(57)【要約】【課題】固形廃棄物を一つの炉内で炭化と同時に効率良く簡単にガス化及びガス改質できるとともに、その際に、熱量調整が容易で安定してガス化でき、炭化物と有用ガスと液体燃料とを装置規模が小さくとも効率良く再生できる、中小規模施設向きの廃棄物再生処理方法及び廃棄物再生処理システムを提供する。【解決手段】固形廃棄物を過熱水蒸気と共に入口側から出口側へ向かって下向きに傾斜させた炭化・ガス化炉内に投入し、この炭化・ガス化炉内で電気ヒータにより空気遮断状態で間接的に加熱して燃焼させることなく熱分解により炭化させるとともに、その炭化物の炉内での滞積量を出口側へ向かって多くしてその熱で水性ガスシフト反応を起こし、水素と一酸化炭素を主体とした乾留ガスを生成する。この乾留ガスをフィッシャー・トロプシュ合成触媒を用いて液体燃料化する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固形廃棄物を過熱水蒸気と共に入口側から出口側へ向かって下向きに傾斜させた炭化・ガス化炉内に投入し、この炭化・ガス化炉内で電気ヒータにより空気遮断状態で間接的に加熱して燃焼させることなく熱分解により炭化させるとともに、その炭化物の炉内での滞積量を出口側へ向かって多くしてその熱で水性ガスシフト反応を起こし、水素と一酸化炭素を主体とした乾留ガスを生成する熱分解炭化・ガス化工程と、この乾留ガスをフィッシャー・トロプシュ合成触媒を用いて液体燃料化する液体燃料化工程とを有することを特徴とする廃棄物再生処理方法。
【請求項２】
生成された乾留ガスを冷却してから液体燃料化工程へ移行するため熱交換器で冷却する乾留ガス冷却工程と、その際に生ずる熱を利用して炭化・ガス化炉内へ投入する過熱水蒸気を生成する過熱水蒸気生成工程とを有することを特徴とする請求項１に記載の廃棄物再生処理方法。
【請求項３】
液体燃料化工程で生じた余剰ガスをエンジン式発電機の燃料として発電する発電工程を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の廃棄物再生処理方法。
【請求項４】
固形廃棄物を過熱水蒸気と共に投入される入口側から出口側へ向かって下向きに傾斜され、固形廃棄物を電気ヒータにより空気遮断状態で間接的に加熱して燃焼させることなく熱分解により炭化させるとともに、その炭化物の炉内での滞積量を出口側へ向かって多くしてその熱で水性ガスシフト反応を起こし、水素と一酸化炭素を主体とした乾留ガスを生成する炭化・ガス化炉と、その乾留ガスをフィッシャー・トロプシュ合成触媒を用いて液体燃料化する液体燃料化装置とを備えたことを特徴とする廃棄物再生処理システム。
【請求項５】
生成された乾留ガスを冷却してから液体燃料化工程へ移行するため冷却する熱交換器と、その際に生ずる熱を利用して炭化・ガス化炉内へ投入する過熱水蒸気を生成する過熱水蒸気生成器とを有することを特徴とする請求項４に記載の廃棄物再生処理システム。
【請求項６】
炭化・ガス化炉は、炭化物を出口からオーバーフローにて排出することを特徴とする請求項４又は５に記載の廃棄物再生処理システム。
【請求項７】
液体燃料化装置で生じた余剰ガスを燃料として発電するエンジン式発電機を備えたことを特徴とする請求項４、５又は６に記載の廃棄物再生処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、食品残渣、木質バイオマス、籾殻、農業残渣、活性汚泥、廃プラスチック等の各種の廃棄物を炭化するとともに、有用な液体燃料を再生する廃棄物再生処理方法及び廃棄物再生処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１（特開２００６−２０５１３５号公報）には、低カロリー廃棄物をメタン発酵処理するメタン発酵槽と、高カロリー廃棄物を燃焼させて炭化処理する炭化炉と、該炭化炉にて製造した炭化物を導入し燃焼させてガス化するガス化炉と、該ガス化炉にて発生したガスを精製するガス精製装置と、該精製したＣＯ、Ｈ２を主成分とする精製ガスから液体燃料をＦＴ合成（フィッシャー・トロプシュ合成）する液体燃料合成装置とを備え、メタン発酵槽にて発生したバイオガスをガス化炉に助燃剤として送給する複合廃棄物処理システムが開示されている。
