JP4196515B2 - 廃棄物ガス化処理方法および装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は低温ガス化炉と高温ガス化炉による廃棄物ガス化処理の方法および装置に係り、特に都市ごみ、下水汚泥、廃プラスチック、廃ＦＲＰ、バイオマス廃棄物、自動車廃棄物、廃油その他の有機性廃棄物をガス化燃焼し、上記の廃棄物中に含まれる金属をリサイクル利用可能な未酸化の状態で排出するとともに、ガス状物から有用ガスに転換してこれを資源化し、同時に、高温ガス化炉からのスラグの排出方法を改善し、効率的かつ経済的な廃棄物処理ができるようにした廃棄物ガス化処理の方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
都市ごみ、下水汚泥、廃プラスチック、廃ＦＲＰ、バイオマス廃棄物、自動車廃棄物、廃油等に代表される有機性廃棄物は、一般的に焼却処理により減容化されるか、あるいは未処理のまま埋立処分されており、これらがリサイクル利用される量は全体からみればごく僅かである。上記の焼却処理においても、これまではストーカ炉や流動層炉が用いられてきたが、燃焼時の空気比が高いため排ガス量が多く、また、炉から排出された金属類は酸化されているためリサイクルには適さなかった。こうした焼却処理設備に灰溶融設備を併設するところも増えつつあるが、装置全体の建設コストや運転コストを押し上げる結果となった。
【０００３】
こうした問題を解決するために発明されたのが特開平７−３３２６１４号で、ここでは有機性廃棄物を流動層ガス化炉へ供給して比較的低温でガス化し、有価金属を取り出すとともに、生成ガスを後段の溶融燃焼炉へ供給して灰の溶解温度以上の高温下で完全燃焼させることにより、灰分を溶融スラグ化することで減容化して埋立可能な安定なスラグにして埋立処分地を延命化したり、土建材としてリサイクルする方法が提示されている。上記の方法は、前段の流動層ガス化炉により廃棄物から未燃チャーを含む可燃性ガスを生成させ、後段の溶融燃焼炉へ供給し、高温下で完全燃焼することにより、ダイオキシン類の完全分解と灰分の溶融スラグ化を期待するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このように、流動層ガス化炉の生成ガスを後段の溶融燃焼炉にて完全燃焼させた場合には、溶融燃焼炉では排ガスの保有する熱の有効利用を図ることができるものの、流動層ガス化炉の生成ガスは多量の資源化できる有用成分を含んでおり、これをＨ_２(水素）、ＣＯ(一酸化炭素）主体の合成ガスに変換して化 学工業用原料としてリサイクルする方法が提唱されている。この場合、排ガスを大気放出するための煙突は一切不要である。これが、いわゆるケミカルリサイクルの考え方である。
【０００５】
このような観点から、低温ガス化炉にて比較的低温で一次ガス化し、得られたガス状物を高温ガス化炉に供給して高温下で二次ガス化し、もってＨ_２(水素）、ＣＯ(一酸化炭素）を主体とする合成ガスに変換することで資源化が図れ るが、高温ガス化炉ではスラグをスラグロックホッパに捕集し系外へ抜き出すたびにスラグ排出系の温度が急上昇・急降下を繰り返すため構造材料が熱疲労を起こしやすく、またスラグロックホッパを脱圧する際に水中に溶存する可燃性ガスや有毒ガスがフラッシュアウトするという問題がある。
【０００６】
本発明は、低温ガス化炉による一次ガス化と高温ガス化炉による二次ガス化を行うに際して、上記の問題点を解決し、設備コストと運転コストの低減を図ることができるとともに、合成ガスを効率的に生成させることのできる廃棄物ガス化処理方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、第１に、流動層を用いた低温ガス化炉に有機性廃棄物を供給して一次ガス化させる低温ガス化工程と、得られたガス状物を高温ガス化炉へ導入することにより前記低温ガス化炉よりも高温下にて二次ガス化する高温ガス化工程と、前記高温ガス化炉で得られた合成ガスをガス洗浄塔で除塵洗浄するガス洗浄工程とを用いて廃棄物をガス化処理するに際し、前記高温ガス化炉の下部に設けられた急冷室とスラグロックホッパとの間に接続されたスラグ排出管内に、前記スラグ排出管と前記急冷室を循環する高圧循環水を強制的に流入させるとともに、高温ガス化炉の下部からスラグロックホッパに排出されるスラグが、上昇する前記強制的に流入させた循環水と向流接触しながら、冷却・分級・排出されるようにしたことを特徴とする廃棄物ガス化処理方法を提供し、第２に、有機性廃棄物を低温にて一次ガス化する低温ガス化炉と、前記低温ガス化炉からのガス状物を高温で二次ガス化する高温ガス化炉と、前記高温ガス化炉からの合成ガスを急冷する急冷室と、前記急冷室の下部にスラグ排出管を介して配設され前記急冷室内のスラグを抜き出すスラグロックホッパと、前記スラグロックホッパ内のスラグを抜き出すスラグポットと、前記スラグポットから排出されたスラグを分離する振動フルイとから構成することを特徴とする廃棄物ガス化処理装置を提供し、さらに第３に、前記ガス洗浄塔から抜き出したスラリー水の少なくとも一部を前記高温ガス化炉急冷室へ再循環して、前記高温ガス化炉からの発生ガス及びスラグの急冷用水として利用することを特徴とする廃棄物ガス化処理方法を提供するものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
有機性廃棄物を低温ガス化炉により比較的低温（５５０〜８５０℃）下にて含酸素ガスと接触させて、熱分解ガス化することにより廃棄物を一次ガス化させ、得られたガス状物と少量の固形物を高温ガス化炉に導入し、ここで高温（１２００〜１６００℃）下にて再度含酸素ガスと接触させることにより二次ガス化させて、合成ガスとしてのＨ_２（水素）、ＣＯ（一酸化炭素）主体の合成ガスを生成することができる。ガス化の圧力は通常常圧〜９０気圧、好ましくは１０〜４０気圧である。この場合、低温ガス化炉を内部循環式流動層炉とすることにより、有機性廃棄物を粗破砕程度の前処理で供給することができ、また、ガス化剤として酸素ガスを使用することにより流動化ガス中の酸素濃度を任意に調節することができる。これによって流動化ガス中の酸素濃度を低くして流動層内容物のアグロメ(塊状化）の発生を防ぐとともに、炉内を還元雰 囲気とすることで、廃棄物中に含まれる金属を未酸化状態で回収することが可能となる。
【０００９】
以下に、本発明の実施形態に係る廃棄物ガス化処理の具体的実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の第１および第２の態様に係わるスラグ排出の方法および装置を示すフロー図である。高温ガス化炉急冷室１１０で水によって冷却破砕されたスラグは、従来の方法では、水と一緒に高温ガス化炉急冷室１１０からその下方に設けられたスラグロックホッパ１１４に抜き出され、その後高温ガス化炉急冷室１１０とスラグロックホッパ１１４との連絡が遮断された後、一旦スラグロックホッパ１１４内に保持されたスラグがスラグサンプ１２４へ一遍に排出されていた。この方式は、スラグをスラグロックホッパ１１４に捕集する際にスラグロックホッパ１１４から高温ガス化炉急冷室１１０へ、スラリー水がスラグ排出管とは別に設けられた循環用の配管（図示せず）を通して、ポンプアップされることによりスラリー水循環流れを形成させる方式であるため、スラグロックホッパ１１４が急激に高温にさらされることになり、装置の構造材が大きな熱衝撃を受ける。このため従来の方法では装置が材質的に高価なものとなることに加えて、操業方式も複雑なものとなっていた。
【００１０】
本発明の方法では、スラグロックホッパ１１４とスラグサンプ１２４との間に従来は存在しなかったスラグポット１１８と振動ふるい１２２とが設けられ、運転時はスラグロックホッパ１１４とスラグポット１１８との連絡が遮断されている代わりに高温ガス化炉急冷室１１０とスラグロックホッパ１１４とは管径の太いスラグ排出管１３６によって結ばれ、この間に設けられたバルブ１１２は開かれていて高温ガス化炉急冷室１１０とスラグロックホッパ１１４とは連通されている。
【００１１】
高温ガス化炉急冷室１１０の高圧熱水がスラグロックホッパ１１４に侵入しないようにするため、スラグ排出管１３６には低速で上昇する低温の高圧循環水が流され、これによりスラグは冷却・分級されながら連続的に高温ガス化炉急冷室１１０からスラグロックホッパ１１４に降下するように工夫されている。すなわち、本発明の方法では、スラグロックホッパ１１４の下にバルブ１１６を介してスラグポット１１８を設置し、スラグを一旦スラグロックホッパ１１４に捕集した後スラグポット１１８へ抜き出すようにしてある。
【００１２】
