JPS60154200A - プラズマ熱分解による廃棄物の熱分解法およびその装置 - 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】 本発明は廃棄物質、たとえばポリ塩化ビフェニールＭ（
ＦＯＲ類）の熱分解方法およびその装置に関する。

その使用が禁止され、効果的に処理しなければならない
有７Ｊす化合物または危険な化合物の数が増大している
。ＰＣＢ類の他にも有機亜すン酸化合物類、有機窒素化
合物類および有機金属化合物類があり、その他の物質と
同様に大量に存在し、効果的な処理手段を８公としてい
る。

大多数の有毒な化合物類は％　ＦＯＲを含んでいるコン
デンサーのようにたいていは有機成分と無機成分が合体
している混成マトリック型をしている。これらの有毒な
化合物類に利用できる安全な処理技術はは、とんどない
。

このような有害な廃棄物を処理するのに熱分解法、化学
的解毒法、長期的カプセル封入法。

特殊埋立て法などのいろいろな方法が試みられてきた。

高温焼却を除いては、このような廃棄物質を安全に処理
することにはほとんど成功しなかった。これまで試みら
れたこれらの方法は。

均質な廃棄物の供給流以外のものを処理することができ
ないか、または廃棄物質中の比較的低濃度の有毒な化合
物を処理することができるにすぎない。また、今日まで
いろいろ試みられた処理方法はほとんど工業化されなか
った。これらの諸方法が完全に安全であることを取締り
機関に立証するこさができなかったためである。

先行技術の諸方法の中では熱分解が最も有望であった。

しかしながら、有毒な廃棄物質は通常はきわめて安定な
有機分子であり、熱分解をもたらす高温での活動停止時
間を長く必要とする。燃焼または焼却システムのあるも
のは必要な条件を充足するが、必要とする諸設備はきわ
めて大規模なものとなり、焼却プロセスの諸生成物には
もとの有＃な廃棄１Ｉｌｉ！Ｉキ同程度の処理問題が生
ずる。

従来、電気プラズマ・アークを利用して有毒な廃棄物を
分解するいろいろな試みがなされた。

諸実験に−よる立証は、プラズマ・アークは有毒な有機
化合物を原子化しイオン化することができること並びに
これらの原子およびイオンが通常は再結合して簡単な生
成物になることを示した。一方、残留する有毒な諸物質
が生成し、これらは捕捉することができる。その結果、
影響をおよぼす量の有害な諸物質を周辺に放出するとい
うことはない。

しかしながら、本発明になってはじめて、この廃棄物分
解法が安全であることを取締り当局に納得させ、十分に
高い信頼性と効率をもって廃棄物質を熱分解する。工業
的に実施可能な方法ができた。

本発明はプラズマ・アーク装置を利用して廃棄物質を原
子化しイオン化しているが、十分に高い効率をもって簡
単な、コスト的に効果を期待し得るやり方で再結合生成
物を中和して浄化し、環境汚染を起さないと考えられる
。

本発明を一面から見れば、廃棄物質を高温プラズマ・ア
ークにさらして、この廃棄物質を原子化しイオン化する
諸ステップからなる廃棄物質を熱分解する方法を提供す
るものである。原子化されイオン化された廃棄物質は次
いで反応室内で冷却されて、生成ガスと微粒物質を含ん
だ再結合物質を生成する。この再結合生成物をアルカリ
液霧化スプレーで急冷して中和し、微粒物質を湿潤する
。生成ガスを再結合生成物から抽出し、この抽出した生
成ガスを焼却する。

本発明をまた別の一面から見れば、廃棄物質を熱分解す
る装置を提供するものである。

本装置は、２個以上の、同一直線上にある中空電極およ
びその電極の間にプラズマ・アークを安定させる手段を
備えたプラズマ・バーナーからなっている。電力供給源
は電極に接続されてプラズマ・アークを生じさせ、冷却
手段が設けられて電極を冷却する。反応容器はプラズマ
・バーナーに接続され、プラズマ・アークを受け入れる
、耐火性の内張りをした反応室を備えている。プラズマ
・アーク中に廃棄物質を注入して原子化しイオン化し１
次いで反応室中で再結合して再結合生成物にする諸手段
が設けられる。

反応室は再結合生成物をそこから排除する排出口を備え
ている。スプレー・リングは反応室の排出口に通じてい
る。アルカリ液の加圧供給源はスプレー・リングに接続
されて、スプレー・リングに通じる。スプレー・リング
は再結合生成物を急冷して中和するためのものである。

再結合生成物中の液体微粒物質から生成ガスを分離する
ために、スフラッパーがスプリング・リングのアウト・
プツトに通じている。液体微粒物質と生成ガスをそこか
ら排除するために諸手段がスフラッパーに連結されてい
る。

諸図面を参照しながら本発明を説明する。

本発明のプラズマ熱分解システムを総括して参照数字１
０で示す。熱分解系１０の主要構成諸要素は、廃棄物質
を原子化しイオン化するためのプラズマ・バーナー１２
を備えている。反応容器１４は原子化されイオン化され
た廃棄物質を受け入れ、ここでそれを冷却して再結合し
。

生成ガスと微粒物質にする。これらの再結合生成物は反
応容器１４からスフラッパ−１６へ行き、ここで高圧、
アルカリ液スプレーによって急冷されて中和される。次
いで、再結合生成物はスフラッパー１８へ吸引され、こ
こで生成ガスが液体微粒物質から分離される。次いで、
インダクション・ファン２０は生成ガスをフレア・スタ
ック２２に送って焼却するか、活性炭フイルター２４へ
送る。プラズマ熱分解システム１゜の全装置はきわめて
コンパクトである。このシステムでは、すべてを１五７
メートルの可動ヴアン・タイプのドロップ・ベッド・ト
レイラーに取付けることができ、分解されることになっ
ている有毒な物質が存在する所ならどこへでも熱分解シ
ステム１０を移動または移送することができるようにす
る。

プラズマ・バーナー１２は、一対の、同一直線上にある
中空電極２６　、２８を備えている。電極２６−２８は
それぞれ電気ケーブル３２．５４によって、内部で適当
な電力供給源ζこ接続されている。電力供給源３０は５
００１（Ｗに評価される６パルス・サイリスター水冷ユ
ニットであり、電力会社の電力線から供給される一部４
８０ボルト、三相電力に接続できるようにされている。

