説明

可燃物のガス化溶融方法およびガス化溶融装置

【課題】発熱量が高く、成分組成および発熱量の変動の少ない高品質の可燃性ガスを製造するガス化溶融方法およびガス化溶融装置を提供する。
【解決手段】(1)ガス化溶融方法において、ガス化溶融処理により発生する生成ガスに、(a)清浄化処理された生成ガスを用いて冷却用液体を噴霧することにより、ガス化溶融処理で発生する生成ガスを冷却する操作、および/または、(b)ガス化溶融処理により発生する生成ガス中のダストを除去するためのバグフィルターを、清浄化処理された生成ガスを用いて逆洗する操作を行う可燃物のガス化溶融方法である。(2)前記(1)のガス化溶融方法を実施するための、清浄化処理済みの生成ガスFをガス冷却装置3および/またはバグフィルター6に供給するための生成ガス再利用配管14を備えたガス化溶融装置である。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、廃棄物などの可燃物を1000℃を超える高温でガス化溶融するガス化溶融炉において発生する高温の可燃性ガスをガス処理し、燃料などの良質の可燃性ガスとして利用可能にするためのガス化溶融方法およびそのための装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
廃棄物などの可燃物の処理およびサーマルリサイクルにおいては、単純焼却もしくは焼却廃熱を蒸気により回収し、タービンを回転させて発電する方法などが一般的であるが、近年、より高効率かつ低公害のサーマルリサイクルとして、廃棄物などの可燃物を、高温でガス化溶融することによって可燃性ガスに変換し、燃料や化学原料として利用する方法およびそのための装置の開発が求められている。
【0003】
廃棄物などの可燃物を1000℃を超える高温でガス化溶融するガス化溶融炉で発生した高温の可燃性ガスをガス処理し、燃料などとして利用できるようにするためのガス変換工程は、通常、下記の連続した3種類の工程により構成される。
【0004】
1)廃棄物などの可燃物を1000℃を超える高温でガス化溶融する工程
2)ガス化溶融炉にて発生したガスを常温または一定温度以下に冷却する工程
3)冷却後のガスを清浄化する工程
上記のガス化溶融工程においては、廃棄物などの可燃物を1000℃以上の高温に保たれた炉内に装入し、高温でガス化溶融し、可燃性の生成ガスを発生させる。このとき、不燃成分は、溶融スラグとなり、生成ガスとは別個に、ガス化溶融炉下部に設けられた排滓口から炉外に排出される。
【0005】
上記のガス冷却工程においては、水などの冷却用液体を微小粒子にして容器内の生成ガスに噴霧することにより、ダイオキシンなどを再合成させることなく、連続的に急速に減温冷却するガス急冷減温塔が多く採用されている。ガス急冷減温塔における冷却用液体の噴霧においては、噴霧する冷却用液体の蒸発熱を利用してガスの温度を急速に低下させるため、冷却用液体の粒子径は小さいほど大きな効果が得られる。
【0006】
そのため、気体および液体を噴出させる二流体スプレーノズルを使用することにより、100μm以下の微粒の冷却用液滴を形成する方法が採用されている。この二流体スプレーノズルに用いる気体としては、不活性であり、かつ安価なガスである窒素ガスが、通常、使用される。その理由は、ガス化溶融炉で発生したガスは可燃性ガスであることから、酸素を含むガスを上記のガス急冷減温塔内に噴射した場合、ガス急冷減温塔内で燃焼または爆発を起こす危険があるからである。
【0007】
また、ガス清浄化工程においては、一般にバグフイルターが採用されている。バグフイルターは、バッグ状に形成された濾布にガスを通過させることにより、ガス中に含まれるダストを除去する装置であり、使用にともなって濾布の目詰まりが進行する。そこで、通常の操業時におけるガス流れとは逆の方向に清浄な気体を通過させることにより、濾布に付着したダストを除去し、目詰まりを解消するための「逆洗工程」を設けている。この逆洗工程においても、ガス急冷減温塔の場合と同様の理由により、窒素ガスが使用されている。
【0008】
