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WO2021125289A1 - ガス化炉の操業方法及びガス化炉 - Google Patents

ガス化炉の操業方法及びガス化炉 Download PDF

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WO2021125289A1
WO2021125289A1 PCT/JP2020/047249 JP2020047249W WO2021125289A1 WO 2021125289 A1 WO2021125289 A1 WO 2021125289A1 JP 2020047249 W JP2020047249 W JP 2020047249W WO 2021125289 A1 WO2021125289 A1 WO 2021125289A1
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WO
WIPO (PCT)
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gasification furnace
slag
gasifier
containing compound
alkali metal
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/JP2020/047249
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
友亮 福井
淳一 秋山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ebara Environmental Plant Co Ltd
Ube Corp
Resonac Holdings Corp
Original Assignee
Showa Denko KK
Ube Industries Ltd
Ebara Environmental Plant Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Priority to EP20903009.7A priority patent/EP4079422A4/en
Priority to JP2021565654A priority patent/JP7646567B2/ja
Priority to CN202080087539.9A priority patent/CN114846122B/zh
Priority to US17/785,682 priority patent/US20230067815A1/en
Priority to AU2020404693A priority patent/AU2020404693B2/en
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    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
    • Y02W30/20—Waste processing or separation

Definitions

  • the present disclosure discloses a gasification furnace operating method, a gasification furnace, a two-stage gasifier, a gasification method for organic raw materials, and a method for gasifying organic waste such as waste plastic, which can be suitably used for gasification treatment.
  • the present invention relates to a two-stage gasification method for organic waste.
  • Conventional gasifiers used for gasification of organic waste such as waste plastic, municipal waste, sewage sludge, waste FRP, biomass waste, automobile waste, and waste oil include hydrogen gas and carbon monoxide gas.
  • a non-combustible substance separation chamber is provided below the combustion chamber of the gasifier in order to separate the gas containing the above and the slag containing the ash. Between the combustion chamber and the incombustible material separation chamber so that the residence time of the cooled gas is shortened, that is, the linear velocity of the gas is increased in order to suppress the de novo synthesis of dioxins in the gasifier.
  • molten slag Most of the slag generated in the combustion chamber flows down along the side wall of the cylindrical combustion chamber in a molten state (hereinafter, the molten slag is referred to as "molten slag"), and the rest is caught in the gas. In this state, they all reach the non-combustible substance separation chamber through the throat section.
  • the molten slag is coarse-grained by being rapidly cooled by the cooling water of the non-flammable substance separation chamber, and is extracted as coarse-grained slag from the slag discharge port at the bottom of the gasification furnace.
  • the temperature in the combustion chamber may change, or the melting point or viscosity of the slag produced may change.
  • a large amount of molten slag flows into the throat portion from the opening at the bottom of the combustion chamber at one time, and the throat portion or the cylindrical descending pipe connected to the throat portion so as to temporarily extend downward from the throat portion is provided. It may be occluded or the throat or cylindrical descending tube may become constricted.
  • Fine slag droplets (slag mist) entrained in gas may adhere to the side wall of the connection between the throat and the nonflammable substance separation chamber, forming a large slag mass. If the slag mass falls into the non-flammable substance separation chamber, the slag discharge port of the non-flammable substance separation chamber may be blocked.
  • the throat, cylindrical descending pipe or slag outlet is temporarily blocked, or if the throat or cylindrical descending pipe is narrowed, the internal pressure of the gasification furnace will increase, resulting in gasification from the viewpoint of safety. It may be necessary to shut down the reactor or reduce the supply of organic raw materials. If the slag outlet is blocked by a slag mass, the operation of the gasifier must be stopped and the inside of the non-flammable substance separation chamber must be cleaned, which reduces the operation efficiency.
  • Patent Document 1 describes the operation of a gasification melting / reforming furnace in which waste is gasified and melted in a gasification melting / reforming furnace and the generated gas is gas reformed in a reforming furnace having a temperature of 1000 to 1300 ° C.
  • the basicity of the ash CaO / SiO 2
  • SiO 2- rich powder granule as a melting accelerator
  • Patent Document 1 focuses on the ratio of calcium to silicon (basicity of ash), and the applicable waste composition is limited, for example, it cannot be applied to organic waste having a low calcium content.
  • the operating temperature (combustion temperature) of the gasifier By lowering the operating temperature (combustion temperature) of the gasifier, it may be possible to increase useful components contained in the generated gas, such as hydrogen gas and carbon monoxide gas.
  • the operating temperature of the gasifier is lowered, the fluidity of the molten slag is lowered, and the throat portion or the cylindrical descending pipe is more likely to be blocked or narrowed.
  • the molten slag with reduced fluidity becomes larger droplets, falls, and is rapidly cooled by the cooling water in the nonflammable substance separation chamber to become coarse-grained slag having a larger diameter.
  • the slag outlet may be easily blocked by the increased diameter slag.
  • the present invention provides a method for operating a gasifier, a gasifier, a two-stage gasifier, a method for gasifying an organic raw material, and an organic substance, which enable stable operation of the gasifier for a long period of time.
  • a two-stage gasification method for waste Provide a two-stage gasification method for waste.
  • the present inventors reduced the viscosity of the slag by directly or indirectly injecting an alkali metal-containing compound into the gasification furnace, and blocked or narrowed the throat portion or the cylindrical descending pipe, or the gasification furnace.
  • the present invention has been completed by finding that the obstruction of the bottom can be suppressed or prevented.
  • the gasification furnace comprises directly or indirectly charging an alkali metal-containing compound into the gasification furnace to reduce the viscosity of the slag.
  • Operation method [2] The method according to [1], wherein the alkali metal-containing compound is sodium silicate. [3] The method according to [2], wherein the sodium silicate is added in the form of an aqueous solution. [4] Either [2] or [3], wherein the molar ratio of silicon dioxide to sodium oxide (number of moles of silicon dioxide / number of moles of sodium oxide) in the sodium silicate is 0.4 or more and 4.5 or less. The method described in.
  • a gasification chamber provided with an inlet for an alkali metal-containing compound.
  • the viscosity of the slag is reduced by directly or indirectly injecting an alkali metal-containing compound into the gasification furnace to block or narrow the throat portion or the cylindrical descending pipe, or the bottom portion of the gasification furnace.
  • an alkali metal-containing compound is directly or indirectly charged into the gasification furnace to reduce the viscosity of the slag. Including gasification.
  • the gasification furnace is not particularly limited as long as it produces gas and slag from organic raw materials.
  • the gasification furnace include an ash melting furnace (electric type, burner type, auxiliary material melting type, etc.) that melts residues such as ash after incinerating waste in an incinerator, and a gasification melting furnace (waste).
  • ash melting furnace electric type, burner type, auxiliary material melting type, etc.
  • gasification melting furnace waste
  • Examples include a direct melting furnace that gasifies and melts waste at the same time, a fluidized bed type gasification melting furnace that melts waste after gasification, a kiln type gasification melting furnace, a pusher type gasification melting furnace, and the like).
  • Classification of gasifiers by heat source includes, for example, electric melting furnaces (AC arc melting furnaces, AC electric resistance melting furnaces, DC electric resistance melting furnaces, plasma melting furnaces, induction melting furnaces, etc.), fuels.
  • Combustion type melting furnace rotary surface melting furnace, reflection type surface melting furnace, radiation type surface melting furnace, swirling flow type melting furnace, rotary kiln type melting furnace, coke head type ash melting furnace, etc.
  • direct combustion type melting furnace Coke head type waste melting furnace, thermal decomposition / swirling flow type melting furnace, internal type melting furnace, etc.
  • the gasification furnace may be a high-temperature gasification furnace of a gasification plant (gasification reforming plant, etc.) that generates valuable gas (hydrogen gas, carbon monoxide gas, etc.) from organic waste.
  • the gasifier introduces a combustion chamber for gasifying or burning organic raw materials, a nonflammable substance separation chamber for cooling and recovering the produced slag, and an alkali metal-containing compound provided in the combustion chamber. Equipped with a mouth.
  • the gasification furnace is preferably a swivel melting furnace.
  • the gasifier is a two-stage gasifier that gasifies organic waste such as waste plastic, municipal waste, sewage sludge, waste FRP, biomass waste, automobile waste, and waste oil as waste. It is a high temperature gasification furnace in.
  • slag containing synthetic gas also referred to as fuel gas
  • fuel gas such as hydrogen gas and carbon monoxide gas and oxides such as aluminum, silicon, calcium and iron as ash
  • the organic raw material is organic such as hydrogen gas, carbon monoxide gas, tar, flammable carbonaceous particles (char), and particles containing nonflammable substances (ash). It may be put into a high temperature gasification furnace with a material other than the sex raw material.
  • the organic raw material may be in the form of a flammable gas accompanied by flammable carbonaceous particles and particles containing nonflammable substances.
  • the two-stage gasifier is a low-temperature gasification furnace that primary gasifies organic waste to produce organic raw materials, and a low-temperature gasification furnace that secondary gasifies the organic raw materials to generate gas and slag. It is equipped with a high temperature gasifier.
  • FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of the gasifier (high temperature gasifier) of one embodiment.
  • the gasification furnace is a swivel melting furnace and generally includes a combustion chamber 1 having a cylindrical shape, a throat portion 11, and a nonflammable substance separation chamber 12.
  • the combustion chamber 1 has a side wall 2 provided with an organic raw material introduction port 3 and a gasifying agent introduction port 4 for supplying a gasifying agent (usually a mixed gas of oxygen gas and water vapor) for burning the organic raw material.
  • the top of the combustion chamber 1 is provided with a top gasifier introduction port 5 for supplying oxygen or water vapor that may be insufficient at the top of the combustion chamber 1.
  • two gasifying agent introduction ports 4 are shown in FIG. 1, the number of gasifying agent introduction ports 4 is not particularly limited.
  • the organic raw material introduction port 3 and the gasifying agent introduction port 4 are arranged on the side wall 2 so that the organic raw material supplied to the combustion chamber 1 descends while swirling around an axis extending in the vertical direction of the combustion chamber 1.
