JP2007045852A - ガス化ガスの精製方法及び装置、並びにガス化ガスの利用方法 - Google Patents

Abstract

【課題】廃タイヤ、廃プラスチック等の高カロリーかつ揮発分リッチな廃棄物をガス化処理し、高カロリーガスを得る場合に、ガスに含まれる、チャー、タール、軽油、塩素分、ダイオキシン類等の不純物を適切に除去できるようにすること。
【解決手段】熱分解炉２で生成した熱分解ガスを、改質炉１３で酸素及び水蒸気と反応させて１０００℃以上に昇温し、ガスに含まれるタール及び軽油を改質によりガス及びチャーに変換する。この改質ガスを第１のガス冷却器１４に導入し、水噴霧又は液中燃焼によりガス温度を断熱飽和温度以下の９０〜７０℃に冷却してガス中のチャー主体のダスト及び残存するタール、軽油を水側に捕捉物として捕捉し、得られたガスをガス利用設備に送って利用すると共に、第１のガス冷却器１４の排水から前記捕捉物を分離し、熱分解炉２に戻して再度熱分解してガス化させる、又は、熱分解炉２の熱源として利用する。
【選択図】図１

Description

本発明は、廃タイヤ、廃プラスチック等の可燃性廃棄物を熱分解して得られた熱分解ガスを精製して燃料ガスとする方法及び装置、並びにその利用方法に関する。

廃棄物の処理方法としては、焼却処分あるいは埋め立て処分が一般的であるが、近年、廃棄物の持つエネルギーを有効利用するために、廃棄物を熱分解して可燃性ガス、タール・軽油、飛散チャーを含有する熱分解ガスを得て、この熱分解ガスを精製して燃料ガスとして利用する方法が実施されている。

例えば、特許文献１には、シュレッダーダスト等の銅含有有機性廃棄物を乾留処理（熱分解）して得られた乾留ガス（熱分解ガス）とコークス炉ガスを混合し、この混合ガスを精製し、燃料ガスとして利用する方法が開示されている。しかし、この方法を廃プラスチック等の揮発分リッチな廃棄物の処理に適用した場合、ガス中タールがガス冷却時に析出・固化し、ワックス化してコークス炉ガス精製設備等の配管中に付着・閉塞することで長期運転の阻害要因となっていた。

そのため、ガスを水等で洗浄しタールを除去することが一般的に行われているが、特許文献１に記載のように、製鉄所の安水で洗浄し、その排水を製鉄所の安水処理設備（活性汚泥法）で処理する場合、排水中に含まれる重金属分、有害な有機化合物等の影響で活性汚泥の活性が阻害される場合があった。

これに対して、有機性廃棄物をガス化後、酸素及び水蒸気と反応させて、改質反応により、ガス中タールや軽油を低減させる方法もある。この場合、改質温度を１０００℃程度以上にすると、ガス中に含まれるタール、軽油のほとんどは分解されるが、ガス中に微量ながら残ることがある。そして、改質されたガスにはタールが分解して精製したカーボン（チャー）が含有され、また、廃棄物に含まれる塩素分は塩化水素ガスとしてガス中に揮発する。この塩素分は、ガス利用先において腐食を発生させる原因となる。

したがって、従来、特許文献２、３に記載のようにガス化ガスをコークス炉ガスラインや高炉ガスラインに合流させる技術はあるが、揮発分リッチな廃棄物のガス化ガスを利用する場合には塩素による輸送設備、利用先での設備トラブルが発生するおそれがある。

これに対して、特許文献４には、高温改質によってタール、軽油を改質ガスに変換した後、この改質ガスを冷却し、ダスト分離、塩素除去した後にコークス炉ガスラインに導入しコークス炉ガスと混合して利用する技術が開示されている。

しかし、特許文献４の技術において、ガスの冷却やダスト除去に水スクラバーを、また塩素除去にアルカリスクラバーを用いた場合、その排水の処理が必要となる、また、分離されたダスト（捕捉物）は塩素分を含有し、さらにはダイオキシン類を含む可能性があるため、これを廃棄物処理設備外にて製品として利用することは環境に対する影響を抑えるという意味で難しい。したがって、分離されたダストは外部に出さないように処理をするか、ダイオキシン類の分解が必要になる。
特開２００３−３９０５６号公報 特開２００４−１１５７８６号公報 特開２００４−２３８５０８号公報 特開２００４−２３８５３５号公報

本発明が解決しようとする課題は、廃タイヤ、廃プラスチック等の高カロリーかつ揮発分リッチな廃棄物をガス化処理し、高カロリーガスを得る場合に、ガスに含まれる、チャー、タール、軽油、塩素分、ダイオキシン類等の不純物を適切に除去できるようにすることにある。

