(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機系廃棄物を投入し、ガス化剤を供給してガス化するガス化炉において、炉内を火格子を挟んで上下２室に分割し、上部を原料を供給し主として原料中の揮発分を固定床でガス化させるＡ室とし、下部をＡ室で揮発分の大部分がガス化されて残った固定炭素を主成分とする残渣を導入し、ガス化炉底部のガス化剤供給管から供給されるガス化剤により流動床を形成させて燃焼又はガス化させるＢ室とし、Ｂ室で発生した燃焼又はガス化ガスをＡ室に導いてガス化の熱源として使用するようにし、発生したガス化ガスはガス化炉上部に設けられたガス化ガス排出ダクトから排出するように構成してなる有機系廃棄物のガス化炉であって、前記ガス化剤供給管に分岐管を設け、前記ガス化剤の一部を前記Ｂ室上部に供給できるように構成してなることを特徴とする有機系廃棄物のガス化炉。
【請求項２】
前記Ａ室で生成する残渣をＢ室に導入する手段として、Ａ室底部に配設された火格子を振動及び／又は回転させる手段を設けてなることを特徴とする請求項１に記載の有機系廃棄物のガス化炉。
【請求項３】
前記ガス化ガス排出ダクトにサイクロンを配設し、サイクロンで捕集された残渣をＢ室に戻す残渣搬送管を設けてなることを特徴とする請求項１又は２に記載の有機系廃棄物のガス化炉。
【請求項４】
ガス化炉内に有機系廃棄物を投入し、ガス化剤を供給してガス化する有機系廃棄物のガス化方法において、炉内を火格子を挟んで上部Ａ室と下部Ｂ室とに分割されたガス化炉を使用し、Ａ室に原料を供給して主として原料中の揮発分を固定床によりガス化させ、発生したガス化ガスはガス化炉上部に設けられたガス化ガス排出ダクトから排出するようにし、Ａ室で揮発分の大部分がガス化されて残った固定炭素を主成分とする残渣は火格子を通してＢ室に導入し、ガス化炉底部のガス化剤供給管から供給されるガス化剤により流動床を形成させて燃焼又はガス化させ、前記ガス化剤供給管に分岐管を設けてガス化剤の一部をＢ室上部に供給するようにし、その流量を制御することによって、流動床の流動化を抑制すると共に流動床の温度及び層高を制御するようにし、Ｂ室で発生する燃焼又はガス化ガスをＡ室に導入して熱源として使用することを特徴とする有機系廃棄物のガス化方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は廃タイヤ、廃プラスチックスなどの有機系廃棄物をガス化するためのガス化炉及びそれを用いた有機系廃棄物のガス化方法、特に有機系廃棄物を原料としてカーボンブラックを製造するプロセスにおけるガス化装置として好適な有機系廃棄物のガス化炉及びそれを用いた有機系廃棄物のガス化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の廃タイヤ、廃プラスチックスなどの有機系廃棄物をガス化するための固定床ガス化炉の１例を図２に示す。図２の固定床ガス化炉０１において、上部より供給される有機系廃棄物０２は、下部の残渣中の固定炭素の部分燃焼により発生した熱により揮発分が熱分解、ガス化され、固定炭素を主成分とする残渣０３となる。残渣０３中の固定炭素は、バルブ０４を経て目皿０５の下部に供給される酸素含有ガスと水蒸気を混合したガス化剤０６により部分燃焼、ガス化すると共に、揮発分が熱分解するのに必要な熱を供給する。揮発分が熱分解、ガス化したガスと固定炭素がガス化したガスは合流し、有機系廃棄物ガス化ガス０７として取り出される。このときの反応は次の式（１）、（２）及び（３）のとおりである。
【０００３】
【化１】
Ｃ＋Ｏ２    →  ＣＯ＋ＣＯ２  ＋Ｑ１  （発熱）  （１）
（固定炭素の部分燃焼、ガス化による反応熱の供給）
Ｃ＋Ｈ２  Ｏ  →  ＣＯ＋Ｈ２  −Ｑ３  （吸熱）  （２）
（固定炭素と水蒸気との反応によるガス化）
Ｃｎ  Ｈｍ    →  Ｃｎ１Ｈｍ１−Ｑ２  （吸熱）      （３）
（ｎ＞ｎ１  ，ｍ＞ｍ１  ）
（揮発分の熱分解、ガス化）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
有機系廃棄物のガス化ガスをカーボンブラックの原料として使用する場合、ガス化炉から発生するガスをカーボン生成燃焼炉に導き、低酸素状態で燃焼させ、カーボンブラックを生成させる。このとき、低分子成分のガスは主として酸素と反応して燃焼し、高温場を形成する。そして高分子炭化水素ガスは高温場で脱水素、重縮合を繰り返しながら成長しカーボンブラックとなる。従って、カーボンブラックの歩留りを高くするためには原料中の固定炭素の一部をガス化剤と反応させ、その熱で原料中の揮発分熱分解・ガス化することによってナフタレン（Ｃ１０Ｈ８  ）やアントラセン（Ｃ１４Ｈ１０）などの芳香族炭化水素を含む高分子炭化水素ガスを多く発生させる必要がある。
