JP2007021451A - Thermal decomposition method for combustible waste - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は可燃性廃棄物を燃料や原料として有効利用するための熱分解処理方法に関するものである。特に、熱分解に外熱式熱分解炉を用いる熱分解処理方法に関するものである。 The present invention relates to a thermal decomposition treatment method for effectively using combustible waste as fuel or raw material. In particular, the present invention relates to a thermal decomposition method using an external heat type thermal decomposition furnace for thermal decomposition.
産業廃プラ系や一般廃プラ系の可燃性廃棄物処理は、従来、単純焼却や埋立てが中心であったが、循環型社会促進が近年の大きな社会的課題となっており、これら廃プラ系の可燃性廃棄物の有効利用が可能な廃棄物処理技術が求められている。 Conventionally, combustible waste treatment of industrial waste plastic and general waste plastic has mainly focused on simple incineration and landfill, but the promotion of a recycling-oriented society has become a major social issue in recent years. There is a need for waste treatment technology that enables effective use of combustible wastes.
廃プラ系の可燃性廃棄物の有効利用を目的とした廃棄物処理方法としては、例えば、非特許文献1に記載されているように、可燃性廃棄物を熱分解炉で熱分解処理して廃棄物中の揮発分を熱分解ガスとした後、熱分解ガスを改質炉内に導入し、改質炉内で1000〜1200℃程度の高温雰囲気下で熱分解ガス中に含まれる高分子量の有機化合物であるタール成分を部分燃焼反応および水蒸気改質反応させてCO、H2、C数1〜4程度の炭化水素等からなる低分子量の改質ガスに変換し、改質ガスを冷却、精製して精製ガスを製造する廃棄物ガス変換法が開発されている。
For example, as described in
また、例えば、非特許文献2〜3に記載されているように、可燃性廃棄物を熱分解炉で加熱して熱分解ガスと熱分解残渣とを発生させた後、熱分解ガスを後段で冷却して可燃性ガス成分とタール成分とを分離し、可燃性ガス成分は燃料ガスや化学原料ガスとして利用し、タール成分は燃料油等として利用し、熱分解残渣は炭素質燃料や金属原料等として利用する廃棄物熱分解法が提案されている。
In addition, for example, as described in
これら廃棄物ガス変換法や廃棄物熱分解法における熱分解炉の方式としては、ロータリーキルン熱分解炉に代表される外熱式熱分解炉、流動床熱分解炉や移動床熱分解炉等に代表される部分燃焼式熱分解炉が挙げられるが、外熱式熱分解炉は、部分燃焼空気や流動化ガスによる熱分解ガスカロリー低下がなく、設備が簡便で安定運転し易い等の特長があることから広く用いられている。 The pyrolysis furnaces used in these waste gas conversion methods and waste pyrolysis methods are represented by external thermal pyrolysis furnaces such as rotary kiln pyrolysis furnaces, fluidized bed pyrolysis furnaces, and moving bed pyrolysis furnaces. However, the externally-heated pyrolysis furnace has the features that the pyrolysis gas calories are not reduced by the partially-combusted air and fluidized gas, and the equipment is simple and easy to operate stably. It is widely used.
しかしながら、ロータリーキルン熱分解炉に代表される外熱式熱分解炉による熱分解方法の抱える課題として、ポリエチレンなどのような熱分解時の吸熱量が大きな化合物を主要成分とする可燃性廃棄物を熱分解する場合、熱分解炉の処理能力が低下する点があげられる。 However, one of the challenges of the pyrolysis method using an external heat pyrolysis furnace represented by a rotary kiln pyrolysis furnace is that combustible waste such as polyethylene, which has a large endotherm during pyrolysis, is used as a main component. When decomposing, the treatment capacity of the pyrolysis furnace is lowered.
