JP4062791B2 - ダイオキシン類を含有した耐火レンガあるいはモルタルの無害化処理装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ダイオキシン類等の有害な有機塩素化合物を含有する固形物、例えば、焼却炉に使用された耐火レンガ等を無害化する処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、廃棄物等の焼却に伴うダイオキシン、ホスゲン等の有害物質発生を抑制する必要性から、既存の焼却炉の廃却や改造が行われているが、その際、炉内に使用されていた耐火レンガが大量に廃棄物として出される。
この焼却炉に使用された耐火レンガには、ダイオキシン類等の有機塩素化合物が大量に含有されており、そのまま埋め立てたり、廃棄することができない。
一方、汚泥やダイオキシン類等の有害物質を完全分解する処理として、超臨界水・水熱反応処理を利用した方法が開発されている。
【０００３】
ダイオキシン類等の有害な有機塩素化合物の中には、自然環境では非常に安定なものがあるため、焼却炉における使用済み耐火レンガをそのまま廃棄すると、土中にしみ出して堆積され、雨水によって流れ出すおそれがある。このため、使用済み耐火レンガを粉砕して粉末状にするとともに水を加えてスラリーにし、このスラリーを超臨界水・水熱反応処理することによって、焼却炉耐火レンガに付着したダイオキシン類を原理的に分解する技術が開発されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この処理技術では、水熱反応容器において水を反応の媒体とする超臨界水・水熱反応処理を行うため、その生成物は水と無機固形物との混合物になることから、生成物を廃棄するにあたって、水と無機固形物とを分離する工程が必要であった。しかしながら、生成物は、水熱反応容器から高温高圧状態のまま排出されるため、容易に分離させることが難しく、効率的に分離処理を行う技術が要望されていた。
【０００５】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、焼却炉で使用された耐火レンガ等の有機塩素化合物を含有する固形物を水熱反応処理した場合、生成物を効率的に固液分離させることができる有機塩素化合物を含有する固形物の無害化処理装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するため、以下の構成を採用した。すなわち、第１の発明では、ダイオキシン類を含有した耐火レンガあるいはモルタルを無害化する処理装置であって、前記耐火レンガあるいはモルタルの粉末に水を添加したスラリーを高温高圧状態にして水熱反応を起こさせ前記ダイオキシン類を分解する水熱反応容器と、該水熱反応容器の下流側に接続され水熱反応容器で生成された生成物を固液分離する固液分離器とを備え、該固液分離器は、内部に前記生成物が導入され生成物が減圧され気化した気液分を上部から排出するタンク本体と、前記水熱反応容器の下流側に接続され水熱反応容器側から高温高圧状態で送られてくる生成物を前記タンク本体内に先端から上方に向けて噴出させる噴出管と、該噴出管の先端より上方に離間して対向設置された噴出用じゃま板とを備えている技術が採用される。
【０００７】
この無害化処理装置では、固液分離器が、内部に生成物が導入され生成物が減圧され気化した気液分を上部から排出するタンク本体と、水熱反応容器の下流側に接続され水熱反応容器側から高温高圧状態で送られてくる生成物をタンク本体内に先端から上方に向けて噴出させる噴出管と、該噴出管の先端より上方に離間して対向設置された噴出用じゃま板とを備えているので、タンク本体内部で高温高圧の生成物が噴出管から噴出用じゃま板に向けて噴射される。すなわち、噴射された生成物は、上方の噴出用じゃま板にぶつかってから下方に落ちるため、下方に向けて直接吹き付ける場合に比べて、タンク本体底部に貯まった固形物が舞い上がることを抑制することができる。タンク本体内部に噴出された生成物は、タンク本体内で急激に減圧されることから、気液分が水蒸気等に気化して上昇し、上部から排出されるとともに、残った固形分は、タンク本体の下部に沈降する。
【０００８】
第２の発明では、第１の発明において、前記噴出用じゃま板より上方に離間して配された巻上げ用じゃま板を備え、該巻上げ用じゃま板には、前記噴出用じゃま板の直上に通気孔が形成されている技術が採用される。
【０００９】
