廃棄物ガス化装置
【課題】 化石燃料の使用を削減できて、低コストで効率的に可燃性ガスを回収することができる廃棄物ガス化装置を提供する。
【解決手段】 可燃性廃棄物Ｄをガス化ガスにより熱分解して可燃性ガスＧ１を生成する熱分解炉２と、熱分解炉２から排出される残渣であるチャー・灰Ｂ１を溶融状態で部分燃焼させて、発生した高温ガスを熱分解炉２にガス化ガスＧ２として供給するガス化溶融炉３とを備えている。
【解決手段】 可燃性廃棄物Ｄをガス化ガスにより熱分解して可燃性ガスＧ１を生成する熱分解炉２と、熱分解炉２から排出される残渣であるチャー・灰Ｂ１を溶融状態で部分燃焼させて、発生した高温ガスを熱分解炉２にガス化ガスＧ２として供給するガス化溶融炉３とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に都市ごみのような可燃性廃棄物を高温処理することにより、ガスエンジン、ガスタービンおよび燃料電池のような発電装置でエネルギー源として使用できる可燃性ガスを回収する廃棄物ガス化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、日々、多量に発生する都市ごみのような可燃性一般廃棄物や工場で発生する可燃性産業廃棄物などの廃棄物（以下、可燃性廃棄物という）は、その焼却による減量化と、焼却時に発生する可燃性ガスの資源としての有効利用を目的として、各種の廃棄物処理技術が開発されている。
【０００３】
例えば、一般廃棄物や産業廃棄物を、熱分解処理により、使用可能な可燃性ガスとする廃棄物処理システムが知られている（例えば特許文献１参照）。この廃棄物処理システムでは、主に、乾燥機、熱分解キルン、クラッカーおよび溶融炉で構成され、廃棄物中の水分を乾燥除去後、４５０〜６５０℃の熱分解キルンで、還元雰囲気（無酸化状態）にて前記廃棄物をタール、ＣＯ２、ＣＯ、Ｈ２などの揮発性ガス成分と、炭素、灰分、金属分、ガレキなどの残渣に分解する。このうち、揮発性ガス成分をクラッカーで少量の酸素や空気を供給して部分燃焼（不完全燃焼）し、タールを改質することで水蒸気以外の凝縮性成分が少ない可燃性ガスとして回収する。また残渣は、金属分を回収後、約１５００℃の溶融炉で化石燃料を用いて高温燃焼し、灰の溶融と炭素の完全燃焼を図っている。
【特許文献１】特開平１１−１８８３３３号公報
【０００４】
また前記廃棄物処理システムにおける熱分解炉を流動床とした先行技術には、流動化ガスとして空気を用いたもの（例えば特許文献２参照）、また、流動化ガスとして燃焼排ガスを用いたもの（例えば特許文献３参照）がある。これらの技術は、（いずれも可燃性ガスの回収を目的としたものではないが、）一旦、可燃性ガスを回収した後に完全燃焼させ、排熱ボイラなどを経て電力を回収する。廃棄物の熱分解に流動床を用いると、熱分解キルンのような外部熱源（燃料）を必要とせず、部分燃焼（内部熱源）によって分解できる。しかし、廃棄物を流動化させるために一定量以上の流動化ガスを必要とするため、従来は、空気や燃焼排ガス、水蒸気といったものを用いることが一般的である。
【特許文献２】特開平１０−９５１１号公報
【特許文献３】特開２００２−２２８１２６号公報
【０００５】
さらに、前記廃棄物処理システムにおける熱分解炉を竪形一体炉（シャフト炉）とした先行技術が知られている（例えば特許文献４参照）。この竪形一体炉によれば、炉底から空気および酸素富化空気を、炉頂からコークス、石灰石、廃プラスチックおよび廃棄物を投入することによって、炉底からは溶融スラグを、炉頂からは可燃性ガスを回収する。
【特許文献４】特開２００２−３０１４５７号公報
【０００６】
また、コークス、石灰石などの化石燃料を用いない竪形一体炉が知られている（例えば特許文献５参照）。この場合は、炉底から燃料を投入して炉底の温度を維持している。
【特許文献５】特開２００２−２７６９２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、前記特許文献１に係る廃棄物処理システムによれば、回収した可燃性ガスの一部を熱分解キルンの熱源とし、また、残渣を燃焼させる溶融炉の燃焼性を維持するために化石燃料を用いる必要があるため、廃棄物からのエネルギー回収装置として見た場合、効率が低いという課題がある。
【０００８】
また、前記特許文献２、３に係る廃棄物処理技術によれば、回収される可燃性ガス中に窒素、二酸化炭素などの不活性ガスが多く含まれるため、発熱量が低くなり、このような可燃性ガスをガスエンジン、ガスタービン、燃料電池のような発電装置に使用すると、その正常な作動に支障を来すとともに、ガスホルダ（ガスタンク）、配管などの規模の増大化につながる。また、可燃性ガスを水蒸気と酸素によって熱分解し、下流で水蒸気を除去することで高カロリーガスを回収する技術も知られているが、多量の水蒸気の供給、回収、再加熱など、システムが複雑化するという課題もある。
【０００９】
また、前記特許文献４に係る廃棄物処理技術によれば、炉底の温度を維持するためにコークスを投入する必要があり、コークスの消費による経済性、資源消費、加えて地球温暖化ＣＯ２ガス排出などの点で課題が多い。
【００１０】
さらに、前記特許文献５に係る廃棄物処理技術によれば、炉底の温度を維持するために化石燃料等を投入する必要があり、やはり化石燃料の消費による経済性、資源消費、加えて地球温暖化ＣＯ２ガス排出などの点で課題が多い。また、炉底では残渣は酸素によって燃焼することで高温となり、灰分は溶融してスラグとなるが、このとき溶融部の上部近傍においてクリンカー（残渣の塊）が発生しやすく、これによってガスの偏流や反応の不均一化などのトラブルが起きやすい。
【００１１】
そこで、本発明は、化石燃料の削減と回収する可燃性ガス発熱量の向上とを図り、低コストで可燃性ガスを回収することができる廃棄物ガス化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明に係る廃棄物ガス化装置は、可燃性廃棄物をガス化ガスにより熱分解して可燃性ガスを生成する熱分解炉と、前記熱分解炉から排出される残渣を溶融状態で部分燃焼させて、発生した高温ガスを前記熱分解炉に前記ガス化ガスとして供給するガス化溶融炉とを備えている。
【００１３】
