WO2002100563A1 - Procede et appareil permettant la decomposition d'une matiere contenant des substances organiques - Google Patents

Description

明 細 書

有機物含有物分解方法及び有機物含有物分解装置 技術分野

本発明に係る有機物含有物分解方法及び有機物含有物分解装置は、 有 機物、 または有機物と金属や無機物との複合物の分解処理に関するもの である。 特に、 木材、 紙、 プラスチック等の有機物を含む生活廃棄物お よび産業廃棄物の処理施設に係るものである。 背景技術

現代社会において、 生活および産業活動に伴う廃棄物の発生は避けら れない。 生活の高度化や産業の大規模化に伴い廃棄物の量は増加しつつ ある。 これらの廃棄物は、 各地に設けられた焼却場に集められて焼却さ れるカ 埋め立てされるのが通常である。

廃棄物の大部分は有機物である。 さらに、 有機物の中でも塩素分を含 む廃プラスチックの処理は問題が多い。 多くのプラスチックは完全に分 解するのに長期間を要し、 埋め立てには適さない。 燃焼させる場合には- 高温腐食による焼却炉の損傷やダイォキシン等の有害物質の発生の問題 がある。 地方自治体による廃棄物の回収においては分別収集が行われて いるが、 分別することはそれ自体負担である。 また、 使用済みの電子機 器等ではプラスチックとそれ以外の素材が結合されて使用されており、 プラスチックのみの完全な分別は望めないし、 また、 分別したにせよそ のプラスチックを何らかの手段で処理しなければならないことには変わ りがない。

近年、 プラスチックを無公害で処理する方法が例えば特開 2 0 0 0— 7 4 3 3 6、 特開 2 0 0 0— 8 6 8 0 7等の公開特許公報にて提案され ている。 しかしながら、 これらの技術も廃棄物を焼却または蒸し焼きす るものである。 特に蒸し焼きにする方法は無公害の点で有力であるが、 エネルギー効率は悪く多量の燃料を消費する。 焼却にせよ蒸し焼きにせ よ、 多量の二酸化炭素を排出するが、 地球温暖化防止の観点からも二酸 化炭素の発生量は減少させるべきである。

また、 特開平 1 1— 1 2 5 4 1 7には加熱した砕石に廃棄物を接触さ せて燃焼させる技術が、 特開 2 0 0 0— 1 4 1 3 7 2には焼いた石を用 いたプラスチック廃棄物の石焼き処理方法が提案され、 ダイォキシンの 発生を防止しようと しているが、 やはりエネルギー効率の点で限界があ る。

従来の廃棄物処理方法で主流となっている焼却処理は、 多量の二酸化 炭素を発生させる問題があり、 また、 有害物質であるダイォキシンの発 生が問題になっている。 さらに焼却においては廃棄物は二酸化炭素と灰 になるのみであり、 資源としてのリサイクルは望めない。 また、 分別さ れていないプラスチックや金属、 無機質等が混合した廃棄物の処理にも 問題がある。 一方、 無酸素状態で蒸し焼きにする方法はダイォキシンの 発生防止の点では有利であるが、 エネルギー効率が悪く、 大量の燃料を 消費し、 また二酸化炭素を発生させる。

本発明の目的は、 従来の廃棄物処理技術の有するこれらの問題を解決 し、 エネルギー効率がよく低公害でプラスチックや金属、 無機質等が混 合した廃棄物でも処理できる有機物含有物分解方法及び有機物含有物分 解装置を提供することにある。 発明の開示

本発明に係る有機物含有物分解方法は、 有機物、 または有機物と金属 や無機物との複合物を、 溶融した金属中に混入して分解するものである ₍ 分解により生じた炭を分離 · 回収してもよく、 溶融した鉛の底に沈んだ 貴金属を分離 · 回収することもでき、 気体として発生した水素化合物を 燃料として分離 · 回収することもできる。 熱媒となる溶融金属として、 溶融した鉛またはアルミニウムを使用することもできる。 有機物含有物 を金属製のかごに入れ、 当該かごとともに溶融した金属中に押し込む方 法により、 有機物含有物を溶融した金属中に混入してもよい。