この無害化処理装置では、噴出用じゃま板より上方に離間して配された巻上げ用じゃま板を備え、該巻上げ用じゃま板には、噴出用じゃま板の直上に通気孔が形成されているので、噴出用じゃま板にぶつかって下方に反射した生成物によってタンク本体底部の固形分が一部舞い上がっても、噴出用じゃま板のさらに上方で巻上げ用じゃま板に遮られて、再び下方に落下する。また、気化した気液分は、固形分が比較的舞い上がってこない噴出用じゃま板の直上に形成された通気孔から、上部に抜けて排出される。
【００１０】
第３の発明では、第１または第２の発明において、前記タンク本体は、その下部のみを冷却する冷却機構を備えている技術が採用される。
【００１１】
この無害化処理装置では、タンク本体は、その下部のみを冷却する冷却機構を備えているので、気化して上昇する水蒸気等を冷却することなく、タンク本体下部に沈降した固形分だけを冷却することができる。
【００１２】
第４の発明では、第１から第３のいずれかの発明において、前記固液分離器の上部に排出管で接続され分離された気液分を導入して気体分と水分とに分離させる気水分離器と、前記排出管の途中に設けられ前記水熱反応容器に接続された供給管内を流通する前記スラリーと排出管内を流通する気液分との間で熱交換を行う熱交換器とを備えている技術が採用される。
【００１３】
この無害化処理装置では、固液分離器の上部に排出管で接続され分離された気液分を導入して気体分と水分とに分離させる気水分離器と、排出管の途中に設けられ水熱反応容器に接続された供給管内を流通するスラリーと排出管内を流通する気液分との間で熱交換を行う熱交換器とを備えているので、排出管の気化した気液分が、供給管内のスラリーによって冷却され水蒸気等が液化されて、気水分離器に送られる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るダイオキシン類を含有する耐火レンガあるいはモルタルの無害化処理装置の一実施形態を、図１および図２を参照しながら説明する。
【００１５】
図１は、焼却炉の使用済耐火レンガの無害化処理装置を示している。該無害化処理装置は、使用済耐火レンガのレンガ粉末に水を添加したスラリーＳを貯留するスラリータンク１と、該スラリータンク１の排出側に接続された高圧ポンプ２と、該高圧ポンプ２の下流側に接続された熱交換器３と、該熱交換器３の下流側に接続された第１電磁弁４と、該第１電磁弁４の下流側に接続され送られたスラリーＳを高温高圧状態にして水熱反応を起こさせ有機塩素化合物を分解する水熱反応容器５と、該水熱反応容器５の排出側に接続された第２電磁弁６と、該第２電磁弁６の下流側に接続された排出容器７と、該排出容器７の下流側に接続された第３電磁弁８と、該第３電磁弁８の下流側に接続され水熱反応容器５から送られた生成物を固液分離するフラッシュタンク（固液分離器）９とを備えている。
【００１６】
また、フラッシュタンク９は、排出管９ａでフラッシュタンク９で分離された気液分をさらに水分と気体分に分離する気水分離器１０に接続されている。
そして、排出管９ａは、その途中で熱交換器３内に配管されている。
一方、スラリータンク１と水熱反応容器５とを接続する供給管１１は、高圧ポンプ２と第１電磁弁４との間で熱交換器３内に配管されている。
さらに、高圧ポンプ２と熱交換器３とを接続する供給管１１には、先端がスラリータンク１に接続された分岐管１２の基端が接続され、該分岐管１２の途中には、第４電磁弁１３が設けられている。
そして、この無害化処理装置は、第１〜第４電磁弁４、６、８、１３と電気的に接続されこれらの開閉をそれぞれ制御する制御機構１４を備えている。
【００１７】
前記スラリーＳは、前工程で使用済耐火レンガを複数段の粉砕機で粉砕して数ｍｍから１０μｍ以下の大きさにしたレンガ粉末に水を加えたものである。
前記水熱反応容器５は、送られてくるスラリーＳに水とＮａＯＨを添加する添加機構（図示略）を備え、これらが添加されたスラリーＳを高温高圧状態、例えば、３００℃以上、１０ＭＰａ以上の高温高圧水中で超臨界水または水熱反応を起こさせる圧力容器である。なお、水熱反応容器５には、供給されたスラリーＳの量を検知するレベルセンサ５ａと、上部に接続され立ち上げ時に内部の空気を逃がす空気排出弁５ｂとが設けられている。
【００１８】
前記排出容器７には、内部の圧力を計測して制御機構１４に出力する圧力センサ１５が取り付けられており、制御機構１４は、この圧力センサ１５に電気的に接続され、圧力センサ１５の出力に基づいて各電磁弁の開閉を制御する。