ガス化溶融工程(ガス化溶融炉)、ガス冷却工程(ガス冷却装置)およびガス清浄化工程(除塵装置)を備えたガス化溶融技術としては、例えば、特許文献1にガス化溶融炉およびガス化溶融方法が開示されている。ここで、開示された技術は、廃棄物を燃焼させ、廃棄物中の有機物をエネルギーガスとして、また、灰分と金属を溶融物として回収する竪型のガス化溶融炉、上記ガスを冷却するガス冷却設備および除塵設備を備えたガス化溶融装置、ならびにガス化溶融方法に関するものである。しかし、同文献には、ガスの冷却工程における二流体スプレーノズルの使用については何ら記載されていない。
【0009】
二流体スプレーノズルを用いたガスの冷却については、特許文献2および特許文献3に、排ガスに100℃以上かつ1kgf/cm2以上の熱水を噴霧することにより、所定温度以下に冷却する方法が開示されており、さらに、熱水噴霧手段として二流体式スプレーノズルを用い、熱水とともに空気を噴霧する冷却装置が記載されている。
【0010】
しかしながら、上記文献に開示された技術においても、冷却工程で噴霧用気体として用いられているのは空気であり、ガス発生装置などで生成した可燃性ガスなどのプロセスガスが用いられた例は他にも見当たらない。
【0011】
【特許文献1】WO2000/045090号公報(特許第3558039号公報)(特許請求の範囲および9頁45行〜15頁18行)
【特許文献2】特開2001−314725号公報(特許請求の範囲および段落[0009]〜[0014])
【特許文献3】特開2001−324128号公報(特許請求の範囲および段落[0009]〜[0017])
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0012】
前述のとおり、従来技術において下記の問題が残る。すなわち、生成ガスの噴霧冷却用として用いられる窒素ガスなどは、冷却作用を果たした後は、生成ガスに混入し、生成ガスの一部となる。可燃性ガスを生成するガス化溶融炉装置に要求される機能は、可燃性ガスを発生させることはもちろんのこと、この発生ガスを燃料などにリサイクルできる製品ガスに清浄化処理することであり、製品ガスの有効利用のためには、ガスの発熱量(潜熱)が高く、かつ組成および発熱量の変動が少ないことが好ましい。
【0013】
したがって、生成ガス中に含まれる窒素や空気などの不燃性ガス成分の比率が高くなることは、好ましくない。また、窒素などに替えて、例えば、一酸化炭素や水素のような可燃性ガスを用いることも可能であるが、いずれも、ガス供給装置を別途設置する必要があり、コスト高を招く。
【0014】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その課題は、生成ガスの冷却工程または生成ガスの清浄化工程のいずれかまたは両方の工程における窒素ガスなどの使用量を低減し、発熱量が高く、成分組成および発熱量の変動の少ない高品質の可燃性ガスを製造することにある。
【課題を解決するための手段】
【0015】
本発明者らは、上記した課題を解決するために、生成ガスの冷却工程および/または生成ガスの清浄化工程における窒素ガスなどの不活性ガスの使用量を低減し、成分組成および発熱量の変動の少ない高品質の可燃性ガスを製造する方法について検討を行い、下記の知見を得て、本発明を完成させた。
【0016】
すなわち、生成ガスの冷却工程における二流体スプレーノズルからの冷却用液体の噴霧用気体および/またはガス清浄化工程におけるバグフイルターの逆洗用気体として、窒素ガスに替えて清浄化処理された生成ガスを用いることにより、発熱量が高く、成分組成および発熱量の変動の少ない高品質の可燃性ガスを得ることができる。
【0017】
本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものであり、その要旨は、下記の(1)〜(3)に示す可燃物のガス化溶融方法、および(4)に示す可燃物のガス化溶融装置にある。
【0018】
(1)可燃物に燃焼、溶融またはガス化のうちの少なくとも1つの処理を行うガス化溶融方法において、該ガス化溶融処理により発生する生成ガスに、清浄化処理された生成ガスを用いて冷却用液体を噴霧することにより、該ガス化溶融処理により発生する生成ガスを冷却することを特徴とする可燃物のガス化溶融方法。
