JP2715809B2 - 廃棄物の溶融・ガス化装置 - Google Patents

廃棄物の溶融・ガス化装置

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JP2715809B2
JP2715809B2 JP4154816A JP15481692A JP2715809B2 JP 2715809 B2 JP2715809 B2 JP 2715809B2 JP 4154816 A JP4154816 A JP 4154816A JP 15481692 A JP15481692 A JP 15481692A JP 2715809 B2 JP2715809 B2 JP 2715809B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、有機塩素系廃棄物を含
む可燃性産業廃棄物や都市ゴミ等の一般廃棄物の高温熱
分解ガス化炉からの発生ガス中に存在するダイオキシン
類等の有害物質及びこれらの生成に関わる物質を分解
し、また生成を防止するコークスまたは石炭を充填させ
た移動床を、高温熱分解ガス化炉に続いて設け、熱収支
的に効率よく連係させた廃棄物の溶融・ガス化装置に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】廃プラスチックや自動車のシュレッダー
ダスト等有機塩素系廃棄物を含む可燃性産業廃棄物や都
市ゴミの焼却において、非常に毒性の強いダイオキシン
類が発生する。これらダイオキシン類は被焼却物中に含
まれるベンゼン環を有する塩素化合物の不完全な熱分解
によって生成する。この時、ダイオキシン類の発生と共
に、ダイオキシン前駆物質も多量に生成することにな
る。
【0003】このような、不完全な燃焼状態では、ガス
処理系統において300℃付近で、電気集塵器によって
ダストを分離する際に、ダイオキシン類の再合成反応が
起こることが確認されている。
【0004】この再合成反応を押さえるために、200
℃以下でバグフィルターによってダスト分離を行うこと
によって、処理ガス中のダイオキシン類を低く押さえる
ことが可能である。さらに、酸性有害ガスを除去した
後、活性炭等の吸着材を用いて、120〜180℃でダ
イオキシン類を除去することができる。しかしながら、
これらの方法では集塵灰や吸着材中にダイオキシン類が
濃縮されるため、別途無害化処理する必要がある。この
ため、排ガス中のダストにダイオキシン類やダイオキシ
ン前駆物質を含有させない処理方法が望まれる。
【0005】ダイオキシン類やダイオキシン前駆物質の
生成を押えるためには、十分な酸素を供給し、900℃
以上で、1〜3秒の滞留時間で、完全燃焼させることに
よって、ダイオキシン類の発生量を低く押えることがで
きる。しかしながら、このように完全燃焼させた場合で
も、微量のダイオキシン類とダイオキシン前駆物質が残
存することになり、排ガス処理系統で前述のような除去
対策を必要とすることになり、完全な除去方法というこ
とはできない。
【0006】さらに、これら有機塩素を含む可燃性産業
廃棄物からエネルギー回収を目的として熱分解ガス化反
応を起こさせる場合には、ダイオキシン類およびダイオ
キシン前駆物質の発生濃度は、焼却処理の場合に比べ、
数十倍から数百倍となり、バグフィルターや吸着処理で
は十分な除去ができない。
【0007】ガス化生成ガスを、上述のように高温二次
燃焼させることは、ダイオキシン類およびダイオキシン
前駆物質を酸化分解する上では、有効な手段である。し
かしながら、生成ガスの一部、場合によっては全部が燃
焼することになり、生成ガス中の可燃分が低下し、エネ
ルギー回収という目的が達成できない。
【0008】一方、特開昭63−193989におい
て、ガス化炉内にコークス充填層を設け、可燃性廃棄物
とこのコークスの一部を用いて、1000℃以上でガス
化させた後、生成ガスをコークス充填層を通過させ、ダ
ストを捕集すると共に、炭素による還元反応によって、
ダイオキシン類、タールを熱分解させる方法が提案され
ている。
【0009】しかし、本法によれば、ダイオキシン類や
