JP2000140800A - 廃棄物のガス化処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 運転操作が容易で安全性に優れ、しかも熱効
率が高く、発電あるいは工業用燃料ガス及び化学工業原
料として用いる、低カロリー又は中カロリーガスを得る
ための廃棄物のガス化処理装置を提供する。 【解決手段】 廃棄物を低温でガス化する流動層ガス化
炉４と、得られるガス状物質とチャーを高温でガス化
し、低カロリーガス又は中カロリーガスを得る溶融炉６
とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、廃棄物のガス化処
理に係り、特に、廃棄物を低温次いで高温でガス化し、
エネルギー並びに金属等の有用物及び化学工業原料又は
燃料となるガスを回収して利用する廃棄物のガス化処理
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、都市ごみ、廃タイヤ、下水汚泥、
産業スラッジの相当割合が専用の焼却設備により、ま
た、し尿や高濃度廃棄物が専用の廃水処理設備により処
理されていたが、一方で多くの産業廃棄物が未処理のま
ま投棄されており、環境を汚染してきた。従来の焼却法
に代わる新たな環境保全型の廃棄物処理技術として、現
在、ガス化と高温燃焼を組み合わせた「ガス化燃焼シス
テム」の開発が各社により競われ、既に実用域に達して
いるものもある。現在、「ガス化燃焼システム」におい
て開発が先行しているものに、ガス化炉に竪型シャフト
炉を用いた方式（以下、Ｓ方式）とロータリーキルン炉
を用いた方式（以下、Ｒ方式）がある。

【０００３】前者のＳ方式では、ガス化炉内に乾燥・予
熱ゾーン（２００〜３００℃）、熱分解ゾーン（３００
〜１０００℃）、燃焼・溶融ゾーン（１５００℃以上）
が上から順に層状に形成され、炉上部より投入された廃
棄物とコークスは、より下方のゾーンで発生したガスと
熱交換しながら炉内を下降する。炉内を上昇した生成ガ
スは、後段の燃焼炉にて約９００℃で燃焼される。熱分
解ゾーンで生成した炭化物は、装入されたコークスとと
もに溶融・燃焼ゾーンに下降し、羽口から供給される酸
素富活空気により高温燃焼し、灰分と無機物の全量を溶
融する。後者のＲ方式では、廃棄物は破砕後、高温空気
により外熱されたドラム型の回転炉に供給され、約４５
０℃でゆっくりと時間をかけて熱分解ガス化される。こ
の時生成する炭化物は炉から排出され、発火しない温度
まで冷却される。次いで、微粉砕された炭化物は、後段
の旋回式溶融炉に供給され、ガス化炉からの生成ガスと
ともに１３００℃で高温燃焼し、灰分を溶融スラグ化す
る。

【０００４】これら２方式の課題について述べる。Ｓ方
式のシャフト炉は、１７００〜１８００℃に達する溶融
ゾーンがガス化炉底部に存在するため、コークス等副資
材や酸素富活空気の使用が避けられず、このため運転費
が上昇する。また、コークス等を使用するために、二酸
化炭素の排出量が増加するという問題もある。さらに、
廃棄物中の金属のほぼ全量が溶融してしまうため、金属
の種類毎に地金としてリサイクル利用することが出来な
い。本方式のガス化炉は固定床炉というタイプに属する
が、形状が様々な廃棄物を層状に積み上げ、しかも最下
部に燃焼・溶融ゾーンを有するため、安定した運転が困
難である。何故なら、固定床炉ではガスを層内に均一に
流すこと、すなわち通気性の確保が極めて重要である
が、廃棄物の形状の多様性からこれが難しく、ガスの吹
き抜けや偏流が起きやすいからである。コークスの添加
は、補助燃料としての他にこうした通気性の確保の目的
もあるが、十分とは言えず、ガス流量や炉内圧の変動は
抑え難い。また、発生ガスの全てが１０００℃を越える
高温部分を通過するわけではないので、ダイオキシン類
やフラン類の生成を完全に抑えることは不可能である。

【０００５】一方、Ｒ方式のガス化炉は、高温空気を用
いた外熱式の回転炉のため、伝熱が良くなく、従って炉
の著しい大型化が避けられなかった。また、熱分解によ
り生じたタールや未分解物が伝熱面を覆うために、伝熱
が悪化するといった問題があった。６００℃にも達する
高温空気を排ガスとの熱交換により得ることは、熱交換
器の材料上にも無理がある。一方、生成する炭化物は、
回転炉から排出後に微粉砕してから燃焼炉に供給し、回
転炉から直接供給されるガスに合流させて高温燃焼させ
る。このため、排出、冷却、粉砕、貯留、供給といった
炭化物用のハンドリング設備が必要である。こうしたハ
ンドリング中に炭化物の保有する熱が冷却や放熱により
失われることも、エネルギー利用上望ましくない。な
お、炭化物を冷却しないまま外部に排出すると、空気と
接触した際に発火する恐れがある。

【０００６】このように、廃棄物の焼却処理の新たな技
術として、廃棄物をガス化した後に高温燃焼してダイオ
キシンを分解するとともに灰分を溶融スラグ化する方法
が各種提案されている。しかしながら、ケミカルリサイ
クルの観点から、ガス化により可燃性ガスを回収する技
術は、今だ実用化されていない。一方で代表的な化学工
業原料であるＮＨ_３（アンモニア）は硝酸、各種肥料
（硝安、硫安、尿素）、アクリロニトリル、カプロラク
タム等の原料として、大量生産されている化学工業上の
基礎原料である。ＮＨ_３ はＮ_２ とＨ_２ から高圧下
で触媒を用いて合成されるが、Ｈ_２ は天然ガス、ナフ
サなどのスチームリフォーミングか、石油、石炭、石油
コークスなどの部分燃焼、いわゆるガス化により得られ
てきた。

