JP2004231856A

JP2004231856A - 熱分解処理方法及び熱分解処理システム

Info

Publication number: JP2004231856A
Application number: JP2003023724A
Authority: JP
Inventors: Mina Sakano; 美菜坂野; Kiyoshi Imai; 潔今井; Makoto Nakajima; 良中島; Shinichi Hanawa; 伸一塙; Takeshi Noma; 毅野間
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2003-01-31
Filing date: 2003-01-31
Publication date: 2004-08-19

Abstract

【課題】低酸素燃焼によるガス改質を行う際に、難燃性の酸化剤を用いて酸素の存在比を制御することにより、改質ガスの主成分に影響を与えることなく、改質ガス中に含有される微量成分の生成量を抑制できる熱分解方法および熱分解システムを提供すること。
【解決手段】ガス改質器１５における低酸素燃焼によりガス改質を行い、低分子可燃性ガスを主成分とした改質ガス２４を得る際に、難燃性の酸化剤として例えば水蒸気２０を添加することにより酸素原子の存在比率を高めので、改質ガス２４中に含まれる微量有害物質の生成を有効に抑制することができる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、様々な汚染物質を含む、未分別で未処理の産業廃棄物、家庭廃棄物及び特殊廃棄物等を、熱分解により利用可能な廃棄物処理生成物に変質させる熱分解処理方法及び熱分解処理システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、一般廃棄物あるいは産業廃棄物などの処理方法及び処理装置として、有害物質で汚染された廃棄物等を熱的に分解処理する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。この方法では、廃棄物などの被処理物を、前処理装置を経て廃棄物投入装置により熱分解炉内に導入して低酸素燃焼させ、熱分解処理する。
【０００３】
熱分解により発生した有機性の炭化水素から成る熱分解ガスは、ガス改質バーナによりガス改質器内に空気（もしくは酸素）とともに導入される。そして、ガス改質器内で空気（又は酸素）により低酸素燃焼され、改質されて低分子量の可燃性ガスが主成分の改質ガスとなる。改質ガスはガス浄化装置により浄化され、ガスエンジンやガスタービン等の発電設備（図示せず）に供給されてエネルギ源として再利用される。すなわち、本システムでは改質ガスという可燃性ガスの形でエネルギ源を再利用する事が可能であり、ケミカル・リサイクル方法として知られている。
【０００４】
このような熱分解による廃棄物処理装置では、熱分解炉およびガス改質器にて一酸化炭素や水素のような可燃性ガスが主として生成されるが、ごく微量（数１００〜数１０００ｐｐｍ）であるが有害な物質も生成される。例えば、アンモニア（ＮＨ_３）、塩化水素（ＨＣｌ）、シアン化水素（ＨＣＮ）などである。これらの微量成分はガス浄化装置にて除去するが、これら複数の物質を除去するための設備は大規模なものとなる。すなわち、ガス浄化装置では、スクラバによる水洗浄がおこなわれ、さらに、洗浄水中の固形物および塩の除去を含む大規模な水処理設装置が必要となる。
【０００５】
そのため、このガス浄化装置の設備費および運転費は、熱分解システム全体の３〜５割程度に達する場合が多く、ガス浄化装置の負荷の低減が求められている。
【０００６】
ガス浄化装置の負荷を低減するためには微量成分の生成を抑制することが重要である。特にシアン化水素は、それ自体の有効な処理方法が少なく、かつ高価な手法であるため、可能な限り生成量を抑制することが望ましい。
【０００７】
シアン化水素は熱平衡状態においては、酸素原子と炭素原子の存在比率（Ｏ／Ｃ）が大きい状態で生成が少なくなることがわかっている。酸素原子の供給形態としては水蒸気（Ｈ_２Ｏ）、酸素（Ｏ_２）、空気などが考えられる。
【０００８】
なお、これまでにも、空気もしくは酸素は、前述のように、ガス改質バーナにて熱分解ガスを燃焼改質させるためにガス改質器の中に供給されている。しかし、これらの空気又は酸素は、燃焼改質のために消費され、酸素原子の存在比率を増加させる働きは期待できない。また水蒸気も、水蒸気を用いて熱分解ガスを改質する水蒸気改質炉にて使用されている（例えば、特許文献２参照）。しかし、この場合は、水蒸気自体が、ガスの改質反応に用いられているため、やはり酸素原子の存在比率を増加させる働きは期待できない。
【０００９】
【特許文献１】
特公平８−２４９０４号公報
【００１０】
【特許文献２】
