JP2005118611A - 廃棄物ガス化処理方法及びシステム - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単で且つ熱効率のよい廃棄物ガス化処理方法及びシステムを提供する。
【解決手段】 廃棄物を乾留処理して乾留ガスを生成するキルン炉１を備えてなる廃棄物ガス化処理システムであって、前記乾留ガスを燃料として過熱蒸気を生成する過熱装置４と、前記過熱装置４で生成された過熱蒸気Ｗを前記キルン炉１の乾留熱源として、前記キルン炉１の多孔質金属製の周壁部１５Ｂを介して、炉内の廃棄物と接触可能に供給する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、廃棄物を乾留炉で乾留処理して乾留ガスを生成する廃棄物ガス化処理方法及びシステムに関する。

従来、廃棄物を乾留処理する乾留炉の一例として使用されているキルン炉は、回転胴の周囲を加熱ジャケットで覆った二重管構造に構成され、都市ガス、重油、または当該乾留処理で生成された乾留ガスを燃料とする燃焼器で加熱された空気やそれらの排ガスを乾留熱源として前記加熱ジャケット内に供給するように構成されていた。また、前記キルン炉で生成された乾留ガスに含まれるタール等のオイル成分は、乾留残渣を溶融処理する溶融炉の燃焼バーナの燃料等に使用されていた。
特開２０００−２９７９１２号公報

しかし、上述した従来のキルン炉による乾留処理では、乾留ガスと乾留熱源たる空気が接触して異常燃焼することの無いように加熱ジャケットを十分にシールする必要があり、シール構造が複雑になるという問題や、そのような二重管構造による間接加熱では熱効率の改善に限界があるという本質的な問題点もあり、より簡単な構造で且つ熱効率のよいキルン炉の開発が望まれていた。また、乾留処理において、タール、水分、さらには腐食性のガス成分が混入する乾留ガスを再利用するための効率的な処理方法の開発も望まれていた。

本発明の目的は、上述の問題点に鑑み、簡単で且つ熱効率のよい廃棄物ガス化処理方法及びシステムを提供する点にある。

上述の目的を達成するため、本発明による廃棄物ガス化処理方法の第一の特徴構成は、特許請求の範囲の書類の請求項１に記載した通り、廃棄物を乾留炉で乾留処理して乾留ガスを生成する廃棄物ガス化処理方法であって、前記乾留ガスの燃焼熱で過熱蒸気を生成し、前記過熱蒸気を前記乾留炉の乾留熱源として前記廃棄物と接触可能に供給する点にある。

上述の構成によれば、高温高圧の過熱蒸気により廃棄物を直接加熱して効率的に乾留処理ができるので、従来の乾留温度の確保のために低空気比で廃棄物を部分燃焼させて生成された乾留ガスとは異なり、空気の一成分である多量の窒素ガスが含まれることなく、高カロリーのガスが容易に得られる。また乾留のための外部エネルギーを消費する必要も無くエネルギー効率も高めることができる。

同第二の特徴構成は、同請求項２に記載した通り、上述の第一特徴構成に加えて、前記乾留処理で生成された乾留ガスを冷却して水分及びタールを分離除去した後の乾留ガスにより過熱蒸気を生成する点にある。

過熱蒸気を熱源とする乾留処理で生成される乾留ガスには、熱分解ガスと廃棄物に含有している塩素成分が気化した腐食性ガスと蒸気が含まれるが、冷却処理されることにより蒸気やタール成分は凝縮して乾留ガスから分離除去され、このとき腐食性ガスも凝縮水側に溶解して除去されるので、クリーンで且つ熱量の高い燃料ガスとして再利用できるのである。

本発明による廃棄物乾留処理システムの第一の特徴構成は、同請求項３に記載した通り、廃棄物を乾留処理して乾留ガスを生成するキルン炉を備えてなる廃棄物ガス化処理システムであって、前記乾留ガスを燃料として過熱蒸気を生成する過熱装置と、前記過熱装置で生成された過熱蒸気を前記キルン炉の乾留熱源として前記廃棄物と接触可能に供給する点にある。

