JP2003327976A

JP2003327976A - 可燃性廃棄物の加圧二段ガス化処理方法

Info

Publication number: JP2003327976A
Application number: JP2002135801A
Authority: JP
Inventors: Morio Toki; 盛男十亀; Nobuyuki Oi; 信之大井; Shigeya Hayashi; 茂也林; Makoto Terauchi; 誠寺内
Original assignee: Ube Industries Ltd
Current assignee: Ube Corp
Priority date: 2002-05-10
Filing date: 2002-05-10
Publication date: 2003-11-19

Abstract

(57)【要約】【課題】加圧二段ガス化処理方法を用いて可燃性廃棄
物を処理する場合に、問題となる、高温ガス化炉の燃焼
室内にて、含酸素混合ガス供給管の先端部が溶損しない
ようにする方法を提供すること。【解決手段】高温ガス化炉に導入される可燃性ガスの
流速に対して、３〜１０倍の流速を持つ含酸素混合ガス
を可燃性ガス旋回流に接触させるか、もしくは高温ガス
化炉に導入される可燃性ガスが有する運動エネルギーに
対して、２０〜５００倍の運動エネルギーを有する含酸
素混合ガスを可燃性ガスに接触させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、可燃性廃棄物の処
理方法に関し、さらに詳しくは加圧二段ガス化装置を用
いる可燃性廃棄物の処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】都市ゴミ、廃プラスチック、シュレッダ
ーダスト、スラッジ、廃タイヤ、廃油そしてバイオマス
などに代表される可燃性廃棄物は、そのほとんどが焼却
炉による焼却処理により減容化されるか、あるいは未処
理のまま埋立て処理されており、リサイクル利用される
量は全体から見ればごく僅かに止まっている。可燃性廃
棄物の焼却炉には、一般にストーカ炉や流動層炉が用い
られている。しかしこれらの焼却炉は、燃焼時の空気比
が高いため排ガス量が多く、また、可燃性廃棄物に含ま
れている金属類などが灰分として排出されるため灰分量
も多いという問題がある。このため可燃性廃棄物の焼却
処理場では、灰分量の減容化を目的として焼却炉と灰溶
融設備とを併設するところも増えつつあるが、焼却処理
場全体の建設コストや運転コストを押し上げる結果とな
っている。近年では、また、可燃性廃棄物の有効利用が
望まれているが、一般的なストーカ炉や流動層炉から排
出される灰分を有効利用することは難しい。

【０００３】こうした問題を解決するために、添付図面
の図１に示すような装置を用いた可燃性廃棄物の加圧二
段ガス化方法が開発され、その実用化が進められてい
る。なお、この図１は特開２０００−３２９３２３号公
報から転載したものである。

【０００４】可燃性廃棄物の加圧二段ガス化装置は、低
温ガス化炉１、高温ガス化炉２、ベンチュリー式スクラ
バ３、及びガス洗浄塔４から構成されている。低温ガス
化炉１は、内部に流動層が形成された流動層炉である。
流動層は、炉の下方から送られるスチーム、炭酸ガスな
どの非反応性ガスもしくは酸化剤（空気や酸素ガス）な
どのガス化剤によって、流動媒体（通常は、砂）を流動
化させることによって、形成されている。低温ガス化炉
１では、定量供給装置５により投入された可燃性廃棄物
を炉の下方から供給される酸素もしくは流動層の形成の
ために供給されたガス化剤により部分燃焼させて炭素質
粒子（チャー）、水素ガス、一酸化炭素ガス、二酸化炭
素ガス、及び炭化水素ガスからなる可燃性ガスが生成さ
れる（低温ガス化工程）。低温ガス化炉１は、可燃性廃
棄物の部分燃焼によって内部温度が一般に６００〜８０
０℃の範囲、内部圧力は一般に０．５〜１．６ＭＰａの
範囲に維持されている。低温ガス化炉１では、比較的低
温で可燃性廃棄物を部分燃焼させているため、可燃性廃
棄物に含まれている大部分の金属を酸化させずに回収す
ることができる。

