JPH11197698A - 廃棄物ガス化方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 下水汚泥等の廃棄物をコークスや補助燃料等
の助燃なしに短時間にガス化し得、ガス化したガスを発
電等のために効率よく使用し得る廃棄物ガス化方法及び
装置を提供する。 【解決手段】 水を含む廃棄物５ａを反応蒸発装置８で
数分間高圧高温下におき水熱分解によりスラリー化させ
て低分子化され脱水された有機物５ｂとした後、該低分
子化された有機物５ｂのスラリーをガス化炉１１で部分
酸化させてガス化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、廃棄物ガス化方法
及び装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、下水汚泥等の廃棄物は、含水率
がおよそ７０〜９９％程度と高く、発熱量も低いため、
単純に燃やしてその熱を利用することは困難であり、
又、単純に乾燥させた場合には、もぐさのようになって
しまい、ハンドリング性が悪く燃料として使用すること
はできなかった。

【０００３】このため、従来においては、図２に示され
る如く、燃焼炉１の内部に形成したコークスベッド３の
下から空気４を供給して燃やした状態で、その上に、遠
心分離等により含水率を７０〜８０％程度とした下水汚
泥等の廃棄物５を投入し熱分解させてガス化し、ガス化
したガス６を回収するようにしたものがあった。

【０００４】又、図３に示される如く、下水汚泥等の廃
棄物５を反応器３１において所要時間（およそ一時間程
度）高圧高温下（５［ＭＰａ］、２５０［℃］前後）に
保持し、水熱分解により固形分がなくなるまで完全に液
化し、減圧弁３２で略大気圧まで減圧し、フラッシュタ
ンク３３において液化廃棄物３４中に含まれる水を蒸気
化して除去した後、水が蒸気化されて分離された液化廃
棄物３４ａを液化廃棄物貯槽３５に貯留し、該液化廃棄
物貯槽３５に貯留された液化廃棄物３４ａと補助燃料３
６とを、酸素３７が混ぜられた高圧空気３８によりフレ
ーム溶融炉３９へ噴射して燃焼させ、その燃焼ガス４０
を空気予熱器４１と廃熱ボイラ４２とを通過させて冷却
し、白煙防止器４３を介して乾式電気集塵機４４におい
て前記燃焼ガス４０中の溶融パウダ４５を除去し、排煙
処理塔４６を経て煙突４７から大気へ放出するようにし
たものがあった。

【０００５】前記フラッシュタンク３３で分離された蒸
気４８はコンデンサ４９において冷却水５０により冷却
され、蒸発水貯槽５１から蒸発水５２としてフレーム溶
融炉３９内へ吹き込まれて処理されるようになってい
る。

【０００６】前記空気予熱器４１において燃焼ガス４０
により予熱された空気５３は、フレーム溶融炉３９へ燃
焼用空気として供給され、又、前記廃熱ボイラ４２にお
いて燃焼ガス４０の熱を回収した熱媒５４は、反応器３
１へ加熱媒体として導入され、循環されるようになって
いる。

【０００７】前記乾式電気集塵機４４において捕集され
た溶融パウダ４５は、パウダホッパ５５に回収されるよ
うになっている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図２に
示されるもののように、コークスベッド３の上に下水汚
泥等の廃棄物５を投入して熱分解させガス化するので
は、廃棄物５を単味でガス化することができず、コーク
スによる助燃が必要となり、効率が悪いという欠点を有
していた。

【０００９】一方、図３に示されるものは、あくまでも
下水汚泥等の廃棄物５を処理することを主目的としてお
り、蒸気回収並びに熱回収等は多少行うようにはなって
いるものの、積極的に発電を行うようなものではなかっ
た。

