特許 7050211 炭酸化処理装置および炭酸化処理方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-03-30

(45)【発行日】2022-04-07

(54)【発明の名称】炭酸化処理装置および炭酸化処理方法

(51)【国際特許分類】

   B09B 3/70 20220101AFI20220331BHJP

   B01F 27/95 20220101ALI20220331BHJP

   B01J 19/18 20060101ALI20220331BHJP

【ＦＩ】

B09B3/00 304G

B01F7/30 Z

B01J19/18 ZAB

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2021173299

(22)【出願日】2021-10-22

【審査請求日】2021-11-22

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000192590

【氏名又は名称】株式会社神鋼環境ソリューション

(73)【特許権者】

【識別番号】521465304

【氏名又は名称】オー．シー．オー テクノロジー リミテッド

【氏名又は名称原語表記】Ｏ．Ｃ．Ｏ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｔｄ．

【住所又は居所原語表記】Ｍｏｎｔａｇｕｅ Ｐｌａｃｅ，Ｃｈａｔｈａｍ Ｍａｒｉｔｉｍｅ，Ｃｈａｔｈａｍ，Ｋｅｎｔ ＭＥ４ ４ＱＵ（ＧＢ）

(74)【代理人】

【識別番号】110002734

【氏名又は名称】特許業務法人藤本パートナーズ

(72)【発明者】

【氏名】皆川 公司

(72)【発明者】

【氏名】中原 慎太郎

(72)【発明者】

【氏名】前田 有貴

(72)【発明者】

【氏名】藤原 大

(72)【発明者】

【氏名】ビセット，トム

(72)【発明者】

【氏名】ガニング，ピーター

【審査官】越本 秀幸

(56)【参考文献】

【文献】特開２００４－２６７９０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－２１８３２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－０６２４２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０２０－５３４９９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０１５３５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－３２３３２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－１１１０２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表平１１－５０５３１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－１２２７９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０４－００４０８４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ０９Ｂ １／００－５／００

Ｂ０１Ｆ ２７／９５

Ｂ０１Ｊ １９／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

炭酸化処理される固形物を含む被処理物を攪拌しつつ二酸化炭素と接触させて前記固形物に炭酸化処理を施すための炭酸化処理装置であって、
前記被処理物が収容される収容空間を有する反応容器と、
上下方向に延びる軸周りに回転して前記収容空間に収容された前記被処理物を攪拌する少なくとも１つの攪拌機とを備え、
該攪拌機が、前記被処理物の攪拌に際して前記収容空間において遊星運動するように備えられ、
前記攪拌機が、複数備えられ、
該複数の前記攪拌機には、第１攪拌機と、第２攪拌機とが含まれており、
前記第２攪拌機が前記第１攪拌機よりも高速回転可能で、
前記反応容器が、円柱状の前記収容空間を有し、
該反応容器が、前記収容空間の底面を画定する底壁と、前記収容空間の側面を画定する周側壁と、前記収容空間の天面を画定する天井壁とを有し、
前記第１攪拌機は、回転した際に前記被処理物を前記反応容器の底部からすくい上げて攪拌し得るように前記底壁に沿って移動する攪拌羽根を備え、
前記第２攪拌機は、前記第１攪拌機ですくい上げられた前記被処理物に含まれている凝集塊を破砕し得るように前記第１攪拌機の前記攪拌羽根よりも上方で回転する攪拌羽根を有している炭酸化処理装置。

【請求項2】

前記反応容器には、前記二酸化炭素を含む気体を前記収容空間に取り入れる給気部と、前記気体を前記収容空間から排出する排気部とが備えられ、
前記排気部が、前記収容空間の上端部の前記気体を排気し得るように備えられている請求項１記載の炭酸化処理装置。

【請求項3】

前記被処理物に接する前記反応容器の内壁面を冷却する冷却装置が更に備えられている請求項１又は２記載の炭酸化処理装置。

【請求項4】

前記周側壁の内側を周回して該周側壁の内壁面に付着した前記被処理物を掻き落とすスクレーパーをさらに備えている請求項１乃至３の何れか１項に記載の炭酸化処理装置。

【請求項5】

炭酸化処理装置を用い、二酸化炭素によって固形物に炭酸化処理を施す炭酸化処理方法であって、
前記炭酸化処理装置は、前記固形物を含む被処理物が収容される収容空間を有する反応容器と、
上下方向に延びる軸周りに回転して前記収容空間に収容された前記被処理物を攪拌する少なくとも１つの攪拌機とを備え、
該攪拌機が、前記収容空間において遊星運動するように備えられており、
該炭酸化処理装置には、前記攪拌機が、複数備えられ、
該複数の前記攪拌機には、第１攪拌機と、第２攪拌機とが含まれており、
前記第２攪拌機が前記第１攪拌機よりも高速回転可能で、
前記反応容器が、円柱状の前記収容空間を有し、
該反応容器が、前記収容空間の底面を画定する底壁と、前記収容空間の側面を画定する周側壁と、前記収容空間の天面を画定する天井壁とを有し、
前記第１攪拌機は、回転した際に前記被処理物を前記反応容器の底部からすくい上げて攪拌し得るように前記底壁に沿って移動する攪拌羽根を備え、
前記第２攪拌機は、前記第１攪拌機ですくい上げられた前記被処理物に含まれている凝集塊を破砕し得るように前記第１攪拌機の前記攪拌羽根よりも上方で回転する攪拌羽根を有しており、
前記複数の攪拌機によって前記被処理物を攪拌して前記炭酸化処理を実施する炭酸化処理方法。

【請求項6】

前記被処理物での固形分１００質量部に対する水の含有率が５質量部以上２５質量部以下である請求項５記載の炭酸化処理方法。

【請求項7】

前記反応容器には、前記二酸化炭素を含む気体を前記収容空間に取り入れる給気部と、前記気体を前記収容空間から排出する排気部とが備えられ、
前記排気部が、前記収容空間の上端部の前記気体を排気し得るように備えられており、
前記被処理物を収容した前記収容空間に前記気体を流通させつつ前記炭酸化処理を実施する請求項５又は６記載の炭酸化処理方法。

【請求項8】

前記炭酸化処理では、前記排気部により前記収容空間から排出される前記気体の流速を１ｍ／ｓ以上４ｍ／ｓ以下に調整する請求項７記載の炭酸化処理方法。

【請求項9】

前記炭酸化処理では、前記給気部により前記収容空間に導入する前記気体の流速を１０ｍ／ｓ以上４０ｍ／ｓ以下に調整する請求項７又は８記載の炭酸化処理方法。

【請求項10】

前記炭酸化処理では、前記収容空間の圧力をゲージ圧で２０ｋＰａ以下の正圧となるように調整する請求項７乃至９の何れか１項に記載の炭酸化処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は炭酸化処理装置と炭酸化処理方法とに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、廃棄物の焼却設備から排出される飛灰に対しては、ｐＨの低下や重金属の溶出防止などの目的で炭酸化処理が施されたりしている。このような炭酸化処理を行なうための炭酸化処理装置としては、下記特許文献１にも開示されている通り、両端部が閉塞された円筒体で、該円筒体の中心軸が水平方向となるように配された反応容器と、前記反応容器の中心軸に沿って配された回転軸を有する攪拌機とを備えたものが知られている。

