分解を行うのに要する
熱を供給する発熱反応は、殆どの有機化合物の酸
化的分解で自然に起こる。COまたはCO₂の形成
時に放出される熱は、熱が効率的に転移され且つ
十分な混合、原子化および分子分散が起こつて所
望な反応の総体的速度を維持する場合には、所望
の熱平衡を維持することが出来る。発熱および吸
熱工程の適正な平衡が得られれば、通常は従来の
燃焼装置や技術とは合わない非燃焼性無機廃棄物
はそれらの元の元素状態またはそれらの安定な酸
化物へ転換することが出来る。金属やスラグ部分
の粘度は、約10cpsを超えないようにする。

鉄、ニツケルおよび銅のような金属を浴内に、
金属を含有する化合物の直接還元によりまたは元
素状鉄、ニツケルまたは銅の添加により含ませる
ことが出来、これらの金属は浴に導入されると、
炭素および他の元素への酸素の遷移を活性化し
て、且つ各種化合物の結合の熱分解的切断を触媒
する。

用いられる金属および金属酸化物には、炉の温
度および酸素分圧条件下で酸化の自由エネルギー
を有し、この自由エネルギーが炭素の一酸化炭素
への転換に要するよりも大きいものである。約
1371℃より高い温度では元素状鉄、ニツケル、コ
バルトおよび銅は、何れもこの要件を満足する。

詳細には、鉄が浴に用いられる場合には、制御
された連続的炭素性廃棄物噴射により、力学的炭
素平衡は、溶融浴を通して、約1/2％炭素〜約６
％炭素、好ましくは約２％〜約３％に維持するの
が好都合である。この効果的炭素平衡により、迅
速な制御できない分解を防止し、且つ高炭素濃度
勾配を供することによつて反応速度が促進され
る。炭素が、原子状態に還元された後は、容易に
吸収される場合には、主として脱炭素化が酸化に
よつて起こる。脱炭素化は、ガス相中およびスラ
グ層並びに金属中の気／液界面で起こつてもよ
い。毒性廃棄物からの一酸化炭素や水素の形成が
容易であることにより、それが実際的に実施され
る場合には、C₁化学を行うことも出来る。

溶融金属浴上方に維持された高炭素、低酸化第
一鉄スラグは、発熱的ラジカル再結合（例えば、
Ｈ・＋Cl・−→HCl）用の表面およびイオウまた
は重金属捕集用媒質を供する。噴射時に親化合物
からストリツプされる水素や塩素のようなガス状
元素は、電子的親和性が十分である場合には、溶
融物内で結合する。しかしながら、浴のエネルギ
ーがこれらの力を超える場合には、塩化水素のう
ような生成物が溶融物の上方で起こる。

通常の技術と比較した場合の本発明の方法の最
も好都合な特徴は、熱力学的効率が高く、有機性
廃棄物中に分散され、または取り込まれた金属残
渣および無機化合物のそれらの金属またはそれら
のそれぞれの不揮発性酸化物へ一工程で間接的多
段階転換に要する熱エネルギーを総体的に減少さ
せることが出来る。この基本的化学的組成の変化
および熱化学的サイクルの利用は、初期の廃棄物
流の容積をかなり減少させると共に廃棄物の高毒
性を減少させる。これは、粒子の衝突の効率によ
ると共に、同じ浴中での反応体からの反応媒質へ
（中へ）の相対的に効率的な熱の遷移によるもの
と思われる。これらの特殊な特性は、競合する方
法に比べて経済的利益に直接的に反映することが
出来る。例えば、本発明者等は、有機廃棄物に対
して、約30％までの発熱反応性無機廃棄物を一定
時間を要して噴射することが出来る。用いられる
比率は、熱的中性の条件を画定する比率を超えな
いものであり、非常に短時間であるよりは長時間
について超えないものである。この量は、有機廃
棄物の付随する酸化の発熱性、同時に分解（また
は分裂）する無機廃棄物の吸熱性、および反応容
器並びに総工程に関する熱損失によつて変化す
る。更に、比較的高い操作温度とほぼ化学量論的
量の酸素添加を維持することにより、熱回収率が
向上し、原材料に混入している濃縮された化学的
に純粋なガス状副生成物が将来の化学または燃料
用に回収することが出来る。

反応器は、通常のデザインを有し通常の技術に
よるものが好ましい。滞留時間分布を制御して完
全に分解することが出来、且つメンテナンスを低
下させるような移動性部分を反応ゾーンに設ける
べきでない。本発明の方法は、連続的であること
が好ましい。スラグは、初期の熱分解工程を容易
にする表面を提供するので好ましくないものでは
なく、溶融浴組成の90％以上であるのが有利であ
る。浴の周囲には、絶縁性媒質を用いて、熱損失
を少なくして、工程の熱効率を最大にするべきで
ある。

