JP2005283073A - ガス化溶融炉ガスの利用方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ガス化溶融炉ガスの発生量や発熱量が変動する場合にも変動を吸収でき、ガス化溶融炉ガスを高炉ガスとして安定して充分に有効に利用できるとともに、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るガス化溶融炉ガスの利用方法を提供すること。
【解決手段】竪型の炉の底部にコークスの充填層を有し、該コークスの充填層の上に投入される廃棄物の堆積層を酸素含有ガスで部分燃焼して可燃ガスを得るコークスベッド方式のガス化溶融炉において、酸素濃度９０％以上の酸素を羽口から吹き込むことで前記堆積層上部の温度を８００℃以上に制御し、前記ガス化溶融炉から排出される可燃ガスであるガス化溶融炉ガスに含まれる水素ガスの少なくとも一部を分離し、残部であるオフガスを、発熱量３ＭＪ／ｍ³以下のガスと混合した混合ガスを、高炉ガスに混合して高炉ガスとして利用するガス化溶融炉ガスの利用方法を用いる。
【選択図】図２

Description

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及び溶融してガス化するガス化溶融炉で発生するガスを有効に利用するためのガス化溶融炉ガスの利用方法に関する。

ガス化溶融炉は、周知のように高温の炉内において、使用済みの廃プラスチック、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、炉頂部温度を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。）。

ガス化溶融炉の一種であるコークスベッド式のガス化溶融炉は、熱分解炉と溶融炉とを一体にした構造になっていて、その原理は高炉の原理と同じであり、灼熱するコークス層から上昇する熱で廃棄物をガス化し、炉床部で残渣を溶融するものである。

コークスベッド式のガス化溶融炉の操業方法として、例えば、溶融炉の炉頂部内の温度を８００〜１１００℃の高温雰囲気に保持し、炉内で発生する熱分解ガス中のタールをガス化させることにより、タールの生成量を減少させ、発生ガス量及び発生カロリーを高くする方法が知られている。そして、廃棄物から生成される熱分解ガスは製鉄所の燃料として利用することができるとされている（例えば、特許文献２参照。）。

また、製鉄所副生ガスの中から水素を含有するガスを圧力スイング吸着（ＰＳＡ：Pressure Swing Adosorption）法を用いた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３参照。）。
特開平９−６０８３０号公報 特開平９−１６６３０９号公報 特開平１１−９９３４公報

ガス化溶融炉ガスは、可燃性廃棄物の種類やガス化溶融炉に吹込む酸素濃度にもよるが水素を３０〜５０体積％含有するものである。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、またガス化溶融炉ガスから水素を分離した残部であるオフガスを製鉄所内で高炉ガスとして利用する場合、以下の（ａ）〜（ｄ）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、ガス化している廃棄物種が変化すると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、発熱量も一定でない。

（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は、バーナ改造が必要となる。

（ｄ）ガス化溶融炉から製鉄所内の各工場までオフガス専用のガス供給網を新たに構築すると、建設費が高価でありコスト高である。

したがって、回収したガス化溶融炉ガスを高炉ガスとして十分に有効に利用することは困難であり、利用できないガス化溶融炉ガスは焼却処理し、無害化して大気に放散する場合もあった。また、無害化燃焼する際、燃焼を安定させる為の補助燃料が必要でありランニングコストも発生していた。

また、ガス化溶融炉ガス中にタールやチャーが存在することで配管内や水素製造設備の汚れが促進され、特に水素製造設備に配置されたフィルターの詰まりが早く、フィルター清掃に時間を要し、バルブに付着して動作に悪影響を与え水素プラントの安定運転に支障をきたしていた。

したがって本発明の目的は、ガス化溶融炉ガスの発生量や発熱量が変動する場合にも、水素ガスと、水素ガスを分離した残りであるオフガスとの発生量と使用量の変動を吸収でき、オフガスの燃料性状を安定させて、ガス化溶融炉ガスを高炉ガスとして安定して充分に有効に利用できるとともに、新たに大規模な専用ガス供給網を構築する必要がなく、またガス化溶融炉ガス中のタールやチャー等の不純物生成を抑制して配管の汚れを防止し、水素製造設備を安定運転させ、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るガス化溶融炉ガスの利用方法を提供することにある。