前記フラッシュタンク９は、排出容器７から第３電磁弁８を介して送られる生成物を、高温のまま圧力を大気圧に減圧して、水分を気化させ、無機固形物との分離を行う固液分離器である。
【００１９】
このフラッシュタンク９は、図２に示すように、内部に生成物が導入され生成物が減圧され気化した気液分を上部に接続された排出管９ａから排出するタンク本体９ｂ、第３電磁弁８を介して排出容器７に接続され排出容器７から高温高圧状態で送られてくる生成物をタンク本体９ｂ内に先端から上方に向けて噴出させる噴出管９ｃ、該噴出管９ｃの先端より上方に離間して対向設置された噴出用じゃま板９ｄと、噴出用じゃま板９ｄより上方に離間して配された巻上げ用じゃま板９ｅとを備えている。
【００２０】
前記噴出用じゃま板９ｄは、タンク本体９ｂの内周面に固定された支持部材９ｆよってタンク本体９ｂの中心軸上に支持されており、周縁部が下方側に折り曲げられた形状となっている。
また、前記巻上げ用じゃま板９ｅには、噴出用じゃま板９ｄの直上に通気孔９ｇが形成され、該通気孔９ｇに向けて下方に傾斜した形状となっている。
【００２１】
前記タンク本体９ｂは、その下部外周に設置されガスや水を冷媒として流通させる冷却管９ｈ備えている。該冷却管９ｈは、タンク本体９ｂの下部のみを冷却する冷却機構として機能する。さらに、タンク本体９ｂの底部には、分離された固形分を外部の固形分貯留部１６に取り出すための開閉可能な取り出し口９ｉが設けられている。
なお、前記フラッシュタンク９は、排出容器７に比べて十分大きな内容積に設定されている。
【００２２】
前記制御機構１４は、第１電磁弁４および第２電磁弁６を開状態にするとともに第３電磁弁８を閉状態にした後に高圧ポンプ２によって排出容器７内の圧力が所定の高圧値にまで上昇すると、第１電磁弁４および第２電磁弁６を閉状態にするとともに第３電磁弁８を開状態にし、この後に排出容器７内の圧力が所定の低圧値にまで下がると、第１電磁弁４および第２電磁弁６を開状態にするとともに第３電磁弁８を閉状態にする動作を繰り返し行うように設定されている。
また、第１電磁弁４が閉状態のときにのみ第４電磁弁１３を開状態になるように第４電磁弁１３の開閉を制御するように設定されている。
【００２３】
この実施設備による使用済耐火レンガの無害化処理装置について、図１および図２を参照して以下に説明する。
【００２４】
〔粉砕工程〕
まず、使用済耐火レンガを複数段に構成された粉砕機（図示略）に供給し、該粉砕機によって散水しながら粉砕して、使用済耐火レンガを数ｍｍから１０μｍ以下の大きさのレンガ粉末にする。
このレンガ粉末に水を加えてスラリータンク１に供給し、該スラリータンク１にスラリーＳとして貯留する。
【００２５】
〔水熱反応処理工程〕
次に、制御機構１４によって第１電磁弁４および第２電磁弁６を開状態にするとともに、第３電磁弁８および第４電磁弁１３を閉状態にし、高圧ポンプ２によってスラリータンク１から供給管１１、熱交換器３および第１電磁弁４を介して水熱反応容器５にスラリーＳが供給される。
このとき、添加機構によって水およびＮａＯＨ（水酸化ナトリウム）がスラリーＳに添加される。
【００２６】
すなわち、水とＮａＯＨとが添加されたスラリーＳが水熱反応容器５内に供給されて、高温高圧水中で水熱反応が生じる。なお、水熱反応容器５内は、３００℃以上、１０ＭＰａ以上に保温保圧される。
【００２７】
このとき、スラリーＳに含まれるダイオキシン類等の有機塩素化合物は水熱反応で分解され、その中の塩素成分はＮａＯＨと反応し、無害かつ安定な塩（ＮａＣｌ）となって、再合成されない状態となる。
なお、水熱反応処理工程は、超臨界水雰囲気、すなわち３７４℃以上２２ＭＰａ以上の高温高圧水中で行えば、有機塩素化合物が分解された状態で水に対してほぼ均一に溶け込ませることができる。
【００２８】
〔排出工程〕
次に、水熱反応容器５で処理されてスラリーＳから生じた生成物は、開状態の第２電磁弁６を介して排出容器７内に排出される。このとき、高圧ポンプ２によって排出容器７内が徐々に加圧され、この内部の圧力は圧力センサ１５によって測定され、常時、制御機構１４に出力される。
そして、排出容器７内の圧力が所定の高圧値に達したときに、これを検知した圧力センサ１５の出力に基づいて、制御機構１４が、第１電磁弁４および第２電磁弁６を閉状態にするとともに、第３電磁弁８および第４電磁弁１３を開状態にする。
【００２９】