この構成によれば、熱分解炉から排出される残渣は、熱分解炉ではなく、ガス化溶融炉で溶融状態で部分燃焼させるので、前記熱分解炉の下部に溶融状態のスラグやクリンカーが滞留しない。これにより、前記熱分解炉の炉底から炉頂に至る空間に収容される可燃性廃棄物に対するガスの通過性がよくなり、可燃性廃棄物とガスとの接触による反応性が向上する。また、熱分解炉から排出される残渣を溶融状態で部分燃焼させて、発生した高温ガスを熱分解炉で可燃性廃棄物のガス化剤として用いるため、従来のように、前記熱分解炉の炉底に灯油バーナのような燃焼手段が不要となり、灯油のような化石燃料を削減することができる。
【００１４】
本発明の好ましい実施形態では、前記熱分解炉は、下部から前記残渣を排出する固定床炉である。この構成によれば、流動床のように、熱分解炉の下部に燃焼排ガスや空気を炉内上方に向けて噴射する複雑な設備が不要となるので、廃棄物ガス化装置の構成が簡素化でき、製作コストを低く抑えることができる。
【００１５】
本発明の好ましい実施形態では、前記固定床炉の下部に前記可燃性廃棄物を撹拌する回転火格子が設置されている。この構成によれば、回転火格子の設置によって固定床炉の内部に存在する可燃性廃棄物に対するガスの通過性および接触性が良好となり、ガス化反応性が向上する。このことにより、発熱量の大きい可燃性ガスを効率的に生成して回収できる。
【００１６】
本発明の好ましい実施形態では、前記熱分解炉は、流動床炉である。この構成によれば、流動床炉の炉底から高温のガス化ガス、または高温のガス化ガスと少量の空気とを炉頂に向けて噴射させるから、前記流動化ガスの循環流により熱が拡散されるので、空気量を削減することで発熱量の高い可燃性ガスを回収できる。また、このことによって、流動化ガスとして水蒸気を投入する必要がなくなるため、下流での水分回収の煩雑さもない。
【００１７】
本発明の好ましい実施形態では、前記ガス化溶融炉は、補助燃料として廃プラスチックを使用するものである。この構成によれば、廃プラスチック自体が化石燃料である石油を主原料として製造されたものであるので、化石燃料を用いずとも、ほぼ化石燃料と同等の熱エネルギーを得ることができ、燃料の削減を図ることができる。また、従来、廃棄されていた廃プラスチックの有効活用を図ることができるので、日々、膨大な量で発生する廃プラスチックの不当投棄を減らすことができ、環境汚染改善上きわめて有効となる。
【００１８】
本発明の好ましい実施形態では、さらに、前記ガス化溶融炉の底部に溶融スラグの排出口が設けられている。この構成によれば、ガス化溶融炉の底部の排出口から排出される溶融スラグは、前記熱分解炉に供給されるガス化ガスを回収された残りであり、従来の廃棄物ガス化装置で排出されていた溶融スラグに比べ、はるかに減量化される。このことにより、最終的に廃棄処分される溶融スラグの量が少なくなり、前記溶融スラグの搬出および埋立廃棄する際にもきわめて有利となる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の廃棄物ガス化装置によれば、廃棄物ガス化装置の構成を、熱分解炉とガス化溶融炉との二つの炉に分割し、前記熱分解炉では可燃性廃棄物をガス化ガスにより熱分解して可燃性ガスを生成する役割を持たせ、ガス化溶融炉では前記熱分解炉から排出される残渣を溶融状態で部分燃焼させて、発生した高温ガスを前記熱分解炉に前記ガス化ガスとして供給する役割を持たせている。したがって、熱分解炉の下部に溶融状態のスラグが滞留しないので、前記熱分解炉の炉底から炉頂に至る空間に収容される可燃性廃棄物に対するガスの通過性がよくなり、可燃性廃棄物とガスとの接触による反応性が向上し、化石燃料の削減が図れるので、発熱量の大きい可燃性ガスを低コストで効率的に回収できる。つまり、熱分解炉に酸素または空気を供給して炉内温度を高くするガス化方式ではなく、高温のガス化ガス（還元ガス）を投入することで安定な廃棄物ガス化反応を起こすことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る廃棄物ガス化装置を示す概略図である。同図に示すように、廃棄物ガス化装置１は、可燃性廃棄物Ｄを熱分解する熱分解炉２と、この熱分解炉２から排出される残渣を溶融状態で部分燃焼（完全燃焼でないガス化燃焼）するガス化溶融炉３の、二つの炉を備えている。
【００２１】
前記熱分解炉２は、可燃性廃棄物Ｄを前記ガス化溶融炉３で得られるガス化ガスＧ２により熱分解して可燃性ガスＧ１を生成するものであって、熱分解炉２の下部から残渣である未燃のチャー・灰Ｂを排出する固定床炉（竪型シャフト炉ともいう）で構成されている。この熱分解炉２は、竪形円筒部２ａの下端開口（つまり、炉底側）にチャー・灰Ｂを収納する残渣ホッパ４が配置され、この残渣ホッパ４の下端は、モータ５を駆動源とするスクリューフィーダ６に接続されている。熱分解炉２の炉底内には支軸７ａ回りに回転する回転火格子７が設けられている。前記回転火格子７は、その下面側に配置された駆動軸１３のピニオン１３ａに歯合して駆動されることで、支軸７ａを中心として炉底内を回転するようになっている。なお、前記残渣ホッパ４を形成するホッパ壁４ａは、その内部を水が循環して残渣ホッパ４内のチャー・灰Ｂを一旦、冷却するための水冷壁として構成されている。
【００２２】
前記熱分解炉２の円筒部２ａの上部には可燃性廃棄物Ｄの投入口２ｂが設けられ、その下方の炉頂付近には可燃性ガスの回収口２ｃが設けられ、この回収口２ｃの若干下方で炉心周りにほぼ１８０°対向する部位には、後述するタール分を改質するため、炉２内部に少量の空気を導入する空気取入口２ｄが設けられている。
【００２３】
前記のように構成される熱分解炉２に対し、別設備として前記ガス化溶融炉３が付設されている。このガス化溶融炉３は、竪形円筒状のガス分離炉１０の前段に、竪形円筒状の予燃焼炉１１を有しており、この予燃焼炉１１の上部に、補助燃料となる廃プラスチックＰを予燃焼炉１１内部に投入するための燃料ホッパ９が設けられ、予燃焼炉１１の炉頂近傍には、スクリューフィーダ６からチャー・灰Ｂを予燃焼炉１１に投入する投入路１２が設けられている。この投入路１２の中途には、予燃焼炉１１内に導入したチャー・灰Ｂを燃焼させるガス化酸素を導入する酸素導入路１３が接続されており、ガス化酸素によってチャー・灰Ｂを予燃焼炉１１内へ送給している。なお、前記投入路１２と酸素導入路１３とは、途中で合流されることなく、それぞれ別々に前記予燃焼炉１１に接続されていてもよい。
【００２４】