電力供給源５０は直流の電力を電極２６．２８に送り、
２００〜５００ＫＷの可変プラズマ出力を生ずる。

プラズマ・バーナー１２によって発生されるプラズマ・
アークは、低温プラズマと全く対照的な高温プラズマ（
温度は５００．０　’Ｏを上まわり。

５ｏｏｏｏ°Ｃまで上げることができる。）である。

低温プラズマの場合は、プラズマ・アークを発生し、持
続させるには不活性ガスまたは真空を必要とする。

プラズマ・バーナー１２中のプラズマ°・アークは、ア
ークをスピンする環状電磁場コイル５６　、５８によっ
て安定化されるか一直線状にされる。その上、電極２６
．２８の間に設けた環状ギャップ４０をエア供給ライン
４４によって接続することができる。エア供給ライン４
４は、高圧ガス供給源４２に通ずる適当な調節バルブ４
６を備えている。適当なガス導入リングを角−いて、高
圧エアの供給を利用してプラズマ・バーナー１２内に渦
巻きを作り出し、アークをスピンするか一直線状にする
のを助けることもできる。

毎分α７５立方メートルの低い流速と６９０ＫＰａの圧
力で渦巻き状のエアがプラズマ・バーナー１２に供給さ
れる。このエアの量は、はとんどの廃棄物質の燃焼に必
要とされる化学量のエアの１または２パーセント以下で
あるから、微々たるものにすぎない。それ故、本方法は
事実上はやはり熱分解である。

電極２６．２８と電磁場コイル５６．５８は、冷却パッ
セージ４７．４９によって電極や電磁場コイルの周囲ま
たは中を循環する冷却水を用いて冷却される。冷却パッ
セージ４７．４９は、たいていは５９０リツトルの貯蔵
タンクオたは貯留容器４８という冷却水供給源に接続さ
れている。冷却水は、たいていは、毎分１６０リツトル
の速度と６９０［ｐａの圧力で閉回路内を循回する。適
当なポンプ５０が冷却水供給ライン５２内に設けられ、
またバルブ５４が冷却水回収ライン５６内に設けられて
いる。バルブ５４は冷却水の流速をコントロールするの
に利用することができる。

または、その代りに水流をコンスタントにすることがで
きるし、また熱交換機（図に示されていない。）を冷却
水回収ライン内に組み込んで、冷却水回路による熱の除
去速度をコントロールすることができる。冷却水の一部
はまた電力供給電気ケーブル３２．３４上の冷却ジャケ
ットを通過 って冷却ラインｐ８によって循遅し、電気ケーブル５２
．５４を冷却・する。冷却には、適合した水または脱イ
オン水が使用される。

プラズマ・バーナーそれ自体は本発明の一部であるとは
考えられないから、それ故実に詳細には説明しない。し
かしながら、基本的なプラズマ・バーナーは、アメリカ
合衆国ペンシルバニア州ピッツバーグ市のウェスチング
ハウス・　−エレクトリック・コーポレーションの製品
から選んで使用することができる。その構造は１９７４
年８月２７日に発行された米国特許第５８３２５１９号
公報に開示されたものと事実上同じである。

廃棄物質は、毎分的４．５リツトルの速度で廃棄物供給
ライン６０を経由してプラズマ・バーナーに供給される
。第１図に示すように中空電極２６．２８の間に、また
は第６図に示すように中空電極２６．２８に沿って、共
軸的に取り付けた１個以上の環状インレット・リング６
２（第１図には１個だけが示されている。）に廃棄物供
給ライン６０が接続されている。廃棄物質はインレット
・リング６２の中を通って流れ、電極２６．２８によっ
て範囲を限定された同一直線上にある電極間のスペース
に直接噴射される。廃棄物質がプラズマ・バーナー１２
に入るときにそれをスプレーしたり霧化したりする必要
はない。

第６図は、インレフト・リング６２が反応容器１４近く
の電極２日の排出口端部に共軸的に取り付けたもう一つ
の実施態様を示す。

この実施態様においては、廃棄物質はやはり、アークが
始まる環状ギャップ４０の下流を除いたプラズマ・アー
クの狭い通路に直接供給される。廃棄物質の進入がプラ
ズマ・アークの生成または発生を妨げてはいけないから
である。

廃棄物供給源は２個の貯留容器６４．６６を備えている
。貯留容器６４はエタノールのような毒性のない有機液
体を含有している。始動中は先駆物質の供給として、そ
して本システムの停止中は熱分解システム１０をフラッ
シュするために、この毒性のない有機液体がプラズマ・
バーナー１２に供給される。貯留容器６６は分解される
ことになっている廃棄物質を含有している。

好ましい実施態様においては、廃棄物質は液体才たは液
化した形態をなしている。貯留容器６４　、６６は供給
ライン７０．７２　を経由してスリー・ウェイ・バルブ
６８に接続されている。

可変速廃棄物供給ポンプ７４は、廃棄物供給ライン６０
を経由してプラズマ・バーナー１２へ毒性のない有機液
体かまたは廃棄物質を送付する。廃棄物供給ライン６０
には付加的な停止バルブ７６が設けられ、以下に詳細に
述べるように不利な状態が発生した場合には廃棄物の流
れを停止する。

プラズマ・バーナー１２は適尚なやり方で反応容器１４
に接続されている。反応容器１４は耐火性内張り７８を
施したシリンダー状のスティンレス・スチール・ハウジ
ングからなり、反応容器１４の内部容量が約２立方メー
トルの容量を有する反応室７９を形成する。耐火性内張
り７８はカオリンを繊維状にした物質から形成され、Ｋ
ＡＯＷＯＯＬの商標を付してカナダ国オンタリオ州バー
リントン市のパブコック・アンド・ウィルコックス・リ
フラクトリイズによって販売されている。反応容器１４
内部の通常の温度範囲は９００〜１２００°０である。

反応容器１４は、同軸的に取付けられてプラズマ・バー
ナー電極２６．２８に通じている中空のシリンダー状部
材８０を備えている。シリンダー状部材８０は、プラズ
マ・アークを受けいれて反応容器１４に導く、中空のグ
ラファイト製シリンダー８２を備えている。冷却水パッ
セージ８４．８６は、プラズマ・バーナー１２中の冷却
水パッセージ４７．４９に通じており、グラファイト製
シリンダー８２を冷却する。シリンダ一部材はＫＡＯＷ
Ｏ帆という耐火性物質を詰めて冷却水パッセージを保護
している。