【００１０】又、図３に示されるもののように、下水汚
泥等の廃棄物５を反応器３１において所要時間（およそ
一時間程度）高圧高温下（５［ＭＰａ］、２５０［℃］
前後）に保持し、水熱分解により固形分がなくなるまで
完全に液化するのでは、反応器３１を大型化しなければ
ならず、設備費のアップにつながる一方、液化された高
圧の廃棄物５を減圧弁３２により単に減圧してしまうた
め、無駄が大きく、しかも、反応段階で完全酸化が起こ
り、廃棄物５の一部は二酸化炭素や水蒸気となってしま
い、下流側におけるフレーム溶融炉３９での燃焼に寄与
しないという問題があった。

【００１１】更に又、仮に、図３に示されるようなもの
を負荷変動を伴う発電所等に適用しようとしても、例え
ば、急激に電気の需要が増加し発電量を増やすために燃
料が多量に必要になった場合には、燃料としての液化廃
棄物３４ａを生成するためには、およそ一時間程度とい
う非常に長い時間が必要となることから、応答性が悪
く、急激な負荷変動に追従することが困難となり、実用
化は難しく、やはり図３に示されるようなものは下水汚
泥等の廃棄物５の処理を主目的として適用せざるを得な
かった。

【００１２】本発明は、斯かる実情に鑑み、下水汚泥等
の廃棄物をコークスや補助燃料等の助燃なしに短時間に
ガス化し得、ガス化したガスを発電等のために効率よく
使用し得る廃棄物ガス化方法及び装置を提供しようとす
るものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、水を含む廃棄
物を数分間高圧高温下におき水熱分解によりスラリー化
させて低分子化された有機物とすると同時に脱水を行っ
た後、該低分子化された有機物のスラリーを部分酸化さ
せてガス化することを特徴とする廃棄物ガス化方法にか
かるものである。

【００１４】又、本発明は、水を含む廃棄物を数分間高
圧高温下におき水熱分解によりスラリー化させて低分子
化された有機物とすると同時に脱水も行う反応蒸発装置
と、該反応蒸発装置で低分子化された有機物のスラリー
を部分酸化させて粗製ガスを生成するガス化炉と、該ガ
ス化炉で生成された粗製ガスを精製して精製ガスを生成
するスクラバとを備えたことを特徴とする廃棄物ガス化
装置にかかるものである。

【００１５】上記手段によれば、以下のような作用が得
られる。

【００１６】本発明の廃棄物ガス化方法においては、水
を含む廃棄物が数分間高圧高温下におかれ水熱分解によ
りスラリー化されて低分子化された有機物とされると同
時に脱水が行われた後、該低分子化された有機物のスラ
リーが部分酸化されてガス化される。

【００１７】又、本発明の廃棄物ガス化装置において
は、水を含む廃棄物が反応蒸発装置で数分間高圧高温下
におかれ水熱分解によりスラリー化されて低分子化され
た有機物とされると同時に脱水され、前記反応蒸発装置
で低分子化された有機物のスラリーがガス化炉で部分酸
化されて粗製ガスが生成され、前記ガス化炉で生成され
た粗製ガスがスクラバで精製されて精製ガスが生成され
る。

【００１８】この結果、本発明の廃棄物ガス化方法及び
装置においては、下水汚泥等の廃棄物を、単に処理する
だけでなく、しかも、コークスや補助燃料等による助燃
を行わずに単味でガス化することが可能となり、ガス化
したガスを燃焼させて発電等に有効に活用することが可
能となる。

【００１９】又、廃棄物ガス化装置の反応蒸発装置での
反応は数分間で完了させ、廃棄物を水熱分解により固形
分がなくなるまで完全に液化するのではなく、固形分が
ある程度存在するようにしているため、反応蒸発装置は
小型のもので済み、設備費の削減につながる一方、廃棄
物を水熱分解するのに必要な圧力は減圧されずに精製ガ
スの圧力となるため、下流側に例えばガスタービン発電
機等を設置した場合には、その仕事に活かすことが可能
となり、無駄が少なく、しかも、反応段階で完全酸化は
起こらず、廃棄物の一部が二酸化炭素や水蒸気となって
しまうことはなく、前記ガスタービン発電機等での燃焼
に寄与することとなる。