数種類の型の通常の反応器または炉を有利に用
いることが出来、各種改質を行うことが出来る
が、他のデザインも本方法の詳細な説明で明らか
になるように十分である。例えば、「A.O.D.」ま
たは「アルゴン−酸素−脱炭素化」炉は、容易に
本方法に適用できる。比較的小型の（10トン）の
誘導型炉を、例えば、容易に実際に用いることが
出来る。ずつと大型の底吹込の基本的酸素製鋼容
器で任意に上部ランス（lance）を備えた装置を
用いて、極めて大規模な中心的加工を行うことが
出来、熱金属供給も利用可能であろう。基本的な
反応容器の例を説明する。

本発明の最良の様式第１図は、鉄または他の金属充填物を最初に浴
の外部に誘導して加熱する、上部および下部吹込
容器の多少模式的説明図である。

第２図は、例としての鉄の溶融プールを含み、
下部羽口噴射能を有する電気アーク炉の多少模式
的説明図である。

第３図は、本発明の好ましい操作条件下での各
種金属の酸化の相対的自由エネルギーを示す線図
である。

図面について説明する。第１図に示されるよう
に本発明の方法に好適な容器の多少模式的表現
は、２に誘導加熱コイルと取扱を容易にするため
のトラニオン（trunions）３とを有する容器壁１
から成る誘導炉である。このデザインは熱気体用
の出口４と有機廃棄物または他の炭素性材料を容
器の下部に噴射するための、好ましくは酸素入口
と共心的な装置も有する。

上部には、上記および所望ならば添加する酸素
の取り入れ口６および他の廃棄物材料の別の取り
入れ口７もある。もう一つの入口１０は、流出用
または更に廃棄物材料を取り入れるのに設けるこ
とが出来る。シール８を熱ガス取り出し口の回り
に設けて、容器をトラニオン３上で傾けて、注ぐ
ようにすることが出来る。シール８は出来るだけ
漏れを防ぐものとする。溶融金属またはスラグ
は、下部ドレン９から排出させることが出来る。
浴のレベルをかなり変化させ、図示するように容
器内でかなり高くすることが出来る。

吸熱性および発熱性廃棄物の噴射装置およびそ
れぞれの比率は、本発明を成功させるのに重要で
ある。

第２図について説明する。既知の方法で傾斜さ
せることが出来且つ壁２０と、ねじ立て管２１、
電極２２および酸素と有機廃棄物の混合物を浴に
噴射させる下部羽口２３を有する電気アーク炉が
示されている。

衝突型パイプランスのようなランス噴射装置
が、２４に多少模式的に更に上記、酸素、粉末化
した石炭および／または有機または無機廃棄物を
炉の上部に噴射するのに示されている。噴射装置
２４は、既知の方法で水冷することができる。鉄
またはその他の金属物質を、所望ならばドア２９
を介して炉に入れることが出来る。当業者にはな
じみの構成を有する消耗できるパイプランス２６
を用いて、溶融鉄２７およびスラグ２８の表面下
に廃棄物を噴射することが出来る。

当業者に知られているように、衝突型ランスは
通常は２種類の材料を同時に導入するために共心
的構成をしており、ジヤケツトまたは他の方法で
水冷することもある。通常は、パイプランス２６
のような消耗できるランスを冷却する試みは行わ
れず、ほとんど連続的に交換しなければならな
い。

産業上の利用第１図の装置は、誘導加熱コイルを除けば基本
的な下部吹込酸素製鋼容器に似ていることに読者
は気付くかも知れないし、実際にかかる容器は、
本発明と同等であり十分に操作可能であると考え
られる。極めて高温で且つ極限的な反応が起こる
ので、腐蝕や分解に耐性を有することが知られて
いる溶解しにくいライニングが好ましい。例えば
1371℃のような温度或いはそれ以上の2204℃で
は、当業者は、実際的に如何なる有機廃棄物また
は化合物も熱分解的に破壊されることに気付くで
あろう。すなわち、熱エネルギーは単独で直ぐに
有機分子およびある種の安定な金属酸化物を除
き、ほとんどの無機化合物で結合の開裂を引き起
こして、分子状フラグメント、結合のない炭素原
子および他の原子、例えば塩素や水素を生成す
る。このように硬度に励起された炭素原子は直ち
に酸化され易い。例えば、活性化された炭素性種
のような完全には原子状成分にまでは分解されて
いない分子状フラグメントも、同様に酸化され易
い。酸化反応は、酸素を酸化性廃棄物と同時に通
常の且つ好ましくは共心的に導入することによつ
て促進される。廃棄物の酸化性成分に対する酸素
の比率は、少なくとも約１：１である。酸素（こ
れは空気の形でもよい）と分解される有機廃棄物
を同時に浴に導入して、浴上または表面に近い部
分で衝突させ、平均滞留時間を反応領域内で少な
くとも1/2秒間、好ましくは１〜３秒間または1.5
秒間となるようにする。この同じ時間枠内で、比
較的不揮発性の無機化合物は分画化またはそれら
の金属またはそれぞれの酸化物へ転換される。反
応領域とは、溶融浴を有する炉内部の領域および
そのすぐ上方およびそれと接触している空間を意
味する。本発明の有利な特徴の一つは、所望な滞
留時間が短いことであり、一般的には、浴内で２
秒以下であり、および／または反応領域は如何な
る有機化合物も完全に熱分解的に分解し且つ酸化
する必要がある。少なくとも1.5秒間の平均滞留
時間が本発明の目的に好ましく、滞留時間分布を
炭素が実質的に化学的に結合する機会のないよう
にするのが好ましく、且つ滞留時間が1/2秒間未
満である有機化合物からの炭素粒子が５％未満と
なるようにするのが好ましい。

