WO1987005089A1 - Fluidized-bed method for burning combustible materials - Google Patents

Description

明 細 眷

燃鵜物の ¾勐床式燃焼方法

技術分野

本発明は、 都市ごみ、 廃ブ ラ ス チ ッ ク 、 産業廃棄 物、 各種の汚（¾や廃液等の あ らゆる廃.棄物、 及び石 炭、 オ イ ル コ ー ク ス 、 バー ク等のあ らゆ る燃料 （ こ れ らの廃棄物及び燃料 5: 「燃焼物」 と総称する ） 、

T i O_t 又は A ^ 0_S *主成分とする粒子 *主たる流動 媒体とする流動床式燃缝炉 ¾用 て燃瑭させる方法 に関する も のであ る。

背景技術

第二次オ イ ル シ ョ ッ ク以降、 活発に ¾つた省資凍 ブ ー ム の中で、 溶融炉、 熱分解炉等の各種新技術及 び資源再生の旗標の も と での廃ブ ラ ス チ ッ ク再生技 術が百花練乱の如 く 開発されて き た。

しか しなが ら、 溶融炉、 熱分解炉等における還元 処理は得 られる エ ネ ル ギー の数倍のエ ネ ル ギ ー ¾消 费 し、 従来型焼却炉に よ る燃焼処理 0 3 〜 4 倍以上 の経费 fT要 し、 安定運転 も 驩 し と こ ろか ら事実上 失敗 し、 各業者共に撤退 しているのが現実である。

ま た、 麋ブ ラ ス チ ッ ク の再生に際 し て は 、 ブ ラ ス チ ッ ク の種類が多 く 、 その見分け方 も 難 しいために、 再生品には多種類の ブ ラ スチ ッ ク 混 ざっているた め、 ¾か ¾か処女原料の よ う に再使甩する こ と がで き ず、 再生品は よ り 低品質 O も の にな ]? 、 さ らに ブ ラ ス チ ッ ク に含有される安定剤ャ颜料な どの重金属 その他 o有害物賓の ^ g ¾ も ぁ 、 本来ブ ラ ス チ ッ ク で作る必要 o ¾い杭や植木鉢等、 限 られた再利闬の 仕方 しか ¾ く 、 しかも経费がかかって採算 ϋれに ¾ つている のが実情である。

ま た、 廃プ ラ スチ ッ ク の埋立処分にお ては、 プ ラ スチ ッ ク は比重が軽 く .、 容積がかさばる上に、 性 状その も のが安定 している ので分解せず、 長期間に わたって滅容化 しな ため、 埋な地と しての有効利 用 も難 しかった。

この よ う に 、 再生技術、 ある は埋立処分等に難 点の ある廃ブ ラ ス チ ッ ク の処理、 分には、 他に適 当 ¾対策と な る良案がな く 、 多 く の 自治体の淸 関 係者の嘆き の種であ ！？ 、 分別収集の限界とその解决 策が求め られている。

と こ ろ で然焼処理 と いっ て も 、 ブ ラ ス チ ッ ク類は、 ス ト 一 力式等の機械炉で焼却する と、 高温発熱 ¾生 ずるために炉 5：傷める と こ ろか ら、 ブ ラ スチ ッ ク類 を焼却不適物と して分別 している 自治体も あるが 可燃性廃棄物中か ら ブ ラ ス チ ッ ク類 S:余すと ころ ¾ く 分別する こ とは困難であ ]? 、 少る く と も ¹ 割稷度 は残留 し、 混入 している。

特に、 塩化 ビ - ール等は饞却に よって埴化水素 ¾ 発生するため、 金属ゃコ ン ク リ 一 ト 等 ¾廐食 しやす く 、 炉ゃ通突 *傷めるばか 17 でな く 環境汚染の厩因 と も ¾ る ため、 そ o瑰却拂ガ ス 8： ½理する に あたつ て莫大 ¾费 用 と 労力 ¾:要 していた。

—方 _> 1 9 8 3 年 1 1 月 には、 ス ト 一 力式焼却炉 で あ る機械炉において、 有害 ¾ ダイ ォ キ シ ン どが 検出 れた こ と が発表さ れ、 社会問題に ま で な 、 ボ リ 塩素化ダ ィ 才 キ シ ン ぐ p σ D D ) , ボ リ 塩素化 ジベ ン ゾ フ ラ ン （ P G D ) 、 ペ ン ツ ビ レ ン は じ め と す 塩素化合物の 発生は、 癍却処理その も の の あ I？ 方 を問 われ、 その 発生の大 き な 要因は ブ ラ ス チ ッ ク 類で あ る と さ れて る。 その後、 多 く ο砑 究機関 に おいて、 分析方法や健康への影響につ て 研究が ¾ さ れて る が、 ダ ィ ォ キ シ ン等に関する知 見はま だま だ未解明 ¾部分が多 く 、 その生成や分解 の メ カ ェ ズ ム は定かでは な い ο

しか し ¾ が ら、 次式 〔 1 ]

+ 2HC

… 〔 I〕 クロ口フエノール類 2 · S · 7 · 8四塩匕ダイ才キシン に示さ れる よ う に、 ダイ 才 キ シ ンは ク ロ 口 フ エ ノ ー ル類が 3 Q Q 〜 7 Q Q TC 程度に熱せ られる と 、 脱塩 酸反応に よ って生成する こ と が知 られてい る。

廃棄物中 には、 塩化 ビ ニ ー ル等 O ブ ラ ス チ ッ ク 類 や各種染料、 防虫剤等の ク π α ベ ン ゼ ン類が査富に 混入 してお ]? 、 こ う した無数の有機化学物質 *焼却 した時の化学反応に よって、 そ O—部がタ 口 n フ エ ノ ー ル と ¾ 、 ダ イ ォ キ シ ン の生成 * も た らすと推 測され、 これ ら有害物質 ¾発生させ： 4いで瑰却 理 で き る無公害焼却法が望まれて る。