【０００５】低温ガス化炉１にて生成された可燃性ガス
は、炉頂から取り出され、ガス輸送ダクト６を経由して
高温ガス化炉２に送られる。

【０００６】高温ガス化炉２は、燃焼室７、スロート部
８、及び冷却室９から構成されている。燃焼室７は、側
部に可燃性ガスの導入口１０を備え、酸素ガスとスチー
ムの含酸素混合ガスを導入するための頂部含酸素混合ガ
ス導入口１１と、側部含酸素混合ガス導入口１２を備え
ている。冷却室９は、側部に生成ガス取出し口１３が備
えられており、内部にスロート部８に接続されて垂下す
る濡れ壁式の下降管１４が設置されている。下降管１４
の上部には、冷却水の注入堰１５が配置されている。注
入堰１５に供給された冷却水は、旋回しながら下降管１
４の内壁を流下している。冷却水を旋回させながら流下
させる方法は、特開２０００−５５４２号公報に記載さ
れている。下降管１４の下方の端部は、冷却室の下部
（水槽部）に貯留された貯留水１６にて水封されてい
る。

【０００７】高温ガス化炉２では、燃焼室７にて、低温
ガス化炉１にて生成された可燃性ガスを旋回させなが
ら、これに頂部含酸素混合ガス導入口１１、及び側部含
酸素混合ガス導入口１２から供給された含酸素混合ガス
を接触させて、炭素質粒子を部分燃焼させ、水素ガスと
一酸化炭素ガスを生成させる（高温ガス化工程）。可燃
性ガスに含まれる不燃性物質も加熱され、溶融スラグが
生成される。燃焼室７の温度は、炭素質粒子の部分燃焼
によって一般に１２００〜１６００℃の範囲、内部圧力
は一般に０．５〜１．６ＭＰａの範囲に維持されてい
る。

【０００８】燃焼室７にて生成された生成ガスは、冷却
室９の貯留水１６によって冷却された後、生成ガス取出
し口１３から炉外に取り出される。溶融スラグは、可燃
性ガスと共に流下して、冷却室９の貯留水１６によって
冷却されて水砕スラグとなる。この水砕スラグは冷却室
９の底部から炉外に取り出される。

【０００９】生成ガス取出し口１３から取り出された生
成ガスは、ベンチュリー式スクラバ３、及びガス洗浄塔
４にて洗浄されて、洗浄ガスとして系外に排出される。
この洗浄ガスに含まれる水素ガスや一酸化炭素ガスは化
学製品の原料（例えば、アンモニアの原料）や燃料ガス
として使用することができる（特開平１０−６７９９２
号公報を参照）。

【００１０】冷却室９の底部から取り出された水砕スラ
グは、ロックホッパ１７を経由して、粗粒スラグとして
回収される。冷却室９の貯留水１６は、スラグ微粒子を
含むスラグスラリー水として取り出され、ガス洗浄塔４
にて回収された水と共に減圧フラッシュドラム（図示せ
ず）を介して、スラグ分離回収装置（図示せず）に送ら
れて、水とスラグとに分離され回収される。回収された
スラグは、セメント原料として使用することができる。
回収された水は、高温ガス化炉にて生成されたガス中に
含まれる塩化水素ガスをアンモニアで中和固定して得ら
れる塩化アンモニウムを含んでおり、この水を精製、分
離することで肥料などの原料として有用な塩化アンモニ
ウムを回収することができる（特開２０００−３２８０
７０号公報を参照）。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上述の通り可燃性廃棄
物の加圧二段ガス化処理方法は、資源のリサイクル性に
優れた可燃性廃棄物の処理方法である。しかしながら、
上記の加圧二段ガス化装置を用いて実際に可燃性廃棄物
の処理を実施してみると、幾つかの問題があることが分
かった。その内の一つに、高温ガス化炉の燃焼室内に含
酸素混合ガスを供給するために、側部含酸素混合ガス導
入口に配置される含酸素混合ガス供給管の先端部が、炉
の使用中に溶損することがあるという問題がある。

