JP2009067985A

JP2009067985A - 廃棄物の処理方法及び処理設備

Info

Publication number: JP2009067985A
Application number: JP2008094200A
Authority: JP
Inventors: Makoto Yamamoto; 山本　　誠; Tomio Sugimoto; 富男杉本; Masato Fujita; 理人藤田; Yutaka Okubo; 豊大久保; Keiichi Yamashita; 桂一山下
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 2007-08-17
Filing date: 2008-03-31
Publication date: 2009-04-02

Abstract

【課題】廃棄物をエネルギー源として再利用する廃棄物の処理方法及び処理設備において、運転及び設備コストを低減する。
【解決手段】廃棄物１を熱分解炉４において熱分解して発生した熱分解ガス５を、ガス改質炉８、脱塩装置１３及び精製装置１５、１６により燃料ガス２３にして、発電機２１を駆動するガスエンジン２２のエネルギー源として再利用する処理設備において、脱塩装置１３を、粉末状の脱塩剤を供給する脱塩剤供給装置４２と、脱塩供給装置４２の下流に位置するバグフィルター４３と、精製装置１６の下流側から脱塩剤供給装置４２の出口へ接続するガス管路４４とから構成して、精製後の熱分解ガス１７の一部をキャリアガスとして粉末状の脱塩剤を熱分解ガスに添加して、塩化水素との反応生成物をバグフィルター４３で捕集する。
【選択図】図１

Description

本発明は、廃棄物の処理方法及び処理設備に関し、更に詳しくは、運転及び設備コストを低減することができる廃棄物をエネルギー源として再利用する廃棄物の処理方法及び処理設備に関する。

都市ゴミなどの一般廃棄物や可燃物を含む産業廃棄物などの処理については、従来より焼却処理が多く行われてきており、例えば、廃棄物を熱分解炉で熱分解して熱分解ガスを生成し、その熱分解ガスを燃焼溶融炉において焼却する処理方法が実用化されている（例えば、非特許文献１を参照。）。

しかし、近年の環境意識の高まりから、可燃性である熱分解ガスをエネルギー源として再利用することが提案されている。例えば、特許文献１は、熱分解ガスをガス改質することにより燃料ガスにして、ガスエンジン燃料や燃料電池燃料などに再利用する処理方法を提案している。

上記のいずれの処理方法においても、機器類の腐食防止及び環境性向上などの観点から、熱分解ガスから塩化水素を除去する脱塩工程が設けられている。前者の焼却処理方法においては、粉末状の消石灰からなる脱塩剤を窒素や空気などのキャリアガスとして熱分解ガスに添加して、塩化水素との反応生成物（塩化カルシウムなど）をバグフィルターの濾布により捕集する乾式の脱塩工程が採用されている。しかし、後者の再利用処理方法においては、キャリアガスにより熱分解ガスが希釈されてエネルギー密度が低下したり、キャリアガス中の酸素により熱分解ガスが急激に燃焼したりするおそれがあるため、効率性及び安全性の観点から、アルカリ溶液による湿式の脱塩工程が採用されている（例えば、特許文献１及び２を参照。）。

しかし、この湿式の脱塩工程では、熱分解ガス中の塩化水素と反応した反応生成物を含む排水が多量に発生し、その排水を逆浸透膜や蒸発乾固の併用などにより処理する必要があるため、運転及び設備コストが増加するという問題があった。

このような問題を解決するには、排水を処理前の廃棄物と混合して再度処理することが考えられるが、排水中には廃棄物から放出された塩素分の大半が含まれており、処理系統内において塩素分が濃縮してしまうため適当ではない。
特開２０００−２０２４１９号公報（段落［０１３５］、図１）特開２００３−３１４３６５号公報（段落［００１３］）「検証・確認報告書件名外熱キルン式ごみ炭化技術」、社団法人全国都市清掃会議、平成１７年３月

