JP2001191052A - 廃棄物ガス化溶融炉からの集じん灰の加熱処理方法および装置 - Google Patents

廃棄物ガス化溶融炉からの集じん灰の加熱処理方法および装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 コークスベッド式ガス化高温溶融一体化プ
ロセスから排出される未燃炭素の少ない集じん灰を対象
として加熱処理する場合に適用し、集じん灰中に含まれ
る有機ハロゲン化合物等の有機物を効率的に分解させる
方法及び装置の提供。 【解決手段】廃棄物ガス化溶融炉１からの集じん灰を加
熱し含有する有機ハロゲン化合物を低減するもので、集
じん灰を加熱装置１３で昇温して空気存在下で４００℃
〜５５０℃に温度保定して集じん灰中の有機ハロゲン化
合物等の有機物をガス側に移行させ、その排ガスをろ過
式集じん機１８の２次飛灰からなるろ過灰層を通過させ
た後に触媒反応器１９の触媒に接触させることにより有
機ハロゲン化合物を酸化分解する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、コークスベッド式
ガス化高温溶融炉一体型プロセスの廃棄物ガス化溶融炉
から排出される集じん灰を処理して集じん灰中に含まれ
る有機ハロゲン化合物等の有機物を効率的に分解させる
廃棄物ガス化溶融炉からの集じん灰の加熱処理方法及び
装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ごみ焼却施設から排出される集じん灰
は、ばいじんと称し特別管理一般廃棄物に指定され、重
金属の安定化のための中間処理対策がされてきたが、新
たに集じん灰に含まれるダイオキシン類等の有機物を低
減することが必要となった。
【０００３】従来のストーカ炉、流動床炉に代表される
ごみ焼却炉の集じん灰を処理対象として加熱によってダ
イオキシン類を低減する方法が提案されている。
【０００４】例えば特公平６−３８８６３号公報に記載
された処理方法は、ごみ焼却プラントからのフライアッ
シュを酸素欠乏状態の閉鎖系で２００℃から５５０℃の
温度において加熱することからなり、フライアッシュに
含まれる元素が触媒作用があるとしている。
【０００５】また、別の方法として流動床ごみ焼却プラ
ントの集じん灰を４００℃から５５０℃の温度において
加熱することで、灰中のダイオキシン類を揮散させずに
分解し低減できるとの報告がある（第９回環境工学総合
シンポジウム’９９講演論文集ｐ１７９−１８２ １９
９９年６月２９日社団法人 日本機械学会発行）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】前記従来技術のうち前
者の酸素欠乏状態での加熱は、灰に含まれる未燃炭素が
部分的に酸化することによるダイオキシン類のデ・ノボ
合成を抑制するには有効な手段ではあるが、酸素欠乏状
態としたために、ダイオキシン類の低減は脱ハロゲン化
反応が主体となり、ダイオキシン類の骨格部分やダイオ
キシン類の生成原料である未燃炭素は酸化分解すること
なく残留してしまう。そのため、加熱後の冷却過程の条
件によってはダイオキシン類が再合成したり、デ・ノボ
合成したりするおそれがあるという課題がある。
【０００７】また、ガス化溶融炉から排出される集じん
灰は、空気雰囲気での４００℃から５５０℃の加熱によ
って灰中ダイオキシン類の多くがガス側へ移行する。よ
って、ガス化溶融炉の集じん灰は後者とは異なったメカ
ニズムでダイオキシン類処理を行う必要がある。
【０００８】そこで本発明はコークスベッド式ガス化高
温溶融一体型プロセスの廃棄物ガス化溶融炉から排出さ
れる集じん灰を対象として加熱処理する場合に適用し、
集じん灰中に含まれる有機ハロゲン化合物等の有機物を
効率的に分解させる方法及び装置を提供するものであ
る。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、廃棄物ガス化
溶融炉から排出される集じん灰を昇温し、空気存在下４
００℃〜５５０℃に温度保定処理し、ダイオキシン類を
はじめとする有機ハロゲン化合物等の有機物の大部分を
ガス側に移行させ、ろ過式集じん器の２次飛灰からなる