前記ガス化溶融炉３とこれに付設された予燃焼炉１１との間には、予燃焼されたチャー・灰Ｂを予燃焼炉１１からガス分離炉１０に導入する横形円筒状の旋回炉１５が設けられている。予燃焼されたチャー・灰Ｂ１は、予燃焼炉１１から下方の旋回炉１５に、旋回炉１５の軸心から偏心した位置で投入されるようになっており、これにより、チャー・灰Ｂ１が旋回炉１５内で旋回して、その際の遠心力により液体成分を旋回炉１５の内周面に付着させながら燃焼が進行し、ガス分離炉１０へ導入されるようになっている。旋回炉１５の下流端近傍には、ガス成分が除かれたチャー・灰Ｂ１の液体成分をスラグＳとして外部に排出する排出口１７が設けられている。
【００２５】
旋回炉１５からのガスはガス分離炉１０に入り、径の大きいガス分離炉１０内でガスが減速することにより、ガス成分からスラグ飛沫成分が分離されて落下し、排出口１７からスラグＳの一部として排出される。
【００２６】
前記ガス分離炉１０の炉頂と熱分解炉２の炉底の間は、前記ガス分離炉１０で発生した高温ガスを前記熱分解炉２にガス化ガスＧ２として供給するガス供給路１４が設けられている。
【００２７】
以上のように構成される廃棄物ガス化装置の動作について説明する。熱分解炉２を構成する固定床炉の寸法は、例えば、内寸法６．２ｍＬ×２．４ｍφ、ごみ層高さ３．２ｍＬとする。ガス化溶融炉３の寸法は、内寸法３ｍＬ（全長）×０．４５ｍφとする。このような熱分解炉２の上部に設けた投入口２ｂから内部に、都市ゴミのような可燃性廃棄物Ｄ（水分約４０％、常温）を２０００ｋｇ／ｈの投入速度で投入する。このとき、動作スタート（始動）時、炉底に設けた図示しない燃焼バーナ設備でガス化酸素を供給しながら灯油を燃やすことで燃焼ガスが炉頂に向けて吹き込まれる。灯油の供給は、後述するガス化ガスＧ２の熱分解炉２への供給により、熱分解炉２内で熱分解が一定レベル以上進行するまで継続される。
【００２８】
この燃焼ガスの吹き込み状態で、前記可燃性廃棄物Ｄは、自重により降下しながら炉内の乾燥ゾーンＺ１、熱分解ゾーンＺ２、ガス化ゾーンＺ３を順次通過する。このようなゾーンＺ１〜Ｚ３の通過時、乾燥ゾーンＺ１で前記可燃性廃棄物Ｄは炉底からの高温ガスによって熱交換されることで水分が蒸発する。この段階で、前記可燃性廃棄物Ｄは組成がＣｘＨｙＯｚからなる乾燥物となる。続いて、前記組成がＣｘＨｙＯｚからなる乾燥物は、熱分解ゾーンＺ２で吸熱反応により、ＣｘＨｙＯｚ⇒ＣＯ，ＣＯ２，Ｈ２，Ｈ２Ｏ，メタン，タールに分解される。さらに、ガス化ゾーンＺ３で吸熱反応により、カーボン＋Ｈ２Ｏ／ＣＯ２⇒ＣＯ，Ｈ２，ＣＯ２，Ｈ２Ｏに分解される。
【００２９】
前記のようなゾーンＺ１〜Ｚ３を通過後、炉底から残渣として未燃のチャー・灰Ｂが残渣ホッパ４に排出される。つまり、従来の竪形一体炉（特許文献４，５）内の最下層を占めていたチャー燃焼・灰溶融ゾーンがなくなり、ガス化ゾーンＺ３を出た未燃のチャー・灰Ｂが残渣ホッパ４に入る。さらにスクリューフィーダ６により投入路１２を介して予燃焼炉１１に投入される。このとき、同時にガス化酸素が酸素導入路１３から前記投入路１２に導入され、チャー・灰Ｂを搬送しながら、予燃焼炉１１に供給される。ガス化酸素（６０％Ｏ２）の吹込量は３３０Ｎｍ3 ／ｈとする。なお、前記チャー・灰Ｂは、残渣ホッパ４の外壁が水冷されているので、排出時の温度は約３００℃で、排出量は２４５ｋｇ／ｈである。
【００３０】
前記チャー・灰Ｂが予燃焼炉１１に投入されるのに合わせて、燃料ホッパ９から補助燃料に相当する破砕した廃プラスチックＰを予燃焼炉１１に投入する。廃プラスチックＰの発熱量は７５００ｋcal ／kgで、その投入量は４０ｋｇ／ｈとする。これにより、前記予燃焼炉１１に投入されたチャー・灰Ｂは、チャーと比べて着火性の高い廃プラスチックＰを補助燃料として約１５００℃まで加熱される。こうして予燃焼されたチャー・灰Ｂ１は、チャー燃焼（発熱反応）により、ガス成分と液体スラグとに変換される。このように、１５００℃まで加熱され、溶融状態となった前記チャー・灰Ｂ１は、旋回炉１５内で旋回しながら燃焼し、液体成分（溶融スラグ）は、旋回炉１５の内面を伝って下流に移動していき、排出口１７から外部に取り出される。排出口１７からのスラグＳの排出量は１１０ｋｇ／ｈである。なお、ガス成分はさらにガス分離炉１０に入り、燃焼を進行させながら、約１０７０℃の高温ガス化ガスＧ２となる。このガス化ガスＧ２の成分は、ＣＯ；３７０ｋｇ／ｈ，ＣＯ２；２６ｋｇ／ｈ，Ｈ２；０．２ｋｇ／ｈ，Ｎ２；１８ｋｇ／ｈおよび水蒸気５０ｋｇ／ｈである。
【００３１】
続いて、前記高温ガス化ガスＧ２は、ガス分離炉１０に入り、前記高温ガス化ガスＧ２に含まれたスラグ飛沫成分が、ガス分離炉１０内でのガス流速の低下により分離されて、ガス化溶融炉３の下方の排出口１７から回収される。こうして、スラグ飛沫の少ないガス化ガスＧ２は、ガス分離炉１０の炉頂からガス供給路１４を介して熱分解炉２の炉底に供給され、熱分解炉２で可燃性廃棄物Ｄの熱分解用のガス化剤として継続的に用いられる。
【００３２】
このようにして、ガス化溶融炉３から熱分解炉２に供給される高温ガス化ガスＧ２によって熱分解炉２内の可燃性廃棄物Ｄは前述したように、炉内を自重により降下しながら乾燥ゾーンＺ１、熱分解ゾーンＺ２、ガス化ゾーンＺ３を通過する際に熱分解されて最終的に可燃性ガスＧ１（７００〜８００℃）が可燃性ガスの回収口２ｃから回収される。この際、前記可燃性ガスＧ１には少量のタール分が含有されているので、炉頂寄りに設けた前記空気取入口２ｄから少量の空気を噴射して、前記タール分をメタンやプロパンのようなガスエンジンなどに適した成分に分解する。これにより、前記可燃性ガスＧ１は一層発熱量の高い燃料用ガスとして回収される。このように、回収される可燃性ガスＧ１は、発熱量が高く、ガスエンジンのようなタール分の混入を嫌う発電装置に適したものとなる。
【００３３】
このように、前記廃棄物ガス化装置１によれば、始動時（動作スタート）にのみ、バーナ設備で灯油のような化石燃料を用いるものの、熱分解炉２で可燃性廃棄物Ｄの熱分解用に燃料となる高温ガス化ガスＧ２を得た後には、前記化石燃料を用いることがない。したがって、従来の廃棄物ガス化装置に比べ、化石燃料の大幅な削減が可能となる。また、残渣であるチャー・灰Ｂの溶融は、ガス化溶融炉３で行うので、溶融したチャー・灰Ｂが熱分解炉２の下部に滞留しない。その結果、熱分解炉２でのガス化ガスＧ２の通過性が向上し、ガス化反応が促進されるので、効率的に可燃性ガスＧ１を生成して、組成変動の少ない均一な可燃性ガスを回収することができる。また、ガス化溶融炉３は、着火性の高いプラスチックを補助燃料として使用できるため、燃焼性が向上する。その結果、酸素導入路１３を通してガス化溶融炉３に供給されるガス化酸素は、従来は約９０％酸素濃度が必要であったところ、６０％酸素濃度で十分な熱分解効率が得られ、高濃度酸素製造設備の少容量化と消費電力の削減ができる。さらに、流動床のように、熱分解炉２の下部に燃焼排ガスや空気を炉内上方に向けて噴射する複雑な設備が不要となるので、廃棄物ガス化装置１の構成を簡素化でき、製作コストを低く抑えることができる。