処理能力維持のためには、熱分解炉内への投入熱量増加が必要であるが、伝熱性確保のために、通常、外熱式熱分解炉の材質は金属製であるため、機械強度上の問題やHCl等による高温腐食問題から、外熱温度上昇によって投入熱量を増やすことは困難である。このため、従来技術では、外熱式熱分解炉への投入熱量を増やすためには、炉内の加熱面積を大きくする必要があり、熱分解炉の大型化や基数アップ等の設備規模増大を招くことになる。 In order to maintain the processing capacity, it is necessary to increase the amount of heat input into the pyrolysis furnace. However, in order to ensure heat transfer, the external heat pyrolysis furnace is usually made of metal, which increases the mechanical strength. It is difficult to increase the amount of heat input due to the rise in the external heat temperature due to the above problem and the high temperature corrosion problem due to HCl or the like. For this reason, in the prior art, in order to increase the amount of heat input to the external heating type pyrolysis furnace, it is necessary to increase the heating area in the furnace, and increase the scale of the pyrolysis furnace, increase the number of facilities, etc. Will be invited.
そこで、本発明は、熱分解反応時に吸熱反応を生じる可燃性廃棄物を外熱式熱分解炉で熱分解する場合でも、設備規模を大型化させずに熱分解処理するための方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention provides a method for pyrolyzing a combustible waste that generates an endothermic reaction during a pyrolysis reaction without increasing the scale of the equipment even when pyrolyzing the combustible waste in an external thermal pyrolysis furnace. For the purpose.
係る課題を解決するため、本発明の要旨とするところは、以下(1)〜(8)に示す通りである。 In order to solve the problem, the gist of the present invention is as follows (1) to (8).
(1)可燃性廃棄物を外熱式熱分解炉で熱分解して熱分解ガスと熱分解チャーを生成する可燃性廃棄物の熱分解処理方法において、二酸化炭素、水蒸気、又は水素の少なくともいずれかのガスと発熱反応を生じる金属又は金属化合物を、前記外熱式熱分解炉内に供給し、当該炉内で前記金属又は金属化合物と前記熱分解ガス中に存在する二酸化炭素、水蒸気、又は水素の少なくともいずれかのガスとを反応させ、発生した反応熱を前記熱分解時の補助熱源として利用することを特徴とする可燃性廃棄物の熱分解処理方法。 (1) In a method for thermally decomposing flammable waste by thermally decomposing flammable waste in an external thermal pyrolysis furnace to generate pyrolysis gas and pyrolysis char, at least one of carbon dioxide, water vapor, and hydrogen A metal or a metal compound that causes an exothermic reaction with the gas is supplied into the external heat type pyrolysis furnace, and carbon dioxide, water vapor, or water present in the metal or metal compound and the pyrolysis gas in the furnace, or A method for pyrolyzing flammable waste, comprising reacting at least one of hydrogen gas and using the generated reaction heat as an auxiliary heat source during the pyrolysis.
(2)前記可燃性廃棄物が、熱分解時に吸熱反応を生じる可燃性廃棄物であることを特徴とする前記(1)記載の可燃性廃棄物の熱分解処理方法。 (2) The method for thermal decomposition treatment of combustible waste according to (1), wherein the combustible waste is a combustible waste that generates an endothermic reaction during thermal decomposition.
(3)前記外熱式熱分解炉内に、更に、二酸化炭素、水蒸気、及び水素の少なくともいずれか一種類のガスを供給することを特徴とする前記(1)又は(2)記載の可燃性廃棄物の熱分解処理方法。 (3) The combustibility as described in (1) or (2) above, wherein at least one of carbon dioxide, water vapor, and hydrogen is further supplied into the external heat pyrolysis furnace. Waste pyrolysis method.
(4)前記二酸化炭素、水蒸気、又は水素の少なくともいずれかのガスと前記金属又は金属化合物との発熱反応が、前記熱分解時の前記炉内の最大温度以下において不可逆反応であることを特徴とする前記(1)〜(3)のいずれかに記載の可燃性廃棄物の熱分解処理方法。 (4) The exothermic reaction between at least one of the carbon dioxide, water vapor, or hydrogen gas and the metal or metal compound is an irreversible reaction below a maximum temperature in the furnace during the thermal decomposition. The method for thermally decomposing flammable waste according to any one of (1) to (3).
(5)前記金属又は金属化合物が、金属カルシウム、金属リチウム、金属チタン、酸化カルシウム、酸化リチウムのうちの1種又は2種以上であることを特徴とする前記(1)〜(4)のいずれかに記載の可燃性廃棄物の熱解処理方法。 (5) Any of the above (1) to (4), wherein the metal or metal compound is one or more of metal calcium, metal lithium, metal titanium, calcium oxide, and lithium oxide A method for thermal treatment of flammable waste according to any one of the above.
