JP2010236718A - ガス化溶融炉の操業方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 増加する産業廃棄物をこれまで以上に大量に処理しても溶融炉の炉内温度の上昇を押さえ、溶融炉の寿命を保持することができ、急冷塔から回収したダスト、バグフィルタで捕集したダスト、中和塔又はミストコットレルでの洗浄液を排水処理した中和滓から回収したダストをガス化溶融炉で再度処理するに際して流動層式ガス化炉の炉動床の散気ノズルの閉塞を起こすことがないガス化溶融炉の操業方法を提供する。
【解決手段】 流動層式のガス化炉に投入した産業廃棄物を下部側から吹き込んだ空気によって流動層を形成することにより産業廃棄物の一部を熱分解によってガス化して有価金属を含む不燃物を回収すると共に、ガス化炉で生成した熱分解ガスと熱分解ガスによって移送される不燃物の一部を溶融炉で処理してスラグを生成するガス化溶融炉の操業方法において、カルシウムを含むダストをスラリー化して溶融炉内に吹き込むことを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、ガス化溶融炉の操業方法に関し、さらに詳しくは、廃自動車、電化製品等の産業廃棄物のシュレッダーダストをガス化処理する際のガス化溶融炉の操業方法に関する。

自動車シュレッダーダスト（Automobile Shredder Residue＝ＡＳＲ）、家電シュレッダーダストのような、鉛、亜鉛、銅といった金属や塩素源となる塩化ビニル等が混入している産業廃棄物を溶融処理する設備としては、流動層式のガス化炉を備えた産業廃棄物の溶融処理施設が知られており、例えば、特許文献１に開示されたような溶融処理施設がある。

特許文献１に開示された流動層式のガス化炉は、上述した産業廃棄物の中に含まれる有価金属の回収を目的としたものであり、図１に示すような溶融処理施設において産業廃棄物の処理を行っている。この溶融処理施設の主要な設備について概略の処理工程と共に説明する。

まず、図１の溶融処理施設の概略構成図に示されているように、汚泥Ａ１を第１の貯蔵所１に貯蔵し、有価金属を含む産業廃棄物Ａ２等を別の第２の貯蔵所２に貯蔵する。
第１の貯蔵所１から汚泥Ａ１等を、破砕機（図示せず）に掛けて細かく粉砕した産業廃棄物Ａ２等と共に供給コンベア３により供給フィーダー４に投入し、供給フィーダー４から一定量を流動層式ガス化炉１１に投入する。
ここで、産業廃棄物Ａ２には、自動車、家庭電化製品等をシュレッダーで処理した有価金属とプラスチックを含むシュレッダーダスト、工業用の廃プラスチックなどが含まれる。

流動層式ガス化炉１１では、図１に示すように、投入された産業廃棄物Ａ２と汚泥等Ａ１が、流動床１２から吹き込まれる空気Ｃにより流動層式ガス化炉１１内で流動層を形成して循環している。流動層式ガス化炉１１内では、産業廃棄物Ａ２中の廃プラスチックの燃焼を抑制しつつ、廃プラスチックを熱分解しガス化する。その後、ガス化炉１１内で生成された熱分解ガスＥ等が溶融炉２１に移送される。

溶融炉２１では、熱分解ガスＥ等が移送されると同時に、空気を供給しつつ燃焼させる。これにより熱分解ガスＥは、燃焼して排ガスＦとなり排出される。ここで、排ガスＦの温度が２００〜６００℃の範囲にあるとダイオキシン等の有害物質が再合成されることを考慮し、この温度範囲にある時間を少なくして有害物質の再度の生成を防止すべく、溶融炉２１からの排ガスＦを、熱交換器２６で間接冷却し、急冷塔４１の廃液分解部４２に廃液Ｌ１を噴霧し、さらに急冷部４３で冷却水としての工業用水（工水）Ｌ２を噴霧して排ガスＦを冷却している。