【００３４】
次に、本発明の第２実施形態に係る廃棄物ガス化装置について図２を参照しながら説明する。この廃棄物ガス化装置は、前記第１実施形態の熱分解炉２である固定床炉を流動床炉に代えた点、およびタール回収装置を付加した点でのみ相違し、その他の基本構成は同様であり、第１実施形態と同一部分には同一の符号を付してその詳しい説明は省略する。
【００３５】
図２に示す廃棄物ガス化装置１Ａは、流動床炉からなり可燃性廃棄物Ｄを熱分解する熱分解炉２０と、この熱分解炉２０から排出される残渣チャー・灰Ｂを溶融燃焼するガス化溶融炉３の、二つの炉を備えている。熱分解炉２０の円筒部２０ａの上部には可燃性廃棄物Ｄの投入口２０ｂが設けられている。一方、この熱分解炉２０の炉底側には、第１実施形態の回転火格子７に代え、流動化ガス（酸素、水蒸気または燃焼排ガスなど）を炉内に吹込む流動化ガス吹込口２２が設けられている。なお、図示のものは、流動化ガスとして空気が供給されるようになっている。
【００３６】
前記炉底の下端部２０ｅとガス化溶融炉３のガス分離炉１０の炉頂との間は、ガス供給路２３で接続されている。予燃焼炉１１には、その内部にガス化酸素を導入する酸素導入路２４が接続され、この酸素導入路２４の途中に、後述するサイクロン２８で分離された残渣チャー・灰Ｂを予燃焼炉１１に投入する投入路２５が接続されている。
【００３７】
前記熱分解炉２０は、その上部から残渣を排出する。すなわち、熱分解炉２０の炉頂寄りに、可燃性廃棄物Ｄの熱分解により不純物が混じった可燃性ガスＧ１と、残渣であるチャー・灰Ｂの混合物とを炉外に取り出す取出口２６が設けられ、この取出口２６は接続管２７によってサイクロン２８に接続されている。このサイクロン２８によって前記混合物のうち、不純物が混じった可燃性ガスＧ１は配管２９を通ってタール改質炉３０に供給され、サイクロン２８で分離された溶融残渣であるチャー・灰Ｂは、前述のように、投入路２５を通って酸素導入路２４に入り、ガス化酸素によって搬送されて予燃焼炉１１に供給される。
【００３８】
前記タール改質炉３０の炉頂側には、配管３１によりタール改質用空気が供給される。また、このタール改質炉３０の炉底側からはタール改質処理により低分子量化された可燃性ガスＧ１が、配管３２により熱回収装置３３に導入されている。この熱回収装置３３ではガス圧縮機３４によって導入された気体燃料Ｆとの間で熱交換され、この気体燃料Ｆが予熱されて、ガスタービンや燃料電池の発電装置で利用される。
【００３９】
前記熱回収装置３３を出た可燃性ガスＧ１は集塵機３５で粉状物を除去されたのち、水シャワーのような分離手段を有するガス・タール分離装置３６に送られ、分離されたガスＧ１は、必要に応じて、図示しないガス精製装置を経て前記ガス圧縮機３４の上流側で天然ガスのような燃料に混入されて前記気体燃料Ｆとなる。また、分離されたタール分はフィルタを内蔵した精製装置３７を経て液体燃料とし、廃プラスチックＰと共に、または廃プラスチックＰの代わりに、補助燃料として前記ガス化溶融炉３で用いられる。
【００４０】
この第２実施形態では、熱分解炉２０として流動床炉を用いているので、可燃性廃棄物Ｄの熱分解後の残渣は炉底からではなく、流動床炉の特性上、炉頂側の取出口２６から可燃性ガスＧ１と同伴して取り出される。熱分解炉２０内の可燃性廃棄物Ｄは、流動床炉の寸法が４ｍＬ×１．５ｍであるとき、流動化ガス（空気）によって約１．５ｍＬの流動層高で常に流動していて十分撹拌されるので、炉底から炉内に供給される溶融炉３からの高温のガス化ガスＧ２と前記可燃性廃棄物Ｄとは効率よく接触し、しかもＧ２の通過も良好となるから、ガス化反応性が良好となる。また、廃プラスチックＰを燃料源としたことで化石燃料を削減でき、可燃性ガスＧ１を低いコストで生成回収できる点、着火性の高いプラスチックを補助燃料として使用できるため、燃焼性が向上する点など、第１実施形態と同等の利点がある。また、流動床炉である熱分解炉２０の炉底から高温のガス化ガス、または高温のガス化ガスと空気とを炉頂に向けて噴射させるから、前記流動化ガスの循環流により熱が拡散されるので、空気量を削減することで発熱量の高い可燃性ガスを回収できる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る廃棄物ガス化装置を示す概略図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る廃棄物ガス化装置を示す概略図である。
【符号の説明】
【００４２】
１ 廃棄物ガス化装置
２，２０ 熱分解炉
３ ガス化溶融炉
７ 回転火格子
１０ ガス分離炉
１１ 予燃焼炉
１５ 旋回炉
１７ 排出口
Ｄ 可燃性廃棄物
Ｇ１ 可燃性ガス
Ｐ 廃プラスチック
Ｓ スラグ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に都市ごみのような可燃性廃棄物を高温処理することにより、ガスエンジン、ガスタービンおよび燃料電池のような発電装置でエネルギー源として使用できる可燃性ガスを回収する廃棄物ガス化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、日々、多量に発生する都市ごみのような可燃性一般廃棄物や工場で発生する可燃性産業廃棄物などの廃棄物（以下、可燃性廃棄物という）は、その焼却による減量化と、焼却時に発生する可燃性ガスの資源としての有効利用を目的として、各種の廃棄物処理技術が開発されている。
【０００３】
例えば、一般廃棄物や産業廃棄物を、熱分解処理により、使用可能な可燃性ガスとする廃棄物処理システムが知られている（例えば特許文献１参照）。この廃棄物処理システムでは、主に、乾燥機、熱分解キルン、クラッカーおよび溶融炉で構成され、廃棄物中の水分を乾燥除去後、４５０〜６５０℃の熱分解キルンで、還元雰囲気（無酸化状態）にて前記廃棄物をタール、ＣＯ２、ＣＯ、Ｈ２などの揮発性ガス成分と、炭素、灰分、金属分、ガレキなどの残渣に分解する。このうち、揮発性ガス成分をクラッカーで少量の酸素や空気を供給して部分燃焼（不完全燃焼）し、タールを改質することで水蒸気以外の凝縮性成分が少ない可燃性ガスとして回収する。また残渣は、金属分を回収後、約１５００℃の溶融炉で化石燃料を用いて高温燃焼し、灰の溶融と炭素の完全燃焼を図っている。
