JPH09257234A - 廃棄物のボイラへの供給方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 有機物が水相中に移行せず、装置表面にスケ
ールの形成しない廃棄物を高発熱量でボイラに供給でき
る方法を提供する。 【解決手段】 廃棄物１を水の存在下に熱処理１２して
ボイラ２６に供給するに際し、前記廃棄物を水の存在下
で酸性スラリー３として高温１２で処理し、該廃棄物中
の有機化合物の化学結合における炭素に対する酸素の含
有比率を減ずると同時に、含有している化合物中の化学
結合を含むハロゲン元素を、前記酸性の水相中に移行す
る反応を起こさせた後、該反応生成物を冷却１０、１４
してから脱水１５して、ボイラの燃焼部２４に供給する
ことを特徴とする廃棄物のボイラへの供給方法としたも
のであり、前記酸性スラリーは水の存在下でのアルカリ
傾向スラリー６ａと酸傾向スラリー６ｂとを別個に貯留
し、反応後のｐＨによってそれらの供給量の比率を調節
するのがよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、廃棄物のボイラへ
の供給方法に係り、特に、都市ごみやし尿や下水汚泥や
各種産業廃棄物など、有機分を含む廃棄物を水の存在下
で熱処理して燃料化してボイラに供給する方法、更に、
ハロゲン元素を含む又は高含水の廃棄物を燃料化してボ
イラに供給する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、廃棄物のボイラへの供給方法は、
次のように行っていた。固形物を含む廃棄物は、細破砕
してスラリー状態としてガラスや瓦礫や金属類などの無
機分をできるかぎり除去し、汚泥や廃液などのもともと
細かくて破砕の必要がないか、固形物をほとんど含まな
いものは、必要に応じて、粗大固形物の混入がないよう
にスクリーンを通したものを、加圧して、廃棄物の種類
によって摂氏２５０〜３５０度の適当な温度に昇温し、
通常数十分間保持して水熱反応を起こさせる。このよう
な方法で、廃棄物中の有機分を脱ハロゲン化や脱炭酸化
して、チャーと呼ばれる炭化物やピッチないしタール状
の油に変換したのち、水相を除去し、燃料化することが
研究開発途上にある。なお、ここで、加圧する前に、反
応によっても酸性化しない、十分な量のアルカリを加え
て、アルカリ下において水熱反応させていた。このアル
カリは、反応生成物としての油の収率を高めるという目
的のためであって、Ｎａ₂ ＣＯ₃ やＮａＯＨ、Ｃａ（Ｏ
Ｈ）₂ などを添加していた。反応によって塩酸などが生
じると、ｐＨが低下して、反応器や熱交換器や配管など
接液部に激しい腐食を生じるので、これを防ぐ、という
意味もあった。

【０００３】しかしながら、上記の方法には次の様な問
題があった。アルカリを加えた水熱反応では、水酸基の
作用でアルコールやケトン、アルデヒド、有機酸などの
水と分離が容易でない反応生成物が多量に出来る。この
ことは、水熱反応処理をすると、発熱量のかなりの部分
が水相に移行し、反応生成物から水相を除去することで
それが失われてしまい、得られる燃料化物が少ないこと
を意味する。また、それは同時に、水相を除去すること
で発生した排水は、非常に高い数万ｐｐｍ以上のＢＯＤ
やＣＯＤを持つために、容易には処理ができないという
問題でもあった。さらに、廃棄物中にカルシウムやマグ
ネシウムなど、アルカリ土類金属元素が含まれている
と、それらは水熱反応で生成した硫黄酸化物や炭酸と沈
殿反応を起こし、反応器や熱交換器や配管など接液部表
面にスケールを形成し、それが成長して運転不能となっ
てしまうという問題もあった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術の問題点を解消し、有機物が水相中に移行する量を減
らし、装置表面にスケールの形成しない、廃棄物を高発
熱量としてボイラに供給できる方法を提供することを課
題とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、廃棄物を水の存在下に熱処理してボイラ
に供給するに際し、前記廃棄物を水の存在下で酸性スラ
リーとして高温で処理し、該廃棄物中の構成分子の化学
結合における炭素に対する酸素の含有比率を減ずると同
時に、含有している分子中の化学結合を含むハロゲン元
素を、前記酸性の水相中に移行する反応を起こさせた
後、該反応生成物を冷却してから脱水して、ボイラの燃
焼部に供給することを特徴とする廃棄物のボイラへの供
給方法としたものである。また、本発明では、前記廃棄
物のボイラへの供給方法において、前記反応によりｐＨ
の上昇する廃棄物を含む水の存在下でのアルカリ傾向ス
ラリーと、前記反応によりｐＨの低下する廃棄物を含む
水の存在下での酸傾向スラリーとを、おのおの別個に貯
留し、前記反応後のｐＨによって該アルカリ傾向スラリ
ーと酸傾向スラリーの供給量の比率を調節して、酸性ス
ラリーとなるように供給することとしたものである。

