JP6490621B2 - 焼却灰からの水素ガス回収方法およびそのシステム - Google Patents
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Description
本発明は、一般廃棄物や産業廃棄物を焼却処理するに伴い発生する焼却灰から水素ガスを回収する方法およびそのシステムに関するものである。
一般廃棄物や産業廃棄物を焼却処理する焼却施設において、例えば都市ごみ等の廃棄物を焼却炉で焼却するに伴い発生した焼却灰は、水と接触すると水酸化物イオンを生成してアルカリ性を示す傾向にあり、また焼却灰には、金属アルミニウムが含有されていることから、焼却灰を水で埋火・冷却する冷却工程の際に、焼却灰に含まれる金属アルミニウムと水が高アルカリ条件で反応して、以下のような反応により水素が発生していると考えられる（例えば、特許文献１参照）。
２Ａｌ０＋３Ｈ２Ｏ→Ａｌ２Ｏ３＋Ｈ２
Ａｌ０＋２Ｈ２Ｏ→ＡｌＯＨ＋１．５Ｈ２
Ａｌ０＋３Ｈ２Ｏ→Ａｌ（ＯＨ）３＋１．５Ｈ２
上記の反応は、ｐＨ依存性が高いため強アルカリの薬剤を添加または溶液として用いることで水素ガス発生量が増加することが知られている（例えば、特許文献２参照）。
２Ａｌ０＋３Ｈ２Ｏ→Ａｌ２Ｏ３＋Ｈ２
Ａｌ０＋２Ｈ２Ｏ→ＡｌＯＨ＋１．５Ｈ２
Ａｌ０＋３Ｈ２Ｏ→Ａｌ（ＯＨ）３＋１．５Ｈ２
上記の反応は、ｐＨ依存性が高いため強アルカリの薬剤を添加または溶液として用いることで水素ガス発生量が増加することが知られている（例えば、特許文献２参照）。
しかしながら、単にアルカリ条件下で金属アルミニウムと水とを反応させることによって焼却灰から水素ガスを回収する方法では、反応によって金属アルミニウムの回りに生成した水和物または鉱物の被膜が水を遮断するため、反応速度が低下し、水素ガスの発生量が少なく、回収した水素ガスの用途が限定的になるという問題点がある。
そこで、水素ガス発生量を増加させるために強アルカリの薬剤を添加した場合、添加する強アルカリの薬剤だけでなく、廃液処理で中和剤としての強酸性の薬剤が強アルカリ薬剤と同量必要となるため、薬剤コストが高価になるという問題点がある。
そこで、水素ガス発生量を増加させるために強アルカリの薬剤を添加した場合、添加する強アルカリの薬剤だけでなく、廃液処理で中和剤としての強酸性の薬剤が強アルカリ薬剤と同量必要となるため、薬剤コストが高価になるという問題点がある。
本発明は、前述のような問題点に鑑みてなされたもので、強アルカリの薬剤を用いることなく、焼却灰からの水素ガス発生量を向上させることができる焼却灰からの水素ガス回収方法およびそのシステムを提供することを目的とするものである。
焼却灰に含まれる金属アルミニウムが腐食（水和）して水素ガスを発生するとき、金属アルミニウムは周縁から腐食され、Ａｌ−ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ（Ａｌ（ＯＨ）３）、ｈｙｄｒｏｃａｌｕｍｉｔｅ（４ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・１２（Ｈ２Ｏ））、ｅｔｔｒｉｎｇｉｔｅ（Ｃａ６Ａｌ２（ＳＯ４）３（ＯＨ）１２・２６（Ｈ２Ｏ））等の水和物または鉱物を生成することが観察されている。この金属アルミニウムの回りに生成した水和物またはアルミニウムを含有する鉱物の被膜が水を遮断し水素ガス発生を阻害する要因になっていると考えられる。本発明者らは、鋭意研究した結果、金属アルミニウムを覆う被膜を塩素で腐食するようにすれば金属アルミニウムと水との反応が滞りなく進んで水素ガス発生量を増加させることができることを見出し、本発明を完成するに至ったものである。
