(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023124585
(43)【公開日】2023-09-06
(54)【発明の名称】熱分解処理装置
(51)【国際特許分類】
F23G 5/027 20060101AFI20230830BHJP
B09B 3/40 20220101ALI20230830BHJP
B09B 3/00 20220101ALI20230830BHJP
F23G 7/12 20060101ALI20230830BHJP
F23G 5/30 20060101ALI20230830BHJP
【FI】
F23G5/027 A
B09B3/00 303J
B09B3/00 ZAB
F23G5/027 Z
F23G7/12
F23G5/30 K
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2022028447
(22)【出願日】2022-02-25
(71)【出願人】
【識別番号】399049981
【氏名又は名称】株式会社オメガ
(72)【発明者】
【氏名】中村 信一
【テーマコード(参考)】
3K161
4D004
【Fターム(参考)】
3K161AA16
3K161AA19
3K161CA01
3K161CA03
3K161DA53
3K161EA01
3K161EA02
3K161EA22
3K161EA29
3K161EA44
3K161EA45
3K161LA03
3K161LA17
3K161LA29
3K161LA41
4D004AA02
4D004AA03
4D004AA04
4D004AA48
4D004CA24
4D004CB31
4D004CC01
(57)【要約】
【課題】より高度処理が可能な熱分解処理装置を提供しようとするもの。
【解決手段】被処理物を供給する流動性加熱媒体1を有する熱分解槽2と、前記熱分解槽2で発生した気化成分3を浄化する浄化槽4とを具備し、前記熱分解槽2では流動性加熱媒体1中で被処理物を略無酸素状態で熱分解することとし、前記浄化槽4では気化成分3中の被酸化物質を酸化分解するようにした。前記流動性加熱媒体1が低融点合金、又は/及び低融点金属、又は/及び液状金属としてもよい。前記浄化槽4は気化成分3を活性炭流動床41と活性炭固定床42とで処理するようにしてもよい。前記浄化槽4に対して液体中にオゾンを圧入して電気分解する電解機構Eを有し、液体中に前記オゾンから酸素ラジカルを生成させるようにしてもよい。前記浄化槽4の下方にタンクTを形成するようにしてもよい。
【選択図】
図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
被処理物を供給する流動性加熱媒体(1)を有する熱分解槽(2)と、前記熱分解槽(2)で発生した気化成分(3)を浄化する浄化槽(4)とを具備し、前記熱分解槽(2)では流動性加熱媒体(1)中で被処理物を略無酸素状態で熱分解することとし、前記浄化槽(4)では気化成分(3)中の被酸化物質を酸化分解するようにしたことを特徴とする熱分解処理装置。
【請求項2】
前記流動性加熱媒体(1)が低融点合金、又は/及び低融点金属、又は/及び液状金属とした請求項1記載の熱分解処理装置。
【請求項3】
前記浄化槽(4)は気化成分(3)を活性炭流動床(41)と活性炭固定床(42)とで処理するようにした請求項1又は2記載の熱分解処理装置。
【請求項4】
前記浄化槽(4)に対して液体中にオゾンを圧入して電気分解する電解機構(E)を有し、液体中に前記オゾンから酸素ラジカルを生成させるようにした請求項1乃至3のいずれかに記載の熱分解処理装置。
【請求項5】
前記浄化槽(4)の下方にタンク(T)を形成するようにした請求項1乃至4いずれかに記載の熱分解処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、より高度処理が可能な熱分解処理装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来より、会社、工場、ホテル、旅館、飲食店、一般家庭等から排出された生ごみその他の廃棄物を、公害が生ずることなく、無害、無臭で炭化処理するための装置に関する提案があった(特許文献1)。
