複合廃棄物処理システム
【課題】 処理系統にて発生した生成物を有効利用でき、特にガス化処理若しくはメタン発酵処理にて発生したガスを貯蔵安定性、輸送性の良好なエネルギーに転換することが可能な複合廃棄物処理システムを提供する。
【解決手段】 低カロリーごみ１０をメタン発酵槽１１にてメタン発酵処理する低カロリーごみ処理ラインと、高カロリーごみ２０をガス化炉２１によりガス化する高カロリーごみ処理ラインと、からなる複合廃棄物処理システムにおいて、前記ガス化炉２１にて発生したガス化ガス２２をガス精製装置２４にて精製し、精製ガスからメタノール合成装置２５、ＤＭＥ合成装置２７により液体燃料を合成するようにし、好適には、他の高カロリー廃棄物を炭化処理して得られた炭化物を液媒体と混合してスラリー化し、このスラリー燃料を前記ガス化炉に導入してガス化する。
【解決手段】 低カロリーごみ１０をメタン発酵槽１１にてメタン発酵処理する低カロリーごみ処理ラインと、高カロリーごみ２０をガス化炉２１によりガス化する高カロリーごみ処理ラインと、からなる複合廃棄物処理システムにおいて、前記ガス化炉２１にて発生したガス化ガス２２をガス精製装置２４にて精製し、精製ガスからメタノール合成装置２５、ＤＭＥ合成装置２７により液体燃料を合成するようにし、好適には、他の高カロリー廃棄物を炭化処理して得られた炭化物を液媒体と混合してスラリー化し、このスラリー燃料を前記ガス化炉に導入してガス化する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、厨芥ごみ、下水汚泥等の低カロリー廃棄物をメタン発酵処理する低カロリー廃棄物処理ラインと、都市ごみ、産業廃棄物等の高カロリー廃棄物にガス化、焼却等の熱処理を施す高カロリー廃棄物処理ラインとからなる複合廃棄物処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化対策やエネルギの安定供給の確保、地域分散型電源の確保といった観点からバイオマスという再生可能でクリーンなエネルギ源が注目されている。また、廃棄物処理問題の顕在化に伴い、資源を有効利用し循環型社会を構築することにより環境保全及び省資源化を図ることが推奨されており、農林水産資源、有機性廃棄物など生物由来の有機性資源であるバイオマスを、エネルギ源や工業原料として総合的に利活用する技術が要望されている。
バイオマスをエネルギ源や工業原料に転換する技術としては、メタン発酵処理、直接燃焼発電、炭化ガス化発電等が知られている。
【０００３】
図７に、特許文献１（特開２００３−２７５７２２号公報）等に記載される従来の有機系廃棄物（バイオマス）の処理方法を示す。
厨芥ごみ、下水汚泥等の高含水率の低カロリーごみは、メタン発酵（８０）により有機物を低分子化した後、発生した消化汚泥を脱水（８１）し、脱水廃液は生物処理（８２）して窒素化合物及びＢＯＤを分解し、廃液中の懸濁物を凝集沈殿（８３）により凝集分離し、処理水は高度処理設備等へ送られて浄化された後に放流する。また、前記メタン発酵（８０）にて発生したバイオガスを利用してガスエンジン発電機等の発電設備により発電（８４）して電力を回収する。
【０００４】
都市ごみや産業廃棄物等の高カロリーごみは、ガス化炉によりガス化（８５）し、生成したガス化ガスはボイラ（８６）にて燃焼させる。さらに該ボイラ（８６）にて蒸気を生成し、この蒸気を利用して蒸気タービン発電機により発電（８７）して電力を回収する。これらの発電した電力はシステム内で利用、又は他の産業へ売電される。前記低カロリーごみのメタン発酵残渣及び凝集沈殿残渣は高カロリーごみとともにガス化処理する。また、ボイラ（８６）から排出される燃焼排ガスは集塵等の排ガス処理（８８）を行なった後に大気放出される。さらに、低カロリーごみのメタン発酵（８０）により発生したバイオガスをガス化（８５）に供給し、外部燃料の供給を低減するようにしている。
【０００５】
このように従来の有機系廃棄物の処理では、バイオマスの利活用に際しては電力利用が中心であった。しかし、バイオマスにより発電した電力は非常に安価で、且つ他の場所で利用するには電力託送費が高いという問題があり、売電を目的とした発電は殆どなされていないのが実状であった。また、自家託送する場合にも莫大なインフラ費用を必要とする。さらに、エネルギー回収形態を電力とした場合、安定に貯蔵することが困難であり、エネルギの有効利用が図りきれていなかった。
また、メタン発酵により得られたバイオマスを基に発電を行なう場合、メタン発酵が生物処理であることから日変動、季節変動が大きく、安定的に発電することができないという問題があった。
【０００６】
一方、廃棄物や固体燃料等のバイオマスを原料として液体燃料を製造する液体燃料合成システムが特許文献２（特開２００３−１７１６７５号公報）に開示されている。
特許文献２には、廃棄物を流動床ガス化炉にてガス化して水素と一酸化炭素を主成分とする生成ガスを生成し、該生成ガスを用いてメタノール、ジメチルエーテル、ガソリン、灯油、軽油等の炭化水素液体燃料を合成する方法が記載されている。この液体燃料の合成プロセスは、水素と一酸化炭素を主成分とするガスを反応に適した温度、圧力とし、触媒の存在下で合成反応させることにより得られる。この合成反応は、例えばメタノール合成反応、ＤＭＥ（ジメチルエーテル）合成反応、ＦＴ反応（フィッシャー・トロプシュ）等が挙げられる。
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−２７５７２２号公報
【特許文献２】特開２００３−１７１６７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１等に記載されるように、従来の複合廃棄物処理システムではバイオマスの利活用に際しては電力利用が中心であったが、バイオマスにより発電した電力は非常に安価で、且つ他の場所で利用するには電力託送費が高いという問題があった。また、エネルギー回収形態を電力とした場合、安定に貯蔵することが困難であり、エネルギの有効利用が図りきれていないという問題も有していた。
また、特許文献２に記載の廃棄物の液体燃料化合成システムは、単に廃棄物から液体燃料を製造する技術であり、廃棄物処理における生成物の有効利用については考慮されておらず、廃棄物の循環利用を目的とするものではない。
【０００９】
従って、本発明は上記従来技術の問題点に鑑み、高カロリー廃棄物を熱処理する高カロリー廃棄物処理ラインと、低カロリー廃棄物をメタン発酵する低カロリー廃棄物処理ラインとからなる複合廃棄物処理システムを構築するにあたって、これらの処理系統にて発生する生成物を有効利用し、環境保全の観点から資源の有効利用及び排出物の減量化が可能である複合廃棄物処理システムを提供することを目的とし、特にガス化処理若しくはメタン発酵処理にて発生したガスを貯蔵安定性、輸送性の良好なエネルギーに転換することが可能な複合廃棄物処理システム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】
【００１０】
そこで、本発明はかかる課題を解決するために、
第１の発明として、低カロリー廃棄物をメタン発酵処理するメタン発酵槽を備えた低カロリー廃棄物処理ラインと、高カロリー廃棄物をガス化するガス化炉を備えた高カロリー廃棄物処理ラインと、からなる複合廃棄物処理システムにおいて、
前記ガス化炉にて発生したガス化ガスを精製するガス精製装置と、該精製したＣＯ、Ｈ２を主成分とする精製ガスから液体燃料を合成する液体燃料合成装置と、を設けるとともに、前記メタン発酵槽にて発生したバイオガスを前記ガス化炉に助燃剤として送給することを特徴とする。
尚、本発明において、前記ガス化処理ラインの廃熱により水蒸気を製造し、該水蒸気を利用した蒸気タービン発電機により発電を行い、電力を生成するようにしても良い。
【００１１】
本発明によれば、従来の複合廃棄物処理システムのように電力の生成のみならず、廃棄物から液体燃料を生成することにより転換エネルギーを安定して貯蔵することができ、また輸送性も向上する。
また、前記バイオガスを前記ガス化炉の助燃剤として利用することにより、外部からの助燃剤の供給量を低減若しくは皆無とすることができ、且つバイオガスの有効利用、廃棄物量の低減が可能となる。
【００１２】
また、前記メタン発酵槽にて発生したバイオガスからＣＯ２を分離回収するガス分離装置を設け、前記ＣＯ２を前記ガス化炉に流動化ガスとして導入することを特徴とする。
このガス分離装置としては、例えばＰＳＡ（圧力スイング吸着法）、ＶＰＳＡ（真空圧力スイング吸着法）等を利用することが好適である。
さらに、前記メタン発酵槽にて生じた発酵液を廃水処理する廃水処理装置を設け、該廃水処理後の発酵液を加熱して生成した水蒸気を前記ガス化炉にガス化剤として導入することを特徴とする。
これらの発明によれば、前記メタン発酵槽にて発生したバイオガス、処理液を有効利用することができ、且つ外部からの流動化ガス又はガス化剤の供給量を低減若しくは皆無とすることができ、資源の循環サイクルが形成できる。
また、前記高カロリー廃棄物を炭化処理する炭化炉を設け、該炭化炉にて製造した炭化物を前記ガス化炉に導入してガス化することを特徴とする。このとき、木質系廃棄物の発生地域に前記炭化炉を設け、前記木質系廃棄物を原料として前記炭化炉により製造した炭化物を前記ガス化炉に輸送することが好ましい。
本発明によれば、廃棄物（木質系廃棄物を含む）を炭化することにより、減容化を図ることができるため、輸送性が向上し、広域に分散する廃棄物であっても集約処理が容易となる。また系内でエネルギーを循環することが可能となる。
【００１３】
また、前記高カロリー廃棄物を炭化処理する炭化炉と、該炭化炉にて生成した炭化物を液媒体と混合してスラリー化するスラリー燃料製造装置と、を設け、該スラリー燃料製造装置にて得られたスラリー燃料を前記ガス化炉に導入してガス化することを特徴とする。
このとき、木質系廃棄物の発生地域に前記炭化炉と前記スラリー燃料製造装置を設け、前記木質系廃棄物を原料として前記炭化炉及び前記スラリー燃料製造装置により得られたスラリー燃料を前記ガス化炉に輸送することが好ましい。
本発明によれば、廃棄物（木質系廃棄物を含む）をスラリー化することにより輸送性が向上し、広域に分散する廃棄物であっても集約処理が容易となる。また系内でエネルギーを循環することが可能となる。
【００１４】
さらに、前記高カロリー廃棄物を焼却処理する焼却炉と、該焼却炉の排ガスから廃熱回収するボイラと、を設け、該ボイラにて生成した水蒸気を前記ガス化炉にガス化剤として導入することを特徴とする。
本発明のように、ボイラを備えた焼却炉を併設し、該ボイラにて生成した水蒸気をガス化剤とすることにより、水蒸気の予熱コストを削減することができる。
【００１５】
