JP4811597B2 - 可燃廃棄物及び低発熱量廃棄物の同時処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、廃棄物を焼却処理した際に発生する焼却灰、排水処理で発生した汚泥及び汚染土壌等の低発熱量廃棄物を可燃廃棄物と共に竪型ガス化溶融炉において同時処理する方法に関する。

現在、廃棄物処分場の不足などが顕在化しており、産業廃棄物あるいは一般廃棄物の多くは、発生したままの姿で、あるいは何らかの事前処理の上、焼却処分され減容化された後に埋め立てなどの最終処分が行われる場合が多い。上記した焼却処分の方法としては様々な方法が挙げられるが、近年、焼却場における発生ガス中のダイオキシンなど有害物質の管理が問題となっており、高温酸化雰囲気で有害物を分解することが可能な処理方法が求められてきている。また、廃棄物を処理する際に発生するエネルギーを有効活用するニーズが高まり、高効率発電に対するニーズが高い。

このような高温処理が可能な廃棄物処理方法として、廃棄物を熱分解溶融炉に装入し、乾燥、予熱、熱分解、燃焼、溶融し、スラグ及びメタルとして取り出す廃棄物ガス化溶融処理方法がある。廃棄物をガス化溶融処理する技術として種々のものが提案されている。
また、廃棄物をガス化溶融処理する方法において、廃棄物を焼却した際に発生する焼却灰を廃棄物と同時に処理する方法も提案されている。

例えば、特許文献１には、炉底部にコークス層を形成し、このコークス層へ空気を吹込んでコークスを燃焼させ、高温の燃焼帯を形成させながら、その上に廃棄物を投入し、投入された廃棄物を高温のコークス層の上で予熱し、次いで熱分解してガス化し溶融して溶融スラグとする竪型溶融炉において、廃棄物中に飛灰が混じっているとコークス層の通気性が著しく低下してコークス層への正常な送風ができなくなり、操業を停止しなければならないと言う問題が発生することに鑑み、飛灰を含む廃棄物の溶融処理に際し、コークス層の表面部の温度が所定値以上になるように、装入量を調節することによってコークス層の通気性を確保することが開示されている。しかしながら、この方法はコークス充填層を用いるものであり、コークスは塊状であるため炭材としての反応性が低く、炉内で十分に燃焼しにくく、連続出滓の場合、出滓とともに流れ出ることが多いという問題がある。

特許文献２には、廃棄物、廃棄物を焼却した灰、あるいは汚泥を単独または混合して溶融処理する方法において、廃棄物の溶融スラグの成分が珪酸ＳｉＯ₂が豊富で、溶融状態で粘性が高く、溶融炉からの排出が困難であるため、貝殻を熱風で乾燥、脱臭した後、破砕して粒径を０．３〜２０ｍｍとしたものを石灰源として供給して、溶融スラグの塩基度ＣａＯ／ＳｉＯ₂を調整することにより、溶融状態のスラグの流動性を改善してスラグの排出作業を容易にし緻密で強固なスラグを得ることが開示されている。しかしながらこの方法では廃棄物、貝殻及びコークスを炉上部の装入装置から溶融炉１に投入するものであるが、連続出滓の際にコークスがスラグ゛と共に流れ出る可能性がある。

特許文献３には、従来の、予め焼却灰を塊状（ブリケット）としたものを、追加塊コークスと共に溶融炉へ投入するという焼却灰の溶融処理方法に替えて、微粉コークスと焼却灰とを予め混練して含炭ブリケットを形成し、次に、該含炭ブリケットを、追加塊コークスと共に、溶融炉内へ投入して、上記焼却灰を溶融して溶融スラグとして出滓させるという方法を採用することにより、焼却灰を効率良く溶融して、燃料となる塊コークスの使用量を低減できることが開示されている。この方法もコークスベッド式溶融炉を用いるため、特許文献３について述べたと同様の問題がある。

