JP2006206840A - 統合型ガス化炉及びその操業方法 - Google Patents

Abstract

【課題】、統合型ガス化炉において、ガス化室の流動化ガスを低コストで供給可能とするとともに、高炉ガス及び転炉ガスの有効利用を図る。
【解決手段】１つの流動床炉内に、有機性廃棄物を熱分解してガス化するガス化室１と、有機性廃棄物の熱分解により生成し流動媒体に随伴する随伴物を燃焼する燃焼室２とを備え、流動媒体をガス化室１と燃焼室２との間で循環させる統合型ガス化炉において、ガス化室１の流動化ガスとして、水蒸気と、高炉からの高炉ガス及び／又は転炉からの転炉ガスを供給する。
【選択図】図１

Description

本発明は、廃プラスチック、木材等の有機性廃棄物を熱分解してガス化するガス化炉に関し、とくに、有機性廃棄物を熱分解してガス化するガス化室と有機性廃棄物の熱分解により生成し流動媒体に随伴するチャーやタールを燃焼する燃焼室とを１つの流動床炉内に備えた統合型ガス化炉及びその操業方法に関する。

プラスチック、木材等の有機性廃棄物の処理方法として、有機性廃棄物をガス化炉にて熱分解・ガス化し可燃性ガスを取り出す方法が知られている。このガス化炉として、特許文献１には、有機性廃棄物等の燃料を熱分解してガス化するガス化室と有機性廃棄物の熱分解により生成し流動媒体に随伴するチャーやタールを燃焼する燃焼室とを１つの流動床炉内に備えた統合型ガス化炉が開示されている。

このような統合型ガス化炉においては、ガス化室の流動化ガスとして、ガス化反応（Ｃ＋Ｈ_２Ｏ→ＣＯ＋Ｈ_２）に寄与する水蒸気の他に、流動化状態維持に寄与するＣＯ_２、Ｎ_２、自己発生ガス等の酸素分子を含まないガスが必要である。

しかし、流動化ガスとしてＣＯ_２あるいはＮ_２を使用する場合、ＣＯ_２、Ｎ_２は高価であり、かつそのガスの発生装置が必要であるという問題があり、加えて、ガス化室で生成する可燃性ガスが希釈されガスカロリーの低下を招くという問題がある。また、流動化ガスとして自己発生ガス、すなわちガス化室で生成したガスを循環使用する場合、ブロワ等のガス循環装置が必要になるという問題がある。このようなことから、低コストで供給可能な流動化ガスが求められている。

一方、製鉄所で発生する高炉ガス及び転炉ガスは、ＣＯ等の可燃性ガスを含有するが、ＣＯはカロリーが低く、さらに、高炉ガスはそのＣＯの含有比率が低いためカロリーが低くて燃焼性が悪く、また輝炎を発しないため、単独では加熱炉用の燃料ガスとしては使用できない。そのため、加熱炉用の燃料ガスとして使用する場合、コークス炉ガス等の高カロリーのガスを混合してカロリーアップ後に使用する。

しかし、コークス炉ガスは量に制約がありコストも高いという問題があり、また、都市ガス等を購入して使用する場合は高価でさらにコストが高くなるという問題がある。そのため、高炉ガス及び転炉ガスの他の有効利用方法が求められている。
特開平１１−１８１４５０号公報

本発明が解決しようとする課題は、統合型ガス化炉において、ガス化室の流動化ガスを低コストで供給可能とするとともに、高炉ガス及び転炉ガスの有効利用を図ることにある。

上記課題を解決するため、本発明は、１つの流動床炉内に、有機性廃棄物を熱分解してガス化するガス化室と、有機性廃棄物の熱分解により生成しガス化室の流動媒体に随伴する随伴物を燃焼する燃焼室とを備え、流動媒体をガス化室と燃焼室との間で循環させる統合型ガス化炉において、ガス化室の流動化ガスとして、水蒸気と、高炉からの高炉ガス及び／又は転炉からの転炉ガスを供給する手段を設けたことを特徴とする。

また、本発明は、前記統合型ガス化炉の操業方法において、ガス化室の流動化ガスとして、水蒸気と、高炉からの高炉ガス及び／又は転炉からの転炉ガスを供給することを特徴とする。

本発明においては、ガス化室の流動化ガスとして、高炉ガス及び／又は転炉ガスにコークス炉からのコークス炉ガスを混合したガスを使用することができる。

また、水蒸気の供給量が有機性廃棄物のガス化反応に必要な量となり、高炉ガス及び／又は転炉ガス、又はこれにコークス炉ガスを混合したガスの供給量が流動媒体の流動化及び循環に必要なガス量の不足分となるように、それぞれの供給量を調節するようにすることができる。

さらに、ガス化室に供給する流動化ガスの少なくとも一部を、燃焼室の燃焼熱又は廃熱を利用して間接熱交換により予熱することができる。

本発明によれば、ガス化室の流動化ガスとして高炉ガス、転炉ガスを使用するので、ＣＯ_２、Ｎ_２等の高価なガス及びガス発生装置が不要であり、また、自己発生ガスを循環するガス循環装置も不要であり、流動化ガスを低コストで供給することができる。