上述の構成によれば、過熱蒸気により廃棄物を直接加熱できるので、放熱ロス等が減少して極めて高い熱効率を確保できるようになり、従来の間接加熱による乾留処理量と同量の処理であるならばそれだけキルン炉を小型化できるようになるのである。さらに、そのような直接加熱による場合には、厳格なシール性能を確保する必要もなく、キルン炉をシンプルに構成することができるのである。

同第二の特徴構成は、同請求項４に記載した通り、上述の第一特徴構成に加えて、前記キルン炉は、周壁に形成された多孔質壁を介して前記過熱蒸気を炉内に供給するように構成してある点にある。

キルン炉の端部から過熱蒸気を投入すると、蒸気が乾留ガスの流れと同様に排出部に向かって流れて廃棄物と効率よく熱交換できない場合も考えられるところ、周壁に形成された多孔質壁を介して供給することにより廃棄物との接触に機会が増大するとともに周壁部も加熱される結果、乾留の効率が上昇するのである。

同第三の特徴構成は、同請求項５に記載した通り、上述の第一特徴構成に加えて、前記キルン炉は前記過熱蒸気を廃棄物搬送方向の上流側に供給する第一供給路と、下流側に供給する第二供給路を備え、前記第二供給路は、前記キルン炉の周壁に形成された多孔質壁を介して炉内に供給するように構成してある点にある。

キルン炉の基端部から装入された廃棄物は終端部に向けて搬送されながら乾留処理される。このとき熱効率の観点から乾留熱源たる過熱蒸気は搬送方向とは逆の方向に、つまり、終端部側から基端部側に向けた対向流で供給されるのが好ましいのであるが、供給された過熱蒸気の一部が終端部に設けられた排出経路から吸引排出される乾留ガスとともに排気され、有効に乾留処理のために利用されないという虞がある。そこで、第一供給路から供給された過熱蒸気により装入直後の廃棄物をある程度まで過熱して熱分解させながら、第二供給路を、多孔質壁を介して過熱蒸気を炉内に供給するように構成することで、廃棄物と過熱蒸気の接触の機会を十分確保して効率よく乾留処理が行われるようになるのである。

同第四の特徴構成は、同請求項６に記載した通り、上述の第一特徴構成に加えて、前記キルン炉は、内壁部に廃棄物を攪拌する攪拌羽根を備え、前記攪拌羽根に形成された通気路から前記過熱蒸気を供給するように構成してある点にある。

内壁部に設けた攪拌羽根に通気路を形成し、その通気路を介して過熱蒸気を供給することにより、廃棄物が攪拌羽根により攪拌されるときに当該廃棄物に高温の過熱蒸気が直接作用することになるので、熱分解効率を効果的に向上させることができるのである。しかも、攪拌羽根を介して過熱蒸気が炉内に供給されるので、炉の終端部から直接炉内に過熱蒸気を投入する場合のように、供給された過熱蒸気の一部が終端部に設けられた排出経路から吸引排出される乾留ガスとともに排気されるという不都合を解消できるのである。

同第五の特徴構成は、同請求項７に記載した通り、上述の第一から第四の何れかの特徴構成に加えて、前記キルン炉で生成された乾留ガスを冷却して水分及びタールを分離除去するガス冷却装置を備え、水分及びタールが除去された乾留ガスが前記過熱装置に供給される点にある。

同第六の特徴構成は、同請求項８に記載した通り、上述の第一から第五の何れかの特徴構成に加えて、前記乾留ガスの燃焼熱で蒸気を生成する蒸気生成装置を備えてある点にある。

乾留ガスを燃料とする蒸気生成装置を設けることにより外部エネルギーによる蒸気生成が不要となり、それ自体独立した廃棄物ガス化処理システムが構築可能となる。

以上説明した通り、本発明によれば、簡単で且つ熱効率のよい廃棄物ガス化処理方法及びシステムを提供することができるようになった。

以下に本発明による廃棄物ガス化処理方法及びシステムの実施の形態を説明する。図１及び図２に示すように、廃棄物ガス化処理システムは、過熱蒸気Ｗにより廃棄物を熱分解して乾留ガスを生成するキルン炉１と、生成された乾留ガスを冷却して水分とタールを分離除去する冷却装置２と、冷却装置２で精製された乾留ガスを燃料として蒸気を生成する蒸気生成装置３と、前記乾留ガスを燃料として約３５０℃から５５０℃の過熱蒸気Ｗを生成する過熱装置４と、過熱装置４で過熱された過熱蒸気Ｗをキルン炉１の廃棄物搬送方向の上流側に供給する第一供給路６Ａと、下流側に供給する第二供給路６Ｂを備えて構成される。

