JP4764095B2 - Purification method of gasification gas - Google Patents
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Description
本発明は、廃タイヤ、廃プラスチック等の可燃性廃棄物を熱分解して得られた熱分解ガスを精製して燃料ガスとする方法に関する。 The present invention relates to tires, a method of combustible wastes such as waste plastics was purified pyrolysis gas obtained by thermal decomposition as fuel gas.
廃棄物の処理方法としては、焼却処分あるいは埋め立て処分が一般的であるが、近年、廃棄物の持つエネルギーを有効利用するために、廃棄物を熱分解して可燃性ガス、タール・軽油、飛散チャーを含有する熱分解ガスを得て、この熱分解ガスを精製して燃料ガスとして利用する方法が実施されている。 In general, incineration or landfill disposal methods are generally used for waste treatment. However, in order to effectively use the energy of waste in recent years, the waste is thermally decomposed to combustible gas, tar / light oil, and scattering. A method of obtaining a pyrolysis gas containing char, purifying the pyrolysis gas and using it as a fuel gas has been implemented.
例えば、特許文献1には、シュレッダーダスト等の銅含有有機性廃棄物を乾留処理(熱分解)して得られた乾留ガス(熱分解ガス)とコークス炉ガスを混合し、この混合ガスを精製し、燃料ガスとして利用する方法が開示されている。しかし、この方法を廃プラスチック等の揮発分リッチな廃棄物の処理に適用した場合、ガス中タールがガス冷却時に析出・固化し、ワックス化してコークス炉ガス精製設備等の配管中に付着・閉塞することで長期運転の阻害要因となっていた。 For example, in Patent Document 1, a carbonization gas (pyrolysis gas) obtained by dry distillation (pyrolysis) of copper-containing organic waste such as shredder dust is mixed with a coke oven gas, and the mixed gas is purified. And the method of utilizing as fuel gas is disclosed. However, when this method is applied to the treatment of wastes rich in volatile matter such as waste plastics, tar in the gas precipitates and solidifies during gas cooling and becomes wax to adhere and block in pipes of coke oven gas refining equipment etc. This was an obstacle to long-term driving.
そのため、ガスを水等で洗浄しタールを除去することが一般的に行われているが、特許文献1に記載のように、製鉄所の安水で洗浄し、その排水を製鉄所の安水処理設備(活性汚泥法)で処理する場合、排水中に含まれる重金属分、有害な有機化合物等の影響で活性汚泥の活性が阻害される場合があった。 For this reason, it is common practice to wash the gas with water or the like to remove tar, but as described in Patent Document 1, the gas is washed with the waterworks of the steelworks, and the drainage is discharged to the waterworks of the steelworks. In the case of treatment with a treatment facility (activated sludge method), the activity of activated sludge may be hindered by the influence of heavy metals contained in waste water, harmful organic compounds, and the like.
これに対して、有機性廃棄物をガス化後、酸素及び水蒸気と反応させて、改質反応により、ガス中タールや軽油を低減させる方法もある。この場合、改質温度を1000℃程度以上にすると、ガス中に含まれるタール、軽油のほとんどは分解されるが、ガス中に微量ながら残ることがある。そして、改質されたガスにはタールが分解して精製したカーボン(チャー)が含有され、また、廃棄物に含まれる塩素分は塩化水素ガスとしてガス中に揮発する。この塩素分は、ガス利用先において腐食を発生させる原因となる。 On the other hand, there is a method in which organic waste is gasified and then reacted with oxygen and water vapor to reduce tar and light oil in the gas by a reforming reaction. In this case, when the reforming temperature is about 1000 ° C. or more, most of tar and light oil contained in the gas are decomposed, but may remain in the gas in a small amount. The reformed gas contains carbon (char) purified by decomposition of tar, and chlorine contained in the waste is volatilized in the gas as hydrogen chloride gas. This chlorine content causes corrosion at the gas use destination.
したがって、従来、特許文献2、3に記載のようにガス化ガスをコークス炉ガスラインや高炉ガスラインに合流させる技術はあるが、揮発分リッチな廃棄物のガス化ガスを利用する場合には塩素による輸送設備、利用先での設備トラブルが発生するおそれがある。
Therefore, conventionally, as described in
これに対して、特許文献4には、高温改質によってタール、軽油を改質ガスに変換した後、この改質ガスを冷却し、ダスト分離、塩素除去した後にコークス炉ガスラインに導入しコークス炉ガスと混合して利用する技術が開示されている。 On the other hand, in Patent Document 4, after tar and light oil are converted to reformed gas by high-temperature reforming, the reformed gas is cooled, dust is separated, chlorine is removed, and then introduced into the coke oven gas line. A technique to be used by mixing with furnace gas is disclosed.
しかし、特許文献4の技術において、ガスの冷却やダスト除去に水スクラバーを、また塩素除去にアルカリスクラバーを用いた場合、その排水の処理が必要となる、また、分離されたダスト(捕捉物)は塩素分を含有し、さらにはダイオキシン類を含む可能性があるため、これを廃棄物処理設備外にて製品として利用することは環境に対する影響を抑えるという意味で難しい。したがって、分離されたダストは外部に出さないように処理をするか、ダイオキシン類の分解が必要になる。
本発明が解決しようとする課題は、廃タイヤ、廃プラスチック等の高カロリーかつ揮発分リッチな廃棄物をガス化処理し、高カロリーガスを得る場合に、ガスに含まれる、チャー、タール、軽油、塩素分、ダイオキシン類等の不純物を適切に除去できるようにすることにある。 The problem to be solved by the present invention is that when high-calorie and volatile-rich waste such as waste tire and waste plastic is gasified to obtain high-calorie gas, char, tar, light oil contained in the gas It is to be able to appropriately remove impurities such as chlorine and dioxins.
他の課題は、熱分解によって発生するチャーやタール等の持つ熱量を有効利用すると共に、チャー、タールに含まれるダイオキシン類による環境汚染を防止することにある。 Another problem is to effectively use the amount of heat of char and tar generated by thermal decomposition and to prevent environmental pollution caused by dioxins contained in char and tar.
