JPH10513255A - 廃棄物処理及び資源回収を行うための同調可能な自己駆動型の一体化されたアークプラズマ/メルターガラス化システム - Google Patents
廃棄物処理及び資源回収を行うための同調可能な自己駆動型の一体化されたアークプラズマ/メルターガラス化システムInfo
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Abstract
(57)【要約】
本発明は、比較的コンパクトで自己駆動型の同調可能な廃棄物転換システム及び装置を提供する。本システム及び装置は、作動が極めて安定しているという利点を有しており、広範囲の廃棄物の流れを、単一の箇所で、有用なガス、及び、非浸出性の安定な固体産物に完全に又はほぼ完全に転換し、その結果、空気の汚染を減少させて、空気品質の基準に合致させる。本システムは、廃棄物を高品質の可燃性ガスに高効率で転換させることができると共に、高効率のガスタービン又は内燃機関によって、可燃性ガスを電気に高効率で転換することができる。固体産物は、種々の商業的な用途に適している。また、安全で安定な固体産物の流れである固体産物の流れは、有害物質として特に考慮することなく、廃棄することができる。本発明の好ましい実施例においては、アークプラズマ炉及びジュール加熱メルターが、完全に一体化された装置として形成されて、共通の溶融物プールと共に回路構造を形成する。この回路構造は、装置のアークプラズマ部分及びジュール加熱部分を、互いに干渉させることなく、独立的に且つ同時に制御することができる。本発明の実施例の好ましい形態は、2つのアークプラズマ電極を使用し、また、共通の溶融物プールのために細長いチャンバを使用しており、これにより、溶融物プールは、上記電極の間に導電路を形成することができる。本装置は、また、転換プロセスによって発生されたガスを少量用いることにより、あるいは、そのようなガスを全く用いることなく、使用することもできる。本装置は、自己駆動型の装置として、あるいは、補助燃料を使用することにより所定レベルの発電を行うことのできる純粋な発電設備として、使用することができる。
Description
【発明の詳細な説明】
廃棄物処理及び資源回収を行うための同調可能な自己駆動型の
一体化されたアークプラズマ/メルターガラス化システム
技術分野
本発明は、一般的に、廃棄物の転換に関し、より詳細には、同調可能な廃棄物
処理及び発電設備をもたらすように一体化されたシステムとして組み合わされた
制御可能なアークプラズマ/ジュール加熱メルターに関する。
発明の背景
都市固形廃棄物(MSW)及び他の廃棄物の投棄又は廃棄は、埋め立て地のス
ペースの制約、及び、新しい焼却炉又は焼却設備の設置に関する問題のために、
開口数十年にわたって大きな問題になっている。また、環境に関する認識が高ま
った結果、固形廃棄物の投棄を適正に取り扱うという大きな関心が、多くの大都
市領域において、また、国全体として生じている。例えば、USA EPA,
the Solid Waste Dilemma: An Agenda f
or Action, EPA/530−SW−89−019,Washing
ton, D.C.(1989)を参照のこと。
焼却及びコジェネレーションによってMSWの体積を減少させ、また、MSW
のエネルギを回収しようとする試みが行われてきた。廃棄物からエネルギへの標
準的な焼却炉は、廃棄物流れの中の固体可燃部分を処理して、蒸気タービンを駆
動する蒸気を発生させ、燃焼プロセスの結果として、灰分廃棄物を発生させる。
一般的に、灰分は、大都市の埋め立て地に埋められる。しかしながら、現在の傾
向、及び、最近の規則は、そのような物質を有害廃棄物を許容する埋め立て地ま
で輸送することを要求している。これは、灰分の廃棄コストをかなり増大させる
ことになる。また、埋め立て地からのガス排出物、及び、地下水の汚染の可能性
に関して市民の関心が高まっている。焼却炉システムに伴う別の欠点は、大量の
ガス排出物が発生し、これにより、規制当局が提示する要件を満たすように放出
物のレベルを減少させるための経費のかかる空気汚染制御装置が必要となる。
焼却炉システムに伴う欠点を解消するために、アークプラズマトーチを利用し
て有害廃棄物を分解しようとする試みが従来技術で行われてきた。プラズマアー
クトーチを用いると、ある種の運転条件では、従来の焼却炉又は燃焼プロセスよ
りも優れた利点がもたらされる。その理由は、プラズマアークトーチから発生す
る気体状産物の体積は、代表的な焼却又は燃焼の間に発生する体積よりもかなり
少なくなり、また、気体状の産物の中の有害物質の量が少なくなり、更に、ある
環境においては、廃棄物をガラス化することができるからである。
例えば、米国特許第5,280,757号(Carter et al.)は
、プラズマアークトーチを反応槽の中で用いて、都市固形廃棄物をガス化するこ
とを開示している。これにより、中程度の品質のガス、及び、有毒成分の浸出性
が低いスラグを含む産物が発生する。
米国特許第4,644,877号(Barton et al.)は、プラズ
マアークトーチを用いてポリ塩化ビフェニール(PCB)を熱分解する技術に関
係する。廃棄物は、プラズマアークトーチによって霧化され且つイオン化され、
次に、反応室の中で冷却されてガス及び微粒子物質と再結合する。米国特許第4
,431,612号(Bell et al.)は、PCBの如き有害廃棄物を
処理するための、中空グラファイト電極トランスファ型アークプラズマ炉を開示
している。
鉛で汚染された土壌、及び、電池廃棄物を改善するためのプロセスが、米国特
許第5,284,503号(Bitler et al.)に開示されている。
ガラス化されたスラグが、上記土壌から形成される。廃棄電池のケーシングから
形成される可燃性ガス及び気化した鉛は、通常の溶融炉に搬送されてその燃料と
して使用されるのが好ましい。
Barton et al.、Bell et al.、及び、Bitler
et al.によって提案されたシステムは、大きな欠点を有している。例え
ば、そのような欠点としては、広範囲の廃棄物原料に関して高品質で非浸出性の
ガラス産物を確実に形成するためには、加熱、混合、及び、滞留時間が不十分で
あることが挙げられる。また、炉床の寸法、及び、フィーダの設計が大幅に制約
される。その理由は、炉壁を、唯一の熱源であるアークプラズマに比較的接近さ
せなければならないからである。炉床の寸法の制約により、高い熱応力が炉壁に
生ずることが多い。
金属電極を備える従来技術のアークプラズマ炉は、高いDC電流で使用した場
合に、電極の寿命が短いという制限もある。従って、より大きなパワー出力を得
るためには、アークを長くすることにより、アークの電位を上昇させなければな
らない。これは、炉の側壁に対する輻射熱損失を生じ、また、金属電極(トーチ
)を非効果的にする。また、冷たい非導電性の物質を処理する時には、そのよう
なアークプラズマシステムの起動及び再起動の際に、従来技術のトランスファア
ークプラズマには困難性が伴うことが多い。
従って、そのような従来技術の試みは有用ではあるが、有害な気体排出物を極
力少なくし、広範囲の固形廃棄物を有用なエネルギに転換し、更に、商業的な用
途に関して安全且つ安定な形態の、あるいは、投棄するために有害廃棄物として
特に考慮する必要のない産物の流れを生ずる、堅固で、操作が容易な廃棄物転換
システムに対する需要が依然として当業界には存在する。従って、広範囲の廃棄
物を処理して有用なエネルギ及び安定な産物に転換し、同時に、有害な気体排出
物を極めて少なくし、これにより、従来技術の欠点を解消するような、堅固で、
ユーザーフレンドリーで、且つ、高い柔軟性を有する方法及び装置を提供するこ
とが望ましい。
発明の概要
本発明の目的は、都市廃棄物及び産業廃棄物の如き固形廃棄物を有用なエネル
ギへの転換を、空気汚染を大幅に低減しながら高めるための方法及び装置を提供
することである。
本発明の別の目的は、広範囲の廃棄物を有用な商業製品、又は、廃棄するのに
適した安全で且つ安定な製品に転換するための方法及び装置を提供することであ
る。
本発明の別の目的は、別個の制御可能なアークプラズマ及びジュール加熱メル
ターを一体化されたシステムとして組み合わせて用いることによって、廃棄物を
転換するための方法及び装置を提供することである。
本発明の更に別の目的は、加熱された物質を一体化されたシステムとして直接
結合されたジュール加熱メルターに与えるアークプラズマを用いて、廃棄物を転
換するための方法及び装置を提供することである。
本発明の更に別の目的は、完全に一体化されたジュール加熱メルター及びアー
クプラズマ装置を用いて、廃棄物を転換するための方法及び装置を提供すること
である。
本発明の更に別の目的は、完全に一体化されたシステムになったジュール加熱
メルター及びアークプラズマを、共通の溶融物プールによって、互いに独立した
パワー制御によって同時に作動させることにより、廃棄物を転換するための方法
及び装置を提供することである。
本発明の更に別の目的は、ジュール加熱メルター及びアークプラズマを一体化
されたシステムとして組み合わせて使用することにより、廃棄物をガラス化する
ための方法及び装置を提供することである。
本発明の更に別の目的は、高速熱分解を用いて廃棄物を転換し、これにより、
燃焼に適した高純度のガスを発生させるための方法及び装置を提供することであ
る。
本発明の更に別の目的は、小型で高効率のガスタービン又は内燃機関によって
発電を行うことのできるガス燃料に廃棄物を高効率で転換するための方法及び装
置を提供することである。
本発明の更に別の目的は、自己駆動型の廃棄物転換装置、あるいは、、天然ガ
ス、ジーゼル燃料又は他の燃料の如き補助燃料をガスタービン又は内燃機関で種
々の量で用いることにより外部で使用される与えられたレベルの電力を発生する
ことのできる廃棄物転換装置を提供することである。
本発明の上記及び他の目的は、都市固形廃棄物(MSW)、産業廃棄物又は他
の形態の廃棄物を処理して、商業的に利用可能な、あるいは、環境を害すること
なく廃棄可能な非浸出性の安定な製品にすることのできるシステムによって達成
される。このシステムは、また、空気の排出物を極めて少なくすると共に、発電
に有用なガス産物の生産量を極めて大きくする。
本発明は、廃棄物からエネルギへのコンパクトな処理装置を提供し、この装置
は、単一の箇所において、廃棄物を有用なガス及び有用な産物の流れに完全に又
はほぼ完全に転換するという利点を有している。また、上記産物の流れは、種々
の商業的な用途に利用することができる。また、安全で安定な廃棄物の形態であ
る上記産物の流れは、廃棄又は投棄する際に有害性に関して特別な考慮をする必
要がない。
上記プラズマ炉及びジュール加熱メルターをガスタービン又は内燃機関による
発電装置と一体化されたシステムとして組み合わせることにより、自己駆動型の
廃棄物処理及び発電設備が提供され、この設備は、比較的小さなモジュールユニ
ットとして設置することができ、また、大量の都市固形廃棄物を取り扱うように
容易にスケールアップすることができる。
基本的な処理装置は、廃棄物を加熱するためのDC電極又はAC電極のアーク
プラズマを備えており、また、溶融物プールのためのジュール加熱機能も備えて
いる。単数又は複数の電極アークは、グラファイトから形成された単数又は複数
のDC電極アークであるのが好ましい。DCアーク電極を特殊な電気回路と組み
合わせて用いることにより、アークプラズマ及びジュール加熱メルターを同時に
且つ別個に制御することができる。アークプラズマ及びジュール加熱メルターの
基本的な運転モードは、熱分解(酸素剥奪作用)である。好ましい実施例におい
ては、システムは、高速熱分解が起こり、これにより、他の熱分解方法に比較し
てより高い純度のガスを発生させるように運転される。
本発明の一実施例は、アークプラズマ炉と、該アークプラズマ炉に結合された
ジュール加熱メルターの組み合わせを用いており、上記アークプラズマ炉は、加
熱された物質を上記ジュール加熱メルターに供給する。誘導加熱コイル及び/又
は混合コイルを用いて、溶融物プールに追加の加熱及び/又は混合を与えること
ができる。
本発明の別の好ましい実施例においては、アークプラズマ要素及びジュール加
熱メルター要素は、共通の溶融物プールと共に完全に一体化され、これにより、
本システムは、上記2つの要素の作動を同時に且つ別個に制御することができる
(すなわち、同調可能である)。上記アークプラズマは、単数又は複数のグラフ
ァイト電極と溶融物質との間で生ずる。グラファイトは、金属よりも好ましいア
ーク電極材料であり、その理由は、グラファイト電極は、プロセスを単純化する
からであり、また、グラファイトは、プラズマトーチの中で金属電極よりもかな
り高い電流容量を有しているからである。また、グラファイト電極は、金属電極
のプラズマトーチシステムの頻繁なチップの交換に比較して、メンテナンスが少
なくて済む。しかしながら、タングステン又は同等の材料の如き他の金属元素を
電極材料として用いることができることを理解する必要がある。
同調可能な一体化されたシステムは、柔軟性及び有効性を極めて高くする電気
的及び機械的な設計上の特徴を有している。本発明のこの実施例の利点としては
、特に限定するものではないが、種々の物質を高品質で安定な非浸出性のガラス
にガラス化するための処理速度が大きいこと、及び、一体化されたシステムによ
り空間所要量が減少されることが挙げられる。ジュール加熱メルターは、深い容
積加熱を行い、また、溶融物プール全体にわたって一定の温度を維持して、均一
な混合特性を与え、これにより、均質で高品質なガラス産物を生じさせる。アー