(6)前記金属又は金属化合物が、粒径0.1〜5cmの粒状であることを特徴とする前記(1)〜(5)のいずれかに記載の可燃性廃棄物の熱分解処理方法。 (6) The method for thermally decomposing flammable waste according to any one of (1) to (5), wherein the metal or metal compound has a particle size of 0.1 to 5 cm.
(7)前記生成した熱分解ガスに、酸素含有ガス及び水蒸気を供給して前記熱分解ガスと反応させ、一酸化炭素、水素、二酸化炭素、水蒸気を主成分とする改質ガスを生成し、当該改質ガスの顕熱を用いて、前記金属又は金属化合物と二酸化炭素、水蒸気、水素の少なくともいずれかのガスとの反応により生成する反応生成物を加熱して、元の金属又は金属化合物に再生することを特徴とする前記(1)〜(6)のいずれかに記載の可燃性廃棄物の熱分解処理方法。 (7) An oxygen-containing gas and water vapor are supplied to the generated pyrolysis gas to react with the pyrolysis gas to produce a reformed gas mainly composed of carbon monoxide, hydrogen, carbon dioxide, and water vapor, Using the sensible heat of the reformed gas, the reaction product produced by the reaction of the metal or metal compound and at least one of carbon dioxide, water vapor, and hydrogen gas is heated to obtain the original metal or metal compound. The method for pyrolyzing flammable waste according to any one of (1) to (6), wherein the method is regenerated.
(8)前記生成した熱分解チャーに、酸素含有ガスを供給して前記熱分解チャーと反応させ、一酸化炭素、水素、二酸化炭素、又は水蒸気を主成分とするガス化ガス、及びスラグを生成し、当該ガス化ガスの顕熱を用いて、前記固体の金属又は金属化合物と二酸化炭素、水蒸気、又は水素の少なくともいずれかのガスとの反応により生成する反応生成物を加熱して、元の金属又は金属化合物に再生することを特徴とする前記(1)〜(7)のいずれかに記載の可燃性廃棄物の熱分解処理方法。 (8) Oxygen-containing gas is supplied to the generated pyrolysis char and reacted with the pyrolysis char to generate gasified gas mainly containing carbon monoxide, hydrogen, carbon dioxide, or water vapor, and slag. Then, using the sensible heat of the gasified gas, the reaction product produced by the reaction of the solid metal or metal compound and at least one of carbon dioxide, water vapor, or hydrogen gas is heated, The method for pyrolyzing flammable waste according to any one of (1) to (7), wherein the method is regenerated into a metal or a metal compound.
本発明により、熱分解反応時に吸熱反応を生じる可燃性廃棄物を外熱式熱分解炉で熱分解する場合でも、設備規模を大型化させずに処理することが可能となる。 According to the present invention, even when combustible waste that undergoes an endothermic reaction during a pyrolysis reaction is pyrolyzed in an external heating type pyrolysis furnace, it is possible to treat it without increasing the equipment scale.
本発明者は、金属又は金属化合物の種類を選定すれば、廃棄物の熱分解温度条件下で二酸化炭素、水蒸気、水素の少なくともいずれか一種類のガスと発熱反応を生じるものがあることに着眼し、外熱式の熱分解炉内で金属又は金属化合物とこれらガス種を反応させて反応熱を発生させ、それにより発生ガスを昇温し、その顕熱を可燃性廃棄物の加熱に利用する本方法を発明した。 The present inventor notices that, if the type of metal or metal compound is selected, there are those that generate an exothermic reaction with at least one of carbon dioxide, water vapor, and hydrogen under the thermal decomposition temperature conditions of waste. In the external heating type pyrolysis furnace, metal or metal compound reacts with these gas species to generate reaction heat, thereby raising the temperature of the generated gas and using the sensible heat to heat combustible waste. Invented this method.
図1は、本発明の可燃性廃棄物の熱分解処理方法を実施するためのプロセスの一例を示すブロック図である。以下に、図1に基づいて本発明の第一の実施形態の一例を示す。 FIG. 1 is a block diagram showing an example of a process for carrying out the thermal decomposition method for combustible waste according to the present invention. An example of the first embodiment of the present invention is shown below based on FIG.
