JP4309240B2

JP4309240B2 - 廃棄物ガス化燃焼システム

Info

Publication number: JP4309240B2
Application number: JP2003417827A
Authority: JP
Inventors: 大市谷川
Original assignee: 荒島俊郎
Priority date: 2003-12-16
Filing date: 2003-12-16
Publication date: 2009-08-05
Anticipated expiration: 2023-12-16
Also published as: JP2005177540A

Description

本発明は、廃タイヤなどを含む有機質系廃棄物を乾留して分解ガスを発生させ、そのガス中の有効成分を抽出したり、高温の分解ガスを熱源として蒸気加熱や乾燥などを行ったりするための廃棄物ガス化燃焼システムに関する。

近年、産業廃棄物のなかでも使用済みタイヤはその発生量が年率約２０％の割合で増加し、このような廃タイヤなどの廃棄物を安全に処理すると共にその発生した燃焼熱を有効利用できる技術が開発されている。このような有機質を含む廃棄物処理を行うための廃棄物ガス化燃焼システムにおいては、その乾留ガス中に含まれるメタンやエタン等の可燃性ガスや、灯油、軽質油等の油液分を抽出して利用するようにしている。
すなわち、従来の廃棄物ガス化燃焼システムにおいては、乾留塔内にゴムタイヤなどの廃棄物を装入して着火し、廃棄物を酸素不足の状態で加熱する。乾留塔内の廃棄物は熱分解されて一部は低分子化して揮発し、生成する乾留ガスは凝縮器へ導入され、ガス中に含まれる高沸点成分ガスが液化されて抜き出される。例えばこのような油液分の抽出装置などを有する廃棄物ガス化燃焼システムに関連して以下のような技術が知られている。

特許文献１には、廃棄物を加熱することによって分解させる熱分解炉と、この熱分解炉で発生する分解ガスを送ガス管を介して収納し液化させる凝縮器と、この凝縮器で残留する分解ガスを燃焼するガス燃焼装置とからなる廃棄物処理システムにおいて、凝縮器で液化した凝縮液を熱分解炉に戻し廃棄物に散布するようにした廃棄物処理システムが記載されている。

特許文献２には、古タイヤ等のゴム質製品廃材や廃プラスチック材を乾留するにあたり、乾留により生成したガス成分を凝縮器に導入して高沸点成分を液化させると共に、液化した前記高沸点成分の一部を低沸点成分含有ガスに接触させることにより、該低沸点成分含有ガス中の高沸点成分を捕捉し、液体成分の回収率を増大させるようにしたゴム質またはプラスチック質製品廃材の乾留法が記載されている。
特開２００２−１８６９４９号公報特開２０００−２７３４６１号公報

しかしながら、前記特許文献１に記載の分解ガスを液化した凝縮液を熱分解炉に戻して廃棄物に散布するようにした廃棄物処理システムでは、一旦冷却凝縮されて生成された凝縮液が再度熱分解炉に戻されるので、全体の熱効率を低下させるおそれがある上に、凝縮器から排出される排ガス中の可燃性成分が変動しやすくその調整が困難であるため、排ガスを十分有効に燃焼制御させることが難しく運転の制御性に欠けるという課題があった。
また、特許文献２に記載の液化成分を低沸点成分含有ガスに接触させて液体成分の回収率を増大させるようにしたブラスチック質製品廃材の乾留方法では、乾留塔で生成した燃焼ガスが凝縮器で処理された後、バーナーを有した燃焼部で燃焼されるだけなので、乾留塔の燃焼を適正に制御された条件のもとで行うのが困難で、複数の乾留塔や凝縮器、燃焼部からなる廃棄物ガス化燃焼システムを効率的に運営することができないという課題があった。

本発明は前記従来の課題を解決するためになされたもので、生成される燃焼ガス成分の調整や発生ガス量の調整を容易にしてガス燃焼装置の運転制御性に優れ、複数の乾留塔やガス燃焼装置などからなる廃棄物ガス化燃焼システムを効率的に運営することができる廃棄物ガス化燃焼システムを提供することを目的とする。

