JP5521187B2

JP5521187B2 - 廃棄物をガス化する可燃ガス生成装置および可燃ガス製造方法

Info

Publication number: JP5521187B2
Application number: JP2008246582A
Authority: JP
Inventors: 薫雅秩父; 正光高橋; 裕伊藤; 昇明井出; 成能田頭; 健司大開; 博之細田; 卓也松村
Original assignee: Kobelco Eco Solutions Co Ltd
Current assignee: Shinko Pantec Co Ltd
Priority date: 2008-09-25
Filing date: 2008-09-25
Publication date: 2014-06-11
Anticipated expiration: 2028-09-25
Also published as: JP2010077260A

Description

本発明は、都市ごみや産業廃棄物などの廃棄物を熱分解してガス化する可燃ガス生成装置および可燃ガス製造方法に関する。

地球温暖化対策として低炭素社会の実現が目指されている。従来、都市ごみなどのごみ焼却処理施設においては、廃熱ボイラからの蒸気でタービンを駆動して発電し、施設内の電力の一部をまかなうなどして、ごみ焼却により発生する廃熱が有効利用されていた。ここで、都市ごみなどの廃棄物からのさらなるエネルギー回収を考えた場合、廃熱ボイラ−蒸気タービンによるエネルギー回収（発電）よりも、廃棄物を熱分解してガス化し、そのガスを利用してガスエンジン又はガスタービンにより発電する方がエネルギー回収率は高い。一方、廃棄物から生成される可燃ガスでガスエンジンを稼働させるには、当該可燃ガスの発熱量（単位：ｋｃａｌ／Ｎｍ^３）を高める必要がある。

ここで、ガスエンジンは燃料ガスの熱量が低い場合、ノッキングを生じやすく、また、燃料ガスに負荷変動がある場合もガスエンジンに適用し難い。このため燃料ガスの熱量が低い場合、化石燃料である都市ガスと混合して熱量を安定化させる必要がでてくる。このため、ガス化されたガスを汎用的なガスエンジンに用いるためにはガスのカロリーとして一般的に２０００ｋｃａｌ／Ｎｍ^３以上が必要とされている。また、ガスタービンで燃料ガスの熱量が低い場合、燃焼室で失火する可能性があるため、燃焼室を長くする必要があるが、航空機転用エンジンなどは燃焼室長さを変更することが難しく、機種選定も大きく制限される。

従来、都市ごみや産業廃棄物などの廃棄物を熱分解してガス化させる技術としては、例えば特許文献１に記載された技術がある。特許文献１に記載されたガス化技術は、生成ガス改質室またはガス化炉に水蒸気プラズマトーチを設け、この水蒸気プラズマトーチからのプラズマにより有機物のガス化を促進しようとするものである。

特開２００３−１４７３７３号公報

しかしながら、特許文献１に記載された技術のように、水蒸気プラズマを用いて廃棄物のガス化を促進するだけでは、都市ごみなどの廃棄物から生成されるガスの発熱量を十分に高めることはできない。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、廃棄物を熱分解して生成されるガスの発熱量を従来よりも高めることができる可燃ガス生成装置を提供することである。

課題を解決するための手段及び効果

上記課題を解決するために本発明は、投入された廃棄物を熱分解して熱分解ガスを生成するガス化炉と、前記ガス化炉で生成された熱分解ガス中の少なくとも未反応残渣を熱分解して改質ガスを生成する改質炉と、前記改質炉で生成された改質ガスの熱を利用して、前記ガス化炉内に供給する水蒸気を発生する熱交換器と、前記改質ガスに含まれる水蒸気を凝縮させて排出する水蒸気分離手段と、を備える可燃ガス生成装置を提供する。

この構成によると、ガス化炉における廃棄物の熱分解に水蒸気を用い、その後、改質ガスに含まれる水蒸気を凝縮させて当該改質ガスから分離し排出することにより、改質ガス中の可燃成分の比率を高めることができ、その結果、改質ガスの発熱量を従来よりも高めることができる。また、改質ガスの熱を利用して廃棄物の熱分解に供する水蒸気を発生させているので、エネルギー回収率を高めることができる。

また本発明において、前記水蒸気分離手段は、前記熱交換器内を通過して温度低下した前記改質ガスの温度を６０℃以下にまでさらに下げるガス洗浄装置であることが好ましい。

この構成によると、改質ガスは洗浄されるとともに当該改質ガスに含まれる水蒸気（水分）は凝縮して分離除去される。これにより、改質ガスの発熱量をより高めることができる。なお、改質ガスの温度を６０℃以下とすることで、改質ガスに含まれる水蒸気量（水分）は約２０％以下となり、改質ガスの熱量を高めることができるため、ガスエンジンやガスタービンに好適に使用できる。