また、第２の発明として、低カロリー廃棄物をメタン発酵処理するメタン発酵槽と、該メタン発酵槽にて発生したバイオガスを精製するガス精製装置と、を備えた低カロリー廃棄物処理ラインと、
高カロリー廃棄物に焼却、ガス化等の加熱処理を施す熱処理炉を備えた高カロリー廃棄物処理ラインと、からなる複合廃棄物処理システムにおいて、
前記メタン発酵槽にて発生したバイオガスの少なくとも一部をＣＯ、Ｈ２を主成分とする改質ガスに改質する改質装置と、該改質ガスから液体燃料を合成する液体燃料合成装置と、を設けるとともに、前記バイオガスの他の一部を前記熱処理炉に助燃剤として送給することを特徴とする。
【００１６】
本発明によれば、前記第１の発明と同様に、廃棄物から液体燃料を生成することにより、転換エネルギーを安定して貯蔵することができ、また輸送性も向上する。また、前記バイオガスを前記熱処理炉の助燃剤として利用することにより、外部からの助燃剤の供給量を低減若しくは皆無とすることができ、且つバイオガスの有効利用、廃棄物量の低減が可能となる。尚、前記熱処理炉としては、焼却炉、溶融炉、ガス化炉等を用いることができる。
また、メタン発酵のような生物処理で生成したエネルギーであっても安定貯蔵が可能であるため、日変動や季節変動に左右されず安定した燃料の供給が可能となる。
【００１７】
また、前記熱処理炉の高温排ガスを前記改質装置に送給し、該高温排ガスを前記改質装置の加熱に用いることを特徴とする。
さらに、前記熱処理炉の廃熱を用いて水蒸気を生成するボイラを設け、前記メタン発酵槽から排出され、廃水処理した処理液を前記ボイラに導入して水蒸気を生成し、該生成した水蒸気を前記改質装置に改質剤として導入することを特徴とする。
これらの発明のように、前記熱処理炉の廃熱、前記メタン発酵槽の発酵液を改質装置にて利用することにより、資源の循環サイクルが形成され、廃棄物の有効利用、省資源化が達成できる。
【００１８】
さらにまた、前記ガス精製装置が、原料ガスを通流させる吸着塔と、該吸着塔内を減圧排気する減圧排気手段と、該吸着塔内部に配設された吸着剤と、を備え、圧力スイング吸着法により原料ガス中に含有される不純物ガスを選択的に吸着、分離し、目的とする精製ガスを高純度で回収する装置であることを特徴とする。
このように、圧力スイング吸着法を用いて目的とするガス成分を選択的に分離、回収することにより、高純度で高品質のガスを回収することができる。
【００１９】
また、前記液体燃料製造装置でメタノールを製造する場合であって、該製造したメタノールをメタン発酵液の脱窒処理の炭素源として生物処理槽に導入することを特徴とする。
これによれば、前記メタノールを系内で有効利用することができ、且つメタン発酵において外部からの炭素源の供給量を低減若しくは皆無とすることができ、コスト削減が期待できる。
【００２０】
また、前記液体燃料合成装置にて製造した液体燃料を輸送する輸送手段を備えた複合廃棄物処理システムであって、該輸送手段の輸送用燃料として前記液体燃料を用いることを特徴とする。
これにより、システム内で製造したエネルギーを他の離れた地域に安価で供給することができるようになり、廃棄物から転換したエネルギーの需要拡大が期待できる。
【発明の効果】
【００２１】
以上記載のごとく本発明によれば、低カロリー廃棄物処理ラインと高カロリー廃棄物処理ラインとを有機的に結び付け、夫々の処理にて発生した熱、廃液、メタンガス、二酸化炭素、水蒸気、炭化物等の生成物を有効利用することにより、資源の循環サイクルが形成され、省資源化及び廃棄物排出抑制が達成される。
さらに、ガス化処理若しくはメタン発酵処理にて発生したガスを原料として液体燃料を製造することにより、電力を生成する場合に比べて貯蔵安定性、輸送性が飛躍的に向上し、効率的なエネルギーの供給が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
本実施例に係るシステムは、廃棄物をその性状、種類によって２以上に分別して夫々処理を行うようにした、異なる処理系統が２以上組み合わされた複合廃棄物処理システムである。
【００２３】
本実施例において処理対象とされる廃棄物はバイオマスであり、紙ごみ等の一般廃棄物及び廃プラスチック、廃油等の産業廃棄物からなる高カロリー廃棄物、し尿、下水汚泥、家畜糞尿、食品系廃棄物等の含水率の高い低カロリー廃棄物などが挙げられる。
図１は本発明の実施例１に係る複合廃棄物処理システムのフロー図、図２は本発明の実施例２に係る複合廃棄物処理システムのフロー図、図３は図２に示した実施例２に係るシステムの炭化物処理ラインを示すフロー図、図４は本発明の実施例３に係る複合廃棄物処理システムのフロー図、図５は図４に示した実施例３に発電設備を設けた場合の複合廃棄物処理システムのフロー図、図６は本発明の実施例４に係る複合廃棄物処理システムのフロー図である。
【実施例１】
【００２４】
図１に示されるように、本実施例１に係る複合廃棄物処理システムは、低カロリーごみ１０をメタン発酵処理してバイオガスを生成する低カロリーごみ処理ラインと、高カロリーごみ２０をガス化して生成したガス化ガスから液体燃料を回収する高カロリーごみ処理ラインと、から構成される。
前記低カロリーごみ処理ラインは、低カロリーごみ１０が供給されるメタン発酵槽１１と、該メタン発酵槽にて生じた消化汚泥が導入される脱水機１２と、脱水により生じた廃液１３が導入される排水処理装置１５と、高度処理装置１６と、を備えている。
前記高カロリーごみ処理ラインは、高カロリーごみ２０が供給されるガス化炉２１と、ガス化により生成したＣＯ、Ｈ２を主成分とするガス化ガス２２が導入されるガス精製装置２４と、精製ガスが導入されるメタノール合成装置２５と、該メタノール合成装置２５にて合成されたメタノールが導入されるＤＭＥ合成装置２７と、前記メタノール合成装置２５で生成されたメタノール２６及び前記ＤＭＥ合成装置２７で合成されたＤＭＥ（ジメチルエーテル）が貯留される液体燃料タンク２９と、を備えている。
【００２５】
前記メタン発酵槽１１は、中温（３０〜４０℃）若しくは高温（５０〜６０℃）で且つ嫌気性条件に維持され、槽内に供給された低カロリーごみ１０をメタン菌の分解作用により低分子化し、消化汚泥と、メタン及び二酸化炭素を主成分とするバイオガス１９を生成する。
前記排水処理装置１５は、生物処理装置や凝集沈殿処理装置等であり、生物処理装置は微生物の分解作用により廃液１３中の汚濁物質を除去する装置であれば特に限定されないが、特に生物学的硝化脱窒法により廃液１３に含有される窒素化合物及び有機物を除去する装置であることが好ましい。また、凝集沈殿装置は、凝集剤の添加により廃液１３に含有される溶解性汚濁物質をフロック化して除去する。
前記高度処理装置１６は、活性炭吸着塔やオゾン処理、膜分離等であり、微量有害成分、色度成分塩類を除去する。
【００２６】
前記ガス化炉２１は、高カロリーごみ２０を加熱してガス化する装置であり、その構造は限定されるものではないが、特に噴流床ガス化炉が好適である。
該ガス化炉２１では、高カロリーごみ２０が供給されるとともに酸素、水蒸気等のガス化剤が供給され、８００〜１１００℃の温度域で下記式（１）に示す燃焼反応及び下記式（２）で示す水性ガス化反応（改質反応）を起こし、一酸化炭素、水素、メタン、エタン、二酸化炭素等を含むガス化ガスと、タールや煤などの未燃固形物と、飛灰と、不燃物とを生じ、また、メタン、エタン、タールなどの炭化水素や煤などの未燃固形分は、下記式（３）で示す改質反応を起こし、一酸化炭素、水素を主成分とするガス化ガス２２を生成する。
Ｃ＋Ｏ２ → ＣＯ２＋熱 …（１）
Ｃ＋Ｈ２Ｏ → ＣＯ＋Ｈ２ …（２）
ＣｍＨｍ＋ｍＨ２Ｏ → ｍＣＯ＋（ｍ＋ｎ／２）Ｈ２ …（３）
また、該ガス化炉２１では、前記メタン発酵槽１１にて発生したメタンガスをガス化の助燃剤として利用することが好ましい。さらに、該ガス化炉２１が噴流床ガス化炉である場合、前記メタン発酵槽１１にて発生したメタンガスをＣＯ２とＣＨ４とにガス分離し、該ＣＯ２を前記ガス化炉２１の下方より導入し、流動化ガスとして用いることが好ましい。さらにまた、前記メタン発酵槽１１にて生じた廃液１３を排水処理、高度処理した後にこの処理水１７を加熱して水蒸気を生成し、該水蒸気を前記ガス化炉２１に導入し、ガス化剤として用いることが好ましい。
【００２７】
前記ガス精製装置２４は、ガス化ガス２２中の煤や未燃固形分を除去し、ガス化ガス中の水溶性成分、余剰水分及び触媒被毒物を除去する装置である。
前記メタノール合成装置２５は、メタノール合成反応圧（圧力３〜８ＭＰａ）で且つメタノール合成温度（１８０〜３００℃）まで昇温昇圧された前記ガス化ガス２２を、メタノール合成用触媒（Ｃｕ系触媒等）を充填した合成塔にて合成反応を起してメタノールを製造する装置である。前記合成塔の後段には蒸留塔が設けられ、該蒸留塔にて粗メタノールを蒸留して低沸点成分及びパラフィン類を分離し、製品メタノール２６を精製する。
【００２８】
また、本実施例では前記メタノール合成装置２５の他にＤＭＥ合成装置２７を具備する構成としても良く、前記メタノール合成装置２５にて生成したメタノールからの脱水反応によりＤＭＥを合成するようにしても良い。前記ＤＭＥ合成装置２７では、ＤＭＥ合成反応に適した温度（２４０〜３２０℃）に昇温したメタノールを、ＤＭＥ合成用触媒（アルミナ系等）を充填した反応塔に供給し、ＤＭＥ合成反応によりＤＭＥを合成し、さらに製造した粗ＤＭＥを蒸留して製品ＤＭＥを製造する。このとき、前記メタノール合成装置２５と前記ＤＭＥ合成装置２７とが一体型となった装置を用いることもできる。
前記メタノール合成装置２５、前記ＤＭＥ合成装置２７は他の液体燃料製造装置と代替することもできる。この液体燃料製造装置は、ガス化ガスを原料として液体燃料を製造する装置であれば特に限定されない。例えば、ＦＴ（Fischer-Tropsch）製造装置が挙げられる。
【００２９】
前記ＦＴ製造装置はＨ２、ＣＯからなる精製ガスから液体炭化水素燃料を製造する装置であり、精製ガスから液状炭化水素を製造する方法、又は精製ガスからメタノールを経て液状炭化水素を製造する方法等があり、本実施例では何れの方法を用いることもできる。その製造方法の一例として、まず前記ガス精製装置２４で精製したＨ２、ＣＯからなる精製ガスから水素分離器にて水素を分離し、ＦＴ合成反応に適したＨ２／ＣＯモル比に調整し、この調整ガスをＦＴ合成反応に適した温度まで昇温した後、ＦＴ合成反応触媒（鉄系触媒等）を充填した反応器に導入し、１８０〜３５０℃、２２〜２５ａｔｍの条件下でＦＴ合成反応させて液体炭化水素燃料を製造する。このＦＴ製造では、液体燃料からワックスまでの多様な製品を製造できる。例えば、前記反応器にて１８０〜２５０℃、２５ａｔｍの条件下でＦＴ合成反応を行なうことによりワックスを製造することができ、また３３０〜３５０℃、２２ａｔｍの条件下でＦＴ合成反応を行なうことによりディーゼル油を製造することができる。
【００３０】
