(57)【要約】下水汚泥（１０１）等の有機物は、有機物をガス化して可燃性ガスを得、該可燃性ガスをガスエンジン又はガスタービンの燃料として用いることにより動力（エネルギー）回収することによって処理される。該有機物の処理方法において、原料の有機物は、乾燥工程（５１）で乾燥され、乾燥された原料はガス化され生成ガス（１２３）を生成し、ガス化によって生成された該生成ガス及び／又は燃焼ガスの顕熱は回収工程で熱媒体を用いることによって回収される。その後、該回収工程で加熱された該熱媒体は乾燥用の熱媒体ガスとして該乾燥工程に導入される。
2007510533.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料の有機物を乾燥させる乾燥工程と、
該乾燥させた原料をガス化して生成ガスを生成するガス化工程と、
該ガス化工程により生成した生成ガス及び／又は燃焼ガスから顕熱を回収する回収工程とを備え、
前記回収工程で用いられる熱媒体として、空気又は窒素ガス又は炭酸ガス又は空気、窒素ガスおよび炭酸ガスのうち少なくとも２つの混合ガスを用い、該回収工程で加熱された該熱媒体を前記乾燥工程に導入し、乾燥用の熱媒体ガスとして用いることを特徴とする有機物の処理方法。
【請求項２】
前記乾燥工程では、前記熱媒体ガスと前記原料とを直接接触させる方式の原料乾燥機を用い、蒸発した水分によって湿度を増した該熱媒体ガスを、下水処理場から排出される下水処理水を用いて冷却し該熱媒体ガスに含まれている水分を凝縮させ、熱媒体ガスの湿度を下げることによって乾燥用の熱媒体ガスとして湿度の下がった熱媒体ガスを再利用することを特徴とする請求項１記載の有機物の処理方法。
【請求項３】
前記乾燥用の熱媒体ガスを、前記下水処理水を用いて冷却するに際し、該熱媒体ガスと該下水処理水を直接接触させることにより、該熱媒体ガスを冷却するとともに、該熱媒体ガス中に含まれる固形物を該下水処理水によって洗浄除去することを特徴とする請求項１又は２記載の有機物の処理方法。
【請求項４】
前記ガス化工程で生成された生成ガスをガスエンジン又はガスタービンに導入して動力を回収することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の有機物の処理方法。
【請求項５】
前記ガスエンジン又はガスタービンの排気から、空気又は窒素ガス又は炭酸ガス又は空気、窒素ガスおよび炭酸ガスのうち少なくとも２つの混合ガスからなる熱媒体ガスを用い熱エネルギーを回収し、加熱された該熱媒体ガスを前記乾燥工程に導入し、乾燥用の熱媒体ガスとして用いることを特徴とする請求項４記載の有機物の処理方法。
【請求項６】
前記ガスエンジン又はガスタービンに、天然ガス、都市ガス、プロパンガス、ガソリン、灯油、軽油、又は重油からなる燃料を補助燃料又は主燃料として供給すること特徴とする請求項４又は５記載の有機物の処理方法。
【請求項７】
前記ガス化工程で生成する生成ガス及び／又は燃焼ガスから回収される熱エネルギー量と、前記ガスエンジン又はガスタービンの排気から回収される熱エネルギー量の合計が、前記乾燥工程で必要とされる熱エネルギー量以上に保たれるように該ガスエンジン又はガスタービンに供給する燃料の量を調整することを特徴とする請求項４乃至６のいずれか１項に記載の有機物の処理方法。
【請求項８】
ガス化室に有機物を供給する供給する供給工程と、
前記ガス化室で該有機物をガス化して可燃性ガスと残渣を生成するガス化工程と、
前記ガス化室で生成された該残渣を燃焼室で燃焼して燃焼ガスを生成する燃焼工程と、
ガスエンジン又はガスタービンに前記ガス化室で生成された可燃性ガスを導入して動力を回収する回収工程とを備え、
前記ガス化室と前記燃焼室は内部循環流動床ガス化炉に設けられ、流動媒体は前記ガス化室と前記燃焼室間を循環することを特徴とする有機物の処理方法。
【請求項９】
前記ガス化室で生成した可燃性ガス、前記燃焼室で発生する燃焼ガス及び前記ガスエンジン又はガスタービンの排ガスと、空気との間で熱交換しこれらのガスの顕熱を回収し、該熱回収により加温された空気を前記有機物の乾燥用空気として利用することを特徴とする請求項８記載の有機物の処理方法。
【請求項１０】
前記有機物の乾燥に用いた乾燥用空気を、前記可燃性ガス、燃焼ガス及び排ガスとの間で熱交換して加温し、再び乾燥用空気として循環して利用し、該循環する乾燥用空気の一部を前記内部循環流動床ガス化炉に導入し脱臭することを特徴とする請求項９記載の有機物の処理方法。
【請求項１１】
前記有機物の乾燥に用いた乾燥用空気中の水分を凝縮除去し、該乾燥用空気中の水分割合を下げることを特徴とする請求項１０記載の有機物の処理方法。
【請求項１２】
前記乾燥用空気と冷却水との直接熱交換によって乾燥用空気中の水分を凝縮除去することを特徴とする請求項１１記載の有機物の処理方法。
【請求項１３】
前記乾燥用空気の水分の凝縮除去に用いる冷却水として、下水の放流水を用いることを特徴とする請求項１１又は１２記載の有機物の処理方法。
【請求項１４】
前記ガス化室から供給される可燃性ガスを洗浄するスクラバを設け、該スクラバの上流側に減温・除塵装置を設け、前記可燃性ガスを前記減温・除塵装置によって処理し可燃性ガス温度を１５０℃〜２５０℃に低下させ、可燃性ガス中のタールの凝縮と除塵を行い、該可燃性ガスを前記スクラバに投入することを特徴とする請求項８乃至１３のいずれか１項に記載の有機物の処理方法。
【請求項１５】
前記ガスエンジン又はガスタービンに、天然ガス、都市ガス、プロパンガス、ガソリン、灯油、軽油、又は重油からなる燃料を補助燃料又は主燃料として供給することを特徴とする請求項８乃至１４のいずれか１項に記載の有機物の処理方法。
【請求項１６】
前記内部循環流動床ガス化炉から生成する可燃性ガス及び／又は燃焼ガスから回収される熱エネルギー量と、前記ガスエンジン又はガスタービンの排気から回収される熱エネルギー量の合計が、該有機物を乾燥するために必要とされる熱エネルギー量以上に保たれるように該ガスエンジン又はガスタービンに供給する燃料の量を調整することを特徴とする請求項８乃至１５のいずれか１項に記載の有機物の処理方法。
【請求項１７】
有機物をガス化し可燃性ガスと残渣を生成するよう構成されたガス化室と、
前記ガス化室で生成された残渣を燃焼し燃焼ガスを発生するよう構成された燃焼室と、
前記ガス化室で生成された可燃性ガスをガスエンジン又はガスタービンに供給し動力を回収するよう構成された供給装置とを備え、
前記ガス化室と前記燃焼室は内部循環流動床ガス化炉内に設けられ、流動媒体が前記ガス化室と前記燃焼室間を循環することを特徴とする有機物の処理装置。
【請求項１８】
前記有機物を乾燥させる乾燥装置と、
前記ガス化室で生成した可燃性ガス、前記燃焼室で発生する燃焼ガス及び前記ガスエンジン又はガスタービンの排ガスと、空気との間で熱交換を行いこれらガスの顕熱を回収する空気予熱器とを備え、
前記空気予熱器で熱を回収して加温された空気を乾燥用空気として前記乾燥装置に導入することを特徴とする請求項１７記載の有機物の処理装置。
【請求項１９】
前記乾燥装置から排出された乾燥用空気を前記空気予熱器で加温した後再び前記乾燥装置に導く乾燥用空気循環路を備え、
前記乾燥用空気循環路を循環する乾燥用空気の一部を前記燃焼室に燃焼用のガスとして導入し脱臭することを特徴とする請求項１８記載の有機物の処理装置。
【請求項２０】
前記乾燥用空気中の水分を凝縮除去して乾燥用空気中の水分割合を下げる凝縮器を備え、
前記乾燥装置から排出された乾燥用空気を前記凝縮器に導入することを特徴とする請求項１９記載の有機物の処理装置。
【請求項２１】
