JP3723061B2 - 酸素富化ガスを利用した煙突のない廃棄物の完全資源化処理方法 - Google Patents

酸素富化ガスを利用した煙突のない廃棄物の完全資源化処理方法 Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は酸素富化ガスを利用して廃棄物を完全資源化処理することによって廃棄物処理後に排気ガスを大気に放出するための煙突などの施設が不要な無放出閉鎖工程を提供し、完全無公害で、それに伴う多様な社会的問題点を解決できる廃棄物全量資源化処理工程に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、廃棄物処理方法としては、主に地中に埋め込む方法あるいは単純に空気を利用して焼却する方法などが使用されていた。
【０００３】
このような従来の廃棄物焼却の方法では、生活及び産業活動から発生する多様な廃棄物を空気と補助燃料を用いて焼却しているが、生成される燃焼ガス中に含まれる有害物質は法令で規制する一定濃度以下に除去して大気に放出し、不燃性無機物は燃焼残滓、飛散灰、廃添加剤などとして補集してそのまままたは固化して地中に埋め込み、燃焼過程中で発生する燃焼熱（生成熱）はボイラーにてできるだけ回収、活用していた。
【０００４】
図１に前記、従来の廃棄物焼却方法のうち代表的な工程図を示した。図に示すように空気を利用して１次燃焼炉１で固体廃棄物を燃焼し、２次燃焼炉２で未燃焼気体を燃焼させ、前記１・２次燃焼炉で完全燃焼された燃焼ガスはその生成熱の一部が廃熱回収ボイラー３で水蒸気の蒸発潜熱として回収された後、後処理工程４で有害ガス及び粉塵などが除去され法定規制値以下にして、煙突５を経て大気に放出されていた。前記１次燃焼炉１と２次燃焼炉２は焼却炉の設計によって一つの焼却炉とすることもできるし、別個の焼却炉として分離することもできるが、その物理的構造は燃焼室内で燃焼ガスが良く混合できるように設計されている。
【０００５】
一方、前記後処理工程４では廃棄物中に含有された有害物質であるＳＯｘ、塩化水素、ＮＯｘ（空気中の窒素の燃焼酸化物）及び粉塵が主に除去され、また極微量ではあるがダイオキシン（Ｄｉｏｘｉｎ）類、水銀、重金属類なども除去される。前記有害物除去の方法としては、消石灰と活性炭粉末による中和吸着濾過法が主流をなしていて、時には窒素酸化物（ＮＯｘ）と極微量のダイオキシン類除去のために少量のアンモニアを注入する選択触媒還元法(Selective Catalytic Reaction)が追加的に活用されている。
【０００６】
特に、廃棄物中に含有されている有害物質であるダイオキシン類の完全分解のためには、少なくとも２秒以上の燃焼滞在時間と８５０℃以上の燃焼温度を維持しなければならないので、２次燃焼室２における廃棄物自体の発熱量が不足する場合、あるいは水分が多い場合には補助燃料を燃焼するための補助バーナーが設置される。
【０００７】
焼却炉の運転時間帯と水蒸気使用場所の使用時間帯が一致しない場合、前記ボイラー３で回収された熱は水蒸気−タービン発電で自体に所要動力を供給して、剰余電力は公営電力網に送電する方式で活用されるしか方法が無いので、その発電効率が非常に低く追加投資に対する経済性の問題があり、前記発電設備は小容量の場合は省略されて、大容量の場合でも省略されることが多かった。
【０００８】
従って、前記の従来の廃棄物焼却方法では基本的には煙突から有害ガスを放出されることが、世間の注目の対象になり、そのため行政側の浪費、民心動揺、被害補償などの問題点が生ずる以外にも、次のような問題点があった。
【０００９】
▲１▼ 低公害処理であって完全無公害装置ではないので、分解されずに放出されたダイオキシンなどの有害物質が自然界に分散、累積されていく。
【００１０】
▲２▼ 全体廃棄物処理費用に比べ唯一の利得がボイラーの回収熱だけでその量も少ないので、有害物質の高度除去技術の適用を回避することによって費用を節減するほかに対策がなかった。
【００１１】
▲３▼ 酸素供給源として無償の空気を使用すると不必要な窒素も大量に流入し、有害ガスである熱窒素酸化物（Thermal Nox）が発生し、さらに装置が大きくなることによって運営費、建設費などの増加を招き、生成有害物質が大量の窒素によって希釈され、後処理工程で有害物質の除去性能を低めて結果的に総括処理性能を落とす。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前記の問題点を解決するために案出されたもので、その目的は酸素富化ガスを利用して廃棄物を高度処理して完全資源化することによって、無公害であり煙突を必要なくする廃棄物の新しい処理工程を提供することにある。
【００１３】