クプラズマは、必要とされる表面の輻射加熱を行って、極めて効率的に且つ他の
技術よりも十分に大きな速度で、原料物質を処理する。アークプラズマ及びジュ
ール加熱メルターの同時に且つ独立的に制御可能な運転は、アークメルターの所
定の形態及び電気回路によって行われる。特に限定するものではないが、アーク
プラズマは、DCアークによって作動されるのが好ましく、また、ジュール加熱
メルターは、AC電源によって作動されるのが好ましい。DCアーク、及び、A
C駆動されるジュール加熱メルターの構造は、各々の要素を別個に制御して作動
させる機能を確保する。
メルターをアークプラズマと組み合わせて用いることにより、従来技術の技術
よりもより均一な加熱が行われる。また、ジュール加熱ガラスメルターにより与
えられる深い容積加熱(深部加熱)は、運転を容易にする。また、上記容積加熱
は、廃棄物を通る導通路を使用するアークプラズマの迅速な再起動を行うために
、廃棄物の中に十分な導電性を維持するために必要な一定の熱源も提供する。更
に、完全に一体化されたシステムは、炉壁をアークプラズマから遠くへ離すこと
を可能にし、その理由は、追加の熱源が設けられているからである。アークプラ
ズマから炉壁が離れる距離が増大することにより、原料の選択肢が増大し、また
、炉のライニングに対する熱応力が減少する。本発明は、また、非常に広範囲の
アークプラズマ及びジュール加熱のパワーレベルを有する長寿命の電極を使用す
ることを可能にする。
アークプラズマ及びジュール加熱メルターのパワー(出力)を別個に制御する
ことにより、表面及び深部の加熱を連続的に同調可能に混合することができ、そ
のような混合は、種々の運転モードに対して最適化することができる。例えば、
ガラスを注入するために又はガラスプールの温度を維持するために、追加の加熱
が必要となることがあり、一方、原料供給を開始する際には、追加の表面加熱が
必要になることがある。また、表面加熱及び深部加熱を種々に混合することは、
種々の廃棄物にとって妥当である。深部加熱に対する表面加熱の比率は、例えば
、大量の金属及び高温材料を含む産業廃棄物に比較して、都市廃棄物では小さく
なる。
本発明に従って製造される高品質のガラス化された産物は、種々の用途で使用
することができる。例えば、ガラス化された産物を破砕して、道路等に使用する
アスファルトに組み込むことができる。また、ガラス化された産物は、シンダー
又は建築用ブロックの代わりに使用することができ、これにより、ブロックの中
への水の吸収を極めて少なくすることができる。更に、ガラス化された産物は、
従来技術のガラス化された産物に比較して十分に体積が減少した最終的な形態に
固化させることができる。この固化された形態は、健康上の危険性又は環境への
危険性がなく、廃棄するのに適している。
本発明の重要な目的の中の幾つかを上に説明した。これらの目的は、本発明の
優れた特徴及び用途の中の例に過ぎないことを理解する必要がある。他の多くの
有益は結果は、後に説明するように本発明を種々の態様で変更して、上に開示し
た本発明を応用することにより、得ることができる。従って、本発明の別の目的
及びより十分な理解は、以下の「好ましい実施例の詳細な説明」を参照すること
により明らかとなろう。
図面の簡単な説明
本発明のより十分な理解を図るために、添付図面と共に以下の説明を参照され
たい。
図面において、
図1(a)は、本発明に使用するのに適したプロセス及び装置を示す概略的な
流れ図であって、アークプラズマが、直接的に結合された一体型の装置のメルタ
ーに加熱された物質を与えている状態を示している。
図1(b)は、本発明の別の実施例に使用するのに適したプロセス及び装置を
示す概略的な流れ図であって、図1(a)に示す燃焼器及びガスタービンエンジ
ンが、火花点火内燃機関又はジーゼル内燃機関で置き換えられている状態を示し
ている。
図2(a)乃至図2(e)は、本発明により直接的に結合されたアークプラズ
マ炉及びジュール加熱型のメルターを示している。
図3(a)及び図3(b)は、図2(a)乃至図2(e)に示すアーク炉のア
ークプラズマ部分及びジュール加熱型のメルターの構造だけに関するDC電気シ
ステム構造を示している。
図4(a)は、本発明のアークプラズマ炉及びジュール加熱型のメルターの別
の好ましい実施例を示しており、炉及びメルターが、共通の溶融物の浴によって
完全に一体化された装置として形成されている状態を示している。
図4(b)は、完全に一体化されたアークプラズマ炉及びメルターを示してお
り、メルター部分の電極が、アークプラズマ/メルター装置の垂直部分に対して
角度をなして位置決めされている状態を示している。
図4(c)は、図4(a)の完全に一体化された装置を本発明により誘導加熱
及び混合を行う磁気コイルと共に示している。
図4(d)は、本発明の別の実施例による二次サーマルブーストを備えた図4
(a)の完全に一体化された装置を示している。
図5は、別個に制御可能な電力供給システムを備えた、完全に一体化されたア
ークプラズマ炉及びジュール加熱型のメルターから成る装置を示している。
図6(a)及び図6(b)は、図5に示す完全に一体化された装置に使用され
るAC電気システム及びDC電気システムをそれぞれ示している。
図7(a)及び図7(b)は、電極の形態、及び、図5に示す完全に一体化さ
れた装置の幾何学的形状を示す平面図である。
図8は、図5に示す一体化された装置に従ってAC及びDCを共に導くAC電
極の一部に接続することのできる回路図を示している。
図面の数葉の図を通じて、同様な参照符号は、同様の部品を示している。
好ましい実施例の詳細な説明
ここで図1(a)を参照すると、本発明に従って使用するのに適したプロセス
及び装置の概略図が示されている。装置10は、一次処理ユニットを備えており
、この一次処理ユニットは、アークプラズマ炉12と、溶融室32とを有してい
る。図2に詳細に示すように、アークプラズマ炉12は、この炉の中に存在する
酸素の量を調節することができるように構成されている。炉12は、頂部12a
と、底部12bと、側部12c、12dとを備えている。また、炉12は、図1
に参照符号14、16、18、20aでそれぞれ示すように、少なくとも4つの
ポートを備えるのが好ましい。本明細書で説明するように、開口14は、アーク
炉12の中で形成されたガスを当該開口14を通して燃料ガスライン30に排出
して、燃料ガスとして使用するために処理できるようにする。開口すなわちガス
排出ポート14は、可燃性ガスの排出を調節することのできる通常の任意の材料
から形成することができる。例えば、特に限定するものではないが、炉12から
のガスの排出は、開口14に設けられる流量調整弁又は同等のものによって調節
することができる。ガス排出ポート14は、炉12の頂部12aに又は該頂部の
付近に設けられるのが好ましい。そうではなく、ガス排出ポート14は、図2に
示すように、チャンバ32の中に設けることができる。
図1(a)、図1(b)、並びに、図2(a)乃至図2(e)に更に示すよう
に、開口16は、炉12の中で形成されたスラグ又はガラス物質がジュール加熱
型のメルター(溶融室)32の中に流れるのを許容する。開口すなわちポート1
6を通る流れは、図2に示す如き傾斜壁12dを有するように炉12を構成する
ことによって、調節するのが好ましい。このようにすると、スラグ物質36は、
スラグ36が壁部12dを越えてメルター32に流入する所定レベルに到達する
まで、炉12の中に溜まる。特に限定するものではないが、壁部12dは、図2
に示すように、約45°の角度で形成することができる。スラグが壁部12dを
越えてメルター32に流入し始めるレベルは、炉の中の所望の滞留時間、及び、
廃棄物の供給速度に基づいて決定される。また、この構造は、ガラスを連続的に
除去することを許容すると同時に、ガスの流入又は流出を阻止する。
開口すなわち金属排出ポート18は、炉12の中で形成されて該炉の中に溜ま
った金属を排出して、炉12の中に形成されたガス及びスラグから分離すること
を許容する。排出ポート18は、炉12からの溶融金属物質の排出を調節するこ
とができる任意の態様で構成されている。例えば、流量調整弁又は流量調整機器
を用いて、排出ポート18を通って金属コレクタ28に流れる流れを調節するこ
とができる。開口16は、図1及び図2に示すように、炉12の側部12dに設
けられ、また、金属排出ポート18は、炉12の底部12bに又は該底部付近に
設けられるのが好ましい。特に限定するものではないが、炉12は、図2に示す
ように底部12bが傾斜するように、設計することができる。
廃棄物入口ポート20aが設けられており、これにより、廃棄物26は、廃棄
物供給装置20からポート20aを通って炉12の中に調節された状態で供給さ
れる。特に限定するものではないが、ポート20aは、廃棄物26の供給量を監
視するための流量調整弁又は同様なものを備えることができる。供給装置20は
、この供給装置を通して炉の中に空気を入れないものであれば、都市固形廃棄物
、あるいは、他の廃棄物(例えば、有害廃棄物、病院廃棄物、焼却炉等からの焼
却灰)を炉12に供給することのできる任意のタイプの通常の供給装置とするこ
とができる。
図1(a)に示すように、炉12は、図1(a)に示す如き空気入口ポート又
はガス入口ポート12eのような追加のポートを備えることができる。空気(又
はガス)入口ポート12eは、流量調整弁又は同様な流量調節装置を含んでいる
。ポート12eは、図1(a)に示すように、スラグ物質36付近のレベル(高
さ)において炉壁を貫通するように位置決めされるのが好ましい。このようにす
ると、空気50b(所定量の蒸気80を含むことができる)が、転換プロセスの
間に、調節された流量及び時間で炉12に注入されて、炉から出るガスの組成を
調節する。また、空気及び/又は蒸気を開口12eを介して導入して、原料物質
の中の総ての炭素が炭素含有ガス(例えば、CO、CO2、H2、CH4等)に確
実に転換されるようにすることができる。これにより、炭素が炭素含有ガスに完
全に転換されない場合に生ずるプロセスの間のチャーリング(焦げ付き)の量が
減少する。
耐火物24を用いて炉12をライニングする。耐火物24は、約3,000°
Cを超える温度を取り扱うことのできる適宜な材料から形成することができる。
例えば、特に限定するものではないが、炉12、及び、耐火物24の一部は、セ
ラミック又はグラファイトから形成することができる。
炉12は、グラファイトから形成されるのが好ましい単数又は複数の電極22
を備えている。電極材料としては、金属ではなくグラファイトを用いるのが好ま
しく、その理由は、グラファイト電極は、プロセスを単純化すると共に、金属ト
ーチで使用されるものよりもかなり高い電流容量を有しているからである。また
、グラファイト電極は、金属トーチ装置の頻繁なチップ交換に比較して、メンテ
ナンスの頻度が低い。炉のプリナムにおける条件は、部分酸化環境、及び、下式
の水/ガスの反応を促進する条件の両方を含むことが予測されるので、
C+H2O → CO+H2(600−1,000°Cにおいて)
特別な対策を講じなければ、グラファイトの消耗量は許容できないものとなるで
あろう。従って、グラファイト電極22を、ジルコニア、炭化ケイ素、窒化ホウ
素、又は、他の保護膜で被覆して、グラファイトの消耗量を最小限にして耐用寿
命を延ばすことが好ましい。例えば、炭素質物質を含む都市固形廃棄物を炉12
に供給する場合には、高い吸熱反応が起こって、可燃性物質を燃料ガスに転換し
、また、不燃性物質をスラグに転換するためには、約600kW−h/トン(都
市固形廃棄物量)を必要とする。
単一の又は複数の電極22を炉12の中のACアーク(交流アーク)又はDC
アーク(直流アーク)で作動させることができる。しかしながら、炉12の中で
はACアークではなくDCアークを用いるのが好ましく、その理由は、DCアー
クを用いると、アークの安定性が向上し、また、電極の消耗を低減することがで
きるからである。炉12の底部に溜まる金属は、金属排出ポート18を介して除
去することができる。炉12は、また、1又はそれ以上の電極86a、86bを
備えることができ、これら電極は、炉12の底部12bに又は該底部付近に設け
られるのが好ましい。
頂部32a、底部32b及び側部32c、32dを備える溶融室(溶融チャン
バ)32は、ジュール加熱型であって、炉12に直接接続されるのが好ましい。
ジュール加熱型のメルター32は、AC電源(交流電源)又はDC電源(直流電
源)を用いて加熱される。好ましい実施例においては、ジュール加熱型のメルタ
ー32は、AC電源で加熱され、一方、アーク電極22は、DC電源を用いる。
スラグ36を適正な温度に維持するためのエネルギ所要量は、メルターの外側面
からの熱損失に等しい。これは、極めて小さいことが証明されている。すなわち
、適正に設計された溶融チャンバに関して、約20−30kW/m2(スラグ又
はガラスの表面積)である。メルター32をアーク炉12に接近して接続する利
点の1つは、メルター32が、追加の溶融体積をもたらし、これにより、プロセ
スの滞留時間を長くすると共に、ジュール加熱型のメルターの底部の電極に金属
が短絡することを防止できるということである。これにより、より均質なスラグ
又はガラス産物が生じ、これをスラグ排出ポート82によって装置10から取り
出すことができる。
耐火物34が、ジュール加熱型のメルター32のライニングとして作用する。
耐火物は、約1,600°Cの温度に耐えることのできる任意の材料から形成す
ることができる。例えば、耐火物34は、セラミック又は同様な材料から形成す
ることができる。電極38a、38bは、スラグ36がメルター32に入った時
に電極38a、38bがスラグの中に埋没するように、メルター32の中で位置
