JP2007229563A - 有機性廃棄物の処理方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】改質炉内部でのクリンカの生成を回避しつつ、必要分の所内電力を発電し、炭素分を含む熱分解残渣を回収することができる有機性廃棄物の処理方法を提供する。
【解決手段】有機性廃棄物を流動床式のガス化炉３に投入して、空気比１以下の低酸素雰囲気下で熱分解ガス、タール、炭素分を含む熱分解残査に熱分解し、ガス化炉３の後段に設けたサイクロン装置５で熱分解残渣を回収するとともに、タール及び熱分解ガスを、サイクロン装置５の後段に設けた改質炉６に供給して改質ガスを生成し、その改質ガスを発電機のエネルギー源として利用して所内電力を得る。ガス化炉３及び改質炉６の温度及び酸素比を制御して、熱分解残渣に含まれる炭素量と改質ガスに含まれる炭素量の配合比率を調整することにより、必要分の所内電力を発電することが好ましい。
【選択図】図１
【解決手段】有機性廃棄物を流動床式のガス化炉３に投入して、空気比１以下の低酸素雰囲気下で熱分解ガス、タール、炭素分を含む熱分解残査に熱分解し、ガス化炉３の後段に設けたサイクロン装置５で熱分解残渣を回収するとともに、タール及び熱分解ガスを、サイクロン装置５の後段に設けた改質炉６に供給して改質ガスを生成し、その改質ガスを発電機のエネルギー源として利用して所内電力を得る。ガス化炉３及び改質炉６の温度及び酸素比を制御して、熱分解残渣に含まれる炭素量と改質ガスに含まれる炭素量の配合比率を調整することにより、必要分の所内電力を発電することが好ましい。
【選択図】図１
Description
本発明は、有機性廃棄物をガス化炉でガス化し、このガスで発電して所内電力を得るとともに、炭素分を含む熱分解残渣を回収することが可能な、有機性廃棄物の処理方法に関するものである。
従来から、ごみ等の廃棄物を処理するにあたり、最終処分場（埋立地）の延命化を図るために、焼却やガス化炉等により廃棄物の減量化が図られている。一方、最近では地球温暖化ガス（ＣＯ２）の削減の要請から、ごみ等の廃棄物を単純に焼却処理するのではなく、特許文献１に示すような、ガス化炉で得られる回収燃料ガスを利用して発電を可能とするガス化発電システムが提案されている。このガス化発電システムは、図２に示すように、木質廃棄物等の高発熱量廃棄物を、流動床式ガス化炉５１で、５００℃〜９００℃でガス化し、発生した熱分解ガス、タール、熱分解残渣の全量を改質炉５２で約９００℃〜１２００℃の雰囲気で酸素と反応させて改質し、得られた燃料ガスをガスエンジン５３等で発電機５４を駆動させて発電する技術である。このガス化発電システムで得られた電力は、流動床式ガス化炉５１等の廃棄物処分場内部に利用する他に、余剰分を外部に売電もしくは他の設備に送電していた。
しかしながら、このガス化発電システムでは、廃棄物を流動床式ガス化炉５１で発生した熱分解ガス、タール、熱分解残渣の全量を改質炉５２に供給していたため、この熱分解残渣に含まれる灰分が溶融し、改質炉５２内部にクリンカが生成する問題があった。
また、木質廃棄物は、発生場所が分散しているため、木質廃棄物の輸送費や輸送のために使われるエネルギー等を考慮すると、小規模分散型のガス化発電システムが有効とされているが、発電量が少ないことから、発電量から廃棄物処分場の系内で使用する所内電力を差し引くと、外部に送電できる余剰電力量は少なく、売電しても売電施設の設備費を回収できるだけの利益は得られず、売電施設を建設するのに使うエネルギーを回収するのは難しかった。
一方、特許文献２に示すように、廃棄物を熱分解し、炭化物を製造する炭化システムがある。しかし、この炭化システムは、炭化物の製造を目的とするものであり、外部から電力を供給する必要があった。そこで、炭素分を含む熱分解残渣を回収しつつ、廃棄物処分場の系内で使用する、必要分の所内電力のみを発電して、電力や補助燃料等のエネルギー利用がシステム内で完結し、自立型で効率の良い廃棄物処分設備の開発が要望されていた。
特開平１０−１３２２３７号公報
特開２００４−１０６７３号公報