ダ イ ォ キ シ ン な どは、 一般に 7 0 Q C以下で発生 し、 約 9 Q Q 〜 1 2 Q で 酸化 理に よ ！？ 完全 に分解する と いわれている。 ..したがって、 ダイ ォキ シ ン発生を防止する には、 炉底部 O低 ¾域で発生 し たダイ ォ キ シ ン を炉上部 O フ リ 一 ； 一 ド部で 9 Q Q 〜 1 2 0 Q C と して分解する方法と 、 俨底部の饞 a ¾常時 7 Q Q X: 以上 （ 温度変化及び余裕 ¾みれば 8 0 Q 上が好ま しい ） と して、 根底か ら発生さ せな 方法の 2 通 があ る。

と こ ろが機械炉 ©場合には、 燃镄機構上前者の方 法 しかな く 、 炉底の ス ト 一 力上の積層廃棄物内部は

3 0 Q 〜 4 Q 0 蒸 し蟾き 状態 と なってお 、 最 も 大量の ィ ォ キ シ ン S:発生する領域であ !？ 、 しか も 機械炉では燃焼用空気比が 2 以上と 高いため、 気で冷やされる率が多 く 、 ま た炉上部 o a ¾は よほ ど焼却物の発熱量が高 く い と ⁹ Q 0 〜 ¹ 2 Q 0 ま で上げる こ と は難 しい。

そこ で考え られる のは流動床式燃焼法である。 ¾ 動床式焼却炉の場合には、 炉底はケ ィ 砂等 鹰動媒 体に よ る 流動床で構成され、 通常 7 Q 0 TC 前後で運 転されて る と こ ろか ら、 前述 した機械炉 ょ は有 利である と考えられる。 と こ ろが、 ¾勋床式焼却に いては、 ¾動床内は複雑 ¾化学反応域であ 、 m 動床と え ど も 7 0 0 C 程度でダイ ォ キ シ ン ¾ ど O 発生 *確実に防止する こ と がで き る と は言い難い。 したがって、 流動床 o温度 ¾ さ らに上げ （ 好ま し く は 8 0 0 C以上 、 上部の フ リ ー 'ゼー ド部 O温度 ¾ 約 9 0 ！] 〜 1 2 Q Q t| と して運転すれば、 ダイ ォキ シ ン な どの有機塩素化合物の発生 ¾確実に防止する . こ とがで き る と共に、 ： P C B 、 シ ア ンその他 O有害 物質 も 1 2 Q 0 C 程度の温度でほ とんど分解される か ら有利であ る。

—方、 各種の工場等か ら排出 される産業廃棄物、 各種汚泥、 廃液等は、 埋 ¾¾分も 難 し く な り 、 焼却 処理される ^が多 く な .り つつあ る。 中で も 、 雑多 廃棄物を完全に処理で き る流動床式焼却炉が多用 さ れつつぁ 、 ア ル カ リ 金属化合物を含有する廃棄物 も 流動床で焼却処理する試みがな されている。

しか しるが ら、 一般に廃棄物を燃焼処理する流動 床式焼却炉は、 平均粒径約 （1 4 〜 2« Q 麵程度 Oケ ィ 砂 （" S i O, ) ¾流動媒体と して使用 し、 こ O流動媒 体に よ る流動床温度 ¾ 7 Q 0 C 前後に保って 動床 内に投入される麋棄物、 必要な らば補助燃料 と と も に熱を与えて燃焼 し、 燃焼に伴って発生する熱は再 ぴ流動媒体に還元されて焼却 *行 う も のである。 し か し、 流動媒体である ケィ 矽は高鬣域で下記 © よ う に ア ル カ リ 金属化合物等と 反応 し、 钾えば水ガ ラ ス 状のグイ 醭 ソ 一 Ha瘇 O ' S SiO, ) と j? 、 ¾勦化不 能にな るため、 流動床の ¾度は、 燃瑰処理対象 ¾に 応 じた制限があった。

3 S i Os + N a_a00₃ → N a₈0 · 3 S 0_t + 00¾

3S i0t + 2HaOH → N a_t0 » 3 S i 0» + H₂0

5 S i 0_t + 2 NaHCOs→ H a_t0 - 33 i 0_a + H_t0 + 2 G 0意 すな わち流動媒体 （ S i 0, ) 量に対するア ル カ リ 金羁化合物 Sr Ha 元素分で代表 して、 そ O含有重量 割合 （ 以下 a 濃度と う ：） が約 0L 5 96 ·¾下にな る よ う 場合 ( 通常の都市ごみの場合 ） には最高 3 Q Q 、 汚泥類や産業廃棄物等でア ル カ リ 金属化合物の 含有量が多 く 、 流動鑲体中 O N a 漫度が ¹ *程度に ¾ る よ う な も のは、 多少 安全 みて最高 7 5 0 ϋ 程度に抑えなければな らなかった。

、 砂と Hai COa や NaOH ©反応 ！：抑制するため に添加剤 と してある種の溶融抑制剤 ^えばカ オ リ ン ¾添加する こ と に よ ]? 、 ア ル カ リ 金属化合物等の含 有廃棄物 を流動床炉で焼却処理する こ と も で き るが、 それで も 流動砂の保有量に対 して単位時間当た U の 廃棄物中 Ώ ア ル 力 リ 金属化合物等の供袷濃度には限 界がぁ f？ 、 これ ¾越すと 如何に溶融抑制剤 ¾多置に 添加 し よ う と 流動化が停止 して しま ぅ デッ ド ラ イ ン がある こ と が解った。 流動床 o実験炉 oテ ス ト において ¾動鏃体 （Si¾) 温度約 8 0 α χ: で燒却镥 οア ル カ リ 金属化合物に よ ί) ¾励化が停止 して しま った時 Ο砂中 O Ma » «は ア ル 力 リ 金覉化合物の種類及び溶融抑制剤に よ & 差 は あ る が約 0· 6 〜 1· 8 ¾ で あった。