前記ガスエンジン又はガスタービンに、天然ガス、都市ガス、プロパンガス、ガソリン、灯油、軽油、又はＡ重油からなる燃料を補助燃料又は主燃料として供給することを特徴とする請求項１７乃至２０のいずれか１項に記載の有機物の処理装置。
【請求項２２】
前記内部循環流動床ガス化炉から生成する可燃性ガス及び／又は燃焼ガスから回収される熱エネルギー量と、前記ガスエンジン又はガスタービンの排気から回収される熱エネルギー量の合計が、該有機物を乾燥するために必要とされる熱エネルギー量以上に保たれるように該ガスエンジン又はガスタービンに供給する燃料の量を調整することを特徴とする請求項１７乃至２１のいずれか１項に記載の有機物の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機物をガス化して可燃性ガスを得、該可燃性ガスをガスエンジンやガスタービンの燃料として用いることにより電気等として動力（エネルギー）回収する下水汚泥等の有機物の処理方法及び処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
下水汚泥等の高含水率有機物（含水率７０％以上の有機物）の処理方法として、現在行われている方法は嫌気消化法と焼却処理方法の二つに大別される。嫌気性消化方法はメタン発酵によりメタンガスを生成するのでエネルギー回収が可能であるが、反応速度が遅いので大きな消化タンクが必要になる等、設備コストが増加することや、生物反応であるため一旦反応状態が乱れると回復に時間がかかる等の課題がある他、最終的に消化汚泥が発生するので、その処理のため更に焼却設備が必要となる等の課題を抱えている。
【０００３】
一方の焼却処理方法は反応時間が速く焼却炉そのものは小さくできるが、脱水汚泥のように含水率の高いものは自燃しないため、乾燥させて含水率を下げる必要があり、乾燥装置や熱交換器が大きくなるばかりか、汚泥乾燥のための熱源として重油等のエネルギーを投入する必要があり、エネルギー消費設備となるという課題があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
下水汚泥の処理事業は地方自治体の事業として、税金を投入して行われているのが現状である。今後ＰＦＩ（Ｐｒｉｖａｔｅ  Ｆｉｎａｎｃｉａｌ  Ｉｎｉｔｉａｔｉｖｅｓ）の導入等により大幅にイニシャルコストやランニングコストを下げることが迫られる。
【０００５】
本発明はこのような下水汚泥等の有機物の処理において抱えている問題を解決し、イニシャルコストやランニングコストを大幅に低減できる有機物の処理方法及び処理装置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】
【０００６】
本発明の第１の態様によれば、原料の有機物を乾燥させる乾燥工程と、該乾燥させた原料をガス化して生成ガスを生成するガス化工程と、該ガス化工程から発生した生成ガス、及び／又は燃焼ガスから顕熱を回収する回収工程とを備え、前記回収工程で用いられる熱媒体として、空気又は窒素ガス又は炭酸ガス又は空気、窒素ガスおよび炭酸ガスのうち少なくとも２つの混合ガスを用い、該回収工程で加熱された該熱媒体を前記乾燥工程に導入し、乾燥用の熱媒体ガスとして用いることを特徴とする有機物の処理方法である。
【０００７】
本発明の第１の態様によれば、回収工程でガス化工程から生成した可燃性ガス（生成ガス）及び／又は燃焼ガスから顕熱を回収し、加熱された熱媒体ガスを乾燥工程に導入して、乾燥用の熱媒体ガスとして用いるので、有機物の含水率が低下し、その分ガス化工程での水分蒸発による熱の消耗が少なくなり冷ガス効率が向上する。
【０００８】
本発明の好ましい態様では、前記乾燥工程では、前記熱媒体ガスと前記原料とを直接接触させる方式の原料乾燥機を用い、蒸発した水分によって湿度を増した該熱媒体ガスを、下水処理場から排出される下水処理水を用いて冷却し該熱媒体ガスに含まれている水分を凝縮させ、熱媒体ガスの湿度を下げることによって湿度の下がった熱媒体ガスを乾燥用の熱媒体ガスとして再利用する。
【０００９】
本発明によれば、乾燥工程で蒸発した水分によって湿度を増した乾燥用の熱媒体ガスを、下水処理場から排出される下水処理水を用いて冷却し、該乾燥用の熱媒体ガスに含まれている水分を凝縮させ、熱媒体ガスの湿度を下げて熱媒体ガスを乾燥用の熱媒体ガスとして再利用するので、有機物の乾燥を効率的に行うことができると共に、乾燥用の熱媒体ガスの有する熱を最大限高含水率有機物の乾燥に利用することができる。
【００１０】
本発明の好ましい態様では、前記乾燥用の熱媒体ガスを、前記下水処理水を用いて冷却するに際し、該熱媒体ガスと該下水処理水を直接接触させることにより、該熱媒体ガスを冷却するだけでなく、該熱媒体ガス中に含まれる固形物を該下水処理水によって洗浄除去する。
【００１１】
上記の構成によって、熱媒体ガスと下水処理水を直接接触させるので、熱媒体ガスを効率的に冷却させ水分を凝縮除去するだけでなく、該熱媒体ガス中に含まれるダストを該下水処理水によって洗浄除去することができる。本発明を下水処理場の下水汚泥処理に採用した場合、乾燥用の熱媒体ガスと下水処理水を直接接触させる凝縮手段として水スクラバを用いると、水分を凝縮除去させるために大量の水を必要とするが、下水処理場には大量の下水処理水があるから、その一部を利用するだけで済む。また、凝縮除去に使用した水は下水処理場の水処理設備を利用することにより、新たに設備を設けることなく処理できる。
【００１２】
本発明の好ましい態様では、前記ガス化工程で得られた生成ガスをガスエンジン又はガスタービンに導入して動力を回収する。
【００１３】
ガス化工程で生成された生成ガスをガスエンジン又はガスタービンに導入して動力を回収するので、設備規模が小さく低イニシャルコスト、低ランニングコストで高含水率有機物を処理することができる。
【００１４】
本発明の好ましい態様では、前記ガスエンジン又はガスタービンの排気から、空気又は窒素ガス又は炭酸ガス又は空気、窒素ガスおよび炭酸ガスのうち少なくとも２つの混合ガスからなる熱媒体ガスを用い熱エネルギーを回収し、その加熱された該熱媒体ガスを前記乾燥工程に導入し、乾燥用の熱媒体ガスとして用いる。
【００１５】
ガスエンジン又はガスタービンの排気から熱媒体ガスを用い熱エネルギーを回収し、該熱回収した熱エネルギーで加熱された熱媒体ガスを原料乾燥工程に導入するので、ガスエンジン又はガスタービンの排気の熱を高含水率有機物の乾燥に利用でき、その分ガス化工程での水分蒸発による熱の消耗が少なくなりガス化率が向上する。
【００１６】
下水汚泥等の有機物の含水率が非常に高く、ガス化工程、またはガスエンジン又はガスタービン等の動力回収工程からの排熱回収では十分な乾燥ができない場合は、ガス化工程での冷ガス効率が低下し、十分な量の生成ガスを確保できず、動力回収工程からの出力が低下する事態が生じる可能性がある。このような場合は動力回収工程の設備稼働率が低下し、経済的に好ましくない。
【００１７】
本発明の好ましい態様では、前記ガスエンジン又はガスタービンに天然ガス、都市ガス、プロパンガス、ガソリン、灯油、軽油、又は重油からなる燃料を補助燃料又は主燃料として供給する。
【００１８】
上述の構成によって、動力回収工程の設備稼働率の低下を防止することができる。動力回収工程からの排熱量も増加するので、この熱を乾燥用の熱媒体ガスを加熱する熱源とすることで、有機物が含水率の非常に高い汚泥でもあっても有機物の乾燥度を維持することができ、ガス化工程での冷ガス効率を向上させ、高含水率有機物からの回収エネルギー量を増やすことができる。
【００１９】
