JPH06505424A - 廃棄物の処理方法 - 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】 廃棄物の処理方法 本発明は有機廃棄物、特に有毒な有機廃棄物を破壊する方法に関するものである 。

ここに「有機廃棄物」とは、殺生物剤、除草剤、！！！料、医薬残留物、廃油、 汚染した溶媒および黒液のような有毒物質を包含するが、これらの有毒物質に限 定されるものではない。

バッハ（Ｂａｃｈ）およびナゲル（Ｎａｇｅｌ　）による米国特許第４．５７４ ．７１４号および同第４．６０２．５７４号は、溶融金属浴、例えば１０％以上 の鉄を含有する溶融金属浴を使用して有機廃棄物を破壊する方法を開示している 。この方法では、溶融金属浴を１４００℃以上の温度に維持し、有機廃棄物およ び酸素含有ガスを浴表面より上および／または下から溶融金属浴中に注入して熱 分解させ、有機廃棄物の被酸化性部分を少なくとも部分的に酸化させる。溶融金 属浴に加える酸素含有ガスの量は、酸素と有機廃棄物の被酸化性部分との化学量 論的比が少なくとも１：１になるように選択して、被酸化性部分を完全に酸化す るのに十分な量の酸素を浴表面および浴表面より上に確実に供給する。

有機廃棄物の被酸化性部分の完全な酸化は、有毒な炭化水素類または有毒な有機 物質、例えば、オフガスが周囲温度まで冷却された際に生成してフラン類および ジオキサン類を生成することのある炭化水素類がオフガス中に確実に残留しない ようにするために、特に重要である。この点に関して一層重要なことは、オフガ ス中の酸素濃度を確実にできる限り低くすることで、それは酸素が少な（ともジ オキサン類の生成に好都合であることを示すいくつかの証拠があるからである。

上述の米国特許に開示されている方法の欠点は、溶融金属浴中に連続する通路が 形成する危険が比較的大きく、有機廃棄物はこの連続する通路を通って流れてほ とんど未処理の形態で溶融金属浴から逃散することがあるからである。

本発明の目的は、溶融金属浴からの有機廃棄物のこのような脱出の防止に対して 、上述の米国特許に開示されている方法の場合に可能であるより高度の確実性を 有する有機廃棄物の破壊方法を提供することにある。

本発明は、容器に収容されている溶融した金属およびスラグの浴のなかで有機廃 棄物を破壊するに当り、（ａ）有機廃棄物を前記浴に注入して一次反応圏を形成 し、この−次反応圏において前記有機廃棄物を熱分解し、かつ前記浴に吸収され ない熱分解生成物を前記浴の表面より上の空間に放出させ； （ｂ）酸素含有ガスを前記浴の表面に向けて注入して前記浴の表面より上の空間 に二次反応圏を形成し、この二次反応圏において前記−次反応圏からの生成物中 の被酸化性物質を完全に酸化し、かつこの酸化によって放出される熱を前記浴に 伝達させる ことを特徴とする廃棄物の処理方法を提供する。

上述の本発明方法は、未反応または部分的に反応した有機廃棄物がプロセスを短 絡して容器からの排出ガス流中に含まれる現象を防止する点に対して、高レベル の確実性を与える。これは、有機廃棄物が容器から排出される前に通過する必要 のある少な（とも２個の別個の反応圏を形成することにより、達成される。

本発明方法においては、有機廃棄物をキャリヤガスと共に浴に注入して一次反応 圏を形成するのが好ましい、キャリヤガスとしては不活性ガスが好ましい。

本発明方法においては、さらに、酸素含有ガスを一次反応圏に注入して熱分解生 成物を少なくとも部分的に酸化するのが好ましい。

本発明方法においては、酸素含有ガスを一次反応圏に少なくとも１：１の酸素と 被酸化性部分との化学量論的比で注入するのが、特に好ましい。

本発明方法においては、さらに、二次反応圏の温度を浴温より少なくとも２００ ℃高い温度に制御するのが好ましい。

本発明方法においては、二次反応圏の温度を１５００〜２７００℃の範囲の温度 に制御するのが、特に好ましい。

本発明方法においては、さらに、炭素質物質を浴に注入して加炭圏を形成し、こ の加炭圏において炭素質物質中の炭素を浴に溶解させるのが、特に好ましい。

ここに「炭素質物質」とは、コークスおよび石炭のような固体炭素賞燃料、油、 軽質燃料油、ジーゼル油および重賞燃料油のような液体燃料；および天然ガス、 メタン、エタン、プロパンおよびブタンのようなガス状燃料；あるいはこれらの 燃料の混合物を包含するものとする。

