(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
沈降装置の形状が多角形柱もしくは円筒形であって、本体が上部槽と下部槽に分離されており、当該上部槽は底面が開放されており、また当該下部槽は上面が開放されている構造のガス化可燃性ガス含有物の沈降分離装置であって、地面への投影形状において当該上部槽が当該下部槽の内部に納まるものであり、当該下部槽の底部に捕集水を貯留し、上部槽は捕集水によって外気と遮断されている構造であり、当該上部槽は、上下に移動することで、体積が変わることを特徴とするガス化可燃性ガス含有物の沈降分離装置。
【請求項２】
沈降分離装置へのガス入口配管からのガス化可燃性ガスの流入方向に対して、ガス化可燃性ガスの出口配管の流れ方向が９０度以上であることを特徴とする請求項１に記載のガス化可燃性ガス含有物の沈降分離装置。
【請求項３】
円筒形又は多角形柱形状の沈降分離装置であって、当該装置の高さと最大幅の積がガス入口配管の面積の１００倍以上である沈降分離装置であることを特徴とする請求項１又は２に記載のガス化可燃性ガス含有物の沈降分離装置。
【請求項４】
装置底部並びに水面から１ｍ以内の部位にて捕集水を抜き出す構造であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のガス化可燃性ガス含有物の沈降分離装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石炭、ピッチ、オイルコークス、廃油、有機下水汚泥や廃木材などのバイオマス、廃プラスチック、一般家庭ごみ、繊維系廃棄物などの有機物を含む物質を可燃性ガスとするガス化炉から発生した可燃性ガス（本発明では「ガス化可燃性ガス」という。）に含まれる固体及び液体の含有物を沈降分離する装置に関する。また、ガス化炉から発生したガス化可燃性ガスを製鉄業において発生する副生ガスと混合できる性状とすることにも関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、資源問題や環境問題への注目が強くなるに従って、石油資源の枯渇や炭酸ガス排出削減のニーズが強くなりつつある。そのために、化石燃料の代替エネルギーとして、バイオマス利用や廃棄物リサイクルが推進されつつある。化石燃料代替技術としては、天然繊維やでんぷんをエタノールなどに加工する方法、廃木材や廃プラスチックを固形燃料（ＲＰＦ）に加工する方法、廃プラスチックを炭化水素油に転換する方法、廃木材、下水有機汚泥や廃プラスチックを可燃性ガスに転換する方法や、高炉やコークス炉などの製鉄設備で使用する方法などが行われている。
【０００３】
これらの方法のうち、石炭、ピッチ、オイルコークス、廃木材、下水有機汚泥、廃プラスチック、一般家庭ごみ、衣料屑や強化プラスチックなどの有機系産業廃棄物、木材などを含む建設廃棄物などの有機物を含む物質を可燃性ガスに転換する方法（ガス化技術）は、各種の有機物を使用することができ、かつ、これらの混合物であっても問題がない利点がある。また、ガス化技術により回収したガス化可燃性ガスは、水素、一酸化炭素、メタン、場合によっては、更に他の可燃性炭化水素を多く含むものである。このガス化可燃性ガスは、１立方メートル当り６〜１５ＧＪの燃焼熱を持つことから、ボイラーや加熱炉の燃料として利用できる。また、水素と一酸化炭素を中心とするガス化可燃性ガスを回収する場合は、アンモニアやメタノールなどの化学原料を製造する工程でも使用することができる。また、このガス化技術は、石炭、ピッチ、オイルコークスのガス化にも応用されるものである。
【０００４】