ろ過灰層と酸化分解触媒で効率的に酸化分解し、ガス側
に移行せずに集じん灰に残留する少量のダイオキシン類
は前記温度保定処理段階で、集じん灰中で熱分解するこ
とを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明において、空気流通下で廃
棄物ガス化溶融炉からの集じん灰を加熱することによっ
て、次の作用がある。
【００１１】（１）集じん灰中のダイオキシン類をはじ
めとする有機ハロゲン化合物等の有機物を容易にガス側
へ移行させ、ガス側の効率的な酸化分解機構を使って分
解無害化することができる。
【００１２】（２）集じん灰中の未燃炭素はもともと含
有量が少ないことに加え空気流通下で加熱処理すること
で灰グラムあたりピコグラムオーダーの極微量ダイオキ
シン類の原料としても問題のないレベルまで燃焼分解す
ることが出来る。
【００１３】（３）同時に灰に残留するダイオキシン類
は少量であるので、少量のダイオキシン類を対象として
４００℃〜５５０℃までの温度と灰自身の触媒作用によ
って熱分解すれば、より低濃度まで分解無害化出来る。
【００１４】（４）これらの加熱処理に当たってはダイ
オキシン類のガスへの移行や分解と同時にＣｕＣｌ２を
触媒としてＤｅａｃｏｎ反応によって生成されるＣｌ２
またはＣｌラジカルによる有機物の塩素化に伴うダイオ
キシン類の合成が起こり、加熱処理時のダイオキシン類
の見かけの分解率を下げている。
【００１５】 ２ＨＣｌ＋１／２Ｏ２→Ｈ２Ｏ＋Ｃｌ２ これを抑制するためにアルカリ金属やアルカリ土類金属
によるＣｌの捕捉が有効であるが、なかでもＣａＣｌ２
がＮａＣｌ、ＫＣｌよりも安定であることから塩素化に
よるダイオキシン類の合成防止には消石灰が効果的であ
り、処理対象灰のＣａ／Ｃｌのモル比を少なくとも０．
５以上とするように消石灰を吹込むことが有効である。
【００１６】Ｃａ（ＯＨ）２＋Ｃｌ２→ＣａＣｌ２＋Ｈ
２Ｏ＋１／２Ｏ２ 本発明では、コークスベッド式ガス化高温溶融一体化プ
ロセスの廃棄物ガス化溶融炉から排出される集じん灰を
昇温し、４００℃〜５５０℃で温度保定すると共に空気
流通による酸素存在下で撹拌し、有機ハロゲン化合物な
どの有機物の殆どをガス側に移行させ、また、集じん灰
に残留する有機ハロゲン化合物等の有機物を集じん灰自
身が含有する塩化銅、塩化鉄、塩化鉛等の触媒成分の作
用により熱分解する。
【００１７】この時Ｄｅａｃｏｎ反応によって生成され
るＣｌ２またはＣｌラジカルによって有機物の塩素化に
よるダイオキシン類の合成があるため、これを抑制する
ため排ガス中のＨＣｌ、ＳＯＸを中和処理する目的で吹
き込んでいる消石灰の量を、処理対象灰のＣａ／Ｃｌモ
ル比が少なくとも０．５以上となるように吹き込むこと
で見かけ分解率の低下を防止できる。
【００１８】一方、ガス側に移行した有機ハロゲン化合
物等の有機物は、ろ過式集じん器に形成された２次飛灰
からなるろ過層灰と、その後段に設けた酸化分解触媒に
接触せることにより酸化分解させる。触媒としてはＴｉ
Ｏ２、Ｖ２Ｏ５、ＷＯ３、ＭｏＯ３等を使用する。
【００１９】この場合、集じん灰中の有機ハロゲン化合
物等の有機物は、加熱初期の段階で大部分をガス側に移
行させているので、集じん灰中に残留し、灰中で加熱分
解を要する量は僅かとなる。このため、集じん灰中の有
機ハロゲン化合物等の有機物をより低濃度まで低減で
き、また、ガス側に移行した有機ハロゲン化合物等の有
機物は、３００℃以上のガス温度を維持しつつ、ろ過式
集じん器に形成された２次飛灰からなるろ過灰層と接触
しながら通過することに加え、酸化分解触媒と接触する
ことにより効率的に酸化分解し、無害化できる。
【００２０】特に、２次飛灰には塩化銅、塩化鉄、塩化
鉛などの酸化分解能を有する元素がヒューム状の微細な
状態で濃縮してろ過層を形成するため触媒活性が高く、
効率的な酸化分解が期待できる。このため灰側、ガス側
の双方で効率的な分解処理ができる。
【００２１】
【実施例】図１は本発明の分解処理装置を備えたプロセ
スの一実施例を示す説明図である。
【００２２】コークスベッド式ガス化高温溶融一体化プ
ロセスは、ごみを少量のコークス、石灰石と共に廃棄物
ガス化溶融炉１に投入し、ごみとコークスの高温燃焼排
