JPS62501053A - 毒性化合物の分解 - 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】 毒性化合物の分解 本出願は、１９８４年１１月８日登録の同時係属米国特許出願第６６９，４２０ 号の部分係属出願である。

技術分野 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、１．４億ボンドのポリ塩化ビフェニル（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 関心の高まりによって、環境保護局（ＥＰＡ）がその廃棄を規ｆ、１１し、その 使用の禁止を速めることになった。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但が７１ｖ１ガロンに達するこ とを指摘している。有ｄ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、各種の粉末状全屈製造残渣 および金属含有スラッジのような黒磯性廃棄物も、重大な環境問題を起こり。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聡で分解する必 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ッジ、金屈めつき店か らのクロムおよびニッケル滓、ワニス、カーペットおよび化学プラントでの洗剤 用の消費された原ＩＦＩ、ドライクリーニングした衣類およびコンピューターか らの脱脂したマイクロチップからの溶媒、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漬、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 程で有礪廃棄物、無機廃棄物および／またはスラッ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 ロッパで最も一般的に用いられている。かかる反応器は、有既化合物では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ｊ５後燃焼および 長時間の滞留時間を要する。

有機材料の焼Ｗには、熱分解（１２００℃）と高温炎によって開始する燃焼との 組合せがある。最初の熱分解では、有義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８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、反応性材料が反応器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。従って、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っ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 塩化第一鉄によって示されるような吸熱工程である。

ＦｅＣ１２＋Ｈ２−→Ｆ、ｅ＋２ＨＣＩ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：ΔＴ 有機成分−→炭素＋７ラグメント ＦｅＣ１＋Ｈ２Ｏ−Ｆｅ０＋２ＨＣＩ Ｆｅｏ＋ｃ−＋　Ｆｅ＋ｃ。

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＋Ｈ２−一→Ｃｕ＋Ｈ２Ｓ は、真の発熱効果を持たない反応の結合ΔＴ 有礪成分−→炭素＋フラグメント ＣｕＳ＋８２　０　−　Ｇｏ　十　ト１２　０ＣｕＯ＋Ｃ−→Ｃｕ＋Ｃ０ 全屈水素化物、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って還元法で変化させることも出来る。

Ｃ ＭｘＩＩｌ＋Ｈ２Ｏ−一→ＨＸ＋ＭＯ１−−→Ｃｏ十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、熱化学的サイクル出の中間体としての！！ ！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８ ５０下を超えると、酸化ニッケルを還元して、ニッ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ａＩｖＡシたところによれば、当該技術は本 発明者等が行っ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 てはいなかった。

ラッチエン（Ｒａｔｈｊｅｎ　）等の米国特許第４．１４０゜０６６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１１Ｈ ！！！および温度を少なくする。ＰＣＢを含むスラ９゛ジからのＰＣＢのを離と それに続く焼却は、米国特許第４．４０２．２７４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 ２．６４７゜０４５号明四重ＩＩＩＪ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１９られる溶融スラグ浴を循環させ且つ最終的に９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２．８４８．４７３号、第２．９２３．２６０号および第３．９５ ３．４４５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４．３８８．０８４号明ｍ書にお ける石炭のガス化に使用されており、米国特許第３．８９０．９０８号明細書で は空気の不在で鉄浴が使用されている。才力ムラ等に対する米国特許第４，３８ ９．２４６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撹拌しており、このため才力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３．７０６．５４９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４．０４３．７６６号明四重書、才力 ムラ等の米国特許第４，３８９．２４６号明四重Ｉｌｌ書、オカネ等の米国特許 第４．３８８，０８４号明四重ｌ書およびベル等の米国特許第４．４３１．６１ ２号明１Ｉり書に用いられている。