前記液体燃料タンク２９は、メタノール２６、ＤＭＥ２８等の液体燃料を一時的に貯留するタンクである。
このタンクに貯留された液体燃料は、輸送車等の輸送手段により各地の液体燃料利用先に輸送されるが、このとき、該輸送手段の輸送用燃料としてこの液体燃料を利用することが好ましい。また、前記液体燃料のうち、前記メタノール２６はメタン発酵液の脱窒処理の炭素源として排水処理装置１５に導入し、利用することもできる。
【００３１】
次に、本実施例に係る処理方法を説明する。
まず、低カロリーごみ１０はメタン発酵槽１１に送給され、該メタン発酵槽１１にてメタン発酵されてバイオガスと消化汚泥に分解され、該バイオガスは不純物を除去されたメタンガス１９としてシステム内で場内利用される。好適なメタンガス１９の利用先としては、高カロリーごみを処理するガス化炉２１の助燃剤が挙げられる。また、前記バイオガスをＣＯ２とＣＨ４とにガス分離し、該ＣＯ２をガス化炉２１の流動化ガスとして用いることもできる。
一方、前記メタン発酵により発生した消化汚泥は、脱水機１２にて脱水される。脱水廃液１３は生物処理を含む排水処理装置１５にて有機物、窒素化合物等を分解された後に高度処理装置１６にて処理され、処理水１７として放流される。このとき、該処理水１７を加熱して水蒸気を生成し、前記ガス化炉２１のガス化剤として用いることが好適である。また、前記脱水器１２から排出した残渣（脱水汚泥）１４、凝集沈殿装置１６にて分離された残渣１８は、高カロリーごみ２０と混合されて処理される。
【００３２】
高カロリーごみ２０は、ガス化炉２１にて前記メタンガス１９を助燃剤としてガス化され、ＣＯ、Ｈ２を主成分とするガス化ガス２２を生成する。該ガス化ガス２２はガス精製装置２４に導入され、ここでガス中のＣＯ、Ｈ２以外の不純物を除去され精製ガスとされた後にメタノール合成装置２５に送給される。メタノール合成装置２５では、ＣＯ／Ｈ２モル比を制御された精製ガスからメタノール合成反応によりメタノール２６が生成される。メタノール２６はこのまま液体燃料として利用しても良いし、またＤＭＥ製造装置２７の原料として用い、ＤＭＥ合成反応によりＤＭＥ２８を製造しても良い。
このようにして製造されたメタノール２６、ＤＭＥ２８は一旦液体燃料タンク２９に貯留され、該液体燃料を輸送用燃料とする輸送車により各地の利用先まで輸送される。また、メタノール２６は、前記排水処理装置１５に導入して炭素源として利用することもできる。
【００３３】
本実施例によれば、低カロリーごみ１０の処理ラインと高カロリーごみ２０の処理ラインとを有機的に結び付け、夫々の処理にて発生した熱、廃液、メタンガス、二酸化炭素、水蒸気等の生成物を有効利用することにより、資源の循環サイクルが形成され、省資源化及び廃棄物排出抑制が達成される。
さらに、ガス化炉２１若しくはメタン発酵槽１１にて発生したガスを原料として液体燃料を製造することにより、電力を生成する場合に比べて貯蔵安定性、輸送性が飛躍的に向上し、効率的なエネルギーの供給が可能となる。
【実施例２】
【００３４】
図２に本実施例２に係る複合廃棄物処理システムのフロー図を示す。尚、以下の実施例２〜４において、上記した実施例１と同様の構成についてはその詳細な説明を省略する。
本実施例２に係る複合廃棄物処理システムは、低カロリーごみ１０をメタン発酵処理してバイオガスを生成する低カロリーごみ処理ラインと、高カロリーごみ２０をガス化して生成したガス化ガスから液体燃料を回収する高カロリーごみ処理ラインと、木質系廃棄物を炭化して炭化物を生成する木質系廃棄物処理ラインと、から構成される。
前記木質系廃棄物とは、間伐材、伐採木材、剪定枝、製材廃材、建築廃材等の木材加工の過程で発生した木質材をいう。
【００３５】
前記低カロリーごみ処理ラインは、低カロリーごみ１０が供給されるメタン発酵槽１１と、該メタン発酵槽にて生じた消化汚泥が導入される脱水機１２と、脱水により生じた廃液１３が導入される排水処理装置１５と、高度処理装置１６と、を備えている。
前記高カロリーごみ処理ラインは、高カロリーごみ２０が供給されるガス化炉２１と、ガス化により生成したＣＯ、Ｈ２を主成分とするガス化ガスが導入されるガス精製装置２４と、精製ガスが導入されるメタノール合成装置２５と、該メタノール合成装置２５にて生成されたメタノールが導入されるＤＭＥ合成装置２７と、前記メタノール合成装置２５で生成されたメタノール２６及び前記ＤＭＥ合成装置２７で合成されたＤＭＥが貯留される液体燃料タンク２９と、を備えている。
【００３６】
前記木質系廃棄物処理ラインは、木質系バイオマスを炭化処理する炭化炉３１を備えている。
前記炭化炉３１は、木質系廃棄物３０を無酸素雰囲気若しくは低酸素雰囲気下で加熱し、炭化物１４を生成する装置であり、公知の各種装置を採用可能であって特に限定されるものではないが、特に外部加熱式のロータリーキルンが好ましい。この場合ロータリーキルンは、バイオマスが供給されて熱分解反応がなされる熱分解ドラムと、その周囲に加熱ガスが導入される外殻とを有し、間接加熱により炉内を３００〜８００℃、好ましくは４００〜５５０℃に維持し、木質系廃棄物３０を熱分解し、炭化物３２を生成する。このとき、同時に一酸化炭素、水素を主成分とする分解ガスが発生するが、これは前記ガス精製装置２４に送給して有効利用することが好ましい。
尚、前記炭化炉３１は、剪定枝、間伐材が生じる山間部に設置されることが好適である。
【００３７】
次に、本実施例に係る処理方法を説明する。
本実施例２では、低カロリーごみ１０及び高カロリーごみ２０は上記した実施例１と同様の処理を行い、一方、前記木質系廃棄物３０は炭化炉３１にて炭化処理され、炭化物３２として前記ガス化炉２１に導入され、ガス化処理された後に液体燃料の製造が行なわれる。
本実施例の好ましい形態は、図３に示されるように、前記炭化炉３１が間伐材や剪定枝が発生する山間部に設置され、前記間伐材や剪定枝等の木質系廃棄物３０を現地にて炭化処理し、生成した炭化物３２をさらにスラリー燃料製造装置２１０にて重油、水等の液媒体と混合してスラリー燃料３２’を製造し、ガス化炉２１に輸送する。
このように炭化物３２単独や炭化物３２をスラリー化して集約し、該集約したスラリー燃料３２’として輸送することにより、輸送性、貯蔵性が向上し、集約処理が容易となる。
【００３８】
前記炭化物３２及びスラリー燃料３２’は、ガス化炉２１にてガス化処理され、発生したガス化ガスは改質装置２１１に送給される。該改質装置２１１では水性ガス化反応により炭化水素系ガスがＣＯ、Ｈ２ガスに転換され、ここで生成された改質ガスは熱回収装置２１２に導入されて熱回収を行なった後、ＰＳＡ装置２１４に送給される。前記熱回収装置２１２では、前記改質ガスから回収した廃熱から蒸気が生成され、該蒸気を利用して蒸気タービン発電機２１３により発電される。また、前記ガス化炉２１の高温排ガスから廃熱回収するボイラ２１７を設けても良く、前記メタン発酵槽１１からの処理水１７を該ボイラ２１７に導入して水蒸気を生成し、該水蒸気を改質剤として前記改質装置２１１に導入するようにしても良い。さらにまた、前記ガス化炉２１の高温排ガスを前記改質装置２１１に導入して、その廃熱を用いて改質装置２１１を加熱するようにしても良い。
【００３９】
発電した電力は、後段のＰＳＡ装置２１４に送電され、ここで利用されることが好ましい。一例として前記ＰＳＡ装置２１４の具体的構成は、吸着剤を充填した吸着塔と、原料ガスを加圧導入するためのブロワと、吸着塔内の圧力を調整する真空ポンプと、を備え、ブロワにより吸着塔内に改質ガスが導入され、吸着剤によりＨ２Ｏ、Ｎ２、ＣＯ２等の除去すべき不純物ガスのみが選択的に吸着分離される結果、目的とするＣＯ、Ｈ２の高純度ガスを回収することができる。運転にあたって、前記吸着剤が吸着ガスで飽和された時点で、真空ポンプにより脱離排気され、吸着剤が再生されるようになっている。
【００４０】
前記ＰＳＡ装置２１４では、ＰＳＡ（圧力スイング吸着法）により改質ガスからＣＯ２、Ｎ２を同時に分離除去し、高濃度のＣＯ、Ｈ２からなる精製ガスが生成される。さらに、精製ガスは液体燃料合成装置２１５に導入され、ここでメタノール、ＤＭＥ、ディーゼル油、ガソリン、ワックス等の液体燃料に転換され、さらに液体燃料タンク２１６に貯留される。
このように、ガス精製装置としてＰＳＡ装置２１４を利用することによりＣＯ２、Ｎ２を同時に除去することができ、設備コストを安価にできる。また、前記熱回収装置２１２で発電した電力をＰＳＡ装置２１４に利用することで、外部から電力を供給する必要がなくなる。
【実施例３】
【００４１】
図４に本実施例３に係る複合廃棄物処理システムのフロー図を示す。
本実施例３に係る複合廃棄物処理システムは、低カロリーごみ１０をメタン発酵処理してバイオガスを生成する低カロリーごみ処理ラインと、高カロリーごみ２０をガス化して生成したガス化ガスから液体燃料を回収する高カロリーごみ処理ラインと、産業廃棄物４０を焼却処理する産業廃棄物処理ラインと、から構成される。本実施例において産業廃棄物処理ラインで処理対象とされる廃棄物４０は、不燃物混入が大きい廃棄物又は粗大廃棄物等のように、ガス化処理、メタン発酵処理に不適当な廃棄物であり、例えば建築廃材、シュレッダダスト等の高カロリー廃棄物が挙げられる。
【００４２】
前記低カロリーごみ処理ラインは、低カロリーごみ１０が供給されるメタン発酵槽１１と、該メタン発酵槽にて生じた消化汚泥が導入される脱水機１２と、脱水により生じた廃液１３が導入される排水処理装置１５と、高度処理装置１６と、を備えている。
前記高カロリーごみ処理ラインは、高カロリーごみ２０が供給されるガス化炉２１と、ガス化により生成したＣＯ、Ｈ２を主成分とするガス化ガスが導入されるガス精製装置２４と、精製ガスが導入されるメタノール合成装置２５と、該メタノール合成装置２５にて生成されたメタノールが導入されるＤＭＥ合成装置２７と、前記メタノール合成装置２５で生成されたメタノール２６及び前記ＤＭＥ合成装置２７で合成されたＤＭＥが貯留される液体燃料タンク２９と、を備えている。
【００４３】
前記産業廃棄物焼却処理ラインは、産業廃棄物４０を焼却処理する焼却炉４１と、該焼却４１からの排ガスが導入され、廃熱回収するボイラ４３と、排ガス処理設備４４と、を備えている。
前記焼却炉４１は、公知の各種装置を採用可能であって特に限定されるものではなく、例えばストーカ炉、循環流動床炉、気泡流動床炉、ロータリーキルン炉等が用いられる。
【００４４】
次に、本実施例に係る処理方法を説明する。
本実施例３では、低カロリーごみ１０及び高カロリーごみ２０は上記した実施例１と同様の処理を行い、一方、前記産業廃棄物４０は焼却炉４１にて焼却処理され、焼却灰４２は不図示の灰処理設備に送られる。前記焼却炉４１にて発生した排ガスはボイラ４３に送給され、該ボイラ４３にて廃熱回収されて水蒸気４６が生成される。この水蒸気４６は前記ガス化炉２１に送られ、ガス化剤として利用することが好ましい。また、ボイラ４３から排出された排ガスは排ガス処理設備４４にて無害化され、排ガス４５として大気放出される。