【0003】

この種の炭酸化処理装置での炭酸化処理では、飛灰と水とを含むペースト状やスラリー状の被処理物を攪拌しながら装置内に二酸化炭素を含む気体を流通させて飛灰に含まれる酸化カルシウムや水酸化カルシウムを炭酸カルシウムへと変化させることが行われる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００２－２２４６４０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記の特許文献に記載のように横置きにされた円筒状の反応容器の中心を通る回転軸に攪拌羽根を装着した攪拌機を用いる場合、前記回転軸を反応容器の全長に及ぶ長さとすることができ、しかも、その長さ方向の複数箇所に攪拌羽根を配置することができるため、装置内に攪拌され難い場所が生じることを抑制することができ、二酸化炭素が被処理物全体に行きわたり易くなる。

【0006】

しかしながら、この種の炭酸化処理装置では、攪拌羽根が縦回転する形になるため被処理物を跳ね上げ易くなる。炭酸化処理の後段においては被処理物における飛灰と水とが比較的均一に混合されることになるが処理前段では飛灰だけが固まっているような場合がある。そのため、縦回転する攪拌羽根を有する攪拌機を利用すると装置内で飛灰が舞い上がり易くなる。舞い上げられた飛灰は装置から排出される気体に同伴されて装置外に排出されるおそれがある。排気系統に飛灰が入り込むような状況では頻繁に清掃することが必要になり効率良く作業することが難しくなる。

【0007】

このことを防止すべく上下方向に延びる回転軸に攪拌羽根を装着した攪拌機を用い攪拌羽根を横回転させて炭酸化処理を行うことが考えられる。しかしながら単に攪拌羽根を横回転させるだけでは十分な攪拌が行われ難い。そのため従来の方法では効率良く炭酸化処理することが難しい。そこで、本発明は、効率良く炭酸化処理が可能な炭酸化処理装置と炭酸化処理方法とを提供することを課題としている。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するため本発明者が鋭意検討したところ、攪拌羽根を縦回転でなく横回転させる場合でも特定の方法で回転をさせることで二酸化炭素が被処理物全体に行きわたり易くなり、しかも、反応容器からの固形物の排出も抑制可能になることを見出して本発明を完成させるに至った。

【0009】

上記課題を解決するため、本発明は、
炭酸化処理される固形物を含む被処理物を攪拌しつつ二酸化炭素と接触させて前記固形物に炭酸化処理を施すための炭酸化処理装置であって、
前記被処理物が収容される収容空間を有する反応容器と、
上下方向に延びる軸周りに回転して前記収容空間に収容された前記被処理物を攪拌する少なくとも１つの攪拌機とを備え、
該攪拌機が、前記被処理物の攪拌に際して前記収容空間において遊星運動するように備えられている炭酸化処理装置、を提供する。

【0010】

本発明は、また、
炭酸化処理装置を用い、二酸化炭素によって固形物に炭酸化処理を施す炭酸化処理方法であって、
前記炭酸化処理装置は、前記固形物を含む被処理物が収容される収容空間を有する反応容器と、
上下方向に延びる軸周りに回転して前記収容空間に収容された前記被処理物を攪拌する少なくとも１つの攪拌機とを備え、
該攪拌機が、前記収容空間において遊星運動するように備えられており、
前記攪拌機によって前記被処理物を攪拌して前記炭酸化処理を実施する炭酸化処理方法、を提供する。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、効率良く炭酸化処理が可能な炭酸化処理装置と炭酸化処理方法とが提供され得る。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は、一焼却施設での装置構成を示した概略図である。

【図2】図２は、炭酸化処理装置の一例を示した概略図である。

【図3】図３は、図２の炭酸化処理装置での攪拌機の様子を示した部分拡大図である。

【図4】図４は、炭酸化処理装置での攪拌領域を示した概略図（図２のＩＶ－ＩＶ線矢視断面図）である。

【図5A】図５Ａは、図２の炭酸化処理装置での攪拌領域を示した概略図である。

【図5B】図５Ｂは、図２の炭酸化処理装置での攪拌領域を示した概略図である。

【図5C】図５Ｃは、図２の炭酸化処理装置での攪拌領域を示した概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下に、本発明の一実施の形態について焼却施設に設置された炭酸化処理装置で飛灰を炭酸化処理する方法を図を参照しつつ説明する。
本実施形態の炭酸化処理装置では、飛灰と水とを含む被処理物が二酸化炭素を含む気体と接触することで飛灰の炭酸化が行われる。飛灰は、比表面積の大きな粒子であり、それ自体は、炭酸化処理が効率良く行われ得る。その反面、飛灰は、凝集し易い。そのため従来のような方法では飛灰を十分に攪拌するのは難しい。また、飛灰は炭酸化処理に用いられた後の気体に同伴されて排出されてしまい易い。尚、本実施形態の炭酸化処理装置で炭酸化処理される対象は炭酸化処理が可能なものであればどのような物質でもよく、飛灰に限定されない。本実施形態の炭酸化処理装置で炭酸化処理される対象は、粒子にも限定されない。

【0014】

飛灰が装置外に排出されることを防ぐために目の細かなフィルターなどを設置することも考え得る。その場合は二酸化炭素を含む気体を装置に供給するためのブロアなどの負荷を増大させることになり、効率的な炭酸化処理が行われ難くなり得る。本実施形態では炭酸化処理するのが飛灰のような細かな粒子でも、該粒子が舞い上がるのを防ぎつつ良好な攪拌が行われ得る。そのため本実施形態では効率良く炭酸化処理が行われ得る。このような効果は、炭酸化処理する対象が飛灰である場合に限って得られるものではない。炭酸化処理する対象が固形物である場合、サイズを小さくして比表面積を大きくする方が炭酸化処理の処理効率は向上するものの固形物のサイズを小さくすると当該固形物が排気に同伴され易くなってしまう。また、固形物がサイズの大きな塊であっても攪拌時に塊どうしが衝突して細かな破砕物が生じ、当該破砕物が排気に同伴されるおそれも有する。

【0015】

本実施形態の炭酸化処理装置で炭酸化処理される対象は、固形物である。炭酸化処理する固形物は、熱処理によって生じた生成物であってもよい。熱処理としては、例えば、熱分解を伴わない単なる溶融や熱分解などが挙げられる。熱分解は、焼却、焼成、ガス化、焙焼を目的としたものであってもよい。熱分解される対象物としては、例えば、都市ごみ、バイオマス、製紙スラッジ、下水汚泥、セメント原料、鉄鋼原料などが挙げられる。炭酸化処理する固形物は、これらの熱分解される対象物に由来する生成物であってもよい。熱分解によって生じる生成物としては、焼却灰が挙げられる。焼却灰としては、主灰、飛灰などが挙げられる。炭酸化処理する焼却灰は、溶融スラグの状態になっていてもよい。熱分解によって生じる生成物としては、金属の精錬過程で生じるスラグであってもよい。

【0016】

図１は、炭酸化処理される材料が生成される施設を焼却炉１０を有する焼却施設１００の形態で示したものである。該焼却炉１０は、廃棄物等の被焼却処理物を焼却して高温の排ガスを排出する。

【0017】

該焼却炉１０から排出される排ガスは、二酸化炭素、硫黄酸化物、窒素酸化物、塩化水素など気体の他に固形物である飛灰を含む。飛灰は、通常、被焼却処理物に由来する成分とともに後述するアルカリ剤に由来する成分を含む。該飛灰には、通常、カリウム、カルシウム、及び、マグネシウムからなる群より選ばれる１種以上を含む化合物が含まれる。前記炭酸化処理装置で炭酸化処理され、本実施形態の炭酸化処理方法で炭酸化処理される前記飛灰には、例えば、硫黄、リン、ケイ素からなる群より選ばれる１種以上を含む化合物が含まれてもよい。前記飛灰には、ナトリウム、亜鉛、鉄、アルミニウム、銅、及び、それらの化合物からなる群より選ばれる１種以上が含まれてもよい。前記飛灰には、鉛や六価クロムなどの重金属やその化合物も含まれ得る。

