JPH11351523A - ダイオキシン類の発生を抑制する方法 - Google Patents

ダイオキシン類の発生を抑制する方法

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JPH11351523A
JPH11351523A JP10181474A JP18147498A JPH11351523A JP H11351523 A JPH11351523 A JP H11351523A JP 10181474 A JP10181474 A JP 10181474A JP 18147498 A JP18147498 A JP 18147498A JP H11351523 A JPH11351523 A JP H11351523A
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sodium
dioxins
calcium
dioxin
hydrogen chloride
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Yoshio Kobayashi
義雄 小林
Reiji Nishikawa
礼二 西川
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 今日、人体に有害な、猛毒のダイオキシンな
どのごみ焼却炉からの発生のニュースが、新聞紙上を賑
わし、あるいはテレビで騒がしく報道されている。 これ
らのダイオキシンなどを、粉末状のアルカリ性物質を炉
内に吹き込むことによって、ごみ焼却炉からの塩化水素
を含む排ガス中でのダイオキシンなどの発生のでき得る
限りの低減を行う方法を、提供することである。 【構成】 焼却炉から発生する塩化水素を含む排ガス中
に 、粉末状の、重炭酸ソーダ、 炭酸ナトリウム、 炭酸
カルシウム、水酸化カルシウム、生石灰、ドロマイト、
フライアッシュ、炭酸ナトリウムおよびそれらを原料と
する合成吸収剤などを、吹き込むことによって、ダイオ
キシンなどの発生を低減する方法である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ごみ焼却炉の入口部分
に、 粉末状の各種アルカリ性物質を吹き込み、ダイオキ
シン前駆物質である芳香族塩素化合物が生成する以前に
塩化水素を除去することにより、ダイオキシンなどの発
生を抑制する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】最近、特に都市ゴミ焼却炉からの排ガス
や焼却灰から、排出されるダイオキシンが深刻な社会問
題になりつつある。排出されるダイオキシンは、化学的
に安定であるために、環境の中では分解され難く、たと
え微量であっても、経年的に環境の中に蓄積され、それ
が食物連鎖を経て人体に大きな害を与える恐れがあるか
らである。
【0003】ダイオキシンは、4-8個の塩素原子で置換した1
7種のものに毒性がある。それらはいずれも2、3、7、8
の位置が塩素原子で置換されたものであり、その中で、
2、3、7、8の位置に4個塩素置換した2、3、7、8テトラ
・クロロヂベンゾ・パラ・ヂオキシン(2、3、7、8-TCD
D)が最も毒性が強く、その他の16種類の化合物の毒性は
2、3、7、8-TCDDの0.5倍から0.001倍のものまで多様で
ある。ダイオキシン類のそれぞれの毒性は、 2、3、7、8
-TCDDの毒性を 1 とした場合の相対的な毒性値が毒性等
価係数(TEF)として表されている。 この TEF値を使用し
て重みずけすることによってダイオキシン類の毒性の力
価換算が行われ、 その換算値をTEQ(毒性当量)で表す。
【0004】従来のダイオキシン制御対策の大綱は次の4項
目からなるものである。 1. 都市ゴミ焼却炉の適正な運転、すなはち800-850°C
以上の酸化雰囲気で都市ゴミの完全燃焼を行い、前駆物
質の発生を抑制する。 2. その後、排ガス冷却設備(排ガスボイラ-、空気余熱器
等)のスートブローを適宜行い、 ダイオキシン生成反応の
触媒作用をする飛灰の蓄積を防止する。 3. ダイオキシン生成温度領域(約300°C近辺)での滞留
