JP2003064382A - 廃棄物ガス化設備及びその設備の操業方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 除塵装置の運転が簡素化され、又、高温高圧
の蒸気を発生させることができる廃棄物ガス化設備及び
その設備の操業方法を提供すること。 【解決手段】 廃棄物を熱分解してガス化するガス化溶
融炉１０と、このガス化溶融炉１０から排出されたガス
を除塵する移動層式の粒子充填層除塵装置２０と、この
粒子充填層除塵装置２０から抜き出された充填粒子をガ
ス化溶融炉１０へ供給する手段２２を有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、廃プラスチック、
カーシュレッダーダスト、都市ごみ、廃木材、廃油など
の廃棄物類を熱分解してガス化し、生成する高温の含塵
ガスを除塵して浄化する設備とその設備の操業方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、廃プラスチック、カーシュレッダ
ーダスト、都市ごみ、廃木材、廃油などの廃棄物類は、
主に焼却によって減容化処理された後、埋め立て処分さ
れてきたが、一部の廃棄物については、未処理のまま埋
め立て処分されてきた。しかし、近年、廃棄物からエネ
ルギーや資源を回収することの必要性が叫ばれるように
なり、その手段の一つとして、廃棄物をガス化処理する
技術の研究開発が行われている。この技術においては、
廃棄物を熱分解してガス化し、発生した可燃性ガスを燃
焼させて発生熱を回収したり、或いは発生した可燃性ガ
スを精製し、ガスエンジンの燃料として使用することに
より、エネルギーの回収が図られている。又、精製した
ガスを化学合成原料として使用することも図られてい
る。

【０００３】しかし、廃棄物のガス化により生成したガ
ス中にはダストが含まれており、このダストが、熱回収
装置の熱交換用配管に付着して熱交換効率を大幅に低下
させたり、ガスエンジンの燃料として使用する場合に
は、エンジン等の機器類にトラブルが発生する原因にな
るという問題があった。

【０００４】このため、廃棄物のガス化工程から排出さ
れた高温ガスの除塵処理を行うことが検討され、種々の
方法が提案されている。これらの高温除塵処理において
は、セラミック製のフィルター、サイクロン、或いは粒
子充填層方式の除塵装置等が使用され、ダスト類を捕集
する処理が行われる。

【０００５】上記高温除塵処理装置のうち、粒子充填層
方式の除塵装置としては、特開平９−２０２８８７号公
報、及び特開２００１−１２９３３８号公報に開示され
た装置がある。

【０００６】特開平９−２０２８８７号公報に記載され
ている装置においては、石炭のガス化を行う噴流層ガス
化炉の後に設置され、コークス等の炭素材料が充填され
たシャフト炉により除塵が行われ、ガス中に飛散したス
ラグ及び未燃チャーが捕集される。

【０００７】又、特開２００１−１２９３３８号公報に
記載されている装置においては、セラミックボール等の
粒子が充填された粒子充填炉により除塵が行われる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記粒子充填層除塵装
置においては、粒子充填層の閉塞が起こらないように、
充填されている粒子が更新されながら運転されるので、
除塵処理に供した粒子は、連続的或いは間欠的な方法に
より、装置の系外へ抜き出される。抜き出された粒子は
篩い分けや水洗等の処理によって捕捉したダストが除去
された後、循環して再使用されたり、或いは、他の用途
に供給されたりしている。

【０００９】このため、粒子を再使用するための処理装
置を設置したり、他の用途に供するための貯蔵設備や搬
送装置を設置しなければならず、設備が複雑になると共
に運転が煩雑になっていることが問題点として挙げられ
る。

【００１０】又、プラスチック類等の廃棄物を熱分解し
てガス化した場合には、塩化水素等の酸性ガスが発生す
る。この酸性ガスを含むガスから顕熱の回収を行う場
合、熱交換器の腐食が起こるので、高温高圧の蒸気を発
生させることが困難であり、この蒸気を発電用に供した
場合には、電力変換効率が低いことが問題である。

