JP2012531296A - 廃棄物の管理システム - Google Patents

Abstract

統合的廃棄物の管理のシステム（１）および方法は、可燃性廃棄物の供給源（２）、前記可燃性廃棄物を再生可能な材料から分離する分離装置（３）、熱分解原料を生成するために前記可燃性廃棄物を乾燥させる無気乾燥装置（４）、および炭化物および熱分解ガスを形成するために前記熱分解原料を熱分解する熱分解装置（５）、の使用を含む。本発明による廃棄物の管理のシステムまたは方法を含む発電のためのシステムおよび方法は、電力生産用の熱を発生するために前記熱分解原料から発生する合成ガスの高温酸化のための酸化装置（７）の使用をさらに含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、廃棄物の管理システムに関し、および、廃棄物の管理システムを含む発電システムに関する。本発明の廃棄物の管理システムは、一般に、可燃性の物質を含む廃棄物に関する。

可燃性廃棄物を含む、家庭のおよび産業の廃棄物の、清潔で、効率的で、そして環境にやさしい処分は、産業界、中央政府および地方自治体に、進行中の挑戦を提供する。

廃棄物を、地方のゴミ捨て場で埋め立て地に埋めるような廃棄物の処分法には、多くの欠点がある。これらは、さもなければよりよく利用されてよい土地の大きな地域の必要性、風に吹かれたゴミの見通し、共同体に健康の危険を提供してよいネズミおよび他の害虫に対する引力、不快な匂いおよび温室効果ガス（例えば、廃棄物の生物分解から生じてよいメタン）の発生、を含む。

他の処分法は、廃棄物の燃焼をともなう焼却を含む。危険な物質の処理にしばしば便利であるにもかかわらず、焼却は、毒ガスおよび大気中に放出されている他の汚染の見込みがある、廃棄物の処分の嫌われる方法である。従来の焼却装置は、大きいカーボンフットプリントおよび明確な姿勢を有することも公知である。

上記に概説される廃棄物の処分法に代わるものとして、エネルギー生成のための燃料として可燃性廃棄物を使用することは、公知である。化石燃料の備蓄が減り、しばしば地政学的な要因によりガスおよびオイルの定期的な供給が不安定で、そして核エネルギーによって環境の危険性が不安視される世界において、廃棄物からのエネルギー生成は、努力の魅力的な分野と考えられる。これは、それが廃棄物の管理の課題および代替燃料源の提供の両方を扱うからである。しかしながら、既知の方法の多くは、資源、コストおよびエネルギーに非効率である。したがって、廃棄物の管理の代わりの手段およびエネルギー源への廃棄物の変換が求められた。そしてそれは、資源、コストおよびエネルギーに効果的である。本発明は、これらの手段のいくつかを達成することを目的とする。

英国特許第ＧＢ ２ ２８１ ３８３Ａ号 英国特許第ＧＢ ２ ３７８ ４９８Ａ号

本発明によれば、統合的廃棄物の管理システムであって：
可燃性廃棄物の供給源；
前記可燃性廃棄物を再生可能な材料から分離する分離装置；
熱分解原料を生成するために前記可燃性廃棄物を乾燥させる無気乾燥装置；および、
炭化物および熱分解ガスを形成するために前記熱分解原料を熱分解する熱分解装置、
を含む、統合的廃棄物の管理システムが提供される。

さらに本発明によれば、統合的廃棄物の管理方法であって：
(a)可燃性廃棄物の供給源を提供するステップ；
(b)前記供給源に存在する再生可能な材料から前記可燃性廃棄物を任意に分離するステップ；
(c)乾燥した熱分解原料を生成するために、無気乾燥装置内で前記可燃性廃棄物を乾燥させるステップ；および、
(d)炭化物および熱分解ガスを形成するために、前記乾燥した熱分解原料を熱分解するステップ、
を含む、統合的廃棄物の管理方法が提供される。

本発明の廃棄物の管理の統合的システムおよび方法は、コストおよびエネルギー効率のよい、産業のおよび家庭の廃棄物の処理手段を提供する。それによって、エネルギーへの下流の変換に適した可燃性物質が得られる。エネルギー変換に適するとみなされない廃棄物であるがしかし、再生可能なものは、分離されることができて、そして、リサイクリングプラントにおいて別に処理することができる。したがって、環境にやさしいリサイクリング効果の最小の妥協は、このように廃棄物の処理の全体のエコ的な利点に貢献する本発明によって達成されることができる。

熱分解プロセスは、通常、より効率的である。そして、熱分解されている材料の含水量は、より低い。無気乾燥装置を作動するには、従来の空気乾燥装置と比較して、乾燥している材料の単位重量あたりほぼ３０％よりも少ないエネルギーが必要であるので、本発明において、無気乾燥装置の使用は、システムを稼働させる観点から重要な全体のエネルギー節約を提供する。さらにまた、無気乾燥装置では、他の乾燥の形態と比較して、概して４０〜５０分よりも短い廃棄物乾燥時間が必要である。これにより、処理時間に関してシステムの全体の効率を増す。

