JP2007045857A - ガス化ガスの精製方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】可燃性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、タール、軽油、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】可燃性廃棄物を熱分解炉２でガス化させ、この熱分解ガスを改質炉１３で酸素及び水蒸気と反応させて改質し、この改質ガスを精製して燃料ガスを得るガス化ガスの精製装置において、改質ガスを断熱飽和温度以下の９０〜７０℃に冷却する第１のガス冷却器１４と、第１のガス冷却器１４から出たガスを４０℃以下として含有する水蒸気、軽油蒸気を凝縮させる第２のガス冷却器１８と、第２のガス冷却器１８から出たガスに含有する軽油分を洗浄油にて吸収する軽油スクラバー２３と、第１のガス冷却器１４及び第２のガス冷却器１８の排水から可燃物を分離する分離装置１５とを設け、分離した可燃物を熱分解炉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ようにした。
【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、特許文献２に記載されているように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。ただし、改質温度を１１００℃程度以上とすると、ガス中のメタン等炭化水素ガスの高カロリー成分も熱分解により、Ｈ_２、ＣＯに低分子化し、ガスカロリーが下がる。ガスカロリーが低下すると、ガスとしての用途範囲が狭くなる。一方、改質温度が１０００℃程度以下であればガス中にタール・軽油が残り、十分ではない。

また、廃棄物に含まれる塩素分は塩化水素としてガス中に揮発するため、コークス炉ガス精製設備や他のガス利用先において腐食のおそれがある。さらに、廃棄物に含まれる塩素分はダイオキシン類等の有害な有機塩素化合物発生の原因となる。

このように、とくに揮発分リッチな廃棄物を熱分解してガス化する場合、熱分解ガスに十分なガス精製処理を行わないと、そのガス中に含まれるタール、軽油、ダイオキシン類等有機塩素化合物によりガス供給先において種々の問題を生じる。

一方、特許文献３には、有機系廃棄物をガス化し、その残渣を高炉、コークス炉に入れてリサイクルする方法が開示されているが、重金属類や塩素を含む廃棄物を処理した場合には残渣となるタール、灰、チャー類は、重金属類やダイオキシン類等の有機塩素化合物を多く含むため、これを生産設備の原料として使用することは好ましくない。
特開２００３−３９０５６号公報 特開２００４−２３８５３５号公報 特開２００１−２２１４１５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、タール、軽油、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、タールに含まれる重金属類や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、この熱分解ガスを改質炉で酸素及び水蒸気により７００℃〜９００℃で改質し、この改質ガスを精製して燃料ガスを得るガス化ガスの精製方法において、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、第１のガス冷却器から出たガスを第２のガス冷却器に導入し、冷却水と直接接触による熱交換もしくは間接的に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、軽油蒸気を凝縮させ、第２のガス冷却器から出たガスを軽油スクラバーに導入し、軽油スクラバーの塔内ガス流速を０．５〜１．５ｍ／ｓとし、洗浄油の温度をガス温度よりも２〜３℃高く保ち、かつ、気液比を１．０〜３．０Ｌ／Ｎｍ^３としてガスを洗浄油と接触させることにより、ガスに含有するベンゼン、トルエン、キシレン等の軽油分を洗浄油に吸収させ、さらに、第１のガス冷却器及び第２ガス冷却器の凝縮・捕集物を排出し、その凝縮・捕集物から水分を分離し、得られたチャー、タール、軽油等の可燃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、この熱分解ガスを改質炉で酸素及び水蒸気と反応させて改質し、この改質ガスを精製して燃料ガスを得るガス化ガスの精製装置において、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℃に冷却する第１のガス冷却器と、第１のガス冷却器から出たガスを冷却水と直接接触による熱交換もしくは間接的に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、軽油蒸気を凝縮させる第２のガス冷却器と、第２のガス冷却器から出たガスに含有するベンゼン、トルエン、キシレン等の軽油分を洗浄油にて吸収する軽油スクラバーと、第１のガス冷却器及び第２のガス冷却器の凝縮・捕集物の排出機構と、凝縮・捕集物からチャー、タール、軽油等の可燃物を分離し、熱分解炉に戻す機構とを設け、さらに、分離した可燃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機構を設けたこと特徴とする。

