JPH05345178A

JPH05345178A - 廃棄物の溶融・ガス化装置

Info

Publication number: JPH05345178A
Application number: JP4154815A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Fukushima; 勤福島; Yoji Ogaki; 陽二大垣; Tsuneo Matsudaira; 恒夫松平; Haruto Tsuboi; 晴人坪井; Yasuo Suzuki; 康夫鈴木
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1992-06-15
Filing date: 1992-06-15
Publication date: 1993-12-27

Abstract

(57)【要約】【目的】炭素系補助燃料の消費量の少ない、安定した操
業のできる溶融・ガス化炉の生成ガス中のダイオキシン
類を分解すること。【構成】炉本体上部１３に設けられた廃棄物投入装置２
６と、炉本体下部１１に設けられた流動・燃焼用空気供
給管２１と、炉本体に設けられた補助燃料供給装置３５
と、廃棄物の溶融状態を監視・制御する制御装置３０を
備え、出口ガス温度が９００〜１２００℃である可燃性
廃棄物の溶融・ガス化炉１０に続いて、コークスまたは
石炭を充填させた固定層４０を設けてなる廃棄物の溶融
・ガス化装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、有機塩素系廃棄物を含
む可燃性産業廃棄物や都市ゴミ等の一般廃棄物の高温熱
分解ガス化炉からの発生ガス中に存在するダイオキシン
類等の有害物質及びこれらの生成に関わる物質を分解
し、また生成を防止するコークスまたは石炭を充填させ
た固定層を、高温熱分解ガス化炉に続いて設け、熱収支
的に効率よく連係させた廃棄物の溶融・ガス化装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】廃プラスチックや自動車のシュレッダー
ダスト等有機塩素系廃棄物を含む可燃性産業廃棄物や都
市ゴミの焼却において、非常に毒性の強いダイオキシン
類が発生する。これらダイオキシン類は被焼却物中に含
まれるベンゼン環を有する塩素化合物の不完全な熱分解
によって生成する。この時、ダイオキシン類の発生と共
に、ダイオキシン前駆物質も多量に生成することにな
る。

【０００３】このような、不完全な燃焼状態では、ガス
処理系統において３００℃付近で、電気集塵器によって
ダストを分離する際に、ダイオキシン類の再合成反応が
起こることが確認されている。

【０００４】この再合成反応を押さえるために、２００
℃以下でバグフィルターによってダスト分離を行うこと
によって、処理ガス中のダイオキシン類を低く押さえる
ことが可能である。さらに、酸性有害ガスを除去した
後、活性炭等の吸着材を用いて、１２０〜１８０℃でダ
イオキシン類を除去することができる。しかしながら、
これらの方法では集塵灰や吸着材中にダイオキシン類が
濃縮されるため、別途無害化処理する必要がある。この
ため、排ガス中のダストにダイオキシン類やダイオキシ
ン前駆物質を含有させない処理方法が望まれる。

【０００５】ダイオキシン類やダイオキシン前駆物質の
生成を押えるためには、十分な酸素を供給し、９００℃
以上で、１〜３秒の滞留時間で、完全燃焼させることに
よって、ダイオキシン類の発生量を低く押えることがで
きる。しかしながら、このように完全燃焼させた場合で
も、微量のダイオキシン類とダイオキシン前駆物質が残
存することになり、排ガス処理系統で前述のような除去
対策を必要とすることになり、完全な除去方法というこ
とはできない。

【０００６】さらに、これら有機塩素を含む可燃性産業
廃棄物からエネルギー回収を目的として熱分解ガス化反
応を起こさせる場合には、ダイオキシン類およびダイオ
キシン前駆物質の発生濃度は、焼却処理の場合に比べ、
数十倍から数百倍となり、バグフィルターや吸着処理で
は十分な除去ができない。

【０００７】ガス化生成ガスを、上述のように高温二次
燃焼させることは、ダイオキシン類およびダイオキシン
前駆物質を酸化分解する上では、有効な手段である。し
かしながら、生成ガスの一部、場合によっては全部が燃
焼することになり、生成ガス中の可燃分が低下し、エネ
ルギー回収という目的が達成できない。