【００１１】本発明は、上記の問題を解決し、除塵装置
の運転が簡素化され、又、高温高圧の蒸気を発生させる
ことができる廃棄物ガス化設備及びその設備の操業方法
を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、請求項１の発明に係る廃棄物ガス化設備は、廃棄
物を熱分解してガス化するガス化溶融炉と、このガス化
溶融炉から排出されたガスを除塵する移動層式の粒子充
填層除塵装置と、この粒子充填層除塵装置から抜き出さ
れた充填粒子をガス化溶融炉へ供給する手段を有するこ
とを特徴としている。

【００１３】請求項２の発明に係る廃棄物ガス化設備
は、請求項１の発明において、移動層式の粒子充填層除
塵装置がガス化溶融炉の上方に設置されていることを特
徴としている。

【００１４】請求項３の発明に係る廃棄物ガス化設備
は、請求項１又は請求項２の発明において、移動層式の
粒子充填層除塵装置の内部のガスが流通しない箇所に熱
交換器が設けられていることを特徴としている。

【００１５】請求項４の発明に係る廃棄物ガス化設備
は、請求項１〜請求項３の何れかの発明において、移動
層式の粒子充填層除塵装置に充填される充填粒子が、コ
ークス、鉄鉱石、スラグのうちの何れか1種、又は２種
以上の混合物であることを特徴としている。

【００１６】請求項５の発明に係る廃棄物ガス化設備
は、請求項４の発明において、スラグがガス化溶融炉か
ら排出された溶融スラグを固化・破砕したものであるこ
とを特徴としている。

【００１７】請求項６の発明に係る廃棄物ガス化設備の
操業方法は、請求項１〜請求項５の何れかの発明に係る
廃棄物ガス化設備の操業方法において、ガス化溶融炉か
ら排出された温度が５００℃〜１２００℃の範囲のガス
を粒子充填層除塵装置へ通ガスして除塵することを特徴
としている。

【００１８】なお、移動層式の粒子充填層除塵装置に
は、ガス流れの方向が粒子充填層の移動方向と直交する
直交流型、ガスが粒子充填層の移動方向に対し向かい合
って流れる向流型、ガスが粒子充填層の移動方向と同じ
方向に流れる並流型等があるが、本発明で使用する除塵
装置は、上記何れの型式の装置であってもよい。

【００１９】上記の各発明においては、移動層式の粒子
充填層除塵装置から抜き出された充填粒子をガス化溶融
炉へ供給する手段を有しているので、ダスト類を捕捉し
た充填粒子をそのままガス化溶融炉へ供給し、ダスト類
を溶融物にして排出することができる。このため、充填
粒子に付着したダスト類を除去する処理を行う必要がな
く、又、充填粒子を他の用途に供するために貯蔵した
り、運搬したりする必要がないので、除塵装置が簡素化
されると共に、その運転操作も容易になる。

【００２０】そして、移動層式の粒子充填層除塵装置が
ガス化溶融炉の上方に設置されていると、除塵装置から
抜き出された充填粒子を重力によってガス化溶融炉へ供
給することができるので、除塵装置が一層簡素化され
る。

【００２１】又、上記各発明において、充填粒子とし
て、コークスを使用すると、コークスは、廃棄物のガス
化溶融処理においては、一般に、副資材として装入する
必要があるものであり、ダスト類を捕捉する役割を果た
した後に副資材として供されるので、ガス化溶融炉へ装
入する資材を効果的に使用することができる。

【００２２】又、鉄鉱石を使用した場合、ガス化溶融炉
へ供給された鉄鉱石が金属鉄に還元されて排出されるの
で、これを回収して有効利用することができる。又、ス
ラグを使用した場合に、スラグがガス化溶融炉から排出
されたものであれば、充填粒子として外部から新たな資
材を供給する必要がなく、廃棄物ガス化処理設備の系内
で循環使用される。又、ダスト濃度が高いガスを除塵処
理する場合には、ダスト濃度に応じて、粒子充填層除塵
装置を通過させる充填粒子の量を増加させる必要がある
が、充填粒子としてガス化溶融炉から排出されるスラグ
を用いれば、低コストで多量の充填粒子を準備すること
ができる。又、粒子充填層除塵装置から抜き出した充填
粒子は捕集されたダストと共にガス化溶融炉へ供給さ
れ、再びスラグとして再生され、充填粒子が生産される
ので、粒子充填層除塵装置で充填粒子として使用するス
ラグは常時確保される。

