JPH1143681A

JPH1143681A - 廃棄物ガス化処理におけるガスリサイクル方法

Info

Publication number: JPH1143681A
Application number: JP21571197A
Authority: JP
Inventors: Osamu Kameda; 修亀田; Yoshio Kosaka; 良夫小坂; Shosaku Fujinami; 晶作藤並
Original assignee: Ebara Corp; Ube Industries Ltd
Current assignee: Ebara Corp; Ube Corp
Priority date: 1997-07-25
Filing date: 1997-07-25
Publication date: 1999-02-16
Anticipated expiration: 2017-07-25
Also published as: JP3938981B2

Abstract

(57)【要約】【課題】流動層ガス化炉と高温酸化炉を用いた二段ガ
ス化の際に、生成した二次ガスの一部あるいはガス中の
不要成分を再利用して流動層ガス化炉の流動化ガスに利
用することにより、設備コスト並びに運転コストの低減
を図る。【解決手段】流動層を用いたガス化炉に有機性廃棄物
を供給して一次ガス化させ、当該ガス化炉にて得られた
ガス状物を前記ガス化炉よりも高温条件下の高温酸化炉
に導入して二次ガス化する。この生成ガスをスクラバ、
酸性ガス除去装置に通して洗浄、精製する。上記工程に
おいてスクラバ出口ガスの一部を前記ガス化炉に分岐供
給して流動化ガスとしてリサイクルする。あるいは、前
記酸性ガス除去装置により分離されたＣＯ₂ガスの一部
を前記ガス化炉に分岐供給して流動化ガスとしてリサイ
クルするようにしてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は廃棄物ガス化処理に
おけるガスリサイクル方法に係り、特に都市ごみ、下水
汚泥、廃プラスチック、廃ＦＲＰ、バイオマス廃棄物、
自動車廃棄物、廃油その他の有機性廃棄物をガス化燃焼
し、上記の廃棄物中に含まれる金属をリサイクル利用可
能な未酸化の状態で排出するとともに、ガス状物から有
用ガスに転換してこれを資源化し、同時に、前記流動層
ガス化炉に必要な流動化ガスを生成ガスまたはその不要
成分のリサイクル使用によって効率的な廃棄物処理がで
きるようにした廃棄物ガス化処理におけるガスリサイク
ル方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】都市ごみ、下水汚泥、廃プラスチック、
廃ＦＲＰ、バイオマス廃棄物、自動車廃棄物、廃油等に
代表される有機性廃棄物は、一般的に焼却処理により減
容化されるか、あるいは未処理のまま埋立処分されてお
り、これらがリサイクル利用される量は全体からみれば
ごく僅かである。上記の焼却処理においても、これまで
はストーカ炉や流動層炉が用いられてきたが、燃焼時の
空気比が高いため排ガス量が多く、また、炉から排出さ
れた金属類は酸化されているためリサイクルには適さな
かった。こうした焼却処理設備に灰溶融設備を併設する
ところも増えつつあるが、装置全体の建設コストや運転
コストを押し上げる結果となった。

【０００３】こうした問題を解決するために発明された
のが特開平７−３３２６１４号で、ここでは有機性廃棄
物を流動層ガス化炉へ供給して比較的低温でガス化し、
有価金属を取り出すとともに、生成ガスを後段の溶融燃
焼炉へ供給して灰の溶解温度以上の高温下で完全燃焼さ
せることにより、灰分を溶融スラグ化することで減容化
して埋立可能な安定なスラグにして埋立処分地を延命化
したり、土建材としてリサイクルする方法が提示されて
いる。上記の方法は、前段の流動層炉により廃棄物から
未燃チャーを含む可燃性ガスを生成させ、後段の溶融燃
焼炉へ供給し、高温下で完全燃焼することにより、ダイ
オキシン類の完全分解と灰分の溶融スラグ化を期待する
ものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このように、流動層ガ
ス化炉の生成ガスを後段の溶融燃焼炉にて完全燃焼させ
た場合には、溶融燃焼炉では排ガスの保有する熱の有効
利用を図ることができるものの、流動層ガス化炉の生成
ガスは多量の資源化できる有用成分を含んでおり、これ
をＨ₂（水素）、ＣＯ（一酸化炭素）主体の合成ガスに
変換して化学工業用原料としてリサイクルする方法が提
唱されている。この場合、排ガスを大気放出するための
煙突は一切不要である。これが、いわゆるケミカルリサ
イクルの考え方である。