さらに本発明において、前記ガス化炉で生成された熱分解ガス中の未反応残渣とガスとを分離する分離手段と、前記分離手段で分離した未反応残渣を前記改質炉に供給する未反応残渣供給手段と、を備えることが好ましい。

この構成によると、改質炉に供給される被処理物は、そのほとんどが未反応残渣となる。したがって、改質炉で加えられる熱の大部分を未反応残渣の加熱および熱分解に利用することができ、改質炉でのエネルギーロスを抑えることができる。

さらに本発明において、前記ガス化炉に投入される前の前記廃棄物を、前記熱交換器で発生した水蒸気の熱で乾燥させる乾燥予熱炉を備えることが好ましい。

廃棄物には水分が４０〜５０％以上含有されることがあるが、これをガス化炉に直接投入した場合、廃棄物の有する有効エネルギーの大部分が廃棄物の乾燥に用いられるため、実際の可燃ガス発生量が少なくなるおそれがあるが、この構成によると、ガス化炉に投入される前の廃棄物を予め乾燥および予熱しておくことにより、ガス化炉で消費される熱量を抑えることができる。また、この廃棄物の乾燥および予熱は、改質ガスの熱を利用して発生させた水蒸気の熱で行うので、エネルギーを有効利用できる。

さらに本発明において、前記ガス化炉が流動床式ガス化炉であることが好ましい。

流動床式ガス化炉は、ストーカ式炉など他の形式の炉と比較して廃棄物が熱分解されやすい温度に炉内温度を維持し易い炉である。すなわち、この構成によると、流動床式ガス化炉を用いることで、他の形式の炉と比較して熱分解ガスを多くかつ安定して生成させることができる。
なお、ガス化炉に流動床式ガス化炉を利用し、砂層の流動化ガスを例えば空気とした場合、砂層を流動させるための空気量と、部分燃焼に必要な空気量とが必ずしもマッチせず、砂層の流動のために多量の空気（酸素を含む）を投入すれば、酸化反応（燃焼）が進みすぎて砂層の温度が上昇しすぎるという問題があった。これに対して、流動床式ガス化炉内に供給するガスとして水蒸気を用いると、砂層の良好な流動状態と、砂層の適切な温度状態とを両立させることができる。

また本発明は、その第２の態様によれば、本発明の可燃ガス生成装置と、前記改質ガスにより運転されるコージェネレーションシステムと、を備える廃棄物発電設備を提供する。この廃棄物発電設備によると、従来よりも、エネルギー回収率を飛躍的に高めることができる。

さらに本発明は、その第３の態様によれば、ガス化炉内に投入された廃棄物を熱分解して熱分解ガスを生成するガス化工程と、前記生成された熱分解ガス中の少なくとも未反応残渣を改質炉内で熱分解して改質ガスを生成するガス改質工程と、前記生成された改質ガスの熱を利用して水蒸気を発生させ、当該水蒸気を前記ガス化炉内に供給する水蒸気供給工程と、前記改質ガスに含まれる水蒸気を凝縮させて排出する水蒸気分離工程と、を備える可燃ガス製造方法を提供する。

また本発明において、前記水蒸気分離工程は、ガス洗浄装置にて前記改質ガスの温度を６０℃以下にまで下げる工程であることが好ましい。

さらに本発明において、前記ガス化炉で生成された熱分解ガス中の未反応残渣とガスとを分離する未反応残渣分離工程と、前記分離した未反応残渣を前記改質炉に供給する未反応残渣供給工程と、を備えることが好ましい。

前記したように、流動床式ガス化炉は、ストーカ式炉など他の形式の炉と比較して廃棄物が熱分解されやすい温度に炉内温度を維持し易い炉である。すなわち、この構成によると、流動床式ガス化炉を用いることで、他の形式の炉と比較して熱分解ガスを多くかつ安定して生成させることができる。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る可燃ガス生成装置１００を備えた廃棄物発電設備１０１のブロック図である。

（可燃ガス生成装置の構成）
図１に示すように、本実施形態の可燃ガス生成装置１００は、処理工程の上流側から順に、給塵機１と、乾燥予熱炉２と、流動床式ガス化炉３と、プラズマ炉４と、熱交換器５と、バグフィルタ６と、スクラバー７と、ガスホルダー８とを備えている。

