JPS5829997B2 - 都市固形廃棄物の流動熱分解法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、都市固形廃棄物の流動熱分解方法に係り、特
に含水率の高い都市ごみの処理に好適な熱分解法に関す
る。

従来、都市固形廃棄物（以下、単に都市ごみと称する）
の処理方法として、焼却法と熱分解法等が知られている
。

熱分解法は焼却法に比して有害ガスの発生量が少ないこ
と及び都市ごみ中の有機物を熱分解によりガス状や油状
の有価な燃料へ変換できるため都市ごみの資源化及び低
公害処理プロセスとして有望視されている。

熱分解法には反応器の形式により、流動層方式、および
固定床方式に大別される。

これらの内で流動層を用いる流動熱分解法は熱分解炉の
単位容積に対する都市ごみの処理量が大きいこと、炉内
の温度分布が均一なため生成物の品質が比較的安定して
いる等の長所を有しすぐれた熱分解方法であると言われ
ている。

然るに、都市ごみを従来公知の流動熱分解法で処理する
場合には、その高い含水率が原因となり必ずしも良好に
処理できない。

すなわち、都市とみは一般に厨芥等を含んでいるため含
水率は平均５０〜６０％と高い。

従って、通常、乾燥工程を経て含水率を約２０係以下に
低下させた後、熱分解原料とする方法がとられている。

その理由は、熱分解反応が吸熱反応であるため、部分酸
化方式の熱分解においても、含水率２０φを越える原料
を熱分解する際には水分が多量の蒸発熱をうばうため、
熱バランス的に系外から熱源を供給しないと熱分解炉の
温度が低下し装置の運転が困難となるからである。

前記乾燥方式として、従来ロータリーキルン方式、ベル
トコンベア方式あるいは流動式乾燥機等が採用されてい
る。

しかしこれらの従来方式においては乾燥熱源は外部熱源
、例えば電力、燃料油、燃料ガス等に依存しなければな
らないため、プロセス上の作業性や処理コストの点で満
足できるものではない。

また熱分解装置例として、熱分解生成ガスの熱容量（Ｋ
ｃａ ｌ ／ Ｎｍ３）を高める必要性と副生ずるチャ
ーの有効利用を計る目的から、一般に原料ごみの熱分解
と副生炭化物の燃焼を別々の塔で行ない、２塔間で流動
粒子を循環し、炭化物の燃焼熱を該循環する粒子に与え
てこれを分解塔での分解熱源とすることからなる循環ル
ープを備えた２塔式循環流動装置が知られている。

しかしながら、この装置の運転においては、流動粒子に
よる循環系配管での管材摩耗、熱損失、塊状物の発生に
よる管路閉塞等のトラブルが発生し易いこと、２塔間で
粒子を循環させるには、高度の技術が必要であること、
反応装置が構造上複雑になること等のため運転性、経済
性等の点から必ずしも満足できるものではない。

本発明の目的は、前記した従来技術の欠点を克服し、作
業性、運転性等にすぐれ、かつ経済的に有利な都市ごみ
の流動熱分解方法を提供するにある。

前記目的を遠戚するため、本発明は熱分解時に副生ずる
チャーが良好な固形燃料であり、これを微粉化し、流動
層低部の高酸素濃度領域に供給すると微粉チャーが優先
的に燃焼することに着目した。

すなわち、熱分解炉で発生したチャーを分解炉外に取出
し、微粉細化したのち再び分解炉の分散板に導通する流
動化空気供給管中に該微粉化チャーを投入し、気流輸送
し、分解炉の流動層部の低部（こ送り込み、すなわち流
動層内での酸素濃度の高濃度領域において、該粉末チャ
ーを優先的に燃焼させ、その燃焼熱を熱分解時に必要な
熱量の一部として利用することを特徴とする部分酸化方
式による都市ごみの重塔式流動熱分解方法を提供しよう
とするものである。

この燃焼熱が、ごみ中の水分蒸発乾燥等の熱源として寄
与するため、分解炉直接投入ごみの計容含水率は従来の
２０％から３５饅に増大し、処理ごみの対象範囲が広く
なる。

以下に図面に示す態様例を参照しながら本発明をさらに
詳細に説明する。

第１図は、本発明態様例の主要部を説明するもので、第
２図は第１図に示した本発明態様例の主要部を含み、こ
れをさらに具体的に応用するための好適態様例を説明す
るものである。

所定温度に保たれた流動層２に、予じめ約５０關径に破
砕し含水率等を調整したごみ１７をスクリューコンベヤ
１６により投入する。

砂粒子が流動化用空気により流動化しており、投入され
たごみ中の可燃物は一部燃焼し、その燃焼熱により未燃
焼可燃物が熱分解され、高温ガス及びチャーに変換され
る。

流動層分解炉３で生成したチャーは流動砂と共に溢流管
４より炉外に抜出される。

この混合物をチャー冷却タンク５に導き、抜出温度（約
５００℃）から約１００℃まで冷却したのち、ふるい６
によりチャー８と流動砂７とに分別する。

回収されたチャーは最犬返長が１０〜４０ｍｒｒｔの形
状を有し、このままでは着火燃性が劣るので、これを通
常用いられているボールミル型やハンマ型の微粉砕機を
用い、０．０５〜０．３ ｍｍ径程度に微粉砕する。