本発明においては、第１のガス冷却器及び第２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２のガス冷却器から出たガスに対して、（１）電気集塵機を設置して、ガス中に残留するダスト及びタール、軽油、水等のミストを除去する処理、（２）脱塩・脱硫塔を設置してガス中に含まれるＨＣｌ、Ｈ_２Ｓを吸収除去し、アルカリにより吸収液を中和する処理、（３）第３のガス冷却器を設置してガス温度をさらに下げるガス冷却処理、のいずれか又はすべての処理を加えた後に、軽油スクラバーに導入することもできる。

また、軽油スクラバーから出たガスを電気集塵機に導入し、微細な油ミストや粒子状物質を除去することによりガス中の微量有機ハロゲン化合物をさらに低減することもできる。

また、軽油スクラバーより後流側において、ガスをブロア昇圧又は間接加熱器により加熱した後、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もしくは活性炭移動層に通し、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、ガス中から除去・低減することもできる。

また、精製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、コークス炉ガスと混合することもできる。

また、軽油スクラバーの洗浄油として、製鉄所に既存のコークス炉ガス精製設備の軽油捕集で用いる洗浄油（脱ベン油）を使用することもできる。

また、軽油スクラバーで軽油を吸収した後の洗浄油（含ベン油）の蒸留・再生を既存の軽油蒸留設備で行い、廃棄物由来の軽油を石炭由来の軽油に混合した状態で分離回収することもできる。

また、軽油スクラバーで軽油を吸収した後の洗浄油（含ベン油）を加熱すると共に金属ナトリウム粒子と接触させ、洗浄油中に含まれる有機ハロゲン化合物を脱ハロゲン反応させることもできる。

また、ガス精製の過程で凝縮により発生する排水はガス化処理によって生じる熱、つまり熱分解炉、外熱用の燃焼炉若しく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・焼却処理することが望ましいが、熱効率の向上を図るためもしくは、原料の水分量が高く、全量炉内で乾燥・焼却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、水中のダイオキシン類濃度を１０ｐｇ−ＴＥＱ／Ｌ以下とした後に、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又は第１のガス冷却器及び第２のガス冷却器に使用する中和剤として、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。

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、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のガス冷却器及び第２のガス冷却器の凝縮・捕集物から水分を分離したチャー、タール、軽油等の可燃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１７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、温度と滞留時間を規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１７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、重金属類を抽出・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７００〜９００℃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で水中に捕集されたチャー・タールは、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。分離した可燃物は一旦重質油タンク１６に受け入れて貯留する。

タールデカンタ１５で水相から分離回収したタール、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１７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・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・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）、油分（ｎ−ＨＥＸ）、ダイオキシン類等を含むので後述する油水分離槽２９に一旦受け入れて、その後適切に排水処理を行い放流される。

プレクーラ１４で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１８（第２のガス冷却器）を設置し、冷却することで、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（軽油蒸気）はさらに凝縮により液化し、ダイオキシン類は水層に溶け込んで、ガス相から分離される。その結果、プライマリークーラ１８では、凝縮水と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１８の装置方式としては、間接熱交換方式、水噴霧方式が採用できる。間接熱交換方式では、プライマリークーラ１８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。水噴霧方式では１５℃〜３０℃程度の冷却水をプライマリークーラ１８内にて噴霧し、低温の水とガスとの間で直接熱交換することでガスを冷却する。

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１８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１８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１８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１８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１８の後流側に電気集塵機１９を設け、ガス中に含まれるダスト及びタール、軽油、水等のミスト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。