タールの分解には有効であるが、コークスがガス化過程
においても消費されるため、大量のコークスを使用しな
ければならない。
【0010】また、処理すべき可燃性廃棄物が1000
℃以上の高温を発生させるのに十分な熱量を持つ場合に
は、コークスをガス化反応させることになり余分な燃料
を消費し、CO2 発生量を増加させる結果となる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】以上の通り、従来技術
ではダイオキシン類を完全に分解除去することができな
いか、または、分解除去が可能な場合でも余分な資源を
使い、CO2 発生量を増大させるという問題がある。
【0012】本発明は、有機塩素化合物を含む可燃性廃
棄物の溶融・ガス化炉の生成ガス中に含まれるダイオキ
シン類、ダイオキシン前駆物質等の有害物質及びター
ル、ダストを最小限の石炭またはコークス消費量で還元
分解し、排ガス処理系統及び灰処理系統にダイオキシン
類を混入させない装置を得ることを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明の溶融・ガス化装
置は、炉本体上部に設けられた廃棄物投入装置と、炉本
体下部に設けられた流動・燃焼用空気供給管と、炉本体
に設けられた補助燃料供給装置と、廃棄物の溶融状態を
監視・制御する制御装置を備え、出口ガス温度が900
〜1200℃である可燃性廃棄物の溶融・ガス化炉に続
いて、コークスまたは石炭を充填させた移動床を設けて
なるものである。そして、移動床のガス滞留時間が0.
5〜3秒になっている。
【0014】
【作用】炉本体上部から供給された廃棄物は、炉本体下
部に設けられた流動・燃焼用空気供給管から供給される
空気により流動に近い状態に流動化され、その間に廃棄
物中の可燃性物質を部分的に燃焼し、その熱で残りの可
燃性物質の熱分解と、不燃物の溶融を行う。
【0015】この際、廃棄物は従来のように圧密される
こと無く、流動に近い状態に流動化されるので、従来の
ように炉内が炉高さ方向に温度分布を有するため、高分
子系の廃棄物が充填層内で粘着状態となり、スティッキ
ング、棚吊りなどのトラブルが生ずることはない。
【0016】そして、制御装置により廃棄物の溶融状態
を監視し、必要により補助燃料供給装置から補助燃料を
供給することにより、廃棄物の溶融を安定して行うこと
ができる。こうして、補助燃料の消費を従来に比べ大幅
に低減することができる。
【0017】そして、有機塩素化合物を含む可燃性廃棄
物のガス化炉からの温度が900、〜1200℃である
生成ガスは、コークスまたは石炭を充填させた移動床に
導かれ、生成ガス中に含まれるダイオキシン類、ダイオ
キシン前駆物質等の有害物質及びタールを最小限の石炭
またはコークス消費量で還元分解すると共に、ダストを
捕集する。移動床から抜出されたコークス、石炭はダス
ト分離後、再び移動床に戻して使用される。
【0018】
【実施例】本発明の一実施例を図1により説明する。溶
融・ガス化炉10に続いて、コークスまたは石炭を充填
させた移動床40が設けられている。溶融・ガス化炉1
0は、円筒状の下部11に続いて拡径部12が形成さ
れ、その上に円筒状の上部13を設けて構成されてい
る。廃棄物はホッパー25に蓄えられ、定量供給装置2
6により、炉頂部から供給口14を経て炉内に供給され
る。
【0019】図示しない流動・燃焼用空気供給装置から
送給される流動・燃焼用空気は環状管20を介して、供
給管21の先端に設置した羽口22により、炉下部11
内に吹込まれる。この吹込み量は図示しない制御装置に
より制御されるようになっている。なお、炉底部には、
溶融残渣である金属やスラグ等を排出する排出口16が
設けられている。
【0020】そして、廃棄物の溶融・ガス化状態を監視
・制御する制御装置30が設けられている。この制御装
置により、炉出口ガス温度は900〜1200℃に制御
されるようになっている。そのために、補助燃料の投入
装置35が設けられている。
【0021】こうして、炉体上部から供給された廃棄物
は、炉体下部に設けられて流動・燃焼用空気供給管から