【0018】

前記化合物としては、例えば、酸化物、水酸化物、炭化物、炭酸化物、炭酸水素化物、窒化物、硝酸化物、硫化物、硫酸化物、ハロゲン化物などが挙げられる。本実施形態における炭酸化処理装置５０は、該飛灰を炭酸化処理するとともに炭酸化処理後の飛灰を地中に埋設するなどした際に前記重金属が溶出することを抑制すべく使用される。幾つかの例では、鉛の溶出量が０．３ｍｇ／Ｌ以上である飛灰が炭酸化処理に用いられる。幾つかの例では、六価クロムの溶出量が１．５ｍｇ／Ｌ以上である飛灰が炭酸化処理に用いられる。

【0019】

炭酸化処理方法は、どのような用途でも実施でき、利用する設備が限られるものではないが、例えば、前記焼却設備１００で実施され得る。本実施形態の焼却施設１００は、前記焼却炉１０と、該焼却炉１０から排出される排ガスを冷却する減温塔２０と、該減温塔２０で冷却された排ガスに含まれている酸性ガスを中和するために消石灰などのアルカリ剤を排ガスに添加するアルカリ処理装置３０と、該アルカリ処理装置３０でアルカリ剤の添加された排ガスから固形分である飛灰を取り除くバグフィルターを備えた飛灰除去装置４０と、該飛灰除去装置４０で除去された飛灰を炭酸化処理するための炭酸化処理装置５０とを備えている。本実施形態の炭酸化処理装置５０は、収容した飛灰に水を添加して粘土状の被処理物Ｘを調製し得るように構成されており、後述するように、該被処理物Ｘを攪拌しつつ炭酸化処理し得るよう構成されている。

【0020】

前記焼却施設１００は、前記飛灰除去装置４０を通過して飛灰の取り除かれた排ガスに含まれている二酸化炭素を前記炭酸化処理装置５０での炭酸化処理に利用し得るように構成されている。より詳しくは、本実施形態の焼却施設１００は、前記飛灰除去装置４０を通過した排ガスの一部又は全部をスクラバーを備えた接水装置６０で水に接触させて易溶解性のガスを当該接水装置６０で取り除いた上で前記炭酸化処理装置５０に供給し得るように構成されている。該接水装置６０では、塩化水素、二酸化硫黄、二酸化窒素などの二酸化炭素よりも水との接触によって排ガスから除去され易い成分が除去され得る。本実施形態では、前記炭酸化処理装置５０に二酸化炭素を含む気体として排ガスを供給しているが、該気体は、排ガスに限らず各種のものを利用でき、例えば、ボンベに封入されて市販されている純度９９質量％以上の炭酸ガスを炭酸化処理装置５０に供給してもよい。

【0021】

前記炭酸化処理装置５０で炭酸化処理に用いられる二酸化炭素は、液体や固体の状態で前記炭酸化処理装置５０に導入されてもよい。炭酸化処理には、液化二酸化炭素や炭酸水を用いてもよい。炭酸化処理には、ドライアイスを用いてもよい。また、熱分解や化学反応により二酸化炭素が発生する液体や固体（炭酸水素ナトリウム、炭酸ナトリウムなど）も炭酸化処理に用いることができる。炭酸化処理は、純度の高い炭酸ガスやドライアイスなどを用いることで、接水装置６０や後述するブロア７０、水分除去装置８０、冷却装置９０などを利用せずに実施できる。炭酸化処理は、排ガスを用いる場合でも、これらの装置を利用せずに実施できる。

【0022】

本実施形態の焼却施設１００では、飛灰除去装置４０から排ガスを排出する経路となる排ガスラインＬＥが、系外に排ガスを排出するための排ガス排出ラインＬＥ１と、排ガスを炭酸化処理装置５０に供給する排ガス供給ラインＬＥ２とに分岐している。本実施形態の焼却施設１００では、排ガスの流路を前記排ガス排出ラインＬＥ１と前記排ガス供給ラインＬＥ２とに切り替えたり、炭酸化処理装置５０に供給する排ガス量を調整し得るように排ガスラインＬＥの分岐箇所にバルブＶ１が備えられている。

【0023】

本実施形態の焼却施設１００は、排ガス供給ラインＬＥ２に接水装置６０、およびブロア７０が備えられ、炭酸化処理装置５０に供給される排ガスに背圧を加え得るように構成されている。本実施形態の焼却施設１００は、排ガス供給ラインＬＥ２にミストセパレーターなどの水分除去装置８０を備え、炭酸化処理装置５０に供給される排ガスに含まれる水分を低減し得るように構成されている。

【0024】

本発明の幾つかの例では、本実施形態の焼却施設１００は、被処理物Ｘに接する前記炭酸化処理装置５０の内壁面を冷却する冷却装置９０が更に備えている。該冷却装置９０は、前記炭酸化処理装置５０との間で冷却液を循環させ、前記炭酸化処理装置５０で温められた冷却液を冷却して温度低下させた後に再び前記炭酸化処理装置５０に供給し得るように構成されている。

【0025】

前記炭酸化処理装置５０は、前記飛灰と水とを含んだ前記被処理物Ｘが収容される収容空間５１ａを備えた反応容器５１と、前記収容空間５１ａにおいて上下方向に延びる軸周りに回転して該収容空間５１ａに収容された前記被処理物Ｘを攪拌する少なくとも１つの攪拌機５２と、前記反応容器５１の内壁面に付着した被処理物Ｘを掻き落とすためのスクレーパー５３とを備えている。本実施形態の炭酸化処理装置５０は、前記攪拌機５２が、前記被処理物Ｘの攪拌に際して前記収容空間５１ａにおいて遊星運動するように備えられている。

【0026】

前記攪拌機５２が遊星運動できるということは、当該攪拌機５２が上下方向に延びる中心軸に平行する回転軸を有し、且つ、前記中心軸を周回する軌道に沿って移動可能であることを意味する。

【0027】

前記反応容器５１は、前記飛灰や水を前記収容空間５１ａに導入可能な材料供給部５１０を有している。前記材料供給部５１０は、反応容器５１の壁を貫通して外部空間と収容空間５１ａとを連通する貫通孔（以下、材料供給孔５１０ｈともいう）と、該貫通孔（材料供給孔５１０ｈ）を開閉する蓋体５１０ｐとを備えている。

【0028】

前記反応容器５１は、前記攪拌機５２によって前記被処理物Ｘを攪拌しつつ該被処理物Ｘに含まれている前記飛灰を炭酸化処理し得るように二酸化炭素を含んだ気体（接水装置６０を通過した排ガス）を前記収容空間５１ａに取り入れるための給気部５１１と、該給気部５１１から前記収容空間５１ａに取り入れられて前記炭酸化処理に用いられた後の前記気体を前記収容空間５１ａから排出するための排気部５１２とを備えている。本実施形態の前記排気部５１２は、前記収容空間５１ａの上端部の前記気体を排出し得るように設けられている。