本発明は上記のような問題点を解決して、改質炉内部でのクリンカの生成を回避しつつ、必要分の所内電力を発電し、炭素分を含む熱分解残渣を回収することができる有機性廃棄物の処理方法を提供することを目的として完成されたものである。
上記課題を解決するためになされた本発明は、有機性廃棄物を流動床式のガス化炉に投入して、空気比１以下の低酸素雰囲気下で熱分解ガス、タール、炭素分を含む熱分解残査に熱分解し、ガス化炉の後段に設けたサイクロン装置で熱分解残渣を回収するとともに、タール及び熱分解ガスを、サイクロン装置の後段に設けた改質炉に供給して改質ガスを生成し、その改質ガスを発電機のエネルギー源として利用して、所内電力を得ることを特徴とするものである。
なお、ガス化炉の温度及び酸素比を制御して、熱分解残渣に含まれる炭素量と改質ガスに含まれる炭素量の配合比率を調整することにより、必要分の所内電力を発電することが好ましい。
本発明の有機性廃棄物の処理方法によれば、炭素分を含む熱分解残渣を回収するサイクロン装置をガス改質炉の後段に設け、ガス化炉の温度及び酸素比を制御して、熱分解残渣に含まれる炭素量と改質ガスに含まれる炭素量の配合比率を調整するとしたので、必要分の所内電力を発電しつつ、炭化物を含む熱分解残渣として回収することが可能となる。
また、サイクロン装置で灰分を含む熱分解残渣を回収することとしたので、改質炉でクリンカの生成を防ぐことが可能となり、改質炉でのクリンカトラブルを解消することが可能となる。
以下に、図面を参照しつつ本発明の好ましい実施の形態を示す。
図１は本発明の実施の形態を示す有機性廃棄物の処理方法の説明図である。図１において、１はホッパー、２はフィーダ、３は流動床式のガス化炉、４はブロア、５はサイクロン装置、６は改質炉、７はガスエンジン、８は発電機である。有機性廃棄物はガス化炉３で熱分解され、サイクロン装置５で熱分解残渣を回収した後に、改質炉６で改質ガスに改質し、ガスエンジン７に使用して発電機８で発電する。以下に本発明の詳細を説明する。
図１は本発明の実施の形態を示す有機性廃棄物の処理方法の説明図である。図１において、１はホッパー、２はフィーダ、３は流動床式のガス化炉、４はブロア、５はサイクロン装置、６は改質炉、７はガスエンジン、８は発電機である。有機性廃棄物はガス化炉３で熱分解され、サイクロン装置５で熱分解残渣を回収した後に、改質炉６で改質ガスに改質し、ガスエンジン７に使用して発電機８で発電する。以下に本発明の詳細を説明する。
木質廃棄物等の有機性廃棄物はホッパー１から、フィーダ２により流動床式のガス化炉３に投入される。このガス化炉３の内部は空気比を１以下の還元雰囲気に保たれている。ブロア４でガス化炉３内に空気を送給し、流動媒体砂aを撹拌する。廃棄物はガス化炉３内で、流動媒体砂ａとともに流動、撹拌されながら部分燃焼し、熱分解反応が行われ、可燃性の熱分解ガス、タール、炭素分を含む熱分解残渣に分解される。熱分解反応を行う際に、ガス化炉３の内部の温度は５００℃〜９００℃であることが好ましい。なお、流動床式のガス化炉は循環流動床炉、気泡流動床炉いずれも適用可能である。
ガス化炉３で生成された熱分解ガス、タール、熱分解残渣はガス化炉３上部から、ガス化炉３の後段に設けられたサイクロン装置５に送られ、遠心力の作用により熱分解残渣が分離され、炭素分を含む熱分解残渣を回収することができる。このサイクロン装置５で得られた炭素分を含む熱分解残渣は、製鉄のための還元剤や保温材、融雪剤として、また搬出可能な熱源として有効利用することができる。
灰分を含む熱分解残渣をサイクロン装置５で回収することとしたので、改質炉６には熱分解残渣が除去された状態で、熱分解ガスとタールのみを供給することができ、改質炉６内部でクリンカが生成することがなく、このクリンカ生成による改質炉６のトラブルを防止することができ、またクリンカを除去する手間を省くことが可能となる。
熱分解ガス及びタールは、約９００℃〜１２００℃に保たれた改質炉６に供給され、酸素と水蒸気により改質される。改質炉６の内部で進む反応は下記の通りである。なお、下式中のＣｘＨｙは熱分解ガスとタールである。
・ＣｘＨｙ+（ｘ+ｙ/４）Ｏ2＝ｘＣＯ2+ｙ/２・Ｈ2Ｏ………(１)
・ＣｘＨｙ+ｘＨ2Ｏ＝（ｘ+ｙ/2）Ｈ2+ｘＣＯ………………(２)