【０００５】このような観点から、流動層ガス化炉にて
比較的低温で一次ガス化し、得られたガス状物を高温酸
化炉に供給して高温下で二次ガス化し、もってＨ₂（水
素）、ＣＯ（一酸化炭素）を主体とする合成ガスに変換
することで資源化が図れるが、流動層ガス化炉では流動
媒体の流動化と酸素の希釈を兼ねたガス（スチーム等）
が多量に必要となり、運転コストが高くなる問題があ
る。

【０００６】本発明は、流動層ガス化炉による一次ガス
化と高温酸化炉による二次ガス化を行うに際して、生成
した二次ガスの一部をリサイクル利用して流動層ガス化
炉の流動化ガスの一部として利用することにより、運転
コストの低減を図ることができるとともに、合成ガスを
効率的に生成させることのできる廃棄物ガス化処理にお
けるガスリサイクル方法を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る廃棄物ガス化処理におけるガスリサイ
クル方法は、第１に、流動層を用いたガス化炉に有機性
廃棄物を供給して一次ガス化させ、このガス状物を高温
酸化炉へ導入することにより前記ガス化炉よりも高温下
にて二次ガス化し、この生成ガスをスクラバに通して洗
浄し後工程へ送給する廃棄物ガス化処理において、前記
高温ガス化炉から排出された生成ガスを通すスクラバの
出口ガスの一部を前記流動層ガス化炉に分岐供給して流
動化ガスに適用することを特徴としている。

【０００８】第２には、流動層を用いたガス化炉に有機
性廃棄物を供給して一次ガス化させ、このガス状物を高
温酸化炉に導入して前記ガス化炉よりも高温下にて二次
ガス化し、この生成ガスをスクラバ、酸性ガス除去装置
に通して洗浄、精製して後工程に送給する廃棄物ガス化
処理において、前記高温ガス化炉から排出された生成ガ
スを通す前記酸性ガス除去装置により分離されたＣＯ₂
ガスの一部を前記ガス化炉に分岐供給して流動化ガスに
適用するようにした。これらの場合において、前記流動
層ガス化炉に内部循環式流動層炉を用い、当該流動層ガ
ス化炉へのリサイクルガスをガス化剤（酸素）とともに
流動層に供給して流動化ガスのガス化剤濃度を調整する
ようにすればよい。

【０００９】

【作用】有機性廃棄物を流動層ガス化炉により比較的低
温（５５０〜８５０℃）下にて含酸素ガスと接触させ
て、熱分解ガス化することにより廃棄物を一次ガス化さ
せ、得られたガス状物と少量の固形物を高温酸化炉に導
入し、ここで高温（１２００〜１６００℃）下にて再度
含酸素ガスと接触させることにより二次ガス化させて、
合成ガスとしてのＣＯ、Ｈ₂主体の合成ガスを生成する
ことができる。こうした目的では、通常流動層ガス化炉
の分散板下方から酸素とスチームの混合ガスを供給して
硅砂等の流動媒体を流動化させているが、炉サイズが大
きくなったり、加圧条件となったりするとスチームが多
量に必要となる。本発明では、第１に前記高温酸化炉か
らの二次ガスに含まれる微量の未反応カーボン等をスク
ラバによって分離した後のガスの一部を流動層ガス化炉
に返送し、これを流動化用のスチームの代わりに使用す
るようにしている。したがって系外からのスチームを使
用する場合と比較して運転コストを低減することができ
る。また、第２には前記スクラバを経たガスから更にＣ
Ｏ₂（二酸化炭素）ガス等の酸性ガスを除去するが、こ
の分離されたＣＯ₂ガスの一部を返送してスチームの代
わりに適用することも可能である。この場合にはＣＯ₂
リッチガスを用いることで合成ガスの生成効率を向上さ
せることができる。

