JP5890440B2 - 廃棄物処理方法および装置 - Google Patents
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Description
他のガスもまた存在してもよい。
酸素は酸素ガスとして、ガスの混合体(例えば、空気)、および/または酸素を含む化合物内に存在してもよい。
総発熱量:13.2MJ/kg
水分:25%
灰分:13.05%
固定炭素:12.17%
揮発性分:49.78%
粒径:85%<50mm
表1
・チャーとガス両方の反応物の処理量と化学的性質。
・酸化剤として蒸気を添加すると、熱分解した固体チャーとガス相内の煤煙生成物の反応速度を確実に速めるのに有効であるという知識。これは、熱的「暴走」の可能性を回避して、プラズマユニットの熱的安定性を管理するのに役立つことができる。
・酸素を添加すると、発熱(部分)燃焼反応が起こって熱が発生する。
・経済性、チャーのガス化の有効性、有機物の分解効率、ガス生成物の品質および発熱量、およびプロセスの全体的な制御性といった理由から、蒸気を酸素または酸素富化空気と組み合わせて使用することがあり得る。
・酸素と組み合わせてかまたは酸素の代替としてかの何れかで空気を使用することができる。空気は、使用するのに安価であるが、酸素より熱効率が低く、(窒素の希釈効果のために)発熱量がはるかに小さいガス生成物を生成し、副産物としてNOxを発生させることがある。
・(局所因子の影響を受けやすい)プロセス全体の経済性。
・改質ガス(合成ガス)用の出口地点は、ガスの出口地点に対して直径方向反対側にできるだけ離れているのが好ましく、かつ/または、
・オフガスは、プラズマユニット内で(例えば、流れ方向装置によってか、あるいは排出口をガス流入地点よりも低い高さに配置してガスの浮力効果を低減することによって)下方に押しやられるのが好ましい。
あるいは、単一の噴射地点からチャーおよびオフガスを導入することもできる。
チャーの無機画分は、溶融複合酸化物である「スラグ」相を形成し、このスラグ相は、プラズマユニットから連続的に除去されるのが好ましい。したがって、ユニットは、スラグ相を除去する手段を有し、この手段は、(ユニットの外部に向かって)上方に曲がったスラグ流出口の形態とすることができるので、プラズマユニットを出た溶融スラグは、ユニットへの空気の流入かまたはユニットからのガスの流出の何れかを防止するエアロックを形成する。
万が一プラズマユニット内が(例えば、爆発の結果として)高い超過気圧になった場合に、天井が上昇して、確実に、圧力を素速く放散できるように、フランジ付きボルトをスプリング装架とすることが好ましい。漏れ出たガスは、漏洩排出物処理システムによって安全に処理される。
・プラズマユニットの天井は、互いから電気的に絶縁された各セクションで構成されるのが好ましい。
・天井へのトラッキングの可能性を避けるために、電極用封止材の設計には厳重な注意が払われる。封止材を固定するすべての保持ボルトは、電気的に絶縁されるのが好ましく、導電面にほこりが蓄積するのを回避するために、ほこりから保護されるのが好ましい。
・ガス浄化装置は、電極に近接した面に堆積物が溜まるのを防止するために、電極の外側付近で使用されるのが好ましい。
・ユニットは、すすやタール生成物の生成を最小限にするように構成されるのが好ましい。
・すべての封止材は、必要に応じて簡単に清浄できるように、かつ/または簡単に交換できるように設計される。
これは、処理されない廃棄物よりも熱含有量が高く、含水率が低い、より均質な供給原料を生成するというさらなる利点を有し、それにより、ガス化およびプラズマプロセスと組み合わせて効率をさらに高くすることが可能になる。ガス化プロセスは、発熱量が比較的一貫した供給原料により、はるかに効率的になる。さらに、プラズマ処理の効率を上げるには、比較的均質なオフガス供給原料とすることが理想的であると分かった。最初に廃棄物を微生物処理して、ガス化装置に導入する廃棄物を均質化することにより、ガス化装置で発生したオフガスも、発熱量の一貫性がより高くなり、したがって、プロセスが全体としてより効率的になる。
処理前に、第1の平均水分レベルを有する第1の廃棄物用の供給体、および処理前に、より低い平均水分レベルを有する他の廃棄物用の供給体と、
第1の廃棄物と他の廃棄物を混合する手段と、
ともに混合した第1の廃棄物および他の廃棄物の相対重量を調整する調整手段と、
第1の廃棄物と他の廃棄物を処理ベッセルに送る手段と、
処理ベッセル内の固体有機廃棄物を撹拌する手段と、
処理ベッセルの後に続く乾燥手段と、
処理ベッセルを流れる空気流および/または処理ベッセルに向かう第1の廃棄物および他の廃棄物の投入量を調整して、処理後の廃棄物の平均水分レベルが重量で45%を超えない、より好ましくは重量で35%を超えない、最も好ましくは重量で35%を超えないようにし、ベッセル内の混合した廃棄物と接触するガスの酸素含有量が、体積で5%より下に落ちないようにする手段とを有するのが好ましい。