【０００３】
しかし、このシステムでは次のような問題がある。
（１）低カロリー廃棄物と高カロリー廃棄物とに分け、前者は発酵、後者は炭化という別々の処理を行わなければならない。
（２）高カロリー廃棄物を炭化炉で燃焼させて炭化した後、その炭化物をガス化炉で燃焼させてガス化するという、二段階の自己燃焼方式であるため、原料保有熱量によって発熱量が変動するとともに、同時に熱量の過不足が進行し、安定したガス化処理ができない。
（３）高カロリー廃棄物を炭化炉で燃焼させて炭化した後、その炭化物をガス化炉で燃焼させてガス化し、その際に、メタン発酵槽にて発生したバイオガスを助燃剤とし、さらにガス化炉にて発生したガスをガス精製装置で精製してから液体燃料をＦＴ合成しており、ＦＴ合成前の処理設備が複雑で制御になるとともに、処理効率も悪くなる。
【特許文献１】特開２００６−２０５１３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の課題は、上記のような問題点がなく、固形廃棄物を一つの炉内で炭化と同時に効率良く簡単にガス化及びガス改質できるとともに、その際に、熱量調整が容易で安定してガス化でき、しかも、炭化物と有用ガスと液体燃料とを装置規模が小さくとも効率良く再生できる、中小規模施設向きの廃棄物再生処理方法及び廃棄物再生処理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】
【０００５】
請求項１に係る本発明の廃棄物再生処理方法は、固形廃棄物を過熱水蒸気と共に入口側から出口側へ向かって下向きに傾斜させた炭化・ガス化炉内に投入し、この炭化・ガス化炉内で電気ヒータにより空気遮断状態で間接的に加熱して燃焼させることなく熱分解により炭化させるとともに、その炭化物の炉内での滞積量を出口側へ向かって多くしてその熱で水性ガスシフト反応を起こし、水素と一酸化炭素を主体とした乾留ガスを生成する熱分解炭化・ガス化工程と、この乾留ガスをフィッシャー・トロプシュ合成触媒を用いて液体燃料化する液体燃料化工程とを有する。
【０００６】
請求項２に係る廃棄物再生処理方法は、さらに、生成された乾留ガスを冷却してから液体燃料化工程へ移行するため熱交換器で冷却する乾留ガス冷却工程と、その際に生ずる熱を利用して炭化・ガス化炉内へ投入する過熱水蒸気を生成する過熱水蒸気生成工程とを有する。
【０００７】
請求項３に係る廃棄物再生処理方法は、液体燃料化工程で生じた余剰ガスをエンジン式発電機の燃料として発電する発電工程を有する。
【０００８】
請求項４に係る本発明の廃棄物再生処理システムは、固形廃棄物を過熱水蒸気と共に投入される入口側から出口側へ向かって下向きに傾斜され、固形廃棄物を電気ヒータにより空気遮断状態で間接的に加熱して燃焼させることなく熱分解により炭化させるとともに、その炭化物の炉内での滞積量を出口側へ向かって多くしてその熱で水性ガスシフト反応を起こし、水素と一酸化炭素を主体とした乾留ガスを生成する炭化・ガス化炉と、その乾留ガスをフィッシャー・トロプシュ合成触媒を用いて液体燃料化する液体燃料化装置とを備えてなる。
【０００９】
請求項５に係る廃棄物再生処理システムは、さらに、生成された乾留ガスを冷却してから液体燃料化工程へ移行するため冷却する熱交換器と、その際に生ずる熱を利用して炭化・ガス化炉内へ投入する過熱水蒸気を生成する過熱水蒸気生成器とを有する。
【００１０】
請求項６に係る廃棄物再生処理システムは、炭化・ガス化炉は、炭化物を出口からオーバーフローにて排出する。
請求項７に係る廃棄物再生処理システムは、液体燃料化装置で生じた余剰ガスを燃料として発電するエンジン式発電機を備える。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、固形廃棄物を過熱水蒸気と共に炭化・ガス化炉に投入し、空気遮断状態で電気ヒータにより間接的に加熱すると、固形廃棄物が熱分解により炭化される。炭化・ガス化炉が入口側から出口側へ向かって下向きに傾斜しているので、炭化・ガス化炉内での熱分解後の炭化物の滞積量が出口へ向かって多くなり、逆に、その上に形成されるガス化のための空間は出口へ向かって狭くなる。そのため、固形廃棄物からのタール分を含んだ乾留ガスは、高温の炭化物の滞積層上に形成される空間を過熱水蒸気と共に通過する際に、高温の炭化物に触れるので、高温の炭化物が触媒として作用して、タール分などを高温下で過熱水蒸気により水素及び一酸化炭素に改質する水性ガスシフト反応が助長され、水素と一酸化炭素をより多く含む改質ガスとなる。