【００２０】更に又、廃棄物ガス化装置の反応蒸発装置
における反応時間、即ち該反応蒸発装置に廃棄物が供給
されてから有機物のスラリーが生成されてガス化炉へ導
かれるまでの時間は、数分間であり、又、ガス化炉とス
クラバにおける反応時間、即ち該ガス化炉に有機物のス
ラリーが供給されてから粗製ガスが生成されてスクラバ
へ導かれ、該スクラバにおいて精製ガスが生成されるま
での時間は、数秒間であるため、例えば、本発明の装置
を発電所等に適用した場合において、急激に電気の需要
が増加し、発電量を増やすために燃料が多量に必要とな
ったような場合にも、燃料としての精製ガスを短時間に
応答性よく供給することが可能となり、急激な負荷変動
にも追従することが可能となる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図示
例と共に説明する。

【００２２】図１は本発明を実施する形態の一例であっ
て、７は含水率がおよそ９９％程度の下水汚泥等の廃棄
物５を所要含水率（およそ８５％程度）まで濃縮する遠
心分離機やデカンタ等の濃縮機、８は濃縮機７で濃縮さ
れた廃棄物５ａを数分間（およそ五分程度）高圧高温下
におき水熱分解によりスラリー化させて低分子化された
有機物５ｂとすると同時に脱水する反応蒸発装置、１１
は反応蒸発装置８で低分子化された有機物５ｂのスラリ
ーを酸素９により部分酸化させて粗製ガス１０を生成す
るガス化炉、１３はガス化炉１１で生成された粗製ガス
１０を脱塵並びに脱硫等の処理を行うことにより精製し
て精製ガス１２を生成するスクラバ、１４はスクラバ１
３で生成された精製ガス１２をコンプレッサ１４ａで昇
圧された圧縮空気１５により燃焼器１４ｂにおいて燃焼
させガスタービン１４ｃを駆動して発電機１４ｄで発電
を行うガスタービン発電機、１８はガスタービン発電機
１４のガスタービン１４ｃから排出されるタービン排ガ
ス１６の熱を回収し蒸気１７を発生させる排熱回収ボイ
ラ、１９は排熱回収ボイラ１８で発生した蒸気１７によ
って蒸気タービン１９ａを駆動して発電機１９ｂで発電
を行う蒸気タービン発電機であり、前記反応蒸発装置８
とガス化炉１１とスクラバ１３とから廃棄物ガス化装置
３０を構成する。

【００２３】前記反応蒸発装置８は、濃縮機７で濃縮さ
れた下水汚泥等の廃棄物５ａを後述する反応蒸発缶８ｃ
から送給される蒸気２０によって加熱する熱交換器８ａ
と、該熱交換器８ａで加熱された廃棄物５ａ並びに後述
する反応蒸発缶８ｃから排出される有機物５ｂを排熱回
収ボイラ１８から送給される蒸気１７によって加熱する
熱交換器８ｂと、該熱交換器８ｂで加熱された廃棄物５
ａを水熱分解により、蒸気２０と低分子化されて液体化
した有機物５ｂとに分離するセパレータを兼ねる反応蒸
発缶８ｃとを備え、熱交換器８ａで加熱された廃棄物５
ａを熱交換器８ｂで更に加熱し、反応蒸発缶８ｃにおい
て水熱分解により、蒸気２０と低分子化されて液体化し
た有機物５ｂとに分離し、該有機物５ｂを前記熱交換器
８ａで加熱された廃棄物５ａと合流させ前記熱交換器８
ｂへ循環せしめてスラリー化し、固形分がおよそ５５％
程度となった有機物５ｂのスラリーを循環ラインから抜
き出して前記ガス化炉１１へ導入するようにしてある。
即ち、反応蒸発装置８での反応は数分間（およそ五分程
度）で完了させ、廃棄物５ａを水熱分解により固形分が
なくなるまで完全に液化するのではなく、固形分がある
程度存在するようにしているわけであるが、このように
しているのは、反応蒸発装置８の下流側のガス化炉１１
において石炭ガス化と同様の技術で有機物５ｂをガス化
するためである。