【００１０】これらの場合において、流動層ガス化炉を
内部循環式流動層炉とすることにより、有機性廃棄物を
粗破砕程度の前処理で供給することができ、また、リサ
イクルガスにガス化剤（酸素）を加えて流動化ガス中の
酸素濃度を調整することができる。これによって流動化
ガス中の酸素濃度を低くして流動層内容物のアグロメ
（塊状化）の発生を防ぐとともに、層内を還元雰囲気と
することで、廃棄物中に含まれる金属を未酸化状態で回
収することが可能となる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る廃棄物ガス
化処理におけるガスリサイクル方法の具体的実施の形態
を図面を参照して詳細に説明する。図１は実施形態に係
るガスリサイクル方法が適用される廃棄物のガス化処理
装置のフロー図である。当該ガス化処理装置は、前段の
流動層ガス化炉にて５５０〜８５０℃の比較的低温下で
一次ガス化させ、一次ガス中に未燃チャーを同伴させた
状態で、後段の高温酸化炉にて１２００〜１６００℃の
高温下で二次ガス化することにより、Ｈ2（水素）、Ｃ
Ｏ（一酸化炭素）主体の合成ガスを生成するようにして
いる。なお、一次ガス化、二次ガス化とも部分酸化反応
にて進行する。

【００１２】ガス化処理装置に供給される原料として
は、都市ごみ、下水汚泥、固形化燃料、スラリー化燃
料、廃プラスチック、廃ＦＲＰ、バイオマス廃棄物、自
動車廃棄物、廃油などの有機性廃棄物や低品位炭を用い
ることができる。有機性廃棄物は、３０ｍｍ程度に粗破
砕して供給され、固形化燃料、スラリー化燃料、廃油は
そのまま供給される。また、低品位石炭は、４０ｍｍ程
度に破砕する。これらを、ピッ卜で受入れ、そこで十分
に攪拌・混合した後に、適宜流動層ガス化炉１０へ供給
する。また、ガス化される廃棄物の性状（発熱量や水
分）が良くなければ、必要に応じて石炭やオイルコーク
ス等を補助的に添加することもできる。

【００１３】予め必要に応じ破砕された有機性廃棄物１
２は、ホッパーに供給された後に、スクリュー式の定量
供給装置１４を用いて流動層ガス化炉１０へ供給され
る。上記有機性廃棄物が投入される流動層ガス化炉１０
は、下位の流動層部１６と上位のフリーボード部１８か
ら構成され、両者はネック部２０を介して連通してい
る。流動層部１６には炉底に配置された分散板２２上に
砂（硅砂、オリビン砂など）、アルミナ、鉄粉、石灰
石、ドロマイト等が流動媒体２４として充填されてお
り、前記分散板２２を介して流動媒体２４中に流動化ガ
スを噴出させることにより流動媒体２４の流動化を図る
ようにしている。また、前記分散板２２は中央が突き出
た円錐を伏せたコーン状の形状とされ、流動化ガスは分
散板２２の中央部と周辺部とに別々に供給される。中央
部へ供給される流動化ガスの流速は小さくされ、後述す
る高温酸化炉３０後のガスをリサイクルして流動化ガス
中の酸素濃度を下げ、一方周辺部へ供給される流動化ガ
スの流速は大きくされ、その酸素濃度を中央部より高く
される。こうして流動媒体２４が流動層中央にて下降流
となり、流動層周辺部にて上昇流となるような、旋回運
動を流動層内に生じさせている。こうして理論燃焼酸素
量の５〜３０％の酸素量が部分酸化に消費されて一次ガ
ス化が行われる。