要するに、前記目的を達成するために、第１発明による焼却灰からの水素ガス回収方法は、
廃棄物を焼却炉で焼却するに伴い発生する焼却残渣のうち前記焼却炉から回収される焼却灰を冷却水で埋火・冷却する際に、前記焼却灰に含まれる金属アルミニウムと前記冷却水とが反応して発生する水素を回収するようにした焼却灰からの水素ガス回収方法であって、前記冷却水に塩素を添加し、前記焼却灰に含まれる金属アルミニウムと前記塩素が添加された前記冷却水とを反応させて発生した水素を回収するようにしたことを特徴とするものである。
廃棄物を焼却炉で焼却するに伴い発生する焼却残渣のうち前記焼却炉から回収される焼却灰を冷却水で埋火・冷却する際に、前記焼却灰に含まれる金属アルミニウムと前記冷却水とが反応して発生する水素を回収するようにした焼却灰からの水素ガス回収方法であって、前記冷却水に塩素を添加し、前記焼却灰に含まれる金属アルミニウムと前記塩素が添加された前記冷却水とを反応させて発生した水素を回収するようにしたことを特徴とするものである。
第１発明において、前記塩素の発生源として、前記焼却残渣のうち前記焼却炉の燃焼排ガスから回収される飛灰を用いるのが好ましい（第２発明）。
次に、第３発明による焼却灰からの水素ガス回収システムは、
廃棄物を焼却炉で焼却するに伴い発生する焼却残渣のうち前記焼却炉から回収される焼却灰を埋火・冷却するための冷却水を収容するとともに、前記焼却灰に含まれる金属アルミニウムと前記冷却水とを反応させて水素を発生させる水素ガス発生槽を備える焼却灰からの水素ガス回収システムであって、前記水素ガス発生槽に収容される前記冷却水に塩素を添加し、前記焼却灰に含まれる金属アルミニウムと前記塩素が添加された前記冷却水とを反応させて発生した水素を回収するようにしたことを特徴とするものである。
廃棄物を焼却炉で焼却するに伴い発生する焼却残渣のうち前記焼却炉から回収される焼却灰を埋火・冷却するための冷却水を収容するとともに、前記焼却灰に含まれる金属アルミニウムと前記冷却水とを反応させて水素を発生させる水素ガス発生槽を備える焼却灰からの水素ガス回収システムであって、前記水素ガス発生槽に収容される前記冷却水に塩素を添加し、前記焼却灰に含まれる金属アルミニウムと前記塩素が添加された前記冷却水とを反応させて発生した水素を回収するようにしたことを特徴とするものである。
第３発明において、前記焼却残渣のうち前記焼却炉の燃焼排ガスから回収される飛灰を前記塩素の発生源として前記水素ガス発生槽に投入するのが好ましい（第４発明）。
本発明によれば、焼却炉から回収される焼却灰を埋火・冷却するための冷却水に塩素が添加されるので、金属アルミニウムと冷却水との反応で金属アルミニウムの回りに生成する水和物または鉱物の被膜が、冷却水に添加された塩素によって腐食され、金属アルミニウムと冷却水との接触が安定的に保たれることになり、金属アルミニウムと冷却水との反応が滞りなく進んで水素ガス発生量を増加させることができる。したがって、強アルカリの薬剤を用いることなく、焼却灰からの水素ガス発生量を向上させることができる。
ここで、塩素の発生源として、焼却炉の燃焼排ガスから回収される飛灰を用いることにより、塩素源の購入費を大幅に削減あるいは不要にすることができるとともに、焼却灰と飛灰とに含まれる塩素を冷却水で溶出させることができて、これら灰のセメント原料への利用のための脱塩を兼ねた処理システムを構築することができる。