このような目的を達成するために、本発明は酸素富化ガスを利用して従前の一般焼却炉の代わりに、独特ではあるが単純な構造の熔融・低温熱分解炉を用い燃焼生成物は低温触媒燃焼工程あるいは高温触媒水蒸気改質工程へと導かれ、その中間に有害ガス高度精製工程と特殊低温酸化触媒を使用する生成廃水再生処理工程を挿入することを特徴としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以下の構成を備えることにより、上記目的を達成できるもので、図面を用いて説明する。
【００１５】
図２は本発明による全体工程を示すブロック図で、図示されているように、廃棄物と共に従来の空気の代わりに純酸素と水蒸気あるいは後続工程で生産される炭酸ガスと混合された高濃度の酸素富化ガスを熔融−低温熱分解炉２１に注入して、以降、有害ガス高度精製工程２２、生成廃水再生処理工程２３、低温触媒燃焼工程２４あるいは高温触媒水蒸気改質工程２５を順次に経ることによって、高濃度炭酸ガス、あるいは石油代替原料用合成ガスを生成して多様に再活用できる。同時に、廃棄物中に含有された無機物は熔融・水砕処理をして骨材や鉄材として活用される熔融水砕物を生産し、廃水を再生処理して工程水用に回収している。一方、高度精製工程で排出されるガスは、そのままあるいは含有される炭酸ガスを分離した後で清浄燃料ガスと高濃度炭酸ガスとしてそれぞれ活用される。
【００１６】
前記の純酸素は一般的な空気分離方法（深冷法あるいはPSA(Pressure Swing Absorbent)法）によって得られ、空気分離後に残る窒素は後述する生産ガス再活用工程、ほかの産業などに活用されることもできる。本発明での温度、圧力、流量、組成などの制御は各種センサー及び調節バルブなどとこれに連結された制御コンピューターによって自動的に行われる。
【００１７】
更に、具体的に述べると発明の解決手段は下記の１１項目に要約される。
【００１８】
（１）酸素富化ガスを利用した廃棄物処理方法において、純酸素、水蒸気、後続工程で生成する炭酸ガスを混合した酸素富化ガスを注入し、
廃棄物のうち全ての有機物は、５００〜１１００℃で部分燃焼・熱分解して、２００〜６００℃の低温熱分解ガスとして上部へ排出し、全ての無機物は最下部において高温で熔融・排出して水砕する熔融−低温熱分解工程、及び前記低温熱分解ガスに伴う微量の有害物質を中和−吸着−精製する高度精製工程で処理し、前記高度精製工程において使用した水を生成廃水再生工程で処理し、
前記高度精製工程で処理したガスは完全燃焼で高濃度炭酸ガスを生成する３００〜４００℃の低温触媒燃焼工程、及び９００〜１１００℃の高温触媒水蒸気改質工程を経て合成ガスとして生成し、
前記低温触媒燃焼工程で生成する炭酸ガスあるいは高温触媒水蒸気改質工程で生成する前記合成ガスを原料とし、一連の工程で各種２次製品を生成、活用することを特徴とする酸素富化ガスを利用した煙突のない廃棄物の完全資源化処理方法。
【００１９】
（２）前記熔融・低温熱分解工程において、熔融・低温熱分解炉上部の廃棄物供給装置から廃棄物と共存する空気を炭酸ガスで押し出し、前記廃棄物と石炭あるいはコークスを含む固型燃料及び石灰石あるいは低融点廃ガラスを含む溶融物物性調整剤を含んで構成する添加剤を混合して前記熔融−低温熱分解炉本体に供給し、下部に設置した酸素富化ガス注入口から流入する燃料と酸素富化ガスの混合物の高温燃焼で生ずる上昇熱気流と直接向流接触しながら、前記廃棄物の含有水分蒸発・乾燥層、熱分解層、完全燃焼層、熔融層を下部へ順次搬送しながら処理することを特徴とする（１）記載の酸素富化ガスを利用した煙突のない廃棄物の完全資源化処理方法。
【００２０】
（３）前記高度精製工程は、前記熔融・低温熱分解工程から排出される２００〜６００℃の熱分解ガスに水酸化カルシウム及び活性炭粉末を主成分とする添加剤を噴射混合して、乾式中和吸着塔で有害物を吸着中和した後、濾過集塵機で補集する乾式処理工程、
前記乾式処理工程を経ても残留する微量の有害物質を除去するために、水酸化ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、水酸化カルシウムおよび炭酸水素カリウムを主成分とする水溶液である添加剤を添加する湿式中和吸着塔及び水洗浄塔を経て、微量の有害物質を中和・吸収・除去・精製する湿式処理工程、
及び前記湿式処理工程を経ても残存する極微量の有害物質を触媒または吸着剤によって吸着・精製する高度精製工程から成るかあるいは上記３工程のうちのいずれかを一つ以上の組み合わせから成ることを特徴とする（１）あるいは（２）に記載の酸素富化ガスを利用した煙突のない廃棄物の完全資源化処理方法。
【００２１】
（４）前記生成廃水再生処理工程は廃水処理用酸化触媒で１次処理し、充填塔型微生物処理を経て最終高度浄水処理を行うことを特徴とする前記（１）あるいは（２）に記載の酸素富化ガスを利用した煙突のない廃棄物の完全資源化処理方法。
【００２２】
