(57)【要約】【課題】  チャーの付着した不燃物をチャーと不燃物に効率よく分離する。【解決手段】  チャーが付着した不燃物を流動層分離装置８に投入し、この流動層分離装置８内の流動層中に供給する空気流により流動する砂粒子群によりチャーの付着した不燃物からチャーを剥離させ、そして比重の小さいチャーと比重の大きい不燃物とに分離する流動層によるチャー・不燃物分離方法において、供給空気の温度をチャーの乾燥温度以上でかつチャーの燃焼温度未満とする。さらにチャーの捕集率を上げるためには、流動層上の空塔部速度をチャーの終末速度以上かつ砂粒子の終末速度未満にするとよい。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャーの付着した不燃物を砂粒子を流動媒体とする流動層分離装置に投入し、該流動層分離装置内の流動層に供給される流動化気体により流動する砂粒子群により前記チャーを前記不燃物から剥離させ、そして流動層分離装置の空塔部を上昇する前記流動化気体により比重の小さい前記チャーと比重の大きい前記不燃物とを分離する流動層によるチャー・不燃物分離方法であって、前記流動化気体として空気を用い、該空気の温度を前記チャーの乾燥温度以上でかつ該チャーの燃焼温度未満とする流動層によるチャー・不燃物分離方法。
【請求項２】
請求項１に記載の流動層によるチャー・不燃物分離方法において、前記流動層分離装置の空塔部における前記空気の上昇速度が前記チャーの終末速度以上かつ前記砂粒子の終末速度未満になるように前記空気の流量を制御することを特徴とする流動層によるチャー・不燃物分離方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の流動層によるチャー・不燃物分離方法において、前記流動化気体として前記空気に代えて不活性ガスを用いることを特徴とする流動層によるチャー・不燃物分離方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の流動層によるチャー・不燃物分離方法において、前記空塔部から流出するチャーを随伴するガスを、チャー捕集器に導入して前記チャーを捕集することを特徴とする流動層によるチャー・不燃物分離方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流動層によるチャー・不燃物分離方法に係わり、特に熱分解ガス化炉で発生するチャーの付着した不燃物をチャーと不燃物に分離するのに好適な方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ごみの減容化とごみ灰の無害化を同時に実現できるごみガス化溶融システムが注目されている。このシステムにはガス化炉として流動床式とキルン式を用いるものと、ガス化溶融をひとつの炉で行う高炉式がある。このうち、キルン式ガス化炉は、原則として外熱のみで、炉内に空気を供給しないので、生成する熱分解ガスやチャーの発熱量が高いという特徴がある。このため、ごみから炭化燃料（高発熱量のチャー）を製造する、また有価の不燃物を抽出する装置としても注目されている。以下、従来技術によるキルン式ごみガス化炉からの不燃物とチャーとの分離システムを説明する。ごみは、貯蔵ピットから、給じんホッパに投入され、定量供給機により所定量のごみが、シ−ル機構を経て、キルン式ガス化炉に供給される。ガス化炉に供給されたごみは、ガス化炉周囲からの外部熱によって熱分解し、熱分解ガス、固体のチャー、不燃物及び少量のタ−ルが発生する。発生した熱分解物は、ガス化炉下流に設けた排出室で分離され、そのうち熱分解ガスは上部から排出され、ガス化炉の外部熱源の燃料などに用いられる。一方、固形分であるチャーや不燃物は、排出室の下部から抜き出され、冷却スクリュー等によって冷却された後、コンベアによって、チャー・不燃物分離装置に導かれる。
【０００３】
このチャー・不燃物分離装置には、いろいろあるが、一般には流動層式が用いられる。流動層分離装置は、流動層内に供給された空気による砂粒子の流動により不燃物などに付着したチャーを剥離して、比重の小さいチャーが流動層上の空塔部に移動し、そこから空気流に乗って下流部に運ばれ、一方、比重の大きい不燃物は流動層下部から砂粒子の一部とともに排出されるように構成されている。空塔部から運び出されたチャーは捕集器（バグフィルタあるいはサイクロン捕集器）によって捕集され、流動層から取り出され不燃物は砂粒子の一部とともに排出され、砂分級機で砂粒子と不燃物に分級され、砂粒子は再び流動層に戻される。
【０００４】