特許文献４には、可燃性廃棄物を一旦粗粉砕し、金属類を除去した後微粉砕し、微粉砕後微粉炭焚きボイラへ供給して石炭と混合燃焼させるという方法では、大粒径粒子の一部は炉内に供給された後燃えきる前に炉底に落下するという問題があるため、可燃性廃棄物を燃焼させて燃焼後の固体に含まれる可燃成分を回収し、回収した可燃成分を石炭と混合して粉砕し、得られた可燃成分と石炭の混合物を燃焼設備へ供給し燃焼させることによって大粒径粒子が燃えきる前に炉底に落下することを防ぐという方法が開示されている。特許文献４には、石炭灰を溶融することについても記載があるが、その方法は、可燃性廃棄物を分級器２５で小粒径粒子と大粒径粒子とに分離し、小粒径粒子を、灰溶融炉へ供給して灰溶融炉で旋回流４６中に小粒径粒子を保持し燃焼させて、灰溶融炉に同時に供給される石炭灰を溶融させて、炉底部から、スラグとして石炭灰を回収するというものであり、ガス化溶融炉で石炭灰を処理するというものではない。

特許文献５には、バイオマスを空気遮断状態での間接加熱により４００〜９００℃の熱分解ガスと固形炭化物に分離し、熱分解ガスをガス改質して改質ガスとし、熱分解工程で得られた固形炭化物を微粉砕して得られた固形炭化物にバインダーを添加して加圧成型により造粒してバイオマスコークスとし、これを廃棄物のシャフト炉式溶融炉の溶融燃料用コークスとして利用することが開示されている。しかしながら、溶融燃料用コークスとしての具体的な使用法についての開示はない。

特開２０００−２５７８３２号公報 特開２００４−２１６２４３号公報 特開２００６−２３４２０９号公報 特開２００３−１３０３０８号公報 特開２００６−２８２９１４号公報

本発明の目的は、可燃廃棄物のガス化溶融と、低発熱量廃棄物の溶融処理とを同時に可能とする廃棄物の処理方法を提供することにあり、より詳細には、コークス充填層を用いないガス化溶融炉を用いて可燃廃棄物のガス化溶融と低発熱量廃棄物の溶融処理とを同時に行ない、溶融スラグを炉から連続出滓することが可能な可燃廃棄物及び低発熱量廃棄物の同時処理方法を提供することにある。なお、本発明でいう低発熱量廃棄物とは焼却灰、汚泥、汚染土壌等の発熱量が低いもの（例：５００ｋｃａｌ／ｋｇ以下）のものをいう。

本発明者等は鋭意検討した結果、焼却灰、汚泥、汚染土壌等の低発熱量廃棄物をまず高反応性を有する炭素含有物質と混合し、ついでその混合物を可燃廃棄物と混合してガス化溶融炉内に供給し、炉下部で酸素含有ガスにより廃棄物をガス化溶融し、かつ低発熱量廃棄物を溶融することにより上記課題を解決することができることを見出して本発明を完成した。
すなわち、本発明は次に記載するとおりの構成を有する。