【0019】
(2)可燃物に燃焼、溶融またはガス化のうちの少なくとも1つの処理を行うガス化溶融方法において、該ガス化溶融処理により発生する生成ガス中のダストを除去するためのバグフィルターを、清浄化処理された生成ガスを用いて逆洗することを特徴とする可燃物のガス化溶融方法。
【0020】
(3)可燃物に燃焼、溶融またはガス化のうちの少なくとも1つの処理を行うガス化溶融方法において、下記の(a)または(b)のいずれか一方または両方の操作を行うことを特徴とする可燃物のガス化溶融方法。
【0021】
(a)ガス化溶融処理により発生する生成ガスに、清浄化処理された生成ガスを用いて冷却用液体を噴霧することにより、該ガス化溶融処理により発生する生成ガスを冷却する操作
(b)ガス化溶融処理により発生する生成ガス中のダストを除去するためのバグフィルターを、清浄化処理された生成ガスを用いて逆洗する操作
(4)可燃物に燃焼、溶融またはガス化のうちの少なくとも1つの処理を行って可燃物をガス化溶融するためのガス化溶融装置であって、可燃物に燃焼、溶融またはガス化のうちの少なくとも1つの処理を行うためのガス化溶融炉と、該ガス化溶融炉から発生する生成ガスを冷却するためのガス冷却装置と、該ガス冷却装置内に設置され、清浄化処理された生成ガスを用いて該ガス冷却装置内の生成ガスに冷却用液体を噴霧するための二流体スプレーノズルと、該冷却された生成ガス中のダストを除去するためのバグフィルターと、該バグフィルター内に設置され、清浄化処理された生成ガスを用いて該バグフィルターを逆洗するための逆洗装置と、少なくとも冷却およびダスト除去処理された清浄化処理後の生成ガスを、前記二流体スプレーノズルおよび/または前記逆洗装置に供給するための生成ガス再利用配管を備えたことを特徴とする可燃物のガス化溶融装置。
【0022】
本発明において、「可燃物」とは、可燃分を含有する物質を意味し、ごみ、燃えがら、汚泥、糞尿、廃油、廃酸、廃アルカリその他の汚物を含む廃棄物、およびその他の燃焼可能な物質を指す。
【0023】
「逆洗」とは、バグフィルターに通常の運転時におけるガス流れとは逆の方向に清浄な気体を通過させることにより、濾布に付着したダストを除去し、目詰まりを解消する操作を意味する。
【発明の効果】
【0024】
本発明の方法によれば、生成ガスを冷却するための二流体スプレーノズルに供給する冷却用液体噴霧用の気体および/またはバグフイルターの逆洗用気体として、清浄化処理された生成ガス用いるので、前記気体として窒素ガスを使用する場合に比較して、製品としての生成ガス中の窒素含有率を低減し、発熱量が高く、成分組成および発熱量の変動の少ない高品質の可燃性ガスを製造することができる。
【0025】
また、本発明の装置は、二流体スプレーノズルの液体噴霧用および/またはバグフイルターの逆洗用気体として窒素ガスを使用する場合に比して、ガス化溶融装置全体としての窒素ガス消費量を低減できるため、窒素ガス発生設備の規模を縮小できる。さらに、前記気体としてCOまたはH2などの可燃ガスを使用する場合と比べても、それらのガス発生設備の規模を大幅に縮小または省略することができる。したがって、設備建設費および維持管理費を大幅に削減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0026】
本発明の方法は、前記のとおり、ガス化溶融方法において、「ガス化溶融処理により発生する生成ガスに、清浄化処理された生成ガスを用いて冷却用液体を噴霧することにより、該ガス化溶融処理により発生する生成ガスを冷却する操作」、または、「上記生成ガス中のダストを除去するためのバグフィルターを、清浄化処理された生成ガスを用いて逆洗する操作」のいずれか一方または両方の操作を行うことを特徴とする可燃物のガス化溶融方法である。また、本発明の装置は、上記のガス化溶融方法を実施するための最適のガス化溶融装置である。以下に、本発明の方法および装置について、さらに詳細に説明する。
【0027】
