【課題】重油等のエネルギーを使用せず、またダイオキシン等の有害化合物を副生させない有機系廃棄物の熱分解方法及び装置を提供すること。
【解決手段】熱分解反応器１の底面全体に酸素を拡散させ、発熱量と水分量を最適に調整した有機系廃棄物の一部を部分酸化させる。酸素量は導入管先端のバルブで制御されているため、熱分解反応器１内は無酸素状態でありダイオキシンなどの有害化合物の副生は殆ど起きない。部分酸化した有機系廃棄物はアッシュとなり発熱し、この熱で周囲の有機系廃棄物を熱分解・炭化・ガス化・灰化する有機系廃棄物処理方法。
燃料を使用せずに、有機系廃棄物の一部を部分酸化して、その熱によってダイオキシン等の有害化合物を発生させること無く、有機系廃棄物を熱分解・炭化、ガス化、そして灰化処理する小型分散型の方法並びに装置に関するものである。
【発明の詳細なる説明】
【００１】
【技術分野】
【００２】
本発明は燃料を使用せずにダイオキシン等の有害化合物を副生することなく、有機系廃棄物を熱分解処理し、生成した炭化物およびアッシュを非常に効果的な肥料や土壌改良剤にし、一切の廃棄物を出さない小型分散型の資源循環型の方法並びに装置に関するものである。
【背景技術】
【００３】
有機系廃棄物は一般に埋め立てや焼却処理される。しかし、塩素化合物が含まれる有機系廃棄物を燃焼した場合にはダイオキシンが副生するので大量の重油を使用して高温で燃焼し無ければならない。日本は京都議定書において１９９０年をベースに２０１２年まで温室効果ガスを６％削減する事を義務付けられており、生産性の低い有機系廃棄物の処理に大量の重油を使用する現在のシステムは非常な問題がある。
【発明が解決しようとする課題】
【００４】
本発明は従来技術の欠点を克服し、重油等のエネルギーを使用せずに有機系廃棄物の持つ内部エネルギーの一部を利用して、ダイオキシンなどの有害化合物を副生させずに有機系廃棄物を熱分解して、生成した炭化物およびアッシュを非常に効果的な肥料や土壌改良剤にし、一切の廃棄物を出さない資源循環型の方法並びに装置を開発することである
【課題を解決するための手段】
【００５】
上記課題を解決するための発明の要件は次の通りである。
（ａ）底部に酸素を制御しながら導入する導入管を有する熱分解反応器と（ｂ）熱分解反応器内部の導入管の長さが、一部は中心部、一部は中間部、一部は端部に酸素が拡散するように作られていることと（ｃ）熱分解によって得られたアッシュを導入管が埋まるように敷き詰め、酸素の拡散速度の制御、生成した塩酸などの中和、ガス化反応の触媒、水分や生成した高沸点有機物の捕集剤として使用することと（ｄ）発熱量と水分含量を計算して調製した有機系廃棄物を熱分解反応器に隙間無く充填し、熱分解によって発生した水分や有機物と熱交換させて、再び反応系に戻す事と（ｅ）酸素が逆流しないような構造を持つ冷却器と排出口を有する有機系廃棄物の熱分解方法並びに装置である。
【００６】
ダイオキシンが発生する機構は塩素を含む有機廃棄物が分解して発生した塩酸（ＨＣｌ）と酸素（Ｏ_２）と前駆体と反応する。従って、酸素をできるだけ抑えてやればダイオキシンの生成は防ぐ事ができる。炭焼き釜のような乾留・炭化炉はダイオキシンの生成量が非常に低いのはこのためである。我々は種々調査・検討した結果、密閉した熱分解反応器内に少量の酸素を送り込み、ほんの一部の有機系廃棄物を部分酸化してやれば、外部から熱を供給することなく、ダイオキシン等の副生も無く、全体を乾留・炭化・ガス化・灰化できることを、見出し本発明を完成した。
【００７】