（１）本発明は前記従来の課題を解決するためになされたもので、タイヤやプラスチック、木材などの有機質系廃棄物を乾留塔に供給して熱分解乾留させて発生する乾留ガスを燃焼させる廃棄物ガス化燃焼システムであって、前記乾留塔から供給される乾留ガスの一部又は全部から油液分を分離回収すると共に油液分回収ガスを排出させる油液分回収装置と、前記油液分回収装置から排出される油液分回収ガス及び前記乾留塔から排出される乾留ガスとの混合ガスを燃焼させるガス燃焼装置と、を備え、前記油液分回収装置から排出される油液分回収ガス（Ａ）及び前記乾留塔から排出される乾留ガス（Ｂ）との混合比率（Ａ／Ｂ）をバルブ操作により調整して、前記油液分回収装置で回収される油液分量及び前記ガス燃焼装置の燃焼効率を適正化させる制御部を有している。

（２）本発明は前記（１）において、前記油液分回収装置が、前記乾留ガスが供給されるタンク部と、前記乾留ガスを分岐して流す乾留ガス流路と、前記乾留ガス流路の周囲に冷却水を循環供給させる冷却水流路と、前記乾留ガス流路下方の前記タンク底部に設けられた回収油液分貯留部と、前記タンク部の下部に設けられ前記乾留ガスから油液分が回収処理された油液分回収ガスを排出する油液分回収ガス排出部と、を有することにも特徴を有している。

（１）本発明の廃棄物ガス化燃焼システムは、乾留塔から供給される乾留ガスの一部又は全部から油液分を分離回収すると共に油液分回収ガスを排出させる油液分回収装置と、前記油液分回収装置から排出される油液分回収ガス及び前記乾留塔から排出される乾留ガスとの混合ガスを燃焼させるガス燃焼装置とを備えているので、混合ガスの制御により乾留塔で生成される燃焼ガス成分の調整や発生ガス量の調整を容易にしてガス燃焼装置の運転制御性に優れ、複数の乾留塔やガス燃焼装置からなる廃棄物ガス化燃焼システムを効率的に運営することができ、生産性や経済性に優れた廃棄物ガス化燃焼システムを提供することができる。

しかも、前記油液分回収装置から排出される油液分回収ガス（Ａ）及び前記乾留塔から排出される乾留ガス（Ｂ）との混合比率（Ａ／Ｂ）をバルブ操作により調整して、前記油液分回収装置で回収される油液分量及び前記ガス燃焼装置の燃焼効率を適正化させる制御部を有するので、バルブ操作だけで、乾留塔に供給される廃棄物の量や種類などに応じて全体システムを効果的にコントロールすることができ、省エネルギー性や生産管理性に優れた廃棄物ガス化燃焼システムとすることができる。

（２）本発明の廃棄物ガス化燃焼システムは前記（１）において、前記油液分回収装置が、前記乾留ガスが供給されるタンク部と、前記乾留ガスを分岐して流す乾留ガス流路と、前記乾留ガス流路の周囲に冷却水を循環供給させる冷却水流路と、前記乾留ガス流路下方の前記タンク底部に設けられた回収油液分貯留部と、前記タンク部の下部に設けられ前記乾留ガスから油液分が回収処理された油液分回収ガスを排出する油液分回収ガス排出部とを有するので、油液分回収装置の内部構造を単純にして、メンテナンスを容易にできると共に、乾留ガス中からの油液分の回収効率に優れた廃棄物ガス化燃焼システムを構築することができる。