【００１２】
従って、炭化・ガス化炉内で乾留と改質を同時に行え、しかも、水素と一酸化炭素を多く含む改質ガスが得られ、この改質ガスを、改めて精製する必要はなく、そのままフィッシャー・トロプシュ合成触媒を用いて液体燃料にできるので、固形廃棄物を一つの炉内で炭化と同時に効率良く簡単にガス化及びガス改質できるとともに、その際に、電気ヒータにより熱量調整が容易で安定してガス化でき、しかも、炭化物と有用ガスと液体燃料とを装置規模が小さくとも効率良く再生できる。
【００１３】
また、固形廃棄物を過熱水蒸気と共に炭化・ガス化炉内に投入するので、炭化・ガス化炉内で発生したガスが固形廃棄物の投入時に希釈されたり、炭化・ガス化炉内の空気遮断状態が開放されることはなく、可燃性成分濃度の高い乾留ガスが安定して得られる。
【００１４】
請求項２及び５に係る発明によれば、生成された乾留ガスをフィッシャー・トロプシュ合成する前に熱交換器で冷却し、その際に生ずる熱を利用して炭化・ガス化炉内へ投入する過熱水蒸気を生成するので、派生する熱を有効利用できる。
【００１５】
請求項３及び７に係る発明によれば、液体燃料化工程で生じた余剰ガスを利用して発電できる。
【００１６】
請求項６に係る発明によれば、熱分解された炭化物を、入口側から出口側へ向かって下向きに傾斜された炭化・ガス化炉からオーバーフローさせて排出するので、炭化物排出のための専用の機構が不要である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
次に、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【実施例】
【００１８】
図１に本発明による廃棄物再生処理システムの処理フローを示す。食品残渣、木質バイオマス、籾殻、農業残渣、活性汚泥、廃プラスチック等の各種の固形廃棄物は、破砕・粉砕機１で破砕又は粉砕されてから、炭化・ガス化炉２内にその入口から連続的に定量投入される。その際、固形廃棄物の投入経路から過熱水蒸気を同時に圧入する。そうすると、炭化・ガス化炉２内で発生したガスが固形廃棄物の投入時に希釈されたり、炭化・ガス化炉２内の空気遮断状態が開放されることはない。
【００１９】
炭化・ガス化炉２は、図２にその概要を示すようにロータリキルンのような構造で、横長円筒形の炉体３を回転させながら、そのなかの廃棄物を電気ヒータ４の熱により空気遮断状態で間接的に加熱し、燃焼させることなく熱分解により炭化させる。その最高温度は例えば１１００℃とする。炉体３は、入口側から出口側へ向かって下向きに例えば約６度の角度で傾斜させてあるので、炭化物は、自然に出口へと流れて炉体３からオーバーフローで排出されるので、その滞積量は出口へ向かって多くなり、逆に、その上に形成されるガス化のための空間は出口へ向かって狭くなる。
【００２０】
従って、固形廃棄物の熱分解によって生じた乾留ガスは、高温（約１０００℃）の炭化物の滞積層上に形成される空間を過熱水蒸気と共に通過する際に、高温の炭化物に触れるので、高温の炭化物が触媒として作用して、タール分などを高温下で過熱水蒸気により水素及び一酸化炭素に改質する水性ガスシフト反応が助長され、空気遮断状態での間接的加熱であるため窒素濃度が低く、水素と一酸化炭素をより多く含む改質ガスとなって炭化・ガス化炉２から排出され、スクラバ（洗浄集じん装置）５でダストを除去される。
【００２１】
この改質ガスの顕熱（約１０００℃）を熱交換器６で回収して、２００〜３００℃まで冷却してから液体燃料化装置７へ導入し、熱交換器６で回収した熱を利用して炭化・ガス化炉２へ圧入する過熱水蒸気を生成する。また、炭化・ガス化炉２から排出された炭化物も高温であるので、発火防止のために冷却水で冷却して回収し、その際に供した冷却水からも排熱を回収する。回収した炭化物は肥料や燃料や活性炭などに利用できるほか、精製してカーボンとすればその用途は多岐にわたる。
