JP2006212523A - 流動層ガス化炉、並びに廃棄物複合ガス化処理システム及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ガス化剤の使用量の適正化を図り、効率の良いガス化を達成できる流動層ガス化炉の提供、及び流動層ガス化炉を備えたガス化処理系統とメタン発酵槽を備えたメタン発酵処理系統からなるシステムを構築するにあたって、これらの処理系統にて発生する生成物を有効利用し、環境保全の観点から資源の有効利用及び排出物の減量化が可能である複合廃棄物ガス化処理システム及び方法の提供。
【解決手段】 有機系固形廃棄物をガス化する流動層ガス化炉１０を備えたガス化処理系統と、湿潤系廃棄物をメタン発酵処理するメタン発酵槽３０を備えたメタン発酵処理系統と、を備えた複合廃棄物ガス化処理システムにおいて、前記メタン発酵槽３０にて発生した発酵ガスからメタンガスと二酸化炭素とを分離するＶＰＳＡ装置３１を設け、分離した二酸化炭素を流動層ガス化炉に送給し、流動化ガスとして利用する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、有機系固形廃棄物を流動化ガスにより流動させながらガス化する流動層ガス化炉に関し、さらに該流動層ガス化炉を備えたガス化処理系統と、湿潤系廃棄物をメタン発酵処理するメタン発酵槽を備えたメタン発酵処理系統とからなる廃棄物複合ガス化処理システム及び方法に関する。

従来、都市ごみ、下水汚泥、バイオマス、産業廃棄物などの有機系固形廃棄物からエネルギ回収を図るために、廃棄物を加熱して熱分解するとともに改質し、可燃性ガス（ガス化ガス）を回収するガス変換技術が環境保全及び省資源の観点から注目されている。
このガス化処理は、廃棄物が供給されたガス化炉内に水蒸気、酸素、空気等のガス化剤を導入してガス化反応を行ってガス化ガスを生成するものである。ガス化ガスはガス化炉の後段でクラッキング装置等の改質炉にてＣＯ、Ｈ_２リッチな改質ガスに改質される。このようにして得られた改質ガスは、発電機を駆動する蒸気タービンに蒸気を送るボイラに導入された後、バグフィルタ、ガス精製装置等にてガス中の不純物を取り除かれ、燃料ガスとして発電装置等に送給される。即ち、ガス化ガスはガスエンジン又はガスタービン等の内燃機関、熱サイクル機関、或いは熱源機器に利用され、ガス化ガスの熱エネルギは蒸気等の熱媒体又は電力等のエネルギ形態に変換されて有効利用される。

このようなガス化処理としては様々な種類が提案、実用化されており、その一つとして、廃棄物を流動させながら部分燃焼により直接加熱してガス化する流動層ガス化炉がある（特許文献１参照）。
これは、酸素と水蒸気との混合ガスであるガス化剤を炉下方から導入し、廃棄物を流動させながら加熱してガス化する装置であり、撹拌効果が大きく効率良くガス化反応することができる。このとき、廃棄物は例えば４００〜８００℃程度に加熱されながら熱分解されてガス状物質となり、前記ガス化剤の酸素及び水蒸気と接触するとともにその一部が炉内で燃焼される。また、改質炉では、燃焼反応及び水性ガス化反応（改質反応）が行なわれ、一酸化炭素、水素、メタン、エタン、二酸化炭素等を含むガス化ガスと、タールや煤などの未燃固形物と、飛灰と、不燃物を生じる。

前記不燃物は、ガス化炉の下部から系外へと排出される。一方、前記ガス化ガスと未燃固形物と飛灰はガス化炉の上部から後段の改質炉に送給される。改質炉では酸素（又は空気）と水蒸気の混合ガスであるガス化剤が炉内に供給されており、このガス化剤によりガス化ガスは水性ガス化反応がなされる。即ち、ガス化ガス中のメタン、エタン、タール、煤などの未燃固形物は低分子化されてクリーンなＣＯ、Ｈ_２リッチガスを含む改質ガスが生成される。
このような流動層ガス化炉を利用した装置では流動層ガス化炉にガス化剤が供給されるが、ガス化剤は廃棄物をガス化するだけでなく炉内の廃棄物を流動させるための作用も担っており、その流動性を保つためにガス化に必要な量よりも過剰な量が導入されていた。その結果、廃棄物の部分燃焼率が高まり、ガス化ガスの有するカロリーを低下させるという問題があった。