【特許文献１】特開平１１−１８８３３３号公報
【０００４】
また前記廃棄物処理システムにおける熱分解炉を流動床とした先行技術には、流動化ガスとして空気を用いたもの（例えば特許文献２参照）、また、流動化ガスとして燃焼排ガスを用いたもの（例えば特許文献３参照）がある。これらの技術は、（いずれも可燃性ガスの回収を目的としたものではないが、）一旦、可燃性ガスを回収した後に完全燃焼させ、排熱ボイラなどを経て電力を回収する。廃棄物の熱分解に流動床を用いると、熱分解キルンのような外部熱源（燃料）を必要とせず、部分燃焼（内部熱源）によって分解できる。しかし、廃棄物を流動化させるために一定量以上の流動化ガスを必要とするため、従来は、空気や燃焼排ガス、水蒸気といったものを用いることが一般的である。
【特許文献２】特開平１０−９５１１号公報
【特許文献３】特開２００２−２２８１２６号公報
【０００５】
さらに、前記廃棄物処理システムにおける熱分解炉を竪形一体炉（シャフト炉）とした先行技術が知られている（例えば特許文献４参照）。この竪形一体炉によれば、炉底から空気および酸素富化空気を、炉頂からコークス、石灰石、廃プラスチックおよび廃棄物を投入することによって、炉底からは溶融スラグを、炉頂からは可燃性ガスを回収する。
【特許文献４】特開２００２−３０１４５７号公報
【０００６】
また、コークス、石灰石などの化石燃料を用いない竪形一体炉が知られている（例えば特許文献５参照）。この場合は、炉底から燃料を投入して炉底の温度を維持している。
【特許文献５】特開２００２−２７６９２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、前記特許文献１に係る廃棄物処理システムによれば、回収した可燃性ガスの一部を熱分解キルンの熱源とし、また、残渣を燃焼させる溶融炉の燃焼性を維持するために化石燃料を用いる必要があるため、廃棄物からのエネルギー回収装置として見た場合、効率が低いという課題がある。
【０００８】
また、前記特許文献２、３に係る廃棄物処理技術によれば、回収される可燃性ガス中に窒素、二酸化炭素などの不活性ガスが多く含まれるため、発熱量が低くなり、このような可燃性ガスをガスエンジン、ガスタービン、燃料電池のような発電装置に使用すると、その正常な作動に支障を来すとともに、ガスホルダ（ガスタンク）、配管などの規模の増大化につながる。また、可燃性ガスを水蒸気と酸素によって熱分解し、下流で水蒸気を除去することで高カロリーガスを回収する技術も知られているが、多量の水蒸気の供給、回収、再加熱など、システムが複雑化するという課題もある。
【０００９】
また、前記特許文献４に係る廃棄物処理技術によれば、炉底の温度を維持するためにコークスを投入する必要があり、コークスの消費による経済性、資源消費、加えて地球温暖化ＣＯ２ガス排出などの点で課題が多い。
【００１０】
さらに、前記特許文献５に係る廃棄物処理技術によれば、炉底の温度を維持するために化石燃料等を投入する必要があり、やはり化石燃料の消費による経済性、資源消費、加えて地球温暖化ＣＯ２ガス排出などの点で課題が多い。また、炉底では残渣は酸素によって燃焼することで高温となり、灰分は溶融してスラグとなるが、このとき溶融部の上部近傍においてクリンカー（残渣の塊）が発生しやすく、これによってガスの偏流や反応の不均一化などのトラブルが起きやすい。
【００１１】
そこで、本発明は、化石燃料の削減と回収する可燃性ガス発熱量の向上とを図り、低コストで可燃性ガスを回収することができる廃棄物ガス化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明に係る廃棄物ガス化装置は、可燃性廃棄物をガス化ガスにより熱分解して可燃性ガスを生成する熱分解炉と、前記熱分解炉から排出される残渣を溶融状態で部分燃焼させて、発生した高温ガスを前記熱分解炉に前記ガス化ガスとして供給するガス化溶融炉とを備えている。
【００１３】
この構成によれば、熱分解炉から排出される残渣は、熱分解炉ではなく、ガス化溶融炉で溶融状態で部分燃焼させるので、前記熱分解炉の下部に溶融状態のスラグやクリンカーが滞留しない。これにより、前記熱分解炉の炉底から炉頂に至る空間に収容される可燃性廃棄物に対するガスの通過性がよくなり、可燃性廃棄物とガスとの接触による反応性が向上する。また、熱分解炉から排出される残渣を溶融状態で部分燃焼させて、発生した高温ガスを熱分解炉で可燃性廃棄物のガス化剤として用いるため、従来のように、前記熱分解炉の炉底に灯油バーナのような燃焼手段が不要となり、灯油のような化石燃料を削減することができる。
【００１４】
本発明の好ましい実施形態では、前記熱分解炉は、下部から前記残渣を排出する固定床炉である。この構成によれば、流動床のように、熱分解炉の下部に燃焼排ガスや空気を炉内上方に向けて噴射する複雑な設備が不要となるので、廃棄物ガス化装置の構成が簡素化でき、製作コストを低く抑えることができる。
【００１５】
本発明の好ましい実施形態では、前記固定床炉の下部に前記可燃性廃棄物を撹拌する回転火格子が設置されている。この構成によれば、回転火格子の設置によって固定床炉の内部に存在する可燃性廃棄物に対するガスの通過性および接触性が良好となり、ガス化反応性が向上する。このことにより、発熱量の大きい可燃性ガスを効率的に生成して回収できる。
【００１６】
本発明の好ましい実施形態では、前記熱分解炉は、流動床炉である。この構成によれば、流動床炉の炉底から高温のガス化ガス、または高温のガス化ガスと少量の空気とを炉頂に向けて噴射させるから、前記流動化ガスの循環流により熱が拡散されるので、空気量を削減することで発熱量の高い可燃性ガスを回収できる。また、このことによって、流動化ガスとして水蒸気を投入する必要がなくなるため、下流での水分回収の煩雑さもない。
【００１７】
本発明の好ましい実施形態では、前記ガス化溶融炉は、補助燃料として廃プラスチックを使用するものである。この構成によれば、廃プラスチック自体が化石燃料である石油を主原料として製造されたものであるので、化石燃料を用いずとも、ほぼ化石燃料と同等の熱エネルギーを得ることができ、燃料の削減を図ることができる。また、従来、廃棄されていた廃プラスチックの有効活用を図ることができるので、日々、膨大な量で発生する廃プラスチックの不当投棄を減らすことができ、環境汚染改善上きわめて有効となる。