（給塵機）
給塵機１は、廃棄物を定量的に乾燥予熱炉２に供給するものであり、例えばスクリューコンベヤ式のものが使用される。ここで、本実施形態では、都市ごみと廃プラスチックとを混合した廃棄物（以下、混合廃棄物と呼ぶ）を処理して可燃ガス（例えばＣＯ、Ｈ_２、ＣＨ_４など）を生成している。都市ごみは、比較的発熱量の低い低熱量廃棄物であり、廃プラスチックは、都市ごみに比して発熱量の高い高熱量廃棄物である。都市ごみに高熱量廃棄物である廃プラスチックを混合した混合廃棄物を用いることで、より高い発熱量の可燃ガスを生成することができる。また、一般的に都市ごみは、その性状変動が大きいため、生成される可燃ガスの発熱量の変動も大きくなってしまうが、都市ごみに比して性状のバラつきのない廃プラスチックを混合利用することで、生成される可燃ガスの発熱量の変動を５抑えることができる。なお、処理対象としては、都市ごみに限らず、さまざまな一般廃棄物、産業廃棄物などを対象とすることができる。また、都市ごみに混合する高熱量廃棄物としては、廃プラスチックの他に、下水処理施設から排出される脱水汚泥、廃タイヤ、紙くず、ゴム、廃油、廃油スラッジ、木質バイオマスなどがある。

また、給塵機１の前後いずれかには、破砕機（不図示）が配置され、この破砕機により都市ごみおよび廃プラスチックは、破砕処理される。細かく破砕されることで、後段の乾燥予熱炉２における乾燥効率も向上し、流動床式ガス化炉３における熱分解効率も向上する。このように熱分解効率を向上させることによって、流動床式ガス化炉３で発生するチャーなどの未反応残渣やタールの量を低減することができ、流動床式ガス化炉３における可燃ガスの発生量の増加が期待できる。なお、破砕処理された都市ごみおよび廃プラスチックは、一旦、ピットやヤードに入れられ、その後、給塵機１で乾燥予熱炉２に供給される。

（乾燥予熱炉）
乾燥予熱炉２は、混合廃棄物が流動床式ガス化炉３に投入される前に、当該混合廃棄物を加熱して乾燥するためのものである。乾燥予熱炉２としては、例えば外熱式キルンが挙げられる。混合廃棄物の乾燥および予熱には、後段のプラズマ炉４で発生した熱を熱交換器５にて熱回収して得られた水蒸気が用いられる。また、混合廃棄物を乾燥および予熱したことにより前記水蒸気は凝縮して水となるが、乾燥予熱炉２に接続した凝縮水タンク１０に排出され、ポンプＰにより再び熱交換器５に供給されることになる。また、熱交換器５からの水蒸気は、流動床式ガス化炉３にも供給され、その水蒸気は系外に排水される。そのため、凝縮水タンク１０の水量が所定量以下に低下した場合には、凝縮水タンク１０に水が補給される。なお、処理対象である廃棄物の有する発熱量が高い場合は、乾燥予熱炉２を設けない場合がある。

（ガス化炉）
流動床式ガス化炉３は、乾燥予熱炉２より投入された混合廃棄物を熱分解して熱分解ガスを生成するためのものである。流動床式ガス化炉３の炉床には、流動床である砂層３１が設けられている。また、流動床式ガス化炉３は、炉底から水蒸気および酸素が供給されるように形成される。更に炉底から導入する水蒸気の温度が低い場合、流動床式ガス化炉の底部を加熱するための加熱機構（例えば炉底外部にジャケットを設けて外部から加熱もしくはバーナーを設けて直接加熱）を設けても良い。なお、流動床式ガス化炉３のほかに、例えば固定床式ガス化炉やストーカ式炉を用いることも可能である。廃棄物を酸素濃度の低い状態で効率よく部分燃焼させてより多くの可燃ガスを発生させることができ、かつ、７００℃以上に維持し易いという点から流動床式ガス化炉を利用することが好ましい。

ここで、流動床式ガス化炉３は、酸素比０．１〜０．５で運転されることが好ましく、流動床式ガス化炉の運転温度としては砂層の温度が４００℃〜８００℃、更には５００℃〜７５０℃、更には７００℃〜７５０℃とすることが好ましい。また、流動床式ガス化炉上部（砂層上部のフリーボード部分）の温度としては６５０〜９００℃、更には７００℃〜９００℃、更には８００℃〜９００℃が好ましい。砂層の温度が４００℃以下の場合、タールやチャーが発生しやすく、廃棄物を効率よくガス化して可燃ガスを取り出し難い。また、８００℃を越えると廃棄物に含まれる塩の影響により、砂層が焼き固まるおそれがあり砂層が流動化せずに運転できなくなるおそれがある。

一方、フリーボード部においても、温度が４００℃以下である場合、タールやチャーが分解しないことから可燃ガスの生成量が低下するおそれがある。フリーボード部の温度を６５０℃以上、更には７００℃以上、更には８００℃以上にすることで、一度生成したタールやチャーをフリーボード部で熱分解することができ、流動床ガス化炉における可燃ガスの発生量を高めることができる。なお、酸素比とは、廃棄物を完全燃焼させる際に必要とされる必要最低限の酸素量に対する設定供給酸素量の比率のことをいう。