【００２２】
液体燃料化装置７では、炭化・ガス化炉２で得られた改質ガスをフィッシャー・トロプシュ（以下、ＦＴと記す）合成触媒を用いて液体燃料化する。図３にその処理の流れを示す。
【００２３】
改質ガスをサイクロン８からブロア９によってＦＴ合成部１０へ吹き込み、ＦＴ合成触媒１１に通してＦＴ合成すると、液体燃料となる軽質油と水が生成される。ＦＴ合成されなかったガスはサイクロン８へ戻して循環させる。ＦＴ合成は、触媒の性能により品質が大きく左右されるため、ＦＴ合成触媒としては、高い一酸化炭素確率かつ高い連鎖成長確率が得られるものが好ましい。
【００２４】
軽質油と水は冷却分離部１２へ導入して分離する。分離した軽質油は油タンク１３に回収し、水は熱交換器１４を介して温水として回収し、分離しなかったものはＦＴ合成部１０へ戻して繰り返す。冷却分離部１２には熱交換器１４を介して冷却水を供給する。
【００２５】
冷却分離部１２で生じたオフガス（ＦＴ合成の余剰ガス）は、ディーゼルエンジン式発電機１５の燃料として発電に供する。ディーゼルエンジン式発電機１５のディーゼルエンジンをガス・オイル混焼型とすれば、油タンク１３で回収した軽質油を補助燃料として利用できるので、オフガスが低カロリーであっても、安定して発電させることができる。
【００２６】
ＦＴ合成により得られた軽質油は一般的な軽油と比べて、セタン価が高い、密度が低い、高沸点側の蒸留特性が低い、アロマ分及び硫黄分を含まない、等の特質があるため、排ガス特性、燃料特性、潤滑特性、ゴム材料への影響などの面で概して有利である。
【００２７】
図４に炭化・ガス化炉２の具体的構造の一例を示す。
この炭化・ガス化炉２では、破砕又は粉砕した固形廃棄物をホッパ１６に投入し、スクリュウコンベア１７により導入管１８を通じて横長円筒形の炉体３内へ導入する。その際、導入管１８の途中から過熱水蒸気を圧入することで、炉体３内を常に空気遮断状態に保持する。
【００２８】
炉体３の外周には電気ヒータ４が配設され、そのヒータ配設部分は断熱壁１９にて包被されている。炉体３の両端部は、断熱壁１９による断熱室の室外で回転自在に支承され、断熱室外の回転駆動装置２０により連続して回転される。電気ヒータ４の加熱温度は、熱電対等の熱センサ２１で複数箇所に分けて検知しながら制御される。
【００２９】
導入管１８とは反対側になる炉体３の他端には、固形廃棄物の熱分解により生じた炭化物をオーバーフローで排出する出口が設けられているとともに、改質ガスを外部のスクラバ５へ送るガス管２２が接続されている。炉体３は前述のように傾斜するように設置され、炉体３からオーバーフローして排出された炭化物は炭化物回収器２３に回収される。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明による廃棄物再生処理システムの処理フロー図である。
【図２】その炭化・ガス化炉の概要図である。
【図３】液体燃料化装置の処理フロー図である。
【図４】炭化・ガス化炉の具体的構造の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  破砕・粉砕機
２  炭化・ガス化炉
３  炉体
４  電気ヒータ
５  スクラバ
６  熱交換器
７  液体燃料化装置
８  サイクロン
９  ブロア
１０  ＦＴ合成部
１１  ＦＴ合成触媒
１２  冷却分離部
１３  油タンク
１４  熱交換器
１５  ディーゼルエンジン式発電機
１６  ホッパ
１７  スクリュウコンベア
１８  導入管
１９  断熱壁
２０  回転駆動装置
２１  熱センサ
２２  ガス管
２３  炭化物回収器
【図１】
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【図２】
2008260832.tif 000004
【図３】
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【図４】
2008260832.tif 000006