ま た溶融抑制剤 ©添加 も 抑制剤の粒径が細か と 炉内投入 と 同時に飛散 して効果が出 な い こ と があ る 上に、 やは .り コ ス ト 面、 後段機器への負荷增大 な ど の デ メ リ ッ ト が大 き く ア ル カ リ 金羼化合物等の対策 の有 力 な手段 と は成 り 得 て な いのが現状で あ る 。

実験炉で の テ ス ト 結果では、 燃塊物中 の ア ル カ リ 金属化合物は流動床内で焼却処理 さ れ る際、 大部分 は ダ ス ト ， ミ ス ト の形で排 ガ ス に 同伴さ れ炉か ら 出 て行 き 、 流動硖中 に残留 （ 蓄積 ） する ア ル カ リ 金属 化合物は僅かで あ 、 砂中 ο残留 ア ル カ リ 金属化 物は燃焼物中 の ア ル 力 リ 金属化合物の供給量でほぼ 決ま って しま う 。 ま た砂中 に保有さ れる 成分は Hat , κ: だけが選択的に捕捉さ れ る のでは な く 、 判えば

Fa や Ca な どその他の 成分 も 投入時の 成分比率の割 合 で存在 し てい る。

こ の よ う な複雑な 反応形態 で あ る ため、 流動床炉 で ア ル カ リ 金属 （ N a , K ) の化合物 ¾ 含む廃棄物 を焼却する際の処理可能 な （ Na 濃度は、 動砂に対する 負荷 も Ιϊίΐ に換算 ） で

Z H と い う 数値が一応 Q 目 安 と な る 。 実際 にはア ル 力 リ 金属化合橡 O形態 O違い ( NaiOO, , SaOH , N&C . ， H &χ 30₄ 又は SgCOt f KOH , KQt , ∑i S0₄ 等の ） に よ ！？許容 Ha 及び 囊 Sは多少変わって く るが、 童業廃棄 ¾そ O も Oの性状が雑多 ¾ァル カ リ 金厲化合物 5：含んでいる も の と推定され るので、 Total - Ha と して 1. Q ノ の値 ¾設定 してい る も の で あ る。

ア ル 力 リ 金属化合物は多種類が共存する と共融点 作 各単独 Oア ル 力 リ 金属化合 ¾の融点 よ ー層 低い温度で溶融する こ とが知 れてお $ 、 こ の こ と は流動床炉 ¾運転管理する上で注意 5： しなければ ¾ ら ¾ 重要 ¾事項である。 廃棄物中のア ル カ リ 金属 化合物の中で Ha_¾ C3(¾ や MaOH ¾ どは流勋砂と化学 的に結合 しケ ィ 駿 ソ ー ダ類 *形成するので特に N& , K 分の供給量の制御には注意 S:払 う と共に漉動床の 温度管理 も 怠 ]? な く 実施する必要があ る。

以上の よ う ¾情況である ため、 廃棄墩中に判えば ブ ラスチ ッ ク類等が多 く 、 発熱量が高い時には流動 床の温度は 8 0 0 C以上に ¾ る Οで、 流動床に注水 するか又は流動砂か ら熱回収 ¾行 う な ど して ¾動床 の温度が 8 Q 0 X： 以上に な ら ない よ う に コ ン ト ロ ー ル しなければ ¾ ら ¾かった。

さ らにま た、 ケ ィ 砂は熱伝導率が約 t 2 ( 8 Q 0 C ) kca . ノ mH C と低いために、 燃焼熱 ¾淹動媒体 に還元させる割合 *示す層内燃焼率で見る と一般的 には比較的低 部孃にはいる。

したがって、 廃棄物 O発熱量が低い時には、 流動 床 a度 *高 く 維持する こ と がで き ¾ と う こ と も あった。

な お、 層内燃焼率が低い と、 フ リ ー 'ゼー ドでの燃 焼が多 く な ]? 、 空気 と ！ O混合が悪 く 完全燃焼率が低 下 し、 有害物質の排出量が多 く な る。

—方、 各種 o工場等か ら排出される各趲の汚泥、 廃液、 産業廃棄物等には、 前記都市ごみや廃ブ ラ ス チ ッ ク類以上に多置のア ル カ リ 金属化合物の外、 リ ン化合物ゃパナ ジ ゥ ムィヒ合物が含ま れている も のが る。

そ して、 前記化合物 ¾多量に含有する廃棄物類 ¾ 焼却するための流動床の温度に も 廃棄物の種類、 す な わち前記化合物の含有量に応 じた制限があ 、 そ の種類に よっては流動床の温度 ¾ 6 0 0 上 ©燃 焼処理に必要な温度領域ま で上げる こ と がで き なか つた ί? 、 あ るいは廃棄物を少量ずつ投入 し、 流動媒 体中に 占める ア ル カ リ 金属、 リ ン及び 又はパナ ジ ゥ ム の含有率 ¾前記同様 1 重量 ¾以下に抑える よ う に管理する必要があった。

すな わち、 特に燃焼物中にア ル カ リ 金属化台物や リ ン化合物又はバ ナ ジ ウ ム化合物が多量に含有され ている と き には流動媒体である ケ ィ 矽と これ らの化 合物又はその酸化物等が物理的又は化学的に結合 し 一 1 Q —

て ク リ ン 力状に ¾ u 、 運転不能に至る ため、 供給量 ¾滅 らすか、 又は ¾勐床に注水 した ]? して、 流動床 S S: 6 Q Q c 以下に抑える よ う に コ ン ト ロ ー ル し な ければ ¾ ら ¾ かった。

しか し が ら、 廃棄物の 流動床に よ る焼却温度は、

—股に流動床温度が ⁶ Q [！ 〜 8 0 0 c 程度で行われ る こ と が多 く 、 廃棄物中 に ア ル カ リ 金属化合物等が 多 く 含ま れて る 場合 には、 前述 し た よ う な 温度 コ ン ト Π — ル が不可避で あ 、 実質上運転不可能 と ¾ つて た o