決めされるのが好ましい。例えば、図1及び図2に示すように、電極38aをメ
ルター32の一側部32bに置き、一方、電極38bをメルター32の反対側の
側部32cに置いて、AC電流(交流電流)又はDC電流(直流電流)が上記両
電極の間を流れることができるようにする。電極38a、38bは、メルター3
2の底部32dに又は該底部付近に設けられるのが好ましい。しかしながら、十
分な電流がスラグ36を通ることができる限り、任意の構造の電極38a、38
bを本発明に従って使用することができることに注意する必要がある。また、メ
ルター32は、図2(a)乃至図2(e)に示すような追加の電極38cも備え
ることができることに注意する必要がある。
メルター32は、補助ヒータ装置90も備えることができる。図2(a)乃至
図2(e)に示すように、補助ヒータ90は、1又はそれ以上のヒータ92と、
導管98と、スラグ注入導管94と、ポート96と、スラグコレクタ100とを
備えている。特に限定するものではないが、図2(a)乃至図2(e)は、補助
ヒータ装置90の中に導管98を位置決めするための幾つかの代替的な構造を示
している。スラグ36は、メルター32から導管98を通って流れ、そこでヒー
タ92によって加熱される。スラグ36は、次に、スラグ注入導管94を通って
ポート96へ流れ、そこからスラグコレクタ100へ排出される。ポート96は
、加熱装置90からのスラグ36の排出量を調節するための流量調整弁又は同等
な手段を備えることができる。補助ヒータ装置90は、メルターの中のスラグの
レベルを維持するためにスラグの粘度を低下させることが望まれる場合に、使用
される。補助ヒータ装置は、また、スラグがスラグ容器の中に落下する前にスラ
グ排出口に接近する際の熱損失を補償する。従って、図2に示すように、スラグ
は、容器84及び/又は100の中に溜めることができる。有害廃棄物を処理し
ている時には、容器28、84、100をポート18、82、96に対してそれ
ぞれ密封して接続し、これらポートを通って空気及び/又はガスが装置に流入又
は装置から流出しないようにするのが望ましい。
ここで、本発明のプロセスを説明する。廃棄物26が、供給装置20から入口
ポート20aを介して炉12に供給される。上述のように、アーク炉12は、D
Cアークで作動する単数又は複数のグラファイト電極22を備えるのが好ましい
。この構成は、固形廃棄物を処理してガラス又はスラグ及び有用なガスにするの
に特に適している。
炉12の中のアーク216は、原料物質26に直接接触するように設計される
のが好ましい。三相AC電源をDC電源に変換してアーク炉12の中に安定なD
Cアークを発生させてこれを維持するために、2つのタイプの電源構造が本発明
に使用するのに適している。
図3(a)及び図3(b)は、図2に示すアーク炉のアークプラズマ部分及び
、ジュール加熱型のメルター構造のためだけのDC電源装置の構造を示している
。この複合装置のジュール加熱型のメルター部分は、Pacific Nort
hwest Laboratories又はDepartment of En
ergyによって現在有用に使用されているような通常のAC電源装置を利用す
ることができる。図3(a)に示すように、「フローティング」ダイオード又は
「クランピング」ダイオード212を有する通常のブリッジ形三相サイリスタ整
流器200が示されている。変圧器の二次巻線204が、第1位相202aの整
流を行うサイリスタ206a、206bにAC電圧を与える。同様に、変圧器の
二次巻線204は、第2位相202bの整流を行うサイリスタ206c、206
dにAC電圧を与え、変圧器の二次巻線204は、第3位相202cの整流を行
うサイリスタ206e、206fにAC電圧を与える。このようにして、図3(
a)に参照符号208で示される整流された位相が、点210a、210bの前
後に与えられる。
「クランピング」ダイオード212は、ブリッジ整流器の(+)218及び(
−)220の出力側の間に接続されている。インダクタ214が、「クランピン
グ」ダイオード212とアーク炉12との間の非接地出力ケーブルに直列に接続
されている。インダクタ214を用いて、アーク炉12の作動の間に安定なアー
ク216を維持するために頻繁に必要とされる過渡電圧を供給する。「クランピ
ング」ダイオード212の機能は、DCアーク216の電圧が整流器の開路電圧
を超えた時に、インダクタ214から電流を流すための通路を提供することであ
る。
次に、図3(b)を参照すると、三相AC電源をDC電源に変換する本発明に
使用するのに適した別の通常の回路230が示されている。このタイプの回路は
、炉12の中にDCアーク216を維持する際に使用するのに適しており、DC
アーク溶接装置で頻繁に使用される。この回路においては、図3(b)に示すよ
うに、可飽和リアクタ232a、232b、232cが、3つのAC変圧器二次
巻線の各々と及び三相ダイオード整流ブリッジとに直列に接続されている。可飽
和リアクタ232a、232b、232cの機能は、変圧器とダイオード整流器
のAC入力側との間のAC電流路のインピーダンスを変え、これにより、アーク
電圧がかなり急速に変動する場合でも、アーク216に所望量のDC電流を維持
する手段を提供することである。
図3(b)に示す回路230の変圧器の二次巻線204は、Y形またはΔ形に
することができる。二次巻線204がY形である場合には、一次巻線(図3(b
)には示していない)は、Δ形、あるいは、中立帰線を有する又は有しないY形
でなければならない。
「クランピング」ダイオードは、必ずしも、図3(b)に示すタイプの回路で
ある必要はなく、その理由は、ブリッジ整流器におけるダイオードがその機能を
果たすからである。インダクタ214は、炉12の中に安定なDCアーク216
を維持するために必要な過渡的なアーク電圧を供給するために使用される。
サイリスタ形又は可飽和リアクタ形の整流器は、通常はDCアーク電圧を超え
る十分に高いDC開路電圧を有することが重要である。また、いずれのタイプの
電源も、予め選択された大きさのDC電流を保持することができなければならず
、上記アーク電圧は、該アーク電圧が急速に変動している場合でも、0から通常
の開路整流器電圧の少なくとも90%の範囲になければならない。
アーク炉12が、DC電源ではなくAC電源で駆動される場合には、図3(b
)に示す可飽和リアクタ形の回路が好ましい。その理由は、そのような回路は、
通常のサイリスタ形のACスイッチよりも高いアークの安定性をもたらすからで
ある。
アークとの接触、及び、廃棄物26の中に存在する金属の比重により、炉12
の中には、3つの相又は層、すなわち、金属層、スラグ層及びガス層が形成され
る。アーク炉12は、原料廃棄物の組成に基づいて、約1,400−2,000
°Cの範囲の温度で、好ましくは、約1,550−1,600°Cの範囲の温度
で作動する。アークプラズマは、約3,500−4,500°Cの温度範囲で作
動する。
金属層すなわち相88は、重力分離によって、十分な量が溜まるまで、炉床1
2aの底部に蓄積される。次に、金属88は、排出ポート18を介して別個の容
器の中に排出される。上述のように、ポート18は、約1,400−2,000
°Cの温度範囲の金属を処理することのできる適宜な材料から形成することがで
きる。ポート18は、また、炉12からの金属88の排出量を調節するための流
量調整弁又は同様な手段を備えることができる。アーク炉12の中で発生したガ
ラス又はスラグ36は、堰の下を通過して、炉12に接続されているジュール加
熱型のメルター32に入る。ジュール加熱型のメルター32の中の運転温度は、
スラグの組成及び性質に応じて変化するが、メルター32は、約1,200−1
,600°Cで運転されるのが好ましい。
炉12及びメルター32の中の第1の運転モードは、熱分解である。しかしな
がら、大量の可燃性物質の処理を支援するために、部分酸化モードでの運転が必
要とされる場合がある。
図1に更に示すように、装置10は、また、タービン56と、発電機60と、
該発電機にアーク炉/メルターユニットを接続するために必要な機器とを備えて
いる。例えば、装置10は、熱風清浄器40と、排熱回収装置72と、空気48
及び水68の注入装置とを備えるのが好ましい。図1(a)には示されていない
が、廃棄物26を炉12に供給する前に、供給装置20において廃棄物26の原
料調整プロセスを行うこともできる。図1(a)に示す各装置に加えて、清浄器
40又はガス燃焼タービンから出るガスのための気体廃棄物洗浄プロセスを導入
して、そのようなガスから総ての酸性ガスを除去するのが望ましい。アーク炉1
2から出るガスに対して行う必要のある唯一のガス調整操作は、熱風清浄器40
の中における気固分離であって、これにより、タービン56に入る微粒子の量を
最小限にするのが好ましい。
炉12の中で発生するガスは、急速熱分解の結果として形成される可燃性ガス
である。本明細書で説明するように、急速熱分解は、一般的に、廃棄物の少なく
とも65%を燃焼に有用なガスに転換する。従って、本発明に従って用いられる
アーク炉12は、約2%の二酸化炭素、44%の一酸化炭素、43%の水素、2
%のメタン、及び、残りの軽質炭化水素を含むガスを発生する。炉12の中で発
生したガスは、ライン30を介して、熱風清浄器40へ搬送され、そこで、灰分
42が除去されて燃料ガス44から分離される。
吸入空気48がコンプレッサ46に入り、コンプレッサ46から出る空気50
は、幾つかの送給流に分割することができる。例えば、空気流50aを燃焼器5
2に供給し、また、空気流50bを炉12に供給することができる。
燃料ガス44は、燃焼器52に入って、空気50aと結合される。燃焼器52
の中で発生した熱いガス及び蒸気54は、タービン56を駆動する。このタービ
ンは、ライン58を介して発電機60に接続されており、該発電機によって電気
64が発生される。タービン56は、蒸気注入型の高効率ガスタービンであるの
が好ましい。そのようなタービンは、商業的に入手可能である。
特に起動時の間の自己出力運転を確実にするために、可変量の天然ガス又は他
のタイプの燃料53を燃焼器52(あるいは、図1(b)に示すような内燃機関
55)に供給することができる。
水68が、ポンプ66を介して装置10に入り、蒸気熱回収装置72(すなわ
ち、タービンから出る熱風62の熱を流れ70と交換する熱交換器)に到達する
。排気ガス74が、蒸気熱回収装置72の中で蒸気76から分離される。蒸気7
6は、タービン56への蒸気78として、また、空気流50bへの蒸気80とし
て、図1(a)にそれぞれ示すようにリサイクルされるのが好ましい。
次に図1(b)を参照すると、コンプレッサ46、燃焼器52及びガスタービ
ン56が内燃機関すなわち内燃エンジン55で置き換えられている点を除いて、
図1(a)に示すプロセスと同様のプロセスが示されている。内燃機関55は、
特に、同調可能な小型のプラズマ/メルター電気変換装置に関しては、コンプレ
ッサ/ガスタービンよりも、容易に利用することができ、且つ、コストをより効
率的にすることができる。空気50a、及び、補助燃料53を、燃料ガス44の
組成に基づく所定の態様で、内燃機関55に供給することができる。エンジン5
5の効率は、同調可能なプラズマ/メルター電気変換装置に必要とされる総ての
又は実質的に総ての電源に対して十分な電力を与えるのが好ましい。
特に限定するものではないが、内燃機関55は、非常に希薄なモード(すなわ
ち、水素/一酸化炭素のガスを燃料として使用する場合に、燃料に対する空気の
比率が高い)で運転されるのが好ましい。このようにすると、水素に富んだガス
から電気を発生することができる。約0.5−0.6の範囲の低い等量比(化学
量論比に対する燃料/空気比)で運転することにより、NOxの発生が大幅(す
なわち、化学量論比の運転に比較して100分の1以下)に低減される。炭化水
素及び一酸化炭素の排出量も極めて低くすべきである。
火花点火型の内燃機関は、極めて小型の装置に対して廉価であり、タービンよ
りも起動及び停止が容易であるという利点を有している。特に起動時に所望レベ
ルの電力を容易に発生させるために、水素富化されたガス、プロパン、天然ガス
、又は、ジーゼル燃料の如き補助源を用いて、内燃機関を駆動することができる
。補助燃料の量は、廃棄物の組成(すなわち、流入廃棄物の発熱量、廃棄物の中
の可燃性物質の量、並びに、廃棄物処理を行うための電力需要)に応じて変化す
る。
本発明の別の好ましい実施例が、図4乃至図8に示されている。この実施例に
おいては、DCアーク、及び、ジュール加熱型のAC電気システムが完全に一体
化されていて、単一のガラス溶融物の中で同時に作動するが、特殊な電気供給回
路を用いることによって、電気的には互いに絶縁されている。従って、図4(a
)乃至図4(c)、並びに、図5に示すアークプラズマ/メルター複合体は、熱
的及び電気的に一体化されており、一方、図1(a)、図1(b)及び図2に示
すジュール加熱型のメルターに接続されているアークプラズマ炉は、一方向にお
いて熱的に接続されている(すなわち、ジュール加熱型のメルターの中の溶融浴
の中の熱は、アークプラズマ炉の中の電流路の主要な部分を形成する溶融浴を加
熱するためには使用されない)。
完全に一体化された本発明のプラズマ/メルター装置は、プラズマ加熱とガラ
スメルター加熱との間で連続的に同調可能な電力部分を有するという利点を持っ
ている。例えば、装置の一方の部分(例えば、アークプラズマ又はメルター)を
使用することが望ましい場合に、連続的に同調可能な独立した電力の供給を行う
ことができる。連続的に同調可能な独立した電力の供給は、変動する条件の下で