（改質炉）
プラズマ炉４は、流動床式ガス化炉３で生成された熱分解ガス中のタールおよび未反応残渣（主にチャー）をプラズマで熱分解して改質ガスを生成するための改質炉であり、当該プラズマを発生させるプラズマトーチを具備してなるものである。なお、改質炉としてはプラズマを用いず（プラズマトーチを設けない）、マイクロ波を利用した加熱炉や炉内に空気を吹き込んで前段の流動床式ガス化炉３内温度よりも高い温度で運転する炉（例えば旋回溶融炉）としてもよい。この場合、空気比は０．１〜０．３程度とされる。ここで、空気比とは、廃棄物を完全燃焼させる際に必要とされる必要最低限の空気量に対する設定供給空気量の比率のことをいう。なお、炉（例えば旋回溶融炉）内に空気ではなく酸素を吹き込んでもよい。この場合の酸素吹き込み量は、酸素比という表現を用いることになり、その値は０．１〜０．３程度となる。空気を用いると空気中の窒素が生成された改質ガスを希釈するおそれがあるが、酸素を用いることで改質ガスの希釈を防止できる。

改質炉としてプラズマ炉を利用した場合、排気量を少なくでき、設備がコンパクトになるという効果があり、旋回溶融炉を利用した場合、設備の消費電力が少なくでき、送電端効率を高くできるという効果がある。なお、改質炉の温度としては８００〜１１００℃が好ましい。８００℃以下であれば前記ガス化炉で発生したチャーやタールを分解することができず、また、１１００℃以上であれば、チャーや灰分を溶融するために無駄な熱量が使用されるため、得られる改質ガスの発熱量が少なくなる。

（熱交換器）
熱交換器５は、プラズマ炉４で生成された改質ガスの熱（換言すれば、プラズマ炉３で発生した熱）を利用して、流動床式ガス化炉３内および乾燥予熱炉２に供給する水蒸気を発生させるためのものである。熱交換器５には、凝縮水タンク１０からポンプＰにより水が供給される。熱交換器５としては、例えば蒸気ボイラが挙げられる。ただし、改質ガスには塩素等が含有されており、通常の水管を有する蒸気ボイラでは材質選定で制限がある。ここで、本実施形態において発生させる水蒸気は、混合廃棄物の乾燥または流動床式ガス化炉３の流動化ガスに用いるものである。そのため、水蒸気に高温・高圧が求められない場合、耐火材を張ったダクトの裏側に水管を通して水蒸気を発生させるジャケットタイプの熱交換器を用いてもよい。なお、これら熱交換器（蒸気ボイラやジャケットタイプの熱交換器）で発生した水蒸気は、ブロワー（図示せず）によって流動床式ガス化炉３内や乾燥予熱炉２に供給される。

なお、熱交換器５で発生する水蒸気量が、流動床式ガス化炉３および乾燥予熱炉２で消費される水蒸気量よりも多く、蒸気タービンをまわすのに十分な量の余剰水蒸気がある場合には、熱交換器５と、流動床式ガス化炉３および乾燥予熱炉２とを結ぶ蒸気経路からあらたに蒸気経路を分岐し、そこに発電用の蒸気タービンを設けてもよい。この構成によれば余剰水蒸気を利用して更に発電を行うことができるため、システム全体としての発電量を向上させることができる。

（バグフィルタ）
バグフィルタ６は、プラズマ炉４で生成された改質ガス中に含まれる粉塵を除去するためのものであり、熱交換器５の後段に設けられる。

（ガス洗浄装置）
スクラバー７（ガス洗浄装置）は、プラズマ炉４で生成された改質ガス中に含まれる水蒸気を凝縮させて排出する役割と、当該改質ガス中に含まれる酸性ガスを除去する役割とを担う水蒸気分離手段である。スクラバー７は、その上部からスクラバー内へアルカリ剤（例えば水酸化ナトリウム水溶液）が供給されるように形成されている。水蒸気が凝縮した凝縮水は、スクラバー７のドレンから系外に排出される。スクラバー７は、バグフィルタ６の後段に設けられる。本実施形態では、スクラバー７を通過した改質ガスの温度が約６０℃となるようにスクラバー７は設計されている。

なお、スクラバー７からの凝縮水は中和、ろ過（例えば砂ろ過および／又は膜ろ過）を行い、水蒸気生成のための補給水として利用することが好ましい。このようにスクラバー排水を水蒸気用の補給水として利用することによって、当該処理装置から系外へ排出する廃棄物（ここでは排水）の量を低減することができ、また、系外から処理装置に導入する補給水の量も低減することができる。