(1)生成ガスの再利用による窒素使用量の削減および生成ガス発熱量の上昇
生成ガスの冷却工程(ガス冷却装置)および/またはガス清浄化工程(除塵装置)において、窒素ガスに替えて清浄化処理された生成ガスを再利用する試験を行い、その効果を評価した。
【0028】
ガス冷却装置である急冷減温塔に設置した二流体スプレーノズルに供給する冷却用液体噴霧用気体および/または除塵装置であるバグフイルターの逆洗用気体として、窒素ガスに替えて、ガス化溶融炉で生成された可燃ガスを清浄化処理して得られたガスを使用することにより、生成ガス中の窒素含有率の上昇が抑制される。
【0029】
本発明者らは、この点を定量的に把握するため、廃棄物処理能力20t/d、発生ガス量約800Nm3/hの試験設備を用いて試験操業を行った。その結果、上記の気体として窒素ガスを使用した場合には、生成ガスの発熱量は、30分平均値で7377kJ/Nm3(1762kcal/Nm3)であったのに対して、上記の気体として清浄化処理された生成ガスを使用した場合には、生成ガスの発熱量は、30分平均値で8041kJ/Nm3(1921kcal/Nm3)となり、9%の発熱量の上昇が確認された。
【0030】
廃棄物処理能力132t/dの実用設備における生成ガス中の窒素含有率は24%であり、前述の試験操業結果における発熱量の上昇比率に基づけば、生成ガス量の8%の窒素量が削減できると推定されるので、必要窒素量の削減比率は、(8/24)×100=33%となり、窒素ガス発生設備の規模は、33%削減できると推察される。
【0031】
(2)発明の実施形態
本発明の実施形態につき図を用いてさらに詳細に説明する。図1は、本発明に係る実施形態の例を示すフロー図である。
【0032】
ガス化溶融炉1内に廃棄物などの可燃物Aを装入し、1000℃以上の高温に保たれた炉内において、高温でガス化溶融し、可燃性の生成ガスBを発生させる。このとき、不燃成分は、溶融スラグとなり、ガス化溶融炉下部に設けられた排滓口から生成ガスとは別に排出される。
【0033】
生成ガスBは、1000℃以上の高温であり、煤塵などを含むガスである。生成ガスBは、ガスダクト2を通してガス冷却装置であるガス急冷減温塔3に送られる。ガス急冷減温塔3内では、ガス化溶融炉1で生成した生成ガスBからダイオキシン類などが再合成されないように、生成ガスBを、例えば2秒間で1000℃から200℃以下の温度まで急速に連続的に冷却減温する。
【0034】
ガスの急冷減温手段としては、例えば、ガス急冷減温塔3の内側上部に設置された二流体スプレーノズル4を使用して、冷却用液体を、その液滴の粒子径が100μm以下になるようにガス急冷減温塔内に噴霧し、上記液滴の蒸発熱を利用してガスの温度を急速に低下させる。二流体スプレーノズル4には、冷却用液体および噴霧用気体を供給し、前記の冷却用液滴の微粒子を発生させる。冷却用液体としては、生成ガス冷却用液体貯留槽17から例えば水などの冷却用液体Gを供給し、一方、噴霧用気体としては、バッファータンク12内の清浄化処理された生成ガスFを生成ガス再利用配管14を経て分岐リサイクルさせ、昇圧装置19により昇圧後バッファータンク20を通して、二流体スプレーノズル4に供給する。なお、前記の液体噴霧用気体として供給する清浄化処理後の生成ガスは、従来技術において噴霧用気体として用いられた窒素ガスと同程度の圧力に昇圧して使用すればよい。
二流体スプレーノズル4により冷却用液体Gと共に噴霧された気体Fは、ガス化溶融炉1で発生した生成ガスBに混合されて低温の生成ガスCとなり、ガスダクト5を経由してバグフイルター6に送られる。したがって、二流体スプレーノズル4において、窒素ガスを使用することなく清浄化された生成ガスFを使用することにより、生成ガスCの発熱量(潜熱)は低下することなく、元の発熱量を保持できる効果がある。
【0035】
バグフィルター6は、ガス急冷減温塔3で冷却された生成ガスC中のダストを除去する機能を有する。バグフィルター6は、バッグ状に形成された濾布バッグ7に生成ガスCを通過させることにより生成ガス中のダストを除去する機構であることから、使用するにつれてダストによる濾布バッグ7の目詰まりが進行する。そこで、この濾布バッグ7の目詰まりを解消するため、通常運転時のガス流れとは逆方向から清浄な気体を通過させ、目詰まりを解消する逆洗操作を行うための逆洗用気体配管8が設けられている。