反応容器１４はまたグラファイト製炉床を備えているか
、またはグラファイト製シリンダー８２から軸方向に間
隔を置いて配置した排出口シールド８８を備えている。

シリンダー状部材８０から発する衰弱したプラズマ・ス
ペイシスはグラファイト製排出口シールド８８に当る。

排出口シールド８８は横の排出口・開口部９０を備えて
いる。排出口開口部９０はグラファイト製シールドの中
空の中心に通じていて、反応容器１４の排出口を形成し
ている。横の排出口開口部９０は、反応容器内で形成さ
れた微粒物質または灰物質が反応容器の排出口を通り抜
けることを可能−にするに足る乱気流を生じさせる。

プラズマ・バーナー１２とグラファイト製シリンダー８
２の内部領域はプラグ流原子化ゾーンとして役立ち、一
方反応容器内部は混合再結合ゾーンとして役立つ。原子
化ゾーン内での滞留時間はたいてい約５００マイクロ秒
であり。

再結合ゾーン内での滞留時間はたいてい約１秒である。

スプレー・リング１６は反応容器の排出口に通じ、そこ
から出て来る生成ガスと微粒物質を受けいれる。スプレ
ー・リング１６はスティンレス・スチールで形成され、
内部に中空のシリンダー状スリーブ９２を備えている。

シリンダー状スリーブ９２には内側に向けたスプレー・
ノズル９４が環状に３列設けられている。各列のスプレ
ー・ノズル９４の周辺上の位置は、均一に互い違いに配
置されている。スプレー・ノズル９４は、高圧急冷液体
を満たした環状チャンネル９６に通じている。スプレー
・ノズル９４は、この急冷液体を霧化し、ミクロン・サ
イズの小滴の均一なスプレーを生成して、スプレー・リ
ング１６の中を通る生成ガスと微粒物質を急冷する。内
部スリーブ９２の内径は約１０．５センチメーターであ
り、内部スリーブ９２の長さは約２５．５センチメータ
ーである。

スプレー・リング環状チャンネル９６は高圧急冷水の貯
留容器９８に接続している。貯留容器９８はたいていは
１５６リツトル・タンクであり、適当なバルブ１０２を
経由して家庭用水供給源によって供給される。必要があ
れば、バルブ１０２の先にエア・ギャップ（図に示され
ていない。）を設けて、家庭用水供給源から熱分解シス
テム１０を隔離することができる。可変速ポンプ１０４
を用いて、毎分４５リツトル。

１０３４ＫＰａの速度で貯留容器９８内の急冷水がスプ
レー・リング１６に供給される。これは第１図には示さ
れていないけれども、急冷水の流れの一部を、主流に再
合流する前に電力供給源内のサイリスターの冷却に使用
することができる。急冷水供給ライン１０８に設けられ
たバルブ１０６は毎分約２０〜４０リツトルの速度で急
冷水の流れを持続させる。

アルカリ液供給容器１１０は、スプレー・リング１６に
供給される急冷水にアルカリ物質を添加するために設け
られている。アルカリ液貯留容器１１０は、たいていは
水酸化ナトリウム液、すなわち、苛性ソーダ液用の２５
０リツトル・ドラムである。

可変速ポンプ１１２は、毎分９リツトル。

１０３４ＫＰａの速度で適当なバルブ１１４を経由して
苛性ソーダ液を急冷水供給ライン１−０８に送る。十分
な量の水酸化ナトリウムが急冷水に供給されて、反応容
器１４から発生する酸性ガス類を中和する。この目的の
ためには、スフラッパ−１８に出て来る急冷水のＰＨを
モニターするＰＨセンサー（図に示されていない。）に
よってポンプ１１２の出力はコントロールされている。

本明細書の目的からすると、「中和」の用語はたいてい
は５〜９のＰ　Ｈを意味するものである。

スフラッパー１８は中央部のインドレット１１６を備え
ていることが図に示されている。

中央部のインドレット１１６は適当な導管１１８を経由
してスプレー・リング１６のアウト・プツトに接続して
いる。スフラッパー１８はたいていは直径が約６０セン
チメートル、高さが１メートルのスティンレス・スチー
ル製のシリンダー状タンクであり、インレット１１６に
通ずる、直径が約１２センチメートル、長さが７０セン
チメートルの中央部の垂直なチューブ１２０を備えてい
る。スフラッパ−１８の内側に取り付けたエキスバンド
−メタル・バスケット１１２は、多数の放射状に伸びる
彎曲翼板１２６を有するソリッド・ボトム・プレート１
２４を備えている。そのため、中央部のインレット・チ
ューブを経由して下降する再結合生成物の流れはボトム
・プレート１２４と翼板１２６に当り、時計と反対方向
の渦巻き流となって流れるようになる。エキスバンド・
メタル・バスケット１２２は、垂直に間隔を置いて配置
された一対の周囲のシート状メタル防止材１２８を備え
ている。このようにして、エキスバンド・メタル・バス
ケットの壁面と交差して圧力の差が生じる。

そのためそこを通る流れは再結合生成物中のガス生成物
から液体と微粒物質とを分離させる。

この意味では、スフラッパ−１８はメカニカル・スフラ
ッパーである。ガス生成物は、渦巻き流の通り道に配列
したエルボ−１３０を経由して上方に流れ続けて流出す
る。エルボ−１３０はスフラッパー排出口１３２を形成
している。スフラッパー排出口１５２は、インダクショ
ン・ファン２０の吸引側に至る適当な導管１３４（第１
図参照）に接続している。

スクラツバ−１８は下部液溜１３６を備えている。液溜
１３６には液体と微粒物質がたまり。

ドレン・ポンプ１３８によってはかされて、更に処理す
るために排出ライン１４０を経由して下水管または貯留
タンクへ送られる。リキッド・レベル・コントロール１
４４がスクラツバ−１８の液溜内に取り付けてあり、ポ
ンプ１３８をコントロールする。もし必要があれば、ス
リー・ウェイ・バルブ１４６が設けられ、液体と微粒物
質をサンプリング・ライン１４８に導く。

インダクション・ファン２０はたいてい毎分２１．２立
方メートルの能力がある。インダクション・ファン２０
はスクラツバ−１８と反応容器１４）こおいて絶えず排
気してシステム内を大気圧よりやや低い圧に保っている
。