【００１２】従って、本発明の目的は、可燃性廃棄物を
加圧二段ガス化処理方法にて処理する際に問題となる、
高温ガス化炉の燃焼室内にて、含酸素混合ガス供給管の
先端部が溶損しないようにする方法を提供することにあ
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明者は、含酸素混合
ガス供給管の先端部が溶損する原因について研究を行っ
た結果、その溶損の主な原因が、高温ガス化炉の燃焼室
にて生成したガスと共にその生成熱（燃焼熱）が、含酸
素混合ガス供給管の先端部を溶損させる程度に燃焼室の
上方や円周方向に拡がるためであることを見出した。そ
して、本発明者はさらに研究を重ねた結果、高温ガス化
炉に導入される可燃性ガスの流速に対して３倍以上（好
ましいのは６倍以上）の流速を持つ、もしくは可燃性ガ
スが有する運動エネルギーに対して２０倍以上（好まし
いのは１００倍以上）の運動エネルギーを有する含酸素
混合ガスを可燃性ガスに接触させることによって、含酸
素混合ガス供給管の先端部を溶損させない程度にまで、
生成ガス及び生成熱の拡がりを抑えることができること
を見出した。

【００１４】従って、本発明は、内部に流動層が形成さ
れた低温ガス化炉内での可燃性廃棄物の部分燃焼によ
り、生成した炭素質粒子を含む可燃性ガスを、該低温ガ
ス化炉に連結している高温ガス化炉内に導入し、該高温
ガス化炉内で、可燃性ガスを旋回させながら、これに外
部から供給された酸素ガスとスチームとを含む含酸素混
合ガスを接触させて、炭素質粒子を部分燃焼させ、水素
ガスと一酸化炭素ガスを生成させる高温ガス化工程を含
む可燃性廃棄物の加圧二段ガス化処理方法であって、高
温ガス化炉に導入される可燃性ガスの流速に対して、３
〜１０倍の流速を持つ含酸素混合ガスを可燃性ガス旋回
流に接触させることを特徴とする可燃性廃棄物の加圧二
段ガス化処理方法にある。

【００１５】上記の方法においては、高温ガス化炉に導
入される可燃性ガスの流速に対して、６〜８倍の流速を
持つ含酸素混合ガスを可燃性ガスに接触させることが好
ましい。高温ガス化炉に導入される可燃性ガスの流速
は、４〜９ｍ／ｓの範囲にあることが好ましい。含酸素
混合ガスの流速は、高温ガス化炉に含酸素混合ガスを供
給する配管の先端を絞ることによって、調整することが
好ましい。

【００１６】本発明はまた、内部に流動層が形成された
低温ガス化炉内での可燃性廃棄物の部分燃焼により、生
成した炭素質粒子を含む可燃性ガスを、該低温ガス化炉
に連結している高温ガス化炉内に導入し、該高温ガス化
炉内で、可燃性ガスを旋回させながら、これに外部から
供給された酸素ガスとスチームとを含む含酸素混合ガス
を接触させて、炭素質粒子を部分燃焼させ、水素ガスと
一酸化炭素ガスを生成させる高温ガス化工程を含む可燃
性廃棄物の加圧二段ガス化処理方法であって、高温ガス
化炉に導入される可燃性ガスが有する運動エネルギーに
対して、２０〜５００倍の運動エネルギーを有する含酸
素混合ガスを可燃性ガスに接触させることを特徴とする
可燃性廃棄物の加圧二段ガス化処理方法にもある。

【００１７】本発明において、ガスの運動エネルギー
（ｋｇ／ｍ・ｓ²）は、下記の式（１）により算出され
る値である。

【００１８】

【数１】ガスの運動エネルギー＝ρ×ｕ² ［但し、ρは、ガスの密度（ｋｇ／ｍ³）、ｕは、ガス
の流速（ｍ／ｓ）である。］

【００１９】上記の方法においては、高温ガス化炉に導
入される可燃性ガスの運動エネルギーに対して、１００
〜３００倍の運動エネルギーを有する含酸素混合ガスを
可燃性ガスに接触させることが好ましい。また、可燃性
ガスの運動エネルギーは、４０〜１００ｋｇ／ｍ・ｓ²
の範囲にあることが好ましい。