【０００７】Ｈ_２ は前記のアンモニア以外に、メタノ
ールの合成、水素化脱硫、水素化分解、油脂の水素化、
溶接に用いられているが、これらＨ_２ 原料の多くは海
外から輸入されるため、二度にわたる石油ショック以
降、Ｈ_２ を用いる化学工業製品、特にアンモニア工業
製品は国際競争力を失うに至った。このため、安価でし
かも自国内で調達可能なＨ_２ 原料が待望久しかった。
一方、ＣＯ（一酸化炭素）はガソリン、アルコール、有
機酸、エステルなどの合成に用いられているが、ＣＯは
石炭やコークス等のガス化により得られ、Ｈ_２ 原料と同
様にこれらの原料の多くは海外に依存しているため、安
価でしかも自国内で調達可能なものが久しく待望されて
きた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術に鑑み、運転操作が容易で安全性に優れ、しかも熱効
率が高く、発電あるいは工業用燃料ガス及び化学工業原
料として用いる、低カロリー又は中カロリーガスを得る
ための廃棄物のガス化処理装置を提供することを課題と
する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の１態様は、廃棄物を低温でガス化する流動
層ガス化炉と、得られるガス状物質とチャーを高温でガ
ス化し、低カロリーガス又は中カロリーガスを得る溶融
炉とを有することを特徴とするものである。本発明の他
の態様は、原料を酸素とスチームの混合ガスからなるガ
ス化剤を用いて低温でガス化する流動層ガス化炉と、該
低温のガス化で発生するガスを高温でガス化して生成ガ
スを得るとともに溶融スラグを得る溶融炉とを備え、得
られた溶融スラグと生成ガスを冷却して冷却されたスラ
グおよび冷却された生成ガスを得ることを特徴とするも
のである。上記装置において、流動層ガス化炉は、内部
循環式流動層ガス化炉を用いるのが良く、また溶融炉は
旋回溶融炉を用いるのが良く、両者を併用して用いるの
が最適であり、そして、流動層ガス化炉の内部温度は４
５０〜８００℃で、流動層の温度は４５０〜６５０℃と
し、溶融炉の内部温度は１３００℃以上とするのが良
い。

【００１０】また、前記流動層ガス化炉は、ガス化のた
めの送入ガスを空気、空気とスチーム、酸素富活空気、
酸素富活空気とスチーム、酸素とスチームの混合物の中
から選択するのが良く、溶融炉は、ガス化のための送入
ガスを酸素富活空気又は酸素の中から選択するのが良
く、これらのガス化のための流動層ガス化及び溶融炉へ
の送入ガスは、トータルとして含有する全酸素量が廃棄
物を完全燃焼させるために必要な理論燃焼酸素量の０．
１〜０．６の範囲とし、このうち流動層ガス化炉に供給
される酸素量は、理論燃焼酸素量の０．１〜０．３の範
囲であるのが好ましい。前記溶融炉は、灰分を溶融スラ
グとして回収し、ダイオキシン類及びその前駆体をほぼ
完全に分解することができる。

【００１１】本発明の装置で取得した低カロリー又は中
カロリーガスは、常圧又は高圧であり、発電あるいは工
業用燃料ガス又は化学工業原料として用いることがで
き、また、流動層ガス化炉は、流動層部が還元雰囲気で
あり、廃棄物中の金属を未酸化状態で回収することがで
きる。前記の本発明で用いる流動層ガス化炉は、流動層
部の温度等を検知して、低カロリー廃棄物と高カロリー
廃棄物の混合割合を調整する制御方法を採ることがで
き、また、用いる廃棄物が低質の場合は、補助的に石炭
を加えてカロリー調整することも可能である。

【００１２】本発明で用いる流動層ガス化炉としては、
流動層部とフリーボード部を有し、流動層部の温度を４
５０〜６５０℃とし、フリーボード部の温度を６００〜
８００℃として用いることができ、また、用いる旋回溶
融炉は、燃焼室とスラグ分離室からなり、燃焼室でガス
状物質とチャーが送入ガスと共に旋回流を形成して高温
ガス化し、灰分が溶融してスラグ分離室で分離される。
また、本発明で用いる内部循環式流動層ガス化炉とは、
同一反応槽内の流動層中に流動媒体の強力な循環流を形
成させるもので、該循環流は、流動層中に吹込まれる流
動化ガスの部分的な強弱部位を設定することにより生じ
させるものである。従って、単なるバブリング式流動層
と異なり廃棄物の分散、破砕機能に優れ、単なる循環
（外部循環）式流動層のように複雑で大型化することも
なく、またこれよりも分散、破砕機能も優れており、加
圧型として用いるに容易な形態・構成を取り易いのであ
る。また、内部循環式流動層ガス化炉は円筒型のものが
特に好ましい。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
本発明で用いる廃棄物としては、都市ごみ、固形化燃料
（ＲＤＦ）、スラリー化燃料（ＳＷＭ）、バイオマス廃
物、プラスチック廃棄物（含ＦＲＰ）、自動車廃棄物
（シュレッダーダスト、廃タイヤ）、家電廃棄物、特殊
廃棄物（医療廃棄物等）、下水汚泥、し尿、高濃度廃
液、産業スラッジといった発熱量、水分率、形状が大き
く異なる廃棄物と低品位石炭を用いることができるが、
これらを適当に組合せることも可能である。ここで、固
形化燃料、ＲＤＦ（Refuse-derived Fuel)は、都市ごみ
を破砕選別後生石灰を添加し圧縮成形したものであり、
スラリー化燃料、ＳＷＭ（Solid Water Mixture)は、都
市ごみを破砕後水スラリー化し、高圧下で水熱分解によ
り油化したものである。また、ＦＲＰは、繊維強化プラ
スチックのことであり、低品位石炭は、石炭化度の低い
褐炭、亜炭、泥炭、もしくは選炭時に出るボタのような
ものである。