（５）高度精製したガスは前記低温触媒燃焼工程で高濃度炭酸ガスとして生成するか、あるいは高温触媒水蒸気改質工程で石油代替原料である一酸化炭素、炭酸ガス及び水素の混合ガスである合成ガスを生成することを特徴とする（１）に記載の酸素富化ガスを利用した煙突のない廃棄物の完全資源化処理方法。
【００２３】
（６）廃棄物に混合する前記添加剤は更に炭酸塩、ケイ酸塩および前記有害ガス精製工程の集塵機で補集した廃固形物の一部と、前記生成廃水再生処理工程で発生する濾過残滓及び廃活性炭を含んで構成する混合物であることを特徴とする（２）に記載の酸素富化ガスを利用した煙突のない廃棄物の完全資源化処理方法。
【００２６】
（７）前記高度精製した生成ガスを２次製品として生成活用する一連の工程において、前記高度精製したガスをそのままあるいは炭酸ガスを除去して清浄燃料ガスとして活用、あるいは前記合成ガス中の一酸化炭素を全て水素に転換、炭酸ガスを分離後、水素を燃料電池に転用して、熱併合発電へと活用することを特徴とする（１）あるいは（５）に記載の酸素富化ガスを利用した煙突のない廃棄物の完全資源化処理方法。
【００２７】
（８）前記高度精製した生成ガスを２次製品として生成活用する一連の工程において、前記合成ガスから低公害燃料であるジメチルエーテルの合成および合成過程での未反応ガスをガスタービンと水蒸気タービンが連繋した複合発電の燃料として使用することを特徴とする（１）あるいは（５）に記載の酸素富化ガスを利用した煙突のない廃棄物の完全資源化処理方法。
【００２８】
（９）前記高度精製した生成ガスを２次製品として生成活用する一連の工程において、空気から分離して発生する窒素と前記合成ガスから生成される水素ガスでアンモニアを合成した後、前記アンモニアと前記合成ガスから分離した炭素ガスの一部で尿素肥料を合成することを特徴とする（１）あるいは（５）に記載の酸素富化ガスを利用した煙突のない廃棄物の完全資源化処理方法。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明の実施の形態について図を用いて、工程別に分けて説明する。
【００３０】
第１工程：熔融−低温熱分解炉の構造と機能
図３、図４および図５は図２の熔融−低温熱分解炉２１に関する具体図で、図３は熔融−低温熱分解炉の本体と底部熔融物の熔融排出装置を示し、図４は廃棄物と添加剤−１を熔融−熱分解炉上部に供給・注入する装置を示し、図５は排出される熔融物を水砕・分離する装置の構造を示す図である。
【００３１】
図４で廃棄物ならびにこれに適正比率で混合された添加剤−１は、廃棄物供給装置本体３２１の中に設置された廃棄物運送装置３２２によって、適正速度で廃棄物供給装置上部の一番目の空間に連続投入され、投入された廃棄物は廃棄物断続供給機３２３によって設定された適正時間帯ごとに、断続的に下から二番目の空間に送り下げられる。二番目の空間に流入した廃棄物は三番目の空間である密閉室３２４上段に設置した開閉扉３２５が開く度ごとに密閉室に降り、廃棄物が降りた直後に上段開閉扉３２５が閉じ、廃棄物は密封室に閉じ込められるようになる。この時、炭酸ガス供給施設３２８の密封室に通じる開閉弁が開きつつ炭酸ガスが一定時間密封室に流入し、密封室内部の空気を排出口を経て外部に押し出した後、密封室下段開閉扉３２６が開き、廃棄物は下の四番目の空間に降りた後、下段開閉扉３２６を閉める。四番目の空間に降りた廃棄物は自重によって開いた供給遮断用開閉扉３２７を経て熔融炉上部に投入される。
【００３２】
このように廃棄物を密封室に一旦閉じこめた後、炭酸ガスで廃棄物と同伴流入する空気を全て押し出す理由は、第一に、熔融−熱分解炉から排出される熱分解ガスと空気中の酸素混合による爆発性ガス形成を防止するためであり、第二は、吸気混入による最終製品ガスの品質劣化と製造工程の効率低下を予防するためである。
【００３３】
このような廃棄物の断続投入は、熔融炉からの廃棄物処理能力、空気混入許容量などによって、断続供給周期のみを設定すれば、断続供給のそれぞれの単位操作は全自動で反復作動することが可能である。最下段の供給遮断用開閉扉３２７は、廃棄物供給装置の修理、初期始動時など、廃棄物を供給しない間は熔融−熱分解炉を閉鎖しておくための開閉扉である。
【００３４】
一方、上記各空間で炭酸ガスによって排出される炭酸ガスと空気の混合ガスは、廃棄物の供給経路を向流に流れていき、廃棄物から発生する悪臭と共に活性炭が充填された活性炭吸着塔で、悪臭成分を吸着除去し、消毒滅菌処理後に大気に放出させ、吸着した活性炭は周期的に新品に交替し、廃吸着炭は熔融炉に廃棄物とともに投入し処理する。
【００３５】