（ガスホルダー）
ガスホルダー８は、スクラバー７を出た改質ガス（可燃ガス）を貯留しておくものであり、スクラバー７の後段に配置される。

（廃棄物発電設備の構成）
次に、廃棄物発電設備１０１の構成について図１を参照しつつ説明する。廃棄物発電設備１０１は、前記した可燃ガス生成装置１００にガスエンジン９を加えてなるものである。

（ガスエンジン）
ガスエンジン９は、ガスホルダー８から供給された改質ガス（可燃ガス）を燃料ガスとして運転され、ジェネレータＧ（発電機）をまわして発電する一方、その排熱を利用して蒸気や温熱（温水）を取り出すコージェネレーションシステムである。なお、コージェネレーションシステムとして、ガスエンジン９の代りにガスタービンを用いてもよいし燃料電池を用いてもよい。

（可燃ガス製造方法）
次に、可燃ガス生成装置１００を用いた可燃ガスの製造方法について説明する。

（廃棄物供給工程）
まず、都市ごみと廃プラスチックとを混合した混合廃棄物を、給塵機１により定量的に乾燥予熱炉２に供給する。なお、混合廃棄物は、給塵機１の前後いずれかに配置された破砕機（不図示）により破砕処理された状態で、乾燥予熱炉２に供給される。

（乾燥工程）
次に、混合廃棄物を乾燥予熱炉２にて乾燥および予熱する。混合廃棄物の乾燥および予熱には、熱交換器５から送られてきた水蒸気の熱を用いる。具体的には、間接加熱式のロータリーキルン等が利用され、回転する円筒容器内に混合廃棄物が供給されると共に、円筒容器を覆うジャケット内に水蒸気が供給され、水蒸気の熱によって混合廃棄物が間接的に加熱される。なお、乾燥予熱炉は特にロータリーキルンに限定されず、廃棄物を水蒸気の熱によって間接的に加熱できるもので有ればよい。混合廃棄物は、約２００℃に予熱される。ここで、流動床式ガス化炉３に投入される前の混合廃棄物を予め乾燥および予熱しておくことにより、流動床式ガス化炉３で消費される熱量を抑えることができる。また、混合廃棄物は、流動床式ガス化炉３内にて分散しやすくなり、混合廃棄物の熱分解効率が向上する。

なお、乾燥温度としては特に２００℃に限定されず、水を確実に蒸発できる温度であればよく、また、乾燥段階で熱分解を起こさない温度であれば良い。このような温度としては混合廃棄物を１００℃〜２２０℃、更には１２０℃〜２００℃に加熱することが好ましい。

（ガス化工程）
約２００℃に予熱された混合廃棄物は、流動床式ガス化炉３に投入される。混合廃棄物のガス化工程では、酸素比を０．１〜０．５とし、流動床式ガス化炉３の砂層３１の温度を約７００℃に維持する運転をおこなって、混合廃棄物を熱分解する。ここでは、熱交換器５から送られてきた水蒸気を炉底から炉内に供給して砂層３１を流動させる。また、炉底から酸素を供給して混合廃棄物を部分燃焼させる。なお、混合廃棄物に含まれる不燃物は炉底より抜き出されて系外に排出される。

ここで、ガス化炉に流動床式ガス化炉を利用した場合、砂層を流動させるために流動化ガスをガス化炉内に投入する必要があるが、砂層を流動化させるための空気量が部分酸化に必要な空気量に比べて大きいため、流動化のために多量の空気を投入すると、ガス化炉内で酸化反応（燃焼）が進みすぎて砂層の温度が上昇しすぎる傾向にある。また、空気中の窒素が発生した可燃ガスを希釈するおそれがある。特に、混合廃棄物において高熱量廃棄物である廃プラスチックの割合が高い場合（混合廃棄物の熱量が高い場合）に、砂層３１を流動させるガスとして、水蒸気ではなく空気（酸素含有）を用いると、前述した通り砂層３１の温度が上昇しすぎて砂層３１が焼き固まってしまい流動しなくなってしまう場合がある。これに対して、水蒸気を用いると燃焼による発熱を抑制でき、高熱量廃棄物であっても砂層温度を一定温度以下に維持することができる。すなわち、処理対象である廃棄物が高カロリーの場合、砂層３１を流動させるガスとしては水蒸気が適している。また、空気には窒素が多く含まれているので、生成される熱分解ガスが窒素で希釈されてしまいその発熱量が低下してしまう。一方、水蒸気を利用した場合、後段の水蒸気分離工程にて水蒸気を容易に分離することができる。また、水性ガス化反応による可燃性ガスの発生が期待できる。さらに、水蒸気によって砂層を十分に流動化することができる。この観点からも、砂層３１を流動させるガスとしては、分離除去が容易な水蒸気が適している。本実施形態においては流動床を流動させるために水蒸気を用い、廃棄物の部分酸化には別途、必要最小限の酸素を投入することにより得られる可燃ガスの量を増加させることができる。

