JP4573536B2 - ガス化炉における灰中の重金属低減方法 - Google Patents
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Description
本発明は、下水汚泥等の有機性廃棄物をガス化する工程から発生する灰中のヒ素やセレン（以下、Ａｓ、Ｓｅとする）等の重金属の含有量を少なくするためのガス化炉における灰中の重金属低減方法に関するものである。
現在、下水汚泥等の有機性廃棄物の多くは、焼却処理が行われているのが普通である。また、この焼却処理により発生した焼却灰は、埋立処理するか、あるいはセメント原料や埋め戻し材等に使用されているのが普通である。図４は、このような従来法のフロー図の一例を示すものであり、焼却炉で発生したガスを熱交換した後、ガス冷却し、次いで精密集塵して灰を捕集するとともに、排ガスはガス洗浄した後、煙突から大気中へ放出されている。そして、前記の捕集した灰を埋立処理等している。
しかしながら、下水汚泥等の有機性廃棄物を焼却処理した灰中には、ＡｓやＳｅやＺｎ等の重金属が多く含まれており、特にＡｓやＳｅは他の重金属と比較して溶出しやすい傾向がある。従って、下水汚泥の焼却灰をそのまま埋立処理したり再利用したりすると、ＡｓやＳｅが溶出して問題となる場合があった。
一方、前記の焼却処理にかえ、下水汚泥等の有機性廃棄物をガス化処理してエネルギーの有効利用を図る方法も開発され、実用に供されている（例えば、特許文献１を参照）。しかしながら、この方法によるときも、ガス化する工程から発生する灰中にＡｓやＳｅ等の重金属が含まれるので、同様の問題点があった。
特開平１０−１３２２３７号公報
一方、前記の焼却処理にかえ、下水汚泥等の有機性廃棄物をガス化処理してエネルギーの有効利用を図る方法も開発され、実用に供されている（例えば、特許文献１を参照）。しかしながら、この方法によるときも、ガス化する工程から発生する灰中にＡｓやＳｅ等の重金属が含まれるので、同様の問題点があった。
本発明は上記のような問題点を解決して、下水汚泥等の有機性廃棄物をガス化する工程から発生する灰中のＡｓやＳｅ等の重金属の含有量を少なくすることができて、この灰を埋立処理等してもＡｓやＳｅ等の溶出量を問題にならない程度に抑えることができるガス化炉における灰中の重金属低減方法を提供することを目的として完成されたものである。
上記課題を解決するためになされた本発明のガス化炉における灰中の重金属低減方法は、有機性廃棄物を５００℃以上の還元雰囲気下でガス化処理を行い、発生した高温ガスからサイクロンによりガス中の灰分を捕捉して、ヒ素（Ａｓ）含有量の少ない灰とした後、この灰分を３００℃以上の酸化雰囲気下で燃焼してセレン（Ｓｅ）をガス側へ揮散させセレン（Ｓｅ）含有量の少ない灰とし、一方、サイクロンからの排出ガスを改質炉において１０００℃以上の温度でガス改質後、２００〜２５０℃にガス冷却してガス側に揮散しているヒ素およびセレンの重金属を灰に凝集させ、次いで、このガスに石灰や活性炭からなる重金属溶出防止用の薬剤を噴霧した後、この薬剤とともに重金属が濃縮している灰分を精密集塵して捕集することにより、重金属を含まないクリーンな燃料ガスを取り出すことを特徴とするものである。
なお、有機性廃棄物を乾燥処理した後にガス化処理を行えば、ガス化処理がやりやすくなるので好ましい。
本発明のガス化炉における灰中の重金属低減方法は、５００℃以上の還元雰囲気下でガス化処理を行い、発生した高温ガスからサイクロンによりガス中の灰分を捕捉するようにしたので、Ａｓがガス側に揮散してＡｓ含有量の少ない灰を回収できることとなる。