浴の温度は、少なくともそれを溶融状態に維持
するのに十分な温度とし、通常は約1371℃である
が、完全且つ全体的な分解をするのに好ましい温
度は或る浴組成物の温度よりも高くなつてもよ
い。一般的に、溶融金属含量、詳細には鉄含量が
高くなると、浴の触媒活性および浴に溶解した総
炭素量が増し、それと対応して温度を低くして
も、廃棄物は完全に分解される。当業者は、炭素
の酸化速度は、浴の粘度によつても影響され、浴
の粘度はその組成および温度の関数でもあること
に気付くであろう。均一な混合と滞留時間分布の
ためには、浴の粘度を10cps未満に維持すること
が必要である。

浴の深さおよび酸素および同時の無機および有
機廃棄物の導入のためのノズルの直径は、滞留時
間に影響を与える。また、浴の深さも酸素および
廃棄物の適正な噴射に要する力に影響を与える。
噴射は、噴射された材料が浴中にできる限り速や
かに分散するように調整するべきであり、過剰の
力による材料の「吹き抜け」は、毒性材料の一部
分が破壊されずに管を通つて環境に放出されるこ
とになれば極めて好ましくない。このために、数
か所の噴射部位を設けることは、各部位での材料
噴射の容量を少なくすることが出来れば、有用で
ある。有機物、無機物および酸素源から成る噴射
物は、水没させた上部ランス、水没させてない上
部ランス、水没させていない多方向入口／側壁ノ
ズル、または下部または側壁羽口のような既知の
方法で、溶融表面の下、溶融表面の上または溶融
表面に衝突させて導入することが出来る。例え
ば、酸素は、下部または側壁羽口、消耗できるラ
ンスによつて或いは溶融浴上に衝突させて導入す
ることが出来、固形物の炭素性材料は、不活性担
体ガスによつて下部または側壁羽口から導入する
ことが出来、金属またはその他の材料は、上部ラ
ンスまたは多方向入口ノズルから非反応製担体ガ
スによつて導入してもよい。液体および半液体材
料は、浴上部にまたは上部ランス、多方向側壁ノ
ズルまたは消耗できる入口ランスによつて浴上に
衝突させて導入してもよい。噴射は、第２図に示
したように行つてもよい。噴射点の数と位置は、
良好な混合を行い、所望な短い滞留時間と、熱分
解と、浴表面との接触を行わせるのに二番目の主
要な目的である。酸素の噴射される有機材料に対
する比率は、理想的には有機材料の酸化性部分に
関して化学量論的量よりも若干多い。消耗できる
酸素の源としては、元素状酸素、空気、水または
化学的に結合した酸素がある。燃焼性有機材料に
対する無機材料の比率は、所望な浴温度を維持す
るように調整される。有機化合物と共に噴射され
るその他の化合物の酸化性部分も、勿論計算に入
れられる。かなり過剰量の酸素を利用することが
出来る。

更に、第３図について説明する。元素が酸化物
を形成する傾向または所定の温度および酸素分圧
でその酸化物の還元され易さは、この図に示され
ている自由エネルギーの相対的位置によつて既知
の方法で画定されることが分かるであろう。例え
ば、炭素から一酸化炭素への酸化によつて画定さ
れる自由エネルギーより下にあるSi，Tiおよび
Al（Si−−−SiO₂の場合には、約1600℃未満の温
度）のような元素は、密度が低い酸化物を形成し
易く、スラグ層に生じることがある。反対に、
Fe，Cu，NiおよびCoの酸化物は、むらのある攪
拌を伴う平衡条件下では、容易に還元され、また
浴の温度でＣからCOへの自由エネルギーより上
にある元素では、それらの金属状態に還元され
て、金属浴中に滞留する。