【0029】

炭酸化処理に純度の高い炭酸ガスやドライアイスなどを用いる場合、給気部５１１や排気部５１２の無い反応容器を用いることもできる。

【0030】

本実施形態での前記反応容器５１は、上下方向の寸法よりも左右方向の寸法が大きな扁平な中空円柱状である。即ち、本実施形態での前記反応容器５１は、円柱状の前記収容空間５１ａを有している。該反応容器５１は、前記収容空間５１ａの側面を画定する円筒状の周側壁５１ｓと、前記収容空間５１ａの底面を画定する円板状の底壁５１ｂと、前記収容空間５１ａの天面を画定する円板状の天井壁５１ｃとを有している。

【0031】

前記反応容器５１では、前記材料供給孔５１０ｈが、前記天井壁５１ｃを貫通するように設けられている。前記給気部５１１は、前記材料供給部５１０と同様に前記天井壁５１ｃを貫通する貫通孔（以下、給気孔５１１ｈともいう）を有している。前記排気部５１２も前記給気部５１１と同様に前記天井壁５１ｃを貫通する貫通孔（以下、排気孔５１２ｈともいう）を有している。該排気部５１２は、前記排気孔５１２ｈが前記天井壁５１ｃの内壁面５１ｃｓにおいて開口していることで前記収容空間５１ａの上端部の前記気体を排出し得るようになっている。前記給気孔５１１ｈと前記排気孔５１２ｈとは円柱状の前記収容空間５１ａの中心軸を介して反対側となる位置にそれぞれ配されており、左右方向に遠く離れた位置関係となるように設けられている。

【0032】

前記反応容器５１は、前記周側壁５１ｓと前記底壁５１ｂとが一体化されている一方で前記天井壁５１ｃは別体となっている。前記天井壁５１ｃは、前記周側壁５１ｓに対して着脱自在となって備えられており、円筒状の前記周側壁５１ｓの上端開口部に嵌着可能となっている。該反応容器５１は、隙間を設けることなく前記天井壁５１ｃを前記周側壁５１ｓに取付けて前記収容空間５１ａを閉空間とできるように構成されており、前記給気孔５１１ｈからの気体取り入れ量や前記排気孔５１２ｈからの気体排出量を調整することにより前記収容空間５１ａを正圧状態（加圧状態）にしたり負圧状態（減圧状態）にしたりし得るように構成されている。

【0033】

前記周側壁５１ｓは、内壁面５１ｓｓの内の少なくとも下部側を前記冷却装置９０から供給される冷却液によって冷却し得るように構成されており、前記冷却液が流通される流路５１ｒを有している。前記反応容器５１は、前記周側壁５１ｓの内壁面５１ｓｓだけでなく前記底壁５１ｂの内壁面５１ｂｓも前記冷却装置９０で冷却できるように構成されていてもよい。

【0034】

例示の前記炭酸化処理装置５０は、当該反応容器５１に収容された被処理物Ｘを攪拌する前記攪拌機５２を複数備える。該複数の前記攪拌機５２には、第１攪拌機５２１と、第２攪拌機５２２とが含まれている。本実施形態では、前記第２攪拌機５２２が前記第１攪拌機５２１よりも単位時間当たりの回転数（ｒｐｍ）において高速回転可能となっている。本実施形態では、前記第２攪拌機５２２が前記第１攪拌機５２１よりも高速回転可能であるために攪拌時における前記被処理物Ｘの移動が乱され易く、前記被処理物Ｘをより素早く均質な状態に攪拌できるようになっている。

【0035】

前記第１攪拌機５２１としては、例えば、最大回転速度が５００ｒｐｍ以下の攪拌機を用いることができ、前記第２攪拌機５２２としては、最大回転速度が３０００ｒｐｍ以下の攪拌機を用いることができる。前記第１攪拌機５２１は、例えば、炭酸化処理に際して２５ｒｐｍ～２５０ｒｐｍの回転速度で運転させることができる。前記第２攪拌機５２２は、例えば、炭酸化処理に際して１００ｒｐｍ～１０００ｒｐｍの回転速度で運転させることができる。

【0036】

本実施形態の第１攪拌機５２１と、第２攪拌機５２２とは、それぞれ前記天井壁５１ｃから延びるように又は吊下げられるように設けられている。より詳しくは、第１攪拌機５２１と、第２攪拌機５２２とのそれぞれは、前記天井壁５１ｃの下方に該天井壁５１ｃと平行となるように設けられ、且つ、水平方向に回転可能な板状体５２ａを介して天井壁５１ｃに吊下げられている。

【0037】

前記板状体５２ａは、本実施形態では前記天井壁５１ｃよりも小さな円板状で、内部に攪拌機５２の回転を制御するギアボックスとなっている。前記板状体５２ａは、前記反応容器５１の中心部を通って上下方向に延在する軸（以下、公転軸Ｃ５２ともいう）を中心として水平方向に回転可能である。前記第１攪拌機５２１と、第２攪拌機５２２とのそれぞれは、前記板状体５２ａにおいて前記軸（公転軸Ｃ５２）からは水平方向に離れた位置に吊下げられており、前記公転軸Ｃ５２を中心に遊星運動し得るように設けられている。

【0038】

前記第１攪拌機５２１は、前記板状体５２ａへの装着箇所を通って上下方向に延在する軸（以下、第１自転軸Ｃ５２１ともいう）を中心に回転して前記被処理物Ｘを攪拌し得るように構成されている。前記前記第２攪拌機５２２も同様に前記板状体５２ａへの装着箇所を通って上下方向に延在する軸（以下、第２自転軸Ｃ５２２ともいう）を中心に回転して前記被処理物Ｘを攪拌し得るように構成されている。即ち、前記第１攪拌機５２１と、第２攪拌機５２２とのそれぞれは、自転しつつ公転（遊星運動）して被処理物Ｘを攪拌し得るように構成されている。

【0039】

前記公転軸Ｃ５２、前記第１自転軸Ｃ５２１、及び、前記第２自転軸Ｃ５２２は、それぞれ軸方向が必ずしも垂直方向となっていなくてもよく、垂直方向に対して僅かな角度（例えば１０度以下）を有していてもよいが、これらが垂直方向に対して為す角度は５度以下であることが好ましい。本実施形態では、前記公転軸Ｃ５２、前記第１自転軸Ｃ５２１、及び、前記第２自転軸Ｃ５２２は、軸方向が垂直方向となっている。

【0040】

前記第１攪拌機５２１と、第２攪拌機５２２とは、それぞれの自転軸（第１自転軸Ｃ５２１、第２自転軸Ｃ５２２）の周りに回転して前記被処理物Ｘを攪拌するための攪拌羽根を備えている。前記第１攪拌機５２１の攪拌羽根（以下、第１攪拌羽根５２１ｃともいう）と、前記第２攪拌機５２２の攪拌羽根（以下、第２攪拌羽根５２２ｃともいう）とは、図３に示すように垂直方向での位置が異なっている。本実施形態では、前述のように前記第２攪拌機５２２が前記第１攪拌機５２１よりも高速回転可能であるために前記被処理物Ｘを素早く均質化することができるだけでなく、前記第２攪拌機５２２の攪拌羽根（第２攪拌羽根５２２ｃ）と前記第１攪拌機５２１の攪拌羽根（第１攪拌羽根５２１ｃ）とが垂直方向での位置を異ならせているために前記被処理物Ｘをより素早く均質化することができるようになっている。