（ガス改質工程）
流動床式ガス化炉３にて生成した約７００℃の熱分解ガスは、次に、プラズマ炉４に入る。この熱分解ガス中には、タールおよび未反応残渣（主にチャー）が含まれている。これらタールおよび未反応残渣は、プラズマ炉４において約１０００℃のプラズマにより熱分解され、流動床式ガス化炉３にて生成した熱分解ガスは改質される（改質ガスとなる）。
なお、プラズマ炉としては通常、空気を使用することが多いが、水蒸気や炭化水素等を利用したプラズマ炉を使用することが可燃性ガスの熱量を維持あるいは向上させる点から好ましい。これは、水蒸気を利用した場合、可燃性ガス中に水蒸気が混入するものの、後段の水蒸気分離工程にて水蒸気が除去されるため可燃性ガスが希釈されるおそれもなく、また、水性ガス化反応により可燃性ガスが増加することも期待できるため、結果的に可燃性ガスの熱量を維持もしくは向上できるものと考える。また、炭化水素を利用した場合も炭化水素の分解に伴い可燃性ガスが生成するものと考えられ、結果的に可燃性ガスの熱量を向上できるものと考える。

（水蒸気供給工程）
プラズマ炉４にて改質された約１０００℃の改質ガスは、熱交換器５に供給される。一方、熱交換器５には凝縮水タンク１０から水が供給される。熱交換器５内にて高温の改質ガスから水へ熱が移動し、水は水蒸気となり、改質ガスの温度は約２００℃まで低下する。発生した水蒸気は、流動床式ガス化炉３および乾燥予熱炉２に供給される。

（粉塵除去工程）
約２００℃の改質ガスはバグフィルタ６に供給され、当該改質ガス中に含まれる粉塵が除去される。

（水蒸気分離工程）
次に、バグフィルタ６内を通過した改質ガスは、スクラバー７に供給される。スクラバー７内にて改質ガスが水酸化ナトリウム水溶液と接触し、改質ガス中の酸性ガスが除去されるとともに、改質ガスの温度が低下して改質ガス中の水蒸気は凝縮除去される。凝縮水はスクラバー７下部のドレンから系外に排出される。凝縮水については前述した通り、一定の処理をした後、補給水として再利用することが好ましい。

ここで、スクラバー７内を改質ガスを通過させることで改質ガスの温度は約６０℃にまで下がる。このように、改質ガスはその温度を６０℃以下まで下げられることが好ましい。さらに好ましくは、４０℃以下まで下げられることである。なお、下限温度は常温である。スクラバー７を出た改質ガス（可燃ガス）は、ガスホルダー８に貯留される。改質ガスの温度を６０℃以下とすることで、改質ガスに含まれる水蒸気量（水分）は約２０％以下となり、改質ガスの温度を４０℃以下とすることで改質ガスに含まれる水蒸気量を７％以下とすることができる。これによって流動床式ガス化炉で添加した水蒸気を回収、再利用できると共に、水蒸気を除去し改質ガスの濃度を高めることができるので結果的に得られる改質ガスの発熱量を高めることができる。また、水蒸気を除去することで体積も小さくなるため、後段のガスホルダーも小さくできる。

以上、説明したように、可燃ガス生成装置１００によると、流動床式ガス化炉３における混合廃棄物の熱分解に水蒸気を用い、その後、スクラバー７にて改質ガスに含まれる水蒸気を凝縮させて当該改質ガスから分離し排出することにより、改質ガス中の可燃成分の比率を高めることができ、その結果、改質ガスの発熱量を従来よりも高めることができる。また、改質ガスの熱を利用して、廃棄物の乾燥および熱分解に供する水蒸気を発生させているので、エネルギー回収率を高めることができている。

（ガス発電）
ガスホルダー８から改質ガス（可燃ガス）をガスエンジン９に供給し、ガスエンジン９を運転して発電する。また、ガスエンジン９の排熱を利用して蒸気や温熱（温水）を取り出す。ガスエンジン９を利用した廃棄物発電設備１０１によると、従来よりも、エネルギー回収率を飛躍的に高めることができる。

（他の実施形態）
図２は、本発明の可燃ガス生成装置および廃棄物発電設備の他の実施形態を示すブロック図である。本実施形態については、前記実施形態との相違点に重点をおいて説明する。また、前記実施形態の構成機器と同じ構成機器については同一の符号を付している。