このとき、第１電磁弁４および第２電磁弁６を閉状態にするとともに第３電磁弁８を開状態にするので、排出容器７内に送られた生成物が圧力の低い下流側のフラッシュタンク９に圧力差を駆動力として排出される。また、第１電磁弁４および第２電磁弁６が閉まるため、水熱反応容器５内の高圧状態が維持される。
さらに制御機構が、第１電磁弁４が閉状態のときにのみ第４電磁弁１３を開状態になるように第４電磁弁１３の開閉を制御するので、第１電磁弁４が閉状態となって高圧ポンプ２の水熱反応容器５側が閉塞されても第４電磁弁１３が開かれて、分岐管１２を介してスラリーＳがスラリータンク１に戻される。
【００３０】
この後、排出容器７内の圧力が所定の低圧値にまで下がると、これを検知した圧力センサ１５の出力に基づいて、制御機構１４が第１電磁弁４および第２電磁弁６を開状態にするとともに第３電磁弁８を閉状態にするので、再び高圧ポンプ２によって排出容器７が加圧され高圧状態となるとともに、水熱反応容器５にはスラリーＳが供給され、同時に排出容器７には生成物が供給される。
制御機構１４は、排出工程のこれら一連の動作を繰り返し行うように設定されているので、水熱反応容器５の高圧状態が常に維持されるとともに、生成物を水熱反応容器５からフラッシュタンク９へ弁の閉塞や摩耗を生じずにスムーズに排出・移送することができる。
【００３１】
〔固液分離工程〕
排出容器７から排出された生成物は、第３電磁弁８を介して噴出管９ｃによってフラッシュタンク９内に噴射される。このとき、高温高圧の生成物が噴出管９ｃから噴出用じゃま板９ｄに向けて噴射される。すなわち、噴射された生成物は、上方の噴出用じゃま板９ｄにぶつかってから落ちるため、下方に向けて直接吹き付ける場合に比べて、タンク本体９ｂ底部に貯まった固形物が舞い上がることを抑制することができる。
【００３２】
タンク本体９ｂ内部に噴出された生成物は、タンク本体９ｂ内で急激に減圧されることから、気液分が水蒸気等に気化して上昇し、上部から排出されるとともに、残った固形分は、タンク本体９ｂの下部に沈降する。
すなわち、生成物は、排出容器７から排出されると同時に、フラッシュタンク９内で、固形分、すなわち耐火レンガの無機個体と、液体分、すなわち水熱反応によって生じたＮａＣｌおよびＮａＯＨを含む水（炭酸ガス等を含む）とに分離される。
【００３３】
なお、噴出用じゃま板９ｄにぶつかって下方に反射した生成物によって、タンク本体９ｂ底部の固形分が一部舞い上がっても、噴出用じゃま板９ｄのさらに上方で巻上げ用じゃま板９ｅに遮られて再び下方に落下する。また、気化した気液分は、図２の点線矢印に示すように、固形分が比較的舞い上がってこない噴出用じゃま板９ｄの直上に形成された通気孔９ｇから、上部に抜けて排出管９ａから排出される。
【００３４】
タンク本体９ｂは、その下部のみを冷却する冷却管９ｈを備えているので、気化して上昇する水蒸気等を冷却することなく、タンク本体９ｂ下部に沈降した固形分だけを冷却することができる。
分離された無機固体は、フラッシュタンク９の底部から取り出し口９ｉを開口させて、下方の固形分貯留部１６上に落下させ、一方、気液分は、フラッシュタンク９から排出管９ａで熱交換器３に送られ、熱交換器３内の供給管１１を流通するスラリーＳとの間で熱交換をして冷却され、水蒸気等が液化された後、熱交換器３から気水分離器１０へと送られる。
【００３５】
〔気水分離工程〕
気水分離器１０に送られた気液分は、含まれていた二酸化炭素等の気体成分とＮａＣｌおよびＮａＯＨを含む水とに分離され、該水は、ダイオキシン類が残留していないため、排水処理が施された後に放流または粉砕機の散水として再利用に供される。
【００３６】
なお、本実施形態の無害化処理装置では、第１〜第４電磁弁４、６、８、１３１３を採用したが、制御機構によって開閉制御可能であれば他の開閉弁でも構わない。例えば、圧縮空気によって開閉可能なエアー駆動弁を採用してもよい。
また、この無害化処理装置は、全体がトラック等に車載可能なサイズに設計されており、所定の焼却場に直接移動することができるようになっている。これによって、使用済耐火レンガ（産業廃棄物）を焼却場の外に運搬する必要がない。
さらに、有機塩素化合物を含有する固形物として焼却炉で使用した耐火レンガを無害化処理したが、他の固形物を無害化する装置として適用しても構わない。例えば、焼却炉内の他の材料（モルタル等）を無害化処理する装置として用いてもよい。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、以下の効果を奏する。