一方、有機系廃棄物のうち含水率が高い湿潤廃棄物は、ガス化に利用する場合には乾燥に多大な熱エネルギーを要するため、廃棄物からエネルギを回収する際にはメタン発酵処理が適している。メタン発酵処理では、嫌気性条件下で微生物の作用により廃棄物中の有機物を分解し、メタンガスを燃料ガスとして回収する。
従って各種廃棄物を総合的に処理する場合には、特許文献２（特開２００１−２７６７７２号公報）に記載されるように、ガス化処理とメタン発酵処理とを組み合わせた方法を用いること好ましい。特許文献２では、湿潤有機性廃棄物をメタン発酵槽でメタン発酵してメタンガスを回収するとともに、固形有機廃棄物をガス化炉でガス化してガス化ガスを回収し、これらの燃料ガスをガスタービンに導入し、ガスタービンに連結された発電機で電力を発生させる。また特許文献２では、メタン発酵残渣はガスタービン排ガスの熱を利用して乾燥し、さらに、発生電力は系内で利用し、発電機からの排熱で発酵槽を加温する構成についても提案している。

特許第３０７９０５１号公報 特開２００１−２７６７７２号公報

上記したように、ガス化処理にて流動層ガス化炉を用いる場合、ガス化剤を流動化ガスとして用いるとガス化剤の供給量が過剰となり、燃料ガスが低カロリー化してしまい、また有効な燃料ガスの回収が減少してしまうという問題があった。そこで、排ガスを流動化ガスとして使用する方法も考えられるが、排ガス中には不純物が多く、燃料ガスの回収率低下、品質低下及び後段の装置の劣化を招く惧れがある。
従って、本発明は上記従来技術の問題点に鑑み、ガス化剤の使用量の適正化を図り、効率の良いガス化を達成でき、且つ高品質な燃料ガスを回収することができる流動層ガス化炉を提供することを目的とする。

また、他の目的として、前記流動層ガス化炉を備えたガス化処理系統とメタン発酵槽を備えたメタン発酵処理系統からなる複合ガス化処理システムを構築するにあたって、これらの処理系統にて発生する生成物を有効利用し、環境保全の観点から資源の有効利用及び排出物の減量化が可能である複合廃棄物ガス化処理システム及び方法を提供することを目的とする。

そこで、本発明はかかる課題を解決するために、
炉下方の流動化ガス導入口より流動化ガスを導入して有機系固形廃棄物を流動させながら加熱し、ガス化剤の導入により該廃棄物をガス化する流動層ガス化炉において、
前記流動化ガスとしてガス化処理系外から供給される二酸化炭素を前記流動化ガス導入口より炉内に導入するようにしたことを特徴とする。
本発明によれば、流動化ガスとして水蒸気、酸素に代わって二酸化炭素を導入することにより、ガス化剤を過剰に用いることなくその使用量を最適化することができ、効率良くガス化を行なうことができる。さらに、ガス化剤の適正化が可能となることにより、ガス化反応効率が向上する。また、二酸化炭素は不活性ガスであるため主に流動化用として利用されるが、反応熱を与えられることによりガス化反応を示し、一酸化炭素を生成する場合もあり、燃料ガスの回収率が増加するという利点も有する。

また、前記流動層ガス化炉を備えたガス化処理系統と、湿潤系廃棄物をメタン発酵処理するメタン発酵槽を備えたメタン発酵処理系統と、を備えた複合廃棄物ガス化処理システムにおいて、
前記メタン発酵槽にて発生した発酵ガスからメタンガスと二酸化炭素とを分離するガス分離装置と、該分離した二酸化炭素を前記流動化ガス導入口に送給する二酸化炭素送給ラインと、を備えたことを特徴とする。
さらに、前記ガス分離装置が、前記発酵ガスを流通させる処理槽と、該処理槽内を減圧排気する減圧排気手段と、該処理槽内部に設けられた二酸化炭素吸着剤と、を備え、真空圧力スイング吸着法により前記発酵ガスに含有される二酸化炭素を前記二酸化炭素吸着剤にて選択的に吸着、分離することが好ましい。

本発明によれば、メタン発酵処理系統にて発生した発酵ガスのうち二酸化炭素を分離回収し、ガス化処理系統の流動化ガスとして利用することにより、外部から二酸化炭素を供給することなくシステム内で発生した二酸化炭素を有効利用できる。このように、本発明によれば、ガス化処理系統とメタン発酵処理系統とを有機的に結合して生成物を有効利用することにより、資源の循環サイクルが形成され、資源の有効利用及び排出物の減量化が達成できる。
また、前記発酵ガスに含有される二酸化炭素を真空圧力スイング吸着法により選択的に分離、回収することにより、濃度の高い二酸化炭素を回収することができる。勿論、燃料ガスとしてメタンガスを回収することもでき、常に高純度の燃料ガスを得ることが可能である。

