JP3938981B2

JP3938981B2 - 廃棄物ガス化処理におけるガスリサイクル方法

Info

Publication number: JP3938981B2
Application number: JP21571197A
Authority: JP
Inventors: 修亀田; 良夫小坂; 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: 2007-06-27
Anticipated expiration: 2017-07-25
Also published as: JPH1143681A

Description

【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ＣＯ₂（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）、ＣＯ（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１２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５５０〜８５０℃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３６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）、ＣＯ₂（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３０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ＣＯ₂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

Claims

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。
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。
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。