（１）第１の発明によれば、固液分離器が、内部に生成物が導入され生成物が減圧され気化した気液分を上部から排出するタンク本体と、水熱反応容器の下流側に接続され水熱反応容器側から高温高圧状態で送られてくる生成物をタンク本体内に先端から上方に向けて噴出させる噴出管と、該噴出管の先端より上方に離間して対向設置された噴出用じゃま板とを備えているので、噴射された生成分が上方の噴出用じゃま板にぶつかってから下方に落ちるため、タンク本体底部の固形分の舞い上がりを抑制することができるとともに、急激な減圧により気液分を気化分離することができる。すなわち、高温高圧状態のまま排出された生成物を、固液分離器内で容易にかつ効率的に分離させることができる。
【００３８】
（２）第２の発明によれば、噴出用じゃま板より上方に離間して配された巻上げ用じゃま板を備え、該巻上げ用じゃま板には、噴出用じゃま板の直上に通気孔が形成されているので、タンク本体底部の固形分が一部舞い上がっても、噴出用じゃま板のさらに上方の巻上げ用じゃま板で遮って下方に落下させることができる。また、気化した気液分は、固形分が比較的舞い上がってこない噴出用じゃま板の直上に形成された通気孔から、上部に抜けて排出することができ、タンク本体上部から気液分を排出する際に、固形分が混ざり込むことを抑制することができる。すなわち、固形分と気液分とを、さらに効率的に分離することができる。
【００３９】
（３）第３の発明によれば、タンク本体は、その下部のみを冷却する冷却機構を備えているので、気化して上昇する水蒸気等を冷却することなく、タンク本体下部に沈降した固形分だけを冷却することができ、分離効率を落とすことなく固形分を取り扱い可能な温度に下げることができる。
【００４０】
（４）第４の発明によれば、固液分離器の上部に排出管で接続され分離された気液分を導入して気体分と水分とに分離させる気水分離器と、排出管の途中に設けられ水熱反応容器に接続された供給管内を流通するスラリーと排出管内を流通する気液分との間で熱交換を行う熱交換器とを備えているので、排出管内の気化した気液分を供給管内のスラリーによって冷却させ水蒸気等を液化されることによって、気水分離器で容易に気体分と液体分とに分離することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るダイオキシン類を含有する耐火レンガあるいはモルタルの無害化処理装置の一実施形態を示す結線図である。
【図２】 本発明に係るダイオキシン類を含有する耐火レンガあるいはモルタルの無害化処理装置の一実施形態におけるフラッシュタンクを示す概略的な断面図である。
【符号の説明】
１ スラリータンク
２ 高圧ポンプ
３ 熱交換器
５ 水熱反応容器
７ 排出容器
９ フラッシュタンク（固液分離器）
９ａ 排出管
９ｂ タンク本体
９ｃ 噴出管
９ｄ 噴出用じゃま板
９ｅ 巻上げ用じゃま板
９ｇ 通気孔
９ｈ 冷却管（冷却機構）
１０ 気水分離器
１１ 供給管
Ｓ スラリー

Claims (2)

1. ダイオキシン類を含有した耐火レンガあるいはモルタルを無害化する処理装置であって、
   前記耐火レンガあるいはモルタルの粉末に水を添加したスラリー（Ｓ）を高温高圧状態にして水熱反応を起こさせ前記ダイオキシン類を分解する水熱反応容器（５）と、
   該水熱反応容器の下流側に接続され水熱反応容器で生成された生成物を固液分離する固液分離器（９）とを備え、
   該固液分離器は、内部に前記生成物が導入され生成物が減圧され気化した気液分を上部から排出するタンク本体（９ｆ）と、
   前記水熱反応容器の下流側に接続され水熱反応容器側から高温高圧状態で送られてくる生成物を前記タンク本体内に先端から上方に向けて噴出させる噴出管（９ｃ）と、
   該噴出管の先端より上方に離間して対向設置された噴出用じゃま板（９ｄ）とを備え、
   前記噴出用じゃま板より上方に離間して配された巻上げ用じゃま板（９ｅ）を備え、
   該巻上げ用じゃま板には、前記噴出用じゃま板の直上に通気孔（９ｇ）が形成されていることを特徴とするダイオキシン類を含有した耐火レンガあるいはモルタルの無害化処理装置。
2. 請求項１記載のダイオキシン類を含有した耐火レンガあるいはモルタルの無害化処理装置において、
   前記タンク本体は、その下部のみを冷却する冷却機構（９ｈ）を備えていることを特徴とするダイオキシン類を含有した耐火レンガあるいはモルタルの無害化処理装置。

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