本発明の好ましい態様では、前記ガス化工程で発生する生成ガス及び／又は燃焼ガスから回収される熱エネルギー量と、前記ガスエンジン又はガスタービンの排気から回収される熱エネルギー量の合計が、前記乾燥工程で必要とされる熱エネルギー量以上に保たれるように該ガスエンジン又はガスタービンに供給する燃料の量を調整する。
【００２０】
ガス化工程で生成する生成ガス及び／又は燃焼ガスから回収される熱エネルギー量と、ガスエンジン又はガスタービンの排気から回収される熱エネルギー量の合計が、原料乾燥工程で必要とされる熱エネルギー量以上に保たれるように該ガスエンジン又はガスタービンに供給する燃料の量を調整するので、高含水率有機物からのエネルギー回収率が向上すると共に、季節等による変動が少ない。
【００２１】
本発明の第２の態様によれば、ガス化室に有機物を供給する供給する供給工程と、前記ガス化室で該有機物をガス化して可燃性ガスと残渣を生成するガス化工程と、燃焼室内の前記ガス化室で生成された該残渣を燃焼して燃焼ガスを生成する燃焼工程と、ガスエンジン又はガスタービンに該ガス化室で生成された該可燃性ガスを導入して動力を回収する回収工程とを備え、前記ガス化室と前記燃焼室は内部循環流動床ガス化炉に設けられ、流動媒体は前記ガス化室と前記燃焼室間を循環することを特徴とする有機物の処理方法である。
【００２２】
本発明の第２の態様によれば、内部循環流動床ガス化炉のガス化室で高含水率有機物をガス化して、可燃性ガスを生成し、該可燃性ガスをガスエンジン若しくはガスタービンに導入して動力を回収するので、設備規模が小さく低イニシャルコスト、低ランニングコストで下水汚泥等の高含水率有機物を処理することができる。
【００２３】
本発明の好ましい態様では、前記ガス化室で生成した可燃性ガス、前記燃焼室で発生する燃焼ガス、及び前記ガスエンジン又はガスタービンの排ガスと、空気との間で熱交換しこれらのガスの顕熱を回収し、該熱回収により加温された空気を前記有機物の乾燥用空気として利用する。
【００２４】
内部循環流動床ガス化炉からの生成ガス（可燃性ガス）及び燃焼ガス及びガスエンジン又はガスタービンの排ガスの顕熱を回収し、加温された空気を有機物の乾燥用空気として利用するので、有機物の含水率が低下し、その分内部循環流動床ガス化炉内での水分蒸発による熱の消耗が少なくなりガス化率が向上する。さらに、有機物を乾燥させるのに補助燃料が不要となる。
【００２５】
本発明の好ましい態様では、前記有機物の乾燥に用いた乾燥用空気を、可燃性ガス、燃焼ガス、排ガスとの間で熱交換して加温し、再び乾燥用空気として循環して利用し、該循環する乾燥用空気の一部を前記内部循環流動床ガス化炉に導入し脱臭する。
【００２６】
有機物の乾燥に用いた乾燥用空気を、生成ガス、燃焼ガス及び排ガスとの間で熱交換して加温し、再び乾燥用空気として循環して利用するので、乾燥用空気の有する熱を最大限高含水率有機物の乾燥に用いることができる。下水汚泥を乾燥用空気を用いて乾燥した場合、悪臭を放つ多量の空気が発生し、その脱臭対策が大きな問題となる。本発明では、この悪臭を有する乾燥用空気を外部に放出することなく循環させて有機物の乾燥に利用し、一部は燃焼室に燃焼用のガスとして導入し高温で脱臭成分を焼却する。それゆえ、悪臭を有する乾燥用空気を外部に放出することがなく脱臭設備を設ける必要がない。脱臭設備を設ける必要がないので、イニシャルコストやランニングコストを低減できる。
【００２７】
本発明の好ましい態様では、前記有機物の乾燥に用いた乾燥用空気中の水分を凝縮除去し、該乾燥用空気中の水分割合を下げる。
【００２８】
高含水率有機物の乾燥に用いた乾燥用空気中の水分を凝縮除去し、該乾燥用空気中の水分割合を下げて乾燥用空気を再び有機物の乾燥に用いるので、有機物の乾燥を効率的に行うことができる。本発明を下水処理場の下水汚泥処理に採用した場合、凝縮手段として水スクラバを用いると水分を凝縮させるために大量の水を必要とするが、下水処理場には大量の下水処理水があるから、その一部を利用するだけで水分を凝縮除去できる。また、水分の凝縮除去に使用した水は下水処理場の水処理設備により、新たに設備を設けることなく処理できる。
【００２９】
本発明の好ましい態様では、乾燥用空気と冷却水との直接熱交換によって乾燥用空気中の水分を凝縮除去する。
【００３０】
本発明の好ましい態様では、前記乾燥用空気の水分の凝縮除去に用いる冷却水として、下水の放流水を用いる。
【００３１】
本発明の好ましい態様では、前記ガス化室から供給される可燃性ガスを洗浄するスクラバを設け、該スクラバの上流側に減温・除塵装置を設け、前記可燃性ガスは前記減温・除塵装置によって処理され可燃性ガス中のタールの凝縮のために可燃性ガス温度を１５０℃〜２５０℃に低下させ、可燃性ガス中の除塵を行い、該可燃性ガスを前記スクラバに投入する。
【００３２】
本発明の好ましい態様では、前記ガスエンジン又はガスタービンに天然ガス、都市ガス、プロパンガス、ガソリン、灯油、軽油、又は重油からなる燃料を補助燃料又は主燃料として供給する。
【００３３】
本発明によれば、ガス化工程での冷ガス効率が低下し、十分な量の生成ガス（可燃性ガス）を確保できない場合、ガスエンジン又はガスタービンに、天然ガス、都市ガス、プロパンガス、ガソリン、灯油、軽油、又はＡ重油等の燃料を補助燃料又は主燃料として供給する。この構成により、動力回収工程の設備稼働率の低下を防止することができる。有機物が含水率の非常に高い汚泥でもあっても有機物の乾燥度を維持することができる。ガス化工程での冷ガス効率を向上させ、高含水率有機物からの回収エネルギー量を増やすことができる。
【００３４】
本発明の好ましい態様では、前記内部循環流動床ガス化炉から発生する可燃性ガス及び／又は燃焼ガスから回収される熱エネルギー量と、前記ガスエンジン又はガスタービンの排気から回収される熱エネルギー量の合計が、該有機物を乾燥するために必要とされる熱エネルギー量以上に保たれるように該ガスエンジン又はガスタービンに供給する燃料の量を調整する。
【００３５】
内部循環流動床ガス化炉から生成する生成ガス及び／又は燃焼ガスから回収される熱エネルギー量と、ガスエンジン又はガスタービンの排気から回収される熱エネルギー量の合計が、原料乾燥工程で必要とされる熱エネルギー量以上に保たれるように該ガスエンジン又はガスタービンに供給する燃料の量を調整するので、高含水率有機物からのエネルギー回収率が向上すると共に、季節等による変動が少ない。
【００３６】
本発明の第３の態様では、有機物をガス化し可燃性ガスと残渣を生成するよう構成されたガス化室と、前記ガス化室で生成された残渣を燃焼し燃焼ガスを生成するよう構成された燃焼室と、前記ガス化室で生成された可燃性ガスをガスエンジン又はガスタービンに供給し動力を回収するよう構成された供給装置とを備え、前記ガス化室と前記燃焼室は内部循環流動床ガス化炉内に設けられ、流動媒体が前記ガス化室と前記燃焼室間を循環することを特徴とする有機物の処理装置である。
【００３７】
内部循環流動床ガス化炉のガス化室で高含水率有機物をガス化して、可燃性ガス（生成ガス）を生成し、該可燃性ガスをガスエンジン又はガスタービンに導入して動力を回収するから、装置規模が小さく低イニシャルコスト、低ランニングコストで下水汚泥等の高含水率有機物を処理することができる。
【００３８】
本発明の好ましい態様では、更に前記装置は、前記有機物を乾燥させる乾燥装置と、前記ガス化室で生成した可燃性ガス、前記燃焼室で発生する燃焼ガス及び前記ガスエンジン又はガスタービンの排ガスと、空気との間で熱交換を行いこれらガスの顕熱を回収する空気予熱器とを備え、前記空気予熱器で熱を回収して加温された空気を乾燥用空気として前記乾燥装置に導入する。