上述の好適例においては、二次反応圏から浴に伝達された熱を使用して、加炭圏 およびある場合には一次反応圏における吸熱反応において浴から失なわれる熱を 平衡させる。

−次反応圏に酸素を注入する主目的は、注入した有機廃棄物およびその熱分解生 成物を少なくとも部分的に酸化することにある。しかし、これと同時に、酸素は 浴中の溶解炭素と反応してＣＯを生成し、浴の金属と反応して金属酸化物を生成 し、この金属酸化物はスラグに含まれるかあるいは溶解炭素によって還元されて 金属に戻る。加炭圏における金属への加炭によって、金属中の溶解炭素濃度は適 当な最低レベルより高く維持される。

代表的な例においては、−次反応圏から出て浴より上の空間に入る生成物は、有 機廃棄物の熱分解によって生成する被酸化性物質であるＣｏ、Ｈ＊および炭素質 物質を含有する。また、この生成物は有機廃棄物を汚染しているかあるいは有機 廃棄物と一緒に加えた金属、他の化合物および他の元素のような揮発した物質を 含有していることがある。代表的な例においては、二次反応圏からの反応生成物 はＣＯｔおよびＨｌｏを含有している。

揮発した物質は二次反応圏においてスクラビングするのが好ましい。

有機廃棄物および酸素含有ガスは容器の底から一次反応圏に注入するのが好まし い。

本発明方法においては、ガスを浴に注入して溶融した金属およびスラグを浴から 上向きに二次反応圏中に放出させて浴への十分な熱伝達を促進し、かつ−次反応 圏からの生成物中の揮発した物質および微粒状物質をスクラビングするのが好ま しい。

特に好ましい一つの例では、ガスを炭素質物質と共に浴の加炭圏に注入し、かつ 酸素含有ガスを加炭圏より上の浴表面に向けて注入して、二次反応圏を加炭田の 直ぐ上に形成する。

特に好ましい他の例では、ガスを浴に注入して加炭圏の隣りにガス注入圏を形成 し、かつ酸素含有ガスをガス注入圏より上の空間に注入する。

本発明方法においては、−次反応圏に好適反応生成物形成用の添加剤を注入する のが好ましい、この添加剤は所要に応じて有機廃棄物の組成に合致するように選 択することができる０例えば、有機廃棄物が塩素のようなハロゲンを含有してい る場合には、添加剤はハロゲンと化学的に結合するアルカリ土類を含有するのが 好ましい。

本発明方法においては、スラグ形成剤を有機廃棄物と一緒あるいは別個に浴に注 入してスラグ組成を選択的に調整するのが好ましい０代表的な例においては、ス ラグ形成剤はＣａＯおよび蛍石を含有する。

浴は１０％以上の金属を含有するのが好ましい、浴は７０％以上の金属を含有す るのが特に好ましい。浴は８０％以上の金属を含有するのが特に一層好ましい。

金属は鉄、フェロアロイ、錫、ニッケル、クロム、ケイ素。

銅およびこれらの混合物からなる群から選択した１種以上の金属であるのが好ま しい。金属は鉄を含有するのが特に好ましい。

溶融した金属およびスラグの液滴を上向きに二次反応圏中に噴出させるために浴 に注入するガスは、不活性ガス、再循環プロセスガス、天然ガス、二酸化炭素、 プロパン、ブタンおよびこれらのガスの混合物からなる群から選択した１種以上 のガスであるのが好ましい、不活性ガスは窒素であるのが特に好ましい。