このようにしてスラグロックホッパ１１４に捕集されたスラグを抜き出す時は、例えば、まずバルブ１３０を閉じて高圧循環水の供給を止め、バルブ１１２を閉じた後にバルブ１２６を開いてスラグロックホッパ１１４を脱圧した後バルブ１２８を開き、次にバルブ１２６を閉じ、バルブ１２８を閉じ、脱圧ラインパージを完了する。その後、バルブ１３２を開き、バルブ１１６を開けた後バルブ１２８を開ける。バルブ１３２からの低圧循環水でスラグロックホッパ１１４の内部洗浄をしながらスラグロックホッパ１１４内のスラグをスラグポット１１８に抜き出した後にバルブ１１６、１２８、１３２を閉じる。バルブ１３２を閉じてからバルブ１３０を開き、系内を高圧循環水で加圧して一旦バルブ１３０を閉じ、バルブ１１２を開き、再びバルブ１３０を開き高圧循環水の供給を始める。こうしてスラグをスラグロックホッパ１１４に捕集することを再開する。このスラグ捕集を行っている間はバルブ１３０を経てスラグ排出管１３６内に少量の低温の高圧循環水を強制的に流入させる。この強制循環水はスラグと向流接触しながら低い流速（例えば０．０１〜０．１ｍ／秒）で上昇し、高温ガス化炉急冷室１１０に入る。このスラグ排出管１３６は、粗大スラグによる閉塞を避けるため管径を従来の約２倍（例えば内径２５０ｍｍ）に十分大きくとってある。
【００１３】
次にゲート１２０を徐々に開いてスラグポット１１８内のスラグを振動ふるい１２２に落下させた後、ゲート１２０を閉めてバルブ１３４を開いて低圧水を補給しスラグポット１１８内の水位を回復し、スラグポット１１８内を常に水でシールするようにする。粗粒のスラグは振動ふるい１２２の篩上として回収され、篩下（微粒スラグを含んだスラリー水）はスラグサンプ１２４に落下する。尚、バルブの開閉によりスラグロックホッパ１１４からスラグポット１１８へ物質移動を行うとき等にスラグロックホッパ１１４内が負圧になり空気が侵入することを防ぐため、図に示す如くスラグロックホッパ１１４とスラグポット１１８の間の排出管に常時窒素ガスが流されている。これにより水の移動による負圧の発生を防止して圧力衝撃を軽減し空気の侵入を防いで、装置が溶存酸素によって腐食されることを防いでいる。
【００１４】
このようにスラグポット１１８を設置しかつ低温の高圧循環水をスラグの流れ方向に対して逆方向に強制循環させることによって高温ガス化炉急冷室１１０からの高温水の侵入を遮断すると共にスラグ粒子の冷却を行い、スラグロックホッパ１１４の温度変動に伴う熱衝撃を防止できる。またスラグロックホッパ１１４の脱圧時の溶存可燃性ガスおよび有毒ガスのフラッシュアウトも避けられる。さらにスラグポット１１８を常に水封しているので系内への空気の吸い込みも防止できる。従来はスラグロックホッパ１１４から抜き出すスラグは直接スラグサンプ１２４に落とし水中コンベアで粗粒スラグを回収していたが、水中コンベアはトラブルが多く維持管理上好ましくない。
【００１５】
本発明の方法によれば、スラグロックホッパ１１４とスラグポット１１８をバルブ１１６で切り離すことによってスラグロックホッパ１１４へスラグを捕集する間にスラグポット１１８から徐々にスラグを排出することが可能になるので、振動ふるい１２２を使用してスラグサンプ１２４の手前で粗粒スラグ（たとえば８００μｍ以上のもの）を回収することができ、水中コンベアを使用する必要がなくなる。
以上述べたような工夫をすることにより、装置がシンプルで安価なものとなったことに加えて、熱衝撃や圧力衝撃の発生を著しく少なくしたので、装置の寿命が大幅に改善される。
【００１６】
図２は、高温ガス化炉とガス洗浄塔の間のスラリ水循環を示すフロー図である。本発明の第３の態様を同図に従って説明する。低温ガス化炉から高温ガス化炉１００に流入するガス状物は高温ガス化炉１００内で部分酸化反応により二次ガス化して、Ｈ_２（水素）、ＣＯ（一酸化炭素）主体の合成ガスを生成し、ガス洗浄塔５１０で洗浄される。高温ガス化炉１００とガス洗浄塔５１０から抜き出されるスラリー水はスラグ回収工程を経て廃水処理工程に送られ、塩化アンモニウムを回収される。この抜き出し量は、物質収支の点では、循環水中の塩化アンモニウム濃度を安価な炭素鋼を使用する上で許容できる程度の濃度例えば５，０００ｐｐｍ〜６，０００ｐｐｍ以下に維持するべく塩化アンモニウムの濃度に見合った量（例えば２０ｍ^３／Ｈ程度）でよい。高温ガス化炉 では１２００〜１６００℃の高温下で反応が行われるので、下降管１１１を通って下降する発生ガスおよびスラグを冷却するため、高温ガス化炉の寸法形状上、大量（例えば７０ｍ^３／Ｈ）の冷却水が必要である。従って従来の方法で は、物質収支上必要な量より余分な水を高温ガス化除塵工程外の低圧系から持ってくる必要があり、熱収支の点でも大量の水を昇圧するための昇圧エネルギーの点でも極めて不経済であった。