前記キルン炉１は、軸心が水平姿勢または僅かな傾斜姿勢になるように回転駆動ローラ１２上に載置された円筒状の回転胴１１と、回転胴１１の基端部に設けられたホッパ１３と、回転胴１１の終端部に設けられた排出部１４等を備えて構成してあり、破砕機により破砕され、前記ホッパ１３に投入された廃棄物がホッパ１３の底部に配置されたスクリュー式コンベア（図示せず）により回転胴１１の内部に装入される。

装入された廃棄物は、回転胴１１の内部で終端部に向けて攪拌搬送されながら加熱処理されることにより、水素、一酸化炭素、炭化水素等の可燃性ガスに熱分解されるとともに、その他の揮発成分、廃棄物に混入する水分、加熱熱源となる過熱蒸気等が混入した乾留ガスが生成されて排出管路１４Ａから取り出されるとともに、熱分解された廃棄物の残渣であるチャーや無機物が排出ダクト１４Ｂから排出されて残渣収容部５に収容された後に溶融炉により溶融処理される。図示していないが、前記排出管路１４Ａに過熱蒸気の一部を混合する供給路を設けて乾留ガスを昇温させることで、管路中でタールが析出して閉塞に到るような異常事態の発生を事前に回避するように構成してある。

前記回転胴１１の基端部はホッパ１３に投入された廃棄物でシールされるとともに、排出部１４が吸引ファン（図示せず）により吸引されることにより極めて酸素濃度の低い状態で加熱処理される。ここで、吸引ファンを冷却装置２の下流側に配置すれば、乾留ガスに含まれるタール成分やダストが事前に冷却装置２により除去される結果、ファンにタール等が付着するようなことなく、頻繁なクリーニング作業から開放され、しかも冷却装置２により蒸気が凝縮して負圧となるので、吸引ファンの動力も低減させることができる。

前記回転胴１１は、図２に示すように、内筒１５と外筒１６の二重構造で構成され、内筒１５は、略中央部より基端部側が金属製の筒状体１５Ａで、終端部側が例えば熱間静水圧加圧焼結法により平均通気孔径が数十ミクロンから数百ミクロン、通気孔率が２０％から４０％に形成された多孔質金属製の筒状体１５Ｂで夫々構成され、それらを中央部で連結して金属製の外筒１６との間に空間１７を形成するよう構成されている。

前記第一供給路６Ａを介して基端部側から回転胴１１内に過熱蒸気が供給されるとともに、前記第二供給路６Ｂを介して前記空間１７に過熱蒸気が供給され、前記空間に１７に供給された過熱蒸気が筒状体１５Ｂを介して内部に供給されることで、過熱蒸気が直接接触する廃棄物が加熱されて熱分解される。第一供給路６Ａから供給された過熱蒸気は廃棄物を加熱して温度低下しながら炉内で発生した乾留ガスの排出管路１４Ａへの流れに従って流動する一方、ある程度熱分解が進んだ廃棄物に対して第二供給路６Ｂから供給される過熱蒸気によりさらに加熱されて熱分解が促進される。前記筒状体１５Ｂに形成された微細な通気孔は炉内に供給される高圧の過熱蒸気により開口状態が維持されるので、乾留残渣による閉塞は防止されるものである。尚、ここで、前記筒状体１５Ｂを構成する多孔質金属は、熱間静水圧加圧焼結法以外の方法により製造されるものであってもよく、平均通気孔径や通気孔率も上述の範囲に限定されるものではない。

前記冷却装置２は、ガス流路に冷却水を循環通流する冷却管路を配置して構成され、装置内に流入した乾留ガスを間接または直接冷却して、乾留ガスに混入する蒸気成分、タール成分を凝縮分離して精製するもので、同じく乾留ガスに混入する塩化水素ガスなどの腐食性ガスが凝縮された水に溶解して除去される。

