JP2009242714A

JP2009242714A - 廃棄物ガス化処理システム

Info

Publication number: JP2009242714A
Application number: JP2008093514A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Okada; 康生岡田
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 2008-03-31
Filing date: 2008-03-31
Publication date: 2009-10-22

Abstract

【課題】廃棄物ガス化処理システムにおいて、燃料ガスを低圧力損失で、かつ、脱硫率を向上させること。
【解決手段】ガス化炉から排出される廃棄物の熱分解ガスを、改質炉５で改質した燃料ガス中の硫黄化合物を除去するため、燃料ガスのダクト中に粉粒体の鉄系の脱硫剤を投入し、その後流側に配置されたバグフィルタ２３で反応させて反応生成物を除去することから、低圧力損失で、かつ、脱硫率が向上する。
【選択図】図１

Description

本発明は、廃棄物を熱分解して燃料ガスを得る廃棄物ガス化処理システムに関する。

従来、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熱分解し、この熱分解ガスを改質して水素と一酸化炭素を主成分とする燃料ガスとして、ガスタービンの燃料とする廃棄物ガス化処理システムが提案されている（例えば、特許文献１）。

特に、特許文献１によれば、燃料ガス中に含まれる硫黄化合物を、酸化鉄が充填されている乾式脱硫装置で脱硫し、ガスタービンなどの腐食の問題を回避するようにしている。

特開２００１−４１４３７

しかしながら、特許文献１によれば、脱硫率を上げようとすると、乾式脱硫装置が大型になってしまうという問題がある。つまり、粉粒体の酸化鉄を充填層にすると、脱硫率を上げることができるが、圧力損失が大きくなるという問題がある。一方、ペレット状の酸化鉄を充填層にすると、圧力損失を小さくできるが、ペレットは比表面積が小さいので、所望の脱硫率を得ようとすると装置が大型化する。

そこで、本発明は、廃棄物ガス化処理システムにおいて、燃料ガスを低圧力損失で、かつ、脱硫率を向上させ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処理システムは、廃棄物を熱分解して熱分解ガスを発生させるガス化炉と、ガス化炉から排出される熱分解ガスを改質して燃料ガスを生成する改質炉と、改質炉から排出される燃料ガスに硫黄化合物と反応する粉粒体からなる鉄系の脱硫剤を投入する脱硫剤投入手段と、脱硫剤投入手段の下流側にバグフィルタを有することを特徴とする。

これによれば、粉粒体の脱硫剤は比表面積が大きく、かつ、燃料ガスの煙道内で分散しやすい。特に、バグフィルタのろ布面に脱硫剤の層を形成して、反応させていることから、脱硫率を向上できる。また、バグフィルタは、圧力損失を小さく設計できる。ここで、粉粒体は、粉体と粒体の少なくとも一方でよいことを意味する。また、鉄系の脱硫剤としては、例えば、鉄の酸化物、鉄の水酸化物などの少なくとも一方を含んでいればよく、特に、鉄系の脱硫剤として天然に賦存するリモナイトやゲーサイトの含水酸化鉄鉱物（以下、リモナイトと総称する）を使用するのが好ましい。リモナイトを脱硫剤として使用する場合は、気流搬送が可能なように粉砕乾燥して粉粒体とする。さらに、リモナイトは、３００℃付近で脱水反応が起こり、水酸基が水としてリモナイトから脱離して多孔質となり、比表面積が大きくなることが知られており、あらかじめ３００〜４００℃で焼成したリモナイトを使用することがより好ましい。

他方、本発明の廃棄物ガス化処理システムは、バグフィルタで捕集される反応生成物を回収して硫黄を分離し、脱硫剤を再利用するようにすることができる。

また、脱硫剤とともに、粉粒体の脱塩剤を燃料ガスに投入して同一のバグフィルタで捕集するようにすることができる。これによれば、燃料ガスに含まれる腐食性ガス（塩素化合物、硫黄化合物）の脱塩と脱硫を同一のバグフィルタで行えることから、設備を簡単化できる。なお、脱塩剤としては、例えば、ナトリウム系脱塩剤、カルシウム系脱塩剤などを用いることができる。