酸素含有ガスは酸素、空気、酸素富化空気および水蒸気からなる群から選択した １種以上のガスであるのが好ましい。酸素含有ガスは空気であるのが特に好まし い、空気は予熱されているのが特に一層好ましい０代表的な例においては、空気 を９００〜１６００℃の範囲の温度に予熱する。

次に、本発明を図面を参照して例について説明する。

図１は本発明方法を実施するのに使用する装置の一例の断面図である。

図２は本発明方法を実施するのに使用する装置の他の例の断面図である。

図３は本発明方法を実施するのに使用する装置のさらに他の例の断面図である。

図１〜３に示す本発明方法を実施するのに使用する装置において、容器には符号 ３を付けた。

容器３は耐火物ライニングを施した内壁および金属外殻を具える金属加工によっ て得られた適当な設計の容器とすることができる。図１〜３に示す好ましい配置 では、容器３はほぼ円筒形で水平に設置され、底部羽口５および７．スラグ−金 属抜き取り口９．空気注入口１０および容器３の一端に位置する上部オフガス出 口を具える０代表的な例においては、容器の長さと直径との比は３：ｌである。

容器３には、１４００℃以上の温度の、１０％以上の鉄を含有するある容積の溶 融した金属およびスラグ層（図示せず）が収容されている。浴中の他の金属は、 所要に応じて選択することができ、例えば、フェロアロイ、錫、ニッケル、ケイ 素および銅のうちの１種以上とすることができる。

図１に示す装置を使用する本発明方法の好適例では、有機廃棄物および不活性ガ スのようなキャリヤガスを底部羽口５から注入してサークル１３で示す一次反応 圏を形成する。−次反応圏１３はオフガス出口１１から遠く離れた容器３の端部 に位置する。

有機廃棄物は一次反応圏１３でＣおよびＨ８に熱分解される。浴にはある割合の 生成物が残るが、残部の生成物は一次反応圏の真上の浴より上の空間領域に放出 される。

また、図１に示す装置を使用する本発明方法では、予熱した空気９代表的な例に おいては９００〜１６００℃の範囲の温度に予熱した空気、または他の適当な酸 素含有ガスを、注入口１ｏがら一次反応圏１３に隣接する浴の表面に向けて注入 して、−次反応圏１３の真上の領域とオフガス出口１１との間に位置する浴より 上の空間領域に、サークル１７で示す二次反応圏を形成する。同時に、窒素また は他の適当なガスを羽ロアから二次反応圏１７の直ぐ下の浴中に注入し、溶融し た金属およびスラグを飛沫および／または液滴として浴表面から二次反応圏１７ に噴出させる０代表的な例においては、窒素を浴中の溶融金属１１−ン当り０． ＩＮｍ’／分以上の分量上注入する。予熱空気は一次反応圏１３からの生成物を 、この生成物が一次反応圏１３の真上の空間からオフガス出口１１に向けて二次 反応圏１７を通って流れる際に、完全に酸化する。さらに、この酸化によって放 出される熱は、溶融した金属およびスラグの飛沫および／または液滴に効率良く 伝達され、次いで飛沫および／または液滴が浴表面に下向きに落下する際に浴に 効率良く伝達される。また、飛沫および／または液滴は、生成物が二次反応圏１ ７を通って流れる際に、有機廃棄物中の金属汚染物および任意の微粒状物質のよ うな揮発した物質をスクラビングし、スクラビングされた有価物を浴に移す。実 際に、溶融した金属およびスラグの飛沫および／または液滴は二次反応圏１７で カーテンを形成し、このカーテンは浴に熱を伝達しかつ二次反応圏１７を通って 流れる生成物から揮発した物質および微粒状物質をスクラビングする有効で効率 の良い手段である。

代表的な例においては、二次反応圏１７の温度を、溶融金属の温度より２００° Ｃ以上高くなるように制御する。代表的な例においては、二次反応圏１７の温度 を１５００°Ｃ〜２７００’Ｃの範囲で変えることができる。

上述の説明から容易に分るように、二次反応圏１７は３１１の重要な作用を行う 、特に、二次反応圏１７は、（ａンー次反応［１３からの生成物中の被酸化性部 分を完全に酸（ｂ）この酸化反応によって放出される熱を浴に確実に伝達する； また （ｃ）反応生成物から揮発した金属汚染物および微粒状物質のような物質をスク ラビングする。

予熱空気は二次反応圏１７に適当な手段、例えば、上吹き用の１個または複数個 の羽口あるいは１個または複数個の開口を有するランスによって、注入すること ができる。

図２に示す装置を使用する本発明方法の好適例は、図１に示す装置を使用する本 発明方法の好適例に類似しているが、この好適例では、さらに、酸素または他の 適当な酸素含有ガスを有機廃棄物と共に羽口５から一次反応圏１３に注入する。

酸素および有機廃棄物は浴表面に向って上向きに移動し、熱分解されかつ少なく とも部分的に酸化される。ある割合の熱分解生成物および部分酸化生成物は浴中 に残り、残部の生成物は浴から一次反応圏１３より上の空間に放出される０代表 的な例においては、−次反応！１１３より上の空間に放出される生成物は、有機 廃棄物の熱分解から生成する被酸化性物質であるＧｏ、Ｈｍ及び炭素買物質のほ かに、有機廃棄物中に汚染物として存在しているかあるいは有機廃棄物と一緒に 加えられた他の揮発した物質を含有する。

羽口５から一次反応圏１３に注入される酸素には、いくつかの可能な反応がある 。上述した一連の好ましい反応のほかに、酸素は鉄および鉄中の溶解炭素と反応 してＦｅＯおよびＣＯを生成することができる。これらの反応は、有機廃棄物の 熱分解による生成物に対する好ましい反応に利用できる酸素量を減少させる作用 を有し、このため望ましくない、さらに、これらの反応は、生成したＣＯがガス 容積を増大させかつ鉄中の溶解炭素のレベルを低下させる結果、浴のＦｅＯ還元 能力が低下するので望ましくない、これらの反応は、鉄中の溶解炭素レベルの変 動が反応に反対の作用を及ぼす意味で、本質的に競走反応である。この点を説明 すれば、鉄中の溶解炭素レベルが高（維持されているとＣＯレベルは比較的高く かつＦｅＯレベルは低くなり、他方鉄中の溶解炭素レベルが低く維持されている とＣＯレベルは比較的低くかつＦｅＯレベルは比較的高くなる。その結果、鉄中 の溶解炭素レベルを適当な範囲に維持する必要がある。

例えば、溶融金属が６０％以上の鉄を含有している場合には、浴の炭素濃度を１ 〜３重量％の範囲に、かつ金属温度を１３５０〜１６００℃に維持することによ り、最適操作を達成できることが分った。このような操作条件下において、浴に 注入されたほとんどすべての金属酸化物が金属に還元されることが分った。

上述のことを考慮して、図２に示す装置を使用する本発明方法においては、石炭 または他の適当な炭素質物質を底部羽ロアから浴に注入して、符号１５で示す加 炭図を形成する０石炭中の揮発分は熱分解され、炭素は鉄に溶解して浴全体に、 特に−次反応圏１３中に分散する。

二次反応圏１７から浴への熱伝達は重要であり、それは加炭図１５における反応 が本質的に吸熱反応であり、有機廃棄物を熱分解できるレベルに浴温を維持する には、上述の反応に起因する熱損失を平衡させることが重要であるからである。

図３に示す装置を使用する本発明方法の好適例は、有機廃棄物を一次反応圏１３ および二次反応圏１７に案内する点で、図１および図２に示す装置を使用する本 発明方法の好適例にＷＩ領している。

また、この本発明方法では、１種以上の添加剤を底部羽口６１から溶融金属に注 入する。添加剤は、有機廃棄物の特定成分、例えば、ハロゲンが比較的不活性か つ／または比較的処理し易い形態に転化されるように選択する。