本発明 は、 流動床 ¾使用 し て各種廃棄物類 *燃焼 処理する も の で あ る が、 対象 と な る燃焼物中 に ア ル 力 リ 金属化合物ゃ リ ン化合物あ る いは バ ナ ジ ウ ム 化 合物が多量に 含ま れている 場合に、 流動媒体 と し て 従来 ケ ィ 砂に代えて T i Ol 又は A ₂ 0_S 粒状物 ¾採 闬する こ と に よ 、 6 Q Q t: 以上の 流動床温度に お い て も その ま ま 円滑 な焼却処理 ¾可能にする 流動床 式廃棄物処理方法 ¾提供する も ので あ る。

発明の 開示

本発明は、 流動床 ¾利用 し て都市 ごみ、 廃 ブ ラ ス チ ッ ク 、 産業廃棄物、 各種汚泥及び廃液等 © あ ら ゆ る 廃棄物及び石炭、 オ イ ル コ ー ク ス 、 バ ー ク 等 を燃 焼させる 方法に おいて、 流動媒体 と し て、 従来用 られていた ケ ィ 砂に代えて T i O» 又は A 0_S ¾主成 分 と する粒子 ¾ 用い る こ と に よ ]? 、 6 0 Q C 以上の 流動床温度においてそ O ま ま 円滑な燃焼 ½理 ¾：可能 と し、 ま た ¾動床置 3 0 Q C 或いはそれ以上の 高温に保持する と が可能 と ¾ U 、 ダイ *·キ シ ン な どの有害物質の発生 *確実に防止する こ と がで き る 各種の燃焼物の燃焼方法 Sr提供する も の であ る。

I 以下、 本発明 S:詳 し く 説明する。

i!

先づ実験炉に よ る テ ス ト に先だち、 適性流動媒体 ¾璞索する ために、 各種の粒子状物に よ る実験室に おける テ ス ト を行った。 これは、 種の粒子状物に 各種の ア ル 力 リ 金属化合 ^等 5:添加 し （： 塩は水に溶 か して混合後水分 5:乾燥する ） 混合物 磁性 ^一 ド に入れて マ ツ フ ル炉にて 1. 5 時間）g焼後放冷 して取 り 出 して、 反応 ©程 調べた も の であ り 、 そ O — 部 を第 1 表に記す。

お同種類の塩 © U a と K の違いに よ る挙動 O差 はほ とんどる く 、 類似 して るため、 こ こ では 8 a 化合物 を代表 と して示す。

ま た、 i 0₅ , V, 0₅ に よ る同テ ス ト の一部 も 第 ² 表に示す。 第 1 表 流動媒体 添加 頒熥温 £ 判お 儷 考 化合物 I： α-SiC N t C Og 596 830 5 粒径約，酺 n H &0H n n 5 n

// NaGZ n // 5 11

〃 N a₂30« 11 11 2 11

* β-ata H at C Os 5* 830 3 -

It H aOH It 4 0

H 4 If n » a_t S 0₄ It ff 5 ff 粒

A 。 _s ϋ a« G 0₃ 5¾ 75Q Q 〜 "β一 n HaOH If n 0 〃

H SaO^ " // It Q II

II D a₃ S 0« II H Q II

Alt 0₃ N a₂ C 0» It 830 1 It

It N aOH n 11 1 It

It SaG^ H it 4 If

II U a_s S 0₄ If If 2 II

Nat C0₃ It 950 3 n

If NaOH fl n 3 If

If MaC^ If It 4 II

It N _a S 0 H ff 5 n n

镶魔^ ¾ K *

撃 0 Q 0錢 a a

a

P *5 5¾ in

O

70

第 2 表

1 表 第 2 表の 「判 ¾J O基準

全体的に均一に溶着 し、 棒で強 く 突いて も 形が壊れ い完全に融合 した状態 局部的に溶着 し、 棒で突か ¾いと雜れ い

2 局部的に塊 ¾形成 し付着 しているが、 容易 に剝離する。 Q .·· 粒子状物が全 く 独 iして、 結合 してい い 備考 1

^えば判定基準の ¾標 S は 「 2 と ⁴ の中間 O結 合性 を有する」 こ と ¾意味 している。 指標 ¹ , ⁵ について も 同様であ る。

備考 2

各種ア ル 力 リ 金羁化合物等の融点

» &t G O_s a 51 c

NaOH 31 8 C

a a Q :

884 t:

ό 1 2 C

P» 0» 565 C

V_t 0s 690 C

前記テ ス ト は実際に流動化させて調査 した も の で はな ため、 実際の運転時 と は様相は異な る （ 実際 の運転時のほ う が、 媒体が流動 して るため、 よ 安全サイ ドで あ る ） が、 使用適否の傾向お よ び判定 は行える。

^上の実験室におけるテ ス ト の結果実際に使用可 能と判断されたのは Α |0» と TiO* であ ！？ 、 こ の ² 種類に よ 実験炉でテ ス ト した結果、 A^0_S では Ha 濃度約 5 ¾ 、 流動媒体温度約 ⁸ Q Q C ま で安定な； ¾ 転が可能であ 、 iO_t では Ha 嬢度 5 *以上、 ¾ 一 一

動媒体温度 3 0 Q 〜 ¹ Q 0 Q e で も安定 ¾運転が可 能であった。

したがって、 鹰動鏃体と して Ti *主成分とす る粒子 *使用する時には、 ¾動床 度 ¾ ⁷ 0 0 u以 上、 好ま し く は s 0 Q 〜 I α o a t: に緝持 して も 流動媒体には影眷な く 、 安定 した運転を容易に緵練 する こ と がで き 、 各種廃秦¾類の高 理が可能に る。

一方、 特に ダイ 才 キ シ ン等 o有害物質等の発生 o 問題が少 い汚泥や廃液類で、 ア ル カ リ 金属化合掬 や リ ン化合物、 ある はバ ナ ウ ム化合物が多量に 含まれている燃觴物の場合には流動媒体と して前記 同捸 Ti O, 又は Α·^0» を主成分と する粒子を使用す る こ と に よ ]? 、 投入量や温度 ¾低 く コ ン ト ロ ー ル す る必 1 な く 、 流動床温度 6 0 0 τ:以上好ま し く は ό Q Q 〜 8 Q Q C に維持 して も ク リ ン 力 ト ラ ブ ル © ま った ぐ い安定 した円清な流動状態が維持されて、 従来不可能だった燃耱物の流勖床に よ る燃焼 理が 可能に な る。

