(57)【要約】  【課題】廃棄物のガス化改質方法において、ガス化改質するための改質媒体として水蒸気を有効に利用する方法を提供すること。  【解決手段】 廃棄物をガス化する工程１で得られたガスをガスを改質する工程２において改質し、改質されたガスを冷却工程３で洗浄液で洗浄・冷却してガス精製工程４において精製する。一方、洗浄液を熱交換器６で冷水と熱交換して冷却し、得られた温水を、水蒸気を駆動源とするスチームエジェクター７で吸引し、該スチームエジェクター７で発生した水蒸気をガス改質媒体として、廃棄物をガス化溶融する工程１及び／又はガスを改質する工程２に供給する。  【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃棄物をガス化する工程及び得られたガスを改質する工程を含むガス化改質方法であって、該ガス化改質方法を実施する施設内で発生する温水を、水蒸気を駆動源とするスチームエジェクターで吸引し、該スチームエジェクターで発生した水蒸気をガス改質媒体として用いることを特徴とする廃棄物のガス化改質方法。
【請求項２】
前記温水が、前記改質ガスを冷却する際に生成する温水または前記改質ガスを冷却する際の熱を熱交換して得られる温水であることを特徴とする請求項１に記載の廃棄物のガス化改質方法。
【請求項３】
前記水蒸気を廃棄物をガス化する工程及び／又はガスを改質する工程にガス改質媒体として供給することを特徴とする請求項１又は２に記載の廃棄物のガス化改質方法。
【請求項４】
前記水蒸気を、改質ガスを冷却する際に発生する排水から塩を製造する際の塩製造の駆動蒸気として用いることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の廃棄物のガス化改質方法。
【請求項５】
前記廃棄物が廃プラスチックを５質量％以上含む廃棄物であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の記載の廃棄物のガス化改質方法。
【請求項６】
改質ガスの露点が８０℃以下になるように水蒸気または水を、ガス化する工程及び／又はガスを改質する工程に装入し、改質ガスを飽和型ガス冷却装置で冷却することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の廃棄物のガス化改質方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、都市ごみや産業廃棄物などの廃棄物をガス化し、得られる生成ガスを燃料用ガスなどとして回収する廃棄物のガス化改質方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
都市ごみや産業廃棄物などは、廃棄物処理場において焼却処理されて減容化され、最終的に排出される焼却残渣等の固形物は埋め立て処分場で埋め立て処分されている。また、それらの固形物の中でも、焼却又は溶融処理した際に発生する飛灰には亜鉛、鉛などの重金属類が含まれていることから、飛灰は、セメント固化や薬剤処理等によって安定化処理された後に埋め立て処分されている。
【０００３】
しかしながら、このような処分方法は埋め立て処分場を必要とし、近年ではこのような処分場の確保が非常に困難となってきている。また、安定化処理した場合でも、超長期的には、埋め立て処分された飛灰から溶出する重金属が環境汚染の原因となるというリスクを抱えており、環境汚染を防ぐための対策を施す必要がある。
【０００４】
そこで、近年では、上記した焼却処理に代わる廃棄物処理方法として、廃棄物を還元性熱処理炉で熱処理することが行われている。このような処理方法の例としてガス化改質方式によるガス化溶融プロセスが注目されている。
【０００５】
このようなガス化改質方式によるガス化溶融プロセスの例としては特許文献１をあげることができる。この方法は、廃棄物ガス化溶融炉内で、廃棄物を熱処理することによって、廃棄物を熱分解ガスを含むガスと溶融物とに転換するというものであり、得られたガス中にはダイオキシン等の有害なガス成分が少ないという利点がある。そして、廃棄物から発生する熱分解ガス中には可燃性のガスが含まれているため、これを発電用燃料、工業用燃料及び化学工業用原料等として有効に利用することができる。また廃棄物に含まれていた重金属類等の有害物質は、溶融スラグ中に固定されるので、重金属類が溶出しにくいという特徴がある。
【０００６】