前記のような過程を経て熔融−熱分解炉本体３１１上部投入口３１２に投入された廃棄物とその添加剤−１は、下部酸素富化ガス注入口３１３から流入する酸素と炭酸ガスと水蒸気の混合ガス（酸素富化ガス）による高温燃焼で生成される高温の上昇気流と直接向流して接触しつつ、廃棄物に含有された水分の蒸発−乾燥層、有機物の熱分解層、残留有機物の完全燃焼層を順次に経て降りてくる。この過程で、廃棄物中の全ての有機物は部分燃焼及び熱分解し、気体として上昇して排出口３１４で次の工程に排出され、全ての非可燃性無機物は高温の熔融層に降りてきて熔融された後で、排出口３１５を経て水砕槽３３１に排出され、水砕・選別後に骨材として活用される。
【００３６】
前記熔融−低温熱分解炉３１１の物理的構造は駆動部が全くない単純円筒・垂直型であり、上部から下部に降りるにしたがって内径が多少大きくなり、再び減少する構造になっている。下降する廃棄物はおよそ４〜６時間にかかって上昇する熱気流と理想的に向流接触し、安全で安定的に均質処理されるようになっており、最下部（熔融層）には常に熔融物の一定量が１〜２時間滞留し、水砕槽には常に水が充満されており、排出する熔融物を急冷・粉砕するようになっている。
【００３７】
前記熔融−熱分解炉本体３１１で廃棄物と共に投入する添加剤−１は、最下段の熔融層で無機物熔融に必要な熱量供給のために、燃焼速度が遅い固体燃料と、熔融物の融点低下と流動性を良くする固形物質と、本工程後段の高度精製工程で発生する補集廃固形物の一部を適正比率で混合したもので、廃棄物に含まれる無機物の物性と量によって、添加剤−１の組成と量を適切に調整して供給し、上述した無機物の熔融に必要な熱量の供給、熔融物の物性調節の機能だけではなく、廃棄物積載層における通気性付与も兼ねている。燃焼速度が遅い固体燃料は、コークス、石炭などを使用して、熔融物物性の調節用としては主に石灰石、低融点廃ガラスなどを使用する。
【００３８】
一方、無機物の熔融に必要な熱量供給は前記固体燃料だけではなく、酸素富化ガス注入口３１３に設置した燃料ガス供給と、後述する熔融層に設置する電気加熱機によってより効果的に安定的に補完しているのが本発明技術の特徴である。熔融層内部に設置する電気加熱機は、熔融物の熔融状態を維持する最も簡便、効果的で確実な方法であるが、エネルギー費用が高価であるので最小限に維持して、不足な熱量は燃料ガス供給と固体燃料供給で補充ようにする。
【００３９】
前記熔融−低温熱分解炉本体３１１の運転温度範囲は熔融層が１，４００〜１，８００℃、燃焼層が８００〜１，５００℃、部分燃焼・熱分解層が５００〜１，１００℃、蒸発・乾燥層が２００〜６００℃で、熔融−低温熱分解炉下部の計器圧力は６０〜６００mmＨ2Ｏで、上部の計器圧力は＋１３０〜−３０mmＨ2Ｏとなり、下記の条件によって制御される。
【００４０】
【表１】
Figure 0003723061
【００４１】
前記熔融・熱分解炉下段にある熔融層の熔融物排出方法には三つの類型（３１７−Ａ、３１７−Ｂ、３１７−Ｃ）があり、下記のような類型別特徴を勘案して選択、適用される。各類型別構造と特徴は次のようである。
【００４２】
断続手動排出型（３１７−Ａ）：
熔融層下段に横に排出口があり、排出口を粘土で閉鎖しておいて、熔融物が所定量生成された後、周期的に閉鎖粘土を破砕して熔融物を水砕槽に排出させ、再び粘土で排出口を閉鎖する手動断続排出型である。構造は最も単純であるが、周期的に手動排出するために、排出口の閉鎖・開口という操作に更に装備と人力が必要となり、排出時に閉鎖操作が遅れると熔融物が全て排出されると共に、高温のガスまでも排出されるなどの欠点があり、操作が複雑で熟練度が要求される。
【００４３】
熔融層の中には無機物の熔融状態をより安定に維持するために電力加熱装置を設置して、熔融状態維持を自動制御している。
【００４４】
連続溢流排出型（３１７−Ｂ）：
熔融層の中に溢流（オーバーフロー）装置を設置し、熔融層の液位が一定値（内部圧力によって多少変わる）以上ならば、溢流管を経て熔融物が連続的に溢れ流れ出してくるようになっている。ただし、熔融物を全て排出させる必要性がある場合に備えて、熔融層最下部には３１７−Ａ型のような排出口を備えている。
【００４５】
連続自動排出型（３１７−Ｃ）：
熔融物排出口側に水砕槽を直結して密封し、水砕槽と熔融層上部との差圧制御で熔融層の熔融物液位を一定に維持しながら熔融物を連続自動排出させる方法である。差圧制御は水砕槽と熔融層上部空間との間を連結した管に設置した差圧制御弁（ＤＰＣＶ）を制御することによってなされる。一方、熔融物排出口の最下段には排出口の開けた程度を適切に調整する開口設定装置が設置されている。さらに水砕槽には一定水位を維持する通常の制御装置（図では省略）が設置されている。
【００４６】
図５には熔融層から排出された熔融物が水砕槽３３１で水砕された後に、水中から水砕物を取り出す運送装置３３２、次いで磁選機３３３で鉄材と非鉄材に分離回収する代表的な装置の構造と機能を示す。必要によっては渦電流を用いて非鉄金属も別途に選別することができる。
【００４７】