以下、本発明の実施の形態に係る廃棄物ガス化燃焼システムについて、図面を参照しながら説明する。
図１は実施の形態に係る廃棄物ガス化燃焼システムの基本構成を示す正面図であり、図２はその平面図であり、図３は油液分回収装置の断面図である。
図１〜図３において、１０は実施の形態の廃棄物ガス化燃焼システム、１１はその上部開口部などから供給されるタイヤやプラスチック、木材などの有機質系廃棄物を熱分解乾留させて乾留ガスを発生させるための略ドーム状に形成された３基の乾留塔、１２は各乾留塔１１の上部に設けられ乾留ガスの一部又は全部を取り出すための上部乾留ガス排出管、１２ａは乾留塔１１の下部側から乾留ガスを取り出すための下部乾留ガス排出管、１３は上部乾留ガス排出管１２にその頂部が接続されて乾留ガスが供給され内部に循環される冷却水により高沸点の油液分を凝縮して油液分を分離回収するための油液分回収装置、１４は油液分回収装置１３の下部側にそれぞれ設けられた分岐回収ガス排出管１４ａ〜１４ｃが連結されて冷却された油液分回収ガスを取り出すため回収ガス排出管、１５は回収ガス排出管１４から供給される油液分回収ガス及び下部乾留ガス排出管１２ａから供給される乾留ガスとが混合された混合ガスを燃焼させるためバーナー１５ａ、１５ｂ、１５ｃを有したガス燃焼装置、１６はガス燃焼装置１５から排出される排ガス中からバグフィルタなどを介して灰などの固形分を除去したり消石灰などの脱硫剤や吸着剤を添加して無害化したりするための排ガス処理装置、１７は誘引ファン（送風器）１７ａなどを備えた煙突部、１８は各油液分回収装置１３の底部に貯留された油液分をそれぞれ貯留するための小油液タンク、１９は小油液タンク１８の油液分を集合保持するための大油液タンクである。

廃棄物ガス化燃焼システム１０は、図示するように廃棄物を熱分解乾留させて乾留ガスを発生させる乾留塔１１と、乾留ガスを冷却凝縮させ油液分を回収して油液分回収ガスを排出する油液分回収装置１３、油液分回収ガスと乾留ガスとを燃焼させるガス燃焼装置１５を主要部として構成される。これによって、廃棄物の可燃分をガス燃焼装置１５で燃焼させてその熱エネルギーを有効に取り出して発電装置や暖房装置、その他の加熱装置の熱源としたり、廃棄物中からＣ重油に類似した成分などを抽出したりしてこれらを有効活用できるようにしたものであり、有機質を含む廃棄物の有効利用性に優れたシステムである。

乾留塔１１は各３基が略一直線状に配列され、それぞれの上部に配置された廃棄物投入部から所定量の廃棄物が投入されるようになっている。これらの乾留塔１１はそれぞれ略円筒状に形成され、その上部の廃棄物投入部にホイストクレーンなどを介して吊り上げられ開口自在に覆設される蓋部１１ａと、その下部壁に図示しない灰出口カバー部を介して開閉自在に配置され底部に堆積した灰を排出するための灰出口と、同灰出口に対向した下部壁に図示しない着火口カバー部を介して開閉自在に設けられ乾留塔１１内部に投入された廃タイヤなどに着火するための着火口と、灰出口の下方に設けられ排出された灰を貯留するための図示しない灰貯留用ピットと、着火口側から灰掻出プレート１１ｂを挿入して内部に堆積した灰を灰出口側に押し出す灰排出装置１１ｃなどを備えている。
灰排出装置１１ｃは各乾留塔１１の着火口の前部を周回又は直線移動するように敷設された軌条１１ｅを介して走行可能に配置され、着火口内に進退自在に挿入される灰掻出プレート１１ｂと同灰掻出プレート１１ｂを駆動させる電動モータや油圧モータなどのシリンダ収縮機構が搭載された台車部１１ｄとを有している。灰掻出プレート１１ｂは、鋳鉄やステンレススチールなどの耐熱金属製であり、堆積した灰との当接面が平板状又は湾曲面状に形成されている。