このような課題を解決するための本発明の特徴は以下の通りである。
（１）、竪型の炉の底部にコークスの充填層を有し、該コークスの充填層の上に投入される廃棄物の堆積層を酸素含有ガスで部分燃焼して可燃ガスを得るコークスベッド方式のガス化溶融炉において、酸素濃度９０％以上の酸素を羽口から吹き込むことで前記堆積層上部の温度を８００℃以上に制御し、前記ガス化溶融炉から排出される可燃ガスであるガス化溶融炉ガスに含まれる水素ガスの少なくとも一部を分離するとともに、前記水素ガスを分離した残部であるオフガスを、発熱量３ＭＪ／ｍ³以下の製鉄所で使用されるガスと混合した混合ガスを、高炉ガスに混合して高炉ガス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。
（２）、水または水蒸気を酸素と共に羽口から吹き込むことで堆積層上部の温度を８００℃以上に制御することを特徴とする（１）に記載のガス化溶融炉ガスの利用方法。
（３）、製鉄所で使用される発熱量３ＭＪ／ｍ³以下のガスが、可燃分を含有しないガスであり、窒素、炭酸ガス、燃焼排ガス、アルゴンガスの中から選ばれる１種または２種以上を混合して用いることを特徴とする（１）または（２）に記載のガス化溶融炉ガスの利用方法。
（４）、混合ガスの発熱量が３．３〜４．５ＭＪ／ｍ³であることを特徴とする（１）ないし（３）のいずれかに記載のガス化溶融炉ガスの利用方法。
（５）、ガス化溶融炉ガスを、ガスホルダを介在させた配管網を通して、製鉄所で使用されるガスと混合することを特徴とする（１）ないし（４）のいずれかに記載のガス化溶融炉ガスの利用方法。
（６）、ガス化溶融炉ガスを、製鉄所で使用されるガスと混合する前に昇圧することを特徴とする（１）ないし（５）のいずれかに記載のガス化溶融炉ガスの利用方法。

本発明によれば、安価な水素ガスを製造するとともに、廃棄物から生成するガス化溶融炉ガスを製鉄所内で高炉ガスとして充分に有効に利用することができ、資源リサイクルが実現できる。また、タールやチャーなどの不純物の含有量が少ないガス化溶融炉ガスが得られるので、配管の汚れが防止でき、水素製造設備の運転が安定する。さらに、製鉄所における燃料ガスの全体としての供給量が増えるので、都市ガス、天然ガス、ＬＰＧ、重油等の従来製鉄所外部より購入していた燃料の使用量を大幅に削減することが可能となり製鉄コストが削減できる。特に重油の使用量の削減により、重油を燃焼することによって発生していたＮＯ_X、ＳＯ_X量も低減することができる。

まず、本発明で用いるガス化溶融炉とガス化溶融炉発生ガスについて説明する。

図１は本発明で用いるガス化溶融炉の一実施形態であり、ガス化溶融炉の構造を示す概略図である。ガス化溶融炉には、産業廃棄物、一般廃棄物、建設廃棄物、廃車や廃家電等の処理施設から発生するシュレッダーダスト、廃棄プラスチック、汚泥、汚染土壌などの難廃棄物等、多種の廃棄物が投入される。廃棄物ガス化溶融炉の上部からは、廃棄物と共にコークス及び石灰石等の副資材が投入される。なお石灰石は投入されない場合もある。１０５は廃棄物投入口、１０６はコークス・石灰石投入口であり、廃棄物がガス化したガス化溶融炉ガスは排出口１０７から排出される。

廃棄物ガス化溶融炉の内部構成は、上から生成されたガスの改質領域であるフリーボードＡ、廃棄物の乾燥及び熱分解領域である廃棄物の堆積層の上部（上部堆積層）Ｂ、廃棄物の高温燃焼及び溶融領域である廃棄物の堆積層の下部（下部堆積層）Ｃと、溶融分離領域であるコークス充填層Ｄという構成になっている。

フリーボードＡでは、三段羽口１０１より部分燃焼用酸素を送り、フリーボードＡの出口を所定の温度に制御する。フリーボードＡにおける高温還元雰囲気により、ダイオキシン類、タールが分解され、また大きなフリーボードＡ部分の炉内体積を大きくすることで排出ガスを均質及び低流速化してダストの飛散を防止する。