【００３９】
内部循環流動床ガス化炉からの生成ガス（可燃性ガス）及び燃焼ガス及びガスエンジン又はガスタービンの排ガスの顕熱を空気予熱器で熱回収し、加温された空気を高含水率有機物の乾燥用空気として乾燥装置に導入するので、有機物の含水率が低下し、その分内部循環流動床ガス化炉内での水分蒸発による熱の消耗が少なくなりガス化率が向上する。さらに、有機物を乾燥させるのに補助燃料が不要となる。
【００４０】
本発明の好ましい態様では、更に前記装置は、前記乾燥装置から排出された乾燥用空気を前記空気予熱器で加温した後再び前記乾燥装置に導く乾燥用空気循環路を備え、前記乾燥用空気循環路を循環する乾燥用空気の一部を前記燃焼室に燃焼用のガスとして導入し脱臭する。
【００４１】
高含水率有機物の乾燥に用い排出された乾燥用空気を生成ガス、燃焼ガス及び排ガスとの間で熱交換して加温し、乾燥用空気循環路を通して乾燥用空気として用いるために乾燥装置に導入するので、乾燥用空気の有する熱を最大限高含水率有機物の乾燥に用いることができる。下水汚泥を乾燥用空気を用いて乾燥した場合、悪臭を放つ多量の空気が発生し、その脱臭対策が大きな問題となる。本発明ではこの悪臭を放つ乾燥用空気を乾燥用空気循環路に閉じ込め有機物の乾燥に利用し、一部は燃焼室に導入し高温で脱臭成分を燃焼するので悪臭を有する乾燥用空気を外部に放出することがなく脱臭設備を設ける必要がない。脱臭設備を設ける必要がないのでイニシャルコストやランニングコストを低減できる。
【００４２】
本発明の好ましい態様では、更に前記装置は、前記乾燥用空気中の水分を凝縮除去して前記乾燥用空気中の水分割合を下げる凝縮器を備え、前記乾燥装置から排出された乾燥用空気を前記凝縮器に導入する。
【００４３】
乾燥装置から排出された多量の水分を含む乾燥用空気を凝縮器に導入し乾燥用空気中の水分を凝縮除去し、該乾燥用空気中の水分割合を下げる。そして、該乾燥用空気を乾燥装置に供給する。それゆえ、有機物の乾燥を効率的に行うことができる。本発明を下水処理場の下水汚泥の処理に適用した場合、凝縮手段として水スクラバを用いると水分を凝縮させるために大量の水を必要とするが、下水処理場では大量の下水処理水があるから、その一部を利用するだけで水分を凝縮除去できる。水分の凝縮除去に使用した水は下水処理場の水処理設備により、新たに設備を設けることなく処理できる。
【００４４】
本発明の好ましい態様では、前記ガスエンジン又はガスタービンに天然ガス、都市ガス、プロパンガス、ガソリン、灯油、軽油、又はＡ重油からなる燃料を補助燃料又は主燃料として供給する。
【００４５】
本発明によれば、内部循環流動床ガス化炉のガス化室での冷ガス効率が低下し、十分な量の生成ガスを確保できない場合、ガスエンジン又はガスタービンに、天然ガス、都市ガス、プロパンガス、ガソリン、灯油、軽油、Ａ重油等の燃料を補助燃料又は主燃料として供給する。これゆえ、動力回収工程の設備稼働率の低下を防止することができる。有機物が含水率の非常に高い汚泥でもあっても有機物の乾燥度を維持することができる。ガス化工程での冷ガス効率を向上させ、高含水率有機物からの回収エネルギー量を増やすことができる。
【００４６】
本発明の好ましい態様では、前記内部循環流動床ガス化炉から発生する可燃性ガス及び／又は燃焼ガスから回収される熱エネルギー量と、前記ガスエンジン又はガスタービンの排気から回収される熱エネルギー量の合計が、該有機物を乾燥するために必要とされる熱エネルギー量以上に保たれるように該ガスエンジン又はガスタービンに供給する燃料の量を調整する。
【００４７】
内部循環流動床ガス化炉で生成する生成ガス及び／又は燃焼ガスから回収される熱エネルギー量と、ガスエンジン又はガスタービンの排気から回収される熱エネルギー量の合計が、原料乾燥工程で必要とされる熱エネルギー量以上に保たれるように該ガスエンジン又はガスタービンに供給する燃料の量を調整するので、高含水率有機物からのエネルギー回収率が向上すると共に、季節等による変動も少ない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４８】
以下、本発明の実施形態例を図面を参照して説明する。なお、本実施形態例では、有機物の処理装置は、下水汚泥等の高含水有機物を処理するための下水処理場に設置される。
【００４９】
図１は本発明に係る高含水率有機物の処理方法を実施する処理装置の基本的なシステム構成を示す図である。図１に示すように、本処理装置は、下水汚泥等の高含水有機物を乾燥させる原料乾燥工程５１、乾燥した有機物を熱分解ガス化する熱分解ガス化工程５２、有機物の熱分解により生成された生成ガスから顕熱を回収する生成ガス顕熱回収工程５３、生成ガスを冷却する生成ガス冷却工程５４、生成ガスを洗浄する生成ガス洗浄工程５５、動力回収工程５６、動力回収系排気熱回収工程５７、および熱媒体ガス１２１中から水分を除去する除湿工程５８を備えている。
【００５０】
熱分解ガス化工程５２では、部分酸化によって原料をガス化する部分酸化型ガス化炉を採用している。ここで部分酸化型ガス化炉とは、原料の一部を炉内で燃焼させ、原料の一部燃焼によって発生した熱で残りの原料を熱分解・ガス化するタイプの炉で、燃焼ガス成分と熱分解ガス成分の混合ガスを生成ガスとして発生させる炉である。本来ガス化炉として最適なのは内部循環流動床ガス化炉であるが、補助燃料を恒常的に使用するような場合は、補助燃料によって生成ガスの質の変動が緩和できるので、熱分解ガス化工程５２に一般的なガス化炉を用いることができる。
【００５１】
上記構成の処理装置によれば、原料乾燥工程５１では、下水汚泥等の高含水率有機物（含水率７０％以上）からなる原料１２０を供給して乾燥させ、乾燥した原料１２０’を熱分解ガス化工程５２に供給する。該熱分解ガス化工程５２では原料１２０’の一部を燃焼させ、原料１２０’の一部燃焼によって発生した熱で残りの原料１２０’を熱分解ガス化し、燃焼ガス成分と熱分解ガス成分の混合ガスからなる生成ガス１２３を生成ガス顕熱回収工程５３に供給する。該生成ガス顕熱回収工程５３で顕熱が回収された生成ガスは、生成ガス冷却工程５４で冷却され、生成ガス洗浄工程５５で洗浄されて動力回収工程５６に供給され、該動力回収工程５６では発電機（図示せず）を駆動して電力１１１を回収する。
【００５２】
動力回収工程５６からの排気１１３は動力回収系排気熱回収工程５７に送られる。動力回収系排気熱回収工程５７で熱回収された排気１１３は排ガス処理設備等（図示せず）で処理された後、煙突等から排出される。動力回収系排気熱回収工程５７には空気又は窒素ガス又は炭酸ガス又はそれらの混合ガスからなる熱媒体ガス１２１が通る熱媒体経路Ｌが配設されている。該熱媒体ガス１２１は動力回収系排気熱回収工程５７で熱回収により加熱された後に、生成ガス顕熱回収工程５３に送られる。熱媒体ガス１２１は生成ガス顕熱回収工程５３で生成ガス１２３から回収された熱によりさらに加熱された後に原料乾燥工程５１及び熱分解ガス化工程５２に送られ、それぞれ原料１２０の乾燥用および原料１２０’の熱分解ガス化用の熱として供される。上記熱媒体経路Ｌには、熱媒体ガス１２１が不足する際に、空気又は窒素ガス又は炭酸ガス又はそれらの混合ガスからなる熱媒体ガス１２１が供給されるようになっている。
【００５３】