前記熔融−低温熱分解炉２１での酸素富化ガス中の酸素濃度は２５〜５０％の範囲で制御し、希釈ガスに使用する炭酸ガスは主に後段の触媒燃焼工程２４で生産される炭酸ガスの一部を回送して使用し、水蒸気も同様に、後段工程の熱回収ボイラーで生成される水蒸気の一部を使用する。
【００４８】
炭酸ガスと水蒸気中のいずれも酸素濃度の希釈用ガスとして使用できるが、最終製品が炭酸ガスである場合には炭酸ガスだけを使用するのが好適であり、最終製品が合成ガスで、Ｈ2／ＣＯ比率を高めようとする場合には主に水蒸気を使用する。
【００４９】
以上のような構造と機能を持った熔融−熱分解炉２１上部で最終排出される低温熱分解ガスは、その主成分が水素、一酸化炭素、二酸化炭素及び水蒸気であり、その外約５％以内の重質炭化水素（ＣＨ4、Ｃ2Ｈ4など）などで構成されていて、主たる不純物は塩酸ガス、硫化水素、窒素、酸素、などが総量１％以下で、このほかに廃棄物の成分による極微量有害物質とダイオキシン類、重金属類及び同伴する固形微粒子（未燃カーボン、灰分など）などを含有したまま２００〜６００℃の温度で、次の高度精製工程２２に流出する。この過程で同伴固形微粒子の含有量は、最上部廃棄物の積載層を通過する過程で相当量濾過除去され、従来焼却炉の燃焼ガス中に含有する固形微粒子の量よりも著しく少ないというのがもう一つの本発明技術の特徴である。
【００５０】
第２工程：熱分解ガスの高度精製工程と生成廃水の再生工程
図６は図２の高度精製工程２２の詳細図で、熔融−低温熱分解炉２１から排出される２００〜６００℃の熱分解ガス中に含有されている各種有害ガスを精製する細部工程の順序を示しており、図２の低温触媒燃焼工程２４あるいは高温水蒸気改質工程２５によって完全燃焼または合成ガスに改質する以前に、乾式処理−湿式処理−高度処理に大別される工程を経ることによって、低温熱分解ガスに含有される極微量の有害物質まで全て除去する高度精製をしている。
【００５１】
前記乾式処理は消石灰（水酸化カルシウム）と活性炭粉末などを主成分とする添加剤−２を熱分解ガスに噴射混合して、乾式中和吸着塔４１で有害物を中和・吸着した次に、濾過集塵機４２で廃吸着剤を補集して一部は前記熔融−低温熱分解炉２１に回送して、残りは外部に排出され、気体は湿式中和吸着塔４３に移送される。前記添加剤−２は酸性ガスの中和処理と微量の極毒物のダイオキシン、重金属類などを吸着除去する機能を持つ。消石灰の注入量は廃棄物重量の１−５％、活性炭は処理対象気体１Ｎｍ3当たり１００〜５００ｍｇ注入して、反応温度は低いほど好ましく、最高２００℃を超えてはならず、接触反応時間は長いほど好ましく、最小２秒以上にしならなければならない。特に、活性炭はその品質をよく選定しなければならない。乾式処理過程で補集した廃添加剤の一部は添加剤−１の組成物として、前記熔融・低温熱分解炉２１で再び用いられ、残りは固化させて埋めたり、別工程の特殊熔融炉で、廃水処理工程から排出される濾過残滓と共に重金属を回収再活用する。
【００５２】
湿式中和処理は前記乾式処理後にも残留する微量の有害物質に再び苛性ソーダと生石灰など（ＮａＯＨ、ＮａＨＣＯ3、Ｃａ(ＯＨ)2、ＫＨＣＯ3）を主成分とする水溶液である添加剤−３を湿式中和吸着塔４３に添加して、微量の有害物質を中和−吸収した後で水洗浄塔４５で純水洗浄をする。前記微量の有害物質を中和−吸収−除去−精製する処理工程では、水溶液中のアルカリは使用目的に応じて低濃度から１０％の濃度の溶液を使用する。
【００５３】
最後に、高度精製処理は高性能精製工程４７で高性能触媒あるいは特殊活性炭によって前記湿式処理工程を経ても残存する極微量の有害物質を吸着―精製する工程で、特に有機硫黄化合物から硫黄を回収しようとする場合には、高性能精製工程に送る前に、まず、硫黄回収工程４６で液体触媒溶液による硫黄回収工程を追加することもでき、これらの場合には最終高性能精製工程の負荷を軽減させることができる。
【００５４】
なお、前記乾式処理−湿式処理−高度処理の３段階の工程の内、一部工程は廃棄物の種類及び目的によっては省略することができる。
【００５５】
前記湿式処理工程で生成される廃水は廃水再生工程４４に送られる。
【００５６】
図７は図６の湿式処理工程で生成される廃水を再生処理の順序を示した工程図で、図に示すように廃棄物中和槽５１、沈殿槽５２及び濾過機５３、触媒酸化槽５４、微生物処理塔５５、高度浄水機５６を経る。更に具体的に述べると、廃水処理用低温酸化触媒で１次処理し、以降、従来の曝気式とは異なる酸素を供給する充填塔型高性能処理技術を適用して微生物処理を行うことによって、廃水処理の総体的処理性能と経済性を向上させ、最終高度浄水機では使用場所の用途と水質の要求条件によって活性炭吸着法、逆浸透圧法、オゾン処理法、オゾン＋触媒処理法、イオン交換樹脂法など、既存の知られた方法を使用することができる。一方、廃水処理工程から排出される濾過残滓は、乾式精製工程でのようにその一部は熔融炉に回送し、残りは固化後、埋めたり、別工程の熔融炉で重金属を回収処理する。