他の課題は、熱分解によって発生するチャーやタール等の持つ熱量を有効利用すると共に、チャー、タールに含まれるダイオキシン類による環境汚染を防止することにある。

本発明に係るガス化ガスの精製方法は、可燃性廃棄物を熱分解炉でガス化させ、燃料ガスを得るガス化ガスの精製方法において、熱分解炉で生成した熱分解ガスを、改質炉で酸素及び水蒸気と反応させて１０００℃以上に昇温し、ガスに含まれるタール及び軽油を改質によりガス及びチャーに変換し、この改質ガスを第１のガス冷却器に導入し、水噴霧又は液中燃焼によりガス温度を断熱飽和温度以下の９０〜７０℃に冷却してガス中のチャー主体のダスト及び残存するタール、軽油を水側に捕捉物として捕捉し、得られたガスをガス利用設備に送って利用すると共に、第１のガス冷却器の排水から前記捕捉物を分離し、熱分解炉に戻して再度熱分解してガス化させる、又は、熱分解炉に熱源を供給するための燃料として利用することを特徴とするものである。

また、本発明に係るガス化ガスの精製装置は、可燃性廃棄物を熱分解炉でガス化させ、燃料ガスを得るガス化ガスの精製装置において、熱分解炉で生成した熱分解ガスを酸素及び水蒸気と反応させて１０００℃以上に昇温し、ガスに含まれるタール及び軽油を改質によりガス及びチャーに変換する改質炉と、この改質ガスを、水噴霧又は液中燃焼によりガス温度を断熱飽和温度以下の９０〜７０℃に冷却してガス中のチャー主体のダスト及び残存するタール、軽油を水側に捕捉物として捕捉する第１のガス冷却器と、得られたガスをガス利用設備に送る機構と、第１のガス冷却器の排水から前記捕捉物を分離し、熱分解炉に戻す機構とを設け、分離した捕捉物を再度熱分解してガス化させる、又は、熱分解炉に熱源を供給するための燃料として利用することを特徴とするものである。

本発明においては、第１のガス冷却器の水相にＨＣｌ、Ｈ_２Ｓ等の酸性ガスを吸収させてガス側の酸性ガスを除去すると共に、水相に、ＮａＯＨ、安水（ＮＨ_３）等の水溶液を中和剤として注入して、そのｐＨを５〜９の範囲に調整することができる。

また、第１のガス冷却器の後流側に設けた電気集塵機にガスを導入し、ガス中に残留するダスト、ミスト状の水及び油を捕捉してガスを精製すると共に、この捕捉物を第１のガス冷却器の捕捉物と混合し、熱分解炉に戻して再度熱分解してガス化させる、又は、熱分解炉に熱源を供給するために燃料として利用することもできる。

また、第１のガス冷却器の後流側に設けた第２のガス冷却器にガスを導入し、冷却水と熱交換させることによりガス温度を４０℃以下として含有する水蒸気を凝縮させることもできる。

また、第２のガス冷却器から出たガスを、ブロア昇圧又は間接加熱器により加熱してガス中の水分をミスト気化した後に集塵機構に導入し、微細な粒子状物質を除去することもできる。

また、集塵機構の後流側において、活性炭として活性コークス又は粒状活性炭を充填した活性炭充填層若しくは活性炭移動層にガスを通し、ガス中のダイオキシン類等の微量有機ハロゲン化合物を吸着により、除去・低減することもできる。

また、ガス精製工程で発生する排水を、製鉄所に既存の安水活性汚泥処理に合流させることもできる。

また、ガス精製工程で発生する排水に対して、（１）固形物、タール及び軽油の加圧浮上による分離、又は比重差による分離、（２）排水を冷却後、水層にアルカリを加え、ｐＨ９．５以上１２以下に調整して、排水に含まれる金属を凝集沈殿させることによる分離、（３）アンモニアストリッピングによる窒素、アンモニアの除去、のいずれか又はすべてを事前処理として実施し、製鉄所に既存の安水活性汚泥処理に合流させることもできる。

また、第１のガス冷却器の補給水として、製鉄所に既存のコークス炉で副生する安水を使用することもできる。

そして、以上のガス化ガスの精製方法により、ガス化ガス中のダイオキシン類濃度を０．１ｎｇ−ＴＥＱ／ｍ^３Ｎ（酸素濃度１２％換算値）以下とした後に、製鉄所に既存のコークス炉ガスライン又は高炉ガスラインに合流させ、コークス炉ガス又は高炉ガスと混合して利用することもできる。コークス炉ガスラインに合流させる場合、ガス化ガスをコークス炉に付随するドライメーンでコークス炉ガスラインに合流させることが好ましい。

本発明によれば、揮発分リッチな廃棄物をガス化処理する場合であっても、熱分解によって得られた熱分解ガス中のチャー、タール、軽油、Ｈ_２Ｓ、ＨＣｌ、ＨＣＮ、塩素分、ダイオキシン類等のガス利用時に障害となる不純物含有量を十分に低減することができる。