（可燃ガス生成装置および廃棄物発電設備の構成）
本実施形態の可燃ガス生成装置１０２およびそれを備えた廃棄物発電設備１０３と前記実施形態の可燃ガス生成装置１００および廃棄物発電設備１０１との主な相違は、本実施形態に係る可燃ガス生成装置１０２および廃棄物発電設備１０３がサイクロン１１（未反応残渣分離手段）を備えていることである。

（未反応残渣分離手段）
サイクロン１１は、その内部で流動床式ガス化炉３からの熱分解ガスを旋回させ、遠心力と重力を利用して、熱分解ガス中の未反応残渣（主にチャー）を分離するものである。このサイクロン１１は、流動床式ガス化炉３とプラズマ炉４との間に配置される。熱分解ガス中から分離された未反応残渣は、サイクロン１１底部からプラズマ炉４に供給される。一方、未反応残渣が除去された熱分解ガスは、サイクロン１１の上部からプラズマ炉４を経由することなく、そのまま熱交換器５へ導入される。

（未反応残渣供給手段）
また、可燃ガス生成装置１０２は、スクリューフィーダ１３を備えている。スクリューフィーダ１３は、サイクロン１１内で分離した未反応残渣をプラズマ炉４に供給するための未反応残渣供給手段である。このスクリューフィーダ１３は、サイクロン１１の出口付近に設置される。未反応残渣供給手段としては、スクリューフィーダ１３以外に、プッシャーなどが挙げられる。

（可燃ガス製造方法）
本実施形態では、流動床式ガス化炉３で生成された熱分解ガスが、そのまま全量、プラズマ炉４に供給されるのではなく、熱分解ガス中から分離された未反応残渣がプラズマ炉４に供給に供給され、未反応残渣が除去された熱分解ガスは、プラズマ炉４を経由することなく、そのまま熱交換器５へ導入される。

（未反応残渣分離工程）
流動床式ガス化炉３で生成された熱分解ガスは、まずサイクロン１１に供給される。そして、このサイクロン１１内で熱分解ガス中の未反応残渣が分離される。

（未反応残渣供給工程）
次に、サイクロン１１内で分離された未反応残渣は、スクリューフィーダ１３によりサイクロン１１底部から抜かれてプラズマ炉４に供給される。ここで、プラズマ炉４への未反応残渣の供給は、連続式でもよいしバッチ式でもよい。連続式とは、スクリューフィーダ１３を常時、稼動せて連続して未反応残渣をプラズマ炉４に供給することをいう。一方、バッチ式とは、サイクロン１１底部に所定量の未反応残渣が溜まったらスクリューフィーダ１３を稼動させて未反応残渣をプラズマ炉４に供給し、サイクロン１１底部の未反応残渣が所定量以下になったらスクリューフィーダ１３を停止する運転方法のことをいう。

なお、プラズマ炉４への未反応残渣の供給は、スクリューフィーダ１３やプッシャーではなく、流動床式ガス化炉３で生成された熱分解ガスの一部を利用したガス輸送方式であってもよい。図２に点線で示したガス輸送用管１２を設け、熱分解ガスの流れによる吸引作用によりサイクロン１１底部から未反応残渣を抜いてプラズマ炉４に供給してもよい。このガス輸送方式においても、プラズマ炉４への未反応残渣の供給は、連続式でもよいしバッチ式でもよい。ガス輸送用管１２などに設けたバルブ（不図示）により、サイクロン１１底部から未反応残渣を抜くタイミングを調整することができる。
なお、サイクロンの後段に別途、未反応残渣貯留部を設け、サイクロンで分離した未反応残渣を未反応残渣貯留部にて貯留する構成としても良い。

次に、サイクロン１１により未反応残渣が除去された熱分解ガスと、プラズマ炉４で改質された改質ガスとは、熱交換器５の手前で混合し、当該混合したガスが熱交換器５に入る。

本実施形態によると、流動床式ガス化炉３を出た熱分解ガス中から未反応残渣を分離し、未反応残渣を多く含む被処理物のみをプラズマ炉４に供給するので、プラズマ炉４で加えられる熱が可燃ガスの加温に利用されにくく、その大部分を未反応残渣の加熱および熱分解反応に利用することができ、改質炉でのエネルギーロスを大幅に抑えることができる。また、改質炉に供給されるガス量が減るため、炉を小型化できる。