本発明の目的は、廃棄物をエネルギー源として再利用する廃棄物の処理方法及び処理設備において、運転及び設備コストを低減することにある。

上記の目的を達成する本発明の廃棄物の処理方法は、廃棄物を熱分解して熱分解ガスを発生させる熱分解工程と、熱分解ガスに酸化剤と水蒸気と添加して加熱することにより高位炭化水素を分解して低位炭化水素に改質するガス改質工程と、改質された熱分解ガスから塩化水素を除去する脱塩工程と、脱塩された熱分解ガスを水洗及び脱硫する精製工程と、精製された熱分解ガスを燃料として発電する発電工程とを含む廃棄物の処理方法であって、脱塩工程は、精製された熱分解ガスの一部をキャリアガスして粉末状の脱塩剤に同伴させて改質された熱分解ガスに添加して、その脱塩剤と塩化水素との反応生成物を捕集することからなることを特徴とするものである。

脱塩剤には、重曹を主成分とするナトリウム系の脱塩剤を用いることが望ましい。

上記の廃棄物の処理方法においては、熱分解工程において熱分解ガスと共に熱分解残渣を発生させ、その熱分解残渣を金属類と炭化物とに分別し、炭化物に酸化剤を添加して加熱することによりガス化すると共に溶融スラグを生成して分離回収し、ガス化された炭化物に酸化剤と水蒸気とを添加して加熱することにより高位炭化水素を分解して低位炭化水素に改質し、改質されたガスを減温して上記の改質された熱分解ガスと混合することが望ましい。また、精製工程で発生した排水を廃棄物と混合することが望ましい。更に、発電工程におけるガスエンジンの排気ガスの少なくとも一部を、熱分解工程における熱源として用いることが望ましい。

本発明の廃棄物の処理設備は、廃棄物を熱分解して熱分解ガスを発生させる熱分解炉と、熱分解ガスに酸化剤と水蒸気とを添加して加熱することにより高位炭化水素を分解して低位炭化水素に改質するガス改質炉と、改質された熱分解ガスから塩化水素を除去する脱塩装置と、脱塩された熱分解ガスを水洗及び脱硫する精製装置と、精製された熱分解ガスを燃料として発電機を駆動するガスエンジンとを備えた廃棄物の処理設備であって、その脱塩装置は、粉末状の脱塩剤を供給する脱塩剤供給装置と、脱塩剤供給装置の下流に位置するバグフィルターと、精製装置の下流側から脱塩剤供給装置の出口へ接続するガス管路とから構成されることを特徴とするものである。

上記の廃棄物の処理設備においては、熱分解炉において熱分解ガスと共に発生させた熱分解残渣を金属類と炭化物とに分別する分別装置と、炭化物に酸化剤を添加して加熱することによりガス化すると共に溶融スラグを生成して分離回収し、ガス化された炭化物に酸化剤と水蒸気とを添加して加熱することにより高位炭化水素を分解して低位炭化水素に改質する溶融ガス化炉と、改質されたガスを減温するガス冷却塔とを、熱分解炉と脱塩装置との間に設置することが望ましい。また、精製装置の排水の出口と、熱分解炉の上流側とを接続する排水管路を設けることが望ましい。更に、ガスエンジンの排気ガスの出口と、熱分解炉の伝熱管とを接続する排気ガス管路を設けることが望ましい。

本発明の廃棄物の処理方法及び処理設備によれば、廃棄物を熱分解して発生した熱分解ガスを、ガス改質、脱塩及び精製することによりエネルギー源として再利用する処理方法及び処理設備において、脱塩工程における脱塩装置を、粉末状の脱塩剤を供給する脱塩剤供給装置と、脱塩供給装置の下流に位置するバグフィルターと、精製装置の下流側から脱塩剤供給装置の出口へ接続するガス管路とから構成して、精製後の熱分解ガスの一部をキャリアガスとして粉末状の脱塩剤に同伴させて熱分解ガスに添加して、塩化水素との反応生成物を捕集して熱分解ガスを脱塩するようにしたことにより、キャリアガスにより熱分解ガスが希釈されたり、酸素により急激に燃焼したりすることがないので、排水を処理する必要がない乾式の脱塩工程を採用することができるため、廃棄物をエネルギー源として再利用する廃棄物の処理方法及び処理設備において、運転及び設備コストを低減することができる。