本発明に係る有機物含有物分解装置は、 廃棄物の投入口と、 金属溶融 槽と、 金属溶融槽を加熱する加熱装置と、 廃棄物を溶融した金属内に強 制的に混入させる廃棄物混入装置とを備える。 本発明の有機物含有物分 解装置には、 さらに溶融した金属上に浮いた炭を分離 ·回収する炭分離 装置や、 溶融した金属の底に沈んだ金属を分離 · 回収する金属分離装置 を備えることができる。 また、 廃棄物混入装置を、 有機物含有物を入れ る金属製のかごを金属溶融槽に出し入れするものとすることもできる。 図面の簡単な説明

第 1図は本発明に係る有機物含有物分解装置の一例を示す説明図であ る。 第 2図は本発明に係る有機物含有物分解方法及び有機物含有物分解 装置の使用形態を示す説明図である。 第 3図は有機物含有物混入装置の 例を示す正面図である。 発明を実施するための最良の形態

本発明をより詳細に示すだめに、 添付の図面に従ってこれを説明する ₍ 図 1 に本発明の有機物含有物分解装置の一例を示す。 有機物含有物 分解装置 1は有機物含有物を投入するための投入口 2と有機物含有物の 分解を行う分解槽 3を備える。 本発明において有機物含有物とは、 有機 物のみのものと、 有機物と金属や無機物との複合物の双方を含み、 さら に、 生活廃棄物や産業廃棄物であってもよく、 廃棄物以外のものでもよ い。 本実施形態においては、 廃棄物の処理を中心に説明する。 処理され る廃棄物は有機物を含むものであればよく、 ポリ塩化ビニールのように 塩素を含むプラスチックが混在していてもよい。 さらにこれら有機物と 金属やセラミック等の無機物が混合したものであってもよい。 投入され る廃棄物の形状としてはチップに加工されたものがよいが、 分解槽 3を 大きなものにするならばチップにされていない廃棄物の投入も可能であ る。 例えば、 使用済みの電話やパソコン等の電子機器をそのまま、 ある いは、 おおまかに粉砕した程度のまま投入することもできる。

分解槽 3は閉鎖された容器で、 容量は必要とする処理能力に応じて 選択できる。 ここでは、 長さ 3 m、 幅おょぴ深さ 1 . 5 mのものを用い ている。 材料は対腐蝕性に優れたステンレスが望ましいが、 鉄を用いて もよい。 分解槽 3は加熱装置 4により加熱される。 この加熱装置 4とし ては、 重油バーナー、 灯油バーナー、 ガスバーナー、 電気加熱器等が使 われる。

分解槽 3はその中に熱媒として、 鉛、 アルミニウム、 亜鉛、 錫、 水 銀等の金属が溶融された状態で入れられる金属溶融槽である。 これらの 金属の内でも、 比重、 沸点、 コス トからみて鉛が熱媒として特に適して おり、 処理対象の廃棄物の種類によってはアルミエゥムが適している場 合もあり、 廃棄物中の銅の回収をしやすくするために亜鉛を用いてもよ い。 なお、 鉛と しては、 純粋な鉛を用いる以外にも、 銅等が一部合金化 した鉛を用いてもよく、 後者の場合にはより高い温度で使用されること となる。

溶融した金属の液面近くに、 有機物混入装置 （廃棄物混入装置） 5 が設けられている。 投入された廃棄物を強制的に溶融金属の中に混入す るための装置であり、 ここでは先端に鍵部のついた回転板を用いている 力 S、 他にはスク リ ュー式のコンベア一を用いてもよい。 さらに、 特殊な 例としては図 3に示すように、 有機物含有物を入れる金属製のかご 1 8 を金属溶融槽に出し入れするものとすることもできる。 例えば、 ゴムキ ャタビラのように炭素鋼とゴム ·プラスチックが組み合わさった不定形 状の廃棄物 Xを、 かごの扉 1 8 aを開いてかご 1 8の中にいれ、 図示し ない駆動手段により往復運動するロッ ド 1 9によりかご 1 8を実線の位 置まで下げて、 廃棄物 Xをかご 1 8とともに溶融した金属 1 0の中に押 し込む。