供給された空気により流動に近い状態で流動化され、そ
の間に廃棄物中の可燃性物質を部分的に燃焼し、その熱
で残りの可燃性物質の熱分解と、不燃物の溶融を行う。
【0022】この際、例えば特開平1−184314に
開示されているコークスベッド式シャフト炉の場合に比
べ、廃棄物は圧密されること無く、流動に近い状態に流
動化されるので、上記シャフト炉の場合のように高分子
系の廃棄物が充填層内で粘着状態となり、スティッキン
グ、棚吊りなどのトラブルを生ずることはない。こうし
て、安定した操業を行うことができ、また上記シャフト
炉の場合に比べ、補助燃料の消費を大幅に低減すること
ができる。
【0023】生成ガス中には、CO、CO2 、H2 、H
2 Oの他、ダイオキシン類、ダイオキシン前駆物質、タ
ール及びダストが含まれている。このガスは固定炭素を
有するコークス等の固定充填層40に導かれる。この充
填層40において、生成ガス中のCO2 、H2 、NOお
よびNO2 は固定炭素との間に下記の還元反応が進行す
る。 C+H2 O………CO+H2 C+CO2 ………2CO 2NO+2C……N2 +2CO 2NO2 +4C…N2 +4CO
【0024】一方、生成ガス中のダイオキシン類、ダイ
オキシン前駆物質、タールなどの高級炭化水素は充填さ
れているコークスの表面にダストと共に付着する。さら
に、これらの一部はコークスの細孔の中に吸着される。
この結果、これらの物質の高温部分での滞留時間が増大
し、ダイオキシン類、ダイオキシン前駆物質、タールな
どの高級炭化水素中の酸素分子を固定炭素が攻撃すると
共に、同時に捕捉されたダスト中の重金属の触媒効果に
よって、高温熱分解反応が進行し、炭素と水素に分解す
る。
【0025】充填するコークス等の粒径は、上記の吸
着、熱分解反応を十分に進行させるため、表面積の多い
もの、すなわち、粒径の小さいものが好ましい。しかし
ながら、上述のように、本充填層はダストの捕集効果が
あるため、粒径が小さいと目詰まりがおこり、圧力損失
が増大し、運転を困難にする。従って、使用するコーク
スの粒径は5〜50mm、好ましくは10〜30mmが適当
である。
【0026】また、コークス充填層40は移動床として
構成され、充填層下部に設けられた切り出し装置41に
より、コークス層下部より充填コークスを連続的に切り
出し、層全体を移動させる。この切り出し量は、コーク
ス充填層の圧力損失が50〜200mmH2 Oの範囲にな
るように調整される。
【0027】この切り出されたコークスは、捕集したダ
ストとコークスを分離するため、ダスト分離器42に送
られる。ダスト分離後のコークスは再びコークス移動床
40に送られ、再使用される。
【0028】コークス層を通過するガスは、上記還元反
応が吸熱反応であるため、徐々に冷却され、800〜9
50℃でコークス層を出ていく。この排出温度は生成ガ
スのコークス層入口温度と滞留時間、すなわちコークス
層の高さによって決定される。さらに、入口温度と滞留
時間は、ダイオキシン類、ダイオキシン前駆物質および
タールの分解程度にも大きく関与する。
【0029】一般に、高級炭化水素の1000℃付近で
の分解時間は1〜2秒とされている。従って、生成ガス
中のダイオキシン類、ダイオキシン前駆物質およびター
ルの濃度によって、適性な滞留時間と入口温度を決定す
べきであるが、概ねコークス層の高さはガス滞留時間と
して0.5〜3秒とすることが望ましい。ここに、入口
温度及び滞留時間と、出口ダイオキシン濃度との関係に
ついて調査した結果を図2に示す。
【0030】コークス層から出たガス中にはコークスの
微粉が含まれる。特に、新しいコークスを供給する場合
には、微粉が発生する。このため、コークス層40の後
段にサイクロン43を設置し、このコークス微粉を分離
することが望ましい。分離後のコークス粉は、別途処理
することもできるが、ガス化炉10に供給することによ
って、ガス化に供することが望ましい。そして、サイク
ロン43を出た排ガスは最終的に排ガス処理装置44よ
り処理される。 具体例 可燃性廃棄物の熱分解ガス化反応を行い表1のガス組成