ところで、従来、廃プラスチック含む廃棄物をガス化改質する際に水蒸気を添加することが考えられている。水蒸気を添加する方法として水又は温水を用いることも考えられるが、これらをガス化改質炉に装入すると、水又は温水を蒸発させるための蒸発熱を損失する。また、水蒸気を系外からガス化改質炉に装入することが考えられるが、その場合には、省エネを図ろうとすると余熱利用に供給するためのエネルギー源を別途確保することが必要となる。
【０００７】
また、ガス化改質炉で発生したガスから、熱を回収し、水蒸気を回収することは容易ではなく、水蒸気源を確保することは困難であった。すなわち、ガス化改質炉から発生するガスの顕熱エネルギーは、資源リサイクル型のサーモセレクト方式では、飛灰の源となっていた亜鉛などを急冷・酸洗浄して温水となっており、蒸気としては回収していなかった。
【０００８】
また、洗浄水は６０℃程度であり、温水として使用するのには用途が少なく、また、冷却塔で冷却するため多くの水の補給が必要であった。さらに、廃プラスチックをガス化改質する場合には、水蒸気が多量に必要であるが、水蒸気源を確保することが困難であった。
ガス化改質炉におけるガス改質媒体として水蒸気を用いるための具体的な方法を開示している文献は今のところ見あたらないのが現状である。
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−１０４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、廃棄物のガス化改質方法において、ガス化改質するための改質媒体として水蒸気を有効に利用する方法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】
【００１１】
本発明者等は、上記の課題を解決するために鋭意検討した結果、ガス化改質炉からの発生ガスを冷却して得られた温水を、スチームエジェクターで吸引して水蒸気を回収し、この水蒸気をガス化改質炉に装入することによって、効率よくガス化改質することができると共に、温水の冷却のための水の補給量及び蒸気の使用量を低減することができるとの知見を得て本発明を完成させたものである。
すなわち、本発明は次に記載する通りのものである。
【００１２】
（１）廃棄物をガス化する工程及び得られたガスを改質する工程を含むガス化改質方法であって、該ガス化改質方法を実施する施設内で発生する温水を、水蒸気を駆動源とするスチームエジェクターで吸引し、該スチームエジェクターで発生した水蒸気をガス改質媒体として用いることを特徴とする廃棄物のガス化改質方法。
（２）前記温水が、前記該質ガスを冷却する際に生成する温水または前記改質ガスを冷却する際の熱を熱交換して得られる温水であることを特徴とする上記（１）に記載の廃棄物のガス化改質方法。
（３）前記水蒸気を廃棄物をガス化する工程及び／又はガスを改質する工程にガス改質媒体として供給することを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の廃棄物のガス化改質方法。
（４）前記水蒸気を、改質ガスを冷却する際に発生する排水から塩を製造する際の塩製造の駆動蒸気として用いることを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかに記載の廃棄物のガス化改質方法。
（５）前記廃棄物が廃プラスチックを５質量％以上含む廃棄物であることを特徴とする上記（１）〜（４）のいずれかに記載の記載の廃棄物のガス化改質方法。
（６）改質ガスの露点が８０℃以下になるように水蒸気または水を、ガス化する工程及び／又はガスを改質する工程に装入し、改質ガスを飽和型ガス冷却装置で冷却することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の廃棄物のガス化改質方法。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、都市ごみや産業廃棄物を溶融ガス化処理する溶融ガス化炉において、水蒸気及び熱を有効に利用して廃棄物をガス化改質し燃料ガスを回収することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の方法はガス化改質方式（サーモセレクト方式）によるガス化改質プロセスにおいて適用されるが、まず、ガス化改質プロセスの例を図１に基づいて説明する。