スクラツバー１８から出る生成ガスはインダクション・
ファン２０を通ってスリー・ウェイ・バルブ１５０に送
られる。正常な運転中は、ガス生成物の流れはバルブ１
５０を経由してフレア・スタック２２へ行（。フレア・
スタックではガス生成物を電気で焼却する。このガスは
主として水素、−酸化炭素および窒素である。それ故、
このガスは約１８００〜２１００’Ｏの温度でクリーン
な焔をあげて燃焼する。フレア・メタツクは大気汚染コ
ントロール装置として役立ち、可燃ガスとその他の微量
生成物を焼却する。

また一方、生成ガスを焼却して炎にしてしまうよりは、
むしろ燃料ガスとして利用することができる。フレア・
スタック２２に送られる生成ガスは適当なセンサー１５
２によってサンプルされる。センサーは後述する生成ガ
ス分析装置１５４に接続されている。

カーボン・フィルター２４はインプット・ライン１５６
を経由してスリー・ウェイ・バルブ１５０に接続してい
る。インプット・ライン１５６はカーボン・フィルター
２４内のインレット１５８に通じている。カーボン・フ
ィルター２４は、長方形のボックス、すなわちハウジン
グ１６０を備えている。

ハウジング１６０は側面積が約６０平方センチメートル
、厚さが３０センチメートルで１通気パイプ１６４（第
１図参照）に通じる排出口１６２を備えている。カーボ
ン旬フィルター２４は、活性炭１６８を詰めた。厚さが
約１５センチメートルの、金網を取り付けたコンパート
メント１６６を中央に備えている。万一、停電やプラズ
マの消失が起きた場合には、スリー・ウェイ・バルブ１
５０は生成ガスをフレア・スタック２２からカーボン・
フィルター２４へ方向転換し、生成ガス中の、いかなる
微量の未処理の有毒な物質も放出される可能性をなくす
る。

フレア・スタック２２での焼却が、この種のいかなる微
量の危険な物質も分解することは信じられるとは言え、
生成ガス分析装置１５４を設けて、プラズマ熱分解シス
テム１０の廃棄物質の分解効率を十分に高くして、生成
ガス中の、微量のいかなる有毒な物質または危険な物質
も取締り当局が設定した基準をはるかに下まわることを
保証する。万一、生成ガス中に検出された微量の危険な
物質のレベルが特定の取締り当局によって設定された限
界を上まわっている場合には、生成ガス分析装胃１５４
がこの量を測定して、プラズマ熱分解システム１０のオ
ペレーティング・パラメーターが適正となって微量の危
険な物質のレベルが前述の限界内におさまるまで、自動
的に廃棄物質の供給流を遮断する。

生成ガス分析装置１５４は、　Ｈｅｗｌｅｔｔ−Ｐａｃ
ｋａｒｄ５？７０Ａ　マス選択検知器に−Ｈｅｗｌｅｔ
ｔ−Ｐａｃｋ−ａｒｄ５７９２Ａ　ガス・クロマトグラ
フを組合せた形式のマス・スペクトロメーターを備えて
いる。サンプリングの一方式を挙げれば、まず生成ガス
の１００リツトルをサンプルにとり、ヒート・トレース
・ラインを経由してこれを微粒子フィルターに通してカ
ーボンを除去する。クリーンにされたガスはそれから吸
収装置を通されるが。

捕捉の効率は約９９係である。吸収装置は次に急速に加
熱されて、捕捉された有機物が放出される。分析するた
めに蟹素気流がその有機物をマス・スペクトロメーター
に運ぶ。ある種のイオンに相当する６種の比質量につい
てマス・スペクトロメーターはスキャンする。その種の
イオンの存在は有毒な廃棄物の分解程度を示すか。

可能性のある新たな有毒な化合物の生成を示す。

万一、これらの化合物の濃度が取締り当局が設定した予
め規定の限界を超えた場合には、プラズマ・バーナーに
対する廃棄物の供給は停止される。もし濃度の限界を超
えない場合には１分析サイクルは自動的には繰返えされ
る。生成ガス中に明確にスキャンされなかった微量の危
険な物質が万一存在した場合には、マス・スペクトロメ
ーターは、やはり原子量２００〜４５０の化合物をスキ
ャンする。もし特定の取締り当局によって要求される場
合には、これを１０〜６００の範囲に拡大することがで
きる。もし未知の化合物が危険な化合物の原子量に相当
する原子量を有し、取締り当局によって設定された限界
を超えた量であることが検知された場合には、その時に
はプラズマ・バーナーへの廃棄物質の供給はやはり停止
される。そして、詳細に後述されるように自動遮断プロ
セジュアが開始される。

危険な物質について生成ガスをモニターすることに加え
て、水素、水、窒素、メタン、−酸化炭素、二酸化炭素
、エチレン、エタン、アセチレン。

プロパン、プロピレン、１−ブテン、塩化水素のような
物質について、ガス、クロマトグラフィ　・システムが
やはりオン・ライン分析を行なう。

たとえば、スクラツバ−１８から出る液体微粒物質につ
いての分析と同時に行なう塩化水素についての分析は、
スプレー・リング１６による酸性の塩化水素ガスの中和
の効率を測定する。

再び第１図を参照しながら説明すると、エア供給源４２
はまたエアを供給して、ワオター・ラインにエアを吹き
こみ、スリー・ウェイ・バルブ１５０を操作して冷却水
貯留容器４８と急冷水貯留容器９８を加圧する。エア供
給源４２は、エア・ヘッダー１７０に供給する５５０リ
ツトルの加圧タンクと共に毎分２．０立方メートル、　
８００　ＫＰａの能力があるコンプレッサーを備えてい
る。従来のエア・フィルター、エア・ドライヤーおよび
圧力調整装置（図に示されていない。）が使用される。

スリー・ウェイ・バルブ１５０はエア・ライン１７２と
適当なコントロール・バルブ１７４によって操作される
。スリー・ウェイ・バルブ１５０およびコントロール・
バルブ１７４が操作され、その結果、正常な操作が行な
われている間は生成ガスはフレア・スタック２２に送ら
れるが、万一生成ガス中に好ましくない物質を検出した
場合、運転が停止した場合、または停電した場合、コン
トロール・バルブ１７４がスリー・ウェイ・バルブ１５
０を操作して生成ガスをカーボン・フィルター２４にか
けて通す。