また、第１のガス冷却器に捕捉され排水から分離されたチャー、タール、軽油等の捕捉物を熱分解炉に戻して再度熱分解してガス化させる、又は、熱分解炉に熱源を供給する燃料として利用することで、熱分解によって発生するチャーやタール等の持つ熱量を有効利用できると共に、チャー、タールに含まれる重金属類、ダイオキシン類等の有機ハロゲン化合物による環境汚染を防止することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明に係るガス化ガスの精製装置を示す構成図である。

まず、ガス化プロセスと燃焼排ガス処理プロセスについて説明する。図１に示す装置では、廃タイヤ、廃プラスチック等の揮発分リッチな可燃性廃棄物を対象にガス化する。対象物は、熱分解炉２の滞留時間内で熱分解ガス化が完了するように、破砕機１により事前に一定の大きさ以下まで破砕した後に熱分解炉２に投入する。その際、対象と炉形式の組み合わせによっては、金属、不燃物等の処理不適物が含まれる場合があり、そのときは磁力選別、風力選別、手選別等により処理不適物を除去する。

熱分解炉２に投入された廃棄物は外部燃料を燃焼して得た熱、若しくは廃棄物を部分燃焼して自身の持つエネルギーを消費して得た熱によって熱分解温度まで加熱し、熱分解ガスを発生させる。炉形式としては、実施例ではロータリーキルンを利用しているが、そのほか、シャフト炉、流動層炉等が利用可能である。即ち、外熱式キルンや２塔流動層炉のように外部間接加熱で熱分解ガス化する方式、あるいは、シャフト炉、流動層炉のように廃棄物を部分燃焼させて熱分解する部分燃焼方式が利用可能である。

また、必要に応じて廃棄物の事前処理、熱分解ガスの精製工程等で発生する排水を熱分解炉２又は熱分解炉２に熱を供給する燃焼炉１６に噴霧して乾燥・焼却処理することもできる。

外部間接加熱にてガス化する場合には、熱分解ガス側に、熱源を得るための燃焼排ガスが混入しないため、熱分解ガスの発熱量、有用成分の濃度を高く維持することができ、ガスとしての価値は高くできるが、熱源を得るための燃焼排ガスが別系統で発生するため、図１に示すとおり別系統の排ガス処理が必要となる。

別系統の排ガスの処理方法としては、必要に応じて２次燃焼炉３を設け、温度と滞留時間を所定値以上に確保してダイオキシン類や他の未燃分を完全分解する。また、この２次燃焼炉３では、廃棄物の事前処理や熱分解ガスの精製工程等で発生する排水を噴霧して乾燥・焼却処理することもできる。２次燃焼炉３としては、鋼板製若しくは伝熱管によって炉殻を構成し、内面に耐火物を内張りすることが多い。ダイオキシン類の分解を促進するために２次燃焼炉３内の温度は一定レベル（８５０℃、好ましくは９００℃以上）に維持される。２次燃焼炉３内の温度は炉内に設けられた温度計の温度指示値がある目標値になるように燃焼空気量、若しくは希釈空気量を調整することで維持される。

２次燃焼炉３にて完全燃焼されたガスは熱交換機４に導入し、廃熱を回収する。熱交換機４としてはボイラ、温水発生器、空気予熱器等が該当する。

ボイラにて廃熱回収した場合、得られた蒸気はタービンを駆動して電力に変換することができ、また、熱分解炉２内の攪拌ガス、後述する改質炉１３での改質反応ための水蒸気源として利用することができる。ボイラは自然循環式の水管ボイラでボイラ壁も伝熱面とし熱回収効率の向上を図る。尚、処理対象物が塩素及び硫黄を含有する廃棄物である場合、廃棄物に含まれる塩素分、アルカリ金属類の影響で灰の融点が低くなる傾向がある。そのため、内部の伝熱管にダストが付着して伝熱効率が低下するあるいはボイラが閉塞する可能性がある。そこで、付着を防止するために、蒸気駆動式のスートブロアを設けることが多い。

一方、温水発生器にて廃熱回収した場合には近隣の設備での余熱利用が可能となる。また、空気予熱器にて廃熱回収した場合には加熱された空気は熱分解炉２における熱分解用燃焼空気、燃焼炉１６の燃焼空気等に利用することができる。

熱回収された排ガスは排ガス減温塔５にて水噴霧され、後流に設置される除塵機６（バグフィルター、電気集塵機等）にて除塵が可能となる温度（２００℃以下）までガス温度を低減される。除塵機６にバグフィルターを用いる場合には、ガス中に含まれる塩化水素ガス、ダイオキシンを吸着するために、除塵機６入り側において吹込装置７にて消石灰や活性炭を吹き込むことができる。

