JP2004239515A

JP2004239515A - ガス化溶融炉ガスの利用方法

Info

Publication number: JP2004239515A
Application number: JP2003028963A
Authority: JP
Inventors: Yoshimoto Fujii; 良基藤井
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2003-02-06
Filing date: 2003-02-06
Publication date: 2004-08-26

Abstract

【課題】ガス化溶融炉ガスから燃料電池用に水素を多量かつ安価に製造でき、かつ水素ガスを分離した残りであるオフガスの発生量と使用量の変動を吸収でき、燃料性状を安定化させることができて、オフガスを製鉄所内燃料ガスの１つとして有効利用できるようにする。
【解決手段】可燃性廃棄物を高温還元雰囲気により熱分解・ガス化溶融するガス化溶融炉７で発生するガス７ａ中に含まれる水素ガス８ａを全てまたは一部分離して水素ガスを製造するとともに、そのガス化溶融炉ガス７ａから水素ガス８ａを全てまたは一部分離した残りであるオフガス８ｂを、製鉄所内燃料として利用する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば使用済みプラスチックなどの可燃性廃棄物を高温還元雰囲気により熱分解・ガス化溶融するガス化溶融炉で発生するガスを有効に利用する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガス化溶融炉は、周知のように高温の炉内において、使用済みプラスチック、建設廃材（紙くず、木くず、繊維くず）、シュレッダーダスト（廃棄家電、廃車）、汚泥、燃えがら、動植物性残さ等の可燃性廃棄物を送風酸素と反応させ、炉上部温度を８００〜１０００℃とし、高温・還元雰囲気により熱分解・ガス化させ、可燃性のガス化溶融炉ガスとして回収するものである（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
また、従来より、製鉄所副生ガスの中から水素を含有するガスを水素ＰＳＡ（ＰｒｅｓｓｕｒｅＳｗｉｎｇＡｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）プラントに導入して、この水素含有ガスから燃料電池用に水素を分離する技術も知られている（例えば特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−６０８３０号公報
【特許文献２】
特開平１１−９９３４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ガス化溶融炉ガスは、可燃性廃棄物の種類にもよるが水素を３０〜５０％含有する。したがって、水素製造原料ガスとして有用なガスの１つである。しかしながら、ガス化溶融炉ガスを水素製造原料ガスとして利用する場合、以下のような問題が存在する。
（ａ）ガス化溶融炉では、種々の可燃性廃棄物からガス化溶融炉ガスを回収するので、ガス発生量が一定でない。
（ｂ）ガス化溶融炉ガスは廃棄物性状に左右され、瞬時に組成が変動する。このため、発生するガスの組成が一定でなく、発熱量が一定でない。
（ｃ）前記（ａ）（ｂ）の理由により、水素分を除去した後のオフガスの発生量、および発熱量も一定でない。このため、単独の燃料ガスとして利用するには、発生と使用のバランス調整が困難であるばかりでなく、専用の配管網が必要となり、加熱炉など炉設備でバーナ改造が必要となる。
（ｄ）製鉄所でガス化溶融炉ガスから水素を除去したオフガス専用のガス供給網を構築するには建設費が高価である。
【０００６】
したがって、従来はせっかく回収したガス化溶融炉ガスを、有効に利用することなく焼却処理し、無害化して大気に放散していた。また、燃焼させる際には補助燃料の供給が必要であり、ランニングコストも発生していた。
【０００７】
本発明の技術的課題は、ガス化溶融炉ガスから燃料電池用に水素を多量かつ安価に製造でき、かつ水素ガスを分離した残りであるオフガスの発生量と使用量の変動を吸収でき、燃料性状を安定化させることができて、オフガスを製鉄所内燃料ガスの１つとして有効利用できるようにすることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係るガス化溶融炉ガスの利用方法は、可燃性廃棄物を高温還元雰囲気により熱分解・ガス化溶融するガス化溶融炉で発生するガス中に含まれる水素ガスを全てまたは一部分離して水素ガスを製造するとともに、そのガス化溶融炉ガスから水素ガスを全てまたは一部分離した残りであるオフガスを、製鉄所内燃料として利用することを特徴としている。
【０００９】
また、請求項２に係るガス化溶融炉ガスの利用方法は、オフガスを、高炉ガス、コークス炉ガス、転炉ガス、都市ガス、プロパンガス、及び窒素、の中から選択されるガスと混合することを特徴としている。
【００１０】
また、請求項３に係るガス化溶融炉ガスの利用方法は、オフガスを、製鉄所で使用される各種燃料ガスの中から選択した低カロリーガス、あるいは高カロリーガスと混合し、この混合ガスを製鉄所内燃料として利用することを特徴としている。