ここで、塩素の発生源として、焼却炉の燃焼排ガスから回収される飛灰を用いることにより、塩素源の購入費を大幅に削減あるいは不要にすることができるとともに、焼却灰と飛灰とに含まれる塩素を冷却水で溶出させることができて、これら灰のセメント原料への利用のための脱塩を兼ねた処理システムを構築することができる。
次に、本発明による焼却灰からの水素ガス回収方法およびそのシステムの具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
＜ごみ焼却施設の概略説明＞
図１に示されるごみ焼却施設１のフローにおいて、例えば都市ごみ等の廃棄物は焼却炉２で燃焼され、この焼却炉２での燃焼に伴い発生した燃焼排ガスは減温塔や集塵装置、触媒脱硝塔、煙突等（いずれも図示省略）よりなる排ガス処理システム３で無害化された後に系外に排出され、焼却炉２での廃棄物の焼却に伴い発生する焼却灰に対しては水素ガス回収兼脱塩処理システム４によって水素ガスを回収するとともに脱塩処理を行うようにされている。
図１に示されるごみ焼却施設１のフローにおいて、例えば都市ごみ等の廃棄物は焼却炉２で燃焼され、この焼却炉２での燃焼に伴い発生した燃焼排ガスは減温塔や集塵装置、触媒脱硝塔、煙突等（いずれも図示省略）よりなる排ガス処理システム３で無害化された後に系外に排出され、焼却炉２での廃棄物の焼却に伴い発生する焼却灰に対しては水素ガス回収兼脱塩処理システム４によって水素ガスを回収するとともに脱塩処理を行うようにされている。
焼却残渣は、焼却炉２での一次燃焼により炉底等から回収される焼却灰と、焼却炉２の燃焼排ガス中に浮遊する飛灰とに分けられる。飛灰は、焼却炉２の燃焼排ガス中に含まれる固体の粒子状物質で、焼却炉２の二次燃焼室（図示省略）や焼却炉２に付設されるボイラー（図示省略）、排ガス処理システム３等で回収される煤塵を総称したものである。
＜水素ガス回収兼脱塩処理システムの説明＞
水素ガス回収兼脱塩処理システム４は、処理槽５を備えている。この処理槽５は、焼却灰を埋火・冷却するための冷却水を収容するとともに、焼却灰に含まれる金属アルミニウムと冷却水とを反応させて水素を発生させる水素ガス発生槽としての役目と、焼却灰と共に飛灰を受け入れてそれら焼却灰と飛灰とに含まれる塩素を冷却水で溶出させる脱塩槽としての役目とを兼ねるものである。
水素ガス回収兼脱塩処理システム４は、処理槽５を備えている。この処理槽５は、焼却灰を埋火・冷却するための冷却水を収容するとともに、焼却灰に含まれる金属アルミニウムと冷却水とを反応させて水素を発生させる水素ガス発生槽としての役目と、焼却灰と共に飛灰を受け入れてそれら焼却灰と飛灰とに含まれる塩素を冷却水で溶出させる脱塩槽としての役目とを兼ねるものである。
飛灰には５〜２０％程度の塩素が含まれているため、飛灰は塩素の発生源として好適であり、処理槽５内の冷却水に飛灰を添加することで、飛灰中の可溶性塩素が冷却水に移行し、冷却水に移行した塩素が、焼却灰に含まれる金属アルミニウムの周縁の水和物またはアルミニウムを含有する鉱物の被膜を腐食し、これによって金属アルミニウムと冷却水との接触が安定的に保たれることで、焼却灰から発生する水素ガス量が増加するのに合わせ、飛灰から発生する水素ガス量の分も増加する。こうして、強アルカリの薬剤を用いることなく、焼却灰からの水素ガス発生量を向上させることができる。
なお、飛灰以外の塩素の発生源として、例えば海水などを用いてもよい。
なお、飛灰以外の塩素の発生源として、例えば海水などを用いてもよい。
処理槽５には、粉砕した焼却灰が投入されるのが好ましい。焼却灰を粉砕することにより、冷却水と金属アルミニウムとの接触面が増えるので、水素ガス発生量をより増加させることができる。また、焼却灰を粉砕することで処理槽５から固液分離装置６への搬送が容易となり、特に、スラリーポンプや汚泥ポンプでの搬送が可能となる粒径１０ｍｍ以下に焼却灰を粉砕するのが望ましい。