【０００５】
ところが、図２のようなガス化炉で有機系廃棄物のガス化を行うと（廃タイヤの場合、特に）、揮発分のガス化から固定炭素燃焼の過程で粒子のかさ比重が極端に減少すると共に、粒子が分裂、細粒化し浮遊・流動化しやすい状態となり、固定床のバランスが崩れて廃棄物と固定炭素が混在する層を形成する。揮発分の反応速度は固定炭素の反応速度より大きいことから、廃棄物と固定炭素の混在状態では揮発分が先にガス化剤と反応して酸素を消費し、固定炭素がガス化するが、固定炭素のガス化ガスはＣＯを主体とする低分子成分であり、カーボンブラックの原料とはなり得ないのでカーボンブラックの収率が低下してしまう。
【０００６】
本発明はこのような従来技術における問題点を解決し、廃タイヤなどの有機系廃棄物中の揮発分を安定して熱分解・ガス化することができ、カーボンブラックの製造用原料として好適な高分子炭化水素を多量に発生させることができる有機系廃棄物のガス化炉及びそれを用いた有機系廃棄物のガス化方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のガス化炉は、
（１）有機系廃棄物を投入し、ガス化剤を供給してガス化するガス化炉において、炉内を火格子を挟んで上下２室に分割し、上部を原料を供給し主として原料中の揮発分を固定床でガス化させるＡ室とし、下部をＡ室で揮発分の大部分がガス化されて残った固定炭素を主成分とする残渣を導入し、ガス化炉底部のガス化剤供給管から供給されるガス化剤により流動床を形成させて燃焼又はガス化させるＢ室とし、Ｂ室で発生した燃焼又はガス化ガスをＡ室に導いてガス化の熱源として使用するようにし、発生したガス化ガスはガス化炉上部に設けられたガス化ガス排出ダクトから排出するように構成してなる有機系廃棄物のガス化炉であって、前記ガス化剤供給管に分岐管を設け、前記ガス化剤の一部を前記Ｂ室上部に供給できるように構成してなることを特徴とする有機系廃棄物のガス化炉、
（２）前記Ａ室で生成する残渣をＢ室に導入する手段として、Ａ室底部に配設された火格子を振動及び／又は回転させる手段を設けてなることを特徴とする前記（１）の有機系廃棄物のガス化炉、
（３）前記ガス化ガス排出ダクトにサイクロンを配設し、サイクロンで捕集された残渣をＢ室に戻す残渣搬送管を設けてなることを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の有機系廃棄物のガス化炉、
である。
【０００８】
本発明のガス化方法は、（４）ガス化炉内に有機系廃棄物を投入し、ガス化剤を供給してガス化する有機系廃棄物のガス化方法において、炉内を火格子を挟んで上部Ａ室と下部Ｂ室とに分割されたガス化炉を使用し、Ａ室に原料を供給して主として原料中の揮発分を固定床によりガス化させ、発生したガス化ガスはガス化炉上部に設けられたガス化ガス排出ダクトから排出するようにし、Ａ室で揮発分の大部分がガス化されて残った固定炭素を主成分とする残渣は火格子を通してＢ室に導入し、ガス化炉底部のガス化剤供給管から供給されるガス化剤により流動床を形成させて燃焼又はガス化させ、前記ガス化剤供給管に分岐管を設けてガス化剤の一部をＢ室上部に供給するようにし、その流量を制御することによって、流動床の流動化を抑制すると共に流動床の温度及び層高を制御するようにし、Ｂ室で発生する燃焼又はガス化ガスをＡ室に導入して熱源として使用することを特徴とする有機系廃棄物のガス化方法、である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明のガス化炉により有機系廃棄物のガス化を行う場合、ガス化炉上部から供給される原料（有機系廃棄物）はＡ室において下部の残渣中の固定炭素の部分燃焼により発生する熱により主として揮発分が熱分解・ガス化してガス化ガスを発生すると共に固定炭素を主成分とする残渣となる。この残渣は熱分解・ガス化の過程で細粒化し、所定の粒子径以下となって、Ａ室底部に設けられたスリット又は多孔板で構成される火格子を通過して落下しＢ室に導入される。Ｂ室に導入された残渣は、部分燃焼によりさらに細粒化し、Ｂ室底部の目皿を通して供給されるガス化剤（例えば酸素又は空気と水蒸気との混合ガス）により流動床状態で部分燃焼又はガス化する。
【００１０】
Ａ室内の火格子上の残渣の層高を制御する手段、すなわちＡ室の残渣をＢ室に導く手段として火格子を振動及び／又は回転させる手段（例えば揺動装置）を設けるのが好ましい。揺動の強度及び周期を適正化することにより、Ａ室内で残渣が流動化しないような残渣の層高を維持するとともに、火格子の目詰まりを防止することができる。また、揺動と同時に火格子をガス化炉軸心で回転させることによりＡ室内での残渣の層高の均一化とともに、Ｂ室で発生する熱ガスを均一にＡ室に導き、片燃え現象を防止することができる。
