JP3917911B2 - 廃棄物ガス化システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は廃棄物を加熱してガス化ガスを生成し、生成されたガス化ガスをもとにエネルギを生成する廃棄物ガス化システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
都市ごみ、下水汚泥、産業用廃棄物、バイオマスなどの有機系廃棄物からエネルギ回収を図るために、廃棄物を加熱し熱分解してガス化ガスを生成し、生成されたガス化ガスをもとにエネルギを生成する廃棄物ガス化システムが、環境保全及び省資源の観点から注目されている。
【０００３】
このような廃棄物ガス化システムには色々な種類のものがある。
例えば、キルン炉で廃棄物を間接加熱してガス化ガスを生成するものがある。しかしながら、キルン炉だけでは大量の固体状の熱分解残渣を発生し、その処理に莫大な工数がかかるという問題がある。
また、廃棄物を部分燃焼により直接加熱してガス化ガスを生成する流動床ガス化炉を利用するものもあり、例えば、本願出願人が先に出願した特願２００１−３５０４１５に記載の装置がある。図７に示すのがこの装置の概要であって、流路２０１を介して導入された廃棄物は乾燥機１で乾燥されてから内部に砂層２ａを有する流動床ガス化炉２に送給され燃焼される。
【０００４】
流動床ガス化炉２の上部に設けられている送出口は、流路２０３を通して固形分分離手段、例えばサイクロン３の受入口に接続されている。サイクロン３の底部送出口は流路２０４を通して灰溶融炉４の受入口に接続され流動床ガス化炉２で発生した固形分を多く含む第１流体が灰溶融炉４に導入され、サイクロン３の上部送出口は流路２０５を通して改質炉６の下部受入口に接続され流動床ガス化炉２で発生した固形分を少なく含む第２流体が改質炉６に導入される。
【０００５】
改質炉６に導入された第２流体を改質炉６で改質した改質ガスは流路２０７を通して発電機１１を駆動するスチームタービン１０に蒸気を送るボイラ７に送られ、さらに流路２０８を通してバグフィルタ８に送られ、バグフィルタ８で除塵された後、流路２０９を通して凝縮器９に送られ、凝縮器９で水分を除去して精製され燃料ガスとして流路２１０を通して、燃料ガスを燃料にして発電をおこなう発電装置１１０に送られる。灰溶融炉４に導入された第１流体は灰溶融炉４で燃焼され、その燃焼排ガスは、流路２０６を通して改質炉６に導入され、改質炉６を加熱するようにされている。
【０００６】
このような流動床ガス化炉を利用した装置では、流動床ガス化炉２にガス化剤を投入されるが、ガス化剤は廃棄物をガス化するだけでなく流動床ガス化炉２内の砂層２ａを流動させるため作用も担っており、砂層２ａの流動性を保つために、ガス化に必要な量よりも過剰な量が導入される。その結果、廃棄物の部分燃焼率が高まり（不完全燃焼でガス化ガスを得ており、完全燃焼に近づくほど得られるガス化ガスの量は減少する）、ガス化ガスの有するカロリーを低下させる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記問題に鑑み、固体残渣が残らず高カロリーのガス化ガスを得られ多くのエネルギを生成できる廃棄物ガス化システムを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明によれば、廃棄物を加熱してガス化ガスを生成し、生成されたガス化ガスをもとにエネルギを生成する廃棄物ガス化システムであって、
廃棄物を間接加熱してガス化ガスと固体状の熱分解残渣を生成する間接加熱手段と、間接加熱手段の後流に配設され間接加熱手段が生成した熱分解残渣をガス化剤を加えて加熱してガス化ガスを生成する直接加熱手段とを具備し、間接加熱手段と直接加熱手段の生成したガス化ガスを改質炉で改質して燃料ガスを生成し、燃料ガスを燃料とするエネルギ生成手段でエネルギを生成する、ことを特徴とする廃棄物ガス化システムが提供される。
このように構成される廃棄物ガス化システムでは、廃棄物は先ず間接加熱手段で加熱されてガス化ガスと固体状の熱分解残渣を生成し、その後直接加熱手段で固体状の熱分解残渣を加熱してさらにガス化ガスが生成され、生成されたガス化ガスを改質炉で改質して燃料ガスを生成し、燃料ガスを燃料とするエネルギ生成手段でエネルギが生成される。
【００１０】
請求項２の発明によれば、請求項１の発明において、間接加熱手段と直接加熱手段の生成したガス化ガスを灰溶融炉に導入し、灰溶融炉でガス化ガス中の灰分の溶融と未燃カーボンの燃焼をおこなってから改質炉で改質する、ことを特徴とする廃棄物ガス化システムが提供される。
このように構成される廃棄物ガス化システムでは、ガス化ガスは灰溶融炉でガス化ガス中の灰分の溶融と未燃カーボンの燃焼をおこなってから改質される。
【００１１】
請求項３の発明によれば、請求項２の発明において、間接加熱手段と直接加熱手段の生成したガス化ガスを固形分分離手段に導き、固形分分離手段で固形分を多く含む第１流体と固形分を少なく含む第２流体に分離し、第１流体のみ灰溶融炉に導入し、第２流体は直接改質炉に導入する、ことを特徴とする廃棄物ガス化システムが提供される。
このように構成される廃棄物ガス化システムでは、ガス化ガスは固形分分離手段で固形分を多く含む第１流体と固形分を少なく含む第２流体に分離され、第１流体のみ灰溶融炉に導入し、第２流体は直接改質炉に導入される。
【００１２】
請求項４の発明によれば、廃棄物を加熱してガス化ガスを生成し、生成されたガス化ガスをもとにエネルギを生成する廃棄物ガス化システムであって、
廃棄物を間接加熱してガス化ガスと固体状の熱分解残渣を生成する間接加熱手段と、間接加熱手段の後流に配設され間接加熱手段が生成した熱分解残渣をガス化剤を加えて加熱してガス化ガスを生成する直接加熱手段とを具備し、間接加熱手段と直接加熱手段の生成したガス化ガスを完全燃焼炉で完全燃焼せしめ、完全燃焼炉の燃焼排ガスを利用してエネルギを生成する、ことを特徴とする廃棄物ガス化システムが提供される。
このように構成される廃棄物ガス化システムでは、ガス化ガスを完全燃焼炉で完全燃焼し、完全燃焼炉の燃焼排ガスを利用してエネルギが生成される。
【００１３】
請求項５の発明によれば、請求項４の発明において、間接加熱手段と直接加熱手段の生成したガス化ガスを灰溶融炉に導入し、灰溶融炉でガス化ガス中の灰分の溶融と未燃カーボンの燃焼をおこなってから完全燃焼炉で完全燃焼をおこなう、ことを特徴とする廃棄物ガス化システムが提供される。