しかし、ガス化炉から排出された固形分（不燃物とそれに付着したチャー）は、冷却されコンベアで搬送される間に、外気等と接触し、湿気をおびた状態となり、不燃物に付着したチャーは、常温の空気による砂粒子の流動だけでは、不燃物から完全に分離せず、取り出された不燃物の周囲には黒いチャーが付着した状態となっている。すなわち、常温の空気を用いる流動層では、チャーを不燃物から十分に剥離できないという問題があった。チャーが付着した不燃物は、有価物としては評価されず、廃棄物の扱いとなってしまう。また、高温の空気を用いると、分離したチャーが燃焼してしまい、炭化燃料としては使えない。
【０００５】
ところで、通常の流動層焼却炉の場合、流動層上の空塔部における空気の流速１．３ｍ／ｓ以下にしている。これは、被焼却物が高温雰囲気中に滞留する時間を増大して燃焼を促進する意味合いをもって設定されている。しかし、チャー・不燃物を分離するために燃焼を伴わない流動層分離装置においては、空塔部における空気の流速１．３ｍ／ｓ以下ではチャーの一部が流動層装置下流まで排出されないといった別の問題もあった。
【０００６】
特許文献１には、不活性ガスによる金属珪素粉末の流動化を継続しながら、２００℃以上定常反応温度以下で加熱することにより加熱器または反応器内に与えられた熱量を均一に分散させて金属珪素粉末を乾燥させることが開示されている。また、特許文献２には、カーボンナノファイバーを流動炉により製造するに際し、流動層反応部における流速を、流動材の流動開始速度の２〜９０倍、より好ましくは２〜６０倍とする例が示されている。しかし、いずれの場合も、固体に付着した付着物を流動層により、分離する点については何も記載されていない。
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−３０９４６５号公報（第３頁）
【特許文献２】特開２００４−７５４５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記のように従来の流動層分離装置においては、不燃物に付着したチャーは、不燃物から完全に分離できないという問題があった。
【０００９】
本発明の課題は、ガス化炉で発生したチャーの付着した不燃物をチャーと不燃物に効率よく分離することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を達成する本発明は、チャーの付着した不燃物を砂粒子を流動媒体とする流動層分離装置に投入し、該流動層分離装置内の流動層に供給される流動化気体により流動する砂粒子群により前記チャーを前記不燃物から剥離させ、そして流動層分離装置の空塔部を上昇する前記流動化気体により比重の小さい前記チャーと比重の大きい前記不燃物とを分離する流動層によるチャー・不燃物分離方法であって、前記流動化気体として空気を用い、該空気の温度を前記チャーの乾燥温度以上でかつ該チャーの燃焼温度未満とするものである。
【００１１】
このように流動化気体として用いる空気の温度をチャーの乾燥温度以上にすると、不燃物に付着したチャーが乾燥し、該乾燥したチャーは流動化する砂粒子群によりこすられて不燃物から容易に剥離し、したがって不燃物とチャーの分離が容易になる。それとともに、流動化気体の温度すなわち雰囲気温度がチャーの燃焼温度以下であるため、分離したチャーは燃焼することもなく高発熱量を保有する。
【００１２】
また、流動層分離装置の空塔部における空気の上昇速度がチャーの終末速度以上かつ砂粒子の終末速度未満になるように空気流量を制御するとよい。
【００１３】
このように空塔部における空気の上昇速度をチャーの終末速度以上にすることにより、チャーは上昇流により流動層分離装置の外に搬出され、一方、空気の上昇速度を砂粒子の終末速度未満とすることにより、チャーに比べて終末速度の大きい砂粒子や不燃物は、上昇流によって搬送されることなく流動層下部から排出されることになる。
【００１４】
また流動層に供給する流動化気体として、空気に代えて不活性ガスを用いてもよい。この場合、不活性ガス中に酸素を含まないため、流動層分離装置において燃焼反応が起こらず、空気に比べてより高温の不活性ガスが使用可能となり、湿った状態でチャーが付着している不燃物の乾燥が容易になる。
【００１５】
また分離されたチャーは流動化気体に随伴して流動層分離装置の空塔部から流出するから、流動化気体とともにチャー捕集器に導入してチャーを捕集すればよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、チャーの付着した不燃物を流動層分離装置でチャーと不燃物とに効率よく分離することができる。この分離により、従来では廃棄物として処分されていたチャーの付着した不燃物を、チャーは高発熱量の炭化燃料として、不燃物は有価物として再利用することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の流動層によるチャー・不燃物分離方法（以下、流動層によるチャー・不燃物分離方法を単にチャー・不燃物分離方法という）の実施の形態を図面を用いて説明する。
【００１８】
