(57)【要約】【課題】   廃棄物などの被燃焼物のガス化を比較的低温で行い、エネルギー効率を高めるとともに、比較的簡便なかつ作業性の高い方法で、コンパクトなガス化システムを提供することを目的とする。【解決手段】  被燃焼物を導入する手段１と、被燃焼物を加熱してガス化するガス化手段３と、該ガス化手段の下流側に配置されてガス化手段３から発生する生成ガスを除塵する集塵手段４と、該集塵手段４の下流側に配置されて該集塵手段４から供出する生成ガス中のタールを分解する触媒を充填するタール分解手段５と、を備え、前記集塵手段４とタール分解手段５を一体化したことを特徴とする。【選択図】  図１
2006104281.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被燃焼物を導入する手段と、被燃焼物を加熱してガス化するガス化手段と、該ガス化手段の下流側に配置されてガス化手段から発生する生成ガスを除塵する集塵手段と、該集塵手段の下流側に配置されて該集塵手段から供出する生成ガス中のタールを分解する触媒を充填するタール分解手段と、を備え、前記集塵手段とタール分解手段を一体化したことを特徴とするガス化システム。
【請求項２】
前記タール分解手段の上流側および下流側に、所定の傾斜角に形成された１または複数の通路を有する仕切りを配置して触媒充填層を形成することを特徴とする請求項１記載のガス化システム。
【請求項３】
複数のフィルタ部材から構成された前記集塵手段とタール分解手段の中間に所定の容積を有する空間部を設け、前記各フィルタ部材から供出されるガスを拡散後、前記複数の通路に分けてタール分解手段に導入することを特徴とする請求項１または２に記載のガス化システム。
【請求項４】
前記タール分解手段から抜出した触媒を該タール分解手段に戻す循環手段、および該循環手段の流路中に触媒再生手段を設けることを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載のガス化システム。
【請求項５】
前記ガス化手段からタール分解手段までのガス温度を７００〜９００℃に制御することを特徴とする請求項１〜４いずれかに記載のガス化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス化システムに関し、詳しくは、有機系廃棄物のガス化システム関するものである。
【背景技術】
【０００２】
固形燃料や有機系廃棄物を、加熱して熱分解あるいは部分的に燃焼することによりガス化し、生成されたガスの有する熱エネルギーを発電に利用したり、燃料に変換したりする場合に、生成ガス中に含まれるタール分あるいは灰分を除去することが必要になる。
【０００３】
その方法としては、高温にして灰を溶融するとともにタールを分解する方法やセラミックフィルタによる高温集塵と触媒によるタール分解を組合せる方法などが考えられる。
【０００４】
具体的には、図３に示すように、廃棄物を流動層炉３２にてガス化した後に、熔融炉にて灰分を熔融スラグ化する方法において、流動層炉３２は水平断面は円形であり、炉の中央部に流動媒体が沈降する移動層３９と炉の周辺部に流動媒体が上昇する流動層３０が形成され、移動層３９及び流動層３０を通って循環する循環流を形成し、廃棄物を流動層炉３２に供給し、ガス化してガスとチャーを生成し、流動層炉３２より排出されたガスとチャーを熔融炉に供給して灰分を熔融してスラグ化することによって、自己熱量により灰分が熔融可能な多量の可燃分を含む生成ガスを発生させ、熔融燃焼させることができる提案である（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特許第３２７０４４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、高温にして灰を溶融するとともにタールを分解する場合においては、酸素等を吹き込み、自己熱量で１３００℃以上に加熱することから、いくつかの問題点がある。具体的には、（１）高温にするためには酸素吹きの必要があり、酸素を供給するための高価な酸素製造装置が必要となる。（２）１３００℃以上の高温の還元雰囲気で溶融するため、設備が複雑で高価なものとなる。（３）スラグの抜出し等運転維持管理が難しい。等が課題となる。
【０００６】