これを密閉型のチャーホッパー１３に挿入し、スクリュ
ーコンベヤ１２により、予じめ所定条件に調整されたチ
ャー気流輸送管１１に送りこむ。

チャー気流輸送管１１は、空気流量を調節するバルブ１
０と、２ケの分散板１５を有する。

該分散板の取付位置は、バルブ１０とスクリューコンベ
ア１２の出口位置との中間に１ケ、また輸送管上部に１
ケこれは分散板１の１部を構成している。

なお輸送管上部の分散板の孔径は分散板１の孔径の２〜
３倍で適切である。

微粉化されたチャーは一旦密閉型のチャーホッパー１３
に貯えられスクリューコンベヤ１２により気流輸送管に
投入されると、分散板１５を通り流動層２の低部に挿入
される。

流動層内は所定温度５００℃ないし６５００Ｃに保たれ
ており流動層低部Ｏこ送られてきた上記の微粉化チャー
は、この領域が層内で最も酸素濃度の高い領域であるた
め主にこの部分で着火し燃焼する。

この場合、流動化空気にプロセス内の廃熱を利用し、３
００〜４５０℃に予熱したものを用いれば該微粉チャー
の着火性、焼燃性が向上する。

この燃焼熱は流動砂に与えられるか、もしくは原料とみ
に与えられ、熱分解反応に寄与する。

このように、微粉化チャーは熱分解における補助燃料と
して用いられる。

第２図に示した装置フローを基に、熱分解装置全体のフ
ローについか説明する。

投入された都市とみは配管９より供給された空気２９に
より分解炉３内で燃焼し、その燃焼熱により残りの有機
物が熱分解され、高温分解ガス及びチャーに変換される
。

該分解ガスは配管２７を通り、サイクロン１９で除塵さ
れ、油回収装置２０に導かれ、ここで循環している冷却
水と接触し冷却され、生成油分が液化し回収される。

未凝縮ガスはさらに配管２８を経て、ミストセパレータ
２４で油のミスト分が回収され、アフタバーナ２６で焼
却処理される。

分解炉内の圧力は排気ガスブロア２５により、はぼ常圧
に保持される。

油回収装置はではポンプ２３によりタンク２１中の液状
物が循環して使用される。

生成油はドラム缶２２に回収される。流動化空気１４は
ブロア１８により供給される。

本発明に使用する流動粒子は、強度があり、かつ熱媒体
となり得るものであれば特に制限はなく、例えば、珪砂
、川砂、鋳砂等を用いることができる。

これは一般に０．０５〜０．７ ｍｍ１ａ度の粒径であ
れば十分である。

本発明において処理の対象となる都市とみは、有機性固
形物を含む都市ごみを広く包含する。

都市ごみの典型的な組成例として、昭和４９年度におけ
る東京都の例を示す。

紙類３１係、プラスチック１２係、繊維、木、竹類７％
、厨芥数３１％、その他１９％であり、含水率５０〜６
０φである。

これら都市とみは本発明処理に先立ち、予じめ機械的に
、破砕・分別を行ない、水分を多く含有する厨芥や紙類
を除去し、含水率を低下させ、プラスチック分に富むご
みに調製する方が油取率を向上させる上でより好ましい
。

しかし油回収を主要な目的としない場合には、厨芥、紙
類の分別・除去を行う必要はないが、破砕することは必
要である。

かかる破砕処理により、分解炉内での流動化及びスクリ
ューコンベヤ等による供給が容易となり、かつ熱分解時
の熱伝導性も向上するからである。

補助熱源となるチャーの生成率は、含水率が低く発熱量
の高いごみ程高い。

都市とみ等の固形廃棄物の熱分解温度は一般に４００〜
８００℃の領域にあると言われる。

しかしチャーの生成率は温度が低い程太きい。

このためチャーの生成率を考慮すると、５００〜６５０
’Ｃの領域が本発明における好ましい分解温度域と言え
る。

熱分解炉に直接投入できるごみの許容含水率は実験的に
検討し、約２０％以下であることを確認している。

この場合都市ごみを乾燥しないで直接分解炉に投入した
り、乾燥が不十分の場合、水分が多量の蒸発熱をうばう
ため、分解炉の温度が低下し装置の運転が困難となるた
めである。

以下に本発明の実施例を掲げて詳述する。

またチャーを補助燃料として活用した場合と活用しなか
った場合について、その効果を比較するため、比較例に
ついても記載する。

実施例 熱分解装置の主要機器である分解炉３が次の仕様のもの
を用いて実施した。

塔径５００ｍｍφ、砂の流動層部容積２００Ｖ、チャー
気流輸送管々径５Ｃ）ｍｍφの流動層熱分解炉を用いた
。

なお分解炉の分散板の孔径は１關φ、輸送管上部の分散
板の孔径３關φである。

運転開始にあたり、４００’Ｃに予熱した流動化空気を
流して砂を流動化させ、ＬＰＧスタートアップバーナを
用いて砂を加熱し、各機器の温度を所定温度に保つ、す
なわち分解炉３の流動層部２の温度を６００°Ｃに保つ
。