処理対象物が廃棄物である場合、硫黄分、塩素分を含有するため、プライマリークーラ１８にて冷却されたガスは硫化水素、塩化水素等の酸性ガスを含む。酸性ガスを含む場合にはガスの輸送過程での冷却によって水分が凝縮し、凝縮水に酸性ガスが溶解することで激しい腐食性を示すため、ガス移送設備、ガス利用設備での腐食トラブルが生じることあった。そこで、実施例では酸性ガスによる腐食トラブルを防止するために、脱硫・脱塩塔２０を設け、酸性ガスの除去を行う。脱硫・脱塩塔２０では、塔内に吸収液を噴霧し、噴霧した吸収液とガスとを直接接触させることで酸性ガスの吸収を促す。吸収液は塔の下部にて回収され循環利用される。吸収液は酸性ガスの吸収に伴って、酸性に移行するため、アルカリを用いてｐＨ管理される。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、中和時に副生される塩分、その他の溶解成分が濃縮しないよう適宜ブローされる。塔内では吸収液を噴霧すると同時に、塔内に充填材を設置し、ガスとの接触性を高めることも有効である。

脱硫プロセスとしては、タカハックス、フマックス、ストレットフォード等のプロセスを選択することができ、既設のコークス炉ガス（ＣＯＧ）精製設備が近傍にある場合には脱硫排液の再生工程等は既設設備を共用して使用することができる。つまり、脱硫用吸収液は既設のＣＯＧガス精製設備より供給を受け、脱硫・脱塩塔２０内に噴霧する。噴霧された吸収液はガス中の硫化水素、塩化水素を主体とする酸性ガスを吸収し、塔の下部に滞留する。滞留した脱硫吸収液は既設のＣＯＧガス精製設備の酸化塔に送り、ＨＳイオンを酸化した後に再度ＣＯＧガス精製設備あるいは上記の脱硫・脱塩塔２０に循環利用される。

脱硫にアンモニア水を用いる場合、反応熱によりガス温度が上昇する。また、後述する軽油捕集の前にブロア２１（ガス排送機）を設置する場合にもガス温度が上昇する。ガス温度の上昇は、軽油捕集の効率に悪影響を与えることから、ファイナルクーラ２２（第３のガス冷却器）を設け、ガス温度の低減を図る。ファイナルクーラ２２ではガス温度は１０℃から４０℃程度に冷却される。特に、３０℃以下に維持することが好ましい。冷却方式は間接熱交換方式を採用し、冷却水は循環利用する。冷却に伴い軽油を含んだ凝縮水が発生するが凝縮液は後述の排水処理方法で処理する。

脱硫・脱塩されたガス中には軽油分が残る。軽油分が残った状態でガスを供給すると、ガスの移送中に放熱によってガス温度が低下し、ガス温度の低下と共に軽油分がドレン化する。軽油分は引火点が低く、取り扱いが困難で、火災の危険性を伴う。したがって、軽油スクラバー２３を設置して軽油を捕集してガスを精製する。軽油スクラバー２３では塔内にて洗浄油を噴霧し、ガスと洗浄油を接触させることでガス中に含まれる軽油分を洗浄油に溶解させる。通常、軽油分は蒸気圧が高く親油性のため、プライマリークーラ１８及び脱硫・脱塩塔２０では除去できないが、油を媒体にすることで吸収除去ができる。洗浄油には通常、ナフタレン等を主成分とする油を用いる。また、軽油スクラバー２３の塔内ガス流速は０．５〜１．５ｍ／ｓとし、洗浄油の温度はガス温度よりも２〜３℃高く保ち、かつ、塔断面積当たり５ｍ^３／ｈ以上の洗浄油を用い、気液比は１．０〜３．０Ｌ／Ｎｍ^３となるようにする。洗浄油としては、製鉄所に既存のコークス炉ガス精製設備の軽油捕集で用いる洗浄油（脱ベン油）を使用することができる。

軽油スクラバー２３からは軽油分を吸収した洗浄油（含ベン油）が回収され、回収された洗浄油は蒸留塔２４にて軽油分を蒸留・分離した後に再利用される。設備がコークス炉ガス精製設備の近傍にある場合には、洗浄油の蒸留処理には既設のコークス炉ガス精製設備の蒸留塔を用いることができる。この場合、蒸留塔で副生した軽油はコークス炉で副生した軽油と混合され製品とされる。