【0041】

前記第１攪拌機５２１は、第１自転軸Ｃ５２１から径方向外向きに放射状になって延びる複数本のアーム部５２１ａと、該複数のアーム部５２１ａのそれぞれの先端部より下方に延びる脚部５２１ｂと、該脚部５２１ｂの下端部に設けられた前記第１攪拌羽根５２１ｃとを備えている。より詳しくは、前記第１攪拌機５２１は、回転（公転及び自転）した際に前記被処理物Ｘを前記反応容器５１の底部からすくい上げて攪拌し得るように前記底壁５１ｂの内壁面５１ｂｓ（上面）に沿って移動する第１攪拌羽根５２１ｃを備えている。該第１攪拌羽根５２１ｃは脚部５２１ｂの下端部から該第１攪拌機５２１の回転軸（第１自転軸Ｃ５２１）に向かう方向と逆方向とにそれぞれ伸びるように備えられており、脚部５２１ｂと組み合せた形状が逆Ｔ字状となるように設けられている。この組み合わせた形状は、Ｌ字状であってもよい。

【0042】

前記第１攪拌機５２１は、前記脚部５２１ｂが第１自転軸Ｃ５２１から径方向に離れた位置で上下方向に延びるように設けられているために、自転時に前記脚部５２１ｂが第１自転軸Ｃ５２１の周りを周回するようになっている。即ち、前記第１攪拌機５２１は、前記第１攪拌羽根５２１ｃだけでなく当該脚部５２１ｂによっても前記被処理物Ｘが攪拌できるようになっている。

【0043】

前記第１攪拌機５２１は、図４に示すように、上面視（公転軸Ｃ５２の軸方向視）において、公転での第１自転軸Ｃ５２１の軌跡として描かれる円を公転円ＣＶ１とし、その半径を公転半径ｒｖ１とし、且つ、自転により第１攪拌羽根５２１ｃが描く軌跡の内の最も外側の軌跡となる円を自転円ＣＲ１とし、その半径を自転半径ｒｒ１とした場合、自転半径ｒｒ１が公転半径ｒｖ１よりも大きくてもよい。

【0044】

前記第１攪拌機５２１の自転半径ｒｒ１が公転半径ｒｖ１と等しい場合、前記第１攪拌機５２１を自転させつつ公転させると、図５Ａに示すように、自転円ＣＲ１の１点が常に公転軸Ｃ５２と接するように自転円ＣＲ１が公転軸Ｃ５２周りを周回する状態となる。そして、自転半径ｒｒ１が公転半径ｒｖ１よりも大きい場合は、図５Ｂに示すように、自転円ＣＲ１が公転軸Ｃ５２の周りを一周する間、常に、自転円ＣＲ１の内側に公転軸Ｃ５２が位置することになる。一方で自転半径ｒｒ１が公転半径ｒｖ１よりも小さい場合、自転円ＣＲ１が公転軸Ｃ５２よりも外側を周回することになり、図５Ｃに示すように、自転円ＣＲ１の軌跡はドーナッツ状となり反応容器５１の中心部に攪拌されない部分が形成されてしまうことになる。そのようなことから、前記第１攪拌機５２１の自転半径ｒｒ１は、公転半径ｒｖ１よりも短くてもよいが、公転半径ｒｖ１以上であることが好ましい。

【0045】

前記第１攪拌機５２１の自転半径ｒｒ１と公転半径ｒｖ１とは、例えば、下記の（１）～（３）の何れかの関係を満たすようにしてもよい。
（０．８×ｒｖ１）≦ｒｒ１≦（１．２×ｒｖ１） ・・・（１）
（０．９×ｒｖ１）≦ｒｒ１≦（１．２×ｒｖ１） ・・・（２）
ｒｖ１ ≦ｒｒ１≦（１．２×ｒｖ１） ・・・（３）

【0046】

前記第１攪拌機５２１は、被処理物Ｘの攪拌時に、前記第１攪拌羽根５２１ｃが前記周側壁５１ｓの間近を通るように配されることが好ましい。前記公転軸Ｃ５２に直交する平面による反応容器５１の断面において公転軸Ｃ５２の位置を原点Ｚとし、該原点Ｚから前記周側壁５１ｓまでの距離（前記底壁５１ｂの内壁面５１ｂｓの外周円の半径）を「ｒ（ｍ）」とした場合、自転半径ｒｒ１と公転半径ｒｖ１との合計長さは、０．８ｒ以上１．０ｒ未満であってもよく、０．９ｒ以上１．０ｒ未満であってもよい。この内、前記自転半径ｒｒ１の長さは、例えば、０．３ｒ以上０．７ｒ以下 とされ得る。

【0047】

前記第２攪拌機５２２は、前記第１攪拌機５２１ですくい上げられた前記被処理物Ｘに含まれている凝集塊を破砕し得るように前記第１攪拌羽根５２１ｃよりも上方で回転する第２攪拌羽根５２２ｃを有している。本実施形態での第２攪拌機５２２は、第１攪拌羽根５２１ｃの上端よりもさらに上方に配された第２攪拌羽根５２２ｃを備えている。前記第２攪拌羽根５２２ｃは、例えば、平板状であってもよい。前記第２攪拌羽根５２２ｃは、例えば、回転時における進行方向と板面とが略平行となるように配された平板状の攪拌羽根であってもよい。

【0048】

底壁５１ｂの内壁面５１ｂｓから天井壁５１ｃの内壁面５１ｃｓまでの上下方向での距離を収容空間５１ａの高さ（ｈ０）とした場合、底壁５１ｂの内壁面５１ｂｓから第２攪拌羽根５２２ｃの上端縁の高さ（ｈ１）の比率（ｈ１／ｈ０）は、０．８以下とすることができる。前記比率（ｈ１／ｈ０）は、０．７以下であってもよく、０．６以下であってもよい。該比率は（ｈ１／ｈ０）は、０．５以下であってもよい。該比率は（ｈ１／ｈ０）は、例えば、０．３以上とすることができる。該比率は（ｈ１／ｈ０）は、０．４以上であってもよい。

【0049】

第２攪拌羽根５２２ｃの下端縁から底壁５１ｂの内壁面５１ｂｓまでの距離（ｄ１）の収容空間５１ａの高さ（ｈ０）に対する比率（ｄ１／ｈ０）は、０．１以上であってもよく、０．２以上であってもよい。第２攪拌機５２２での第２攪拌羽根５２２ｃの下端縁から上端縁までの上下方向での距離は、例えば、０．１ｈ０以上０．４ｈ０以下とすることができる。

【0050】

前記第２攪拌機５２２は、複数の第２攪拌羽根５２２ｃを有していてもよい。複数の第２攪拌羽根５２２ｃは、上下方向における取付位置が異なっていてもよい。第２攪拌機５２２に備えられる第２攪拌羽根５２２ｃの枚数は、例えば、２枚以上６枚以下とすることができる。この複数の第２攪拌羽根５２２ｃは、上下方向に所定の間隔を設けて配置することができる。複数の第２攪拌羽根５２２ｃの内の一つの第２攪拌羽根５２２ｃと他の第２攪拌羽根５２２ｃとは、平面視においてＸ字状に交差するように配されてもよい。一つの第２攪拌羽根５２２ｃと他の第２攪拌羽根５２２ｃとは、平面視における角度が約９０°（例えば、８０°～９０°）となるように交差していてもよい。