の運転を確実に且つ容易にする。連続的に同調可能な独立した電力の供給は、更
に、固形廃棄物(例えば、ガラス)及び廃ガスを更に調節することにより、効率
を改善すると共に、環境的な魅力を極めて高くする。
アークプラズマ及びメルターの連続的に同調可能な独立した運転は、ユーザが
種々のタイプの加熱を選択することを可能にする。例えば、アークプラズマ(又
は複数のプラズマ)は、輻射による表面加熱を行う。供給の開始時に大量のプラ
ズマの力を用いることができる。連続的な供給の間には、幾分少ないが依然とし
て十分な量のプラズマの力を用いることができる。廃棄物表面を高温で加熱する
ことにより、高い処理能力並びに迅速な熱分解が促進され、これにより、高品質
の可燃性ガスを製造することができる。高温の表面加熱は、廃棄物の溶融が困難
である場合、あるいは、廃棄物の導電性が高くてアークプラズマが存在しない状
態におけるガラスによるジュール加熱の有効性が制限される場合にも必要とされ
る。
メルターのガラス電極によるジュール加熱は、深い容積加熱をもたらす。この
タイプの加熱は、溶融物プール全体における混合を促進することにより、高品質
のガラスの製造を確保する。そのような加熱は、また、より安定な転移アーク作
用を行う導電性の物質をもたらす。容積加熱の独立した使用は、原料の供給がな
い場合の小さい電力所要量において、廃棄物を溶融状態に維持するためにも利用
することができる。容積加熱は、ガラスを注入するためにも重要である。
プラズマ加熱及びガラスメルターの加熱の連続的に同調可能な電力供給は、ガ
ラスを注入するための特別な容積加熱の使用、あるいは、物質の過剰な揮発の如
きプラズマ加熱及び炉壁の熱応力の如き悪影響を増大することなくガラスの製造
を改善するための特別な容積加熱の使用を容易にする。
あるタイプの廃棄物流れを処理している間の連続的に同調可能な独立的な電力
供給に加えて、一体化されたプラズマ/メルター装置の同調可能な特徴を用いて
、異なるタイプの廃棄物流れの処理を最適化することができる。例えば、都市廃
棄物の流れは、一般的に、高融点物質、及び、大部分が無機物質から成る有害な
産業廃棄物を含む流れよりも、相対的に低いプラズマパワーを必要とする。
容積加熱メルターを用いることにより、プラズマ電極の構造の選択肢が広範囲
になる。容積加熱メルターは、材料を実質的に溶融した導電性の状態に維持する
ので、2以上のプラズマ電極を容易に用いることができる。その理由の一部は、
溶融物質が電極の間に導電路を形成するからである。従って、1又はそれ以上の
プラズマ電極を使用するために、連続的に同調可能な運転が容易に可能となる。
この大きな柔軟性を用いて、可燃性ガスの製造を最適化し、微粒子の排出量を最
小限にし、また、電極の磨耗を減少させることができる。
従って、プラズマ及びメルターの加熱装置を連続的に同調可能に且つ独立的に
励起することにより、大幅に拡張された温度制御がもたらされる。従来は可能で
なかった空間的且つ一時的な温度調節を用いて、複合型のアークプラズマ及びメ
ルターのガラス化システムの実際的な且つ環境的な魅力を改善することができる
。
本明細書に説明するように、本発明に従ってジュール加熱型のメルターをアー
クプラズマと完全に一体化することにより、2つのアークプラズマ電極を有する
細長い溶融チャンバの使用も容易になる。溶融物質は、上記2つのアークプラズ
マ電極の間に導電路又は電流路を形成することができる。この構成は、廃棄物の
供給及びスラグのタッピングの柔軟性を大幅に向上させ、また、アークプラズマ
電極の寿命及び強度を高める。2つのアークプラズマ電極を有する細長いチャン
バの構造は、ジュール加熱型のメルターによって容易になる。その理由は、ジュ
ール加熱型のメルターは、炉のアイドル期間の間に2つのアークプラズマ電極の
間に導電路を維持するために必要な熱を発生することができると共に、細長い溶
融チャンバの中を均一に加熱するからである。
図4乃至図8に示す本発明の実施例は、通常の標準的なジュール加熱型のメル
ターの場合のように、埋没された電極を使用することによって、必要とされるA
C電力が溶融物を通過することを許容する回路構造を備えている。この回路構造
は、上方の可動電極の間の溶融物によって、あるいは、必要であれば、これら電
極及び/又は埋没した対向電極の間の溶融物によって、DCアークプラズマ回路
を同時に作動させることもできる。廃棄物のタイプ、及び、溶融スラグの性質が
、好ましい運転モードを決定することになる。
一体型のアークプラズマ/メルター装置300が、図4(a)乃至図4(d)
に示されており、この装置は、反応槽302を備えている。ジュール加熱型のメ
ルターは、最小限のエネルギをプロセスに入れることによって、高品質の熱分解
ガスを製造することを容易にする。このような状況が存在する理由は、アークに
対するエネルギ入力は、アークゾーンの物質の熱分解及び溶融に必要とされるエ
ネルギ程には大きくする必要がないからである。溶融していない原料物質の下方
の溶融物の浴(溶融浴)は、アークプラズマ炉だけを使用する場合とは対照的に
、ジュール加熱を用いて所望温度に維持される。空気/酸素、及び/又は、空気
及び蒸気の混合物が添加されて、溶融物の表面からチャーを除去して、ガラスの
酸化還元状態を調節する。ジュール加熱型のメルターは、ガス/流れ混合物が導
入される浴の側部付近にエネルギ(すなわち熱いガラス)を与える。一体型の装
置300は、補助ヒータ320を備えることもできる。
反応槽302は、頂部302aと、底部302bと、側部302c、302d
とを備えている。底部302bは、図4に示すように、概ねV字形状の形態を有
している。反応槽302は、更に、廃棄物330を導入するための少なくとも1
つのポートすなわち開口304aを備えている。好ましい実施例においては、反
応槽302は、図4(a)乃至図4(d)に示すように、複数のポートすなわち
開口304a、304bを備えている。ポート304a、304bは、反応槽3
02の中への廃棄物330の流れを調節し、且つ、該ポートを通って反応槽30
2の中に空気が入るのを防止するための、流量調整弁又は同等の手段を備えるこ
とができる。また、上記ポート304a、304bは、1又はそれ以上のポート
を互いに別個に又は同時に選択的に使用できるように、制御できるようにするの
が好ましい。反応槽302は、また、ガスポートすなわち開口306と、金属/
スラグ注入ポートすなわち開口310とを備えている。図1(a)を参照して上
に説明したように、ポート306から出るガスは、ライン30(図1(a)及び
図1(b)に示す)に入り、スクラバ、タービン又は同等の手段に送られて更に
処理されるのが好ましい。ポート306には、流量調整弁又は同等の手段が設け
られていて、これにより、反応槽302の中で形成されたガスは、ライン30の
中に選択的に解放することができる。金属/スラグポート310は、流量調整弁
又は同等の手段を有するように設計されており、これにより、プロセスの間の所
定の時間に、金属及び/又はスラグを除去して金属/スラグコレクタ312に導
入することができる。有害廃棄物を処理している時には、空気及び/又はガスが
システムに入らないように、又は、システムから出ないように、コレクタ312
をポート310に密封的に接続することが望ましい。
チャンバ320は、図2に示す補助ヒータ90と同様に機能する。すなわち、
金属/スラグ層332の中の金属は、比重差により、反応槽302の底部に向か
って移動する。金属/スラグ層332の中のスラグは、開口すなわちポート32
6aを通って導管326に入る。導管326は、図2(a)乃至図2(e)の導
管98に関して図示し且つ説明したいずれかの形態と同様に位置決めすることが
できることを理解する必要がある。スラグ334は、均質なスラグ産物を発生さ
せるに十分な時間にわたって、チャンバ322a、332bによって更に加熱さ
れる。スラグ334は、次に、スラグ注入導管324及びポート328を通過し
、従って、チャンバ320を出てスラグコレクタ336に入る。有害廃棄物を処
理している時には、空気及び/又はガスが装置に入ったり装置から出ないように
、コレクタ336を密封的にポート328に接続するのが望ましい。
反応槽302は、また、複数のACジュール加熱電極308a、308bを備
えている。図4(a)に更に示すように、電極308a、308bは、互いに離
れて側部302c、302dにそれぞれ位置決めすることができる。また、電極
308a−308bは、プロセスが使用されている時にスラグ332の混合物の
中に埋没するように、位置決めされている。
図4(b)は、本発明に従って電極308a、308bを位置決めするための
別の構造を示している。図4(b)に示すように電極308a、308bを位置
決めすると、電極の交換が容易になる。すなわち、このタイプの構造は、炉床の
排液を行うことなく、電極の交換を行うことを可能にする。炉床の排液を行うこ
とは、炉のライニングを劣化させることが多いので、望ましくない。従って、電
極308a、308bをそれぞれの角度309a、309bをなして設けると同
時に、ガスの流出すなわち解放を阻止することにより、必要に応じて電極を容易
に交換することができる。特に限定するものではないが、炉のそれぞれの内側部
に対する電極309a、308bの角度309a、309bは、約30°−45
°であるのが好ましい。金属電極又は被覆されたグラファイト電極をジュール加
熱型のメルターに用いることも望ましい。電極338は、炉床の内側面に位置す
る限り、任意の角度で位置決めすることができる。単数又は複数のアークプラズ
マ電極は、グラファイトから形成されるのが好ましい。電極の底部から直ぐ上方
の電極の長さの部分は、腐食速度を減少させるために、被覆することができる。
図4(b)に更に示すように、AC駆動されるジュール加熱電極308a、3
08bは、炉302の側部302c、302dにそれぞれ挿入されるのが好まし
い。上述のように、炉のそれぞれの内側部に対する電極の角度309a、309
bは、約30°−50°であるのが好ましい。各々の電極の頂端部は、炉の金属
囲壁の外側まで伸長するのが好ましく、電気的に接地された炉体(炉のシェル)
から電気的に絶縁されることになる電気接続部で蓋をすることができる。各々の
電極の底端部は、所望の深さまで溶融物の浴(溶融浴)の下方に埋没している。
電極の侵入点を溶融物の表面よりも下の適正な位置に選択することにより、電極
のいずれの部分も、DCアーク又は該アークからの放射線に暴露されることがな
く、これにより、その電極の寿命を長くすることができる。
電極308a、308bを交換する必要がある場合には、消耗した電極を溶融
浴から引き抜く。新しい電極を予熱することなく溶融浴の中に挿入する場合には
、そのような冷たい電極は、溶融浴に接触する箇所で溶融浴の粘度を増大させ、
これにより、そのような新しい電極を溶融浴の中に挿入することを困難にするこ
とがある。従って、電気的に絶縁されていて電流が制限された特殊な電源を用い
て、上記電極を電気的に励起することも望ましい。そのような特殊な電源は、溶
融浴と電極との間の接合点に追加の熱を与えて、新しい電極を溶融浴の中に完全
に埋没させることを可能にする。好ましい実施例においては、適宜な電気的及び
熱的な絶縁を各々の電極に設けて、各々の電極が、通常の運転の間に、炉の金属
囲壁から熱的に且つ電気的に絶縁されるようにすることもできる。
図4(c)は、本発明の別の実施例を示しており、この実施例においては、磁
気コイル315a、315bを用いて、誘導加熱及び/又は混合を行うことがで
きる。複合型のDCアークプラズマ/メルターに導入されている特定の廃棄物の
流れと同等の最適の溶融速度をもたらすために、炉のメルター部分及び炉のDC
アーク部分によって通常生ずる以上の追加の攪拌又は混合を行うのが望ましい。
これは、コイル315a、315bの如き戦略的に配置された磁気コイルを追加
して、より大きなJ×B力を発生させ、このJ×B力によって、溶融浴の中に追
加の混合作用及び/又は加熱作用を生じさせることにより、達成することができ
る。コイル315a、315bは、炉の金属シェルの中で金属プールの耐火物ラ
イニングの背後に設けることができる。そうではなく、炉体が304L又は31
6等級のような非磁性ステンレス鋼から形成されている場合には、上記コイルは
、シェルの外側に設けることができる。コイル315a、315bは、AC電源
に接続されている。この電源の周波数は、材料に応じて変化することができる。
この浴の混合作用の促進は、炉の電極の寿命及び廃棄物の処理量を増大させるこ
とのできる、「同調」のタイプの一例である。
ジュール加熱型のメルターの使用に応用される表面混合の同調性及び容積加熱
の同じ特徴が、プラズマと共に誘導加熱型のメルターを使用することに適用する
ことができる。好ましい実施例においては、誘導加熱の機能を、図4(c)に示
すアークプラズマ/ジュール加熱型のメルター装置に設けられている。幾つかの
タイプの廃棄物処理に関しては、アークプラズマ及び誘導加熱だけで運転するこ
とが望ましい場合がある。この実施例の代表的な装置は、ジュール加熱電極を持
たない図4(c)に示す装置と同じである。磁気コイルを、図1(a)及び図1
(b)に示すアークプラズマ/メルターの複合体と共に用いて、誘導加熱及び/
又は混合を行うこともできる。これらの実施例においては、アークプラズマ炉及
びジュール加熱型のメルターには各々、コイルが設けられている。このようにす
ると、アークプラズマ炉と共に使用されるコイルは、ジュール加熱型のメルター
に関連して使用されるコイルとは独立して、運転及び制御することができる。
図4(d)は、本発明の別の実施例を示しており、この実施例においては、別