  • the organic raw material supplied to the combustion chamber 1 forms a swirling flow on the outer peripheral side containing a large amount of particulate combustibles and a swirling flow on the inner peripheral side containing a large amount of gaseous combustibles.
  • a gasifying agent such as oxygen gas is supplied from the gasifying agent introduction port 4 of the side wall 2 toward the swirling flow on the outer peripheral side containing a large amount of particulate combustibles, so that the particulate combustible gas is supplied. Gasification is promoted.
  • the periphery of the side wall 2 of the combustion chamber 1 is covered with a steel skin 6, and the outside thereof is covered with a cooling jacket 7 through which a cooling medium is passed.
  • the side wall 2 is formed of a refractory (usually a castable refractory), but the surface may be scraped due to the erosion of molten slag or the like. In this case, erosion of the side wall 2 can be suppressed by cooling the temperature of the side wall 2 to around the melting point of the molten slag with a cooling medium and fixing the molten slag (self-coating with slag).
  • the cooling medium is not particularly limited, but usually, boiler water is used, and a part of the boiler water exists as steam in the cooling jacket 7.
  • the bottom 8 of the combustion chamber 1 is formed of a refractory (usually a castable refractory) like the side wall 2, and the throat portion 11 is arranged at the boundary between the combustion chamber 1 of the gasifier and the incombustible substance separation chamber 12.
  • a refractory usually a castable refractory
  • the throat portion 11 is arranged at the boundary between the combustion chamber 1 of the gasifier and the incombustible substance separation chamber 12.
  • the opening 9 of the combustion chamber 1 is provided at the axial position of the combustion chamber 1, but the opening 9 is eccentric from the axial position of the combustion chamber 1 (opens around the axial position of the combustion chamber 1). It may be provided (so that the center of the portion is located).
  • the upper part of the side wall 2 of the gasifier in which the thickness of the refractory tends to decrease is preferably lined with a castable of 10 to 80% by mass Cr 2 O 3- Al 2 O 3 system.
  • the lower part of the side wall 2 of the gasifier and the bottom 8 of the combustion chamber 1 can be lined with castables of 10 to 30% by mass Cr 2 O 3- Al 2 O 3 system.
  • the lower tip of the cylindrical descending pipe 14 connected to the throat portion 11 so as to extend downward from the throat portion 11 extends so as to be submerged in the cooling water of the water tank portion 16.
  • the gas and molten slag passing through the throat portion 11 are blown into the cooling water of the water tank portion 16.
  • a cylindrical ascending pipe 15 having an inner diameter larger than the outer diameter of the cylindrical descending pipe 14 is installed concentrically with the cylindrical descending pipe 14. The gas blown into the cooling water of the water tank portion 16 passes between the cylindrical descending pipe 14 and the cylindrical ascending pipe 15 and is recovered from the gas outlet 17 provided on the side surface of the nonflammable substance separation chamber 12.
  • the cooling water of the water tank portion 16 is supplied from the cooling water introduction pipe 13.
  • the cooling water supplied from the cooling water introduction pipe 13 flows down the inner wall surface of the cylindrical descending pipe 14 and collects in the water tank portion 16.
  • the cooling water collected in the water tank portion 16 is discharged to the outside from the cooling water outlet 19 provided on the side surface of the water tank portion 16.
  • the molten slag blown into the cooling water of the water tank portion 16 is rapidly cooled by the cooling water of the water tank portion 16 to become slag grains (coarse slag), and is taken out from the slag discharge port 18 provided at the bottom of the water tank portion 16. .
  • the temperature of the cooling water is preferably 150 ° C. to 160 ° C. As a result, the hot gas and molten slag are rapidly cooled to 200 ° C. or lower.
  • the cylindrical descending pipe 14 has a smaller inner diameter at the lower side, and the lower tip thereof is shown to have a sawtooth shape, but the shape of the cylindrical descending pipe 14 is not particularly limited.
  • the inner wall surface of the cylindrical descending pipe 14 is preferably shaped so that the cooling water flows down while swirling. As a result, the high-temperature gas can effectively come into contact with the cooling water on the inner surface of the cylindrical descending pipe 14, and the gas can be efficiently cooled.
  • the nonflammable substance separation chamber 12 shown in FIG. 1 is an example, and it is not necessary to cool the gas with cooling water.
  • the heat of the gas may be recovered by a radiant boiler and used for power generation or the like.
  • the temperature in the combustion chamber 1 of the gasification furnace is preferably 1200 ° C. or higher and 1600 ° C. or lower, more preferably 1250 ° C. or higher and 1550 ° C. or lower, and further preferably 1350 ° C. or higher and 1450 ° C. or lower.
  • the pressure inside the gasification furnace is preferably 0.5 MPaG (gauge pressure) or more and 9.0 MPaG or less, and more preferably 0.8 MPaG or more and 2.0 MPaG or less. If the pressure inside the gasification furnace is 9.0 MPaG or less, an appropriate combustion temperature can be secured, and the gasification process can be economically performed without excessively increasing the equipment cost from the viewpoint of pressure resistance and heat resistance. be able to.
  • the pressure inside the gasification furnace is 0.5 MPaG or more, the equipment can be downsized as compared with the case where the gasification treatment is performed at normal pressure.
  • the alkali metal-containing compound may be directly charged into the gasification furnace, or may be indirectly charged into the gasification furnace by mixing with the organic raw material to be charged into the gasification furnace. It is preferable to directly charge the alkali metal-containing compound into the gasification furnace from the viewpoint of efficient utilization of energy related to transportation of the alkali metal-containing compound, etc., because the alkali metal-containing compound can be efficiently reached in the gasification furnace.
  • an alkali metal-containing compound introduction port 10 is arranged on the side surface of the combustion chamber 1 of the gasification furnace.
  • the alkali metal-containing compound introduction port 10 may be arranged in place of or in addition to the top gasifying agent introduction port 5 above the combustion chamber 1 of the gasifier.
  • the number of alkali metal-containing compound introduction ports 10 may be plural.
  • the alkali metal-containing compound can be directly charged into the gasification furnace from the alkali metal-containing compound introduction port 10. By charging the alkali metal-containing compound from the alkali metal-containing compound introduction port arranged on the side surface or the upper part of the combustion chamber 1, the alkali metal-containing compound can be effectively mixed with the organic raw material or the molten slag at a high temperature. it can.
  • the alkali metal-containing compound introduction port 10 may be provided with a double pipe having an outer pipe and an inner pipe.
  • the alkali metal-containing compound is dispersed, or the alkali metal-containing compound is in the form of an aqueous solution. In some cases, it can be atomized and put into the gasifier more uniformly.
  • the alkali metal-containing compound introduction port 10 may be used as a double pipe, the alkali metal-containing compound may be supplied to the inner pipe of the double pipe, and the gasifying agent or water vapor may be supplied to the outer pipe of the double pipe.
  • the alkali metal-containing compound introduction port 10 and the gasifying agent introduction port 4 or the top gasifying agent introduction port 5 can be provided at the same position in the gasification furnace.
  • an alkali metal-containing compound introduction port is provided on the upstream side of the organic raw material introduction port 3, and the alkali metal-containing compound is used as the organic raw material from there. Can be added to and mixed.
  • alkali metal-containing compound examples include alkali metal hydroxides such as sodium hydroxide and potassium hydroxide, alkali metal carbonates such as sodium carbonate and potassium carbonate, and alkali metal hydrogen carbonates such as sodium hydrogen carbonate and potassium hydrogen carbonate.
  • alkali metal silicates such as sodium silicate and potassium silicate.
  • the alkali metal-containing compound is preferably a sodium-containing compound because it is inexpensive, more preferably sodium hydroxide and sodium silicate because it is stable during storage, and is a refractory material that forms the side wall 2 of the combustion chamber 1. Sodium silicate is more preferable because it has little effect on.
  • the alkali metal-containing compound is preferably charged in the form of an aqueous solution because it can be easily charged directly into the gasification furnace or can be mixed more uniformly with the organic raw material.
  • sodium hydroxide can be an aqueous solution of 5% by mass to 50% by mass.
  • Sodium silicate can be added in the form of an aqueous solution, i.e. water glass.
  • the molar ratio of silicon dioxide to sodium oxide in sodium silicate (number of moles of silicon dioxide / number of moles of sodium oxide) is 0.4 or more and 4.5 or less when sodium oxide is 1. It is preferable, it is more preferably 1.2 or more and 3.5 or less, and further preferably 2.3 or more and 3.3 or less. When the molar ratio of silicon dioxide to sodium oxide in sodium silicate is in the above range, the fluidity of slag can be effectively increased.
  • the masses of silicon dioxide and sodium oxide are measured according to the method specified in JIS K 1408: 1966.
  • the mass of silicon dioxide in sodium silicate is preferably 19.0% by mass or more and 40.0% by mass or less, more preferably 21.0% by mass or more and 35.0% by mass or less, and further preferably 23. It is 0.0% by mass or more and 30.0% by mass or less.
  • the mass of sodium oxide in sodium silicate is preferably 5.0% by mass or more and 30% by mass or less, more preferably 7.0% by mass or more and 25.0% by mass or less, and further preferably 9.0% by mass. It is 15.0 mass% or less.
  • the specific gravity of sodium silicate at 15 ° C. is preferably 30 or more, more preferably 35 or more, still more preferably 38 or more.
  • the specific gravity of sodium silicate is measured using only the heavy Baume scale specified in JIS Z 8804: 2012.
  • the amount of the alkali metal-containing compound used is preferably 0.5 parts by mass or more and 20.0 parts by mass or less, preferably 1.0 part by mass, based on 100 parts by mass of the molten slag before the alkali metal-containing compound is added. It is more preferably 15.0 parts by mass or less, and further preferably 3.0 parts by mass or more and 12.0 parts by mass or less.
  • the alkali metal-containing compound so that the temperature of the throat portion is higher than the melting point of the slag. As a result, it is possible to prevent the slag from solidifying in the throat portion and to eliminate or reduce maintenance work such as scraping the solidified slag.
  • the silicon-containing compound (however, the silicon-containing compound corresponding to the above-mentioned alkali metal-containing compound, for example, sodium silicate and the like) may be directly charged into the gasification furnace, or the organic material to be charged into the gasification furnace. It may be indirectly charged into the gasification furnace by mixing with the sex raw material.