【０００８】一方、特開昭６３−１９３９８９におい
て、ガス化炉内にコークス充填層を設け、可燃性廃棄物
とこのコークスの一部を用いて、１０００℃以上でガス
化させた後、生成ガスをコークス充填層を通過させ、ダ
ストを捕集すると共に、炭素による還元反応によって、
ダイオキシン類、タールを熱分解させる方法が提案され
ている。

【０００９】しかし、本法によれば、ダイオキシン類や
タールの分解には有効であるが、コークスがガス化過程
においても消費されるため、大量のコークスを使用しな
ければならない。

【００１０】また、処理すべき可燃性廃棄物が１０００
℃以上の高温を発生させるのに十分な熱量を持つ場合に
は、コークスをガス化反応させることになり余分な燃料
を消費し、ＣＯ₂発生量を増加させる結果となる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】以上の通り、従来技術
ではダイオキシン類を完全に分解除去することができな
いか、または、分解除去が可能な場合でも余分な資源を
使い、ＣＯ₂発生量を増大させるという問題がある。

【００１２】本発明は、有機塩素化合物を含む可燃性廃
棄物の溶融・ガス化炉の生成ガス中に含まれるダイオキ
シン類、ダイオキシン前駆物質等の有害物質及びター
ル、ダストを最小限の石炭またはコークス消費量で還元
分解し、排ガス処理系統及び灰処理系統にダイオキシン
類を混入させない装置を得ることを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の溶融・ガス化装
置は、炉本体上部に設けられた廃棄物投入装置と、炉本
体下部に設けられた流動・燃焼用空気供給管と、炉本体
に設けられた補助燃料供給装置と、廃棄物の溶融状態を
監視・制御する制御装置を備え、出口ガス温度が９００
〜１２００℃である可燃性廃棄物の溶融・ガス化炉に続
いて、コークスまたは石炭を充填させた固定層を設けて
なるものである。そして、固定層のガス滞留時間が０．
５〜３秒になっている。

【００１４】

【作用】炉本体上部から供給された廃棄物は、炉本体下
部に設けられた流動・燃焼用空気供給管から供給される
空気により流動に近い状態に流動化され、その間に廃棄
物中の可燃性物質を部分的に燃焼し、その熱で残りの可
燃性物質の熱分解と、不燃物の溶融を行う。

【００１５】この際、廃棄物は従来のように圧密される
こと無く、流動に近い状態に流動化されるので、従来の
ように炉内が炉高さ方向に温度分布を有するため、高分
子系の廃棄物が充填層内で粘着状態となり、スティッキ
ング、棚吊りなどのトラブルが生ずることはない。

【００１６】そして、制御装置により廃棄物の溶融状態
を監視し、必要により補助燃料供給装置から補助燃料を
供給することにより、廃棄物の溶融を安定して行うこと
ができる。こうして、補助燃料の消費を従来に比べ大幅
に低減することができる。

【００１７】そして、有機塩素化合物を含む可燃性廃棄
物のガス化炉からの温度が９００、〜１２００℃である
生成ガスは、コークスまたは石炭を充填させた固定層に
導かれ、生成ガス中に含まれるダイオキシン類、ダイオ
キシン前駆物質等の有害物質及びタールを最小限の石炭
またはコークス消費量で還元分解すると共に、ダストを
捕集する。

【００１８】

【実施例】本発明の一実施例を図１により説明する。溶
融・ガス化炉１０に続いて、コークスまたは石炭を充填
させた固定層４０が設けられている。溶融・ガス化炉１
０は、円筒状の下部１１に続いて拡径部１２が形成さ
れ、その上に円筒状の上部１３を設けて構成されてい
る。廃棄物はホッパー２５に蓄えられ、定量供給装置２
６により、炉頂部から供給口１４を経て炉内に供給され
る。