次に本発明の詳細な内容について述べる。密閉した上記熱分解反応器の底部に導入管が埋まるようにアッシュを敷き詰め、発熱量と水分量を調製した有機系廃棄物を隙間無く充填し、中央部のアッシュと有機系廃棄物の境目を電熱ヒータなどで加熱する。温度が上がり有機系廃棄物の一部が着火したらすぐに電熱ヒータを切る。熱分解反応器内の酸素は直ぐに消費されて無酸素状態になり、導入管とアッシュを拡散してきた酸素はアッシュとの境目にある有機系廃棄物のみを部分酸化し、自らはアッシュとなって発熱する。この熱は熱伝導のあまり良くない有機系廃棄物で覆われているために蓄熱し、周囲の有機系廃棄物を熱分解して、ガスやピッチ、炭化物などを生成する。このために、アッシュとの境界面は常に分解ガスやピッチ、炭化物など酸化され易い物質になっている。導入管とアッシュを通って濃度拡散によって運ばれる酸素はアッシュとの境界面にあるガスやピッチ、炭化物などの部分酸化に消費されるために部分酸化が起こっている層の上側にある有機系廃棄物の熱分解は無酸素状態で行われるために、ダイオキシンなどの有害化合物の副生は殆ど起こらない。部分酸化層の厚さは温度を測定できないほど薄く、アッシュの状態で判断するしかないが、熱が蓄積されやすく、高カロリーの炭化物、ガス、ピッチなどが酸化されるために８００℃以上の高温になっていると推定している。熱分解によって発生したガスや蒸発した水分はびっしりと充填された有機系廃棄物の中を熱交換しながら上昇するが、沸点の高いピッチやダイオキシン前駆体などは殆どすべて有機系廃棄物の中に捕集されて外部には出てこない。これらはやがてアッシュ層の境界面に達し、部分酸化によってアッシュとなる。有機系廃棄物の水分含有率は６０％程度まで問題ないが水分の役割は次のよう考えている。潜熱が大きく、沸点の低い水分は部分酸化層で蒸気となって有機系廃棄物の中を上昇し、熱交換によって有機系廃棄物全体の温度をあげる。また、熱交換によって水滴となってダイオキシン発生の原因物質である塩酸を溶解し壁を伝わってアッシュ層に入り、塩基性物質を含むアッシュと塩酸を反応させて固定する。アッシュに入った水分は毛細管現象によって部分酸化層に達し、有機系廃棄物の中から落下する水滴と共に部分酸化層のガス化を促進させる。その時、アッシュはその成分から推定するとガス化触媒として作用すると考えている。
【００８】
本発明は焼却装置とは明らかに違う。燃焼においては燃料の１０倍以上の空気を強制的に吹き込み、排ガス流量が大きいために沸点の高いダイオキシンを付着した大量の粉塵や排ガスの冷却過程で再合成されたダイオキシンを付着した飛灰を外部にもたらすため、非常に高価な集塵装置やフィルターなどを設置する必要がある。しかし、本発明装置においては酸素の濃度拡散で熱分解反応器内に酸素を供給するために、導入管の先に薄い麈紙やタバコの煙をかざしても殆ど動かないくらいの少流量しか供給されない。熱分解が始まると熱分解反応器内の圧力は高くなり、バルブを僅かしか開放していない導入管からは空気は殆ど流入しない。しかし、熱分解反応器内の酸素は部分酸化によって直ぐ消費されてしまうので酸素濃度はゼロに近い。従って、酸素分圧のたかい外気から酸素が濃度拡散によって流入すると考えている。
排ガス量は非常に少なく、分厚く積層された有機系廃棄物の中を熱交換しながら排出口に向かうので粉塵は全く発生しない。従って、ダイオキシンが発生したとしても有機系廃棄物中に捕集されて、やがて部分酸化層に達して分解してしまう。
【００９】
有機系廃棄物の熱分解反応の過程を図１に模式的に示した。アッシュを通って拡散してきた酸素はアッシュとの境界面に生成している炭化物、ピッチ、ガスを酸化して発熱する。この層は高カロリーの物質をサンカスルために８００℃以上の高温になる。アッシュから上がってきた水分や上から落ちてきた水滴は高温の水蒸気となり、ガス化や有機系廃棄物の炭化を促す。高温層の上に無酸素状態で熱分解された炭化層がやや厚めに存在する。この層はやがてアッシュと接触して高温層になる。その上には熱変化を受けていない有機系廃棄物の層がある．この層は水蒸気と熱交換して温度は上昇するが５０℃〜７０℃程であるので水滴によって濡らされ下部のガスや有機性蒸気を密閉する。このようにして大部分の有機系廃棄物が無酸素状態で熱分解が進行するためにダイオキシンなどの有害物は副性しない。熱分解反応器の側壁や上部は手で触れるほどの暖かさでダイオキシン発生の原因となる前駆体は冷やされて熱分解反応器内に戻ってしまい外部には殆ど出てこない。