排ガスは誘引通風機８によって吸引されているが、誘引通風機８は一般的に、除塵機６出側に設置される。これにより、誘引通風機８のインペラーにダスト付着して重量バランスが崩れる等のダストトラブルを防ぐことができる。

誘引通風機８にて昇圧されたガスは、必要に応じて、排ガス再加熱器９（蒸気式間接化熱方式、外部燃料追い焚き方式等）にて１８０℃〜２５０℃に加熱されたのち触媒反応層あるいは活性炭充填層１０に通ガスされ、ガス中のダイオキシン類、ＮＯｘが分解、吸着される。触媒にてＮＯｘを分解する際には触媒の上流側にアンモニアを吹き込むことで高いＮＯｘ分解性能が得られる。

除塵機６、触媒等でガス処理された排ガスは煙突１１から大気に放散される。煙突１１では排ガス分析計を設置して排ガス中のＮＯｘ、ＳＯｘ、ＨＣｌ等、大気汚染物質の排出量を監視しており、排出量の増減に応じて消石灰、アンモニア等の薬剤を増減させ、排ガス中大気汚染物質の排出量を規定値以下に抑えることができる。

２次燃焼炉３、熱交換機４、排ガス減温塔５、除塵機６からは廃棄物由来のダストが捕集される。捕集されたダストは集められ、灰処理設備１２にて薬剤（キレート）と混合し、重金属等有害物質の溶出を防止する措置をした後に最終処分場に処分する等、廃棄物として処理される。また、飛灰中の鉛、亜鉛等の重金属濃度が高い場合には、重金属を抽出・濃縮し、リサイクルすることも可能である。

次に、ガス化プロセスにより生成した熱分解ガスの精製プロセスについて説明する。上述のとおり、図１に示す装置では、廃タイヤ、廃プラスチック等の揮発分リッチな廃棄物を熱分解炉２でガス化する。図１に示す熱分解炉２は間接加熱方式の乾留キルンであって、無酸素状態で熱分解ガス化する。熱分解生成物としては、常温に冷却すると凝縮する液成分と常温でもガス体のガス成分及び熱分解残渣としての固体成分がある。乾留キルンの場合、ガス成分は、可燃性のＨ_２、ＣＯ、ＣＨ_４を主成分とし、そのほか、可燃性のＣ２〜Ｃ４の炭化水素ガス、不燃性のＣＯ_２、Ｎ_２が含まれる。また、液成分は、油成分及び凝縮水がある。油は重質分（タール）から軽質分（軽油）まで分布があり、凝縮水にはＨＣｌやＨ_２Ｓといった酸性成分及びＮＨ_３が含まれる。固体成分は、有機物が炭化して固定炭素主体物になったカーボン残渣（チャー）と無機成分主体の不燃残渣がある。

廃プラスチック等の揮発分リッチな可燃性廃棄物は、低温域で熱分解するため、熱分解生成物はタール、軽油といった油成分が多く、ガス成分は多くない。このような場合、油成分をガスに転換してガス収率を上げる目的で改質炉１３を設ける。改質炉１３では、純酸素をノズルを介して高流速で導入し、可燃成分を部分的に燃焼することによる発生熱で温度上昇させ、油成分を熱分解させることによりガスとチャーに転換させる。また、その際、導入酸素に水蒸気を混合することで、水性ガス化反応によるチャー生成抑制とガス化率向上、炉内攪拌強化、反応温度の均一化を図る。

改質温度は概ね１０００〜１４００℃、望ましくは１０００〜１２００℃の範囲であり、炉出口のガス温度を測定し、その温度が目標値となるように酸素、水蒸気の量を調整する。この改質によりタール、軽油は、ＣＯ、ＣＯ_２、Ｈ_２、ＣＨ_４、Ｈ_２Ｏ等のガスとチャー（スス）に転換される。改質温度を高く設定すると改質効率が上がり、タール、軽油の含有量を低減でき、さらにはダイオキシン類等の微量の有機ハロゲン化合物も低減できるが、同時にメタン、エタン、プロパン等の炭化水素ガスも分解して、ＣＯ、Ｈ_２となるため、ガスカロリーは低下しガスボリュームが増加する。

また、熱効率の観点から、改質に使用する水蒸気は上述の熱交換機４（ボイラ）での熱回収によって得られた水蒸気であることが望ましく、蒸気の温度は高い方が良い（２００℃以上、好ましくは４００℃以上）。但し、高すぎる場合には、ボイラ伝熱管にて腐食が発生するため、蒸気温度は４００〜４５０℃程度が適している。尚、蒸気の製造に外部燃料を用いる場合にはこの限りではない。