さらにまた、前記流動層ガス化炉に導入するガス化剤が酸素と水蒸気であって、
前記流動層ガス化炉が、炉内への二酸化炭素導入量を制御するＣＯ_２導入量制御手段と、炉内への酸素導入量を制御するＯ_２導入量制御手段と、炉内への水蒸気導入量を制御するＨ_２Ｏ導入量制御手段と、を備え、夫々の導入量制御手段が独立制御されるようにしたことを特徴とする。
このように、流動層ガス化炉内への二酸化炭素導入量、酸素導入量、水蒸気導入量を夫々独立して制御することにより、水蒸気量、酸素量の適正化、及び最適な流動化が可能となり、高効率ガス化が達成できる。
尚、前記二酸化炭素導入量は流動層内への廃棄物投入量及び流動媒体量に基づき制御され、前記酸素導入量は廃棄物投入量に基づき制御され、さらに前記水蒸気導入量は廃棄物中の全炭素量に基づき制御されることが好ましい。

また、前記流動層ガス化炉を含むガス化処理系統から発生した灰を湿式洗浄する灰洗浄手段が設けられた複合廃棄物ガス化処理システムであって、
前記灰洗浄手段は、前記ガス分離装置により分離回収した二酸化炭素が導入され、前記灰を二酸化炭素の存在下で湿式洗浄する構成であることを特徴とする。
従来は、このような廃棄物熱処理設備から排出される灰は、セメント原料、細骨材等にて再利用する際に品質に悪影響を与える重金属類、塩素を高濃度で含有するため、これらを水で洗浄処理することにより洗い流していた。しかし、灰中の塩素については、水洗浄時に難溶性のフリーデル氏塩が形成され、水洗のみでは溶出せず灰中に残留してしまう場合がある。

本発明によれば、上記したように灰を水等の洗浄溶液にて懸濁洗浄する際に、二酸化炭素を供給して二酸化炭素存在下で洗浄することにより、灰中のフリーデル氏塩を炭酸塩化し、塩素の溶出を促進することが可能となる。また、洗浄溶液にて洗い落とせない重金属類は二酸化炭素の導入によって炭酸塩化し、溶出を抑制することができるため、灰中で固定化されて無害化することができる。
このように、灰を洗浄溶液にて洗浄する際に二酸化炭素の存在下で洗浄することにより、重金属類溶出抑制、塩素の除去を確実に行なうことができ、灰を再利用に適した原料とすることができる。

さらに、前記灰洗浄手段が直列に複数段設けられ、前段側の灰洗浄手段では洗浄溶液による灰の洗浄にて重金属類、塩素の初期除去が行なわれ、後段側の灰洗浄手段では前記二酸化炭素存在下の湿式洗浄にて重金属類の炭酸塩化、更なる塩素の除去が行なわれるようにすることが好ましい。
本発明によれば、前段側の灰洗浄手段にて二酸化炭素を導入せずに湿式洗浄することにより重金属類の殆どが溶出、除去され、後段側の灰洗浄手段にて二酸化炭素存在下で湿式洗浄することにより灰中に残留する重金属類の炭酸塩化による安定化、及びフリーデル氏塩等の難溶性塩素の溶出を行なう。
これは、灰洗浄において先に炭酸塩化工程を行なうと、灰に含有される重金属類が固定化されて高濃度で灰中に残存してしまう惧れがあるため、本発明のように先ず重金属類の大部分を重金属類初期除去工程にて溶出させた後に炭酸塩化工程を行なうことにより、灰中の重金属類含有量を低減するとともに、塩素含有量を低減することが可能となる。

また方法の発明であって、流動層ガス化炉内に導入した流動化ガスにより有機系固形廃棄物を流動させながら加熱し、ガス化剤の導入により該廃棄物をガス化する有機系廃棄物のガス化方法において、
ガス化処理系外から前記流動層ガス化炉へ二酸化炭素を供給し、該二酸化炭素を前記流動化ガスとして炉内へ導入するようにしたことを特徴とする。

また、前記流動層ガス化炉によるガス化を含むガス化処理工程と、湿潤系廃棄物をメタン発酵するメタン発酵処理工程と、を備えた複合廃棄物ガス化処理方法において、
前記メタン発酵処理工程にて、前記メタン発酵により発生した発酵ガスから真空圧力スイング吸着法によりメタンガスと二酸化炭素とを分離した後、該分離した二酸化炭素の少なくとも一部を前記流動層ガス化炉に導入することを特徴とする。
また、前記ガス化処理工程にて、ガス化剤として前記流動層ガス化炉に酸素と水蒸気を導入し、前記酸素の導入量と、前記水蒸気の導入量と、前記流動化ガスとしての二酸化炭素の導入量を夫々独立制御するようにしたことを特徴とする。