【００２０】

【発明の実施の形態】本発明の可燃性廃棄物の加圧二段
ガス化処理方法について、添付図面を参照しながら説明
する。なお、本発明の方法は、高温ガス化炉に導入され
る可燃性ガスの流速に対して３〜１０倍の流速を持つ、
もしくは可燃性ガスが有する運動エネルギーに対して、
２０〜５００倍の運動エネルギーを有する含酸素混合ガ
スを可燃性ガスに接触させること以外においては、公知
の可燃性廃棄物の加圧二段ガス化処理方法と基本的な違
いがないため、その操作についての記述は省略する。

【００２１】添付図面の図２は、本発明の方法を有利に
実施することができる高温ガス化炉の燃焼室の一例を示
す断面図である。図２は、本発明の要部というべき高温
ガス化炉の燃焼室における可燃性ガス導入口、及び側面
含酸素混合ガス導入口の配置の例を示したものである。

【００２２】図２において、燃焼室７には、一個の可燃
性ガスの導入口１０と四個の側面含酸素混合ガス導入口
１２がそれぞれ同一水平面上に備えられている。側面含
酸素混合ガス導入口１２には、酸素ガスとスチームの含
酸素混合ガスを供給するための含酸素混合ガス供給管１
８が備えられている。含酸素混合ガス供給管１８は、そ
の先端が、燃焼室の内側表面から突出しないように側面
含酸素混合ガス導入口１２に配置されている。なお、本
発明の方法にて用いる高温ガス化炉において、燃焼室の
可燃性ガス導入口、及び側面含酸素混合ガス導入口は、
前述の従来技術に属する装置の場合と、その機能、作用
については基本的に同一であり、従って、燃焼室の可燃
性ガス導入口、及び側面含酸素混合ガス導入口の設置場
所や配置は、これまでに知られている技術知識に基づい
て決めることができる。

【００２３】可燃性ガス導入口１０から導入された可燃
性ガスは、燃焼室７内を仮想円１９の沿って旋回する。
高温ガス化炉に導入される可燃性ガスの流速は４〜９ｍ
／ｓの範囲にあることが好ましく、５〜６ｍ／ｓの範囲
にあることがより好ましい。可燃性ガスの運動エネルギ
ーは、４０〜１００ｋｇ／ｍ・ｓ²の範囲内にあること
が好ましく、５０〜８０ｋｇ／ｍ・ｓ²の範囲にあるこ
とがより好ましい。

【００２４】含酸素混合ガス供給管１８は、含酸素混合
ガスを可燃性ガス旋回流の接線方向に供給する。本発明
の方法においては、含酸素混合ガス供給管１８から供給
される含酸素混合ガスは、流速が高温ガス化炉に導入さ
れる可燃性ガスの流速に対して３〜１０倍であるか、も
しくはその運動エネルギーが高温ガス化炉に導入される
可燃性ガスの運動エネルギーの２０〜５００倍である。
含酸素混合ガスの流速と運動エネルギーとは、それぞれ
上記の範囲を満足することが好ましい。

【００２５】上記含酸素混合ガスの流速は、可燃性ガス
の流速に対して６〜８倍の範囲にあることが好ましい。
可燃性ガスの流速が５〜６ｍ／ｓであれば、含酸素混合
ガスの流速は１５〜６０ｍ／ｓの範囲にあり、好ましい
のは３０〜４８ｍ／ｓの範囲にある。

【００２６】上記含酸素混合ガスの運動エネルギーは、
可燃性ガスの運動エネルギーに対して１００〜３００倍
の範囲にあることが好ましい。例えば、可燃性ガスの運
動エネルギーが４０〜１００ｋｇ／ｍ・ｓ²であれば、
含酸素混合ガスの運動エネルギーは８００〜５００００
ｋｇ／ｍ・ｓ²の範囲にあり、好ましいのは４０００〜
３００００ｋｇ／ｍ・ｓ²の範囲にある。