さらに本発明によれば、本発明による廃棄物の管理システムを含み、そして、電力生産用の熱を発生するために前記熱分解原料から発生する合成ガスおよび熱分解ガスの高温酸化のための酸化装置をさらに含む、発電システムが提供される。

なおさらに本発明によれば、本発明による統合的廃棄物の管理方法を含み、そして好ましくは、
(d)合成ガスを生成するために炭化物をガス化するステップ；および、
(e)発電用の熱を発生するために、酸化装置内において高温で合成ガスおよび熱分解ガスを酸化させるステップ、
をさらに含む、発電方法が提供される。

本発明による統合的廃棄物の管理システムを含む統合的発電システムを有することによって、発電（例えば、従来の蒸気タービン装置からの発電）による可燃性廃棄物の供給源の廃棄物処理プラントでの沈着物からの全てのステップは、１つのサイトで実施することができる。それが輸送コスト（例えば、廃棄物分離工場、廃棄物乾燥工場と、熱分解、ガス化および酸化／発電工場との間に）を減らし、そして、システムの各種要素間に熱エネルギーのフィードバックループの供給を通じて改良された全体のエネルギー効率を可能にするので、これは、重要なコストおよび資源の節約を提供する。

さらにまた、発電のための公知技術の燃焼プロセスは、単一ステップのプロセスとして合成ガス（または他の燃焼ガス）の熱分解、ガス化および酸化が一般に起こる。対照的に、本発明による発電のシステムおよび方法は、乾燥した廃棄物熱分解原料の熱分解、熱分解生成物のガス化、および可燃性ガスの酸化を、ガス化ステップから分離するのに適している。これは、発電のために使用する従来の大量燃焼の焼却装置において起こるような単一ステップのプロセスにおけるよりも、各ステップにわたる高度な制御を許容する。

さらに、本発明において、可燃性廃棄物の好ましくは全ては、熱分解装置またはガス化装置において、９００℃を上回らない均一の温度（概して２５０〜６００℃）に加熱される。炉床上の従来の焼却において、十分に加熱されていなくて、残灰に未燃焼のまま残る若干の可燃性廃棄物が結果として生じるホットスポットおよびコールドスポットが、しばしばある。逆にいえば、可燃性廃棄物の一部は、過熱されてよく、有毒なガス状の燃焼副産物を放出してよい。対照的に、本発明において、可燃性廃棄物の実質的に全てが熱分解装置またはガス化装置において熱的に分解されることが確実でありえる。また、ガス状のおよび／または不安定な毒性汚染物質が最低限に保たれるように、可燃性廃棄物の本質的に全ては過熱されない。

加えて、本発明によれば、酸化装置における燃焼（酸化）は、均一の酸化温度を有する高度に制御された酸化環境における中程度の発熱量ガス（すなわち、合成ガスおよび／または熱分解ガス）をともなう。このように、ホットスポットおよびコールドスポットは、従来の大量燃焼の焼却装置の燃焼領域と比較して、再び最低限に保たれるかまたは除去される。これにより、一酸化炭素の低濃度のガスおよび酸化装置から発散する排出ガス内の揮発性有機化合物の実質的に完全な燃焼に結果としてなる。さらにまた、均一の酸化温度は、温度生成の酸化窒素（熱ＮＯｘ）の低レベルの生成に結果としてなる。その一方で、それらの自然な還元による熱分解およびガス化プロセスは、燃料生成の窒素酸化物（燃料ＮＯｘ）の生成を抑圧する。したがって、本発明において使用する酸化装置の排出ガスの酸化窒素レベルは、従来の大量燃焼の焼却装置のそれよりも概して低い。

好ましくは、本発明にしたがって使用する分離装置は、トロンメル、磁気分離機、加速度分離機、渦電流分離機、光学分離手段および破砕機の１つ以上を含む。これは、廃棄物の成分に依存して異なるタイプの廃棄物を分離するために、本発明を適合させることを可能にする。例えば、家庭のバイオ廃棄物および紙系廃棄物のみを含む供給源からの廃棄物は、概して、トロンメルおよび破砕機を含む分離装置を必要とするのみでよい。一方で、再生可能なプラスチック材料（例えば瓶、食品包装紙、等）も含む同様の家庭のバイオ廃棄物は、これらの再生可能な材料を廃棄物から分離するために、自動光学分離成分も含んでよい。可燃性廃棄物の各種成分への分離に先立って、外部の場所（例えば都市ゴミのゴミ捨て場）から廃棄物の管理プラントへ運搬された廃棄物の袋を開くために、自動開封機を用いてよい。