各３基の油液分回収装置１３はそれぞれ図３の詳細断面図に示すように、乾留塔１１で生成された乾留ガスが上部乾留ガス排出管１２を介して供給されるタンク部１３ａと、タンク部１３ａ内の上下に設けられ乾留ガスを分岐して流すための多数のパイプ配管で形成された乾留ガス流路１３ｂと、乾留ガス流路１３ｂの周囲に冷却水を循環供給させるポンプ部１３ｃを備えた冷却水流路１３ｄと、乾留ガス流路１３ｂ下方のタンク底部に設けられた回収油液分貯留部１３ｅと、タンク部１３ａの下部に設けられ乾留ガスから油液分が回収処理されたメタンなどを含む油液分回収ガスを排出する回収ガス排出管１４が接続される油液分回収ガス排出部１３ｆを備えている。
乾留ガス流路１３ｂは、ステンレススチールやスチール、銅などの金属パイプを複数所定間隔をおいて配列して構成され、そのパイプ周囲に冷却水をポンプ部１３ｃを介して循環させ金属パイプを流れる高温の乾留ガスと熱交換させるようにしている。こうして、冷却された乾留ガス中の高沸点成分が凝縮して、タンク部１３ａの底部に形成された回収油液分貯留部１３ｅに蓄積されるようになっている。
冷却水流路１３ｄにはタンク部１３ａに設けられた冷却水供給部１３ｇから冷却水がポンプ部１３ｃや水道水圧を介して供給され、高温の乾留ガスと熱交換された後、冷却水排出部１３ｈから排出される。この熱交換によって加熱された冷却水は図示しない冷却部で冷却されて冷却水供給部１３ｇに循環供給される。なお、加熱された冷却水を冷却水流路１３ｄに循環供給することなくそのまま系外に排出することもできる。

ガス燃焼装置１５は油液分回収ガス及び乾留ガスを含む混合ガスに燃焼用空気を空気供給ファン１５ｄを介して供給して燃焼させるバーナー１５ａ〜１５ｃを備えた装置である。なお、ガス燃焼装置１５に供給される油液分回収ガスや乾留ガスの流量は、油液分回収ガス排出管１４や上部及び下部乾留ガス排出管１２、１２ａなどのガス流路に設けられた図示しないバルブ部や送風ファンの操作によって調整することができる。また、ガス燃焼装置１５には燃焼温度や燃焼排ガス中のガス成分などを測定する各種の温度センサやガスセンサなどの検知部が設けられ、これによってガス燃焼装置１５内の燃焼状態を取得することができる。こうして、例えば空気供給ファン１５ｄにより供給される燃焼用空気と、前記混合ガスとの空気比などを所定値に設定制御して、廃棄物ガス化燃焼システム１０を適正な燃焼状態に維持させ、その生産性を向上させることができる。

以上のように構成された実施の形態の廃棄物ガス化燃焼システム１０の動作方法について説明する。
まず、乾留塔１１上部の蓋部１１ａを開口して、この廃棄物が投入部から廃タイヤなどの有機質系廃棄物の所定量を投入し、蓋部１１ａを閉止する。次に着火口から種火を入れて着火し、所定量の燃焼用空気を供給しながら加熱して、缶内を所定温度、例えば２００〜３００℃の乾留状態に保持させる。これによって、ポリブタジエンやポリイソプレン等の炭化水素系エラストマーを主成分とするゴム質や、ポリオレフィンや塩化ビニルなどの合成樹脂材などを含む有機質系廃棄物は、メタンやエタン等の可燃性ガスや、灯油、軽質油等の油液分などに分解される。このとき、乾留塔１１内の廃タイヤや廃プラスチック材などの廃材に燃焼用空気を送り込みながら、燃焼用空気の吹込み量を制御することによって加熱温度やガス成分を制御しつつ加熱乾留が行われる。

なお、乾留塔１１内へ装入される廃タイヤや廃プラスチック材は、必要により例えば約５〜１０ｃｍなどのサイズに裁断もしくは破砕して装入するが、回収された有機質系廃棄物そのままの状態で装入するようにしてもよい。加熱乾留に付された廃棄物は、熱分解を受けて低分子量物に変換され、一部はガス化すると共に、残りの成分は炭化物として不燃性のタイヤコードなどと共に乾留塔１１内に灰として堆積され、乾留塔１１の底部から灰排出装置１１ｃの灰掻出プレート１１ｂにより装置外に押し出されて排出される。
一方、可燃性の揮発分などを含む乾留ガスは上部乾留ガス排出管１２や下部乾留ガス排出管１２ａから油液分回収装置１３やガス燃焼装置１５に送られ、油液分回収装置１３に送られた乾留ガスはその冷却水で冷却されることによって高沸点成分が液化される。また、メタンやエタンなどを含む低沸点成分はガス状のまま、回収ガス排出管１４から排出されてガス燃焼装置１５に導入され、下部乾留ガス排出管１２ａを介して乾留塔１１内で発生する乾留ガスと共に混合燃焼される。
この時、油液分回収装置１３から排出される油液分回収ガス（Ａ）と、乾留塔１１から排出される乾留ガス（Ｂ）との混合比率（Ａ／Ｂ）をバルブ操作などにより調整して、乾留塔１１に供給される廃棄物の量や種類などに応じて全体システムを効果的にコントロールできる。こうして、各油液回収装置１３や乾留塔１１から供給される各ガス成分の混合比率などを適正化して省エネルギー性や生産管理性に優れた廃棄物ガス化燃焼システムとすることができる。また、各油液分回収装置１３における冷却水流量などをそれぞれ適宜調整することによって、液体として回収される揮発成分の沸点等を調整することもできる。

