JP3980427B2 - 廃プラスチックガス化ガスの冷却方法および装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、廃プラスチックから水素と一酸化炭素を主成分とするガスを製造する方法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、資源リサイクルの要望から廃プラスチックのリサイクル利用が進んできているが、現状では埋め立てあるいは燃焼処理される廃プラスチックが多い。廃プラスチックの利用方法としては、高炉の羽口に吹き込み、鉄鉱石の還元剤として活用する方法やコークス炉に添加して処理する方法等が最近実施されているが、塩化ビニル樹脂等の含塩素プラスチックからは塩素ガスが発生し、機器・配管を腐食させることがあり、事前に除去する必要がある。塩素分を除去せずに燃料ガスを製造する方法としては、特開平１１−２１６４４５号公報において、廃プラスチックのガス化方法が示されている。この公報においては、気流層のガス化炉の後段に水噴霧およびボイラーを併用したガス冷却装置が示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平１１−２１６４４５号公報で提示した方法による方法では、ガス冷却温度が示されておらず、水噴霧によるガス温度の低下が不十分な場合には熱回収装置で灰の付着が発生するという問題、冷却装置における水噴霧ノズルで二流体ノズルを使った場合に噴霧ガスに用いる窒素ガスが製品ガスに混入し体積当たりのガス発熱量が低下するという問題、冷却装置内のガス流速が速い場合に未反応粒子が気流に同伴されて冷却装置を通り抜け、ガス化効率が低下するという問題、前記未反応粒子が熱回収装置内部に堆積し性能を低下させる等の問題があった。
【０００４】
そこで、本発明は上記問題点を解消し安定した廃プラスチックのガス化炉操業方法および装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、以下の手段を考案した。
【０００６】
（１）廃プラスチック供給設備と、酸素、スチームまたは空気よりなる群から選ばれた少なくとも１種のガスを供給する設備を有する廃プラスチックガス化炉、及び、その後段に熱回収装置を備えた廃プラスチックガス化設備に用いられる、前記ガス化炉から発生するガス化ガスの冷却装置であって、前記ガス化炉直上部にスロートを介して前記ガス化ガスのクエンチ炉を設け、該クエンチ炉に少なくとも１本以上の気水二流体ノズルが設置され、該二流体ノズルの気体側に、前記ガス化ガスを循環可能としていることを特徴とする廃プラスチックガス化ガスの冷却装置。
【０００７】
（２）前記（１）記載の装置を用いて、廃プラスチックを酸素、スチームおよび空気よりなる群から選ばれた少なくとも１種のガスを用いてガス化して得られたガスを、前記二流体ノズルにて水と前記ガス化ガスとを噴霧して冷却することを特徴とする廃プラスチックガス化ガスの冷却方法。
【０００９】
（３） クエンチ炉出口のガス温度を９００℃以下とすることを特徴とする前記（２）に記載の廃プラスチックガス化ガスの冷却方法。
【００１０】
（４） クエンチ炉内部の上向きガス流速を３ｍ／ｓ以下とすることを特徴とする前記（２）又は（３）に記載の廃プラスチックガス化ガスの冷却方法。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１２】
図１は、本発明に係るガス冷却方法を適用した廃プラスチックガス化設備を示し、ガス化炉１に配置したガス化バーナー７から廃プラスチックと、酸素ガス、空気または水蒸気よりなる群から選ばれたの少なくとも１種ガス９とを吹き込んで部分酸化によりガス化ガス１０を発生させ、スロート２を介してクエンチ炉３に導入して冷却し、熱回収装置４へ通すよう形成してある。通常は、酸素ガスまたは空気のいずれかと、水蒸気を併用して用いる。
【００１３】
さらに、クエンチ炉３には少なくとも１本以上の冷却水噴霧ノズル８ａ、または二流体噴霧ノズル８ｂを配置し、水１１ａまたは気水１１ｂを噴霧して廃プラスチックガス化ガス１０の温度を下げるよう構成している。
【００１４】
冷却用に二流体噴霧ノズル８ｂを用いる場合、噴霧ガスとして一般に使用される窒素や空気等のガスを用いても良いが、廃プラスチックガス化ガス１０を循環して用いると、製品ガスの性状に影響を与えずに廃プラスチックガス化ガス１０を冷却することができる。特に廃プラスチックに塩素を含有する場合は、廃プラスチックガス化ガスに含まれる塩素を除去したガスを使用することが、設備の腐食防止の点から好ましい。
【００１５】
また、一般廃棄物プラスチックの灰分の融点は石炭灰等に比べて低いため９００℃超の温度では熱回収装置内で付着を起こす可能性があるので、クエンチ炉出口のガス温度は９００℃以下とすることが好ましい。ＮａＣｌ（融点８００℃）やＫＣｌ（融点７７６℃）等の塩化物も凝固させるため７００℃以下にするのがさらに好ましい。また、クエンチ炉出口のガス温度の下限値は特に規定するものではない。