すなわち、会社、工場、ホテル、旅館、飲食店、一般家庭等から排出された生ごみその他の廃棄物の量は極めて多量であり、これらの廃棄物を公害が生ずることなく、無害、無臭で処理することが大きな社会問題になっている。
廃棄物の処理は、一般に、焼却処理、発酵処理、埋立て投棄処理等によって行われている。このような従来の廃棄物処理手段特に焼却処理の場合に、次のような問題が生ずる。
即ち、廃棄物の焼却処理時に、排ガス中に存在するダストおよび有害物質が飛散するため、公害を引き起こさずに無煙、無臭で処理することができず、また、処理に際し廃棄物を分別しなければならず、これらの処理のために多額の設備費を要し、処理コストが高騰する上、処理作業が複雑になること等である、というものである。
このような状況に対し、より高度処理が可能な熱分解処理装置に対する要望があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
そこでこの発明は、より高度処理が可能な熱分解処理装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【0005】
前記課題を解決するためこの発明では次のような技術的手段を講じている。
(1)この発明の熱分解処理装置は、被処理物を供給する流動性加熱媒体を有する熱分解槽と、前記熱分解槽で発生した気化成分を浄化する浄化槽とを具備し、前記熱分解槽では流動性加熱媒体中で被処理物を略無酸素状態で熱分解することとし、前記浄化槽では気化成分中の被酸化物質を酸化分解するようにしたことを特徴とする。
【0006】
この熱分解処理装置では、被処理物を供給する流動性加熱媒体を有する熱分解槽(例えば400~950℃に昇温)を具備するので、低融点合金・低融点金属(例えば錫)・液状金属・Si-C粒状体などの流動性加熱媒体(熱処理時に流動状態)により、液体の被処理物(例えばCOD 50,000oomの高濃度廃液)や固体の被処理物(例えばウレタンボードなどの廃プラスチック類)に含有される有機化合物(例えばCOD成分や合成樹脂)などを熱分解することが出来る。
また、前記熱分解槽で発生した気化成分を浄化する浄化槽(例えばスクラバー槽)とを具備するので、液体や固体の被処理物中の有機化合物が熱分解して発生した気化成分(例えば塩酸ガスなどの有害成分)を吸収して浄化することが出来る。
【0007】
そして、前記熱分解槽では流動性加熱媒体中で被処理物を略無酸素状態で熱分解するようにしたので、被処理物を略無酸素状態の流動性加熱媒体中で燃焼させることなく、また含有される有機物から二酸化炭素を発生させることなく熱分解(例えば低分子化、炭化、無機物化)させることが出来る。
さらに、前記浄化槽では気化成分中の被酸化物質を酸化分解(例えば電解水やオゾンの電解酸素ラジカル水)するようにしたので、流動性加熱媒体中での熱分解により低分子化した有機化合物などを清浄化(例えばN2化)することが出来る。
【0008】
ここで、前記被処理物として、有機成分を含有する排水や固体有機物を例示することが出来る。被処理物(液体系)として、各種排水や廃液(例えばCOD 約20,000~60,000ppmの高濃度廃液)などを例示することが出来る。被処理物が液体系の各種排水や廃液の場合、気化成分として、水蒸気や、有機物の熱分解成分である低級炭化水素(メタンガス、エタンガス等)などを例示することが出来る。熱分解機構で気化しなかった炭化物や無機成分は、流動性加熱媒体に残留することになる。
【0009】
被処理物(固体系)として、廃プラスチック類の粉砕片、生物処理後の有機汚泥(湿潤体)、食品加工残渣、廃食品類、生ごみ(魚の頭、骨など)、病院などの使用済みの紙おしめ・脱脂綿などの医療廃棄物などを例示することが出来る。被処理物が固体系の場合、気化成分として、有機物の熱分解成分である炭化水素(メタンガス、エタンガス等)などを例示することが出来る。熱分解機構で気化しなかった炭化物や無機成分は、流動性加熱媒体に残留することになる。