また、流動化ガスとしてＣＯ_２、Ｎ_２を使用した場合に比べ、転炉ガス、高炉ガスの持つカロリー分だけ、ガス化室より得られるガスのカロリーを高めることができる。言い換えれば、転炉ガス、高炉ガスのカロリーを高めることができ、その有効利用につながる。

以下、図面に示す実施例に基づき本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明の統合型ガス化炉を示す概略構成図である。統合型ガス化炉は、ガス化室１と燃焼室２を１つの流動床炉内に備える。ガス化室１と燃焼室２とは仕切壁３によって隔離されている。

ガス化室１には廃プラスチック等の有機性廃棄物が投入され、投入された有機性廃棄物はガス化室１内の流動媒体との接触伝熱によって加熱され、熱分解、ガス化される。生成した熱分解ガス（可燃性ガス）はガス化室１から排出され、回収される。一方、熱分解により生成したチャーやタールは一部が流動媒体（実施例では砂）に付随して流動媒体とともに仕切壁３の開口部（図示せず）から燃焼室２に流入し、燃焼室２内で燃焼する。このチャーやタールの燃焼によって加熱された燃焼室２内の流動媒体は、仕切壁３の開口部（図示せず）からガス化室２に流入する。このように、流動媒体はガス化室１と燃焼室２との間で循環し、その循環の途中、燃焼室２内にてチャーやタールの燃焼によって加熱される。

このような統合型ガス化炉においては、ガス化室１の流動化ガスとして、ガス化反応（Ｃ＋Ｈ_２Ｏ→ＣＯ＋Ｈ_２）に寄与する水蒸気の他に、酸素分子を含まないガスを補填して流動化状態を維持することが必要である。図２には、必要な流動化ガス量と有機性廃棄物の処理量との関係を示す。同図に示すように、流動化ガスとしては有機性廃棄物の処理量に比例する量の水蒸気が必要であり、流動化状態を維持するために必要な流動化ガス量（トータル）と水蒸気量の差が、酸素分子を含まないガスで補填する必要のあるガス量である。これを本発明では、高炉ガス若しくは転炉ガス、又はその両方で補填する。

なお、ガス化室１における流動状態を維持するためにはある一定量以上の流動化ガスを供給し続ける必要があり、高炉ガス主体の低カロリーガスを用いて流動化を図る場合には高炉ガスはカロリーアップするが、一方で、得られるガスのカロリーが若干希釈され、得られるガスのカロリーには上限がある。そこで、得られるガスをさらに高カロリー化する場合には、図１に示すように、高炉ガス若しくは転炉ガス、又はその両方に、コークス炉ガス配管１４からのコークス炉ガスを混合し低カロリーガスの割合を減らすことでカロリーの向上を図ることが可能となる。

ここで、流動化維持のためにガス補填量を調整することが必要な理由を説明する。まず、ガス化炉での熱分解・ガス化に必要な操作熱量は、図３に示すように、炉放熱、熱分解熱、ガス顕熱の３種類で構成され、熱分解熱とガス顕熱は処理量に比例するので、処理量の増加に伴い、ガス化炉操作熱量が一次関数で増える。また、上記ガス化炉操作熱量は、ガス化室及び燃焼室の流動媒体の温度差と循環量の積で供給されるが、定常状態で温度差が一定の条件下では、図４に示すように流動媒体の循環量に比例する。さらに、図５に示すように、流動化状態の維持に必要な流動化ガス量には流動媒体の循環量に依存する部分と流動媒体の循環量に依存しない部分があり、後者は炉床面積に対応して一定となるが、前者は流動媒体の循環量に応じて増加する。このように有機性廃棄物の処理量が増加すると、流動媒体の循環量を増加させる必要性から、そのための流動化ガス量が増加する。その流動化ガス量の変化は、図２に示すガス化剤としての水蒸気量変化とは一致せず、また、水蒸気量よりも流動化ガス量が多くなるようにシステム設計されるので、流動化維持のためにガス補填量を調整する必要性が生じる。また、ガス化室に補填するガスは、燃焼反応が起こらないように、酸素分子を含まないガスとする必要がある。

本発明では有機性廃棄物の処理量に応じ、ガス化室１の流動化ガスの内訳としてガス化反応に必要な水蒸気量を求め、上述のように、必要な流動化ガス量と水蒸気量の差、すなわち不足分を高炉ガス及び／又は転炉ガス、又はこれにコークス炉ガスを混合したガス（以下「高炉ガス等」という。）で補填する。この水蒸気と、高炉ガス等の流量計算は制御装置４にて行うことができ、流量制御は水蒸気配管５と高炉ガス（転炉ガス）配管６とコークス炉ガス配管１４にそれぞれ設けた流量調節バルブ７，８，１５の開度を制御装置４にて調節することによって行うことができる。