  • the silicon-containing compound include silica sand, silicates other than alkali metal silicates, and siloxane compounds.
  • the silicon-containing compound may be a fluid medium.
  • the two-stage gasifier of one embodiment has a low temperature gasifier as a pre-process of the gasifier (high temperature gasifier).
  • a fluidized medium such as silica sand, olivine sand, or alumina may be used.
  • the flow medium used in the previous step may be charged into the gasification furnace by moving from the previous step along with the organic raw material.
  • the molar ratio of silicon dioxide to sodium oxide (number of moles of silicon dioxide / number of moles of sodium oxide) in the low-viscosity slag is preferably 1.0 or more and 15.0 or less, and more preferably 2.0 or more. It is 10.0 or less, more preferably 2.5 or more and 8.0 or less.
  • the sodium and silicon content of the slag is analyzed and when the molar ratio of silicon dioxide to sodium oxide in the slag (number of moles of silicon dioxide / number of moles of sodium oxide) is 2.5 or less.
  • Add the alkali metal-containing compound As a result, the molar ratio of silicon dioxide to sodium oxide in the low-viscosity slag can be maintained within the above-mentioned preferable range, and the gasification furnace can be operated stably for a long period of time. Slag can be collected from the bottom of the gasification furnace. It is also possible to estimate the slag component from the components of the representative sample of organic waste or organic raw materials and the operation results of the gasifier.
  • the low-viscosity slag preferably contains an alkali metal in an oxide equivalent of 1.5% by mass or more and 20.0% by mass or less, more preferably 3.0% by mass or more and 15.0% by mass or less, and further preferably. Includes 5.0% by mass or more and 10.0% by mass or less.
  • the iron content of the low-viscosity slag is preferably less than 6.0% by mass, more preferably less than 5.5% by mass, still more preferably less than 5.0% by mass in terms of oxide (Fe 2 O 3). Is.
  • the iron content of the low-viscosity slag is preferably less than 6.0% by mass, more preferably less than 5.5% by mass, still more preferably less than 5.0% by mass in terms of oxide (Fe 2 O 3).
  • the main components of the slag are aluminum oxide (Al 2 O 3 ) and silicon dioxide (SiO 2 ).
  • Al 2 O 3 aluminum oxide
  • SiO 2 silicon dioxide
  • the change in the melting point due to the change in the components of the molten slag exhibits behavior similar to that of the three-component system of aluminum oxide / silicon dioxide / sodium oxide.
  • the composition of the alkali metal-containing compound necessary for reducing the viscosity of the slag and the composition of the alkali metal-containing compound necessary for reducing the viscosity of the slag are used by using a triangular diagram showing the relationship between the component ratio of the three-component system of aluminum oxide / silicon dioxide / sodium oxide and the melting point. The amount of addition can be determined.
  • the components and composition of the molten slag before charging the alkali metal-containing compound are as follows.
  • Al 2 O 3 10% by mass to 50% by mass SiO 2 : 20% by mass to 60% by mass Na 2 O: 0.1% by mass to 20% by mass
  • CaO 1% by mass to 20% by mass
  • TiO 2 1% by mass to 15% by mass
  • Fe 2 O 3 1% by mass to 10% by mass
  • the rest (MgO, etc.)
  • the Na 2 O concentration of the slag during the gasification treatment is less than 10% by weight, preferably less than 5.0% by weight, more preferably less than 3.0% by weight, even more preferably less than 1.5% by weight.
  • the alkali metal-containing compound is added. Slag can be collected from the bottom of the gasification furnace.
  • the two-stage gasification method of organic waste is to primary gasify the organic waste in a low temperature gasification furnace to produce an organic raw material, and to convert the organic raw material into a high temperature gasification furnace.
  • FIG. 2 shows a configuration diagram of a two-stage gasifier for organic waste including a gasifier of one embodiment.
  • the two-stage gasifier includes a low-temperature gasifier 23 and a high-temperature gasifier 27.
  • the high temperature gasification furnace 27 is a gasification furnace which is the subject of the present disclosure, and is as described above.
  • the type of the low-temperature gasification furnace is not particularly limited, and is preferably a stoker furnace or a fluidized bed gasifier, more preferably a fluidized bed gasifier, and a pressurized fluidized bed gasifier. Is more preferable.
  • the low temperature gasifier 23 is shown as a fluidized bed gasifier having a fluidized bed 24.
  • Organic waste is not particularly limited, but consists of a group consisting of waste plastic, municipal waste, sewage sludge, biomass waste, waste fiber reinforced plastic (FRP), automobile waste, industrial waste, steel slag and solidified fuel. It is preferably at least one selected.
  • organic waste is Refuse Derived Fuel (hereinafter also referred to as "RDF") using municipal waste as solidified fuel or Refuse Paper & Plastic Fuel (hereinafter referred to as "RPF”) using waste plastic as solidified fuel. It is more preferable that it is RPF from the viewpoint of less variation in composition, high calorific value and low water content.
  • a plurality of organic wastes may be combined.
  • Coal, petroleum-based fuel, etc. can also be used as an auxiliary fuel for organic waste.
  • the organic waste may be supplied to the low temperature gasification furnace 23 as pellets roughly crushed to a size of about 5 mm to 30 mm and compressed as necessary.
  • the liquid organic waste can be supplied to the low temperature gasification furnace 23 as it is.
  • a fluidized medium for example, sand such as silica sand and olivine sand, alumina, iron powder, limestone, dolomite, etc.
  • a fluidized bed. 24 is formed inside the low temperature gasification furnace 23 .
  • oxygen gas, air, water vapor, or a mixed gas thereof is generally used.
  • the oxygen gas or air supplied as the fluidized gas b also acts as a gasifying agent for organic waste.
  • the organic waste a supplied to the low-temperature gasification furnace 23 is quickly generated by oxygen gas or air supplied into the furnace in the fluidized bed 24 maintained at a temperature of 450 to 850 ° C. (for example, 600 ° C.).
  • the heat generated by this partial combustion is used as heat for maintaining the temperature in the low temperature gasification furnace.
  • the amount of air or oxygen supplied to the low temperature gasifier 23 is preferably 5% or more and 30% or less of the theoretical oxygen amount required for complete combustion of organic waste, and is preferably 10% or more and 20% or less. Is more preferable.
  • the temperature inside the low-temperature gasification furnace 23 is preferably 450 ° C. or higher and 850 ° C. or lower, and more preferably 600 ° C. or higher and 800 ° C. or lower. If the temperature inside the low-temperature gasification furnace 23 is 850 ° C. or lower, the metals contained in the organic waste whose melting point is higher than the fluidized bed temperature are regarded as unoxidized valuable metals from the bottom of the low-temperature gasification furnace. It can be discharged together with the fluid medium. When the temperature inside the low-temperature gasification furnace 23 is 450 ° C. or higher, the formation of tar and char is suppressed, and the gasification can proceed efficiently.
  • the pressure inside the low temperature gasification furnace 23 is preferably 0.5 MPaG (gauge pressure) or more and 9.0 MPaG or less, and more preferably 1.0 MPaG or more and 2.0 MPaG or less.
  • the pressure inside the low-temperature gasification furnace 23 is 9.0 MPaG or less, the gasification treatment can be economically performed without excessively increasing the equipment cost from the viewpoint of pressure resistance and heat resistance.
  • the pressure inside the low-temperature gasification furnace 23 is 0.5 MPaG or more, the equipment can be downsized as compared with the case where the gasification treatment is performed at normal pressure.
  • the fluid medium is discharged together with the incombustible material through the lock hopper 25, and the coarse incombustible material d is removed by the screen 26.
  • the flow medium c from which the incombustibles have been removed is returned to the inside of the low temperature gasification furnace 23.
  • Most of the metals (for example, iron, copper, aluminum, etc.) contained in the separated coarse incombustible material d are in a state where the fluidized bed 24 has a relatively low temperature and lacks oxygen. It is in an unoxidized state.
  • the flammable carbonaceous material (solid carbon) generated by partial combustion of organic waste is finely pulverized by the stirring motion of the fluidized bed 24 and becomes particles (char) that accompany the flow of the organic raw material.
  • a part of the non-combustible substance (ash) is also finely pulverized by the stirring motion of the fluidized bed 24 to become particles and accompany the flow of the organic raw material.
  • the organic raw material e in which particles containing nonflammable substances and flammable carbonaceous particles are suspended is supplied to the combustion chamber 1 from the organic raw material introduction port 3 of the high temperature gasification furnace 27 and descends while swirling.
  • the organic raw material and the flammable carbonaceous particles are burned by the gasifying agent (mixed gas of oxygen gas and water vapor) f supplied from the gasifying agent introduction port 4 and the top gasifying agent introduction port 5.
  • the temperature inside the combustion chamber 1 is maintained at 1300 to 1500 ° C. by the heat of combustion of the organic raw material and the flammable carbonaceous particles.
  • Combustion of flammable carbonaceous particles produces carbon monoxide gas and carbon dioxide gas.
  • Carbon monoxide gas and hydrogen gas are also produced by the water gasification reaction between the water vapor contained in the gasifying agent and the flammable carbonaceous particles.
  • Syngas hydrogen gas, carbon monoxide gas, and carbon dioxide gas
  • molten slag are rapidly cooled in the nonflammable substance separation chamber 12
  • synthetic gas is discharged from the gas outlet 17
  • slag grains coarse grain slag
  • the gas and solid matter are previously mixed with a cyclone or the like before being supplied to the high temperature gasification furnace 27. It is preferable to separate and introduce the gas from the organic raw material introduction port 3 and the solid substance together with the gasifying agent f from the top gasifying agent introduction port 5 into the combustion chamber 1 of the high temperature gasifier 27.
  • the flammable carbonaceous particles in the solid matter preferentially come into contact with the gasifying agent. The amount of combustion carbon generated can be reduced.
  • the synthetic gas h taken out from the gas outlet 17 of the high-temperature gasification furnace 27 is washed by the scrubber 31, and a small amount of residual slag (slag mist) accompanying the synthetic gas h is removed.
  • the carbon monoxide gas and hydrogen gas contained in the synthetic gas h'cleaned with the scrubber 31 can be used as raw materials for various chemical industries.