時間を短くして、前記焼却炉からの排ガスを200°C近く
まで急冷し、 ダイオキシンの発生をできるだけ抑制す
る。 4. 発生した微量のダイオキシンは、飛灰と共にバグフ
ィルターで排ガスから除去する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ごみ焼却炉から排出さ
れるダイオキシン類の生成に関してこれまで言われてき
たことを総合すると、 生成反応は比較的低温部から
高温部にかけての燃焼過程と、 焼却炉出口の約300°C
の温度領域の三つの段階に分けて考えるのが適 当と思
われる。 低温部、高温部の燃焼過程ではラジカル的
な反応が、 また焼却炉出口の約300°Cの温度領域では
飛灰に含まれるCuやFe等を触媒とする接触 反応が起こ
る。 では塩化ビニルや塩化ビニリデン樹脂などの有機
塩素化合物 の熱分解時に生じる副反応によって多種多
様の芳香族塩素化合物(ダイオキシン を含む)を生成し、
ではで生成した比較的大きい分子量を持つダイオ
キシン 類は分解されるが、 塩素化ベンゼン類は分解さ
れずに残りやすい。 また、燃焼 を伴う激しいラジカル
反応の雰囲気の中では塩素化ベンゼン類の塩素化度が更
に増すと共にフェノール化が促進され、 また、ビフェ
ニールが生成する。これら の塩素化ベンゼン・フェノー
ル・ビフェニール類がいわゆるダイオキシン前駆物 質
と言われるものであろうと思われる。 でもダイオキシ
ン前駆物質が一部分 合成されるが、では主として
で生成したダイオキシン前駆物質が触媒(飛灰 に含まれ
ているCuやFe等)上で反応してダイオキシン類を生成す
る。
【0006】これまでのダイオキシン抑制対策は燃焼方法を
改善することによって で発生するダイオキシン類や
ダイオキシン前駆物質を少なくする事を中心に考えられ
てきたが、HClを同時に削 減すればダイオキシン前駆物
質やダイオキシン類の生成量を一層少なくすることが出
来るであろうと思われる。 しかしどう言う訳かHClを削
減してダイオキシンの生成量を抑制しようと言う試みが
見られない。 その原因は、 多分、 1)炉内で効率よくHCl
を除去する技術がない、 2)HCl濃度とダイオキシン生成
量の因果関係が不明確であり、 炉内でのHCl濃度を低く
しても、 排煙中のHCl量(100ppm のオーダ)とダイオキシ
ン量(1ngのオーダ)とでは桁が違い過ぎるから、 ダイオ
キシンの生成量は小さくならないのではないかとの疑念
があるの2点ではないかと思われる。
【0007】ごみ焼却炉内での化学反応は極めて複雑である
が、ダイオキシン関連物質の結合解離エネルギ−とダイ
オキシン関連反応の平衡定数を基に熱的な安定性と反応
性を目安にして、セミョーノフのラジカル反応論の助け
を借り、 どの様な過程を経てダイオキシンが生成するか
を発明者らが鋭意考察した結果によると、ダイオキシン
の生成量は塩化水素の分圧(濃度)の一乗以上に比例し、
しかも塩化ビニル等の有機塩素化合物が熱分解した直後
から塩化水素の分圧(濃度)の影響を受けながらダイオキ
シン前駆物質が合成されてゆくことが分かった。 従って、 ごみ焼却の初期段階の熱分解領域に塩基性物質
を散布することにより、 熱分解で発生した塩化水素を除
去しクロルベンゼンやクロルフェノ-ル、 クロルビフェ
ニール等の芳香族塩素化合物の生成量を低減することに
よって、 ダイオキシンの生成を抑制する方法を提供する
ことである。
【0008】
【課題を解決するための手段】第1項の方法は、ごみ焼
却炉の入口部分に、粉末状のナトリウム、カリウム、カ
ルシュウム、 マグネシウムなどから選ばれた少なくとも
一種を含む塩基性物質を吹き込み、塩化水素をそれらの
塩として除去することにより、ダイオキシン前駆物質で
ある芳香族塩素化合物の生成量を低減させることにより
ダイオキシン類の発生を抑制する方法である。
【0009】第2項の方法は、ナトリウム、カリウム、 カル
シュウム、 マグネシウムから選ばれた物質の少なくとも
一 種が、重炭酸ナトリウム、 炭酸ナトリウム(トロナ
灰、 マガジ灰のような天然ソーダを含む)、水酸化カリ
ウム、 炭酸カリウム、 水酸化カルシウム 、生石灰(焼成
ドロマイトを含む)、炭酸カルシウムで、それらを第1項
の方法に使用することである。