また、フィルタによる高温集塵と触媒によるタール分解を組合せた場合には、フィルタ通過速度が比較的低速になることから所定量の被燃焼物を処理するための装置は大掛かりにならざるをえなくなり、また触媒反応手段として固定床を採用すると設置スペースが大きくなるという課題がある。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、廃棄物などの被燃焼物のガス化を比較的低温で行い、エネルギー効率を高めるとともに、比較的簡便なかつ作業性の高い方法で、コンパクトなガス化システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、以下に示すシステムおよび方法により上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに到った。
【０００９】
本発明は、ガス化システムであって、被燃焼物を導入する手段と、被燃焼物を加熱してガス化するガス化手段と、該ガス化手段の下流側に配置されてガス化手段から発生する生成ガスを除塵する集塵手段と、該集塵手段の下流側に配置されて該集塵手段から供出する生成ガス中のタールを分解する触媒を充填するタール分解手段と、を備え、前記集塵手段とタール分解手段を一体化したことを特徴とする。
【００１０】
すなわち、本発明は、被燃焼物のガス化システムにおいて、低温ガス化手段とタール分解触媒を用いることによって、比較的低温による効率の高いガス化を実現するとともに、集塵手段とタール分解手段の一体化を図ることによって、システムのコンパクト化およびエネルギーの効率化を実現することが可能となる。従って、比較的簡便なかつ作業性の高い方法で、コンパクトかつエネルギー効率の高いガス化システムを提供することができる。特に、灰分を含む固形燃料や有機系廃棄物などの被燃焼物から燃焼ガスを有効に生成するあるいは使用することができるガス化システムにおいて有効である。
【００１１】
本発明は、上記ガス化システムであって、前記タール分解手段の上流側および下流側に、所定の傾斜角に形成された１または複数の通路を有する仕切りを配置して触媒充填層を形成することを特徴とする。
【００１２】
灰分を含む固形燃料や有機系廃棄物などの被燃焼物のガス化においては、多量のタールなどの発生があり、タール分解手段における触媒の汚染・被毒は避けることができず、触媒の定期的あるいは循環的交換を行う必要がある。また、触媒の高い効率を維持するためには、充填された触媒に試料を均等に接触させる必要があり触媒充填層を負荷なく通過させることが好ましい。タール分解手段の上流側および下流側に、所定の傾斜角に形成された１または複数の通路を有する仕切りを配置することで、こうした要請に対応できることを案出したもので、具体的には、両端に触媒の安息角以上の傾斜角とする通路を有する仕切りを設けることで、フィルタなどの負荷が生じる特別な境界部材を配置することなく触媒に試料を均等に接触させることができる充填層を形成することができる。
【００１３】
本発明は、上記ガス化システムであって、複数のフィルタ部材から構成された前記集塵手段とタール分解手段の中間に所定の容積を有する空間部を設け、前記各フィルタ部材から供出されるガスを拡散後、前記複数の通路に分けてタール分解手段に導入することを特徴とする。
【００１４】
従来、粒状触媒はその表面積を大きくし反応性を上げることができることから種々の反応に使用されているが、比較的大量の試料を処理する場合、充填された触媒に均等に接触させることは非常に難しい。本発明者は、集塵手段とタール分解手段の一体化を図るに当たり、集塵手段を複数のフィルタ部材から構成することで集塵効果を高めると同時に、これによって略均等に分割された試料をそのまま触媒充填層に導入することで、特殊な手段を用いずに比較的大量の試料を触媒に均等に接触・処理することができることを案出したもので、非常に効率の良い機能をコンパクトに構成することが可能となった。
【００１５】
本発明は、上記ガス化システムであって、前記タール分解手段から抜出した触媒を該タール分解手段に戻す循環手段、および該循環手段の流路中に触媒再生手段を設けることを特徴とする。
【００１６】
上記のように、被燃焼物のガス化においては、タール分解触媒は定期的あるいは循環的交換を行う必要がある一方、触媒の局部的な汚染あるいは被毒を防止し、汚染あるいは被毒前のタール分解触媒を早期に排出し、触媒の循環利用を行うことにより、効率的なタール分解および触媒の再利用による触媒使用量の低減を図ることができる。また、上記の循環使用に際し、触媒の活性度が低下することを防止するために常時あるいは定期的な再生を行うことで、触媒の寿命をさらに延長することができる。略均等に試料と接する条件では比較的容易に再生可能であることから、こうした循環・再生機能は本ガス化システムには非常に有効に働くこととなる。なお、高温下で触媒再生手段を生成ガス処理流路から分離して設けることで、付着物の酸化燃焼等の触媒再生法を用いても、生成ガスに影響を及ぼすことがない。
【００１７】