副羽口１０２から燃焼用酸素を吹き込むことによって上部堆積層Ｂ（すなわち副羽口１０２の付近とその上方の領域）が流動化する。上部堆積層Ｂの熱分解温度が８００℃以上になるように副羽口１０２から吹き込まれる燃焼用酸素の流量を調整する。この上部堆積層Ｂにおいて、廃棄物の水分は蒸発し、揮発分はガス化し、固定炭素及び灰分は炉底へ移動する。また上部堆積層Ｂを流動させることで廃棄物の棚吊り（例えば融着・閉塞）を防止している。

廃棄物の水分量が少ない場合等は、副羽口１０２をより上部に設置することで、上部堆積層Ｂに燃焼用酸素を吹き込むことなく、上部堆積層Ｂが撹拌されない状態とすることもできる。この場合は廃棄物中の小粒子がチャーとなって飛散するのを抑制でき、タールやチャーが発生した場合も直ちに分解することができる。

副羽口１０２よりも下方で主羽口１０３よりも上方の領域である下部堆積層Ｃでは、主羽口１０３から燃焼用酸素を吹き込み、コークス及び固定炭素を高温燃焼させ、灰分を溶融させる。消費されたコークスは上部から補充される。

コークス充填層Ｄでは、コークスの間を溶けたスラグが流下する。スラグは出滓口１０４より連続的又は間欠的に排出される。

本実施形態では、副羽口１０２から酸素濃度９０％以上の酸素を吹き込み、廃棄物がガス化する部分である上部堆積層Ｂの温度を８００℃以上に制御する。これにより、廃棄物がガス化する最初の時点において、タール及びチャーの発生を抑制する。タールやすすが発生すると、その分工業用ガスとして有効利用できないばかりか、その処理も必要になるため、廃棄物がガス化する時点においてタール及びチャーを発生させないことが重要である。

上部堆積層Ｂの温度を６００〜８００℃程度で廃棄物をガス化させる場合には、廃棄物のカーボン中の数十％がすすになりガス化されなくなる。これに対し、本実施形態のように上部堆積層Ｂの温度を８００℃以上にすると、すすの生成率を大幅に低減できる。すすの生成率は温度が高ければ高いほど低減できるが、８００℃以上にすることで効果的に低減できる。また１０００℃以上にすると、廃棄物の一部が溶融し、副羽口１０２上の上部堆積層Ｂ部分の炉壁にクリンカーが成長して棚つりの原因になってしまう場合があるので１０００℃以下が望ましい。

以上のように本発明では堆積層の上部を８００℃以上に加熱するが、タール及びチャーの発生を低減させるには、上部堆積層Ｂの温度を８００以上に設定する以外に酸素を供給することも必要である。例えば単なる乾留ではたとえ上部堆積層Ｂの温度を８００以上に設定しても、すすが生成されやすくなってしまう。すすの生成を低減させるのには、上部堆積層Ｂの温度を所定の温度に設定すると共に、酸素を供給して廃棄物と反応させて分解させることも必要である。

上部堆積層Ｂの雰囲気温度を調整するために、酸素と共に水又は水蒸気を併用して吹き込むことが望ましい。なお上部堆積層Ｂの温度は例えば炉壁から炉内に僅かに出た熱電対で直接測定することができる。

従来のガス化溶融炉では、廃棄物をガス化させ、そのガスを完全燃焼させ、その熱で蒸気を回収してタービンを回すのが一般的であったが、本発明では廃棄物をガス化させ、そのガスを可燃性の工業用ガスとして回収して製鉄所で利用する。副羽口１０２から空気ではなく酸素を吹き込むことで、窒素分が減り、高カロリーのガスを回収することができる。また回収されたガスは後工程で、ダイオキシン対策のため水等で急冷されるが、酸素を用いることで生成されるガスのボリュームを低減することができるので、冷却水も節約できる。さらにガスのボリュームを低減することで、空搭速度も小さくなり、ダストの飛散を防止するフリーボードＡの容積も大きくする必要がない。