【００５７】
第３工程：低温触媒燃焼工程と高温触媒水蒸気改質工程
図２の高度精製工程２２で生産される常温の熱分解ガスは、その保有熱量が１，５００〜２，０００ｋｃａｌ／Ｎｍ3になる清浄燃料ガスとして、用途があればそのまま活用できる。しかし、用途に適合しなかったり、より付加価値のある活用をしようとする場合、この燃料ガスを再び低温触媒燃焼工程２４あるいは高温触媒水蒸気改質工程２５で、触媒存在下に完全燃焼して高濃度炭酸ガスを生産したり、水蒸気改質して石油代替燃料である合成ガス（Ｈ2＋ＣＯ＋ＣＯ2の混合ガス）を生成することもできる。
【００５８】
図８（ａ）は低温触媒燃焼工程を図８（ｂ）は高温触媒水蒸気改質工程をそれぞれ示したブロック図である。
【００５９】
図８（ａ）で高度精製ガスを予熱熱交換機６１１で触媒燃焼反応に必要な温度である３００〜４００℃で予熱した後、触媒燃焼塔６１２に酸素富化ガスと共に送り塔内触媒層で完全燃焼させる。
触媒塔は燃焼時に発生する多量の熱量を効果的に除去するために管型反応器（Tublar Reactor）を用い、管内部に触媒を充填して外部は処理水を循環させ、燃焼熱を吸収して熱回収ボイラー６１３で水蒸気を生成する。
【００６０】
触媒塔で完全に燃焼した炭酸ガスの熱は熱回収ボイラー６１３と予熱熱交換機６１１にて回収され、冷却−凝縮塔６１４で常温へと冷却する間に同伴する水蒸気を全て凝縮−分離して工程水として使われると共に、高濃度の炭酸ガスを生成される。
【００６１】
高濃度炭酸ガスには５％以内の残留酸素と微量の不活性ガスである窒素、アルゴンだけが含有されている清浄ガスとして、炭酸ガス液化工程６１５を経て、液体炭酸を生成することができ、液体炭酸固化工程６１６を経て、固化炭酸（ドライアイス）を生成することもできる。これ以外に、炭酸ガスは尿素肥料、ソーダ灰、各種炭酸塩などの原料として活用できる。
【００６２】
図８ｂは高度精製ガスから石油代替燃料である合成ガスを生産する過程を示すブロック図で、高度精製ガスはまず予熱熱交換機６２１で３００〜４００℃に予熱された後、適正量の水蒸気と酸素ガスと共に触媒を充填した高温触媒水蒸気改質塔６２２で熱分解ガスを合成ガスに転換できる。この塔で起こる化学反応は９００〜１，１００℃の温度で熱分解ガス中に含有するメタンを始めとした重質炭化水素ガスを全て水素、一酸化炭素、炭酸ガスなどの合成ガスに転換させる吸熱反応であり、吸熱反応に必要な熱量は酸素供給によるガスの一部燃焼熱によって供給される。
【００６３】
高温触媒水蒸気改質塔６２２で生成された高温（９００〜１，１００℃）の合成ガスは、熱回収ボイラー６２３で水蒸気を生成し、次いで予熱熱交換機６２１に予熱を提供した後、冷却−凝縮塔６２４で常温へと冷却される間に、同伴する水分を全て工程水に分離し、常温の合成ガスとして排出される。
【００６４】
合成ガスは石油代替燃料として多様な石油製品を生成できるが、図８（ｂ）では代表的な例示として清浄液体燃料であるＤＭＥ（ジメチルエーテル）を生成する場合のみが示されている。ＤＭＥは５０〜１００気圧の圧力、２００〜２５０℃の温度下で触媒による反応として生成される。その主反応は次のようである。
【００６５】
2CO+4H2→CH3COCH3+H2O -49,000kcal/kg-mole(発熱)
3CO+3H2→CH3COCH3+CO2 -58,800kcal/kg-mole(発熱)
前記のように触媒を利用して完全燃焼あるいは水蒸気改質を行う理由は、触媒を利用しない場合よりも低い温度でより完全な燃焼と水蒸気改質がなされて、結果的に工程全体の効率が向上されるためである。
【００６６】
第４工程：生産ガスの再活用工程
図９は本発明によって生産される炭酸ガスと合成ガスを原料とする代表的な２次製品の製造連繋工程図であり、事例−１は容量規模に関係なく適用可能な工程であり、事例−２、事例−３は大規模容量に適用するのが適合した工程である。
【００６７】
事例−１では、高度精製ガスをそのままあるいはその中に含有される炭酸ガスを分離した後に、清浄燃料ガスとしても活用でき、そのような用途が不適合な場合には、水性ガス転換触媒塔で一酸化炭素を全て水素ガスに転換した後、炭酸ガスを分離して水素ガスを生成し、水素ガスを必要とする化学工業に活用するか、あるいは燃料電池による環境親和性がある高効率分散型熱併合発電を行う連繋工程に活用することもできることを示したものである。この過程で併産される高濃度炭酸ガスと窒素も需要場所さえあればそれぞれ活用できる。
【００６８】
事例−２では本発明で生成される合成ガスから低公害燃料（特に軽油代替用清浄燃料）であるジメチルエーテル（ＤＭＥ）を経済的に生産する製造連繋工程図を示しているが、ＤＭＥ合成で未反応物は再循環させ全てＤＭＥに合成することもでき、複合発電（ガスタービン発電＋スチームタービン発電）の燃料として使用し、発電を兼ねることもできる。特に、ＤＭＥを自動車用軽油代替燃料として使用する時には、都市公害を大幅に緩和することができる。この場合にも前記のように、剰余炭酸ガスと空気分離から併産される窒素は別途に再活用できる。