このように、建築廃材等の産業廃棄物を焼却炉にて処理し、ボイラ４３により熱回収を行い、ガス化炉２１の予熱水蒸気として利用することによりコスト削減が達成できるとともに、廃棄物中の有価物を有効利用できる。
【００４５】
また、本実施例３に発電設備を加えたシステムを図５に示す。
図５に示されるように、前記ボイラ４３で生成した水蒸気４６を蒸気タービン４７に送給し、該水蒸気４６で蒸気タービン４７を回転させ、これに連結された発電機１５を駆動することにより電力４８を発生させる。
また、前記メタン発酵槽１１にて発生したバイオガス１９をガス精製装置５１に送給し、該ガス精製装置５１にてＣＯ２等の不純物ガスを除去し、精製バイオガスを燃料としてガスエンジン発電機、又はガスタービン発電機５２を駆動させて発電し、電力５３を回収するようにしても良い。
このとき、前記発電機は、上記した他にも、燃料電池式発電装置、ガスエンジン−蒸気タービン式発電装置、ガスタービン−蒸気タービン式発電装置、燃料電池−スチームタービン式発電装置、燃料電池−ガスエンジン−スチームタービン式発電装置等にすることも可能である。
この発電設備により回収した電力は系内利用することにより、系外からの電力コストを削減することができる。また、廃棄物を有価エネルギーに転換して有効利用することができる。
【実施例４】
【００４６】
図６に本実施例４に係る複合廃棄物処理システムのフロー図を示す。
本実施例４に係る複合廃棄物処理システムは、低カロリーごみ１０をメタン発酵処理し、得られたバイオガスから液体燃料を製造する低カロリーごみ処理ラインと、高カロリーごみ２０を焼却処理する高カロリーごみ処理ラインと、から構成される。
前記高カロリーごみ処理ラインは、高カロリーごみ２０が供給される焼却炉７０と、焼却炉７０からの排ガスが導入されて廃熱回収するボイラ７１と、ボイラ７１で生成した水蒸気を利用して発電を行なう蒸気タービン発電機７３と、を備え、前記ボイラ７１からの高温排ガス７２は後述する改質装置６１、液体燃料合成装置６３に送給し、廃熱利用する。または、排ガス処理された後、大気放出される。また、前記ボイラ７１で生成した水蒸気の一部は後述する改質装置６１に送給される。
前記低カロリーごみ処理ラインは、低カロリーごみ１０が供給されるメタン発酵槽１１と、該メタン発酵槽にて生じた消化汚泥が導入される脱水機１２と、脱水により生じた廃液１３が導入される生物処理装置１５と、生物処理後の廃液が導入される凝集沈殿装置１６と、また、前記メタン発酵槽１１にて発生したバイオガスが導入される脱硫装置６０と、脱硫後のバイオガスが導入される改質装置６１と、改質ガスを冷却するガス冷却塔６２と、冷却した改質ガスが導入される液体燃料合成装置６３と、合成された液体燃料が貯留される液体燃料タンク６４と、を備えている。
【００４７】
次に、本実施例４に係る処理方法を説明する。
まず、高カロリーごみ２０は焼却炉７０にて焼却処理され、該焼却炉７０からの排ガスはボイラ７１に導入されて廃熱回収された後、高温排ガス７２は、改質装置６１、液体燃料合成装置６３に送給し、廃熱利用するか、排ガス処理された後、大気放出される。
前記ボイラ７１にて生成された水蒸気は蒸気タービン発電機７３に送給され、ここで発電に利用され、発電電力７４は場内利用される。また、前記水蒸気の一部は前記改質装置６１に送給され、改質剤として用いられる。
【００４８】
低カロリーごみ１０はメタン発酵槽１１に送給され、該メタン発酵槽１１にてメタン発酵されてバイオガスと消化汚泥に分解され、該バイオガスは不純物を除去されたメタンガス１９としてシステム内で場内利用される。好適なメタンガス１９の利用先としては、高カロリーごみを処理する焼却炉７０の助燃剤が挙げられる。
一方、前記メタン発酵により発生した消化汚泥は、脱水機１２にて脱水される。脱水廃液１３は排水処理装置１５にて有機物、窒素化合物等を分解された後に高度処理装置１６にて処理され、処理水１７は放流される。このとき、好適には高度処理した処理水の一部１７は水とともに前記ボイラ７１に送給し、前記焼却炉７０の廃熱により水蒸気を生成して前記改質装置６１に導入し、改質剤として用いる。前記脱水器１２から排出した残渣（脱水汚泥）１４、凝集沈殿装置１６にて分離された残渣１８は、高カロリーごみ２０と混合されて処理される。
【００４９】
また本実施例４では、前記メタン発酵槽１１にて発生したバイオガスを脱硫装置６０にて脱硫し、不純物を除去した後に改質装置６１に送給し、Ｎｉ系金属触媒の存在下で１８０〜３００℃、６〜８ａｔｍの条件下で改質反応することによりＣＯ、Ｈ２を主成分とする改質ガスに改質し、さらにガス冷却塔６２にて該改質ガスを冷却した後、液体燃料合成装置６３に供給する。該液体燃料合成装置６３では、前記改質ガスを原料として、前記実施例１に記載したメタノール合成反応、ＤＭＥ合成反応、ＦＴ合成反応によりメタノール、ＤＭＥ、その他の液体炭化水素燃料等の液体燃料を製造する。製造した液体燃料は液体燃料タンク６４に貯留される。
また、本実施例では前記脱硫装置６０としてＰＳＡ装置を用いることが好ましい。ＰＳＡ装置の具体的構成は、前記実施例２に記載した構成と略同様のものである。このようにＰＳＡ装置を用いることにより、バイオガスから硫化水素とＣＯ２を同時に除去することができ効率的である。
【００５０】
さらに、前記前記改質装置６１と蒸留装置の熱源として、前記改質ガスの廃熱若しくは余剰のバイオガスを燃焼した燃焼熱（１１００℃程度）を用いても良いが、好適には前記ボイラ７１からの高温排ガス７２を用いることが好ましい。これにより、本システム内の燃料は自給できるようになり、自立型プロセスとすることができる。
本実施例によれば、廃棄物から貯蔵性、輸送性の良い汎用性に優れた液体燃料を得ることができ、廃棄物処理のみならず地球温暖化対策にも貢献できるシステムとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施例１に係る複合廃棄物処理システムのフロー図である。
【図２】本発明の実施例２に係る複合廃棄物処理システムのフロー図である
【図３】図２に示した実施例２に係るシステムの炭化物処理ラインを示すフロー図である。
【図４】本発明の実施例３に係る複合廃棄物処理システムのフロー図である。
【図５】図４に示した実施例３に発電設備を設けた場合の複合廃棄物処理システムのフロー図である。
【図６】本発明の実施例４に係る複合廃棄物処理システムのフロー図である。
【図７】従来の廃棄物処理システムを示すフロー図である。
【符号の説明】
【００５２】
１０ 低カロリーごみ
１１ メタン発酵槽
２０ 高カロリーごみ
２１ ガス化炉
２２ ガス化ガス
２４ ガス精製装置
２５ メタノール合成装置
２６ メタノール
２７ ＤＭＥ合成装置
２８ ＤＭＥ
３０ 木質系廃棄物
３１ 炭化炉
３２’ スラリー燃料
４０ 産業廃棄物
６１ 改質装置
６３ 液体燃料合成装置
２１０ スラリー燃料製造装置
２１１ 改質装置
２１２ 熱回収装置
２１４ ＰＳＡ装置
２１５ 液体燃料合成装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、厨芥ごみ、下水汚泥等の低カロリー廃棄物をメタン発酵処理する低カロリー廃棄物処理ラインと、都市ごみ、産業廃棄物等の高カロリー廃棄物にガス化、焼却等の熱処理を施す高カロリー廃棄物処理ラインとからなる複合廃棄物処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化対策やエネルギの安定供給の確保、地域分散型電源の確保といった観点からバイオマスという再生可能でクリーンなエネルギ源が注目されている。また、廃棄物処理問題の顕在化に伴い、資源を有効利用し循環型社会を構築することにより環境保全及び省資源化を図ることが推奨されており、農林水産資源、有機性廃棄物など生物由来の有機性資源であるバイオマスを、エネルギ源や工業原料として総合的に利活用する技術が要望されている。
バイオマスをエネルギ源や工業原料に転換する技術としては、メタン発酵処理、直接燃焼発電、炭化ガス化発電等が知られている。
【０００３】
図７に、特許文献１（特開２００３−２７５７２２号公報）等に記載される従来の有機系廃棄物（バイオマス）の処理方法を示す。
厨芥ごみ、下水汚泥等の高含水率の低カロリーごみは、メタン発酵（８０）により有機物を低分子化した後、発生した消化汚泥を脱水（８１）し、脱水廃液は生物処理（８２）して窒素化合物及びＢＯＤを分解し、廃液中の懸濁物を凝集沈殿（８３）により凝集分離し、処理水は高度処理設備等へ送られて浄化された後に放流する。また、前記メタン発酵（８０）にて発生したバイオガスを利用してガスエンジン発電機等の発電設備により発電（８４）して電力を回収する。
【０００４】
都市ごみや産業廃棄物等の高カロリーごみは、ガス化炉によりガス化（８５）し、生成したガス化ガスはボイラ（８６）にて燃焼させる。さらに該ボイラ（８６）にて蒸気を生成し、この蒸気を利用して蒸気タービン発電機により発電（８７）して電力を回収する。これらの発電した電力はシステム内で利用、又は他の産業へ売電される。前記低カロリーごみのメタン発酵残渣及び凝集沈殿残渣は高カロリーごみとともにガス化処理する。また、ボイラ（８６）から排出される燃焼排ガスは集塵等の排ガス処理（８８）を行なった後に大気放出される。さらに、低カロリーごみのメタン発酵（８０）により発生したバイオガスをガス化（８５）に供給し、外部燃料の供給を低減するようにしている。
【０００５】
このように従来の有機系廃棄物の処理では、バイオマスの利活用に際しては電力利用が中心であった。しかし、バイオマスにより発電した電力は非常に安価で、且つ他の場所で利用するには電力託送費が高いという問題があり、売電を目的とした発電は殆どなされていないのが実状であった。また、自家託送する場合にも莫大なインフラ費用を必要とする。さらに、エネルギー回収形態を電力とした場合、安定に貯蔵することが困難であり、エネルギの有効利用が図りきれていなかった。
また、メタン発酵により得られたバイオマスを基に発電を行なう場合、メタン発酵が生物処理であることから日変動、季節変動が大きく、安定的に発電することができないという問題があった。
【０００６】
一方、廃棄物や固体燃料等のバイオマスを原料として液体燃料を製造する液体燃料合成システムが特許文献２（特開２００３−１７１６７５号公報）に開示されている。
特許文献２には、廃棄物を流動床ガス化炉にてガス化して水素と一酸化炭素を主成分とする生成ガスを生成し、該生成ガスを用いてメタノール、ジメチルエーテル、ガソリン、灯油、軽油等の炭化水素液体燃料を合成する方法が記載されている。この液体燃料の合成プロセスは、水素と一酸化炭素を主成分とするガスを反応に適した温度、圧力とし、触媒の存在下で合成反応させることにより得られる。この合成反応は、例えばメタノール合成反応、ＤＭＥ（ジメチルエーテル）合成反応、ＦＴ反応（フィッシャー・トロプシュ）等が挙げられる。