主羽口１０３からも酸素が吹き込まれることが望ましい。コークスを燃焼させるために主羽口１０３からの送風量は大きく設定される。回収されるガスのボリュームを下げるためにも、主羽口１０３から空気ではなく、酸素を吹き込むのが望ましい。またすすの生成率からみても、下部堆積層Ｃで燃焼したガスが上部堆積層Ｂに上昇していくので、上部堆積層Ｂを窒素フリーにするために、主羽口１０３から空気ではなく酸素を吹き込むのが望ましい。

三段羽口１０１からも、生成されるガスのボリュームを下げ、高カロリーのガスを得るために酸素を吹き込むのが望ましい。三段羽口１０１及び主羽口１０３からは、各層の温度を調整するために酸素と共に水又は水蒸気を吹き込むことが望ましい。

ガス化溶融炉としては、図１に示すものの他に、廃棄物を副羽口１０２と三段羽口１０１０との中間の側壁から投入するもの等を用いることができる。廃棄物をフリーボードＡの上部から投入する場合、廃棄物がフリーボードＡに投入された瞬間に熱分解を受け、十分にガス化される前にバイパスして（すなわち上部堆積層Ｂに到達しないで）工業用ガスとともに回収されてしまうおそれがある。廃棄物を副羽口１０２の直上から投入することでこの問題を解決することができる。

なお図１に示すガス化溶融炉では、上下に３段の羽口１０１、１０２、１０３を設け、またコークスを浅く積み、廃棄物の高さが最上段の三段羽口１０１の高さ以下になるように調整しているが、羽口の段数、廃棄物の高さは様々に設定されてよい。例えば羽口は上下に２段に設けられてもよく、廃棄物の高さは上段の羽口よりも上方に位置してもよい。

上記のようなガス化溶融炉を用いて、堆積層の上部の温度を８００℃以上に制御し、且つ流動層に充分な酸素を供給することで、廃棄物のガス化に際してタール及びチャーの発生を最初から抑制して、タール及びチャーの少ないガス化溶融炉ガスが得られる。

廃棄物の堆積層の上部は、必ずしも流動化させる必要はないが、流動層とすることにより、廃棄物が炉の下側に移動しにくくなる棚吊り状態を防止することができる。

酸素ガスは工業的にある程度は酸素以外の成分を含有するものであるが、本発明で用いる酸素としてはすすの生成を充分に低減させるために酸素濃度が９０体積％以上の酸素ガスを用いるものとする。

上記のように、廃棄物のガス化に際してタールおよびチャーの発生を抑制させて生成されたガス化溶融炉ガス中に含まれる水素ガスをすべてまたは一部分離する。分離した水素ガスは別途利用することが望ましい。水素ガスの分離には、例えばＰＡＳ法による水素製造設備を用いることができる。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は、高炉ガスとして下記のようにして利用する。

製鉄所で使用される燃料ガス等のガスとして発熱量３ＭＪ／ｍ³（標準状態において：以下３ＭＪ／ｍ³ _Nと記載する）以下のガスを用いてオフガスと混合する。このようにして製造した混合ガスは、模擬高炉ガスとして利用可能であり、高炉ガスに混合して高炉ガスとして利用することができる。

発熱量３ＭＪ／ｍ³ _N以下のガスとしては、窒素、炭酸ガス、燃焼排ガス、アルゴンガス等の可燃分を含有しないガスを用いることが好ましい。発熱量３ＭＪ／ｍ³ _N以下のガスを１種または２種以上混合して用いることができる。

また、混合ガスの発熱量が高炉ガス相当である３．３〜４．５ＭＪ／ｍ³となるように、オフガスと発熱量３ＭＪ／ｍ³ _N以下のガスとを混合することが好ましい。または、混合ガスの燃焼速度が高炉ガス相当となるように、オフガスと発熱量３ＭＪ／ｍ³ _N以下のガスとを混合することが好ましい。

混合ガスを高炉ガスとして利用する際には、混合ガスの配管を製鉄所内の高炉ガス配管に接続すれば、設備コストをかけずに高炉ガスとして利用することができる。

オフガスを、ガスホルダを介在させた配管網を通して、製鉄所で使用されるガスと混合することが好ましく、オフガスを、製鉄所で使用されるガスと混合する前に昇圧することが好ましい。

次に、製鉄所におけるガス化溶融炉ガスの具体的な利用方法を図面を用いて詳細に説明する。

図２は、本発明の一実施形態であり、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。本実施形態において、高炉の配置は１基である。