可燃性廃棄物1を、廃棄物供給装置2を用いて外熱式の熱分解炉3(図ではロータリーキルン)内に供給し、二酸化炭素、水蒸気、又は水素の少なくともいずれかのガスと発熱反応を生じる金属又は金属化合物7を、金属又は金属化合物供給装置8を用いて熱分解炉3内に供給する。
The
熱分解炉3は加熱炉4によって間接加熱され、可燃性廃棄物は熱分解炉内で空気を断った雰囲気下(不可避的侵入空気を除く)で、常温から熱分解温度まで昇温され、乾燥及び熱分解されて、熱分解ガス5と残渣6を生成する。
The
金属又は金属化合物は、熱分解炉内で二酸化炭素、水蒸気、又は水素の少なくともいずれかのガスと発熱反応を起こし、発生したガスの顕熱を熱分解炉3内での熱分解の補助熱源として利用する。即ち、可燃性廃棄物の加熱の補助として用いる。
The metal or metal compound causes an exothermic reaction with at least one of carbon dioxide, water vapor, and hydrogen in the pyrolysis furnace, and the sensible heat of the generated gas is used as an auxiliary heat source for pyrolysis in the
発熱反応を起こすガス種である二酸化炭素、水蒸気、水素は、可燃性廃棄物の乾燥及び熱分解時に発生する熱分解ガス中に存在する当該ガスを用いるか、あるいは反応ガス供給装置10を用いて熱分解炉3内に追加導入する。
Carbon dioxide, water vapor, and hydrogen, which are gas species that cause an exothermic reaction, use the gas present in the pyrolysis gas generated during drying and pyrolysis of the combustible waste, or use the reaction
可燃性廃棄物の熱分解温度は廃棄物の種類によって異なるが、一般的に400〜600℃程度である。 The thermal decomposition temperature of combustible waste varies depending on the type of waste, but is generally about 400 to 600 ° C.
金属又は金属化合物7の種類は、二酸化炭素、水蒸気、又は水素の少なくともいずれかのガスと熱分解が完了する温度まで発熱反応を生じるものであれば特に限定するところはないが、発熱反応が熱分解時の熱分解炉内の最大温度(外熱式熱分解炉の加熱温度に略等しい)以下において不可逆性反応となる金属又は金属化合物を用いることが、熱分解炉操業が容易となるためより好ましい。
The type of the metal or
言い換えれば、熱分解炉内において、出発物である金属又は金属化合物に戻って吸熱反応を起こさないことが好ましい。 In other words, it is preferable not to cause an endothermic reaction by returning to the starting metal or metal compound in the pyrolysis furnace.
即ち、可燃性廃棄物の熱分解速度は加熱温度と反応時間に依存し、操業条件に応じて熱分解完了時点での炉内雰囲気温度が異なるため、熱分解時の熱分解炉内の最大温度以下で不可逆反応を生じる金属又は金属化合物を選定しておけば、操業制約条件が少なくなり操業がより容易となる。 That is, the pyrolysis rate of combustible waste depends on the heating temperature and reaction time, and the furnace temperature at the time of completion of pyrolysis differs depending on the operating conditions, so the maximum temperature in the pyrolysis furnace during pyrolysis is If a metal or a metal compound that causes an irreversible reaction is selected below, the operation constraint condition is reduced and the operation becomes easier.
なお、炉内において固着や融着のトラブルを防止するため、上記の金属又は金属化合物は固体(粒状、粉状を含む)であることが好ましい。 In addition, in order to prevent the trouble of adhesion | attachment and a fusion | melting in a furnace, it is preferable that said metal or metal compound is solid (a granular form and a powder form are included).
二酸化炭素と発熱反応を生じる金属又は金属化合物の例としては、それぞれ、反応式:CaO+CO2→CaCO3+180kJ/mol、Li2O+CO2→Li2CO3+222kJ/molで表される酸化カルシウム、酸化リチウムなどが挙げられる。 Examples of metals or metal compounds that cause an exothermic reaction with carbon dioxide include calcium oxide and oxidation represented by reaction formulas: CaO + CO 2 → CaCO 3 +180 kJ / mol, Li 2 O + CO 2 → Li 2 CO 3 +222 kJ / mol, respectively. Examples include lithium.