このように構成される廃棄物ガス化システムでは、ガス化ガスは灰溶融炉でガス化ガス中の灰分の溶融と未燃カーボンの燃焼をおこなってから改質される。
【００１４】
請求項６の発明によれば、請求項１又は請求項４の発明において、間接加熱手段がキルン炉であり、直接加熱手段が砂層を有する流動床ガス化炉である、ことを特徴とする廃棄物ガス化システムが提供される。
【００１５】
請求項７の発明によれば、請求項６の発明において、キルン炉の出口を流動床ガス化炉の砂層よりも上側に接続する、ことを特徴とする廃棄物ガス化システムが提供される。
【００１６】
請求項８の発明によれば、請求項６の発明において、キルン炉で生成されるガス化ガスを直接改質炉に導入する、ことを特徴とする廃棄物ガス化システムが提供される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の廃棄物ガス化システムの第１の実施の形態の概略図であって、乾燥機１には、流路２０１を通して廃棄物が搬送される。乾燥機１の送出口は、流路２０２に配設されるキルン炉５に接続され、キルン炉５の出口は、内部に砂層２ａを有する流動床ガス化炉２の砂層２ａより上方に接続されている。
【００１８】
キルン炉５は内筒５ａと外筒５ｂを有する二重管構造を有し、内筒５ａの内部を廃棄物を通過せしめ、内筒５ａと外筒５ｂの間に高温のガスを導入し廃棄物を間接加熱するものである。内筒５ａと外筒５ｂの間に導入する高温のガスは、この第１の実施の形態では、後述の発電装置１１０の排ガスとされるが、別途改質ガスやガス化ガスを燃焼させた排ガスや、あるいは、後述の改質炉６を通過した高温の改質ガスとしてもよい。
【００１９】
流動床ガス化炉２の上部の送出口は、流路２０３を介して、改質炉６の下部受入口に接続されている。改質炉６の内部中央には、触媒充填部６ａが設けられている。この触媒は、サイクロン３の上部送出口から送出される後述する第２流体中のガス化ガスの成分（炭化水素）等を低分子化するものである。この触媒としては、Ｓｉ，Ａｌ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｚｎ，Ｒｕ，Ｒｈから選ばれる少なくとも１つの元素、またはこれらの元素の酸化物から選ばれる少なくとも１つもしくは混合物を用いることができる。
【００２０】
改質炉６のガス送出口は、流路２０７を通してボイラ７のガス受入口に接続されている。このボイラ７のガス送出口は、流路２０８を通してバグフィルタ８の受入口に接続されている。このバグフィルタ８の送出口は、流路２０９を通して凝縮器９のガス受入口に接続されている。この凝縮器９のガス送出口は、流路２１０を通して例えばガスエンジン式の発電装置１１０のガス受入側に接続されている。
【００２１】
ボイラ７の蒸気送出口は、流路２１１を通してスチームタービン１０の蒸気受入口に接続されている。このスチームタービン１０の出力軸は、発電機１１の入力軸に連結されている。また、スチームタービン１０の蒸気送出口は流路２１２を通して復水器１２の蒸気受入口に接続されている。この復水器１２の送水口は、流路２１３を通してボイラ７の受水口に接続されている。
【００２２】
発電装置１１０は、この第１の実施の形態では、詳細は示さないが、コンプレッサで精製された燃料ガスを圧縮し、圧縮された精製ガスと空気をガスエンジンに送り、ガスエンジン内で燃焼爆発させその力で発電機を回転させるものである。ガスエンジンの排ガスは、排出管３０１を通して乾燥機１に接続されている。
【００２３】
発電装置１１０は、上記のガスエンジン式の外、ガスタービン式発電装置、燃料電池式発電装置、ガスエンジン−スチームタービン式発電装置、ガスタービン−スチームタービン式発電装置、燃料電池−スチームタービン式発電装置、燃料電池−ガスエンジン−スチームタービン式発電装置等にすることが可能である。
【００２４】
次に、上記のように構成される廃棄物ガス化システムの作用を説明する。
まず、廃棄物は流路２０１を通して乾燥機１に投入される。この時、乾燥機１には発電装置１１０で排出された排ガスが排出管３０１を通して供給されるため、廃棄物は乾燥機１内で排ガスの熱エネルギにより乾燥され、所定の含水率（１０％程度）にまで低減される。なお、乾燥機１で廃棄物を加熱して生じた水分（蒸気）は流動床ガス化炉２内に供給されるか、改質炉６内に供給されるか、または外部に排出される。
ここで、“廃棄物”とは都市ごみ、木材、建築廃材、廃タイヤ、カーシュレッダーダスト、廃プラスチック等の産業廃棄物、汚泥、バイオマス等をいうが、その他、石炭を燃焼してもかまわない。
【００２５】
乾燥機１で乾燥された廃棄物は、キルン炉５に供給される。乾燥機１は廃棄物の水分を除去するだけであるが、このキルン炉５は、内筒５ａの内部で、廃棄物をガス状の揮発分、すなわちガス化ガス、と固体状の熱分解残渣に分離し、両者は、流動床ガス化炉２の砂層２ａの上方に導入される。
【００２６】
流動床ガス化炉２には、酸素を含む気体（例えば酸素、酸素富化空気または空気）と水蒸気との混合ガスであるガス化剤が、流路２１４を通して流動床ガス化炉２の内部にその砂層２ａの下方から供給される。
酸素を含む気体と水蒸気との混合ガスであるガス化剤を連続処理ガス化炉である流動床ガス化炉２に供給する際、ガス化剤は例えば水蒸気の流量がキルン炉５から連続的に投入される熱分解残渣中の炭素と水蒸気とのモル比が２：１またはそれより水蒸気過多になるように供給するのが好ましい。
【００２７】
流動床ガス化炉２内で、熱分解残渣は例えば４００〜６５０℃に加熱されながら、浮遊流動する砂層２ａにより熱分解されてガス状物質になり、ガス化剤の酸素および水蒸気と接触すると共にその一部が流動床ガス化炉２のフリーボード部２ｂで例えば４５０〜８００℃の温度で燃焼される。
【００２８】
この燃焼において、下記式（１）で示す燃焼反応および下記式（２）で示す水性ガス化反応（改質反応）を起こし、一酸化炭素、水素、メタン、エタン、二酸化炭素等を含むガス化ガスと、タールや煤などの未燃固形物と、飛灰と、不燃物とを生じる。また、メタン、エタン、タールなどの炭化水素や煤などの未燃固形分は、下記式（３）で示す改質反応を起こし、一酸化炭素、水素を生じる。
【００２９】
Ｃ＋Ｏ2→Ｏ2＋熱…（１）
Ｃ＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ＋Ｈ2…（２）
ＣmＨn＋ｍＨ2Ｏ→ｍＣＯ＋（ｍ＋ｎ／２）Ｈ2…（３）
【００３０】
