JP3495476B2 - 塩素含有プラスチックを含む廃棄物の処理方法及び装置 - Google Patents

塩素含有プラスチックを含む廃棄物の処理方法及び装置

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JP3495476B2
JP3495476B2 JP26833395A JP26833395A JP3495476B2 JP 3495476 B2 JP3495476 B2 JP 3495476B2 JP 26833395 A JP26833395 A JP 26833395A JP 26833395 A JP26833395 A JP 26833395A JP 3495476 B2 JP3495476 B2 JP 3495476B2
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plastic
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  • Processing And Handling Of Plastics And Other Materials For Molding In General (AREA)
  • Separation, Recovery Or Treatment Of Waste Materials Containing Plastics (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は塩素含有プラスチッ
クを含む廃棄物の処理方法及び装置に関し、さらに詳し
くは塩素含有プラスチックを含むプラスチック混合物及
び無機成分を含む廃棄物から塩素分を除去し、残留成分
を有効活用することができる廃棄物の処理方法及びその
ための装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、プラスチックを含む廃棄物が多量
に排出され、その廃棄量も増加の一途をたどっている。
このようなプラスチックを含む廃棄物の処理方法として
は、ほとんどがそのまま焼却するか埋立処分されている
のが現状である。
【0003】プラスチック中には塩化ビニル樹脂のよう
に塩素を含むものがある。廃棄物中にこのような塩素含
有プラスチックが混入しているとこれを焼却処理する際
に、熱分解及び燃焼により塩化水素が多量に発生して公
害の原因となるばかりでなく、焼却炉の腐食を引き起こ
すという問題がある。また、埋立処分の場合には、廃棄
物中の有効成分が利用されないまま廃棄されることにな
り、資源の損失となる。
【0004】廃棄物中の有効成分の利用方法としては、
焼却処理の際に熱エネルギとして回収するほか、プラス
チック類の熱分解あるいはガス化した生成物(油、炭化
水素等のガス)を利用する方法も一部行われている。こ
の場合も、プラスチック中に塩素が含まれていると、生
成物中に塩素が混入しこれを利用する際に触媒を被毒さ
せるなどの問題を生じる。そのため、廃棄物の前処理に
より塩素分を除去しておくことが重要となる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】塩素含有プラスチック
を含む廃棄物から塩素分を除去するための前処理方法と
して、熱媒体やヒータなどによる間接加熱により、分解
槽中で熱分解を行う方法がある。この方法では分解槽内
部の固体の均一加熱が難しいため、特に熱可塑性プラス
チックでは局部加熱により軟化・溶融した部分が融着し
て塊状になり、未分解の塩素分が溶融したプラスチック
中に取り残され、減圧しても塩化水素の除去が不完全で
あるという問題があった。また、廃棄物中にCa化合物
を添加した後に熱分解、ガス化あるいは燃焼させる脱塩
素方法も行われている。この方法では、塩素とCa化合