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−２７５７２２号公報
【特許文献２】特開２００３−１７１６７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１等に記載されるように、従来の複合廃棄物処理システムではバイオマスの利活用に際しては電力利用が中心であったが、バイオマスにより発電した電力は非常に安価で、且つ他の場所で利用するには電力託送費が高いという問題があった。また、エネルギー回収形態を電力とした場合、安定に貯蔵することが困難であり、エネルギの有効利用が図りきれていないという問題も有していた。
また、特許文献２に記載の廃棄物の液体燃料化合成システムは、単に廃棄物から液体燃料を製造する技術であり、廃棄物処理における生成物の有効利用については考慮されておらず、廃棄物の循環利用を目的とするものではない。
【０００９】
従って、本発明は上記従来技術の問題点に鑑み、高カロリー廃棄物を熱処理する高カロリー廃棄物処理ラインと、低カロリー廃棄物をメタン発酵する低カロリー廃棄物処理ラインとからなる複合廃棄物処理システムを構築するにあたって、これらの処理系統にて発生する生成物を有効利用し、環境保全の観点から資源の有効利用及び排出物の減量化が可能である複合廃棄物処理システムを提供することを目的とし、特にガス化処理若しくはメタン発酵処理にて発生したガスを貯蔵安定性、輸送性の良好なエネルギーに転換することが可能な複合廃棄物処理システム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】
【００１０】
そこで、本発明はかかる課題を解決するために、
第１の発明として、低カロリー廃棄物をメタン発酵処理するメタン発酵槽を備えた低カロリー廃棄物処理ラインと、高カロリー廃棄物をガス化するガス化炉を備えた高カロリー廃棄物処理ラインと、からなる複合廃棄物処理システムにおいて、
前記ガス化炉にて発生したガス化ガスを精製するガス精製装置と、該精製したＣＯ、Ｈ２を主成分とする精製ガスから液体燃料を合成する液体燃料合成装置と、を設けるとともに、前記メタン発酵槽にて発生したバイオガスを前記ガス化炉に助燃剤として送給することを特徴とする。
尚、本発明において、前記ガス化処理ラインの廃熱により水蒸気を製造し、該水蒸気を利用した蒸気タービン発電機により発電を行い、電力を生成するようにしても良い。
【００１１】
本発明によれば、従来の複合廃棄物処理システムのように電力の生成のみならず、廃棄物から液体燃料を生成することにより転換エネルギーを安定して貯蔵することができ、また輸送性も向上する。
また、前記バイオガスを前記ガス化炉の助燃剤として利用することにより、外部からの助燃剤の供給量を低減若しくは皆無とすることができ、且つバイオガスの有効利用、廃棄物量の低減が可能となる。
【００１２】
また、前記メタン発酵槽にて発生したバイオガスからＣＯ２を分離回収するガス分離装置を設け、前記ＣＯ２を前記ガス化炉に流動化ガスとして導入することを特徴とする。
このガス分離装置としては、例えばＰＳＡ（圧力スイング吸着法）、ＶＰＳＡ（真空圧力スイング吸着法）等を利用することが好適である。
さらに、前記メタン発酵槽にて生じた発酵液を廃水処理する廃水処理装置を設け、該廃水処理後の発酵液を加熱して生成した水蒸気を前記ガス化炉にガス化剤として導入することを特徴とする。
これらの発明によれば、前記メタン発酵槽にて発生したバイオガス、処理液を有効利用することができ、且つ外部からの流動化ガス又はガス化剤の供給量を低減若しくは皆無とすることができ、資源の循環サイクルが形成できる。
また、前記高カロリー廃棄物を炭化処理する炭化炉を設け、該炭化炉にて製造した炭化物を前記ガス化炉に導入してガス化することを特徴とする。このとき、木質系廃棄物の発生地域に前記炭化炉を設け、前記木質系廃棄物を原料として前記炭化炉により製造した炭化物を前記ガス化炉に輸送することが好ましい。
本発明によれば、廃棄物（木質系廃棄物を含む）を炭化することにより、減容化を図ることができるため、輸送性が向上し、広域に分散する廃棄物であっても集約処理が容易となる。また系内でエネルギーを循環することが可能となる。
【００１３】
また、前記高カロリー廃棄物を炭化処理する炭化炉と、該炭化炉にて生成した炭化物を液媒体と混合してスラリー化するスラリー燃料製造装置と、を設け、該スラリー燃料製造装置にて得られたスラリー燃料を前記ガス化炉に導入してガス化することを特徴とする。
このとき、木質系廃棄物の発生地域に前記炭化炉と前記スラリー燃料製造装置を設け、前記木質系廃棄物を原料として前記炭化炉及び前記スラリー燃料製造装置により得られたスラリー燃料を前記ガス化炉に輸送することが好ましい。
本発明によれば、廃棄物（木質系廃棄物を含む）をスラリー化することにより輸送性が向上し、広域に分散する廃棄物であっても集約処理が容易となる。また系内でエネルギーを循環することが可能となる。
【００１４】
さらに、前記高カロリー廃棄物を焼却処理する焼却炉と、該焼却炉の排ガスから廃熱回収するボイラと、を設け、該ボイラにて生成した水蒸気を前記ガス化炉にガス化剤として導入することを特徴とする。
本発明のように、ボイラを備えた焼却炉を併設し、該ボイラにて生成した水蒸気をガス化剤とすることにより、水蒸気の予熱コストを削減することができる。
【００１５】
また、第２の発明として、低カロリー廃棄物をメタン発酵処理するメタン発酵槽と、該メタン発酵槽にて発生したバイオガスを精製するガス精製装置と、を備えた低カロリー廃棄物処理ラインと、
高カロリー廃棄物に焼却、ガス化等の加熱処理を施す熱処理炉を備えた高カロリー廃棄物処理ラインと、からなる複合廃棄物処理システムにおいて、
前記メタン発酵槽にて発生したバイオガスの少なくとも一部をＣＯ、Ｈ２を主成分とする改質ガスに改質する改質装置と、該改質ガスから液体燃料を合成する液体燃料合成装置と、を設けるとともに、前記バイオガスの他の一部を前記熱処理炉に助燃剤として送給することを特徴とする。
【００１６】
本発明によれば、前記第１の発明と同様に、廃棄物から液体燃料を生成することにより、転換エネルギーを安定して貯蔵することができ、また輸送性も向上する。また、前記バイオガスを前記熱処理炉の助燃剤として利用することにより、外部からの助燃剤の供給量を低減若しくは皆無とすることができ、且つバイオガスの有効利用、廃棄物量の低減が可能となる。尚、前記熱処理炉としては、焼却炉、溶融炉、ガス化炉等を用いることができる。
また、メタン発酵のような生物処理で生成したエネルギーであっても安定貯蔵が可能であるため、日変動や季節変動に左右されず安定した燃料の供給が可能となる。
【００１７】
また、前記熱処理炉の高温排ガスを前記改質装置に送給し、該高温排ガスを前記改質装置の加熱に用いることを特徴とする。
さらに、前記熱処理炉の廃熱を用いて水蒸気を生成するボイラを設け、前記メタン発酵槽から排出され、廃水処理した処理液を前記ボイラに導入して水蒸気を生成し、該生成した水蒸気を前記改質装置に改質剤として導入することを特徴とする。
これらの発明のように、前記熱処理炉の廃熱、前記メタン発酵槽の発酵液を改質装置にて利用することにより、資源の循環サイクルが形成され、廃棄物の有効利用、省資源化が達成できる。
【００１８】
さらにまた、前記ガス精製装置が、原料ガスを通流させる吸着塔と、該吸着塔内を減圧排気する減圧排気手段と、該吸着塔内部に配設された吸着剤と、を備え、圧力スイング吸着法により原料ガス中に含有される不純物ガスを選択的に吸着、分離し、目的とする精製ガスを高純度で回収する装置であることを特徴とする。
このように、圧力スイング吸着法を用いて目的とするガス成分を選択的に分離、回収することにより、高純度で高品質のガスを回収することができる。
【００１９】
また、前記液体燃料製造装置でメタノールを製造する場合であって、該製造したメタノールをメタン発酵液の脱窒処理の炭素源として生物処理槽に導入することを特徴とする。
これによれば、前記メタノールを系内で有効利用することができ、且つメタン発酵において外部からの炭素源の供給量を低減若しくは皆無とすることができ、コスト削減が期待できる。
【００２０】
また、前記液体燃料合成装置にて製造した液体燃料を輸送する輸送手段を備えた複合廃棄物処理システムであって、該輸送手段の輸送用燃料として前記液体燃料を用いることを特徴とする。
これにより、システム内で製造したエネルギーを他の離れた地域に安価で供給することができるようになり、廃棄物から転換したエネルギーの需要拡大が期待できる。
【発明の効果】
【００２１】
以上記載のごとく本発明によれば、低カロリー廃棄物処理ラインと高カロリー廃棄物処理ラインとを有機的に結び付け、夫々の処理にて発生した熱、廃液、メタンガス、二酸化炭素、水蒸気、炭化物等の生成物を有効利用することにより、資源の循環サイクルが形成され、省資源化及び廃棄物排出抑制が達成される。
さらに、ガス化処理若しくはメタン発酵処理にて発生したガスを原料として液体燃料を製造することにより、電力を生成する場合に比べて貯蔵安定性、輸送性が飛躍的に向上し、効率的なエネルギーの供給が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
本実施例に係るシステムは、廃棄物をその性状、種類によって２以上に分別して夫々処理を行うようにした、異なる処理系統が２以上組み合わされた複合廃棄物処理システムである。
【００２３】
本実施例において処理対象とされる廃棄物はバイオマスであり、紙ごみ等の一般廃棄物及び廃プラスチック、廃油等の産業廃棄物からなる高カロリー廃棄物、し尿、下水汚泥、家畜糞尿、食品系廃棄物等の含水率の高い低カロリー廃棄物などが挙げられる。
図１は本発明の実施例１に係る複合廃棄物処理システムのフロー図、図２は本発明の実施例２に係る複合廃棄物処理システムのフロー図、図３は図２に示した実施例２に係るシステムの炭化物処理ラインを示すフロー図、図４は本発明の実施例３に係る複合廃棄物処理システムのフロー図、図５は図４に示した実施例３に発電設備を設けた場合の複合廃棄物処理システムのフロー図、図６は本発明の実施例４に係る複合廃棄物処理システムのフロー図である。
【実施例１】
【００２４】
図１に示されるように、本実施例１に係る複合廃棄物処理システムは、低カロリーごみ１０をメタン発酵処理してバイオガスを生成する低カロリーごみ処理ラインと、高カロリーごみ２０をガス化して生成したガス化ガスから液体燃料を回収する高カロリーごみ処理ラインと、から構成される。