好ましくは、無気乾燥装置は、乾燥媒体として過熱蒸気（概して１３５〜１４５℃の）を用いて可燃性廃棄物を乾燥させる。無気乾燥装置において、乾燥は、可燃性廃棄物の燃焼を防止するために、無酸素状態で行われることが好ましい。したがって、無気乾燥装置は、乾燥動作中に、大気の進入を実質的に防止することが好ましい。熱損失を最低限に保つために、無気乾燥装置は、熱を保持して、システム全体のエネルギー効率を改善するために、絶縁する外部表面を含むことが好ましい。公知技術の空気のない乾燥システムは、特許文献１および特許文献２に記載されている。

本発明のシステムおよび方法において、可燃性廃棄物は、概して、３０〜４０重量％の範囲の初期含水量（例えば、水）を有する。無気乾燥装置での可燃性廃棄物の乾燥の後、熱分解原料は、０〜２０重量％、好ましくは２〜１８重量％、より好ましくは５〜１５重量％の含水量を有することが好ましい。

好ましくは、廃棄物の管理システムは、乾燥した可燃性廃棄物を熱分解して、炭化物（char）および熱分解ガス（pyrogas）を形成するために、熱分解原料のための熱分解装置をさらに含む。好ましくは、原料の熱分解は、２５０〜６００℃の範囲の温度で起こる。炭化物は、有機物の不完全燃焼による固体の残留物である。熱分解ガスは、タールおよび他の高分子量成分を含む、廃棄物に存在する非燃焼揮発性有機化合物に加えて、メタン、水蒸気、一酸化炭素および水素を含むガスの組合せとして、概して定義される。

好ましくは、廃棄物の管理システムは、ガス化プロセスによって炭化物および／または熱分解ガスを合成ガス（syngas）に変換するためのガス化装置をさらに含む。合成ガス（別名「合成用ガス（synthesis gas）」）は、炭化物または他の有機化合物内に存在する炭素と、水蒸気および空気または酸素との高温反応から発生する、一酸化炭素および水素の純粋なまたは純粋に近い混合物として定義される。好ましくは、ガス化は、８５０〜９００℃の範囲の温度で起こる。

本発明の一態様において、無気乾燥装置は、熱分解装置を含む。すなわち、無気乾燥装置は、熱分解装置として作用するために、その乾燥モード（例えば１１０〜１５０℃）にとってよりも高い温度（例えば２５０〜６００℃）に設定することによって、適合することができる。これは、本発明によるシステムに存在する構成要素を１つ少なくする利点を有する。これにより、廃棄物の管理プラントのスペースおよびコストの削減を提供する。

好ましくは、統合的廃棄物の管理システムは、乾燥プロセス中に、可燃性廃棄物から抽出される水分に由来する加熱した蒸気出力を生成する無気乾燥装置を含む。そこにおいて、さもなければ大気に放出される加熱した蒸気出力の一部は、熱および水蒸気を提供することによってガス化装置のエネルギーおよび反応要件を支援するために、ガス化装置に供給されてよい。この特徴は、本発明によるシステム全体のエネルギー効率に貢献することができる。

好ましくは、本発明の発電システムおよび方法に従って発生する出力は、電力である。好ましくは、電力生産は、蒸気サイクル装置の使用を含む。蒸気サイクル装置は、当業者には周知の従来の蒸気タービン装置でよい。無気乾燥装置の加熱した蒸気出力の一部は、蒸気タービン装置の蒸気サイクルを予熱するために用いることができる。さらにまた、蒸気サイクル装置は、無気乾燥装置のエネルギー要求性を支援するために、熱エネルギーを向けるように適合してよい。これは、熱エネルギーの直接移動によって、または熱保持装置を介して、達成されてよい。また、これらの特徴の各々は、本発明によるシステム全体のエネルギー効率の貢献に役立ってよい。

蒸気タービン装置は、酸化装置において発生する排出ガスを急速に冷やすように設計されたボイラーを概して含む。概して、排出ガス温度のこの急冷（quenching）は、４５０℃から２００℃である。この温度範囲全体の急冷は、約０．５秒未満に起こることが好ましい。排出ガスの急速な急冷は、例えばボイラー内のダイオキシンおよびフランのような有毒な合成物の新たな合成の可能性を最小にする。そしてそれは、汚染の危険を生み出す大気中に放出されてよい。この種の新たな合成は、本発明の発電システムの熱分解、ガス化および酸化工程の順次ステップ（例えば制御された温度）の効果からも、最小にされる。そしてそれは、各工程で新たな合成の前兆を破壊する際に支援する。