また、この方法では、引続いて、二次反応圏１７から出てくる生成物を符号２３ で示す三次反応圏に通して、確実性のレベルを一層高（する、三次反応圏２３は 、酸素含有ガスを注入口１０から浴表面に向けて注入し、窒素または他の適当な ガスを羽目から三次反応圏２３より下の浴に注入して、溶融した金属およびスラ グを飛沫および／または液滴として三次反応圏２３中に噴出させることによって 形成される。

代表的な例においては、二次反応圏１７に注入される酸素含有ガスは、１３５０ ’Ｃの温度に予熱され２５％のＯ３を含有する酸素富化空気であって、三次反応 圏２３に注入される酸素含有ガスは予熱された空気である。

図１および図２に示す装置を使用する本発明方法の好適例においては、本発明の 技術的思想および範囲を逸脱することなく、多くの変更を行うことができる。

この点に関し、本発明方法の好適例では、有機廃棄物、酸素含有ガスおよび炭素 質物質を浴中に注入して、浴に本質的に大きな反応圏および加炭図を形成してい るが、容易に理解できるように、本発明方法はこれに限定されるものではなく、 浴中への諸成分の注入を制御して本質的に大きい別個の一次反応圏および加炭図 の列を形成することができる。

さらに、図２に示す装置を使用する本発明方法の好適例では、二次反応圏１７を 加炭図１５の直ぐ上に形成しているが、容易に理解できるように、本発明方法は これに限定されるものではなく、二次反応圏１７を加炭図１５に隣接する塔部分 より上に形成することができる。

さらに、図２および図３に示す装置を使用する本発明方法の好適例では、炭素質 物質を底部羽目から浴に注入しているが、容易に理解できるように、本発明方法 はこれに限定されるものではなく、上吹き羽目およびランスを包含する任意の適 当な手段を使用するように拡張することができる。

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ＤＫ、ＥＳ、ＦＲ，ＧＢ、ＧＲ，ＩＥ、ＩＴ、ＬＵ、ＭＣ，ＮＬ、ＰＴ、ＳＥ） 、０Ａ（ＢＦ、ＢＪ、ＣＦ、ＣＧ、　ＣＩ、　ＣＭ、　ＧＡ、　ＧＮ、　ＭＬ、 　ＭＲ，ＳＮ、　ＴＤ。

ＴＧ）、　ＡＴ、　ＡＵ、　ＢＢ、　ＢＧ、　ＢＲ，ＣＡ、　ＣＨ。

Ｃ３，ＤＥ、ＤＫ、ＥＳ、ＦＩ、ＧＢ、ＨＵ、ＪＰ、ＫＰ、ＫＲ，ＬＫ、ＬＵ、 ＭＧ、ＭＮ、ＭＷ、ＮＬ、Ｎ。

、　ＮＺ、　ＰＬ、　ＰＴ、　ＲＯ，ＲＵ、　ＳＤ、　ＳＥ、　ＵＡ。

（７２）発明者　マチユーズ　テリー　アランオーストラリア国　ビクトリア　 ３１５０　フィーラーズ　ヒル　力ルダーウッド　アヴエニュ−２８

Claims (25)