【００２７】本発明の方法において、含酸素混合ガス供
給管１８の構造に特に制限はないが、酸素ガスとスチー
ムとの混合比を容易に調整できるように、その先端部に
て酸素ガスとスチームとを混合して含酸素混合ガスを生
成する構造のものが好ましい。そのような含酸素混合ガ
ス供給管の構造の例を、添付図面の図３及び図４に示
す。図３及び図４は、本発明の方法の実施に有利に用い
ることができる含酸素混合ガス供給管の一例を示す断面
図である。

【００２８】図３に示した含酸素混合ガス供給管１８ａ
は、二重管構造となっており、内管２０の先端部が絞ら
れた構造となっている。内管２０の先端部を絞ることに
よって、内管２０から供給されるガスと外管２１から供
給されるガスとが先端部で均一に混合される。

【００２９】図４に示した含酸素混合ガス供給管１８ｂ
は、二重管構造である点、及び内管２０の先端部が絞ら
れた構成となっている点では図３の含酸素混合ガス供給
管１８ａと同様であるが、外管２１の先端部が絞られた
構造となっている点で相違する。外管２１の先端部（す
なわち、含酸素混合ガス供給管の先端部）を絞ることに
よって、含酸素混合ガス供給管から噴出される含酸素混
合ガスの流速を、含酸素混合ガス供給管内のガス速度よ
りも速くすることができる。

【００３０】図３及び図４に示した二重管構造の含酸素
混合ガス供給管では、一般に、内管には酸素ガス（高純
度酸素ガス）が供給され、外管にはスチームが供給され
る。二重管構造の含酸素混合ガス供給管では、内管の外
側表面もしくは外管の内側表面に、スパイラル状の突起
（誘導板ともいう）を設けて、スチームを外管内にて旋
回させることが好ましい。旋回流スチームと酸素ガスと
を混合させることによって、含酸素混合ガス供給管の先
端部にて、スチームと酸素ガスとが均一に混合された含
酸素混合ガスを安定に生成させることができ、燃焼室内
の状態を安定化させることができる。

【００３１】含酸素混合ガス供給管の材料には、耐熱
性、及び可燃性廃棄物中の塩素分に起因する塩化水素ガ
スに対する耐腐食性が高い金属材料を用いることが好ま
しい。含酸素混合ガス供給管の材料として好適な金属材
料の例としては、インコネル６００、インコネル６２
５、ＳＵＳ３１０Ｓ、ハロテロイＣ２２などを挙げるこ
とがことができる。

【００３２】

【発明の効果】高温ガス化炉に導入される可燃性ガスの
流速に対して３〜１０倍の流速を持つ、もしくは高温ガ
ス化炉に導入される可燃性ガスが有する運動エネルギー
に対して、２０〜５００倍の運動エネルギーを有する含
酸素混合ガスを可燃性ガスに接触させる本発明の方法に
よれば、高温ガス化炉の燃焼室にて生成したガス及び生
成熱が燃焼室の上方もしくは円周方向に拡がりにくくな
る。従って、本発明の方法によれば、従来の方法では問
題となる、含酸素混合ガス供給管の先端部の溶損を高い
確率で回避することができる。また、高温ガス化炉の燃
焼室の内壁も熱損傷を受けにくくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】公知の可燃性廃棄物の加圧二段ガス化装置の構
成を示す図である。