【0036】
本発明では、上記の逆洗工程において、清浄化した生成ガスFを使用する。逆洗操作に使用された清浄化処理後の生成ガスFは、生成ガスCに混合されて、ガスダクト9を経由して他のガス清浄装置10、誘引排風機11を経てバッファータンク12に送られる。したがって、バグフィルターの逆洗工程において、窒素を使用することなく清浄化処理後の生成ガスFを使用することにより、生成ガスDの発熱量を低下させることなく、元の熱量を維持できる。
【0037】
上記の他のガス清浄装置10は、バグフィルター6で除去することができなかった微粒のダストや有害物質を除去する装置である。例えば、脱硫設備、電気集塵機など様々な装置が考えられるが、窒素ガスを用いるガス清浄装置の場合には、ガス急冷減温塔3またはバグフイルター6と同様にして、生成ガスによる代替の可能性があり、この場合は、生成ガスDの発熱量を低下させることなくガス清浄化を進めることができる。
【0038】
バッファータンク12は、清浄化処理された生成ガスから、ガス急冷減温塔の二流体スプレーノズルの液体噴霧用気体および/またはバルフィルターの逆洗用気体としての生成ガスを、生成ガス再利用配管14により分岐するに際して、ガス圧力を一定にして分岐しやすくする機能を有する。バッファータンク12に替えてヘッダー管またはバルブを用いることも可能である。
【0039】
清浄化処理後の生成ガスは、バッファータンク12から生成ガス利用設備13に供給される。生成ガス利用設備としては、多くはガスエンジン、ガス焚きボイラなどの熱利用または発電設備が採用されるが、化学原料製造設備の適用も可能である。このようにして、動力、熱エネルギー、電気エネルギーなどとしてエネルギー回収された後のガスは、必要に応じて完全燃焼処理され、排ガスEとして系外に排出される。
【0040】
ガス急冷減温塔および/またはバルフィルターに、生成ガスをリサイクル供給するための生成ガス再利用配管14には、前記昇圧装置19およびバッファータンク20を設置する他に、必要に応じて流量調整用バルブ15および16を設ける。
【0041】
図2は、従来技術についての実施形態のフロー図である。ガス急冷減温塔3に設置された二流体ノズル4および/またはバグフイルター6に設置された逆洗用配管8に供給使用される気体が窒素ガスであるほかは、図1に示されたフロー図の場合と同じである。すなわち、前記図1においては、清浄化処理された生成ガスFが再利用されるのに対して、図2に示される従来例においては、窒素ガス発生装置18により製造された窒素ガスHがガス急冷減温塔3に設置された二流体スプレーノズル4および/またはバグフイルター6に設置された逆洗用配管8に供給される。
【0042】
したがって、前述のとおり、従来技術においては、清浄化処理された生成ガス中にこれらの窒素ガスが混入し、ガス中の可燃成分含有率が低下して発熱量が低下すると同時に、その成分組成の変動が大きく、生成ガス利用設備13に高品質のガスを供給することは困難である。また、窒素ガス発生装置18の規模が大型化し、建設費および維持管理費が上昇する。
【産業上の利用可能性】
【0043】
本発明の方法によれば、生成ガスを冷却するための二流体スプレーノズルに供給する冷却用液体噴霧用の気体および/またはバグフイルターの逆洗用気体として、清浄化処理された生成ガス用いるので、前記気体として窒素ガスを使用する場合に比較して、製品としての生成ガス中の窒素含有率を低減し、発熱量が高く、成分組成および発熱量の変動の少ない高品質の可燃性ガスを製造することができる。
【0044】
また、本発明の装置は、二流体スプレーノズルの液体噴霧用および/またはバグフイルターの逆洗用気体として窒素ガスを使用する場合に比して、ガス化溶融装置全体としての窒素ガス消費量を低減できるため、窒素ガス発生設備の規模を縮小できる。さらに、前記気体としてCOまたはH2などの可燃ガスを使用する場合と比べても、それらのガス発生設備の規模の大幅縮小または省略が可能となり、設備建設費および維持管理費を大幅に削減できる。