好ましくは、本発明の発電システムは、熱分解工程、ガス化工程または酸化工程のいずれかにおいて放出される汚染物質を捕捉するための燃焼排ガス改善装置をさらに含む。これは、環境汚染の法律が、本発明において使用される酸化装置および／または蒸気タービン装置から発散する排出ガスから、酸性の気体（例えばＨＣＩ、ＳＯｘ種、ＨＦ、等）の燃焼排ガス改善、粒子の除去、およびＮＯｘ種の減少を義務づけそうであるというのがその理由である。これは、従来の湿式または乾式のスクラッバによって達成されることができる。特に、バッグフィルタに加えて炭酸水素ナトリウムの試薬が、排出ガスからのＨＣＩ、ＳＯ_２および微粒物の改善のために用いられてよい。選択的接触還元装置の使用が、ＮＯｘの改善のために用いられることができる。約１８０〜２２０℃および好ましくは約２００℃の温度は、改善プロセスの両方にとって概して最適な温度である。

燃焼排ガスが２００℃を超える温度で蒸気タービン装置から排出される場合、エネルギーは無駄になる。したがって、熱回収装置が、蒸気タービン装置の概して下流側において、本発明によるシステムに組み込まれてよい。実際には、熱回収装置は、排出ガスを約１４０℃まで冷却して、これにより、過熱蒸気熱媒体の加熱のための無気乾燥装置に対して、熱エネルギーを向けるオプションを提供する。これは、本発明によるシステムを作動するプラント全体の効率を改善する。概して、１４０℃は、適切な排出される燃焼排ガスの出口温度として選ばれる。これは、煙突の出口で酸性のガス凝縮を見苦しく整えるのを防止すること、そしてそのうえ、高い温度差を有する熱を無気乾燥装置に提供することを助ける。

代わりに、電力は、有機ランキンサイクル、スターリングサイクル、ブレイトンサイクル、ガスエンジンまたはガスタービン内の合成ガスの直接燃焼を利用する装置を用いて、あるいは燃料電池において、本発明によって発生されてよい。また、蒸気または熱水の形態の熱の提供は、プロセス使用のために、または、吸収冷凍装置を用いる冷凍のために発生されてよい。

本発明の態様において、酸化装置は、好ましくは、無気乾燥装置および／または熱分解装置に余剰の熱を供給するための出口および手段を含む。これは、システムの全体のエネルギーおよび作動効率に貢献することができ、そして、家庭の電源需要が減ってよい（例えば、夜間）が、しかし、熱分解原料、熱分解ガス、炭化物および合成ガスの進行中の生産は要求されるときに、システムが作動することを可能にする。

可燃性廃棄物の供給源は、可燃性物質を含む任意の家庭廃棄物または産業廃棄物を含んでよい。この種の材料は、生ゴミ、紙、ボール紙、プラスチック、ゴム、生地、庭から出るゴミ、および建築材料（例えば、木）でよい。可燃性廃棄物は、好ましくは有機物である。

無気乾燥装置における乾燥のための可燃性廃棄物の準備は、分離装置の使用を含む。分離装置は、異なる物性を用いて廃棄物を分離するように適合される１つ以上のコンポーネントを含んでよい。特に、分離装置は、サイズによって廃棄物を仕分けるための一連のまたは単独のトロンメル（所定のサイズによって材料を分離するための孔を含む回転可能なシリンダ）、重量によって廃棄物を仕分けるための加速度分離装置（ballistic separator）、鉄類の金属廃棄物を抽出して除去するための磁石、非鉄金属廃棄物を抽出して除去するための渦電流分離装置、および再生可能な材料（例えばプラスチックおよびガラス）を抽出するための自動光学分離装置を含んでよい。有益な金属廃棄物および再生可能なプラスチック材料は、リサイクルのために他の場所に出荷されてよい。さらにまた、無気乾燥プロセスにとって大き過ぎるか重過ぎるとみなされる廃棄物は、乾燥に先立ってふさわしいように、サイズおよび重量の削減のための破砕装置へ移動されてよい。

本発明によるシステムおよび方法で使用する可燃性廃棄物のための分離工程の一例として、家庭のゴミ捨て場からの廃棄物の積荷は、所定サイズ（例えば直径８０ｍｍ）の孔をその壁に有するトロンメルに入れられてよい。トロンメルの縦軸周りの回転は、トロンメルの壁の孔の直径に依存して、可燃性廃棄物を、微細な廃棄物成分（例えば＜８０ｍｍ）および粗大な廃棄物成分（例えば＞８０ｍｍ）に分離する結果となる。微細な廃棄物成分は、不燃性の鉄類の抽出のための磁気分離装置に従属する。それは、その後、無気乾燥装置に供給する準備ができている容器へ移動される。粗大な廃棄物成分は、金属、プラスチック、ガラスおよび他の再生可能なおよび／または不燃性の成分が除去されるように、処理される。処理された粗大な廃棄物成分は、それから、残りの再生可能な成分を取り出すために自動光学分離装置に従属して、その後、微細な廃棄物の成分と同程度の粒径の材料への変換のための破砕装置に供給される。破砕された粗大廃棄物成分は、それから、無気乾燥装置における乾燥の準備ができている微細な廃棄物成分を含む容器へ移動される。