不燃物は、流動床ガス化炉２の下部から排出管３０２を通して系外へ排出される。一方、流動床ガス化炉２内のガス化ガス（キルン炉５で生成されたものを含む）、未燃固形物および飛灰を含む流体は、その上部から流路２０３を通し改質炉６に送られる。
【００３１】
改質炉６では、ガス化ガスはこの第２流体に含まれる水蒸気により式（２）と同様な水性ガス化反応（改質反応）がなされる。すなわち、ガス化ガス中のメタン、エタン、場合によって浮遊して混入されたタールや煤などの未燃固形物は低分子化されて煤を含まないクリーンなＣＯ、Ｈ２リッチガスを含む改質ガスが生成される。特に、改質炉６内に触媒充填部６ａを設けることによって、改質反応をより円滑に進行させることが可能となる。
なお、改質炉６での改質反応において水蒸気量が不足する場合には、別途、水蒸気を送給してもよい。
【００３２】
改質ガスは、改質炉６から流路２０７を通してボイラ７に送給され、ここで熱回収される。ボイラ７は、改質ガスから回収した熱で水を加熱して蒸気を発生させる。この蒸気は、流路２１１を通してスチームタービン１０に送給され、このタービン１０を回転させ、発電機１１を駆動させることにより発電を行う。スチームタービン１０から排出された蒸気は、流路２１２を通して復水器１２に送給され、ここで水に戻され、その水の流路２１３を通してボイラ７に再び供給される。
【００３３】
ボイラ７を通過した改質ガスは、流路２０８を通してバグフィルタ８に送給され、ここでダストや塩酸分が除去された後、流路２０９を通して凝縮器９に送られ凝縮されて燃料ガスとされる。凝縮器の凝縮水は排出管３０４を通して系外へ取り除かれる。すなわち、改質炉６で得られた改質ガスは改質ガス精製装置としてのバグフィルタ８と凝縮器９で精製されて燃料ガスとされる。
そして燃料ガスは流路２１０を通って、ガスを燃料とするエネルギ生成手段であるガスエンジン式の発電装置１１０に送給される。
【００３４】
前述したように、この第１の実施の形態では、キルン炉５で予め揮発分を揮発したガス化ガスと熱分解残渣に分離してから流動床ガス化炉２に導入することにより、流動床ガス化炉２では揮発分を揮発させるための熱は不要である。したがって、流動床ガス化炉２に送り込むガス化剤の量を少なくすることができる。ガス化剤の量が少なくなればガス化剤によるガス化ガスの低カロリー化が抑制され、最終的に発電装置に送給される燃料ガスが高カロリー化される。
【００３５】
以下に示すのは、上述した第１の実施の形態で生成される燃料ガスのカロリー、とキルン炉のみの場合の燃料ガスのカロリー、流動層のみの場合のカロリーの計算値の比較例である。
＜第１の実施の形態＞
原料の廃棄物が１ｋｇ当たり３４５０ｋｃａｌの熱量を有しているとして、その原料の廃棄物１ｋｇ当たり３７００ｋｃａｌの熱量を生成でき、生成される燃料ガスは１Ｎｍ３当たり２７４０ｋｃａｌの熱量を有する。
＜キルン炉のみの場合＞
原料の廃棄物が１ｋｇ当たり３４５０ｋｃａｌの熱量を有しているとして、その原料の廃棄物１ｋｇ当たり３２００ｋｃａｌの熱量を生成でき、生成される燃料ガスは１Ｎｍ３当たり２６７０ｋｃａｌの熱量を有する。
＜流動床ガス化炉のみの場合＞
原料の廃棄物が１ｋｇ当たり３４５０ｋｃａｌの熱量を有しているとして、その原料の廃棄物１ｋｇ当たり３０００ｋｃａｌの熱量を生成でき、生成される燃料ガスは１Ｎｍ３当たり２０００ｋｃａｌの熱量を有する。
【００３６】
次に、第２の実施の形態について説明する。図２が第２の実施の形態の概略構成図であって、この第２の実施の形態では、第１の実施の形態の改質炉６の直上流に灰熔融炉４を配設し、流動床ガス化炉２で生成されたガス化ガスを灰熔融炉４に導き、ガス化ガス中の灰分の溶融、流動床ガス化炉２では燃焼されなかった未燃カーボンのガス化をおこなうようにしたものである。第２の実施の形態はこのようにすることにより、改質炉６への流動床ガス化炉２で発生した灰分の流入を防止でき、未燃カーボンがガス化される分、ガス化ガスのカロリーが高まる。なお、灰溶融炉４は高温（１３００〜１５００℃）となるので、その熱で改質炉６に導いて改質炉６を加熱することができ、改質炉６には助燃剤を供給する必要はない。そのためにも、灰溶融炉４と改質炉６の距離は短い方がよく、好ましくは直結される。
【００３７】
次に、第３の実施の形態について説明する。図３が第３の実施の形態の概略構成図であって、この第３の実施の形態では、第２の実施の形態の流動床ガス化炉２と灰溶融炉４の間にガス化ガスを固形分を多く含む第１流体と固形分を少なく含む第２流体に分離するサイクロン３を配設し、第１流体のみを灰溶融炉４に導き、第２流体のみを改質炉６に導くようにしたものである。その結果、灰溶融炉４の容量を小さくでき、灰溶融炉４でのガス化ガスの希釈、すなわち低カロリー化が抑制される。
【００３８】
次に、第４の実施の形態について説明する。図４が第４の実施の形態の概略構成図であって、この第４の実施の形態は、第１の実施の形態の改質炉６の代りに完全燃焼炉６’を配設し、バグフィルタ８よりも後流の装置を除去したものである。したがって、流動床ガス化炉２で生成されたガス化ガスは完全燃焼炉６’で完全燃焼され、燃料ガスを得ることはできないが、完全燃焼炉６’の排気ガスは改質炉６から排出される改質ガスよりも高温であり、ボイラ７には、第１の実施の形態よりも大量の熱を与えることができ、第１の実施の形態よりもスチームタービン１０は大きな出力を発生し発電機１１の生成するエネルギは大きくなる。
【００３９】
すなわち、第１〜３の実施の形態では、ガス化ガスをもとに、ボイラ７とスチームタービン１０による発電と、燃料ガスにしてそれを燃料とする発電でエネルギを発生しているが第４の実施の形態では、ボイラ７とスチームタービン１０による発電だけでのエネルギを生成している。このようにすることにより、燃料ガスを得ることはできないが、第１の実施の形態よりはシステム全体が簡素化される。また、ガス化ガスは完全燃焼されるので排気ガスもよりクリーンとなり、バグフィルタ８の負荷も小さい。
なお、乾燥機１、キルン炉５に排気ガスを送給する流路３０１はバグフィルタ８の手前に取り付けられている。
【００４０】
次に、第５の実施の形態について説明する。図５に示すのが第５の実施の形態の概略構成図であって、第１の実施の形態に対する第２の実施の形態のように、完全燃焼炉６’の直上流に灰熔融炉４を設けたものである。第５の実施の形態はこのようにすることにより、完全燃焼炉６’へ流動床ガス化炉２で発生した灰分が流入することを防止でき、また、未燃カーボンがガス化されるのでその分燃焼排ガスのカロリーを高めることができ、結果的に第４の実施の形態よりも発電機１１の生成するエネルギは大きくなる。第２の実施の形態で説明したように、灰溶融炉４は高温（１３００〜１５００℃）となるので、その熱を完全燃焼炉６’に導いて完全燃焼炉６’を加熱することができ、完全燃焼炉６’には助燃剤を供給する必要はない。そのためにも、灰溶融炉４と完全燃焼炉６’の距離は短い方がよく、好ましくは直結される。