以上説明したように実施の形態の廃棄物ガス化燃焼システム１０は、乾留塔１１から供給される乾留ガスの一部又は全部から油液分回収装置１３を用いて油液分を分離回収すると共に、油液分回収ガス及び乾留塔１１から排出される乾留ガスとの混合ガスをガス燃焼装置１５で燃焼させるので、混合ガスや乾留ガス量などの制御により乾留塔１１で生成される燃焼ガス成分の調整や発生ガス量の調整を容易にしてガス燃焼装置１５の運転制御性に優れ、廃棄物ガス化燃焼システムを効率的に運営することができ生産性や経済性に優れている。さらに、油液分回収装置１３が、タンク部１３ａ内で乾留ガスを分岐して流す乾留ガス流路１３ｂ、乾留ガス流路１３ｂの周囲に冷却水を循環供給させる冷却水流路１３ｄ、回収油液分貯留部１３ｅ、油液分回収ガスを排出する油液分回収ガス排出部１３ｆを有するので、油液分回収装置１３の内部構造が単純されてメンテナンスを容易にできると共に、乾留ガス中からの油液分の回収効率にも優れている。

図４は本発明の実施の形態に係る廃棄物ガス化燃焼システムの模式構成図である。
図４において、２１は油液分回収装置１３から排出される油液分回収ガス及び乾留塔１１の下部乾留ガス排出管１２ａから直接排出される乾留ガスとの混合比率や流量をバルブ操作により調整して、油液分回収装置で回収される油液分量及び前記ガス燃焼装置の燃焼効率を適正化させるための制御部、２２はガス燃焼装置１５の燃焼状態を取得するための温度センサやガスセンサなどの検知部、Ｖ１〜Ｖ３は乾留ガスや油液分回収ガスなどのガス通路となる各配管系に設けられたバルブや送風ファンなどの流量制御部である。

制御部２１は廃棄物ガス化燃焼システム１０の動作を制御するコンピュータやシーケンサなどである。乾留塔１１や油液分回収装置１３、ガス燃焼装置１５に設けられた検知部２２などを介して、システムの動作情報が制御部２１に入力され、これらの動作情報及び予めメモリにロードされた動作プログラムに基づいて各流量制御部をコントロールすることができる。これによって、乾留塔１１に装入された有機質系廃棄物を適正にガス化して油液分を抽出したり、その熱エネルギーを有効に取り出したりすることができるようにしている。
検知部２２はガス燃焼装置１５に設けられる他、必要に応じて乾留塔１１や油液分回収装置１３に設けられ、内部を流れるガスの流量や温度、成分比率などのデータを制御部２１に出力することができるようにしている。
流量制御部Ｖ１〜Ｖ３は各配管系に設けられた流量調整バルブや送風ファン、ポンプなどであって、制御部２１から出力される制御信号によって駆動される。すなわち、乾留塔１１の上部乾留ガス排出管１２から油液分回収装置１３に導入される乾留ガスは流量制御部Ｖ１及び排出側の回収ガス排出管１４に設けられた流量制御部Ｖ２のバルブ操作などによりの供給量が調整される。一方、乾留塔１１の下部乾留ガス排出管１２ａに設けられた流量制御部Ｖ３によってガス燃焼装置１５に直接装入される乾留ガスの流量が調整される。これらの流量制御部やガス燃焼装置１５の空気供給ファン１５ｄ、油液分回収装置１３のポンプ部１３ｃにおける各調整操作を、各検知部から取得されるセンサ信号などに基づいて制御部２１を介して行うことによって、混合ガスの混合比率を所定範囲に制御して廃棄物ガス化燃焼システム１０を適正状態に維持させて稼働させることができる。