以下に、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は、本発明の実施形態からなる廃棄物の処理設備の構成の一例を示す。

この廃棄物の処理設備（以下、単に「処理設備」という。）は、一般廃棄物や産業廃棄物からなる廃棄物を発電のエネルギー源として再利用するものである。

廃棄物１は破砕機２により所定の大きさに粉砕され、乾燥機３で間接加熱されて水分が除去された後に、ロータリーキルン式の熱分解炉４（例えば、特開平９−３１８０２７号公報に記載の熱分解反応器）において４００〜６００℃、好ましくは４００〜５００℃、更に好ましくは４３０〜４７０℃の温度下の無酸素状態で加熱されて熱分解ガス５と熱分解残渣６になる。

熱分解ガス５は下流に設置された誘引送風機７で吸引されてガス改質炉８に流入し、約１０００〜１２００℃、好ましくは１０５０〜１１５０℃の高温下で酸化剤（空気又は酸素）及び水蒸気と反応することにより、熱分解ガス５中に含まれるタールやススなどの高位炭化水素が、一酸化炭素や水素などの低位炭化水素に改質される。改質後の熱分解ガス９は、ボイラ１０において空気予熱器１１から供給される水１２と熱交換することにより、２００〜４００℃、好ましくは２５０〜３５０℃の温度まで減温されてから脱塩装置１３において塩化水素を除去される。脱塩後の熱分解ガス１４は、ガス洗浄塔１５において脱塩装置１３で除去しきれなかった塩化水素が水洗されると同時に約５０℃まで減温され、ガス精製塔１６において酸化鉄と反応することにより硫化水素が除去されて精製される。ガス洗浄塔１５で発生した塩化水素を含む排水１７は、排水管路１８を通じて上流側へ送られ、廃棄物１と混合されて再度処理工程へ供される。排水１７中に含まれる塩化水素の大部分は、再度の処理工程において脱塩装置１３により除去されるため、処理系統内で塩素分が濃縮するようなことはない。なお、塩化水素の濃度を更に低下させるために、排水１７をあらかじめ苛性ソーダ等により中和処理してから廃棄物１と混合するようにしてもよい。精製後の熱分解ガス１９は、貯留タンク２０内に貯留され、発電機２１を駆動するガスエンジン２２の燃料ガス２３として必要に応じて供給される。

熱分解残渣６は、冷却器２４で室温まで冷却されてから、分別装置２５において金属類２６と炭化物２７に分別され、金属類２６が回収される。炭化物２７は溶融ガス化炉２８において、酸化剤を添加されて１４００〜１６００℃、好ましくは１４００〜１５００℃の高温でガス化されると共にガラス質の固化物であるスラグ２９が溶融分離され、ガス化された炭化物は上述した熱分解ガス５と同じようにして改質される。改質されたガスは、ガス冷却塔３０において５０〜１２０℃、好ましくは８０〜１００℃まで冷却され灰３１が除去されてから、ボイラ１０の下流側に戻されて改質後の熱分解ガス９と混合される。

また、乾燥機３から発生した水蒸気３２は、精製後の熱分解ガスの一部３３及び空気予熱器１１で生成された１５０〜２５０℃、好ましくは２００〜２５０℃の加熱空気３４とによって６００〜１０００℃、好ましくは７５０〜８５０℃まで加熱された加熱炉３５において加熱脱臭され、ガスエンジン２２の排気口からつながる排気ガス管路３６を通じて供給される排気ガス３７と混合されて熱分解炉４及び乾燥機３の伝熱管へ送られて熱源として再利用される。再利用後の混合ガス３８は、煙突３９を通じて外部環境へ排出される。