【００４１】
次に、第６の実施の形態について説明する。図６に示すのが第６の実施の形態の概略構成図であって、第１の実施の形態に対して、キルン炉５の内筒５ａの上部から延びる流路２１６が流動床ガス化炉２と改質炉６とを結ぶ流路２０３に接続され、キルン炉５で揮発して生成されたガス化ガスを流動床ガス化炉２を通さないで直接改質炉６に導入するようにされている。これは、すでにガス化ガスとなっているものは再加熱する必要はないからである。このようにすることにより、キルン炉５で生成されたガス化ガスが流動床ガス化炉２で燃焼される可能性が減少し、また流動床ガス化炉２の負荷も減り、流動床ガス化炉２に導入するガス化剤の量も減らすことができ、ガス化ガスの低カロリー化が抑制される。
なお、この、第６の実施の形態は、第２〜５の実施の形態と組合せることができる。
【００４２】
【発明の効果】
各請求項に記載の発明は請求項１の発明によれば、廃棄物を加熱してガス化ガスを生成し、生成されたガス化ガスをもとにエネルギを生成する廃棄物ガス化システムであるが、廃棄物を間接加熱してガス化ガスと固体状の熱分解残渣を生成する間接加熱手段と、間接加熱手段の後流に配設され間接加熱手段が生成した熱分解残渣をガス化剤を加えて加熱してガス化ガスを生成する直接加熱手段とを具備し、間接加熱手段と直接加熱手段の生成したガス化ガスを改質炉で改質して燃料ガスを生成し、燃料ガスを燃料とするエネルギ生成手段でエネルギを生成するようにしている。
したがって、廃棄物は先ず間接加熱手段で加熱されてガス化ガスと固体状の熱分解残渣を生成し、その後直接加熱手段で固体状の熱分解残渣を加熱してさらにガス化ガスが生成され、直接加熱手段のみでガス化をおこなう場合に比べて直接加熱手段が担うガス化作用は小さい、その結果、直接加熱手段で加えられるガス化剤の量が少なく、その結果、ガス化ガスが希釈されカロリーが低下することが抑制される。
また、燃料ガスを生成する場所とエネルギ生成手段の場所が離れていても、その間でエネルギロスが発生することがない。
【００４３】
さらに、請求項２の発明のように、間接加熱手段と直接加熱手段の生成したガス化ガスを灰溶融炉に導入し、灰溶融炉でガス化ガス中の灰分の溶融と未燃カーボンの燃焼をおこなってから改質炉で改質すれば、改質炉へ導入される不純物が減少し、改質炉の後流に配設され得る精製装置の負荷が小さくなる。
その際に、請求項３の発明のように、間接加熱手段と直接加熱手段の生成したガス化ガスを固形分分離手段に導き、固形分分離手段で固形分を多く含む第１流体と固形分を少なく含む第２流体に分離し、第１流体のみ灰溶融炉に導入し、第２流体は直接改質炉に導入すれば、灰熔融炉には第１流体のみ導入されるので灰熔融炉の容量を小さくでき、その結果、灰熔融炉におけるガス化ガスの低カロリー化も抑制される。
【００４４】
特に、請求項４の発明のように、廃棄物を加熱してガス化ガスを生成し、生成されたガス化ガスをもとにエネルギを生成する廃棄物ガス化システムであって、
廃棄物を間接加熱してガス化ガスと固体状の熱分解残渣を生成する間接加熱手段と、間接加熱手段の後流に配設され間接加熱手段が生成した熱分解残渣をガス化剤を加えて加熱してガス化ガスを生成する直接加熱手段とを具備し、間接加熱手段と直接加熱手段の生成したガス化ガスを完全燃焼炉で完全燃焼せしめ、完全燃焼炉の燃焼排ガスを利用してエネルギを生成すれば、燃料ガスを生成せずに、エネルギを生成することができる。
さらに、請求項５の発明のように、間接加熱手段と直接加熱手段の生成したガス化ガスを灰溶融炉に導入し、灰溶融炉でガス化ガス中の灰分の溶融と未燃カーボンの燃焼をおこなってから完全燃焼炉で完全燃焼をおこなえば、完全燃焼炉へ導入される不純物が減少し、完全燃焼炉の後流に配設され得る精製装置の負荷が小さくなる。
【００４５】
さらに、請求項６の発明のように、間接加熱手段がキルン炉であり、直接加熱手段が砂層を有する流動床ガス化炉である場合に、請求項７の発明のように、キルン炉の出口を流動床ガス化炉の砂層よりも上側に接続したり、あるいは、請求項８の発明のように、キルン炉で生成されるガス化ガスを直接改質炉に導入するようにすれば、間接加熱手段の負荷が減り、間接加熱手段の容量を小さくでき、また、間接加熱手段によるガス化ガスの低カロリー化も抑制される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態の概略図である。
【図２】 本発明の第２の実施の形態の概略図である。
【図３】 本発明の第３の実施の形態の概略図である。
【図４】 本発明の第４の実施の形態の概略図である。
【図５】 本発明の第５の実施の形態の概略図である。
【図６】 本発明の第６の実施の形態の概略図である。
【図７】 従来技術の概略図である。
【符号の説明】
１…乾燥機
２…流動床ガス化炉
２ａ…砂層
２ｂ…フリーボード部
３…サイクロン
４…灰溶融炉
５…キルン炉
６…改質炉
６ａ…触媒充填部
７…ボイラ
６’…完全燃焼炉
８…バグフィルタ
９…凝縮器
１０…スチームタービン
１１…発電機
１１０…発電装置
【発明の属する技術分野】
本発明は廃棄物を加熱してガス化ガスを生成し、生成されたガス化ガスをもとにエネルギを生成する廃棄物ガス化システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
都市ごみ、下水汚泥、産業用廃棄物、バイオマスなどの有機系廃棄物からエネルギ回収を図るために、廃棄物を加熱し熱分解してガス化ガスを生成し、生成されたガス化ガスをもとにエネルギを生成する廃棄物ガス化システムが、環境保全及び省資源の観点から注目されている。
【０００３】
このような廃棄物ガス化システムには色々な種類のものがある。
例えば、キルン炉で廃棄物を間接加熱してガス化ガスを生成するものがある。しかしながら、キルン炉だけでは大量の固体状の熱分解残渣を発生し、その処理に莫大な工数がかかるという問題がある。
また、廃棄物を部分燃焼により直接加熱してガス化ガスを生成する流動床ガス化炉を利用するものもあり、例えば、本願出願人が先に出願した特願２００１−３５０４１５に記載の装置がある。図７に示すのがこの装置の概要であって、流路２０１を介して導入された廃棄物は乾燥機１で乾燥されてから内部に砂層２ａを有する流動床ガス化炉２に送給され燃焼される。