溶融した金属の液面の少し上に固形物排出口 6が設けられており、 廃棄物より分解された固形物のうち、 炭および比重の軽い金属等を固形 物排出口 6より機械的に分解槽 3の外に排出するようにしてある。 また, 分解槽 3の底部より管 8 aが設けられ金属分離装置 7に接続されている _c 溶媒である溶融金属より も比重の大きい金、 白金等の金属は管 8 aを通 つて金属分離装置 7に運ばれ、 ここで溶融金属と分離されて外部に排出 される。 また、 分解槽 3の上部にはガス排出口 9が設けられ、 廃棄物よ り発生した塩素や水素化合物等のガスは分解槽 3の外部へ排出される。 溶融した金属の液面の少し下にも別の管 8 bが設けられ金属分離装置 7 に接続されている。 アルミ、 亜鉛、 錫等の比重の小さい金属は、 熱媒金 属ぴ溶けた状態で上部へ浮いてくるため、 この管 8 より処理槽 3の外 部へ排出する。

次に図 1の有機物含有物分解装置 1による有機物含有物分解方法に ついて説明する。 投入される廃棄物は、 上述の通りチップに加工された ものでも、 回収された廃棄物そのままのものでもよい。 また、 廃棄物の 厳密な分別を行うことは必ずしも必要ではないが、 後述するように本分 解処理で発生する物質を回収 ·再利用することが主目的である場合には. その目的の物質が特に多く回収できるような廃棄物を予め選別すること も有効である。 分解槽 3に熱媒となる金属を入れ、 加熱装置 4で熱媒と なる金属が溶融するように加熱する。 鉛を熱媒として選択した場合は、 その溶解点および沸点を考慮して 3 5 0 °C〜4 5 0 °Cに調整するが、 こ の範囲内でも特に 4 0 0 °C前後に保つのが好ましい （なお、 この温度は 鉛の中に亜鉛、 スズ、 アルミニウム等を添加させることにより変化させ ることが可能である）。 投入口 2より廃棄物を分解槽 3へ投入する。 こ こで、 投入口 3よりそのまま落下させるような投入方法の場合、 廃棄物 は比重の大きい溶融金属の中には沈まないため、 液面近くに設けられた 廃棄物混入装置 5により強制的に押し込むようにして溶融金属内に混入 させる。 ここでは、 先端に鍵部を設けた回転板により廃棄物を強制的に 沈めている。 回転板は 3組備えられており、 廃棄物を投入口 2付近から その反対側の固形物排出口 9の方まで運ぶようになつている。

溶融金属中に沈められた廃棄物は、 溶融金属により加熱される。 こ こでの加熱は高温の溶融金属と接触しながら急速に行われるものであり、 熱は廃棄物に有効に伝達され、 従来の廃棄物処理のように空気等の気体 中での加熱に比べて熱効率がきわめて高い。 廃棄物中に含まれている炭 素分の内その大部分は炭となって液面上に浮揚し、 それ以外の一部は水 素化合物としてガスとなる。 プラスチックに含まれる塩素分は塩素ガス として気化する。 廃棄物中の金属の内、 熱媒である溶融金属よりも比重 の小さい銅等は液面上に浮揚するが、 金 ' 白金等比重の大きいものは溶 融金属の下に沈む。 その他セラミック、 ガラス等の無機物も液面上に浮 揚する。

液面上に浮遊した金属、 炭、 無機物は機械的に回収し、 固形物排出 口 6より分解槽 3の外部へと排出する。 溶融金属中に沈んだ比重の大き い金属は溶融金属とともに管 8 aを通って金属分離装置 7へ運ばれる。 ここで、 金、 白金等は分離されて外部へ排出され、 熱媒である金属は再 度分解槽 3へ戻される。 一方、 気体となった塩素や水素化合物はガス排 出口 9より分解槽 3の外部へ排出される。

なお、 熱媒と して鉛を用いた場合には、 廃棄物より溶出した金属の うち、 貴金属、 亜鉛、 アルミニウム、 真鍮等のように熱媒である鉛と合 金化して成長するものがある。 この場合、 回収された合金は電気分解お よび熱分離により分離して、 鉛は熱媒として再利用する。

廃棄物を連続的に投入し、 以上の工程を連続的に行うことにより廃 棄物の分解処理を継続する。

次に、 有機物含有物分解装置の周辺装置を加えて、 本実施形態の有 機物含有物分解装置おょぴ有機物含有物分解方法を実際に廃棄物処理施 設内で使用する形態の例を図 2により説明する。