【００２３】さらに、従来の廃棄物ガス化設備の熱回収
においては、熱回収装置の熱交換器が塩化水素等の酸性
ガスにより腐食されるという問題が起こっていたが、本
発明の廃棄物ガス化設備においては、熱回収装置の熱交
換器が高温ガスの導入部よりも下方に設けられ、ガスが
流通しない箇所で加熱された充填粒子から熱回収が行わ
れるので、熱交換器の腐食は回避される。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら、本発
明を具体的に説明する。

【００２５】図１は、本発明の実施の形態における設備
の構成に係る第１の例を示す図である。図１において、
１０は廃棄物を熱分解してガス化するシャフト炉方式の
ガス化溶融炉、２０はガス化溶融炉１０から排出された
ガスを通ガスして除塵処理する移動層式の粒子充填層除
塵装置である。２１は粒子充填層除塵装置内に形成され
る粒子充填層を示す。そして、１１はガス化溶融炉１０
から粒子充填層除塵装置２０へガスが流れるダクト、２
２は粒子充填層除塵装置２０から抜き出された充填粒子
をガス化溶融炉１０へ供給する手段を示す。供給手段２
２として、コンベア等の粒子を搬送する装置及び所定量
を計量してガス化溶融炉１０へ投入する装置が用いられ
る。

【００２６】粒子充填層２１を形成する充填粒子は、ガ
ス化溶融炉１０へ投入しても差し支えのない物質の中か
ら選定され、特に、コークス、鉄鉱石、スラグの何れ
か、又はそれらの混合物であるのが望ましい。上記の物
質を充填粒子として用いる場合、その粒径は１mm〜１０
mm程度であるのが好ましい。粒径が１mm未満の場合、粒
子充填層２１の通ガス圧力損失が大きくなり、通ガスが
困難になることがある。

【００２７】この廃棄物ガス化設備においては、ガス化
溶融炉１０へ空気や酸素が供給され、廃棄物が部分燃焼
して熱分解され、ガス化される。廃棄物の熱分解によっ
て発生した可燃性ガスはガス化溶融炉１０の上部から排
出して粒子充填層除塵装置２０へ導入される。一方、廃
棄物に含まれていた灰分や不燃物は高温に加熱されて溶
融され、その溶融物である溶融スラグや溶融メタルがガ
ス化溶融炉１０の底部から排出される。なお、ガス化剤
としては、通常、空気や酸素が使用されるが、ときに
は、これらのガスに水蒸気が添加されることもある。

【００２８】粒子充填層除塵装置２０においては、その
上部から充填粒子が連続的或いは半連続的に供給され、
又、その下部から充填粒子が連続的或いは半連続的に抜
出される。このため、装置内の充填粒子が更新されなが
ら、除塵処理が行われる。粒子充填層除塵装置２０へ導
入されたガスが粒子充填層２１を通過する間にその中に
含まれるダスト類が捕捉されて除去され、浄化されたガ
スは二次燃焼させてボイラで熱回収したり、あるいは更
に酸性ガス等を除去して精製し、精製ガスとして利用さ
れる。

【００２９】粒子充填層除塵装置２０から抜き出された
充填粒子は捕捉した未燃のカーボンやタール類、溶融飛
灰、及びシリカやアルミナなどの酸化物のダストが付着
したまま、供給手段２２によりガス化溶融炉１０へ供給
される。ダストが付着した充填粒子は、その成分によっ
て、それぞれ燃焼してガス化されたり、溶融されたりす
る。

【００３０】充填粒子に捕捉されたダストのうち、未燃
のカーボンやタール類は燃焼して可燃性ガスを生成する
ので、廃棄物が有するエネルギーの回収が十分に行われ
る。又、充填粒子として使用されたコークスも燃焼して
可燃性ガスを生成するので、効率的に利用される。充填
粒子として使用されたスラグや鉄鉱石及びシリカやアル
ミナなどの酸化物のダストは、高温に加熱されて溶融さ
れ、溶融スラグや溶融メタルとなって炉底部から排出さ
れる。