図１に示されたガス化改質方式は次のプロセスから構成されている。
１．プレス・脱ガスチャンネル
（１）廃棄物の圧縮、（２）乾燥・熱分解
２．高温反応炉・均質化炉
（３）ガス化、溶融、（４）スラグ均質化、（５）ガスの改質
３．ガス精製
（６）ガスの急冷（急冷・酸洗浄、酸洗浄）、（７）ガス精製（アルカリ洗浄、脱硫、除湿）
４．水処理
（８）水処理（沈殿、脱塩等）
【００１５】
この方式の基本的な構成をフローに沿って説明すると次の通りである。
ピットに集積された都市ごみ、産業廃棄物等の廃棄物はプレス機で圧縮された後、乾燥熱分解工程で間接加熱により加熱乾留されて高温反応炉に送られる。高温反応炉の下部には、ランスが配置され、このランスによって炉内に高濃度酸素が導入され、この酸素ガスが乾留物中の炭素をガス化し、一酸化炭素と二酸化炭素が生成する。また、高温水蒸気が存在するため、炭素と水蒸気とによる水性ガス反応が生じて、水素と一酸化炭素が生成される。更に、有機化合物（炭化水素など）も水蒸気と反応して、水素と一酸化炭素が生成する。上記反応の結果、高温反応炉の塔頂部より粗合成ガスが回収される。
【００１６】
一方、高温反応炉下部で生成した溶融物は高温反応炉から均質化炉へ流れ出る。この溶融物には炭素や微量の重金属等が含まれており、均質化炉においてはバーナから酸素ガスが供給され、炭素は十分な酸素あるいは水蒸気によってガス化されて水素、一酸化炭素、二酸化炭素を生成する。均質化炉において金属溶融物は比重が大きいため、スラグの下部に溜まる。溶融物は水砕システムに流れ落ちて、冷却固化され、メタル・スラグの混合物は、磁選によりメタルとスラグに分離される。
【００１７】
高温反応炉から発生する粗合成ガスに対して、急冷装置で酸性水を噴射することによってガスの温度を約１２００℃から約７０℃にまで急速冷却し、ダイオキシン類の再合成を阻止する。この時、酸性水によってガスが洗浄され、粗合成ガス中に含まれるＰｂなどの重金属成分と塩素分は洗浄中に溶け込む。
【００１８】
酸洗浄された合成ガスは、必要に応じて更に酸洗浄を施されたのちアルカリ洗浄され、残存する塩化水素ガス等の酸性ガスが中和除去される。次いで、脱硫洗浄装置でガス中の硫化水素が硫黄に転換されて硫黄ケーキとして回収される。次いで合成ガスは低温除湿工程で水分を除去された後、精製された燃料ガスとして利用される。
【００１９】
図２は本発明の廃棄物のガス化改質方法の概要を詳細に示したものである。
図２には、急冷工程３で改質ガスを冷却する際に生成する温水を熱交換器によって冷水によって熱交換し、この熱交換によって得られた温水をスチームエジェクターで吸引する例を示す。
【００２０】
ガス化工程１で発生したガスはガス改質工程２で改質され、高温の改質ガスは急冷工程３において洗浄液（酸性水）によって洗浄・急冷されてガス精製工程４で精製されて燃料ガスとして回収される。一方、洗浄液は高温の改質ガスと熱交換することによって加温された後、一部は水処理工程に送られ、残部は熱交換器６において、冷却塔５から供給される冷水と熱交換して冷却された後、再び洗浄液として急冷工程３に送られる。熱交換器６で洗浄液と熱交換した冷水は温水となり、スチームエジェクター７によって吸引されて熱交換器６から排出され再び冷却塔５で冷却される。
【００２１】
スチームエジェクター７は蒸気の噴流による排気作用を利用したもので流体の吸引及び搬送手段の一つとして広く用いられており、蒸気エジェクタの作動流体としては主に水蒸気が用いられている。
本発明の特徴は、熱交換後の温水を駆動蒸気として水蒸気を用いるスチームエジェクター７によって熱交換器６から抜き出し、スチームエジェクター７を駆動した後の水蒸気とスチームエジェクターで温水から発生した水蒸気とを廃棄物のガス化工程１及び／又はガス改質工程２に供給してガス改質媒体として用いる点にある。
【００２２】
図２では水蒸気をガス改質工程２に装入する例を示したが、水蒸気をガス化工程１に装入してもよく、両方に装入しても良い。
例えば、プラスチックを多く含む廃棄物をガス化する場合に、改質するため水蒸気を添加すると次の反応が生じるので、Ｈ２／ＣＯ比を調整することができる。
ＣＨ４  ＋  Ｈ２Ｏ  →  ＣＯ  ＋  ３Ｈ２
ＣＯ  ＋  Ｈ２Ｏ  →  Ｈ２  ＋  ＣＯ２
【００２３】