前記低カロリーごみ処理ラインは、低カロリーごみ１０が供給されるメタン発酵槽１１と、該メタン発酵槽にて生じた消化汚泥が導入される脱水機１２と、脱水により生じた廃液１３が導入される排水処理装置１５と、高度処理装置１６と、を備えている。
前記高カロリーごみ処理ラインは、高カロリーごみ２０が供給されるガス化炉２１と、ガス化により生成したＣＯ、Ｈ２を主成分とするガス化ガス２２が導入されるガス精製装置２４と、精製ガスが導入されるメタノール合成装置２５と、該メタノール合成装置２５にて合成されたメタノールが導入されるＤＭＥ合成装置２７と、前記メタノール合成装置２５で生成されたメタノール２６及び前記ＤＭＥ合成装置２７で合成されたＤＭＥ（ジメチルエーテル）が貯留される液体燃料タンク２９と、を備えている。
【００２５】
前記メタン発酵槽１１は、中温（３０〜４０℃）若しくは高温（５０〜６０℃）で且つ嫌気性条件に維持され、槽内に供給された低カロリーごみ１０をメタン菌の分解作用により低分子化し、消化汚泥と、メタン及び二酸化炭素を主成分とするバイオガス１９を生成する。
前記排水処理装置１５は、生物処理装置や凝集沈殿処理装置等であり、生物処理装置は微生物の分解作用により廃液１３中の汚濁物質を除去する装置であれば特に限定されないが、特に生物学的硝化脱窒法により廃液１３に含有される窒素化合物及び有機物を除去する装置であることが好ましい。また、凝集沈殿装置は、凝集剤の添加により廃液１３に含有される溶解性汚濁物質をフロック化して除去する。
前記高度処理装置１６は、活性炭吸着塔やオゾン処理、膜分離等であり、微量有害成分、色度成分塩類を除去する。
【００２６】
前記ガス化炉２１は、高カロリーごみ２０を加熱してガス化する装置であり、その構造は限定されるものではないが、特に噴流床ガス化炉が好適である。
該ガス化炉２１では、高カロリーごみ２０が供給されるとともに酸素、水蒸気等のガス化剤が供給され、８００〜１１００℃の温度域で下記式（１）に示す燃焼反応及び下記式（２）で示す水性ガス化反応（改質反応）を起こし、一酸化炭素、水素、メタン、エタン、二酸化炭素等を含むガス化ガスと、タールや煤などの未燃固形物と、飛灰と、不燃物とを生じ、また、メタン、エタン、タールなどの炭化水素や煤などの未燃固形分は、下記式（３）で示す改質反応を起こし、一酸化炭素、水素を主成分とするガス化ガス２２を生成する。
Ｃ＋Ｏ２ → ＣＯ２＋熱 …（１）
Ｃ＋Ｈ２Ｏ → ＣＯ＋Ｈ２ …（２）
ＣｍＨｍ＋ｍＨ２Ｏ → ｍＣＯ＋（ｍ＋ｎ／２）Ｈ２ …（３）
また、該ガス化炉２１では、前記メタン発酵槽１１にて発生したメタンガスをガス化の助燃剤として利用することが好ましい。さらに、該ガス化炉２１が噴流床ガス化炉である場合、前記メタン発酵槽１１にて発生したメタンガスをＣＯ２とＣＨ４とにガス分離し、該ＣＯ２を前記ガス化炉２１の下方より導入し、流動化ガスとして用いることが好ましい。さらにまた、前記メタン発酵槽１１にて生じた廃液１３を排水処理、高度処理した後にこの処理水１７を加熱して水蒸気を生成し、該水蒸気を前記ガス化炉２１に導入し、ガス化剤として用いることが好ましい。
【００２７】
前記ガス精製装置２４は、ガス化ガス２２中の煤や未燃固形分を除去し、ガス化ガス中の水溶性成分、余剰水分及び触媒被毒物を除去する装置である。
前記メタノール合成装置２５は、メタノール合成反応圧（圧力３〜８ＭＰａ）で且つメタノール合成温度（１８０〜３００℃）まで昇温昇圧された前記ガス化ガス２２を、メタノール合成用触媒（Ｃｕ系触媒等）を充填した合成塔にて合成反応を起してメタノールを製造する装置である。前記合成塔の後段には蒸留塔が設けられ、該蒸留塔にて粗メタノールを蒸留して低沸点成分及びパラフィン類を分離し、製品メタノール２６を精製する。
【００２８】
また、本実施例では前記メタノール合成装置２５の他にＤＭＥ合成装置２７を具備する構成としても良く、前記メタノール合成装置２５にて生成したメタノールからの脱水反応によりＤＭＥを合成するようにしても良い。前記ＤＭＥ合成装置２７では、ＤＭＥ合成反応に適した温度（２４０〜３２０℃）に昇温したメタノールを、ＤＭＥ合成用触媒（アルミナ系等）を充填した反応塔に供給し、ＤＭＥ合成反応によりＤＭＥを合成し、さらに製造した粗ＤＭＥを蒸留して製品ＤＭＥを製造する。このとき、前記メタノール合成装置２５と前記ＤＭＥ合成装置２７とが一体型となった装置を用いることもできる。
前記メタノール合成装置２５、前記ＤＭＥ合成装置２７は他の液体燃料製造装置と代替することもできる。この液体燃料製造装置は、ガス化ガスを原料として液体燃料を製造する装置であれば特に限定されない。例えば、ＦＴ（Fischer-Tropsch）製造装置が挙げられる。
【００２９】
前記ＦＴ製造装置はＨ２、ＣＯからなる精製ガスから液体炭化水素燃料を製造する装置であり、精製ガスから液状炭化水素を製造する方法、又は精製ガスからメタノールを経て液状炭化水素を製造する方法等があり、本実施例では何れの方法を用いることもできる。その製造方法の一例として、まず前記ガス精製装置２４で精製したＨ２、ＣＯからなる精製ガスから水素分離器にて水素を分離し、ＦＴ合成反応に適したＨ２／ＣＯモル比に調整し、この調整ガスをＦＴ合成反応に適した温度まで昇温した後、ＦＴ合成反応触媒（鉄系触媒等）を充填した反応器に導入し、１８０〜３５０℃、２２〜２５ａｔｍの条件下でＦＴ合成反応させて液体炭化水素燃料を製造する。このＦＴ製造では、液体燃料からワックスまでの多様な製品を製造できる。例えば、前記反応器にて１８０〜２５０℃、２５ａｔｍの条件下でＦＴ合成反応を行なうことによりワックスを製造することができ、また３３０〜３５０℃、２２ａｔｍの条件下でＦＴ合成反応を行なうことによりディーゼル油を製造することができる。
【００３０】
前記液体燃料タンク２９は、メタノール２６、ＤＭＥ２８等の液体燃料を一時的に貯留するタンクである。
このタンクに貯留された液体燃料は、輸送車等の輸送手段により各地の液体燃料利用先に輸送されるが、このとき、該輸送手段の輸送用燃料としてこの液体燃料を利用することが好ましい。また、前記液体燃料のうち、前記メタノール２６はメタン発酵液の脱窒処理の炭素源として排水処理装置１５に導入し、利用することもできる。
【００３１】
次に、本実施例に係る処理方法を説明する。
まず、低カロリーごみ１０はメタン発酵槽１１に送給され、該メタン発酵槽１１にてメタン発酵されてバイオガスと消化汚泥に分解され、該バイオガスは不純物を除去されたメタンガス１９としてシステム内で場内利用される。好適なメタンガス１９の利用先としては、高カロリーごみを処理するガス化炉２１の助燃剤が挙げられる。また、前記バイオガスをＣＯ２とＣＨ４とにガス分離し、該ＣＯ２をガス化炉２１の流動化ガスとして用いることもできる。
一方、前記メタン発酵により発生した消化汚泥は、脱水機１２にて脱水される。脱水廃液１３は生物処理を含む排水処理装置１５にて有機物、窒素化合物等を分解された後に高度処理装置１６にて処理され、処理水１７として放流される。このとき、該処理水１７を加熱して水蒸気を生成し、前記ガス化炉２１のガス化剤として用いることが好適である。また、前記脱水器１２から排出した残渣（脱水汚泥）１４、凝集沈殿装置１６にて分離された残渣１８は、高カロリーごみ２０と混合されて処理される。
【００３２】
高カロリーごみ２０は、ガス化炉２１にて前記メタンガス１９を助燃剤としてガス化され、ＣＯ、Ｈ２を主成分とするガス化ガス２２を生成する。該ガス化ガス２２はガス精製装置２４に導入され、ここでガス中のＣＯ、Ｈ２以外の不純物を除去され精製ガスとされた後にメタノール合成装置２５に送給される。メタノール合成装置２５では、ＣＯ／Ｈ２モル比を制御された精製ガスからメタノール合成反応によりメタノール２６が生成される。メタノール２６はこのまま液体燃料として利用しても良いし、またＤＭＥ製造装置２７の原料として用い、ＤＭＥ合成反応によりＤＭＥ２８を製造しても良い。
このようにして製造されたメタノール２６、ＤＭＥ２８は一旦液体燃料タンク２９に貯留され、該液体燃料を輸送用燃料とする輸送車により各地の利用先まで輸送される。また、メタノール２６は、前記排水処理装置１５に導入して炭素源として利用することもできる。
【００３３】
本実施例によれば、低カロリーごみ１０の処理ラインと高カロリーごみ２０の処理ラインとを有機的に結び付け、夫々の処理にて発生した熱、廃液、メタンガス、二酸化炭素、水蒸気等の生成物を有効利用することにより、資源の循環サイクルが形成され、省資源化及び廃棄物排出抑制が達成される。
さらに、ガス化炉２１若しくはメタン発酵槽１１にて発生したガスを原料として液体燃料を製造することにより、電力を生成する場合に比べて貯蔵安定性、輸送性が飛躍的に向上し、効率的なエネルギーの供給が可能となる。
【実施例２】
【００３４】
図２に本実施例２に係る複合廃棄物処理システムのフロー図を示す。尚、以下の実施例２〜４において、上記した実施例１と同様の構成についてはその詳細な説明を省略する。
本実施例２に係る複合廃棄物処理システムは、低カロリーごみ１０をメタン発酵処理してバイオガスを生成する低カロリーごみ処理ラインと、高カロリーごみ２０をガス化して生成したガス化ガスから液体燃料を回収する高カロリーごみ処理ラインと、木質系廃棄物を炭化して炭化物を生成する木質系廃棄物処理ラインと、から構成される。
前記木質系廃棄物とは、間伐材、伐採木材、剪定枝、製材廃材、建築廃材等の木材加工の過程で発生した木質材をいう。
【００３５】
前記低カロリーごみ処理ラインは、低カロリーごみ１０が供給されるメタン発酵槽１１と、該メタン発酵槽にて生じた消化汚泥が導入される脱水機１２と、脱水により生じた廃液１３が導入される排水処理装置１５と、高度処理装置１６と、を備えている。
前記高カロリーごみ処理ラインは、高カロリーごみ２０が供給されるガス化炉２１と、ガス化により生成したＣＯ、Ｈ２を主成分とするガス化ガスが導入されるガス精製装置２４と、精製ガスが導入されるメタノール合成装置２５と、該メタノール合成装置２５にて生成されたメタノールが導入されるＤＭＥ合成装置２７と、前記メタノール合成装置２５で生成されたメタノール２６及び前記ＤＭＥ合成装置２７で合成されたＤＭＥが貯留される液体燃料タンク２９と、を備えている。
【００３６】
前記木質系廃棄物処理ラインは、木質系バイオマスを炭化処理する炭化炉３１を備えている。
前記炭化炉３１は、木質系廃棄物３０を無酸素雰囲気若しくは低酸素雰囲気下で加熱し、炭化物１４を生成する装置であり、公知の各種装置を採用可能であって特に限定されるものではないが、特に外部加熱式のロータリーキルンが好ましい。この場合ロータリーキルンは、バイオマスが供給されて熱分解反応がなされる熱分解ドラムと、その周囲に加熱ガスが導入される外殻とを有し、間接加熱により炉内を３００〜８００℃、好ましくは４００〜５５０℃に維持し、木質系廃棄物３０を熱分解し、炭化物３２を生成する。このとき、同時に一酸化炭素、水素を主成分とする分解ガスが発生するが、これは前記ガス精製装置２４に送給して有効利用することが好ましい。