【００１４】これらの廃棄物は、初めに流動層ガス化炉
に供給されて熱分解ガス化されるが、特にこのガス化炉
に内部循環式流動層炉を採用することにより、廃棄物は
細破砕程度の前処理で供給することが可能となる。その
理由は、流動媒体の強力な旋回流動により、投入廃棄物
への伝熱が良好となり、また、大きなサイズの不燃物も
排出可能となるためである。こうした流動媒体の旋回流
動の効果については後述する。このため、廃棄物のう
ち、都市ごみ、バイオマス廃棄物、プラスチック廃棄
物、自動車廃棄物等は３０ｃｍ程度に粗粉砕する。水分
率の高い下水汚泥とし尿は、専用の処理場にて遠心分離
機等を用いて脱水ケーキとした後に、本プラントサイト
まで輸送する。固形化燃料、スラリー化燃料、高濃度廃
液等はこのままの形で使用する。カロリー調整用に加え
る石炭は、４０ｍｍ以下に破砕されていればこのまま使
用可能である。

【００１５】上記廃棄物は、廃棄物自身の持つカロリー
とその水分の高低により高カロリー廃棄物と低カロリー
廃棄物に大別される。一般的には、都市ごみ、固形化燃
料、スラリー化燃料、プラスチック廃棄物、自動車廃棄
物、家電廃棄物は前者であり、バイオマス廃棄物、特殊
廃棄物（医療廃棄物等）、下水汚泥／し尿の脱水ケー
キ、高濃度廃液は後者に属する。これらを、高カロリー
廃棄物用ピット、低カロリー廃棄物用ピット、タンクに
受け入れ、各々のピットや中継タンクにて十分攪拌・混
合し、適宜ガス化炉に供給する。廃棄物中に混入した金
属はガス化炉内に入っても、融点が流動層温度より高け
れば未酸化状態で回収される。従って、回収された金属
は種類毎に地金として利用が可能である。

【００１６】また、投入廃棄物の質が一定であれば、投
入廃棄物とガス化のために送入するガスの量比は一定で
あるが、投入廃棄物に占める低カロリー廃棄物の割合が
増えたり、全体の水分率が高くなったりすると、流動層
温度は所定値から下降する。こうした時には、投入廃棄
物中の低カロリー廃棄物と高カロリー廃棄物の量比を調
整することにより、投入廃棄物の発熱量を一定に保つこ
とが、後段のガス利用設備の上から望ましい。あるい
は、別法として発熱量の高い石炭等の補助燃料を添加し
て投入廃棄物のカロリー調整をすることもできる。

【００１７】次に、本発明における低温でガス化するた
めに用いる流動層ガス化炉について説明する。この流動
層ガス化炉を低温でのガス化に用いる点が、本発明の特
徴点の一つとなっている。流動層炉自体は、燃焼炉又は
ガス化炉として既に公知であるが、可燃性ガスを得るた
めに流動層ガス化炉と溶融炉の組合せを用いる点は従来
技術とは異なる新規な技術である。高温ガス化炉に石炭
を微粉炭としてあるいは水スラリー化して供給する技術
は既に公知のものとなっているが、廃棄物の場合は微粉
砕することが石炭ほど容易でない。特に金属、ガレキ、
石のような不燃物を含有する場合は、ほとんど不可能と
いえる。ところが、流動層ガス化炉を用いれば、廃棄物
をバルクのまま熱分解ガス化することにより、可燃性の
ガス状物質と細かなチャーにできる。これは、このまま
後段の溶融炉に送って高温ガス化できる。流動層ガス化
炉は、廃棄物を緩慢な熱分解ガス化反応により可燃性の
ガス状物質とチャーに変えればよいので、流動層を比較
的低温とすることが出来る。

【００１８】本発明で使用できる流動層ガス化炉として
は、公知の常圧型又は加圧型の流動層炉、例えばバブリ
ング型流動層炉等が、用いる廃棄物の性状等を勘案して
使用することが考えられるが、特に、本発明者によって
開発された内部循環式流動層ガス化炉を用いるのが好適
である。内部循環式流動層ガス化炉は、炉の水平断面が
円形のものが良く、炉底中央部に比較的緩慢な流動層、
炉底周辺部に比較的活発な流動層を形成し、流動層の表
面近傍の内壁沿いに内側に傾斜した傾斜壁を設け、流動
媒体の流れを周辺部から中央部へ転向することにより、
炉底中央部の緩慢流動層中を流動媒体が流動化しつつ下
降し、炉底周辺部の活発流動層中を流動媒体が流動化し
つつ上昇し、流動層下部にて流動媒体が中央部から周辺
部へ、流動層上部にて流動媒体が周辺部から中央部へ流
動化しつつ移動するような流動媒体の活発な旋回運動を
生ぜしめる流動層部を有している。