金属化合物1kg当たりに換算した発生熱量は、CaOの場合(分子量56.7)で3MJ/kg、LiO2の場合(分子量40.9)で5MJ/kgとなり、一方、生産量が多く、一般廃プラの主要成分でもあるポリエチレンを熱分解する場合の吸熱量は、非特許文献4等に記載されているように、1MJ/kg程度であることから、二酸化炭素と金属化合物との化学反応によって生じる発熱量は、ポリエチレン熱分解時の吸熱量を補うのに有意な熱量に相当する。
The amount of heat generated per kg of metal compound is 3 MJ / kg for CaO (molecular weight 56.7) and 5 MJ / kg for LiO 2 (molecular weight 40.9). The amount of heat absorbed when thermally decomposing polyethylene, which is the main component of plastic, is about 1 MJ / kg as described in Non-Patent
また、水蒸気ガスと発熱反応を生じる金属又は金属化合物の例としては、反応式:CaO+H2O→Ca(OH)2+63kJ/molで表される酸化カルシウムが挙げられる。金属化合物1kg当たりの発生熱量は、1MJ/kgであり、ポリエチレン熱分解時の吸熱量を補うのに有意な熱量に相当する。 Examples of the metal or metal compound that causes an exothermic reaction with water vapor gas include calcium oxide represented by the reaction formula: CaO + H 2 O → Ca (OH) 2 +63 kJ / mol. The amount of heat generated per 1 kg of the metal compound is 1 MJ / kg, which corresponds to a significant amount of heat to supplement the endothermic amount during polyethylene pyrolysis.
また、水素ガスと発熱反応を生じる金属又は金属化合物の例としては、金属チタン、金属カルシウム、金属リチウム等が挙げられ、例えば、金属チタンの例では、反応式:Ti+H2→TiH2+142kJ/mol(金属1kg当たりの発生熱量は3MJ/kgであり)で表されて、ポリエチレン熱分解時の吸熱量を補うのに有意な熱量に相当する。 Examples of metals or metal compounds that cause an exothermic reaction with hydrogen gas include metal titanium, metal calcium, metal lithium, and the like. For example, in the case of metal titanium, the reaction formula: Ti + H 2 → TiH 2 +142 kJ / mol (The amount of heat generated per 1 kg of metal is 3 MJ / kg), which corresponds to a significant amount of heat to supplement the endothermic amount during polyethylene pyrolysis.
金属又は金属化合物7が反応した後に生じた金属化合物は、熱分解チャーと共に残渣6として熱分解炉3から排出される。反応後の金属又は金属化合物7は、工業原料として利用してもよいし、金属又は金属化合物に再生して熱分解炉3内で再度利用してもよい。
The metal compound generated after the reaction of the metal or
図1に示すプロセス例では、残渣6から熱分解チャー分離装置11によって熱分解チャー13を分離した後の反応後に生じた金属化合物14を再生装置12に装入して、元の金属又は金属化合物15に再生し、熱分解炉3へ供給する。
In the process example shown in FIG. 1, the
また、本発明の第二の実施形態は、前述の金属又は金属化合物の形状を粒状物とすることにより、金属又は金属化合物をプラスチックの塊状防止材として利用することを特徴とする。 In addition, the second embodiment of the present invention is characterized in that the metal or metal compound is used as a plastic block preventive material by making the shape of the metal or metal compound granular.
ポリエチレンやポリプロピレンを初めとしたプラスチック類の多くは、高温になると流動性を呈する熱可塑性プラスチックであるため、外熱式熱分解内で昇温される過程で溶融軟化して塊状物を形成し、外熱式熱分解炉内の伝熱阻害や閉塞トラブルに繋がり易いといった問題点がある。 Many of plastics such as polyethylene and polypropylene are thermoplastics that exhibit fluidity at high temperatures, so they melt and soften in the process of increasing the temperature in external heat pyrolysis to form a lump. There is a problem that it is easy to lead to heat transfer inhibition and blockage trouble in the external heat type pyrolysis furnace.