さらに、前記ガス化処理工程にて発生した灰を洗浄する灰洗浄工程を含む複合廃棄物ガス化処理方法であって、
前記灰洗浄工程では、前記メタン発酵処理工程にて前記発酵ガスより分離した二酸化炭素が導入され、前記灰を二酸化炭素の存在下で湿式洗浄することを特徴とする。
さらにまた、前記灰洗浄工程では灰の洗浄が段階的に行なわれ、前段側にて洗浄溶液による灰の洗浄にて重金属類、塩素の初期除去が行なわれ、後段側にて前記二酸化炭素存在下の洗浄により重金属類の炭酸塩化及び塩素除去が行なわれることを特徴とする。

以上記載のごとく本発明によれば、流動化ガスとして二酸化炭素を導入することにより、ガス化剤を過剰に用いることなくその使用量を最適化することができ、効率良くガス化を行なうことができ、延いては有効な燃料ガスの回収率が向上する。
また、ガス化処理系統とメタン発酵処理系統とを有機的に結合して生成物を有効利用することにより、資源の循環サイクルが形成され、資源の有効利用及び排出物の減量化が達成できる。
さらに、メタン発酵処理系統で発生した発酵ガスに含有される二酸化炭素を真空圧力スイング吸着法により選択的に分離精製することにより、濃度の高い二酸化炭素を回収することができる。

さらにまた、流動層ガス化炉内への二酸化炭素導入量、酸素導入量、水蒸気導入量を夫々独立して制御することにより、水蒸気量、酸素量の適正化、及び流動化が可能となり、高効率ガス化が達成できる。
また、灰を洗浄溶液にて洗浄する際に前段で水洗浄、後段で二酸化炭素の存在下で洗浄することにより、重金属類、塩素を確実に除去でき、灰を無害化することができる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
本発明において処理対象とされる有機系廃棄物は、ガス化処理系統で処理される固形廃棄物、例えば都市ごみ、下水汚泥、固形燃料、バイオマス等と、メタン発酵処理系統で処理される湿潤系廃棄物、例えば浄化槽汚泥、し尿、家畜糞尿、厨芥ごみ等が挙げられる。
図１は本発明の実施例に係る複合廃棄物ガス化処理システムの全体構成図、図２は図１に示した流動層ガス化炉の概略構成を示す図、図３は図１に示したＶＰＳＡ装置の概略構成を示す図である。

図１に示されるように、本実施例に係る複合廃棄物ガス化処理システムは、固形廃棄物を処理するための流動層ガス化炉１０を含むガス化処理系統と、湿潤廃棄物を処理するためのメタン発酵槽３０を含むメタン発酵処理系統と、が組み合わされた構成となっている。
前記ガス化処理系統は、固形廃棄物を加熱してガス化する流動層ガス化炉１０と、該流動層ガス化炉１０に酸素を供給するＰＳＡ（圧力スイング吸着法）装置１１と、該流動層ガス化炉１０のガス出口と流路を介して接続される改質炉１２と、該改質炉１２のガス送出口と流路を介して接続されるボイラ１３と、ボイラ１３の蒸気送出口と流路を介して接続される蒸気タービン１４と、蒸気タービン１４の駆動軸に連結された発電機１５と、ボイラ１３のガス送出口と流路を介して接続される減温塔１６と、該減温塔１６の後段に順に設けられたバグフィルタ１７及びガス精製装置１８と、ガス精製装置１８のガス送出口と流路を介して接続されるガスエンジン１９と、ガスエンジン１９に連結された発電機２０と、から構成される。

また、前記ガス化処理系統は、前記改質炉１２、ボイラ１３、減温塔１６、バグフィルタ１７にて発生、回収された灰を湿式洗浄して灰中の重金属類を除去する第１水洗装置２１と、該水洗した灰に二酸化炭素を導入して灰中の塩素、重金属類を除去、無害化する第２水洗装置２２と、水洗した灰を脱水する脱水機２３と、脱水した灰を乾燥させる乾燥装置２５と、脱水により発生した水分を処理する排水処理設備２４と、からなる灰処理系統を備えている。
一方、前記メタン発酵処理系統は、湿潤系廃棄物をメタン発酵するメタン発酵槽３０と、メタン発酵槽３０にて発生した発酵ガスから二酸化炭素３３を分離し、クリーンなメタンガス３４と二酸化炭素３３とを回収するＶＰＳＡ（真空圧力スイング吸着法）装置３１と、メタンガスを燃料ガスとして発電を行なうガスエンジン３２と、から構成される。