の形態のプラズマメルタープロセスが、二次的なサーマルブースト装置307を
採用している。この装置は、チャンバの中に設けられるアークプラズマとするこ
とができ、該アークプラズマは、必要な熱エネルギを発生して、一次プラズマ/
メルタープロセスを出る凝縮可能な部分を更に破壊する。例えば、図4(d)に
示すように、二次サーマルブースト装置307は、ポート306付近に又は該ポ
ートの中に設けることができる。
プラズマメルタープロセスに関する廃棄物の電気エネルギへの転換は、固形廃
棄物及び液体廃棄物の気体状の製品ガスへの最大転換率に依存する。熱分解プロ
セスにおいては、排出ガスの一部は、中程度の重さのオイルよりも軽い凝縮物を
含むことがある。プラズマ/メルターの一次チャンバを出るガスは冷却され、上
記凝縮物が炉温で存在するために、廃ガスの一部の液化が生ずる。プラズマ廃ガ
スの二次チャンバが、上述のオイルを非凝縮性の可燃性ガスに転換して、流入す
る廃棄物からのエネルギ値の回収率を高める。
二次プラズマチャンバ307が図4(d)に示すように位置決めされた場合に
は、炉の一次チャンバを出るガスの温度は、二次プラズマチャンバ307に入る
までは低下しない。その理由は、上記2つのシステムが直接的に結合されている
からである。これにより、クラッキング(分解)及びガス化プロセスに必要とさ
れる全エネルギが極めて少なくなる。
アークプラズマメルタープロセスの気体状の流出物のエネルギ回収率が向上す
ることに加えて、プラズマ廃ガスチャンバ307は更に、炉の一次チャンバの中
で分解されない有毒な化学種を除去する。これにより、フラン及びダイオキシン
を形成するような総ての前駆体化学種を分解するプロセスの有効性が向上される
。また、揮発性及び半揮発性の有毒有機物を処理する時には、二次プラズマチャ
ンバは、総ての有毒な化学種を効果的に分解することができる。炉から出た総て
の凝縮性の化学種は、二次プラズマチャンバの中で可燃性ガスに転換されるので
、二次的な廃棄物の生成は極めて少ない。プラズマ廃ガスチャンバは、常に必要
とされるものではなく、プロセスの間に別個に制御することができることを理解
する必要がある。
DC電極314a、314bが、図4(a)又は図4(b)に示すように、反
応槽の中に設けられている。1又はそれ以上の追加の電極338を図4又は図5
に示すように設け、これにより、正(+)の出力部340、及び、負(−)の出
力部342を形成することができる。
一体型の装置300の1つの形態は、コンデンサ356、及び、電力の分配を
行う特定の構造を採用している。図5に示すように、アーク314用の一対の電
極314、338を有する単相のジュール加熱型プラズマ/メルター302が示
されている。メルター302のジュール加熱部分は、AC電源346を用いるの
が好ましく、一方、メルター302のアーク部分は、DC電源348を用いるの
が好ましい。
図5に示す好ましい実施例は、DC電気システム346及びAC電気システム
348から成る複合体を用いており、上記両方の電気システムはそれぞれ、単一
の槽すなわちメルタータンク302の中の電極に電力を供給する。上記槽すなわ
ちタンクの中では、廃棄物330が、ガラス化を含む転換プロセスによる処理を
受けている。DCアーク電流314、338は、ジュール加熱AC電極308a
、308bと相互作用を行うので、特殊な工程を採用して、そのような相互作用
、並びに、ジュール加熱電極に電力を供給する変圧器の故障を防止しない限り、
特殊な回路が必要になる。この回路は、アークプラズマ、及び、ジュール加熱型
のメルターの完全に独立した制御を可能にする。
DCアーク電極ではなく、単相、二相又は三相のACアーク電極を用いる場合
には、ACアーク回路とジュール加熱AC回路との間には、依然として相互作用
が存在する。AC−AC相互作用は極めて複雑であるが、発生しうる多くの依存
型の相互作用があり、このような状況から、局部的な加熱及び電極の摩食すなわ
ちエロージョンを制御することは困難である場合が多い。従って、ジュール加熱
型AC回路と組み合わせて、DCアーク回路を用いるのが好ましい。
DC電源348は、インダクタ360と、一次巻線362と、二次巻線366
a、366b、366cと、可飽和リアクタ364a、364b、364cとを
備えている。一次巻線362は、Δ形であるのが好ましい。可飽和リアクタ36
4a、365b、364cはそれぞれ、二次巻線366a、366b、366c
に直列に接続されている。
DC電流348が、廃棄物330、及び、変圧器352(DC電流348が変
圧器352の巻線を通るのを阻止する手段を全く備えていない)の端子に直接接
続された埋没型のジュール加熱AC電極308a、308bを有するスラグ/金
属溶融プール332を通った場合には、変換器352のコアが飽和する。これに
より、変圧器352の一次巻線350の電流が増大して、変圧器352は極めて
短時間で故障する。従って、アークプラズマ及びジュール加熱型のメルターを槽
302の中で同時に作動させるためには、AC電流346を溶融プール332に
引き続き通してジュール加熱を行い、これと同時に、DC電流の流れ348を阻
止する必要がある。 キャパシタすなわちコンデンサ356を用いて、DC電流
348を阻止すると共に、AC電流346を通過させる。コンデンサ356は、
広範囲の炉の運転条件にわたって各々の相の電流をバランスさせるために、変圧
器の各々の二次巻線354に直列に接続されるのが好ましい。図5に更に示すよ
うに、コンデンサ356は、二次巻線354に接続されており、該二次巻線は、
可飽和リアクタ358に接続されている。
図6(a)及び図6bは、本発明に使用するのに適した回路構造を示している
。すなわち、三相交流電源346が、図6(a)に示されており、一方、DC電
源348が、図6(b)に示されている。この回路は、全AC電気システム34
6によって反映される槽すなわちメルター302の中の各々のAC電流路のイン
ダクタンスと、溶融プールすなわち溶融浴332を通る電流路の非直線的な抵抗
と、電極インターフェースと、電力供給ケーブルと、変圧器376の二次巻線3
72a、372b、372cと、ジュール加熱炉の回路の直列要素として接続さ
れたコンデンサ370a、370b、370cのキャパシタンスの大きさとを含
んでいる。AC電源360は、また、一次巻線350と、可飽和リアクタ374
a、374b、374cと、電極368a−368fとを備えている。可飽和リ
アクタ374a−374cはそれぞれ、二次巻線372a−372cに接続され
ている。
ジュール加熱炉の回路の如き非直線的な抵抗器に直列である回路のAC電流が
正弦波であることは稀であるので、公益事業会社によって供給される60Hz(
ヘルツ)の正弦波に重畳される60Hz以外の幾つかの調波周波数を励起するこ
とが可能である。この回路においては、非直線抵抗を考慮して、適正なダンピン
グ従って安定な運転を得るための電気部品を特定することが重要である。また、
上記コンデンサの電圧、電流及びキャパシタンスの定格は、炉の電極における全
システムインダクタンスの一連の共鳴周波数が、炉の中を見た場合にそのような
同じ電極に見られる最も低い抵抗値に60Hzの有効抵抗値を加えたものに等し
いか、あるいは、(L/C)1/2の1.5倍又は好ましくは2倍になるようにす
るのが重要である。上式において、Lは、電気システムの全インダクタンスであ
り、Cは、コンデンサ370a、370b、370cのキャパシタンスである。
全有効抵抗値Rは、(L/C)1/2の2倍とすべきであるが、電流における共鳴
上昇は、(L/C)1/2の1.5倍であれば、無視し得るものである。
図6(b)に示すように、DC電気システム348は、Y形又はΔ形の二次巻
線384a−384cを有する電力変圧器を備えることができる。また、図6(
b)に示すように、順変換装置は、三相全波整流器であるのが好ましい。整流器
は、図3(a)に示すように、電流制御型のサイリスタ整流器、すなわち、第3
の電極に印加される信号によってアノード/カソード電流(極間電流)が制御さ
れるシリコン制御整流器とすることができる。別の実施例においては、整流器は
、図3(b)に示すような所望のDC電流を維持するためのDC電流制御を有す
る三相全波ダイオード整流器とすることができる。サイリスタ整流器を用いる場
合には、全定格電流フローティングダイオードをDC出力端子378a、378
bの前後に設けることが重要である。三相整流器を用いる場合には、DCの「フ
ローティング」ダイオード又は「クランピング」ダイオードを追加する必要はな
く、その理由は、そのようなダイオードで十分であるからである。
DCアーク炉に関しては、可飽和リアクタ制御装置386a−386cを有す
る三相全波ダイオード整流器を用いるのが好ましい。どのようなタイプの電源を
使用するかに関係無く、インダクタを接地されていないDC電力線に直列に接続
することが重要である。上記リアクタは、炉の状態がDCアーク電圧が突然上昇
するような状態である場合に、エネルギを迅速に供給するために必要である。
炉又はメルター302の内側の底部が、セラミック又は同等な手段の如き適宜
な耐火物から形成されていて、熱い状態において導電性が乏しい場合には、対向
電極380は、ジュール加熱電極368a−368fの間の炉302の床の一部
を押し下げて凹所を形成し、次に、溶融金属ドレーンチューブを若干持ち上げ、
これにより、金属が排出された後でも、炉床の上記凹所の中に金属のプールが留
まるようにすることによって、形成することができる。この金属は、ACジュー
ル加熱回路のための対向電極380として作用すると同時に、DCアーク回路電
極として使用することができる。
金属製の炉底電極380は、図6(b)の回路図で示すような種々の形態を用
いて接続することができる。いずれにしても、1又はそれ以上の電極を炉又はメ
ルターの底部に通すことが好ましい。これらの電極は、グラファイト又は金属と
することができる。図6(b)及び図8の回路はそれぞれ、金属電極380、4
06に対する電気接続部と直列のスイッチ388、436を備えていることに注
意する必要がある。これらのスイッチの機能は、移送モード、又は、非移送モー
ド、あるいは、これら両モードの同時の組み合わせにおいて、単数又は複数のD
Cアークを作動させることである。
炉302(図4及び図5に示す)の物理的な形状が独立して設けられた2つの
制御可能な電極を使用するのに適している場合には、DCアーク電極及びACジ
ュール加熱電極は、同時に作動させることができ、その際に、有害な電気的な相
互作用が生ずることはなく、有害廃棄物及び病院廃棄物を含む総てのタイプの廃
棄物をガラス化するための有益な相互作用が生ずる。
図7(a)及び図7bの本発明の実施例に示す炉又は槽400の中の電極の形
態は、設備を遠隔制御するのに適している。図7は、炉の構造を別個の平面図で
示す2つの概略図を示している。図7(a)は、細長い構造を示しており、一方
、図7(b)は、丸い構造を示している。これら両方の構造は共に、1、2又は
それ以上の固体グラファイト電極を使用することができるが、2つの電極(図7
(a)に示す)を有する細長い形態を使用するのが好ましく、その理由は、この
設計は、各々独自の円筒形の囲壁の中に収容されている2つの別個の小径の電極
昇降装置に特に向いているからである。ジュール加熱電極402a−402fの
幾つか又は総てを、DCアークシステムのための対向電極404a−404bと
しての直列コンデンサに接続することができる。ジュール加熱電極402a−4
02fを、電極406に直列に接続することもできる。この場合には、図6(b
)に示すように、スイッチ388も含まれる。AC電流の量を調節して、そのピ
ーク値が、ジュール加熱電極404a−404fに担持されているDCアーク電
流の値を超えるようにすることによって、電流の逆転が常に生ずることになり、
そのような電流の逆転は、上記電極における分極を極めて少なくする傾向がある
。
処理する廃棄物のタイプに応じて、DC電源412のシステム中性点(ニュー
トラル)436をジュール加熱電極422a、422e、422cに接続するの
が望ましい。上記ジュール加熱電極はそれぞれ、ACコンデンサ416a−41
6cに接続された電極であって、図8に示す変圧器の二次巻線418a−418
cをDC電流が流れるのを阻止するために使用されている。DC電源412及び
AC電源410の接続部は、図8のライン438によって示されている。この接
続部を用いる理由は、炉のウォームアップの間の溶融プールの表面に接近して3
つの追加の対向電極を設け、これにより、炉床の上の対向電極の直ぐ上方の物質
が、DCアークの安定性を支援するに十分なDC電流を導通させるのに十分に熱
くなる前に、中立のDC搬送電流428が流れて、正(+)及び負(−)のDC
アークを安定化させる助けをするようにするためである。
また、3つのスイッチ434a−434cを中性点及び電極422a、422
b、422cに直列に接続して、電極422a−422fの間のDC電流及びA
C電流の大きさを制御するようにすることも望ましい。AC電源装置410は、
一次巻線414と、可飽和リアクタ420a−420cにそれぞれ接続された二
次巻線418a−418cとを備えている。DC電源412は、インダクタ42
4a、424bと、可飽和リアクタ432a−432cにそれぞれ接続された二
次巻線430a−430cとを備えている。
ガラス溶融タンクのジュール加熱AC電源410は、ガラスタンク全体にわた
ってほぼ一定の温度を与え、これにより、アークの寸法的な制約(すなわち、ア
ークパワー、電極の直径等)を最小限にする。DCアークは、炉/メルターの中
に基本的に存在して、供給速度を向上させる。これにより、他の入手可能なガラ