ティトス（Ｔｉｔｕｓ　）等は米国特許第３，８１２．６２０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全屈の 溶融したプールを考えており、各種有機物を１６０ｏ下程度の温度でプール中で 「分解」して、２０００″Ｆで（「少なくとも成るガス」で）「更に熱分解」す るのである。彼らは（第５欄で）ｒｌｏ、０００″Ｆ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。フォノ・クレツク（ｖ ｏｎＫｌｅｎｃｋ）等の米国特許第３．８９０．９０８号明四重書も参照された い。ヨシム（ｙｏｓｔｍ　）等は、米国特許第３゜８４５．１９０号明細書にお いて、浴中で熱分解をしだ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、グリーンベルブ（ＱｒｅｌｌｉｎｂｅｒＱ　）による米国特許第３．９ ７４，７８４号および第３．６４７．３５８号明ｍａｔにおいて用いられている 。才力ムラの米国特許第４゜３４６．６６１号明ｇＡ書では溶融した廃棄物を排 出している。

材料と熱アルカリ全屈との反対を含む溶融塩法は、グランハム（Ｇｒａｎｔｈａ ｍ）の米国特許第４，２４６．２５５号明ｍ書に記載されており、例えば約７０ ０〜ｉ　ｏｏ。

℃でアルカリ金馬炭酸塩の浴を保持している。溶ａ塙には酸素も噴射される。サ ウスウイツク（Ｓｏｕｔｈｗｉｃｋ　）は、米国特許第３．５２７．１７８号四 重＠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３．７４４．４３８号明四重書に用いられている。

レーザー（Ｒａｓｏｒ）の米国特許第４．１８７．６７２号および第４．２４４ ．１８０号明四重書では、石炭の上側導入によっ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って且つ部分 的には上方からの酸素の導入によっ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ｍ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っている。シ ードホフ、プールとモーリス（ＳｉｅｄｈｏＨ，Ｚａｌｅ　＆　Ｈｏｒｒｉｓ　 ）の「実用ボイラーでの高濃度ＰＣＢの分解」、ブＯシーディンゲス・オブ・ザ ・１９８３・ＰＣＢ・セミナー（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｒ　ｔｈｅ　１９ ８３　ＰＣＢ　５ｅｎｉｎａｒ　）　、エレクトリック・パワー・リサーチ・イ ンステイテユート（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｒｅ５ｅａｒｃｈ　Ｉｎ５ ｔｉｔｕｔｅ　）を参照されたい。これは好都合な！１ｌｌｌ理法とは思われ、 ＰＣＢの分解がＥＰＡＥＳ準である９９．９９％以上に達するが、高りＪ串ボイ ラーに対する長期間での腐食およびその他の効果は大品分は未知である。同様に 酸化は、本発明音等自身の方法での酸化はどは効率的ではなく、実際には、ＰＣ Ｂの処理費用は燃ｎ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ｗｊ！、度の 副生成物によっ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１％一工程の能力に依存するものと思われる。

一般的には、高級なエネルギーの経済的利用は、補助的な燃料または化学且論的 酸素要求伍より実質的に多用の酸素を添加することなく分ｙＫ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２５００下の温度で、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ｆｆ１ｌ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、ニッケル、銅、および それらの酸化物を包含する。

ロックウェル・インターナショナル（Ｒｏｃｋｗｅ　ｌ　１ｉｎｔｅｒｎａｔ　 １ｏｎａ　ｌ　）に発行された３種の米国特許第４，４４７．２６２号、第４， ２４６．２５５号および第４゜０１７．２７１号明細書は、溶融塩浴な使用して 、−酸化炭素増加条件、すなわち酸素の存在で、石炭またはＰ’ＣＢ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ｔよアルカリ金爪炭酸塩および／またはアルカリ土類金属酸化物 または炭Ｍ塩の氾合物から成る。炭ｖｊ、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、ＰＣ Ｂ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４．４３１．６１２号明１書を考察すると、こ の著名は溶融浴を用いて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（５ｏｕｔｈｖｉｅｋ　）は、米国特許第３，５２７．１７８号 明細内において、金属またはガラスプールを作っているが、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 づ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、（３１酸素および有は廃棄物を連続的且つ連帯的に 上記有機廃棄物の酸化性部分に対する酸素の化学ｍ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、上記炉での上記有礪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ッジの混入した有礪廃菓物を単一工 程で処理することが出来る。