除湿工程５８、生成ガス冷却工程５４及び生成ガス洗浄工程５５には下水処理水１０９が供給されるようになっている。原料乾燥工程５１では原料１２０に加熱された熱媒体ガス１２１を直接接触させて原料１２０を乾燥させる原料乾燥機が用いられている。該原料乾燥機で乾燥に供せられ、原料１２０中の水分が蒸発して湿度を増した熱媒体ガス１２１は除湿工程５８に送られる。除湿工程５８で下水処理水１０９により熱媒体ガス１２１が冷却されて、該熱媒体ガス１２１中の水分は凝縮され、熱媒体ガス１２１の湿度が下がる。該湿度の下がった熱媒体ガス１２１は、動力回収系排気熱回収工程５７および生成ガス顕熱回収工程５３での熱回収により加熱され、再び原料乾燥工程５１及び熱分解ガス化工程５２の熱源として利用される。除湿工程５８は、熱媒体ガス１２１と下水処理水１０９を直接接触させることにより、該熱媒体ガス１２１中に含まれるダストを下水処理水１０９で洗浄除去するスクラバ等を備えている。
【００５４】
生成ガス冷却工程５４では生成ガス顕熱回収工程５３からの生成ガス１２３を下水処理水１０９で冷却し、該冷却された生成ガス１２３は生成ガス洗浄工程５５で下水処理水１０９で洗浄される。洗浄されてダストが除去された生成ガス１２３は動力回収工程５６のガスエンジン又はガスタービンに供給される。除湿工程５８、生成ガス冷却工程５４および生成ガス洗浄工程５５に供給された下水処理水１０９は排水１２２となって下水処理設備に送られる。
【００５５】
下水汚泥等の高含水率有機物のように含水率が非常に高く、熱分解ガス化工程５２、ガスエンジン又はガスタービン等の動力回収工程５６からの排熱では十分な乾燥ができない原料１２０の場合は、熱分解ガス化工程５２での冷ガス効率が低下し、十分な量の生成ガス１２３を生成できず、動力回収工程５６からの出力が低下する事態が生じる可能性がある。このような場合は動力回収工程５６の設備稼働率が低下し、経済的に好ましくない。そこでこのような場合、ガスエンジン又はガスタービンからなる動力回収工程５６に、天然ガス、都市ガス、プロパンガス、ガソリン、灯油、軽油、又はＡ重油等の燃料１２４を補助燃料又は主燃料として供給することにより、動力回収工程５６の設備稼働率の低下を防止することができる。
【００５６】
また、このようにすることによって動力回収工程５６からの排熱量が増加するので動力回収系排気熱回収工程５７で回収される熱で熱媒体ガス１２１を加熱し、原料乾燥工程５１及び熱分解ガス化工程５２の熱源として利用される。したがって、原料１２０が含水率の非常に高い汚泥であっても原料１２０の乾燥度を維持することができ、熱分解ガス化工程５２での冷ガス効率を向上させ、高含水率有機物からなる原料１２０の回収エネルギー量を増やすことができる。この場合、熱分解ガス化工程で生成する生成ガス１２３から回収される熱エネルギー量と、ガスエンジン又はガスタービンからなる動力回収工程５６の排気から回収される熱エネルギー量の合計が、原料乾燥工程５１で必要とされる熱エネルギー量以上に保たれるように動力回収工程５６に供給する燃料１２４の量を調整（ここでは熱分解ガス化工程５２に供給される熱エネルギーは無視している）することにより、高含水率有機物からなる原料１２０のエネルギー回収率を向上させることができると共に季節等による原料１２０のエネルギー回収率の変動を少なくすることが可能となる。
【００５７】
図２は本発明に係る高含水率有機物の処理方法を実施する処理装置の他の基本的なシステム構成を示す図である。図２に示すように、本処理装置は、図１の熱分解ガス化工程５２の代わりに内部循環流動床ガス化工程５９を用いる。内部循環流動床ガス化工程５９では一つの炉内にガス化室と燃焼室を有し、二つの室間を流動媒体が循環する内部循環流動床ガス化炉を採用している。内部循環流動床ガス化工程５９からの生成ガス１２３は生成ガス顕熱回収工程５３に送られ生成ガス１２３から熱回収され、その後生成ガス１２３は生成ガス冷却工程５４で冷却される。冷却された生成ガス１２３は生成ガス洗浄工程５５で洗浄され、動力回収工程５６に供給される。内部循環流動床ガス化工程５９からの燃焼ガス１２５は燃焼ガス顕熱回収工程６０に送られ燃焼ガス１２５から熱回収され、その後燃焼ガス１２５は脱塵工程６１に送られて脱塵処理され、燃焼ガス１２５は排気１１３としてシステムの外部に排出される。
【００５８】
原料乾燥工程５２で原料１２０の乾燥に寄与し、湿度が増加した熱媒体ガス１２１は除湿工程５８に送られてその中の水分が凝縮、除去される。湿度の低下した熱媒体ガス１２１は動力回収系排気熱回収工程５７及び生成ガス顕熱回収工程５３において熱回収により加熱され、更に燃焼ガス顕熱回収工程６０で加熱され、その後、原料乾燥工程５２および内部循環流動床ガス化工程５９に送られる。生成ガス洗浄工程５５で生成ガスは洗浄され、除去されたダストは内部循環流動床ガス化工程５９における内部循環流動床ガス化炉の燃焼室に戻され燃焼される。
【００５９】
上述の構成を有した処理装置によれば、原料乾燥工程５１において下水汚泥等の高含水率有機物（７０％以上の含水率）からなる原料１２０が供給され乾燥され、乾燥した原料１２０’は内部循環流動床ガス化工程５９に供給される。内部循環流動床ガス化工程５９において、原料１２０’は燃焼室内のチャー（熱分解残渣）の燃焼によって発生した熱でガス化室において熱分解ガス化される。そして、生成ガス１２３は生成ガス顕熱回収工程５３に供給される。生成ガス顕熱回収工程５３において顕熱が回収された生成ガスは、生成ガス冷却工程５４で冷却され、生成ガス洗浄工程５５で洗浄された後、動力回収工程５６に供給され、動力回収工程５６において発電機（図示せず）が運転され電力１１１を回収する。
【００６０】
動力回収工程５６から排出された排気１１３は、動力回収系排気熱回収工程５７に供給される。動力回収系排気熱回収工程５７で熱が回収された排気１１３は排ガス処理設備等（図示せず）によって処理され、煙突等から排出される。動力回収系排気熱回収工程５７は空気、窒素ガス、二酸化炭素ガス、又はそれらの混合ガスからなる熱媒体ガス１２１が通過することを可能とする熱媒体経路Ｌを有している。熱媒体ガス１２１は動力回収系排気熱回収工程５７において回収された熱によって加熱された後に生成ガス顕熱回収工程５３に供給される。熱媒体ガス１２１は生成ガス顕熱回収工程５３において生成ガス１２３から回収された熱によって更に加熱された後、燃焼ガス１２５により加熱する燃焼ガス顕熱回収工程に送られる。燃焼ガス顕熱回収工程から排出された加熱された熱媒体ガス１２１は原料乾燥工程５１および内部循環流動床ガス化工程５９に導入され、熱媒体ガス１２１は原料１２０の乾燥用および原料１２０’の熱分解ガス化用の熱として供される。上記熱媒体経路Ｌには、熱媒体ガス１２１が不足する際に空気又は窒素ガス又は炭酸ガス又はそれらの混合ガスからなる熱媒体ガス１２１が供給されるようになっている。
【００６１】
除湿工程５８、生成ガス冷却工程５４、生成ガス洗浄工程５５には下水処理水１０９が供給されるようになっている。原料乾燥工程５１では原料１２０に加熱された熱媒体ガス１２１を直接接触させて原料１２０を乾燥させる原料乾燥機が用いられている。該原料乾燥機で乾燥に供せられ、原料１２０中の水分が蒸発して湿度を増した熱媒体ガス１２１は除湿工程５８に送られる。除湿工程５８で下水処理水１０９で熱媒体ガス１２１が冷却され、該熱媒体ガス１２１中の水分は凝縮され、熱媒体ガス１２１の湿度が下がる。該湿度の下がった熱媒体ガス１２１は、動力回収系排気熱回収工程５７および生成ガス顕熱回収工程５３で回収された熱により加熱され、再び原料乾燥工程５１及び熱分解ガス化工程５２の熱源として利用される。除湿工程５８には熱媒体ガス１２１と下水処理水１０９を直接接触させて、該熱媒体ガス１２１中に含まれるダストを下水処理水１０９で洗浄除去するスクラバ等を備えている。
【００６２】