【０００６】

【発明の実施の形態】実験により、ｐＨの低い状態にお
いて得たデータを、ｐＨの高い状態において得たデータ
と比較したものを、表１に示す。ここにおいて、油分と
は、ジクロルメタンなどの有機溶媒により抽出されるも
のをさし、水相とは、有機溶媒抽出残渣をろ過にかけて
得たろ液中に溶け込んでいるものを指し、固相とは、油
分と水相を除いた残りをさす。

【０００７】

【表１】 反応条件： 温度 ３２５℃、圧力 １５０気圧、反応時間 １時間 表１のように、アルカリの添加をやめることによって、
油分は若干収量が減少するものの、固相の量は倍以上多
くなり、水相のものは半分以下に減少する。

【０００８】また、表２に反応前に加える酸の量を変化
させた場合の比較データを示す。

【表２】 原料 ： 砂糖きび発酵エタノール蒸留廃液 反応条件： 温度 ３２５℃、圧力 １５０気圧、反応時間 １時間

【０００９】表２のように、反応前のｐＨを酸を加えて
下げてやるほど、或る点（反応前ｐＨ４．３、反応後ｐ
Ｈ６．４）までは、水相の量が減っているが、この点を
境にして酸の添加が過剰となり、逆に水相量が増えだす
現象を確認した。これらの実験結果より、ｐＨは４〜６
程度にするのが有効量を増やし、水相量を減らすために
は適当である。なお、油分は、そのほとんどは常温では
ピッチ状の固体である。従って、アルカリから酸に変え
ることで、反応後に水相を除去して得られるボイラへの
供給物は、従来に比較してはるかに高い収率となり、除
去した水相のＢＯＤやＣＯＤは激減する。反応前は、分
子中の酸素原子や水酸基の働きで、水分子を引き寄せコ
ロイド化スラリー化していたものも、そのような分子構
造が水熱反応によって破壊されるため、きわめて沈降性
の良い、即ち脱水性のよいものに変化する。なお、酸性
であると沈降性がよくないため、反応後にｐＨ８〜９の
弱アルカリ性にしてやると、さらに沈降性や脱水性を改
善することが出来る。

【００１０】化合物中に含まれるハロゲン元素は、摂氏
２５０度前後の低温から離脱反応が起こる。これは、酸
化性雰囲気では進みにくいが、本発明は、特に酸素を吹
き込むようなことをしないため、強い還元状態となって
脱ハロゲン化反応が進行するためである。水熱反応にお
いては様々な反応が起こり、処理する原料によって、反
応の進行に伴うｐＨの変化もまちまちである。一般にハ
ロゲン元素化合物を含む、例えば塩化ビニールなどの場
合、ハロゲン元素が水相に移行してイオン化するため
に、極端なｐＨ低下がみられる。蛋白質や尿素誘導体の
プラスチック類では逆にアンモニウムイオンやアミン基
が生成するため、ｐＨは上昇する。

【００１１】従って、廃棄物を、水熱反応によってｐＨ
が低下するものと、ｐＨが上昇するものとに分けて貯留
しておき、それらを混合して水熱反応に供給し、反応生
成物のｐＨによってその混合比を変え、水熱反応中、終
始ｐＨ３〜５程度の弱酸性に保ってやるのが理想的であ
る。ｐＨ６以上では、この反応を酸性に保持することに
よる効果が薄れる。また、強酸性では、表２に示したよ
うに固相が減り液相が増してしまうだけでなく、それに
耐えるだけの高級金属材質を反応器や熱交換器、配管な
どの金属の接液部に使わねばならなくなり、建設コスト
やメンテナンス上の負担増につながる。なお、廃棄物の
ｐＨが低下するものとｐＨが上昇するものとの比率がど
ちらかに偏る場合には、苛性ソーダや塩酸を補助的に使
用する必要が生じる。従来問題となっていたスケーリン
グについては、ｐＨが低く酸性であるために、カルシウ
ムやマグネシウムなどのアルカリ土類金属元素の硫酸塩
や炭酸塩は析出することはなく、スケールはほとんど発
生しない。廃棄物中の塩類はｐＨが低く酸性であるため
にそのほとんどは溶解し、水相中にある。