廃棄物どしては、ＰＣＢ、テトラクロｂ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、クヌツベル（にｎｕｐｐｅｌ　）等 の米国特許第３゜７０６．５４９号明四重ｆ書記載の製鋼技術および装置を用い てもよく、底羽口または口部噴射によって溶融浴の表面下にまたは表面上でのラ ンス型（１ａｎｃｅ−ｔｙｐｅ）噴射によって酸素および（無機物を含む）右Ｉ 廃菓物流を噴射して、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＠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２５００’Ｆ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ってまたは酸化銅のような反応性の高い金ｆｉｌ化物と して混合されることによって活性化することが出来る。Ｎｏ　−１ＳＯ２−およ びＣ１０−のような形のＶ、ＶｌおよびＶｌ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撹流または撹拌により、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Ｄ１生成物の密度の差によって、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。金属残漬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ｇＳ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って決定される。

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ｉ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っ て所望な反応の総体的速度を維持する場合には、所望な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い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１０ＣＤ Ｓを超えないようにする。

鉄、ニッ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、ニッ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。

用いられる金ぶおよび金ｆｉｌ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２５００下より高い温度では元素状鉄、ニッケ 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って 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って起こる。脱炭素化は、ガス相中およ びスラグ層並びに金属浴中の気／液界面で起こってもよい。ｎ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・＋Ｃ１・−→ＨＣＩ＞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。噴射時に粗化合物からストリッ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ｒＩ！ｆ間であるよりは長時間について超えないもので ある。この但は、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っ て変化する。更に、比較的高い操作温度とほぼ化学ｍ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ａ１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（炉）反応多かれ少なかれ通常のデザインおよび技術のものであることが 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、ｒＡ、Ｏ，Ｄ、Ｊ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。比較的小型のく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。ずっ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（ｔ ｒｕｎｉｏｎｓ）　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、好ましぐ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ロアもある。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置ブることか出来る。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図について説叫する。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ａ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。

衝突型バイブ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磯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」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バイブランス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ｉハは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、ジャケットまたは他の方法で水冷すること もある。

通常は、バイブランス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 、は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１ｍ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２５００下のような温度或いはそれ以上の４０００下では、当業者は、実 際的に如何なる有ｅｉｆｆ８巣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は分子およびある種の安定な金属酸化 物を除き、はとんどの無機化合物で結合の開裂を引ぎ起こして、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痺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％ｆｉｌｊ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って促進される。ｆｆｌ！菓物 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ｎ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は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’８ｉｌ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秒間未満である有線化合物か 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２５００下であるが、完全且つ全体的な分解をするのに好ましい温度以成る浴 組成物の温度よりも高くなってもよい。一般的に、溶融金属含量、詳細には鉄含 旦が高くなると、浴の触媒活性および浴に溶解した総炭素ｍが増し、それと対応 して湿度を低くしても、廃棄物は完全に分解される。当業者は、炭素の酸化速度 は、浴の粘度によっても影響され、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１ ０ｃｐｓ未渦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門および有■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（ト）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ｍｌするべきであり、過剰の力による材料の「吹き実 け」は、毒性材料の一部分が破壊されずに管を通って環境に放出されることにな れば穫めて好ましくない。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（ト）を少なくすることが出来れば、有用である。有ヒ１物 、無礪物および酸素源から成る噴（ト）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人口／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っ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っ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って導入してもよい。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って浴上 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ってもよい。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、理想的には有殿材料の酸化性部分に関して化学ｆｆｉ論的ｍ 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。かなり過剰伍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が還元され易さは、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って既知の方□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って画定される自由エネルギーより下 にあるＳｌ、ＴｉおよびＡ　Ｉ　（Ｓ　ｉ　−−８ｉ　０２の場合には、約１６ ００℃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、Ｎ　ｉおよびＣＯの酸化物は、異常 な撹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、成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ットの一部分を示している。炉の条件で は、Ｔなわち２５００’Ｆから３５６８°Ｆ　（２０００℃）ノ温度およびｖｉ 素の存在では、炭素から一酸化炭素への転換は、自由エネルギーは一１２５ｋｃ ａ１１モル０２から一１５０ｋｃａ１１モル０２になる。Ｓｌから＄１０２．４ ／３Ｃｒから２／３Ｃｒ２０３、Ｎ１からＮｉ０１ＣｕからＣｕ２ＯおよびＦｅ からＦｅＯへの線は、総て基準よりも高くなっており、すなわち酸化物は一般的 にＣ，ｕ、Ｎ　ｉ　、Ｆｅ、　ＣｒおよびＳｉの順序で還元される。