【０００４】
流動床ガス化炉２の上部に設けられている送出口は、流路２０３を通して固形分分離手段、例えばサイクロン３の受入口に接続されている。サイクロン３の底部送出口は流路２０４を通して灰溶融炉４の受入口に接続され流動床ガス化炉２で発生した固形分を多く含む第１流体が灰溶融炉４に導入され、サイクロン３の上部送出口は流路２０５を通して改質炉６の下部受入口に接続され流動床ガス化炉２で発生した固形分を少なく含む第２流体が改質炉６に導入される。
【０００５】
改質炉６に導入された第２流体を改質炉６で改質した改質ガスは流路２０７を通して発電機１１を駆動するスチームタービン１０に蒸気を送るボイラ７に送られ、さらに流路２０８を通してバグフィルタ８に送られ、バグフィルタ８で除塵された後、流路２０９を通して凝縮器９に送られ、凝縮器９で水分を除去して精製され燃料ガスとして流路２１０を通して、燃料ガスを燃料にして発電をおこなう発電装置１１０に送られる。灰溶融炉４に導入された第１流体は灰溶融炉４で燃焼され、その燃焼排ガスは、流路２０６を通して改質炉６に導入され、改質炉６を加熱するようにされている。
【０００６】
このような流動床ガス化炉を利用した装置では、流動床ガス化炉２にガス化剤を投入されるが、ガス化剤は廃棄物をガス化するだけでなく流動床ガス化炉２内の砂層２ａを流動させるため作用も担っており、砂層２ａの流動性を保つために、ガス化に必要な量よりも過剰な量が導入される。その結果、廃棄物の部分燃焼率が高まり（不完全燃焼でガス化ガスを得ており、完全燃焼に近づくほど得られるガス化ガスの量は減少する）、ガス化ガスの有するカロリーを低下させる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記問題に鑑み、固体残渣が残らず高カロリーのガス化ガスを得られ多くのエネルギを生成できる廃棄物ガス化システムを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明によれば、廃棄物を加熱してガス化ガスを生成し、生成されたガス化ガスをもとにエネルギを生成する廃棄物ガス化システムであって、
廃棄物を間接加熱してガス化ガスと固体状の熱分解残渣を生成する間接加熱手段と、間接加熱手段の後流に配設され間接加熱手段が生成した熱分解残渣をガス化剤を加えて加熱してガス化ガスを生成する直接加熱手段とを具備し、間接加熱手段と直接加熱手段の生成したガス化ガスを改質炉で改質して燃料ガスを生成し、燃料ガスを燃料とするエネルギ生成手段でエネルギを生成する、ことを特徴とする廃棄物ガス化システムが提供される。
このように構成される廃棄物ガス化システムでは、廃棄物は先ず間接加熱手段で加熱されてガス化ガスと固体状の熱分解残渣を生成し、その後直接加熱手段で固体状の熱分解残渣を加熱してさらにガス化ガスが生成され、生成されたガス化ガスを改質炉で改質して燃料ガスを生成し、燃料ガスを燃料とするエネルギ生成手段でエネルギが生成される。
【００１０】
請求項２の発明によれば、請求項１の発明において、間接加熱手段と直接加熱手段の生成したガス化ガスを灰溶融炉に導入し、灰溶融炉でガス化ガス中の灰分の溶融と未燃カーボンの燃焼をおこなってから改質炉で改質する、ことを特徴とする廃棄物ガス化システムが提供される。
このように構成される廃棄物ガス化システムでは、ガス化ガスは灰溶融炉でガス化ガス中の灰分の溶融と未燃カーボンの燃焼をおこなってから改質される。
【００１１】
請求項３の発明によれば、請求項２の発明において、間接加熱手段と直接加熱手段の生成したガス化ガスを固形分分離手段に導き、固形分分離手段で固形分を多く含む第１流体と固形分を少なく含む第２流体に分離し、第１流体のみ灰溶融炉に導入し、第２流体は直接改質炉に導入する、ことを特徴とする廃棄物ガス化システムが提供される。
このように構成される廃棄物ガス化システムでは、ガス化ガスは固形分分離手段で固形分を多く含む第１流体と固形分を少なく含む第２流体に分離され、第１流体のみ灰溶融炉に導入し、第２流体は直接改質炉に導入される。
【００１２】
請求項４の発明によれば、廃棄物を加熱してガス化ガスを生成し、生成されたガス化ガスをもとにエネルギを生成する廃棄物ガス化システムであって、
廃棄物を間接加熱してガス化ガスと固体状の熱分解残渣を生成する間接加熱手段と、間接加熱手段の後流に配設され間接加熱手段が生成した熱分解残渣をガス化剤を加えて加熱してガス化ガスを生成する直接加熱手段とを具備し、間接加熱手段と直接加熱手段の生成したガス化ガスを完全燃焼炉で完全燃焼せしめ、完全燃焼炉の燃焼排ガスを利用してエネルギを生成する、ことを特徴とする廃棄物ガス化システムが提供される。
このように構成される廃棄物ガス化システムでは、ガス化ガスを完全燃焼炉で完全燃焼し、完全燃焼炉の燃焼排ガスを利用してエネルギが生成される。
【００１３】
請求項５の発明によれば、請求項４の発明において、間接加熱手段と直接加熱手段の生成したガス化ガスを灰溶融炉に導入し、灰溶融炉でガス化ガス中の灰分の溶融と未燃カーボンの燃焼をおこなってから完全燃焼炉で完全燃焼をおこなう、ことを特徴とする廃棄物ガス化システムが提供される。
このように構成される廃棄物ガス化システムでは、ガス化ガスは灰溶融炉でガス化ガス中の灰分の溶融と未燃カーボンの燃焼をおこなってから改質される。
【００１４】
請求項６の発明によれば、請求項１又は請求項４の発明において、間接加熱手段がキルン炉であり、直接加熱手段が砂層を有する流動床ガス化炉である、ことを特徴とする廃棄物ガス化システムが提供される。
【００１５】
請求項７の発明によれば、請求項６の発明において、キルン炉の出口を流動床ガス化炉の砂層よりも上側に接続する、ことを特徴とする廃棄物ガス化システムが提供される。
【００１６】
請求項８の発明によれば、請求項６の発明において、キルン炉で生成されるガス化ガスを直接改質炉に導入する、ことを特徴とする廃棄物ガス化システムが提供される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の廃棄物ガス化システムの第１の実施の形態の概略図であって、乾燥機１には、流路２０１を通して廃棄物が搬送される。乾燥機１の送出口は、流路２０２に配設されるキルン炉５に接続され、キルン炉５の出口は、内部に砂層２ａを有する流動床ガス化炉２の砂層２ａより上方に接続されている。
【００１８】