【００６９】
事例−３では空気分離工程と廃棄物資源化工程で得た窒素と水素ガスで、まずアンモニアを生産し、続いて炭酸ガスと反応させ尿素肥料を生産する連繋工程図を示したもので、原油を使用しないで廃棄物の全量資源化処理で液体アンモニアと尿素肥料を併産できる経済性が優秀な高効率連繋工程である。この場合にも前記のように剰余炭酸ガスと空気分離から併産される窒素は別途に再活用できる。
【００７０】
生活廃棄物１トンから生産できる最終製品量は、それぞれ水素ガスでは３０〜６０ｋｇ、メタノールの場合で１６０〜３２０ｋｇ、ＤＭＥの場合で１１５〜２３０ｋｇ、アンモニアで１４０〜２８０ｋｇ、尿素肥料では２３０〜４７０ｋｇ生成でき、産業廃棄物の場合にはおよそ上記の２倍量の製品が得られる。
【００７１】
【発明の効果】
前記のように、本発明は廃棄物を高濃度炭酸ガス、清浄燃料ガスあるいは石油代替用合成ガス、工業用水及び無機物の熔融再活用品などに完全資源化することによって経済性が革新され、資源と環境を同時に保全できる効果を持つ。すなわち、廃棄物は焼却または埋込み処理の対象であるという観念から脱し、製品生成への完全活用という観念に転換させる発明である。
【００７２】
さらに、低温熱分解ガスを、低温触媒燃焼あるいは高温触媒水蒸気改質する前に、有害物質を事前に元から除去・処理することによって、後続工程で有害物質による多様な副作用を一掃し、工程の全般的な性能を改善できる効果を持つ。
【００７３】
ひいては、本発明は、多大な注目を集めている廃棄物焼却炉の煙突をなくすことによって、煙突の汚染物質による膨大な社会的費用を節減し、住民の共感を得ることによって社会安定化に寄与でき、さらに地球温暖化の主原因物質である炭酸ガスの放出を低減できるなど多様な効果を持つ。
【００７４】
本発明は各種生活廃棄物、産業廃棄物、埋込み廃棄物以外にも、低質炭、各種バイオマス類（植物や動物の死体など）を原料にできる。また、本発明は燃料を使用する一般燃焼炉にまで応用できる。ただし、燃料を使用する一般燃焼炉では経済性の側面を考慮しなければならない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 既存の廃棄物焼却工程図
【図２】 本発明による廃棄物の全量資源化工程を示すブロック図
【図３】 本発明の熔融−低温熱分解炉本体の構造と機能を示す図
【図４】 本発明の熔融−低温熱分解炉の上部廃棄物供給装置の構造と機能を示す図
【図５】 本発明中熔融-低温熱分解炉の下部熔融物排出−水砕−分離装置の構造と機能を示す
【図６】 本発明の有害ガスを除去する高度精製工程を示すブロック図
【図７】 本発明の生成廃水を処理する廃水再生工程を示すブロック図
【図８】 本発明によって生産される高度精製ガスから高濃度炭酸ガスあるいは合成ガスを経て、代表的な２次製品のＤＭＥを生産する連繋工程図を示すブロック図
【図９】 本発明の廃棄物を資源にした連繋工程の代表的活用システムのブロック図
【符号の説明】
１ １次燃焼炉
２ ２次燃焼炉（再燃炉）
３ 廃熱回収ボイラー
４ 後処理工程
５ 煙突
２１ 熔融−低温熱分解炉
２２ 高度精製工程
２３ 廃水再生工程
２４ 触媒−燃焼工程
２５ 触媒−水蒸気改質工程
３１１ 熔融−低温熱分解炉本体
３１２ 廃棄物投入口
３１３ 酸素富化ガス注入口
３１４ 低温熱分解ガス排出口
３１５ 熔融物排出口
３１６ 耐火−断熱材
３１７−Ａ 熔融層構造Ａ型（断続手動排出型）
３１７−Ｂ 熔融層構造Ｂ型（連続溢流排出型）
３１７−Ｃ 熔融層構造Ｃ型（連続自動排出型）
３２１ 供給装置本体
３２２ 廃棄物運送装置（コンベア）
３２３ 廃棄物断続供給機
３２４ 廃棄物密封室
３２５ 密封室上部開閉扉
３２６ 密封室下部開閉扉
３２７ 供給遮断開閉扉
３２８ 炭酸ガス供給施設
３２９ 炭酸ガス排出管
３３１ 水砕槽
３３２ 水砕物排出機
３３３ 水砕物磁場分離機
４１ 乾式中和吸着塔
４２ 濾過集塵機
４３ 湿式中和吸着塔
４４ 廃水再生工程
４５ 水洗浄塔
４６ 硫黄回収工程
４７ 高性能精製工程
５１ 中和槽
５２ 沈澱槽
５３ 濾過機
５４ 触媒酸化槽
５５ 微生物処理塔
５６ 高度浄水機
６１１ 予熱熱交換機
６１２ 触媒燃焼塔
６１３ 熱回収ボイラー
６１４ 冷却凝縮塔
６１５ 炭酸ガス液化工程
６１６ 液体炭酸固化工程
６２１ 予熱熱交換機
６２２ 水蒸気改質触媒塔
６２３ 熱回収ボイラー
６２４ 冷却凝縮塔
６２５ 炭酸ガス分離工程
６２６ ＤＭＥ合成工程

Claims (9)

  1. 酸素富化ガスを利用した廃棄物処理方法において、純酸素、水蒸気、後続工程で生成する炭酸ガスを混合した酸素富化ガスを注入し、