エア加圧ライン１７６．１７８は、それぞれ急冷水供給
ライン１０８および冷却水供給源にエアを吹き込むため
のそれぞれのバルブ１８０，１８２を備え、またメイン
テナンスの目的のための回収ライン５２．５６を備えて
いる。

停電または同様の機能不全が万−起った場合には、プラ
ズマ・バーナー冷却水および急冷水の流れを持続するこ
とが望ましい。冷却水の流れは、エア・ライン１８４と
バルブ１８６を用いて冷却水貯留容器４８を加圧するこ
とにより持続される。バルブ５４が閉じると、下水管ま
たは貯蔵タンクに通じているドレン・バルブ１８８が開
く。その結果、加圧された冷却水貯留器は冷却水供給ラ
イン５２内で減速して冷却水を流し続ける。ドレン・バ
ルブ１８８は冷却水の流れをコントロールし、この流れ
は約２０分間は続く。

運転停止後に機械の重要な構成要素を冷却し、メインテ
ナンス操作ができるようにするのには、約２０分間あれ
ば十分である。

エア番ライン１９０およびバルブ１９２を利用して急冷
水貯留容器９８が加圧される。

万一、停電または同様の機能不全が起った場合には、バ
ルブ１０２を閉じると、バルブ１０６が開（。その結果
、急冷水の流れはスプレー・リング１６の中を流れ続け
、プラズマ・バーナー１２が作動を停止後に生成してス
プレー・すング１６を通る再結合生成物をすべて急冷す
る。

万一停電が起きた場合でも、インダクション・ファン２
０は慣性のために約１分間の短時間ではあるが作動し続
け、反応容器１４．スプレー・リング１６およびスフラ
ッパー１８をからにしてしまう。

プラズマ熱分解システム１０は十分にコンパクトである
ので、それは箱型の、長さが１３．７メートルの自走可
動ヴアン・タイプのドロップ・ベッド・トレイラーの内
部に取り付けることもできる。その上、計器およびモニ
ター装置を完全に取り付けたコントロール・ルームをト
レイラーのスペース内に設置することも！きる。その結
果、全システムは可動となり、廃棄物質を処理する場所
に容易に移送することができる。

必要なのは、ただ望み通りにトレイラーが適当な電力供
給源、家庭用水供給源、下水管排水設備才たは貯蔵タン
クに接続されることだけである。

勿論、フレア・スタックで焼却する代りに生成ガｋを燃
料ガスとして利用することを望むならば、この目的のた
めに適当な装置を連結して生成ガスを収容することがで
きる。

プラズマ熱分解システム１０を運転する前に。

随意ではあるけれども、分解されることになっている廃
棄物質に対して反応容器１４内でいかなる再結合生成物
が生成されるかを予測することが有用なことである。プ
ラズマ・バーナー１２は廃棄物質をほとんど完全に原子
化するかイオン化するから、これらの原子やイオンの再
結合の結果として１反応容器１４内で生成される新しい
化合物は熱力学平衡に基づいて予測することができる。

広範囲の選択された温度や圧力に対応して生成する各種
の生成物の平衡濃度を測定するには、ギツブスの自由エ
ネルギーを最小限にする。万一１反応容器１４内で好ま
しくない生成物が再結合することが予測される場合でも
、これらの好ましくない生成物の生成を回避するために
、廃棄物の供給インプット、すなわち運転条件を変える
ことができる。たとえば。

もし四塩化炭素が分解することになっている廃棄物であ
る場合には、ある温度と圧力でホスゲンガスを生成する
ことがあり得る。しかしながら、廃棄物質供給装置に他
の炭化水素をただ力ｎえるだけでこれを回避することが
できる。ときには、再結合に利用することができる水素
の量を増加するには、廃棄物質供給装置にただ水を加え
ることが必要であるにすぎない。廃棄物質がフルオロカ
ーボンである場合に起り得ることであるが、好ましくな
い生成物のもう一つの例は反応容器１４中で生成される
フッ化水素酸である。

好ましくない生成物のもつと他の例および廃棄原料物質
の濃度または運転条件を変えることにより、これらの好
ましくない生成物を最小限にするか、または除去するこ
とは、当該諒術に習熟した人々にとっては自明のことで
ある。

反応容器１４内で生成される再結合生成物の縄成を予測
することに加えて、分解されることになっている廃棄物
質と再結合生成物と間のエンタルピーの変化を予測する
ことも有用なことである。これが廃棄物を分解するのに
要するプラズマ・エネルギーに関してなされる予測を可
能にする。次にこれをプラズマ・バーナーに対する電位
と電流のイニシアル・セツティングを計算するのに利用
することができる。再結合生成物のエンタルピーは反応
容器１４内の温度と圧力の関数であること、および廃棄
物質の供給速度またはプラズマ・バーナーに対する電力
のインプットを変えることによってこのエンタルピーを
変えることができることはよく理解されるはずである。

従って、廃棄物質の供給速度およびプラズマ・バーナー
への電力インプットのイニシアル・セツティングを予測
して、所望の結果をあげることができる。

エア供給ライン４４によってプラズマ・バーナー１２に
少量の渦巻きエアを噴射することもよく理解されるはず
である。この渦巻きエアの噴射は、このシステムに生ず
るエンタルピーの変化を計算する際に考慮されるべきで
ある。プラズマ・バーナーに噴射される渦巻きエアの量
は、たいていは燃焼のために廃棄物質によって必要とさ
れる化学量の酸素の僅かに１〜２チにすぎないという点
において比較的僅かなものである。このため１本発明に
よる廃棄物の分解および本明細書が目的とする廃棄物の
分解は熱分解であると考えられる。プラズマ・バーナー
および反応容器における熱のロスは、プラズマ・バーナ
ーのためのイニシアル電圧および電流をセツティングす
る際に考慮することができる。

操作においては、いかなる好ましくない生成物も生成し
ないように再結合生成物に関して予測がなされ、廃棄原
料物質に対する調整がなされた後、プラズマ・バーナー
へのイニシアル電力セッティングおよび廃棄物質供給速
度を決定するためにエンタルピー予測の変更がなされる
。