ガスからの伝熱によってごみを乾燥・乾留ガス化させる
方式である。
【００２３】ごみの可燃分は、廃棄物ガス化溶融炉１内
で乾燥帯、乾留帯、ソリューション反応帯、コークスと
ごみの高温燃焼・溶融帯を経てガス化される。ごみ中の
可燃分のガス化により得られた可燃性ガスは、別途設け
られた燃焼室２でガス燃焼される。
【００２４】廃棄物ガス化溶融炉１では、乾留帯が高温
でありソリューション反応が存在するため可燃分、特に
炭素のガス化率が９割以上と高く、燃焼室２ではその発
生ガスをガス燃焼する。
【００２５】燃焼室２及びボイラ３、ガス温度調節器４
などのガス冷却過程で沈降し回収される灰は、重金属・
塩類の含有が少なく、廃棄物ガス化溶融炉１に戻され再
溶融される。
【００２６】一方、排ガスはガス温度調節器４でガス温
度を１６０℃前後に冷却された後、消石灰が吹込まれた
ガス中のＨＣｌ、ＳＯＸが中和反応により捕捉され、集
じん灰とともにバグフィルタ５にて捕集される。この消
石灰吹き込み量を集じん灰中のＣａ／Ｃｌのモル比が少
なくとも０．５以上となるように調整することで集じん
灰の加熱の際に有機物が塩素化されることに伴うダイオ
キシン類の合成を抑制することが出来る。集じん灰には
消石灰とＨＣｌおよびＳＯＸの中和反応物、未反応消石
灰、微細ヒューム状の重金属および微量の有機ハロゲン
化合物等の有機物を含有している。
【００２７】バグフィルタ５から排出される排ガスは、
誘引通風機７、排ガス再加熱器８、および触媒反応塔９
を介して煙突１０から排出される。
【００２８】バグフィルタ５の集じん灰排出コンベア１
１は、集じん灰貯槽１２を介して加熱装置１３に接続さ
れている。集じん灰貯槽１２は、集じん灰量の変動を平
滑化し、集じん灰を加熱装置１３に定量供給する。加熱
装置１３は、円筒横型で、集じん灰を撹拌する撹拌用パ
ドル１４を備え、円筒の外側に集じん灰を加熱する電気
ヒータ１５を備えている。
【００２９】加熱装置１３に入った集じん灰は、撹拌用
パドル１４によって撹拌されながら出口側に向かって移
動しつつ昇温された後、空気流通下で４００℃〜５５０
℃、好ましくは４５０℃〜５００℃で所定時間、温度保
定処理された後に、加熱装置１３から排出される。排出
口には出口せき１３ａを設けてもよい。集じん灰を加熱
する際、空気吹き込みファン１６によって加熱装置１３
内に空気を吹き込み、温度保定領域を灰流れと向流に空
気を流通させ、昇温領域には、灰の流れと並流にガスを
流通させる。この場合、昇温領域を流通するガスとして
は予熱した空気が有効である。未燃炭素の含有が多い場
合、例えば活性炭を含有する場合には、昇温領域を流通
するガス量を調整することで未燃炭素を加熱源として利
用できる。前記ガスの流通と集じん灰の撹拌によって、
集じん灰中の殆どの有機ハロゲン化合物等の有機物をガ
ス側に移行させる。また、集じん灰中に残留する僅かな
有機ハロゲン化合物等の有機物は、集じん灰自身の触媒
作用により温度保定時間の間に熱分解し無害化される。
【００３０】集じん灰の加熱装置１３は、撹拌用パドル
１４の羽根軸１４ａを中空構造とし、羽根軸１４ａの集
じん灰の入口側はローターリージョイントを介してガス
供給ラインに接続し、集じん灰出口近傍の羽根軸１４ａ
に予熱ガスの噴出ノズル１４ｂを設置することもでき
る。
【００３１】加熱装置１３では、４００℃〜５５０℃の
温度に保定する領域の撹拌用パドル１４は高温腐食が懸
念され、その対策として羽根軸内を、水冷をすると冷却
効果が大きすぎ羽根軸は低温腐食の危険があると共に加
熱すべき灰が冷えること、熱ロスが大きいことが問題と
なるが、羽根軸内を空気冷却すると灰が冷えない状態で
撹拌用パドル１４の羽根軸１４ａを冷却保護でき、ま
た、得られた高温の予熱空気を例えば噴出ノズル１４ｂ
から噴出させることによって加熱装置１３内での温度保
定過程の流通空気として利用することにより熱回収すれ
ば熱ロスが少なくなる。
【００３２】また、加熱装置１３の排ガスは、排ガス吸
引ファン１７により吸引してろ過式集じん機１８を経由
して触媒反応器１９を通過させる。触媒反応器１９の触
媒には、ＴｉＯ２、Ｖ２Ｏ３、Ｗ３Ｏ、ＭＯＯ３等を使
用する。
【００３３】ろ過式集じん機１８は、加熱装置１３の昇
温過程領域と温度保定過程の境界部に設ける。加熱装置