物が次の反応によりCaCl2 の形態で固形物としてガ
ス相から分離される。
【化1】 CaO+2HCl → CaCl2 +H2 O・・・(1)
【0006】最近、カーシュレッダーダスト(以下、C
SDと称する)などの金属を含有するプラスチック系廃
棄物の場合、前記処理により副生したCaCl2 や未燃
の金属を含む熱分解、ガス化あるいは燃焼後の残渣を、
再度溶鉱炉で処理して金属を回収しようとする試みがな
されている。この場合、以下のような課題がある。 ア)(1)式によるCaOの脱塩素反応を行う場合、9
0%以上の脱塩素率を達成するために必要なCaO添加
量は、反応に必要な理論当量の約10倍以上が必要とな
る。その結果、未反応のCaOが燃焼残渣中に残存し、
廃棄物の量を増加させることとなる(図4参照)。 イ)プラスチック中には可塑剤、安定剤あるいは塗料な
どに含有される数μm程度の有害な金属微粒子(Pb、
Cd、Cr、Hgなど)が含まれており、従来の方法に
よる熱分解、ガス化あるいは燃焼処理時に塩素化合物と
なる。これらの塩素化合物は水に溶解しやすいため、通
常の埋立てなどの廃棄物処理では雨水により溶出し、公
害の原因となる。
【0007】本発明は塩素含有プラスチックを含むプラ
スチック混合物及び無機成分を含む廃棄物から塩素分を
効率よく除去することができ、脱塩素後のプラスチック
成分はガス化原料又はエネルギ源として利用でき、固形
廃棄物の減容が可能で、さらに場合によってはガス化又
は燃焼後の残渣から金属類等の有用成分を回収すること
ができる廃棄物の処理方法及びそのための装置を提供し
ようとするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は次の(1)乃至
(3)の態様を含むものである。 (1)塩素含有プラスチックを含むプラスチック混合物
及び無機成分を含む廃棄物の処理方法において、該廃棄
物を粉砕し、比重差により軽質成分と重質成分とに分別
し、重質成分を熱媒体粒子を用いて加熱することにより
250〜400℃の温度で熱分解処理して塩素分を除去
し、得られる熱分解残渣をガス化又は燃焼処理し、該ガ
ス化又は燃焼工程から排出される残差を分別した軽質成
分の一部又は全部を燃料として加熱溶融処理することを
特徴とする塩素含有廃棄物の処理方法
【0009】(2)分別した軽質成分の一部を前記重質
分の熱分解残渣と混合してガス化又は燃焼処理すること
を特徴とする前記(1)の塩素含有廃棄物の処理方法
【0010】(3)塩素含有プラスチックを含むプラス
チック混合物及び無機成分を含む廃棄物の処理装置にお
いて、該廃棄物を粉砕する粉砕手段、粉砕した廃棄物を
軽質成分と重質成分とに分級する分級手段、前記重質成
分を熱媒体粒子を用いて加熱し熱分解処理して塩素分を
除去する熱分解手段、熱分解により塩素分が除去された
残渣をガス化又は燃焼させるガス化又は燃焼手段、該ガ
ス化又は燃焼手段から排出される残渣を分級した軽質成
分を燃料として加熱溶融する加熱溶融手段とを備えてな
ることを特徴とする塩素含有廃棄物の処理装置
【0011】
【発明の実施の形態】本発明においては、以下の手順に
より塩化ビニル樹脂(以下、PVCと略称する)などの
塩素含有プラスチックを含むプラスチック混合物と無機
成分を含む廃棄物の処理を行う。 1)先ず廃棄物を適当な大きさに粉砕する。粉砕物の大
きさは後工程で使用されるガス化炉あるいは燃焼炉の型
式により適正範囲が異なり、シャフト炉や移動層形式の
炉では約100mm程度の粉砕でも対処可能であるが、
流動層や噴流層形式の炉の場合には約50mm以下に粉
砕するのが好ましい。なお、比重差による分級を行う観
点からは小さい方が好ましく、通常は約10mm以下に
粉砕するのが好ましい。
【0012】2)粉砕した廃棄物は気流中又は水中で比