図２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、ＣＯ₂、Ｈ₂、Ｎ₂から成る約３３５０ｋＪ／ｍ³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Ｈ₂、ＣＨ₄、ＣＯなどから成る約２０１００ｋＪ／ｍ³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、ＣＯ₂から成る約８４００ｋＪ／ｍ³の可燃性ガスであり、間欠的に発生する。つまり転炉の吹錬によりガスの発生がつねに変動する。

４ａは、製鉄所外から購入する外部購入燃料である都市ガスまたはプロパンガス（ＬＰＧ）である。都市ガスは天然ガス（ＬＮＧ）にＬＰＧを加えて燃料調整しているのが一般的である。外部購入燃料として燃料調整しない生のＬＮＧを購入しても本発明の適用は可能である。５ａは外部購入工業ガスである窒素（Ｎ₂）、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。

高炉ガスは、約３３５０ｋＪ／ｍ³と低カロリーであるため、高炉ガスのみをバーナに供給し空気とバーナで混合させて安定燃焼させるのは困難であるので、一般的には、燃焼性の良いコークス炉ガスや都市ガス、ＬＰＧと混合して、常温でもバーナで火炎が自己保持可能な燃料にして利用する。従来技術においては、高炉ガス１ａ、コークス炉ガス２ａ、転炉ガス３ａ、都市ガスまたはＬＰＧ４ａ、窒素５ａとをガスミキサ９で混合させ、ミックスガス（ＭＸＧ）９ａとして各工場４１〜４５に供給している。

都市ガスまたはＬＰＧは、主に高炉が休風等により高炉ガスや転炉ガスが発生しない場合に、圧延工場で必用な燃料を供給する為に使用され、Ｎ₂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。

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、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あり、上記で説明したようにタールやチャー等の配管の汚れを促進させる不純物を含まないガス化溶融炉ガスを回収でき、発生ガスの性状は約８０００〜１１０００ｋＪ／ｍ³であり、炉下部においては、コークスおよび炭素分の燃焼により、廃棄物の灰分を溶融し、出滓口より排出するものである。

１１、１２、１３、１４は、各炉で発生する可燃性ガス（燃料ガス）を無害化・燃焼放散する為の燃焼放散塔、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ガス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。

２１は、高炉ガス（ＢＦＧ）を一時貯蔵・払出しするバッファーとして機能する容器であるＢＦＧホルダ、２２は、コークス炉ガス（ＣＯＧ）を一時貯蔵・払出しするバッファーとして機能する容器であるＣＯＧホルダ、２３は、転炉ガス（ＬＤＧ）を一時貯蔵・払出しするバッファーとして機能する容器であるＬＤＧホルダ、２４は、ガス化溶融炉ガスから水素分全てまたは一部を分離した後のオフガスを一時貯蔵・払出しするバッファーとして機能する容器であるオフガスホルダである。特に、ガス化溶融炉ガスはガス発生量の変動が大きいため、オフガス発生量の変動も大きくミックスガスとしてガス混合を安定して行うために、ガスホルダをガス化溶融炉とガスミキサの間に配置しガスの一時貯蔵・払出しを逐次行う事で発生量変動とガスミキサへ供給するガス化溶融炉ガスの使用量との差を吸収する。また、水素製造設備へのガス化溶融炉ガスの発生量変動を吸収する為にガス化溶融炉と水素製造設備の間にガス化溶融炉ガスホルダ２５を配置しても良い。これら各ガスホルダ２１〜２４は、内部ガス圧が６５ｋＰａと低圧に保持されている。ガスホルダのシール機構を簡便化する為に６５ｋＰａと低圧に設計している。

８は、ガス化溶融炉７とオフガスホルダ２４との間に直列に配置された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、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）の必用があるため、入口でコンプレッサ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をすべ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いた０．７ＭＰａである。本実施形態では、ＰＳＡ方式の水素製造設備を適用しているがその他の水素製造設備を配置しても本発明と同様なガス化溶融炉ガスの利用は可能である。

また、ガス化溶融炉ガス７ａから水素ガス８ａを分離した残りであるオフガス８ｂは、油シールの低圧乾式ガスホルダからなる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配置されている。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水素製造プラント入口で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も可能である。