１３内の昇温過程ではガスと灰の流れ方向を並流として
流し、このことによって、ガス・灰とも徐々に温度上昇
するため集じん灰からガス側に移行した有機ハロゲン化
合物等の有機物が灰側に再度吸着しないで済む。一方、
温度保定過程及び冷却過程では、ガスと灰の流れ方向を
向流として流し、集じん灰が温度降下することによるガ
ス中の有機ハロゲン化合物等の有機物が処理灰に再吸着
することを避ける。本方法によれば冷却過程での灰の顕
熱回収も可能となり、加熱装置の電力消費を抑制する。
以上の結果、並流と向流の両者のガスがぶつかる所、即
ち昇温過程と温度保定過程の境界部に開口部を設けそれ
に接続するろ過式集じん機１８を介して、加熱装置１３
からガスを排出することが好ましい。
【００３４】また、前記境界部の上部ガス空間に隔壁１
８ｂを設け、両者のガスが混合しないようにすることが
有効である。
【００３５】集じん灰からガス側に移行した有機ハロゲ
ン化合物は、ろ過式集じん機１８に形成された２次飛灰
からなるろ過灰層２４及び触媒反応器１９と接触させる
ことにより、酸化分解され無害化される。
【００３６】図２は本発明の集じん機における有機ハロ
ゲン化合物等の有機物のろ過灰層による無害化の過程を
示す説明図である。
【００３７】加熱装置１３において加熱処理され、集じ
ん灰からガス側に移行したガス状及び粒子状の有機ハロ
ゲン化合物等の有機物は、ろ過式集じん機１８のフィル
タ１８ａに形成された２次飛灰からなるろ過灰層２４に
至る、このときガス状の有機ハロゲン化合物等の有機物
は、ろ過灰層に含まれる塩化銅、塩化鉄、塩化鉛等の触
媒成分と酸素の存在下で接触することにより酸化分解さ
れ無害化される。同様に粒子状の有機ハロゲン化合物等
の有機物は、フィルタ１８ａのろ過灰層に一定時間保持
され、前記ガス状物と同様に酸化分解され無害化され
る。一方、灰中に残留する有機ハロゲン化合物等の有機
物は加熱と集じん灰自身の触媒作用により大部分が熱分
解され無害化される。
【００３８】加熱装置１３を出た集じん灰は、冷却装置
２０で所定温度まで冷却した後、ピンミキサー２１で水
及びセメントなどの重金属溶出防止剤とともに混練し、
溶出防止処理をした後に、養生コンベア２２を経て、固
化物ホッパ２３に貯留される。
【００３９】集じん灰の加熱装置１３に接続する冷却装
置２０には撹拌用パドルが設けられ、撹拌用パドル１４
の羽根軸は水冷構造とし、灰の流れと向流に空気を吹き
込みノズル２０ａを設けることができる。これにより、
換気空気が高温の灰と向流に接触し、灰を冷却すると共
に空気を予熱する。この予熱空気を加熱装置１３と冷却
装置２０をつなぐ流路を通じて加熱装置に導入すること
により熱回収すれば、加熱装置の電力消費を抑制するこ
とができる。
【００４０】表１は本発明の処理方法によるダイオキシ
ンの低減の結果を示し、また、図３は低減の結果をグラ
フ化したものである。
【００４１】
【表１】 表１及び図３から、加熱装置に供給された集じん灰中の
ダイオキシンを１００％としたとき、加熱により大部分
がガス側に移行し、ろ過式集じん機のろ過灰層を経て触
媒と接触させることにより分解している。
【００４２】
【発明の効果】本発明によれば、溶融炉の集じん灰を加
熱し、空気存在下４００℃〜５５０℃で温度保定し、ダ
イオキシン類の大部分をガス側に移行させ、ろ過式集じ
ん機のろ過灰層の触媒作用と次工程の触媒で効率的に酸
化分解し、ガス側に移行せずに集じん灰中に残留する少
量のダイオキシン類は、前記温度保定段階で集じん灰自
身の触媒作用により熱分解することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の分解処理装置を備えたプロセスの一実
施例を示す説明図である。
【図２】本発明の集じん機におけるろ過灰層による有機
ハロゲン化合物の無害化の過程を示す説明図である。
【図３】本発明の処理方法によるダイオキシンの低減の
結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１：廃棄物ガス化溶融炉、２：燃焼室、３：ボイラ、
４：ガス温度調節器、５：バグフィルタ、６：消石灰、
７：誘引通風機、８：排ガス再加熱機、９：触媒反応