¾ 、 その後各稽純度 © T iO* で同棣のテ ス ト * 行った と こ ろ、 高純度 © TiO» で も ア ル カ リ 金属化 合物に よ 溶着する も の も 見いだされた。 そこ で本 発明者等は研究の結果、 その現象が TiO, の紳¾と 不純物の種類及び量が彩響する こ と に着目 し、 各種 の テ ス ト *行った と こ ろ、 流動媒体と して使用する i O, 粒子状物中に含有される金厲元索の う ち、 特 に Li , B , H& , At , Si , K , Oa , V , Or , 0ο , (3\ι および Ι» の含有量が、 ア ル カ リ 金厲化舍 物、 リ ン酸化合橡、 あるいはバ ナ ジ ウ ム化合掬と © 反応性に関係が深 こ と 5：知見する に至 、 本発明 に係る τιο» 流動媒体と しての好ま しい組成が明 ら かに ¾つた。

すな わち T iO, 粒子状掬中の不純物と して許容さ れる量は元素 と して Li が ³ t#以下、 3 が 2 wt# 以下、 が Οί 5 wt*以下、 が 2 wt#以下、 Si が 2 t*以下、 £が 1 w 4以下、 0 & が 2 irt* 下、 V が '2 ¾以下、 Or が S w ¾以下、 G o が 3 wt¾ 以下、 C3 u が S irt 以下お よ び P TD が 3 τΐ*以下で あ る こ とが必要である。

一般に、 T i Oi ¾外の成分である Li ， B , Ha , kl , Si , , Ga , Υ , Or , Co , 0 , Ρ¾ 等の 不純物元素は、 結晶粒界に酸化物と して存在 し、 流 動媒体中に存在する ア ル カ リ 金厲化合物、 PtO_s 等 © リ ン化合物、 マ i O_s 等バ ナ ジ ウ ム化合物 と の反応 性 ¾増大させる作用 ¾有する。 したがって、 かかる 不純物元素の含有量が前記 ©置 よ ]? も 多 と、 本発 明の 目 的 とする ア ル 力 リ 金厲化合物等に よ る溶着現 象 ¾起こ さ な 流勋媒体と して遑用する こ とが極め て困難に な る。 なかで も 、 上記不純掬元素の う ち、

H a が 5 wt* よ ]? 多 く 存在する と 、 その傾向が顕 蓊にあ らわれ * ¾いで S は ¹ wt* よ 多 とそ O傾 向があ らわれ、 3 , Si , Ga _f Ύ は 2 t* 、 ま た Li , Or , Co , 0u , Ρ¾ は S # よ ！？ もそれ ぞれ多いとその孃向が強 く あ らわれる。

そ して、 前記 動媒体の粒子状構成 ¾の組成は 8 5 wt*以上が T i Oi である こ と が必要である。 こ の理由.は.、 8 5 wt* よ j? も 少ない と 、 粒子状 ¾が¾ 動媒体中に存在する ア ル 力 リ 金属化合物等と反応 し 易 く 溶着し流動性が損なわれるか らであ る。

こ こで、 T i O， 純度 と不純物元素の許容含有量の 関係は、 両者が各 *必要条件の関係である。 す ¾わ ち、 判えば が 9 5 *以上であって も 、 各元素 の含有量がひ とつで も 前記量 *超えていれば、 その 流動媒体である粒子は溶着現象 ¾起こす。

そして、 流動媒体が溶着 し ¾い粒子 と して構成さ れていれば、 燃 ¾|嗨中に多少の S i 0， 等が混入 して き て も 流動層全体が溶着 して流動不蛊にな る こ と は い。 すな わち、 汚泥類の よ う に S i 0» 等 Q混入が 少 い燃焼物では流動媒体中に S i 0« 等が増加 して い く こ と はないが、 都市ごみ等の よ う に燃焼物中に S i O, 等の不燃物が混入 していた と して も 、 溶着 し な 流動媒体が化学的、 物理的に溶着する S i 0» 等 の周囲に介在する こ と に よ 、 3 i 0, 同志の溶着 断ち切る効果があ るか らである。

実験に よ る と T i O, ¾主成分と する粒子に S i 0» 一 1? 一

5：混入 し、 かつア ル カ リ 金厲化合物 δ:添加 した高温 テ ス ト では、 化合物の種類に も よ るが、 Ha 濃度 5 *、 MS ? 5 で、 ¾動層が粘っこ く な る S i 0，

O 含有量は約 1 Q 〜 2 0 ¾6 で あ ]? 、 Ma 濃度 5 * で も 温度が 8 Q 0 C 以下であれば S i 0, の含有量は

2 α ¾程度で も 流動化に支障はなかった。

す ¾ わち、 Ha の含有量が比較的大き い ^泥類 * 焼却 （ 燃瑭 ） せ しめる場合には、 3 iO, 等の混入は 全 く 問題に ¾ ら ¾ ので流動床温度 を 6 Q Q t： 〜 8 Q 0 1C に保持 し ¾が ら癍却する こ と がで き る。 ま た、 都市ごみ等 5：焼却する場合には、 都市ごみ中の N a 含有量は多 く て も 1 *以下で あ 、 かつ S iO， 等が混入 していて も その 1 部はダ ス ト と して飛散 し、 —部は流動床炉に おいて通常実施されてい る よ う に 炉底よ 不燃物 と して流動媒体と共に抜き 出 し、 振 動篩等に よ 流動媒体と S i O_a 等の不純物 と に篩分

'け して流動媒体のみを炉内に循環使用するため、 炉 内において S i 0, が蓄積する こ と はな'いか ら、 流動 床 度 ¾ 8 0 Q 〜 ¹ a Q Q C に保持 して も 、 何等支 陣 ¾来すこ と な く 、 連統運転が可能であ る。