尚、前記炭化炉３１は、剪定枝、間伐材が生じる山間部に設置されることが好適である。
【００３７】
次に、本実施例に係る処理方法を説明する。
本実施例２では、低カロリーごみ１０及び高カロリーごみ２０は上記した実施例１と同様の処理を行い、一方、前記木質系廃棄物３０は炭化炉３１にて炭化処理され、炭化物３２として前記ガス化炉２１に導入され、ガス化処理された後に液体燃料の製造が行なわれる。
本実施例の好ましい形態は、図３に示されるように、前記炭化炉３１が間伐材や剪定枝が発生する山間部に設置され、前記間伐材や剪定枝等の木質系廃棄物３０を現地にて炭化処理し、生成した炭化物３２をさらにスラリー燃料製造装置２１０にて重油、水等の液媒体と混合してスラリー燃料３２’を製造し、ガス化炉２１に輸送する。
このように炭化物３２単独や炭化物３２をスラリー化して集約し、該集約したスラリー燃料３２’として輸送することにより、輸送性、貯蔵性が向上し、集約処理が容易となる。
【００３８】
前記炭化物３２及びスラリー燃料３２’は、ガス化炉２１にてガス化処理され、発生したガス化ガスは改質装置２１１に送給される。該改質装置２１１では水性ガス化反応により炭化水素系ガスがＣＯ、Ｈ２ガスに転換され、ここで生成された改質ガスは熱回収装置２１２に導入されて熱回収を行なった後、ＰＳＡ装置２１４に送給される。前記熱回収装置２１２では、前記改質ガスから回収した廃熱から蒸気が生成され、該蒸気を利用して蒸気タービン発電機２１３により発電される。また、前記ガス化炉２１の高温排ガスから廃熱回収するボイラ２１７を設けても良く、前記メタン発酵槽１１からの処理水１７を該ボイラ２１７に導入して水蒸気を生成し、該水蒸気を改質剤として前記改質装置２１１に導入するようにしても良い。さらにまた、前記ガス化炉２１の高温排ガスを前記改質装置２１１に導入して、その廃熱を用いて改質装置２１１を加熱するようにしても良い。
【００３９】
発電した電力は、後段のＰＳＡ装置２１４に送電され、ここで利用されることが好ましい。一例として前記ＰＳＡ装置２１４の具体的構成は、吸着剤を充填した吸着塔と、原料ガスを加圧導入するためのブロワと、吸着塔内の圧力を調整する真空ポンプと、を備え、ブロワにより吸着塔内に改質ガスが導入され、吸着剤によりＨ２Ｏ、Ｎ２、ＣＯ２等の除去すべき不純物ガスのみが選択的に吸着分離される結果、目的とするＣＯ、Ｈ２の高純度ガスを回収することができる。運転にあたって、前記吸着剤が吸着ガスで飽和された時点で、真空ポンプにより脱離排気され、吸着剤が再生されるようになっている。
【００４０】
前記ＰＳＡ装置２１４では、ＰＳＡ（圧力スイング吸着法）により改質ガスからＣＯ２、Ｎ２を同時に分離除去し、高濃度のＣＯ、Ｈ２からなる精製ガスが生成される。さらに、精製ガスは液体燃料合成装置２１５に導入され、ここでメタノール、ＤＭＥ、ディーゼル油、ガソリン、ワックス等の液体燃料に転換され、さらに液体燃料タンク２１６に貯留される。
このように、ガス精製装置としてＰＳＡ装置２１４を利用することによりＣＯ２、Ｎ２を同時に除去することができ、設備コストを安価にできる。また、前記熱回収装置２１２で発電した電力をＰＳＡ装置２１４に利用することで、外部から電力を供給する必要がなくなる。
【実施例３】
【００４１】
図４に本実施例３に係る複合廃棄物処理システムのフロー図を示す。
本実施例３に係る複合廃棄物処理システムは、低カロリーごみ１０をメタン発酵処理してバイオガスを生成する低カロリーごみ処理ラインと、高カロリーごみ２０をガス化して生成したガス化ガスから液体燃料を回収する高カロリーごみ処理ラインと、産業廃棄物４０を焼却処理する産業廃棄物処理ラインと、から構成される。本実施例において産業廃棄物処理ラインで処理対象とされる廃棄物４０は、不燃物混入が大きい廃棄物又は粗大廃棄物等のように、ガス化処理、メタン発酵処理に不適当な廃棄物であり、例えば建築廃材、シュレッダダスト等の高カロリー廃棄物が挙げられる。
【００４２】
前記低カロリーごみ処理ラインは、低カロリーごみ１０が供給されるメタン発酵槽１１と、該メタン発酵槽にて生じた消化汚泥が導入される脱水機１２と、脱水により生じた廃液１３が導入される排水処理装置１５と、高度処理装置１６と、を備えている。
前記高カロリーごみ処理ラインは、高カロリーごみ２０が供給されるガス化炉２１と、ガス化により生成したＣＯ、Ｈ２を主成分とするガス化ガスが導入されるガス精製装置２４と、精製ガスが導入されるメタノール合成装置２５と、該メタノール合成装置２５にて生成されたメタノールが導入されるＤＭＥ合成装置２７と、前記メタノール合成装置２５で生成されたメタノール２６及び前記ＤＭＥ合成装置２７で合成されたＤＭＥが貯留される液体燃料タンク２９と、を備えている。
【００４３】
前記産業廃棄物焼却処理ラインは、産業廃棄物４０を焼却処理する焼却炉４１と、該焼却４１からの排ガスが導入され、廃熱回収するボイラ４３と、排ガス処理設備４４と、を備えている。
前記焼却炉４１は、公知の各種装置を採用可能であって特に限定されるものではなく、例えばストーカ炉、循環流動床炉、気泡流動床炉、ロータリーキルン炉等が用いられる。
【００４４】
次に、本実施例に係る処理方法を説明する。
本実施例３では、低カロリーごみ１０及び高カロリーごみ２０は上記した実施例１と同様の処理を行い、一方、前記産業廃棄物４０は焼却炉４１にて焼却処理され、焼却灰４２は不図示の灰処理設備に送られる。前記焼却炉４１にて発生した排ガスはボイラ４３に送給され、該ボイラ４３にて廃熱回収されて水蒸気４６が生成される。この水蒸気４６は前記ガス化炉２１に送られ、ガス化剤として利用することが好ましい。また、ボイラ４３から排出された排ガスは排ガス処理設備４４にて無害化され、排ガス４５として大気放出される。
このように、建築廃材等の産業廃棄物を焼却炉にて処理し、ボイラ４３により熱回収を行い、ガス化炉２１の予熱水蒸気として利用することによりコスト削減が達成できるとともに、廃棄物中の有価物を有効利用できる。
【００４５】
また、本実施例３に発電設備を加えたシステムを図５に示す。
図５に示されるように、前記ボイラ４３で生成した水蒸気４６を蒸気タービン４７に送給し、該水蒸気４６で蒸気タービン４７を回転させ、これに連結された発電機１５を駆動することにより電力４８を発生させる。
また、前記メタン発酵槽１１にて発生したバイオガス１９をガス精製装置５１に送給し、該ガス精製装置５１にてＣＯ２等の不純物ガスを除去し、精製バイオガスを燃料としてガスエンジン発電機、又はガスタービン発電機５２を駆動させて発電し、電力５３を回収するようにしても良い。
このとき、前記発電機は、上記した他にも、燃料電池式発電装置、ガスエンジン−蒸気タービン式発電装置、ガスタービン−蒸気タービン式発電装置、燃料電池−スチームタービン式発電装置、燃料電池−ガスエンジン−スチームタービン式発電装置等にすることも可能である。
この発電設備により回収した電力は系内利用することにより、系外からの電力コストを削減することができる。また、廃棄物を有価エネルギーに転換して有効利用することができる。
【実施例４】
【００４６】
図６に本実施例４に係る複合廃棄物処理システムのフロー図を示す。
本実施例４に係る複合廃棄物処理システムは、低カロリーごみ１０をメタン発酵処理し、得られたバイオガスから液体燃料を製造する低カロリーごみ処理ラインと、高カロリーごみ２０を焼却処理する高カロリーごみ処理ラインと、から構成される。
前記高カロリーごみ処理ラインは、高カロリーごみ２０が供給される焼却炉７０と、焼却炉７０からの排ガスが導入されて廃熱回収するボイラ７１と、ボイラ７１で生成した水蒸気を利用して発電を行なう蒸気タービン発電機７３と、を備え、前記ボイラ７１からの高温排ガス７２は後述する改質装置６１、液体燃料合成装置６３に送給し、廃熱利用する。または、排ガス処理された後、大気放出される。また、前記ボイラ７１で生成した水蒸気の一部は後述する改質装置６１に送給される。
前記低カロリーごみ処理ラインは、低カロリーごみ１０が供給されるメタン発酵槽１１と、該メタン発酵槽にて生じた消化汚泥が導入される脱水機１２と、脱水により生じた廃液１３が導入される生物処理装置１５と、生物処理後の廃液が導入される凝集沈殿装置１６と、また、前記メタン発酵槽１１にて発生したバイオガスが導入される脱硫装置６０と、脱硫後のバイオガスが導入される改質装置６１と、改質ガスを冷却するガス冷却塔６２と、冷却した改質ガスが導入される液体燃料合成装置６３と、合成された液体燃料が貯留される液体燃料タンク６４と、を備えている。
【００４７】
次に、本実施例４に係る処理方法を説明する。
まず、高カロリーごみ２０は焼却炉７０にて焼却処理され、該焼却炉７０からの排ガスはボイラ７１に導入されて廃熱回収された後、高温排ガス７２は、改質装置６１、液体燃料合成装置６３に送給し、廃熱利用するか、排ガス処理された後、大気放出される。
前記ボイラ７１にて生成された水蒸気は蒸気タービン発電機７３に送給され、ここで発電に利用され、発電電力７４は場内利用される。また、前記水蒸気の一部は前記改質装置６１に送給され、改質剤として用いられる。
【００４８】
低カロリーごみ１０はメタン発酵槽１１に送給され、該メタン発酵槽１１にてメタン発酵されてバイオガスと消化汚泥に分解され、該バイオガスは不純物を除去されたメタンガス１９としてシステム内で場内利用される。好適なメタンガス１９の利用先としては、高カロリーごみを処理する焼却炉７０の助燃剤が挙げられる。
一方、前記メタン発酵により発生した消化汚泥は、脱水機１２にて脱水される。脱水廃液１３は排水処理装置１５にて有機物、窒素化合物等を分解された後に高度処理装置１６にて処理され、処理水１７は放流される。このとき、好適には高度処理した処理水の一部１７は水とともに前記ボイラ７１に送給し、前記焼却炉７０の廃熱により水蒸気を生成して前記改質装置６１に導入し、改質剤として用いる。前記脱水器１２から排出した残渣（脱水汚泥）１４、凝集沈殿装置１６にて分離された残渣１８は、高カロリーごみ２０と混合されて処理される。
【００４９】
また本実施例４では、前記メタン発酵槽１１にて発生したバイオガスを脱硫装置６０にて脱硫し、不純物を除去した後に改質装置６１に送給し、Ｎｉ系金属触媒の存在下で１８０〜３００℃、６〜８ａｔｍの条件下で改質反応することによりＣＯ、Ｈ２を主成分とする改質ガスに改質し、さらにガス冷却塔６２にて該改質ガスを冷却した後、液体燃料合成装置６３に供給する。該液体燃料合成装置６３では、前記改質ガスを原料として、前記実施例１に記載したメタノール合成反応、ＤＭＥ合成反応、ＦＴ合成反応によりメタノール、ＤＭＥ、その他の液体炭化水素燃料等の液体燃料を製造する。製造した液体燃料は液体燃料タンク６４に貯留される。