塔、１０：煙突、１１：集じん灰排出コンベア、１２：
集じん灰貯槽、１３：加熱装置、１３ａ：出口せき、１
４：撹拌用パドル、１４ａ：羽根軸、１４ｂ：ノズル、
１５：電気ヒータ、１６：空気吹き込みファン、１７：
排ガス吸引ファン、１８：ろ過式集じん機、１８ａ：フ
ィルタ、１８ｂ：隔壁、１９：触媒反応器、２０：冷却
装置、２０ａ：空気吹き込みノズル、２１：ピンミキサ
ー、２２：養生コンベア、２３：固化物ホッパ、２４：
ろ過灰層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ０１Ｄ 53/86 Ｂ０１Ｄ 53/34 １２４Ｚ Ｃ０７Ｂ 35/06 １３４Ａ 37/06 53/36 Ｇ // Ｃ０７Ｄ 319/24 (72)発明者 小野 義広 北九州市戸畑区大字中原46−59 新日本製 鐵株式会社エンジニアリング事業本部内 (72)発明者 宮谷 寿博 北九州市戸畑区大字中原46−59 新日本製 鐵株式会社エンジニアリング事業本部内

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 廃棄物ガス化溶融炉からの集じん灰を加
    熱し含有する有機ハロゲン化合物等の有機物を低減する
    方法において、集じん灰を昇温し、空気存在下で４００
    ℃〜５５０℃に温度保定して集じん灰中の有機ハロゲン
    化合物等の有機物をガス側に移行させ、その排ガスをろ
    過式集じん器の２次飛灰からなるろ過灰層を通過させた
    後に触媒に接触させることにより有機ハロゲン化合物等
    の有機物を酸化分解することを特徴とする廃棄物ガス化
    溶融炉からの集じん灰の加熱処理方法。
  2. 【請求項２】 集じん灰中のＣａ／Ｃｌ比率がモル比に
    て少なくとも０．５以上となるようにろ過式集じん器上
    流に吹き込む消石灰量を調整した灰を処理することを特
    徴とする請求項１に記載の廃棄物ガス化溶融炉からの集
    じん灰の加熱処理方法。
  3. 【請求項３】 集じん灰を昇温し、４００℃〜５５０℃
    に温度保定する際に、昇温する過程は流通ガスを並流方
    向とし、それ以降の集じん灰の温度保定過程では流通ガ
    スを向流方向とすることを特徴とする請求項１又は２に
    記載の廃棄物ガス化溶融炉からの集じん灰の加熱処理方
    法。
  4. 【請求項４】 廃棄物ガス化溶融炉から排出される集じ
    ん灰を昇温し、空気存在下で温度保定する手段と、前記
    温度保定する手段から排出するガス中の２次飛灰をろ過
    分離する集じん手段と、前記集じん手段から排出するガ
    スを触媒と接触させる手段とを備えたことを特徴とする
    廃棄物ガス化溶融炉からの集じん灰の加熱処理装置。
  5. 【請求項５】 前記加熱処理手段の昇温過程と温度保定
    過程の境界部に前記集じん手段を設けたことを特徴とす
    る請求項４に記載の廃棄物ガス化溶融炉からの集じん灰
    の加熱処理装置。
  6. 【請求項６】 前記加熱手段に設けられた撹拌用パドル
    の羽根軸を中空構造とし、羽根軸の集じん灰入口側はロ
    ータリジョイントを介してガス供給ラインに接続し、集
    じん灰出口近傍の羽根軸は羽根軸外側の灰加熱空間に直
    接通じるガスの噴出ノズルを設置したことを特徴とする
    請求項４又は５に記載の廃棄物ガス化溶融炉からの集じ
    ん灰の加熱処理装置。
  7. 【請求項７】 前記加熱する手段に集じん灰の冷却装置
    を接続し、冷却装置には撹拌用パドルが設けられ、撹拌
    用パドルの羽根軸は水冷構造とし、灰の流れと向流に換
    気空気を吹き込むノズルを設けたことを特徴とする請求
    項４、５又は６に記載の廃棄物ガス化溶融炉からの集じ
    ん灰の加熱処理装置。
  8. 【請求項８】 前記加熱手段の昇温過程と温度保定過程
    の境界部に両者のガス空間を隔てる隔壁を設けたことを
    特徴とする請求項４、５、６又は７に記載の廃棄物ガス
    化溶融炉からの集じん灰の加熱処理装置。
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