廃棄物やバイオマスを使用するガス化処理では、状況により原料が安定的に入荷しないことがあることから、これを単独の燃料として、ボイラーや加熱炉を操業することができない場合が多い。このような理由で、ガス化可燃性ガスは、天然ガスや重油などの燃料と混合して、使用されることが多い。例えば、高炉とコークス炉を持つ製鉄所での副生可燃性ガスとガス化可燃性ガスを混合して、燃料ガスとして使用する例がある。また、ガス化可燃性ガスを化学原料用のガスと、ナフサ等をガス化したガスを混合して使用する例がある。
【０００５】
このように、ガス化技術で回収したガス化可燃性ガスを使用することで、化石燃料を代替することが可能となる。しかし、このような方法で得たガス化可燃性ガスには、種々の混在物が存在している。これが、ガスの清浄度を低める。原料であるバイオマスや廃プラスチックには、灰分が含まれている。灰分は、酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化ナトリウムなどの無機物である。一般的には、石炭やバイオマスには１０〜３０質量％の灰分が含まれ、また、廃プラスチックには３〜５質量％の灰分が含まれる。この灰分のある比率は炉内のボトムアッシュやスラグとなって分離された状態で、ガス化炉外に排出されるが、一部はダストとしてガスに混在してしまう。また、バイオマスや廃プラスチックがガス化する際には、完全にガス化しない物質（ススとタール）が残る場合がある。例えば１０００℃以上の高温で、かつ酸素が十分に供給されている条件では、ガスのほとんどが水素と一酸化炭素になり、ガス化しない物質はほとんど発生しないが、メタンやエタンを残すガス化処理方法で、単位容積当りの発熱量の高いガスを得る場合は、ススとタールが発生する。これは、ガスとともにガス処理装置内に入っている。
【０００６】
これらのダスト、スス、及びタールは、１マイクロメートル以下から数十マイクロメートルの大きさのものが多い。これらは、ガス処理装置内に付着する問題を起こしたり、最終的にガスとともにボイラーなどのバーナーに到着した場合は、バーナーや流量計の内部に付着して、詰まりの原因となる。従って、ガス化炉から出たガス化可燃性ガスは、除塵装置とタール回収装置で浄化された後に、燃料や化学原料向けのガスとなる。
【０００７】
ガス化可燃性ガスを浄化する方法としては、例えば特許文献１に記載されているように、湿潤状態の繊維フィルターを用いてミストや煤塵を除去する方法や、特許文献２に記載されているように、排ガスに冷却液を微細化して噴霧し、排ガスを上昇させて、この際に、粉塵を細くした粒子を重力により捕捉する方法があった。これらの方法により、ガス化可燃性ガス中のダスト、スス、タールを除去して、ガス処理装置の閉塞や故障が起きないようにし、かつガス化可燃性ガスを燃焼工程で環境問題や装置の故障が起きないようにすることが行われていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−２１４７６号公報
【特許文献２】特開平３−７２９１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記のように、有機物を含む廃棄物などをガス化処理し、ガス化可燃性ガスを浄化するための従来技術が行われてきた。前述の繊維フィルターや微細化した冷却液の噴霧などの技術で、ガス化可燃性ガス中のダスト、スス及びタール（以下、ミスト煤塵と称する）の大部分、一般的には、９０〜９８％が除去できるが、これらの方法では、いっそうの含有率低下は難しかった。この結果、従来技術では、ガス処理装置の内部のミスト煤塵による汚れによる装置停止の問題は回避できていたが、ガス化可燃性ガスを燃焼工程で環境問題や装置の故障が起きないようにすることは、必ずしも上手くできていたわけではなかった。
【００１０】