特開２００２−２１０４４４号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来、ガス改質過程で供給される空気、酸素、水蒸気等は、いずれも有機性高分子から成る熱分解ガスを、一酸化炭素や水素といった低分子量の可燃性ガスを主成分とする改質ガスに改質するために消費されている。すなわち、空気、酸素、水蒸気の供給量、供給方式は、改質ガスの主成分である可燃性ガスの組成や生成量をもとに決定されている。そのため、シアン化水素のような微量成分の生成量を制御することができなかった。
【００１２】
本発明の目的は、低酸素燃焼によるガス改質を行う際に、難燃性の酸化剤を用いて酸素の存在比を制御することにより、改質ガスの主成分に影響を与えることなく、改質ガス中に含有される微量な有害成分の生成量を抑制できる熱分解方法および熱分解システムを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明による熱分解処理方法は、被処理物を低酸素燃焼させて熱分解処理し、この熱分解により発生した有機性の高分子からなる熱分解ガスを空気又は酸素とともにガス改質器に導入し、低酸素状態で自燃させ、低分子の可燃性ガスを主成分とした改質ガスを得る熱分解方法であって、改質されるガスに対して難燃性の酸化剤を添加して、酸素原子の炭素原子に対する存在比率を高めることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明による熱分解処理システムは、被処理物を低酸素燃焼させて熱分解処理する熱分解炉と、この熱分解炉から生じた有機性の高分子からなる熱分解ガスを空気又は酸素とともに導入し、低酸素状態で自燃させ、低分子の可燃性ガスを主成分とした改質ガスに改質するガス改質器と、前記熱分解炉の被処理物投入部からガス改質器に至るいずれかの部位にて改質されるガスに難燃性の酸化剤を添加する酸化剤添加装置とを備えたことを特徴とする。
【００１５】
この場合、ガス改質器内における酸素原子の炭素原子に対する存在比率を測定する酸素比率計を設け、酸素比率計の測定値に応じて酸化剤の添加量を調整してもよい。
【００１６】
また、難燃性酸化剤には水蒸気又は水又は二酸化炭素を用いるとよい。
【００１７】
これらの発明では、低酸素燃焼によりガス改質を行い、低分子量の可燃性ガスを主成分とした改質ガスを得る際に、難燃性の酸化剤を添加することにより酸素原子の存在比率を高めるので、改質ガス中に含まれる有害物質の生成を有効に抑制することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による熱分解処理システムの実施の形態を、図面を参照して説明する。
【００１９】
［第１の実施の形態］
図１は、本実施の形態によるシステムの概略構成図である。図１において、１１は熱分解炉で、その前段には被処理物投入装置１２が設けられ、さらに前処理装置１３が設けられている。被処理物（産業廃棄物、家庭廃棄物等）１４は、前処理装置１３で前処理された後、投入装置１２によって熱分解炉１１内に投入され、５００℃程度で低酸素燃焼され、熱分解される。
【００２０】
１５はガス改質器で、ガス改質バーナ１６を有し、熱分解炉１１のガス出力側と連結して、熱分解炉１１で発生した熱分解ガス１７をガス改質器１５内に導入する。ガス改質バーナ１６は、空気源１８及び水蒸気発生装置１９とも連結しており、低酸素燃焼用の空気（もしくは酸素）と、難燃性酸化剤として用いられる水蒸気２０が、熱分解ガス１７と共にガス改質器１５内に導入される。したがって、ガス改質バーナ１６は、酸化剤添加装置を兼ねている。
【００２１】
２１はガス浄化装置で、スクラバ２２及び水処理装置２３を有する。スクラバ２２の入り側はガス改質器１５に連結しており、このガス改質器１５で改質された改質ガス２４を導入し、洗浄後、発電設備２５等のガス利用施設に供給する。
【００２２】
上記構成において、前述のように、前処理後に熱分解炉１１に投入された被処理物は５００℃程度で低酸素燃焼され、熱分解ガス１７が生じる。この熱分解ガス１７は、Ｃ数の多い成分を含んだ、所謂、有機性の炭化水素からなり、ガスエンジンやガスタービンの燃料として使用するためには、低分子量の可燃性ガス（ＣＯやＨ_２）を主成分とした改質ガスに改質する必要がある。
【００２３】
このため、熱分解ガス１７は空気（又は酸素）と共にガス改質バーナ１６によりガス改質器１５に導入される。ガス改質器１５内部では、熱分解ガス１７は空気（又は酸素）を得て低酸素燃焼状態で自燃し、その燃焼反応により１０００℃以上程度に保持される。この低酸素燃焼による改質により、熱分解ガスは低分子量の可燃性ガスを主体とした改質ガスに改質される。
【００２４】
このとき、ガス改質器１５内には、改質バーナ１６により水蒸気発生装置１９で生成した水蒸気２０が難燃性の酸化剤として導入されており、酸素原子の炭素原子に対する存在比率（Ｏ／Ｃ）が上昇する。このため、シアン化水素等の微量有害物質の生成量を有効に抑制することができる。この場合、添加する水蒸気量は被処理物１４の重量の１０％前後とする。
【００２５】
ここで、ガス改質器１５に添加する水蒸気量と発生するシアン化水素濃度との関係を熱平衡計算にて算出した結果を図２に示す。図２は、ウレタンやポリプロピレンなどの有機高分子化合物の多い被処理物を熱分解して発生した熱分解ガスに水蒸気を添加し、１０００℃に保持した場合の、シアン化水素濃度と酸素比率との関係を示している。