本発明に係るガス化ガスの精製方法は、可燃性廃棄物を熱分解炉でガス化させ、燃料ガスを得るガス化ガスの精製方法において、熱分解炉で生成した熱分解ガスを、改質炉で酸素及び水蒸気と反応させて1000℃以上に昇温し、ガスに含まれるタール及び軽油を改質によりガス及びチャーに変換し、この改質ガスを第1のガス冷却器に導入し、水噴霧又は液中燃焼によりガス温度を断熱飽和温度以下の90〜70℃に冷却してガス中のチャー主体のダスト及び残存するタール、軽油を水側に捕捉物として捕捉し、ガス中のダイオキシン類濃度を0.1ng−TEQ/m 3 N(酸素濃度12%換算値)以下とした後に、製鉄所に既存のコークス炉ガスライン又は高炉ガスラインに合流させ、コークス炉ガス又は高炉ガスと混合して利用すると共に、第1のガス冷却器の排水から前記捕捉物を分離し、熱分解炉に戻して再度熱分解してガス化させる、又は、熱分解炉に熱源を供給するための燃料として利用し、さらに、ガス精製工程で発生する排水の一部又は全てを熱分解炉若しくは熱分解炉に熱を供給する燃焼炉、又はその燃焼炉排ガスを完全燃焼させる2次燃焼炉に噴霧して乾燥・焼却処理し、焼却処理後の残余分、又は全量については、(1)固形物、タール及び軽油の加圧浮上による分離、又は比重差による分離、(2)排水を冷却後、水層にアルカリを加え、pH9.5以上12以下に調整して、排水に含まれる金属を凝集沈殿させることによる分離、(3)アンモニアストリッピングによる窒素、アンモニアの除去、
のいずれか又はすべてを事前処理として実施し水中のダイオキシン濃度を10pg−TEQ/L以下とした上で、製鉄所に既存の安水活性汚泥処理に合流させることを特徴とするものである。
A gasification gas purification method according to the present invention is a gasification gas purification method in which combustible waste is gasified in a pyrolysis furnace to obtain fuel gas. In the gasification gas purification method, the pyrolysis gas generated in the pyrolysis furnace is reformed. React with oxygen and water vapor in a furnace to raise the temperature to 1000 ° C. or more, convert tar and light oil contained in the gas into gas and char by reforming, introduce this reformed gas into the first gas cooler, Dioxin in the gas is obtained by cooling the gas temperature to 90 to 70 ° C. below the adiabatic saturation temperature by water spraying or in-liquid combustion to capture the char-based dust in the gas and the remaining tar and light oil as traps on the water side. After reducing the concentration to 0.1 ng-TEQ / m 3 N (
Any one or all of the above are implemented as a pretreatment, and the dioxin concentration in water is set to 10 pg-TEQ / L or less, and then the steelworks is combined with the existing water-reduced activated sludge treatment.
本発明においては、第1のガス冷却器の水相にHCl、H2S等の酸性ガスを吸収させてガス側の酸性ガスを除去すると共に、水相に、NaOH、安水(NH3)等の水溶液を中和剤として注入して、そのpHを5〜9の範囲に調整することができる。 In the present invention, the aqueous phase of the first gas cooler absorbs acidic gas such as HCl and H 2 S to remove the acidic gas on the gas side, and the aqueous phase contains NaOH, water (NH 3 ). The pH can be adjusted in the range of 5-9 by injecting an aqueous solution such as a neutralizing agent.
また、第1のガス冷却器の後流側に設けた電気集塵機にガスを導入し、ガス中に残留するダスト、ミスト状の水及び油を捕捉してガスを精製すると共に、この捕捉物を第1のガス冷却器の捕捉物と混合し、熱分解炉に戻して再度熱分解してガス化させる、又は、熱分解炉に熱源を供給するために燃料として利用することもできる。 In addition, gas is introduced into an electric dust collector provided on the downstream side of the first gas cooler, dust and mist water and oil remaining in the gas are captured to purify the gas, It can be mixed with the trapped material of the first gas cooler and returned to the pyrolysis furnace to be pyrolyzed again for gasification, or used as a fuel for supplying a heat source to the pyrolysis furnace.
また、第1のガス冷却器の後流側に設けた第2のガス冷却器にガスを導入し、冷却水と熱交換させることによりガス温度を40℃以下として含有する水蒸気を凝縮させることもできる。 In addition, it is possible to condense the water vapor contained at a gas temperature of 40 ° C. or less by introducing gas into the second gas cooler provided on the downstream side of the first gas cooler and exchanging heat with the cooling water. it can.
また、第2のガス冷却器から出たガスを、ブロア昇圧又は間接加熱器により加熱してガス中の水分をミスト気化した後に集塵機構に導入し、微細な粒子状物質を除去することもできる。 In addition, the gas discharged from the second gas cooler can be heated by a blower pressurization or an indirect heater to vaporize moisture in the gas and then introduced into the dust collecting mechanism to remove fine particulate matter. .
また、集塵機構の後流側において、活性炭として活性コークス又は粒状活性炭を充填した活性炭充填層若しくは活性炭移動層にガスを通し、ガス中のダイオキシン類等の微量有機ハロゲン化合物を吸着により、除去・低減することもできる。 Also, on the downstream side of the dust collection mechanism, gas is passed through an activated carbon packed bed or activated carbon moving bed filled with activated coke or granular activated carbon as activated carbon, and trace organic halogen compounds such as dioxins in the gas are removed and reduced by adsorption. You can also
また、第1のガス冷却器の補給水として、製鉄所に既存のコークス炉で副生する安水を使用することもできる。 In addition, as the supplementary water for the first gas cooler, it is also possible to use the safety water produced as a by-product in an existing coke oven at an ironworks.