生成ガス冷却工程５４では生成ガス顕熱回収工程５３からの生成ガス１２３を下水処理水１０９で冷却し、該冷却された生成ガス１２３は生成ガス洗浄工程５５で下水処理水１０９で洗浄される。洗浄されダストが除去された生成ガス１２３は動力回収工程５６のガスエンジン又はガスタービンに供給される。除湿工程５８、生成ガス冷却工程５４及び生成ガス洗浄工程５５に供給された下水処理水１０９は排水１２２として下水処理設備に送られる。
【００６３】
下水汚泥等の高含水率有機物のように含水率が非常に高く、熱分解ガス化工程５２及びガスエンジン又はガスタービン等の動力回収工程５６からの排熱では十分な乾燥ができない原料１２０の場合は、熱分解ガス化工程５２での冷ガス効率が低下し、十分な量の生成ガス１２３を生成できず、動力回収工程５６からの出力が低下する事態が生じる可能性がある。このような場合は動力回工程５６の設備稼働率が低下し、経済的に好ましくない。このような場合、ガスエンジン又はガスタービンからなる動力回収工程５６に天然ガス、都市ガス、プロパンガス、ガソリン、灯油、軽油、Ａ重油等の燃料１２４を補助燃料又は主燃料として供給することにより、動力回収工程５６の設備稼働率の低下を防止することができる。
【００６４】
このようにすることによって動力回収工程５６からの排熱量も増加するので動力回収系排気熱回収工程５７で回収される熱で熱媒体ガス１２１を加熱し、熱媒体ガスは原料乾燥工程５１及び内部循環流動床ガス化工程５９の熱源として利用される。したがって、原料１２０が含水率の非常に高い汚泥であっても原料１２０の乾燥度を維持することができる。これゆえ、内部循環流動床ガス化工程５９での冷ガス効率を向上させ、高含水率有機物からなる原料１２０の回収エネルギー量を増やすことができる。この場合、内部循環流動床ガス化工程５９で生成する生成ガス１２３から回収される熱エネルギー量と、ガスエンジン又はガスタービンからなる動力回収工程５６の排気から回収される熱エネルギー量の合計が、原料乾燥工程５１で必要とされる熱エネルギー量以上に保たれるように動力回収工程５６に供給する燃料１２４の量を調整（ここでは内部循環流動床ガス化工程５９に供給される熱エネルギーは無視している）することにより、高含水率有機物からなる原料１２０のエネルギー回収率を向上させることができると共に原料１２０のエネルギー回収率の季節等による変動を少なくすることが可能となる。
【００６５】
図３Ａ及び図３Ｂは図１に示す処理装置で下水汚泥を処理した場合の例を示す図で、図３Ａは動力回収工程５６に補助燃料として都市ガスを補填しない場合を、図３Ｂは動力回収工程５６に補助燃料として都市ガスを補填した場合を示す。図３Ａ及び図３Ｂにおいて、実線ａは下水処理場全体で必要とする必要発電量を、破線ｂは下水処理場で消費する電力、実線ｃは汚泥からの発生電力を示す。なお、縦軸は発電出力・必要電力を示し、横軸は時間を示す。
【００６６】
下水汚泥は季節によってその性状、特に脱水時の含水率が大きく変動する。動力回収工程５６に都市ガスを補填しない場合は、図３Ａに示すように、季節によって汚泥からのエネルギー回収量（発生電力量）が変動してしまう。これに対して動力回収工程５６に都市ガスを補填した場合は、図３Ｂに示すように、汚泥からのエネルギー回収量（発生電力量）が増加し、且つその変動幅が小さくなる。なお、図３Ｂにおいて、“Ａ”は都市ガス補填による直接的に生ずる発電量増加分を示し、“Ｂ”は都市ガス補填による動力回収系排気熱回収工程５７で回収される熱が増加して汚泥の乾燥度が向上し、冷ガス効率が向上することから、汚泥からのエネルギー回収量（発生電力量）が増加する分を示す。
【００６７】
ガスエンジンやガスタービン等からなる動力回収工程５６に補助燃料として都市ガスを補填することにより、動力回収工程５６からの排熱量が増加し、それによって原料乾燥用熱源が確保できるので、原料１２０の乾燥度が増す。したがって、熱分解ガス化工程５２での冷ガス効率が向上し、原料１２０から回収できるガス量が増加するため、結果として供給される補助燃料のエネルギーはコジェネレーションシステムと同様に有効活用され、補助燃料の利用効率が非常に高くなる。
【００６８】
図４は本発明に係る高含水率有機物の処理装置のシステム構成を示す図である。図４に示すように、本高含水率有機物の処理装置は、乾燥装置１０、内部循環流動床ガス化炉１１、空気予熱器１２、凝縮器１３、空気予熱器１４、スクラバ１５、及びガスエンジン１６等を具備する。
【００６９】
乾燥装置１０は下水汚泥（含水率７０％以上）１０１を乾燥用空気１０５を用いて乾燥させその含水率を下げる。下水汚泥の乾燥に寄与した乾燥用空気１０５は凝縮器１３に送られる。内部循環流動床ガス化炉１１は一つの炉内にガス化室１１−１と燃焼室１１−２を有し、ガス化室１１−１の流動層１１−１ａと燃焼室１１−２の流動層１１−２ａとは隔壁１１−３の下端下方で連通している。流動層１１−２ａの流動媒体１０３は流動層１１−１ａに流れ、流動媒体１０３はガス化室１１−１と燃焼室１１−２の間を循環するようになっている。
【００７０】
下水汚泥１０１は乾燥装置１０に供給され、乾燥用空気循環路（後述する）からの乾燥のための空気（乾燥用空気）で乾燥され、投入された下水汚泥１０１の水分の含水率が下げられる。その後、下水汚泥１０１は内部循環流動床ガス化炉１１のガス化室１１−１に投入される。投入された下水汚泥１０１は熱分解・ガス化され可燃性の生成ガス１０２となって空気予熱器１２に送られる。ガス化室１１−１で熱分解・ガス化されないチャー（固定炭素分等の熱分解残渣）は流動媒体１０３とともに、隔壁１１−３の下端下方の通路を通って燃焼室１１−２の流動層１１−２ａに移動する。燃焼室１１−２において、チャーは燃焼し燃焼ガス１０４を発生する。燃焼ガス１０４は内部循環流動床ガス化炉１１から空気予熱器１４に送られる。チャーの燃焼によって高温となった流動層１１−２ａの流動媒体１０３は他の通路を通ってガス化室１１−１の流動層１１−１ａに戻り、戻された流動媒体１０３の熱は下水汚泥１０１の熱分解・ガス化のための熱として利用される。
【００７１】
該空気予熱器１２で、空気予熱器１２に送られた生成ガスと乾燥用空気１０５との間で熱交換が行われ、生成ガス１０２の顕熱が回収され乾燥用空気１０５が加温される。空気予熱器１２を通った生成ガス１０２はスクラバ１５に送られ、該スクラバ１５において、生成ガス１０２が該スクラバ１５に供給される下水処理水１０９で洗浄された後、ガスエンジン１６に供給される。スクラバ１５で生成ガス１０２の洗浄に寄与した下水処理水１０９はスクラバ排水１０６となり下水放流水１１０として放流される。ガスエンジン１６に供給された生成ガス１０２はガスエンジン駆動燃料として消費され、ガスエンジン１６により発電機（図示せず）が駆動され、電気１１１を発生する。なお、都市ガス１１２はガスエンジン１６の起動時、又は夏季などの下水汚泥１０１の含水率が高くなり、乾燥用の熱が不足して冷ガス効率が低下し、下水汚泥から回収できる可燃性ガスのガス量が低下した時に使用される。
【００７２】
ガスエンジン１６から排出された排ガス１０７は、空気予熱器１８に送られて空気予熱器１８で排ガス１０７と乾燥用空気１０５との間で熱交換され熱回収された後、排ガス１０７の一部はブロア１９により内部循環流動床ガス化炉１１に送られ、ガス化室１１−１の流動層１１−１ａの流動化ガスとして使用され、残りは煙突２１から大気中に排気される。内部循環流動床ガス化炉１１の燃焼室１１−２から排出された燃焼ガス１０４は、空気予熱器１４に送られて空気予熱器１４で燃焼ガス１０４と乾燥用空気１０５との間で熱交換され、熱回収された後バグフィルタ１７に送られ、灰１１４等が集塵される。そして、燃焼ガス１０４の一部はブロア１９により内部循環流動床ガス化炉１１のガス化室１１−１に送られ、燃焼ガス１０４はガス化室１１−１の流動層１１−１ａの流動化ガスとして使用され、燃焼ガス１０４の残りは煙突２１から排気１１３として大気中に放出される。ガスエンジン１６からの排ガス１０７や燃焼室１１−２からの燃焼ガス１０４は酸素分が極めて少ないガスであるから、排ガス１０７及び燃焼ガス１０４はガス化室１１−１の流動化ガスとして投入された下水汚泥を燃焼させずに熱分解・ガス化させる上で好適である。