これは、蒸発によって、処理される廃棄物からガス空間に、水が実質的に連続して移動するのを保証する。
このようにして、「半バッチ」プロセスを行うことができる。
前処理
1.選別
2.破砕
3.スクリーニング
その後の処理
1.分粒
2.金属の分離
3.乾燥
4.ペレット化
1.発熱量−13MJ/kgから16.5MJ/kg、好ましくは12MJ/kg〜15MJ/kgの範囲にあるのが適切である。内容物が十分に乾燥された場合に、発熱量をより高くすることができる。
2.密度−270kg/m3〜350kg/m3の範囲にあるのが、より好ましくは約300kg/m3であるのが適切である。
3.含水率−重量で30%未満、好ましくは重量で約20%。
未処理の廃棄物が回転式好気性消化ユニット(RAD)内で好気性微生物消化を受ける第1のステップ。
回転消化ステップの生成物をガス化ユニット(ガス化装置)でガス化することが含まれ、このガス化によりオフガスおよびチャーが生成される第2のステップ。
プラズマユニット(プラズマ炉)でチャーおよびオフガスにプラズマ処理プロセスを施して、(廃棄される)ガラス状固形スラグと合成ガスを生成することが含まれる第3のステップ。
合成ガスを清浄することが含まれる第4のステップ。
合成ガスを排出するか、または(図では「電力島」と名付けた)ガスエンジンもしくはガスタービン内でオフガスを燃焼させて電気エネルギを生成し、次いで、燃焼した合成ガスを排出するかの何れかが含まれる第5のステップ。合成ガスを燃焼させて発生した熱またはプラズマステップで発生した熱は、廃棄物を乾燥させる(図示せず)ために使用することができる。
未処理の廃棄物が回転式好気性消化ユニット(RAD)で好気性微生物消化を受けるステップA。
ステップAで生成した廃棄物供給原料をガス化装置で処理して、オフガスおよびチャーを生成し、オフガスとチャーの両方をプラズマユニットにおいて1500℃で処理するステップB。
ステップBおよび/またはステップIで生成した高温ガスをガス冷却システムで冷却するステップC。
オプションで、ガスに清浄ステップを施すことが含まれるステップD。
オプションで、ガスを圧縮して保管することが含まれるステップE。
ステップEからのガスを、電気を発生させる発電機(EG2−図示せず)に直結されたガスタービンに通すステップF。
ガスを熱回収蒸気発生器に通すステップG。
ガスを煙突に排出し、煙道ガスを監視することが含まれるステップH。
ステップCおよび/またはステップGからの高圧蒸気を蒸気タービンに通して、発電機1(EG1)で電気を発生させるステップI。
ステップJで、タービンからの低圧蒸気を、近接して連結した凝縮器を介して分離冷却タワーに送り、ステップKで、給水システムに送る。ステップIおよび/またはステップFで生成した電気は、ステップLで、(ステップMで表した)装置の任意の部分に配電するか、または外部に送電する(ステップN)かの何れかが可能である。
RDF(ごみ固形燃料)供給原料は、速度を制御しながら、固形燃料供給システムを介してFBG1に連続的に送られる。収容された状態の供給原料は、ベルトコンベヤ2によってサージホッパ3に移送され、そこで、可変速ねじコンベヤが固形物の体積供給量を制御する。供給原料は、エアロックに排出される。定速ねじコンベヤを使用して供給原料がエアロックから流動床1に移送され、そこで、供給原料は床の上面より上に充填される。不活性ガス浄化装置を追加して、ホッパと、供給原料流への空気の流入または供給原料流からのガスの流出を防止するエアロックとで使用する。
補助プロパン供給が止まると、この時点で、別の供給装置を介してエアロックに木材ペレットが供給されて、床の温度を600℃に上げ、次いで、700℃で主プロパン供給が止まる。木材ペレット供給は、RDFと交替する800℃〜50℃の運転温度に達するまで続けられる。
プラズマ変換器の構成
さらに酸素および蒸気が、変換器の入口地点でガス流に向けて軸方向に注入される。
2 ベルトコンベヤ
3 サージホッパ
4 プラズマ変換ユニット
5 鋼製ダクト
6 軟鋼製シェル
7 水冷式銅製指状体
8 湯出し口
9 円錐形軟鋼製天井
10 単極作用部
11 FBG供給部
12 開口
13 一般出入り口
14 鋼製支持スタンド
15 電極
16 マニピュレータシステム
17 電極固定装置
Claims (20)
- (i)酸素および水蒸気の存在下で、廃棄物をガス化ユニットで処理して、オフガスおよび非空中浮遊固形チャー物質を生成することを含むガス化ステップと、
(ii)酸素と、水蒸気の存在下で、前記オフガスおよび前記非空中浮遊固形チャー物質をプラズマ処理ユニットでプラズマ処理することを含むプラズマ処理ステップとを含んでなる廃棄物を処理する方法において、
前記プラズマ処理は、前記オフガスと前記非空中浮遊固形チャー物質とを別々に処理するために、2つのプラズマ処理ユニットによって行われ、
前記プラズマ処理ユニットが前記ガス化ユニットから離れている