【００３１】充填粒子として、コークスを使用した場
合、粒子充填層除塵装置２０から抜き出されたコークス
はガス化溶融炉１０内でガス化されて可燃ガスとなる。
コークスはシャフト炉形式の廃棄物のガス化溶融処理に
おいては、副資材として投入するものであるので、ダス
ト類を捕捉する役割を果たしたコークスを廃棄物のガス
化処理用の副資材として再度使用する。このため、ガス
化溶融炉へ装入する副資材を効果的に使用することがで
きる。又、コークスはその表面が多孔質であり、ダスト
類をよく捕捉するので、これを充填粒子として使用すれ
ば、粒子充填層の除塵効率を大幅に高めることができ
る。

【００３２】充填粒子として、ガス化溶融炉から排出さ
れるスラグを使用した場合、スラグはガス化溶融炉１０
で再度溶融されて溶融スラグとなり、この溶融スラグが
水砕されたり、空冷・破砕されたりして生成したスラグ
粒子が充填粒子として再使用される。このため、充填粒
子を低コストで循環使用することができる。又、もとも
と、灰分が少ない廃棄物をガス化溶融処理する場合に
は、造滓剤を装入する必要があるが、粒子充填層除塵装
置２０から抜き出されたスラグを使用することにより、
これを補う効果もある。

【００３３】充填粒子として、鉄鉱石を使用した場合、
ガス化溶融炉へ供給された鉄鉱石が金属鉄に還元されて
排出されるので、これを回収して有効利用することがで
きる。又、表面が多孔質の鉄鉱石を使用すれば、粒子充
填層の除塵効率を大幅に高めることもできる。

【００３４】ガス化溶融炉１０から排出されたガスを粒
子充填層除塵装置２０へ導入する際には、５００℃〜１
２００℃の範囲のガスを導入するのがよい。導入するガ
ス温度が５００℃未満であると、低沸点の重金属塩等が
捕捉されてガス化溶融炉１０内へ戻され、ガス中の低沸
点の重金属塩成分が濃縮されていくことが懸念される。
又、１２００℃を超えるガスを導入するには、粒子充填
除塵装置２０を耐熱強度が保たれる材料で構成する必要
があり、装置の建設コストが大幅にコスト高となって不
経済である。

【００３５】図２は、本発明の実施の形態における設備
の構成に係る第２の例を示す図である。図２において、
図１と同じ構成に係る部分については、同一の符号を付
し説明を省略する。図２に示す実施の形態においては、
ガス化溶融炉１０から排出されたスラグを粒子充填除塵
装置２０へ供給する手段２８が設けられており、粒子充
填除塵装置２０から抜き出されてへガス化溶融炉１０へ
供給された充填粒子が循環使用されるようになってい
る。充填粒子として粒子充填除塵装置２０へ供給するス
ラグは、ガス化溶融炉１０から排出された溶融スラグを
水砕処理したもの、或いは空冷した後に破砕したものの
何れでも良いが、粒子径や粒度分布の揃ったものが得ら
れやすい水砕スラグがより好ましい。

【００３６】図３は、本発明の実施の形態における設備
の構成に係る第３の例を示す図である。図３において、
図１で説明済みの事項については、説明を省略する。１
０はシャフト炉方式のガス化溶融炉、２０は移動層式の
粒子充填層除塵装置である。２１は粒子充填層除塵装置
内に形成される粒子充填層を示す。そして、１１はガス
化溶融炉１０から粒子充填層除塵装置２０へガスが流れ
るダクト、又、２３は粒子充填層除塵装置２０へ充填粒
子を供給する際に駆動するロータリーバルブ、２４は粒
子充填層除塵装置２０から充填粒子を抜き出す際に駆動
するロータリーバルブである。２２は粒子充填層除塵装
置２０から抜き出された充填粒子をガス化溶融炉１０へ
供給する手段を示す。