この場合において、脱硫剤を再利用する場合は、ナトリウム系脱塩剤を使用することが好ましい。これによれば、バグフィルタで捕集される反応生成物を回収して水を加えて水溶性の脱塩剤の反応生成物と、非水溶性の脱硫剤の反応生成物を分離できることから、脱硫剤を再生しやすい。

本発明によれば、廃棄物ガス化処理システムにおいて、燃料ガスを低圧力損失で、かつ、脱硫率を向上させることができる。

以下、本発明を実施の形態に基づいて説明する。
（実施形態１）
図１に本発明の実施形態１の廃棄物ガス化処理システムの全体構成を示す。図示のように、本実施形態の廃棄物ガス化処理システムは、図示しないガス化炉で廃棄物を熱分解して発生する廃棄物熱分解ガス（以下、熱分解ガスという。）が供給される改質炉５と、改質炉５から排出される燃料ガスが供給される熱回収ボイラ９と、熱回収ボイラ９から排出される燃料ガスに脱塩剤を投入するホッパ１３と、ホッパ１３の下流に配置されたバグフィルタ１９と、バグフィルタ１９から排出される燃料ガスが導入されるバグフィルタ２３が備えられている。

ガス化炉は、例えば、ロータリーキルン式のガス化炉、流動床式のガス化炉などのガス化炉を使用できるが、これらに限定されるものではない。

ガス化炉で発生した熱分解ガスは改質炉５に供給され、改質炉５の熱分解ガスの入口側に、酸化剤、例えば、酸素（又は空気）及び水蒸気が供給されるようになっている。改質炉５から排出される燃料ガスはガス流路７を介して熱回収ボイラ９に導かれている。なお、熱回収ボイラ９に代えて、ガス冷却塔に燃料ガスを導き燃料ガスを冷却してもよい。

熱回収ボイラ９には、水が通流する伝熱管が取り付けられ、水と燃料ガスが熱交換して、燃料ガスの熱を回収するようになっている。熱回収ボイラ９から排出された燃料ガスには、ホッパ１３に貯留されている脱塩剤が投入される。ホッパ１３の底部には、モーター１５が接続されたロータリーフィーダ１７が取り付けられている。
脱塩剤が投入された燃料ガスは、バグフィルタ１９に導かれ、バグフィルタ１９から排出された燃料ガスは、バグフィルタ２３に導かれる。バグフィルタ１９及び２３には、例えば、円筒形のろ布が取り付けられ、燃料ガスがろ布を通過するようになっている。

次に、本実施形態の特徴部に係る構成を説明する。本実施形態は、図示のように、バグフィルタ１９の下流側のガス流路２１に、脱硫剤投入手段としてのホッパ２７を接続している。ホッパ２７は、底部にモーター２９が接続されたロータリーフィーダ３１が取り付けられている。

このように構成される本実施形態の廃棄物ガス化処理システムの動作を説明する。ガス化炉から発生した熱分解ガスは、改質炉５に供給され、熱分解ガスを部分燃焼させて、例えば、８００℃に熱分解ガスを加熱することにより、熱分解ガス中に含まれるタール分を低分子化させ、炭素分は水蒸気と反応させて、一酸化炭素、水素などを含む水性ガスに変換させる。

改質炉５から排出された燃料ガスは、熱回収ボイラ９に導かれて熱回収される。熱回収ボイラ９から排出された燃料ガスには、ガス流路１１に接続されているホッパ１３からモーター１５により駆動するロータリフィーダ１７を介して、脱塩剤が投入される。脱塩剤が投入された燃料ガスは、バグフィルタ１９に導かれる。

バグフィルタ１９に導かれた燃料ガスは、ろ布面に形成された脱塩剤の層を通過することで燃料ガス中の塩素化合物、例えば、塩化水素が脱塩される。また、燃料ガス中の煤、飛灰、脱塩残渣（脱塩剤の反応生成物、脱塩剤の未反応物）などは、バグフィルタ１９で捕集されて燃料ガスから除去される。