ここで、製錬で生ずる廃液には金属イオンや酸が含まれ、化学工場等で生ずる廃液には、無機物、有機物等が残存するが、これらは焼却処理することが望ましいことから、廃液分解部４２で廃液Ｌ１を熱分解処理する工程を含ませている。廃液Ｌ１を高温度に曝すことにより廃液Ｌ１に含まれる有機物等と酸等は分解し、無機物と金属イオン等は酸化物にして消石灰吹込装置５２を介してバグフィルタ５１で回収している。そして、溶融炉２１から回収したスラグＧを水砕する。また、排ガスは中和塔６１、ミストコットレル７１を介して排突８１から大気に放出される。

流動層式ガス化炉１１の構造について概要を説明すると、炉底部の上方に位置する熱媒体投入口から熱媒体となる粒状物質、例えば「砂」を投入し、炉底部に設けた空気吹出孔から空気を上方に向かって吹出すことによって対流を起こさせた流動床を形成している。そして、熱媒体としての砂は、炉底部の上方から投入された廃棄物中の不燃物と共に、炉底部から下方に延びる排出シュート１５を通じて炉内から排出する。一旦排出された砂は、図示しない循環通路を通じて再び炉底部の上方から炉内へ投入される。

しかし、特許文献１の流動層式ガス化炉１１は、熱媒体としての砂と不燃物とを排出シュート１５を通じて排出しているが、排出シュート１５内にクリンカが付着するという問題があった。排出シュート１５内にクリンカが付着し、排出シュート１５が閉塞されると、砂と不燃物を排出、循環させることができないことから、このようなクリンカの問題を解消すべく特許文献２では、流動床の上部から投入した砂を流動床の下部に位置する排出シュート１５から排出する際に、炉内燃焼維持温度を下回らせることのない範囲内で、排出シュート内を流通する砂の排出速度を単位面積当りの排出速度で管理し、必要であればさらに排出シュート内に蒸気を噴射してクリンカの生成を防止する流動層式ガス化炉の操業方法を提案している。

しかし、特許文献２の流動層式ガス化炉の操業方法では、排出シュートから排出コンベアへ至るまでの必然的な経路の形状によって排出シュート内での棚吊り現象により砂及び不燃物の降下が止まってしまうという問題があった。棚吊り現象が発生すると砂及び不燃物の抜き出しができなくなるのでガス化炉の操業を一旦停止してその対応をせざるを得ず操業効率が著しく減殺される。そのため、本願出願人は排出シュート内における棚吊り現象の発生を未然に防止し、砂及び不燃物の連続的な抜き出しを可能とする流動層式のガス化炉の提案を行った（特許文献３）。

特開平１１−３０２７４８号公報 特開２００５−２８２９６０号公報 特開２００８−２３２５２３号公報

上述したようなガス化溶融炉による産業廃棄物の溶融処理において、従来は、急冷塔から回収したダスト、バグフィルタで捕集したダスト、中和塔又はミストコットレルでの洗浄液を排水処理した中和滓から回収したダスト等は別な施設の溶解炉等によって処理していた。しかし、別な施設での処理は前記ダスト類の輸送コストがかかるほか、廃棄物として外部へ処理を委託する場合にはさらに委託処理コストがかかる。そのため、回収及び捕集された前記ダスト類を当該ガス化溶融炉で処理すべく流動層式ガス化炉に再度投入して処理することを検討したが、前記ダスト類には約１４〜１６重量％のカルシウムが含まれているため、回収ダストを流動層式ガス化炉で繰り返し処理する場合には炉動床の散気ノズルにカルシウム分が付着してしまい、散気ノズルが閉塞するという問題が発生した。

また、近年では自動車や家電製品のライフサイクルが短くなっているためＡＳＲや家電シュレッダーダスト等の産業廃棄物が大量に発生し、その処理も年々増加傾向にある。そのため、これまでのガス化溶融炉で時間あたりの処理量を増加させると溶融炉の温度が１，４００℃を越えるような高温となり、炉内壁の耐熱煉瓦等に対する負担が上昇し、溶融炉の寿命が短くなるという問題があった。