【００１９】こうした特殊な流動層をガス化に用いた時
の特長を以下に示す。 生成するチャーが流動層上に堆積せず、流動層内に
良好・均一に分散されるため、特に活発流動層における
チャーの酸化が効率良く行われる。チャーの酸化により
発生する熱は、流動媒体に伝えられ、中央部における熱
分解ガス化の熱源として有効に利用される。 流動層表面では、傾斜壁によって上方向への運動を
転向された流動媒体が、中央部で激しく衝突するため、
チャーが微粉砕される。流動媒体に硬い珪砂を用いれ
ば、微粉砕はさらに促進される。 緩慢流動層での流動媒体の下降運動に伴う呑み込み
作用により、固形廃棄物は細破砕程度でガス化炉に供給
することが出来る。このため、破砕設備を省略すること
が出来、破砕用の電力を大幅に低減出来る。

【００２０】 流動媒体の旋回流動により、細破砕に
よる投入の結果生ずる粗大な不燃物でも、容易に排出出
来る。 流動層内全域における流動媒体の旋回流動により、
発生する熱が拡散されるため、焼結物やクリンカーによ
るトラブルを回避出来る。通常用いられるバブリング型
流動層の場合、流動媒体は流動層内を均一に流動化され
るものの、横方向の分散はあまり良くない。従って、上
述の〜の点において、本発明の内部循環式流動層の
方が通常用いられるバブリング流動層より優ると考えら
れる。

【００２１】本発明で用いる流動層ガス化炉は、流動層
温度を４５０〜６５０℃としている。４５０℃以下で
は、熱分解ガス化の反応が極端に遅くなるために流動層
内に未分解物が堆積するといった問題を生じる。又、燃
焼速度の遅いチャーの生成量も多くなる。逆に、ガス化
温度を高くすると、熱分解ガス化反応が速くなるために
流動層内に未分解物が堆積する問題は解消されるもの
の、廃棄物の供給量の変動がガス発生量の変動を招くよ
うになる。これは後段の旋回溶融炉の運転に支障を来た
す。何故なら、旋回溶融炉への送入ガス量をガス化炉で
の発生ガス量に合わせて細かく調節することは不可能だ
からである。このために熱分解ガス化の反応がある程度
緩慢な６５０℃を上限としている。流動層上方の径の広
い部分を通常フリーボードと称するが、ここに酸素ある
いは酸素富活空気といった含酸素ガスを供給することに
より、後段の溶融炉の負荷を下げると共に、生成ガス中
のタール分やチャーのガス化を促進することが出来る。

【００２２】また、本発明の流動層ガス化炉では、流動
層部にて４５０〜６５０℃で一次燃焼し、次いでフリー
ボート部にて６００〜８００℃、好ましくは６５０〜７
５０℃で二次燃焼する。流動層ガス化炉の流動層へのガ
ス化のための送入ガス（ガス化剤）は、空気、空気とス
チーム、酸素富活空気、酸素富活空気とスチーム、酸素
とスチーム、の混合物の中から選択し、また、流動媒体
としては砂（硅砂、オリビン砂など）、アルミナ、鉄
粉、石灰石、ドロマイト等を使用する。フリーボードに
おける送入ガスには、これらのガスの他に、更に酸素を
その選択肢に含ませることもかまわない。流動層ガス化
炉で発生するガスには、多量のタールや炭化物が含まれ
るが、炭化物は流動層中で粉砕されて微粉状のチャーと
なり、ガスと共にそのまま溶融炉に導入される。一方、
流動層部は還元雰囲気であるため、廃棄物中の金属を地
金として有用な未酸化の状態で取出せる。

【００２３】回収出来る金属は、その融点がガス化温度
以下のものに限られる。従って、アルミニウム（融点６
６０℃）を回収するためには流動層温度を６５０℃以下
とする必要がある。このように、廃棄物の低温ガス化に
流動層ガス化炉を用いたことにより、多様な廃棄物、例
えば、数ｍｍサイズから数十ｍｍのものの処理が可能
で、しかも処理能力が高く、スケールアップが容易とな
る。また、機械的な駆動部が無く、温度等の調整操作が
容易で、熱媒体との間の伝熱が良く層内温度を均一に保
ち易い。さらに、流動層ガス化炉として内部循環式流動
層ガス化炉を用いると、廃棄物の無破砕処理が可能とな
り、流動層内で炭化物が効率良く粉砕されてチャーとな
り、流動層内でのチャーの分散が良いため、処理能力が
高く、層内温度が均一に保たれ、ガス化効率が高い等の
作用がある。

【００２４】次で、溶融炉について説明する。該溶融炉
は、流動層ガス化炉から導入されるガス状物質とチャー
を送入ガスと接触させることにより、１３００℃以上で
高温ガス化し、タールやチャーを完全にガス化して、含
有する灰分を溶融スラグとして炉底より排出するもので
ある。使用できる溶融炉としては、テキサコ炉のように
上部から吹き込むだけのタイプも使用できるが、好まし
くは、旋回溶融炉、即ち、ガス状物質とチャーがガス化
のための送入ガスと共に燃焼室中に旋回流を形成しなが
ら高温ガス化して、灰分を溶融し、溶融した灰分を分離
排出する形式の溶融炉を用いるのが良い。旋回溶融炉を
用いることにより、高負荷・高速燃焼が可能となり、ガ
スの滞留時間分布が狭くなり、旋回流による遠心力の作
用により、カーボン転換率、スラグミスト捕集率が高
く、しかも溶融炉本体のコンパクト化が図れる。