【００１９】図示しない流動・燃焼用空気供給装置から
送給される流動・燃焼用空気は環状管２０を介して、供
給管２１の先端に設置した羽口２２により、炉下部１１
内に吹込まれる。この吹込み量は図示しない制御装置に
より制御されるようになっている。なお、炉底部には、
溶融残渣である金属やスラグ等を排出する排出口１６が
設けられている。

【００２０】そして、廃棄物の溶融・ガス化状態を監視
・制御する制御装置３０が設けられている。この制御装
置により、炉出口ガス温度は９００〜１２００℃に制御
されるようになっている。そのために、補助燃料の投入
装置３５が設けられている。

【００２１】こうして、炉体上部から供給された廃棄物
は、炉体下部に設けられて流動・燃焼用空気供給管から
供給された空気により流動に近い状態で流動化され、そ
の間に廃棄物中の可燃性物質を部分的に燃焼し、その熱
で残りの可燃性物質の熱分解と、不燃物の溶融を行う。

【００２２】この際、例えば特開平１−１８４３１４に
開示されているコークスベッド式シャフト炉の場合に比
べ、廃棄物は圧密されること無く、流動に近い状態に流
動化されるので、上記シャフト炉の場合のように高分子
系の廃棄物が充填層内で粘着状態となり、スティッキン
グ、棚吊りなどのトラブルを生ずることはない。こうし
て、安定した操業を行うことができ、また上記シャフト
炉の場合に比べ、補助燃料の消費を大幅に低減すること
ができる。

【００２３】生成ガス中には、ＣＯ、ＣＯ₂、Ｈ₂、Ｈ
₂Ｏの他、ダイオキシン類、ダイオキシン前駆物質、タ
ール及びダストが含まれている。このガスは固定炭素を
有するコークス等の固定充填層４０に導かれる。この充
填層４０において、生成ガス中のＣＯ₂、Ｈ₂、ＮＯお
よびＮＯ₂は固定炭素との間に下記の還元反応が進行す
る。Ｃ＋Ｈ₂Ｏ………ＣＯ＋Ｈ₂ Ｃ＋ＣＯ₂………２ＣＯ２ＮＯ＋２Ｃ……Ｎ₂＋２ＣＯ２ＮＯ₂＋４Ｃ…Ｎ₂＋４ＣＯ

【００２４】一方、生成ガス中のダイオキシン類、ダイ
オキシン前駆物質、タールなどの高級炭化水素は充填さ
れているコークスの表面にダストと共に付着する。さら
に、これらの一部はコークスの細孔の中に吸着される。
この結果、これらの物質の高温部分での滞留時間が増大
し、ダイオキシン類、ダイオキシン前駆物質、タールな
どの高級炭化水素中の酸素分子を固定炭素が攻撃すると
共に、同時に捕捉されたダスト中の重金属の触媒効果に
よって、高温熱分解反応が進行し、炭素と水素に分解す
る。

【００２５】充填するコークス等の粒径は、上記の吸
着、熱分解反応を十分に進行させるため、表面積の多い
もの、すなわち、粒径の小さいものが好ましい。しかし
ながら、上述のように、本充填層はダストの捕集効果が
あるため、粒径が小さいと目詰まりがおこり、圧力損失
が増大し、運転を困難にする。従って、使用するコーク
スの粒径は５〜５０mm、好ましくは１０〜３０mmが適当
である。

【００２６】また、コークス充填層４０は上述の通り、
ダストの捕集によって目詰まりが起こるため、充填層下
部に設けられた切り出し装置４１により、コークス層下
部より充填コークスを間欠的に切り出し、層全体を移動
させる。この切り出したコークスは、直接がガス化炉１
０に導かれ、ガス化反応に供される。

【００２７】コークス層を通過するガスは、上記還元反
応が吸熱反応であるため、徐々に冷却され、８００〜９
５０℃でコークス層を出ていく。この排出温度は生成ガ
スのコークス層入口温度と滞留時間、すなわちコークス
層の高さによって決定される。さらに、入口温度と滞留
時間は、ダイオキシン類、ダイオキシン前駆物質および
タールの分解程度にも大きく関与する。