また、有機性廃棄物を乾燥処理した後にガス化処理を行えば、ガス化処理がやりやすくなるので好ましい。また、サイクロンにより捕捉した灰分を３００℃以上の酸化雰囲気下で燃焼した場合は、更にＳｅ含有量の少ない灰を回収できるので、灰の有効利用を図ることが可能となる。更には、サイクロンからの排出ガスをガス改質後、ガス冷却して重金属を灰に凝集させ、次いでこのガスに重金属溶出防止用の薬剤を噴霧した後、精密集塵して前記薬剤を含んだ灰を捕集した場合は、Ａｓ、Ｓｅ含有量の少ないクリーンなガスとすることができるとともに、回収された灰も薬剤を含んでいてＡｓ、Ｓｅが溶出しにくくなっており、灰の処理処分が容易になる。
また、有機性廃棄物を乾燥処理した後にガス化処理を行えば、ガス化処理がやりやすくなるので好ましい。また、サイクロンにより捕捉した灰分を３００℃以上の酸化雰囲気下で燃焼した場合は、更にＳｅ含有量の少ない灰を回収できるので、灰の有効利用を図ることが可能となる。更には、サイクロンからの排出ガスをガス改質後、ガス冷却して重金属を灰に凝集させ、次いでこのガスに重金属溶出防止用の薬剤を噴霧した後、精密集塵して前記薬剤を含んだ灰を捕集した場合は、Ａｓ、Ｓｅ含有量の少ないクリーンなガスとすることができるとともに、回収された灰も薬剤を含んでいてＡｓ、Ｓｅが溶出しにくくなっており、灰の処理処分が容易になる。
以下に、図面を参照しつつ本発明の好ましい形態を示す。
図面は、本発明に係るガス化炉における灰中の重金属低減方法のフロー図の一例を示すものである。
本発明では、先ず下水脱水汚泥等の有機性廃棄物を乾燥処理した後、有機性廃棄物を加熱・熱分解して可燃ガスとするガス化処理を行う。ガス化処理は、流動層炉やロータリーキルン炉を用い還元雰囲気下で５００〜８００℃の温度範囲内で行う。このガス化処理により、有機性廃棄物は熱分解ガスと液体残査であるタール分と固体残査であるチャー（炭）および灰分とに分解される。
この時、灰分に含まれる重金属であるＡｓはガス側に揮散するので、灰中のＡｓ含有量は著しく少なくなる。これは、還元雰囲気でのＡｓ化合物組成の温度とモル分率の関係を調べた結果、テスト用試料として、［表１］に示す平衡計算の設定条件の場合、図２のグラフに示されるように、還元雰囲気においては、５００℃以上でＡｓが急激にガス組成物となることを確認しており、本発明のガス化処理により、Ａｓがガス側に揮散して灰中のＡｓ含有量を著しく少なくできるのである。又、実験によっても、６００℃、１時間の還元処理を行った所、焼却灰中のＡｓ含有量が処理前に３７．２ｍｇ／ｋｇであったものが、処理後に２．５ｍｇ／ｋｇ未満となった。従って、有機性廃棄物を還元雰囲気下でガス化処理することは灰中のＡｓの低減化に有効な手段となる。
図面は、本発明に係るガス化炉における灰中の重金属低減方法のフロー図の一例を示すものである。
本発明では、先ず下水脱水汚泥等の有機性廃棄物を乾燥処理した後、有機性廃棄物を加熱・熱分解して可燃ガスとするガス化処理を行う。ガス化処理は、流動層炉やロータリーキルン炉を用い還元雰囲気下で５００〜８００℃の温度範囲内で行う。このガス化処理により、有機性廃棄物は熱分解ガスと液体残査であるタール分と固体残査であるチャー（炭）および灰分とに分解される。