（１）コークス充填層を用いない竪型のガス化溶融炉を用いて、可燃廃棄物及び低発熱量廃棄物を同時処理する方法において、低発熱量廃棄物と高反応性を有する炭素含有物質とを混合し、得られた混合物を可燃廃棄物と混合してガス化溶融炉内に供給し、該ガス化溶融炉下部において酸素含有ガスにより可燃廃棄物をガス化溶融すると共に低発熱量廃棄物を溶融し、得られたスラグを連続出滓することを特徴とする可燃廃棄物及び低発熱量廃棄物の同時処理方法。
（２）低発熱量廃棄物及び高反応性を有する炭素含有物質の混合物と可燃廃棄物とを圧縮してブロック化し、この圧縮ブロックを前記ガス化溶融炉の横側から炉内に供給することを特徴とする上記（１）に記載の可燃廃棄物及び低発熱量廃棄物の同時処理方法。
（３）前記炭素含有物質が木質炭又はＲＤＦ炭であることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の可燃廃棄物及び低発熱量廃棄物の同時処理方法。
（４）前記炭素含有物質の重量平均粒径が１ｍｍ〜４０ｍｍであることを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかに記載の可燃廃棄物及び低発熱量廃棄物の同時処理方法。
（５）前記低発熱量廃棄物と前記高反応性を有する炭素含有物質との混合物中における炭素含有物質の割合が５ｍａｓｓ％〜５０ｍａｓｓ％であることを特徴とする上記（１）〜（４）のいずれかに記載の可燃廃棄物及び低発熱量廃棄物の同時処理方法。
（６）低発熱量廃棄物及び高反応性を有する炭素含有物質の混合物と可燃廃棄物との混合物中における低発熱量廃棄物の割合が８０ｍａｓｓ％以下であることを特徴とする上記（１）〜（５）のいずれかに記載の可燃廃棄物及び低発熱量廃棄物の同時処理方法。

本発明によれば、廃棄物を焼却処理した際に発生する低発熱量廃棄物を可燃廃棄物と共に竪型ガス化溶融炉において同時処理することができ、また、高反応性を有する炭素含有物質を用いることによりスラグ中への炭素粒子の混入を防止・低減することができるので、得られるスラグは炭材を含まない良好な品質のものであり、資源として再利用することが可能である。また、高反応性を有する炭素含有物質として木質炭を用いると、カーボンニュートラルとなり、ＣＯ₂削減に寄与するという効果が得られる。

本発明の詳細について以下説明するが、まず本発明の前提技術である廃棄物のガス化溶融処理方法について低発熱量廃棄物として焼却灰を処理する場合を例に挙げて図１に基づいて説明する。
この方式の基本的な構成をフローに沿って説明すると次の通りである。
ピットに集積された都市ごみ、産業廃棄物等の廃棄物は圧縮装置３で圧縮ブロック７とし、該圧縮ブロック７をガス化溶融炉本体１に供給する。ガス化溶融炉の下部（図１のａ位置）にはランスが配置され、このランスによって炉内に高濃度酸素ガス５が導入され、この高濃度酸素ガス５が廃棄物中の炭素をガス化し、一酸化炭素と二酸化炭素が生成する。また、高温水蒸気が存在するため、炭素と水蒸気とによる水性ガス反応が生じて、水素と一酸化炭素が生成される。更に、有機化合物（炭化水素など）も水蒸気と反応して、水素と一酸化炭素が生成する。廃棄物の装入レベル以上の位置（図１のｂ位置）からは酸素含有ガス６が吹き込まれ、廃棄物から発生したガスを部分燃焼して発生ガス２として炉頂部から排出される。排出ガスはガス処理設備において洗浄され精製され、精製合成ガスとして回収される。

本発明においては、上記のガス化溶融炉１において、廃棄物のガス化溶融と同時に焼却灰の溶融処理も合わせて行うものであり、本発明の特徴は、燃焼補助剤としてコークス充填層を用いない点及び連続出滓を可能とした点にある。

コークスは塊状であり、炭材としての反応性が低く、炉内で十分に燃焼しにくく、連続出滓の場合、出滓とともに流れ出ることが多い。出滓が間歇的である場合には、炉底にスラグが溜まって後に出滓するため、コークスは溶融スラグ上に浮いており、出滓初期には流れ出さず出滓後期になって初めて流れ出だす。しかしながら、出滓が連続的である場合には、炉底にスラグが溜まっていないところで、スラグの生成と同時に出滓が起こるので、その出滓に伴ってコークスが流れ出てしまうことになる。そこで、本発明では、塊状であり反応性の悪いコークスを使わずに、かつ連続出滓の際にも炭材が出滓と共に流れ出にくい状態での焼却灰の溶融無害化と廃棄物のガス化溶融の同時達成を可能としたものである。