【００２４】尚、図１中、２１は濃縮機７で濃縮された
下水汚泥等の廃棄物５ａを貯留するタンクである。２２
はボイラ給水であり、該ボイラ給水２２は、前記熱交換
器８ａにおいて廃棄物５ａに熱を奪われた蒸気２０の凝
縮水２３により、熱交換器２４において加熱され、更に
給水加熱器２５で加熱された後、排熱回収ボイラ１８へ
導入されるようになっており、又、熱交換器８ｂにおい
て廃棄物５ａ並びに有機物５ｂに熱を奪われた蒸気１７
は、凝縮水２６として排熱回収ボイラ１８へ戻されるよ
うになっている。又、２７は濃縮機７において下水汚泥
等の廃棄物５から分離した水５’と、熱交換器２４にお
いてボイラ給水２２に熱を奪われた凝縮水２３とが導入
され、排水２８として排出するタンクであり、２９は排
熱回収ボイラ１８で熱を奪われて冷却されたタービン排
ガス１６を大気へ放出するための煙突である。

【００２５】次に、上記図示例の作動を説明する。

【００２６】含水率がおよそ９９％程度の下水汚泥等の
廃棄物５は、遠心分離機やデカンタ等の濃縮機７におい
て所要含水率（およそ８５％程度）まで濃縮される。

【００２７】該濃縮機７で濃縮された廃棄物５ａは、反
応蒸発装置８の熱交換器８ａでおよそ２００［℃］程度
まで加熱され、熱交換器８ｂで更に２５０〜３００
［℃］程度に加熱され、反応蒸発缶８ｃにおいて水熱分
解により、蒸気２０と低分子化されて液体化した有機物
５ｂとに分離され、該有機物５ｂは、前記熱交換器８ａ
で加熱された廃棄物５ａと合流され前記熱交換器８ｂへ
循環されてスラリー化され、固形分がおよそ５５％程度
となった有機物５ｂのスラリーが循環ラインから抜き出
されてガス化炉１１へ導入される。尚、前記熱交換器８
ａへ導入される廃棄物５ａの温度はおよそ２０［℃］前
後であり、その圧力はおよそ４［ＭＰａ］程度に昇圧さ
れており、前記反応蒸発装置８での反応時間、即ち該反
応蒸発装置８に廃棄物５ａが供給されてから有機物５ｂ
のスラリーが生成されてガス化炉１１へ導かれるまでの
時間は、数分間（およそ五分程度）である。

【００２８】前記反応蒸発装置８で低分子化された有機
物５ｂのスラリーは、ガス化炉１１において酸素９によ
り部分酸化されて一酸化炭素や水素等の粗製ガス１０が
生成され、該ガス化炉１１で生成された粗製ガス１０
は、スクラバ１３において脱塵並びに脱硫等の処理を行
うことにより精製されて精製ガス１２（５００［℃］、
３［ＭＰａ］程度）が生成される。尚、ガス化炉１１と
スクラバ１３における反応時間、即ち該ガス化炉１１に
有機物５ｂのスラリーが供給されてから粗製ガス１０が
生成されてスクラバ１３へ導かれ、該スクラバ１３にお
いて精製ガス１２が生成されるまでの時間は、数秒間
（およそ六秒程度）である。又、有機物５ｂ中の灰分は
ガス化炉１１内で溶融スラグとなって回収される。

【００２９】前記スクラバ１３で生成された精製ガス１
２は、ガスタービン発電機１４におけるコンプレッサ１
４ａで昇圧された圧縮空気１５により燃焼器１４ｂにお
いて燃焼され、ガスタービン１４ｃが駆動されて発電機
１４ｄで発電が行われ、該ガスタービン発電機１４のガ
スタービン１４ｃから排出されるタービン排ガス１６の
熱は、排熱回収ボイラ１８において回収され蒸気１７が
発生し、該排熱回収ボイラ１８で発生した蒸気１７によ
って蒸気タービン発電機１９の蒸気タービン１９ａが駆
動されて発電機１９ｂで発電が行われる。