【0010】
前記流動性加熱媒体として、金属製やSi-C(熱伝導率 200W/mK)製などの粒体(略球状体、ビーズ状体等)、低融点合金・金属(溶融した金属液体)、溶融食塩(ソルトバス)などを例示することが出来る。低融点金属として、錫(熱伝導率 64W/mK、融点232℃、沸点2,063℃、密度7g/cm3)、鉛(熱伝導率 31W/mK、融点327.5℃、沸点1,750℃、密度11g/cm3)、インジウム(熱伝導率 82W/mK、融点156℃、沸点2,072℃、密度22 g/cm3)、ガリウム(熱伝導率 88W/mK、融点29.78℃、沸点2,208℃、密度6g/cm3)などを例示することが出来る。
【0011】
前記流動性加熱媒体の熱源として、都市ガス(LNG)、プロパンガス、炭化水素ガス(メタンガス)などを例示することが出来る。
熱分解の態様として、炭化物にすることや炭化水素ガス(メタンガス、エタンガスなどの有機物の熱分解ガス)などにすることを例示することが出来る。
【0012】
この熱分解処理装置によると、熱分解槽において被処理物たる排水・廃液中の高濃度COD・TOC成分や有害臭気成分などを熱分解することにより、廃液の原液自体ではなく熱分解後の比較的清浄化された気化成分を浄化槽で処理するようにしたので、処理対象の被処理液に含有される汚れ成分が高濃度であっても熱分解によって濃度には関係なく処理することができるという利点を有する。
【0013】
また、微妙でデリケートな水処理(電気分解処理、酸化剤の添加による酸化分解処理、活性炭による吸着濾過処理など)を必要とすることなく、各種の水質分析(COD、TOC、pH、T-N、その他)を省略することができるという利点を有する。
【0014】
(2)前記流動性加熱媒体が低融点合金、又は/及び低融点金属、又は/及び液状金属とするようにしてもよい。
このように、流動性加熱媒体が低融点合金、低融点金属、液状金属とすると、熱分解槽中で被処理物が液状金属等との比重差により上昇する過程で十分に熱作用を受けることとなる(被処理物は熱分解槽の底部に注入、圧入により供給するとよい)。被処理物は、熱伝導性がいい液状金属等の重量や比重差により上昇抑制作用を受ける間に熱作用を受けることとなる。
【0015】
そして、被処理物に含まれる夾雑物、塩分などの無機分、また炭化物などは流動性加熱媒体上に浮いてくることとなる。これらは、熱分解槽から除去していくこととする。
【0016】
(3)前記浄化槽は気化成分を活性炭流動床と活性炭固定床とで処理するようにしてもよい。
このようにすると、気化成分中に例えば熱分解しそこなった残留有機成分や硫化水素などの異物成分が含まれる場合、これらを活性炭流動床や活性炭固定床の活性炭で吸着濾過して浄化することが出来る。
【0017】
また、活性炭流動床と活性炭固定床とを有するので、気化成分中の残留有機成分や異物成分を活性炭流動床で大きく吸着処理し、活性炭固定床で細かく吸着濾過して浄化槽の処理水を高度に清浄化することが出来る。
一般的に、排水処理(水処理)は吸着活性炭量で全体的な処理量が規制されるが、この熱分解処理装置は、被処理物を流動性加熱媒体で熱分解する熱分解機構と前記熱分解機構で発生した気化成分を供給する浄化槽とを有しており、液体系の被処理物(排水、廃液)を処理する場合、熱分解機構の熱源(バーナー等)の熱量の容量アップにより排水等の処理量のアップが比較的容易に可能なものであり(排水量20m3/日で60万kcal/hrバーナー に対し、排水量40m3/日で120万kcal/hrバーナー)、また生物処理のような有機汚泥は出ないものである。
浄化槽の活性炭流動床や活性炭固定床は、2段階処理として2槽以上を設けてもよい。
【0018】
(4)前記浄化槽は、仮に排気ガス中に有機成分が残留していた場合、電解機構から電解水を循環させて、液中に移行した有機成分を酸化分解していくことが出来る。