ス化装置に比較して、本発明の新規に構成されたメルター技術をより柔軟にする
。アークは、溶融していない過負荷の流入原料にエネルギを供給し、また、メル
ター装置のジュール加熱部分は、熱いガラスプールを維持して、ガラス混合物の
溶解及び混合を完全に行わせる。
アーク技術を単独で用いた場合には、炉床の含有物を、炉床の中心においてだ
けではなく、炉床の壁部においても十分に溶融させるためには、電極/炉床の直
径比を大きくしなければならなくなる。従って、炉床の寸法は、電極の直径に実
際上の制約があるために、制限されることになる。しかしながら、炉床又はガラ
スタンクをジュール加熱する場合には、上述の制約は最早存在せず、タンクは、
滞留時間が総てのガラス成分を完全に混合及び溶解させるのに適するように、寸
法決めすることができる。
アークを用いることなくメルター技術を採用した場合には、供給速度はかなり
小さくなる。その理由は、溶融プールから溶融ガラスの上の溶融していない原料
への熱伝達には制限があるからである。大きな処理能力を可能にするための標準
的な手法は、溶融物の表面積を増大させることである。従って、与えられた処理
速度に関して、ジュール加熱メルターは、本発明の複合型のアーク溶融装置より
も、かなり大きくする必要がある。本発明は、DC及びACの両方のジュール加
熱メルター技術の利点を、単一の最適化された装置において利用している。
複数のアーク電極を用いてこの複合型の装置を起動又は再起動させることがで
きるが、溶融物が加熱された後には、ジュール加熱を用いて、長いアイドリング
期間の間に溶融浴を維持することができる。これは、アーク作用を起動又は再起
動するために、アークを移送モードで直ちに開始することができることを意味し
ている。
アークプラズマ炉及びジュール加熱メルターを本発明に従って組み合わせるこ
とにより、原料廃棄物を迅速に加熱して、与えられた寸法のプロセスに関して高
い処理量を生じさせる方法が提供される。この速い加熱速度は、また、より高品
質の熱分解ガスを生成させる。より多くのエネルギが回収され、ガス放出物の中
の汚染物は少ない。また、本発明のジュール加熱メルターは、均質なガラス産物
を極めて高い安定性をもって製造する混合を行うことが証明された、大きなリザ
ーバを提供する。これは、ガラス化されたガラス産物が地質学的な時間の単位に
わたって安定であるので、有益である。例えば、Beelt et al.の”
In Situ Vitrification of Transuranic
Wastes”(Systems Evaluation and Appl
ication Assessment, PNL−4800 Supplem
ent 1, Pacific Northwest Laboratory,
Richard, WA. (1987))を参照のこと。また、本発明は、
更に、単独の焼却処理から発生する発生する灰分に比較して、ガラス化すること
により体積が減少した灰分をもたらす。Chapman, C.の”Evalu
ation of Vitrifying Municipal Incine
rator Ash”(Ceramic Nuclear Waste Man
agement IV, Ceramic Transaction, G.G
. Wicks, Ed., vol. 23, pp. 223−231,
American Ceramic Society (1991))を参照の
こと。
上述のように、本発明は、高速熱分解を容易にする方法を提供する。高速熱分
解は、他の熱分解手段よりも、高純度の熱分解ガスを生ずる。この高純度ガスは
、最近開発された小型の高効率ガスタービン技術と共に使用することを容易にし
、従って、通常の蒸気タービンに比較して、効率を大幅に向上させ、必要とされ
るタービンの装置寸法を減少させる。DCアークは、高速の熱分解を効果的に行
うための高温の熱源を発生する。Graef, et. al.の”Produ
ct Distribution in the Rapid Pyrolys
is of Biomass/Lignin for Productiono
f Acetylene, Biomass as a Nonfossil
Fuel Source”(American Chemical Socie
ty (1981))は、プラズマ炉で見られるような条件において、都市固形
廃棄物を熱分解して、表1に示すような気体状産物を生成することができること
を示している。
通常の熱分解を高速熱分解と比較すると、流入廃棄物の大きな割合がガスに転
換されていることに気付くことが重要である。熱的なすなわち通常の熱分解は、
液化を促進して、僅かに45−50%の熱分解ガスへの転換率しか示さず、一方
、高速熱分解は、65%よりも大きいガスの歩留を有している。都市廃棄物の高
速熱分解は、水冷型の金属プラズマトーチを用いることを示している。Cart
er, et. al.の”Municipal Solid Waste F
easibility of Gasfication with Plasm
a Arc”(Industrial and Enviromental A
pplications of Plasma, Proceedings o
f the First International EPRI Plasm
a Symposium (May 1990))を参照のこと。部分酸化の運
転モードにおいては、両方の技術からの残留物が酸化されて、熱分解のエネルギ
所要量を相殺している。
本発明に従って発生した熱分解ガスは、従来技術の高効率ガスタービン発電機
において燃焼させるのに良く適している。新しいガスタービン複合サイクル装置
の効率は、50%近くであるので、廃棄物をエネルギに転換する本発明の方法は
、標準的な廃棄物焼却炉の効果的な代用手段を提供する。好ましい条件において
は、焼却炉/蒸気発生器装置は、廃棄物に含まれる潜在的なエネルギを電気エネ
ルギに転換する際に、15−20%の効率を達成する。
本発明の廃棄物完全転換装置を標準的な焼却炉/蒸気発生器装置と比較した例
が、以下の表2に総括されている。
上記2つの技術を比較するために、ある仮定を行った。すなわち、本発明のア
ーク炉の中に生ずるガラス産物又はスラグ産物は、有用な産物であるが、この比
較を行う際には、ガラスには何等価値を認めていない。しかしながら、この物質
は、少なくとも、安定で無害な物質であって、無害な埋め立て地に容易に投棄す
ることができる。また、合衆国の北西部のような人口密度の極めて高い地域で採
用されている都市固形廃棄物(MSW)焼却炉は、標準的な埋め立て地又は有害
廃棄物埋め立て地に輸送しなければならない灰分生産するものと仮定した。エネ
ルギ及びコストは、現在入手可能なデータに基づいて、1トンの処理MSW当た
りで表現している。
装置を運転するためのエネルギ所要量は、相対的な基準で表した。すなわち、
アーク炉/メルターに関する「装置を運転するためのエネルギ所要量」として示
した値は、焼却炉に関して必要な値よりも多い。廃棄物の流入熱量は、多くの参
考文献から合成した値である。例えば、Carter, et al.の”Mu
nicipal Solid Waste Feasibility of G
asification with Plasma Arc”(Industr
ial and Enviromental Applications of
Plasma, Proceedings of the first In
ternational EPRI Plasma Symposium (M
ay 1990));Renewable Energy−Sources f
or Fuels and Energy(Johasson, Editor
, Island Press, Washington, D.C.(199
3);及び、Clean Energy from Waste & Coal
, Khan, Editor, American Chemical So
ciety Symposium Series,American Chem
ical Society, Washington, D.C.(Aug.
1991, 1993)を参照のこと。いずれかの技術に関して生産される純エ
ネルギは、40%及び15%の効率をそれぞれ、アーク炉/メルター/ガスター
ビン発電機、及び、焼却炉/ボイラー/蒸気タービン発電機の技術に関して用い
て決定した。Clean Energy from Waste &Coal.
Khan, Editor, American Chemical Soc
iety Symposium Series, American Chem
ical Society, Washington, D.C.(Aug.
1991 1993);及び、Perry’s Chemical Engin
eers’ Handbook, 6th Ed., Ch. 26を参照され
たい。表2に示す損失は、廃棄物の流入発熱量及びエネルギ入力から純エネルギ
出力を引いた値である。焼却炉の技術に関する損失は、熱分解ガス燃焼タービン
発電機とは対照的に、ボイラ及び蒸気発生器の組み合わせの非効率性のために、
大きい。Perry’s Chemical Engineers’ Hand
book, 6th Ed., Ch. 26を参照のこと。灰分の廃棄コスト
は、文献及び廃棄物処理設備から現在入手可能なデータから得た値を示している
。例えば、Recycling and Incineration(Dens
ion, et al., Ed., Island Press, Wash
ington, D.C.(1990))を参照のこと。新しい規則、及び、有
害廃棄物としての灰分の処理を含む現在の傾向が継続する場合には、廃棄コスト
は、表2に示す範囲の高い方の値になるであろう。このような状況から、アーク
炉/メルターの組み合わせを用いる本発明は、従来技術よりも優れた利点をもた
らす。
上に述べた特定の実施例は、本発明と同じ目的を果たすために他の構造を変更
又は設計するためのベースとして、容易に利用できることは、当業者には理解さ
れよう。また、そのような等価の構造は、添付の請求の範囲に述べる本発明の精
神及び範囲から逸脱するものではないことも、当業者は理解する必要がある。
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フロントページの続き
(51)Int.Cl.6 識別記号 FI
F23G 5/50 ZAB H05B 7/20
F27D 11/08 H05H 1/42
H05B 7/20 B09B 3/00 303K
H05H 1/42 ZAB
(81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE,
DK,ES,FR,GB,GR,IE,IT,LU,M
C,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF,CG
,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE,SN,
TD,TG),AP(KE,LS,MW,SD,SZ,U
G),UA(AZ,BY,KG,KZ,RU,TJ,TM
),AL,AM,AT,AU,AZ,BB,BG,BR
,BY,CA,CH,CN,CZ,DE,DK,EE,
ES,FI,GB,GE,HU,IS,JP,KE,K
G,KP,KR,KZ,LK,LR,LS,LT,LU
,LV,MD,MG,MK,MN,MW,MX,NO,
NZ,PL,PT,RO,RU,SD,SE,SG,S
I,SK,TJ,TM,TR,TT,UA,UG,US
,UZ,VN
(72)発明者 タイタス,チャールズ・エイチ
アメリカ合衆国ペンシルバニア州19073,
ニュータウン・スクウェアー,エコー・バ
リー・レイン 323
(72)発明者 コーン,ダニエル・アール
アメリカ合衆国マサチューセッツ州02167,
チェスナット・ヒル,ウォルナット・ヒ
ル・ロード 26
(72)発明者 スーマ,ジェフリー・イー
アメリカ合衆国ワシントン州99337,ケネ
ウィック,ブライアン・レイン 806
【要約の続き】
る。本発明の実施例の好ましい形態は、2つのアークプ
ラズマ電極を使用し、また、共通の溶融物プールのため
に細長いチャンバを使用しており、これにより、溶融物
プールは、上記電極の間に導電路を形成することができ
る。本装置は、また、転換プロセスによって発生された
ガスを少量用いることにより、あるいは、そのようなガ
スを全く用いることなく、使用することもできる。本装
置は、自己駆動型の装置として、あるいは、補助燃料を
使用することにより所定レベルの発電を行うことのでき