【００７３】
乾燥装置１０で下水汚泥１０１の乾燥に寄与し、凝縮器１３に送られた乾燥用空気１０５中には多量の水分が含まれている。凝縮器１３でこの水分を、凝縮水１０８として凝縮除去することにより、乾燥用空気１０５中の水分の割合を下げる。この水分の割合の下がった乾燥用空気１０５を空気予熱器１２に送り、空気予熱器１２でガス化室１１−１から供給される生成ガス１０２の顕熱を回収して乾燥用空気１０５を加温する。次いで乾燥用空気１０５は空気予熱器１４に送られ、該空気予熱器１４で燃焼室１１−２から供給される燃焼ガス１０４の顕熱を回収して乾燥用空気１０５を加温する。そして、乾燥用空気１０５は空気予熱器１８に送られ、該空気予熱器１８でガスエンジン１６から供給された排ガス１０７の顕熱を回収して乾燥用空気１０５を加温する。そして、加熱された乾燥用空気１０５は再び乾燥装置１０に送られる。
【００７４】
乾燥装置１０、凝縮器１３、空気予熱器１２、空気予熱器１４、空気予熱器１８及び乾燥装置１０は、循環する閉ループ循環路（太い実線で示す）を構成し、該閉ループ循環路を乾燥用空気循環路Ｌとして乾燥用空気１０５を封じ込める。これにより下水汚泥１０１の乾燥に寄与した悪臭を放つ乾燥用空気１０５を外部に放出することがない。また、乾燥用空気循環路ＬのＡ点（空気予熱器１８でガスエンジン１６からの排ガス１０７の顕熱を回収し加温された後の乾燥用空気が通る点）から乾燥用空気１０５の一部を抽出し、内部循環流動床ガス化炉１１の燃焼室１１−２に供給する。燃焼室１１−２において乾燥用空気１０５中に含まれる悪臭を放つ成分を焼却する。これにより特別な脱臭設備を設けることなく、悪臭成分の脱臭を図ることができる。なお、乾燥用空気循環路Ｌにおいて乾燥用空気１０５が不足する際には乾燥用空気循環路Ｌには乾燥用空気１０５がブロア２０により補給される。
【００７５】
上記乾燥装置１０から排出された乾燥用空気１０５に多量の水分が含まれるので、この水分を凝縮水１０８として凝縮除去するための凝縮器１３としては、下水処理水１０９を使用する水スクラバ方式の凝縮器が好ましい。この水スクラバ方式の凝縮器はシェル＆チューブ方式の凝縮器に比べ伝熱効率が高く、伝熱面の汚れもない。また、乾燥用空気１０５はできるだけ冷却して水蒸気分圧を下げるのがよく、水スクラバ方式の凝縮器として各段に冷水を供給する多段のスクラバを用いる。このようにすることにより、ダストの多い上流側洗浄水は下水処理場の生下水に戻し、汚れの少ない下流側の洗浄水は下水放流水１１０に戻すことができる。
【００７６】
図５及び図６は上記処理装置の下水汚泥の処理プロセスに用いられる脱水汚泥の仮定成分、および処理工程の計算結果例を示す。図５に示すように、脱水汚泥の成分が水分７７．０％、炭素９．８％、水素１．４％、酸素５．６％、窒素１．２％、硫黄０．２％、灰分４．８％、高位発熱量４．３７ＭＪ／ｋｇ（１０４３．０ｋｃａｌ／ｋｇ）、低位発熱量２．１２ＭＪ／ｋｇ（５０５．４ｋｃａｌ／ｋｇ）、低位発熱量（水素の燃焼分を除く）２．４３ＭＪ／ｋｇ（５８１．０ｋｃａｌ／ｋｇ）と仮定し、一日当り３００ｔの下水汚泥を処理した場合の計算結果を図６に示す。
【００７７】
ガスエンジン１６の発電効率３５％、ガス化炉原料入熱（高位）１５．２ＭＷとして、乾燥装置で乾燥後の下水汚泥１０１の含水率を１５％、２０％、３０％、３５％、４０％、４５％にした場合、高位発熱量ＭＪ／ｋｇ（ｋｃａｌ／ｋｇ）、低位発熱量ＭＪ／ｋｇ（ｋｃａｌ／ｋｇ）、冷ガス効率％、発電端出力ＭＷ、必要ガスエンジン放熱回収率％が図６に示すようになる。
【００７８】
図７は本発明に係る高含水率有機物の処理装置の他のシステム構成を示す。図７において図４と同一符号を付した部分は同一又は相当部分を示す。図７に示す処理装置が図４に示す処理装置と異なる点は、図７に示す装置がサイクロン２２、生成ガス減温・除塵塔２４、及びガスホルダ２５を更に有し、そして凝縮器１３の代わりに循環ガス除湿塔２３を有している点である。乾燥装置１０に下水汚泥を投入し、８０〜１２０℃の温度の乾燥した汚泥をサイクロン２２を通して内部循環流動床ガス化炉１１のガス化室１１−１に投入する。サイクロン２２を通った乾燥用空気１０５は循環ガス除湿塔２３で１０〜３０℃の温度の下水処理水１０９により冷却され、その中に含まれる水分は凝縮除去される。なお、循環ガス除湿塔２３から温度が約４０℃の排水１１０が排出される。
【００７９】
循環ガス除湿塔２３を通った乾燥用空気はブロワ２６により空気予熱器１２に送られる。空気予熱器１２において、内部循環流動床ガス化炉１１のガス化室１１−１からの生成ガス１０２（温度６００〜７００℃）の顕熱を回収して乾燥用空気を加温する。加温された乾燥用空気は空気予熱器１４に送られ、空気予熱器１４で燃焼室１１−２からの燃焼ガス１０４（温度８００〜９００℃）の顕熱を回収して乾燥用空気を２５０〜３５０℃に加温する。そして、乾燥用空気は再び乾燥装置１０に供給される。乾燥用空気の一部は乾燥用ガス循環路ＬのＡ点から抽出、即ち、空気予熱器１４によって加温された乾燥用空気の一部をブロワ２７を介して抽出し燃焼室１１−２に供給する。
【００８０】
ガス化室１１−１からの生成ガス１０２は、空気予熱器１２でその顕熱が回収され、３５０〜４００℃の温度に減温される。その後、生成ガス１０２の温度は除塵塔２４で更に約５０〜２５０℃に減温される。生成ガス減温・除塵塔２４で生成ガス１０２は約５０〜２５０℃に減温・除塵された後、スクラバ１５に送られ、スクラバ１５で生成ガス１０２は下水処理水１０９で洗浄され４０〜４５℃に減温された後、ガスホルダ２５に送られる。生成ガス１０２中にタール成分が比較的多く存在する場合は、生成ガス１０２は生成ガス減温・除塵塔２４でその温度が５０℃程度まで減温される。その後、生成ガス１０２はスクラバ１５に導入され、スクラバ１５でのタールによるトラブルを防止することができる。生成ガス１０２は下降並流式の水スクラバ、ジェットスクラバ等により減温および除塵処理がなされることが望ましい。ガスエンジン１６からの排気（温度約１５０℃）の一部はブロワ１９により内部循環流動床ガス化炉１１のガス化室１１−１に供給される。なお、乾燥用空気循環路Ｌにおいて乾燥用空気１０５が不足する際には、乾燥用空気循環路Ｌにはブロア２８により乾燥用空気１０５が補給される。空気予熱器１４で熱回収され約１５０℃に減温された燃焼ガス１０４はバグフィルタ１７を通って煙突２１から大気中に放出される。
【００８１】
図８は本発明に係る高含水率有機物の処理装置の他のシステム構成を示す。図８に示すように、本処理装置は、図２の内部循環流動床ガス化工程５９の下流に設けられた固気分離工程６２と、固気分離工程６２の下流に設けられた生成ガス改質工程６３を含む。生成ガス改質工程６３以降の生成ガスの流れは、図２に示す処理装置の生成ガスの流れと同様である。
【００８２】
固気分離工程６２はサイクロン分離器またはフィルタ分離器により行われ、チャーや灰分等の固形分は、固気分離工程６２において生成ガスから分離除去され、内部循環流動床ガス化工程５９の燃焼室へ供給される。固気分離工程６２における分離限界粒子径は３０ミクロン以下であれば良いが、好ましくは２０ミクロン以下、更に好ましくは１５ミクロン以下とするのが良い。サイクロン方式の分離器を採用するのであれば小型のサイクロンを並列に並べたマルチサイクロン方式の分離器を採用するのが良い。