前記浄化槽に対して液体中にオゾンを圧入して電気分解する電解機構を有し、液体中に前記オゾン(O3)から酸素ラジカル(・O)を生成させるようにすると、オゾン(常温で気体であり液面から離脱し易い)を、より活性な酸素ラジカル(・O)として液体中に共存させ、この酸素ラジカル(・O)により浄化槽中に酸化分解作用を及ぼすことが出来る。
【0019】
すなわち、液面から離脱しようとする性質を有するオゾン(O3)を電気分解して、酸素ラジカル(・O)に変化させることにより、活性度が高い酸素ラジカル(・O)に変換することが出来る。
液体中にオゾンを圧入して電気分解すると、オゾン(O3)に及ぼされる電気エネルギーによって酸素ラジカル(・O)になる。O3→O2+・O、O2→・O+・O
【0020】
オゾン(O3)の酸化電位は 2.07Vであるのに対し、酸素ラジカル(・O)の酸化電位は 2.42Vであり、酸素ラジカル3つが生成すると2.42V×3=7.26Vになる。すなわち、オゾン(O3)の酸化電位2.07Vは、3つの酸素ラジカル(・O)に変化すると酸化電位は2.42V×3=7.26Vと大きなものになる。
そして、オゾンの電気分解により生成した活性ラジカル種(・O)は、強い酸化性を有しており、浄化槽中の液体中の有機物(汚れ成分)に対して分解作用を及ぼして浄化していく。
【0021】
つまり、この酸素ラジカル(・O)により、浄化槽の脱臭、脱色、殺菌をしたり、有機物やアンモニアその他の汚れ成分の分解をすることが出来る。酸素ラジカル(・O)は、浄化槽中の汚れ成分などを最終的に二酸化炭素(CO2)や窒素(N2)などの無害な物質に変化させる。
浄化槽中の液体は一部を排出しつつ、一部はオゾンを供給する電解機構に通水・通液しながら循環するようにすることが出来る。これにより、浄化槽中の清浄処理水を外部に排出しつつ、浄化槽中でオゾンと酸素ラジカルの酸化作用を繰り返し発揮させることが出来る。
【0022】
また、オゾンの電気分解により生成した活性ラジカル種(・O)の強い酸化性により、浄化槽中の使用済み活性炭の吸着汚れ成分に対して分解作用を及ぼして浄化していく。オゾン(O3)は、空気中の酸素(O2)を原料としてオゾナイザーにより発生させることが出来る。
【0023】
(5)前記浄化槽の下方にタンクを形成するようにしてもよい。このようにすると、活性炭流動床や活性炭固定床からの処理水を配管やポンプなしでタンクに移動させることが出来る。これにより、現場での工事が非常に楽になるものである。
【発明の効果】
【0024】
この発明は上述のような構成であり、次の効果を有する。
流動性加熱媒体中での熱分解により低分子化した有機化合物などを浄化槽でさらに清浄化することができるので、より高度処理が可能な熱分解処理装置を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【0025】
【
図1】この発明の熱分解処理装置の実施形態1を説明する断面図。
【
図2】この発明の熱分解処理装置の実施形態2を説明する断面図。
【発明を実施するための形態】
【0026】
以下、この発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
(実施形態1)
図1に示すように、この実施形態の熱分解処理装置は、被処理物を供給する流動性加熱媒体1(熱処理時に流動状態)を有する熱分解槽2(400~950℃に昇温)と、前記熱分解槽2で発生した気化成分3を浄化する浄化槽4とを具備し、前記熱分解槽2では流動性加熱媒体1中で被処理物を略無酸素状態で熱分解することとし、前記浄化槽4では気化成分3中の被酸化物質を酸化分解するようにした。
【0027】
前記被処理物として、有機成分を含有する排水や固体有機物を処理した。被処理物(液体系)として、廃液(COD 50,000oomの高濃度廃液)を処理した。すると、気化成分3として水蒸気や、有機物の熱分解成分である低級炭化水素(メタンガス)が発生した。熱分解機構で気化しなかった炭化物や無機成分は、流動性加熱媒体1上に残留した。高濃度廃液は、流動性加熱媒体1の内側の注入管Pから熱分解槽2に注入した。