（第１の実施の形態）
図１に、本発明に係るチャー・不燃物分離方法の第１の実施の形態を実施するごみガス化ステムの要部構成を示す。図示のごみガス化ステムは、給じんホッパ１と、給じんホッパ１の底部に接続された定量供給機２と、定量供給機２にシール機構３を介して接続されたガス化炉４と、ガス化炉４の下流側部分に連続して形成された排出室５と、排出室５の底部に接続して設置された冷却スクリュー６と、冷却スクリュー６の下流端に接続して配置されたコンベア７と、コンベア７の下流端に接続して配置された流動層分離装置８と、流動層分離装置８の底部に接続された砂分級機１０と、砂分級機１０に接続された不燃物捕集器１１と、流動層分離装置８上部に接続されたチャー捕集器９と、前記排出室５の上部に接続して配置された熱交換器１２と、を含んで構成されている。
【００１９】
砂分級機１０は、流動層分離装置８の底部から取り出された砂粒子と不燃物の混合物を砂粒子と不燃物に分級するもので、分級された砂粒子は管路を経て再び流動層分離装置８に供給されるようになっている。
【００２０】
熱交換器１２は、排出室５の上部から取り出された熱分解ガスを加熱流体として被加熱流体流路に導かれる空気を加熱するよう構成され、加熱された空気は、被加熱流体流路下流端と流動層分離装置８の流動層下方を接続する管路を経て流動層分離装置８に流動化気体として供給される。
【００２１】
上記構成のごみガス化システムに適用される本実施の形態に係るチャー・不燃物分離方法について説明する。まず、ごみは給じんホッパ１に投入される。給じんホッパ１のごみは定量供給機２により所定量連続的に取り出され、シ−ル機構３を経てキルン式ガス化炉４に供給される。ガス化炉４に供給されたごみは、ガス化炉４周囲からの外部熱によって熱分解し、熱分解ガス、固体のチャー、不燃物及び少量のタ−ルが発生する。
【００２２】
発生した熱分解物は、ガス化炉４下流部に設けられた排出室５で分離され、熱分解ガスは排出室５の上部から排出され、ガス化炉４の外部熱源の燃料及び流動層分離装置８に供給される流動化気体、本実施の形態では空気を昇温するための熱源として用いられる。一方、固形分であるチャー（未燃炭素）や不燃物（例えば鉄、アルミニウム）は、不燃物の周囲にチャーが付着した状態で排出室５の下部から抜き出され、冷却スクリュー６等によって冷却された後、コンベア７によって搬送されて流動層分離装置８に導かれる。このとき、チャーが付着した不燃物は冷却されコンベア７上で外気等と接触して、湿気をおびた状態となる。
【００２３】
このようにチャーが付着した不燃物は湿気を帯びた状態で流動層分離装置８内に投入される。投入された不燃物は、流動層内に供給される昇温された空気により乾燥されるとともに、該空気により流動する砂粒子群に混入される。砂粒子群に混入された不燃物は周囲の砂粒子群と擦れあい、不燃物に付着したチャーは不燃物から離脱する。離脱した比重の小さいチャーは、上昇する空気に随伴されて流動層上の空塔部に移動し、流動層分離装置８の上部から空気とともに下流部に運ばれ、チャー捕集器９（バグフィルタあるいはサイクロン捕集器）によって捕集される。
【００２４】
一方、比重の大きい不燃物は流動層下部から砂の一部とともに排出され、砂分級機１０で砂粒子と不燃物に分級される。そして砂粒子は再び流動層分離装置８に戻され、不燃物だけが砂分級機１０から取り出され、不燃物捕集器１１に集められる。
【００２５】
上記工程のうち、流動層分離装置８においては、流動層の流動化に用いる空気（流動化空気）の温度は、チャーの乾燥温度以上でかつ燃焼温度以下としてある。実用的には、チャーや不燃物を乾燥するために１００℃以上を確保し、さらに高発熱量のチャーを取り出すためにチャーが燃焼しない温度である２００℃以下としてある。したがって流動化空気の温度は、１００〜２００℃に制御される。流動化空気としては、ガス化炉４で生成され排出室５で分離された熱分解ガスと熱交換器１２で熱交換して加熱された空気を用いるほか、ヒ−タなどを用いて所定の温度にした空気を用いてもよい。
【００２６】
このようにチャーの乾燥温度以上の流動化空気を用いて、湿気を帯びたチャー及び不燃物を乾燥することにより、不燃物に付着したチャーは流動化する砂粒子にこすられて不燃物から容易に剥離するようになる。それとともに、流動層の雰囲気がチャーの燃焼温度以下にあるため、分離したチャーは燃焼することもなく高発熱量を保有した状態で分離される。この結果、流動層下部からは、チャーの付着していない不燃物が回収され、有価物として利用可能となる。一方、チャーは、高発熱量を保有し、高濃度で炭化燃料として流動層分離装置８の下流にあるチャー捕集器９に回収することが可能となる。
【００２７】