この時、灰分に含まれる重金属であるＡｓはガス側に揮散するので、灰中のＡｓ含有量は著しく少なくなる。これは、還元雰囲気でのＡｓ化合物組成の温度とモル分率の関係を調べた結果、テスト用試料として、［表１］に示す平衡計算の設定条件の場合、図２のグラフに示されるように、還元雰囲気においては、５００℃以上でＡｓが急激にガス組成物となることを確認しており、本発明のガス化処理により、Ａｓがガス側に揮散して灰中のＡｓ含有量を著しく少なくできるのである。又、実験によっても、６００℃、１時間の還元処理を行った所、焼却灰中のＡｓ含有量が処理前に３７．２ｍｇ／ｋｇであったものが、処理後に２．５ｍｇ／ｋｇ未満となった。従って、有機性廃棄物を還元雰囲気下でガス化処理することは灰中のＡｓの低減化に有効な手段となる。
次いで、発生した高温ガスからセラミックフィルタあるいはサイクロンによりガス中の灰分を捕捉するが、前述したように、Ａｓはガス側に揮散しているためガス中の灰分にはＡｓの含有量が少なくなっており、Ａｓ含有量の少ない灰が回収されて有効に利用できることとなる。
更に、前記セラミックフィルタあるいはサイクロンにより捕捉した灰分を、酸化雰囲気下で３００℃以上で燃焼すると、Ｓｅがガス側に揮散するので、灰中のＳｅ含有量を少なくすることができる。この燃焼温度は３００℃以上とする。
これは、酸化雰囲気でのＳｅ化合物組成の温度とモル分率の関係を調べた結果、テスト用試料として、［表１］に示す平衡計算の設定条件の場合、図３のグラフに示されるように、酸化雰囲気においては、３００℃以上でＳｅが急激にガス組成物となることを確認しており、本発明の灰酸化処理により、Ｓｅがガス側に揮散して灰中のＳｅ含有量を著しく少なくすることができるのである。又、実験によっても、５００℃、１時間の酸化処理を行った所、焼却灰中のＳｅ含有量が処理前に０．２１ｍｇ／ｋｇであったものが、処理後に０．０２ｍｇ／ｋｇ未満となった。この結果、最終的にはＡｓおよびＳｅ含有量の少ない灰が回収されて有効に利用できるのである。しかも、酸化雰囲気下の燃焼により、未燃カーボンを酸化できるので強熱減量（Ｉｇ．ｌｏｓｓ）の少ない灰とすることができ、有効利用が行いやすくなる。
このように、セラミックフィルタあるいはサイクロンにより捕捉した灰分を酸化雰囲気下で燃焼することは灰中のＳｅの低減化に有効な手段となる。
これは、酸化雰囲気でのＳｅ化合物組成の温度とモル分率の関係を調べた結果、テスト用試料として、［表１］に示す平衡計算の設定条件の場合、図３のグラフに示されるように、酸化雰囲気においては、３００℃以上でＳｅが急激にガス組成物となることを確認しており、本発明の灰酸化処理により、Ｓｅがガス側に揮散して灰中のＳｅ含有量を著しく少なくすることができるのである。又、実験によっても、５００℃、１時間の酸化処理を行った所、焼却灰中のＳｅ含有量が処理前に０．２１ｍｇ／ｋｇであったものが、処理後に０．０２ｍｇ／ｋｇ未満となった。この結果、最終的にはＡｓおよびＳｅ含有量の少ない灰が回収されて有効に利用できるのである。しかも、酸化雰囲気下の燃焼により、未燃カーボンを酸化できるので強熱減量（Ｉｇ．ｌｏｓｓ）の少ない灰とすることができ、有効利用が行いやすくなる。
このように、セラミックフィルタあるいはサイクロンにより捕捉した灰分を酸化雰囲気下で燃焼することは灰中のＳｅの低減化に有効な手段となる。
一方、前記セラミックフィルタあるいはサイクロンから排出したガスは、ガス改質処理を行う。このガス改質処理は、改質炉において１０００℃以上の温度で行うが、前段においてセラミックフィルタあるいはサイクロンにより灰の捕集がされているため、改質炉中への灰の移行が少なくなり、改質炉内における灰の燒結によるトラブルが回避できる。