なお、改質炉としては、プラズマ炉４や旋回溶融炉ではなく、マイクロ波を利用した加熱方式の加熱炉（マイクロ波加熱炉）を用いてもよい。マイクロ波加熱炉を用いた場合、改質炉で生成した改質ガスが希釈されにくい。改質炉が例えば旋回溶融炉の場合、空気（もしくは酸素）を炉内に供給する必要があり、プラズマ炉４であっても同様に、作動ガスとして空気などが必要である。これに対して、マイクロ波加熱炉では特にこれらのガスを必要としないからである。
さらに、熱分解の対象となるチャーやタールはマイクロ波を吸収しやすいことから、マイクロ波を利用するとチャーやタールを効率的に加熱でき、また、均一に加熱できるという利点がある。また、加熱する際のエネルギーロスも少ない。

また、改質炉への未反応残渣の供給をバッチ式とする場合、改質炉内の温度を運転しない間も一定の高温状態に保つ必要があり、場合によっては改質炉の立ち上げ、立ち下げを頻繁に行う可能性もある。改質炉としてマイクロ波加熱炉を用いた場合、当該マイクロ波加熱炉は煩雑な操作を行うことなしに容易に運転開始と停止を行うことができるという利点がある。

なお、本実施形態ではタールについて特に記載していないが、未反応残渣と共に改質炉に供給されたものについては第一の実施形態同様に改質炉にて分解され、改質ガスとなる。また、熱分解ガスに搬送されるタールを未反応残渣分離工程で分離するために、別途吸着材を設置する構成としてもよい。この場合、タールを吸着した吸着材ごとガス化炉または改質炉に投入することでタールを分解することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々に変更して実施することが可能なものである。
例えば、本実施形態においては熱交換器を通過した改質ガスをバグフィルタに直接導入しているが、熱交換器で改質ガスの温度を十分に減温できない場合、バグフィルタの前段に減温塔を設けて改質ガスの温度を低下させるようにしてもよい。

本発明の一実施形態に係る可燃ガス生成装置を備えた廃棄物発電設備のブロック図である。本発明の可燃ガス生成装置および廃棄物発電設備の他の実施形態を示すブロック図である。

符号の説明

１：給塵機
２：乾燥予熱炉
３：流動床式ガス化炉
４：プラズマ炉
５：熱交換器
７：スクラバー
１００：可燃ガス生成装置
１０１：廃棄物発電設備

Claims

投入された廃棄物を熱分解して熱分解ガスを生成するガス化炉と、
前記ガス化炉で生成された熱分解ガス中の少なくとも未反応残渣を熱分解して改質ガスを生成する改質炉と、
前記ガス化炉で生成された熱分解ガス中の未反応残渣とガスとを分離する分離手段と、
前記分離手段で分離した未反応残渣を前記改質炉に供給する未反応残渣供給手段と、
前記改質炉で生成された改質ガスの熱を利用して、前記ガス化炉内に供給する水蒸気を発生する熱交換器と、
前記改質ガスに含まれる水蒸気を凝縮させて排出する水蒸気分離手段と、
を備える、可燃ガス生成装置。
請求項１に記載の可燃ガス生成装置において、
前記水蒸気分離手段は、前記熱交換器内を流れて温度低下した前記改質ガスの温度を６０℃以下にまでさらに下げるガス洗浄装置であることを特徴とする、可燃ガス生成装置。
請求項１または２に記載の可燃ガス生成装置において、
前記ガス化炉に投入される前の前記廃棄物を、前記熱交換器で発生した水蒸気の熱で乾燥させる乾燥予熱炉を備えることを特徴とする、可燃ガス生成装置。
請求項１〜３のいずれかに記載の可燃ガス生成装置において、
前記ガス化炉が流動床式ガス化炉であることを特徴とする、可燃ガス生成装置。
請求項１〜４のいずれかに記載の可燃ガス生成装置と、
前記改質ガスにより運転されるコージェネレーションシステムと、
を備える、廃棄物発電設備。
ガス化炉内に投入された廃棄物を熱分解して熱分解ガスを生成するガス化工程と、
前記生成された熱分解ガス中の少なくとも未反応残渣を改質炉内で熱分解して改質ガスを生成するガス改質工程と、
前記ガス化炉で生成された熱分解ガス中の未反応残渣とガスとを分離する未反応残渣分離工程と、
前記分離した未反応残渣を前記改質炉に供給する未反応残渣供給工程と、
前記生成された改質ガスの熱を利用して水蒸気を発生させ、当該水蒸気を前記ガス化炉内に供給する水蒸気供給工程と、
前記改質ガスに含まれる水蒸気を凝縮させて排出する水蒸気分離工程と、
を備える、可燃ガス製造方法。
請求項６に記載の可燃ガス製造方法において、
前記水蒸気分離工程は、ガス洗浄装置にて前記改質ガスの温度を６０℃以下にまで下げる工程であることを特徴とする、可燃ガス製造方法。
請求項６または７に記載の可燃ガス製造方法において、
前記ガス化炉が流動床式ガス化炉であることを特徴とする、可燃ガス製造方法。