これを抑制する手段として、例えば、非特許文献5、6に記載されているように、非揮発性の炭化物や無機化合物から成る粒状物をプラスチックの塊状化防止材として外熱式熱分解炉内に新たに添加する方法が提案されているが、前記(6)に係る本発明は、金属又は金属化合物を粒状化することにより塊状化防止材代替としての機能を付加することが可能となる。
As a means for suppressing this, for example, as described in
金属又は金属化合物の粒度(粒径)は0.1〜5cmの範囲が好ましく、粒度5cm超では炉内での分散効率が低下して塊状化防止材としての機能を十分発揮しにくくなり、粒度0.1cm未満まで小さくすると、熱分解ガスと同伴して飛散しやすくなって残渣からの回収効率低下を招く。 The particle size (particle size) of the metal or metal compound is preferably in the range of 0.1 to 5 cm. If the particle size exceeds 5 cm, the dispersion efficiency in the furnace is lowered and the function as an agglomeration preventing material is not sufficiently exhibited. If it is made smaller than 0.1 cm, it is likely to be scattered together with the pyrolysis gas, and the recovery efficiency from the residue is reduced.
上記範囲の粒度とするには、篩い分けすることで可能となるが、粒度範囲内の市販の金属又は金属化合物を購入して使用することもできる。 In order to obtain a particle size in the above range, it is possible by sieving, but a commercially available metal or metal compound within the particle size range can also be purchased and used.
また、図2〜図3は、本発明の可燃性廃棄物の熱分解処理方法を実施するための別のプロセス例を示すブロック図である。 2 to 3 are block diagrams showing another process example for carrying out the method for thermally decomposing flammable waste according to the present invention.
図2に示すプロセス例では、熱分解炉3から発生した熱分解ガス5を後段に設けた改質炉16へ導入し、改質炉内で酸素含有ガスおよび水蒸気17と反応させて一酸化炭素、水素、二酸化炭素、水蒸気、低分子量炭化水素を主成分とし、その他少量成分(HCl等の廃棄物の種類により異なるガス)を含む改質ガス18に変換し、改質ガスを排熱回収装置19、ガス精製装置20を通過させてHCl等の有害ガス成分およびダスト類、ミスト類を除去し精製ガス21を得る。
In the process example shown in FIG. 2, the
酸素含有ガスは、酸素濃度が高い方が、改質炉16へ導入するガス量が少なくて済み、改質ガス18の温度上昇に有利であるが、純酸素に近い高濃度の酸素は製造コストが高いので、吸着分離法や深冷分離法等の汎用法で製造可能な酸素含有ガス(80体積%濃度程度)を用いることが好ましい。酸素含有ガスと水蒸気の比率は、条件に応じて適宜設定すればよい。
An oxygen-containing gas having a higher oxygen concentration requires less gas to be introduced into the reforming
図3に示すプロセス例では、熱分解チャー13をチャー供給装置22を用いてガス化炉23に吹込み、ガス化炉23内に酸素又は酸素富化空気24を吹込んで高温で部分燃焼させ、熱分解チャー中の可燃分を、一酸化炭素、水素、二酸化炭素、水蒸気を主成分とし、その他少量成分(廃棄物の種類により異なる)を含む低分子量のガス化ガス25に変換すると共に、熱分解チャー13中の灰分を溶融してスラグ26に変換する。
In the process example shown in FIG. 3, the
ガス化ガス25は熱回収装置27、ガス精製装置28を通過させて、有害ガス成分及びダスト類、ミスト類を除去し精製ガス29を得る。酸素富化空気24は、酸素濃度が高い方が、ガス化炉23へ吹き込むガス量が少なくて済み、ガス化ガス25の温度上昇に有利であるが、純酸素に近い高濃度の酸素は製造コストが高いので、吸着分離法や深冷分離法等の汎用法で製造可能な酸素富化空気24(80体積%濃度程度)を用いることが好ましい。
The gasified
本発明の第三の実施形態は、二酸化炭素、水蒸気及び水素の少なくともいずれか一種類のガスと反応後の金属又は金属化合物を、前述の改質ガスやガス化ガスの顕熱を利用して、元の金属又は金属化合物に再生することを特徴とする。 In the third embodiment of the present invention, a metal or a metal compound after reaction with at least one of carbon dioxide, water vapor, and hydrogen is used, using the sensible heat of the above-described reformed gas or gasification gas. , Regenerated to the original metal or metal compound.