【００３０】この結果、下水汚泥等の廃棄物５を、単に
処理するだけでなく、しかも、コークスや補助燃料３６
等による助燃を行わずに単味でガス化することが可能と
なり、ガス化した精製ガス１２を燃焼させて発電に有効
に活用することが可能となる。

【００３１】又、廃棄物ガス化装置３０の反応蒸発装置
８での反応は数分間（およそ五分程度）で完了させ、廃
棄物５ａを水熱分解により固形分がなくなるまで完全に
液化するのではなく、固形分がある程度存在するように
しているため、反応蒸発装置８は小型のもので済み、設
備費の削減につながる一方、廃棄物５ａを水熱分解する
のに必要な圧力は減圧されずに精製ガス１２の圧力とな
るため、下流側のガスタービン発電機１４での仕事に活
かすことが可能となり、無駄が少なく、しかも、反応段
階で完全酸化は起こらず、廃棄物５ａの一部が二酸化炭
素や水蒸気となってしまうことはなく、下流側における
ガスタービン発電機１４での燃焼に寄与することとな
る。

【００３２】更に又、廃棄物ガス化装置３０の反応蒸発
装置８における反応時間、即ち該反応蒸発装置８に廃棄
物５ａが供給されてから有機物５ｂのスラリーが生成さ
れてガス化炉１１へ導かれるまでの時間は、数分間（お
よそ五分程度）であり、又、ガス化炉１１とスクラバ１
３における反応時間、即ち該ガス化炉１１に有機物５ｂ
のスラリーが供給されてから粗製ガス１０が生成されて
スクラバ１３へ導かれ、該スクラバ１３において精製ガ
ス１２が生成されるまでの時間は、数秒間（およそ六秒
程度）であるため、例えば、発電所等において、急激に
電気の需要が増加し、発電量を増やすために燃料が多量
に必要となったような場合にも、燃料としての精製ガス
１２を短時間に応答性よく供給することが可能となり、
急激な負荷変動にも追従することが可能となる。

【００３３】こうして、下水汚泥等の廃棄物５をコーク
スや補助燃料３６等の助燃なしに短時間にガス化し得、
ガス化したガスを発電等のために効率よく使用し得る。

【００３４】尚、本発明の廃棄物ガス化方法及び装置
は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発
明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得
ることは勿論である。

【００３５】

【発明の効果】以上、説明したように本発明の廃棄物ガ
ス化方法及び装置によれば、下水汚泥等の廃棄物をコー
クスや補助燃料等の助燃なしに短時間にガス化し得、ガ
ス化したガスを発電等のために効率よく使用し得るとい
う優れた効果を奏し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施する形態の一例の全体概要構成図
である。

【図２】従来の一例の概要図である。

【図３】従来の他の例の全体概要構成図である。

【符号の説明】

５ａ 廃棄物 ５ｂ 有機物 ８ 反応蒸発装置 １０ 粗製ガス １１ ガス化炉 １２ 精製ガス １３ スクラバ ３０ 廃棄物ガス化装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三輪 敬一 神奈川県横浜市磯子区新中原町１番地 石 川島播磨重工業株式会社技術研究所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水を含む廃棄物を数分間高圧高温下にお
   き水熱分解によりスラリー化させて低分子化された有機
   物とすると同時に脱水を行った後、該低分子化された有
   機物のスラリーを部分酸化させてガス化することを特徴
   とする廃棄物ガス化方法。
2. 【請求項２】 水を含む廃棄物を数分間高圧高温下にお
   き水熱分解によりスラリー化させて低分子化された有機
   物とすると同時に脱水も行う反応蒸発装置と、 該反応蒸発装置で低分子化された有機物のスラリーを部
   分酸化させて粗製ガスを生成するガス化炉と、 該ガス化炉で生成された粗製ガスを精製して精製ガスを
   生成するスクラバとを備えたことを特徴とする廃棄物ガ
   ス化装置。