図２に前記ガス化処理系統のうち、前記流動層ガス化炉１０と前記改質炉１２の概略構成を示す。前記固形廃棄物は貯留ホッパ１０１に貯留され、スクリューフィーダ１０２を介して定量的に流動層ガス化炉１０に供給される。該流動層ガス化炉１０は、炉本体１０４の壁部に固形廃棄物供給口１０３が設けられ、下方に砂等の流動媒体が貯留した流動層１０５が形成されている。炉下方に設けられた流動化ガス導入口より流動化ガスが導入され、前記流動層１０５は流動化される。前記流動化ガスは、前記ＶＰＳＡ装置３１にて回収された二酸化炭素を用いる。さらに、前記流動化ガスに加えて、ガス化剤として酸素と水蒸気を混合バルブ１０７により混合し、混合ガスとして炉底から導入する。この流動層内に供給された固形廃棄物は、浮遊流動する流動層内にて熱分解されてガス状物質になり、ガス化剤の酸素及び水蒸気と接触するとともにその一部が流動層ガス化炉で部分燃焼し、４００〜６５０℃の温度となる。このとき、必要に応じて助燃バーナ１０６にて炉内を加熱すると良い。

この燃焼において前記流動化ガス化炉１０では、主として下記式（１）で示す燃焼反応及び下記式（２）で示す水性ガス化反応（改質反応）を起こし、一酸化炭素、水素、メタン、エタン、二酸化炭素等を含むガス化ガスと、タールや煤などの未燃固形物と、飛灰と、不燃物とを生じる。また、メタン、エタン、タールなどの炭化水素や煤などの未燃固形分は、下記式（３）で示す改質反応を起こし、一酸化炭素、水素を生じる。
Ｃ＋Ｏ_２ → ＣＯ_２＋熱 …（１）
Ｃ＋Ｈ_２Ｏ → ＣＯ＋Ｈ_２ …（２）
Ｃ_ｍＨ_ｍ＋ｍＨ_２Ｏ → ｍＣＯ＋（ｍ＋ｎ／２）Ｈ_２ …（３）
また不燃物は、流動層ガス化炉１０の下部から系外へ排出され、ガス化ガス、未燃固形物及び飛灰を含む流体は、その上部から流路を介して改質炉１２に送られる。

さらに、本実施例では流動化ガスとして二酸化炭素を導入しており、二酸化炭素は不活性ガスであるためその大部分は未反応で流動化のみに利用されるが、流動化ガス化炉１０の後段の改質炉１２にて反応熱が供給されることにより二酸化炭素の一部は下記式（４）の反応により一酸化炭素を生成する。
Ｃ＋ＣＯ_２ → ２ＣＯ …（４）
このように、流動化ガスとして二酸化炭素を導入することにより、水蒸気、酸素等のガス化剤を過剰に用いることなくガス化剤の使用量の適正化が可能となり、また二酸化炭素から燃料ガスを生成することもできる。

また、これらの導入ガスは以下のように制御される。
即ち、流動化ガスとして利用される二酸化炭素導入量は、流動層の流動媒体量と炉内に投入される廃棄物投入量に基づき制御される。また、水蒸気導入量は、廃棄物中の炭素分を水性ガス化反応により一酸化炭素に転換させるため、廃棄物中の全炭素量に基づき制御される。さらに、酸素導入量は、廃棄物の部分燃焼に必要とされるため、廃棄物投入量に基づき制御される。従って、これらを制御する制御手段（不図示）を夫々独立して設け、この制御手段を独立制御することが好ましい。

前記流動層ガス化炉１０の上部のガス出口は、流路を介して改質炉１２の下部受入口に接続されている。改質炉１２では、ガス化ガスは１０００℃程度の温度にて前記流動層ガス化炉１０から送給された流体に含まれる水蒸気により式（２）と同様な水性ガス化反応がなされる。即ち、ガス化ガス中のメタン、エタン、場合によって浮遊して混入されたタールや煤などの未燃固形物は低分子化されて煤を含まないクリーンなＣＯ、Ｈ_２のリッチな改質ガスが生成される。尚、改質炉での改質反応において水蒸気量、酸素量が不足する場合には、別途、水蒸気、酸素を供給しても良い。