また、本実施例では前記脱硫装置６０としてＰＳＡ装置を用いることが好ましい。ＰＳＡ装置の具体的構成は、前記実施例２に記載した構成と略同様のものである。このようにＰＳＡ装置を用いることにより、バイオガスから硫化水素とＣＯ２を同時に除去することができ効率的である。
【００５０】
さらに、前記前記改質装置６１と蒸留装置の熱源として、前記改質ガスの廃熱若しくは余剰のバイオガスを燃焼した燃焼熱（１１００℃程度）を用いても良いが、好適には前記ボイラ７１からの高温排ガス７２を用いることが好ましい。これにより、本システム内の燃料は自給できるようになり、自立型プロセスとすることができる。
本実施例によれば、廃棄物から貯蔵性、輸送性の良い汎用性に優れた液体燃料を得ることができ、廃棄物処理のみならず地球温暖化対策にも貢献できるシステムとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施例１に係る複合廃棄物処理システムのフロー図である。
【図２】本発明の実施例２に係る複合廃棄物処理システムのフロー図である
【図３】図２に示した実施例２に係るシステムの炭化物処理ラインを示すフロー図である。
【図４】本発明の実施例３に係る複合廃棄物処理システムのフロー図である。
【図５】図４に示した実施例３に発電設備を設けた場合の複合廃棄物処理システムのフロー図である。
【図６】本発明の実施例４に係る複合廃棄物処理システムのフロー図である。
【図７】従来の廃棄物処理システムを示すフロー図である。
【符号の説明】
【００５２】
１０ 低カロリーごみ
１１ メタン発酵槽
２０ 高カロリーごみ
２１ ガス化炉
２２ ガス化ガス
２４ ガス精製装置
２５ メタノール合成装置
２６ メタノール
２７ ＤＭＥ合成装置
２８ ＤＭＥ
３０ 木質系廃棄物
３１ 炭化炉
３２’ スラリー燃料
４０ 産業廃棄物
６１ 改質装置
６３ 液体燃料合成装置
２１０ スラリー燃料製造装置
２１１ 改質装置
２１２ 熱回収装置
２１４ ＰＳＡ装置
２１５ 液体燃料合成装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
低カロリー廃棄物をメタン発酵処理するメタン発酵槽を備えた低カロリー廃棄物処理ラインと、高カロリー廃棄物をガス化するガス化炉を備えた高カロリー廃棄物処理ラインと、からなる複合廃棄物処理システムにおいて、
前記ガス化炉にて発生したガス化ガスを精製するガス精製装置と、該精製したＣＯ、Ｈ２を主成分とする精製ガスから液体燃料を合成する液体燃料合成装置と、を設けるとともに、前記メタン発酵槽にて発生したバイオガスを前記ガス化炉に助燃剤として送給することを特徴とする複合廃棄物処理システム。
【請求項２】
前記高カロリー廃棄物を炭化処理する炭化炉を設け、該炭化炉にて製造した炭化物を前記ガス化炉に導入してガス化することを特徴とする請求項１記載の複合廃棄物処理システム。
【請求項３】
前記高カロリー廃棄物を炭化処理する炭化炉と、該炭化炉にて生成した炭化物を液媒体と混合してスラリー化するスラリー燃料製造装置と、を設け、該スラリー燃料製造装置にて得られたスラリー燃料を前記ガス化炉に導入してガス化することを特徴とする請求項１記載の複合廃棄物処理システム。
【請求項４】
前記メタン発酵槽にて生じた発酵液を廃水処理する廃水処理装置を設け、該廃水処理後の処理水を加熱して生成した水蒸気を前記ガス化炉にガス化剤として導入することを特徴とする請求項１記載の複合廃棄物処理システム。
【請求項５】
前記高カロリー廃棄物を焼却処理する焼却炉と、該焼却炉の排ガスから廃熱回収するボイラと、を設け、該ボイラにて生成した水蒸気を前記ガス化炉にガス化剤として導入することを特徴とする請求項１記載の複合廃棄物処理システム。
【請求項６】
低カロリー廃棄物をメタン発酵処理するメタン発酵槽と、該メタン発酵槽にて発生したバイオガスを精製するガス精製装置と、を備えた低カロリー廃棄物処理ラインと、高カロリー廃棄物に焼却、ガス化等の加熱処理を施す熱処理炉を備えた高カロリー廃棄物処理ラインと、からなる複合廃棄物処理システムにおいて、
前記メタン発酵槽にて発生したバイオガスの少なくとも一部をＣＯ、Ｈ２を主成分とする改質ガスに改質する改質装置と、該改質ガスから液体燃料を合成する液体燃料合成装置と、を設けるとともに、前記バイオガスの他の一部を前記熱処理炉に助燃剤として送給することを特徴とする複合廃棄物処理システム。
【請求項７】
前記熱処理炉の高温排ガスを前記改質装置に送給し、該高温排ガスを前記改質装置の加熱に用いることを特徴とする請求項６記載の複合廃棄物処理システム。
【請求項８】
前記熱処理炉の廃熱を用いて水蒸気を生成するボイラを設け、前記メタン発酵槽から排出され、廃水処理した処理水を前記ボイラに導入して水蒸気を生成し、該生成した水蒸気を前記改質装置に改質剤として導入することを特徴とする請求項６記載の複合廃棄物処理システム。
【請求項９】
前記ガス精製装置が、原料ガスを通流させる吸着塔と、該吸着塔内を減圧排気する減圧排気手段と、該吸着塔内部に配設された吸着剤と、を備え、圧力スイング吸着法により原料ガス中に含有される不純物ガスを選択的に吸着、分離し、目的とする精製ガスを高純度で回収する装置であることを特徴とする請求項１若しくは６記載の複合廃棄物処理システム。
【請求項１０】
前記液体燃料製造装置でメタノールを製造する場合であって、該製造したメタノールをメタン発酵液の脱窒処理の炭素源として生物処理装置に導入することを特徴とする請求項１若しくは６記載の複合廃棄物処理システム。
【請求項１１】
前記液体燃料合成装置にて製造した液体燃料を輸送する輸送手段を備えた請求項１若しくは６記載の複合廃棄物処理システムであって、該輸送手段の輸送用燃料として前記液体燃料を用いることを特徴とする複合廃棄物処理システム。
【請求項１２】
前記メタン発酵槽にて発生したバイオガスからＣＯ２を分離回収するガス分離装置を設け、前記ＣＯ２を前記ガス化炉に流動化ガスとして導入することを特徴とする請求項１若しくは６記載の複合廃棄物処理システム。
【請求項１】
低カロリー廃棄物をメタン発酵処理するメタン発酵槽を備えた低カロリー廃棄物処理ラインと、高カロリー廃棄物をガス化するガス化炉を備えた高カロリー廃棄物処理ラインと、からなる複合廃棄物処理システムにおいて、
前記ガス化炉にて発生したガス化ガスを精製するガス精製装置と、該精製したＣＯ、Ｈ２を主成分とする精製ガスから液体燃料を合成する液体燃料合成装置と、を設けるとともに、前記メタン発酵槽にて発生したバイオガスを前記ガス化炉に助燃剤として送給することを特徴とする複合廃棄物処理システム。
【請求項２】
前記高カロリー廃棄物を炭化処理する炭化炉を設け、該炭化炉にて製造した炭化物を前記ガス化炉に導入してガス化することを特徴とする請求項１記載の複合廃棄物処理システム。
【請求項３】
前記高カロリー廃棄物を炭化処理する炭化炉と、該炭化炉にて生成した炭化物を液媒体と混合してスラリー化するスラリー燃料製造装置と、を設け、該スラリー燃料製造装置にて得られたスラリー燃料を前記ガス化炉に導入してガス化することを特徴とする請求項１記載の複合廃棄物処理システム。
【請求項４】
前記メタン発酵槽にて生じた発酵液を廃水処理する廃水処理装置を設け、該廃水処理後の処理水を加熱して生成した水蒸気を前記ガス化炉にガス化剤として導入することを特徴とする請求項１記載の複合廃棄物処理システム。
【請求項５】
前記高カロリー廃棄物を焼却処理する焼却炉と、該焼却炉の排ガスから廃熱回収するボイラと、を設け、該ボイラにて生成した水蒸気を前記ガス化炉にガス化剤として導入することを特徴とする請求項１記載の複合廃棄物処理システム。
【請求項６】
低カロリー廃棄物をメタン発酵処理するメタン発酵槽と、該メタン発酵槽にて発生したバイオガスを精製するガス精製装置と、を備えた低カロリー廃棄物処理ラインと、高カロリー廃棄物に焼却、ガス化等の加熱処理を施す熱処理炉を備えた高カロリー廃棄物処理ラインと、からなる複合廃棄物処理システムにおいて、
前記メタン発酵槽にて発生したバイオガスの少なくとも一部をＣＯ、Ｈ２を主成分とする改質ガスに改質する改質装置と、該改質ガスから液体燃料を合成する液体燃料合成装置と、を設けるとともに、前記バイオガスの他の一部を前記熱処理炉に助燃剤として送給することを特徴とする複合廃棄物処理システム。
【請求項７】
前記熱処理炉の高温排ガスを前記改質装置に送給し、該高温排ガスを前記改質装置の加熱に用いることを特徴とする請求項６記載の複合廃棄物処理システム。
【請求項８】
前記熱処理炉の廃熱を用いて水蒸気を生成するボイラを設け、前記メタン発酵槽から排出され、廃水処理した処理水を前記ボイラに導入して水蒸気を生成し、該生成した水蒸気を前記改質装置に改質剤として導入することを特徴とする請求項６記載の複合廃棄物処理システム。
【請求項９】
前記ガス精製装置が、原料ガスを通流させる吸着塔と、該吸着塔内を減圧排気する減圧排気手段と、該吸着塔内部に配設された吸着剤と、を備え、圧力スイング吸着法により原料ガス中に含有される不純物ガスを選択的に吸着、分離し、目的とする精製ガスを高純度で回収する装置であることを特徴とする請求項１若しくは６記載の複合廃棄物処理システム。
【請求項１０】
前記液体燃料製造装置でメタノールを製造する場合であって、該製造したメタノールをメタン発酵液の脱窒処理の炭素源として生物処理装置に導入することを特徴とする請求項１若しくは６記載の複合廃棄物処理システム。
【請求項１１】
前記液体燃料合成装置にて製造した液体燃料を輸送する輸送手段を備えた請求項１若しくは６記載の複合廃棄物処理システムであって、該輸送手段の輸送用燃料として前記液体燃料を用いることを特徴とする複合廃棄物処理システム。
【請求項１２】
前記メタン発酵槽にて発生したバイオガスからＣＯ２を分離回収するガス分離装置を設け、前記ＣＯ２を前記ガス化炉に流動化ガスとして導入することを特徴とする請求項１若しくは６記載の複合廃棄物処理システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００６−２０５１３５（Ｐ２００６−２０５１３５Ａ）
【公開日】平成１８年８月１０日（２００６．８．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２４３９６（Ｐ２００５−２４３９６）
【出願日】平成１７年１月３１日（２００５．１．３１）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年８月１０日（２００６．８．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１月３１日（２００５．１．３１）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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