JP2007246695A - 廃棄物ガス化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排水処理設備を大型化することなく、ガス化炉の生成ガスに含まれる水分及びタール等の不純物を除去することのできる廃棄物ガス化装置を提供する。
【解決手段】廃棄物を熱分解する移動床式のガス化炉と、ガス化炉で生成された生成ガスに冷却水を散水して生成ガスに含まれる水及びタール等の不純物を凝縮させる第２の冷却塔９と、第２の冷却塔９により凝縮された凝縮液３３が流入される凝縮液槽３５と、凝縮液槽３５の凝縮液３３を第２の冷却塔９の散水ノズル３１に循環供給するポンプ４５を備えた冷却水循環流路４７と、冷却水循環流路４７に設けられ循環冷却水中の不純物を吸着する吸着材４９が充填された循環冷却水浄化塔５１とを備えてなる廃棄物ガス化装置。
【選択図】図２

Description

本発明は、廃棄物ガス化装置に係り、具体的には、廃棄物を熱分解してガス化する廃棄物ガス化装置に関する。

都市ゴミ、木質系バイオマス、カーシュレッダーダスト、あるいは産業廃棄物などの廃棄物を処理する方法として、廃棄物を熱分解して生成されるガス（以下、生成ガスという）を燃料として有効利用する方法が提案されている（例えば、特許文献１）。これによれば、廃棄物をガス化炉に投入して充填層を形成し、底部から酸化剤を供給して部分燃焼させ、その部分燃焼の熱により廃棄物を熱分解する移動床式の廃棄物ガス化炉が提案されている。つまり、炉高方向に充填された廃棄物の充填層に、燃焼帯、熱分解帯、乾燥帯を形成し、燃焼帯の熱により熱分解帯で廃棄物を熱分解し、熱分解ガスの熱により乾燥帯の廃棄物を乾燥することにより、連続的に廃棄物を熱分解するようになっている。このような廃棄物ガス化炉により生成される生成ガスは、乾燥帯を上昇する過程でガス中の飛灰等が除去されるから比較的清浄である。

特表２０００−５１７４０９号公報

ところで、廃棄物を熱分解して得られる生成ガスには、廃棄物中の水分及び燃焼あるいは熱分解で生成されたタール等の不純物が含まれる。生成ガス中の水分は、単位ガス量あたりの燃焼発熱量を低下させるという不都合がある。また、生成ガス中のタール等の不純物は、これを燃料とする熱機関に悪影響を及ぼす問題がある。

しかしながら、特許文献１に記載の従来技術では、生成ガス中に含まれる水分及びタール等の不純物の除去について配慮されていない。

そこで、生成ガス中の水分やタール等の不純物は、生成ガスの温度を下げれば凝縮することから、例えば、生成ガスに水を散水して冷却することにより、生成ガス中の水分やタール等の不純物を凝縮させて除去することが考えられる。しかし、高温（例えば、７００〜８００℃）の生成ガス中の水分やタールを凝縮させるには、大量の水が必要となるから排水処理の設備が大型になってしまうという問題がある。

本発明は、排水処理設備が大型化することなく、ガス化炉の生成ガスに含まれる水分及びタール等の不純物を除去することのできる廃棄物ガス化装置を提供することを課題とする。

上記の課題を解決するため、本発明の廃棄物ガス化装置は、廃棄物を熱分解する移動床式のガス化炉と、ガス化炉で生成された生成ガスに冷却水を散水して生成ガスに含まれる水及びタール等の不純物を凝縮させる凝縮塔と、凝縮塔により凝縮された凝縮液が流入される凝縮液槽と、凝縮液槽の凝縮液を凝縮塔の散水ノズルに循環供給するポンプを備えた冷却水循環流路と、冷却水循環路に設けられ冷却水中の不純物を吸着する吸着材が充填された循環冷却水浄化塔とを備えてなることを特徴とする。

これによれば、凝縮塔において、水及びタール等の不純物が凝縮されるから、生成ガスから除去することができる。特に、凝縮された凝縮水を冷却水として循環させて再利用することにより、冷却水に必要な水を大幅に低減できるため、排水処理設備を小型化できる。また、循環冷却水浄化塔によって凝縮水に含まれる不純物（有機分）を吸着材（例えば、活性炭）で除去することにより、循環させる冷却水に含まれる不純物の濃度の上昇を抑えることができる。

また、凝縮液槽の凝縮液のｐＨを中性付近にするｐＨ調整手段を設けることが好ましい。これにより、凝縮液を循環使用する冷却水循環流路に設けられる循環冷却水浄化塔の吸着材（例えば、活性炭）の吸着能力を保持できる。