高温の改質ガスは、プレクーラ１４（第１のガス冷却器）内で水噴霧することによって急冷する。改質ガスはガス温度が高く、水分不飽和であるため、噴霧された水は瞬時に気化し、水１ｋｇ当たり６４０ｋｃａｌの蒸発潜熱を奪う。その結果、ガスは急速冷却され、断熱飽和温度を僅かに下回る温度（７０〜９０℃）まで冷却される。ガス温度低下に伴い、沸点が高いタールは凝縮し、水噴霧により、微細なチャー主体のダスト（以下単にチャーという）は水滴に捕捉される。その結果、未蒸発の噴霧水と共に、チャー、タールはプレクーラ１４底部に溜まり、タールデカンタ１５（分離装置）に流出する。捕集されたタールは、水温によって性状が変化する。即ち、温度が高いとタールが重質になり、低ければ軽質になる。タールは冷えると粘度が上昇・硬化してハンドリングが困難になり、タールと水の比重も温度の影響を受ける。通常、経験的には冷却温度を８０〜８５℃に調整し、適宜スチームトレース等により保温して温度維持するのが良い。尚、プレクーラ１４では水噴霧ではなく液中燃焼によって改質ガスを急冷しても良い。

熱分解ガスには、ＨＣｌ（塩化水素）、Ｈ_２Ｓ（硫化水素）、ＨＣＮ（青酸）等の酸性ガス及びＮＨ_３（アンモニア）、アルカリ塩ダスト、水溶性有機分が含まれ、これらは水中に溶解し、通常、水は、ＨＣｌによって酸性を示す。設備の酸腐食を防止するために、プレクーラ１４の噴霧水（補給水）にはアルカリを添加してｐＨ調整し、濃縮を避けるために適正にブローして希釈する。アルカリとしては、苛性ソーダ、水酸化マグネシウム、消石灰乳、アンモニア水等が用いられ、アルカリ添加量を適切に調整するために、循環水のｐＨを測定し、ｐＨが目標値（好ましくは５以上９以下）となるよう管理している。また、設備の近傍にコークス炉がある場合には、噴霧水としてコークス炉で副生する安水を用いることで、運転費用を安価に抑えることができる。また、改質温度が高い場合、タールが減り、チャーが生成するのでタールとチャーの比率がチャーリッチになる。

プレクーラ１４にて冷却することで改質ガスに含まれる有害物質（ダイオキシン、重金属等）の大部分は凝集し、液体若しくは固体となり、タール、チャーは水に混濁した状態でプレクーラ１４の底部に沈降、堆積する。但し、プレクーラ１４を出たガス中にはミスト状態、ガス状態として飛散していくものも存在する。これらの飛散を削減する方法として、噴霧水を高圧で噴霧する、ミストの粒径を小さくする等の対策がある。

上述のとおり、プレクーラ１４で水中に捕捉されたチャーやタール等の捕捉物は、水と共にタールデカンタ１５に流出させる。通常、タールは比重が水よりも重く、タールデカンタ１５の底に沈んだタールを掻上げて分離できる。また、改質温度を上げてチャーリッチになる場合は、チャーはタールを伴って塊状で成長しやすく、また、比重が軽くなるため、連続的に加圧浮上により固液分離して取り出すのが良い。

タールデカンタ１５で水相から分離回収したタールやチャー及び熱分解炉２から排出される熱分解残渣中の固定炭素主体物は可燃性であり、燃料として利用可能である。しかしながら、塩素、アンモニア、ダイオキシン類をはじめ、環境上注意が必要な物質を含むため、生産設備用の燃料としては適さない。

したがって、本発明では廃棄物焼却炉として構成される燃焼炉の燃料、即ち、熱分解炉２用の燃料若しくは原料として利用する。具体的には、１）図１に示すように熱分解炉２が間接加熱式であれば、高温熱源である燃焼炉１６の燃料若しくは熱分解炉２の原料として利用し、又は、２）部分燃焼方式であれば熱分解炉に再投入して、部分燃焼により熱分解させることができる。これによりタールやチャーは、熱源もしくはガスとして有効に回収することができる。このように、副生物を燃料として利用することで、熱分解炉用の外部燃料、廃棄物の一部を削減することができ、得られるガスの量を増大できる。水相からの分離方法としては、デカンタのほか、加圧浮上、フィルタープレス、遠心分離等の技術が利用できる。

チャーやタールを分離した水は循環使用するが、塩類等の濃縮とそれによる装置腐食を防ぐために、適宜抜き出しブローを行う。ブロー水は、固形物（ＳＳ）、ＣＯＤ、油分（ｎ−ＨＥＸ）、ダイオキシン類等を含むので適切に排水処理を行い放流される。

プレクーラの水噴霧によるガス冷却及びガス洗浄ではダイオキシン類の除去が不十分となる場合には、後流にプライマリークーラ１７（第２のガス冷却器）を設置し、さらに冷却により、４０℃以下にガス温度の低下を図る。ガス温度が低下すると、ガス相の水蒸気及び軽油分リッチなタールはさらに凝縮により液化し、ダイオキシン類は油層に溶け込んで、ガス相から分離される。その結果、プライマリークーラ１７では、凝縮水と軽質タールが分離回収され、同時にダイオキシン類、チャー等のダスト類もガス相から除去できる。プライマリークーラ１７の装置方式としては、間接熱交換方式が採用できる。間接熱交換方式では、プライマリークーラ１７内に設置された伝熱管の中に１５℃〜３０℃程度の冷却水を流し、ガスを間接的に冷却する。