実操業上は、水蒸気量は処理量計測装置９によって計測した処理量に比例して設定し、ガス分析計１０による生成ガス組成分析、温度計１１（Ｔｇｓ，Ｔｇｇ）によるガス化室温度等の計測値によって補正することができる。流動化ガス量は、炉床面積と処理量により設定し、温度計１１（Ｔｇｓ，Ｔｇｇ）によるガス化室の温度情報、温度計１１（Ｔｃｓ，Ｔｃｇ）による燃焼室の温度情報及び流動化状態計測情報によって補正することができる。流動化状態は、流動化ガス流量と差圧計１２で計測する流動媒体層差圧の関係及びＩＴＶ１３の観察により計測できる。

なお、燃焼室２の流動化ガスとしては、流動媒体に随伴するチャーやタールを燃焼するために実施例では空気を導入し、燃焼排ガスはガス化室１からの熱分解ガスとは別系統で排出される。

図６は、本発明の統合型ガス化炉の別実施例を示す概略構成図である。図６において図１に示した構成と同一の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。

図６に示す実施例では、ガス化室１の流動化ガスとして供給する水蒸気及び高炉ガス等を燃焼室２の燃焼熱又は廃熱を利用して間接熱交換により予熱するようにしている。水蒸気は、燃焼室２内に設けた水蒸気予熱装置１６によって燃焼室２の燃焼熱を利用して予熱される。高炉ガス等は、燃焼室２の廃熱で得られた水蒸気を利用した第１ガス予熱装置１７、及び燃焼室２の廃熱を直接利用した第２ガス予熱装置１８によって予熱される。

この実施例においても図１の実施例と同様に、水蒸気及び高炉ガス等の流量制御は水蒸気配管５と高炉ガス（転炉ガス）配管６とコークス炉ガス配管１４にそれぞれ設けた流量調節バルブ７，８，１５の開度を制御装置４にて調節することによって行う。

本発明の統合型ガス化炉を示す概略構成図である。 統合型ガス化炉において必要な流動化ガス量と有機性廃棄物の処理量との関係を示す。 有機性廃棄物の処理量とガス化炉操作熱量の関係を示す。 ガス化炉操作熱量と流動媒体循環量との関係を示す。 流動媒体循環量と流動化ガス量との関係を示す。 本発明の統合型ガス化炉の別実施例を示す概略構成図である。

符号の説明

１ ガス化室
２ 燃焼室
３ 仕切壁
４ 制御装置
５ 水蒸気配管
６ 高炉ガス（転炉ガス）配管
７、８ 流量調節弁
９ 処理量計測装置
１０ ガス分析計
１１ 温度計
１２ 差圧計
１３ ＩＴＶ
１４ コークス炉ガス配管
１５ 流量調節バルブ
１６ 水蒸気予熱装置
１７ 第１ガス予熱装置
１８ 第２ガス予熱装置

Claims (8)

1. １つの流動床炉内に、有機性廃棄物を熱分解してガス化するガス化室と、有機性廃棄物の熱分解により生成し流動媒体に随伴する随伴物を燃焼する燃焼室とを備え、流動媒体をガス化室と燃焼室との間で循環させる統合型ガス化炉において、
   ガス化室の流動化ガスとして、水蒸気と、高炉からの高炉ガス及び／又は転炉からの転炉ガスを供給する手段を設けたことを特徴とする統合型ガス化炉。
2. ガス化室の流動化ガスとして、高炉ガス及び／又は転炉ガスにコークス炉からのコークス炉ガスを混合する手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載の統合型ガス化炉。
3. 水蒸気の供給量が有機性廃棄物のガス化反応に必要な量となり、高炉ガス及び／又は転炉ガス、又はこれにコークス炉ガスを混合したガスの供給量が流動媒体の流動化及び循環に必要なガス量の不足分となるように、それぞれの供給量を調節する手段を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の統合型ガス化炉。
4. ガス化室に供給する流動化ガスの少なくとも一部を、燃焼室の燃焼熱又は廃熱を利用して間接熱交換により予熱する手段を設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の統合型ガス化炉。
5. １つの流動床炉内に、有機性廃棄物を熱分解してガス化するガス化室と、有機性廃棄物の熱分解により生成し流動媒体に随伴する随伴物を燃焼する燃焼室とを備え、流動媒体をガス化室と燃焼室との間で循環させる統合型ガス化炉の操業方法において、
   ガス化室の流動化ガスとして、水蒸気と、高炉からの高炉ガス及び／又は転炉からの転炉ガスを供給することを特徴とする統合型ガス化炉の操業方法。
6. ガス化室の流動化ガスとして、高炉ガス及び／又は転炉ガスにコークス炉からのコークス炉ガスを混合することを特徴とする請求項５に記載の統合型ガス化炉の操業方法。
7. 水蒸気の供給量を有機性廃棄物のガス化反応に必要な量とし、高炉ガス及び／又は転炉ガス、又はこれにコークス炉ガスを混合したガスの供給量を流動媒体の流動化及び循環に必要なガス量の不足分とすることを特徴とする請求項５又は６に記載の統合型ガス化炉の操業方法。
8. ガス化室に供給する流動化ガスの少なくとも一部を、燃焼室の燃焼熱又は廃熱を利用して間接熱交換により予熱することを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載の統合型ガス化炉の操業方法。

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