【0045】
したがって、本発明の可燃物のガス化溶融方法およびガス化溶融装置は、廃棄物処理、高品質可燃ガス製造およびその利用分野において広範に適用できる実用的価値の高い技術である。
【図面の簡単な説明】
【0046】
【図1】本発明に係る実施形態の例を示すフロー図である。
【図2】従来技術の実施形態を示すフロー図である。
【符号の説明】
【0047】
1:ガス化溶融炉、 2、5、9:ガスダクト、
3:ガス急冷減温塔(ガス冷却装置)、 4:二流体スプレーノズル、
6:バグフィルター(除塵装置)、 7:濾布バッグ、
8:逆洗用気体配管、 10:他のガス清浄装置、
11:誘引排風機、 12:バッファータンク(またはヘッダーまたはバルブ)、
13:生成ガス利用設備、 14:生成ガス再利用配管、
15:二流体スプレーノズル気体流量調整バルブ、
16:バグフィルター逆洗用気体流量調整バルブ、
17:生成ガス冷却用液体貯留槽、 18:窒素ガス発生装置、
19:昇圧装置、 20:バッファータンク
A:可燃物、 B:生成ガス(高温、ダスト含有)、
C:生成ガス(低温、ダスト含有)、 D:生成ガス(低温、清浄化処理済み)、
E:排ガス(生成ガスを完全燃焼させた排ガス)、
F:生成ガス(低温、清浄化処理済み、生成ガス冷却および/またはバグフィルター逆洗用)、
G:ガス冷却用液体、 H:窒素ガス

【特許請求の範囲】
【請求項1】
可燃物に燃焼、溶融またはガス化のうちの少なくとも1つの処理を行うガス化溶融方法において、該ガス化溶融処理により発生する生成ガスに、清浄化処理された生成ガスを用いて冷却用液体を噴霧することにより、該ガス化溶融処理により発生する生成ガスを冷却することを特徴とする可燃物のガス化溶融方法。
【請求項2】
可燃物に燃焼、溶融またはガス化のうちの少なくとも1つの処理を行うガス化溶融方法において、該ガス化溶融処理により発生する生成ガス中のダストを除去するためのバグフィルターを、清浄化処理された生成ガスを用いて逆洗することを特徴とする可燃物のガス化溶融方法。
【請求項3】
可燃物に燃焼、溶融またはガス化のうちの少なくとも1つの処理を行うガス化溶融方法において、下記の(a)または(b)のいずれか一方または両方の操作を行うことを特徴とする可燃物のガス化溶融方法。
(a)ガス化溶融処理により発生する生成ガスに、清浄化処理された生成ガスを用いて冷却用液体を噴霧することにより、該ガス化溶融処理により発生する生成ガスを冷却する操作
(b)ガス化溶融処理により発生する生成ガス中のダストを除去するためのバグフィルターを、清浄化処理された生成ガスを用いて逆洗する操作
【請求項4】
可燃物に燃焼、溶融またはガス化のうちの少なくとも1つの処理を行って可燃物をガス化溶融するためのガス化溶融装置であって、可燃物に燃焼、溶融またはガス化のうちの少なくとも1つの処理を行うためのガス化溶融炉と、該ガス化溶融炉から発生する生成ガスを冷却するためのガス冷却装置と、該ガス冷却装置内に設置され、清浄化処理された生成ガスを用いて該ガス冷却装置内の生成ガスに冷却用液体を噴霧するための二流体スプレーノズルと、該冷却された生成ガス中のダストを除去するためのバグフィルターと、該バグフィルター内に設置され、清浄化処理された生成ガスを用いて該バグフィルターを逆洗するための逆洗装置と、少なくとも冷却およびダスト除去処理された清浄化処理後の生成ガスを、前記二流体スプレーノズルおよび/または前記逆洗装置に供給するための生成ガス再利用配管を備えたことを特徴とする可燃物のガス化溶融装置。

【図1】
image rotate

【図2】
image rotate


【公開番号】特開2006−317089(P2006−317089A)
【公開日】平成18年11月24日(2006.11.24)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2005−140872(P2005−140872)
【出願日】平成17年5月13日(2005.5.13)
【出願人】(000002118)住友金属工業株式会社 (2,544)
【Fターム(参考)】