原料ヤード 1 1にはチップに加工された廃棄物が収容されている。 したがって、 ガラス等の無機物の多くは予め除かれている。 本例では、 副産物として発生する炭を回収 ·利用することを考慮しているので、 炭 を発生させない不純物は予め取り除いておく方が有利だからである。 原 料ヤード 1 1のチップは投入口 2より投入装置により有機物含有物分解 装置 1に投入され、 前述の分解処理を行う。 有機物含有物分解処理装置 1の処理槽 3は無酸素状態に保つ必要があるため、 投入口 2は、 処理槽 3を密閉状態に保ちながらチップを投入できるものでなければならない ₍ 分解処理により発生する金や白金は回収される。 これら貴金属はそ れ自体価値が高いものであり、 また工業的にも有用な資源である。 パソ コン等の電子機器には多くの金が使われている。 しかしながら、 従来の 処理方法ではその回収にコス トがかかり再利用は十分には行われていな かった。 本発明の有機物含有物分解装置および有機物含有物分解方法に よれば、 エネルギー効率がよく人手もかからず、 さらに炭等他の副産物 の回収もかねて利用できるため、 回収された金の再利用も現実的となる ₍ タングステンも金や白金と同様に、 熱媒金属の底に沈むので、 同じよう に回収される。

また、 分解処理により発生する炭も回収 · 再利用できる。 例えば、 セメントの中に混入して利用することができる。 またビニールで被覆さ れた電線も本発明の有機物含有物分解装置および有機物含有物分解方法 によれば容易に処理でき、 銅を回収することができる。

一方、 発生するガスは触媒装置 1 2 へ送られる。 発生するガスは塩 素と水素化合物に分解されており、 触媒装置 1 2によって分離される。 塩素は結晶化され、 工業用原料として再利用される。 水素化合物はさら に蒸留装置 1 3へ送られ、 大部分は液化される。 このようにして得られ た水素化合物の液体は灯油よりも多くの熱を発生する良質の燃料として 利用できる。 気体として残った水素化合物は吸引装置 1 4により吸引さ れ、 水素ガスは燃料電池 1 5に送られ電力の発生源と して利用できる。 最後に残った残留ガスは残留ガス浄化装置 1 6へ送られ処理される。 残 留ガス浄化装置 1 6において残留ガスは例えば高温での燃焼やフィルタ による浄化等を行ってダイォキシン等の有害物質を含まない安全なも のにされ、 その後外界へ排出される。

その他、 廃棄物に含まれている銀は、 熱媒が鉛である場合は鉛の中 に溶解する。 廃棄物処理装置 1の定期保全等の際に、 鉛から分離 · 回収 する処理を別途行う。 アルミ、 亜鉛、 錫等の比重の小さい金属で鉛との 合金となるものは、 上部の管 8 bより処理槽 3の外へ排出する。 また、 ガス化したその他の金属は蒸留装置 1 3にて回収される。

以上、 本使用形態において、 廃棄物は効率よく無公害で処理される 上、 発生する炭、 金、 燃料等の副産物は回収された後、 資源として再利 用されることとなる。 なお、 加熱装置 4、 廃棄物混入装置 5、 廃棄物ャ ード 1 1、 触媒装置 1 2、 蒸留装置 1 3、 吸引装置 1 4、 燃料電池 1 5 残留ガス浄化装置 1 6は制御装置 1 7に接続され、 適切な条件で制御さ れている。 さらに、 制御装置 1 7に必要な運転条件を記憶させることに より有機物含有物分解方法の自動化を図ることも可能であり、 廃棄物処 理の省力化が行える。

本使用形態では、 廃棄物分解に伴って副産物と して発生する炭、 金、 燃料等を回収した後、 資源として積極的に再利用する例を説明したが、 本発明の実施にあってはこれらの副産物の全てを同時に利用することは 必ずしも必要でない。 これら副産物の内の一部のみを利用することを目 的とするならば、 その目的の副産物を特に多く発生させる廃棄物を選別 して、 本発明を適用すればよい。 そして、 例えば水素化合物を燃料とし て活用しないなら、 触媒装置 1 2や蒸留装置 1 3等を簡易なものとし、 発生したガスを回収するにとどめ、 後の処理工程に委ねるような実施形 態を選択することも可能である。

次に、 熱媒と して溶融したアルミニウムを使用する例を説明する。 有 機物の分解速度が大きく、 装置全体が軽量となることにおいて有利であ る。 特に、 有機物とアルミニウムが組み合わさった廃棄物を処理するの に適している。 すなわち、 使用済みの蛍光灯のようにアルミニウムとガ ラス ·鉄 ·水銀等の複合物を処理した場合に溶出したアルミニウムは合 金化しないので、 電気分解等の後処理が不要となる。 他の金属のほとん どはアルミニウムより比重が大きいため、 熱媒中に沈み、 底より回収さ れる。 亜鉛、 鉛、 スズ等はアルミニウムと合金となるので、 回収後、 電 気分解と熱分離により分離する。 水銀は気化するので、 复 として集め た後に冷却して回収する。