【００１４】中央部へ供給された流動化ガス、すなわち
中央部流動化ガスはリサイクルガスの混入により酸素濃
度が低くされているため、流動層中央部に下降流として
形成される流動層内で、乾溜に近い条件でガス化されて
生じたタールを含む発熱量の高い可燃性ガスはフリーボ
ード部１８へ上昇する。前記中央部流動層において生成
した固形物であるチャーは流動媒体とともに周辺部流動
層へ搬送され、酸素濃度が高い周辺部流動化ガスと接触
して部分燃焼され、ＣＯ（一酸化炭素）、ＣＯ（二酸化
炭素）₂主体の可燃性ガスおよび灰分となり、炉内を５
５０〜８５０℃に維持する熱を発生する。こうして中央
部流動層ではガス、タール、チャーが生成するが、温度
が低いほどタールとチャ一の生成率は増加し、ガスの生
成率は減少する。流動層全域にわたって、還元雰囲気で
あるため、廃棄物に含まれる金属のうち融点が流動層温
度より高いものは、ほとんど酸化を受けずにガス化炉の
炉底より流動媒体と共に排出される。従って、例えばア
ルミニウムは、流動層温度がアルミニウムの融点である
６６０℃より低く設定されている場合には、未酸化状態
の金属として回収できる。不燃物回収のために流動層炉
の炉底部に排出口２６が設けられている。したがって、
流動層温度を５５０〜６５０℃とすれば、廃棄物に含ま
れるアルミニウムを未酸化でクリーンな状態にて排出口
２６から回収できる。炉底排出口２６から不燃物ととも
に排出される流動媒体２４の硅砂ｄは、分級操作により
粗大な不純物を分離後バケットコンベア等により上方へ
搬送され、流動層ガス化炉１０に戻すようにする。

【００１５】ガス化炉１０の流動層部１６に投入された
有機性廃棄物は、乾溜に近いガス化によりガス、ター
ル、チャーとなり、ガスとタールは、気化して炉内を上
昇する。チャーは部分酸化を受けつつ流動層部１６の旋
回運動に伴う粉砕作用により微細化される。微細化され
たチャーは多孔質で軽いため、生成ガスの上向きの流れ
に同伴される。流動媒体２４に固い硅砂を用いれば、チ
ャーの粉砕は一層促進される。流動層ガス化炉１０を出
たガス、タール、チャーは次段の高温酸化炉３０へ供給
され、高温下での二次ガス化により、合成ガスを生成す
るようにしている。

【００１６】流動層ガス化炉１０の炉頂より排出された
一次ガスは、次段の高温酸化炉３０に、一次ガス搬送経
路３２を通じて供給される。サイクロンでガス中のチャ
ーを分離した一次ガスは、高温酸化炉３０の頂部へ導入
され、理論燃焼酸素量の２０〜４０％の量の酸素ととも
に、１２００〜１６００℃の温度下で二次ガス化を行う
ようにしている。高温酸化炉３０の上半部は耐火物で内
張りされた反応室３４が形成されている。また、高温酸
化炉３０の下部には反応室３４からのガスとスラグを水
と直接接触することにより急冷するための急冷室３６が
設けられ、反応室３４と急冷室３６とはスロート部３８
で連通している。急冷室３６にはガス急冷用の水を送る
水ライン４０が開口され、適宜な水位となるように水が
供給される。反応室３４で発生した高温の二次ガスとス
ラグは、スロート部３８を通過し、急冷室３６内の水中
に吹き込まれ冷却される。、急冷後のガスは、急冷室３
６の水面上方に設けられたガス排出口４２からガスライ
ン４４を通ってスクラバ５６へ送給させるようにしてい
る。

【００１７】この場合、前記高温酸化炉３０への一次ガ
スの供給は、反応室３４内で旋回流となるように供給
し、未燃チャーの滞留時間が長くなるようにすることが
望ましい。これにより未燃チャーは炉壁に沿って周回し
つつ下降し、燃焼火炎と炉壁からの輻射熱により酸素と
旋回流中で混合しながら、１２００〜１６００℃の高温
下で高速酸化する。この二次ガス化に伴いチャーに含ま
れる灰分はスラグミストとなり、旋回流の遠心力により
反応室３４の炉壁上の溶融スラグ相に捕捉され、炉壁を
流れ下って急冷室３６に入り、急冷室３６にて水砕され
てスラグ粒となり、ロックホッパ４６を介して外部に排
出され、スクリーン４８により、粗粒スラグと微粒スラ
グに分別される。