例えば繊維フィルターでの除去技術では、通常は繊維フィルターの隙間が０．１〜数ｍｍであり、ガス中のミスト煤塵のうち微細なものがフィルターをすり抜けてしまい、完全な除去が難しかった。特に数マイクロメートル以下の粒子を捕捉することは難しかった。この対応方法としては、繊維フィルター隙間を狭くして、ミスト煤塵がすり抜けないようにすることが考えられるが、この対応により、繊維フィルターでのガス圧力損失が大きくなる問題があった。この結果、より多くの繊維フィルターが必要となって、ガス浄化装置が大きくなることと、ガス圧送電力増加の問題があった。また、このような構造のフィルターでは、目詰りが起きやすくなることから、頻繁にフィルターを清掃することが必要になる問題があった。この結果、ガス化炉の稼働率が低下する問題があった。
【００１１】
一方で、冷却液の噴霧技術は固体であるダスト除去に向いた方法であるが、タールなどの油を含むミスト煤塵の除去を完全にできる技術ではなかった。つまり、この構造のミスト煤塵除去装置では、捕集機能を持つ冷却液の微細なミストが後流に流れる反転流れを用いて除塵するが、重力分離の原理を用いるため、分離効率を高くするためには流速を高くする必要がある。従って、ガス流速よりも終末速度が小さな粒子は分離することができない問題があった。また、水と濡れ性が悪いタール系の粒子やススを除去することは難しかった。従って、冷却液の噴霧技術においても、ミスト煤塵の完全な除去はできなかった。
【００１２】
以上に説明したように、従来技術では、ミスト煤塵を高効率に除去することはできず、ガス化装置を正常に運転することはできるものの、ガス化可燃性ガスをボイラーや加熱炉で使用する際に、ガス利用のための装置に支障が起きないガス清浄度にすることはできていなかった。この結果、従来技術では、ミスト煤塵の除去が不完全であるか、高除去率で除去できても装置の清掃のために頻繁に装置を止める必要があった。従って、上記の課題を解決するための新しい技術が求められていた。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、ガス化炉から発生するダスト、スス、油質などからなるミスト煤塵を含むガス化可燃性ガスを清浄化する際に起きる問題を解決するためになされたものであり、その内容は（１）から（４）に記載される通りである。
【００２６】
（１）沈降装置の形状が多角形柱もしくは円筒形で、本体が上部槽と下部槽に分離されており、当該上部槽は底面が開放されており、また当該下部槽は上面が開放されている構造の沈降分離装置である。この装置の地面への投影形状は、当該上部槽が当該下部槽の内部に納まるものである。当該下部槽の底部に捕集水を貯留し、当該上部槽は、捕集水によって、外気と遮断されている。当該上部槽は、上下に移動することで、体積が変わり、ガス化可燃性ガス量の変動に対し常に適切な滞留時間を維持する構造となっている。
【００２７】
（２）沈降分離装置へのガス入口配管からのガス化可燃性ガスの流入方向に対して、ガ
ス化可燃性ガスの出口配管の流れ方向が９０度以上である構造の（１）に記載のガス化
可燃性ガス含有物の沈降分離装置である。
【００２８】
（３）円筒形又は多角形柱形状の沈降分離装置であって、当該装置の高さと最大幅の積がガス入口配管の面積の１００倍以上である沈降分離装置を使用する構造の（１）又は（２）に記載のガス化可燃性ガス含有物の沈降分離装置である。
【００２９】
（４）沈降分離装置の底部から捕集水とミスト煤塵の混合物を抜き出すとともに、水面から１ｍ以内の部位からも捕集水を抜き出す構造である（１）から（３）のいずれか１つに記載のガス化可燃性ガス含有物の沈降分離装置である。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、ガス化可燃性ガス中のミスト煤塵を高効率で除去することができ、ガス化可燃性ガスを燃料ガスや化学原料向けのガスとして有効利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】ガス化可燃性ガス含有物の沈降分離方法を実施するガス化処理設備の装置構成例を示す図である。