【００１８】
本発明の好ましい実施形態では、さらに、前記ガス化溶融炉の底部に溶融スラグの排出口が設けられている。この構成によれば、ガス化溶融炉の底部の排出口から排出される溶融スラグは、前記熱分解炉に供給されるガス化ガスを回収された残りであり、従来の廃棄物ガス化装置で排出されていた溶融スラグに比べ、はるかに減量化される。このことにより、最終的に廃棄処分される溶融スラグの量が少なくなり、前記溶融スラグの搬出および埋立廃棄する際にもきわめて有利となる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の廃棄物ガス化装置によれば、廃棄物ガス化装置の構成を、熱分解炉とガス化溶融炉との二つの炉に分割し、前記熱分解炉では可燃性廃棄物をガス化ガスにより熱分解して可燃性ガスを生成する役割を持たせ、ガス化溶融炉では前記熱分解炉から排出される残渣を溶融状態で部分燃焼させて、発生した高温ガスを前記熱分解炉に前記ガス化ガスとして供給する役割を持たせている。したがって、熱分解炉の下部に溶融状態のスラグが滞留しないので、前記熱分解炉の炉底から炉頂に至る空間に収容される可燃性廃棄物に対するガスの通過性がよくなり、可燃性廃棄物とガスとの接触による反応性が向上し、化石燃料の削減が図れるので、発熱量の大きい可燃性ガスを低コストで効率的に回収できる。つまり、熱分解炉に酸素または空気を供給して炉内温度を高くするガス化方式ではなく、高温のガス化ガス（還元ガス）を投入することで安定な廃棄物ガス化反応を起こすことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る廃棄物ガス化装置を示す概略図である。同図に示すように、廃棄物ガス化装置１は、可燃性廃棄物Ｄを熱分解する熱分解炉２と、この熱分解炉２から排出される残渣を溶融状態で部分燃焼（完全燃焼でないガス化燃焼）するガス化溶融炉３の、二つの炉を備えている。
【００２１】
前記熱分解炉２は、可燃性廃棄物Ｄを前記ガス化溶融炉３で得られるガス化ガスＧ２により熱分解して可燃性ガスＧ１を生成するものであって、熱分解炉２の下部から残渣である未燃のチャー・灰Ｂを排出する固定床炉（竪型シャフト炉ともいう）で構成されている。この熱分解炉２は、竪形円筒部２ａの下端開口（つまり、炉底側）にチャー・灰Ｂを収納する残渣ホッパ４が配置され、この残渣ホッパ４の下端は、モータ５を駆動源とするスクリューフィーダ６に接続されている。熱分解炉２の炉底内には支軸７ａ回りに回転する回転火格子７が設けられている。前記回転火格子７は、その下面側に配置された駆動軸１３のピニオン１３ａに歯合して駆動されることで、支軸７ａを中心として炉底内を回転するようになっている。なお、前記残渣ホッパ４を形成するホッパ壁４ａは、その内部を水が循環して残渣ホッパ４内のチャー・灰Ｂを一旦、冷却するための水冷壁として構成されている。
【００２２】
前記熱分解炉２の円筒部２ａの上部には可燃性廃棄物Ｄの投入口２ｂが設けられ、その下方の炉頂付近には可燃性ガスの回収口２ｃが設けられ、この回収口２ｃの若干下方で炉心周りにほぼ１８０°対向する部位には、後述するタール分を改質するため、炉２内部に少量の空気を導入する空気取入口２ｄが設けられている。
【００２３】
前記のように構成される熱分解炉２に対し、別設備として前記ガス化溶融炉３が付設されている。このガス化溶融炉３は、竪形円筒状のガス分離炉１０の前段に、竪形円筒状の予燃焼炉１１を有しており、この予燃焼炉１１の上部に、補助燃料となる廃プラスチックＰを予燃焼炉１１内部に投入するための燃料ホッパ９が設けられ、予燃焼炉１１の炉頂近傍には、スクリューフィーダ６からチャー・灰Ｂを予燃焼炉１１に投入する投入路１２が設けられている。この投入路１２の中途には、予燃焼炉１１内に導入したチャー・灰Ｂを燃焼させるガス化酸素を導入する酸素導入路１３が接続されており、ガス化酸素によってチャー・灰Ｂを予燃焼炉１１内へ送給している。なお、前記投入路１２と酸素導入路１３とは、途中で合流されることなく、それぞれ別々に前記予燃焼炉１１に接続されていてもよい。
【００２４】
前記ガス化溶融炉３とこれに付設された予燃焼炉１１との間には、予燃焼されたチャー・灰Ｂを予燃焼炉１１からガス分離炉１０に導入する横形円筒状の旋回炉１５が設けられている。予燃焼されたチャー・灰Ｂ１は、予燃焼炉１１から下方の旋回炉１５に、旋回炉１５の軸心から偏心した位置で投入されるようになっており、これにより、チャー・灰Ｂ１が旋回炉１５内で旋回して、その際の遠心力により液体成分を旋回炉１５の内周面に付着させながら燃焼が進行し、ガス分離炉１０へ導入されるようになっている。旋回炉１５の下流端近傍には、ガス成分が除かれたチャー・灰Ｂ１の液体成分をスラグＳとして外部に排出する排出口１７が設けられている。
【００２５】
旋回炉１５からのガスはガス分離炉１０に入り、径の大きいガス分離炉１０内でガスが減速することにより、ガス成分からスラグ飛沫成分が分離されて落下し、排出口１７からスラグＳの一部として排出される。
【００２６】
前記ガス分離炉１０の炉頂と熱分解炉２の炉底の間は、前記ガス分離炉１０で発生した高温ガスを前記熱分解炉２にガス化ガスＧ２として供給するガス供給路１４が設けられている。
【００２７】
以上のように構成される廃棄物ガス化装置の動作について説明する。熱分解炉２を構成する固定床炉の寸法は、例えば、内寸法６．２ｍＬ×２．４ｍφ、ごみ層高さ３．２ｍＬとする。ガス化溶融炉３の寸法は、内寸法３ｍＬ（全長）×０．４５ｍφとする。このような熱分解炉２の上部に設けた投入口２ｂから内部に、都市ゴミのような可燃性廃棄物Ｄ（水分約４０％、常温）を２０００ｋｇ／ｈの投入速度で投入する。このとき、動作スタート（始動）時、炉底に設けた図示しない燃焼バーナ設備でガス化酸素を供給しながら灯油を燃やすことで燃焼ガスが炉頂に向けて吹き込まれる。灯油の供給は、後述するガス化ガスＧ２の熱分解炉２への供給により、熱分解炉２内で熱分解が一定レベル以上進行するまで継続される。
【００２８】
この燃焼ガスの吹き込み状態で、前記可燃性廃棄物Ｄは、自重により降下しながら炉内の乾燥ゾーンＺ１、熱分解ゾーンＺ２、ガス化ゾーンＺ３を順次通過する。このようなゾーンＺ１〜Ｚ３の通過時、乾燥ゾーンＺ１で前記可燃性廃棄物Ｄは炉底からの高温ガスによって熱交換されることで水分が蒸発する。この段階で、前記可燃性廃棄物Ｄは組成がＣｘＨｙＯｚからなる乾燥物となる。続いて、前記組成がＣｘＨｙＯｚからなる乾燥物は、熱分解ゾーンＺ２で吸熱反応により、ＣｘＨｙＯｚ⇒ＣＯ，ＣＯ２，Ｈ２，Ｈ２Ｏ，メタン，タールに分解される。さらに、ガス化ゾーンＺ３で吸熱反応により、カーボン＋Ｈ２Ｏ／ＣＯ２⇒ＣＯ，Ｈ２，ＣＯ２，Ｈ２Ｏに分解される。