燃焼物中に、 流動媒体と 同一大 き さ O粒子状の

S i Ot が特に大量に混入 している場合には （ 通常は こ の よ う な こ と はないが ） 、 流動媒体中の S i 0， 粒 子含有量が含有可能 ¾量以上と ¾ ら な よ う に、 動媒体の一部 ！：抜 き 出 し、 流動媒体 ¾新 らたに追加 すれば よ い。

TiO, 流動媒体 ！： 用 る 場含、 そ O祛晶構造は ル チ ル型、 アナタ ース型の何れで も よ いが—股的にル チ ル型の も oが硬度が大であ るので好ま しい。

—方、 燃焼；！程で発生する窒素化合嗨 （ 以下 N0_X と言う ） の低減対策は く つかあ ]? 、 その代表的 ¾ .も ©は触媒脱硝法であ る。 しかる に璲来触媒脱硝 ¾ はア ン モ ニ ア添力 Bの下に S α 0 — Q 0 t: 程度の温 度域で行 う こ と が一艘常識化 して たために、 高温 域での触媒脱硝と い う 発想はほ とんど ¾かった。

ま た、 N O は、 分解、 酸化、 ¾元のいずれの反； ε に も活性であ .り 、 U0X除去 ©観点か ら最も理想的 反応は NO か ら II, と 0» への分解反応で、 熱力学的 に も可能な反応で あ る と言われて る。 しかし、 多 数の触媒系が試験されて るが、 通常の条件下で こ れ 5:促進する実用的な触媒はま だ い と言われてい 本発明者等は、 結晶構造がア ナ タ ー ス型 の TiOi 又は a - i が、 通常使用されている S Q Q 〜 4 Q 0 C 程度の温度領域では活性が低 く 、 同 TiO_t 又は な - Α , Ο, 单体での觖媒作用は低いが、 高温に な る と 高い活性 *示すこ と ¾見いた' し、 同粒子 *流 / 動媒体兼脱硝触媒と して、 流動床内で燃焼物 燃癱 な い し熱処理する と 同時に脱硝を も 可能 と した も の である。

" 1/ すな わち、 ¾動床熟反応炉に いて、 アナ ー ス 型 TiO_¾ 又は e - AZfO* ¾主成分とする粒子 δ:主た る ¾動媒体と し、 該流動媒体に よ D 形成 した ¾動床 に よ U ア ン モ -ァ翁加 5:必要 とせずに燃爐物 0 ¾動 化燃焼反応と 同時に脱¾を行 う こ と がで き る。

ま た、 iO, 及び A^0_S の熱伝導率は共に約 7 Kca^ / iali i: であ ]? 、 ケ ィ 砂の 6 倍程度であるため、 流動床内での燃瑰熱をすばや く 庞勋媒体へ伝え う る で、 層内燃煽率 ¾高 く する こ と がで き 、 ¾動床内 の温度 3:高 く 維持する こ と がで き る。 そのため フ リ 一 ^ 一 ド下部の段階で殆んど完全燃饑させる こ と が で き る。

ま た、 炉 温 s¾高 aにする こ と に よ ！？ 有害 の分解が早 く な るため炉内に供袷する燃婕甩空気比 は小さ く て済み、 通常空気比 以上あれば よい。 そのため炉 J¾降の排ガ ス処理系統 S:小さ く する こ と ができ る。

図面の簡単な説明

第 1 図は高激流動床炉の一列 ¾示す図面、 第 2図 は フ リ 一 ー ド部 ¾更に高温に した場合の高 ¾ ¾動 床炉 ©—冽 ¾示す図面、 第 3 図及び第 4 図は流動媒 体と して夫 * TiO, 粒子及び ΑΛ«0₈ 粒子を用 た場 合 Ο媒体温 と脱硝率の関係 を示す図である。

発明 ¾実施する ため の最良の形態

ア ル 力 リ 金属化合物 ¾多量に含む燃耱物の燃焼処 理に いて、 燎却炉は従来どお uの も o sr用 、 m 動媒体 Oみを T iO, 又は Α^Οί ¾主成分とする粒子 状物に変更 し、 ¾動饑体湿 0 Q 〜 8 Q Q C O 範囲内の温度、 フ リ ー ^ー ド部 ©S度 ⁹ d o t:程 度と して安定 した連転 *行 う こ とがで き た。

都市ごみ等で ブ ラ スチ ッ ク頷が混入 している燃焼 物におい て ダ イ ォ キ シ ン等 o有機塩素化合物の発生 ¾抑える ため、 高湿流動床では第 1 図に示すよ う に、 炉 1 内で空気 2 に よ 流動化せ しめ られる 動媒体 3 * T i O, を主成分とする粒子状物 と して 8 Q Q 〜 1 Q 0 0 1： に維持 し、 フ ひ 一 ^ 一 ド部 ⁴ oa¾ ¾飛 灰の溶融 以下である約 1 0 Q 0 c程 Sに、 二次 空気 5 又は水 6 ©噴霧、 あ るいは輻射伝熱 ^イ ラ等 に よ る熱回収 （ 図示せず ） に よ !？ コ ン ト α — ルする 方法がと られる。

更に、 ダイ ォ キ シ ン等の有機埴素化合掬の他、 燃 焼物に混入 して く る Ρ σ Β や シ ア ン等の有害物質 ¾ よ 完全に分解させるためには第 2 図に示す よ う に フ リ 一 ^ 一 ド部に数秒間の滞留時間 ¾持つ約 1 E1 Q Q

〜 1 1 Q 0 C の高温域 ¾持たせ、 完全に分解させた 後、 輻射伝熱面を持つボイ ラ部等に導き 輟射滅温に よ ]? 、 伝熱面への溶融ダス ト Ο付着 ト ラ ブ ル等は く 、 瞬時に約 9 0 Q TC ま で滅湿 し、 後続の排ガ ス ½ / 理へ送る方法がと られる。

第 2 図 に お て符号 8 は賴射伝熱 ボ イ ラ 7 伝熱 面 o輻射滅濫に よ る燃焼部 o濂《降下 ¾防 ぐ «射滅 温防止板で、 ？ は燃爐物、 1 0 は拂ガ ス 示す。