【００１１】
また、請求項４に係るガス化溶融炉ガスの利用方法は、オフガスを、都市ガス、プロパンガス、及びコークス炉ガス、の中から選択される単一または複数種のガスと、あるいは高炉ガスまたは窒素のいずれか一方もしくは両方と、混合することを特徴としている。
【００１２】
また、請求項５に係るガス化溶融炉ガスの利用方法は、オフガスを、ガスホルダを介在させた配管網を通して製鉄所副生ガスと混合することを特徴としている。
【００１３】
また、請求項６に係るガス化溶融炉ガスの利用方法は、オフガスを、製鉄所副生ガスと混合する前に昇圧することを特徴としている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図示実施形態に基づき本発明のガス化溶融炉ガスの利用方法を説明する。図１は本発明を適用した製銑・製鋼一貫製鉄所における燃料の流れを示す図である。
【００１５】
図において、１は操業時に高炉ガス（ＢＦＧ）１ａを副生する高炉、２は操業時にコークス炉ガス（ＣＯＧ）２ａを副生するコークス炉、３は操業時に転炉ガス（ＬＤＧ）３ａを副生する転炉である。高炉ガス（ＢＦＧ）１ａは、鉄鉱石を還元する際に発生するＣＯ，ＣＯ_２，Ｈ_２，Ｎ_２から成る約３，３５０ｋＪ／ｍ^３の可燃性ガスであり、ほぼ連続的に発生する。コークス炉ガス（ＣＯＧ）２ａは、石炭を乾留する際に発生するＨ_２，ＣＨ_４，ＣＯから成る約２０，１００ｋＪ／ｍ^３の可燃性ガスであり、ほぼ連続的に発生する。転炉ガス（ＬＤＧ）３ａは、銑鉄を鋼に改質する際に発生するＣＯ，ＣＯ_２から成る約８，４００ｋＪ／ｍ^３の可燃性ガスであり、間欠的に発生する。つまり転炉の吹練によりガスの発生がつねに変動する。
【００１６】
４ａは外部購入燃料である都市ガスまたはプロパンガス（ＬＰＧ）、５ａは窒素（Ｎ_２）、６は外部購入燃料である重油６ａの供給源である重油タンクである。都市ガスまたはＬＰＧは、主に高炉の休風等により高炉ガスや転炉ガスが発生しない場合に使用され、Ｎ_２は高カロリーの都市ガスまたはＬＰＧの希釈に用いられる。重油は発電所の燃料として供給される。
【００１７】
７はガス化溶融炉であって、高温の炉内において、使用済みプラスチック、建設廃材（紙くず、木くず、繊維くず）、シュレッダーダスト（廃棄家電、廃車）、汚泥、燃えがら、動植物性残さ等の可燃性廃棄物を送風酸素と反応させ、炉上部温度を８００〜１０００℃とし、高温・還元雰囲気により熱分解・ガス化させ、可燃性のガス化溶融炉ガス７ａとして回収するもので、発生ガスの性状は約８，０００〜１１，０００ｋＪ／ｍ^３であり、炉下部においては、コークス及び炭素の燃焼により、灰分を溶融し、出滓口より排出するものである。
【００１８】
１１，１２，１３，１４は各炉で発生する可燃ガス（燃料ガス）を無害化・燃焼放散するための燃焼放散塔すなわちフレアスタックであり、通常は使用しないが、各炉の起動・停止時のガス成分不安定時や、各炉に対応して設けられた後述のホルダの備蓄レベルが上限をオーバーした時などに使用される。
【００１９】
２１は高炉ガス（ＢＦＧ）を一時貯蔵しバッファとして機能するＢＦＧホルダ、２２はコークス炉ガス（ＣＯＧ）を一時貯蔵しバッファとして機能するＣＯＧホルダ、２３は転炉ガス（ＬＤＧ）を一時貯蔵しバッファとして機能するＬＤＧホルダである。これらホルダ２１〜２３は内部ガス圧力が６５ｋＰａと低圧に保持されている。
【００２０】
８はガス化溶融炉７とオフガスホルダ２４間に直列に設置されたＰＳＡ（ＰｒｅｓｓｕｒｅＳｗｉｎｇＡｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）からなる水素製造プラントであり、水素を含むガス化溶融炉ガス７ａを通すと、水素以外の重い分子のもの（余分な成分）が吸着され、軽い水素だけがすり抜けていく、いわゆる吸着分離方式により高純度水素ガス８ａを精製する装置である。水素製造プラント８では、水素を分離するために、昇圧（８気圧）の必要があるため、入り口にコンプレッサ５１を配置し、コンプレッサ５１によってガス化溶融炉ガス７ａを０．８ＭＰａに昇圧している。一方、ガス化溶融炉ガス７ａから水素ガス８ａを全てまたは一部分離した残りであるオフガス８ｂの圧力は、水素製造プラント８内での圧力損失を除く０．７ＭＰａである。またガス化溶融炉ガス７ａから水素ガス８ａを全てまたは一部分離した残りであるオフガス８ｂは、油シールの低圧乾式ホルダからなる７ｋＰａのガス圧に保持されたオフガスホルダ２４に一時貯蔵されるようになっている。このため、水素製造プラント８でガス化溶融炉ガス７ａから水素ガス８ａを分離した残りのオフガス８ｂの圧力を減圧するための膨張タービン５２が、水素製造プラント８の出口、つまり水素製造プラント８とオフガスホルダ２４をつなぐオフガス配管系内に設置されている。また膨張タービン５２は、圧力エネルギを無駄にしないために、動力回収する機能も有している。つまり、膨張タービン５２は、図には示していないが圧縮しているコンプレッサ５１と連結され、コンプレッサ５１の圧縮動作に必要な動力を低減している。なお、発電機で電力回収するなど他の動力回収の手法の採用も可能である。
【００２１】