【００２６】
図２から、炭素すなわち被処理物量が一定の場合、酸素（すなわち水蒸気）が多いほど（Ｏ／Ｃが大きいほど）シアン化水素濃度は低いことがわかる。水蒸気を添加しない場合、折れ線グラフの左上部（Ｏ／Ｃ：１．２強）であった被処理物に対し、１０％程度（重量比）の水蒸気を添加することにより、Ｏ／Ｃの値は１．４５程度になり、シアン化水素濃度は半減する。これらの値は、被処理物の状態（乾燥していたか、水分を多く含んでいたか）により異なる。
【００２７】
このとき、水蒸気の添加によりガス改質器１５では改質温度が数１０℃低下する。この温度低下を補償するためには、導入される空気量を、水蒸気を添加しない場合と比較して８〜９％程度増加させる。すなわち、空気量（酸素）を増加させて燃焼量を多くし温度を上昇させる。
【００２８】
これにより、ガス改質器１５内の改質温度を一定に保持したまま、ガス改質器１５内の酸素比は２０％程度増加する。すなわち、水蒸気中の酸素と増加された空気中の酸素が合算され、酸素比は２０％程度増加する。その結果、シアン化水素の生成量は、水蒸気を添加しない場合に比べ６０％程度減少する。
【００２９】
ここでは、シアン化水素について例示したが、シアン化水素に限らずアンモニアや塩化水素などについても、生成量を抑制することが可能なように水蒸気・空気の添加量を調整することができる。
【００３０】
なお、ガス改質器１５に添加する水蒸気は、高温・高圧である必要はなく、飽和水蒸気程度の温度にて上述したような効果を示す。また、水蒸気の代わりに難燃性酸化剤として水をガス改質器１５に供給してもよい。この場合、ガス改質器１５の温度低下は水蒸気を添加した場合よりも少し大きくなるが、前述した空気増加による温度補償で充分対応でき、大きな影響を与える程ではない。さらに、難燃性酸化剤として二酸化炭素をガス改質器１５に供給してもよい。
【００３１】
また、ガス改質器１５の温度低下を補償するためにガス改質バーナ１６から追加する酸化剤は、空気の他に酸素でもよい。
【００３２】
また、水蒸気はガス改質バーナ１６から供給する以外に、被処理物が熱分解炉１１に投入される前の位置や、熱分解炉１１とガス改質バーナ１６間の管路中、あるいはガス改質器１５に配設した専用の供給ポート、あるいはこれらの中の複数箇所などから導入してもよい。要するに、熱分解炉１１の被処理物投入部からガス改質器１６に至るいずれかの部位にて難燃性の酸化剤を添加すればよい。
【００３３】
［第２の実施の形態］
図３はこの実施の形態における概略構成図である。図３おいて、熱分解ガス１７と空気は、前述した実施の形態と同様に、改質バーナ１６からガス改質器１５に導入され、ガス改質器１５内部は熱分解ガス１７と空気の燃焼反応により１０００℃以上程度に保持されている。ガス改質器１５には改質バーナ１６により、水蒸気発生装置１９にて生成した水蒸気２０も導入されている。
【００３４】
この実施の形態では、ガス改質器１５に、改質ガス中の酸素原子と炭素原子との比率（Ｏ／Ｃ）を計測するＯ／Ｃ計（酸素比率計）２７設け、その測定結果により、Ｏ／Ｃが１．２以上、好適には１．５以上になるよう水蒸気２０と空気の導入量を調整する。このとき、ガス改質器１５内部の温度が１０００℃以上を保持するよう水蒸気２０と空気の導入量を最適化する必要があることは言うまでもない。
【００３５】
このように、ガス改質器１５内部の酸素の存在比を、酸化剤を用いて比較的小さい変動幅で制御することにより、ガス改質器１５内の改質温度を変えることなく、即ち改質ガスの組成に影響なく、改質ガス中に含有される微量有害成分の生成量を抑制し、ガス洗浄装置の負荷を低減させることができる。
【００３６】
また、使用する酸化剤は水蒸気や空気のような簡便に使用できる物質であり、その添加量も被処理物重量の数〜１０数％程度と、熱分解処理システム全体中での負荷は小さい。このため、イニシャル・ランニングコストへの負担は無視できる程小さく、微量有害物質に対するシステム負荷を大きく低減する効果がある。
【００３７】
また、微量有害物質だけではなく、ススや油状物質（分子量の大きい炭化水素）の酸化反応も促進するため、これらの物質の低減にも寄与する。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、低酸素燃焼によるガス改質を行う際に、難燃性の酸化剤を用いて酸素の存在比を制御することにより、改質ガスの主成分に影響を与えることなく、改質ガス中に含有される微量成分の生成量を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による熱分解処理システムの一実施の形態を示す概略構成図である。
【図２】同上一実施の形態における効果を説明する特性図である。
【図３】本発明の他の実施の形態を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１１熱分解炉
１４被処理物
１５ガス改質器
１７熱分解ガス
２０難燃性酸化剤としての水蒸気
２４改質ガス
２７酸素比率計