¾お、 第 2 図は フ リ ー ー ド部 ¾：高 aにする一実 施钾 *模擬的に示 した も のであ ！？ 、 炉形式に と らわ れる も ではない し、 第 1 図に示す炉において も フ リ ー ^ー ド部 ¾ 1 Q Q Q 〜 1 2 Q Q C とする こ と も でき る。

一般 o都市ごみ o焼却では、 第 1 図に示す方法で ダイ 才 キ シ ン等の有機塩素化合物対策はほぼ满足 き る も のであ る。

ま た、 流動空気 （ 燃焼空気 ） の分散 ノ ズ ル S: セ ラ ミ ッ ク ス製 と すれば、 高通燃鎗のための熱収支改 善策に燃焼用空気 極端に高い温度ま で予熱 した場 含であって も 、 長時間の使用に耐える よ う に構成す る こ とがで き 、 排ガ ス に よ .る燃焼空気の予熱に よ 5 炉の熱バ ラ ン ス ¾廃熱回収で改善する こ と がで き 、 経済的に炉の高滬維持を行 う こ と が可能 と ¾ る。

ま た、 流動媒体の粒径は一股的に 4 〜 2« Q 麵程 度の も のが使用されるが、 フ リ 一 ボー ド拂ガ ス出 口 付近に簡易憤性集 じん板 ¾設けるか、 又は排ガ ス出 口以降に通常設け られる ガ ス泠却室又は廃熱ポィ ラ 等で捕集される粒子 ¾炉内に戻すよ う にする こ と に よ ！？、 粒子径 a 2 麵程度の粒径 とする こ と も で き る。

但 し、 T iO» 粒子 動媒体と して用いる場合最 も 重要な こ と は T i O, の純 ¾ ( 8 5 ¾6以上 ） であつ て、 そ O粒子 §：構成する他の組威が、 前述 した よ う 各元素が許容範囲内に規制された も のでなければ ¾ ら ¾い。 すな わち列えば T iO» が 9 5 ¾以上であ つて も 各元素の許容含有量 ¾ ひとつで も超えていれ ばその流動媒体粒子は溶着現象 ¾起す。

そ して流動媒体であ る粒子が溶着 しない粒子と し て構成されていれば、 燃焼物中に多少の S i o_t 等が 混入 して き て も 流動層全体が溶看 して流動不良に な る こ と は い。

一殺に、 T i O|» 純度が低いィ ル メ ナ イ ト 鉱は当然 溶着する が、 高純度 （ T i Oi 9 ⁵ ¾6以上 ） で天然に 産出する ル チ ル鉱 も 、 テ ス ト した範囲内 の い く つか の も のは溶着 した。 そこ で、 T i 0₂ 流動媒体と して は前記不純物 *規制 した合成ル チ ルが最 も 良好であ つた。

ま た、 粒子の形態は粒子状に合成 した も の、 造粒 した も の の他、 焼成品又は塊状に形成 した も の の粉 砕拗等その形態は問 わ ¾ 。

—方、 同時脱硝 ¾行 う 場舍には、 炉內底部に、 ァ ナ タ ー ス 型 T i O_¾ 又は 《 - Α^,Ο» 5：主成分と する粒 子 ¾充壤 して流動媒体と し、 その流動床温度 ¾約 8 Q 0 C以上に維持 して各種燃焼物を燃焼する流動 床 と し、 萨底よ i? 吹 き 込ま れる流動化兼燃焼用空気 にて 動化熱反応 ¾行 う と、 流動床内で燃焼に伴つ て発生する ϋθχ は、 同粒子の绒媒作用に よ ！？ 、 分解 し、 炉内に て燃焼 と 同時に脱礒 行 う こ と がで き る。 こ の時の分解反応は、

m

2 NO ► Ht + 0意

4 H 0 mm 2 HfO + Oj で、 一部

2 130 + 0₂ → 2 Η 0»

O 化反応 も あ る と 考え られ る。

実験の結果、 ア ナ タ ー ス型 T iO， 粒子は、 約 Q 0 C ¾上の温度で脱硝効果が あ ！？ 、 凝度約 ⁹ Q 0 で で 最 も 高い脱硝効率が得 られ、 その結果の一 ^ S:第 S 図 に示す。

ま た、 な - A^iOj 粒子は、 約 8 Q 0 以上の温度 で脱硝効果があ 、 約 9 α 0 t： 〜 1 2 0 0 C で最 も 高 い脱硝効率が得 ら れ る。 その結果 O—判 S:第 4 図 に示す。

な お、 本実験は ア ナ タ ー ス 型 T iOi ク リ ン 力 粒子 及 び or - A , 0_S ク リ ン 力 （ 溶融ア ル ミ ナ ） 粒子 S: 用 て行った も の で あ 、 反応器入 口 © »0 濃度 1 3 0 〜 2 Q 0 ppm O条件で行った も の で あ る。

第 3 図 に おい て 、 ア ナ タ ー ス型 も ル チ ル型 も 、 温 度 8 Q 0 C ま では UH_S 不在下ではま った く 活性 を示 さ な いが、 ア ナ タ ー ス型 T iO， は温度約 8 0 Q 〜 1 Q Q O C で、 HH» 不在下で も 高い活性 *示 し、 高 ぃ脱硝効率が得 られる。 しか しなが らル チ ル形 TiO雷 は温度 8 Q 3 〜 1 0 0 0 C で も まった く 不活性であ つ ft。

アナタ ー ス型 T iO: で も 約 1 0 Q 0 C以上の温度 に な る と急激^:活性が低下するが、 これは約 ¹ Q 0 0 1C 以上で T iOi の結晶構造がアナ タ ー ス型か らル チ ル型に転位する ためである。