【００２５】溶融炉へのガス化のための送入ガスは、酸
素富活空気、酸素の中から選択することができる。送入
ガス中の酸素量は、前記流動層ガス化炉へのガス化のた
めの送入ガスを合せて、全酸素量が廃棄物を完全燃焼さ
せるために必要な理論酸素量の０．１〜０．６の範囲と
するのがよい。こうして、溶融炉から、低カロリー
（４．２〜６．３ＭＪ／ｍ^３（ＮＴＰ）（１０００〜１
５００ｋｃａｌ／Ｎｍ^３）（ｄｒｙ））もしくは中カロ
リー（１０．５〜１８．８ＭＪ／ｍ^３（ＮＴＰ）（２５
００〜４５００ｋｃａｌ／Ｎｍ^３）（ｄｒｙ））の燃料
ガスを得ることができる。これらのガス中には、ＣＯ、
Ｈ_２ といった有用ガス成分が多く含まれている。廃棄物
からＣＯ、Ｈ_２ 主体のガスを得、工業用燃料ガスある
いは化学工業の原料とすることは本発明の特に優れた特
徴といえる。後段の溶融炉で流動層ガス化炉から導出さ
れるチャー中の灰分をスラグ化することにより、有害な
重金属はスラグ中に封じ込められ、溶出しなくなる。ま
た、１３００℃以上という高温燃焼により、ダイオキシ
ン類及びその前駆体並びにＰＣＢ等がほぼ完全に分解さ
れてしまう。

【００２６】次に図１を参照して、得られたガスをその
性状に応じた目的に利用する方法を述べる。その利用方
法はエネルギーを利用するサーマルリサイクルと化学工
業原料に供するケミカルリサイクルとがある。ガスが常
圧、高温の燃焼排ガスの場合、蒸気ボイラで回収したス
チームをスチームタービンに供給して、電力として回収
する。ガスが常圧の燃料ガスの場合は、ガスエンジンも
しくはディーゼルエンジンを用いて発電するか、あるい
は工業用燃料ガスとして利用する。この工業用燃料ガス
は、例えば製鉄や製鋼の工程で用いることが出来る。一
方、ガスが高圧（２．０〜４．０ＭＰａ（２０〜４０ａ
ｔｍ））の燃料ガスの場合には、ガスタービンを用いた
複合発電とするか、あるいは工業用燃料ガスとして利用
する。ガスがＮ_２ を含まない高圧で中カロリーの燃料
ガスの場合は、水素、メタン（ＳＮＧ）、メタノール等
アルコール類、ガソリン製造用の合成ガスとする。

【００２７】水素は、生成ガスをＣＯ転化後、脱ＣＯ
_２ により得られる。メタンは、ＣＯ転化によりＣＯ／
Ｈ_２ 比を調整後、メタン化反応により得られる。メタ
ノールは、ＣＯ転化後メタノール合成反応により得られ
る。メタノールとエタノール以上の高級アルコールの混
合物は、アルコール合成反応により得られる。ガソリン
は、南アフリカ連邦のサゾールで実施されているよう
に、フィッシャートロプシュ反応により合成される。こ
のように、対象とする廃棄物の質と量、並びに建設地の
条件、目的生成物などを考慮して最適なプロセスを選定
することが必要である。次に、スラグの利用について言
及する。廃棄物を原料とすると、スラグ中には大なり小
なり塩素が含まれるため、エコセメントの原料とするの
が有力である。エコセメントは、焼却灰：下水汚泥：添
加物＝４：３：３から作られる新種のセメントで、無筋
コンクリート製品や固化材としての用途がある。回収さ
れるスラグには、水砕スラグと徐冷スラグがあるが、路
盤材、骨材、透水材等の土木建築用資材、あるいは園芸
用資材としても利用出来る。

【００２８】

【実施例】以下、本発明を図面を用いて具体的に説明す
る。 実施例１ 図２に、本発明に係る廃棄物のガス化処理装置の一例の
概略構成図を示す。図２は、高圧（２．０〜４．０ＭＰ
ａ（２０〜４０ａｔｍ））の合成ガスを製造する実施例
であり、図２において、１はロックホッパシステム、２
はホッパー、３はスクリューフィーダ、４は流動層ガス
化炉、５は流動層部、６は旋回溶融炉で、７は一次燃焼
室、８は二次燃焼室、９はスラグ分離室、１０は廃熱ボ
イラ、１１はスクラバー、ａは廃棄物、ｂは酸素、ｃは
スチーム、ｄは不燃物、ｅは低温ガス化ガス、ｅ′は高
温ガス化ガス、ｆはスラグ、ｆ′は灰、ｇは生成ガスを
示す。

【００２９】廃棄物ａは、均一に混合され、ロックホッ
パーシステム１を経て、ホッパー２に投入される。次い
で、スクリューフィーダ３により流動層ガス化炉４に定
量供給される。該ガス化炉４の炉底には流動化ガスとし
て酸素ｂとスチームｃの混合ガスが供給される。ガス化
炉４の流動層部５に落下した原料は、４５０〜６５０℃
に保持された流動層内でガス化のための酸素とスチーム
からなる送入ガスと接触し、速やかに熱分解ガス化され
る。これにより、ガス、タール、炭化物、Ｈ_２Ｏが生成
するが、炭化物は流動層の攪乱運動により粉砕されチャ
ーとなる。これらは一括して後段の旋回溶融炉６の一次
燃焼室７に供給され、同じくガス化のために供給された
酸素ｂと旋回流中で混合しながら、１３００℃以上の高
温で高速酸化される。このため、チャーに含まれる灰分
はスラグミストとなり、旋回流の遠心力により炉壁上の
スラグ相に捕捉され、炉壁を流れ下って二次燃焼室８に
入り、スラグｆとしてスラグ分離室９の炉底から排出さ
れる。高温ガス化の酸化反応は二次燃焼室８で完結し、
Ｈ_２ 、ＣＯ、ＣＯ_２ とＨ_２Ｏから成る中カロリーガ
ス（１０．５〜１８．８ＭＪ／ｍ^３（ＮＴＰ）（２５０
０〜４５００ｋｃａｌ／Ｎｍ^３））となる。