・ＣｘＨｙ+（ｘ+ｙ/４）Ｏ2＝ｘＣＯ2+ｙ/２・Ｈ2Ｏ………(１)
・ＣｘＨｙ+ｘＨ2Ｏ＝（ｘ+ｙ/2）Ｈ2+ｘＣＯ………………(２)
熱分解ガスと酸素との(1)の反応による燃焼熱は、改質炉６の熱源として利用される。タール及び熱分解ガス（ＣｘＨｙ）は、改質炉６中で熱により、水蒸気（Ｈ2Ｏ）と反応し、水素（Ｈ2）と一酸化炭素（ＣＯ）を主成分とする改質ガスになる。（(２)の反応）タールと熱分解ガスが最適に改質されるために、改質炉６の温度と酸素比を調整する。
改質炉６で生成された改質ガスは、発電機８を駆動するガスエンジン７に供給され、発電機８のエネルギー源として利用される。発電された電力は、本発明の有機性廃棄物の処理方法に使用される。この電力は、例えばフィーダ２、ガス化炉３、ブロア４、サイクロン装置５、改質炉６等に使用される。なお、発電機８を駆動する動力源としては、ガスエンジン７の代わりに、ガスタービンや、ボイラーと蒸気タービンの組み合わせ等により、発電機８を駆動させることとしてもよく、改質ガスは、これらガスタービン、ボイラー等の燃料としても使われることとしてもよい。また、改質ガスはガス化炉３や改質炉６の燃料に使用することもできる。
ガス化炉３の運転条件（温度、酸素比）を調整すると、サイクロン装置５で回収される熱分解残渣に含まれる炭素量が変化する。そこで、ガス化炉３の温度及び酸素比を制御して、熱分解残渣に含まれる炭素量と改質ガスに含まれる炭素量の配合比率を調整することにより、必要分の所内電力を発電することとした。表１に前記運転条件を変化させた結果の１例を示す。
表１から明らかなように、ガス化炉３の温度を５００℃とすると（運転条件１）、サイクロン装置５で回収される熱分解残渣に含まれる炭素分は５０％であり、運転条件４で回収される熱分解残渣より多くの炭素を回収することが可能となる。
以上に説明したように、本発明によれば、有機性廃棄物を処理するに際して、ガス改質炉６内部でのクリンカの生成を回避しつつ、廃棄物処分場の系内で使用する必要分の所内電力を発電し、有機性廃棄物の可燃分を、炭素分を含む熱分解残渣として回収することとしたので、電力や補助燃料等の使用を削減もしくは無くすことができ、自立型の廃棄物処理を実現することが可能となる。
なお、この有機性廃棄物の処理方法で処理される有機性廃棄物は、木質廃棄物等の高発熱廃棄物に限定されず、家庭から排出される一般廃棄物や下水汚泥等であってもよい。
以上、現時点において、もっとも、実践的であり、かつ好ましいと思われる実施形態に関連して本発明を説明したが、本発明は、本願明細書中に開示された実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨あるいは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う有機性廃棄物の処理方法もまた技術的範囲に包含されるものとして理解されなければならない。
１ ホッパー
２ フィーダ
３ ガス化炉
４ ブロア
５ サイクロン装置
６ 改質炉
７ ガスエンジン
８ 発電機
５１ 流動床式ガス化炉
５２ 改質炉
５３ ガスエンジン
５４ 発電機
ａ 流動媒体砂
２ フィーダ
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ａ 流動媒体砂
Claims (2)
- 有機性廃棄物を流動床式のガス化炉に投入して、空気比１以下の低酸素雰囲気下で熱分解ガス、タール、炭素分を含む熱分解残査に熱分解し、ガス化炉の後段に設けたサイクロン装置で熱分解残渣を回収するとともに、タール及び熱分解ガスを、サイクロン装置の後段に設けた改質炉に供給して改質ガスを生成し、その改質ガスを発電機のエネルギー源として利用して、所内電力を得ることを特徴とする有機性廃棄物の処理方法。
- ガス化炉の温度及び酸素比を制御して、熱分解残渣に含まれる炭素量と改質ガスに含まれる炭素量の配合比率を調整することにより、必要分の所内電力を発電することを特徴とする請求項１に記載の有機性廃棄物の処理方法。
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