焼却灰を廃棄物のガス化溶融時に同時に溶融無害化するためには、焼却灰中には可燃分がほとんど残存しないために、熱バランス上、燃焼補助剤が必要である。従って、本発明においてはコークスに代わる燃焼補助剤が必要となるが、本発明においては燃焼補助剤として高反応性(高燃焼性)を有する炭素含有物質を用いる。

すなわち、炭素含有物質として、反応性が高く早期に燃焼して、出滓口到達時には全て燃焼し尽くしているほどの高反応性の炭素含有物質を用いることにより、出滓の際に炭材がスラグと共に流れ出るという問題を解消することができる。
また、焼却灰は泥状であるため、それらによく熱を伝わらせるためにはまず該泥状の焼却灰と高反応性の炭素含有物質とを混合し、焼却灰の中から発熱・熱供給を起こすことが好ましい。また、炉内にはガス流が存在するが、焼却灰と炭素含有物質との混合物はこのガス流によって飛散する恐れがあるので、該混合物と可燃廃棄物とを混合して装入することが好ましく、さらには、該混合物と可燃廃棄物とを圧縮ブロック化して装入することがより好ましい。
そして、通常、可燃性廃棄物は焼却灰より粒径が大きいため、両者の混合は容易ではないので、装入ごとに炭素含有物質及び焼却灰の混合物と可燃廃棄物とを圧縮装置に供給して圧縮ブロック化することが好ましく、これによって全体としては安定した熱供給ができ、炉内反応が安定化する。

高反応性(燃焼性)の炭素含有物質としては、溶融スラグ中で残存しないものであれば特に限定されないが、木質炭の他、ごみを固形燃料化した高反応性のＲＤＦ炭（Ｒefuse Ｄerived Ｆuel炭）を好ましい例として挙げることができる。また、ＲＤＦ炭でも、プラスチックを主体とするものではなく、木くず、紙くずを主体とするＲＤＦ炭が好ましい。
木質炭とコークスとを比較すると、コークスは、気孔率：５０〜６０％、真比重：１．５〜１．９、見かけ密度：０．８から１．０ｇ／ｃｍ³であり、木質炭は気孔率：６０〜９０％、真比重：０．８〜１．５、見かけ密度：０．４〜０．８ｇ／ｃｍ³である。そして上記の物性の違いにより、木炭の反応速度はコークスの約５倍である。

木質炭は既に炭化された状態であるため揮発分が少なく、焼却灰と混合された木質炭はそのまま焼却灰とともに炉底部に移動し、炉底部に熱源を供給できるだけでなく、コークスに比較して気孔が多く、酸素との反応性が高いため酸素との反応により、部分的に２０００℃程度の温度になり、この温度で、焼却灰が溶融する。また木質炭は焼却灰を溶融し均質化した後は、残存することがない。一方、可燃廃棄物は、熱分解し、熱分解ガスは炉上部に流れ、灰分と熱分解炭素が炉底部に移動する。
これに対し、コークスを燃焼補助材として用いると、コークスは反応性が低いため、残存したコークスが溶融物とともに、コークスの形態をたまったまま出滓され、スラグの品質を低下させるという問題がある。
また、木質炭をあらかじめ焼却灰と混合していない場合には、焼却灰が偏在して炭素がない部分ができ、十分な熱の供給がないために、未溶融の部分が発生するという問題があるほか、温度に分布が生じて、メタルが十分に溶けずに、スラグ、メタルの分離が悪化したり、出滓でメタルが固化し、閉塞に至る場合がある。

炭素含有物質の重量平均粒径は１ｍｍ〜４０ｍｍであることが好ましい。粒径が１ｍｍ未満であると、炉内のガス流に同伴されて炉外に排出され、炉底部に移動する量が少なくなり溶融の効率を低下させる。また、粒径が４０ｍｍを超えると焼却灰との均質な混合が困難となるだけでなく溶融の効率が低下する。