また、循環冷却水浄化塔の上流側の冷却水循環流路に不燃性粒状物が充填されたタール吸着塔と、タール吸着塔と循環冷却水浄化塔との間の冷却水循環流路に油水分離槽を設けることが望ましい。これにより、循環冷却水中のタールと油分が除去されるから、循環冷却水浄化塔の負荷を軽減することができ、吸着材の寿命を長くすることができる。

また、ガス化炉に、廃棄物に加えて不燃性粒状物を充填するとガス化が安定するとともにガス化効率が向上する。この場合、タール吸着塔の不燃性粒状物を取り出して、ガス化炉の不燃性粒状物として投入することができる。これにより、不燃性粒状物に付着したタールをガス化処理でき、ガス化効率が向上する。逆に言えば、ガス化炉で用いる不燃性粒状物をタールの吸着材として有効利用することができる。

また、油水分離槽で分離された油分をガス化炉に投入することできる。これによれば、油分を別途処理することなく処理でき、しかもガス化炉のガス化効率を向上できる。

また、ガス化炉と凝縮塔との間に、生成ガス中のタールを改質してガス化する改質塔を設けることができる。これにより、ガス化炉から排出される生成ガスに含まれるタールをガス化させることができるから、タール吸着塔の負荷を軽減することができる。また、凝縮塔を、生成ガスに冷却水を散水して温度を設定温度に低下させる第１の冷却塔と、第１の冷却塔により温度が低下された生成ガスに冷却水を散水して水及びタール等の不純物を凝縮させる第２の冷却塔とに分けることができる。これによれば、水とタール等の不純物の凝縮を効果的に行わせることができる。

本発明の廃棄物ガス化装置によれば、排水処理設備を大型化させることなく、ガス化炉の生成ガスに含まれる水及びタール等の不純物を除去することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１に本実施形態の廃棄物ガス化装置の全体構成図を示す。なお、本実施形態においては、廃棄物として木質系バイオマスを例に説明する。

本実施形態の廃棄物ガス化装置１は、図１のように構成されている。縦型に形成された移動床式のガス化炉３の頂部には、木質系バイオマスを投入するホッパ１９と、不燃ペレット５３を投入するホッパ２１が設置されている。ホッパ１９とホッパ２１の投入口は、それぞれダンパが設けられている。ホッパ１９から切り出される木質系バイオマスは、例えば、スクリューコンベアにより搬送されて炉内へ供給される一方、不燃ペレット５３は、例えばロータリーフィーダにより炉内へ供給されるようになっている。

ガス化炉３は、頂部の側壁に生成ガスを排出する排出口が設けられ、底部と側壁部に、酸化剤を供給する酸化剤供給経路２３及び水蒸気を供給する水蒸気供給経路２５が接続されている。ガス化炉３の底部には、燃焼残渣と不燃ペレット５３を排出させる抜き出し機（図示せず）が設けられている。

ホッパ１９とホッパ２１にそれぞれ木質系バイオマスと不燃ペレットを投入し、炉内に充填層を形成する。酸化剤供給経路２３から酸化剤が導入されることにより木質系バイオマスは部分燃焼して充填層に燃焼帯を形成する。この燃焼帯の上部には熱分解帯が形成され、さらにその上部には乾燥帯が形成される。熱分解帯では、木質系バイオマスが熱分解されて可燃性の熱分解ガス及び炭素（チャー）が生成される。このチャーは、燃焼帯に流下して燃焼される。また、熱分解帯で生成されたチャーの一部は、水蒸気供給経路２５から供給された水蒸気と反応して、水性ガス（ＣＯ、Ｈ２）を生成する。

このようにして生成された熱分解ガスと水性ガスが混合された生成ガスは、充填物の隙間を通流して上昇する過程で、乾燥帯を通過して木質系バイオマスなどを乾燥させて減温され、ガス化炉３の頂部の排出口から排出される。

一方、熱分解帯で熱分解処理された木質系バイオマスは、燃焼帯にて熱分解及び燃焼された灰になる。これらは燃焼帯の下層に形成される冷却帯を流下し、炉底部の抜き出し機により炉外に排出される。なお、炉外に排出された燃焼残渣と不燃ペレットなどは、分別処理される。

ところで、ガス化炉３から排出された生成ガスには、燃焼あるいは熱分解で生成されたタール等の不純物が含まれている。そのため、生成ガスを改質炉５に導いて高温で加熱処理することにより、ガス中のタールを熱分解し低分子の分解ガスとする。