（急冷水貯留容器９８と冷却水貯留容器４８が水で満た
された後、）エア供給源４２が操作されて急冷水貯留容
器９８と冷却水貯留容器４８を加圧する。冷却水ポンプ
５０．急冷水ポンプ１０４およびスフラッパー・ドレン
・ポンプ１５８が′電力で動かされる。電力がプラズマ
・バーナー１２に働き、渦巻きエア供給ライン４４が開
かれる。次いで、アルカリ液供給ポンプ１１２が電力で
動かされ、苛性ソーダが適当な供給速度で急冷水に供給
される。次いでプラズマ・バーナーに対する廃棄物の供
給が有機液体貯留容器６４から始められる。必要なこと
ではあるが、プラズマの渦巻きエア、廃棄物の供給およ
び苛性ソーダの供給に対する調整がなされる。約６分間
を要するにすぎないのだが、このシステムが安定した状
態に到達したとき、廃棄物の供給は廃棄物質貯留容器６
６内の廃棄物質に切替えられる。

プラズマ・バーナーＩＪこ供給される廃棄物質が（５ｏ
ｏｏ°Ｃを上まわる）高温のプラズマ・アークにさらさ
れて、原子化されてイオン化されることは、上記からよ
く理解されるはずである。次いでＳ原子化されてイオン
化された廃棄物質はグラファイト類のシリンダー８２を
経由して反応室７９へ行く。

それは反応室で再結合されて、生成ガスと微粒物質を含
む再結合物質となる。反応室７９内での反応生成物の最
終状態に対して予測されたエンタルピーの変化に従って
９００〜１２００°Ｃの温度でこの操作は行なわれる。

この意味において。

そして本明細書の目的基こ清って、原子化されてイオン
化された廃棄物質は反応室７９内で冷却され、再結合生
成物の平衡を保っている。反応室７９内の再結合反応の
あるものは吸熱反応であるが、あるものは発熱反応であ
る。その結果、反応室７９内では厳密な意味ですべての
原子化されてイオン化された廃棄物質が冷却されるわけ
ではないことはよく理解されるはずである。

本明細書の目的に沿った「冷却」の用語は１反応室７９
内で原子化されてイオン化された廃棄物質に対して生ず
るいかなる反応や結合に対してもすべて適用されるもの
である。

反応室７９内の再結合生成物は次いで反応容器１４から
出て、スプレー・リング１６を通つて約８０°Ｃの温度
まで急冷され、アルカリ霧化スプレーでアルカリ液をス
プレーすることによって中和される。急冷された再結合
生成物は次いでスフラッパ−１８に入る。

スフラッパ−１８では生成ガスが抽出され、塩類やカー
ボンのような液体微粒物質が溶液となって残る。次いで
この溶液はドレンまたは貯蔵タンクへ汲み出される。生
成ガスはインダクション・ファン２０によってフレア・
スタック２２へ送られるか、または燃料ガスとして用い
られる。

上述のように１反応室７９内の圧力は大気圧と等しいか
１反応容器１４から再結合生成物を引き出すインダクシ
ョン・ファン２０にヨリ大気圧よりやや低い。反応室７
９内の温度は、プラズマ・バーナー１２への電力のイン
プットかまたは廃棄物質の供給速度を調整することによ
ってコントロールすることができる。

万一、プラズマ熱分解システム１０を運転停止したい場
合には、スリー・ウェイ・バルブ６８が直ちに操作され
て、危険でない有機液体に切替えてこのシステムをフラ
ッシュする。こういう事態は、このシステムの他のオペ
レーティング・パラメーターのいずれかがこのシステム
の正常なオペレーティングの範囲を超えた場合にも起り
得る。危険でない有機液体でこのシステムをフラッシュ
した後に有機液体が止められ、プラズマ・バーナーの電
力が止められ、プラズマの渦巻きエアが停止される。反
応室７７内の温度が許容することができるレベルに達す
ると、スプレー・リング１６へ行く急冷水の流れだけで
なくインダクション・ファン２０も停止される。プラズ
マ・バーナー内の温度が適正なレベルに達してしすうと
、冷却水ポンプ５０が停止され、その後必要があればエ
ア供給コンプレッサー４２を停止することができる。

万一、停電するかもしくはプラズマ・バーナー１２のプ
ラズマ・アークが消失した場合、またはフレア・スタッ
ク２２内の生成ガス中に許容することができない物質が
検知されるか、もしくはインダクション・ファン２０が
破損した場合、またはプラズマ冷却水の流れが止まった
場合には、停止バルブ７６が直ちに閉じて廃棄物質の供
給を停止する。プラズマ・バーナーに対する渦巻きエア
の流れも止められて再結合生成物の反応室７９内の滞留
時間を増大する。

すべての運転条件および運転停止条件においては、廃棄
物供給システムにおける圧力、渦巻きエア・システムに
おける圧力または反応容器内における圧力よりも水冷却
システムにおける圧力の方がはるかに大きいことに留意
すべきである。それ故、水の漏出または廃棄物供給の漏
出が生じたとしても、水貯留容器が廃棄物質で汚染され
ることはない。

これまで本発明の好ましい実施態様について述べてきた
が、ここに述べられた方法および装置に対しているいろ
な修正を加えることができることはよく理解されるはず
である。

たとえば、プラズマ・バーナーのアークの狭い通シ路に
廃棄物を直接供給する必要はない。

廃棄物質を反応室内に注入し、それから反応室内にプラ
ズマ・アークを導入してこの廃棄物質にあてることもで
きる。しかしながら、これは廃棄物質のプラズマ・アー
ク内での滞留時間を減少するので、ある種の廃棄物質に
対して効果的ではない事もあり得る。好ましい実施態様
においては、液体廃棄物質または液化廃棄物質が使用さ
れた。しかし１，１′から、廃棄物供給システムに対し
て適当な修正を加えて、固体または液体と固体の混合物
に適応させることができる。

廃棄物質が無機物質を含有することさえあり得ることで
ある。プラズマ・アークは無機物質を苦もなく溶融し、
スタックにするか揮散させることができ、しかも上述の
ようになんら効率を減ｒることな（危険な有機成分を分
解することができる。このような混合物質のよく知られ
た例はＰＯＢを満たしたコンデンサーである。