キルン炉５は内筒５ａと外筒５ｂを有する二重管構造を有し、内筒５ａの内部を廃棄物を通過せしめ、内筒５ａと外筒５ｂの間に高温のガスを導入し廃棄物を間接加熱するものである。内筒５ａと外筒５ｂの間に導入する高温のガスは、この第１の実施の形態では、後述の発電装置１１０の排ガスとされるが、別途改質ガスやガス化ガスを燃焼させた排ガスや、あるいは、後述の改質炉６を通過した高温の改質ガスとしてもよい。
【００１９】
流動床ガス化炉２の上部の送出口は、流路２０３を介して、改質炉６の下部受入口に接続されている。改質炉６の内部中央には、触媒充填部６ａが設けられている。この触媒は、サイクロン３の上部送出口から送出される後述する第２流体中のガス化ガスの成分（炭化水素）等を低分子化するものである。この触媒としては、Ｓｉ，Ａｌ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｚｎ，Ｒｕ，Ｒｈから選ばれる少なくとも１つの元素、またはこれらの元素の酸化物から選ばれる少なくとも１つもしくは混合物を用いることができる。
【００２０】
改質炉６のガス送出口は、流路２０７を通してボイラ７のガス受入口に接続されている。このボイラ７のガス送出口は、流路２０８を通してバグフィルタ８の受入口に接続されている。このバグフィルタ８の送出口は、流路２０９を通して凝縮器９のガス受入口に接続されている。この凝縮器９のガス送出口は、流路２１０を通して例えばガスエンジン式の発電装置１１０のガス受入側に接続されている。
【００２１】
ボイラ７の蒸気送出口は、流路２１１を通してスチームタービン１０の蒸気受入口に接続されている。このスチームタービン１０の出力軸は、発電機１１の入力軸に連結されている。また、スチームタービン１０の蒸気送出口は流路２１２を通して復水器１２の蒸気受入口に接続されている。この復水器１２の送水口は、流路２１３を通してボイラ７の受水口に接続されている。
【００２２】
発電装置１１０は、この第１の実施の形態では、詳細は示さないが、コンプレッサで精製された燃料ガスを圧縮し、圧縮された精製ガスと空気をガスエンジンに送り、ガスエンジン内で燃焼爆発させその力で発電機を回転させるものである。ガスエンジンの排ガスは、排出管３０１を通して乾燥機１に接続されている。
【００２３】
発電装置１１０は、上記のガスエンジン式の外、ガスタービン式発電装置、燃料電池式発電装置、ガスエンジン−スチームタービン式発電装置、ガスタービン−スチームタービン式発電装置、燃料電池−スチームタービン式発電装置、燃料電池−ガスエンジン−スチームタービン式発電装置等にすることが可能である。
【００２４】
次に、上記のように構成される廃棄物ガス化システムの作用を説明する。
まず、廃棄物は流路２０１を通して乾燥機１に投入される。この時、乾燥機１には発電装置１１０で排出された排ガスが排出管３０１を通して供給されるため、廃棄物は乾燥機１内で排ガスの熱エネルギにより乾燥され、所定の含水率（１０％程度）にまで低減される。なお、乾燥機１で廃棄物を加熱して生じた水分（蒸気）は流動床ガス化炉２内に供給されるか、改質炉６内に供給されるか、または外部に排出される。
ここで、“廃棄物”とは都市ごみ、木材、建築廃材、廃タイヤ、カーシュレッダーダスト、廃プラスチック等の産業廃棄物、汚泥、バイオマス等をいうが、その他、石炭を燃焼してもかまわない。
【００２５】
乾燥機１で乾燥された廃棄物は、キルン炉５に供給される。乾燥機１は廃棄物の水分を除去するだけであるが、このキルン炉５は、内筒５ａの内部で、廃棄物をガス状の揮発分、すなわちガス化ガス、と固体状の熱分解残渣に分離し、両者は、流動床ガス化炉２の砂層２ａの上方に導入される。
【００２６】
流動床ガス化炉２には、酸素を含む気体（例えば酸素、酸素富化空気または空気）と水蒸気との混合ガスであるガス化剤が、流路２１４を通して流動床ガス化炉２の内部にその砂層２ａの下方から供給される。
酸素を含む気体と水蒸気との混合ガスであるガス化剤を連続処理ガス化炉である流動床ガス化炉２に供給する際、ガス化剤は例えば水蒸気の流量がキルン炉５から連続的に投入される熱分解残渣中の炭素と水蒸気とのモル比が２：１またはそれより水蒸気過多になるように供給するのが好ましい。
【００２７】
流動床ガス化炉２内で、熱分解残渣は例えば４００〜６５０℃に加熱されながら、浮遊流動する砂層２ａにより熱分解されてガス状物質になり、ガス化剤の酸素および水蒸気と接触すると共にその一部が流動床ガス化炉２のフリーボード部２ｂで例えば４５０〜８００℃の温度で燃焼される。
【００２８】
この燃焼において、下記式（１）で示す燃焼反応および下記式（２）で示す水性ガス化反応（改質反応）を起こし、一酸化炭素、水素、メタン、エタン、二酸化炭素等を含むガス化ガスと、タールや煤などの未燃固形物と、飛灰と、不燃物とを生じる。また、メタン、エタン、タールなどの炭化水素や煤などの未燃固形分は、下記式（３）で示す改質反応を起こし、一酸化炭素、水素を生じる。
【００２９】
Ｃ＋Ｏ2→Ｏ2＋熱…（１）
Ｃ＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ＋Ｈ2…（２）
ＣmＨn＋ｍＨ2Ｏ→ｍＣＯ＋（ｍ＋ｎ／２）Ｈ2…（３）
【００３０】
不燃物は、流動床ガス化炉２の下部から排出管３０２を通して系外へ排出される。一方、流動床ガス化炉２内のガス化ガス（キルン炉５で生成されたものを含む）、未燃固形物および飛灰を含む流体は、その上部から流路２０３を通し改質炉６に送られる。
【００３１】
改質炉６では、ガス化ガスはこの第２流体に含まれる水蒸気により式（２）と同様な水性ガス化反応（改質反応）がなされる。すなわち、ガス化ガス中のメタン、エタン、場合によって浮遊して混入されたタールや煤などの未燃固形物は低分子化されて煤を含まないクリーンなＣＯ、Ｈ２リッチガスを含む改質ガスが生成される。特に、改質炉６内に触媒充填部６ａを設けることによって、改質反応をより円滑に進行させることが可能となる。
なお、改質炉６での改質反応において水蒸気量が不足する場合には、別途、水蒸気を送給してもよい。
【００３２】
改質ガスは、改質炉６から流路２０７を通してボイラ７に送給され、ここで熱回収される。ボイラ７は、改質ガスから回収した熱で水を加熱して蒸気を発生させる。この蒸気は、流路２１１を通してスチームタービン１０に送給され、このタービン１０を回転させ、発電機１１を駆動させることにより発電を行う。スチームタービン１０から排出された蒸気は、流路２１２を通して復水器１２に送給され、ここで水に戻され、その水の流路２１３を通してボイラ７に再び供給される。
【００３３】