本発明は、上記ガス化システムであって、前記ガス化手段からタール分解手段までのガス温度を７００〜９００℃に制御することを特徴とする。
【００１８】
本発明者は、ガス化手段において、処理温度を９００℃以下にすることによって燃焼によるエネルギー損失を抑え、さらに、灰分の除去およびタールの分解といった各工程を限定した温度範囲で行い、最終段階での熱回収を含む一貫した最適な温度制御を行って処理することとしたものである。つまり、被燃焼物を効率的にガス化するには、生成ガス中に含まれるタール分を分解し、一酸化炭素（ＣＯ）や水素（Ｈ２）に可燃性ガスに転換し、ガス化効率を上げることが好ましい一方、タールを含んだガスは、流路に低温部があれば局部的な凝縮や堆積を招くことから７００〜８００℃以上の温度域を確保し、集塵およびタールの分解を行う必要がある。また、こうした工程中における温度の上下は、注入するエネルギーの増大・ロスの発生を招くこととなる。本発明はこうした観点を考慮したもので、熱回収までの温度制御の一貫性によって、効率的なガス化システムとすることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明は、被燃焼物をガス化して得られた生成ガスを、高温下で除塵し、触媒によるタール分解処理を行うため、比較的簡便なかつ作業性の高い方法で、コンパクトかつエネルギー効率の高いガス化システムを提供することができる。また、後段でのタールによるガス流通路での膜層の発生あるいは凝縮・固化などによる閉塞を防止することができる。つまり、本発明によって、灰分の高い固形燃料においても高い効率で生成ガスを作製し、生成ガスを有効に使用することができるガス化システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら被燃焼物の一例として有機系廃棄物を含む廃棄物を挙げて説明する。ここでいう有機系廃棄物とは、木屑や汚泥あるいは農業系などを含む広い概念で捉えた廃棄物をいう。
【００２１】
図１は、本実施形態に係るガス化システムの概略全体構造を例示する。廃棄物を粉砕手段１、乾燥手段２、およびガス化手段３によってガス化し、生成したガスを集塵手段４、タール分解手段５、熱回収手段６、および精製手段７によって精製後、燃料ガスとして供給するものである。本発明は、集塵手段４とタール分解手段５とを一体化し、システムのコンパクトを図り、高精度のガス化を目的とする。
【００２２】
廃棄物は粉砕手段１により所定の大きさに粉砕され、粉砕された廃棄物は所定量以下の水分となるように乾燥手段２により乾燥される。乾燥手段２は、特に限定されるものではなく、従前の各種乾燥装置を使用することができ、直接加熱によるもの、間接加熱によるもの、あるいはヒータを用いるもの、蒸気を用いるものなど、種々の乾燥装置を適用できる。
【００２３】
乾燥された廃棄物は、ガス化手段の一種である循環流動層式ガス化手段３に投入され、部分燃焼により加熱、ガス化される。ガス化手段は、部分酸化燃焼ガス化あるいは熱分解ガス化などの方法が適用され、バブリング式流動層炉や循環流動層炉だけでなく、各種の炉が用いられるが、多種多様な燃料に対応するには循環流動層式のガス化炉などが好適である。ガス化手段３は、炉内における流動媒体と燃料、ガス化剤との混合性に優れ、炉内を比較的均一な温度分布状態にすることができる。ガス化手段３は、７００〜９００℃で稼動し、ガス化剤を投入して廃棄物中の有機物を部分燃焼させ、ＣＯ、Ｈ２あるいは炭化水素（ＨＣ）を含むガスを生成することができる。ガス化温度は、さらには８００〜９００℃がより好適である。
【００２４】
また、ガス化剤としては、通常空気や水蒸気が用いられるが、空気の代わりに高濃度酸素（例えば、酸素富化空気）や水蒸気を用いることができる。
【００２５】
生成されたガスは、集塵手段４に導入され除塵される。この場合、生成ガス中の灰分、未燃成分は再度ガス化手段３内に戻すことも可能であり、ガス化手段３内を循環して十分な滞留時間を確保され、ガス化効率の向上に寄与されることになる。灰分は、集塵手段４下方から系外に排出される。なお、集塵手段４に導入する前に熱回収手段によって冷却することも可能であるが、本発明において一体化を図るタール分解手段５での処理温度を考慮すると、生成されたガスの温度を維持した状態で、集塵手段４に導入することが好ましい。
【００２６】
集塵手段４としては、高温での使用に適した方法として、サイクロン式やフィルタ式が挙げられる。廃棄物のガス化システムにおいては、セラミックフィルタの使用が好適であり、その孔径としては、ガス中の飛灰、固形カーボン類を除去するため数１０μｍ程度のものを使用できる。この段階で灰分等を除去することで、後段のタール分解触媒の被毒（灰付着による活性劣化など）を防止し、触媒の長寿命化を図ることができる。