そして、以上のガス化ガスの精製方法により、ガス化ガス中のダイオキシン類濃度を0.1ng−TEQ/m3N(酸素濃度12%換算値)以下とした後に、製鉄所に既存のコークス炉ガスライン又は高炉ガスラインに合流させ、コークス炉ガス又は高炉ガスと混合して利用する。コークス炉ガスラインに合流させる場合、ガス化ガスをコークス炉に付随するドライメーンでコークス炉ガスラインに合流させることが好ましい。
And after making the dioxin density | concentration in gasification gas below 0.1ng-TEQ / m < 3 > N (
本発明によれば、揮発分リッチな廃棄物をガス化処理する場合であっても、熱分解によって得られた熱分解ガス中のチャー、タール、軽油、H2S、HCl、HCN、塩素分、ダイオキシン類等のガス利用時に障害となる不純物含有量を十分に低減することができる。 According to the present invention, even when gasifying volatile-rich waste, char, tar, light oil, H 2 S, HCl, HCN, chlorine content in the pyrolysis gas obtained by pyrolysis is obtained. In addition, it is possible to sufficiently reduce the impurity content which becomes an obstacle when using gas such as dioxins.
また、第1のガス冷却器に捕捉され排水から分離されたチャー、タール、軽油等の捕捉物を熱分解炉に戻して再度熱分解してガス化させる、又は、熱分解炉に熱源を供給する燃料として利用することで、熱分解によって発生するチャーやタール等の持つ熱量を有効利用できると共に、チャー、タールに含まれる重金属類、ダイオキシン類等の有機ハロゲン化合物による環境汚染を防止することができる。 In addition, the captured matter such as char, tar, light oil, etc., captured by the first gas cooler and separated from the waste water is returned to the pyrolysis furnace and pyrolyzed again to be gasified, or a heat source is supplied to the pyrolysis furnace. By using it as a fuel, it is possible to effectively use the amount of heat of char, tar, etc. generated by pyrolysis, and to prevent environmental pollution by organic halogen compounds such as heavy metals and dioxins contained in char, tar. it can.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明に係るガス化ガスの精製装置を示す構成図である。 FIG. 1 is a configuration diagram showing a gasification gas purification apparatus according to the present invention.
まず、ガス化プロセスと燃焼排ガス処理プロセスについて説明する。図1に示す装置では、廃タイヤ、廃プラスチック等の揮発分リッチな可燃性廃棄物を対象にガス化する。対象物は、熱分解炉2の滞留時間内で熱分解ガス化が完了するように、破砕機1により事前に一定の大きさ以下まで破砕した後に熱分解炉2に投入する。その際、対象と炉形式の組み合わせによっては、金属、不燃物等の処理不適物が含まれる場合があり、そのときは磁力選別、風力選別、手選別等により処理不適物を除去する。
First, a gasification process and a combustion exhaust gas treatment process will be described. In the apparatus shown in FIG. 1, combustible waste rich in volatile matter such as waste tires and waste plastics is gasified. The target object is crushed to a certain size or less in advance by the crusher 1 so that the pyrolysis gasification is completed within the residence time of the
熱分解炉2に投入された廃棄物は外部燃料を燃焼して得た熱、若しくは廃棄物を部分燃焼して自身の持つエネルギーを消費して得た熱によって熱分解温度まで加熱し、熱分解ガスを発生させる。炉形式としては、実施例ではロータリーキルンを利用しているが、そのほか、シャフト炉、流動層炉等が利用可能である。即ち、外熱式キルンや2塔流動層炉のように外部間接加熱で熱分解ガス化する方式、あるいは、シャフト炉、流動層炉のように廃棄物を部分燃焼させて熱分解する部分燃焼方式が利用可能である。
The waste put into the
また、必要に応じて廃棄物の事前処理、熱分解ガスの精製工程等で発生する排水を熱分解炉2又は熱分解炉2に熱を供給する燃焼炉16に噴霧して乾燥・焼却処理することもできる。
In addition, if necessary, wastewater generated in the pretreatment of waste, the purification process of pyrolysis gas, and the like is sprayed on the
外部間接加熱にてガス化する場合には、熱分解ガス側に、熱源を得るための燃焼排ガスが混入しないため、熱分解ガスの発熱量、有用成分の濃度を高く維持することができ、ガスとしての価値は高くできるが、熱源を得るための燃焼排ガスが別系統で発生するため、図1に示すとおり別系統の排ガス処理が必要となる。 In the case of gasification by external indirect heating, combustion exhaust gas for obtaining a heat source is not mixed on the pyrolysis gas side, so that the calorific value of the pyrolysis gas and the concentration of useful components can be kept high. However, since combustion exhaust gas for obtaining a heat source is generated in a separate system, a separate exhaust gas treatment is required as shown in FIG.
別系統の排ガスの処理方法としては、必要に応じて2次燃焼炉3を設け、温度と滞留時間を所定値以上に確保してダイオキシン類や他の未燃分を完全分解する。また、この2次燃焼炉3では、廃棄物の事前処理や熱分解ガスの精製工程等で発生する排水を噴霧して乾燥・焼却処理することもできる。2次燃焼炉3としては、鋼板製若しくは伝熱管によって炉殻を構成し、内面に耐火物を内張りすることが多い。ダイオキシン類の分解を促進するために2次燃焼炉3内の温度は一定レベル(850℃、好ましくは900℃以上)に維持される。2次燃焼炉3内の温度は炉内に設けられた温度計の温度指示値がある目標値になるように燃焼空気量、若しくは希釈空気量を調整することで維持される。 As a method for treating exhaust gas of another system, a secondary combustion furnace 3 is provided as necessary, and the temperature and residence time are ensured to a predetermined value or more to completely decompose dioxins and other unburned components. In the secondary combustion furnace 3, wastewater generated in the pretreatment of waste, the purification process of pyrolysis gas, or the like can be sprayed and dried and incinerated. As the secondary combustion furnace 3, a furnace shell is often made of a steel plate or a heat transfer tube, and a refractory is lined on the inner surface. In order to promote the decomposition of dioxins, the temperature in the secondary combustion furnace 3 is maintained at a constant level (850 ° C., preferably 900 ° C. or more). The temperature in the secondary combustion furnace 3 is maintained by adjusting the amount of combustion air or dilution air so that the temperature indication value of a thermometer provided in the furnace becomes a certain target value.