【００３７】図３に示す実施の形態においては、粒子充
填層除塵装置２０がガス化溶融炉１０の上方に設置され
ており、粒子充填層除塵装置２０から抜き出された充填
粒子がガス化溶融炉１０の頂部から供給されるようにな
っている。この頂部からの充填粒子の供給により、ガス
化溶融炉１０上部のフリーボード部に浮遊している未燃
のカーボンやタール類が充填粒子の表面に捕捉される。
そして、その充填粒子はガス化反応が行われる炉下部ま
で落下し、未燃のカーボンやタール類がガス化される。
又、スラグや鉄鉱石などを充填粒子として使用した場
合、それらの酸化物固体粒子が表面に付着しているター
ルをガス化させる触媒的な作用をする。この酸化物固体
粒子の触媒的な作用については、本発明者らにより、実
験的に確認されている。

【００３８】上記のようにして、ガス化溶融炉１０内で
発生した未燃のカーボンやタール類が捕捉されてガス化
されるので、廃棄物中の可燃分が効率的にガス化される
と共に、粒子充填層除塵装置２０より後の工程へ持ち込
まれるタール類の量が著しく減少し、後工程におけるガ
ス処理の負荷が大幅に減少する。

【００３９】又、この実施の形態においては、粒子充填
層除塵装置２０がガス化溶融炉１０の上方に設置されて
いるので、粒子充填層除塵装置２０から抜き出した充填
粒子をガス化溶融炉１０へ供給する際に、動力機器を使
用することなく、重力により投入することができる。こ
のため、設備が簡素化されると共に動力が節減され
る。、図４は、本発明の実施の形態における設備の構成
に係る第４の例を示す図である。図４において、図１及
び図３で説明済みの事項については、説明を省略する。
１０はシャフト炉方式のガス化溶融炉、２０は移動層式
の粒子充填層除塵装置である。２１は粒子充填層除塵装
置内に形成される粒子充填層を示す。そして、１１はガ
ス化溶融炉１０から粒子充填層除塵装置２０へガスが流
れるダクト、又、２３は粒子充填層除塵装置２０へ充填
粒子を供給する際に駆動するロータリーバルブ、２４は
粒子充填層除塵装置２０から充填粒子を抜き出す際に駆
動するロータリーバルブである。２２は粒子充填層除塵
装置２０から抜き出された充填粒子をガス化溶融炉１０
へ供給する手段を示す。

【００４０】図４に示す実施の形態においては、粒子充
填層除塵装置２０の内部に熱回収装置の熱交換器の伝熱
管２５が設けられている。この熱交換器の伝熱管２５は
ガスの導入部２６よりも下方の位置に設けられ、ガスは
導入部２６より上方へ流通するので、ガスが流通しない
箇所で充填粒子から熱回収が行われるようになってい
る。このため、ガスに含まれる塩化水素等の酸性ガスに
よる伝熱管２５の腐食が起こらなくなり、高温高圧の蒸
気を発生させることができる。これにより、この蒸気を
発電用に供した場合に、電力変換効率が向上する。

【００４１】この粒子充填層除塵装置２０において、上
部から供給された充填粒子がガスと向流接触しながら下
降するので、ガスの導入部２６の付近の充填粒子の温度
は導入されるガスの温度と同程度まで上昇している。そ
して、ガスの導入部２６より下のガスが流通しない箇所
で充填粒子から熱回収が行われる。

【００４２】又、充填粒子が下降する際に、伝熱管２５
の表面が充填粒子により擦られているので、伝熱管２５
に腐食性のダスト類が付着することがなく、その表面が
清浄に保たれる。このため、腐食の度合いが大幅に軽減
し、熱回収効率も低下しない。

【００４３】なお、粒子充填層除塵装置２０の下流に設
置された熱回収装置から得られた蒸気を伝熱管２５へ導
入して、更に、昇圧・昇温させれば、一層圧力の高い蒸
気を発生させることができ、電力回収効率を大幅に改善
することができる。

【００４４】

【発明の効果】本発明においては、粒子充填層除塵装置
から抜き出した充填粒子をガス化溶融炉へ供給する手段
を有しているので、ダスト類を捕捉した充填粒子をその
ままガス化溶融炉へ供給し、ダスト類を溶融物にして排
出することができる。このため、充填粒子に付着したダ
スト類を除去する処理を行う必要がなく、又、他の用途
に供するために貯蔵したり、運搬したりする必要がない
ので、除塵装置が簡素化されると共に、その運転操作も
容易になる。