第１図に示されたプラズマ熱分解システムは。

本システムを概略的に表わしたものか図式で表わしたも
のにすぎないことが当該技術に習熟した人にとっては明
らかなはずである。実際に取り付ける場合には、バルブ
を増設し、異なるタイプのバルブ、各種の温度センサー
、圧力センサー、フロー・センサーおよびその他の通常
のプロセス・コントロール装置の要素を用いてよいＯ プラズマ熱分解１０を運転する前に、上述したように予
想される再結合生成物またはエンタルピーの変化につい
て予測通りに実施する必要はない。毒性のないまたは危
険でない廃棄物質を用いてこのシステムを運転して安定
した状態にもって行くことができる。そしてその後で毒
性のない廃棄物質に切替えると、これを分解するかまた
はモニターリング・システムが自動的にこのシステムの
運転を停止する。

最後に、特にもし通常の基準または不変の基準に基づい
て既知の廃棄物質を処理するのにプラズマ熱分解システ
ム１０を利用する場合には。

生成ガスの分析または液体微粒物質の分析を行なうこと
は必ずしも必要なことではない。このモニターリング・
グロセジュアおよび分析プロセジュアは、主として取締
り当局を納得させるために設置される。取締り当局とい
うものは。

新しい科学技術の査定中は必要以上に安全対策を施した
運転を要求するものである。

以上より１本発明のプラズマ熱分解による廃棄物分解シ
ステムは、簡単でコンバクトナ可動システムであり、危
険なまたは毒性のある多種の化学的廃棄物質に対して許
容できる環境規準内で採算がとれる運転をすることが可
能となること、および許容できる環境規準内では分解す
ることができない諸物質に対しては、いかなる毒性のあ
る物質も周囲に放出される前にこのシステムがこれを測
定することができることは。

よく理解することができるはずである。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明による廃棄物質の熱分解に使用される
装置の打抜しい実施態様の概略図である。 第２図は、第１図に示す装置において使用されるスクラ
ツバーの断面図である。 第６図は、第２図に示ず３−５線横断面図である。 第４図は、第１図に示す装置において使用されるカーボ
ン・フィルターの縦断面図である。 第５図は、第４図に示す５−５線横断面図である。 第６図は１本発明において使用されるプラズマ・バーナ
ーのもう一つの実施態様を拡大して示す第１図の部分概
略図である。 各図において、１０はプラズマ熱分解システム、１２は
プラズマ・バーナー、１４は反応容器、１６および１８
はスクラツバー、２０はインダクションーファン、２２
はフレア会スタック、２４は活性炭フィルター、２６お
よび２８は同一直線上にある中空電極、６０は電力供給
ブ、４２は高圧ガス供給源、４４はエア供給ライン、４
６は調節バルブ、４７は冷却パッセージ、４８は冷却水
貯留容器、４９は冷却パツセは冷却ライン、６“０は廃
棄物供給ライン、６２は環状インレット・リング、６４
および６６は貯留容器、６８はス、リ−・ウェイ・バル
ブ、７０および７２は供給ライン、７４は可変速廃棄物
供給ポンプ、７６は停止バルブ、７８は耐火性内張り、
７９は反応室、８０はシリンダー状部材、８２は中空の
内側グラファイト製シリンダー、８４および８６は冷却
水パッセージ、８８は排出口シールド、ν０は排出口開
口部、９２は中空シリンダー状スリーブ、９４はスプレ
ー・ノズル、９６はスプレー・リングの環状チャンネル
、９８は急冷水貯留容器、１００は家庭用水供給源、１
０２はバルブ、１０４は可変速ポンプ、１０６はバルブ
、１０８は急冷水供給ライン、１１０はアルカリ液供給
容器、１１２は可変速ポンプ、１１４はバルブ、１１６
は中央部のイントレソト、１１Ｂは導管、１２０は垂直
なチューブ、１２２はエキスバンド・メタル・バスケッ
ト、１２４はソリッド・ボトム・プレー　ｌ−、１２６
は彎曲翼板、１２８はシート状メタル防止材、１５０′
はエルボ−８１３２はスクラツバー排出口、１３４は４
管、１５６は液溜。 １５８はドレン・ポンプ、１４０は排出ライン。 １４２は欠番、１４４はリキッド・レベル・コントロー
ル、１４６はスリー・ウェイ・バルブ１１４８はサンプ
リング・ライン、１５０はスリー・ウェイ・パル７”　
、　１５２はセンサー、１５４は生成ガス分析装置、１
５６はインプット・ライン、１５８はインレット、１６
０はハウジング、１６２は通気パイプ、１６６はコンバ
ートメン）、１６Ｂは活性炭、１７０はエア・ヘッダー
、１７２はエア・ライン、１７４はコントロール・バル
ブ、１７６および１７８はエア加圧ライン、１８０およ
び１８２はバルブ、１８４はエア・ライン、１８６はバ
ルブ、１８８はドレン・バルブ、１９０はエア・ライン
、１９２はバルブを示す。 第　６　口 只ｎ 手続有ｔｆｆ　ｊＪＥ型＋（方式） ％式％ ］、事件の表示 昭和５９年　特　許願　第１５５６８７号２．９明の名
称　プラズマ熱分解による廃棄物の熱分解法およびその
装置 ３、補正をする者 事件との関係　４・Ｓ許出願人 ４、代理人