【0051】

複数の第２攪拌羽根５２２ｃを設ける場合、第２攪拌羽根５２２ｃの上端縁の高さ（ｈ１）とは、最も上方に配される第２攪拌羽根５２２ｃの上端縁の高さを意味する。また、第２攪拌羽根５２２ｃの下端縁から底壁５１ｂの内壁面５１ｂｓまでの距離（ｄ１）とは、最も下方に配される第２攪拌羽根５２２ｃの下端縁からの距離を意味する。

【0052】

最も上方に配される第２攪拌羽根５２２ｃは、例えば、０．３ｈ０以上０．６ｈ０以下の範囲内で回転するように配することができる。最も下方に配される第２攪拌羽根５２２ｃは、例えば、０．１ｈ０以上０．３ｈ０未満の範囲内で回転するように配することができる。

【0053】

本実施形態での前記第２攪拌羽根５２２ｃは、第２自転軸Ｃ５２２における軸方向視での形状が矩形板状である。本実施形態での前記第２攪拌羽根５２２ｃは、平行四辺形であってもよい。平行四辺形の第２攪拌羽根５２２ｃは、対角線の交点を中心に回転するように配されてもよい。第２攪拌羽根５２２ｃは、４つの角の内の回転方向前方側に位置する２つの角度が鈍角で、回転方向後方側に位置する２つの角度が鋭角となっていてもよい。

【0054】

前記第１攪拌機５２１では、第１自転軸Ｃ５２１から径方向に離れた位置に設けられた脚部５２１ｂに前記第１攪拌羽根５２１ｃが備えられていたが、該第２攪拌機５２２では、前記第２攪拌羽根５２２ｃが第２自転軸Ｃ５２２に沿って延びる回転軸に備えられている。従って、第２攪拌機５２２の自転半径ｒｒ２は、前記第２攪拌羽根５２２ｃの径方向での端縁から第２自転軸Ｃ５２２までの長さに等しくなっている。該第２攪拌機５２２の公転半径ｒｖ２は、前記第１攪拌機５２１の公転半径ｒｖ１よりも短くても、長くてもよく、前記第１攪拌機５２１の公転半径ｒｖ１と同じであってもよい。第２攪拌機５２２での公転半径ｒｖ２と自転半径ｒｒ２との合計長さは、例えば、０．２ｒ以上０．８ｒ以下とされ得る。この内、第２攪拌機５２２の自転半径ｒｒ２の長さは、例えば、０．１ｒ以上、０．５ｒ以下とされ得る。

【0055】

前記炭酸化処理装置５０は、上記のような例示に限らず変更を加えることができる。炭酸化処理装置５０は、例えば、２つの第１攪拌機５２１を有していてもよい。他の例では、炭酸化処理装置５０は、１つの第１攪拌機５２１と２つの第２攪拌機５２２とを備えていてもよい。

【0056】

例示の実施形態では、前記スクレーパー５３も前記板状体５２ａから吊下げられている。即ち、前記スクレーパー５３は、攪拌機５２の遊星運動に際して周側壁５１ｓの内側を周回するように配されている。被処理物Ｘは炭酸化処理に際して反応容器の５１の内壁面に固着しやすい。固着した被処理物Ｘは、攪拌されている被処理物Ｘに比べて炭酸化の反応が進行し難い。本実施形態では、底壁５１ｂにおいては第１攪拌羽根５２１ｃによって固着が防止され、周側壁５１ｓにおいてはスクレーパー５３によって固着が防止される。

【0057】

本実施形態では、上記の通り、被処理物Ｘが内壁面に強固に固着する前にスクレーパー５３によって掻き落とされるので攪拌が不均一になることを防止でき、未反応物が形成され難くなる。そのような機能は、被処理物Ｘの表層近くから反応容器の５１の底部近くにまで及ぶようにすることが好ましい。また、スクレーパー５３で掻き落とされた被処理物Ｘの塊を前記第２攪拌羽根５２２ｃによって破砕させるようにする上で、スクレーパー５３の上端及び下端の位置を、前記第２攪拌羽根５２２ｃの配置に対応させてもよい。スクレーパー５３の上端は、例えば、底壁５１ｂの内壁面５１ｂｓから０．３ｈ０以上０．６ｈ０以下の範囲内に位置させることができ、スクレーパー５３の下端は、底壁５１ｂの内壁面５１ｂｓから０．３ｈ０未満の範囲内に位置させることができる。スクレーパー５３は、下端が底壁５１ｂの内壁面５１ｂｓに接するように配されてもよい。

【0058】

上記のような炭酸化処理装置５０を用いた炭酸化処理方法では、先述のように二酸化炭素を含む気体によって飛灰に炭酸化処理が施される。

【0059】

本実施形態の炭酸化処理方法では、飛灰と水と二酸化炭素を含む気体との他に、重金属固定化剤を併用してもよい。該重金属固定化剤としては、ケイ酸カルシウム、水酸化カルシウム、酸化カルシウム、炭酸カルシウムなどのカルシウム化合物；リン酸カルシウム、ヒドロキシアパタイトなどのリン酸化合物；硫酸第一鉄、塩化第一鉄などの鉄化合物を含む無機系固定化剤や、ジチオカルバミン酸系化合物を含む有機系（キレート系）固定化剤が用いられ得る。

【0060】

本実施形態の炭酸化処理方法では、飛灰と水とを含んだ被処理物Ｘを調製することが行われる。被処理物Ｘを調製することでは、まず、処理する飛灰、処理に用いる水、重金属固定化剤をそれぞれ計量することが行われる。飛灰の計量は、反応容器５１への収容前であっても反応容器５１への収容後であってもよい。即ち、本実施形態では、予め計量した飛灰を反応容器５１に収容しても、反応容器５１に飛灰を加えつつ反応容器５１ごと飛灰の質量を計量するようにしてもよい。

【0061】

前記水は、浄水であっても工業用水などであってもよく、河川水や湖水などであってもよい。炭酸化処理の開始時点における被処理物Ｘは、固形分１００質量部に対して水を５質量部以上含んでいることが好ましい。水を５質量部以上含むことで炭酸化処理時に飛灰が舞い上がり難くなり、反応容器５１から飛灰が排出されることが抑制され得る。水の割合は、１０質量部以上であってもよく、１２質量部以上であってもよい。被処理物Ｘの粘性が過度に上昇しないように水の量は一定以下であることが好ましい。炭酸化処理の開始時点における被処理物Ｘは、固形分１００質量部に対して水を３０質量部以下の割合で含んでいることが好ましい。水の割合は、２５質量部以下であってもよく２２質量部以下であってもよい。水の割合は、２０質量部以下であってもよい。このため処理に用いる飛灰と水とは、飛灰１００質量部に対して添加する水の割合が上記のような範囲（１０質量部以上２０質量部以下）となるように調整されることが好ましい。

【0062】

飛灰への水の添加は、例えば、反応容器５１内で実施される。飛灰に水を加えると水和熱により水と飛灰との接触箇所が高温になり、一部の水が蒸発する可能性がある。本実施形態では、反応容器５１が密閉可能であるために、該反応容器５１内で飛灰に水を添加することで水が一旦蒸発しても再び飛灰に吸収させることができ、飛灰と水との量比が正確に整った被処理物を調製することができる。前記重金属固定化剤は、水とともに飛灰に加えてもよく、水を加える前や水を加え終えた後に添加してもよい。