【００１６】
さらに、クエンチ炉３内部の上向きガス流速を３ｍ／ｓ以下とすることで、スロート２を通過した未反応粒子のうち終末沈降速度が３ｍ／ｓを超える大粒子をクエンチ炉３下部に滞留させることができ、このクエンチ炉３下部に滞留した未反応の大粒子は、ガス化炉１からの高温ガスによりガス化する。これにより、原料中の炭素がガスに転換する割合が高くなり、より多くの製品ガスが得られる。また、未反応の大粒子が後段の熱回収装置４内に堆積して熱交換性能を低下させることを防ぐこともできるため、好ましい。クエンチ炉３内部の上向きガス流速を３ｍ／ｓ以下とする方法として、特に規定するものではないが、例えばクエンチ炉３のガス流通部の断面積を、スロート２の断面積より大きくすることで達成できる。ここで、クエンチ炉３内部の上向きガス流速の下限値は特に規定するものではない。
【００１７】
このようにして生成した冷却されたガス化ガス１２は、熱回収装置４に送られて熱が回収され、ついで熱回収後のガス化ガス１３として系外に排出される。
【００１８】
一方、ガス化炉１内で溶融されたスラグ１４の一部は、スラグタップ６を通して、ガス化炉１の下部に設けられたスラグ冷却水槽５に落下させて冷却し、冷却されたスラグは、ロックホッパ（図示せず）、その他の排出手段を経て系外に排出される。
【００１９】
【実施例】
以下に、図１に示す本発明の冷却装置をガス化設備に適用した例を説明する。
【００２０】
実施例１
ガス化設備の基本仕様・操業条件を表１に示す。この設備に設置したガス冷却装置において、条件を変更して運転した結果の比較を表２に示す。
【００２１】
【表１】
【表２】
比較例の条件１は、クエンチ炉出口温度を７００℃とした運転条件であり、ガスに転換される炭素の量は８５質量％となっている。この時に、熱回収装置内部の灰付着は起こらなかったが、ガス化されなかった炭素からなる未反応粒子の堆積が少し見られた。ただし、ほとんど問題にならない程度であった。
【００２４】
比較例の条件２は冷却装置内の流速を３ｍ／ｓ以下の０．９３ｍ／ｓとした運転条件であり、条件１よりもガスに転換する炭素の量が多く、ガス化の効率がより向上している。また、熱回収装置内部の未反応粒子の堆積は見られなかった。
【００２５】
実施例の条件３は噴霧ガスとして窒素の代わりに製品ガスをリサイクルして用いた運転条件であり、ガス中の窒素が減り、ガスの発熱量がより増加している。
【００２６】
表２に示すように、本発明の方法によれば、廃プラスチックガス化設備の窒素濃度を低減でき、さらにＣ転換率（ガス中炭素質量／原料中炭素質量×１００）を大きく向上させることができる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明の廃プラスチック部分酸化ガス冷却方法は、熱回収装置内部の灰付着ならびに未反応粒子堆積を防止して、高品質のガスを効率よく安定して製造することを可能とするものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明例の廃プラスチックガス化ガス冷却装置を設置したガス化装置概略図。
【符号の説明】
１ ガス化炉、
２ スロート、
３ クエンチ炉、
４ 熱回収装置、
５ 水槽、
６ スラグタップ、
７ ガス化バーナー、
８ 冷却水噴霧ノズル、または二流体噴霧ノズル、
９ 廃プラスチック、酸素ガス（または空気）、水蒸気、
１０ ガス化ガス、
１１ 水、または気水、
１２ 冷却ガス化ガス、
１３ 熱回収後のガス化ガス、
１４ 溶融スラグ。
Claims (4)
- 廃プラスチック供給設備と、酸素、スチームまたは空気よりなる群から選ばれた少なくとも１種のガスを供給する設備とを有する廃プラスチックガス化炉、及び、その後段に熱回収装置を備えた廃プラスチックガス化設備に用いられる、前記ガス化炉から発生するガス化ガスの冷却装置であって、前記ガス化炉直上部にスロートを介して前記ガス化ガスのクエンチ炉を設け、該クエンチ炉に少なくとも１本以上の気水二流体ノズルが設置され、該二流体ノズルの気体側に、前記ガス化ガスを循環可能としていることを特徴とする廃プラスチックガス化ガスの冷却装置。
- 請求項１記載の装置を用いて、廃プラスチックを酸素、スチームおよび空気よりなる群から選ばれた少なくとも１種のガスを用いてガス化して得られたガスを、前記二流体ノズルにて水と前記ガス化ガスとを噴霧して冷却することを特徴とする廃プラスチックガス化ガスの冷却方法。
- クエンチ炉出口のガス温度を９００℃以下とすることを特徴とする請求項２に記載の廃プラスチックガス化ガスの冷却方法。
- クエンチ炉内部の上向きガス流速を３ｍ／ｓ以下とすることを特徴とする請求項２又は３に記載の廃プラスチックガス化ガスの冷却方法。
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