【０１０】
熱分解反応器の内部には断熱と過剰な水分を除くための多数の穴を持つ内部壁を設ける。穴の形状はガスを通し、凝縮液をアッシュ層に流せるものならどのような形状でも良いが、例えば、外からうちへ向かって上が開くように打ち抜く。そうすれば、熱分解反応器内部から発生した蒸気や有機性のガスが外壁と内壁の間に入り込み、外壁によって冷やされて凝縮液となって流下するときにも熱分解反応器内部に戻らずにアッシュ層に流す事ができる。
【発明の実施形態】
【０１１】
本発明の実施形態を図面に基づいて具体的に説明する。
図２に熱分解反応器の正面図を示した。これは製作した熱分解反応器の１例でこれに限定されるものではない。熱分解反応器１は鉄製で直径１０００、高さ１２００の円筒形である。図３に上から見た熱分解反応器の断面図を示した。熱分解反応器の底部に中心部に向かって内壁から４００の導入管を４本、２００の導入管を４本、１００の導入管を８本取り付けてある。導入管にはそれぞれ酸素の拡散速度を制御するためのバルブを取り付けてある。酸素供給量が多すぎる場合はいくつかのバルブを閉じる。熱分解反応器底部はアッシュを取り出しやすいように勾配がつけ、先端にロータリーバルブなどを取り付け、アッシュを取り出す作業がしやすいような高さに調製する足が付けられている。熱分解反応器の底部側壁に点検や誤って投入された金属類などを取り出す開口部を設けてある。この扉は耐熱性のパッキンによって通常は完全に密閉される。熱分解反応器の内側には適度な隙間を空けて多数の穴の開いた内壁が設けられている。過剰な水分や有機性蒸気はこの穴を抜けて外壁と接触して冷やされ流下して有機系廃棄物に付着して熱分解されるので外部にはほんの僅かしか排出されない。水分はアッシュ層に浸透していき一部は毛細管現象によって上昇し有機系廃棄物のガス化反応に使われる。排出ガスはコンデンサーの冷却水をバブリングして排出され、外気からも遮断されている。
【発明の効果】
【０１２】
アッシュ層に接触する有機系廃棄物の一部を部分酸化して、その発熱によって無酸素状態で他の大部分の有機系廃棄物を熱分解、炭化、ガス化反応を起させて、ダイオキシンなどの有害化合物を副生することなく、有機系廃棄物を無燃料で処理する方法である。
【実施例１】
【０１３】
４５Ｌのポリ袋に詰め込まれた生ゴミ５袋、電話帳や雑誌、新聞など紙類２００ｋｇ、梱包用のポリスチレン等を熱分解反応器に入れ、隙間と上部を１００Ｌの籾殻で埋めて投入口を閉じた。全体の容量は約１０００Ｌ（重量２５０ｋｇ）である。着火ヒータで加熱し、煙突から煙が出始めたら直ぐにヒータを切った。バルブは始めのうちはやや開放にし、熱分解が順調に開始されてからは僅かに開放にした。熱分解反応器の外壁温度は初期には室温であるが次第に暖まり、全体の外壁の温度は５０℃〜６０℃ほどの定常状態になった。そのまま、無人で２４時間放置して熱分解を行った。投入口を開けて中を点検した結果、有機系廃棄物は表面の１ｃｍが黒い炭化物であったがその下は全て白っぽいアッシュとなっていた。乾留液は約１０Ｌほどであった。排出口から排出されたガス、乾留液及びアッシュなどを採取し、ダイオキシン、コプラナＰＣＢｓを分析した結果は毒性等量換算で排ガス０．２ｐｇ−ＴＥＱ／Ｎｍ^３、乾留液で０．００９ｎｇ−ＴＥＱ／ｇ、アッシュで０．００８ｎｇ−ＴＥＱ／ｇで排ガスの国の環境基準値５．０ｎｇ−ＴＥＱ／Ｎｍ^３、処理灰の環境基準値３．０ｎｇ−ＴＥＱ／ｍ^３の大幅に下回る結果であった。

（もっと読む）