【0063】

水の添加に際しては、冷却装置９０を運転し、反応容器５１の流路５１ｒに冷却液を流して内壁面を通じて反応容器５１に収容された被処理物Ｘを冷却するようにしてもよい。本実施形態では、攪拌機５２の公転により周側壁５１ｓに付着した被処理物Ｘを掻き落とすスクレーパー５３を備えているため、周側壁５１ｓで冷却された被処理物Ｘを素早く脱離させて被処理物Ｘを順次周側壁５１ｓで冷却させることができ、優れた冷却効率が発揮され得る。

【0064】

本実施形態の第１攪拌機５２１は、底壁５１ｂの内壁面５１ｂｓに付着している被処理物Ｘをすくい上げるようにして被処理物Ｘを攪拌するため、底壁５１ｂに冷却液の流路を設けるようにすればさらに高い冷却効率が発揮され得る。即ち、本実施形態では、底壁５１ｂの内壁面５１ｂｓと周側壁５１ｓの内壁面５１ｓｓとの内の一方、又は、両方を冷却することによって被処理物Ｘを冷却するようにすれば高い冷却効率を得ることができる。

【0065】

このようにして本実施形態では水と飛灰との比率が正確に調整された被処理物Ｘが調製されることになる。

【0066】

被処理物Ｘが調製されたあとは、反応容器５１の収容空間５１ａに前記排ガスを流通させて前記被処理物Ｘに含まれている飛灰を炭酸化処理することが行われる。このとき、前記排ガスは、接水装置６０や水分除去装置８０を通過した後に炭酸化処理装置５０の給気部５１１より反応容器５１の収容空間５１ａへと導入されてもよい。そのため、前記排ガスは、二酸化炭素を含むとともに余分な水分や腐食性ガスの含有量の低い気体となって炭酸化処理装置５０に供給される。そのため、本実施形態では、配管系や炭酸化処理装置５０の腐食が抑制される。また、本実施形態では、余分な水分によって炭酸化処理が阻害されたりするおそれが低減され、被処理物Ｘの水分比率が大きく変動してしまうおそれが低減される。

【0067】

該焼却炉１０から排出される排ガスが塩化水素を含んだまま炭酸化処理装置５０に供給されると飛灰に含まれるカルシウム化合物と反応して塩化カルシウムを形成し、水によって溶出され易い成分が炭酸化処理において形成されることにもなり得る。そのため、塩化水素が１０ｐｐｍ程度の低濃度で含まれているような排ガスでも接水装置６０を通過させて塩化水素を取り除くことが好ましい。即ち、炭酸化処理装置５０に供給される気体として塩化水素を１０ｐｐｍ以上含む排ガスを用いる場合、該排ガスから塩化水素を除去することを実施し、塩化水素濃度を１０ｐｐｍ未満に低減した上で炭酸化処理装置５０に供給することが好ましい。炭酸化処理装置５０に供給する気体での塩化水素濃度は、５ｐｐｍ以下であることが好ましく、１ｐｐｍ以下であることがより好ましい。

【0068】

塩化水素は二酸化炭素に比べると水への溶解度が高いため接水装置６０に利用するドラフターは、静止している水中を排ガスが通過するだけの簡便なものであってもよく、例えば、潜り関式のものであってもよい。

【0069】

収容空間５１ａに二酸化炭素を含む気体を流通させることは、飛灰への水の添加が完了する前に開始してもよく、飛灰への水の添加が完了してから開始してもよい。即ち、炭酸化処理の開始は、水の全量添加後であって全量添加前であってもよい。

【0070】

炭酸化処理では、前記排気部５１２により前記収容空間５１ａの上端部の気体を排出するとともに前記給気部５１１から新たな気体が前記収容空間５１ａに流入される。当該収容空間で５１ａは、攪拌機５２によって被処理物Ｘが大きく攪拌されるので飛灰と二酸化炭素との接触が良好になり飛灰の炭酸化処理が速やかに進行する。

【0071】

炭酸化処理では、前記第１攪拌機５２１を、例えば、２５ｒｐｍ～２５０ｒｐｍの回転速度で回転（自転）させ、前記第２攪拌機５２２を、例えば、１００ｒｐｍ～１０００ｒｐｍの回転速度で回転（自転）させることができる。これらの攪拌機５２は、炭酸化処理に際して１０～６０ｒｐｍの回転速度で公転させ得る。

【0072】

本実施形態では、反応容器５１内の上部に被処理物Ｘの収容されていない余剰空間を設けて被処理物Ｘを攪拌することができ上記のような攪拌機５２によって被処理物Ｘが短期間に均質化され得る。本実施形態では、収容空間５１ａの上端部より気体を排出するようにしているため、例えば、被処理物Ｘに灰の凝集塊などが含まれていて、当該凝集塊の破砕によって灰が立ち上るようなことが反応容器５１内で生じても前記排気部５１２から飛灰が排出されることが防止される。このような灰の立ち上りを防ぐ上で、前記第２攪拌機５２２は、全ての攪拌羽根５２２ｃを被処理物Ｘ内に埋没させて被処理物Ｘを攪拌するように配置してもよい。

【0073】

余剰空間は、反応容器５１の容積の概ね３０％～９０％とすることができ、５０％～７０％とすることができる。言い換えると、炭酸化処理を開始する時点での被処理物Ｘの平均高さ（ｈｘ）は、０．１ｈ０以上とすることができ、０．３ｈ０以上とすることができる。平均高さ（ｈｘ）は、０．７ｈ０以下とすることができ、０．５ｈ０以下とすることができる。被処理物Ｘの平均高さ（ｈｘ）は、第２攪拌羽根５２２ｃの上端縁の高さ（ｈ１）と下記のような関係となるように調整することができる。
ｈ１ ≦ ｈｘ ≦ １．２ｈ１

【0074】

尚、被処理物Ｘの平均高さ（ｈｘ）は、底壁５１ｂの内壁面５１ｂｓから均等な高さとなるように被処理物Ｘを反応容器５１内に収容したと仮定した場合の高さを意味する。例えば、周側壁５１ｓの径が上下方向で一定しているのであれば、収容空間５１ａの平均高さ（ｈｘ）は、被処理物Ｘの体積を底壁５１ｂの内壁面５１ｂｓの面積で除して求めることができる。

【0075】

前記排気部５１２からの飛灰の排出を防止する上では、排気部５１２から排出される前記気体の流速を求められる速度に調整してもよく、例えば、１ｍ／ｓ以上５ｍ／ｓ以下に調整するようにしてもよい。該流速は、４ｍ／ｓ以下に調整するようにしてもよく、３ｍ／ｓ以下に調整するようにしてもよい。該流速は、排気孔の断面積（収容空間に面した開口面積：Ａ（ｍ^２））と、単位時間当たりの排気量：Ｖ（Ｎｍ^３／ｍｉｎ）とによって求めることができる。即ち、前記流速は下記式より求めることができる。このように流速による規定を設けることで気体に含まれる飛灰の量が変動した場合でも飛灰の排出が抑制される。

流速（ｍ／ｓ）＝（Ｖ／６０）／Ａ

【0076】

前記給気部５１１により前記収容空間５１ａに導入する前記気体は、収容空間５１ａに適度な気流を生じさせて炭酸化処理の促進を図る目的で、一定以上の流速を有していることが好ましい。該流速は、例えば、１０ｍ／ｓ以上とすることができる。該流速は、１２ｍ／ｓ以上であってもよい。一方で、過度な流速で気体を収容空間５１ａに導入すると飛灰などが内部で舞い上がり易くなる。そこで、前記流速は、４０ｍ／ｓ以下にしてもよい。該流速は、３０ｍ／ｓ以下であってもよく、２０ｍ／ｓ以下であってもよい。該流速は、排気部５１２における流速と同様に求めることができる。