実験に よ る と 、 1 Q Q ¾» ア ナ タ ー ス型 T iO, 5： 用 いて温度 9 0 13 1： で脱确 ¾行 ぅ と、 長時間経過 して も ル チ ル形への転位量は少 ¾い （ 2 ⁷ 時間後のル チ ル形への転位率は約 ¹ * ) が、 温度 ¹ 0 3 では 短時間でほ とんどがル チ ル型に転位する （ S 時間後 (D ル チ ル型への転位率は約 9 6 <i ) o

し た がっ て、 ア ナ タ ー ス型 T i Oi であって も

C 以上での運転は実用的ではな く 、 8 Q 0 〜 ¹ Q a Q t: の範囲内 o温度で運転すべき であ る。

¾ぉ、 流動媒体全量 ¾アナタ ース型 TiO» 叉は a - Α^,Ο, 主成分とする粒子にする こ と な く 、 SiO» その他の一般の流動媒体と混合 して流勋床とする こ と も で き る。 即ち、 燃焼物にア ル カ リ 金羁化合物等 が一定値以上含ま れている場合には、 流動媒体と し ては - A^ 0_S は溶着限界温度以上と ¾ るため、 ァ ナ タ ース 型 ¹ T iO_a ¾主成分とする粒子 ¾主体とする が、 それ以外の芘来の流動床反応炉の場合には 、 全 ての流動媒体をアナタ ース型 T i Oi 又は at - A _t O_a 粒子と する必要はない。

以上整理する と下記 o よ う に分類される o o ア ル 力 リ 金属化合物等 ¾ほ とんど含ま ¾い燃 §8物 の場合 Q使用可能な 流動媒体は、

脱硝効杲必要 O場合 · · · アナ タ ー ス 型 T i o_t 又は * 一 k lt ^t

0 ア ル 力 リ 金属化合物等 を一定値以上含んでいる燃 焼物の場合の使用可能な流動媒体は

脱硝効果不要の場合 . · · ル チ ル型 T i O» ( 温

度条件 6 Q Q 〜 1 0 Q Q C

k l_z 0₃ ( 温度条件 6 Q Q〜 8 0 Q C ) 脱硝効果必要の場合 · · • ア ナ タ ー ス 型 T i Ot ま た、 近年流動床式燃焼炉 ¾石炭、 オ イ ル ：！ ー ク ス、 パ ー ク等 o燃料の専焼炉 と して用いる こ と も 研 究されているが、 本発明で流動媒体と して用いる

T i 0, 又は it o₃ ¾主成分と する粒子は、 パナ ジ ゥ ム 、 リ ン或 はァ ル カ リ 金属化合物 S:不純物と して 含有 して る燃料 ¾燃焼せ しめる場合であって も 、 流動媒体 自 体高温に耐え、 且つ溶着する こ と ¾ く 安 定 して連転する こ と がで き る

ま た、 ア ナ タ ー ス 型 i Of 又は α - A^2 Os ¾主成 分と する粒子 ¾流動媒体 と して用 る場合には燃料 中に含ま れて る «I黄分 o燃燎 よ 1?発生する so_x

O発生量が少 ¾ 黴 ¾領域である ⁸ 5 Q 〜 ？ 0 Q I： O範囲内 o¾ において说硝活性 も大 と な 说 ¾ «： も行 ¾ われ環境保全に果す役割 も 大である。

発明の効果

以上述べた よ う に、 本発明に よれば

① 燃焼物にア ル カ リ 金驟化合物や リ ン化合榭又は バ ナ ジ ウ ム化合物が一定値 上含ま れていて も 、 流動媒体の溶着現象 ¾起すこ と ¾ く 、 高濃度に庞 動柬温度 ¾維持 し、 円滑な流動状態 ¾維持する こ とができ る。

す ¾ わち従来の 動床燃焼方法では燃翁処理で き ¾かった燃焼物を処理する こ と がで き る も ので る 。

② 流動床温度を更に高温に維持する こ と がで き る ため、 P C D D 、 P 0 D P _% ベ ン ツ ビ レ ン等の有 機塩素化合物の発生を抑えて、 かつ発生 した微量 の有害物質 を容易に分解する こ と がで き 'る。

⑤ 流動床温度 ¾②と 同様の高温に維持する こ と に よ ア ナ タ ー ス 型 T iO， 又は β - Α^Οι 粒子は ¾ 動媒体兼脱硝觫媒と して作用 し、 燃焼 ο過程で発 生する窒素酸化物 ¾分解する こ と ができ る。

ま た、 補助的 ¾効果 と して流動層の温変の注水 等に よ る一定値以下 コ ン ト π — ル が不要と ¾ る ため、 注水に よ る蒸発潜熱に よ る エ ネ ル ギ ー搮失 及び排ガ ス量 O増大 ¾防 ぐこ とがで き 、 省ヱ ネ ル ギー及び排ガ ス処理系統 5：小さ く する こ とがで き る ₀

童業上 o利用可能性

以上の よ う に本発明は大き く みる と 3 つの分野で 利用可能であ る。 すな わち第 ¹ はア ル カ リ 金属化合 物等を一定値以上含む各種汚泥や廃液等の廃棄物の 分野、 第 2 は都市ごみ、 廃ブ ラ ス チ ッ ク 、 逢業廃棄 物等の分野、 第 3 は石炭、 オ イ ル コ ー ク ス 、 バ ー ク ' 等 ¾燃料 と した流動層 ^ィ ラ の分野であ る。

第 3 ©分野の石炭等においては， 燃科中 O硫黄分 に よ 発生する S 0X の最も 発生が少 ¾い温 ¾領域で ある約 8 5 Q 〜 ⁹ 0 0 範囲で脱硝活性があ る こ とは好ま しい こ と で 、 環境保全に果す役割及び 貢献度は極めて大 き い も のであ る。

Claims

第 19条に基づく説明書

特許請求の範囲 1 は、 国際調査報告で引 用された 先行技術との関係か ら AZt O_s を削除 した。

特許請求の範囲 9 , 1 Q 及び 1 1 は国際調査報告 で引用され 先行技術と の関係で削除 した。

特許請求の範囲 1 2 乃至 1 9 は、 本発明に包含さ れている燃焼炉に関する特許請求の範囲を追加した も のである。