そこで、本発明は、増加する産業廃棄物をこれまで以上に大量に処理しても溶融炉の炉内温度の上昇を押さえ、溶融炉の寿命を保持することが可能なガス化溶融炉の操業方法を提供することを目的とする。

また、本発明は、ＡＳＲ、家電シュレッダーダスト等のように有価金属や塩素等を含む産業廃棄物をガス化溶融炉で処理した際に急冷塔やバグフィルタさらには中和塔又はミストコットレルでの洗浄液を排水処理した中和滓から回収されるダスト等を当該ガス化溶融炉で再度処理するに際して流動層式ガス化炉の炉動床の散気ノズルの閉塞を起こすことがないガス化溶融炉の操業方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、流動層式のガス化炉に投入した産業廃棄物を下部側から吹き込んだ空気によって流動層を形成することにより産業廃棄物の一部を熱分解によってガス化して有価金属を含む不燃物を回収すると共に、ガス化炉で生成した熱分解ガスと熱分解ガスによって移送される不燃物の一部を溶融炉で処理してスラグを生成するガス化溶融炉の操業方法において、カルシウムを含むダストをスラリー化して溶融炉内に吹き込むことを特徴とする。

上記目的を達成するため請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のガス化溶融炉の操業方法において、ダストのスラリー化は、水浸出して塩素分を除去し、脱塩素後のスラリーを脱水又はデカンテーションにより上澄みを除いた後、さらに水を加えてスラリー液とすることを特徴とする。

上記目的を達成するため請求項３に記載の発明は、請求項１又２に記載のガス化溶融炉の操業方法において、ダストは、急冷塔から回収したダスト、バグフィルタで捕集したダスト、中和塔又はミストコットレルでの洗浄液を排水処理した中和滓から回収したダスト、のいずれか１つを含むことを特徴とする。

上記目的を達成するため請求項４に記載の発明は請求項２又は３に記載のガス化溶融炉の操業方法において、スラリー液を溶融炉の頂部近傍から炉内へ噴霧することを特徴とする。

本発明に係るガス化溶融炉の操業方法によれば、カルシウムを含むダストをスラリー化して溶融炉内に吹き込むこととしたのでスラグの融点が約１，３５０℃から約１，２５０℃へと低下し、これまでよりも低い温度でスラグの流動性を確保することができる。そのため、スラグの回収が容易となるという効果がある。

また、ガス化溶融炉の操業方法によれば、急冷塔から回収したダスト、バグフィルタで捕集したダスト、中和塔又はミストコットレルでの洗浄液を排水処理した中和滓から回収したダストにはカルシウムが含まれていたため、それらダストの処理を図るために流動層式ガス化炉へ再投入してしまうと、カルシウム分が散気ノズルを閉塞する問題があったが、溶融炉で処理することで散気ノズルの閉塞の問題が解消すると共に、上述のように溶融炉におけるスラグの流動性の確保を図ることができ、一石二鳥の効果がある。

さらに、本発明に係るガス化溶融炉の操業方法によれば、急冷塔から回収したダスト、バグフィルタで捕集したダスト、中和塔又はミストコットレルでの洗浄液を排水処理した中和滓から回収したダストを脱塩素後にスラリー化したスラリー液を溶融炉の頂部近傍から炉内へ噴霧することとしたので、冷却水の代替となり、大量処理に伴う溶融炉内の温度上昇が抑制され、炉壁の劣化が防止されるという効果がある。これにより、溶融炉の寿命が短命化することがないという効果がある。

ガス化溶融炉を含む溶融処理施設の概略構成図である。 本発明に係るガス化溶融炉の操業方法のフローチャートである。 スラリー液の噴霧を示すための溶融炉の断面図である。