る純粋な発電設備として、使用することができる。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1. 廃棄物転換装置であって、 少なくとも1つの電極を所定の位置に有しているアークプラズマ炉と、 前記アークプラズマ炉に結合されたジュール加熱メルターとを備えることを特 徴とする廃棄物転換装置。 2. 請求項1の廃棄物転換装置において、前記アークプラズマ炉は、当該装 置の中で処理すべき物質に対して、前記ジュール加熱メルターよりも支配的な熱 源を発生することのできることを特徴とする廃棄物転換装置。 3. 請求項1の廃棄物転換装置において、前記メルターは、前記炉に直接結 合されていることを特徴とする廃棄物転換装置。 4. 請求項1の廃棄物転換装置において、前記少なくとも1つの電極は、グ ラファイト電極であることを特徴とする廃棄物転換装置。 5. 請求項4の廃棄物転換装置において、前記少なくとも1つの電極は、A Cアークで作動することを特徴とする廃棄物転換装置。 6. 請求項4の廃棄物転換装置において、前記少なくとも1つの電極は、D Cアークで作動することを特徴とする廃棄物転換装置。 7. 請求項4、5又は6の廃棄物転換装置において、前記少なくとも1つの 電極は、保護被覆を有することを特徴とする廃棄物転換装置。 8. 請求項4、5又は6の廃棄物転換装置において、更に、前記ジュール加 熱メルターに結合された補助加熱装置を備えることを特徴とする廃棄物転換装置 。 9. 請求項1の廃棄物転換装置において、前記炉は、その周囲に沿って設け られる耐火物の内張りライニングを有することを特徴とする廃棄物転換装置。 10. 請求項9の廃棄物転換装置において、前記耐火物は、セラミックから形 成されていることを特徴とする廃棄物転換装置。 11. 請求項1の廃棄物転換装置において、前記メルターは、AC電源によっ てジュール加熱されることを特徴とする廃棄物転換装置。 12. 請求項11の廃棄物転換装置において、前記AC電源は、前記メルター の所定の位置に設けられる複数の電極を含むことを特徴とする廃棄物転換装置。 13. 請求項12の廃棄物転換装置において、前記メルターの底面から所定の 距離にある前記メルターの2つの側面に2つの電極が設けられていることを特徴 とする廃棄物転換装置。 14. 請求項13の廃棄物転換装置において、更に、前記メルターの底面付近 に設けられる電極を備えていることを特徴とする廃棄物転換装置。 15. 請求項1の廃棄物転換装置において、前記メルターは、DC電源によっ てジュール加熱されることを特徴とする廃棄物転換装置。 16. 廃棄物転換装置であって、 少なくとも1つの電極を所定の位置に有しているトランスファ型アークプラズ マ炉と、 前記アークプラズマ炉に結合されたジュール加熱メルターとを備えることを特 徴とする廃棄物転換装置。 17. 請求項16の廃棄物転換装置において、前記トランスファ型アークプラ ズマ炉は、当該装置において処理すべき物質に対して、前記ジュール加熱メルタ ーよりも支配的な熱源を発生することができることを特徴とする廃棄物転換装置 。 18. 廃棄物を転換するための廃棄物転換システムであって、 アークプラズマ炉を備えており、 該アークプラズマ炉は、 所定の位置に設けられる少なくとも1つのアークプラズマ電極と、 前記炉から金属を排出するように位置決めされた第1の排出ポートと、 前記炉からガス及びスラグを排出するように位置決めされた第2の排出ポート とを含んでおり、 当該廃棄物転換システムは、また、 前記アークプラズマ炉に取り付けられたジュール加熱メルターであって、ガス を排出するように位置決めされたガス排出ポートと、所定の位置に設けられたス ラグ排出ポートとを有している、ジュール加熱メルターと、 金属層、スラグ層、及び、気相が前記アーク炉の中に形成されるように、廃棄 物を前記アークプラズマ炉の中に供給するための供給手段と、 前記メルターに取り付けられていて、前記メルターからの気相を燃料ガス及び 微粒子物質に分離することができる、ガス清浄ユニットと、 前記ガス清浄ユニットに取り付けられた燃焼器と、 当該システムに所定の速度で空気を与える手段と、 前記燃焼器に取り付けられたタービンと、 前記タービンに取り付けられた発電機と、 前記タービンに取り付けられた蒸気熱回収装置とを備えることを特徴とする廃 棄物転換システム。 19. 請求項18の廃棄物転換システムにおいて、前記メルターは、前記アー クプラズマ炉に直接結合されていることを特徴とする廃棄物転換システム。 20. 請求項18の廃棄物転換システムにおいて、前記少なくとも1つのアー クプラズマ電極は、グラファイト電極であることを特徴とする廃棄物転換システ ム。 21. 請求項20の廃棄物転換システムにおいて、前記少なくとも1つのアー クプラズマ電極は、グラファイト電極であることを特徴とする廃棄物転換システ ム。 22. 請求項20の廃棄物転換システムにおいて、前記少なくとも1つのアー クプラズマ電極は、DCアークで作動することを特徴とする廃棄物転換システム 。 23. 請求項20、21又は22の廃棄物転換システムにおいて、前記少なく とも1つのアークプラズマ電極は、保護被覆を含んでいることを特徴とする廃棄 物転換システム。 24. 請求項19、20、21又は22の廃棄物転換システムにおいて、更に 、前記ジュール加熱メルターに結合された補助加熱装置を備えていることを特徴 とする廃棄物転換システム。 25. 請求項18の廃棄物転換システムにおいて、前記炉は、その周囲に沿っ て設けられた耐火物の内張りライニングを有していることを特徴とする廃棄物転 換システム。 26. 請求項25の廃棄物転換システムにおいて、前記耐火物は、セラミック から形成されていることを特徴とする廃棄物転換システム。 27. 請求項18の廃棄物転換システムにおいて、前記メルターは、AC電源 によってジュール加熱されることを特徴とする廃棄物転換システム。 28. 請求項27の廃棄物転換システムにおいて、前記AC電源は、前記メル ターの所定の位置に設けられた複数の電極を含むことを特徴とする廃棄物転換シ ステム。 29. 請求項18の廃棄物転換システムにおいて、前記メルターは、DC電源 によってジュール加熱されることを特徴とする廃棄物転換システム。 30. 廃棄物を転換するための廃棄物転換プロセスであって、 (a) 第1及び第2の排出ポートを所定位置に有しているアークプラズマ炉 の中に位置決めされたアークプラズマに廃棄物を導入する工程と、 (b) 前記廃棄物を前記アークプラズマに接触させ、これにより、前記廃棄 物を金属層、スラグ層及び気相に分離させる工程と、 (c) 前記気相及び前記スラグ層を、前記第2の排出ポートを通して、前記 アークプラズマ炉から、ガス排出ポート及びスラグ排出ポートを有していて前記 アークプラズマ炉に接続されているジュール加熱メルターに供給する工程と、 (d) 前記スラグ層を前記ジュール加熱メルターの中で所定時間にわたって 混合し、これにより、スラグ産物を形成する工程とを備えることを特徴とする廃 棄物転換プロセス。 31. 請求項30の廃棄物転換プロセスにおいて、前記アークプラズマは、少 なくとも1つの電極を含んでいることを特徴とする廃棄物転換プロセス。 32. 請求項31の廃棄物転換プロセスにおいて、前記少なくとも1つのアー クプラズマ電極は、グラファイト電極であることを特徴とする廃棄物転換プロセ ス。 33. 請求項31又は32の廃棄物転換プロセスにおいて、前記少なくとも1 つの電極は、保護被覆を含んでいることを特徴とする廃棄物転換プロセス。 34. 請求項30の廃棄物転換プロセスにおいて、前記分離は、高速熱分解を 含むことを特徴とする廃棄物転換プロセス。 35. 請求項30又は34の廃棄物転換プロセスにおいて、前記気相は、水素 、一酸化炭素、メタン、二酸化炭素、及び、軽質炭化水素の中の少なくとも1つ を含んでいることを特徴とする廃棄物転換プロセス。 36. 請求項30又は34の廃棄物転換プロセスにおいて、前記スラグ層は、 ガラスを含んでいることを特徴とする廃棄物転換プロセス。 37. 請求項36の廃棄物転換プロセスにおいて、前記スラグ層は、前記メル ターから取り出されて、ガラス化された産物に形成されることを特徴とする廃棄 物転換プロセス。 38. 請求項37の廃棄物転換プロセスにおいて、前記ガラス化された産物は 、道路工事に使用するのに適していることを特徴とする廃棄物転換プロセス。 39. 請求項37の廃棄物転換プロセスにおいて、前記ガラス化された産物は 、建築用ブロックの成分として使用するのに適していることを特徴とする廃棄物 転換プロセス。 40. 請求項37の廃棄物転換プロセスにおいて、前記ガラス化された産物は 、埋め立て地で保管するのに適した非浸出性の産物であることを特徴とする廃棄 物転換プロセス。 41. 請求項30の廃棄物転換プロセスにおいて、前記廃棄物は、都市固形廃 棄物であることを特徴とする廃棄物転換プロセス。 42. 請求項30の廃棄物転換プロセスにおいて、前記廃棄物は、有害廃棄物 であることを特徴とする廃棄物転換プロセス。 43. 請求項30の廃棄物転換プロセスにおいて、前記廃棄物は、病院廃棄物 であることを特徴とする廃棄物転換プロセス。 44. 請求項30の廃棄物転換プロセスにおいて、更に、前記アークプラズマ 炉から金属層を取り出す工程を備えることを特徴とする廃棄物転換プロセス。 45. 請求項30の廃棄物転換プロセスにおいて、更に、 (e) 前記メルターの前記ガス排出ポートから前記気相を取り出す工程を備 えることを特徴とする廃棄物転換プロセス。 46. 請求項45の廃棄物転換プロセスにおいて、更に、 (f) ガス清浄装置の中で前記気相を処理して、該気相の中の微粒子をこの 気相から分離し、これにより、燃料ガスを生成する工程と、 (g) 前記燃料ガスを燃焼器に供給する工程と、 (h) 前記工程(g)と実質的に同時に空気を前記燃焼器に導入し、これに より、前記燃料ガス及び前記空気から燃焼生成物を形成する工程と、 (i) 前記燃焼生成物をタービン発電機に供給し、これにより、前記燃焼生 成物で前記タービン発電機を駆動して電気を発生させる工程とを備えることを特 徴とする廃棄物転換プロセス。 47. 請求項46の廃棄物転換プロセスにおいて、前記タービン発電機は、蒸 気又は水が注入されるガスタービンを含むことを特徴とする廃棄物転換プロセス 。 48. 請求項46の廃棄物転換プロセスにおいて、当該廃棄物転換プロセスは 更に、 (j) 前記タービン発電機からスクラバにガスを供給して該ガスから酸性ガ スを除去する工程を備えることを特徴とする廃棄物転換プロセス。 49. 請求項48の廃棄物転換プロセスにおいて、前記タービン発電機は、蒸 気又は水が注入されるガスタービンを含むことを特徴とする廃棄物転換プロセス 。 50. 廃棄物を転換するための廃棄物転換プロセスであって、 (a) 所定位置に設けられる第1及び第2の排出ポート、並びに、その中に 設けられる少なくとも1つのアークプラズマ電極を有しているアークプラズマ炉 に廃棄物を導入する工程と、 (b) 前記廃棄物を前記アークプラズマ電極に接触させて、前記廃棄物を金 属層、スラグ層、及び、気相に分離する工程と、 (c) 前記気相及び前記スラグ層を、前記炉の第2のポートを通して、ガス 排出ポート及びスラグ排出ポートを所定位置に有していて前記アークプラズマ炉 に接続されているジュール加熱メルターに供給する工程と、 (d) 前記スラグ層を前記ジュール加熱メルターの中で所定時間にわたって 混合し、これにより、スラグ産物を生成する工程と、 (e) 前記メルターから前記ガス排出ポートを通して前記気相を取り出す工 程と、 (f) 前記気相をガス清浄装置の中で処理し、これにより、該気相の中の微 粒子をこの気相から分離して、燃料ガスを生成する工程と、 (g) 前記燃料ガスを燃焼器に供給する工程と、 (h) 前記工程(g)と実質的に同時に前記燃焼器に空気を導入し、これに より、前記燃料ガス及び前記空気から燃焼生成物を形成する工程と、 (i) 前記燃焼生成物をタービン発電機に供給し、これにより、前記燃焼生 成物により前記タービン発電機を駆動して電気を発生させる工程とを備えること を特徴とする廃棄物転換プロセス。 51. 共通の溶融物プールと共に使用するのに適した一体型のアークプラズマ /ジュール加熱メルター装置であって、 前記共通の溶融物プールの頂部で又は該溶融物プールの中でアークプラズマを 発生させる手段と、 前記共通の溶融物プールの中でジュール加熱を行う手段とを備えることを特徴 とする一体型のアークプラズマ/ジュール加熱メルター装置。 52. 共通の溶融物プールと共に使用するのに適した完全に一体化された同調 可能なアークプラズマ/ジュール加熱メルター廃棄物転換装置であって、 少なくとも1つのアークプラズマ電極と前記共通の溶融物プールとの間で、前 記共通の溶融物プールの頂部に又は該共通の溶融物プールの中に、アークプラズ マを発生させることのできる第1の電源と、 前記共通の溶融物プールの中でジュール加熱を行うことのできる第2の電源と を備えており、 前記第1及び第2の電源は、これら第1及び第2の電源が、有害な電気的な相 互作用を行うことなく、前記共通の溶融物プールの中の導電路を用いて、独立的 に制御可能な作用を同時に行うことができるように、構成されていることを特徴 とする完全に一体化された同調可能なアークプラズマ/ジュール加熱メルター廃 棄物転換装置。 53. 請求項52の完全に一体化された同調可能なアークプラズマ/ジュール 加熱メルター廃棄物転換装置において、前記第2の電源は、AC電源であり、 該AC電源は、 一次巻線と、第1及び第2の端部を有する少なくとも1つの二次巻線とを含ん でいて、複数のジュール加熱電極に接続されている変圧器と、 前記変圧器の前記各々の二次巻線の前記第1の端部に直列に接続されている少 なくとも1つのコンデンサと、 前記変圧器の前記各々の二次巻線の前記第2の端部に直列に接続されている少 なくとも1つの可飽和リアクタとを備えていることを特徴とする完全に一体化さ れた同調可能なアークプラズマ/ジュール加熱メルター廃棄物転換装置。 54. 請求項52の完全に一体化された同調可能なアークプラズマ/ジュール 加熱メルター廃棄物転換装置において、前記第1の電源は、DC電源であること を特徴とする完全に一体化された同調可能なアークプラズマ/ジュール加熱メル ター廃棄物転換装置。 55. 請求項52の完全に一体化された同調可能なアークプラズマ/ジュール 加熱メルター廃棄物転換装置において、前記アークプラズマ電極の数は、2つで あることを特徴とする完全に一体化された同調可能なアークプラズマ/ジュール 加熱メルター廃棄物転換装置。 56. 