ボイラ７を通過した改質ガスは、流路２０８を通してバグフィルタ８に送給され、ここでダストや塩酸分が除去された後、流路２０９を通して凝縮器９に送られ凝縮されて燃料ガスとされる。凝縮器の凝縮水は排出管３０４を通して系外へ取り除かれる。すなわち、改質炉６で得られた改質ガスは改質ガス精製装置としてのバグフィルタ８と凝縮器９で精製されて燃料ガスとされる。
そして燃料ガスは流路２１０を通って、ガスを燃料とするエネルギ生成手段であるガスエンジン式の発電装置１１０に送給される。
【００３４】
前述したように、この第１の実施の形態では、キルン炉５で予め揮発分を揮発したガス化ガスと熱分解残渣に分離してから流動床ガス化炉２に導入することにより、流動床ガス化炉２では揮発分を揮発させるための熱は不要である。したがって、流動床ガス化炉２に送り込むガス化剤の量を少なくすることができる。ガス化剤の量が少なくなればガス化剤によるガス化ガスの低カロリー化が抑制され、最終的に発電装置に送給される燃料ガスが高カロリー化される。
【００３５】
以下に示すのは、上述した第１の実施の形態で生成される燃料ガスのカロリー、とキルン炉のみの場合の燃料ガスのカロリー、流動層のみの場合のカロリーの計算値の比較例である。
＜第１の実施の形態＞
原料の廃棄物が１ｋｇ当たり３４５０ｋｃａｌの熱量を有しているとして、その原料の廃棄物１ｋｇ当たり３７００ｋｃａｌの熱量を生成でき、生成される燃料ガスは１Ｎｍ３当たり２７４０ｋｃａｌの熱量を有する。
＜キルン炉のみの場合＞
原料の廃棄物が１ｋｇ当たり３４５０ｋｃａｌの熱量を有しているとして、その原料の廃棄物１ｋｇ当たり３２００ｋｃａｌの熱量を生成でき、生成される燃料ガスは１Ｎｍ３当たり２６７０ｋｃａｌの熱量を有する。
＜流動床ガス化炉のみの場合＞
原料の廃棄物が１ｋｇ当たり３４５０ｋｃａｌの熱量を有しているとして、その原料の廃棄物１ｋｇ当たり３０００ｋｃａｌの熱量を生成でき、生成される燃料ガスは１Ｎｍ３当たり２０００ｋｃａｌの熱量を有する。
【００３６】
次に、第２の実施の形態について説明する。図２が第２の実施の形態の概略構成図であって、この第２の実施の形態では、第１の実施の形態の改質炉６の直上流に灰熔融炉４を配設し、流動床ガス化炉２で生成されたガス化ガスを灰熔融炉４に導き、ガス化ガス中の灰分の溶融、流動床ガス化炉２では燃焼されなかった未燃カーボンのガス化をおこなうようにしたものである。第２の実施の形態はこのようにすることにより、改質炉６への流動床ガス化炉２で発生した灰分の流入を防止でき、未燃カーボンがガス化される分、ガス化ガスのカロリーが高まる。なお、灰溶融炉４は高温（１３００〜１５００℃）となるので、その熱で改質炉６に導いて改質炉６を加熱することができ、改質炉６には助燃剤を供給する必要はない。そのためにも、灰溶融炉４と改質炉６の距離は短い方がよく、好ましくは直結される。
【００３７】
次に、第３の実施の形態について説明する。図３が第３の実施の形態の概略構成図であって、この第３の実施の形態では、第２の実施の形態の流動床ガス化炉２と灰溶融炉４の間にガス化ガスを固形分を多く含む第１流体と固形分を少なく含む第２流体に分離するサイクロン３を配設し、第１流体のみを灰溶融炉４に導き、第２流体のみを改質炉６に導くようにしたものである。その結果、灰溶融炉４の容量を小さくでき、灰溶融炉４でのガス化ガスの希釈、すなわち低カロリー化が抑制される。
【００３８】
次に、第４の実施の形態について説明する。図４が第４の実施の形態の概略構成図であって、この第４の実施の形態は、第１の実施の形態の改質炉６の代りに完全燃焼炉６’を配設し、バグフィルタ８よりも後流の装置を除去したものである。したがって、流動床ガス化炉２で生成されたガス化ガスは完全燃焼炉６’で完全燃焼され、燃料ガスを得ることはできないが、完全燃焼炉６’の排気ガスは改質炉６から排出される改質ガスよりも高温であり、ボイラ７には、第１の実施の形態よりも大量の熱を与えることができ、第１の実施の形態よりもスチームタービン１０は大きな出力を発生し発電機１１の生成するエネルギは大きくなる。
【００３９】
すなわち、第１〜３の実施の形態では、ガス化ガスをもとに、ボイラ７とスチームタービン１０による発電と、燃料ガスにしてそれを燃料とする発電でエネルギを発生しているが第４の実施の形態では、ボイラ７とスチームタービン１０による発電だけでのエネルギを生成している。このようにすることにより、燃料ガスを得ることはできないが、第１の実施の形態よりはシステム全体が簡素化される。また、ガス化ガスは完全燃焼されるので排気ガスもよりクリーンとなり、バグフィルタ８の負荷も小さい。
なお、乾燥機１、キルン炉５に排気ガスを送給する流路３０１はバグフィルタ８の手前に取り付けられている。
【００４０】
次に、第５の実施の形態について説明する。図５に示すのが第５の実施の形態の概略構成図であって、第１の実施の形態に対する第２の実施の形態のように、完全燃焼炉６’の直上流に灰熔融炉４を設けたものである。第５の実施の形態はこのようにすることにより、完全燃焼炉６’へ流動床ガス化炉２で発生した灰分が流入することを防止でき、また、未燃カーボンがガス化されるのでその分燃焼排ガスのカロリーを高めることができ、結果的に第４の実施の形態よりも発電機１１の生成するエネルギは大きくなる。第２の実施の形態で説明したように、灰溶融炉４は高温（１３００〜１５００℃）となるので、その熱を完全燃焼炉６’に導いて完全燃焼炉６’を加熱することができ、完全燃焼炉６’には助燃剤を供給する必要はない。そのためにも、灰溶融炉４と完全燃焼炉６’の距離は短い方がよく、好ましくは直結される。
【００４１】
次に、第６の実施の形態について説明する。図６に示すのが第６の実施の形態の概略構成図であって、第１の実施の形態に対して、キルン炉５の内筒５ａの上部から延びる流路２１６が流動床ガス化炉２と改質炉６とを結ぶ流路２０３に接続され、キルン炉５で揮発して生成されたガス化ガスを流動床ガス化炉２を通さないで直接改質炉６に導入するようにされている。これは、すでにガス化ガスとなっているものは再加熱する必要はないからである。このようにすることにより、キルン炉５で生成されたガス化ガスが流動床ガス化炉２で燃焼される可能性が減少し、また流動床ガス化炉２の負荷も減り、流動床ガス化炉２に導入するガス化剤の量も減らすことができ、ガス化ガスの低カロリー化が抑制される。
なお、この、第６の実施の形態は、第２〜５の実施の形態と組合せることができる。
【００４２】
【発明の効果】