  • Hydrogen gas obtained by gasifying organic waste with a two-stage gasifier can also be used as a hydrogen source for ammonia synthesis.
  • the slag collected in the scrubber 31 is settled and concentrated in the storage tank 32 and discharged to the outside as fine slag g f. Since the fine slag g f contains a large amount of flammable carbonaceous particles, it is preferable to resupply it to the high temperature gasification furnace.
  • the slag grains g taken out from the slag discharge port 18 of the high-temperature gasification furnace 27 are appropriately discharged to the storage tank 29 by the lock hopper 28.
  • the coarse-grained slag recovered here is separated from water by the screen 30.
  • the coarse-grained slag g c can be used as a material for cement and civil engineering and construction.
  • the alkali metal-containing compound m can be directly charged into the high-temperature gasification furnace 27 from the alkali metal-containing compound introduction port 10 provided in the high-temperature gasification furnace 27.
  • the alkali metal-containing compound m may be introduced in the middle of the line connecting the low-temperature gasification furnace 23 and the high-temperature gasification furnace 27, and the alkali metal-containing compound may be added to the organic raw material.
  • Carbon monoxide gas and hydrogen gas contained in the synthetic gas taken out from the gas outlet 17 of the high temperature gasifier can be used as raw materials for various chemical industries.
  • hydrogen gas can be obtained by a CO conversion reaction to produce ammonia gas.
  • reagents used The following reagents were used as alkali metal-containing compounds.
  • Sodium silicate manufactured by Toyo Soda Co., Ltd., SiO 2 : 23.7 to 26%, Na 2 O: 10.3 to 11.3%
  • Sodium hydroxide manufactured by Junsei Chemical Co., Ltd., special grade
  • the softening point, melting point, and melting point of the slag are determined in accordance with JIS M 8801: 2004, after the sample obtained by pulverizing the slag into fine powder using a mill is incinerated at 800 ° C. for 5 hours. , The measurement was performed in a mixed gas atmosphere with a volume ratio of hydrogen: carbon dioxide of 1: 1 using a Lights high-temperature heating microscope.
  • ICP-AES analysis The entire amount of the acid decomposition solution obtained by microwave thermal decomposition was transferred to a 250 mL volumetric flask, and the volumetric flask was adjusted to 250 mL with ultrapure water (Direct-Q UV manufactured by Merck). 10 mL was collected from the sample, and the volumetric flask was further increased to 100 mL as an analysis sample. An analytical sample was measured using ICP-AES (ICPS-8100, manufactured by Shimadzu Corporation) in accordance with JIS K 0116: 2014, and the amount of Cr elution was quantified.
  • ICP-AES ICPS-8100, manufactured by Shimadzu Corporation
  • Refractory material test A refractory castable (10 cm x 10 cm x 10 cm) is fired in an electric furnace at 110 ° C. for 3 hours and 1000 ° C. for 3 hours, immersed in 300 g of an immersion liquid, and then the Cr concentration in the immersion liquid is measured. did. The results are shown in Table 2.
  • the treatment amount of organic waste is 5 t / h
  • the gas temperature at the outlet of the combustion chamber of the high temperature gasifier is 1450 ° C
  • the pressure inside the furnace is 0.9 MPaG.
  • the sodium hydroxide aqueous solution is directly charged into the high temperature gasifier from the side pipe (alkali metal-containing compound introduction port) of the high temperature gasifier at a supply amount of 150 L / h, and the two-stage gasifier is operated for 0.5 months. did.
  • the high temperature gasifier was opened after the shutdown, the thickness of the refractory material was reduced.

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Abstract

ガス化炉を長期間にわたって安定的に操業することを可能にする、ガス化炉の操業方法、ガス化炉、二段ガス化装置、有機性原料のガス化方法、及び有機性廃棄物の二段ガス化方法を提供する。有機性原料が投入されてガス及びスラグを生成するガス化炉において、ガス化炉に直接又は間接にアルカリ金属含有化合物を投入してスラグを低粘度化することを含む、ガス化炉の操業方法。

Description

ガス化炉の操業方法及びガス化炉
　本開示は、廃プラスチック等の有機性廃棄物のガス化処理に好適に用いることができる、ガス化炉の操業方法、ガス化炉、二段ガス化装置、有機性原料のガス化方法、及び有機性廃棄物の二段ガス化方法に関する。
　廃プラスチック、都市ごみ、下水汚泥、廃ＦＲＰ、バイオマス廃棄物、自動車廃棄物、廃油等の有機性廃棄物のガス化処理に使用される従来のガス化炉には、水素ガス、一酸化炭素ガスなどを含むガスと、灰分を含むスラグとを分離するために、ガス化炉の燃焼室の下方に不燃性物質分離室が設けられている。ガス化炉中でのダイオキシンのデノボ合成を抑制するために、冷却されるガスの滞留時間が短くなる、すなわちガスの線速度が大きくなるように、燃焼室と不燃性物質分離室との間には、燃焼室の断面積より小さい断面積を有するスロート部が設けられている。