2次燃焼炉3にて完全燃焼されたガスは熱交換機4に導入し、廃熱を回収する。熱交換機4としてはボイラ、温水発生器、空気予熱器等が該当する。 The gas completely burned in the secondary combustion furnace 3 is introduced into the heat exchanger 4 to recover waste heat. Examples of the heat exchanger 4 include a boiler, a hot water generator, an air preheater, and the like.
ボイラにて廃熱回収した場合、得られた蒸気はタービンを駆動して電力に変換することができ、また、熱分解炉2内の攪拌ガス、後述する改質炉13での改質反応ための水蒸気源として利用することができる。ボイラは自然循環式の水管ボイラでボイラ壁も伝熱面とし熱回収効率の向上を図る。尚、処理対象物が塩素及び硫黄を含有する廃棄物である場合、廃棄物に含まれる塩素分、アルカリ金属類の影響で灰の融点が低くなる傾向がある。そのため、内部の伝熱管にダストが付着して伝熱効率が低下するあるいはボイラが閉塞する可能性がある。そこで、付着を防止するために、蒸気駆動式のスートブロアを設けることが多い。
When the waste heat is recovered by the boiler, the obtained steam can be converted into electric power by driving the turbine, and because of the reforming reaction in the stirring gas in the
一方、温水発生器にて廃熱回収した場合には近隣の設備での余熱利用が可能となる。また、空気予熱器にて廃熱回収した場合には加熱された空気は熱分解炉2における熱分解用燃焼空気、燃焼炉16の燃焼空気等に利用することができる。
On the other hand, when waste heat is recovered with a hot water generator, residual heat can be used in nearby facilities. Further, when waste heat is recovered by the air preheater, the heated air can be used as combustion air for pyrolysis in the
熱回収された排ガスは排ガス減温塔5にて水噴霧され、後流に設置される除塵機6(バグフィルター、電気集塵機等)にて除塵が可能となる温度(200℃以下)までガス温度を低減される。除塵機6にバグフィルターを用いる場合には、ガス中に含まれる塩化水素ガス、ダイオキシンを吸着するために、除塵機6入り側において吹込装置7にて消石灰や活性炭を吹き込むことができる。
The heat-recovered exhaust gas is sprayed with water in the exhaust gas temperature-decreasing tower 5, and the gas temperature reaches a temperature (200 ° C. or less) at which dust can be removed by a dust remover 6 (bag filter, electrostatic precipitator, etc.) installed downstream. Is reduced. When a bag filter is used for the
排ガスは誘引通風機8によって吸引されているが、誘引通風機8は一般的に、除塵機6出側に設置される。これにより、誘引通風機8のインペラーにダスト付着して重量バランスが崩れる等のダストトラブルを防ぐことができる。
Although the exhaust gas is sucked by the
誘引通風機8にて昇圧されたガスは、必要に応じて、排ガス再加熱器9(蒸気式間接化熱方式、外部燃料追い焚き方式等)にて180℃〜250℃に加熱されたのち触媒反応層あるいは活性炭充填層10に通ガスされ、ガス中のダイオキシン類、NOxが分解、吸着される。触媒にてNOxを分解する際には触媒の上流側にアンモニアを吹き込むことで高いNOx分解性能が得られる。
The gas pressurized by the
除塵機6、触媒等でガス処理された排ガスは煙突11から大気に放散される。煙突11では排ガス分析計を設置して排ガス中のNOx、SOx、HCl等、大気汚染物質の排出量を監視しており、排出量の増減に応じて消石灰、アンモニア等の薬剤を増減させ、排ガス中大気汚染物質の排出量を規定値以下に抑えることができる。
The exhaust gas gas-treated by the
2次燃焼炉3、熱交換機4、排ガス減温塔5、除塵機6からは廃棄物由来のダストが捕集される。捕集されたダストは集められ、灰処理設備12にて薬剤(キレート)と混合し、重金属等有害物質の溶出を防止する措置をした後に最終処分場に処分する等、廃棄物として処理される。また、飛灰中の鉛、亜鉛等の重金属濃度が高い場合には、重金属を抽出・濃縮し、リサイクルすることも可能である。
Waste-derived dust is collected from the secondary combustion furnace 3, the heat exchanger 4, the exhaust gas temperature reducing tower 5, and the
次に、ガス化プロセスにより生成した熱分解ガスの精製プロセスについて説明する。上述のとおり、図1に示す装置では、廃タイヤ、廃プラスチック等の揮発分リッチな廃棄物を熱分解炉2でガス化する。図1に示す熱分解炉2は間接加熱方式の乾留キルンであって、無酸素状態で熱分解ガス化する。熱分解生成物としては、常温に冷却すると凝縮する液成分と常温でもガス体のガス成分及び熱分解残渣としての固体成分がある。乾留キルンの場合、ガス成分は、可燃性のH2、CO、CH4を主成分とし、そのほか、可燃性のC2〜C4の炭化水素ガス、不燃性のCO2、N2が含まれる。また、液成分は、油成分及び凝縮水がある。油は重質分(タール)から軽質分(軽油)まで分布があり、凝縮水にはHClやH2Sといった酸性成分及びNH3が含まれる。固体成分は、有機物が炭化して固定炭素主体物になったカーボン残渣(チャー)と無機成分主体の不燃残渣がある。
Next, a purification process of the pyrolysis gas generated by the gasification process will be described. As described above, in the apparatus shown in FIG. 1, wastes rich in volatile components such as waste tires and waste plastics are gasified in the
廃プラスチック等の揮発分リッチな可燃性廃棄物は、低温域で熱分解するため、熱分解生成物はタール、軽油といった油成分が多く、ガス成分は多くない。このような場合、油成分をガスに転換してガス収率を上げる目的で改質炉13を設ける。改質炉13では、純酸素をノズルを介して高流速で導入し、可燃成分を部分的に燃焼することによる発生熱で温度上昇させ、油成分を熱分解させることによりガスとチャーに転換させる。また、その際、導入酸素に水蒸気を混合することで、水性ガス化反応によるチャー生成抑制とガス化率向上、炉内攪拌強化、反応温度の均一化を図る。