本発明において使用する無気乾燥装置は、可燃性廃棄物を乾燥させるための熱媒体として、乾燥した過熱蒸気を使用してよい。無気乾燥装置における過熱蒸気の使用は、以下のように従来の空気乾燥器を上回る多くの利点を有する。

蒸気の比熱容量は空気のそれの２倍を超えるので、加熱空気と比較して、蒸気の同じ流量にとって全熱量の２倍以上が、乾燥している生成物へ移動されることができる。その結果、湿った可燃性の有機廃棄物と、乾燥媒体間との間の温度差については、の同じ温度差については、所与の熱伝達を達成するのに必要なファンの出力は、半分以下でよい。

過熱蒸気を使用するさらなる利点は、空気よりも低い（約５０％より低い）その粘性のため、それが乾燥している可燃性の有機廃棄物に浸透することが可能であり、これにより、乾燥工程の速度を上げるということである。

無気乾燥装置は、概して、完全な再循環原理で作動するクローズドシステムである。そして、再循環水蒸気／蒸気は、無気乾燥装置の外側から乾燥中に導入される周囲の新鮮な空気と組み合わせられない。さらにまた、間接的に熱せられる熱交換装置は、乾燥している材料の望ましくない燃焼に至ってよい周囲の新鮮な空気が、無気乾燥装置内に進入することを防止するために用いられてよい。さらに、周囲空気（またはその有意量）の進入および蒸気の漏れを防止するために、無気乾燥装置は、高レベルの気密によって作られなければならない。乾燥プロセス中に乾燥装置内の酸素を含まない空気は、乾燥中の可燃性の有機廃棄物内に存在する引火性の産物の燃焼または爆発を防止するのを助ける。無気乾燥装置は、熱損失を防止するのを助けるために絶縁されてよい。

熱分解装置は、空気または酸素が存在しない状態において、可燃性廃棄物を高温（概して約６００℃、しかし一般には２５０〜６００℃の範囲内）まで間接的に加熱する。これは、乾燥した可燃性廃棄物（熱分解原料）を、オーガ（auger）によって加熱した熱分解管に通すことにより、達成されてよい。熱分解管は、酸化装置の出口または他の供給源からの熱い排出ガスが通過してよい熱分解チャンバの内部に含まれる。熱い排出ガスは、熱分解管の外表面を通過して、対流および輻射によって熱を管へ移す。熱い熱分解管は、それから、管の内管壁の内表面から、伝導および輻射によって熱を可燃性廃棄物へ移す。熱エネルギーは、可燃性廃棄物を概して約６００℃まで加熱して、その材料を熱分解ガスおよび炭化物に熱的に分解させる。空気または酸素の欠如は、可燃性廃棄物が熱分解管の内部で燃焼するのを防止する。本発明の熱分解装置を使用する利点は、乾燥して、熱くて、予め熱分解されて、そして同種の、ガス化装置のための優れた熱分解原料の産生を含む。これは、ガス化装置の次の動作をより単純にそしてより効率的にする。

好ましくは、熱分解チャンバは、熱を保持して、本発明によるシステムおよび方法の全体のエネルギー効率を改善するために、絶縁する外部表面を含む。

本発明の他の態様において、熱分解装置は、１つの熱分解チャンバおよび／または、１つの熱分解チャンバまたは複数の熱分解チャンバの内部に含まれる単一の熱分解管または複数の熱分解管を有する、モジュラ設計を有してよい。これらの構成は、酸化装置または他の供給源の出口から、熱分解されている可燃性廃棄物まで加熱ガスからの熱伝達を支援するために、熱分解装置の表面積を最適化するのを助けることができる。これにより、システムのエネルギー効率を改良する。

ガス化装置は、１つまたは複数の熱分解管から炭化物および熱分解ガスを受け取る。炭化物は、概して、熱分解管の出口から熱分解装置を出て、ガス化装置の底部内面で炭化物層を形成しているガス化装置内に移動される。ガス化装置は、好ましくは上昇気流ガス化装置のタイプである。そこにおいて、蒸気および空気は、ガス化装置の底部内面に隣接する炭化物層の下面で注入され、さまざまな化学反応を受けている炭化物を通して上方へ浸透し、そして蒸気および炭化物は、大部分は一酸化炭素および水素から成る合成ガスに変換される。この反応は、概して約８５０℃で発生して、競合反応およびそれらの異なる温度での異なる反応速度の吸熱性および放熱性によって自己調整される。合成ガスは、ガス化装置の炭化物層より上のヘッドスペースにおいて、熱分解装置からの熱分解ガスと結合する。そして、すべてのガスは、パイプシステムによって酸化装置へと通過する。少量の反応していない炭素を含んでいる残灰は、ガス化装置の一番下に空気が制御されずに進入するのを防止するために、ガス化装置の底部内面の出口から気密の灰容器内に放出される。残灰は、処分される。