次いで、ＬＰＧスタートアップバーナを切ったのち、含
水率３５％の破砕調製ごみ（厨芥類の５０％を分別除去
し、破砕径約５０ｍ７ＩＬにしたごみ）をスクリューコ
ンベヤ１６により、供給速度８０ｋｇ／ｈで分解炉３に
供給した。

熱分解の開始と共に、原料とみは高温分解ガスとチャー
に変換される。

生成したチャーを分解炉から溢流配管４を経て取出し、
分別後これを、０．０５〜０．３ ｍｍφに微粉化し、
スクリューコンベヤ１２によりチャー気流輸送管１１に
送り、チャを流動層低部に挿入し、燃焼させた。

約２時間後に熱分解反応は定常状態を示し、流動層部２
の温度は５８０℃を示し、その他者機器の温度も所定温
度に達し、以後問題なく順調な熱分解運転を１００時間
行った。

なお分解炉３への空気供給量は７ＯＮｍ３／ｈで、計算
上約２０ｋｇ／ｈのごみが燃焼する空気量であった。

チャーの生成率は供給ごみ量に対し約１ｏｗｔ％で、そ
の発熱量は約５，５００ ｋｃａｌ ／ｋｇであった。

分解炉３の上部から配管２７を経て油回収装置２０で回
収された生成油は平均発熱量６，７００ｋｃａｌ ／ｋ
ｇで、その収率値は供給ごみに対し１５ｗｔ％であった
。

未凝縮のガス性生成物の平均発熱量は８００ ｋｃａｌ
／ Ｎｍ”であった。

なお該ガス状生成物中には、空気による部分酸化方式を
採用しているため、約６５ ｖｏ１％の窒素ガスが含ま
れており、生成した一酸化炭素濃度は１４ ｖｏ１％で
あった。

なお熱分解に供したごみの性状及び組成は次のごとくで
あった。

含水率 ：３５％ 組成（ドライベース）：プラスチックス２８饅紙５３．
厨芥１６％、木、竹類２φ、不燃物１φ 比較例 １ 実施例で用いたと同じごみを乾燥し、含水率２２φに調
製した。

ごみ供給量、分解温度を実施例と同一にして、熱分解を
行った。

ただし、生成チャーは分解炉外に取出したままとし、分
解炉への挿入、燃焼を行わなかった。

生成物の収率及びその性状はほぼ実施例と同じであった
。

比較例 ２ 実施例で用いたと同じごみ（含水率３５饅）を用い、実
施例と同一のごみ供給量、分解温度とに設定して運転を
行なった。

ただし、分解炉から取出したチャーはそのままとし、生
成チャーを分解炉における補助燃料として用いなかった
。

その結果、生成油の収率値も低く約２ｗｔ％で、生成ガ
スの発熱量も３００ ｋｃａｌ ／ｋｇと低かった。

以上の実施例と比較例１及び２の結果から明らかな通り
、本発明を実施することにより得られる効果は以下に要
約される。

（１）油化等の資源化処理を目的とする都市ごみの部分
酸化方式による単基式流動層熱分解において、副生ずる
チャーを微粉化し、流動層低部に挿入して燃焼させるこ
とにより、従来よりも含水率の高いごみ（実施例と比較
例１及び２の結果から、１０〜１５係含水率の高いごみ
）を円滑に熱分解することができる。

（２）熱分解工程と副生チャーの燃焼工程を同一塔内に
組み入れた構造となっているので、装置の運転性、作業
性が良好となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明態様例の主要部を説明するもので、第
２図は第１図に示した本発明態様例の主要部を含み、こ
れをさらに具体的に応用するための好適態様例を説明す
るものである。 １・・・・・・分散板、２・・・・・・流動層、３・・
・・・・流動熱分解炉、６・・・・・・ふるい、８・・
・・・・チャー １１・・・・・・チャー気流輸送管、
１３・・・・・・微粉チャー、１４・・・・・・空気、
１５・・・・・・分散板、１７・・・・・・原料ごみ、
１９・・・・・・サイクロン、２０・・・・・・油回収
装置、２４・・・・・・ミストセパレータ、２５・・・
・・・排気ブ爾ア、２６・・・・・・アフターバーナ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 都市固形廃棄物の部分酸化方式による流動熱分解法
   において、都市固形廃棄物の熱分解により生成したチャ
   ーを熱分解炉外に取出して微細化し、この微細化したチ
   ャーを熱分解炉内の流動層部の低部に供給し、酸素濃度
   の高い領域において前記微細化したチャーを燃焼させる
   よう（こしたことを特徴とする都市固形廃棄物の流動熱
   分解法。