本発咀では、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％のくケイ素から成る）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ェロシリコン、す なわち鉄とケイ素どの市販の混合物であり、もう一つはフェ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、ニッ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、ニッ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 っ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っ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２５００下の再低温度で、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、 有機廃棄物の無線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、２５００下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って過剰の酸素を導入することによって！Ｉ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。

用いられる容器が長釘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が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ちり御す 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、ＨＣＩは、塩化水素ガスを希塩酸に吸収することによって回収 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 いて燃料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っ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って得 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ｔｌｉ的ガス加工法例えば液体吸収法によって分離してもよい。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ひして もよくまたはトラップしてもよい。残りの金屑は、金属酸化物の熱力学的安定性 によって容器の底の更に濃厚な金属層とスラグ層との間に配ヱされる。

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Claims (40)

【特許請求の範囲】
1. 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 を連続的且つ連帯的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. 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. 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. 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. ５．水をも連続的且つ連帯的に上記浴に噴射する、請求の範囲第１項記載の方法 。
6. 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. 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. ８．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２５００°Ｆ 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風および／またはそれらの酸化物の溶融 浴であって粘度が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 的関係で酸素を連帯的に導入して、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。
9. ９．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８項記載の方法。
10. １０．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を用 いて所望な浴温度を維持する、請求の範囲第８項記載の方法。
11. １１．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８項記載の方法。
12. １２．浴に塩化第一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８項記載の方法。
13. １３．ＨＣｌを希塩酸に吸収させることによって回収する、請求の範囲第８項記 載の方法。
14. １４．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。
15. １５．廃棄物を上記浴の側部から噴射する請求の範囲第８項記載の方法。
16. １６．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。
17. １７．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８項記載の 方法。
18. １８．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１項記載の方法。
19. １９．流出ガス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。
20. ２０．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。
21. 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８項記載の方法。
22. 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 続的且つ連帯的に上記浴中または上に噴射させて、上記炉での上記廃棄物の平均 滞留時間を少なくとも約１／２秒間に維持することを特徴とする、方法。
23. 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. 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. 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. 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. 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. 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. ２９．かなりの量の化学的に結合した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２５００°Ｆの温度で、少なく とも１０％の鉄の溶融浴であって、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連帯的に噴射して、 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。
30. ３０．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２９項記載の方法。
31. ３１．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３０項記載の方法 。
32. ３２．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２９ 項記載の方法。
33. ３３．浴の温度を、浴に塩化第一鉄を制御しながら添加することによって調整す る、請求の範囲第２９項記載の方法。
34. ３４．ＨＣｌを希塩酸に吸収させて回収する、請求の範囲第２９項記載の方法。
35. ３５．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。
36. ３６．廃棄物を上記浴の側部から噴射する請求の範囲第２９項記載の方法。
37. ３７．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。
38. ３８．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２９項記載の方法。
39. ３９．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 。
40. ４０．流出ガスを浴に部分的に再循環させる、請求の範囲第２項記載の方法。