凝縮水には、ガスに含まれる酸性ガス成分が溶解し、強酸性で腐食性を現すことから、アルカリ薬剤を投入し、ｐＨ＝５〜９となるように中和する。アルカリには苛性ソーダ、アンモニア水を用いることが好ましい。このためプライマリークーラ１７内壁には、アルカリを添加した凝縮水を循環して装置内に噴霧し、凝縮水を洗い流すことで、凝縮水が酸性になることを防止する。また、この水噴霧は同時に凝縮する軽質タール成分の壁、伝熱管への付着成長を防止し、ダスト類、タールミスト類の捕捉除去の効果もある。このプライマリークーラ１７で使用するアルカリ性の水（中和剤）としては、コークス炉で副生する安水を用いることで、運転費用を安価に抑えることができる。

ここで、プレクーラ１４出口で、ガスに残留するチャー、タールミストが多い場合には、プレクーラ１４とプライマリークーラ１７の間に電気集塵機（図示せず）を設置し、チャー等のダスト類、軽油主体のタールミスト、水蒸気ミストを除去することもできる。これにより、ガス中のダイオキシン類濃度はさらに低減し、また後流のプライマリークーラ１７へのダスト類、油類の負荷が低減し、内壁での付着、閉塞等のトラブルを防止しやすくなる。

実施例では、図１に示すように、プライマリークーラ１７の後流側に蒸気間接熱交換式のガス加熱器１８を設け、このガス加熱器１８によりガスを加熱してガス中の水分をミスト気化した後に電気集塵機１９に導入し、ガス中に含まれる軽油主体のタールミスト等の微細な粒子状物質を捕集することにより、いわゆる粒子状のダイオキシン類も捕捉し、ガス中ダイオキシン類濃度の低減を図るようにしている。なお、ガスの加熱はブロア昇圧によって行ってもよい。

得られたガスはブロア２０（ガス排送機）によって、後述するコークス炉ガス精製設備２４に送られるが、ブロア２０の後流側に活性炭充填層若しくは活性炭移動層２１を設け、その中にガスを通すことによってダイオキシンを吸着する。ここで活性炭は、活性コークス、粒状活性炭である。ブロア昇圧による温度上昇のみでは、ガス温度が飽和温度より低く、活性炭充填層若しくは活性炭移動層２１内の冷えやすい部分で軽油、水分の凝縮が起こる場合には、上述のガス加熱器１８により、ガス温度を上記凝縮が防止できる温度まで、上昇させることができる。

以上の工程により、ガス中のダイオキシン類濃度を基準値（０．１ｎｇ−ＴＥＱ／ｍ^３Ｎ（酸素濃度１２％換算値））以下にする。そして、本発明では、この清浄化されたガスをコークス炉２２のコークス炉ガス（ＣＯＧ）精製設備２４に混合することで、ガス配送〜ガス利用まで既設のインフラを利用する。設備の設置位置によってはガス洗浄からＣＯＧラインまでの距離が長い場合がある。この場合にはガス移送中に放熱等でガス温度が低下し、ガスダクト中に軽油成分が析出固化し、ダクト閉塞等の問題があった。そのために上述のガス加熱器１８により再度ガス温度を上昇させ、ガス利用先での温度が軽油成分の凝縮温度以上になるようにコントロールする。

コークス炉ガス精製設備２４に接続する前の段階では硫化水素、軽油等の不純物除去操作が十分ではなく、また、塩化水素等の塩素系ガスも一部残留する場合がある。これらの不純物によって、ガス利用先での腐食、温度低下に伴う軽油成分の凝縮・液化、ナフタリン、アントラセン等の析出によるガスラインやバーナでの閉塞等が起こる場合があり、既存ガスラインの利用は難しい場合がある。そこで、本実施例では、コークス炉ガス精製設備２４における既存の脱硫装置（硫黄分、塩素分除去）、軽油除去装置（軽油スクラバー）を利用することでガス精製の純度を上げ、上記問題を回避するようにしている。

コークス炉ガス精製設備２４の利用を狙ってＣＯＧラインへ合流させる場合は、ＣＯＧ精製機能のすべてを利用することが可能で圧力も大気圧に近い、ドライメーン２３とすることが好ましい。