【００４５】そして、粒子充填層除塵装置がガス化溶融
炉の上方に設置されていると、除塵装置から抜き出した
充填粒子を重力によってガス化溶融炉へ供給するするこ
とができるので、除塵装置が一層簡素化される。

【００４６】又、充填粒子は、コークス、スラグ、鉄鉱
石の中から選定されるので、充填粒子が安価であると共
に、ダスト類の捕捉に供した充填粒子が効率的に使用さ
れ、又、有効に活用される。特に、ガス化溶融炉ではス
ラグが生産されるので、スラグを用いる場合には、これ
を循環利用することができ、効率的である。

【００４７】又、本発明においては、熱回収装置の熱交
換器が腐食成分を含むガスが流通しない箇所に設けら
れ、充填粒子から熱回収が行われるので、熱交換器の腐
食が回避され、高温高圧の蒸気を発生させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態における設備の構成に係る
第１の例を示す図である。

【図２】本発明の実施の形態における設備の構成に係る
第２の例を示す図である。

【図３】本発明の実施の形態における設備の構成に係る
第３の例を示す図である。

【図４】本発明の実施の形態における設備の構成に係る
第４の例を示す図である。

【符号の説明】

１０ シャフト炉式のガス化溶融炉 ２０ 移動層式の粒子充填層除塵装置 ２１ 粒子充填層 １１ ガスが流れるダクト ２２ 充填粒子をガス化溶融炉へ供給する手段 ２３ ロータリーバルブ ２４ ロータリーバルブ ２５ 熱交換器の伝熱管 ２６ ガスの導入部 ２７ ガスの排出部 ２８ スラグを粒子充填除塵装置へ循環供給する手段

───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｆ２３Ｇ 5/24 Ｂ０９Ｂ 3/00 ＺＡＢ 5/46 ３０３Ｋ Ｆ２３Ｊ 15/00 Ｆ２３Ｊ 15/00 Ｚ (72)発明者 磯崎 進市 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 Ｆターム(参考） 3K061 AA16 AB02 AB03 AC01 AC06 AC13 AC17 BA08 BA10 DA12 DA18 DB16 3K065 AA16 AB02 AB03 AC01 AC06 AC13 AC17 BA08 BA10 JA01 JA18 3K070 DA07 DA27 4D004 AA07 AA12 AA16 AA26 AA46 BA02 BA03 CA04 CA12 CA27 CA29 CA45 CB02 CB31 CB44 CB50 DA03 DA06

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 廃棄物を熱分解してガス化するガス化溶
   融炉と、このガス化溶融炉から排出されたガスを除塵す
   る移動層式の粒子充填層除塵装置と、この粒子充填層除
   塵装置から抜き出された充填粒子をガス化溶融炉へ供給
   する手段を有することを特徴とする廃棄物ガス化設備。
2. 【請求項２】 移動層式の粒子充填層除塵装置がガス化
   溶融炉の上方に設置されていることを特徴とする請求項
   １に記載の廃棄物ガス化設備。
3. 【請求項３】 移動層式の粒子充填層除塵装置の内部の
   ガスが流通しない箇所に熱交換器が設けられていること
   を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の廃棄物ガス
   化設備。
4. 【請求項４】 移動層式の粒子充填層除塵装置に充填さ
   れる充填粒子が、コークス、鉄鉱石、スラグのうちの何
   れか1種、又は２種以上の混合物であることを特徴とす
   る請求項１〜請求項３の何れかに記載の廃棄物ガス化設
   備。
5. 【請求項５】 スラグがガス化溶融炉から排出された溶
   融スラグを固化・破砕したものであることを特徴とする
   請求項４に記載の廃棄物ガス化設備。
6. 【請求項６】 請求項１〜請求項５に記載の廃棄物ガス
   化設備の操業方法において、ガス化溶融炉から排出され
   た温度が５００℃〜１２００℃の範囲のガスを粒子充填
   層除塵装置へ通ガスして除塵することを特徴とする廃棄
   物ガス化設備の操業方法。