前記蒸気生成装置３は、ガスエンジン３Ａと、ガスエンジン３Ａにより回転駆動されるタービンにより発電する発電機３Ｂと、ガスエンジン３Ａの高温排ガスにより蒸気を生成する熱交換器３Ｃとを備えて構成してあり、ガスエンジン３Ａのバーナ部３ａには前記冷却装置２により精製された乾留ガスが燃料として供給されるように構成してある。

前記過熱装置４は、前記冷却装置２により精製された乾留ガスが燃料として供給されるバーナ部４ａと、バーナ部４ａによる燃焼熱により前記蒸気生成装置３で生成された飽和蒸気を過熱して過熱蒸気Ｗを生成する熱交換部４ｂとで構成してあり、生成された過熱蒸気Ｗが上述した第一供給路６Ａ及び第二供給路６Ｂに供給される。

以上説明したように、本発明による廃棄物ガス化処理方法及びシステムによれば、キルン炉１の乾留熱源として過熱蒸気Ｗを利用し、過熱蒸気により廃棄物を直接加熱できるので、放熱ロス等が減少して極めて高い熱効率を確保できるようになり、従来の間接加熱による乾留処理量と同量の処理であるならばそれだけキルン炉を小型化できるようになるのである。

以下、別実施形態を説明する。上述した実施形態では、過熱蒸気Ｗを廃棄物搬送方向の上流側に供給する第一供給路６Ａと、下流側に供給する第二供給路６Ｂを備え、第二供給路６Ｂは、キルン炉１の周壁に形成された多孔質壁を介して炉内に供給するように構成されたものを説明したが、過熱蒸気Ｗを第一供給路６Ａのみで供給するものであってもよい。この場合には、回転胴１１を二重構造に構成する必要がなく、シール機構も複雑な構造を採用する必要がなく安価に構成できる。具体的には、図３に示すように、多数の孔１９Ａが形成された一本または複数本のパイプ１９を基端部側の固定端部１１Ａから回転胴１１の軸心方向に沿って配置し、前記パイプ１９を介して炉内に過熱蒸気を供給することにより実現できる。また、パイプに形成された孔の径や個数の分布を軸心方向に変化させることにより、炉内に供給される過熱蒸気量の軸心方向の分布を調節することが可能になる。例えば、廃棄物が投入される基端部側に蒸気を集中させて投入廃棄物の昇温を早めたり、終端部側に蒸気を集中させて乾留効率を上げることが可能となる。さらには、パイプに形成された孔の径や個数の分布を周方向に変化させることにより、乾留効率を上げることができる。例えば、回転胴１１の内部で廃棄物の分布密度の高い領域に蒸気を集中させることで乾留効率を上げることができるようになる。

上述した実施形態では、回転胴１１を内筒１５と外筒１６の二重構造で構成し、内筒１５を略中央部より基端部側が金属製の筒状体１５Ａで構成し、終端部側を多孔質金属製の筒状体１５Ｂで構成したものを説明したが、内筒１５の全域を多孔質金属で構成し、内筒の周壁を介して炉内に過熱蒸気が供給されるように構成してもよい。この場合には、空間１７を回転胴１１の軸心方向に沿って複数に分割し、分割領域毎に供給蒸気量を調節することで、乾留プロセスの効率化を図るように構成することも可能である。例えば、上流側の供給蒸気量を下流側より多くして廃棄物に対する迅速な加熱を行ない、下流側では所定の乾留温度の維持のためにのみ蒸気を供給する等である。

図４及び図５に示すように、回転胴１１の内側に廃棄物を攪拌する攪拌羽根１８を設けて、前記攪拌羽根１８に形成された複数の微孔１８Ａから過熱蒸気Ｗを供給するように構成することも可能である。この場合には、熱効率の観点から回転胴１１の終端部側から過熱蒸気を供給することが好ましい。また、前記攪拌羽根１８を多孔質金属で構成するものであってもよい。図中、前記攪拌羽根１８として、回転胴１１の軸心方向に沿って直線状に取り付けたものを説明しているが、その形状は特に限定するものではなく、例えば、回転胴１１の内壁に沿って螺状に形成するもの等適宜構成することができる。