【図２】図１のガス化処理設備で使用する沈降分離装置の一例を示す断面図である。
【図３】沈降分離装置の他の例（参考例）を示す断面図である。
【図４】図２の沈降分離装置を簡略化して示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
ガス化炉にて、石炭、ピッチ、オイルコークス、廃油、有機下水汚泥や廃木材などのバイオマス、廃プラスチック、一般家庭ごみ、繊維系廃棄物などの有機物を含む物質をガス化可燃性ガスに転換する。ガス化炉の型式は、シャフト式、ロータリーキルン式、流動床式などがあり、基本的には、有機物を乾留したり、水蒸気や酸素などと反応させることで、ガス化可燃性ガスを得る利用法である。ガス化可燃性ガスには、可燃性の一酸化炭素、水素、メタンなどが含まれる。例えば、ガス化処理設備は、図１に示されるように、原料供給装置１、ガス化炉２、ガス改質室３、ガス冷却装置４、一次集塵機５、塩化水素・硫黄化合物除去装置６、沈降分離装置７などから構成されるものである。例えば、シャフト方式のガス化炉では、炉下部から酸素若しくは空気を吹き込み、炉内で原料を部分燃焼させて熱を発生させ、発生した熱を原料と熱交換することで熱分解反応を行って、ガス化反応制御により、有機物をガス化する。回収されるガス化可燃性ガスは、６ＭＪ／Ｎｍ３（低カロリー例）から１５ＭＪ／Ｎｍ３（高カロリー例）のものがある。低カロリーのガス化可燃性ガス中の可燃含有ガスは、一酸化炭素と水素を中心とするものであり、高カロリーのガス化可燃性ガス中の可燃含有ガスは、一酸化炭素、水素、及びメタンなどの炭化水素ガスを中心とするものである。
【００３３】
原料である有機物を原料供給装置１にてガス化炉２に供給し、ガス化炉２にて、水蒸気と酸素を用いてガス化する。ガス化反応が完了した直後のガス化可燃性ガス中にタール分が多い場合は、ガス改質室３にて、タール分を一酸化炭素、水素、メタンなどに転換する。改質後のガス化可燃性ガスは、７００〜１１００℃の高温であることから、ガス冷却装置４にて、水を散布して冷却する。その具体的方法はスクラバ、ジェットスクラバ、ベンチュリースクラバ、濡れ壁等である。ガス化可燃性ガスには、原料の有機物に含まれる無機物が飛散したダストやススが含まれる。また、ガス化可燃性ガスにメタンやエタンなどが含まれる場合は、タール蒸気が含有される。このタール蒸気は、ガス冷却時に液体となる。従って、ガス化可燃性ガスは、ダスト、スス、タールを含むものである。以下、ダスト、スス、タールからなるガス混在物をミスト煤塵と称する。ミスト煤塵は、おもに粒子径１から２０マイクロメートルのものであり、炭素質を中心とし、見かけ比重は０．７〜１．２ｋｇ／Ｌ程度である。
【００３４】
ガス冷却装置４でのガス温度は、入口で６００〜１１００℃であり、出口では５０〜８０℃とする。ここでの水蒸気分圧は飽和水蒸気分圧の９５％以上とする。ミスト煤塵含有率が高い場合は、その後、一次集塵機５にて、ミスト煤塵の一部を除去する。一次集塵装置５の型式はいずれのものでも良く、例えば、サイクロンやスクラバにて水を散布して吸収させる方法で行う。また、ガス化可燃性ガスに、塩化水素もしくは硫黄酸化物が混入している場合は、塩化水素・硫黄化合物除去装置６にて、これを除去することもある。
【００３５】
以上の方法で得られたガス化可燃性ガスを沈降分離装置７に送る。この時のガス化可燃性ガスは、ミスト煤塵濃度が３０〜１０００ｍｇ／立方メートルであることが良い。３０ｍｇ／立方メートル未満では、本発明の方法を実施する必要がなく、１０００ｍｇ／立方メートル超であれば、沈降分離装置７の内部に大量の沈殿物が蓄積されて、清掃頻度が高くなり、連続操業できなくなることがある。また、更に５００ｍｇ／立方メートル以下のミスト煤塵濃度であることが良く、この５００ｍｇ／立方メートル以下は、後述する、底部に捕集水を張ってある形式の沈降分離装置７の水循環により沈殿物を排除できる量となるため、より望ましい濃度である。