重差により軽質プラスチックを主体とする軽質成分と、
重質プラスチック及び金属類を主体とする重質成分とに
分級する。廃棄物中のプラスチックには密度が大きく相
違するものが混在する。例えば発泡ポリスチレン、発泡
ポリウレタンなどの発泡プラスチック類の密度は0.0
3〜0.5g/cm3 程度であるが、ポリエチレン、ポ
リプロピレン、アクリル樹脂、PVCなどでは0.9〜
1.6g/cm3 程度である。この分級により塩素含有
プラスチックが重質成分に移行し、濃縮される。通常、
軽質成分は重質成分に対して容積で数倍程度あるため、
分級した重質成分のみを後続の熱分解手段に送り熱分解
処理して塩素分を除去することにより、熱分解装置の容
量を小さくすると共に所要エネルギを減少させることが
できる。可燃分を含む軽質成分は後続のガス化又は燃焼
工程に送り、重質成分を脱塩素処理した後の残渣と共に
ガス化又は燃焼させる。また、この軽質成分を後の無機
成分の溶融処理工程における燃料として使用してもよ
い。分級の目安としては密度が約0.5g/cm3 未満
のものを軽質成分、約0.5g/cm3 以上のものを重
質成分とする。なお、軽質成分中には前記の可塑剤、安
定剤あるいは塗料などに含有される数μm程度の有害な
金属微粒子(Pb、Cd、Cr、Hgなど)が含まれて
いる。
【0013】3)分離された重質成分中には廃棄物中の
PVCなどの塩素含有プラスチックが濃縮されているの
で、これを熱分解手段に供給して熱分解処理する。これ
により塩素成分が塩化水素として脱離し、同時に若干の
熱分解ガスが発生する。熱分解温度は、プラスチック中
の塩素の脱離は起こるが、他の炭化水素の分解速度が遅
い250〜400℃、好ましくは300〜350℃の範
囲とするのがよい。
【0014】4)発生した塩化水素及び熱分解ガスと熱
分解残渣である固形物とを分離する。分離した固形物は
次のガス化又は燃焼工程に供給する。ガス化又は燃焼工
程で固形物中の有機物はガス化又は燃焼し、有用な炭化
水素類を含むガス化ガスあるいは熱エネルギとして回収
され、金属類を主体とする灰が残留する。このガス化又
は燃焼は一般に800℃以上の高温で行われる。なお、
分級した前記軽質成分はこの工程において熱分解残渣と
共に処理することができる。
【0015】5)ガス化又は燃焼工程で生成した残渣は
必要により灰を分離した後、溶融工程で約1500℃に
加熱し溶融させる。溶融処理に必要な熱量は、前に分離
した軽質プラスチックを主体とする軽質成分を溶融炉内
で燃焼させることによって供給する。
【0016】(作用)塩素含有プラスチックを含むプラ
スチック混合物と無機成分を含む廃棄物の例として、自
動車の金属類を撤去した後のプラスチックを主成分とす
るいわゆるカーシュレッダーダスト(CSD)がある。
以下、CSDを例として本発明の作用を説明する。CS
Dの成分の1例を表1に、その中のプラスチック類の内
訳を表2に示す。PVCはおもに計装用電線として含ま
れており、CSD中に塩素として約0.5〜5重量%含
まれている。
【0017】
【表1】 (その他は砂、無機物等)
【0018】
【表2】
【0019】図2に各種プラスチック類を熱分解させる
際の温度と重量減少率との関係を示す。図2からわかる
ように、熱可塑性プラスチックは一般に約120〜23
0℃で軟化・溶融し、それ以後の高温で熱分解する。熱
硬化樹脂は軟化・溶融せずに加熱によりそのまま熱分解
する。塩素含有プラスチックとしてはPVC、ポリ塩化
ビニリデンがある。これらの塩素含有プラスチックは約
170〜350℃の領域で大半の塩素を塩化水素として
脱離し、その後高温になると他成分の熱分解が進行す
る。
【0020】図3にPVCの脱HCl速度を示す。この
図から90%以上脱HClするためには、例えば300
℃で30分以上の滞留時間が必要である。前記のように