【００１８】このようにして前段の流動層ガス化炉１０
による一次ガス化に伴い有価金属を未酸化状態で回収
し、この一次ガスと未燃チャーを後段の高温酸化炉３０
での高速酸化により二次ガス化することができる。後段
の高温酸化炉３０では１２００〜１６００℃の高温ガス
化により、炭化水素、タール、チャーは完全に分解さ
れ、生成ガスはＨ₂（水素）、ＣＯ（一酸化炭素）、Ｃ
Ｏ₂（二酸化炭素）、Ｈ₂Ｏ（水蒸気）から成る組成ガス
となる。また、スラグ粒化した灰分は、高温酸化化炉３
０の炉底より排出される。これにより、有機性廃棄物か
ら有価金属やスラグの回収を行うとともに、合成ガスを
生成することができる。

【００１９】合成ガスを回収するために、前記高温酸化
炉３０の急冷室３６の上部に設けられたガス排出口４２
はガスライン４４によりスクラバ５６に接続され、二次
ガス中に含まれる微粒の未反応カーボンや灰分、塩化水
素等を除去するようにしている。これは二次ガスを水と
直接接触させてガス中から固形分の分離を図ることによ
り、生成ガスを洗浄するものである。またスクラバ５６
の後段には酸性ガス除去装置５８が配置され、ここで生
成ガスに同伴するＣＯ₂（二酸化炭素）、Ｈ₂Ｓ（硫化水
素）、ＣＯＳ（硫化カルボニル）等の酸性ガスを取り除
き、合成ガスとして使用できるように精製する。さらに
精製されたガスはコールドボックス６０に送られ、ＣＯ
を深冷分離することで、残存するＨ₂を例えばアンモニ
ア製造設備へ送給するようにしている。

【００２０】このような二段ガス化装置において、本実
施形態では、前記スクラバ５６出口ガスの一部を分岐
し、流動層ガス化炉１０の分散板２２下部のガスチャン
バー６４へ供給して流動化ガスとして用いている。この
ため、スクラバ５６から酸性ガス除去装置５８に至るガ
ス経路の途中に分岐管路６２を設け、これを流動層ガス
化炉１０のガスチャンバー６４に接続している。ガスチ
ャンバー６４は炉の中央部と同心円状の周辺部とに分別
して流動化ガスを供給するように２室に区画されており
（区画室６４Ａ、６４Ｂ）、前記分岐管路６２は中央部
と周辺部に別々に開口させ、ここにスクラバ５６出口ガ
スの一部を供給させるようにしている。

【００２１】流動層ガス化炉１０と高温酸化炉３０に対
して供給されるガス化剤としての酸素ガスは酸素ブロア
６８により昇圧されて供給される。流動層ガス化炉１０
へは、前記ガスチャンバー６４の中央区画室６４Ａと周
辺区画室６４Ｂに流動化ガス供給経路７０により供給さ
せるようにしている。これらの酸素ブロア６８から供給
される酸素ガスと別に、前記スクラバ５６からの分岐管
路６２は中央区画室６４Ａと周辺区画室６４Ｂに接続さ
れ、ここにリサイクルガスブロア７２を介してスクラバ
５６出口ガスの一部を供給しているのである。流動層ガ
ス化炉１０の流動媒体は中央部分では酸素濃度が低く、
周辺部分では酸素濃度が中央部より相対的に高くなるよ
うに設定されている。層内への酸素とリサイクルガスを
合せた流動化ガスの線速度を周辺部より中央部を低く抑
えることで、流動媒体２４が中央にて下降流となり、周
辺部にて上昇流となるような旋回運動が生じる。

【００２２】上記実施形態とは別に、前述した酸性ガス
除去装置５８にて分離された高濃度のＣＯ₂ガスを流動
層ガス化炉１０に返送するように構成することもでき
る。酸性ガス除去装置５８では生成ガス中に含まれるＣ
Ｏ₂ガスを分離することは比較的容易であり、この分離
された常温付近のＣＯ₂ガスの一部を流動化ガスとして
リサイクルすることにより、スチーム発生に要するラン
ニングコストを大幅に低減することが可能となる。但
し、酸性ガス除去設備５８がリサイクルされるＣＯ2の
分だけ容量アップとなることは避けられない。