改質炉５において改質された生成ガスは、第１の冷却塔７に導かれる。第１の冷却塔７は、改質炉５から導入された生成ガス中に、散水ノズル２９から冷却水を散水することで、改質ガスの温度（例えば、７００〜８００℃）を設定温度（例えば、１５０℃）まで低下させる。

温度が低下した生成ガスは、第２の冷却塔９に導かれる。第２の冷却塔９は、第１の冷却塔７から導入された生成ガスに散水ノズル３１から冷却水を散水することで、生成ガスに含まれる水蒸気やタール等の不純物を凝縮して取り除く。ここで、散水した冷却水は、生成ガス中の水蒸気の凝縮水やタール等の不純物を含む凝縮液３３として凝縮液槽３５に流入される。一方、第２の冷却塔９にて水及びタール等の不純物が除去された生成ガスは、ガス洗浄塔１１に導かれる。ガス洗浄塔１１は、第２の冷却塔９から導入された生成ガスをラヒシリング等の充填物が充填された充填層を通過させるとともに、散水ノズル３７からアルカリ洗浄水を散水することにより、生成ガス中の塩化水素を中和させる。ここで、散水したアルカリ洗浄水は、洗浄水槽４３に流入される。生成ガス中の塩化水素が中和処理された生成ガスは、デミスター１３に導かれる。

デミスター１３に導入された生成ガスは、ここにおいてガス中の液滴が除去された後、誘引送風機１５によって排出される。デミスター１３から排出された生成ガスは、誘引送風機１５を介してディーゼルエンジン１７の燃料として利用される。なお、誘引送風機１５の吐出側には、フレアスタックに接続される分岐管が設けられ、生成ガスの一部が適宜燃焼処理される。

このようにして、ガス化炉３から排出された生成ガスは、改質炉５にて改質処理された後、生成ガス中に含まれる水やタール等の不純物が第２の冷却塔９にて除去される。これにより、生成ガスの単位ガス量あたりの燃焼発熱量を低下させることなく熱機関に供給することができる。また、生成ガスを燃料とする熱機関に悪影響を及ぼすことがない。

なお、本実施形態の廃棄物ガス化装置１において処理された生成ガスの供給先は、ディーゼルエンジン１７に限定されるものではなく、ガスタービンやボイラなどの熱機関でもよい。

次に、本発明の特徴となる第１の冷却塔７と第２の冷却塔９について図２を参照して詳細に説明する。図２に示すように、本実施形態は、凝縮塔を、生成ガスに冷却水を散水して温度を設定温度に低下させる第１の冷却塔７と、第１の冷却塔７により温度が低下された生成ガスに冷却水を散水して水及びタール等の不純物を凝縮させる第２の冷却塔９とに分けて構成している。

第１の冷却塔７は、改質炉５から排出された生成ガスを塔上部から導入して塔下部から排出させるとともに、塔内の上部に設けられた散水ノズル２９から冷却水を下方に散水させて生成ガスと接触させる構造になっている。

第２の冷却塔９は、第１の冷却塔７から排出された生成ガスを塔下部から導入して塔上部から排出させるとともに、塔内の上部に設けられた散水ノズル３１から冷却水を下方に散水させて生成ガスと接触させる構造になっている。ここで、散水ノズル３１から散水された冷却水は、生成ガス中の水蒸気の凝縮水やタール等の不純物を含む凝縮液３３として第２の冷却塔９の下に設けられた凝縮液槽３５に流入される。

凝縮液槽３５は、凝縮液３３を排水処理設備に排出するための排水路５２と、凝縮液３３を冷却水循環流路４７に導く流入路５４を備えている。ポンプ４５は、凝縮液槽３５の凝縮液３３を流入路５４を介して吸い込み、その凝縮液３３を冷却水として冷却水循環流路４７に循環させる。冷却水循環流路４７は、ポンプ４５と循環冷却水浄化塔５１を備え、ポンプ４５から送られた凝縮液３３を循環させるとともに、冷却水として散水ノズル３１に供給する。循環冷却水浄化塔５１は、ポンプ４５によって流入された凝縮液３３を、塔の上部から導入して下部から排出する。また、塔内に充填された吸着材４９により、凝縮液中のタール等の有機分（特に、有機酸類）などの不純物を吸着して除去する。吸着材４９には、例えば、活性炭を用いることができる。