【００３０】ガス化炉４の流動層部５は還元雰囲気のた
め、原料中の金属のうち融点が流動層温度より高いもの
は、未酸化でクリーンな状態でガレキ、石、ガラス等と
ともに不燃物ｄとして炉底から排出される。このため、
金属地金として再利用が可能となる。溶融炉６を出たガ
スは、廃熱ボイラ１０でスチームｃを回収後、ＮａＯＨ
水溶液を用いたスクラバー１１で冷却・洗浄され、ダス
トやＣＯ転化触媒を被毒するガス中のＨＣｌ等が除かれ
る。こうして、精製された生成ガスｇが得られる。本ガ
スは工業用燃料ガスに用いることが出来るが、この場合
ＣＯ転化の必要は無いので、スクラバー１１は簡略なも
ので済む。得られたＨ_２ 、ＣＯ、ＣＯ_２ とＨ_２Ｏか
ら成るガスは化学工業原料用の合成ガスとして使用され
る。

【００３１】実施例２ 次に、低カロリーガスを得る常圧の内部循環式流動層ガ
ス化炉を用いるガス化について、図３を用いて説明す
る。図３において、図２と同じ符号は同じ名称を表し、
１２はフリーボード、１３はバーナ、１４はトロンメ
ル、１５はバケットコンベア、１６はバーナである。予
め破砕された廃棄物ａと石炭ｊは、ホッパー２に供給さ
れた後に、スクリュー式の定量供給装置３を用いて流動
層ガス化炉４に供給される。ガス化炉４の下方からは予
熱された空気ｂ″が流動化ガスとして挿入され、分散板
上に硅砂の流動層５が形成される。廃棄物ａと石炭ｊは
流動層５の上方に投入され、４５０〜６５０℃に保持さ
れた流動層５内で空気中のＯ_２ と接触し、速やかに熱
分解ガス化される。ガス化炉４の炉底からは流動媒体の
硅砂が不燃物とともに排出され、トロンメル１４により
粗大不燃物ｄが系外に排出される。

【００３２】分離された硅砂ｈはバケットコンベア１５
により上方へ搬送された後、ガス化炉４に戻される。不
燃物ｄ中には金属が含まれるが、実用的には流動層温度
を５００〜６００℃とすることにより、鉄、銅、アルミ
ニウムをリサイクル可能な状態で回収できる。流動層５
での低温ガス化反応によりガス、タール、炭化物が生成
する。ガスとタールは、気化して炉内を上昇する。炭化
物は流動層５の攪乱運動により微粉砕されてチャーとな
る。チャーは多孔質で軽いため、生成ガスの上向きの流
れに同伴される。流動媒体に固い硅砂ｈを用いること
で、炭化物の粉砕は促進される。フリーボード１２には
空気ｂ′が吹き込まれ、６００〜８００℃の再度ガス化
が行われる。こうして、ガス成分の低分子化と、ター
ル、チャーのガス化が進む。

【００３３】ガス化炉を出た生成ガスｅは、旋回溶融炉
６の一次燃焼室７に供給され、予熱された酸素富活空気
ｂ′と旋回流中で混合しながら、１３００℃以上で高温
ガス化する。燃焼は二次燃焼室８で完結し、燃焼排ガス
ｅ′はスラグ分離室９から排出される。チャーに含まれ
る灰分は高温のためにスラグミストとなり、旋回流の遠
心力により一次燃焼室７の炉壁上の溶融スラグ相に捕捉
され、炉壁を流れ下って二次燃焼室８に入り、スラグ分
離部９の底部より流下する。なお、旋回溶融炉６の一次
燃焼室７と二次燃焼室８には、昇温バーナ１６が１台ず
つ設置されている。こうして、低カロリー（４．２〜
６．３ＭＪ／ｍ^３（ＮＴＰ）（１０００〜１５００ｋｃ
ａｌ／Ｎｍ^３））の可燃性ガスを得ることができる。

【００３４】実施例３ 図４は、旋回溶融炉に別の形式を用いた１．０〜４．０
ＭＰａ（１０〜４０ａｔｍ）の合成ガスを得るための別
の実施例である。図４において、ガス化炉は内部循環式
流動層ガス化炉４を用いており、供給された廃棄物ａの
炭化物が、流動層上に堆積せず流動層内に均一に分散さ
れ、炭化物の微粉化・ガス化が促進される。本タイプの
流動層炉では、原料廃棄物は供給時の破砕粒度を大きく
でき、サイズの大きい不燃物でも排出が可能である。ま
た、発生熱の拡散に秀れているためクリンカートラブル
が少ない等の特長を有する。ガス化炉４を出た生成ガス
ｅは、旋回式溶融炉６の燃焼室７に供給され、予熱され
た酸素ｂと旋回流中で混合しながら、１３００℃以上で
ガス化する。旋回式溶融炉６内の温度が高温であるた
め、チャーに含まれる灰分はスラグミストとなり、炉壁
上の溶融スラグ相に捕捉され、炉壁を流れ下って水槽２
０に入る。スラグは水槽２０で水砕スラグとなり、ロッ
クホッパ１７を経て貯留槽２２に入る。そして、貯留槽
２２から排出されたスラグはスクリーン１４′を経て粗
粒スラグｆとして回収される。一方、旋回式溶融炉６内
でガス化されたガスは水槽２０内の水中に導入されて冷
却された後に、生成ガスｅ′として旋回式溶融炉６から
排出され、この生成ガスｅ′はさらにスクラバー１１に
よって冷却および洗浄された後に合成ガスｇとして回収
される。