　燃焼室で生成したスラグは、そのほとんどが溶融した状態（以下、溶融状態のスラグを「溶融スラグ」という。）で円筒状燃焼室の側面壁を伝って流下して、残りはガスに巻き込まれた状態で、いずれもスロート部を通って不燃性物質分離室に到達する。溶融スラグは、不燃性物質分離室の冷却水により急冷されることで粗粒化して、粗粒スラグとしてガス化炉底部のスラグ排出口から抜き出される。
　ガス化炉に供給される有機性原料の組成、供給量の変動などが生じると、燃焼室内の温度が変化する、あるいは生成するスラグの融点又は粘性が変わる場合がある。このような場合、一度に大量の溶融スラグが燃焼室底部の開口部からスロート部に流れ込み、一時的にスロート部、又はスロート部から下方に延びるようにスロート部に接続された円筒状下降管が閉塞される、あるいはスロート部又は円筒状下降管が狭窄状態になることがある。燃焼室内の温度が急激に上昇すると、燃焼室の側面壁に固着していたスラグが溶融スラグとなって側面壁から流下して、一度に大量の溶融スラグがスロート部に流れ込むことで、スロート部又は円筒状下降管の閉塞を引き起こす場合がある。
　スロート部と不燃性物質分離室との接続部の側壁に、ガスに巻き込まれた微細なスラグ滴（スラグミスト）が固着して、大きなスラグ塊を形成する場合もある。スラグ塊が不燃性物質分離室に落下すると、不燃性物質分離室のスラグ排出口が閉塞する場合がある。
　スロート部、円筒状下降管若しくはスラグ排出口が一時的にでも閉塞する、又はスロート部若しくは円筒状下降管が狭窄状態になると、ガス化炉の内圧が高くなるため、安全性の観点からガス化炉の操業を停止するか、あるいは有機性原料の供給量を減少させる必要が生じる場合がある。スラグ排出口がスラグ塊によって閉塞した場合、ガス化炉の操業を停止して不燃性物質分離室の内部を清掃しなければならないため、操業効率が低下する。
　特許文献１には、廃棄物をガス化溶融・改質炉でガス化溶融し、発生したガスを１０００～１３００℃の温度の改質炉でガス改質するガス化溶融・改質炉の操業方法において、灰分の塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ２）が１．０以上である場合に、溶融促進剤としてＳｉＯ２リッチの粉粒剤を、ガス化溶融炉の炉前で廃棄物に添加するか、改質炉の炉前でガス化溶融炉の発生ガスに添加することを特徴とする廃棄物のガス化溶融・改質炉の操業方法が記載されている。
特開２００９－２２６２３７号公報
　特許文献１は、カルシウムとケイ素の比率（灰分の塩基度）に着目したもので、カルシウム含有量の低い有機性廃棄物には適用できないなど、適用できる廃棄物組成が限られていた。
　ガス化炉の運転温度（燃焼温度）を低下させることで、生成するガスに含まれる有用な成分、例えば水素ガス及び一酸化炭素ガスを増加させることができる場合がある。しかし、ガス化炉の運転温度を低下させると、溶融スラグの流動性が低下して、スロート部又は円筒状下降管の閉塞又は狭窄がより生じやすくなる。流動性の低下した溶融スラグは、より大きな液滴となって落下して、不燃性物質分離室の冷却水により急冷されることで、大径化した粗粒スラグとなる。大径化したスラグによりスラグ排出口が閉塞しやすくなる場合がある。
　本発明は、ガス化炉を長期間にわたって安定的に操業することを可能にする、ガス化炉の操業方法、ガス化炉、二段ガス化装置、有機性原料のガス化方法、及び有機性廃棄物の二段ガス化方法を提供する。
　本発明者らは鋭意検討した結果、ガス化炉に直接又は間接にアルカリ金属含有化合物を投入することによりスラグを低粘度化して、スロート部若しくは円筒状下降管の閉塞若しくは狭窄、又はガス化炉底部の閉塞を抑制又は防止できることを見出して、本発明を完成した。
　本開示は、以下の態様を包含する。
［１］
　有機性原料が投入されてガス及びスラグを生成するガス化炉において、前記ガス化炉に直接又は間接にアルカリ金属含有化合物を投入して前記スラグを低粘度化することを含む、ガス化炉の操業方法。
［２］
　前記アルカリ金属含有化合物がケイ酸ナトリウムである、［１］に記載の方法。
［３］
　前記ケイ酸ナトリウムが水溶液の形態で投入される、［２］に記載の方法。
［４］
　前記ケイ酸ナトリウム中の二酸化ケイ素と酸化ナトリウムのモル比（二酸化ケイ素のモル数／酸化ナトリウムのモル数）が、０．４以上４．５以下である、［２］又は［３］のいずれかに記載の方法。
［５］
　前記ガス化炉に直接又は間接にケイ素含有化合物を投入することを含む、［１］～［４］のいずれかに記載の方法。
［６］
　前記ケイ素含有化合物が流動媒体である、［５］に記載の方法。
［７］
　低粘度化した前記スラグ中の二酸化ケイ素と酸化ナトリウムのモル比（二酸化ケイ素のモル数／酸化ナトリウムのモル数）が１．０以上１５．０以下である、［２］～［６］のいずれかに記載の方法。
［８］
　低粘度化した前記スラグがアルカリ金属を酸化物換算で１．５質量％～２０．０質量％含む、［１］～［７］のいずれかに記載の方法。
［９］
　前記スラグのナトリウム及びケイ素の含有量を分析すること、
　前記スラグ中の二酸化ケイ素と酸化ナトリウムのモル比（二酸化ケイ素のモル数／酸化ナトリウムのモル数）が２．５以下のときに、前記アルカリ金属含有化合物を投入することを含む、［２］～［８］のいずれかに記載の方法。
［１０］
　前記アルカリ金属含有化合物を前記有機性原料と混合して前記ガス化炉に投入することを含む、［１］～［９］のいずれかに記載の方法。
［１１］
　有機性原料からガス及びスラグを生成するガス化炉であって、前記有機性原料をガス化又は燃焼させる燃焼室と、生成したスラグを冷却及び回収する不燃性物質分離室と、前記燃焼室に設けられたアルカリ金属含有化合物の導入口とを備える、ガス化炉。
［１２］
　前記導入口が外管及び内管を有する二重管を備え、前記アルカリ金属含有化合物が内管に供給され、不活性ガスが外管に供給される、［１１］に記載のガス化炉。
［１３］
　前記導入口が前記燃焼室の側面に配置されている、［１１］又は［１２］のいずれかに記載のガス化炉。
［１４］
　前記ガス化炉が旋回式溶融炉である、［１１］～［１３］のいずれかに記載のガス化炉。
［１５］
　有機性廃棄物を一次ガス化して有機性原料を生成する低温ガス化炉と、前記低温ガス化炉で生成した前記有機性原料を二次ガス化してガス及びスラグを生成する高温ガス化炉とを備える有機性廃棄物の二段ガス化装置であって、前記高温ガス化炉が［１１］～［１４］のいずれかに記載のガス化炉である、二段ガス化装置。
［１６］
　前記低温ガス化炉が流動床ガス化炉である、［１５］に記載の二段ガス化装置。
［１７］
　低温ガス化炉内で有機性廃棄物を一次ガス化して有機性原料を生成することと、前記有機性原料を高温ガス化炉に投入することと、前記高温ガス化炉内で前記有機性原料を二次ガス化してガス及びスラグを生成することとを含む、有機性廃棄物の二段ガス化方法であって、前記高温ガス化炉に直接又は間接にアルカリ金属含有化合物を投入して前記スラグを低粘度化することを含む、方法。
［１８］
　前記高温ガス化炉が［１１］～［１４］のいずれかに記載のガス化炉である、［１７］に記載の方法。
［１９］
　前記低温ガス化炉が流動床ガス化炉である、［１７］又は［１８］のいずれかに記載の方法。
　本開示の発明によれば、ガス化炉に直接又は間接にアルカリ金属含有化合物を投入することによりスラグを低粘度化して、スロート部若しくは円筒状下降管の閉塞若しくは狭窄、又はガス化炉底部の閉塞を抑制又は防止することで、ガス化炉を長期間にわたって安定的に操業することができる。
一実施態様のガス化炉の概略断面図である。 一実施態様のガス化炉を備える有機性廃棄物の二段ガス化装置の構成図である。
　以下、本発明の実施形態について説明するが、本発明はこれらの実施形態のみに限定されるものではなく、その精神と実施の範囲内において様々な応用が可能である。
　一実施態様のガス化炉の操業方法は、有機性原料が投入されてガス及びスラグを生成するガス化炉において、ガス化炉に直接又は間接にアルカリ金属含有化合物を投入してスラグを低粘度化することを含む。
　ガス化炉は、有機性原料からガス及びスラグを生成するものであれば特に限定されない。ガス化炉としては、例えば、焼却炉で廃棄物を焼却した後の灰等の残渣を溶融する灰溶融炉（電気式、バーナー式、副資材溶融式など）、及びガス化溶融炉（廃棄物のガス化と溶融を同時に行う直接溶融炉、廃棄物をガス化した後に溶融する流動床式ガス化溶融炉、キルン式ガス化溶融炉、プッシャー式ガス化溶融炉など）が挙げられる。ガス化炉の熱源による分類としては、例えば、電気式溶融炉（交流アーク式溶融炉、交流電気抵抗式溶融炉、直流電気抵抗式溶融炉、プラズマ式溶融炉、誘導式溶融炉など）、燃料燃焼式溶融炉（回転式表面溶融炉、反射式表面溶融炉、輻射式表面溶融炉、旋回流式溶融炉、ロータリーキルン式溶融炉、コークスヘッド式灰溶融炉など）、及び直接燃焼式溶融炉（コークスヘッド式ごみ溶融炉、熱分解・旋回流式溶融炉、内部式溶融炉など）が挙げられる。ガス化炉は、有機性廃棄物から有価ガス（水素ガス、一酸化炭素ガスなど）を発生させるガス化プラント（ガス化改質プラントなど）の高温ガス化炉であってもよい。
　一実施態様では、ガス化炉は、有機性原料をガス化又は燃焼させる燃焼室と、生成したスラグを冷却及び回収する不燃性物質分離室と、燃焼室に設けられたアルカリ金属含有化合物の導入口とを備える。ガス化炉は旋回式溶融炉であることが好ましい。
　一実施態様では、ガス化炉は、廃棄物として廃プラスチック、都市ごみ、下水汚泥、廃ＦＲＰ、バイオマス廃棄物、自動車廃棄物、廃油等の有機性廃棄物をガス化処理する二段ガス化装置における高温ガス化炉である。高温ガス化炉では、有機性原料から水素ガス、一酸化炭素ガスなどの合成ガス（燃料ガスともいう。）と、アルミニウム、ケイ素、カルシウム、鉄などの酸化物を灰分として含むスラグが生成する。有機性原料は、前記有機性廃棄物又は炭化水素ガスの他に、水素ガス、一酸化炭素ガス、タール、可燃性炭素質粒子（チャー）、及び不燃性物質（灰分）を含む粒子等の有機性原料以外のものを同伴して高温ガス化炉に投入されてもよい。有機性原料は、可燃性炭素質粒子及び不燃性物質を含む粒子を同伴する可燃性気体の形態であってもよい。
　以下、例示的なガス化炉として、有機性廃棄物の二段ガス化装置の高温ガス化炉について詳細に説明する。
　二段ガス化装置は、有機性廃棄物を一次ガス化して有機性原料を生成する低温ガス化炉と、低温ガス化炉で生成した有機性原料を二次ガス化してガス及びスラグを生成する高温ガス化炉とを備える。