【００３６】
沈降分離装置７では、ガス化可燃性ガス中のミスト煤塵を除去して、燃料として使用できる清浄度とする。沈降分離装置７は、基本的に重力式の沈降槽である。水蒸気分圧が飽和水蒸気分圧の９５％以上のガス化可燃性ガスを沈降分離装置７に導入して、この内部で圧力を、ガス冷却装置４の出口よりも２ｋＰａ以上高くし、かつガス化可燃性ガス温度を５℃以上低くする。この操作により、ガス化可燃性ガス中の水蒸気を凝集させて、水ミストとする。この水ミストとミスト煤塵が接触することにより、ミスト煤塵の粒子径が大きくなり、沈降速度が増加する。その結果、単純な重力式沈降装置であっても、効率的にミスト煤塵を分離できる。特に、ガス冷却装置４の出口と沈降分離装置８内部の圧力差を、３ｋＰａ以上とし、かつガス化可燃性ガス温度差を１５℃以上とすると、水ミストの発生量が多くなり、ミスト煤塵の粒子径が２０マイクロメートル以上となりやすくなるため、ミスト煤塵の分離効率が更に良くなる。ただし、沈降分離装置７内部の圧力は１５ｋＰａ以下であることが良い。これは、高圧化すると、水中への塩化水素の溶解が促進されて、装置の鉄板の腐食が促進されることを防止するためである。
【００３７】
このような機能を有する沈降分離装置７としては、槽内部の底部に捕集水が張ってある構造のものがよい。このような沈降分離装置７の内部温度は１０〜６０℃が良い。これは、６０℃超では、捕集水の蒸発が起きやすく、これに伴う上昇気流がミスト煤塵の降下に影響するからである。また、１０℃未満の場合は、捕集後のミスト煤塵の集合体の粘度が高くなってしまい、捕集水の底に沈殿したミスト煤塵の回収が困難になるからである。
【００３８】
沈降分離装置７の構造は、基本的に、容積を大きく取れて、その内部でのミスト煤塵が凝集沈降する構造であれば良いが、沈降分離装置７内のガス化可燃性ガスの最低流速を毎秒０．１ｍ以下とすることで沈降を促進できる。また、沈降分離装置７の内部のガス化ガス滞留時間を３００秒以上とすることで、ミスト煤塵が沈降する時間を確保する。なお、ここで滞留時間とは、沈降分離装置７の内部容積をガス化可燃性ガス流入速度（立方メートル／秒）で割った値である。更に、沈降分離装置７の容積を変えられる構造であると更に良い。沈降分離装置７の容積を適宜変えることにより、装置内部のガス化可燃性ガスの混合が良くなり、この結果、装置内部の最短距離に近い部分をガス化可燃性ガスが短時間で通過する現象（ショートパス）を防止することで、よりミスト煤塵の沈降率が良くなる。更に、沈降分離装置７が多角形柱もしくは円筒形のものであって、当該沈降分離装置の平均高さと最大幅の積がガス入口配管の面積の１００倍以上である場合は、ガス入口配管から、沈降分離装置７に導入されたガス化可燃性ガスがうまく広がり、ガス化可燃性ガスが分散して、流速が低下するとともに、ガスの熱伝達が良くなり、ガス化可燃性ガスの温度低下が速まり、水ミストの発生を速める効果がある。
【００３９】
この機能を有する沈降分離装置７の構造の例を図２に示す。沈降分離装置７は容器形状が多角形柱もしくは円筒形で、本体が上部槽１１と下部槽１２に分離されており、上部槽１１は底面が開放されており、また下部槽１２は上面が開放されている構造である。上部槽１１、下部槽１２ともに、鋼製の多角形柱もしくは円筒形の容器であり、その地面への投影形状は、上部槽１１が、下部槽１２の内部に納まるものである。下部槽１２の底部１３に捕集水１４を貯留し、上部槽１１は、捕集水１４によって、外気と遮断されている。上部槽１１は、上下に移動することで、体積が変わり、ガス化可燃性ガス量の変動に対し常に適切な滞留時間を維持する構造となっている。
【００４０】