３１、３２、３３は、ＢＦＧ配管、ＣＯＧ配管、およびＬＤＧ配管にそれぞれ配置された昇圧機、すなわち、ガスブロワで、これらのブロワ３１〜３３は、それぞれのガス圧を約６５ｋＰａから約１２０ｋＰａに昇圧してガスミキサに供給するものである。３４は、オフガス配管網内においてオフガスホルダ２４と直列に配置された昇圧機であるブロワである。ブロワ３４を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為、ガスミキサ前に昇圧機を配置して、ガスミキサに供給するガス化溶融炉ガス圧力を安定化させる必要があるからである。

９は、各ブロワ３１〜３３により昇圧されたガス（ＢＦＧ、ＣＯＧ、ＬＤＧ、ガス化溶融炉ガス）、都市ガス（又は、ＬＮＧ、ＬＰＧ）および窒素（Ｎ₂）が送りこまれるガスミキサである。

１０は、ガスブロワ３４により昇圧されたオフガス８ｂ、都市ガス（又は、ＬＮＧ、ＬＰＧ）４ａおよび窒素（Ｎ₂）５ａが送りこまれるガスミキサである。発熱量変動を吸収する為に、オフガス８ｂに、製鉄所で使用される各種ガスの中から選択したガスを混合することで、下記（イ）〜（ハ）の燃料性状を安定させた混合ガスである模擬高炉ガスとして製鉄所内工場、たとえば発電所４５へ供給する機能を有している。図２においては、オフガスに主として窒素５ａを混合し、必要に応じて都市ガスまたはＬＰＧを混合している。

（イ）発熱量：発熱量が一定の範囲となるように、オフガスに、製鉄所で使用される各種ガスを混合する。

（ロ）ウオッペインデックス（Ｗ．Ｉ．）：ウオッペインデックス、すなわち（発熱量／√ガス密度）が一定の範囲となるように、オフガスに、製鉄所で使用される各種ガスを混合する。

（ハ）Ａ０/√γ：Ａ０√γとは、すなわち（理論空気量／√ガス密度）であり、Ａ０√γが一定の範囲となるように、オフガスに、製鉄所で使用される各種ガスを混合する。

つまり、ガスミキサ１０は、（イ）〜（ハ）の燃料性状が一定の範囲となるようにオフガスに、製鉄所で使用される各種ガスを混合することで、燃料性状を高炉ガスに近いものとする。上記（イ）〜（ハ）の中から選ばれる１つ以上が一定の範囲になるように混合することが望ましいが、（イ）〜（ハ）のすべてが一定の範囲になるように混合することが最も望ましい。

上記のようにしてオフガス８ｂを製鉄所で使用される各種ガスと混合して高炉ガスとして使用することで、オフガス８ｂの発生量や発熱量の変動を吸収して、燃焼性状の安定した模擬高炉ガスとして利用することができる。また、既設の高炉ガスのガス供給網を利用できるので、最低限のガス管の設置でガス化溶融炉ガスを利用できる。

ここで、製鉄所で使用される各種ガスとは、ＣＯＧ、ＬＤＧ、都市ガス（又は、ＬＮＧ、ＬＰＧ）、および窒素（Ｎ₂）、炭酸ガス、燃焼排ガス、アルゴンガスであり、窒素（Ｎ₂）、炭酸ガス、燃焼排ガス、アルゴンガスは比較的発熱量の少ない低カロリーガスであり、都市ガス（又は、ＬＮＧ、ＬＰＧ）、または、コークス炉ガス（ＣＯＧ）は比較的発熱量の多い高カロリーガスである。高炉ガス（ＢＦＧ）は比較的発熱量の少ない低カロリーガスであり、燃料性状を安定化させる具体的手段は、オフガスのカロリーに応じて、高カロリーガスと低カロリーガスとを適宜選択して混合ガスが所定のカロリーを有するように調整するものである。したがって、オフガスのカロリーが高い場合は窒素（Ｎ₂）、炭酸ガス、燃焼排ガス、アルゴンガス等を、オフガスのカロリーが低い場合は都市ガス（又は、ＬＮＧ、ＬＰＧ）、または、コークス炉ガス（ＣＯＧ）等を混合することが望ましい。