例えば、金属又は金属化合物として酸化カルシウムを用いた場合では、加熱再生に必要な温度は、非特許文献7等に記載されているように、Ca(OH)2→CaO再生時で580℃以上、CaCO3→CaO再生時で880℃以上であり、また、例えば、金属又は金属化合物として金属チタンを用いた場合では、加熱再生に必要な温度は、非特許文献8等に記載されているように、TiH2→Ti再生時で700℃以上である。
For example, in the case where calcium oxide is used as the metal or metal compound, the temperature required for heating regeneration is 580 ° C. or higher during Ca (OH) 2 → CaO regeneration, as described in
一方、改質炉の所要反応温度は1000〜1200℃程度、ガス化炉の所要反応温度は1300〜1500℃程度であることから、反応後の金属又は金属化合物の加熱再生に利用可能な温度ポテンシャルを有している。 On the other hand, since the required reaction temperature of the reforming furnace is about 1000 to 1200 ° C., and the required reaction temperature of the gasification furnace is about 1300 to 1500 ° C., a temperature potential that can be used for heating and regeneration of the metal or metal compound after the reaction. have.
なお、改質ガス顕熱やガス化ガス顕熱の加熱再生への利用方法には、特に限定するところはなく、改質炉やガス化炉から発生したガス顕熱を一旦熱交換する間接加熱方式や、改質炉やガス化炉から発生したガス顕熱を直接反応後の固体金属又は金属化合物と接触させる直接加熱方式など、一般的に用いられている熱交換方法が適用可能である。 In addition, there is no particular limitation on the method of using the reformed gas sensible heat or the gasified gas sensible heat for heating and regeneration, and indirect heating in which the gas sensible heat generated from the reforming furnace or the gasification furnace is temporarily exchanged. Commonly used heat exchange methods such as a method and a direct heating method in which gas sensible heat generated from a reforming furnace or gasification furnace is brought into contact with a solid metal or metal compound after direct reaction can be applied.
図4に示すプロセス例では、高温の改質ガス18で加熱再生装置12中の炭酸化合物又は炭酸化合物14を直接加熱して固体の金属又は金属化合物15に再生し、また、図5に示すプロセス例では、高温のガス化ガス25を一旦高温空気30に熱交換した後、炭酸化合物又は炭酸化合物14の固体の金属又は金属化合物15への再生熱に利用する。
In the process example shown in FIG. 4, the carbonic acid compound or
(実施例1)
図4に示すプロセス例を用い、ポリエチレンを主要成分する化学組成がC=70mass%、H=10mass%、O=10mass%、N=0.5mass%、Cl=1.5mass%、灰分5mass%、水分3mass%、発熱量約34MJ/kgであるプラスチック系廃棄物を、廃棄物供給装置2により熱分解炉3に供給し、処理量100t/日で熱分解処理した。
Example 1
Using the process example shown in FIG. 4, the chemical composition mainly comprising polyethylene is C = 70 mass%, H = 10 mass%, O = 10 mass%, N = 0.5 mass%, Cl = 1.5 mass%,
熱分解炉3には外熱式ロータリーキルンを用い、加熱炉4にはLNG焚き熱風発生炉を用い、熱分解温度は500℃とした。熱分解炉3の回転ドラムの寸法は内径2.5m×長さ25mとした。熱分解炉内で発熱反応を起こす金属化合物として粒径範囲0.1〜5cmの粒状酸化カルシウムを選定し、固体の金属又は金属化合物供給装置8により0.75t/hr供給した。
An externally heated rotary kiln was used for the
酸化カルシウムとの反応ガス種には廃棄物の乾燥及び熱分解によって発生した熱分解ガス5 約4t/hr中に含まれる水蒸気約0.13t/hr及び二酸化炭素約0.03t/hrに加え、反応ガス供給装置10を用いて二酸化炭素を供給した。反応ガス供給装置10による二酸化炭素供給量は約0.5t/hrとした。
In addition to about 0.13 t / hr of water vapor and about 0.03 t / hr of carbon dioxide contained in about 4 t / hr of