このような処理設備において、脱塩装置１３を、粉末状の脱塩剤を収納する脱塩剤タンク４０及びロータリーバルブなどの切出装置４１からなる脱塩剤供給装置４２と、バグフィルター４３、及びガス精製塔１６の下流側である貯留タンク１８の出口近傍から脱塩剤供給装置４２の出口へ接続するガス管路４４から構成するようにしている。このような脱塩装置１３により、改質後の熱分解ガス９はバグフィルター４３の入口手前において、精製後の熱分解ガスの一部をキャリアガスとして同伴する脱塩剤を添加され、バグフィルター４３において脱塩剤と塩化水素との反応生成物が飛灰と共に捕集されることにより脱塩される。捕集された反応生成物は、粉末状の脱塩残渣４５として回収される。

このように、精製後の熱分解ガスの一部をキャリアガスとして粉末状の脱塩剤を熱分解ガスに添加し、塩化水素との反応生成物を捕集することにより脱塩するようにしたので、キャリアガスにより熱分解ガスが希釈されてエネルギー密度が低下したり、酸素により急激に燃焼したりすることがないので、排水を処理する必要がない乾式の脱塩工程を採用することができるため、処理設備の運転及び設備コストを低減することができる。また、環境汚染の主な原因である液体廃棄物を排出することがなくなるため、処理施設の対環境性を向上することができる。

ガス管路４４の上流側の接続箇所は、ガス精製塔の下流側であれば貯留タンク１８の出口近傍に限られるものではない。また、このガス管路４４には、キャリアガスの流速及び流量を調整することができるように、弁４６やポンプ４７を適宜設けることが好ましい。

脱塩剤としては、消石灰などのカルシウム系の脱塩剤よりも、重曹（ＮＨＣＯ_３）を主成分とするナトリウム系の脱塩剤を用いることが望ましい。バグフィルター４３に流入する熱分解ガスは、温度が約２００〜３００℃、含有水分量が５〜１０％であり、焼却処理設備の場合（温度：約１５０〜２００℃、水分量：約２０〜４０％）と比較すると高温かつ低水分の状態であるため、消石灰では十分な脱塩性能が得られない。重曹を単体で用いる場合には、特許第３９０６１６４号公報に記載されているように、粗粒を平均粒径１５〜２５μｍに粉砕してから熱分解ガスへ添加することが好ましい。重曹を主成分とする脱塩剤は、重曹の粉末、親水性の湿式シリカの粉末及び疎水性の金属石鹸の粉末を、湿式シリカの含有率が１〜１０重量％、金属石鹸の含有率が０．１〜０．５重量％となるように混合したものが例示される（特許第３７４５７６５号公報を参照。）。また、重曹を主成分とする商用の脱塩剤としては、ソルティクル（三井造船株式会社の登録商標）が例示される。

なお、本実施形態では、廃棄物のエネルギー源としての再利用先として、ガスエンジンによる発電を例示しているが、燃料電池やその他の機器のエネルギー源として用いることができることはもちろんである。

本発明の実施形態からなる廃棄物の処理設備の構成の一例である。

符号の説明

１廃棄物
２粉砕機
３乾燥機
４熱分解炉
５熱分解ガス
６熱分解残渣
７誘引送風機
８ガス改質炉
９改質後のガス
１０ボイラ
１１空気予熱器
１２水
１３脱塩装置
１４脱塩後の熱分解ガス
１５ガス洗浄塔
１６ガス精製塔
１７排水
１８排水管路
１９精製後の熱分解ガス
２０貯留タンク
２１発電機
２２ガスエンジン
２３燃料ガス
２４冷却器
２５分別装置
２６金属類
２７炭化物
２８溶融ガス化炉
２９スラグ
３０ガス冷却塔
３１灰
３２水蒸気
３３精製後の熱分解ガスの一部
３４加熱空気
３５加熱炉
３６排気ガス管路
３７排気ガス
３８利用後の混合ガス
３９煙突
４０脱塩剤タンク
４１切出装置
４２脱塩剤供給装置
４３バグフィルター
４４ガス管路
４５脱塩残渣
４６弁
４７ポンプ