Since combustible waste rich in volatile content such as waste plastic is thermally decomposed in a low temperature range, the pyrolysis product has many oil components such as tar and light oil, and not many gas components. In such a case, the reforming
改質温度は概ね1000〜1400℃、望ましくは1000〜1200℃の範囲であり、炉出口のガス温度を測定し、その温度が目標値となるように酸素、水蒸気の量を調整する。この改質によりタール、軽油は、CO、CO2、H2、CH4、H2O等のガスとチャー(スス)に転換される。改質温度を高く設定すると改質効率が上がり、タール、軽油の含有量を低減でき、さらにはダイオキシン類等の微量の有機ハロゲン化合物も低減できるが、同時にメタン、エタン、プロパン等の炭化水素ガスも分解して、CO、H2となるため、ガスカロリーは低下しガスボリュームが増加する。 The reforming temperature is generally in the range of 1000 to 1400 ° C., preferably 1000 to 1200 ° C. The gas temperature at the furnace outlet is measured, and the amounts of oxygen and water vapor are adjusted so that the temperature becomes a target value. By this reforming, tar and light oil are converted to gas such as CO, CO 2 , H 2 , CH 4 , H 2 O, and char (soot). Setting a high reforming temperature increases the reforming efficiency, reduces tar and light oil content, and also reduces trace amounts of organic halogen compounds such as dioxins, but at the same time, hydrocarbon gases such as methane, ethane, and propane Is also decomposed into CO and H 2 , so that the gas calorie decreases and the gas volume increases.
また、熱効率の観点から、改質に使用する水蒸気は上述の熱交換機4(ボイラ)での熱回収によって得られた水蒸気であることが望ましく、蒸気の温度は高い方が良い(200℃以上、好ましくは400℃以上)。但し、高すぎる場合には、ボイラ伝熱管にて腐食が発生するため、蒸気温度は400〜450℃程度が適している。尚、蒸気の製造に外部燃料を用いる場合にはこの限りではない。 Further, from the viewpoint of thermal efficiency, the steam used for reforming is desirably steam obtained by heat recovery in the heat exchanger 4 (boiler) described above, and the steam temperature is preferably higher (200 ° C. or higher, Preferably 400 ° C. or higher). However, when the temperature is too high, corrosion occurs in the boiler heat transfer tube, so that the steam temperature is preferably about 400 to 450 ° C. However, this is not the case when external fuel is used for the production of steam.
高温の改質ガスは、プレクーラ14(第1のガス冷却器)内で水噴霧することによって急冷する。改質ガスはガス温度が高く、水分不飽和であるため、噴霧された水は瞬時に気化し、水1kg当たり640kcalの蒸発潜熱を奪う。その結果、ガスは急速冷却され、断熱飽和温度を僅かに下回る温度(70〜90℃)まで冷却される。ガス温度低下に伴い、沸点が高いタールは凝縮し、水噴霧により、微細なチャー主体のダスト(以下単にチャーという)は水滴に捕捉される。その結果、未蒸発の噴霧水と共に、チャー、タールはプレクーラ14底部に溜まり、タールデカンタ15(分離装置)に流出する。捕集されたタールは、水温によって性状が変化する。即ち、温度が高いとタールが重質になり、低ければ軽質になる。タールは冷えると粘度が上昇・硬化してハンドリングが困難になり、タールと水の比重も温度の影響を受ける。通常、経験的には冷却温度を80〜85℃に調整し、適宜スチームトレース等により保温して温度維持するのが良い。尚、プレクーラ14では水噴霧ではなく液中燃焼によって改質ガスを急冷しても良い。
The hot reformed gas is rapidly cooled by spraying water in the precooler 14 (first gas cooler). Since the reformed gas has a high gas temperature and is unsaturated in water, the sprayed water is instantly vaporized and loses 640 kcal of latent heat of evaporation per kg of water. As a result, the gas is rapidly cooled and cooled to a temperature (70-90 ° C.) slightly below the adiabatic saturation temperature. As the gas temperature decreases, tar having a high boiling point is condensed, and fine char-based dust (hereinafter simply referred to as char) is trapped in water droplets by water spray. As a result, the char and tar are collected at the bottom of the
熱分解ガスには、HCl(塩化水素)、H2S(硫化水素)、HCN(青酸)等の酸性ガス及びNH3(アンモニア)、アルカリ塩ダスト、水溶性有機分が含まれ、これらは水中に溶解し、通常、水は、HClによって酸性を示す。設備の酸腐食を防止するために、プレクーラ14の噴霧水(補給水)にはアルカリを添加してpH調整し、濃縮を避けるために適正にブローして希釈する。アルカリとしては、苛性ソーダ、水酸化マグネシウム、消石灰乳、アンモニア水等が用いられ、アルカリ添加量を適切に調整するために、循環水のpHを測定し、pHが目標値(好ましくは5以上9以下)となるよう管理している。また、設備の近傍にコークス炉がある場合には、噴霧水としてコークス炉で副生する安水を用いることで、運転費用を安価に抑えることができる。また、改質温度が高い場合、タールが減り、チャーが生成するのでタールとチャーの比率がチャーリッチになる。