熱分解炉3で発生したタール分を含む熱分解ガス5を、後段の改質炉16へ送り、改質炉16で酸素含有ガスである純酸素及び水蒸気17と反応させて、CO、CO2、H2、H2O、CH4、及び、その他微量ガスから構成される低分子量の改質ガス18に変換し、改質ガス18は、排熱回収装置19により熱交換されて、200℃までガスクウェンチされた後、ガス精製装置20であるバグフィルタとアルカリースクラバーで、ダスト除去及び塩酸ガス除去して、発熱量11MJ/Nm3の精製ガス29を1万Nm3/hr得た。
The
熱分解炉3から排出された残渣6は、熱分解チャー分離装置11で熱分解チャー13として0.25t/hrを分離し、反応後の固体の金属化合物14であるカルシウム化合物は、改質ガス18の顕熱を利用して加熱再生装置12において900℃まで加熱して酸化カルシウムに再生し、熱分解炉3内で再度使用した。
The
なお、熱分解炉から排出される残渣6中にはプラスチック系廃棄物の未乾留塊状物は見られず、本発明による粒状物の金属化合物が塊状化防止材として機能することを確認した。
In addition, in the
一方、熱分解チャーは純酸素吹きの噴流床式ガス化炉23へN2搬送ガスと共に吹込み反応温度1300℃でガス化溶融し、可燃分をCO、CO2、H2、H2O、及び、その他微量ガスから構成されるガス化ガス25に変換すると共に、灰分をスラグ26化した。
On the other hand, the pyrolysis char is gasified and melted at a reaction temperature of 1300 ° C. with N 2 carrier gas into a spouted
ガス化ガス25は、熱回収装置27により熱交換されて200℃までガスクウェンチされた後、ガス精製装置28であるバグフィルタ及びアルカリースクラバーでダスト除去及び塩酸ガス除去して、発熱量10MJ/Nm3の精製ガス29を100Nm3/hr得た。
The gasified
(比較例1)
比較例1として、熱分解炉3内に発熱反応を起こす金属化合物及び反応ガスを供給せずに実施例1と同じ廃プラスチック系廃棄物を処理量100t/日で熱分解処理した例を示す。
(Comparative Example 1)
As Comparative Example 1, an example is shown in which the same waste plastic waste as in Example 1 is pyrolyzed at a treatment rate of 100 t / day without supplying a metal compound that causes an exothermic reaction and a reaction gas into the
熱分解炉3及び加熱炉4には、実施例1と同様に、外熱式ロータリーキルン及びLNG焚き熱風発生炉を用い、熱分解温度は500℃とした。また、熱分解ガス5は、実施例1と同様に、改質炉16に導入して改質ガス18に変換し、熱分解チャー13は実施例1と同様に噴流床式ガス化炉23に導入してガス化ガス25及びスラグ26を製造した。
As in Example 1, an externally heated rotary kiln and an LNG-fired hot air generator were used for the
プラスチック系廃棄物が熱分解する際の吸熱量は、単位処理量及び単位時間当りで、夫々、1.3MJ/kg、5000MJ/hrであり、一方、加熱炉4から外熱式ロータリキルン内への平均熱伝達量は約40MJ/m2・hであったが、発熱反応を起こす固体の金属化合物及び反応ガスを供給しない比較例1は、実施例1に比べロータリキルンの必要加熱面積が約60m2増加して、熱分解炉の回転ドラム寸法は内径2.5m×長さ33mとなり、設備が大型化した。
The amount of heat absorbed when plastic waste is thermally decomposed is 1.3 MJ / kg and 5000 MJ / hr per unit processing amount and unit time, respectively, while from the
また、熱分解炉から排出された残渣中には熱分解が十分完了していない塊状廃ブラスチックが混在していた。 In addition, in the residue discharged from the pyrolysis furnace, massive waste plastics that were not completely pyrolyzed were mixed.
1 廃棄物
2 廃棄物供給装置
3 熱分解炉
4 加熱炉
5 熱分解ガス
6 残渣
7 固体の金属又は金属化合物
8 固体の金属又は金属化合物供給装置
9 二酸化炭素又は水蒸気又は水素
10 反応ガス供給装置
11 熱分解チャー分離装置
12 加熱再生装置
13 熱分解チャー
14 反応後の金属化合物
15 再生後固体の金属又は金属化合物
16 改質炉
17 酸素含有ガスおよび水蒸気
18 改質ガス
19 排熱回収装置
20 ガス精製装置
21 精製ガス
22 チャー供給装置
23 ガス化炉
24 酸素含有ガス
25 ガス化ガス
26 スラグ
27 熱回収装置
28 ガス精製装置
29 精製ガス
30 高温空気
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2005
- 2005-07-21 JP JP2005210979A patent/JP2007021451A/en not_active Withdrawn
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