各請求項に記載の発明は請求項１の発明によれば、廃棄物を加熱してガス化ガスを生成し、生成されたガス化ガスをもとにエネルギを生成する廃棄物ガス化システムであるが、廃棄物を間接加熱してガス化ガスと固体状の熱分解残渣を生成する間接加熱手段と、間接加熱手段の後流に配設され間接加熱手段が生成した熱分解残渣をガス化剤を加えて加熱してガス化ガスを生成する直接加熱手段とを具備し、間接加熱手段と直接加熱手段の生成したガス化ガスを改質炉で改質して燃料ガスを生成し、燃料ガスを燃料とするエネルギ生成手段でエネルギを生成するようにしている。
したがって、廃棄物は先ず間接加熱手段で加熱されてガス化ガスと固体状の熱分解残渣を生成し、その後直接加熱手段で固体状の熱分解残渣を加熱してさらにガス化ガスが生成され、直接加熱手段のみでガス化をおこなう場合に比べて直接加熱手段が担うガス化作用は小さい、その結果、直接加熱手段で加えられるガス化剤の量が少なく、その結果、ガス化ガスが希釈されカロリーが低下することが抑制される。
また、燃料ガスを生成する場所とエネルギ生成手段の場所が離れていても、その間でエネルギロスが発生することがない。
【００４３】
さらに、請求項２の発明のように、間接加熱手段と直接加熱手段の生成したガス化ガスを灰溶融炉に導入し、灰溶融炉でガス化ガス中の灰分の溶融と未燃カーボンの燃焼をおこなってから改質炉で改質すれば、改質炉へ導入される不純物が減少し、改質炉の後流に配設され得る精製装置の負荷が小さくなる。
その際に、請求項３の発明のように、間接加熱手段と直接加熱手段の生成したガス化ガスを固形分分離手段に導き、固形分分離手段で固形分を多く含む第１流体と固形分を少なく含む第２流体に分離し、第１流体のみ灰溶融炉に導入し、第２流体は直接改質炉に導入すれば、灰熔融炉には第１流体のみ導入されるので灰熔融炉の容量を小さくでき、その結果、灰熔融炉におけるガス化ガスの低カロリー化も抑制される。
【００４４】
特に、請求項４の発明のように、廃棄物を加熱してガス化ガスを生成し、生成されたガス化ガスをもとにエネルギを生成する廃棄物ガス化システムであって、
廃棄物を間接加熱してガス化ガスと固体状の熱分解残渣を生成する間接加熱手段と、間接加熱手段の後流に配設され間接加熱手段が生成した熱分解残渣をガス化剤を加えて加熱してガス化ガスを生成する直接加熱手段とを具備し、間接加熱手段と直接加熱手段の生成したガス化ガスを完全燃焼炉で完全燃焼せしめ、完全燃焼炉の燃焼排ガスを利用してエネルギを生成すれば、燃料ガスを生成せずに、エネルギを生成することができる。
さらに、請求項５の発明のように、間接加熱手段と直接加熱手段の生成したガス化ガスを灰溶融炉に導入し、灰溶融炉でガス化ガス中の灰分の溶融と未燃カーボンの燃焼をおこなってから完全燃焼炉で完全燃焼をおこなえば、完全燃焼炉へ導入される不純物が減少し、完全燃焼炉の後流に配設され得る精製装置の負荷が小さくなる。
【００４５】
さらに、請求項６の発明のように、間接加熱手段がキルン炉であり、直接加熱手段が砂層を有する流動床ガス化炉である場合に、請求項７の発明のように、キルン炉の出口を流動床ガス化炉の砂層よりも上側に接続したり、あるいは、請求項８の発明のように、キルン炉で生成されるガス化ガスを直接改質炉に導入するようにすれば、間接加熱手段の負荷が減り、間接加熱手段の容量を小さくでき、また、間接加熱手段によるガス化ガスの低カロリー化も抑制される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態の概略図である。
【図２】 本発明の第２の実施の形態の概略図である。
【図３】 本発明の第３の実施の形態の概略図である。
【図４】 本発明の第４の実施の形態の概略図である。
【図５】 本発明の第５の実施の形態の概略図である。
【図６】 本発明の第６の実施の形態の概略図である。
【図７】 従来技術の概略図である。
【符号の説明】
１…乾燥機
２…流動床ガス化炉
２ａ…砂層
２ｂ…フリーボード部
３…サイクロン
４…灰溶融炉
５…キルン炉
６…改質炉
６ａ…触媒充填部
７…ボイラ
６’…完全燃焼炉
８…バグフィルタ
９…凝縮器
１０…スチームタービン
１１…発電機
１１０…発電装置
Claims (8)
- 廃棄物を加熱してガス化ガスを生成し、生成されたガス化ガスをもとにエネルギを生成する廃棄物ガス化システムであって、
廃棄物を間接加熱してガス化ガスと固体状の熱分解残渣を生成する間接加熱手段と、間接加熱手段の後流に配設され間接加熱手段が生成した熱分解残渣をガス化剤を加えて加熱してガス化ガスを生成する直接加熱手段とを具備し、間接加熱手段と直接加熱手段の生成したガス化ガスを改質炉で改質して燃料ガスを生成し、燃料ガスを燃料とするエネルギ生成手段でエネルギを生成する、ことを特徴とする廃棄物ガス化システム。 - 間接加熱手段と直接加熱手段の生成したガス化ガスを灰溶融炉に導入し、灰溶融炉でガス化ガス中の灰分の溶融と未燃カーボンの燃焼をおこなってから改質炉で改質する、ことを特徴とする請求項１に記載の廃棄物ガス化システム。
- 間接加熱手段と直接加熱手段の生成したガス化ガスを固形分分離手段に導き、固形分分離手段で固形分を多く含む第１流体と固形分を少なく含む第２流体に分離し、第１流体のみ灰溶融炉に導入し、第２流体は直接改質炉に導入する、ことを特徴とする請求項２に記載の廃棄物ガス化システム。
- 廃棄物を加熱してガス化ガスを生成し、生成されたガス化ガスをもとにエネルギを生成する廃棄物ガス化システムであって、
廃棄物を間接加熱してガス化ガスと固体状の熱分解残渣を生成する間接加熱手段と、間接加熱手段の後流に配設され間接加熱手段が生成した熱分解残渣をガス化剤を加えて加熱してガス化ガスを生成する直接加熱手段とを具備し、間接加熱手段と直接加熱手段の生成したガス化ガスを完全燃焼炉で完全燃焼せしめ、完全燃焼炉の燃焼排ガスを利用してエネルギを生成する、ことを特徴とする廃棄物ガス化システム。 - 間接加熱手段と直接加熱手段の生成したガス化ガスを灰溶融炉に導入し、灰溶融炉でガス化ガス中の灰分の溶融と未燃カーボンの燃焼をおこなってから完全燃焼炉で完全燃焼をおこなう、ことを特徴とする請求項４に記載の廃棄物ガス化システム。
- 間接加熱手段がキルン炉であり、直接加熱手段が砂層を有する流動床ガス化炉である、ことを特徴とする請求項１又は請求項４に記載の廃棄物ガス化システム。
- キルン炉の出口を流動床ガス化炉の砂層よりも上側に接続する、ことを特徴とする請求項６に記載の廃棄物ガス化システム。
- キルン炉で生成されるガス化ガスを直接改質炉に導入する、ことを特徴とする請求項６に記載の廃棄物ガス化システム。
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