The pyrolysis gas contains acidic gases such as HCl (hydrogen chloride), H 2 S (hydrogen sulfide), HCN (hydrocyanic acid), NH 3 (ammonia), alkali salt dust, and water-soluble organic components. Normally, water is acidic with HCl. In order to prevent acid corrosion of the equipment, alkali is added to the spray water (makeup water) of the
プレクーラ14にて冷却することで改質ガスに含まれる有害物質(ダイオキシン、重金属等)の大部分は凝集し、液体若しくは固体となり、タール、チャーは水に混濁した状態でプレクーラ14の底部に沈降、堆積する。但し、プレクーラ14を出たガス中にはミスト状態、ガス状態として飛散していくものも存在する。これらの飛散を削減する方法として、噴霧水を高圧で噴霧する、ミストの粒径を小さくする等の対策がある。
By cooling with the
上述のとおり、プレクーラ14で水中に捕捉されたチャーやタール等の捕捉物は、水と共にタールデカンタ15に流出させる。通常、タールは比重が水よりも重く、タールデカンタ15の底に沈んだタールを掻上げて分離できる。また、改質温度を上げてチャーリッチになる場合は、チャーはタールを伴って塊状で成長しやすく、また、比重が軽くなるため、連続的に加圧浮上により固液分離して取り出すのが良い。
As described above, the captured matter such as char and tar captured in the water by the
タールデカンタ15で水相から分離回収したタールやチャー及び熱分解炉2から排出される熱分解残渣中の固定炭素主体物は可燃性であり、燃料として利用可能である。しかしながら、塩素、アンモニア、ダイオキシン類をはじめ、環境上注意が必要な物質を含むため、生産設備用の燃料としては適さない。
Tar and char separated and recovered from the aqueous phase by the
したがって、本発明では廃棄物焼却炉として構成される燃焼炉の燃料、即ち、熱分解炉2用の燃料若しくは原料として利用する。具体的には、1)図1に示すように熱分解炉2が間接加熱式であれば、高温熱源である燃焼炉16の燃料若しくは熱分解炉2の原料として利用し、又は、2)部分燃焼方式であれば熱分解炉に再投入して、部分燃焼により熱分解させることができる。これによりタールやチャーは、熱源もしくはガスとして有効に回収することができる。このように、副生物を燃料として利用することで、熱分解炉用の外部燃料、廃棄物の一部を削減することができ、得られるガスの量を増大できる。水相からの分離方法としては、デカンタのほか、加圧浮上、フィルタープレス、遠心分離等の技術が利用できる。
Therefore, in this invention, it utilizes as a fuel of a combustion furnace comprised as a waste incinerator, ie, the fuel or raw material for the
チャーやタールを分離した水は循環使用するが、塩類等の濃縮とそれによる装置腐食を防ぐために、適宜抜き出しブローを行う。ブロー水は、固形物(SS)、COD、油分(n−HEX)、ダイオキシン類等を含むので適切に排水処理を行い放流される。 The water from which char and tar are separated is circulated and used, but it is appropriately extracted and blown to prevent the concentration of salts and the like, and the corrosion of the equipment. Blow water contains solid matter (SS), COD, oil (n-HEX), dioxins, etc., and thus is appropriately discharged and discharged.
プレクーラの水噴霧によるガス冷却及びガス洗浄ではダイオキシン類の除去が不十分となる場合には、後流にプライマリークーラ17(第2のガス冷却器)を設置し、さらに冷却により、40℃以下にガス温度の低下を図る。ガス温度が低下すると、ガス相の水蒸気及び軽油分リッチなタールはさらに凝縮により液化し、ダイオキシン類は油層に溶け込んで、ガス相から分離される。その結果、プライマリークーラ17では、凝縮水と軽質タールが分離回収され、同時にダイオキシン類、チャー等のダスト類もガス相から除去できる。プライマリークーラ17の装置方式としては、間接熱交換方式が採用できる。間接熱交換方式では、プライマリークーラ17内に設置された伝熱管の中に15℃〜30℃程度の冷却水を流し、ガスを間接的に冷却する。
When dioxins are not sufficiently removed by gas cooling and gas cleaning by water spraying of the precooler, a primary cooler 17 (second gas cooler) is installed in the downstream and further cooled to 40 ° C. or lower. Reduce gas temperature. When the gas temperature is lowered, the gas phase water vapor and light oil rich tar are further liquefied by condensation, and the dioxins are dissolved in the oil layer and separated from the gas phase. As a result, in the
凝縮水には、ガスに含まれる酸性ガス成分が溶解し、強酸性で腐食性を現すことから、アルカリ薬剤を投入し、pH=5〜9となるように中和する。アルカリには苛性ソーダ、アンモニア水を用いることが好ましい。このためプライマリークーラ17内壁には、アルカリを添加した凝縮水を循環して装置内に噴霧し、凝縮水を洗い流すことで、凝縮水が酸性になることを防止する。また、この水噴霧は同時に凝縮する軽質タール成分の壁、伝熱管への付着成長を防止し、ダスト類、タールミスト類の捕捉除去の効果もある。このプライマリークーラ17で使用するアルカリ性の水(中和剤)としては、コークス炉で副生する安水を用いることで、運転費用を安価に抑えることができる。
In the condensed water, the acidic gas component contained in the gas dissolves and becomes strongly acidic and corrosive. Therefore, an alkali chemical is introduced and neutralized so that the pH is 5-9. It is preferable to use caustic soda and aqueous ammonia as the alkali. For this reason, condensed water added with alkali is circulated on the inner wall of the
ここで、プレクーラ14出口で、ガスに残留するチャー、タールミストが多い場合には、プレクーラ14とプライマリークーラ17の間に電気集塵機(図示せず)を設置し、チャー等のダスト類、軽油主体のタールミスト、水蒸気ミストを除去することもできる。これにより、ガス中のダイオキシン類濃度はさらに低減し、また後流のプライマリークーラ17へのダスト類、油類の負荷が低減し、内壁での付着、閉塞等のトラブルを防止しやすくなる。