さらにチャーの捕集率を高めるためには、流動化空気の供給量を、流動層上の空塔部における空気の上昇速度、すなわち空塔部速度がチャーの終末速度以上で、かつ砂粒子の終末速度未満になるように制御する。例えば流動層を形成する流動媒体として３号砂を用いた場合には、空塔部における空気の流速を１．３〜２．０ｍ／ｓとなるように制御する。
【００２８】
このように制御する根拠を図２に示すグラフにより説明する。図２に示すグラフは、流動化空気としては常温のものを用い、流動化砂としては３号砂を用いて、流動層分離装置８の空塔部速度とチャーの捕集率の関係を示す。グラフから明らかなように、流動層の空塔部速度を１．０ｍ／ｓから増加するに従いチャーの捕集率は増加し、１．３ｍ／ｓ以上ではほぼ一定になることが分かった。また、図２には示されていないが、空塔部速度１．７ｍ／ｓ以下では、チャー捕集器９における捕集物中に砂粒子や不燃物が混入することはほとんど無いことも分かった。このため、流動化空気量は、空塔部速度をチャーの終末速度以上の１．３ｍ／ｓから砂粒子の終末速度未満の２．０ｍ／ｓになるように制御すれば、ほとんどのチャーを分離して捕集し、砂などの不純物を含むことなく高発熱量のチャーだけを回収できることが確認された。
【００２９】
ところで砂粒子の終末速度は砂の粒子径とも関係し、大粒子ほど終末速度が大きくなる。そのため、空塔部における空気の流速範囲を大きく採るためには、流動化砂に大粒子のものを使用することも効果がある。ここでは、３号砂を用いたが、さらに大粒子径の２号砂などを用いれば、流速の上限はさらに大きくできることは明らかである。すなわち、流動化空気量は、空塔部における空気の流速をチャーの終末速度以上で、かつ流動化砂の終末速度以下に制御すればよいことが分かった。
【００３０】
空塔部における空気の流速を砂粒子の終末速度以下にすれば、砂粒子が空気の上昇流によって搬送されることはないため、捕集器には高発熱量のチャーだけを捕集することができる。したがって、捕集チャー中に砂粒子が混入することによる発熱量の低下が避けられるとともに、流動層内の砂粒子の流失を防止することができ、砂粒子の消費を減らすことが可能となる。捕集されたチャーは溶融炉の燃料源としても用いることができ、燃料削減にも寄与し、このように資源として再利用できることは、経済的にも効果が大きい。
【００３１】
（第２の実施の形態）
次に図３を用いて、本発明の第２の実施の形態のチャー・不燃物分離方法について説明する。本実施の形態のチャー・不燃物分離方法が前記第１の実施の形態と異なるのは、流動化気体として、先述の第１の実施の形態で用いた空気に代えて不活性ガスを用いる点であり、他の構成は前記第１の実施の形態と同じであるので、図示と説明を省略する。
【００３２】
本実施の形態では、流動層の砂粒子群を流動化するための流動化気体として、Ｎ２ガスあるいはＣＯ２ガスあるいは両者の混合ガス、あるいはガス化炉から排出される熱分解ガスを直接に用いる。Ｎ２ガスあるいはＣＯ２ガスあるいは両者の混合ガスは、ガス化炉４に連結する排出室５（図１参照）から流出する熱分解ガスにより熱交換器１２で加熱され、そこから流動層分離装置８下部に設置された流動層８ｂに供給され、流動層上の空塔部８ａを経てチャー捕集器９に流出する。この間、流動層中のチャー及び不燃物を乾燥するために、不活性ガスは最低で１００℃を確保することは必要であるが、上限温度については、空気を用いる場合に比べて高温を用いることができる。しかし、あまり高温にすることは、経済的にも不利であり、第１の実施の形態における空気と同様、２００℃ぐらいに制御することが望ましい。
【００３３】
また空塔部での不活性ガスの流速は、チャーの終末速度以上で、かつ砂粒子の終末速度以下になるように制御する。このように流動層に供給する不活性ガスの温度および流量を制御することにより、空気を用いる場合と同様に、チャーと不燃物を効率よく分離できる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る流動層のチャー・不燃物分離方法を実施するごみガス化システムの要部構成を示す系統図である。
【図２】流動化空気が常温の場合の、流動層分離装置の空塔部速度とチャーの捕集率との関係を示すグラフである。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る流動層のチャー・不燃物分離方法を実施するごみガス化システムの部分の構成を示す系統図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  給じんホッパ
２  定量供給機
３  シ−ル機構
４  ガス化炉
５  排出室
６  冷却スクリュー
７  コンベア
８  流動層分離装置
９  チャー捕集器
１０  砂分級機
１１  不燃物捕集器
１２  熱交換器
【図１】
2006223961.tif 000003
【図２】
2006223961.tif 000004
【図３】
2006223961.tif 000005