【００２９】
前記のようなゾーンＺ１〜Ｚ３を通過後、炉底から残渣として未燃のチャー・灰Ｂが残渣ホッパ４に排出される。つまり、従来の竪形一体炉（特許文献４，５）内の最下層を占めていたチャー燃焼・灰溶融ゾーンがなくなり、ガス化ゾーンＺ３を出た未燃のチャー・灰Ｂが残渣ホッパ４に入る。さらにスクリューフィーダ６により投入路１２を介して予燃焼炉１１に投入される。このとき、同時にガス化酸素が酸素導入路１３から前記投入路１２に導入され、チャー・灰Ｂを搬送しながら、予燃焼炉１１に供給される。ガス化酸素（６０％Ｏ２）の吹込量は３３０Ｎｍ3 ／ｈとする。なお、前記チャー・灰Ｂは、残渣ホッパ４の外壁が水冷されているので、排出時の温度は約３００℃で、排出量は２４５ｋｇ／ｈである。
【００３０】
前記チャー・灰Ｂが予燃焼炉１１に投入されるのに合わせて、燃料ホッパ９から補助燃料に相当する破砕した廃プラスチックＰを予燃焼炉１１に投入する。廃プラスチックＰの発熱量は７５００ｋcal ／kgで、その投入量は４０ｋｇ／ｈとする。これにより、前記予燃焼炉１１に投入されたチャー・灰Ｂは、チャーと比べて着火性の高い廃プラスチックＰを補助燃料として約１５００℃まで加熱される。こうして予燃焼されたチャー・灰Ｂ１は、チャー燃焼（発熱反応）により、ガス成分と液体スラグとに変換される。このように、１５００℃まで加熱され、溶融状態となった前記チャー・灰Ｂ１は、旋回炉１５内で旋回しながら燃焼し、液体成分（溶融スラグ）は、旋回炉１５の内面を伝って下流に移動していき、排出口１７から外部に取り出される。排出口１７からのスラグＳの排出量は１１０ｋｇ／ｈである。なお、ガス成分はさらにガス分離炉１０に入り、燃焼を進行させながら、約１０７０℃の高温ガス化ガスＧ２となる。このガス化ガスＧ２の成分は、ＣＯ；３７０ｋｇ／ｈ，ＣＯ２；２６ｋｇ／ｈ，Ｈ２；０．２ｋｇ／ｈ，Ｎ２；１８ｋｇ／ｈおよび水蒸気５０ｋｇ／ｈである。
【００３１】
続いて、前記高温ガス化ガスＧ２は、ガス分離炉１０に入り、前記高温ガス化ガスＧ２に含まれたスラグ飛沫成分が、ガス分離炉１０内でのガス流速の低下により分離されて、ガス化溶融炉３の下方の排出口１７から回収される。こうして、スラグ飛沫の少ないガス化ガスＧ２は、ガス分離炉１０の炉頂からガス供給路１４を介して熱分解炉２の炉底に供給され、熱分解炉２で可燃性廃棄物Ｄの熱分解用のガス化剤として継続的に用いられる。
【００３２】
このようにして、ガス化溶融炉３から熱分解炉２に供給される高温ガス化ガスＧ２によって熱分解炉２内の可燃性廃棄物Ｄは前述したように、炉内を自重により降下しながら乾燥ゾーンＺ１、熱分解ゾーンＺ２、ガス化ゾーンＺ３を通過する際に熱分解されて最終的に可燃性ガスＧ１（７００〜８００℃）が可燃性ガスの回収口２ｃから回収される。この際、前記可燃性ガスＧ１には少量のタール分が含有されているので、炉頂寄りに設けた前記空気取入口２ｄから少量の空気を噴射して、前記タール分をメタンやプロパンのようなガスエンジンなどに適した成分に分解する。これにより、前記可燃性ガスＧ１は一層発熱量の高い燃料用ガスとして回収される。このように、回収される可燃性ガスＧ１は、発熱量が高く、ガスエンジンのようなタール分の混入を嫌う発電装置に適したものとなる。
【００３３】
このように、前記廃棄物ガス化装置１によれば、始動時（動作スタート）にのみ、バーナ設備で灯油のような化石燃料を用いるものの、熱分解炉２で可燃性廃棄物Ｄの熱分解用に燃料となる高温ガス化ガスＧ２を得た後には、前記化石燃料を用いることがない。したがって、従来の廃棄物ガス化装置に比べ、化石燃料の大幅な削減が可能となる。また、残渣であるチャー・灰Ｂの溶融は、ガス化溶融炉３で行うので、溶融したチャー・灰Ｂが熱分解炉２の下部に滞留しない。その結果、熱分解炉２でのガス化ガスＧ２の通過性が向上し、ガス化反応が促進されるので、効率的に可燃性ガスＧ１を生成して、組成変動の少ない均一な可燃性ガスを回収することができる。また、ガス化溶融炉３は、着火性の高いプラスチックを補助燃料として使用できるため、燃焼性が向上する。その結果、酸素導入路１３を通してガス化溶融炉３に供給されるガス化酸素は、従来は約９０％酸素濃度が必要であったところ、６０％酸素濃度で十分な熱分解効率が得られ、高濃度酸素製造設備の少容量化と消費電力の削減ができる。さらに、流動床のように、熱分解炉２の下部に燃焼排ガスや空気を炉内上方に向けて噴射する複雑な設備が不要となるので、廃棄物ガス化装置１の構成を簡素化でき、製作コストを低く抑えることができる。
【００３４】
次に、本発明の第２実施形態に係る廃棄物ガス化装置について図２を参照しながら説明する。この廃棄物ガス化装置は、前記第１実施形態の熱分解炉２である固定床炉を流動床炉に代えた点、およびタール回収装置を付加した点でのみ相違し、その他の基本構成は同様であり、第１実施形態と同一部分には同一の符号を付してその詳しい説明は省略する。
【００３５】
図２に示す廃棄物ガス化装置１Ａは、流動床炉からなり可燃性廃棄物Ｄを熱分解する熱分解炉２０と、この熱分解炉２０から排出される残渣チャー・灰Ｂを溶融燃焼するガス化溶融炉３の、二つの炉を備えている。熱分解炉２０の円筒部２０ａの上部には可燃性廃棄物Ｄの投入口２０ｂが設けられている。一方、この熱分解炉２０の炉底側には、第１実施形態の回転火格子７に代え、流動化ガス（酸素、水蒸気または燃焼排ガスなど）を炉内に吹込む流動化ガス吹込口２２が設けられている。なお、図示のものは、流動化ガスとして空気が供給されるようになっている。
【００３６】
前記炉底の下端部２０ｅとガス化溶融炉３のガス分離炉１０の炉頂との間は、ガス供給路２３で接続されている。予燃焼炉１１には、その内部にガス化酸素を導入する酸素導入路２４が接続され、この酸素導入路２４の途中に、後述するサイクロン２８で分離された残渣チャー・灰Ｂを予燃焼炉１１に投入する投入路２５が接続されている。
【００３７】