【００２８】一般に、高級炭化水素の１０００℃付近で
の分解時間は１〜２秒とされている。従って、生成ガス
中のダイオキシン類、ダイオキシン前駆物質およびター
ルの濃度によって、適性な滞留時間と入口温度を決定す
べきであるが、概ねコークス層の高さはガス滞留時間と
して０．５〜３秒とすることが望ましい。ここに、入口
温度及び滞留時間と、出口ダイオキシン濃度との関係に
ついて調査した結果を図２に示す。

【００２９】コークス層から出たガス中にはコークスの
微粉が含まれる。特に、新しいコークスを供給する場合
には、微粉が発生する。このため、コークス層４０の後
段にサイクロン４３を設置し、このコークス微粉を分離
することが望ましい。分離後のコークス粉は、別途処理
することもできるが、ガス化炉１０に供給することによ
って、ガス化に供することが望ましい。そして、サイク
ロン４３を出た排ガスは最終的に排ガス処理装置４４よ
り処理される。具体例可燃性廃棄物の熱分解ガス化反応を行い表１のガス組成
を得た。表１供給ガス組成Ｈ₂：１３％ＣＯ：１６％Ｈ₂Ｏ：１０％ＣＯ₂：６％Ｎ₂：５５％タール分：５０ｇ／Ｎｍ³ ダスト：４０ｇ／Ｎｍ³ ２，３，７，８−T ₄CDD-TEQ （INTERNATIONAL ）：５
０ng／Ｎｍ³

【００３０】このガスを２０〜４０mmのコークスを充填
したコークス層に１２００℃で通過させた。コークス層
の滞留時間を２秒とした場合、コークス層出口のガス温
度は９５０℃となった。このときの処理ガスの組成を表
２に示す。表２コークス層処理ガスの組成Ｈ₂：１６％ＣＯ：２０％Ｈ₂Ｏ：６％ＣＯ₂：３％Ｎ₂：５５％ＮＯ_x：１ppm 以下タール分：５００mg／Ｎｍ³ ダスト：１ｇ／Ｎｍ³ ２，３，７，８−T ₄CDD-TEQ （INTERNATIONAL ）：
０．０５ng／Ｎｍ³

【００３１】以上のように、コークス層を通過させるこ
とによって、ダイオキシン類およびタール分は９９．９
％の除去が達成された。またダスト分は９８％の除去が
でき、ＮＯ_xは１ppm 以下とすることできた。

【００３２】

【発明の効果】本発明の廃棄物の溶融・ガス化装置は上
記のようなもので、炭素系補助燃料の消費を従来に比
べ、大幅に低減することができ、また、炉内にスティッ
キング、棚吊り等のトラブルを生じない安定した操業を
行うことができ、また熱収支的に効率よく、排ガス中の
ダイオキシン類、ダイオキシン前駆物質およびタール分
をほぼ完全に分解し、後工程での再合成を防止すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の全体構成を示す説明図。

【図２】入口温度及び滞留時間と、出口ダイオキシン濃
度との関係を示す説明図。

【符号の説明】

１０…溶融・ガス化炉，１１…炉下部、１２…拡径部、
１３…炉上部、２１…流動・燃焼用空気供給管、２６…
廃棄物投入装置、３０…制御装置、４０…充填固定層。

フロントページの続き (72)発明者坪井晴人東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者鈴木康夫東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】炉本体上部に設けられた廃棄物投入装置
と、炉本体下部に設けられた流動・燃焼用空気供給管
と、炉本体に設けられた補助燃料供給装置と、廃棄物の
溶融状態を監視・制御する制御装置を備え、出口ガス温
度が９００〜１２００℃である可燃性廃棄物の溶融・ガ
ス化炉に続いて、コークスまたは石炭を充填させた固定
層を設けてなる廃棄物の溶融・ガス化装置。
【請求項２】固定層のガス滞留時間が０．５〜３秒で
ある請求項１に記載の廃棄物の溶融・ガス化装置。