前記流動層ガス化炉１０に酸素を供給するＰＳＡ装置１１は、吸着剤を用いたＰＳＡ（圧力スイング吸着法）により酸素を含む原料ガスから酸素ガスを分離する周知の装置である。原料ガスには空気を用いることが好ましい。
前記メタン発酵槽３０は、湿潤系廃棄物が供給されて嫌気性条件下にてメタン菌により廃棄物中に含有される有機物を分解し、発酵残渣と、メタン及び二酸化炭素を主成分とする発酵ガスを生成する。

前記ＶＰＳＡ装置３１は、例えば図３に示す構成を有するものが用いられる。前記メタン発酵槽にて発生した発酵ガス中には、主成分となるメタンガス、二酸化炭素の他にも硫化水素等の硫黄系不純物、シロキサン等の有機珪素系不純物、水などが含有されている。従って本実施例ではメタンガス、二酸化炭素を分離するほか、これらの不純物も除去し、ガス精製する構成となっている。

具体的には前記ＶＰＳＡ装置３１は、複数設けられ並列に連結されている吸着塔３０１と、該吸着塔３０１の下方側から上方側へ発酵ガスを流通させるブロア３０３、と、これら吸着等内を減圧排気する真空ポンプ３０４と、これら吸着塔３０１の下方側と上方側とを仕切るように塔内に配設され、シロキサン、Ｈ_２Ｓ、Ｈ_２Ｏ等の目的とする不純物を吸着する吸着剤３０２と、複数設けられ並列に連結されている吸着塔３０５と、前記吸着塔３０５の下方側から上方側へ流通した発酵ガスを前記吸着塔３０５の下方側から上方側へ流通させるブロア３０７と、これら吸着塔３０５を減圧排気する真空ポンプ３０８と、前記吸着塔３０５の下方側と上方側とを仕切るように塔内に配設され、二酸化炭素を吸着する二酸化炭素吸着剤３０６と、排気された吸着塔３０５内のガスを該吸着塔３０１の一方側から他方側へ再び流通させるとともに、さらに前記吸着塔３０１の他方側から一方側へ再び流通させる排気再送給手段であるサージタンク３０９と、を備えるものである。

発酵ガスの処理は、まずバルブとブロワ３０３の操作により該発酵ガスを吸着塔３０１に導入し、該吸着塔３０１内（圧力１ａｔａ前後）にて吸着剤３０２を通過させてシロキサン、Ｈ_２Ｓ、Ｈ_２Ｏ等の目的とする不純物を分離除去する。吸着剤３０２の吸着能力が飽和状態に近づいたら吸着塔３０１内を前記真空ポンプ３０４により減圧排気し（０．１ａｔａ程度）、前記吸着剤３０２に吸着除去された不純物を離脱して、吸着塔３０１より排出して回収し、吸着剤３０２を再生する。
次に前記吸着塔３０１から送出されたガスを前記吸着塔３０５に導入し、該吸着塔３０５内（圧力１ａｔａ前後）にて吸着剤３０６を通過させてＣＯ_２を分離し、吸着塔３０５からサージタンク３０９内に回収する。上記と同様に、吸着剤３０６の吸着能力が飽和状態に近づいたら吸着塔３０５内を前記真空ポンプ３０８により減圧排気し（０．１ａｔａ程度）、前記吸着剤３０６に吸着除去されたＣＯ_２を離脱して、吸着塔３０５よりサージタンクに回収し、吸着剤３０６を再生する。また、前記吸着塔３０５の上部から送出された精製ガスは、純度の高いメタンガスとして回収される。

本実施例の作用を説明すると、まず固形廃棄物は乾燥機等により所定の含水率まで乾燥された後に流動層ガス化炉１０に投入される。該流動層ガス化炉１０では、流動化ガスとして二酸化炭素、及びガス化剤として水蒸気、酸素が導入されて上記したガス化反応、燃焼反応等により一酸化炭素、水素を主成分とするガス化ガスが生成される。このガス化ガスは後段の改質炉１２に送給され、該改質炉１２にて煤等を含まないクリーンな一酸化炭素、水素リッチな改質ガスに改質される。
改質ガスは、改質炉１２からボイラ１３に送給され、ここで熱回収される。ボイラ１３は、改質ガスから回収された熱で水を加熱して蒸気を発生させる。該蒸気は蒸気タービン１４に送給され、このタービンを回転させ、発電機１５を駆動させることにより発電を行なう。蒸気タービン１４から排出された蒸気は、復水器に送給され、ここで水に戻されボイラに再び供給される。