なお、 熱媒として鉛やアルミニウム等を使用するときに、 純粋なもの を用いてもよいが、 他の金属を少量添加して用いることもできる。 例え ば、 鉛に対して亜鉛、 スズ、 アルミニウム等を混入することにより熱媒 の溶融点、 沸点、 比重等を調整することができるので、 発明の適用範囲 が広くなる。 また、 熱媒として亜鉛を用いることにより、 使用済みのモ 一ターや変圧器等に含まれている銅の回収を容易にすることもできる。 以上、 廃棄物処理を例に本発明の実施の形態について説明したが、 本 発明の適用はこれにとどまらない。 例えば、 廃棄物の代わりに松かさを 本発明に係る有機物含有物処理装置で処理すると、 松かさの形状の炭が 得られる。 他の植物性のもの （野菜等） も同様に炭化することができる _c このようなものは装飾品と して使用されているが、 従来の蒸し焼きにす る方法では一昼夜かかっていたものが、 本発明によれば、 一分以内 （多 くの場合は 1 0秒以内） という短時間で得ることができる。 産業上の利用可能性

本発明に係る有機物含有物分解方法および有機物含有物分解装置は, 有機物または有機物と無機物の複合物の分解処理に利用できる。 特に有 機物を含む廃棄物の分解処理に利用できる。 溶融した金属を熱媒として 用い、 処理対象物に接触させて加熱 ·分解処理を行うので、 高いエネル ギー効率を実現できるという効果がある。 従って、 燃料の消費も少なく . 二酸化炭素の発生の減少にも資するものである。 また、 従来の廃棄物処 理で敬遠されるプラスチックを含む廃棄物も安全に処理することができ る処理技術として利用できる。 焼却に伴うダイォキシンの発生がないと いう利点もある。 さらに、 副次的な効果として、 廃棄物を分解させて発 生した炭、 金 · 白金等の貴金属あるいは塩素や水素化合物を資源として 再利用できる途を開く ものでもある。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 有機物含有物を、 溶融した金属の中に混入して分解することを特徴 とする有機物含有物分解方法。

2 . 有機物含有物を、 溶融した金属の中に強制的に混入して分解し、 発 生した炭を分離 · 回収することを特徴とする有機物含有物分解方法。

3 . 有機物含有物を、 溶融した金属の中に強制的に混入して分解し、 発 生した気体を燃料として分離 · 回収することを特徴とする有機物含有物 分解方法。

4 . 金属を含む有機物含有物を、 溶融した金属の中に強制的に混入して 分解し、 溶融した金属の底に沈んだ貴金属を分離 · 回収することを特徴 とする有機物含有物分解方法。

5 . 前記溶融した金属として、 溶融した鉛を用いるものである請求項 1 乃至請求項 4のいずれかに記載の有機物含有物分解方法。

6 . 前記溶融した金属として、 溶融したアルミエゥムを用いるものであ る請求項 1乃至請求項 4のいずれかに記載の有機物含有物分解方法。

7 . 有機物含有物を金属製のかごに入れ、 当該かごとともに溶融した金 属中に押し込む請求項 2乃至請求項 6のいずれかに記載の有機物含有物 分解方法。

8 . 有機物含有物の投入口と、 金属溶融槽と、 金属溶融槽を加熱する加 熱装置と、 有機物含有物を金属溶融槽内の溶融した金属内に強制的に混 入させる有機物含有物混入装置とを備えた有機物含有物分解装置。

9 . 前記溶融した金属上に浮いた炭を分離 · 回収する炭分離装置を備え た請求項 8に記載の有機物含有物分解装置。

1 0 . 金属溶融槽の底に沈んだ金属を前記溶融した金属より分離し回収 する金属分離装置を備えた請求項 8又は請求項 9のいずれかに記載の有 機物含有物分解装置。

1 1 . 前記有機物含有物混入装置が、 有機物含有物を入れる金属製のか ごを金属溶融槽に出し入れするものである請求項 8乃至請求項 1 0のい ずれかに記載の有機物含有物分解装匱。