次に、本実施形態の特徴作用を説明する。バグフィルタ１９から排出された燃料ガスには、ガス流路２１に接続されているホッパ２７からモーター２９により駆動するロータリフィーダ３１を介して脱硫剤、例えば、粉粒体のリモナイトが投入される。投入されたリモナイトは、まず、ガス流路２１を気流搬送される際に燃料ガス中の硫化水素と反応する。さらに、リモナイトが投入された燃料ガスをバグフィルタ２３に供給することでリモナイトの層を形成させる。そして、燃料ガスがリモナイトの層を通過することにより、硫黄化合物、例えば、燃料ガス中の硫化水素が次式１に示すように、リモナイトの主成分である水酸化鉄と反応して取り除かれ、反応生成物である硫化鉄はバグフィルタ２３に保持される。なお、リモナイトは天然に産出する含水酸化鉄を主成分とし、酸化ケイ素、酸化チタンなどを含む場合がある。

２ＦｅＯ（ＯＨ）＋３Ｈ_２Ｓ → Ｆｅ_２Ｓ_３＋４Ｈ_２Ｏ・・・（１）
本実施形態によれば、脱硫剤をガス流路２１に投入して気流搬送させ、バグフィルタ２３のろ布面で脱硫剤を捕集して脱硫剤の層を形成し、その層に燃料ガスを通過させることで脱硫できる。すなわち、比表面積が大きく、かつ、燃料ガスのガス流路２１内で分散しやすい粉粒体の脱硫剤を使用していることから、脱硫率を向上できる。さらに、バグフィルタ２３は、圧力損失を小さく設計できることから、燃料ガスを低圧力損失で脱硫できる。

ここで、リモナイトに代えて酸化鉄と水酸化鉄のいずれか一方又は混合した脱硫剤を使用できるが、例えば、製鉄所において酸化皮膜除去に用いられた廃酸から回収される酸化鉄を使用することができる。この場合の、硫化水素と酸化鉄の反応は次式２に示すとおりである。

Ｆｅ_２Ｏ_３＋３Ｈ_２Ｓ → Ｆｅ_２Ｓ_３＋３Ｈ_２Ｏ・・・（２）
また、硫化鉄を脱硫剤として再利用する場合は、バグフィルタ２３に保持されている硫化鉄を、例えば、逆洗により落下させて回収し、図示しない再生手段に供給する。再生手段としては、例えば、硫化鉄を充填した容器にオゾンガスを供給し、硫黄を分離させて脱硫剤として再生する手段など公知の再生手段を使用できる。再生した脱硫剤をホッパ２７に供給することにより、脱硫剤を再利用できる。

さらに、本実施形態は、燃料ガス中の煤、飛灰、脱塩残渣などを予めバグフィルタ１９で捕集して燃料ガスから除去していることから、バグフィルタ２３には硫化鉄のみが捕集されて保持される。その結果、脱塩残渣と硫化鉄を分離する必要がなく、脱塩剤の種類を問わず、硫化鉄を乾式で再生できる。

また、腐食性ガスが除去された燃料ガスを、例えば、ガスエンジンと発電機で構成される発電部２６に供給できることから、ガスエンジンなどの腐食の問題を回避できる。なお、発電部２６はガスエンジンと発電機に代えて、燃料ガスを燃焼させるボイラと、ボイラからの燃焼排ガスが導入されるガスタービンで構成した場合においても、ボイラなどの腐食の問題を回避できる
なお、脱塩剤としては、ナトリウム系の脱塩剤、カルシウム系の脱塩剤を使用できる。
（実施形態２）
図２に本発明の実施形態２の廃棄物ガス化処理システムの全体構成図を示す。本実施形態が実施形態１と相違する点は、図示のように、バグフィルタ１９を配置せずに、バグフィルタ２３に脱塩剤と脱硫剤を供給している点である。