【００１２】また、更に、Ｐｂ、Ｃｄ、Ｚｎ、Ａｓなど
の重金属類のかなりの量が酸性であるために水相に移行
する。廃棄物中の有機物は、酸性下の水熱反応で、構成
分子中から酸素を選択的に放出することで脆い炭化物と
なり、炭化度の高いものも混じるようになる。そのた
め、得られた生成物は、流動層ボイラにて燃焼させると
か、液中にて微粉砕してオイルスラリーＣＯＭや水スラ
リーＣＷＭとして貯留搬送燃焼させるのが適当である。
流動層ボイラに対しては、遊離水を除去して、なお湿っ
ている脱水行程から出てきた生成物を火炉中に投入す
る。そうすれば、湿りによって団塊状であるために、火
炉中のガスに吹き飛ばされることなく、流動層中に入り
こみ、その中で表面から流動媒体に掻き取られながら、
着火燃焼する。このため、燃焼効率は高いものとなる。
ボイラ底部や煙道底の沈降灰や集塵灰を、流動層に供給
し直す通称戻し灰を行うことで、さらに燃焼効率を高め
ることもできる。

【００１３】次に、図面を用いて、本発明を詳細に説明
する。図１に本発明による廃棄物のボイラへの供給方法
の全体工程図を示す。図１において、有機固形物を含む
廃棄物１は、投入コンベヤ２から、コンベヤ速度を調節
することで、投入量を湿式破砕機３内の破砕物懸濁水の
破砕物濃度がなるべく一定となるように調節されなが
ら、湿式破砕機３に投入される。そして、数ｍｍ以下に
細かく破砕され湿式破砕機３から出たところで異物分離
器４にて慣性分離により砂や金属を分離された後、目の
粗いベルトフィルター５への供液位置のヘッダからの距
離を調節され、水をハンドリング上問題ない範囲に留ま
るように、適当な含水率の廃棄物スラリーに調整された
状態で、タンク６に貯留される。このベルトフィルター
５でのろ液は湿式破砕機３に流下して戻る。ここで、異
物分離器４の慣性分離性能が出るよう、異物分離器４で
の破砕物懸濁水の一部を湿式破砕機３に戻すことで、流
速が低下しないようにしている。

【００１４】また、タンク６は水熱反応によってｐＨの
上昇するものを貯留するアルカリ物タンク６ａとｐＨの
下降するものを貯留する酸性物タンク６ｂの２つ設け、
切り換えシュート７で切り換えて蛋白質や台所厨芥の多
い有機物を受け入れて処理したときは、アルカリ物タン
ク６ａに貯め、廃プラスチックなどの多い有機物を受け
入れて処理したときは、酸性物タンク６ｂに貯めるよう
にする。タンク６に貯められた廃棄物スラリーは高圧ポ
ンプ８にて１７０気圧程度に加圧され、フラッシュ蒸気
にてまず間接加熱９され、次に反応後の廃棄物スラリー
にて間接加熱１０され、最後に熱媒１１により反応温度
の摂氏３２５度前後に昇温され、反応器１２にて数十分
間その温度を維持される。液圧はその温度の蒸気圧より
も高いものとして沸騰を防いでいる。熱媒の温度は、廃
棄物スラリーの反応器１２における温度が設定値となる
ように調節する。

【００１５】ｐＨは、反応器の出口の廃棄物スラリーの
ｐＨが弱酸性のｐＨ３〜５となるように、アルカリ物タ
ンク６ａからの廃棄物スラリー供給弁開度と酸性物タン
ク６ｂからの廃棄物スラリー供給弁開度を調節し、それ
で調節しきれないときや、ｐＨを範囲内に抑えるために
増やさなければいけない側のタンクが空になった場合、
塩酸又は苛性ソーダの注入で対応する。そして、反応後
の廃棄物スラリーを次に述べるフラッシュ１３による脱
ガスと冷却を行う前に、苛性ソーダを注入してｐＨが８
前後となるように調節する。少なくとも、伝熱面を介し
ての冷却１０においては、廃棄物スラリーはｐＨ３〜５
程度の弱酸として高温高圧部におけるスケーリングを防
止する。