焼却灰と炭素含有物質との混合物中の炭素含有物質の割合は５ｍａｓｓ％〜５０ｍａｓｓ％とすることが好ましい。５ｍａｓｓ％未満であると焼却灰を溶融するには熱量が不足し、５０ｍａｓｓ％を超える場合は、過剰に熱を供給することとなりエネルギー的に無駄となる。

［実施例１］
焼却灰に１〜１０ｍｍの木質炭（重量平均粒径６ｍｍ）を１５ｍａｓｓ％添加混合し、得られた混合物を可燃廃棄物とともに、該混合物の割合が１５ｍａｓｓ％となるようにプレスホッパーに装入し、ガス化改質溶融装置に逐次装入してガス化溶融をした。スラグは連続出滓が可能であり、得られたスラグは均質であり、資源化することができる品質のものであった。

［比較例１］
焼却灰に、粒径１０〜３０ｍｍのコークス（重量平均粒径２５ｍｍ）を１５ｍａｓｓ％添加混合し、該混合物を１５ｍａｓｓ％、可燃廃棄物とともに、プレスホッパーに装入し、ガス化改質溶融装置に逐次装入してガス化溶融をした。連続出滓はできたが、スラグ中にコークスが残存し、資源化物としては不十分であった。

［比較例２］
焼却灰と可燃廃棄物と焼却灰に対して粒径１〜１０ｍｍの木質炭（重量平均粒径６ｍｍ）を１５ｍａｓｓ％プレスホッパーに装入し、ガス化改質溶融装置に逐次装入してガス化溶融をした。出滓は不安定であり、長期的には出滓口を閉塞するトラブルが頻発した。

本発明の方法は、ガス化溶融装置内で、可燃廃棄物と焼却灰とを同時に処理することができるので、設備的、工程的に低コストでの処理が可能であり、産業廃棄物及び一般廃棄物の処理方法として好適である。

ガス化溶融方法を説明する図である。 本発明の方法のフローシートを示す図である。

符号の説明

１ ガス化溶融炉
２ 発生ガス
３ 圧縮装置
４ 均質化炉
５ 酸素含有ガス
６ 酸素含有ガス
７ 圧縮ブロック
８ 加熱炉
９ 燃料ガス

Claims (6)

1. コークス充填層を用いない竪型のガス化溶融炉を用いて、可燃廃棄物及び低発熱量廃棄物を同時処理する方法において、該低発熱量廃棄物と高反応性を有する炭素含有物質とを混合し、得られた混合物を可燃廃棄物と混合してガス化溶融炉内に供給し、該ガス化溶融炉下部において酸素含有ガスにより可燃廃棄物をガス化溶融すると共に該低発熱量廃棄物を溶融し、得られたスラグを連続出滓することを特徴とする可燃廃棄物及び焼却灰の同時処理方法。
2. 低発熱量廃棄物及び高反応性を有する炭素含有物質の混合物と可燃廃棄物とを圧縮してブロック化し、この圧縮ブロックを前記ガス化溶融炉の横側から炉内に供給することを特徴とする請求項１記載の可燃廃棄物及び低発熱量廃棄物の同時処理方法。
3. 前記炭素含有物質が木質炭又はＲＤＦ炭であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の可燃廃棄物及び低発熱量廃棄物の同時処理方法。
4. 前記炭素含有物質の重量平均粒径が１ｍｍ〜４０ｍｍであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の可燃廃棄物及び低発熱量廃棄物の同時処理方法。
5. 前記低発熱量廃棄物と前記高反応性を有する炭素含有物質との混合物中における炭素含有物質の割合が５ｍａｓｓ％〜５０ｍａｓｓ％であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の可燃廃棄物及び低発熱量廃棄物の同時処理方法。
6. 低発熱量廃棄物及び高反応性を有する炭素含有物質の混合物と可燃廃棄物との混合物中における低発熱量廃棄物の割合が８０ｍａｓｓ％以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の可燃廃棄物及び低発熱量廃棄物の同時処理方法。

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