Here, when there is a large amount of char and tar mist remaining in the gas at the outlet of the
実施例では、図1に示すように、プライマリークーラ17の後流側に蒸気間接熱交換式のガス加熱器18を設け、このガス加熱器18によりガスを加熱してガス中の水分をミスト気化した後に電気集塵機19に導入し、ガス中に含まれる軽油主体のタールミスト等の微細な粒子状物質を捕集することにより、いわゆる粒子状のダイオキシン類も捕捉し、ガス中ダイオキシン類濃度の低減を図るようにしている。なお、ガスの加熱はブロア昇圧によって行ってもよい。
In the embodiment, as shown in FIG. 1, a steam indirect heat exchange
得られたガスはブロア20(ガス排送機)によって、後述するコークス炉ガス精製設備24に送られるが、ブロア20の後流側に活性炭充填層若しくは活性炭移動層21を設け、その中にガスを通すことによってダイオキシンを吸着する。ここで活性炭は、活性コークス、粒状活性炭である。ブロア昇圧による温度上昇のみでは、ガス温度が飽和温度より低く、活性炭充填層若しくは活性炭移動層21内の冷えやすい部分で軽油、水分の凝縮が起こる場合には、上述のガス加熱器18により、ガス温度を上記凝縮が防止できる温度まで、上昇させることができる。
The obtained gas is sent to a coke oven
以上の工程により、ガス中のダイオキシン類濃度を基準値(0.1ng−TEQ/m3N(酸素濃度12%換算値))以下にする。そして、本発明では、この清浄化されたガスをコークス炉22のコークス炉ガス(COG)精製設備24に混合することで、ガス配送〜ガス利用まで既設のインフラを利用する。設備の設置位置によってはガス洗浄からCOGラインまでの距離が長い場合がある。この場合にはガス移送中に放熱等でガス温度が低下し、ガスダクト中に軽油成分が析出固化し、ダクト閉塞等の問題があった。そのために上述のガス加熱器18により再度ガス温度を上昇させ、ガス利用先での温度が軽油成分の凝縮温度以上になるようにコントロールする。
Through the above steps, the dioxin concentration in the gas is set to a reference value (0.1 ng-TEQ / m 3 N (converted value of
コークス炉ガス精製設備24に接続する前の段階では硫化水素、軽油等の不純物除去操作が十分ではなく、また、塩化水素等の塩素系ガスも一部残留する場合がある。これらの不純物によって、ガス利用先での腐食、温度低下に伴う軽油成分の凝縮・液化、ナフタリン、アントラセン等の析出によるガスラインやバーナでの閉塞等が起こる場合があり、既存ガスラインの利用は難しい場合がある。そこで、本実施例では、コークス炉ガス精製設備24における既存の脱硫装置(硫黄分、塩素分除去)、軽油除去装置(軽油スクラバー)を利用することでガス精製の純度を上げ、上記問題を回避するようにしている。
Prior to connection to the coke oven
コークス炉ガス精製設備24の利用を狙ってCOGラインへ合流させる場合は、COG精製機能のすべてを利用することが可能で圧力も大気圧に近い、ドライメーン23とすることが好ましい。
When merging into the COG line with the aim of using the coke oven
ドライメーン23ではコークス炉22にて発生したガスに安水を噴霧・洗浄し、ガスを冷却することでガスからタール、スラッジを分離している。廃棄物のガス化炉、ガス精製設備にて精製されたガス化ガスはドライメーン23にてCOGと混合される。ドライメーン23では安水と共に、COGに含まれるタール分、スラッジ分が回収され、安水デカンタ25に移される。安水デカンタ25では、安水、タール、スラッジの混合液は比重差により、重力沈降され、タール、安水、スラッジに分離される。分離されたタールは回収され、タール製品として有効利用される。また、回収された安水は循環利用される。
In the dry main 23, the gas generated in the
上述のプライマリークーラ17及び電気集塵機19の捕捉物(軽質タール、軽油、チャー、水の混合物)は、プレクーラ14の捕捉物と混合され、タールデカンタ15で水相から分離回収され、熱分解炉2若しくは燃焼炉16にて熱源として利用される。
The trapped matter (mixture of light tar, light oil, char and water) of the
一方、水分は有害物を多く含みそのままでは放流できないため、ガス化の処理によって生じる熱、つまり外熱用の燃焼炉16若しくは2次燃焼炉3にて乾燥・焼却処理することが望ましいが、熱効率の向上を図るため、原料の水分量が高く、炉内では処理できない場合には、発生した排水を製鉄所に既存の安水活性汚泥処理に合流させて処理することもできる。その場合には、一旦排水槽26に溜めて、その後水処理を行う必要がある。水処理の方法としては活性汚泥法が最適である。
On the other hand, since moisture contains a lot of harmful substances and cannot be discharged as it is, it is desirable to dry and incinerate the heat generated by the gasification process, that is, the
本実施例では、COG精製過程から出る余剰安水を処理する安水活性汚泥処理設備27において安水と本排水を合流して処理するようにしている。
In the present embodiment, the low water activated
但し、廃棄物を熱分解したガスの洗浄過程で生じた排水には、亜鉛、鉛等の重金属類、種々の有害な有機化合物、特にダイオキシン類等の有機塩素化合物、シアン化合物やベンゾニトリル等が含まれており、活性汚泥が阻害を受けるので活性を高く保つことが難しい。そこで、既設の安水活性汚泥処理設備27に合流し効率的に処理するためには、阻害物質を事前処理により除去することが望ましい。
However, wastewater generated in the process of cleaning pyrolyzed waste gas includes heavy metals such as zinc and lead, various harmful organic compounds, especially organic chlorine compounds such as dioxins, cyanide compounds and benzonitrile. It is difficult to keep the activity high because the activated sludge is contained. Therefore, in order to join the existing low water activated
事前処理の方法としては、1)SS分離、2)凝集沈殿、3)安水蒸留のいずれか若しくはすべてを適応することが有効である。 As a pretreatment method, it is effective to apply any one or all of 1) SS separation, 2) coagulation sedimentation, and 3) aqueous distillation.