【００１７】
これに対し、本発明の方法は、高温ガス化炉１００とガス洗浄塔５１０との間に図２の点線で示すように大量（例えば７０ｍ^３／Ｈ）のスラリー水を循環 させるようにするものである。すなわち、ガス洗浄塔５１０の側底部より抜き出したスラリー水１（７０ｍ^３／Ｈ）は下降管１１１冷却用スラリー水２と急 冷スプレー用スラリー水３として高温ガス化炉１００へ再循環される。高温ガス化炉１００側底部からは、例えば５０ｍ^３／Ｈのスラリー水４が抜き出され てガス洗浄塔５１０へ自圧を利用して循環される。このとき、ガス洗浄塔５１０への補給循環水５とスラグ回収工程に抜き出されるスラリー水６は例えば２０ｍ^３／Ｈでよい。このように、本発明の方法によれば、高温ガス化炉が必要 とする冷却水の大半を循環スラリー水で賄うことができ、冷却水の補給量を大幅に削減することが可能になり、熱収支および昇圧エネルギーを大幅に改善できる。循環スラリー水方式は、スラグ分の少ない有機性廃棄物原料で、２段ガス化方式により高炭素転換率が得られる系、すなわち、高温ガス化炉発生ガスに同伴する未燃炭素やスラグ分の少ない場合に効果的である。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る廃棄物ガス化処理方法によれば、低温ガス化炉による一次ガス化と高温ガス化炉による二次ガス化を行うに際して、高温ガス化炉のスラグ排出系の温度変化による構造材料の熱疲労や脱圧時の溶存可燃性・有毒ガスのフラッシュアウトが防止されると共に粗粒スラグの冷却、分級ができ、廃棄物ガス化処理システム全体の効率と経済性を改善することができ、高温ガス化炉が必要とする冷却水の大半を循環スラリーで賄うことができ、冷却水の補給量を大幅に削減することが可能になり、熱収支および昇圧エネルギーを大幅に改善でき、廃棄物ガス化処理システム全体の効率と経済性を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るスラグ排出方法を示すフロー図である。
【図２】本発明の実施形態に係る高温ガス化炉とガス洗浄塔の間のスラリー水循環を示すフロー図である。
【符号の説明】
１００ 高温ガス化炉
１１０ 高温ガス化炉急冷室
１１１ 下降管
１１２ バルブ
１１４ スラグロックホッパ
１１６ バルブ
１１８ スラグポット
１２０ ゲート
１２２ 振動ふるい
１２４ スラグサンプ
１２６ バルブ
１２８ バルブ
１３０ バルブ
１３２ バルブ
１３４ バルブ
１３６ スラグ排出管
５１０ ガス洗浄塔

Claims (4)

1. 流動層を用いた低温ガス化炉に有機性廃棄物を供給して一次ガス化させる低温ガス化工程と、得られたガス状物を高温ガス化炉へ導入することにより前記低温ガス化炉よりも高温下にて二次ガス化する高温ガス化工程と、前記高温ガス化炉で得られた合成ガスをガス洗浄塔で除塵洗浄するガス洗浄工程とを用いて廃棄物をガス化処理するに際し、前記高温ガス化炉の下部に設けられた急冷室とスラグロックホッパとの間に接続されたスラグ排出管内に、前記スラグ排出管と前記急冷室を循環する高圧循環水を強制的に流入させるとともに、高温ガス化炉の下部からスラグロックホッパに排出されるスラグが、上昇する前記強制的に流入させた循環水と向流接触しながら、冷却・分級・排出されるようにしたことを特徴とする廃棄物ガス化処理方法。
2. 請求項１に記載の方法を実施するための廃棄物ガス化処理装置であって、有機性廃棄物を低温にて一次ガス化する低温ガス化炉と、前記低温ガス化炉からのガス状物を高温で二次ガス化する高温ガス化炉と、前記高温ガス化炉からの合成ガスを急冷する急冷室と、前記急冷室の下部にスラグ排出管を介して配設され前記急冷室内のスラグを抜き出すスラグロックホッパと、前記スラグロックホッパ内のスラグを抜き出すスラグポットと、前記スラグポットから排出されたスラグを分離する振動フルイとから構成することを特徴とする上記の廃棄物ガス化処理装置。
3. 前記ガス洗浄塔から抜き出したスラリー水の少なくとも一部を前記高温ガス化炉急冷室へ再循環して、前記高温ガス化炉からの発生ガス及びスラグの急冷用水として利用することを特徴とする請求項１記載の廃棄物ガス化処理方法。
4. 前記強制的に流入させた循環水が０．０１〜０．１ｍ／秒の流速で前記スラグ排出管内を上昇する請求項１記載の廃棄物ガス化処理方法。

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