図２のように、熱交換した冷却水が温水となり、これをスチームエジェクタで回収する場合には循環水が蒸発することによって冷却されるため、冷却塔の補給水を削減することができる。また、図２では、スチームエジェクターで吸引する温水としては洗浄液との熱交換によって加温された温水を用いたが、直接この洗浄液温水を吸引しても良いし、この温水と熱交換させて得られる温水を用いても良いし、施設内の他の箇所で発生する温水を用いてもよい。
【００２４】
このような温水としては、(1)ガスエンジン発電で発生するエンジン冷却の温水,(2)ガスエンジン発電の排ガスの廃熱ボイラの蒸気をプラント系内で使用した後の排温水、(3)廃熱ボイラで回収した蒸気を他設備に余熱利用として供給した後、戻ってきた温水等を挙げることができる。
【００２５】
上記のようにしてスチームエジェクターを用いることにより、(1)少ない駆動用の外部蒸気の使用によって多量の水蒸気をガス化工程及び／又はガス改質工程に添加することができる、(2)吸引される水をプロセス排熱を利用した温水とすることで、プロセスの低温排熱も利用可能であり、プロセス全体として省エネルギーが図られる、という効果が奏せられる。
【００２６】
また、一方、ガス改質技術において改質媒体として水蒸気を用いると、廃プラスチックを熱分解したときに生成する炭化水素（ＣｎＨｍ）ガスの改質には特に有効であり、Ｃ−Ｈ、Ｃ−Ｃ結合を切って、ＣＯ、Ｈ２などに改質することができるという利点がある。
本発明は、水蒸気を駆動蒸気とするスチームエジェクターを用いると共に、改質媒体としても使用することにより、上記したような利点をそのまま発明の効果として奏することができるのである。
【００２７】
従来、スチームエジェクターを廃棄物のガス化改質系に利用した例はなく、廃棄物のガス化改質系では高温の発生ガスを冷却する際にて低温排熱が発生し、それをスチームエジェクターの被吸引温水として利用することで、系全体としての省エネルギーが図られる。
【００２８】
以下では本発明の構成及び効果を更に詳細に説明する。
水蒸気を系外からガス化改質炉に装入すると余熱利用に供給するためのエネルギー源を別途確保することが必要となるが、廃棄物を溶融ガス化する設備系内には、５０〜６０℃程度の温水が余剰に存在しているので、この温水から、スチームエジェクターで熱を回収して水蒸気量を増大させ、これをガス化改質炉に装入することにより蒸発熱を損失することなく、ガス改質を行うことができる。また、このようにすることによって、クーリングタワーでの水の補給量が低減されると共に、クーリングタワーの設備規模も小さくすることが可能となる。
【００２９】
また、塩水を放流することができない区域では、発生した塩水を晶析することによって、工業塩を回収する必要があり、工業塩を製造するためには、水分を蒸発させるための加熱用蒸気などの熱源が必要である。しかしながら、設備系内には、温水が余剰に存在しているので、これをスチームエジェクターにて、蒸気に転換することにより、塩製造の際の熱源として有効に使用することができる。また、これによりクーリングタワーでの冷却量を減少することが可能となる。
【００３０】
ガス精製工程においては、ガスを冷却して除湿するための冷却水が必要であり、冷却水を製造するチラーにおいては、水蒸気を必要とするが、この水蒸気としてスチームエジェクターで得られる水蒸気を用いることにより、別途水蒸気を準備する必要がなくなる。
【００３１】
木屑などの廃プラスチックが含まれない廃棄物においては、水蒸気を入れなくても、木屑などに含まれている水分などで、ガス改質が十分に行われ、炭素微粒子の発生が少なく、また、廃プラスチックが含まれている場合でも、その含有割合が５質量％未満である場合には、炭化水素（ＣｎＨｍ）の発生量が少ないので、炭素微粒子のガス精製におけるハンドリング上の問題は発生しない。
【００３２】
しかしながら、廃プラスチックが５質量％以上含まれる廃棄物においては、廃プラスチックがガス化される際に、炭化水素（ＣｎＨｍ）を発生量が多くなるので、タール（常温でガスにならない炭化水素）、炭素微粒子の発生量も多くなってくる。
また、廃プラスチックの割合が３０質量％を超える場合には、水蒸気を吹き込まないと、炭素微粒子のガス精製におけるハンドリングの問題だけでなく、水処理におけるハンドリング上の問題が発生する。
【００３３】
このようなタール、炭素微粒子の発生はガスの改質工程に水蒸気を装入することによって抑えることができる。本発明の方法は廃プラスチックが５質量％以上含まれる廃棄物が処理されるガス化溶融炉において特にその効果を発揮することができる。