【００３５】実施例４ 図５は、別の形式の旋回溶融炉を用いた別の実施例であ
る。旋回溶融炉６のスラグ分離室９には、内部に輻射ボ
イラ１９を設置し、その下部に水槽２０を設け、一旦水
面近くまで下降したガスが水面近くで水管の裏側に廻り
込めるようになっている。輻射ボイラ１９内では、ガス
の流れ方向と重力の方向が一致するため、壁に付着した
スラグは、大きく成長することなく落下する。また、流
れ落ちるスラグ自身の熱も、輻射ボイラ１９が回収する
ため、熱回収の効率が高くなる。さらに、水面近くでガ
スの流れ方向が急激に変化するため、ガス中に含まれる
スラグミストは、その慣性力により、多くが水に回収さ
れる。溶融炉６を出たガスｅ′は、対流ボイラ２１に供
給され、熱回収される。なお上記二次燃焼室８は省くこ
とも可能である。本実施例は、発電を目的としたプロセ
スに最も適している。

【００３６】実施例５ ここで図３の構成図における、代表的なテストデータを
示す。表１は、ガス化に用いた原料廃棄物の性状であ
る。これは、通常の都市ごみに石炭を添加してカロリー
調整を施したものである。この原料廃棄物を、流動層ガ
ス化炉にて５００〜６００℃で低温ガス化し、次いで旋
回式溶融炉にて１３５０℃で高温ガス化した時の結果
を、表２〜表４に示す。表２はガス化全体の、すなわち
ガス化炉に溶融炉を加えたガス化の物質収支であり、原
料廃棄物を１００とした時のものである。ガス化するた
めのガス化剤としては酸素４６とスチーム３６が消費さ
れる。この結果、生成ガスは１１２と原料廃棄物より増
えているが、これは主にガス化剤の酸素が加わったため
である。表３も同様に両炉の熱収支である。これも原料
廃棄物の燃焼熱を基準の１００としているが、生成ガス
の燃焼熱が６０であることから、冷ガス効率は６０％で
ある。

【００３７】この冷ガス効率はエネルギー回収率とほぼ
同一の意味を有するもので、時間当りの生成ガスの燃焼
熱（高位ベース）の原料廃棄物の燃焼熱（高位ベース）
に対する割合である。以上より、可燃性ガス回収を目的
とする場合、原料廃棄物の低位発熱量は、ここで設定し
た１４．７ＭＪ／ｋｇ（３，５００ｋｃａｌ／ｋｇ）を
ほぼ下限とすることが判る。低位発熱量が１４．７ＭＪ
／ｋｇ（３，５００ｋｃａｌ／ｋｇ）を上回るほど、冷
ガス効率は６０％より大きくなる。炉壁からの熱損失は
５．９であるが、これを縮小できれば、冷ガス効率はさ
らに増すことが期待される。表４は生成ガスの乾ガス組
成であり、ガス中の水分はカウントしていない。可燃成
分であるＨ_２ とＣＯで７７％を占めている。従って、
この７７％に相当する容積が、ＣＯ転化後のＨ_２ とな
る。

【００３８】

【表１】

【００３９】

【表２】

【００４０】

【表３】

【００４１】

【表４】

【００４２】実施例６ 図６に本発明に係る廃棄物のガス化処理装置の他の例の
全体構成図を示す。図６では、高圧（２．０ＭＰａ（２
０ａｔｍ）程度）で低カロリーの燃料ガスを製造後、ガ
スタービンを用いて複合発電を行なうケースを示す。図
６において、３２はセラミックフィルター、３３はガス
タービン、３４はスチームタービン、ｋは電力、ｍは排
ガス、これ以外は図２と同じである。ガス化炉４に空気
ｂ″、溶融炉６に酸素富活空気ｂ′が供給されるため、
溶融炉６からの生成ガスはＨ_２ 、ＣＯ、ＣＯ_２ 、Ｎ
_２ と水蒸気から成る低カロリーガス（４．２〜６．３
ＭＪ／ｍ^３（ＮＴＰ）（１０００〜１５００ｋｃａｌ／
Ｎｍ^３）（ｄｒｙ））となる。ガス化炉、溶融炉の温度
条件は実施例１と同じである。

【００４３】この後、廃熱ボイラ１０でスチームｃを回
収し、セラミックフィルター３２で灰ｆ′を分離後、ガ
スタービン３３に供給され、電力ｋを発生後、廃熱ボイ
ラ１０でスチームｃを回収し、大気放出される。回収さ
れたスチームｃは、スチームタービン３４に供給され電
力ｋを発生する。ここでは、生成ガスを高温のまま脱塵
後、ガスタービンに供給する方法を示したが、無論図２
と同じように生成ガスを常温で精製してからガスタービ
ン３３に供給することも可能である。ただし、この方法
では発電効率は若干低下する。