【0010】第3項の方法は、ナトリウム、 カルシュウムか
ら選ばれた塩基性物質の少なくとも一種が、セメント、
消石灰および又はソーダ灰(カ性ソーダ)と微粉炭燃焼
から発生するフライアッシュおよび/または粘土から成
る合成吸収剤、第2項で示したカルシュウムおよび又は
ナトリウム化合物から合成された物質であり、それらを
第1項の方法に使用することである。
【0011】
【作用】発明者らの考察によると、 ・OHラジカルが多量
に存在するごみ焼却炉内の燃焼領域では塩化ビニル、 塩
化ビニリデンの熱分解に続いて、 クロルベンゼン、 クロ
ルフェノール、 クロルビフェニール等を生成し、 これが
ダイオキシン前駆物質となってダイオキシン類を生成す
る。 その際の塩化水素濃度の影響はかなり大きく、 ダイ
オキシンの生成量は塩化水素濃度の 1 乗以上に比例す
る公算が大きいことを見いだした。 また、 この方法では、前述したように、たとえば都市ご
み焼却炉入口の300°C辺りの領域での塩化ビニル樹脂及
び塩化ビニリデン樹脂の熱分解では塩化水素を生ずると
同時に少量ながらベンゼン、 クロルベンゼンも生成す
る。 この時生成したクロルベンゼン、 ベンゼン、 塩化水
素は燃焼雰囲気中に多量に存在する・OHラジカルと反応
して塩素ラジカル、 クロルフェニルラジカル、 フェニル
ラジカルを生成し、 次いでこれらのラジカル同志が結合
してダイオキシン前駆物質である高次のクロルベンゼン
やクロルフェノール、 クロルビフェニルを生成し、 ダイ
オキシン類の発生につながるのである。
【0012】そこで第1項の方法では、ごみ焼却炉内(入口部
分)に、粉末状の、 ナトリウム、カリウム、 カルシュウ
ム、などから選ばれた少なくとも一種を含む塩基性の物
質を吹き込み、塩化水素を固体物質として固定する。 例
えば重炭酸ナトリウムを吹き込む場合には(1)(2)式のよ
うに塩化水素を塩化ナトリウムとして固定する。 2NaHCO3 →Na2CO3 + H2O + CO2 (1) Na2CO3 + 2HCl →2NaCl + H2O + CO2 (2) NaCl は熱的に大変安定であるために重炭酸ソーダは室
温から 1000°C の広い温度範囲で安定的に HCl を除去
することが出来る。 例えば、 焼却炉内での水蒸 気分圧、
炭酸ガス分圧がそれぞれPH2O=0.2atm,Pco2=0.1atmであ
る時の1000°CでのHCI平衡分圧は PHCL=7X10-5 atm (70
ppm), 800°CではPHCL=2×10-5atm(20ppm) である。し
たがって有機化合物の HCl による塩素化反応が燃焼温
度領域でラジカル的に起こる場合にも、焼却炉出口の30
0°C近辺で接触的に起こる場合にも重炭酸ソーダを焼却
炉の入口部分に散布する事によって、ダイオキシンの抑
制が期待できる。
【0013】平均粒径4μm の炭酸カルシウムの分散機
を介して充分に分散させた状態で炉内に均一に散布させ
ると図-1に----で示すような塩化水素除去率が得られ
る。 つまり、1.5 当量の炭酸カルシウムの吹き込みで90%以
上の塩化水素の除去率が期待出来る。CaCl2/CaCO3(分子
量比)とNaCl/NaHCO3(分子量比)を比較すると前者は1.11
であるのに対して後者は0.70である。このことは、粒子体
積の膨脹/収縮が起こらないとするとCaCO3からCaClが生
成するよりも場合には重量が増えた分だけ吸収材粒子内
の細孔が減少するのに対して、NaHCO3からNaClが生成す
る場合には粒子内の細孔の目詰まりが起こらないどころ
か細孔の空隙が増加する結果、 NaHCO3- HCl反応系ではC
aCO3-HCl反応系よりも大きい有効拡散係数が得られるの
で、 反応性に富み、 当量比1.0のNaHCO3の散布で90%の
除去率が期待出来る。 つまり、平均粒径 4μmのNaHCO3
分散機を介して充分に分散させて、 炉内に均一に散布す
ると、 図-1 の ----- で示す塩化水素除去率が期待でき
る。
【0014】次に実施例について説明する。
【実施例】燃焼排ガス量 約100mN 3/hr を発生する燃焼
試験炉を使用して次の実験をした。炉の出口部に水を霧
状にスプレーするための超音波ノズルとガスクーラーを
設け、 その下流にごみ焼却炉から回収した飛灰を造粒し