ガス改質の温度は１０００度以上であることが好ましく、１２００℃以上であることがより好ましい。これは、１０００℃未満であると、タール（常温でガスにならない炭化水素）の生成に起因する問題が顕著になるからである。
【００３４】
図２には、急冷工程３で改質ガスを冷却する際に生成する温水を熱交換器によって冷水によって熱交換し、この熱交換によって得られた温水をスチームエジェクターで吸引する例を示したが、別の態様としては、前記のような熱交換器を用いることなく、急冷工程３で改質ガスを冷却する際に改質ガスに含まれている水蒸気が露点以下の温度になって凝縮することにより生成する温水をスチームエジェクターで吸引し、この温水から減圧によって発生する蒸気を炉に装入してもよい。
このように、ガス改質炉から発生した水蒸気を含むガスを冷却することにより、水分が凝縮し、発生した温水から、スチームエジェクタで蒸気として回収し、蒸気をガス改質炉へ装入し、水蒸気を含むガスを発生するなど、水蒸気が循環利用されることにより、効率的に、ガス化改質処理され、燃料ガスが回収される。
【００３５】
本発明においては、改質ガスの冷却を飽和型冷却装置で行うことが好ましい。
通常、焼却炉で用いられる冷却装置である減温塔は、水を噴霧して、水が蒸発する際の蒸発潜熱でガスを冷却する方式である。一方、飽和型冷却装置は、ガスに多量の水をかけて、水の顕熱、すなわち、かけた水の水温を上昇させることで、ガスを冷却させるものであり、露点より低い温度で冷却するため、ガス中の水分が凝縮する。水を多量にかけることにより、冷却塔の壁面の温度を１００℃より低くすることができ、表面を湿潤状態に保つことができ、材質の選択が容易になる。好ましくは、７０℃以下までガス冷却するのがよい。
【００３６】
また、飽和型冷却装置では水を蒸発する必要がないので、冷却容積が小さくてすみ、従って、急冷することが可能となる。これに対し、蒸発型冷却装置の場合は、ガス温度の低下とともに、温度低下速度がきわめて小さくなる。さらに、飽和型冷却装置ではかけた水を蒸発させる必要がないので、小さな水粒子にする必要がなく、ノズルの径を小さくする必要がないため、ノズルでの閉塞などの問題がない。
析出物などがある場合には、飽和型冷却装置の場合、冷却塔の内部で析出物を溶かしてしまうので、長期に安定的に使用が可能であるが、水処理が必要となる。
【実施例】
【００３７】
［比較例１］
木屑、廃プラの混合物を原料として、ガス化改質炉から水素、一酸化炭素を主体とするガスを回収した。ガス改質の温度は１２００℃とした。回収された燃料ガスを一部燃焼して得られた蒸気をガス化改質炉に、蒸気を０．２２ｔ−蒸気／ｔ−原料  添加した。ガス化改質炉から発生したガスを冷却して得られた温水からは熱回収せずに、冷却塔環水で冷却し、冷却熱を放散した。
【００３８】
［実施例１］
木屑、廃プラの混合物を原料として、ガス化改質炉から水素、一酸化炭素を主体とするガスを回収した。ガス改質温度は１２００℃とした。ガス化改質炉から発生したガスを冷却して得られた温水をスチームエジェクターで吸引して、回収された低圧蒸気を、０．２２ｔ−蒸気／ｔ−原料  添加した。冷却塔の補給水は、比較例１において必要とした補給水と比べると、０．２ｔ−補給水／ｔ−原料  程度を低減することができた。
これにより、本発明の方法によれば、補給水の設備を小さくすることができ、また、０．２ｔ−補給水／ｔ−原料  の余熱が回収できる。従って回収燃料ガスベースでは計算上約８０ｋＷｈ／ｔの燃料ガスを増加回収できる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明の廃棄物のガス化改質方法は、都市ごみや産業廃棄物を溶融ガス化処理する溶融ガス化炉に適用することができ、水蒸気及び熱を有効利用してガス化改質を行い、燃料ガスを回収することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】ガス化改質方式による廃棄物処理の概要を示す図である。
【図２】本発明の廃棄物のガス化改質方法を説明するための図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  ガス化工程
２  ガス改質工程
３  急冷工程
４  ガス精製工程
５  冷却塔
６  熱交換器
７  スチームエジェクター
【図１】
2006104339.tif 000003
【図２】
2006104339.tif 000004