次いで、ガス改質処理をしたガスを２００〜２５０℃にガス冷却する。このガス冷却処理により、ガス側に揮散しているＡｓおよびＳｅ等の重金属が固体となって、前記サイクロン等では完全に捕捉しきれなかった僅かな灰に凝縮することとなる。その後、このガスを精密集塵して灰を捕集することで、ガス中におけるＡｓおよびＳｅ等の重金属を除去して固形分のないクリーンなガスとし、このクリーンな排ガスをガス精製処理した後、燃料ガスとして取り出して利用に供するのである。
この時、本発明では、前記精密集塵装置の前段で冷却ガスに対して重金属溶出防止用の薬剤を噴霧しておく。即ち、薬剤の噴霧によってＡｓおよびＳｅ等の固体重金属は薬剤とともにガス中のわずかな灰に濃縮されることとなり、固体重金属および薬剤を含んだ灰の形で精密集塵装置により捕集されることとなる。この場合、捕集した灰は薬剤を含んでいるのでＡｓやＳｅ等の固体重金属が溶出しにくく、処理処分が容易となる。更には、薬剤を噴霧添加した灰は凝集効果で灰の粒径が比較的大きくなっているため、精密集塵装置で目詰まりが発生するのを大幅に低減することができる。
なお、前記重金属溶出防止用の薬剤としては、Ｃａと結合してアルカリ塩を形成するものを用いることができ、例えば石灰や活性炭等を用いる。
なお、前記重金属溶出防止用の薬剤としては、Ｃａと結合してアルカリ塩を形成するものを用いることができ、例えば石灰や活性炭等を用いる。
また図１に示すフロー図では、灰酸化処理したときに発生する灰酸化ガスをガス改質炉に投入するようにしている。この場合は、灰酸化ガス側に揮散しているＡｓが、前述のサイクロンからの排出ガスと同様に、薬剤を含んでいてＡｓやＳｅ等の固体重金属が溶出しにくい有効利用性の大きな灰の形で捕集することができる。
以上の説明からも明らかなように、本発明のガス化炉における灰中の重金属低減方法では、有機性廃棄物を５００℃以上の還元雰囲気下でガス化処理を行い、発生した高温ガスからセラミックフィルタあるいはサイクロンによりガス中の灰分を捕捉するようにしたので、Ａｓがガス側に揮散してＡｓ含有量の少ない灰を回収できることとなる。さらには、Ａｓ含有量の少ない灰を３００℃以上の酸化雰囲気で燃焼処理してＳｅ含有量の少ない灰とすることができる。この結果、この灰をそのまま埋立処理したり再利用したりしても、ＡｓやＳｅの溶出量が抑えられて何ら問題となることなく有効に利用することができることとなる。
Claims (2)
- 有機性廃棄物を５００℃以上の還元雰囲気下でガス化処理を行い、発生した高温ガスからサイクロンによりガス中の灰分を捕捉して、ヒ素（Ａｓ）含有量の少ない灰とした後、この灰分を３００℃以上の酸化雰囲気下で燃焼してセレン（Ｓｅ）をガス側へ揮散させセレン（Ｓｅ）含有量の少ない灰とし、一方、サイクロンからの排出ガスを改質炉において１０００℃以上の温度でガス改質後、２００〜２５０℃にガス冷却してガス側に揮散しているヒ素およびセレンの重金属を灰に凝集させ、次いで、このガスに石灰や活性炭からなる重金属溶出防止用の薬剤を噴霧した後、この薬剤とともに重金属が濃縮している灰分を精密集塵して捕集することにより、重金属を含まないクリーンな燃料ガスを取り出すことを特徴とするガス化炉における灰中の重金属低減方法。
- 有機性廃棄物を乾燥処理した後にガス化処理を行う請求項１に記載のガス化炉における灰中の重金属低減方法。
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