前記ボイラ１３を通過した改質ガスは減温塔１６に送給され、後段のバグフィルタ１７に送給できる温度まで水噴霧等により減温される。減温された改質ガスはバグフィルタ１７に送給され、ここでダストや塩酸分が除去された後、ガス精製装置１８にて触媒との接触等により不純物が除去され、ガスエンジン１９に送給され、発電機２０が駆動される。前記発電機は、上記したガスエンジンの他、ガスタービン式発電装置、燃料電池式発電装置、ガスエンジン−蒸気タービン式発電装置、ガスタービン−蒸気タービン式発電装置、燃料電池−スチームタービン式発電装置、燃料電池−ガスエンジン−スチームタービン式発電装置等にすることも可能である。

また、本実施例では前記蒸気タービン１４から排出される水蒸気の一部を前記流動層ガス化炉１０に導入する水蒸気送給ラインを設けている。送給された水蒸気は前記流動層ガス化炉１０のガス化剤として利用される。
さらに、前記発電機１５（又は発電機２０）にて発電された電力を前記ＶＰＳＡ装置３１に送電する送電ラインを設けている。送電された電力はＶＰＳＡ装置３１にて利用される。また、前記発電機２０（又は発電機１５）にて発電された電力を前記ＰＳＡ装置１１に送電する送電ラインを設けている。送電された電力はＰＳＡ装置１１にて利用される。

前記改質炉１２、ボイラ１３、減温塔１６、バグフィルタ１７で回収された灰は、第１水洗装置２１で水洗され、重金属類の大部分が洗い流された後、第２水洗装置２２で二酸化炭素の存在下で水洗され、灰中の塩素分を溶出し、重金属類が固定化される。
前記第２水洗装置２２では、二酸化炭素の存在下で灰を水洗することにより灰の炭酸塩化を行い、この炭酸塩が含有重金属類を炭酸塩の形成によって封じ込め、また難溶性のフリーデル氏塩を溶出する。（下記式（５）参照））
３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・ＣａＣｌ_２・１０Ｈ_２Ｏ＋ＣＯ_２（ｇ）＋Ｈ_２Ｏ（ｌ）
→ ＣａＣＯ３＋２ＨＣｌ …（５）
このように、二酸化炭素の存在下で灰を湿式洗浄することにより、容易に且つ効果的に重金属類、塩素を無害化することができ、灰を再利用に適した原料とすることができる。

このようにして、灰中の重金属類、塩素が溶出、固定化されて無害化された灰は脱水機２３にて脱水された後にメタンガスを燃料とする乾燥装置２５にて乾燥され、セメント原料や細骨材等として再利用される。
また、前記脱水後の排水は、排水処理装置２４により各種有害成分を除去され、放流基準まで浄化された後に放流される。

一方、湿潤系廃棄物は、前記メタン発酵槽３０内にてメタン発酵され、メタンガス、二酸化炭素を主成分とする発酵ガスと発酵残渣に分解されて、発酵残渣は前記固形廃棄物とともに流動層ガス化炉１０にて処理される。前記発酵ガスは、前記ＶＰＳＡ装置３１に送給され、ここで硫黄系不純物、有機珪素系不純物等を分離除去されるとともに、高純度のメタンガスと二酸化炭素とに分離精製される。
そして、前記メタンガスは前記改質炉１２の助燃剤として、又はガスエンジン３２の燃料ガスとして、又は乾燥装置２４の燃料ガスとして用いられる。
また、前記二酸化炭素は、前記流動層ガス化炉１０に送給され、流動化ガスとして用いられる。さらに、該二酸化炭素は前記第２水洗装置２２に送給し、灰中の塩素除去、重金属類の炭酸塩化等の灰の無害化に利用する。
本実施例によれば、ガス化処理系統とメタン発酵処理系統とを有機的に結合して生成物を有効利用することにより、資源の循環サイクルが形成され、資源の有効利用及び排出物の減量化が達成できる。

本発明の実施例に係る複合廃棄物ガス化処理システムの全体構成図である。 図１に示した流動層ガス化炉の概略構成を示す図である。 図１に示したＶＰＳＡの概略構成を示す図である。

符号の説明

１０ 流動層ガス化炉
１１ ＰＳＡ装置
１２ 改質炉
１３ ボイラ
１４ 蒸気タービン
１６ 減温塔
１７ バグフィルタ
１８ ガス精製装置
１９ ガスエンジン
２１ 第１水洗装置
２２ 第２水洗装置
３０ メタン発酵槽
３１ ＶＰＳＡ装置
３２ ガスエンジン
３３ 二酸化炭素
３４ メタンガス

Claims (11)