ドライメーン２３ではコークス炉２２にて発生したガスに安水を噴霧・洗浄し、ガスを冷却することでガスからタール、スラッジを分離している。廃棄物のガス化炉、ガス精製設備にて精製されたガス化ガスはドライメーン２３にてＣＯＧと混合される。ドライメーン２３では安水と共に、ＣＯＧに含まれるタール分、スラッジ分が回収され、安水デカンタ２５に移される。安水デカンタ２５では、安水、タール、スラッジの混合液は比重差により、重力沈降され、タール、安水、スラッジに分離される。分離されたタールは回収され、タール製品として有効利用される。また、回収された安水は循環利用される。

上述のプライマリークーラ１７及び電気集塵機１９の捕捉物（軽質タール、軽油、チャー、水の混合物）は、プレクーラ１４の捕捉物と混合され、タールデカンタ１５で水相から分離回収され、熱分解炉２若しくは燃焼炉１６にて熱源として利用される。

一方、水分は有害物を多く含みそのままでは放流できないため、ガス化の処理によって生じる熱、つまり外熱用の燃焼炉１６若しくは２次燃焼炉３にて乾燥・焼却処理することが望ましいが、熱効率の向上を図るため、原料の水分量が高く、炉内では処理できない場合には、発生した排水を製鉄所に既存の安水活性汚泥処理に合流させて処理することもできる。その場合には、一旦排水槽２６に溜めて、その後水処理を行う必要がある。水処理の方法としては活性汚泥法が最適である。

本実施例では、ＣＯＧ精製過程から出る余剰安水を処理する安水活性汚泥処理設備２７において安水と本排水を合流して処理するようにしている。

但し、廃棄物を熱分解したガスの洗浄過程で生じた排水には、亜鉛、鉛等の重金属類、種々の有害な有機化合物、特にダイオキシン類等の有機塩素化合物、シアン化合物やベンゾニトリル等が含まれており、活性汚泥が阻害を受けるので活性を高く保つことが難しい。そこで、既設の安水活性汚泥処理設備２７に合流し効率的に処理するためには、阻害物質を事前処理により除去することが望ましい。

事前処理の方法としては、１）ＳＳ分離、２）凝集沈殿、３）安水蒸留のいずれか若しくはすべてを適応することが有効である。

ＳＳ分離はタール及びＳＳ（固形物）を含む排水を加圧浮上又は比重差により分離する技術である。凝集沈殿はＳＳ分離により分離された水層を冷却後アルカリの薬剤を加え、ｐＨを９．５〜１２．０に調整し、重金属等を凝集沈殿させる技術である。安水蒸留はＳＳ分離により分離された水層のアンモニアストリッピングによって窒素、アンモニアを除去する技術である。これらの処理のいずれか又はすべてを実施することにより、水中のダイオキシン類濃度を１０ｐｇ−ＴＥＱ／Ｌ以下とする。

図２は、本発明に係るガス化ガスの精製装置の他の例を示す構成図である。同図に示す例は、図１に示す構成においてプレクーラ１４以降の精製処理を省略したものである、ガス化ガス中の塩素分やダイオキシン類の濃度が低い場合には、この例によっても塩素分やダイオキシン類濃度を基準値以下にすることが可能であり、設備も簡略化される。

本発明に係るガス化ガスの精製装置を示す構成図である。 本発明に係るガス化ガスの精製装置の他の例を示す構成図である。

符号の説明

１ 破砕機
２ 熱分解炉
３ ２次燃焼炉
４ 熱交換機
５ 排ガス減温塔
６ 除塵機
７ 吹込装置
８ 誘引通風機
９ 排ガス再加熱器
１０ 触媒反応層あるいは活性炭充填層
１１ 煙突
１２ 灰処理設備
１３ 改質炉
１４ プレクーラ（第１のガス冷却器）
１５ タールデカンタ（分離装置）
１６ 燃焼炉
１７ プライマリークーラ（第２のガス冷却器）
１８ ガス加熱器
１９ 電気集塵機
２０ ブロア（ガス排送機）
２１ 活性炭充填層若しくは活性炭移動層
２２ コークス炉
２３ ドライメーン
２４ コークス炉ガス精製設備
２５ 安水デカンタ
２６ 油水分離槽
２７ 排水槽
２８ 安水活性汚泥処理設備

Claims (13)