３１，３２，３３はＢＦＧ配管、ＣＯＧ配管、及びＬＤＧ配管にそれぞれ配置された昇圧機すなわちブロワで、これらブロワ３１〜３３は、それぞれのガスの圧力を約６５ｋＰａ〜約１２０ｋＰａに昇圧して、後述するガスミキサーに供給する機能を有する。３４はオフガス配管網内においてオフガスホルダ２４の下流側に直列に配置された昇圧機すなわちブロワである。ブロワ３４をオフガスホルダ２４に対して直列に接続したのは、既述したようにガス化溶融炉７では種々の可燃性廃棄物からガス化溶融炉ガス７ａを回収するので、ガス発生量が一定でなく圧力変動を生じるため、ガス混合器前に昇圧機を配置して、後述するガスミキサーに供給するオフガス圧力を安定化させる必要があるからである。
【００２２】
９は各ブロワ３１〜３４により昇圧されたガス（ＢＦＧ、ＣＯＧ、ＬＤＧ、オフガス）、都市ガス（又はＬＰＧ）、及び窒素（Ｎ_２）が送り込まれるガスミキサーであり、発熱量変動を吸収するために、オフガス８ｂを、前記ガスの中から選択した低カロリーガス、あるいは高カロリーガスと混合することで燃料性状（（イ）発熱量、（ロ）ウオッペインデックスＷ．Ｉ．、（ハ）Ａ０／√γ）を安定させたミックスガス（ＭＸＧ）９ａとして製鉄所内の各工場、つまり製銑工場４１、製鋼工場４２、鋼板工場４３、鋼管や条鋼の工場４４や発電所４５へ供給する機能を有している。つまり、ガスミキサー９は、（イ）発熱量が一定となるように、オフガス８ｂに、低カロリーガス、あるいは高カロリーガスを混合する、又は（ロ）ウオッペインデックスＷ．Ｉ．すなわち（発熱量／√ガス密度）が一定となるように、オフガス８ｂに、低カロリーガス、あるいは高カロリーガスを混合する、又は（ハ）Ａ０／√γつまり（理論空気量／√ガス密度）が一定となるように、オフガス８ｂに、低カロリーガス、あるいは高カロリーガスを混合することで、燃料性状を安定させる機能を有する。
【００２３】
ここで、製鉄所で一般に使用される各種燃料ガスすなわちＢＦＧ、ＣＯＧ、ＬＤＧ、都市ガス（又はＬＰＧ）、および窒素（Ｎ_２）の中から選択される低カロリーガスとは、高炉ガス（ＢＦＧ）または窒素（Ｎ_２）を指し、高カロリーガスとは、都市ガス（又はＬＰＧ）またはコークス炉ガス（ＣＯＧ）を指す。したがって、燃料性状を安定させる具体的手法は、オフガスのカロリーに応じて、高炉ガス（ＢＦＧ）または窒素（Ｎ_２）のいずれか一方もしくは両方と、あるいは都市ガス（又はＬＰＧ）またはコークス炉ガス（ＣＯＧ）のいずれか一方もしくは両方と、混合する形態となる。
【００２４】
そして、高カロリーガスとしてコークス炉ガス（ＣＯＧ）を、あるいは低カロリーガスとして高炉ガス（ＢＦＧ）を、優先的に使用することで、外部購入燃料である都市ガス（又はＬＰＧ）や窒素（Ｎ_２）の量を削減することができる。
【００２５】
発電所４５には、ミックスガス（ＭＸＧ）９ａ以外に、高炉ガス（ＢＦＧ）１ａ、コークス炉ガス（ＣＯＧ）２ａ、及び転炉ガス（ＬＤＧ）３ａが直接供給可能になっている。これは各ガスの発生量の変動を吸収するためのもので、ガスミキサー９への供給後に余剰のガスがあった場合、これを発電燃料として使用している。また、外部購入燃料である重油６ａも供給可能になっている。そして、各燃料種に応じたバーナを有するボイラ及びタービンが設置されている。つまり、発電所４５では、ミックスガス（ＭＸＧ）の他に、高炉ガス（ＢＦＧ）、コークス炉ガス（ＣＯＧ）、及び転炉ガス（ＬＤＧ）を燃料ガスとしているが、通常は不足分として重油を供給して発電している。なお、バーナとして燃料の発熱量変動に耐用性がある管状火炎バーナを採用すれば、使用するバーナの数を減らせることは言うまでもない。
【００２６】
本実施形態のように、ガス化溶融炉ガス７ａから水素ガス８ａを分離した残りのオフガス８ｂをガスミキサー９に供給することにより、製鉄所燃料として有効利用することができる。そのため、ガス化溶融炉ガスから水素ガスを全て分離することも可能となり、効率良く水素を製造することができて、燃料電池用の安価な水素供給の実現が可能となる。
【００２７】
また、ガス化溶融炉ガスから水素ガスを全てまたは一部分離した残りであるオフガス８ｂを、製鉄所の各副生ガスと組合せて使用することにより、無駄なくエネルギが利用でき、エネルギコスト削減が可能となる。
【００２８】
さらに、高炉休風時にオフガス８ｂを利用することで、都市ガスやＬＰＧの使用量を削減することが可能となる。
【００２９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、可燃性廃棄物を高温還元雰囲気により熱分解・ガス化溶融するガス化溶融炉で発生するガス中に含まれる水素ガスを全てまたは一部分離して水素ガスを製造するとともに、そのガス化溶融炉ガスから水素ガスを全てまたは一部分離した残りであるオフガスを、製鉄所内燃料として利用するようにしたので、燃料電池用の安価な水素供給の実現が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のガス化溶融炉ガスの利用方法を適用した製銑・製鋼一貫製鉄所における燃料の流れを示す図である。
【符号の説明】
１高炉
１ａ高炉ガス（ＢＦＧ）
２コークス炉
２ａコークス炉ガス（ＣＯＧ）
３転炉
３ａ転炉ガス（ＬＤＧ）
４ａ都市ガス（又はＬＰＧ）
５ａ窒素（Ｎ_２）
７ガス化溶融炉
７ａガス化溶融炉ガス
８水素製造プラント
８ａ水素ガス
８ｂオフガス
９ガスミキサー
９ａミックスガス（ＭＸＧ）
２４オフガスホルダ（ガスホルダ）
３４ブロワ（昇圧手段）