第３図は、或る金属およびそれらの酸化物の自
由エネルギーの炭素から一酸化炭素への酸化自由
エネルギーに対するプロツトの一部分を示してい
る。炉の条件では、すなわち1371℃から1964℃
（2000℃）の温度および酸素の存在では、炭素か
ら一酸化炭素への転換は、自由エネルギーは−
125Kcal／モルO₂から−150Kcal／モルO₂にな
る。SiからSiO₂、4/3Crから2/3Cr₂O₃、Niから
NiO、CuからCu₂ＯおよびFeからFeOへの線は、
総て基準よりも高くなつており、すなわち酸化物
は一般的にCu，Ni，Fe，CrおよびSiの順序で還
元される。

本発明では、炭素から一酸化炭素へ転換するの
に最初は第３図の線よりも上にある100％の（ケ
イ素から成る）金属および／または金属酸化物を
用いることが出来る。好都合な非炭素性の、容易
に酸化される出発材料はフエロシリコン、すなわ
ち鉄とケイ素との市販の混合物であり、もう一つ
はフエロマグネシウムである。本発明では、浴が
少なくとも約10％のケイ素および／またはその酸
化物および／または鉄、ニツケルおよび銅から選
択される金属および／またはそれらの酸化物を含
むことが好ましい。本発明のもう一つの好ましい
態様では、浴は最初は５％ケイ素および０〜95％
の銅、ニツケルおよび鉄から選択される金属から
成る。

上述のように、金属を含有する充填物の最初の
加熱は、誘導炉の誘導コイルによつてまたは電気
アーク炉の電極、ランスまたは炎の源または外部
源からの熱充填物のようなその他の好適な装置に
よつて達成することが出来る。一度溶融状態に達
したならば、すなわち1371℃の再低温度で、何時
でも噴射を開始して飽和を除いてはそのまま炭素
濃度とは関係なく維持することが出来、有機廃棄
物の無機廃棄物に対する適正な比率が維持される
ならば、外部から加えられる熱源を停止してもよ
い。容易に酸化される廃棄物を用いる場合には、
噴射された材料の発熱反応は、1371℃の最低温度
を維持し、実際上は大抵の環境下で且つ大抵の系
で温度は上昇するものである。それ故、最低浴温
度は、短時間のまたは断続的操作によつて過剰の
酸素を導入することによつて維持することが出来
る。かかる環境下では、酸素は熱源の導入に似て
いる。

用いられる容器が良好に絶縁されてなくておよ
び／または熱損失または適正な最低温度を維持す
ることに困難がある場合には、粉末状石炭のよう
な炭素性材料を浴中に直接または浴の直ぐ上の部
位で更に噴射させてもよい。

可燃性物質の導入に加えて過剰の温度を制御す
る方法は、水または水性廃棄物流のような吸熱性
反応体を導入することである。例えば、塩化第二
鉄を添加することにより、鉄がエネルギーを消費
すると同時に、上昇し易い浴の温度を制御する好
都合な方法を提供する。もう一つの可能な方法
は、流出ガスを溶融浴中または上に再循環させる
ことである。当業者は、この方法が複数の目的を
有し、すなわち(1)再循環噴射が表面下で起これば
浴の安定性を増すことが出来、(2)流出ガスをその
反応座標から除くことにより浴の温度を上昇また
は低下させることが出来、(3)流出生成物分布を変
化させたり維持したりすることが出来る。通常
は、有機廃棄物中の水素の炭素に対するモル比が
塩素の炭素に対する比率に比較して高い場合に
は、温度は上昇する。

生成したガスを回収して、および／または多く
の既知の方法のどれかで加工してもよい。例え
ば、HClは、塩化水素ガスを希塩酸に吸収するこ
とによつて回収することが出来る。希釈した一酸
化炭素は、部分燃焼ガスクリーニング装置を用い
て燃焼ガスとして回収してもよく、またはC₁（化
学）を基礎とした炭化水素、例えば既知の吸収ま
たは透過性膜法によつて純粋に回収される一酸化
炭素を触媒反応器中で水素と反応させて形成させ
ることが出来るメタノールの生産のようなその他
の目的に回収してもよい。元素状塩素は、触媒ま
たは電解法によつて得ることが出来る。二酸化炭
素は、完全燃焼ガスクリーニング装置で更に生成
させてもよく、標準的ガス加工法例えば液体吸収
法によつて分離してもよい。更に揮発性の金属
は、それらが反応性である場合には、上記の希塩
酸流で洗浄してもよくまたはトラツプしてもよ
い。残りの金属は、金属酸化物の熱力学的安定性
によつて容器の底の更に濃厚な金属層とスラグ層
との間に配置される。

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