1. 可燃性廃棄物を熱分解炉でガス化させ、燃料ガスを得るガス化ガスの精製方法において、
   熱分解炉で生成した熱分解ガスを、改質炉で酸素及び水蒸気と反応させて１０００℃以上に昇温し、ガスに含まれるタール及び軽油を改質によりガス及びチャーに変換し、
   この改質ガスを第１のガス冷却器に導入し、水噴霧又は液中燃焼によりガス温度を断熱飽和温度以下の９０〜７０℃に冷却してガス中のチャー主体のダスト及び残存するタール、軽油を水側に捕捉物として捕捉し、得られたガスをガス利用設備に送って利用すると共に、第１のガス冷却器の排水から前記捕捉物を分離し、熱分解炉に戻して再度熱分解してガス化させる、又は、熱分解炉に熱源を供給するための燃料として利用することを特徴とするガス化ガスの精製方法。
2. 第１のガス冷却器の水相にＨＣｌ、Ｈ_２Ｓ等の酸性ガスを吸収させてガス側の酸性ガスを除去すると共に、水相に、ＮａＯＨ、安水（ＮＨ_３）等の水溶液を中和剤として注入して、そのｐＨを５〜９の範囲に調整する請求項１に記載のガス化ガスの精製方法。
3. 第１のガス冷却器の後流側に設けた電気集塵機にガスを導入し、ガス中に残留するダスト、ミスト状の水及び油を捕捉してガスを精製すると共に、この捕捉物を第１のガス冷却器の捕捉物と混合し、熱分解炉に戻して再度熱分解してガス化させる、又は、熱分解炉に熱源を供給するための燃料として利用する請求項１又は２に記載のガス化ガスの精製方法。
4. 第１のガス冷却器の後流側に設けた第２のガス冷却器にガスを導入し、冷却水と熱交換させることによりガス温度を４０℃以下として含有する水蒸気を凝縮させる請求項１〜３のいずれかに記載のガス化ガスの精製方法。
5. 第２のガス冷却器から出たガスを、ブロア昇圧又は間接加熱器により加熱してガス中の水分をミスト気化した後に集塵機構に導入し、微細な粒子状物質を除去する請求項４に記載のガス化ガスの精製方法。
6. 集塵機構の後流側において、活性炭活性炭として活性コークス又は粒状活性炭を充填した活性炭充填層若しくは活性炭移動層にガスを通し、ダイオキシン類等の微量ハロゲン塩素化合物を吸着により、ガス中から除去・低減する請求項５に記載のガス化ガスの精製方法。
7. ガス精製工程で発生する排水の一部又は全てを熱分解炉若しくは熱分解炉に熱を供給する燃焼炉、又はその燃焼炉排ガスを完全燃焼させる２次燃焼炉に噴霧して乾燥・焼却処理し、焼却処理後の残余分、又は全量を製鉄所に既存の安水活性汚泥処理に合流させる請求項１〜６のいずれかに記載のガス化ガスの精製方法。
8. ガス精製工程で発生する排水に対して、
   （１）固形物、タール及び軽油の加圧浮上による分離、又は比重差による分離、
   （２）排水を冷却後、水層にアルカリを加え、ｐＨ９．５以上１２以下に調整して、排水に含まれる金属を凝集沈殿させることによる分離、
   （３）アンモニアストリッピングによる窒素、アンモニアの除去、
   のいずれか又はすべてを事前処理として実施し、製鉄所に既存の安水活性汚泥処理に合流させる請求項７に記載のガス化ガスの精製方法。
9. 第１のガス冷却器の補給水として、製鉄所に既存のコークス炉で副生する安水を使用する請求項１〜８のいずれかに記載のガス化ガスの精製方法。
10. 請求項１〜６のいずれかに記載のガス化ガスの精製方法により、ガス化ガス中のダイオキシン類濃度を０．１ｎｇ−ＴＥＱ／ｍ^３Ｎ（酸素濃度１２％換算値）以下とした後に、製鉄所に既存のコークス炉ガスラインに合流させ、コークス炉ガスと混合して利用することを特徴とするガス化ガスの利用方法。
11. ガス化ガスをコークス炉に付随するドライメーンでコークス炉ガスラインに合流させる請求項１０に記載のガス化ガスの利用方法。
12. 請求項１〜６のいずれかに記載のガス化ガスの精製方法により、ガス化ガス中のダイオキシン類濃度を０．１ｎｇ−ＴＥＱ／ｍ^３Ｎ（酸素濃度１２％換算値）以下とした後に、製鉄所に既存の高炉ガスラインに合流させ、高炉ガスと混合して利用することを特徴とするガス化ガスの利用方法。
13. 可燃性廃棄物を熱分解炉でガス化させ、燃料ガスを得るガス化ガスの精製装置において、
    熱分解炉で生成した熱分解ガスを酸素及び水蒸気と反応させて１０００℃以上に昇温し、ガスに含まれるタール及び軽油を改質によりガス及びチャーに変換する改質炉と、
    この改質ガスを、水噴霧又は液中燃焼によりガス温度を断熱飽和温度以下の９０〜７０℃に冷却してガス中のチャー主体のダスト及び残存するタール、軽油を水側に捕捉物として捕捉する第１のガス冷却器と、
    得られたガスをガス利用設備に送る機構と、
    第１のガス冷却器の排水から前記捕捉物を分離し、熱分解炉に戻す機構とを設け、分離した捕捉物を再度熱分解してガス化させる、又は、熱分解炉に熱源を供給するための燃料として利用することを特徴とするガス化ガスの精製装置。

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