沈降分離に十分な滞留時間を担保するため、最大ガス通過高さは、沈降装置本体の径に対し、１／４から２倍の間にすると良い。ガス通過高さが高すぎる場合には滞留時間内での分離が不十分となる場合がある。ガス通過高さが低すぎる場合には、沈降分離装置７内での偏流が発生しやすく、偏流による局部的な流速の上昇により水面が乱れ、捕捉物が再飛散する可能性がある。また、このような条件では、沈降分離装置７内へのガス入口配管１５の吐出ガス流速が１〜３０ｍ／ｓの範囲であり、かつ、沈降分離装置７のガス入口１６とガス出口１７の間隔がガス入口配管１５内での１秒当たりガス吐出流速の最大値の１／４倍以上であるとガスのガス分散が良くなる。更に、沈降分離装置７へのガス入口配管１５からのガス化可燃性ガスの流入方向に対して、ガス化可燃性ガスのガス出口配管１８の流れ方向が９０度以上（図２の例では１８０度）であるようにすることで、沈降分離装置７内のガス化可燃性ガスの滞留時間を十分に確保できる。
【００４１】
捕集水には、ミスト煤塵が凝集した、微細な固体粒子とタールスラッジが混在したものが蓄積する。沈降分離装置底部から油スラッジを含む捕集水を抜き出す。また、捕集水面上部に軽い油、煤等が浮くことから、水面が油で満たされると親水性の高い物質の吸着が阻害され、油分の揮発による再飛散が起こる問題があることから、水面上の油量を一定以下に保つために水面上部から捕集水とともに油分を除去する必要がある。このために、水面から１ｍ以内の部位にて捕集水を抜き出す。
【００４２】
図３に沈降分離装置の他の例（参考例）を示す。この例では、上部槽１１と下部槽１２を蛇腹構造の伸縮部１９で接続し、伸縮部１９が伸縮することで沈降分離装置７の内容積が変わるようにしている。
【００４３】
以上に説明した方法で浄化したガス化可燃性ガスは、ミスト煤塵の濃度が２０ｍｇ／立方メートル以下となり、ボイラーや加熱炉などの工業炉での使用が可能な純度となる。特に、コークス炉ガス、高炉ガス、転炉ガスなどの製鉄所で回収されている副生ガスと混合する場合は、本発明の方法は有効である。これらの副生ガスには水蒸気が多く含まれていることから、ミスト煤塵の濃度が高いガス化可燃性ガスとこれらの副生ガスを混合して使用する際に、ガス温度が低下することで、この混合ガス内に、水ミストが発生して、ガス配管内に、残留ミスト煤塵と水ミストが接触して、粒子径が大きくなったものが沈殿する現象が起きやすい。従って、本発明のガス化可燃性ガス含有物の沈降分離方法で浄化したガス化可燃性ガスと、製鉄所の副生ガスとを混合して使用することは非常に効果的である。
【実施例】
【００４４】
図２に示した沈降分離装置によってガス化可燃性ガス含有物の沈降分離試験を行った。図４に図２の沈降分離装置を簡略化して示すが、本実施例では、沈降分離装置７の上部槽１１の内径Ｄは９ｍ、内部高さＨは４．５ｍ、ガス入口１６とガス出口１７の距離Ｌは７ｍ、ガス入口配管１５からのガス化可燃性ガスの流入方向に対するガス出口配管１８の流れ方向のなす角度は１８０度とした。また、ガス入口１６における入口ガス流速は１２ｍ／ｓとし、上部槽１１の内部圧力は３ｋＰａとした。
【００４５】
試験結果を表１に示す。表１に示すように、ミスト煤塵濃度１００ｍｇ／Ｎｍ３の入口ガスについて、出口ガスではミスト煤塵濃度２０ｍｇ／Ｎｍ３まで低減することができた。
【００４６】
【表１】
0005489264.tif 000002
【符号の説明】
【００４７】
１  原料供給装置
２  ガス化炉
３  ガス改質室
４  ガス冷却装置
５  一次集塵機
６  塩化水素・硫黄化合物除去装置
７  沈降分離装置
１１  上部槽
１２  下部槽
１３  下部槽の底部
１４  捕集水
１５  ガス入口配管
１６  ガス入口
１７  ガス出口
１８  ガス出口配管
１９  伸縮部
【図１】
0005489264.tif 000003
【図２】
0005489264.tif 000004
【図３】
0005489264.tif 000005
【図４】
0005489264.tif 000006