【００２７】
本発明では、集塵手段４としては、複数のフィルタ部材から構成されたフィルタ式集塵手段が好適である。複数のフィルタ部材から構成することで集塵効果を高めると同時に、これによって略均等に分割された試料をそのまま触媒充填層に導入することで、特殊な手段を用いずに比較的大量の試料を触媒に均等に接触・処理することができる。
【００２８】
また、集塵手段４に対しては、逆洗手段によって定期的に逆洗を行うことが好ましい。逆洗は、フィルタの濾過面に付着した物を、反対面からの流体のブローによって除去する方法で、特に粉塵などの細粒物に対して有効である。一般には、圧縮空気や気化窒素などの高圧の気体を用いることが多い。通常、数１０〜数１０００Ｌ／ｍｉｎの気体を一気に吹き掛けることで、瞬間的な物理的負荷を付着物に与えることができ、フィルタ表面からの着脱・落下による除去を行うことができる。フィルタ表面に付着したパーマネントケーキなどの付着物や凝集物を拡散・洗浄し、フィルタでの圧力損失の上昇防止を有効に機能させることが可能となる。
【００２９】
集塵手段４の後段には、タール分解手段５が設けられ、生成ガス中のタール分を分解しＣＯ、Ｈ２ あるいはＨＣに変換される。高温集塵手段４を通り抜けたタール分を分解・除去することで、後段の精製手段７などでのタール分による内壁の膜層の形成や局部的な閉塞を防止することができるとともに、タール分をガス化することによりガス化効率の向上を図ることが可能となる。分解触媒は、タール分解を目的とするに任意のものを選択することが可能であり、例えば、７００〜９００℃の範囲で活性度が高いＮｉ系やアルカリ土類系などの触媒を使用することが可能である。
【００３０】
このとき、タール分解手段５は、所定空間に区切られた触媒層を形成するとともに、上部に触媒供給手段５ａ、下部に触媒排出手段５ｂを設けて両者を接続して循環系を形成することが好ましい。触媒の循環使用によって、局部的な汚染・被毒による触媒の早期劣化を防止することができるためである。また、触媒供給手段５ａと触媒排出手段５ｂとの間に触媒再生手段５ｃを設けることが好ましい。充填された触媒を触媒の活性度が低下することを防止するために常時あるいは定期的な再生を行うことで、触媒の寿命をさらに延長することができる。
【００３１】
本発明は、上記のように、集塵手段４とタール分解手段５を一体化した点に特徴があり、具体的には、図２に例示するような構成が挙げられる。このとき、以下の順に作動され効率的な除塵・タール分解処理が可能となる。なお、本図では、耐火材構造としているが、ボイラ構造とすることも可能である。
【００３２】
（１）生成ガスは、集塵手段４上部から下部に流れる間に灰分を主とするダストが自重によって分離落下するとともに、複数の例えば水平に配された管状のセラミックフィルタ８を通じて濾過される。このとき、生成ガスは、フィルタ８の圧力負荷によってそれぞれのフィルタ８を略均等に分配され通過する。
【００３３】
（２）フィルタ８に付着した灰分は逆洗によって払い落とされ、自重落下した灰分とともに灰出し手段４ａによって排出される。
【００３４】
（３）フィルタ８によって除塵された生成ガスは、タール分解手段５との間に設けられた空間９を水平方向に拡散しながら通過する。通過速度は、１ｍ／ｓｅｃ以下とすることによって、タール分解手段５での均等な接触を図ることが可能であり好ましい。また、空間９には、逆洗手段１０を設け、上記のように定期的にフィルタ８を逆洗することが好ましい。さらに、図２のように各フィルタ８出口に各逆洗手段１０を設けることによって、生成ガスの拡散混合をも可能となる。
【００３５】
（４）次に生成ガスは、仕切り１１ａを介してタール分解手段５に導入される。タール分解手段５には、タール分解触媒が設けられ、高温集塵手段４を通り抜けたタール分が、ＣＯやＨＣに分解・改質される。
【００３６】
（５）含有タール分を処理した生成ガスは、仕切り１１ｂを介して熱回収手段６あるいは精製手段７に導入され、クリーンな生成ガスとして精製される。
【００３７】
このとき、仕切り１１ａおよび１１ｂは、ガスの分散と触媒層との分離を目的とするもので、セラミックスなどの多孔質材や焼結金属などの金属製多孔質材などを使用することが可能であるが、触媒の安息角以上の傾斜角とする通路を有することが好ましく、具体的には、図２に例示するような耐火材構造で触媒の安息角以上の角度を有するスリット状開口部を複数段設けた形状を挙げることができる。フィルタなどの負荷が生じる特別な境界部材を配置することなく触媒に試料を均等に接触させることができる充填層を形成することができる。