【００１１】
カーボンブラックの収率を高くするためには芳香族系炭化水素を含む高分子炭化水素ガスを多く発生させることが必要である。そのための揮発分の熱分解温度は５００〜７００℃が適正範囲である。この温度は主としてＢ室で発生した熱ガスの温度に依存するのでＢ室からＡ室へ送られる熱ガスの温度は８００〜１２００℃の範囲となるように制御する。
【００１２】
Ｂ室底部の目皿を通して供給するガス化剤はＢ室内の残渣がＡ室へキャリオーバしないように適正な流動状態を維持するとともに流動床の温度を前記範囲内に維持できるガス量に抑え、それ以外の部分燃焼、熱分解に必要なガス化剤は分岐管を経由してＢ室上部に供給する。
【００１３】
ガス化炉で発生したガス化ガス中には、通常、ガス化炉をキャリオーバした微細な残渣が含まれている。そのため、ガス化炉上部に接続したガス化ガス排出ダクトにサイクロンを設けてガス化ガス中の残渣を分離し、分離した残渣は搬送管を介してＢ室内の固定炭素部分燃焼域に循環供給することによりガス化収率を高めることができる。
【００１４】
本発明のガス化炉及びそれを用いた有機系廃棄物のガス化方法は、有機系廃棄物（特に廃タイヤ）を原料としてカーボンブラックを製造するプロセスにおけるガス化炉として好適なものであるが、有機系廃棄物や石炭をガス化し、燃料油や可燃性ガスなどを回収するためのガス化炉としても好適である。
【００１５】
【実施例】
以下実施例により本発明をさらに具体的に説明する。
（実施例）
図１は本発明の有機系廃棄物ガス化炉の１例を示す概念図である。このガス化炉は有機系廃棄物である廃タイヤをガス化するためのものであって、ガス化炉１は風箱２２の部分を除き火格子３を介して上部のＡ室２０と下部のＢ室２１に上下２分割されている。Ｂ室２１下部には目皿２が設けられており、目皿２の下部にはバルブ７を介してガス化剤供給管１６から酸素と水蒸気の混合ガスなどのガス化剤６が供給される。また、ガス化剤６の一部はバルブ７を介してガス化剤供給分岐管１７からＢ室２１の上部に供給される。
【００１６】
ガス化炉内をＡ室２０とＢ室２１とに分割する火格子３には、火格子３を揺動、振動させるとともに緩やかに回転させる機能を有する揺動装置１１が接続されており、ガス化炉の操作条件に応じて揺動、振動の強度、回転速度などを任意に制御できるようになっている。
【００１７】
この有機系廃棄物ガス化炉１を使用して有機系廃棄物の代表例の一つである廃タイヤ（揮発分７０％、固定炭素３０％）のガス化試験を行った。
チップ状に切断された廃タイヤ（有機系廃棄物）５はフィーダ４を介して投入口１４からＡ室２０に供給され、火格子３の上に廃タイヤの層を形成する。そして廃タイヤ層の上部の揮発分熱分解域１２で揮発分が熱分解、ガス化し、固定炭素を主成分とする残渣１５が下方に移動する。
【００１８】
この残渣１５は熱分解、ガス化の過程で細粒化し、一定の大きさ以下のものが所定の大きさのスリットまたは孔を有するスリット板又は多孔板で構成される火格子３を通ってＢ室２１に導入される。Ｂ室２１内に導入された残渣１５は、Ｂ室２１底部の目皿２を通して供給されるガス化剤６によって流動床を形成し、目皿２及びガス化剤供給分岐管１７から供給されるガス化剤６により固定炭素部分燃焼域１３で部分燃焼し、ガス化する。目皿２を通して供給されるガス化剤６とガス化剤供給分岐管１７から供給されるガス化剤６との割合は固定炭素部分燃焼域１３の温度を適正温度範囲（８００〜１２００℃）内に抑えるとともにＢ室２１内の残渣１５がＡ室２０へキャリオーバしないように制御する。
【００１９】
ガス化炉１内で発生したガス化ガスはガス化ガス排出ダクト８からサイクロン９に入り、ガスに随伴する微細残渣を分離捕集されたのち、後続のカーボンブラック製造設備等（図示せず）に供給される。サイクロン９で分離捕集された微細残渣は残渣搬送管１０を通ってＢ室２１内の固定炭素部分燃焼域１３に循環供給される。
【００２０】
【発明の効果】
本発明の有機系廃棄物のガス化炉及びそれを用いたガス化法によれば、廃タイヤなどの有機系廃棄物中の揮発分を安定した状態で熱分解、ガス化できるので、性状の安定した高分子炭化水素ガスを多量に発生させることが可能となる。
本発明によって得られる高分子炭化水素ガスを高濃度で含むガス化ガスは、カーボンブラックの製造用原料として特に好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の有機系廃棄物ガス化炉の１例を示す概念図。
【図２】従来の有機系廃棄物ガス化炉の１例を示す概念図。
【図１】
0003572121.tif 000002
【図２】
0003572121.tif 000003