　図１に、一実施態様のガス化炉（高温ガス化炉）の概略断面図を示す。ガス化炉は、旋回式溶融炉であり、一般に円筒状の形状を有する燃焼室１、スロート部１１、及び不燃性物質分離室１２を備える。燃焼室１には、側面壁２に有機性原料導入口３と有機性原料を燃焼させるためのガス化剤（通常は酸素ガスと水蒸気の混合ガス）を供給するガス化剤導入口４とを備え、燃焼室１の頂部には、燃焼室１の上部にて不足する場合がある酸素又は水蒸気を供給するための頂部ガス化剤導入口５が設けられている。図１では、２つのガス化剤導入口４が示されているが、ガス化剤導入口４の数は特に限定されない。
　有機性原料導入口３とガス化剤導入口４は、燃焼室１に供給された有機性原料が燃焼室１の鉛直方向に延びる軸の周りを旋回しながら下降するように側面壁２に配置されている。燃焼室１に供給された有機性原料は、粒子状の可燃分を多く含有する外周側の旋回流と、ガス状の可燃分を多く含有する内周側の旋回流とを形成する。粒子状の可燃分を多く含有する外周側の旋回流に向けて、側面壁２のガス化剤導入口４から酸素ガスなどのガス化剤が供給されることで、粒子状の可燃分のガス化が促進される。
　図１では、燃焼室１の側面壁２の周囲が鋼皮６で覆われ、さらにその外側が、冷却媒体を内部に通す冷却ジャケット７で覆われている。側面壁２は、耐火物（通常はキャスタブル耐火物）で形成されるが、溶融スラグの浸食作用などによって表面が削られることがある。この場合、冷却媒体により側面壁２の温度を溶融スラグの融点前後まで冷却させて、溶融スラグを固着させることにより、側面壁２の浸食を抑制することができる（スラグによるセルフコーティング）。冷却媒体は特に限定されないが、通常は、ボイラ用水が用いられ、冷却ジャケット７内ではボイラ用水の一部が水蒸気となって存在する。
　燃焼室１の底部８は、側面壁２と同様に耐火物（通常はキャスタブル耐火物）で形成され、ガス化炉の燃焼室１と不燃性物質分離室１２との境界にスロート部１１が配置されている。図１では、燃焼室１の開口部９は、燃焼室１の軸位置に設けられているが、開口部９は燃焼室１の軸位置から偏心して（燃焼室１の軸位置の周囲に開口部の中心が位置するように）設けられていてもよい。
　耐火物の厚さが減少しやすいガス化炉の側面壁２の上部は、１０～８０質量％Ｃｒ２Ｏ３－Ａｌ２Ｏ３系のキャスタブルで内張りされていることが好ましい。ガス化炉の側面壁２の下部及び燃焼室１の底部８は、１０～３０質量％Ｃｒ２Ｏ３－Ａｌ２Ｏ３系のキャスタブルで内張りすることができる。
　不燃性物質分離室１２では、スロート部１１から下方に延びるようにスロート部１１に接続された円筒状下降管１４の下方先端が、水槽部１６の冷却水に水没するように延びている。スロート部１１を通過するガス及び溶融スラグが水槽部１６の冷却水に吹き込まれる。円筒状下降管１４の周囲には、円筒状下降管１４の外径よりも内径が大きい円筒状上昇管１５が、円筒状下降管１４と同心状に設置されている。水槽部１６の冷却水に吹き込まれたガスは、円筒状下降管１４と円筒状上昇管１５の間を通って、不燃性物質分離室１２の側面に設けられているガス取出し口１７から回収される。
　水槽部１６の冷却水は、冷却水導入管１３から供給される。冷却水導入管１３から供給された冷却水は、円筒状下降管１４の内壁表面を流れ落ちて、水槽部１６に溜まる。水槽部１６に溜まった冷却水は、水槽部１６の側面に設けられている冷却水取出し口１９から外部に排出される。水槽部１６の冷却水に吹き込まれた溶融スラグは、水槽部１６の冷却水により急冷されてスラグ粒（粗粒スラグ）となり、水槽部１６の底部に設けられているスラグ排出口１８から取り出される。冷却水の温度は１５０℃～１６０℃であることが好ましい。これにより、高温のガス及び溶融スラグは２００℃以下まで急冷される。
　図１では、円筒状下降管１４は下方で内径が小さくなっており、その下方先端は鋸歯形状を有するように示されているが、円筒状下降管１４の形状は特に限定されない。円筒状下降管１４の内壁表面は、冷却水が旋回しながら流れ落ちるような形状であることが好ましい。これにより、高温のガスが効果的に円筒状下降管１４の内側表面の冷却水と接触して、ガスを効率的に冷却することができる。
　図１に示す不燃性物質分離室１２は例示的であり、ガスを冷却水で冷却しなくてもよい。例えば、ガスの熱を輻射ボイラで回収して発電などに利用してもよい。
　ガス化炉の燃焼室１内の温度は１２００℃以上１６００℃以下であることが好ましく、１２５０℃以上１５５０℃以下であることがより好ましく、１３５０℃以上１４５０℃以下であることが更に好ましい。
　ガス化炉の炉内圧力は、０．５ＭＰａＧ（ゲージ圧）以上９．０ＭＰａＧ以下であることが好ましく、０．８ＭＰａＧ以上２．０ＭＰａＧ以下であることがより好ましい。ガス化炉の炉内圧力が９．０ＭＰａＧ以下であれば、適正な燃焼温度を確保することができ、耐圧及び耐熱の観点から設備費用を過度に増加させずに経済的にガス化処理を行うことができる。ガス化炉の炉内圧力が０．５ＭＰａＧ以上であれば、常圧でガス化処理を行う場合と比べて設備を小型化することができる。
　アルカリ金属含有化合物は、ガス化炉に直接投入してもよく、ガス化炉に投入する有機性原料と混合することによりガス化炉に間接的に投入してもよい。アルカリ金属含有化合物をガス化炉に直接投入することが、ガス化炉にアルカリ金属含有化合物を効率よく到達させることができ、アルカリ金属含有化合物の搬送等に係るエネルギーの有効活用の観点から好ましい。
　図１では、ガス化炉の燃焼室１の側面にアルカリ金属含有化合物導入口１０が配置されている。アルカリ金属含有化合物導入口１０は、頂部ガス化剤導入口５の代わりに、又はそれに加えて、ガス化炉の燃焼室１の上部に配置されてもよい。アルカリ金属含有化合物導入口１０は、複数であってもよい。アルカリ金属含有化合物は、アルカリ金属含有化合物導入口１０から直接ガス化炉に投入することができる。燃焼室１の側面又は上部に配置されたアルカリ金属含有化合物導入口からアルカリ金属含有化合物を投入することにより、高温状態で有機性原料又は溶融スラグにアルカリ金属含有化合物を効果的に混合することができる。
　アルカリ金属含有化合物導入口１０は外管及び内管を有する二重管を備えてもよい。二重管の内管にアルカリ金属含有化合物を供給し、二重管の外管に不活性ガスを供給することにより、アルカリ金属含有化合物を分散して、あるいはアルカリ金属含有化合物が水溶液の形態である場合は霧化して、より均一にガス化炉に投入することができる。
　アルカリ金属含有化合物導入口１０を二重管として、二重管の内管にアルカリ金属含有化合物を供給し、二重管の外管にガス化剤又は水蒸気を供給してもよい。これにより、アルカリ金属含有化合物導入口１０と、ガス化剤導入口４又は頂部ガス化剤導入口５とをガス化炉の同じ位置に設けることができる。
　アルカリ金属含有化合物をガス化炉に投入する有機性原料と混合する場合、例えば、有機性原料導入口３の上流側にアルカリ金属含有化合物導入口を設け、そこからアルカリ金属含有化合物を有機性原料に添加して混合することができる。
　アルカリ金属含有化合物としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどのアルカリ金属水酸化物、炭酸ナトリウム、炭酸カリウムなどのアルカリ金属炭酸塩、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウムなどのアルカリ金属炭酸水素塩、及びケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウムなどのアルカリ金属ケイ酸塩が挙げられる。アルカリ金属含有化合物は、安価であることからナトリウム含有化合物であることが好ましく、保管時に安定であることから水酸化ナトリウム及びケイ酸ナトリウムがより好ましく、燃焼室１の側面壁２を形成する耐火物への影響が少ないことから、ケイ酸ナトリウムが更に好ましい。
　アルカリ金属含有化合物は、ガス化炉への直接投入が容易であること、あるいは有機性原料とより均一に混合させることができることから、水溶液の形態で投入されることが好ましい。例えば、水酸化ナトリウムは、５質量％～５０質量％の水溶液とすることができる。ケイ酸ナトリウムは、水溶液の形態、すなわち水ガラスとして投入することができる。
　ケイ酸ナトリウム中の二酸化ケイ素と酸化ナトリウムのモル比（二酸化ケイ素のモル数／酸化ナトリウムのモル数）は、酸化ナトリウムを１としたときに、二酸化ケイ素が０．４以上４．５以下であることが好ましく、１．２以上３．５以下であることがより好ましく、２．３以上３．３以下であることが更に好ましい。ケイ酸ナトリウム中の二酸化ケイ素と酸化ナトリウムのモル比が上記範囲であれば、スラグの流動性を効果的に高めることができる。二酸化ケイ素及び酸化ナトリウムの質量は、ＪＩＳ　Ｋ　１４０８：１９６６に規定の方法に準拠して測定される。
　ケイ酸ナトリウム中の二酸化ケイ素の質量は、好ましくは１９．０質量％以上４０．０質量％以下であり、より好ましくは２１．０質量％以上３５．０質量％以下であり、更に好ましくは２３．０質量％以上３０．０質量％以下である。
　ケイ酸ナトリウム中の酸化ナトリウムの質量は、好ましくは５．０質量％以上３０質量％以下であり、より好ましくは７．０質量％以上２５．０質量％以下、更に好ましくは９．０質量％以上１５．０質量％以下である。
　ケイ酸ナトリウムの１５℃における比重は、好ましくは３０以上であり、より好ましくは３５以上、更に好ましくは３８以上である。ケイ酸ナトリウムの比重は、ＪＩＳ　Ｚ　８８０４：２０１２に規定の重ボーメ度うきばかりを用いて測定される。
　アルカリ金属含有化合物の使用量は、アルカリ金属含有化合物を投入する前の溶融スラグ１００質量部を基準として、０．５質量部以上２０．０質量部以下であることが好ましく、１．０質量部以上１５．０質量部以下であることがより好ましく、３．０質量部以上１２．０質量部以下であることが更に好ましい。
　スロート部の温度がスラグの溶流点より高くなるように、アルカリ金属含有化合物を投入することが好ましい。これにより、スロート部におけるスラグの固化を防止して、固化したスラグの掻き取りなどのメンテナンス作業を不要に又は軽減することができる。
　スロート部における差圧及び粗粒スラグの排出量に基づいて、アルカリ金属含有化合物の投入量を制御することもできる。