Claims

被処理物を低酸素燃焼させて熱分解処理し、この熱分解により発生した有機性の高分子からなる熱分解ガスを空気又は酸素とともにガス改質器に導入し、低酸素状態で自燃させ、低分子量の可燃性ガスを主成分とした改質ガスを得る熱分解方法であって、
改質されるガスに対して難燃性の酸化剤を添加して、酸素原子の炭素原子に対する存在比率を高めることを特徴とする熱分解処理方法。
被処理物を低酸素燃焼させて熱分解処理する熱分解炉と、
この熱分解炉から生じた有機性の高分子からなる熱分解ガスを空気又は酸素とともに導入し、低酸素状態で自燃させ、低分子量の可燃性ガスを主成分とした改質ガスに改質するガス改質器と、
前記熱分解炉の被処理物投入部からガス改質器に至るいずれかの部位にて改質されるガスに対して難燃性の酸化剤を添加する酸化剤添加装置と、
を備えたことを特徴とする熱分解処理システム。
ガス改質器内における酸素原子の炭素原子に対する存在比率を測定する酸素比率計を設け、酸素比率計の測定値に応じて酸化剤の添加量を調整することを特徴とする請求項２に記載の熱分解処理システム。
難燃性酸化剤は水蒸気であることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の熱分解処理システム。
難燃性酸化剤は水であることを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれかに記載の熱分解処理システム。
難燃性酸化剤は二酸化炭素であることを特徴とする請求項２乃至請求項５のいずれかに記載の熱分解処理システム。