【0028】
また、被処理物(固体系)として、廃プラスチック類の粉砕片(ウレタンボード)を処理した。すると、気化成分3として、有機物の熱分解成分である炭化水素(メタンガス)が発生した。熱分解機構で気化しなかった炭化物や無機成分は、流動性加熱媒体1上に残留した。廃プラスチック類の粉砕片は、上方の横向きのスパイラルコンベアS1(モータ駆動)から、流動性加熱媒体1の中心の下向きのスパイラルコンベアS2(モータ駆動)を介して熱分解槽2に注入した。
【0029】
前記流動性加熱媒体1として、低融点合金・金属(溶融した金属液体)を使用した。低融点金属として、錫(熱伝導率 64W/mK、融点232℃、沸点2,063℃、密度7g/cm3)を使用した。前記流動性加熱媒体1の熱源として、都市ガス(LNG)のバーナーBを使用した。
【0030】
流動性加熱媒体1を低融点金属、液状金属としたので、熱分解槽2中で被処理物が液状金属との比重差により上昇する過程で十分に熱作用を受けることとなった。被処理物は熱分解槽2の底部に注入、圧入により供給した。被処理物は、熱伝導性がいい液状金属の重量や比重差により上昇抑制作用を受ける間に熱作用を受けることとなった。
そして、被処理物に含まれる夾雑物、塩分などの無機分、また炭化物などは流動性加熱媒体1上に浮いてくることとなった。これらは、最終的に熱分解槽2から除去した。
【0031】
前記浄化槽4は、気化成分3を活性炭流動床41と活性炭固定床42とで処理するようにした。よって、気化成分3中で熱分解しそこなった残留有機成分や硫化水素などを、活性炭流動床41や活性炭固定床42の活性炭で吸着濾過して浄化することが出来た。
また、活性炭流動床41と活性炭固定床42とを有するので、気化成分3中の残留有機成分や異物成分を活性炭流動床41で大きく吸着処理し、活性炭固定床42で細かく吸着濾過して浄化槽4の処理水を高度に清浄化することが出来た。
【0032】
前記浄化槽4は、電解機構Eから電解水を循環させて、液中に移行した有機成分を酸化分解していくようにした。
具体的には、前記浄化槽4に対して液体中にオゾンを圧入して電気分解する電解機構Eを有し、液体中に前記オゾン(O3)から酸素ラジカル(・O)を生成させるようにしており、オゾン(常温で気体であり液面から離脱し易い)を、より活性な酸素ラジカル(・O)として液体中に共存させ、この酸素ラジカル(・O)により浄化槽4中に酸化分解作用を及ぼすことが出来た。オゾン(O3)は、空気中の酸素(O2)を原料としてオゾナイザーにより発生させた。
【0033】
すなわち、液面から離脱しようとする性質を有するオゾン(O3)を電気分解して、酸素ラジカル(・O)に変化させることにより、活性度が高い酸素ラジカル(・O)に変換することが出来た。
浄化槽4中の液体は一部を排出しつつ、一部はオゾンを供給する電解機構Eに通水・通液しながら循環するようにした。これにより、浄化槽4中の清浄処理水を外部に排出しつつ、浄化槽4中でオゾンと酸素ラジカルの酸化作用を繰り返し発揮させることが出来た。
【0034】
前記浄化槽4の下方にタンクTを形成するようにした。よって、活性炭流動床41や活性炭固定床42からの処理水を、配管やポンプなしで直接タンクTに移動させることが出来た。
【0035】
次に、この実施形態の熱分解処理装置の使用状態を説明する。
この熱分解処理装置では、被処理物を供給する流動性加熱媒体1を有する熱分解槽2(400~950℃に昇温した)を具備するので、低融点合金・低融点金属(錫)・液状金属などの流動性加熱媒体1(熱処理時に流動状態)により、液体の被処理物(高濃度廃液)や固体の被処理物(廃ウレタンボード)に含有される有機化合物(COD成分、合成樹脂)などを熱分解することが出来た。
【0036】
また、前記熱分解槽2で発生した気化成分3を浄化する浄化槽4(スクラバー槽)とを具備するので、液体や固体の被処理物中の有機化合物が熱分解して発生した気化成分3(塩酸ガスなどの有害成分)を吸収して浄化することが出来た。