焼却灰および飛灰をセメント原料として用いる場合、製品セメント中の塩素含有率の基準があるため、灰に含まれる塩素の量でセメント原料への受入れが制限される。そこで、処理槽５での冷却水による脱塩で焼却灰および飛灰ともに塩素の含有率を例えば０．５％程度まで低減することにより、灰の受入量が増加し、処分単価も安くすることが可能となる。
処理槽５において脱塩および水素ガス回収がなされた後の焼却灰および飛灰のスラリーは、フィルタープレスなどの固液分離装置６で脱水され、含水率が３０〜６０％程度の状態でセメント原料としてセメント工場に搬出される。
本実施形態によれば、塩素の発生源として飛灰を用いることにより、塩素源の購入費を不要にすることができるとともに、焼却灰と飛灰とに含まれる塩素を冷却水で溶出させることができて、これら灰のセメント原料への利用のための脱塩を兼ねた処理システムを構築することができる。
以上、本発明の焼却灰からの水素ガス回収方法およびそのシステムについて、一実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記実施形態に記載した構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。
本発明の焼却灰からの水素ガス回収方法およびそのシステムは、強アルカリの薬剤を用いることなく、焼却灰からの水素ガス発生量を向上させることができるという特性を有していることから、ごみ焼却施設での水素ガス回収の用途に好適に用いることができ、産業上の利用可能性が大である。
１ ごみ焼却施設
２ 焼却炉
３ 排ガス処理システム
４ 水素ガス回収兼脱塩処理システム
５ 処理槽
６ 固液分離装置
２ 焼却炉
３ 排ガス処理システム
４ 水素ガス回収兼脱塩処理システム
５ 処理槽
６ 固液分離装置
Claims (4)
- 廃棄物を焼却炉で焼却するに伴い発生する焼却残渣のうち前記焼却炉から回収される焼却灰を冷却水で埋火・冷却する際に、前記焼却灰に含まれる金属アルミニウムと前記冷却水とが反応して発生する水素を回収するようにした焼却灰からの水素ガス回収方法であって、前記冷却水に塩素を添加し、前記焼却灰に含まれる金属アルミニウムと前記塩素が添加された前記冷却水とを反応させて発生した水素を回収するようにしたことを特徴とする焼却灰からの水素ガス回収方法。
- 前記塩素の発生源として、前記焼却残渣のうち前記焼却炉の燃焼排ガスから回収される飛灰を用いることを特徴とする請求項１に記載の焼却灰からの水素ガス回収方法。
- 廃棄物を焼却炉で焼却するに伴い発生する焼却残渣のうち前記焼却炉から回収される焼却灰を埋火・冷却するための冷却水を収容するとともに、前記焼却灰に含まれる金属アルミニウムと前記冷却水とを反応させて水素を発生させる水素ガス発生槽を備える焼却灰からの水素ガス回収システムであって、前記水素ガス発生槽に収容される前記冷却水に塩素を添加し、前記焼却灰に含まれる金属アルミニウムと前記塩素が添加された前記冷却水とを反応させて発生した水素を回収するようにしたことを特徴とする焼却灰からの水素ガス回収システム。
- 前記焼却残渣のうち前記焼却炉の燃焼排ガスから回収される飛灰を前記塩素の発生源として前記水素ガス発生槽に投入することを特徴とする請求項３に記載の焼却灰からの水素ガス回収システム。
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