以下、本発明に係るガス化溶融炉の操業方法について好ましい一実施形態に基づいて説明する。図２は、本発明に係るガス化溶融炉の操業方法のフローチャートである。

はじめに、ＡＳＲ、家電シュレッダーダストのような産業廃棄物をトロンメルによって篩分し、所定のサイズ、例えば、約４０ｍｍ×４０ｍｍ程度の大きさを基準に篩別物をアンダーサイズとオーバーサイズに篩分ける（ステップＳ１）。アンダーサイズは、後述するように、そのまま流動層式ガス化炉１１に投入する（図１参照）。オーバーサイズは磁選機によって選別し、鉄スクラップとそれ以外に分ける（ステップＳ２）。さらに手選別によってアルミ屑を取り除き（ステップＳ３）、残った篩別物はさらに粉砕機によって所定サイズ、例えば約４０ｍｍ×４０ｍｍ以下に粉砕する（ステップＳ４）。そして、この粉砕物とトロンメルによって篩別したアンダーサイズの篩別物、さらには、廃プラスチック類、木くず、ウレタンなどを流動層式ガス化炉１１に投入する。

流動層式ガス化炉１１では、流動床１２から吹き込まれる空気Ｃにより流動層を形成して循環しており（図１参照）、投入された産業廃棄物の粉砕物に含まれる廃プラスチックを熱分解し、ガス化する（ステップＳ５）。その後、流動層式ガス化炉１１内で生成された熱分解ガスＥは溶融炉２１に移送される。

流動層式ガス化炉１１では、その上方に位置する熱媒体投入口から投入された熱媒体となる粒状物質である「砂」が炉底部に設けた空気吹出孔から上方に向かって吹出される空気Ｃによって流動床を形成している。そして、熱媒体としての砂は、炉底部の上方から投入された廃棄物中の不燃物と共に、炉底部から下方に延びる排出シュート１５を通じて炉内から排出される。排出された不燃物と砂は篩別機によって篩い分けされ、砂は図示しない循環通路を通じて再び炉底部の上方から炉内へ投入される。一方、不燃物は磁選機によって大きな鉄屑とそれ以外のものに分けられ、さらに選別することで玉がね大とアルミニウムを含むミックスメタルとに分けられる。また、砂は粉砕機によって粉砕すると共に、細かい鉄は図示しない磁選機によって砂鉄として回収される。

熱分解ガスＥ等が溶融炉２１に移送されてくると、溶融炉２１内に空気を供給しつつ熱分解ガスＥを燃焼させる（ステップＳ６）。これにより熱分解ガスＥは、燃焼して排ガスＦとなり、排ガスの処理設備に移送される。ここで、排ガスＦの温度が２００〜６００℃の範囲にあるとダイオキシン等の有害物質が再合成されることを考慮し、この温度範囲にある時間を少なくして有害物質の再度の生成を防止すべく、溶融炉２１から送られてくる排ガスＦを、熱交換器２６で間接冷却し、急冷塔４１の廃液分解部４２に廃液Ｌ１を噴霧し、さらに急冷部４３で冷却水としての工業用水（工水）Ｌ２を噴霧して排ガスＦを冷却している。廃液Ｌ１を噴霧するのは、上述したように、廃液Ｌ１に金属イオンや酸が含まれ、化学工場等で生ずる廃液Ｌ１には、無機物、有機物等が残存するが、これらは焼却処理することが望ましいからである。そして、溶融炉２１から回収したスラグＧを水砕装置によって粉砕し、水砕したスラグは地盤改良剤、セメント、インターロッキングブロックなどの原料として利用される。