Claims

可燃性廃棄物を高温還元雰囲気により熱分解・ガス化溶融するガス化溶融炉で発生するガス中に含まれる水素ガスを全てまたは一部分離して水素ガスを製造するとともに、そのガス化溶融炉ガスから水素ガスを全てまたは一部分離した残りであるオフガスを、製鉄所内燃料として利用することを特徴とするガス化溶融炉ガスの利用方法。
オフガスを、高炉ガス、コークス炉ガス、転炉ガス、都市ガス、プロパンガス、及び窒素、の中から選択されるガスと混合することを特徴とする請求項１記載のガス化溶融炉ガスの利用方法。
オフガスを、製鉄所で使用される各種燃料ガスの中から選択した低カロリーガス、あるいは高カロリーガスと混合し、該混合ガスを製鉄所内燃料として利用することを特徴とする請求項１記載のガス化溶融炉ガスの利用方法。
オフガスを、都市ガス、プロパンガス、及びコークス炉ガス、の中から選択される単一または複数種のガスと、あるいは高炉ガスまたは窒素のいずれか一方もしくは両方と、混合することを特徴とする請求項３記載のガス化溶融炉ガスの利用方法。
オフガスを、ガスホルダを介在させた配管網を通して製鉄所副生ガスと混合す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ガス化溶融炉ガスの利用方法。
オフガスを、製鉄所副生ガスと混合する前に昇圧することを特徴とする請求項５記載のガス化溶融炉ガスの利用方法。