【００１６】反応前の廃棄物スラリーとの熱交換器１０
を出た後、反応後の廃棄物スラリーは、フラッシュタン
ク１３にて急激に減圧され、水が蒸発すると同時に冷却
し、含有している窒素や炭酸ガスとかメチルメルカプタ
ン、硫化水素などのガスをその際発生した蒸気とともに
分離する。これは、一段でなく、反応前廃棄物スラリー
とフラッシュ蒸気との熱交換器９と、反応後廃棄物スラ
リーのフラッシュタンク１３の組合せを複数用意して、
おのおのを直列に並べる多段とすると、より脱ガスが徹
底し、フラッシュ蒸気によって昇温される反応前廃棄物
スラリーも、高い温度まで昇温することが出来る。ここ
で、冷却前に既に弱アルカリ性に中和されているため
に、フラッシュ蒸気に塩酸が含まれることはないが、ア
ンモニアガスが含まれることはある。

【００１７】フラッシュによって、１００度まで冷却さ
れた反応後廃棄物スラリーは、ボイラの給水１４にてさ
らに冷却され、ベルトフィルター１５にかけられて、水
相を絞り取られ、フラッシュ蒸気をボイラ給水１６で凝
縮した水にて洗浄されたのち、再度ベルトフィルターで
脱水される。絞り取られた水相は、ドラム式乾燥機１８
にて蒸気により蒸発乾固されて塩になる。ドラム式乾燥
機１８の排気をボイラ給水１９により冷却することで得
たドレン水２０は、反応後廃棄物スラリー脱水相物１５
の洗浄水や異物分離器３９での除去異物洗浄水として使
用する。これらの洗浄廃水４０は、湿式破砕機３に送ら
れる。なお、生成した油分は、チャーなどの固相のもの
にたいして少なく、かつ重質油がほとんどであり、３０
〜５０℃以下であればピッチ状に固化するため、冷却す
ることで固相が吸着同伴する形で固相とともに容易に水
相より分離される。

【００１８】得られた油分〜固相である原燃料は、ボイ
ラ投入コンベヤ２１により運ばれ、一旦フィーダホッパ
２２に受けられ、フィーダ２３から流動層２４に投入さ
れ、燃焼する。フラッシュ蒸気の冷却排ガスやドラム式
乾燥機１８の冷却排ガス、湿式破砕機換気などは、悪臭
防止のためにボイラ燃焼空気として押込送風機２５より
ボイラ２６に供給され、悪臭成分は酸化分解する。ボイ
ラの火炉に挿入した形で熱媒の加熱管２７が設けられて
おり、ボイラ給水との熱交換器３５への流量を調節する
ことによって熱媒の放熱量を調節し熱媒温度を調節して
いる。

【００１９】流動層で発生した燃焼排ガスは、スーパー
ヒーター２８やボイラバンク部２９の伝熱管群により熱
回収されたあと、さらにエコノマイザ３０で冷やされ、
バグフィルタ３１で集塵した後誘引送風機３２を経て、
煙突３３より排気される。ボイラ給水は、反応後廃棄物
スラリー１４やそのフラッシュ蒸気１６や、ドラム式乾
燥機排気１９を冷却することで予熱されてからエコノマ
イザ３０を通り、熱媒との熱交換器３５を通ってボイラ
ドラム２９に入る。ボイラで発生した蒸気は、スーパー
ヒーター２８で加熱されてから抽気タービン３６にて発
電機３７を駆動し、コンデンサ３８で復水し、ボイラ給
水タンク３４に戻る。抽気タービン３６の抽気は、ドラ
ム式乾燥機１８にて水相を蒸発乾固し、復水してボイラ
給水タンク３４に戻る。