を得た。 表1 供給ガス組成 H2 : 13% CO: 16% H2 O:10% CO2 : 6% N2 : 55% タール分:50g/Nm3 ダスト :40g/Nm3 2,3,7,8−T 4 CDD-TEQ (INTERNATIONAL ):5
0ng/Nm3
【0031】このガスを20〜40mmのコークスを充填
したコークス層に1200℃で通過させた。コークス層
の滞留時間を2秒とした場合、コークス層出口のガス温
度は950℃となった。コークス層の移動量は、コーク
ス層の圧力損失が100〜150mmH2 Oになるように
調整した。このときの処理ガスの組成を表2に示す。 表2 コークス層処理ガスの組成 H2 : 16% CO: 20% H2 O: 6% CO2 : 3% N2 : 55% NOx :1ppm 以下 タール分:500mg/Nm3 ダスト :1g/Nm3 2,3,7,8−T 4 CDD-TEQ (INTERNATIONAL ):
0.05ng/Nm3
【0032】以上のように、コークス層を通過させるこ
とによって、ダイオキシン類およびタール分は99.9
%の除去が達成された。またダスト分は98%の除去が
でき、NOx は1ppm 以下とすることできた。
【0033】
【発明の効果】本発明の廃棄物の溶融・ガス化装置は上
記のようなもので、炭素系補助燃料の消費を従来に比
べ、大幅に低減することができ、また、炉内にスティッ
キング、棚吊り等のトラブルを生じない安定した操業を
行うことができ、また熱収支的に効率よく、排ガス中の
ダイオキシン類、ダイオキシン前駆物質およびタール分
をほぼ完全に分解し、後工程での再合成を防止すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の全体構成を示す説明図。
【図2】入口温度及び滞留時間と、出口ダイオキシン濃
度との関係を示す説明図。
【符号の説明】
10…溶融・ガス化炉,11…炉下部、12…拡径部、
13…炉上部、21…流動・燃焼用空気供給管、26…
廃棄物投入装置、30…制御装置、40…充填移動床。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 F23J 15/00 F23J 15/00 J (72)発明者 坪井 晴人 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日本鋼管株式会社内 (72)発明者 鈴木 康夫 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日本鋼管株式会社内 (56)参考文献 特開 昭53−32978(JP,A) 特開 昭61−207491(JP,A) 実開 昭59−120326(JP,U)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 炉本体上部に設けられた廃棄物投入装置
    と、炉本体下部に設けられた流動・燃焼用空気供給管
    と、炉本体に設けられた補助燃料供給装置と、廃棄物の
    溶融状態を監視・制御する制御装置を備え、出口ガス温
    度が900〜1200℃である可燃性廃棄物の溶融・ガ
    ス化炉に続いて、コークスまたは石炭を充填させた移動
    床を設けてなる廃棄物の溶融・ガス化装置。
  2. 【請求項2】 移動床のガス滞留時間が0.5〜3秒で
    ある請求項1に記載の廃棄物の溶融・ガス化装置。
JP4154816A 1992-06-15 1992-06-15 廃棄物の溶融・ガス化装置 Expired - Fee Related JP2715809B2 (ja)

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AT382388B (de) * 1985-03-08 1987-02-25 Voest Alpine Ag Vorrichtung zur vergasung von brennstoffen

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