【００４４】実施例７ 図７に、本発明に係る廃棄物のガス化処理装置の他の例
の全体構成図を示す。図７では、常圧下で低カロリーの
燃料ガスを製造後、ガスエンジンを用いて複合発電する
ケースを示す。図７において、３５はガスエンジンであ
る。このケースでは、廃棄物ａと石炭ｊをホッパー２へ
の供給する際、ロックホッパーは不要である。ガス化炉
４に空気ｂ″、溶融炉６に酸素富活空気ｂ′が供給され
るため、生成ガスの構成はＮ_２ 、Ｈ_２ 、ＣＯ、ＣＯ
_２ 、Ｈ_２Ｏから成る低カロリーガス（４．２〜６．３
ＭＪ／ｍ^３（ＮＴＰ）（１０００〜１５００ｋｃａｌ／
Ｎｍ^３）（ｄｒｙ））となる。ガス化炉、溶融炉の温度
条件は実施例１と同じである。この後、廃熱ボイラ１０
でスチームｃを回収し、スクラバー１１で生成ガスを冷
却・洗浄する。得られた常温の生成ガスは、ガスエンジ
ン３５に供給され電力ｋを発生後、再び廃熱ボイラ１０
でスチームｃを回収し、大気放出される。回収されたス
チームの全量は、スチームタービン３４に供給され、電
力ｋを発生する。コスト削減のため、ガスエンジン３５
の後の廃熱ボイラ１０は省略することも可能であるが、
発電効率は低下する。

【００４５】

【発明の効果】本発明は廃棄物を燃料ガスあるいは化学
工業原料に変換する資源化装置を提供し、環境保全を維
持しつつ資源有価物の回収技術を提供するもので、サー
マルリサイクル、マテリアルリサイクル、ケミカルリサ
イクルを通じて廃棄物を新たな資源として活用を計るも
のである。具体的には、以下の効果を得ることができ
る。 低温ガス化と高温ガス化を組合せたガス化処理によ
り廃棄物を中カロリーの合成ガスに変換し、次いでアン
モニア、メタノール等の化学工業原料にするというケミ
カルリサイクルが可能となる。

【００４６】 合成ガス生成の過程で灰分をスラグ化
して無害化することができる。生成スラグは土木建築材
としてマテリアルリサイクルできる。 廃棄物中に含まれる鉄、銅、アルミニウム等の有価
金属を未酸化状態で回収できるためマテリアルリサイク
ルが可能となる。 低カロリーの可燃性ガスを回収することにより、ガ
スタービン等の燃料あるいは工業用燃料ガスとしてサー
マルリサイクルすることも可能である。 １３００℃以上という高温度域を経るため、有害な
ダイオキシン類をほぼ完全に分解できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のガス化利用の全体概念図である。

【図２】本発明に係る廃棄物のガス化処理装置の一例を
示す概念構成図である。

【図３】本発明に係る廃棄物のガス化処理装置の別の一
例を示す概略構成図である。

【図４】本発明に係る廃棄物のガス化処理装置の別の一
例を示す概略構成図である。

【図５】本発明に係る廃棄物のガス化処理装置の別の一
例を示す概略構成図である。

【図６】本発明に係る廃棄物のガス化処理装置の別の一
例を示す概略構成図である。

【図７】本発明に係る廃棄物のガス化処理装置の別の一
例を示す概略構成図である。

【符号の説明】

１ ロックホッパシステム ２ ホッパー ３ スクリューフィーダ ４ 流動層ガス化炉 ５ 流動層部 ６ 旋回溶融炉 ７ 一次燃焼室 ８ 二次燃焼室 ９ スラグ分離室 １０ 廃熱ボイラ １１ スクラバー １２ フリーボード １３ バーナ １４，１４′ スクリーン（トロンメル） １５ 流動媒体循環路（バケットコンベア） １６ バーナ １７，１７′ ロックホッパー １８ 傾斜壁 １９ 輻射ボイラ ２０ 水槽 ２１ 対流ボイラ ２２，２２′ 貯留槽 ３２ セラミックフィルター ３３ ガスタービン ３４ スチームタービン ３５ ガスエンジン ａ 廃棄物 ｂ 酸素 ｂ′ 酸素富化空気 ｂ″ 空気 ｃ 水蒸気（スチーム） ｄ 不燃物 ｅ 低温ガス化生成ガス ｅ′ 高温ガス化生成ガス ｆ 溶融スラグ ｇ 合成ガス ｈ 流動媒体 ｉ 水 ｊ 石灰 ｋ 電力 ｍ 排ガス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高野 和夫 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会社 荏原製作所内 (72)発明者 入江 正昭 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会社 荏原製作所内 (72)発明者 廣勢 哲久 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会社 荏原製作所内 (72)発明者 大下 孝裕 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会社 荏原製作所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 廃棄物を低温でガス化する流動層ガス化
   炉と、得られるガス状物質とチャーを高温でガス化し、
   低カロリーガス又は中カロリーガスを得る溶融炉とを有
   することを特徴とする廃棄物のガス化処理装置。
2. 【請求項２】 原料を酸素とスチームの混合ガスからな
   るガス化剤を用いて低温でガス化する流動層ガス化炉
   と、該低温のガス化で発生するガスを高温でガス化して
   生成ガスを得るとともに溶融スラグを得る溶融炉とを備
   え、得られた溶融スラグと生成ガスを冷却して冷却され
   たスラグおよび冷却された生成ガスを得ることを特徴と
   する廃棄物のガス化処理装置。