1. 炉下方の流動化ガス導入口より流動化ガスを導入して有機系固形廃棄物を流動させながら加熱し、ガス化剤の導入により該廃棄物をガス化する流動層ガス化炉において、
   前記流動化ガスとしてガス化処理系外から供給される二酸化炭素を前記流動化ガス導入口より炉内に導入するようにしたことを特徴とする流動層ガス化炉。
2. 請求項１記載の流動層ガス化炉を備えたガス化処理系統と、湿潤系廃棄物をメタン発酵処理するメタン発酵槽を備えたメタン発酵処理系統と、を備えた複合廃棄物ガス化処理システムにおいて、
   前記メタン発酵槽にて発生した発酵ガスからメタンガスと二酸化炭素とを分離するガス分離装置と、該分離した二酸化炭素を前記流動化ガス導入口に送給する二酸化炭素送給ラインと、を備えたことを特徴とする複合廃棄物ガス化処理システム。
3. 前記ガス分離装置が、前記発酵ガスを流通させる処理槽と、該処理槽内を減圧排気する減圧排気手段と、該処理槽内部に設けられた二酸化炭素吸着剤と、を備え、真空圧力スイング吸着法により前記発酵ガスに含有される二酸化炭素を前記二酸化炭素吸着剤にて選択的に吸着、分離するようにしたことを特徴とする請求項２記載の複合廃棄物ガス化処理システム。
4. 前記流動層ガス化炉に導入するガス化剤が酸素と水蒸気であって、
   前記流動層ガス化炉が、炉内への二酸化炭素導入量を制御するＣＯ_２導入量制御手段と、炉内への酸素導入量を制御するＯ_２導入量制御手段と、炉内への水蒸気導入量を制御するＨ_２Ｏ導入量制御手段と、を備え、夫々の導入量制御手段が独立制御されるようにしたことを特徴とする請求項２記載の複合廃棄物ガス化処理システム。
5. 前記流動層ガス化炉を含むガス化処理系統から発生した灰を湿式洗浄する灰洗浄手段が設けられた複合廃棄物ガス化処理システムであって、
   前記灰洗浄手段は、前記ガス分離装置により分離回収した二酸化炭素が導入され、前記灰を二酸化炭素の存在下で湿式洗浄する構成であることを特徴とする請求項２記載の複合廃棄物ガス化処理システム。
6. 前記灰洗浄手段が直列に複数段設けられ、前段側の灰洗浄手段では洗浄溶液による灰の洗浄にて重金属類、塩素の初期除去が行なわれ、後段側の灰洗浄手段では前記二酸化炭素存在下の洗浄にて重金属類の炭酸塩化及び塩素除去が行なわれるようにしたことを特徴とする請求項５記載の複合廃棄物ガス化処理システム。
7. 流動層ガス化炉内に導入した流動化ガスにより有機系固形廃棄物を流動させながら加熱し、ガス化剤の導入により該廃棄物をガス化する有機系廃棄物のガス化方法において、
   ガス化処理系外から前記流動層ガス化炉へ二酸化炭素を供給し、該二酸化炭素を前記流動化ガスとして炉内へ導入するようにしたことを特徴とする有機系廃棄物のガス化方法。
8. 請求項７記載の流動層ガス化炉によるガス化を含むガス化処理工程と、湿潤系廃棄物をメタン発酵するメタン発酵処理工程と、を備えた複合廃棄物ガス化処理方法において、
   前記メタン発酵処理工程にて、前記メタン発酵により発生した発酵ガスから真空圧力スイング吸着法によりメタンガスと二酸化炭素とを分離した後、該分離した二酸化炭素の少なくとも一部を前記流動層ガス化炉に導入することを特徴とする複合廃棄物ガス化処理方法。
9. 前記ガス化処理工程にて、ガス化剤として前記流動層ガス化炉に酸素と水蒸気を導入し、前記酸素の導入量と、前記水蒸気の導入量と、前記流動化ガスとしての二酸化炭素の導入量を夫々独立制御するようにしたことを特徴とする請求項８記載の複合廃棄物ガス化処理方法。
10. 前記ガス化処理工程にて発生した灰を洗浄する灰洗浄工程を含む複合廃棄物ガス化処理方法であって、
    前記灰洗浄工程では、前記メタン発酵処理工程にて前記発酵ガスより分離した二酸化炭素が導入され、前記灰を二酸化炭素の存在下で湿式洗浄することを特徴とする請求項８記載の複合廃棄物ガス化処理方法。
11. 前記灰洗浄工程では灰の洗浄が段階的に行なわれ、前段側にて洗浄溶液による灰の洗浄にて重金属類、塩素の初期除去が行なわれ、後段側にて前記二酸化炭素存在下の洗浄により重金属類の炭酸塩化及び塩素除去が行なわれることを特徴とする請求項１０記載の複合廃棄物ガス化処理方法。
    

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