上述の実施形態では、蒸気生成装置３として、ガスエンジン３Ａと、ガスエンジン３Ａにより回転駆動されるタービンにより発電する発電機３Ｂと、ガスエンジン３Ａの高温排ガスにより蒸気を生成する熱交換器３Ｃとを備えて構成したものを説明したが、蒸気生成装置としては、前記冷却装置２により精製された乾留ガスが燃料として供給されるボイラ装置で構成するものであってもよく、ボイラ装置で生成された蒸気により発電する発電装置を備えるものであってもよい。また、上述のガスエンジンとボイラの双方を備えるものであってもよい。さらに、蒸気生成装置３としては、ゴミ焼却プラントや溶融処理プラントに設けられた廃熱ボイラを用いて構成し、廃熱ボイラによる生成蒸気を上述した過熱装置４で過熱するように構成するものであってもよい。

上述の実施形態では、乾留ガスの燃焼熱で過熱蒸気を生成し、過熱蒸気を乾留炉の乾留熱源として廃棄物と接触可能に供給する廃棄物ガス化処理方法をキルン炉に適用した場合を説明したが、乾留炉はこれに限るものではなく、流動床炉、竪型炉等に適宜適用できるものである。

上述した各実施形態は、本発明の一実施例を説明するものに過ぎず、本発明の作用効果を奏する限りにおいて適宜構成を変更することが可能である。

廃棄物ガス化処理システムの説明図 キルン炉の要部説明図 別実施形態を示すキルン炉の要部説明図 別実施形態を示すキルン炉の要部説明図 別実施形態を示すキルン炉の断面の要部説明図

符号の説明

１：キルン炉
２：冷却装置
３：蒸気生成装置
４：過熱装置
５：残渣収容部
６Ａ：第一供給路
６Ｂ：第二供給路
Ｗ：過熱蒸気

Claims (8)

1. 廃棄物を乾留炉で乾留処理して乾留ガスを生成する廃棄物ガス化処理方法であって、
   前記乾留ガスの燃焼熱で過熱蒸気を生成し、前記過熱蒸気を前記乾留炉の乾留熱源として前記廃棄物と接触可能に供給する廃棄物ガス化処理方法。
2. 前記乾留処理で生成された乾留ガスを冷却して水分及びタールを分離除去した後の乾留ガスにより過熱蒸気を生成する請求項１記載の廃棄物ガス化処理方法。
3. 廃棄物を乾留処理して乾留ガスを生成するキルン炉を備えてなる廃棄物ガス化処理システムであって、
   前記乾留ガスを燃料として過熱蒸気を生成する過熱装置と、前記過熱装置で生成された過熱蒸気を前記キルン炉の乾留熱源として前記廃棄物と接触可能に供給する廃棄物ガス化処理システム。
4. 前記キルン炉は、周壁に形成された多孔質壁を介して前記過熱蒸気を炉内に供給するように構成してある請求項３記載の廃棄物ガス化処理システム。
5. 前記キルン炉は、前記過熱蒸気を廃棄物搬送方向の上流側に供給する第一供給路と、下流側に供給する第二供給路を備え、前記第二供給路は、前記キルン炉の周壁に形成された多孔質壁を介して炉内に供給するように構成してある請求項３記載の廃棄物ガス化処理システム。
6. 前記キルン炉は、内壁部に廃棄物を攪拌する攪拌羽根を備え、前記攪拌羽根に形成された通気路から前記過熱蒸気を供給するように構成してある請求項３記載の廃棄物ガス化処理システム。
7. 前記キルン炉で生成された乾留ガスを冷却して水分及びタールを分離除去するガス冷却装置を備え、水分及びタールが除去された乾留ガスが前記過熱装置に供給される請求項３から６の何れかに記載の廃棄物ガス化処理システム。
8. 前記乾留ガスの燃焼熱で蒸気を生成する蒸気生成装置を備えてある請求項３から７の何れかに記載の廃棄物ガス化処理システム。

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