すなわち、第１の冷却塔７で散水される冷却水によって生成ガスの温度（例えば、７００〜８００℃）を設定温度（例えば、１５０℃）まで低下させる。次いで、第２の冷却塔９で散水される冷却水によって、生成ガスに含まれている水蒸気やタール等の不純物を凝縮させて取り除く。第２の冷却塔９で散水された冷却水は、生成ガス中の水蒸気の凝縮水やタール等の不純物を含んだ凝縮液３３となり凝縮液槽３５に流入する。凝縮液槽３５に蓄積された凝縮液３３は、ポンプ４５を介して冷却水循環流路４７に流入し、冷却水循環流路４７によって散水ノズル３１に冷却水として供給される。この循環過程で、冷却水に含まれる不純物が循環冷却水浄化塔５１で除去される。

このように、第２の冷却塔９において、生成ガス中の水蒸気やタール等の不純物を凝縮させて除去し、その凝縮液３３を冷却水として循環させて再利用することで、冷却水に必要な水を大幅に低減できるため、排水処理設備を小型にすることができる。また、循環冷却水浄化塔５１によって、冷却水に含まれる不純物を除去しているから、循環冷却水に含まれる不純物の濃度の上昇を抑えることができる。

また、凝縮液槽３５は、図示しないｐH調整手段であるｐH測定器とアルカリ水注入ポンプとを備えている。これにより、生成ガスに含まれる塩化水素によって凝縮液３３のｐHが低下し、酸性の凝縮液３３となるが、凝縮液３３のｐHを計測し、凝縮液槽３５に適宜アルカリ水を注入してｐHを調整することで、凝縮液３３のｐＨを中性付近にすることが好ましい。これにより、凝縮液を循環使用する冷却水循環流路に設けられる循環冷却水浄化塔５１の吸着材に活性炭を用いた場合、その活性炭の吸着能力を保持できる。すなわち、活性炭で有機分を効率的に吸着除去するためには、ｐHを２〜３の酸性側にすることが好ましい。しかし、凝縮液の酸性が強いと、危機や配管等が腐食するので好ましくない。また、アルカリ性にすると、活性炭の吸着能力を十分に発揮できないことになる。そこで、活性炭の吸着能力を大きく損なわないようにするため、凝縮液３３のｐＨを中性付近にすることが好ましい。仮に、活性炭の吸着能力を高くするために、循環冷却水浄化塔５１の入口で酸性に調整し、循環冷却水浄化塔５１の出口で中性に戻して機器及び配管等の腐食を抑制することも可能であるが、ｐＨ調整機器及び薬液が２倍になるので好ましくない。

また、凝縮液槽３５の凝縮液３３は、運転中に増え続けるため、一部を排水系に放出しなければならないが、凝縮液槽３５において中和処理を施すことにより、排水処理系の処理負担を軽減できる。

また、循環冷却水浄化塔５１の上流側の冷却水循環流路４７に不燃性粒状物である不燃ペレット５３が充填されたタール吸着塔５５と、タール吸着塔５５と循環冷却水浄化塔５１との間の冷却水循環流路４７に油水分離槽５７を設けている。これにより、凝縮液３３に含まれるタールが不燃ペレット５３に吸着されて取り除かれ、次いで、油水分離塔５７で凝縮液３３に含まれる油分が取り除かれる。つまり、冷却水として循環する凝縮液３３中のタールと油分が除去され循環冷却水浄化塔５１に流入するため、循環冷却水浄化塔５１の負荷を軽減することができる。これにより、循環冷却水浄化塔５１の吸着材４９（例えば、活性炭）の寿命を長くすることができる。

また、ガス化炉３に、木質系バイオマスに加えて不燃ペレット５３を充填しているとガス化が安定するとともにガス化効率が向上する。この場合、タール吸着塔５５の不燃ペレット５３を取り出して、ガス化炉３の不燃ペレット５３として投入することができる。これにより、不燃ペレット５３に付着したタールをガス化処理でき、ガス化効率が向上する。

また、不燃ペレット５３には、軽質ペレット（例えば、粒状の軽石）と硬質ペレット（例えば、粒状の陶磁器）がある。軽質ペレットは、ガス化炉３を始動させるときに使用する耐熱温度の低いペレットである。これに対して、硬質ペレットは、ガス化炉３が稼動中に使用することができる耐熱温度の高いペレットである。タール吸着塔５５で使用する不燃ペレット５３は、ガス化炉３が稼動中に使用することができる硬質ペレットを用いることが望ましい。

また、油水分離槽５７で分離された油分を回収し、木質系バイオマスに降りかけて、木質系バイオマスとともにガス化炉３に投入することできる。これによれば、油分を別途処理することなく処理でき、しかもガス化炉３のガス化効率を向上できる。