【００８３】
固気分離工程６２における固気分離後、生成ガス１２３は生成ガス改質工程６３に導入され、タールや窒素化合物の分解を図る。生成ガス改質工程６３は、生成ガス１２３中に残留する灰の溶融を防止するため１０００℃以下、好ましくは９５０℃以下、更に好ましくは８８０℃以下で行うのが良い。生成ガス改質工程６３の温度維持の方法は生成ガスの一部を燃焼させる部分酸化方式が好適であり、部分酸化の酸化剤としては空気を用いる。もちろん酸化剤として酸素を用いることもできるが、内部循環流動床ガス化炉で生成される生成ガスは可燃性ガスを高い濃度で含んでいるので、発熱量の低下はわずかとなり、部分燃焼のために空気を用いることができる。
【００８４】
生成ガス改質工程６３の効果を高めるためには、生成ガス改質工程６３に流入する未反応原料を減らすことが肝要であるが、そのためには固気分離工程６２の性能を高めるだけではなく、内部循環流動床ガス化工程５９でのガス化転換率を高めるべく、原料を造粒して原料のガス化炉内滞留時間を増すことが効果的である。原料が下水汚泥の場合は造粒物の直径が５ｍｍ以上２５ｍｍ以下、好ましくは５ｍｍ以上１５ｍｍ以下、更に好ましくは５ｍｍ以上１０ｍｍ以下になるように造粒するのが良い。
【００８５】
また、ガス化炉内でのガス化転換率を促進するために、ガス化炉に触媒を導入するのも効果的である。鉄やカルシウムといった比較的安価な金属をできるだけ微粒子にしてガス化炉内に供給することで原料のガス化転換率が高まり、生成ガス改質工程６３での負荷を低下させることができる。一般に金属を微粒子にするにはエネルギーが必要なので、塩化鉄のような溶液として金属を供給しても良い。塩化鉄は下水汚泥の凝集剤としても用いられるものであり、塩化鉄を凝集剤として用いて生成された下水汚泥を原料とする場合は凝集剤が触媒の役割を果たすのでそのような原料は本発明に好適である。
【００８６】
ガス化炉に投入された触媒成分は生成ガス改質工程６３に流入し、ガス改質及びガス軽質化の促進にも良い影響を与える。従って触媒の投入は同じ改質温度でも生成ガス改質工程６３のガス滞留時間を短くすることができる。触媒のない場合は改質温度９００℃で通常４秒〜８秒の滞留時間を必要とするのに対して、塩化鉄で凝集させた下水汚泥の場合は約半分かそれ以下の滞留時間で、同様のガス改質効果を得ることができる。
【００８７】
内部循環流動床ガス化工程５９の燃焼ガス１２５は殆ど水分を含まず、かつ酸素濃度も通常は５％以下に保たれているため、燃焼ガス１２５は原料乾燥用の熱媒体ガス１２１として用いるのに好適である。従って原料乾燥用熱媒体ガスの補給ガスは空気ではなく内部循環流動床ガス化工程５９の燃焼ガス１２５を用いることができる。この場合、熱媒体ガス中の酸素濃度が５％以下になるので、その熱媒体ガスは内部循環流動床ガス化工程５９の燃焼室の流動化ガスとして用いることができない。従って、原料乾燥用の熱媒体ガスとして内部循環流動床ガス化工程５９の燃焼ガス１２５を用いる場合は、その熱媒体ガスの一部を抜き出し、抜き出した熱媒体を内部循環流動床ガス化工程５９のガス化室の流動化ガスとして用いるのが良い。
【００８８】
図７の処理装置に戻って説明すると、ガスエンジン１６の排気からの熱回収は行っていないが、図７の処理装置においては、もちろん図４の処理装置と同様に空気予熱器１８を設け、乾燥用の熱を回収することができる。図４及び図７の処理装置では、凝縮後の乾燥用ガスは空気予熱器１２に送られ乾燥用ガスと内部循環流動床ガス化炉１１からの生成ガス１０２との間で空気予熱器１２で熱交換される。その後第２の空気予熱器１４は、更に乾燥用空気と燃焼ガス１０４との間で熱交換を行う。図４の処理装置では、第３の空気予熱器１８は、更に乾燥用空気とガスエンジン１６からの排気との間で熱交換を行う。これらの熱交換のプロセスはどのような順番でもよい。
【００８９】
ガスエンジン１６には補助燃料として軽油及び／又はガスが導入される。この補助燃料は本プロセス起動時はもちろんのこと、夏季など下水汚泥１０１の含水率が高くなり、乾燥用の熱が不足して冷ガス効率が低下し、下水汚泥から回収できる可燃性ガスのガス量が低下した時に供給し、設備稼働率を高めるとともにガスエンジン１６からの電気エネルギーの出力を必要なレベル以上に確保することを目的としている。このようにすることによってガスエンジン１６からの排気量も増加するので、この熱を乾燥用の熱源とすることで、原料が含水率の非常に高い汚泥であっても原料の乾燥度を維持することができる。これゆえ、ガス化工程での冷ガス効率を向上させて高含水率有機物からの回収エネルギー量を増やすことにも繋がる。もちろん補助燃料としては状況に応じて軽油や都市ガスの他にもガソリン、灯油、重油、天然ガス、プロパンガス等を用いることができる。
【００９０】
上記発明の実施形態例では、下水処理水を乾燥用ガスとしての熱媒体ガス（空気、窒素ガス、炭酸ガス、又はこれらの混合ガス）の除湿や生成ガスの洗浄に有効利用する形態で記述しているが、もちろん必要に応じて上水又は工業用水を用いても良い。下水処理水をスクラバ等で冷却用や洗浄用に用いる場合、装置内での生物膜の成長に注意する必要がある。従って、特にスクラバ内の目皿やミストセパレータ等、付着や目詰まりし易い部分には、生物膜の付着しにくい材料、例えば銅を採用する等の工夫が必要である。
【００９１】
以上本発明の好ましい実施形態を詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。例えば、上記実施例ではガスエンジン１６を用いたが、ガスエンジンに替えてガスタービンや燃料電池を用いてもよい。また、本発明に係る処理装置で処理される高含水率有機物としては下水汚泥に限定されるものではなく、都市ごみやバイオマス等の含水率の高い有機物も処理できる。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
本発明は、有機物をガス化して可燃性ガスを得、該可燃性ガスをガスエンジンやガスタービンの燃料として用いることにより電気等として動力（エネルギー）回収する下水汚泥等の有機物の処理方法及び処理装置に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】図１は、本発明に係る高含水率有機物の処理方法を実施する処理装置の基本的なシステム構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、本発明に係る高含水率有機物の処理方法を実施する処理装置の他の基本的なシステム構成を示すブロック図である。
【図３】図３Ａおよび図３Ｂは、本発明に係る処理装置で下水汚泥を処理した場合の発電出力と必要電力の季節による変化を示す図である。
【図４】図４は、本発明に係る高含水有機物の処理装置のシステム構成を示す概略図である。
【図５】図５は、脱水下水汚泥の成分例を示す図である。
【図６】図６は、本発明に係る高含水有機物の処理装置における下水汚泥の処理プロセスの計算例を示す図である。
【図７】図７は、本発明に係る高含水有機物の処理装置のシステム構成を示す概略図である。
【図８】図８は、本発明に係る高含水率有機物の処理方法を実施する処理装置の他の基本的なシステム構成を示すブロック図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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