    廃棄物のうち全ての有機物は、５００〜１１００℃で部分燃焼・熱分解して、２００〜６００℃の低温熱分解ガスとして上部へ排出し、全ての無機物は最下部において高温で熔融・排出して水砕する熔融−低温熱分解工程、及び前記低温熱分解ガスに伴う微量の有害物質を中和−吸着−精製する高度精製工程で処理し、前記高度精製工程において使用した水を生成廃水再生工程で処理し、
    前記高度精製工程で処理したガスは完全燃焼で高濃度炭酸ガスを生成する３００〜４００℃の低温触媒燃焼工程、及び９００〜１１００℃の高温触媒水蒸気改質工程を経て合成ガスとして生成し、
    前記低温触媒燃焼工程で生成する炭酸ガスあるいは高温触媒水蒸気改質工程で生成する前記合成ガスを原料とし、一連の工程で各種２次製品を生成、活用することを特徴とする酸素富化ガスを利用した煙突のない廃棄物の完全資源化処理方法。
  2. 前記熔融・低温熱分解工程において、熔融・低温熱分解炉上部の廃棄物供給装置から廃棄物と共存する空気を炭酸ガスで押し出し、前記廃棄物と石炭あるいはコークスを含む固型燃料及び石灰石あるいは低融点廃ガラスを含む溶融物物性調整剤を含んで構成する添加剤を混合して前記熔融−低温熱分解炉本体に供給し、下部に設置した酸素富化ガス注入口から流入する燃料と酸素富化ガスの混合物の高温燃焼で生ずる上昇熱気流と直接向流接触しながら、前記廃棄物の含有水分蒸発・乾燥層、熱分解層、完全燃焼層、熔融層を下部へ順次搬送しながら処理することを特徴とする請求項１記載の酸素富化ガスを利用した煙突のない廃棄物の完全資源化処理方法。
  3. 前記高度精製工程は、前記熔融・低温熱分解工程から排出される２００〜６００℃の熱分解ガスに水酸化カルシウム及び活性炭粉末を主成分とする添加剤を噴射混合して、乾式中和吸着塔で有害物を吸着中和した後、濾過集塵機で補集する乾式処理工程、
    前記乾式処理工程を経ても残留する微量の有害物質を除去するために、水酸化ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、水酸化カルシウムおよび炭酸水素カリウムを主成分とする水溶液である添加剤を添加する湿式中和吸着塔及び水洗浄塔を経て、微量の有害物質を中和・吸収・除去・精製する湿式処理工程、
    及び前記湿式処理工程を経ても残存する極微量の有害物質を触媒または吸着剤によって吸着・精製する高度精製工程から成るかあるいは上記３工程のうちのいずれかを一つ以上の組み合わせから成ることを特徴とする請求項１あるいは請求項２に記載の酸素富化ガスを利用した煙突のない廃棄物の完全資源化処理方法。
  4. 前記生成廃水再生処理工程は廃水処理用酸化触媒で１次処理し、充填塔型微生物処理を経て最終高度浄水処理を行うことを特徴とする請求項１あるいは請求項２に記載の酸素富化ガスを利用した煙突のない廃棄物の完全資源化処理方法。
  5. 高度精製したガスは前記低温触媒燃焼工程で高濃度炭酸ガスとして生成するか、あるいは高温触媒水蒸気改質工程で石油代替原料である一酸化炭素、炭酸ガス及び水素の混合ガスである合成ガスを生成することを特徴とする請求項１に記載の酸素富化ガスを利用した煙突のない廃棄物の完全資源化処理方法。
  6. 廃棄物に混合する前記添加剤は更に炭酸塩、ケイ酸塩および前記有害ガス精製工程の集塵機で補集した廃固形物の一部と、前記生成廃水再生処理工程で発生する濾過残滓及び廃活性炭を含んで構成する混合物であることを特徴とする請求項２に記載の酸素富化ガスを利用した煙突のない廃棄物の完全資源化処理方法。
  7. 前記高度精製した生成ガスを２次製品として生成活用する一連の工程において、前記高度精製したガスをそのままあるいは炭酸ガスを除去して清浄燃料ガスとして活用、あるいは前記合成ガス中の一酸化炭素を全て水素に転換、炭酸ガスを分離後、水素を燃料電池に転用して、熱併合発電へと活用することを特徴とする請求項１あるいは 請求項５に記載の酸素富化ガスを利用した煙突のない廃棄物の完全資源化処理方法。
  8. 前記高度精製した生成ガスを２次製品として生成活用する一連の工程において、前記合成ガスから低公害燃料であるジメチルエーテルの合成および合成過程での未反応ガスをガスタービンと水蒸気タービンが連繋した複合発電の燃料として使用することを特徴とする請求項１あるいは請求項５に記載の酸素富化ガスを利用した煙突のない廃棄物の完全資源化処理方法。
  9. 前記高度精製した生成ガスを２次製品として生成活用する一連の工程において、空気を分離して発生する窒素と前記合成ガスから生成される水素ガスでアンモニアを合成した後、前記アンモニアと前記合成ガスから分離した炭素ガスの一部で尿素肥料を合成することを特徴とする請求項１あるいは請求項５に記載の酸素富化ガスを利用した煙突のない廃棄物の完全資源化処理方法。
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