プラスチック混合物はその一部が約250℃近傍から急
激に熱分解を開始し、約500℃までに大半が分解す
る。そのため、脱塩素処理を行う熱分解工程において
は、ある程度の炭化水素成分の損失はやむを得ないが、
通常、脱塩素反応の方が容易に進行するので、できる限
り炭化水素成分の分解が遅い領域で脱塩素反応のみが進
行するようにする。この場合、後の処理等との関係で高
い脱塩素率が要求される場合には炭化水素成分の損失が
多くなり、脱塩素率が低くてよい場合には炭化水素成分
の損失は少なくてすむ。
【0021】処理方法としては、先ずCSDを約10m
m程度に粉砕し、密度が約0.5g/cm3 以上の重質
成分と約0.5g/cm3 未満の軽質成分に分級する。
分級は風選や水中での浮遊選別などにより行うことがで
きる。この操作により、可塑剤、安定剤、塗料などとし
て含まれている数μm程度の有害な金属微粒子(Pb、
Cd、Cr、Hgなど)が軽質成分側に分級され、従来
のように熱分解、ガス化あるいは燃焼処理時に塩素化合
物となるのを防止することができる。
【0022】分級された重質成分は熱分解手段である熱
分解炉に投入して加熱し熱分解させる。加熱方式として
は砂などの加熱媒体を使用し、前記重質成分を加熱され
た加熱媒体と共に熱分解炉の熱分解容器に投入して混合
し、混合物が約250〜400℃、好ましくは300〜
350℃になるように加熱媒体の混合量を調整する方式
が好ましい。その結果、プラスチックが加熱されて熱分
解が生じる。熱分解により発生する塩化水素(HCl)
及び若干の熱分解ガスとの混合ガスは熱分解手段から排
出され、ガス処理工程に導かれて処理される。混合する
加熱媒体は、熱媒体であると同時に、熱分解により軟化
・溶融したプラスチック類が大粒径の固化物を形成する
のを防止し、約20〜60mmの適正な粒径のペレット
を形成させる効果がある。
【0023】通常、熱分解手段における加熱方法として
は、熱分解炉内での間接加熱による方法や加熱ガスによ
る方法が挙げられる。しかし、プラスチック類の中には
熱分解により常温で液体となる重質の油(炭化水素)を
生成するものがあり、このような生成物が炉壁に付着し
た状態で局部加熱を受けると、さらに重質化していわゆ
るコーキングを発生し、装置の閉塞等のトラブルの原因
となる。これに対し、前記の加熱媒体を使用する方法で
は、加熱媒体が常に移動しており、さらに廃棄物の間に
介在するため、プラスチック相互の融着やコーキング等
の発生を防止することができる。また、熱分解炉の壁面
への付着物を常時擦り取る状態となるため、壁面へのコ
ーキングも同時に防止できる。
【0024】熱分解炉の構造としては、加熱媒体とプラ
スチック類との熱交換性能を向上させるために、熱分解
炉内に混合物を攪拌・混合する機構を設けるか、ロータ
リーキルン形式とするのが好ましい。
【0025】一方、脱塩素処理(熱分解)後の固形物
は、次のガス化又は燃焼工程に導かれて有機物(炭化水
素)がガス化又は燃焼される。ガス化又は燃焼工程で8
00〜1000℃に再加熱された加熱媒体はガス化又は
燃焼残渣と分離され、熱分解炉へ再循環して利用され
る。ガス化又は燃焼手段として前記熱分解工程で使用す
る加熱媒体と同一の流動媒体を使用した流動層形式のガ
ス化又は燃焼炉を使用するのが好都合である。
【0026】また、CSDの粉砕・分級により発生した
軽質成分は前記脱塩素処理後の固形物と共にガス化又は
燃焼させてもよいが、この軽質成分は炭化水素含有量が
高いので高発熱量を有している。そこで、この軽質成分
を燃料として、前記ガス化又は燃焼炉の炉底から排出さ
れる残渣と共に溶融炉に投入し、約1500℃の高温で
熱処理することにより金属類やガラス成分等を溶融する
のが好都合である。この軽質成分には、ポリウレタンや
ポリスチレンなどの軽量なプラスチック類の他に、塩素