【図２】本発明の方法を有利に実施することができる高
温ガス化炉の燃焼室の一例を示す断面図である。

【図３】本発明の方法の実施に有利に用いることができ
る含酸素混合ガス供給管の別の一例の断面図である。

【図４】本発明の方法の実施に有利に用いることができ
る含酸素混合ガス供給管の別の一例の断面図である。

【符号の説明】

１低温ガス化炉２高温ガス化炉３ベンチュリー式スクラバー４ガス洗浄塔５定量供給装置６ガス輸送ダクト７燃焼室８スロート部９冷却室１０可燃性ガスの導入口１１頂部含酸素混合ガス導入口１２側部含酸素混合ガス導入口１３生成ガス取出し口１４下降管１５注入堰１６貯留水１７ロックホッパ１８、１８ａ、１８ｂ含酸素混合ガス供給管１９仮想円２０内管２１外管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者林茂也山口県宇部市大字小串1978番地の２宇部興産株式会社環境事業開発室内 (72)発明者寺内誠山口県宇部市大字小串1978番地の２宇部興産株式会社環境事業開発室内Ｆターム(参考） 3K061 AA11 AB02 AC01 AC02 AC06 AC17 BA05 EA03 4D004 AA01 AA46 BA03 BA05 CA27 CB05 CB31 DA03 DA12 DA20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内部に流動層が形成された低温ガス化炉
内での可燃性廃棄物の部分燃焼により、生成した炭素質
粒子を含む可燃性ガスを、該低温ガス化炉に連結してい
る高温ガス化炉内に導入し、該高温ガス化炉内で、可燃
性ガスを旋回させながら、これに外部から供給された酸
素ガスとスチームとを含む含酸素混合ガスを接触させ
て、炭素質粒子を部分燃焼させ、水素ガスと一酸化炭素
ガスを生成させる高温ガス化工程を含む可燃性廃棄物の
加圧二段ガス化処理方法であって、高温ガス化炉に導入
される可燃性ガスの流速に対して、３〜１０倍の流速を
持つ含酸素混合ガスを可燃性ガス旋回流に接触させるこ
とを特徴とする可燃性廃棄物の加圧二段ガス化処理方
法。
【請求項２】含酸素混合ガスを、可燃性ガス旋回流の
接線方向に供給する請求項１に記載の可燃性廃棄物の加
圧二段ガス化処理方法。
【請求項３】高温ガス化炉に導入される可燃性ガスの
流速に対して、６〜８倍の流速を持つ含酸素混合ガスを
可燃性ガスに接触させることを特徴とする請求項１もし
くは２に記載の可燃性廃棄物の加圧二段ガス化処理方
法。
【請求項４】高温ガス化炉に導入される可燃性ガスの
流速が４〜９ｍ／ｓの範囲にあることを特徴とする請求
項１乃至３のうちのいずれかの項に記載の可燃性廃棄物
の加圧二段ガス化処理方法。
【請求項５】含酸素混合ガスの流速を、高温ガス化炉
に含酸素混合ガスを供給する配管の先端を絞ることによ
って、調整することを特徴とする請求項１乃至３のうち
のいずれかの項に記載の可燃性廃棄物の加圧二段ガス化
処理方法。
【請求項６】内部に流動層が形成された低温ガス化炉
内での可燃性廃棄物の部分燃焼により、生成した炭素質
粒子を含む可燃性ガスを、該低温ガス化炉に連結してい
る高温ガス化炉内に導入し、該高温ガス化炉内で、可燃
性ガスを旋回させながら、これに外部から供給された酸
素ガスとスチームとを含む含酸素混合ガスを接触させ
て、炭素質粒子を部分燃焼させ、水素ガスと一酸化炭素
ガスを生成させる高温ガス化工程を含む可燃性廃棄物の
加圧二段ガス化処理方法であって、高温ガス化炉に導入
される可燃性ガスが有する運動エネルギーに対して、２
０〜５００倍の運動エネルギーを有する含酸素混合ガス
を可燃性ガスに接触させることを特徴とする可燃性廃棄
物の加圧二段ガス化処理方法。
【請求項７】含酸素混合ガスを、可燃性ガス旋回流の
接線方向に供給する請求項６に記載の可燃性廃棄物の加
圧二段ガス化処理方法。
【請求項８】高温ガス化炉に導入される可燃性ガスの
流速に対して、１００〜３００倍の運動エネルギーを有
する含酸素混合ガスを可燃性ガスに接触させることを特
徴とする請求項６もしくは７に記載の可燃性廃棄物の加
圧二段ガス化処理方法。
【請求項９】高温ガス化炉に導入される可燃性ガスの
運動エネルギーが、４０〜１００ｋｇ／ｍ・ｓ²の範囲
にあることを特徴とする請求項６もしくは７に記載の可
燃性廃棄物の加圧二段ガス化処理方法。