上昇気流ガス化装置を使用する利点は、それが単純なガス化装置の設計を可能にして、他のタイプのガス化装置（例えば下降気流ガス化装置または流動層ガス化装置）よりも、粒径、均質性および含水量に影響されないということである。上昇気流ガス化装置の単純な設計は、操作するのがより容易で、より信頼性が高くて、築くのがより安価なガス化装置を作る。そしてそれは、他のタイプのガス化装置にすべての点で優れる。しかしながら、下降気流ガス化装置または流動層ガス化装置も、必要に応じて、本発明によって使われることもできる。

上昇気流ガス化装置は、ヘッドスペースのガスのためのサイクロン・インデューサをさらに含んでよい。これは、酸化するための酸化装置へ移動される合成ガスまたは熱分解ガス中の非常に低い微粒子の装荷を容易にする。ガス化装置内に存在する炭化物から酸化装置への分散粒子の低レベルの移動は、酸化装置の排出ガスからの望ましくない酸化副産物を最小にする際にさらに支援する。

本発明の一態様において、ガス化装置は、本発明によるシステムおよび方法の全体のエネルギー効率を改善するために、無気乾燥装置の出口からガス化プロセスを促進するための蒸気を受け取ってよい。

好ましくは、ガス化チャンバは、熱を保持して、本発明によるシステムおよび方法の全体のエネルギー効率を改善するために、絶縁する外部表面を含む。

本発明の他の態様では、１つの熱分解管または複数の熱分解管がガス化装置を供給してよいか、および／または、１つのガス化装置チャンバまたは複数のガス化装置チャンバが合成ガスを酸化装置に提供してよいように、熱分解装置およびガス化装置の配列は、モジュラ形でよい。

ガス化装置からの合成ガスおよび熱分解ガスは、パイプによって酸化装置に供給される。酸化装置は、空気を用いて合成ガスおよび熱分解ガスを混ぜ合わせる。そこでそれは、化学エネルギーを熱の形態で放出するために高温で酸化される。酸化装置の出口温度は、酸化装置内にもたらされる過剰な燃焼用空気の量を調整することによって制御される。良好な燃焼は、合成ガス（または合成ガス／熱分解ガスの混合物）および燃焼用空気が、高温で長い滞留時間を有する乱流（例えば、サイクロンに似た）環境においてよく混合されることを確実にすることによって、達成される。概して、酸化プロセス中に、酸化装置の温度は、約１２５０℃に維持されるが、しかしそれは、８５０℃の低さの温度で作動されることができる。概して、酸化装置の内部の合成ガス（または合成ガス／熱分解ガスの混合物）の滞留時間は、２秒よりも長い。概して、良好な混合および乱流は、燃焼用空気を高速度（２０ｍ／ｓを超える）で酸化装置に注入して、燃焼用空気の噴射（または複数の燃焼用空気の噴射）を、合成ガス（または合成ガス／熱分解ガスの混合物）注入ポートの中心に導くことによって、達成される。空気および合成ガス（または合成ガス／熱分解ガスの混合物）は、酸化装置の内部で排出ガスのサイクロンに似た回転を誘導するために、接線方向に注入される。これは、燃焼した排出ガスをさらに混合して、排出ガス中に存在する捕捉している分散粒子をきれいにする全体のプロセスに導くことを支援してもよい。

好ましくは、酸化装置は、熱を保持して、本発明によるシステムおよび方法の全体のエネルギー効率を改善するために、絶縁する外部表面を含む。

好ましくは、本発明による（例えば、廃棄物の管理または発電プラントの形態における）システムは、負圧の下に維持される。これは、１つ以上の誘引通風（ＩＤ）ファンの使用により達成されてよい。ＩＤファンの使用は、システムにおける漏れまたは他の不具合が、結果としてシステムを出ていくガスをもたらさないプロセスの安全性を確実にするのを助けるが、しかし、大気はその代わりに入る。本発明のシステムを利用するプラントが、若干の負圧が維持されないで作動し（そしてガスを産生し）たままにおかれないように、ＩＤファン機能をバックアップするための留意は、通常なされる。

本発明の特定の実施形態は、図面を参照してさらに記載される。
図１は、本発明による廃棄物の管理システムを含む、本発明による発電システムの実施形態の概略的線図である。 図２ａは、空気のない、より乾燥した（湿った）原料の準備を示す、本発明による廃棄物の管理システムの実施形態の概略的線図である。 図２ｂは、図２ａの実施形態から続く、発電までの空気のないより乾燥した（湿った）原料の処理を有する本発明による廃棄物の管理システムを含む、本発明による発電システムの概略的線図である。

図１を参照すると、発電システム１は、可燃性廃棄物ソース２、可燃性廃棄物用の廃棄物分離装置３、および熱分解原料（図示せず）を産生するために可燃性廃棄物（図示せず）を乾燥させる無気乾燥装置４を有する。