実施の形態の廃棄物ガス化燃焼システム１０は以上のように構成され、油液分回収装置から排出される油液分回収ガス（Ａ）及び乾留塔から排出される乾留ガス（Ｂ）との混合比率（Ａ／Ｂ）をバルブ操作を制御して、油液分回収装置１３で回収される油液分量及びガス燃焼装置１５の燃焼効率を適正化させる制御部２１を有するので、乾留塔１１に供給される廃棄物の量や種類などに応じて全体システムを効果的にコントロールすることができ、省エネルギー性や生産管理性に優れた燃焼システムとすることができる。

本発明の廃棄物ガス化燃焼システムは、廃タイヤなどを含む有機質系廃棄物を乾留して分解ガスを発生させ、そのガス中の有効成分を抽出したり、高温の分解ガスを熱源として蒸気加熱や乾燥などを行ったりするための廃棄物ガス化燃焼システムに適用することができる。これによって、混合ガスの制御により乾留塔で生成される燃焼ガス成分の調整や発生ガス量の調整を容易にしてガス燃焼装置の運転制御性に優れ、複数の乾留塔やガス燃焼装置からなる廃棄物ガス化燃焼システムを効率的に運営することができる。また、装置構成を単純化でき、耐久性やメンテナンス性、経済性にも優れている。

実施の形態の廃棄物ガス化燃焼システムの正面図である。その平面図である。油液分回収装置の断面図である。実施の形態の廃棄物ガス化燃焼システムの模式構成図である。

１０実施の形態の廃棄物ガス化燃焼システム
１１乾留塔
１１ａ蓋部
１１ｂ灰掻出プレート
１１ｃ灰排出装置
１１ｄ台車部
１１ｅ軌条
１２上部乾留ガス排出管
１２ａ下部乾留ガス排出管
１３油液分回収装置
１３ａタンク部
１３ｂ乾留ガス流路
１３ｃポンプ部
１３ｄ冷却水流路
１３ｅ回収油液分貯留部
１３ｆ油液分回収ガス排出部
１３ｇ冷却水供給部
１３ｈ冷却水排出部
１４回収ガス排出管
１４ａ〜１４ｃ分岐回収ガス排出管
１５ガス燃焼装置
１５ａ〜１５ｃバーナー
１５ｄ空気供給ファン
１６排ガス処理装置
１７煙突部
１７ａ誘引ファン
１８小油液タンク
１９大油液タンク
２１制御部
２２検知部
Ｖ１〜Ｖ３流量制御部

Claims

タイヤやプラスチック、木材などの有機質系廃棄物を乾留塔に供給して熱分解乾留させて発生する乾留ガスを燃焼させる廃棄物ガス化燃焼システムであって、
前記乾留塔から供給される乾留ガスの一部又は全部から油液分を分離回収すると共に油液分回収ガスを排出させる油液分回収装置と、前記油液分回収装置から排出される油液分回収ガス及び前記乾留塔から排出される乾留ガスとの混合ガスを燃焼させるガス燃焼装置と、を備え、
前記油液分回収装置から排出される油液分回収ガス（Ａ）及び前記乾留塔から排出される乾留ガス（Ｂ）との混合比率（Ａ／Ｂ）をバルブ操作により調整して、前記油液分回収装置で回収される油液分量及び前記ガス燃焼装置の燃焼効率を適正化させる制御部を有することを特徴とする廃棄物ガス化燃焼システム。
前記油液分回収装置が、前記乾留ガスが供給されるタンク部と、前記乾留ガスを分岐して流す乾留ガス流路と、前記乾留ガス流路の周囲に冷却水を循環供給させる冷却水流路と、前記乾留ガス流路下方の前記タンク底部に設けられた回収油液分貯留部と、前記タンク部の下部に設けられ前記乾留ガスから油液分が回収処理された油液分回収ガスを排出する油液分回収ガス排出部と、を有することを特徴とする請求項１記載の廃棄物ガス化燃焼システム。