　更に、ケイ素含有化合物（但し、前述のアルカリ金属含有化合物に該当するケイ素含有化合物、例えば、ケイ酸ナトリウム等は除く）を、ガス化炉に直接投入してもよく、ガス化炉に投入する有機性原料と混合することによりガス化炉に間接的に投入してもよい。ケイ素含有化合物として、例えば、硅砂、アルカリ金属ケイ酸塩以外のケイ酸塩、及びシロキサン化合物が挙げられる。ケイ素含有化合物は、流動媒体であってもよい。後述のように一実施態様の二段ガス化装置は、ガス化炉（高温ガス化炉）の前工程として低温ガス化炉を有する。低温ガス化炉が流動床ガス化炉である場合、硅砂、オリビン砂、アルミナなどの流動媒体を用いることがある。前工程で使用される流動媒体は、有機性原料に同伴して前工程から移動することで、ガス化炉に投入されてもよい。
　低粘度化したスラグ中の二酸化ケイ素と酸化ナトリウムのモル比（二酸化ケイ素のモル数／酸化ナトリウムのモル数）は、好ましくは１．０以上１５．０以下であり、より好ましくは２．０以上１０．０以下であり、更に好ましくは２．５以上８．０以下である。
　一実施態様では、スラグのナトリウム及びケイ素の含有量を分析し、スラグ中の二酸化ケイ素と酸化ナトリウムのモル比（二酸化ケイ素のモル数／酸化ナトリウムのモル数）が２．５以下のときに、アルカリ金属含有化合物を投入する。これにより、低粘度化したスラグ中の二酸化ケイ素と酸化ナトリウムのモル比を上記好適範囲に維持して、ガス化炉を長期間にわたって安定的に操業することができる。スラグの採取はガス化炉底部から行うことができる。有機性廃棄物又は有機性原料の代表サンプルの成分及びガス化炉の操業実績から、スラグの成分を推定することもできる。
　低粘度化したスラグは、アルカリ金属を酸化物換算で好ましくは１．５質量％以上２０．０質量％以下含み、より好ましくは３．０質量％以上１５．０質量％以下含み、更に好ましくは５．０質量％以上１０．０質量％以下含む。
　低粘度化したスラグの鉄の含有量は、酸化物（Ｆｅ２Ｏ３）換算で好ましくは６．０質量％未満、より好ましくは５．５質量％未満、更に好ましくは５．０質量％未満である。低粘度化したスラグの鉄の含有量を上記範囲とすることにより、粗粒スラグを資源として有効利用することができ、産業廃棄物として処理する場合でも、粗粒スラグの比重を処理に適した範囲とすることができる。
　一実施態様では、スラグの主成分は、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）及び二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）である。酸化アルミニウム及び二酸化ケイ素を主成分として含むスラグにアルカリ金属、及び必要に応じてケイ素を添加してスラグの成分比を変更することにより、スラグの軟化点、融点、及び溶流点をより効果的に低下させることができる。これにより、スロート部の閉塞若しくは狭窄、又はガス化炉底部の閉塞を抑制又は防止することができる。
　一実施態様では、溶融スラグの成分変化による溶流点の変化は、酸化アルミニウム／二酸化ケイ素／酸化ナトリウムの三成分系に類似する挙動を示す。この実施態様では、酸化アルミニウム／二酸化ケイ素／酸化ナトリウムの三成分系の成分比と溶流点の関係を示す三角線図を用いて、スラグの低粘度化に必要なアルカリ金属含有化合物の組成及び添加量を決定することができる。
　一実施態様では、アルカリ金属含有化合物を投入する前の溶融スラグの成分及び組成は以下のとおりである。
　Ａｌ２Ｏ３：１０質量％～５０質量％
　ＳｉＯ２：２０質量％～６０質量％
　Ｎａ２Ｏ：０．１質量％～２０質量％
　ＣａＯ：１質量％～２０質量％
　ＴｉＯ２：１質量％～１５質量％
　Ｆｅ２Ｏ３：１質量％～１０質量％
　残部（ＭｇＯなど）
　一実施態様では、ガス化処理中にスラグのＮａ２Ｏ濃度が１０質量％未満、好ましくは５．０質量％未満、より好ましくは３．０質量％未満、更に好ましくは１．５質量％未満となった時点で、アルカリ金属含有化合物を投入する。スラグの採取はガス化炉底部から行うことができる。
　一実施態様では、有機性廃棄物の二段ガス化方法は、低温ガス化炉内で有機性廃棄物を一次ガス化して有機性原料を生成することと、有機性原料を高温ガス化炉に投入することと、高温ガス化炉内で有機性原料を二次ガス化してガス及びスラグを生成することとを含み、高温ガス化炉に直接又は間接にアルカリ金属含有化合物を投入してスラグを低粘度化することを含む。
　図２に、一実施態様のガス化炉を備える有機性廃棄物の二段ガス化装置の構成図を示す。二段ガス化装置は、低温ガス化炉２３及び高温ガス化炉２７を備えている。高温ガス化炉２７は本開示の対象とするガス化炉であり、既に説明したとおりである。低温ガス化炉の種類は、特に限定されず、ストーカ炉又は流動床ガス化炉であることが好ましく、流動床ガス化炉であることがより好ましく、加圧型の流動床ガス化炉であることが更に好ましい。図２では低温ガス化炉２３は流動層２４を有する流動床ガス化炉として示されている。
　有機性廃棄物は、特に限定されないが、廃プラスチック、都市ごみ、下水汚泥、バイオマス廃棄物、廃繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）、自動車廃棄物、産業廃棄物、鉄鋼スラグ及び固形化燃料からなる群より選ばれる少なくとも１つであることが好ましい。運搬効率の点から、有機性廃棄物は、都市ごみを固形化燃料としたRefuse Derived Fuel（以下「ＲＤＦ」ともいう。）又は廃プラスチックを固形化燃料としたRefuse Paper & Plastic Fuel（以下「ＲＰＦ」ともいう。）であることがより好ましく、組成のばらつきの少なさ、高発熱量及び低水分含有量の観点からＲＰＦであることが更に好ましい。有機性廃棄物は、複数を組み合わせてもよい。
　有機性廃棄物の補助燃料として、石炭、石油系燃料等を用いることもできる。
　有機性廃棄物は、５ｍｍ～３０ｍｍ程度の大きさに粗破砕及び必要に応じて圧縮されたペレットとして、低温ガス化炉２３に供給してもよい。液状の有機性廃棄物はそのまま低温ガス化炉２３に供給することができる。
　低温ガス化炉２３の内部では、炉の下方から供給された流動化ガスｂによって流動化した流動媒体（例えば、硅砂、オリビン砂などの砂、アルミナ、鉄粉、石灰石、ドロマイト等）が流動層２４を形成している。流動化ガスｂとしては、一般に、酸素ガス、空気、若しくは水蒸気又はこれらの混合ガスが用いられる。流動化ガスｂとして供給される酸素ガス又は空気は、有機性廃棄物のガス化剤としても作用する。低温ガス化炉２３に供給される有機性廃棄物ａは、４５０～８５０℃（例えば６００℃）の温度に保持された流動層２４内で、炉内に供給された酸素ガス又は空気により、速やかに部分燃焼（不完全燃焼）されて、例えば、有機性原料の一部（炭化水素ガスなど）、及び水素ガス、一酸化炭素ガス、タール、可燃性炭素質粒子などが生成する。この部分燃焼により生じた熱は、低温ガス化炉内の温度を維持する熱として利用される。
　低温ガス化炉２３に供給される空気又は酸素の量は、有機性廃棄物を完全燃焼させるのに必要な理論酸素量の５％以上３０％以下であることが好ましく、１０％以上２０％以下であることがより好ましい。
　低温ガス化炉２３の炉内温度は、４５０℃以上８５０℃以下であることが好ましく、６００℃以上８００℃以下であることがより好ましい。低温ガス化炉２３の炉内温度が８５０℃以下であれば、有機性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、未酸化状態の有価金属として低温ガス化炉底部より流動媒体と共に排出することができる。低温ガス化炉２３の炉内温度が４５０℃以上であれば、タールとチャーの生成が抑制される一方で、ガス化を効率的に進行させることができる。
　低温ガス化炉２３の炉内圧力は、０．５ＭＰａＧ（ゲージ圧）以上９．０ＭＰａＧ以下であることが好ましく、１．０ＭＰａＧ以上２．０ＭＰａＧ以下であることがより好ましい。低温ガス化炉２３の炉内圧力が９．０ＭＰａＧ以下であれば、耐圧及び耐熱の観点から設備費用を過度に増加させずに経済的にガス化処理を行うことができる。低温ガス化炉２３の炉内圧力が０．５ＭＰａＧ以上であれば、常圧でガス化処理を行う場合と比べて設備を小型化することができる。
　低温ガス化炉２３の炉底からは、流動媒体が不燃物と共にロックホッパ２５を介して排出され、スクリーン２６により粗大な不燃物ｄが除去される。不燃物が除去された流動媒体ｃは、低温ガス化炉２３の内部に戻される。分離された粗大な不燃物ｄに含まれている金属（例えば、鉄、銅、アルミニウムなど）は、流動層２４が比較的低温度で、しかも酸素が不足した状態となっているので、ほとんどが未酸化の状態である。
　有機性廃棄物の部分燃焼により生成した可燃性炭素質（固形カーボン）は、流動層２４の撹拌運動により微粉砕されて、粒子（チャー）となって有機性原料の流れに同伴する。不燃性物質（灰分）の一部も流動層２４の撹拌運動により微粉砕されて、粒子となって有機性原料の流れに同伴する。
　不燃性物質を含む粒子と可燃性炭素質粒子とを浮遊状態で伴う有機性原料ｅは、高温ガス化炉２７の有機性原料導入口３から燃焼室１に供給されて旋回しながら下降する。有機性原料と可燃性炭素質粒子はガス化剤導入口４及び頂部ガス化剤導入口５から供給されたガス化剤（酸素ガスと水蒸気との混合ガス）ｆによって燃焼する。有機性原料と可燃性炭素質粒子の燃焼熱により燃焼室１内の温度は１３００～１５００℃に維持される。可燃性炭素質粒子の燃焼により、一酸化炭素ガス、及び二酸化炭素ガスが生成する。ガス化剤に含まれている水蒸気と可燃性炭素質粒子との水性ガス化反応により、一酸化炭素ガス及び水素ガスも生成する。
　有機性原料ｅに同伴する不燃性物質を含む粒子は、燃焼室１にて溶融スラグとなる。合成ガス（水素ガス、一酸化炭素ガス、及び二酸化炭素ガス）、及び溶融スラグは不燃性物質分離室１２で急冷され、合成ガスはガス取出し口１７から、スラグ粒（粗粒スラグ）はスラグ排出口１８から取り出される。
　有機性原料ｅが、固形物（可燃性炭素質粒子、又は不燃性物質）を多く伴う場合には、高温ガス化炉２７に供給する前に、予めサイクロン等を用いて気体と固形物とを分離し、気体を有機性原料導入口３から、固形物はガス化剤ｆと共に頂部ガス化剤導入口５から高温ガス化炉２７の燃焼室１に導入することが好ましい。サイクロンにより分離された固形物をガス化剤ｆと共に高温ガス化炉２７の燃焼室１に導入することにより、固形物中の可燃性炭素質粒子が優先的にガス化剤と接触するので、未燃焼カーボンの発生量を減らすことができる。