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）廃棄物質を高温のプラズマ・アークにさらし、廃棄
   物質を原子化しイオン化すること；反応室内で原子化さ
   れイオン化された廃棄物質・２冷却し、生成ガスおよび
   微粒物質を含む再結合生成物を生成すること； 再生結合生成物をアルカリ液の霧化スプレーで急冷して
   これを中和し、微粒物質を湿潤させること； 再結合生成物から生成ガスを抽出すること；並びに 抽出した生成カスを焼却すること からなる廃棄物質を熱分解する方法。 ２）廃棄物質を直接プラズマ・アーク内に供給すること
   により廃棄物質をプラズマ・アークにさらす特許請求の
   範囲第１項に記載の方法。 ５）更に、プラズマ・アークへの電力のインプット、お
   よび反応室内の温度をコントロールす′る廃棄物質の供
   給速度の一つを調整するステップからなる特許請求の範
   囲第２項に記載の方法。 ４）更に、再結合生成物の含有量をモニターすること および 万一、危険な成分が予め規定された規準以上あることが
   検知された場合には廃棄物質の供給を停止すること のステップからなる特許請求の範囲第１項に記載の方法
   。 ５）反応室内の温度が９００〜１２００°０の範囲にコ
   ントロールされる特許請求の範囲第３項に記載の方法。 ６）更に、最初再結合生成物の組成を予測すること および 好ましくない生成物が予測される場合には分解しようと
   する廃棄物質の含有量を改変すること のステップからなる特許請求の範囲第１項に記載の方法
   。 ７）更に、分解しようとする廃棄物質と再結合生成物中
   吉の間のエンタルピーの変化を最初に予測すること 並び１こ プラズマ電力のインプットおよび廃棄物質の供給速度の
   中の一つを定めて前記エンタルピーの変化を起させるこ
   と のステップからなる特許請求の範囲第１項に記載の方法
   。 ８）更に、再結合生成物を急冷する前に、反応室から再
   結合生成物を排除するステップからなる特許請求の範囲
   第１項に記載の方法。 ９）インダクション・ファンを用いて反応室から再結合
   生成物を吸引して１反応室から再結合生成物を排除する
   特許請求の範囲第８項に記載の方法。 １０）反応室内の圧力がほぼ大気圧である特許請求の範
   囲第１項に記載の方法。 １１）物理的なスフラッパーを経由して前記再結合生成
   物を吸引することによって、再結合生成物から生成ガス
   を抽出する特許請求の範囲第８項に記載の方法。 １２）廃棄物質が危険な物質であり、更に、最初、運転
   状態が安定な状態に到達する才では危険でない物質を用
   いる方法を実施するステップからなる特許請求の範囲第
   １項に記載の方法。 １３）更に、万一廃棄物質の供給が停止された場７　合
   には、プラズマ・アーク中に危険でない有機物質を供給
   するステップからなる特許請求の範囲第４項に記載の方
   法。 １４）更に、万一プラズマ・アークが消失した場合には
   、生成ガスを活性炭フィルターに通すステップからなる
   特許請求の範囲第４項に記載の方法。 １５）再結合生成物を８０’Ｏの温度に急冷する特許請
   求の範囲第１項ζこ記載の方法。 １６）２個以上の、同一直線上にある中空電極および電
   極間にプラズマ・アークを安定させる手段を備えたプラ
   ズマ・バーナー； 前記プラズマ・アークを生ずる電極に接続された電力供
   給源および前記電極を冷却する冷却手段； プラズマ・バーナーに接続され、前記プラズマ・アーク
   を受け入れる耐火性の内張りをした反応室を備えた反応
   器； 廃棄物質をプラズマ・アークに注入し、原子化しイオン
   化し１次いで反応室中で再結合して再結合生成物にする
   手段； 反応容器から前記再結合生成物を排除する排出口を備え
   た反応容器； 反応容器の排出口に通ずるスプレー・リング； 前記再結合生成物を急冷して中和するスプレー・リング
   に接続し、且つ通じているアルカリ液の加圧供給源； 再結合生成物中の液体微粒物質から生成ガスを分離する
   スプレー・リングのアウト・プツトに通じているスフラ
   ッパー； 並びに スフラッパーに連結し、スフラッパーから前記液体微粒
   物質および生成ガスを排除する手段 からなる、廃棄物質を熱分解する装置。 １７）プラズマ・アークに廃棄物質を注入する手段がプ
   ラズマ・アーク中に直接廃棄物質を噴射する、中空電極
   間に共軸的に取り付けた環状インレット・リングを備え
   ている特許請求の範囲第１６項に記載の装置。 １８）プラズマ・バーナーの電極に通じ、プラズマ、°
   ・バーナーから生ずるプラズマを受け入れる共軸的に取
   り付けた中空のグラファイト製シリンダーを反応室が備
   えている特許請求の範囲第１６項に記載の装置。 １９）プラズマ・バーナーから軸方向に間隔を置いて配
   置されてプラズマ・アークを受け入れるグラファイト製
   の排出口のシール゛ドを反応器が備え、この排出口のシ
   ールドが反応容器の排出口となる。横の排出口の開口部
   を備えている特許請求の範囲第１８項に記載の装置。 ２０）前記アルカリ液を霧化して前記再結合生成物を急
   冷するアルカリ液供給源に通じる、複数個の内側に向け
   たスプレー・ノズルを設けた中空のシリンダー状スリー
   ブをスプレー・リングが備えている特許請求の範囲第１
   ６項に記載の装置。 ２１）再結合生成物の流れの中に介在させて液体微粒物
   質から生成ガスを分離する其板および防止材をスクラツ
   バーが備えている特許請求の範囲第１６項に記載の装置
   。 ２２）前記液体微粒物質および生成ガスをスクラツバー
   から排除する手段が、スクラツバーからの生成ガスを送
   料するインダクション・ファンを備えている特許請求の
   範囲第１６項に記載の装置。 ２３）更に、プラズマ・アークに注入されることになっ
   ているある廃棄物質に対応する再結合物質の組成を予測
   する手段からなる特許請求の範囲第１６項に記載の装置
   。 ２４）更に、インダクション・ファンによって送付され
   る生成ガスの組成をモニターする手段からなり、プラズ
   マ・アークに廃棄物質を注入する手段がバルブを備え、
   万一生成ガス中の危険な成分が予め規定された基準以上
   であることが検知された場合には、廃棄物質の注入を停
   止するバルブにモニターする手段が効果的に接続されて
   いる特許請求の範囲第２２項に記載の装置。 ２５）更に、活性炭フィルタ、およびインダクション・
   ファンと活性炭フィルターとの間を連結するバルブ手段
   からなり、停電の時にはバルブ手段が操作されて生成ガ
   スの流れを活性炭フィルターに向けることができる特許
   請求の範囲第２２項に記載の装置。 ２６）水貯蔵タンク、プラズマ・バーナーの電極と水貯
   蔵タンクに通じる閉回路の導管および閉回路の導管に冷
   却水を循環させて電極を冷却するポンプを、電極を冷却
   する冷却手段が備えている特許請求の範囲第１６項に記
   載の装置２７）更に、冷却手段が、水貯蔵タンクを加圧
   する手段および停電の時に操作されて冷却水の流れを継
   続することができる手段からなる特許請求の範囲第２６
   項に記載の装置。 ２８）脱イオンした冷却水を冷却手段が含んでいる特許
   請求の範囲第２６項に記載の装置。 ２９）アルカリ液の加圧供給源が、急冷水の加圧供給源
   および停電の時には操作されてスプレー・リングへの急
   冷水の流れを継続することができるバルブ手段を備えて
   いる特許請求の範囲第１６項に記載の装置。