SS分離はタール及びSS(固形物)を含む排水を加圧浮上又は比重差により分離する技術である。凝集沈殿はSS分離により分離された水層を冷却後アルカリの薬剤を加え、pHを9.5〜12.0に調整し、重金属等を凝集沈殿させる技術である。安水蒸留はSS分離により分離された水層のアンモニアストリッピングによって窒素、アンモニアを除去する技術である。これらの処理のいずれか又はすべてを実施することにより、水中のダイオキシン類濃度を10pg−TEQ/L以下とする。 SS separation is a technique for separating wastewater containing tar and SS (solid matter) by pressurized flotation or specific gravity difference. Aggregation precipitation is a technique in which the aqueous layer separated by SS separation is cooled, an alkali chemical is added, the pH is adjusted to 9.5 to 12.0, and heavy metals and the like are aggregated and precipitated. Aqueous distillation is a technique for removing nitrogen and ammonia by ammonia stripping of the aqueous layer separated by SS separation. By carrying out any or all of these treatments, the concentration of dioxins in water is set to 10 pg-TEQ / L or less.
図2は、本発明に係るガス化ガスの精製装置の他の例を示す構成図である。同図に示す例は、図1に示す構成においてプレクーラ14以降の精製処理を省略したものである、ガス化ガス中の塩素分やダイオキシン類の濃度が低い場合には、この例によっても塩素分やダイオキシン類濃度を基準値以下にすることが可能であり、設備も簡略化される。
FIG. 2 is a block diagram showing another example of the gasification gas purifying apparatus according to the present invention. In the example shown in the figure, the purification process after the
1 破砕機
2 熱分解炉
3 2次燃焼炉
4 熱交換機
5 排ガス減温塔
6 除塵機
7 吹込装置
8 誘引通風機
9 排ガス再加熱器
10 触媒反応層あるいは活性炭充填層
11 煙突
12 灰処理設備
13 改質炉
14 プレクーラ(第1のガス冷却器)
15 タールデカンタ(分離装置)
16 燃焼炉
17 プライマリークーラ(第2のガス冷却器)
18 ガス加熱器
19 電気集塵機
20 ブロア(ガス排送機)
21 活性炭充填層若しくは活性炭移動層
22 コークス炉
23 ドライメーン
24 コークス炉ガス精製設備
25 安水デカンタ
26 油水分離槽
27 排水槽
28 安水活性汚泥処理設備
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
15 Tar decanter (separator)
16
18
21 Activated carbon packed bed or activated
Claims (1)
熱分解炉で生成した熱分解ガスを、改質炉で酸素及び水蒸気と反応させて1000℃以上に昇温し、ガスに含まれるタール及び軽油を改質によりガス及びチャーに変換し、
この改質ガスを第1のガス冷却器に導入し、水噴霧又は液中燃焼によりガス温度を断熱飽和温度以下の90〜70℃に冷却してガス中のチャー主体のダスト及び残存するタール、軽油を水側に捕捉物として捕捉し、ガス中のダイオキシン類濃度を0.1ng−TEQ/m 3 N(酸素濃度12%換算値)以下とした後に、製鉄所に既存のコークス炉ガスライン又は高炉ガスラインに合流させ、コークス炉ガス又は高炉ガスと混合して利用すると共に、第1のガス冷却器の排水から前記捕捉物を分離し、熱分解炉に戻して再度熱分解してガス化させる、又は、熱分解炉に熱源を供給するための燃料として利用し、
さらに、ガス精製工程で発生する排水の一部又は全てを熱分解炉若しくは熱分解炉に熱を供給する燃焼炉、又はその燃焼炉排ガスを完全燃焼させる2次燃焼炉に噴霧して乾燥・焼却処理し、焼却処理後の残余分、又は全量については、
(1)固形物、タール及び軽油の加圧浮上による分離、又は比重差による分離、
(2)排水を冷却後、水層にアルカリを加え、pH9.5以上12以下に調整して、排水に含まれる金属を凝集沈殿させることによる分離、
(3)アンモニアストリッピングによる窒素、アンモニアの除去、
のいずれか又はすべてを事前処理として実施し水中のダイオキシン濃度を10pg−TEQ/L以下とした上で、製鉄所に既存の安水活性汚泥処理に合流させることを特徴とするガス化ガスの精製方法。 In the purification method of gasification gas which obtains fuel gas by gasifying combustible waste in a pyrolysis furnace,
The pyrolysis gas generated in the pyrolysis furnace is reacted with oxygen and water vapor in the reforming furnace to raise the temperature to 1000 ° C. or more, and tar and light oil contained in the gas are converted into gas and char by reforming,
This reformed gas is introduced into the first gas cooler, and the gas temperature is cooled to 90 to 70 ° C. below the adiabatic saturation temperature by water spraying or in-liquid combustion, and the char-based dust in the gas and the remaining tar, After capturing light oil as a trapped substance on the water side and setting the dioxin concentration in the gas to 0.1 ng-TEQ / m 3 N (oxygen concentration 12% equivalent) or less, the existing coke oven gas line or Combined with the blast furnace gas line, mixed with coke oven gas or blast furnace gas, used, separated the trapped material from the waste water of the first gas cooler, returned to the pyrolysis furnace and pyrolyzed again for gasification Or use as a fuel to supply a heat source to the pyrolysis furnace,
Furthermore, some or all of the wastewater generated in the gas purification process is sprayed into a pyrolysis furnace, a combustion furnace that supplies heat to the pyrolysis furnace, or a secondary combustion furnace that completely burns the combustion furnace exhaust gas, and then dried and incinerated. About the remainder after processing, incineration processing, or the whole quantity,
(1) Separation by pressurized flotation of solid matter, tar and light oil, or separation by specific gravity difference,
(2) Separation by cooling the waste water, adding alkali to the aqueous layer, adjusting the pH to 9.5 or more and 12 or less, and coagulating and precipitating the metal contained in the waste water,
(3) removal of nitrogen and ammonia by ammonia stripping;
Gasification gas purification, characterized in that any or all of the above is carried out as a pre-treatment and the dioxin concentration in water is 10 pg-TEQ / L or less, and then combined with the existing water-reduced activated sludge treatment at the steelworks Method.
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