そして、前記熱分解槽2では流動性加熱媒体1中で被処理物を略無酸素状態で熱分解するようにしたので、被処理物を略無酸素状態の流動性加熱媒体1中で燃焼させることなく、また含有される有機物から二酸化炭素を発生させることなく熱分解(低分子化、炭化、無機物化)させることが出来た。
【0037】
さらに、前記浄化槽4では気化成分3中の被酸化物質を酸化分解(電解水やオゾンの電解酸素ラジカル水)するようにしたので、流動性加熱媒体1中での熱分解により低分子化した有機化合物などを清浄化(N2化)することが出来た。
すなわち、流動性加熱媒体1中での熱分解により低分子化した有機化合物などを浄化槽4でさらに清浄化することができるので、より高度処理が可能なものであった。
【0038】
(実施形態2)
次に、実施形態2を上記実施形態との相違点を中心に説明する。
図2に示すように、この実施形態の熱分解処理装置は、被処理物を供給する流動性加熱媒体1(熱処理時に流動状態)を有する熱分解槽2(400~950℃に昇温)と、前記熱分解槽2で発生した気化成分3を浄化する浄化槽4とを具備し、前記熱分解槽2では流動性加熱媒体1中で被処理物を略無酸素状態で熱分解することとし、前記浄化槽4では気化成分3中の被酸化物質を酸化分解するようにした。
【0039】
前記被処理物として、有機成分を含有する排水や固体有機物を処理した。被処理物(液体系)として、廃液(COD 50,000oomの高濃度廃液)を処理した。気化成分3として水蒸気や、有機物の熱分解成分である低級炭化水素(メタンガス)が発生した。高濃度廃液は、流動性加熱媒体1の内側の注入管Pから熱分解槽2に注入した。
【0040】
前記流動性加熱媒体1として、低融点合金・金属(溶融した金属液体)を使用した。低融点金属として、錫(熱伝導率 64W/mK、融点232℃、沸点2,063℃、密度7g/cm3)を使用した。前記流動性加熱媒体1の熱源として、都市ガス(LNG)のバーナーBを使用した。
【0041】
前記浄化槽4は、気化成分3を活性炭流動床41と活性炭固定床42とで処理するようにした。前記熱分解槽2で発生した気化成分3は、コンプレッサー・エア(CP Air)により活性炭流動床41に圧入した。よって、気化成分3中で熱分解しそこなった残留有機成分や硫化水素などを、活性炭流動床41や活性炭固定床42の活性炭で吸着濾過して浄化することが出来た。
また、活性炭流動床41と活性炭固定床42とを有するので、気化成分3中の残留有機成分や異物成分を活性炭流動床41で大きく吸着処理し、活性炭固定床42で細かく吸着濾過して浄化槽4の処理水を高度に清浄化することが出来た。
【0042】
前記浄化槽4は、電解機構Eから電解水を循環させて、液中に移行した有機成分を酸化分解していくようにした。
具体的には、前記浄化槽4に対して液体中にオゾン(OZON)を圧入して電気分解する電解機構Eを有し、液体中に前記オゾン(O3)から酸素ラジカル(・O)を生成させるようにしており、オゾン(常温で気体であり液面から離脱し易い)を、より活性な酸素ラジカル(・O)として液体中に共存させ、この酸素ラジカル(・O)により浄化槽4中に酸化分解作用を及ぼすことが出来た。オゾン(O3)は、空気中の酸素(O2)を原料としてオゾナイザーにより発生させた。
【0043】
浄化槽4中の液体は一部を排出しつつ、一部はオゾンを供給する電解機構Eに通水・通液しながら循環するようにした。これにより、浄化槽4中の清浄処理水を外部に排出しつつ、浄化槽4中でオゾンと酸素ラジカルの酸化作用を繰り返し発揮させることが出来た。
前記浄化槽4の下方にタンクTを形成するようにした。よって、活性炭流動床41や活性炭固定床42からの処理水を、配管やポンプなしで直接タンクTに移動させることが出来た。そして、タンクTの下方からドレン排水を排出するようにした。
【産業上の利用可能性】
【0044】
より高度処理が可能なことによって、種々の熱分解処理装置の用途に適用することができる。
【符号の説明】
【0045】
1 流動性加熱媒体
2 熱分解槽
3 気化成分
4 浄化槽
41 活性炭流動床
42 活性炭固定床
E 電解機構
T タンク