、廃棄物を処理する方法。 - 前記方法はさらに、前記ガス化ステップの前に、前記廃棄物に微生物消化ステップを受けさせるステップを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記ガス化ステップと、
前記ガス化ステップの前に、更に前記廃棄物に受けさせる熱分解ステップとを含んでなる、請求項1に記載の方法。 - 前記ガス化ステップと、
前記ガス化ステップの前に、更に前記廃棄物に受けさせる熱分解ステップと、
前記微生物消化ステップとがあって、
前記熱分解ステップは、前記微生物消化ステップの後に行われる、請求項2に記載の方法。 - 前記熱分解ステップで廃棄物は400度またはそれ以上の温度で熱分解される、請求項3または4に記載の方法。
- 前記廃棄物は、前記ガス化ステップ中に、650℃よりも高い温度でガス化され、前記ガス化ステップ中に、800℃から950℃の温度でガス化される、請求項1〜5の何れか1項に記載の方法。
- 前記ガス化ステップ中に、前記ガス化ユニットに導入される酸素の量は、前記ガス化ユニットに供給される廃棄物1000kg当たり300kgから350kgである、請求項1〜6の何れか1項に記載の方法。
- 前記ガス化ステップ中に、前記ガス化ユニットに導入される水蒸気量は、前記ガス化ユニットに供給される廃棄物1000kg当たり最大300kgである、請求項1〜7の何れか1項に記載の方法。
- 前記廃棄物は、
(i)20重量%未満の水分を含み、前記ガス化ステップ中に、前記ガス化ユニットに導入される水蒸気量は、前記ガス化ユニットに供給される廃棄物1000kg当たり最大300kgである、請求項8に記載の方法。 - 前記廃棄物は、
(ii)20重量%以上の水分を含み、前記ガス化ステップ中に、前記ガス化ユニットに導入される水蒸気の量は、前記ガス化ユニットに供給される廃棄物1000kg当たり150kg以下である、請求項1に記載の方法。 - 前記ガス化ステップは、流動床ガス化ユニットで行われ、
前記廃棄物は、エアロック装置を通って前記ガス化ユニットに送られる、
請求項1〜10の何れか1項に記載の方法。 - 前記微生物消化ステップは好気性微生物消化であり、
前記微生物消化ステップは、そのユニット内のガスの酸素含有量が、体積で5%以上である好気性微生物消化ユニットで行われる、請求項2に記載の方法。 - 前記好気性微生物消化が回転式好気性微生物消化ユニットで行われ、
前記廃棄物は、毎分1回転から10分ごとに1回転の速度で、前記回転式好気性微生物消化ユニットで回転される、請求項12に記載の方法。 - 微生物消化する前の前記廃棄物の含水率は、20重量%から75重量%であり、および/または前記廃棄物は、前記微生物消化ステップの後に、少なくとも1000kgの量の廃棄物に対して平均をとった平均値である平均水分レベルが30重量%以下である、請求項12または13に記載の方法。
- 前記廃棄物の前記プラズマ処理は、1100℃から1600℃の温度で行われる、請求項1〜14の何れか1項に記載の方法。
- 前記廃棄物の前記プラズマ処理が、プラズマ安定化ガスの存在下で行われ、
前記プラズマ安定化ガスは、窒素、アルゴン、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、および水蒸気のうちの1つまたは複数から選択される、請求項1〜15の何れか1項に記載の方法。 - さらに、前記プラズマ処理ユニットで生成されたガスを収集することを含み、
前記プラズマ処理で生成された前記ガスは、発電するために、ガスエンジンまたはガスタービンで使用される、請求項1〜16の何れか1項に記載の方法。 - さらに、前記プラズマ処理ユニットで生成された固形原料および/または溶融原料を収集することを含み、
前記プラズマ処理で生成された前記ガスは、発電するために、ガスエンジンまたはガスタービンで使用される、請求項17に記載の方法。 - (i)ガス化ユニットと、
(ii)前記ガス化ユニットから別々に分かれた2つのプラズマ処理ユニットとを備え、
前記ガス化ユニットは、酸素用の入口と、水蒸気用の入口とを有し、前記プラズマ処理ユニットは、酸素用の入口と、水蒸気用の入口とを有し、
前記ガス化ユニットから前記2つのプラズマ処理ユニットに前記オフガス及び前記非空中浮遊固形チャー物質を搬送するために具備された手段を有する
請求項1に記載の方法を実行する装置。 - (i)微生物消化ユニットは廃棄物を微生物消化する前記ユニットであって、回転式好気性微生物消化ユニットと、
(ii)タービンが前記2つのプラズマ処理ユニットと流体接続して、前記2つのプラズマ処理ユニットからのプラズマ処理したガスを前記タービンに供給できるようにしてなる発電用のガスエンジンまたはガスタービンと、
(iii) 前記ガス化ユニットに加えて熱分解ユニット、少なくとも400℃の温度で前記廃棄物を熱分解する前記熱分解ユニットとをさらに有する、
請求項19に記載の装置。
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