と反応して塩化物を生成しやすい微量金属成分が含まれ
ているが、塩素含有プラスチック類から発生する塩素分
と接触する脱塩素処理工程を経ていないので塩化物とな
っておらず、溶融炉における腐食の恐れはない。溶融物
は冷却・固化され、ペレット状で排出され、さらに金属
などの有価物を回収するか廃棄物として処理される。
【0027】以上の方法及び装置により脱塩素を前処理
として行うために、ガス化又は燃焼工程で発生するガス
化ガス又は燃焼排ガス中には塩素がほとんど含まれず、
また、残渣中にも塩素が残留しないため、発生ガス及び
残渣の無公害化、さらには有効利用が容易となる。ガス
化又は燃焼炉の炉底からは、金属酸化物やガラス成分及
び灰を含む残渣が排出されるが、金属類は塩化物となっ
ていないため、有価物としての金属の回収、再利用が可
能である。また、溶融処理により容積が減少するので、
溶出しやすい塩化物を含まないこともあり、廃棄する場
合にも処理が容易となる。
【0028】本発明の1実施態様を図1に示す。塩素含
有プラスチックを含むプラスチック混合物と無機成分を
含む廃棄物は、粉砕器1で粉砕され、さらに分級器2で
軽質成分と重質成分に分級される。重質成分はホッパー
3から熱分解炉(No.1キルン)4に供給される。こ
の実施態様では熱分解炉4としてロータリーキルン型熱
分解炉を使用している。
【0029】一方、加熱媒体として約400℃の高温の
砂がライン21から熱分解炉4に供給される。廃棄物
(重質成分)と加熱媒体はNo.1キルン内でキルンの
回転により混合され、約250〜350℃に加熱され
る。加熱された廃棄物は熱分解し、HClを主体とする
熱分解ガスはライン22を経て排ガス処理工程に抜き出
される。塩素を分離した廃棄物と加熱媒体との混合固形
物はライン27から燃焼炉(又はガス化炉)5に供給さ
れる。図1の例では燃焼炉5として循環流動層コンバス
タが使用されており、ここで前記混合固形物中の有機物
が燃焼される。
【0030】前記コンバスタでは循環用媒体として、前
記熱分解炉で使用されているものと同じ砂が使用されて
おり、コンバスタ内でプラスチックなどの有機物が燃焼
して発生した燃焼熱が循環媒体に伝達され、該循環媒体
の一部はサイクロン40を経て分離器6で金属等の残渣
と分離された後、ライン21からホッパー3を経て熱分
解炉4に加熱媒体として再循環される。また、分離器6
で分離された金属等の残渣を含む流動媒体の残部はライ
ン23からコンバスタに再循環される。
【0031】分級器2で分離されたプラスチック類を主
体とする軽質成分はライン28からホッパー8に供給さ
れ、さらにNo.2キルン9に供給される。No.2キ
ルン9では、軽質成分を溶融炉10に供給しやすいよう
にペレット化する。燃焼炉5の塔底排出の残渣は分離器
7で灰と有用金属類及びガラス類に分離され、灰はライ
ン29から排出される。有用金属類及びガラス類はライ
ン30から溶融炉10に供給され、軽質成分を燃焼させ
た熱により溶融し、ライン26からスラグとして排出さ
れる。なお、特に必要のない場合には分離器7における
灰の分離を行わず燃焼炉5からの残渣を全量溶融処理し
てもよい。溶融処理物の組成の1例を表3に示す。これ
らの混合物を融点の差を利用する方法などにより分離
し、再利用することができる。また、CSDのように多
量の金属類を含まない一般の塩素含有プラスチック廃棄
物の場合には、溶融処理を行わず、燃焼炉5からの残渣
(灰)をそのまま排出して埋立等の処理を行ってもよ
い。
【0032】
【表3】
【0033】
【実施例】以下実施例により本発明の方法をさらに具体
的に説明する。 (実施例1)図1に示す構成の装置を使用して、表1及
び2に示した組成のCSDの処理試験を行った。先ず、
CSDを平均粒径10mmに粉砕し、風選により重質成
分(比重0.5g/cm3 以上)と軽質成分(比重0.