たものを充填した触媒層を設けた。 さらにその下流にガ
スクーラーを設け、 約 100°C で排ガスを排出さ せた。
主燃料は灯油とし、 副燃料として塩化ビニル樹脂をアセ
トン、 メチルエチルケトン、 テトラヒドロフラン混合溶
媒に溶かした溶液を用いた。 主燃料用のバーナの近くに
副燃料用のバーナと温度制御をするための水スプレー超
音波ノズル、NaHCO3吹き込み用の分散ノズルを設けた。 燃料(主燃料+副燃料)に対する塩化ビニル樹脂の割合は
約5%であった。 実験に先立ち主燃料だけを燃焼させて装
置全体(触媒充填層を含めて)を約750°Cに約6時間保ち、
温度が安定したところで本実験に移った。 本実験では燃料供給量を5.9 l/hrとし、 炉温を750°Cに
保つように水スプレー を行った。 次いで、炉出口の水
噴霧とガスクーラーによってガス温度を300°Cに 調節
して触媒層に導いたところ、 排ガスの中の塩化水素濃
度:約810ppm, ダイオ キシン濃度:約100 ng(TEQ)/mN 3
の値を得た。 この状態で平均粒子径 約10μm に 調整し
た重炭酸ソーダの粉末を分散ノズルを介してバーナ部に
吹き込んだとこ ろ塩化水素排出濃度とダイオキシン排
出濃度は次のようになった。 この実験では 10μm の NaHCO3 を用いたが、4μm では
もっとよい成績が得られ るものと思われる。 NaHCO3/HClモル比 HCl 濃度 ダイオキシン濃度 (ppm) (ng(TEQ)/mN 3) ー 810 106 0.5 518 57 1.2 238 20
【0015】
【発明の効果】前記本発明の方法によると、熱分解によ
って塩化水素を発生する領域に重炭酸ソーダの微粉末を
充分に分散させて均一に吹き込み、塩化水素を除去する
ことにより、ダイオキシンおよびダイオキシン前駆物質
の生成を抑制することができる。 また、 従来考えられて
きた完全燃焼による前駆有機物質の削減を主体とする方
法と炉内での塩化水素の除去による本発明方法を併用す
ることによってダイオキシンの排出量をさらに一層抑制
することが可能となる。 また、 設備上の制約のために充
分なダイオキシン抑制対策が取り難い既設炉の場合に
も、簡便な本発明方法を採用することによって新設炉並
のダイオキシン抑制効果が期待できる。
【0016】
【図面の簡単な説明】
第一図はCa(Na)/HCl 等量比曲線(HCl 除去率曲線)を示
す。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項 1】ごみ焼却炉の入口部分に粉末状の ナトリ
    ウム、 カリウム、 カルシュウム、 マグネシウムから選ば
    れた少なくとも一種を含む物質あるいは塩基性の物質を
    吹き込み、 塩化水素を除去することにより、 芳香族塩素
    化合物の生成を低減させることを特徴とするダイオキシ
    ン類の発生を抑制する方法。
  2. 【請求項 2】ナトリウム、 カリウム、 カルシュウム、
    マグネシウムから選ばれた少なくとも一種を含む物 質
    が、重炭酸ナトリウム、 炭酸ナトリウム(トロナ灰、 マ
    ガジ灰のような天然ソー ダを含む)、水酸化ナトリウ
    ム、 炭酸カリウム、 水酸化カリウム、 水酸化カルシュウ
    ム、生石灰、炭酸カルシュウム、 水酸化マグネシュウ
    ム、ドロマイト、炭酸マグネシュウム、 であることを特
    徴とする第1項の方法。
  3. 【請求項 3】ナトリウム、 カルシュウムから選ばれた
    少なくとも一種を含む塩基性物質がセメント、フライア
    ッシュの加工物であることを特徴とする第1項の方法。
JP10181474A 1998-06-12 1998-06-12 ダイオキシン類の発生を抑制する方法 Pending JPH11351523A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113731136A (zh) * 2020-05-28 2021-12-03 兰州大学 一种避免二噁英生成的炉内控制方法

Cited By (1)

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