請求項52の完全に一体化された同調可能なアークプラズマ/ジュール 加熱メルター廃棄物転換装置において、前記アークプラズマ電極の数は、3以上 であることを特徴とする完全に一体化された同調可能なアークプラズマ/ジュー ル加熱メルター廃棄物転換装置。 57. 請求項52の完全に一体化された同調可能なアークプラズマ/ジュール 加熱メルター廃棄物転換装置において、当該装置には、6つのジュール加熱電極 が設けられており、これら6つのジュール加熱電極は、第1、第2及び第3の独 立した電源回路を形成していることを特徴とする完全に一体化された同調可能な アークプラズマ/ジュール加熱メルター廃棄物転換装置。 58. 請求項52の完全に一体化された同調可能なアークプラズマ/ジュール 加熱メルター廃棄物転換装置において、当該装置は、細長いチャンバの形態を有 していることを特徴とする完全に一体化された同調可能なアークプラズマ/ジュ ール加熱メルター廃棄物転換装置。 59. 請求項58の完全に一体化された同調可能なアークプラズマ/ジュール 加熱メルター廃棄物転換装置において、前記アークプラズマ電極の数は、2であ ることを特徴とする完全に一体化された同調可能なアークプラズマ/ジュール加 熱メルター廃棄物転換装置。 60. 請求項58の完全に一体化された同調可能なアークプラズマ/ジュール 加熱メルター廃棄物転換装置において、前記アークプラズマ電極の数は、3以上 であることを特徴とする完全に一体化された同調可能なアークプラズマ/ジュー ル加熱メルター廃棄物転換装置。 61. 請求項59の完全に一体化された同調可能なアークプラズマ/ジュール 加熱メルター廃棄物転換装置において、前記細長いチャンバの中には、6つのジ ュール加熱電極が設けられており、これら6つのジュール加熱電極は、第1、第 2及び第3の独立した電気供給回路を形成していることを特徴とする完全に一体 化された同調可能なアークプラズマ/ジュール加熱メルター廃棄物転換装置。 62. 請求項52の完全に一体化された同調可能なアークプラズマ/ジュール 加熱メルター廃棄物転換装置において、前記第1の電源は、DC電源であり、 該DC電源は、 少なくとも1つの二次巻線を有する変圧器と、 第1及び第2の端部を有していて、前記第1の端部が前記少なくとも1つの二 次巻線に接続されている、少なくとも1つの可飽和リアクタと、 AC入力部及びDC出力部を有していて、前記AC入力部が前記少なくとも1 つの可飽和リアクタの前記第2の端部に電気的に接触している、整流手段と、 第1及び第2の端部を有していて、前記第1の端部が、前記整流手段の前記D C出力部に電気的に接触している、インダクタと、 アーク端部及び接続端部を有していて、前記接続端部が、前記インダクタの前 記第2の端部に電気的に接触しており、また、前記アーク端部が、前記共通の溶 融物プールの頂部に又は該共通の溶融物プールの中にアークプラズマを発生する ことができるように位置決めされている、少なくとも1つのアークプラズマ電極 とを備えることを特徴とする完全に一体化された同調可能なアークプラズマ/ジ ュール加熱メルター廃棄物転換装置。 63. 請求項52の完全に一体化された同調可能なアークプラズマ/ジュール 加熱メルター廃棄物転換装置において、更に、少なくとも1つの金属排出ポート と、少なくとも1つのスラグ排出ポートとを当該装置の所定位置に備えているこ とを特徴とする完全に一体化された同調可能なアークプラズマ/ジュール加熱メ ルター廃棄物転換装置。 64. 請求項63の完全に一体化された同調可能なアークプラズマ/ジュール 加熱メルター廃棄物転換装置において、前記金属排出ポートは、当該装置の底面 付近に位置決めされていることを特徴とする完全に一体化された同調可能なアー クプラズマ/ジュール加熱メルター廃棄物転換装置。 65. 請求項63の完全に一体化された同調可能なアークプラズマ/ジュール 加熱メルター廃棄物転換装置において、前記スラグ排出ポートは、当該装置の側 面に対して所定の角度をなして上方に伸長しており、また、前記スラグ排出ポー トは、当該装置の底面よりも上方のレベルにある又は該レベルの下方にある位置 と前記共通の溶融物プールの表面よりも下方の位置との間に設けられていること を特徴とする完全に一体化された同調可能なアークプラズマ/ジュール加熱メル ター廃棄物転換装置。 66. 請求項65の完全に一体化された同調可能なアークプラズマ/ジュール 加熱メルター廃棄物転換装置において、更に、前記スラグ排出ポートに取り付け られている補助加熱チャンバを備えることを特徴とする完全に一体化された同調 可能なアークプラズマ/ジュール加熱メルター廃棄物転換装置。 67. 請求項52の完全に一体化された同調可能なアークプラズマ/ジュール 加熱メルター廃棄物転換装置において、前記少なくとも1つのアークプラズマ電 極は、グラファイト電極であることを特徴とする完全に一体化された同調可能な アークプラズマ/ジュール加熱メルター廃棄物転換装置。 68. 請求項67の完全に一体化された同調可能なアークプラズマ/ジュール 加熱メルター廃棄物転換装置において、前記少なくとも1つのアークプラズマ電 極は、保護被覆を含んでいることを特徴とする完全に一体化された同調可能なア ークプラズマ/ジュール加熱メルター廃棄物転換装置。 69. 請求項52の完全に一体化された同調可能なアークプラズマ/ジュール 加熱メルター廃棄物転換装置において、更に、当該装置に対して所定位置に、複 数の誘導加熱コイル及び/又は混合コイルを備えていることを特徴とする完全に 一体化された同調可能なアークプラズマ/ジュール加熱メルター廃棄物転換装置 。 70. 請求項52の完全に一体化された同調可能なアークプラズマ/ジュール 加熱メルター廃棄物転換装置において、更に、当該装置の所定位置に当該装置の 底面から所定距離離れて設けられた少なくとも2つのジュール加熱電極を備える ことを特徴とする完全に一体化された同調可能なアークプラズマ/ジュール加熱 メルター廃棄物転換装置。 71. 廃棄物を有用なエネルギ及び/又は固体産物に転換するための廃棄物転 換システムであって、 共通の溶融物プールと共に使用される完全に一体化されたアークプラズマ/ジ ュール加熱メルター廃棄物転換装置を備えており、 該廃棄物転換装置は、 (a) 少なくとも1つのアークプラズマ電極と前記共通の溶融物プールとの 間で、前記共通の溶融物プールの頂部に又は該共通の溶融物プールの中に、アー クプラズマを発生させることのできる第1の電源と、 (b) 前記共通の溶融物プールの中でジュール加熱を行うことのできる第2 の電源とを備えており、 前記第1及び第2の電源は、これら第1及び第2の電源が、有害な電気的な相 互作用を行うことなく、前記共通の溶融物プールの中の導電路を用いて、独立的 に制御可能な作用を同時に行うことができるように構成されており、 前記廃棄物転換装置は、更に、 (c) 該廃棄物転換装置からガスを排出するように位置決めされた第1の排 出ポートと、 (d) 該廃棄物転換装置から金属を排出するように位置決めされた第2の排 出ポートと、 (e) 該廃棄物転換装置からスラグを排出するように位置決めされた第3の 排出ポートとを備えており、 当該廃棄物転換システムは、更に、 前記廃棄物を前記廃棄物転換装置の中に供給し、前記廃棄物を前記アークプラ ズマに接触させることにより、前記廃棄物転換装置の中に、金属層、スラグ層及 び気相を形成する手段と、 前記廃棄物転換装置に取り付けられていて、前記廃棄物転換装置から排出され たガスを燃料ガス及び微粒子物質に分離することができる、ガス清浄装置と、 前記ガス清浄装置に取り付けられていて、前記ガス清浄装置からの前記燃料ガ スを用いて電気を発生させることのできる、ガスタービン発電装置と、 所定量の補助燃料を所定速度で前記ガスタービン発電装置に導入する手段とを 備えることを特徴とする廃棄物転換システム。 72. 請求項71の廃棄物転換システムにおいて、前記補助燃料は、暖房オイ ル、ジーゼル燃料又は天然ガスであることを特徴とする廃棄物転換システム。 73. 請求項71の廃棄物転換システムにおいて、前記ガスタービン発電装置 が、内燃機関発電装置で置き換えられていることを特徴とする廃棄物転換システ ム。 74. 請求項71の廃棄物転換システムにおいて、前記補助燃料は、暖房オイ ル、ジーゼル燃料又は天然ガスであることを特徴とする廃棄物転換システム。 75. 請求項71の廃棄物転換システムにおいて、前記第1の電源は、DC電 源であり、 該DC電源は、 少なくとも1つの二次巻線を有する変圧器と、 第1及び第2の端部を有していて、前記第1の端部が前記少なくとも1つの二 次巻線に接続されている、少なくとも1つの可飽和リアクタと、 AC入力部及びDC出力部を有していて、前記AC入力部が前記少なくとも1 つの可飽和リアクタの前記第2の端部に電気的に接触している、整流手段と、 第1及び第2の端部を有していて、前記第1の端部が、前記整流手段の前記D C出力部に電気的に接触している、インダクタと、 アーク端部及び接続端部を有していて、前記接続端部が、前記インダクタの前 記第2の端部に電気的に接触しており、また、前記アーク端部が、前記共通の溶 融物プールの頂部に又は該共通の溶融物プールの中にアークプラズマを発生する ことができるように位置決めされている、少なくとも1つのアークプラズマ電極 とを備えていることを特徴とする廃棄物転換システム。 76. 請求項71の廃棄物転換システムにおいて、前記第2の電源は、AC電 源であり、 該AC電源は、 一次巻線と、第1及び第2の端部を有する少なくとも1つの二次巻線とを含ん でいて、複数のジュール加熱電極に接続されている変圧器と、 前記変圧器の前記各々の二次巻線の前記第1の端部に直列に接続されている少 なくとも1つのコンデンサと、 前記変圧器の前記各々の二次巻線の前記第2の端部に直列に接続されている少 なくとも1つの可飽和リアクタとを備えていることを特徴とする廃棄物転換シス テム。 77.請求項76の廃棄物転換システムにおいて、前記第1の電源は、DC電源 であることを特徴とする廃棄物転換システム。 78. 請求項77の廃棄物転換システムにおいて、前記DC電源は、 少なくとも1つの二次巻線を有する変圧器と、 第1及び第2の端部を有していて、前記第1の端部が前記少なくとも1つの二 次巻線に接続されている、少なくとも1つの可飽和リアクタと、 AC入力部及びDC出力部を有していて、前記AC入力部が前記少なくとも1 つの可飽和リアクタの前記第2の端部に電気的に接触している、整流手段と、 第1及び第2の端部を有していて、前記第1の端部が、前記整流手段の前記D C出力部に電気的に接触している、インダクタと、 アーク端部及び接続端部を有していて、前記接続端部が、前記インダクタの前 記第2の端部に電気的に接触しており、また、前記アーク端部が、前記共通の溶 融物プールの頂部に又は該共通の溶融物プールの中にアークプラズマを発生する ことができるように位置決めされている、少なくとも1つのアークプラズマ電極 とを備えていることを特徴とする廃棄物転換システム。 79. 請求項71の廃棄物転換システムにおいて、更に、当該システムの所定 位置に、少なくとも1つの金属排出ポート及び少なくとも1つのスラグ排出ポー トを備えていることを特徴とする廃棄物転換システム。 80. 請求項79の廃棄物転換システムにおいて、前記金属排出ポートは、前 記装置の底面付近に設けられていることを特徴とする廃棄物転換システム。 81. 請求項79の廃棄物転換システムにおいて、前記スラグ排出ポートは、 前記装置の底面に対して所定角度をなして上方に伸長しており、また、前記スラ グ排出ポートは、前記装置の底面の上方のレベルにある位置又は該レベルよりも 下方にある位置と前記共通の溶融物プールの表面の下方の位置との間に設けられ ていることを特徴とする廃棄物転換システム。 82. 請求項81の廃棄物転換システムにおいて、更に、前記スラグ排出ポー トに取り付けられている補助加熱チャンバを備えることを特徴とする廃棄物転換 システム。 83. 請求項71の廃棄物転換システムにおいて、前記装置は、細長いチャン バの形態を有していることを特徴とする廃棄物転換システム。 84. 請求項71の廃棄物転換システムにおいて、前記アークプラズマ電極の 数は、2であることを特徴とする廃棄物転換システム。 85. 請求項71の廃棄物転換システムにおいて、前記アークプラズマ電極の 数は、3以上であることを特徴とする廃棄物転換システム。 86. 請求項71の廃棄物転換システムにおいて、前記装置の中には、6つの ジュール加熱電極が設けられており、これら6つのジュール加熱電極は、第1、 第2及び第3の独立した電源回路を形成していることを特徴とする廃棄物転換シ ステム。 87. 請求項71の廃棄物転換システムにおいて、前記少なくとも1つのアー クプラズマ電極は、グラファイト電極であることを特徴とする廃棄物転換システ ム。 88. 請求項87の廃棄物転換システムにおいて、前記少なくとも1つのアー クプラズマ電極は、保護被覆を含んでいることを特徴とする廃棄物転換システム 。 89. 共通の溶融物プールと共に使用されるアークプラズマ/ジュール加熱メ ルター廃棄物転換装置であって、 アークプラズマトーチを非トランスファーモードで用いて、アークプラズマを 発生させることのできる第1の電源と、 前記共通の溶融物プールの中でジュール加熱を行うことのできる第2の電源と を備えており、 前記アークプラズマトーチは、前記共通の溶融物プールの上方の所定位置に設 けられており、これにより、該プラズマトーチの2つの電極によって形成される アークプラズマは、前記共通の溶融物プールの上方で発生されることを特徴とす るアークプラズマ/ジュール加熱メルター廃棄物転換装置。
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