【００３８】
ここで、ガス化手段３からタール分解手段５までのガス温度は、次の理由から７００〜９００℃、より好ましくは８００〜９００℃に制御することが好ましい。
【００３９】
（１）本プロセスの各機能を有効に働かせるためには、ガス化手段３（反応槽）からタール分解手段５までに存在する流路あるいは手段を、所定の温度以上に維持する必要がある。
【００４０】
（２）タールの分解・改質反応は加熱反応が基本であることから、本発明における添加剤によるタール分解機能を有効に発揮するには、所定温度以上であることが好ましい。
【００４１】
（３）タールを含んだガスは、流路に低温部があれば局部的なタールの凝縮や堆積を招くことから、所定温度以上であることが好ましい。
【００４２】
（４）一方、過度の高温状態は、システムを構成する各部材の劣化を招来し、また工程中における温度の上下は、注入するエネルギーの上昇・ロスの発生を招くこととなる。
【００４３】
（５）システム全体の最適なエネルギー効率を確保するには、工程中の制御温度の幅を小さくし、上下の変動を小さくすることが好ましい。
【００４４】
実際の制御温度は、ガス化システムを構成する各手段の機能および処理手順によって異なるが、本発明では、以上のような観点を考慮し温度制御の一貫性によって、効率的なガス化システムとすることを目指すもので、具体的には、温度範囲８００〜９００℃が有効であることを実証したものである。これによって、ガス化手段３以降タール分解手段５までの流路でのタール分の発生あるいは損失を低減した状態で、タール分解を行うことができるため、被燃焼物からの生成ガスを効率よく得ることができるとともに、集塵手段４における圧力損失の上昇を抑制することが可能となる。
【００４５】
熱回収手段６は、図１に示すように、タール分解手段５の後段に設ける場合だけではなく、ガス化手段３と集塵手段４との中間位置、あるいは精製手段７の後段のいずれにも設けることがある。熱回収手段６では、８００〜９００℃の高温ガス体が、熱交換器によって２００〜４００℃程度まであるいはさらに高温に冷却される。回収された熱エネルギーは、本システムにおけるガス化手段や、系外のボイラや加熱炉などに送られて有効に利用される。熱交換器は、シェルアンドチューブ式やボイラ水管構造などが用いられる。
【００４６】
熱回収された生成ガスは、更に、精製手段７によって所定の精製処理を施すことで、非常にクリーンな燃焼ガスを生成することができる。精製処理は、低温下で析出する物質の除去のため第２の集塵手段（図示せず）により除塵され、その後、湿式ガス精製法により、脱塩素処理、脱硫黄処理、脱アンモニア処理あるいは中和処理などが施され、クリーンな生成ガスとして精製することができる。第２の集塵手段は、除塵精度の面からはバグフィルタ等を用いることが好ましい。
【００４７】
このように、本発明は、有効に廃棄物などの被燃焼物のガス化を比較的低温で行い、エネルギー効率の向上を図るとともに、比較的簡便なかつ作業性の高い方法で、コンパクトなガス化システムを提供することを目的としたもので、灰分の多い固形燃料や有機系廃棄物などの被燃焼物から燃焼ガスを生成するガス化システムにおいて、特に有効である。
【００４８】
また、上記のガス化システムによって得られた生成ガスは、性状の安定したクリーンな気体燃料であり、特別な処理をせずに有効に発電システムに使用することができるとともに、回収された熱エネルギーをも有効に活用することができる。
【００４９】
なお、上記の各構成手段の種類あるいは配列順などについては、被燃焼物の種類や使用条件によって、任意に変更することが可能であることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
以上のように、本発明の実施態様を、被燃焼物の一例として有機系廃棄物を含む廃棄物を挙げて説明したが、本発明を適用することが可能な被燃焼物は、これに限定されるものではなく、各種固形燃料、産業廃棄物などであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施形態に係るガス化システム概略全体構造を例示する説明図
【図２】本発明の実施形態に係る集塵手段４とタール分解手段５を一体化した構成を例示する説明図
【図３】従来技術に係るガス化システムの説明図
【符号の説明】
【００５２】
３    ガス化手段
４    集塵手段
５    タール分解手段
６    熱回収手段
７    精製手段
８    フィルタ
９    空間
【図１】
2006104281.tif 000003
【図２】
2006104281.tif 000004
【図３】
2006104281.tif 000005