5g/cm3 未満)とに分級した。その重量比は重質成
分(金属類、ゴム、PVCを含む硬質プラスチック類な
ど)88重量%、軽質成分(ポリウレタンなどの軽質プ
ラスチック類など)12重量%となった。
【0034】分離した重質成分を回転している熱分解炉
4に投入し、さらに加熱媒体として390℃に加熱され
た砂(重質成分と同重量)を投入して約15分間脱塩素
処理した。その結果、重質成分中の塩素除去率は94%
以上であった。また、重質成分の重量は9重量%しか減
少しておらず、プラスチック中の炭化水素の熱分解はほ
とんど起きておらず、脱塩素のみが進行していることが
わかる。
【0035】この熱分解残渣を燃焼炉5に送り、流動媒
体として熱分解炉4で加熱媒体として使用される砂を使
用した流動層により約850℃で燃焼させた。残留した
金属類とガラス類を主成分とする残渣は灰の分離を行う
ことなく溶融炉10に供給した。
【0036】一方、分級した軽質成分はそのほとんどが
プラスチック類で、塩素含有量は0.01重量%であっ
た。これをほぼ等重量の砂と共に回転している320℃
のNo.2キルン9に投入し、ペレット化した後、前記
燃焼残渣を供給した溶融炉10に投入して軽質成分中の
炭化水素成分を燃焼させ、約1500℃の高温で溶融処
理した。その結果、溶融炉から排出された溶融・固化物
(スラグ)は、溶融炉10に投入した供給物の容積の約
1/10に減容されていた。なお、燃焼炉5の炉底から
排出される残渣中の金属類には、塩化物が含まれていな
いので、有価金属として再利用が可能である。
【0037】(比較例1)実施例1において、粉砕した
CSDを分級せず、そのまま全量を燃焼炉5に供給し
て、約850℃で燃焼処理した。その結果、燃焼炉の炉
底から排出された燃焼残渣中には塩素が2.1重量%含
まれており、燃焼により発生した塩素が金属成分と反応
して塩化物を生成していた。そのため、有用な金属成分
の再利用は困難であった。
【0038】
【発明の効果】本発明は次の効果を奏するものである。 (1)塩素含有プラスチックを含むプラスチック混合物
及び無機成分を含む廃棄物を重質成分と軽質成分とに分
級し、塩素含有成分が濃縮された重質成分のみを脱塩素
処理するので、脱塩素処理を効率よく行うことができ
る。 (2)適切な温度条件で脱塩素処理を行うので、脱塩素
処理(熱分解処理)の間に廃棄物中に含まれるプラスチ
ック類中の炭化水素はほとんど分解されることはなく、
熱分解残渣を塩素による不都合を生じることなくガス化
又は燃焼させることができる。 (3)ガス化又は燃焼処理後の残渣は、溶融処理を行う
ことにより減容され、また、溶出しやすい塩化物を含ん
でいないので埋立などの廃棄処分が容易となる。 (4)ガス化又は燃焼処理後の残渣には有価金属類が含
まれており、溶融処理後にスラグの形で回収されるが、
これには金属の塩化物が含まれていないので、再利用が
可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の1実施態様を示す装置の概略構成図。
【図2】各種プラスチック類を熱分解させる際の温度と
重量減少率との関係を示すグラフ。
【図3】各温度におけるPVCの脱HCl速度を示すグ
ラフ。
【図4】CaO当量比と脱塩素率との関係を示すグラ
フ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−215320(JP,A) 特開 平6−126743(JP,A) 特開 平6−91649(JP,A) 特開 昭57−74513(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B29B 17/00 - 17/02 C08J 11/00 - 11/28 B09B 3/00 F23G 5/00

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 塩素含有プラスチックを含むプラスチッ
    ク混合物及び無機成分を含む廃棄物の処理方法におい
    て、該廃棄物を粉砕し、比重差により軽質成分と重質成
    分とに分別し、重質成分を熱媒体粒子を用いて加熱する
    ことにより250〜400℃の温度で熱分解処理して塩
    素分を除去し、得られる熱分解残渣をガス化又は燃焼処
    し、該ガス化又は燃焼工程から排出される残渣を燃料
    として分別した軽質成分の一部又は全部を使用して加熱
    溶融処理することを特徴とする塩素含有廃棄物の処理方
    法。
  2. 【請求項2】 分別した軽質成分の一部を前記重質成分
    の熱分解残渣と混合してガス化又は燃焼処理すること
    特徴とする請求項1に記載の塩素含有廃棄物の処理方
    法。
  3. 【請求項3】 塩素含有プラスチックを含むプラスチッ
    ク混合物及び無機成分を含む廃棄物の処理装置におい
    て、該廃棄物を粉砕する粉砕手段、粉砕した廃棄物を軽
    質成分と重質成分とに分級する分級手段、前記重質成分
    を熱媒体粒子を用いて加熱し熱分解処理して塩素分を除
    去する熱分解手段、熱分解により塩素分が除去された残
    渣をガス化又は燃焼させるガス化又は燃焼手段、該ガス
    化又は燃焼手段から排出される残渣を分級した軽質成分
    を燃料として加熱溶融する加熱溶融手段とを備えてなる
    ことを特徴とする塩素含有廃棄物の処理装置。
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