【００２０】原燃料がボイラの必要量よりも過剰の場
合、過剰量をボイラへは送らずに抜き出して、貯留する
とか運び出して他のボイラの燃料とする。この際、湿式
粉砕機にかけてＣＯＭやＣＷＭとすれば、貯留や搬送な
どハンドリング上好ましい。原燃料に含まれる灰分は、
すべて火炉から燃焼排ガスに同伴されバグフィルタにて
捕集、排出される。一部の、ボイラ底部やエコノマイザ
下部など煙道に沈降した灰は、ニューマブロワにより空
気輸送され、流動層底より流動層に戻される戻し灰とす
る。これにより戻し灰中の未燃カーボンのほとんどは燃
え尽き、燃焼効率の向上がはかれる。なお、本発明は、
この図１に限定されるものではない。

【００２１】

【発明の効果】以上の様に、本発明によれば、都市ごみ
や産業廃棄物は、固形物・汚泥・廃液などの状態にかか
わらず受入れて、水熱反応により脱ハロゲン元素化し脱
水して、発熱量の高いものにしてボイラに供給し、高効
率に燃焼させることができる。重金属含有量を下げると
いう効果も有する。この水熱反応における収率も従来に
比べて大幅に向上し、発生する排水のＢＯＤやＣＯＤも
大幅に低いものとなる。また、長期連続運転上問題とな
っていた高温高圧部のスケーリングもなくなる。このた
め、実験開発段階にあったものを実用化のレベルまでお
しすすめたという意義も持つ。

【００２２】これを用いたボイラでは、直接廃棄物を燃
焼させるのと異なり、水分を少なくすることで排ガス量
が減り、異物を除去していることから炉底不燃物の発生
もなく、ハロゲン元素化合物による腐食の問題がない。
また、ＣＯＭやＣＷＭとして、液体燃料に準じたものと
し、液体燃料ボイラにて燃焼させることが可能となる。
従って、発生蒸気を高温高圧化してタービンの発電効率
を高めることや、ボイラを固体ハンドリング設備や炉底
不燃物抜出設備を不要とし、コンパクトで高効率で安く
信頼性の高いものとすることができる。さらに、きわめ
て毒性の高いダイオキシンに代表される有機ハロゲン元
素化合物が燃焼によって発生するのも抑制し、灰の重金
属含有量も低減できる。このように、本発明は、廃棄物
のヒートリサイクルに大きく貢献するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による廃棄物のボイラへの供給方法の全
体工程図。

【符号の説明】

１：廃棄物、２：投入コンベヤ、３：湿式破砕機、４：
異物分離器、５：ベルトフィルター、６ａ：アルカリ物
タンク、６ｂ：酸性物タンク、７：切り換えシュート、
８：高圧ポンプ、９、１０、１１：熱交換器、１２：反
応器、１３：フラッシュタンク、１４、１６：熱交換
器、１５：ベルトフィルター、１７：気液分離器、１
８：ドラム式乾燥機、１９：冷却器、２０：ドレン水タ
ンク、２１：ボイラ投入コンベヤ、２２：フィーダホッ
パ、２３：フィーダ、２４：流動層、２５：押込送風
機、２６：流動層ボイラ、２７：加熱管、２８：スーパ
ーヒーター、２９：ボイラバンク部、３０：エコノマイ
ザ、３１：バグフィルタ、３２：誘引送風機、３３：煙
突、３４：給水タンク、３５：熱交換器、３６：抽気タ
ービン、３７：発電機、３８：コンデンサ、３９：異物
分離器、４０：洗浄廃水、

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 廃棄物を水の存在下に熱処理してボイラ
   に供給するに際し、前記廃棄物を水の存在下で酸性スラ
   リーとして高温で処理し、該廃棄物中の構成分子の化学
   結合における炭素に対する酸素の含有比率を減ずると同
   時に、含有している分子中の化学結合を含むハロゲン元
   素を、前記酸性の水相中に移行する反応を起こさせた
   後、該反応生成物を冷却してから脱水して、ボイラの燃
   焼部に供給することを特徴とする廃棄物のボイラへの供
   給方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の廃棄物のボイラへの供給
   方法において、前記反応によりｐＨの上昇する廃棄物を
   含む水の存在下でのアルカリ傾向スラリーと、前記反応
   によりｐＨの低下する廃棄物を含む水の存在下での酸傾
   向スラリーとを、おのおの別個に貯留し、前記反応後の
   ｐＨによって該アルカリ傾向スラリーと酸傾向スラリー
   の供給量の比率を調節して、酸性スラリーとなるように
   供給することを特徴とする廃棄物のボイラへの供給方
   法。