システム１は、熱分解原料から炭化物および熱分解ガス（図示せず）を生成するための熱分解装置５、炭化物から合成ガス（図示せず）を生成するためのガス化装置６、ならびに、矢印８によって表されるような熱を生成するために、空気の存在下で合成ガスおよび熱分解ガスの高温（例えば〜１２５０℃）での酸化のための酸化装置７を有する。熱は、従来の蒸気タービン装置９から電力を発生するのに用いられる。

使用中、ソース２からの可燃性廃棄物は、可燃性廃棄物成分と、燃焼用でない再生可能な材料（例えば金属、ガラス、プラスチック等（図示せず））を含む価値のある他の廃棄物とに分離するための分離装置３へ、ベルト１０に沿って供給される。可燃性廃棄物成分は、その後、熱分解原料を産生するために可燃性廃棄物から実質的に全ての水分（すなわち、主として水）が取り除かれるまで、それが過熱蒸気を用いて１１０〜１５０℃で乾燥される無気乾燥装置４へ、ベルト１１に沿って供給される。

熱分解原料は、約６００℃の無酸素雰囲気での熱分解のための熱分解装置５へ、囲まれたベルト１２に沿って移動される。熱分解は、結果として、炭化物および熱分解ガス（図示せず）の混合物になる。炭化物および熱分解ガスは、パイプ１３に沿ってガス化装置６へ移動される。炭化物は、ガス化装置６において約８５０℃でガス化されて、さもなければ合成ガスと見なされる水素および一酸化炭素のガス状生成物（図示せず）になる。代わりの実施形態では、無気乾燥装置４は、その動作温度が６００℃に上昇するとき、熱分解装置として作用することもできる。

合成ガスおよび熱分解ガスは、爾後の使用のために代わりに格納されてよく、さもなければ、合成ガスおよび熱分解ガスの燃焼が約１２５０℃で起こって、蒸気タービン装置９を駆動するための矢印８によって表される熱を発生させる酸化装置７へ、パイプ１４に沿って移動される。蒸気タービン装置９は、送電網１５に供給される電力を発生する。そしてそれは、局所化された送電網（例えば、工場または処理プラントにおける）でよく、さもなければ、家庭の送電網の一部でよい。

目下のエネルギー要求性に依存して、システム１のさまざまなステージで、無気乾燥装置４によって放出される過剰な熱エネルギー１６，２６、または酸化装置７によって放出される過剰な熱エネルギー１７は、システム１の他の構成要素のエネルギー要求性を支援するように選択的に向けられることができる。具体的には、蒸発する蒸気の形態の熱エネルギー１６は、ガス化装置６に向けられることができる。蒸発する蒸気の形態の熱エネルギー２６は、蒸気タービン装置の内部で復水を予熱するために、蒸気タービン装置９に向けられることができる。酸化装置７からの熱エネルギー１７は、熱分解装置５に向けられることができる。さらにまた、タービン装置９からの蒸発する蒸気の形態の過剰な熱エネルギー１８は、無気乾燥装置４に向けられることができる。矢印２３によって表される過剰な熱は、矢印２５によって表されるように無気乾燥装置４への移動のための、熱回収装置２４へ移動される。熱エネルギー・フィードバックのこれらのオプションは、システム１全体のエネルギー効率および適合性に貢献する、一連の効率的な熱エネルギー・フィードバック機構を可能にする。

システム１のエネルギー効率をさらに可能にするために、各種の構成要素は、システム１の熱保持を改善するための耐熱絶縁被覆１９，２０，２１，２２で、部分的にまたは完全に覆われてよい。

図２ａを参照すると、本発明による廃棄物の管理システムのさらなる実施形態の一態様の概略的線図が示される。そこにおいて、湿った原料は、無気乾燥装置（図２ｂ参照）のために発生する。図２ａは、可燃性廃棄物を提供し、そしてそれを、より乾燥した（湿った）供給原料に結果としてなる再生可能な（可燃性の）成分と、不燃性成分（例えば金属）または燃焼にとって望ましくない可燃性廃棄物成分（例えばプラスチック）とに分離することを提供するシーケンスを示す。

図２ｂを参照すると、本発明の一実施形態による廃棄物管理プロセスの流れの概略的線図が示される。そこにおいて、図２ａに図示した実施形態にしたがって準備されたより乾燥した（湿った）供給原料は、乾燥した原料を産生するために無気乾燥装置において乾燥される、乾燥した原料は、炭化物および熱分解ガスを形成するために熱分解される。炭化物および熱分解ガスは、熱分解ガスおよび合成ガスを、灰残留物と同様に形成するためにガス化される。そしてその後、熱分解ガスおよび合成ガスの混合物は、発電用の従来のタービンを駆動するために、ボイラーを加熱するための高温の排出ガスを得るために、空気を用いる酸化に先立って、サイクロンに投入される。

Claims (25)