Claims

廃棄物を熱分解して熱分解ガスを発生させる熱分解工程と、前記熱分解ガスに酸化剤と水蒸気とを添加して加熱することにより高位炭化水素を分解して低位炭化水素に改質するガス改質工程と、前記改質された熱分解ガスから塩化水素を除去する脱塩工程と、前記脱塩された熱分解ガスを水洗及び脱硫する精製工程と、前記精製された熱分解ガスを燃料として発電する発電工程とを含む廃棄物の処理方法であって、
前記脱塩工程は、前記精製された熱分解ガスの一部をキャリアガスして粉末状の脱塩剤に同伴させて前記改質された熱分解ガスに添加して、該脱塩剤と前記塩化水素との反応生成物を捕集することからなる廃棄物の処理方法。
前記脱塩剤が、重曹を主成分とするナトリウム系の脱塩剤である請求項１に記載の廃棄物の処理方法。
前記熱分解工程において熱分解ガスと共に熱分解残渣を発生させ、前記熱分解残渣を金属類と炭化物とに分別し、該炭化物に酸化剤を添加して加熱することによりガス化すると共に溶融スラグを生成して分離回収し、該ガス化された炭化物に酸化剤と水蒸気とを添加して加熱することにより高位炭化水素を分解して低位炭化水素に改質し、該改質されたガスを減温して前記改質された熱分解ガスと混合する請求項１又は２に記載の廃棄物の処理方法。
前記精製工程で発生した排水を前記廃棄物と混合する請求項１〜３のいずれかに記載の廃棄物の処理方法。
前記発電工程におけるガスエンジンの排気ガスの少なくとも一部を、前記熱分解工程における熱源として用いる請求項１〜４のいずれかに記載の廃棄物の処理方法。
廃棄物を熱分解して熱分解ガスを発生させる熱分解炉と、前記熱分解ガスに酸化剤と水蒸気とを添加して加熱することにより高位炭化水素を分解して低位炭化水素に改質するガス改質炉と、前記改質された熱分解ガスから塩化水素を除去する脱塩装置と、前記脱塩された熱分解ガスを水洗及び脱硫する精製装置と、前記精製された熱分解ガスを燃料として発電機を駆動するガスエンジンとを備えた廃棄物の処理設備であって、
前記脱塩装置は、
粉末状の脱塩剤を供給する脱塩剤供給装置と、前記脱塩剤供給装置の下流に位置するバグフィルターと、前記精製装置の下流側から前記脱塩剤供給装置の出口へ接続するガス管路とから構成される廃棄物の処理設備。
前記脱塩剤が、重曹を主成分とするナトリウム系の脱塩剤である請求項６に記載の廃棄物の処理設備。
前記熱分解炉において熱分解ガスと共に発生させた熱分解残渣を金属類と炭化物とに分別する分別装置と、該炭化物に酸化剤を添加して加熱することによりガス化すると共に溶融スラグを生成して分離回収し、該ガス化された炭化物に酸化剤と水蒸気とを添加して加熱することにより高位炭化水素を分解して低位炭化水素に改質する溶融ガス化炉と、該改質されたガスを減温するガス冷却塔とを、前記熱分解炉と前記脱塩装置との間に設置した請求項６又は７に記載の廃棄物の処理設備。
前記精製装置の排水の出口と、前記熱分解炉の上流側とを接続する排水管路を設けた請求項６〜８のいずれかに記載の廃棄物の処理設備。
前記ガスエンジンの排気ガスの出口と、前記熱分解炉の伝熱管とを接続する排気ガス管路を設けた請求項６〜９のいずれかに記載の廃棄物の処理設備。