軽油スクラバー２３にて回収された軽油にはダイオキシン類をはじめとする有機ハロゲン化合物が含まれる。油中に含まれるダイオキシン類等を分解する手法として金属ナトリウム分散体の利用が可能である。具体的には６０℃程度に加熱した軽油吸収後の洗浄油を分解層に投入し、金属ナトリウム粒子を含む反応油を混合する。その際に金属ナトリウムは、有機物に結合した有機態塩素と反応し、ＮａＣｌを形成する。それにより軽油中のダイオキシン等の有機塩素分が分解・除去される。また、金属ナトリウム分散体を軽油スクラバー２３での洗浄油に混合させ、軽油スクラバー２３にて噴霧させることで塔内での脱塩反応を促し、軽油捕集と脱塩処理を同時に実施することが可能となる。

得られたガスは、ブロア２５（ガス排送機）によって、各利用先に送られる。実施例では、ブロワ２５の後流側に活性炭充填層もしくは活性炭移動層２８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除去するようにしている。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、活性炭充填層もしくは活性炭移動層２８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、ブロア２５と活性炭充填層もしくは活性炭移動層２８の間に、蒸気間接熱交換式のガス加熱器２７を設け、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。ここで用いられる蒸気は上述の熱交換機４にて発生させた蒸気であることが好ましい。なお、活性炭充填層もしくは活性炭移動層は軽油スクラバー２３の上流側に設置することもできる。

また、実施例では、軽油スクラバー２３から出たガスを活性炭充填層もしくは活性炭移動層２８に導入する前に電気集塵機２６に導入し、微細な油ミストや粒子状物質を除去することによりガス中の微量有機ハロゲン化合物を低減するようにしている。

以上のガス精製工程により、ガス中のダイオキシン類の濃度を基準値（０．１ｎｇ−ＴＥＱ／ｍ^３Ｎ（酸素濃度１２％換算値））以下にすることができる。そして、上述のガス精製設備を製鉄所等のＣＯＧ精製設備をもつ工場内に建設する場合には、必要なガス精製工程を経て清浄化されたガスをＣＯＧラインに混ぜることで、ガス配送〜ガス利用まで既設のインフラを流用することができる。

ここで、上述のプライマリークーラ１８、電気集塵機１９、ファイナルクーラ２２、精製ガスダクト中等から出た副生物（軽質タール、軽油、チャー、水）は油水分離槽２９にて油分と水分に分けるか、もしくはタールデカンタ１５に合流させ、チャー等のダスト類やタール等の油類は上述のタールデカンタ１５で水相から分離回収したタール、チャー等と同様に熱分解炉２もしくは燃焼炉１７にて熱源として利用することが好ましい。

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、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。

実施例では、製鉄所において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３０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３０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ライマリークーラ１８から出たガスの精製を軽油スクラバー２３のみで行うようにしたものである。ガス化ガス中のダイオキシン類等の濃度が低い場合には、この例によってもダイオキシン類等の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。

また、図２の例では図１における油水分離槽２９も省略して設備を簡略化し、プライマリークーラ１８の凝縮・捕集物はタールデカンタ１５に合流させるようにしている。さらに、プレクーラ１４及びプライマリークーラ１８では水を噴霧するようにしている。