前記熱分解炉２０は、その上部から残渣を排出する。すなわち、熱分解炉２０の炉頂寄りに、可燃性廃棄物Ｄの熱分解により不純物が混じった可燃性ガスＧ１と、残渣であるチャー・灰Ｂの混合物とを炉外に取り出す取出口２６が設けられ、この取出口２６は接続管２７によってサイクロン２８に接続されている。このサイクロン２８によって前記混合物のうち、不純物が混じった可燃性ガスＧ１は配管２９を通ってタール改質炉３０に供給され、サイクロン２８で分離された溶融残渣であるチャー・灰Ｂは、前述のように、投入路２５を通って酸素導入路２４に入り、ガス化酸素によって搬送されて予燃焼炉１１に供給される。
【００３８】
前記タール改質炉３０の炉頂側には、配管３１によりタール改質用空気が供給される。また、このタール改質炉３０の炉底側からはタール改質処理により低分子量化された可燃性ガスＧ１が、配管３２により熱回収装置３３に導入されている。この熱回収装置３３ではガス圧縮機３４によって導入された気体燃料Ｆとの間で熱交換され、この気体燃料Ｆが予熱されて、ガスタービンや燃料電池の発電装置で利用される。
【００３９】
前記熱回収装置３３を出た可燃性ガスＧ１は集塵機３５で粉状物を除去されたのち、水シャワーのような分離手段を有するガス・タール分離装置３６に送られ、分離されたガスＧ１は、必要に応じて、図示しないガス精製装置を経て前記ガス圧縮機３４の上流側で天然ガスのような燃料に混入されて前記気体燃料Ｆとなる。また、分離されたタール分はフィルタを内蔵した精製装置３７を経て液体燃料とし、廃プラスチックＰと共に、または廃プラスチックＰの代わりに、補助燃料として前記ガス化溶融炉３で用いられる。
【００４０】
この第２実施形態では、熱分解炉２０として流動床炉を用いているので、可燃性廃棄物Ｄの熱分解後の残渣は炉底からではなく、流動床炉の特性上、炉頂側の取出口２６から可燃性ガスＧ１と同伴して取り出される。熱分解炉２０内の可燃性廃棄物Ｄは、流動床炉の寸法が４ｍＬ×１．５ｍであるとき、流動化ガス（空気）によって約１．５ｍＬの流動層高で常に流動していて十分撹拌されるので、炉底から炉内に供給される溶融炉３からの高温のガス化ガスＧ２と前記可燃性廃棄物Ｄとは効率よく接触し、しかもＧ２の通過も良好となるから、ガス化反応性が良好となる。また、廃プラスチックＰを燃料源としたことで化石燃料を削減でき、可燃性ガスＧ１を低いコストで生成回収できる点、着火性の高いプラスチックを補助燃料として使用できるため、燃焼性が向上する点など、第１実施形態と同等の利点がある。また、流動床炉である熱分解炉２０の炉底から高温のガス化ガス、または高温のガス化ガスと空気とを炉頂に向けて噴射させるから、前記流動化ガスの循環流により熱が拡散されるので、空気量を削減することで発熱量の高い可燃性ガスを回収できる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る廃棄物ガス化装置を示す概略図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る廃棄物ガス化装置を示す概略図である。
【符号の説明】
【００４２】
１ 廃棄物ガス化装置
２，２０ 熱分解炉
３ ガス化溶融炉
７ 回転火格子
１０ ガス分離炉
１１ 予燃焼炉
１５ 旋回炉
１７ 排出口
Ｄ 可燃性廃棄物
Ｇ１ 可燃性ガス
Ｐ 廃プラスチック
Ｓ スラグ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可燃性廃棄物をガス化ガスにより熱分解して可燃性ガスを生成する熱分解炉と、
前記熱分解炉から排出される残渣を溶融状態で部分燃焼させて、発生した高温ガスを前記熱分解炉に前記ガス化ガスとして供給するガス化溶融炉とを備えた廃棄物ガス化装置。
【請求項２】
請求項１において、前記熱分解炉は、下部から前記残渣を排出する固定床炉である廃棄物ガス化装置。
【請求項３】
請求項２において、前記固定床炉の下部に前記可燃性廃棄物を撹拌する回転火格子が設置されている廃棄物ガス化装置。
【請求項４】
請求項１において、前記熱分解炉は、上部から残渣を排出する流動床炉である廃棄物ガス化装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項において、前記ガス化溶融炉は、燃料として廃プラスチックを使用するものである廃棄物ガス化装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項において、前記ガス化溶融炉の底部に溶融スラグの排出口が設けられている廃棄物ガス化装置。
【請求項１】
可燃性廃棄物をガス化ガスにより熱分解して可燃性ガスを生成する熱分解炉と、
前記熱分解炉から排出される残渣を溶融状態で部分燃焼させて、発生した高温ガスを前記熱分解炉に前記ガス化ガスとして供給するガス化溶融炉とを備えた廃棄物ガス化装置。
【請求項２】
請求項１において、前記熱分解炉は、下部から前記残渣を排出する固定床炉である廃棄物ガス化装置。
【請求項３】
請求項２において、前記固定床炉の下部に前記可燃性廃棄物を撹拌する回転火格子が設置されている廃棄物ガス化装置。
【請求項４】
請求項１において、前記熱分解炉は、上部から残渣を排出する流動床炉である廃棄物ガス化装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項において、前記ガス化溶融炉は、燃料として廃プラスチックを使用するものである廃棄物ガス化装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項において、前記ガス化溶融炉の底部に溶融スラグの排出口が設けられている廃棄物ガス化装置。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００６−２８２１１（Ｐ２００６−２８２１１Ａ）
【公開日】平成１８年２月２日（２００６．２．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２０４３６３（Ｐ２００４−２０４３６３）
【出願日】平成１６年７月１２日（２００４．７．１２）
【出願人】（００００００９７４）川崎重工業株式会社 (1,710)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年２月２日（２００６．２．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年７月１２日（２００４．７．１２）
【出願人】（００００００９７４）川崎重工業株式会社 (1,710)
【Ｆターム（参考）】
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