また、ガス化炉３と第１の冷却塔７との間に、生成ガス中のタールを改質してガス化する改質塔である改質炉５を設けている。これにより、ガス化炉３から排出される生成ガスに含まれるタールをガス化させることができるから、タール吸着塔５５の負荷を軽減することができ、タール吸着塔５５の不燃ペレット５３の使用時間を長くすることができる。

また、凝縮塔を、第１の散水塔７と第２の散水塔９とに分けて構成しているため、水及びタール等の不純物の凝縮を効果的に行わせることができる。

また、循環冷却水浄化塔５１の後流側の冷却水循環流路４７にラジエター５３を設けている。これにより、散水ノズル３１から散水される冷却水の温度を低下させることができるため、水及びタール等の不純物を効果的に凝縮させることができる。

また、ラジエター５３の後流側の冷却水循環流路４７に、凝縮液槽３５に冷却水を戻す冷却水路５９を設け、さらに、冷却水路５９の後流側の冷却水循環流路４７に冷却水の量を調整するバルブ６１と、冷却水路５９に戻り冷却水の量を調整するバルブ６３を設けた。これにより、散水ノズル３１へ供給する冷却水の量を調整することができる。さらに、第２の冷却塔９から排出される生成ガスの温度を熱電対などの温度センサで計測し、トランスミッター６７等を介して各バルブ６１、６３を調整することで、排出される生成ガスの温度を調整することができる。

また、バルブ６１の後流側の冷却水循環流路４７に流量計６５を設けることで、散水ノズル３１に供給されている実際の冷却水の量を監視している。

また、本実施形態は、廃棄物として木質系バイオマスを例に説明したが、本発明はこれに限らない。例えば、都市ゴミ、カーシュレッダーダスト、あるいは産業廃棄物などを適用しても同等の効果が得られる。

本願発明の実施形態１の廃棄物ガス化装置の全体の構成図である。 実施形態１の廃棄物ガス化装置の第１、第２の冷却塔の構成図である。

符号の説明

３ ガス化炉
９ 第２の冷却塔
３１ 散水ノズル
３３ 凝縮液
４５ ポンプ
４７ 冷却水循環流路
４９ 吸着材
５１ 循環冷却水浄化塔

Claims (7)

1. 廃棄物を熱分解する移動床式のガス化炉と、該ガス化炉で生成された生成ガスに冷却水を散水して前記生成ガスに含まれる水及びタール等の不純物を凝縮させる凝縮塔と、該凝縮塔により凝縮された凝縮液が流入される凝縮液槽と、該凝縮液槽の前記凝縮液を前記凝縮塔の散水ノズルに循環供給するポンプを備えた冷却水循環流路と、該冷却水循環流路に設けられ循環冷却水中の不純物を吸着する吸着材が充填された循環冷却水浄化塔とを備えた廃棄物ガス化装置。
2. 請求項１に記載の廃棄物ガス化装置において、前記凝縮液槽の凝縮液のｐＨを中性付近に調整するｐＨ調整手段を設けたことを特徴とする廃棄物ガス化装置。
3. 請求項１又は２に記載の廃棄物ガス化装置において、前記循環冷却水浄化塔の上流側の前記冷却水循環流路に不燃性粒状物が充填されたタール吸着塔を設けたことを特徴とする廃棄物ガス化装置。
4. 請求項３に記載の廃棄物ガス化装置において、前記タール吸着塔と前記循環冷却水浄化塔との間の前記冷却水循環流路に油水分離槽を設けたことを特徴とする廃棄物ガス化装置。
5. 請求項３に記載の廃棄物ガス化装置において、前記ガス化炉は、前記廃棄物に加えて不燃性粒状物が充填され、前記タール吸着塔の不燃性粒状物を取り出して、前記ガス化炉の不燃性粒状物として投入することを特徴とする廃棄物ガス化装置。
6. 請求項４に記載の廃棄物ガス化装置において、前記油水分離槽で分離された油分を前記ガス化炉に投入することを特徴とする廃棄物ガス化装置。
7. 請求項１に記載の廃棄物ガス化装置において、前記ガス化炉と前記凝縮塔との間に、前記生成ガス中の前記タールを改質してガス化する改質塔を設け、前記凝縮塔は、前記生成ガスに冷却水を散水して温度を設定温度に低下させる第１の冷却塔と、該第１の冷却塔により温度が低下された前記生成ガスに冷却水を散水して水及びタール等の不純物を凝縮させる第２の冷却塔とを備えてなることを特徴とする廃棄物ガス化装置。
   

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