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 重質油タンク
１７ 燃焼炉
１８ プライマリークーラ（第２のガス冷却器）
１９ 電気集塵機
２０ 脱塩・脱硫塔
２１ ブロア（ガス排送機）
２２ ファイナルクーラ（第３のガス冷却器）
２３ 軽油スクラバー
２４ 蒸留塔
２５ ブロア（ガス排送機）
２６ 電気集塵機
２７ ガス加熱器
２８ 活性炭充填層もしくは活性炭移動層
２９ 油水分離槽
３０ 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、この熱分解ガスを改質炉で酸素及び水蒸気により７００℃〜９００℃で改質し、この改質ガスを精製して燃料ガスを得るガス化ガスの精製方法において、
   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、
   第１のガス冷却器から出たガスを第２のガス冷却器に導入し、冷却水と直接接触による熱交換もしくは間接的に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、軽油蒸気を凝縮させ、
   第２のガス冷却器から出たガスを軽油スクラバーに導入し、軽油スクラバーの塔内ガス流速を０．５〜１．５ｍ／ｓとし、洗浄油の温度をガス温度よりも２〜３℃高く保ち、かつ、気液比を１．０〜３．０Ｌ／Ｎｍ^３としてガスを洗浄油と接触させることにより、ガスに含有するベンゼン、トルエン、キシレン等の軽油分を洗浄油に吸収させ、
   さらに、第１のガス冷却器及び第２のガス冷却器の凝縮・捕集物を排出し、その凝縮・捕集物から水分を分離し、得られたチャー、タール、軽油等の可燃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のガス冷却器及び第２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２のガス冷却器から出たガスに対して、
   （１）電気集塵機を設置して、ガス中に残留するダスト及びタール、軽油、水等のミストを除去する処理、
   （２）脱塩・脱硫塔を設置してガス中に含まれるＨＣｌ、Ｈ_２Ｓを吸収除去しアルカリにより吸収液を中和する処理、
   （３）第３のガス冷却器を設置してガス温度をさらに下げるガス冷却処理、
   のいずれか又はすべての処理を加えた後に、軽油スクラバーに導入する請求項１又は２に記載のガス化ガスの精製方法。
4. 軽油スクラバーから出たガスを電気集塵機に導入し、微細な油ミストや粒子状物質を除去することによりガス中の微量有機ハロゲン化合物を低減する請求項１〜３のいずれかに記載のガス化ガスの精製方法。
5. 軽油スクラバーより後流側において、ガスをブロア昇圧又は間接加熱器により加熱した後、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も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有機ハロゲン化合物を吸着により、ガス中から除去・低減する請求項１〜４のいずれかに記載のガス化ガスの精製方法。
6. 精製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、コークス炉ガスと混合する請求項１〜５のいずれかに記載のガス化ガスの精製方法。
7. 軽油スクラバーの洗浄油として、製鉄所に既存のコークス炉ガス精製設備の軽油捕集で用いる洗浄油（脱ベン油）を使用する請求項１〜６のいずれかに記載のガス化ガスの精製方法。
8. 軽油スクラバーで軽油を吸収した後の洗浄油（含ベン油）の蒸留・再生を既存の軽油蒸留設備で行い、廃棄物由来の軽油を石炭由来の軽油と混合した状態で分離回収する請求項１〜７のいずれかに記載のガス化ガスの精製方法。
9. 軽油スクラバーで軽油を吸収した後の洗浄油（含ベン油）を加熱すると共に金属ナトリウム粒子と接触させ、洗浄油中に含まれる有機ハロゲン化合物を脱ハロゲン反応させる請求項１〜８のいずれかに記載のガス化ガスの精製方法。
10. ガス精製の過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１〜９のいずれかに記載のガス化ガスの精製方法。
11. 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、水中のダイオキシン類濃度を１０ｐｇ−ＴＥＱ／Ｌ以下とした後に、製鉄所に既存の安水活性汚泥処理に合流させる請求項１０に記載のガス化ガスの精製方法。
12. 第１のガス冷却器の補給水又は第１のガス冷却器及び第２のガス冷却器に使用する中和剤として、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２に記載のガス化ガスの精製方法。
13. 可燃性廃棄物を熱分解炉でガス化させ、この熱分解ガスを改質炉で酸素及び水蒸気と反応させて改質し、この改質ガスを精製して燃料ガスを得るガス化ガスの精製装置において、
    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℃に冷却する第１のガス冷却器と、
    第１のガス冷却器から出たガスを冷却水と直接接触による熱交換もしくは間接的に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、軽油蒸気を凝縮させる第２のガス冷却器と、
    第２のガス冷却器から出たガスに含有するベンゼン、トルエン、キシレン等の軽油分を洗浄油にて吸収する軽油スクラバーと、
    第１のガス冷却器及び第２のガス冷却器の凝縮・捕集物を排出する機構と、その凝縮・捕集物からチャー、タール、軽油等の可燃物を分離して、熱分解炉に戻す機構とを設け、さらに、分離した可燃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機構を設けたことを特徴とするガス化ガスの精製装置。

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