　高温ガス化炉２７のガス取出し口１７から取り出された合成ガスｈは、スクラバ３１にて洗浄され、合成ガスｈに同伴してきた微量の残存するスラグ（スラグミスト）が除去される。スクラバ３１にて洗浄された合成ガスｈ’に含まれる一酸化炭素ガス及び水素ガスは、各種の化学工業原料として利用することができる。有機性廃棄物を二段ガス化装置でガス化処理して得られた水素ガスをアンモニア合成用の水素源として用いることもできる。スクラバ３１にて回収されたスラグは貯留槽３２にて沈降濃縮されて微粒スラグｇｆとして、外部に排出される。微粒スラグｇｆには、可燃性炭素質粒子が多く含まれているため、高温ガス化炉に再供給することが好ましい。
　一方、高温ガス化炉２７のスラグ排出口１８から取り出されたスラグ粒ｇは、ロックホッパ２８により適宜貯留槽２９へ排出される。ここで回収された粗粒スラグは、スクリーン３０により水と分離される。粗粒スラグｇｃは、セメントや土木建築用の資材として利用することができる。
　アルカリ金属含有化合物ｍは、高温ガス化炉２７に設けられたアルカリ金属含有化合物導入口１０から高温ガス化炉２７に直接投入することができる。低温ガス化炉２３と高温ガス化炉２７をつなぐラインの途中でアルカリ金属含有化合物ｍを導入して、有機性原料にアルカリ金属含有化合物を投入してもよい。
　高温ガス化炉のガス取出し口１７から取り出された合成ガスに含まれる一酸化炭素ガス及び水素ガスは、各種の化学工業原料として利用することができる。例えば合成ガスを出発原料として、ＣＯ転化反応により水素ガスを得て、アンモニアガスを製造することもできる。
　以下の実施例において、本開示の具体的な実施態様を例示するが、本発明はこれに限定されるものではない。部及びパーセントは全て、特に明記しない限り質量による。
＜使用試薬＞
　アルカリ金属含有化合物として以下の試薬を使用した。
ケイ酸ナトリウム（東洋珪酸曹達株式会社製、ＳｉＯ２：２３．７～２６％、Ｎａ２Ｏ：１０．３～１１．３％）
水酸化ナトリウム（純正化学株式会社製、特級）
＜スラグの軟化点、融点、及び溶流点＞
　スラグの軟化点、融点、及び溶流点は、ＪＩＳ　Ｍ　８８０１：２００４に準拠して、ミルを用いてスラグを微粉状に粉砕して得られたサンプルを８００℃で５時間灰化処理した後に、ライツ高温加熱顕微鏡を用いて、水素：二酸化炭素の体積比が１：１の混合ガス雰囲気下にて測定した。
＜Ｃｒ溶出量＞
　耐火材キャスタブルをケイ酸ナトリウム又は水酸化ナトリウムを含む浸漬液に浸漬したときのＣｒ溶出量を以下の手順で測定した。
（１）酸分解
　耐火材キャスタブルを浸漬した後の浸漬液０．１ｇ、リン酸（純正化学株式会社製、特級）６ｍＬ、塩酸（純正化学株式会社製、特級）４ｍＬ、フッ酸（純正化学株式会社製、特級４６％～４８％）２．５ｍＬ、及び硝酸（関東化学株式会社製、電子工業用硝酸１．４２ＥＬ）２ｍＬをマイクロウェーブ分解容器（株式会社アクタック製、ＭＷＳ３＋）に入れた。
（２）マイクロウェーブ加熱分解
　マイクロウェーブ分解容器に入った溶液のマイクロウェーブ加熱分解を以下の（ｉ）から（iv）の一連の操作を２回繰り返して酸分解液を得た。
　（ｉ）５分間で１９０℃まで上昇させ、５分間１９０℃維持する
　（ii）２分間で２１０℃まで上昇させ、５分間２１０℃維持する
　（iii）２分間で２３０℃まで上昇させ、２５分間２３０℃維持する
　（iv）１分間で１００℃まで下げる
（３）ＩＣＰ－ＡＥＳ分析
　マイクロウェーブ加熱分解により得られた酸分解液を２５０ｍＬのメスフラスコに全量移し、超純水（メルク社製、Ｄｉｒｅｃｔ－Ｑ　ＵＶ）で２５０ｍＬまでメスアップし、メスアップしたものから１０ｍＬ採取し、更に１００ｍＬにメスアップしたものを分析サンプルとした。ＪＩＳ　Ｋ　０１１６：２０１４に準拠して、ＩＣＰ－ＡＥＳ（株式会社島津製作所製、ＩＣＰＳ－８１００）を用いて分析サンプルを測定し、Ｃｒ溶出量を定量した。
１．アルカリ金属含有化合物添加によるスラグの軟化点、融点、及び溶流点の降下
　図２に示す二段ガス化装置の高温ガス化炉底部より採取したスラグ（実機スラグ１～３、アルカリ金属含有化合物は非投入）、及び実機スラグ１又は３に表１に記載のアルカリ金属含有化合物を添加したものを用いて、軟化点、融点、及び溶流点を測定した。スラグの組成及び測定結果を表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　実施例１～５では、軟化点、融点、及び溶流点がいずれも、参考例１～３よりも低かった。
２．耐火材材質試験
　耐火材キャスタブル（１０ｃｍ×１０ｃｍ×１０ｃｍ）を電気炉にて１１０℃で３時間、１０００℃で３時間焼成し、３００ｇの浸漬液に浸漬した後、浸漬液中のＣｒ濃度を測定した。結果を表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　浸漬液としてケイ酸ナトリウムを用いた場合、耐火材キャスタブルのＣｒ成分の溶出は確認されなかったが、水酸化ナトリウム水溶液を用いた場合、Ｃｒ成分の溶出が確認された。
３．耐火材実機試験
　図２に示す二段ガス化装置を、有機性廃棄物の処理量を５ｔ／ｈとし、高温ガス化炉の燃焼室出口のガス温度を１４５０℃、炉内圧力を０．９ＭＰａＧとして運転しながら、高温ガス化炉の側管（アルカリ金属含有化合物導入口）から直接高温ガス化炉にケイ酸ナトリウムを１００Ｌ／ｈの供給量で投入し、二段ガス化装置を６か月間運転した。停止後に高温ガス化炉を開けたところ、耐火材への影響は見られなかった。
　図２に示す二段ガス化装置を、有機性廃棄物の処理量を５ｔ／ｈとし、高温ガス化炉の燃焼室出口のガス温度を１４５０℃、炉内圧力を０．９ＭＰａＧとして運転しながら、高温ガス化炉の側管（アルカリ金属含有化合物導入口）から直接高温ガス化炉に水酸化ナトリウム水溶液を１５０Ｌ／ｈの供給量で投入し、二段ガス化装置を０．５か月間運転した。停止後に高温ガス化炉を開けたところ、耐火材の厚さが減少していた。
　１　　燃焼室
　２　　側面壁
　３　　有機性原料導入口
　４　　ガス化剤導入口
　５　　頂部ガス化剤導入口
　６　　鋼皮
　７　　冷却ジャケット
　８　　底部
　９　　開口部
　１０　　アルカリ金属含有化合物導入口
　１１　　スロート部
　１２　　不燃性物質分離室
　１３　　冷却水導入管
　１４　　円筒状下降管
　１５　　円筒状上昇管
　１６　　水槽部
　１７　　ガス取出し口
　１８　　スラグ排出口
　１９　　冷却水取出し口
　２３　　低温ガス化炉
　２４　　流動層
　２５　　ロックホッパ
　２６　　スクリーン
　２７　　高温ガス化炉
　２８　　ロックホッパ
　２９　　貯留槽
　３０　　スクリーン
　３１　　スクラバ
　３２　　貯留槽

Claims (19)

  1. 　有機性原料が投入されてガス及びスラグを生成するガス化炉において、前記ガス化炉に直接又は間接にアルカリ金属含有化合物を投入して前記スラグを低粘度化することを含む、ガス化炉の操業方法。
  2. 　前記アルカリ金属含有化合物がケイ酸ナトリウムである、請求項１に記載の方法。
  3. 　前記ケイ酸ナトリウムが水溶液の形態で投入される、請求項２に記載の方法。
  4. 　前記ケイ酸ナトリウム中の二酸化ケイ素と酸化ナトリウムのモル比（二酸化ケイ素のモル数／酸化ナトリウムのモル数）が、０．４以上４．５以下である、請求項２又は３のいずれかに記載の方法。
  5. 　前記ガス化炉に直接又は間接にケイ素含有化合物を投入することを含む、請求項１～４のいずれか一項に記載の方法。
  6. 　前記ケイ素含有化合物が流動媒体である、請求項５に記載の方法。
  7. 　低粘度化した前記スラグ中の二酸化ケイ素と酸化ナトリウムのモル比（二酸化ケイ素のモル数／酸化ナトリウムのモル数）が１．０以上１５．０以下である、請求項２～６のいずれか一項に記載の方法。
  8. 　低粘度化した前記スラグがアルカリ金属を酸化物換算で１．５質量％～２０．０質量％含む、請求項１～７のいずれか一項に記載の方法。
  9. 　前記スラグのナトリウム及びケイ素の含有量を分析すること、
    　前記スラグ中の二酸化ケイ素と酸化ナトリウムのモル比（二酸化ケイ素のモル数／酸化ナトリウムのモル数）が２．５以下のときに、前記アルカリ金属含有化合物を投入することを含む、請求項２～８のいずれか一項に記載の方法。
  10. 　前記アルカリ金属含有化合物を前記有機性原料と混合して前記ガス化炉に投入することを含む、請求項１～９のいずれか一項に記載の方法。
  11. 　有機性原料からガス及びスラグを生成するガス化炉であって、前記有機性原料をガス化又は燃焼させる燃焼室と、生成したスラグを冷却及び回収する不燃性物質分離室と、前記燃焼室に設けられたアルカリ金属含有化合物の導入口とを備える、ガス化炉。
  12. 　前記導入口が外管及び内管を有する二重管を備え、前記アルカリ金属含有化合物が内管に供給され、不活性ガスが外管に供給される、請求項１１に記載のガス化炉。
  13. 　前記導入口が前記燃焼室の側面に配置されている、請求項１１又は１２のいずれかに記載のガス化炉。
  14. 　前記ガス化炉が旋回式溶融炉である、請求項１１～１３のいずれか一項に記載のガス化炉。
  15. 　有機性廃棄物を一次ガス化して有機性原料を生成する低温ガス化炉と、前記低温ガス化炉で生成した前記有機性原料を二次ガス化してガス及びスラグを生成する高温ガス化炉とを備える有機性廃棄物の二段ガス化装置であって、前記高温ガス化炉が請求項１１～１４のいずれか一項に記載のガス化炉である、二段ガス化装置。
  16. 　前記低温ガス化炉が流動床ガス化炉である、請求項１５に記載の二段ガス化装置。
  17. 　低温ガス化炉内で有機性廃棄物を一次ガス化して有機性原料を生成することと、前記有機性原料を高温ガス化炉に投入することと、前記高温ガス化炉内で前記有機性原料を二次ガス化してガス及びスラグを生成することとを含む、有機性廃棄物の二段ガス化方法であって、前記高温ガス化炉に直接又は間接にアルカリ金属含有化合物を投入して前記スラグを低粘度化することを含む、方法。
  18. 　前記高温ガス化炉が請求項１１～１４のいずれか一項に記載のガス化炉である、請求項１７に記載の方法。
  19. 　前記低温ガス化炉が流動床ガス化炉である、請求項１７又は１８のいずれかに記載の方法。
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