【特許請求の範囲】
1. １．容器に収容されている溶融した金属およびスラグの浴のなかで有機廃棄物を 破壊するに当り、 （ａ）有機廃棄物を前記浴に注入して一次反応圏を形成し、この一次反応圏にお いて前記有機廃棄物を熱分解し、前記浴に吸収されない熱分解生成物を前記浴の 表面より上の空間に放出させ； （ｂ）酸素含有ガスを前記浴の表面に向けて注入して前記浴の表面より上の空間 に二次反応圏を形成し、この二次反応圏において前記一次反応圏からの生成物中 の被酸化性物質を完全に酸化し、かつこの酸化によって放出される熱を前記浴に 伝達させる ことを特徴とする廃棄物の処理方法。
2. ２．有機廃棄物およびキャリヤガスを前記浴に注入し前記一次反応圏を形成する ことを特徴とする請求項１記載の方法。
3. ３．さらに、酸素含有ガスを前記一次反応圏に注入して熱分解生成物を少なくと も部分的に酸化することを特徴とする請求項１または２記載の方法。
4. ４．酸素含有ガスを前記一次反応圏に少なくとも１：１の酸素と前記被酸化性部 分との化学量論的比で注入することを特徴とする請求項３記載の方法。
5. ５．前記二次反応圏の温度を前記浴の温度より少なくとも２００℃高い温度に制 御することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つの項に記載の方法。
6. ６．前記二次反応圏の温度を１５００〜２７００℃の範囲に制御することを特徴 とする請求項５記載の方法。
7. ７．さらに、炭素質物質を前記浴に注入して加炭圏を形成し、この加炭圏におい て前記炭素質物質中の炭素を前記浴に溶解させることを特徴とする請求項１〜６ のいずれか一つの項に記載の方法。
8. ８．前記有機廃棄物を前記容器の底から前記第一反応圏に注入することを特徴と する請求項１〜７のいずれか一つの項に記載の方法。
9. ９．前記酸素含有ガスを前記容器の底から前記一次反応圏に注入することを特徴 とする請求項３または４のいずれか一つの項に記載の方法。
10. １０．さらに、ガスを前記浴に注入して溶融した金属およびスラグを前記浴から 上向きに前記二次反応圏中に放出させて前記浴への十分な熱伝達を促進し、かつ 前記一次反応圏からの生成物中の揮発した物質をスクラビングすることを特徴と する請求項１〜９のいずれか一つの項に記載の方法。
11. １１．前記ガスを前記炭素質物質と共に前記浴の加炭圏に注入し、かつ前記酸素 含有ガスを前記加炭圏より上の前記浴の表面に向けて注入して、前記二次反応圏 を前記加炭圏の直ぐ上に形成することを特徴とする請求項１０記載の方法。
12. １２．前記ガスを前記浴に注入して前記加炭圏の隣りにガス注入圏を形成し、か つ前記酸素含有ガスを前記ガス注入圏より上の空間に注入することを特徴とする 請求項１０記載の方法。
13. １３．さらに、前記一次反応圏に好適反応生成物形成用の転化剤を注入すること を特徴とする請求項１〜１２のいずれか一つの項に記載の方法。
14. １４．前記添加剤がアルカリ土類を含有することを特徴とする請求項１３記載の 方法。
15. １５．さらに、スラグ形成剤を前記有機廃棄物と一緒あるいは別個に前記浴に注 入してスラグ組成を選択的に調整することを特徴とする請求項１〜１４のいずれ か一つの項に記載の方法。
16. １６．前記スラグ形成剤はＣａＯおよび蛍石を含有することを特徴とする請求項 １５記載の方法。
17. １７．前記浴は１０％以上の金属を含有することを特徴とする請求項１〜１６の いずれか一つの項に記載の方法。
18. １８．前記浴は７０％以上の金属を含有することを特徴とする請求項１７記載の 方法。
19. １９．前記浴は８０％以上の金属を含有することを特徴とする請求項１８記載の 方法。
20. ２０．前記金属は、鉄、フエロアロイ、錫、チッケル、クロム、ケイ素、銅およ びこれらの混合物からなる群から選択した１積以上の金属であることを特徴とす る請求項１〜１９のいずれか一つの項に記載の方法。
21. ２１．前記金属は鉄を含有することを特徴とする請求項１８記載の方法。
22. ２２．溶融した金属およびスラグの液滴を上向きに前記二次反応圏中に噴出させ るために前記浴に注入するガズは、不活性ガス、再循環プロセスガス、天然ガス 、二酸化炭素、プロパン、ブタンおよびこれらのガスの混合物からなる群から選 択した１種以上のガスであることを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか一つ の項に記載の方法。
23. ２３．前記不活性ガスは窒素であることを特徴とする請求項１９記載の方法。
24. ２４．前記二次反応圏に注入される前記酵素含有ガスは、酸素、空気、酸素富化 空気および水蒸気からなる群から選択した１種以上のガスであることを特徴とす る請求項１〜２３のいずれか一つの項に記載の方法。
25. ２５．さらに、前記酸素含有ガスを９００〜１６００℃の範囲の温度に予熱する ことを特徴とする請求項２４記載の方法。