本発明に係るガス化溶融炉の操業方法では、図３に示すように、急冷塔４１から回収されたダストは水侵出して脱塩素処理を行った後、脱水又はデカンテーションにより上澄みを除き（ステップＳ８）、さらに水でリパルプしてスラリー液とし（ステップＳ９）、溶融炉２１の炉頂から噴霧して炉内温度の冷却に利用する。また、冷却された排ガスＦはバグフィルタ５１を介して触媒分解塔（ステップＳ１２）へ送られるが、バグフィルタ５１で回収したダスト（ステップＳ１０）は、水添加して脱塩素処理を行った後、ダスト処理設備９１に送り、フィルタープレスで脱水した浸出滓をさらに水でリパルプしてスラリー液とし（ステップＳ９）、溶融炉２１の炉頂から噴霧して炉内温度の冷却に利用する。さらに、排ガスＦは中和塔６１（ステップＳ１３）、ミストコットレル７１（ステップＳ１４）を介して大気に放出される（ステップＳ１５）が、中和塔６１及びミストコットレル７１での洗浄液を総合排水処理設備で脱塩素処理を行った後中和回収し（ステップＳ１６）、フィルタープレスすることによって回収した中和滓をさらに水でリパルプしてスラリー液とし（ステップＳ９）、溶融炉２１の炉頂から噴霧して炉内温度の冷却に利用する。

このようにして、急冷塔４１から回収したダスト、バグフィルタ５１から回収したダスト、中和塔６１及びミストコットレル７１から回収した中和滓から回収したダストのいずれかにはカルシウム分が含まれているため、これに水を加えてリパルプし、スラリー液として再び溶融炉２１内に冷却水として噴霧することでスラグＧにカルシウムが移行することになる。そのため、これまで約１，３５０℃であったスラグＧ融点が約１，２５０℃に下がり、溶融炉２１内の温度が従来よりも低くなってもスラグＧの流動性が確保され、スラグＧの回収作業の効率化を図ることができる。また、溶融炉２１内の温度をこれまでよりも低くすることが出来るので耐熱煉瓦などへ与える温度の影響も改善され、ひいては溶融炉２１の寿命を延ばすことにつながる。さらに、回収ダスト類を流動層式ガス化炉１１へ再投入して処理するとカルシウム分が散気ノズルを閉塞するという問題があったが、溶融炉２１で処理することとしたので流動層式ガス化炉１１の散気ノズルの閉塞の問題は起こらない。

以上のように、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能であることはいうまでもない。

１０ ガス化炉
１２ 流動床
１５ 排出シュート
２１ 溶融炉
２６ 熱交換器
４１ 急冷塔
４２ 廃液分解部
４３ 急冷部
５１ バグフィルタ
６１ 中和塔
７１ ミストコットレル
８１ 排突

Claims (4)

1. 流動層式のガス化炉に投入した産業廃棄物を下部側から吹き込んだ空気によって流動層を形成することにより前記産業廃棄物の一部を熱分解によってガス化して有価金属を含む不燃物を回収すると共に、前記ガス化炉で生成した熱分解ガスと当該熱分解ガスによって移送される前記不燃物の一部を溶融炉で処理してスラグを生成するガス化溶融炉の操業方法において、
   カルシウムを含むダストをスラリー化して前記溶融炉内に吹き込むことを特徴とするガス化溶融炉の操業方法。
2. 請求項１に記載のガス化溶融炉の操業方法において、
   前記ダストのスラリー化は、水侵出して塩素分を除去し、脱塩素後のスラリーを脱水又はデカンテーションにより上澄みを除いた後、さらに水を加えてスラリー液とすることを特徴とするガス化溶融炉の操業方法。
3. 請求項１又２に記載のガス化溶融炉の操業方法において、
   前記ダストは、急冷塔から回収したダスト、バグフィルタで捕集したダスト、中和塔又はミストコットレルでの洗浄液を排水処理した中和滓から回収したダスト、のいずれか１つを含むことを特徴とするガス化溶融炉の操業方法。
4. 請求項２又は３に記載のガス化溶融炉の操業方法において、
   前記スラリー液を前記溶融炉の頂部近傍から炉内へ噴霧することを特徴とするガス化溶融炉の操業方法。

Images