そして、高カロリーガスとしてコークス炉ガス（ＣＯＧ）を優先使用することで、外部購入燃料である都市ガス（又は、ＬＮＧ、ＬＰＧ）の量を削減することができる。

発電所４５には、ミックスガス（ＭＸＧ）９ａ以外に、模擬高炉ガス（ＢＦＧ）１ａ、コークス炉ガス（ＣＯＧ）２ａ、および転炉ガス（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およびタービンが配置されている。発電所４５では、通常はミックスガス（ＭＸＧ）の他に、模擬高炉ガス（ＢＦＧ）、コークス炉ガス（ＣＯＧ）、及び転炉ガス（ＬＤＧ）を優先的に燃料ガスとして使用して、製鉄所が使用する電力を発電するのに必用な燃料の不足分として重油を供給して発電している。

本発明のように、タールやチャーなど配管の汚れを促進する不純物の少ないガス化溶融炉ガスを使用することでガス配管網に汚れが付着しバルブ動作の不具合が発生することなく水素製造プラントに供給する事により、製鉄所全体として燃料ガス全体としての供給量を増やすことができ、製鉄所外部より購入していた重油の量を削減する事ができる。

また、重油の使用量削減により、発電所から発生する重油起因で増大していたＮＯ_X、ＳＯ_X量も低減することができる。

さらに、高炉休風時にガス化溶融炉ガスを利用することで、都市ガスやＬＰＧの使用量を削減することも可能である。

ガス化溶融炉の構造を示す概略図。 製銑・製鋼一貫製鉄所における燃料の流れを示す図。

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（Ｎ２）
６ 重油タンク
６ａ 重油
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）
１０ ガスミキサー
１１ フレアスタック
１２ フレアスタック
１３ フレアスタック
１４ フレアスタック
２１ ＢＦＧホルダ
２２ ＣＯＧホルダ
２３ ＬＤＧホルダ
２４ オフガスホルダ
２５ ガス化溶融炉ガスホルダ
３１ ガスブロワ
３２ ガスブロワ
３３ ガスブロワ
３４ ガスブロワ
４１ 製銑工場
４２ 製鋼工場
４３ 鋼板工場
４４ 鋼管条鋼工場
４５ 発電所
５１ コンプレッサ
５２ 膨張タービン
１０１ 三段羽口
１０２ 副羽口
１０３ 主羽口
１０４ 出滓口
１０５ 廃棄物投入口
１０６ 投入口
１０７ 排出口
Ａ フリーボード
Ｂ 上部堆積層
Ｃ 下部堆積層
Ｄ コークス充填層

Claims (6)

1. 竪型の炉の底部にコークスの充填層を有し、該コークスの充填層の上に投入される廃棄物の堆積層を酸素含有ガスで部分燃焼して可燃ガスを得るコークスベッド方式のガス化溶融炉において、酸素濃度９０％以上の酸素を羽口から吹き込むことで前記堆積層上部の温度を８００℃以上に制御し、前記ガス化溶融炉から排出される可燃ガスであるガス化溶融炉ガスに含まれる水素ガスの少なくとも一部を分離するとともに、前記水素ガスを分離した残部であるオフガスを、発熱量３ＭＪ／ｍ³以下の製鉄所で使用されるガスと混合した混合ガスを、高炉ガスに混合して高炉ガス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。
2. 水または水蒸気を酸素と共に羽口から吹き込むことで堆積層上部の温度を８００℃以上に制御することを特徴とする請求項１に記載のガス化溶融炉ガスの利用方法。
3. 製鉄所で使用される発熱量３ＭＪ／ｍ³以下のガスが、可燃分を含有しないガスであり、窒素、炭酸ガス、燃焼排ガス、アルゴンガスの中から選ばれる１種または２種以上を混合して用いることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガス化溶融炉ガスの利用方法。
4. 混合ガスの発熱量が３．３〜４．５ＭＪ／ｍ³であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のガス化溶融炉ガスの利用方法。
5. ガス化溶融炉ガスを、ガスホルダを介在させた配管網を通して、製鉄所で使用されるガスと混合することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のガス化溶融炉ガスの利用方法。
6. ガス化溶融炉ガスを、製鉄所で使用されるガスと混合する前に昇圧することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のガス化溶融炉ガスの利用方法。

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