1. 統合的廃棄物の管理システムであって：
   可燃性廃棄物の供給源；
   前記可燃性廃棄物を再生可能な材料から分離する分離装置；および、
   熱分解原料を生成するために前記可燃性廃棄物を乾燥させる無気乾燥装置；および、
   炭化物および熱分解ガスを形成するために前記熱分解原料を熱分解する熱分解装置、
   を含む、統合的廃棄物の管理システム。
2. 前記分離装置は、トロンメル、磁気分離機、加速度分離機、渦電流分離機、自動光学分離手段および破砕機の１つ以上を含む、請求項１に記載の統合的廃棄物の管理システム。
3. 前記無気乾燥装置は、前記可燃性廃棄物を、乾燥媒体としての過熱蒸気を用いて乾燥させるように適合される、請求項１または２に記載の統合的廃棄物の管理システム。
4. 前記無気乾燥装置は、大気の進入を防止するように密封される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の統合的廃棄物の管理システム。
5. 前記無気乾燥装置は、絶縁する外部表面を含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の統合的廃棄物の管理システム。
6. 前記炭化物を合成ガスに変換するためのガス化装置をさらに含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載の統合的廃棄物の管理システム。
7. 熱分解原料の生成中に発生する前記無気乾燥装置からの加熱した蒸気出力を、前記ガス化装置に供給する手段をさらに含む、請求項６に記載の統合的廃棄物の管理システム。
8. 電力生産用の熱を発生するために前記熱分解原料から発生する合成ガスおよび／または熱分解ガスの高温酸化のための酸化装置をさらに含む、請求項１〜７のいずれか１項に記載の廃棄物の管理システムを含む、発電システム。
9. 前記電力は、電気出力である、請求項８に記載の発電システム。
10. 前記酸化装置は、余剰の熱を：
    (i)前記無気乾燥装置；および／または、
    (ii)前記熱分解装置、
    に供給する出口を具える、請求項８または９に記載の発電システム。
11. 前記無気乾燥装置は、当該無気乾燥装置の乾燥工程において放出される蒸気を前記ガス化装置に供給する出口を含む、請求項８〜１０のいずれか１項に記載の発電システム。
12. 前記システムは、電力生産のための蒸気タービンのような蒸気サイクル装置を含む、請求項８〜１１のいずれか１項に記載の発電システム。
13. 好ましくは蒸気サイクル装置からの、過剰な熱エネルギーを前記無気乾燥装置に供給する熱回収装置をさらに含む、請求項８〜１２のいずれか１項に記載の発電システム。
14. 汚染物質を捕捉するための燃焼排ガス改善装置をさらに含む、請求項８〜１３のいずれか１項に記載の発電システム。
15. 統合的廃棄物の管理方法であって：
    (a)可燃性廃棄物の供給源を提供するステップ；
    (b)前記供給源に存在する再生可能な材料から前記可燃性廃棄物を任意に分離するステップ；
    (c)乾燥した熱分解原料を生成するために、無気乾燥装置内で前記可燃性廃棄物を乾燥させるステップ；および、
    (d)炭化物および熱分解ガスを形成するために、前記乾燥した熱分解原料を熱分解するステップ、
    を含む、統合的廃棄物の管理方法。
16. 可燃性廃棄物の前記供給源は、生ゴミ、紙、ボール紙、プラスチック、ゴム、庭から出るゴミ、生地および／または木を含む、家庭廃棄物である、請求項１５に記載の統合的廃棄物の管理方法。
17. 前記可燃性廃棄物の分離は、トロンメル、磁気分離機、加速度分離機、渦電流分離機、光学分離手段および破砕機の１つ以上の使用を含む、請求項１５または１６に記載の統合的廃棄物の管理方法。
18. 前記可燃性廃棄物は、前記無気乾燥装置において過熱蒸気を用いて乾燥される、請求項１５〜１７のいずれか１項に記載の統合的廃棄物の管理方法。
19. 前記可燃性廃棄物は、０〜２０重量％、好ましくは２〜１８重量％、より好ましくは５〜１５重量％の含水量を有する熱分解原料を産生するために乾燥される、請求項１５〜１８のいずれか１項に記載の統合的廃棄物の管理方法。
20. 請求項１５〜１９のいずれか１項に記載の統合的廃棄物の管理方法を含む、発電方法。
21. 前記電力は、電気出力である、請求項２０に記載の発電方法。
22. (d)合成ガスを生成するために炭化物をガス化するステップ；および、
    (e)発電用の熱を発生するために、酸化装置内において高温で合成ガスおよび熱分解ガスを酸化させるステップ、
    をさらに含む、請求項２０または２１に記載の発電方法。
23. 電力発生は、蒸気サイクルの使用を含む、請求項２１または２２に記載の発電方法。
24. 図１、図２ａ、図２ｂの添付図面を参照して本明細書において実質的に記載されている、統合的廃棄物の管理システム。
25. 図１、図２ａ、図２ｂの添付図面を参照して本明細書において実質的に記載されている、発電システム。

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