【００２３】このように本実施形態によれば、流動層ガ
ス化炉１０にて生成された一次ガスを高温酸化炉３０へ
供給し、ここで二次ガスを生成させ、スクラバ５６、酸
性ガス除去装置５８により洗浄、精製するに際して、前
記スクラバ５６の出口ガスの一部、もしくは酸性ガス除
去装置５８にて分離されるＣＯ₂ガスの一部を流動層ガ
ス化炉１０の流動化ガスとしてリサイクルすることによ
り、流動化ガスの必要量を確保することができる。同時
にリサイクルガスを酸素と混合して酸素濃度を調整する
ことで、局所的な高温化によるアグロメ（塊状化）の発
生を防止することが可能となる。また、スクラバ５６の
出口ガス、もしくは酸性ガス除去装置５８により分離さ
れたＣＯ₂ガスがリサイクルされることにより、系全体
のランニングコストを大幅に引き下げすることが可能と
なっている。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る廃棄
物ガス化処理におけるガスリサイクル方法によれば、流
動層を用いたガス化炉に有機性廃棄物を供給して比較的
低温にて一次ガス化させ、当該一次ガス化にて得られた
ガス状物を前記ガス化炉よりも高温条件の高温酸化炉に
導入して二次ガス化し、得られた生成ガスをスクラバに
通して洗浄させて後工程へ供給する廃棄物ガス化処理に
おいて、前記高温ガス化炉から排出された生成ガスを通
すスクラバの出口ガスの一部を前記ガス化炉に分岐供給
して流動化ガスに適用するようにし、あるいは前記高温
ガス化炉から排出された生成ガスを通す前記酸性ガス除
去装置により分離されたＣＯ₂ガスの一部を前記ガス化
炉に分岐供給して流動化ガスに適用するように構成した
ことにより、流動層ガス化炉に必要なスチーム等の供給
設備負担を小さくする効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る廃棄物のガス化処理装
置のフロー図である。

【符号の説明】

１０流動層ガス化炉１２有機性廃棄物１４定量供給装置１６流動層部１８フリーボード部２０ネック部２２分散板２４流動媒体（硅砂）２６排出口３０高温酸化炉３２一次ガス搬送経路３４反応室３６急冷室３８スロート部４０水ライン４２ガス排出口４４ガスライン４６ロックホッパ４８スクリーン５６スクラバ５８酸性ガス除去装置６０コールドボックス６２分岐管路６４ガスチャンバー６８酸素ブロア７０流動化ガス供給経路７２リサイクルガスブロア

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者藤並晶作東京都大田区羽田旭町11番１号株式会社荏原製作所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】流動層を用いたガス化炉に有機性廃棄物
を供給して一次ガス化させ、このガス状物を高温酸化炉
へ導入することにより前記ガス化炉よりも高温下にて二
次ガス化し、この生成ガスをスクラバに通して洗浄し後
工程へ送給する廃棄物ガス化処理において、前記高温ガ
ス化炉から排出された生成ガスを通すスクラバの出口ガ
スの一部を前記流動層ガス化炉に分岐供給して流動化ガ
スに適用することを特徴とする廃棄物ガス化処理におけ
るガスリサイクル方法。
【請求項２】流動層を用いたガス化炉に有機性廃棄物
を供給して一次ガス化させ、このガス状物を高温酸化炉
に導入して前記ガス化炉よりも高温下にて二次ガス化
し、この生成ガスをスクラバ、酸性ガス除去装置に通し
て洗浄、精製して後工程に送給する廃棄物ガス化処理に
おいて、前記高温ガス化炉から排出された生成ガスを通
す前記酸性ガス除去装置により分離されたＣＯ₂（二酸
化炭素）ガスの一部を前記ガス化炉に分岐供給して流動
化ガスに適用することを特徴とする廃棄物ガス化処理に
おけるガスリサイクル方法。
【請求項３】前記流動層ガス化炉に内部循環式流動層
炉を用い、当該流動層ガス化炉へのリサイクルガスをガ
ス化剤とともに流動層に供給して、流動化ガスのガス化
剤濃度を調整することを特徴とする請求項１または２に
記載の廃棄物ガス化処理におけるガスリサイクル方法。