次に本実施形態の特徴作用を説明する。熱回収ボイラ９から排出された燃料ガスには、脱塩剤と脱硫剤が投入される。脱塩剤は、ガス流路１１に接続されているホッパ１３から投入され、脱硫剤はガス流路１１に接続されているホッパ２７から投入される。脱塩剤と脱硫剤が投入された燃料ガスをバグフィルタ２３に供給することで、脱塩剤と脱硫剤の層を形成させる。そして、燃料ガスがその層を通過することにより、塩素化合物は脱塩剤と、硫黄化合物は脱硫剤と反応し、反応生成物がバグフィルタに保持されて除去される。

これによれば、燃料ガスに含まれる腐食性ガスの脱塩と脱硫を同一のバグフィルタで行えることから、設備を簡単化できる。

この場合において、脱硫剤を再生する場合は、バグフィルタ２３に保持されている脱硫剤の反応生成物には脱塩残渣が含まれていることから、バグフィルタ２３から回収した反応生成物に水を加え、例えば、ろ過して脱硫剤の反応生成物を分離することにより、脱硫剤が再生しやすくなる。

この場合において、ナトリウム系脱塩剤を使用することが好ましい。バグフィルタ２３で保持されるナトリウム系脱塩剤の未反応物及び反応生成物は水溶性であり、脱硫剤の反応生成物は非水溶性であることから、これらの水に対する溶解度の違いにより脱硫剤の反応生成物を分離できる。

なお、カルシウム系脱塩剤、例えば、消石灰を使用すると、バグフィルタ２３に多くの未反応の消石灰が保持される。消石灰と塩素化合物の反応生成物は水溶性であるが、消石灰は非水溶性であることから、水に対する溶解度の違いにより脱硫剤の反応生成物を分離することが困難となる。

また、本発明の脱硫剤は、例えば、累積平均粒径が０．１〜３０μｍ、好ましくは、１〜１５μｍ程度の脱硫剤を使用できる。

また、本発明の脱塩剤は、例えば、累積平均粒径が約１０μｍのナトリウム系脱塩剤や、例えば、累積平均粒径が約６〜９μｍのカルシウム系脱塩剤を使用できるが、実施形態１にはカルシウム系脱塩剤を、実施形態２にはナトリウム系脱塩剤を使用するように使い分けてもよい。

本発明の実施形態１の廃棄物ガス化処理システムの全体構成図である。本発明の実施形態２の廃棄物ガス化処理システムの全体構成図である。

符号の説明

５改質炉
９熱回収ボイラ
１３ホッパ
１９バグフィルタ
２３バグフィルタ
２６発電部
２７ホッパ

Claims

廃棄物を熱分解して熱分解ガスを発生させるガス化炉と、
該ガス化炉から排出される前記熱分解ガスを改質して燃料ガスを生成する改質炉と、
該改質炉から排出される前記燃料ガスに硫黄化合物と反応する粉粒体からなる鉄系の脱硫剤を投入する脱硫剤投入手段と、
該脱硫剤投入手段の下流側にバグフィルタを有する廃棄物ガス化処理システム。
前記脱硫剤が、酸化鉄と水酸化鉄の少なくとも一方であることを特徴とする請求項１に記載の廃棄物ガス化処理システム。
前記バグフィルタ入口側の前記燃料ガス煙道内に前記燃料ガスの塩素化合物と反応する粉粒体からなる脱塩剤を投入する脱塩剤投入手段を有することを特徴とする請求項１に記載の廃棄物ガス化処理システム。
前記バグフィルタで捕集される反応生成物から硫黄を分離させて前記脱硫剤を再生する再生手段を備え、
前記再生された脱硫剤を前記脱硫剤投入手段に供給することを特徴とする請求項１に記載の廃棄物ガス化処理システム。
前記脱塩剤がナトリウム系脱塩剤である場合において、
前記バグフィルタで捕集される反応生成物に水を加えて水溶性成分と非水溶性成分を分離させる分離手段と、
分離された前記非水溶性成分から硫黄を分離させ前記脱硫剤を再生する再生手段を備え、
前記再生された脱硫剤を前記脱硫剤投入手段に供給することを特徴とする請求項３に記載の廃棄物ガス化処理システム。