【0077】

収容空間５１ａに導入する気体の流速や収容空間５１ａから排出される気体の流速は、は給気孔や排気孔の大きさにより調整することができる。尚、給気孔から導入する気体の多くが被処理物に吸収されてしまうような場合は、排気孔を設けないことも可能である。また、分解により二酸化炭素が発生する固体などを被処理物とともに収容空間５１ａに予め導入しておいて炭酸化処理を実施するような場合は、給気孔を設けないことも可能である。

【0078】

排気や給気については、炭酸化処理の全期間において上記のような流速を維持させなくてもよく、例えば、炭酸化処理の全期間の内の８０％以上や５０％以上を上記のような流速にしてもよい。

【0079】

前記収容空間５１ａに前記気体を流通させる方法としては、前記排気部５１２より気体を吸引する方法と、前記給気部５１１より気流を吹き込む方法との両方が考えられるが後者の方が飛灰等の排出を抑制する上で有利となり得る。そのため、前記炭酸化処理に際しては、前記給気部５１１から気流を吹き込んで前記収容空間５１ａを正圧に保つようにしてもよい。該収容空間５１ａは、例えば、ゲージ圧で０ｋＰａを超えるように調整され得る。収容空間５１ａの圧力は、１ｋＰａ以上であってもよい。収容空間５１ａの圧力は、１０ｋＰａ以下とすることができ、５ｋＰａ以下とすることができる。収容空間５１ａの圧力は、３ｋＰａ以下であってもよい。

【0080】

排ガスを炭酸化処理に用いる場合、前記収容空間５１ａに導入される気体での二酸化炭素の濃度は、通常、５質量％以上３０質量％以下である。二酸化炭素が９０質量％以上含まれるような気体を炭酸化処理に用いる場合、収容空間５１ａに導入した気体の多くが被処理物Ｘに吸収される。そのため、二酸化炭素の濃度が高い気体を用いる場合、収容空間５１ａの圧力を上記よりも高くして炭酸化処理を促進させるようにしてもよい。

【0081】

二酸化炭素の濃度が高い気体を用いる場合、該収容空間５１ａは、例えば、ゲージ圧で３ｋＰａ以上であってもよい。収容空間５１ａの圧力は、５以上であってもよく、１０ｋＰａ以上であってもよい。収容空間５１ａの圧力は、３０ｋＰａ以下とすることができる。収容空間５１ａの圧力は、２５ｋＰａ以下であってもよく、２０ｋＰａ以下であってもよい。収容空間５１ａの圧力を上記のようにするために、排気部を有していない反応容器を用いることもできる。

【0082】

収容空間５１ａを正圧に保つことについても、炭酸化処理の全期間において上記のような圧力を維持しなくてもよく、例えば、炭酸化処理の全期間の内の５０％以上や８０％以上を上記のような圧力にしてもよい。

【0083】

上記のような炭酸化処理は、時間制御によって実施することができる。炭酸化処理に際しては、収容空間５１ａに流入する気体における二酸化炭素量と収容空間５１ａから排出される二酸化炭素量とを測定し、炭酸化処理の進行度合いをモニタリングし、該モニタリングによって炭酸化処理の終点を定めるようにしてもよい。

【0084】

本実施形態では、上記のような炭酸化処理装置を用いて上記のような炭酸化処理方法を実施することで、装置外への飛灰の排出を抑制しつつ効率良く炭酸化処理を実施することができる。尚、上記はあくまで限定的な例示に過ぎない。即ち、本発明は、上記例示に何等限定されるものではなく、本発明の効果が著しく阻害されない範囲において各種変更が加えられ得るものである。

【実施例】

【0085】

次に実施例を挙げて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

【0086】

（被処理物の調製）
約３００ｋｇの飛灰を図２に示したような炭酸化処理装置に収容し、当該飛灰を攪拌しつつ水を少しずつ添加して炭酸化処理に供する被処理物を調製した。尚、水は合計約４５ｋｇ添加した。また、飛灰は環告１３号溶出試験での鉛溶出量が約４．０ｍｇ／Ｌで、六価クロム溶出量が約１．７ｍｇ／Ｌであった。

【0087】

（炭酸化処理）
上記のように調製された被処理物を攪拌しつつ炭酸化処理装置に約９％の二酸化炭素を含む模擬排ガスを約６００～１０００ｍ^３／ｈの流量で流通させて炭酸化処理を実施した。（排出時の流速は１．６～２．７ｍ／ｓ、余剰空間は５０％。）
上記条件にて、１０分程度の処理を４２回実施した後の出口配管内部を目視確認した際、閉塞がなく、炭酸化処理での飛灰の排出が十分防止できたことが確認できた。
炭酸化処理装置に導入される二酸化炭素量と排出される二酸化炭素量との差を二酸化炭素量吸収量としてモニタリングしたところ、飛灰１００質量部に対する二酸化炭素吸収量が炭酸化処理開始後、約５分間経過した時点で約０．７質量部となり、その時点で、鉛は溶出量が約０．０２ｍｇ／Ｌとなり六価クロム溶出量が約０．１ｍｇ／Ｌとなっていた。

【0088】

以上のように本発明での炭酸化処理装置や炭酸化処理方法では効率良く炭酸化処理を行うことができた。

【符号の説明】

【0089】

１０：焼却炉
２０：減温塔
３０：アルカリ処理装置
４０：飛灰除去装置
５０：炭酸化処理装置
５１：反応容器
５１ａ：収容空間
５１ｂ：底壁
５１ｂｓ：内壁面
５１ｃ：天井壁
５１ｃｓ：内壁面
５１ｒ：流路
５１ｓ：周側壁
５１ｓｓ：内壁面
５２：攪拌機
５２ａ：板状体
５３：スクレーパー
６０：接水装置
７０：ブロア
８０：水分除去装置
９０：冷却装置
１００：焼却施設
５１０：材料供給部
５１０ｈ：材料供給孔
５１０ｐ：蓋体
５１１：給気部
５１１ｈ：給気孔
５１２：排気部
５１２ｈ：排気孔
５２１ａ：アーム部
５２１ｂ：脚部
５２１ｃ：第１攪拌羽根
５２２ｃ：第２攪拌羽根
Ｃ５２：公転軸
Ｃ５２１：第１自転軸
Ｃ５２２：第２自転軸
ＣＲ１：自転円
ＣＶ１：公転円
ＬＥ：排ガスライン
ＬＥ１：排ガス排出ライン
ＬＥ２：排ガス供給ライン
Ｖ１：バルブ
Ｘ：被処理物
Ｚ：原点
ｒｒ１：自転半径
ｒｒ２：自転半径
ｒｖ１：公転半径
ｒｖ２：公転半径

【要約】

【課題】効率良く炭酸化処理が可能な炭酸化処理装置と炭酸化処理方法とを提供すること。
【解決手段】炭酸化処理される固形物を含む被処理物を攪拌しつつ二酸化炭素と接触させて前記固形物に炭酸化処理を施すための炭酸化処理装置であって、
前記被処理物が収容される収容空間を有する反応容器と、
上下方向に延びる軸周りに回転して前記収容空間に収容された前記被処理物を攪拌する少なくとも１つの攪拌機とを備え、
該攪拌機が、前記被処理物の攪拌に際して前記収容空間において遊星運動するように備えられている炭酸化処理装置、を提供する
【選択図】 図２

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図5C】