(57)【要約】  【課題】油及び／又は水溶性の有機物を含む廃液（特にバイオマスのガス化等で発生するタール又は有機酸を含む廃液）を燃焼処理炉で完全燃焼させる燃焼処理方法を提供すること。  【解決手段】該廃液を熱交換器５で加熱しフラッシュ装置６でフラッシュして液分と蒸気分に分離し、液分を該燃焼処理炉７で完全燃焼するとともに、蒸気分を燃焼処理炉７から排出される完全燃焼排ガスと熱交換器８で熱交換させて加熱した後に該燃焼処理炉７で完全燃焼させる廃液の燃焼処理方法。  【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
油及び／又は水溶性の有機物を含む廃液を燃焼処理炉において燃焼処理する方法であって、該廃液を加熱しフラッシュして液分と蒸気分に分離し、該液分を該燃焼処理炉で完全燃焼するとともに、該蒸気分を該燃焼処理炉から排出される完全燃焼排ガスの熱によって加熱した後に該燃焼処理炉で完全燃焼することを特徴とする廃液の燃焼処理方法。
【請求項２】
前記加熱しフラッシュする廃液が、事前に廃液を比重分離して得られる上澄み液であることを特徴とする請求項１記載の廃液の燃焼処理方法。
【請求項３】
前記液分がタールを主成分とするものであり、前記蒸気分が水蒸気および有機酸を主成分とするものであることを特徴とする請求項１又は２記載の廃液の燃焼処理方法。
【請求項４】
前記廃液が廃棄物又はバイオマスのガス化によって発生する廃液であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の廃液の燃焼処理方法。
【請求項５】
前記廃棄物又はバイオマスのガス化を炉頂温度が１００℃以下のアップドラフト型処理炉で行うことを特徴とする請求項４に記載の廃液の燃焼処理方法。
【請求項６】
廃液のフラッシュ前の加熱を、該廃棄物又はバイオマスのガス化によって製造された燃料ガスをガスエンジンに導いて発電した際に発生する排ガスの顕熱によって行うことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の廃液の燃焼処理方法。
【請求項７】
油及び／又は水溶性の有機物を含む廃液の燃焼処理装置であって、該廃液を加熱する加熱装置と、加熱された廃液を液分と蒸気分とに分離するフラッシュ装置と、該蒸気分を完全燃焼排ガスで予熱する熱交換器と、該液分と予熱された蒸気分とを完全燃焼させて完全燃焼排ガス中の一酸化炭素濃度を５００ｐｐｍ（Ｏ２：１２％換算）以下にする燃焼処理炉とを備えたことを特徴とする廃液の燃焼処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油及び／又は水溶性の有機物を含む廃液の処理方法に関し、特にバイオマスのガス化等で発生するタール又は有機酸を含む廃液を処理する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
バイオマスは再生可能な資源であるためバイオマスエネルギーはＣＯ2抑制に係る地球温暖化防止や循環社会の構築に寄与するものとして注目されており、近年、バイオマスの有効利用に関する研究開発が積極的に進められている。平成１４年１月には「新エネルギー利用等の促進に関する特別措置法施行令の一部を改正する政令」（いわゆる新エネ法）が施行され、バイオエネルギー利用のより一層の促進が期待されている。
【０００３】
バイオマスの中でも特に木質系バイオマスのエネルギー利用が注目されている。木質系バイオマスとしては、間伐材、製材後の端材、おがくずなどの廃材、公園や植物園から出る剪定、刈込みで生ずる木屑、家屋の解体作業から出る木材などを挙げることができる。これらを利用することは化石燃料の使用を抑制することにつながるため、二酸化炭素の削減・地球温暖化防止の効果があり、また、再生可能な資源である木質バイオマスを活用することは資源を循環利用することであり、地球環境保全の面でも優れた資源であるといえる。
【０００４】
そして、これらのバイオマスを原料とし、これをガス化炉において無酸素下で６００℃〜９００℃の高温に加熱し熱分解することで燃料ガスを生成し、得られた燃料ガスを、燃焼発電やガスエンジン発電、燃料電池など、種々の発電システムに供給して、発電用燃料として利用するようにしたバイオマスガス化発電システムの開発が進められている。
【０００５】
木質系バイオマスのガス化をアップドラフト型処理炉で行うと、ガス化炉で生成される生成ガスには、高分子の炭化水素であるタール、有機酸及び多量の水蒸気が含まれる。このタール分は３５０℃以上の高温ではガス状であるが、低温になると凝集し、配管など各部に付着して閉塞などの問題を生じさせる。このため、生成ガスを内燃機関またはガスタービンで使用するにはタール分を生成ガスから除去しなければならない。
【０００６】
タール分を生成ガスから除去するための方法としては、ガス化炉出口の温度を上昇してタール分を分解する方法、ガス改質法及び触媒によって分解する方法などが検討されてきた。しかしながら、ガス化炉出口の温度を上昇すると、冷ガス効率が低下するという問題があり、また、触媒を使用すると原料中に含まれる不純物のために触媒が被毒されて長期の稼働が困難であるという問題があった。
【０００７】
他の方法としては、ガス化炉から排出されるガスを冷却器で冷却して、タール分と水とを凝縮させて生成ガスから分離する方法がある。
しかしながら、凝縮分離されたタール含有水は、有害な多環芳香族炭化水素類（polyaromatic hydrocarbons）やフェノール類を包含しており、水質汚濁防止法の規制値以上の汚水であるためこれをそのまま放流することはできない。そこで、このタール分を含有する廃水を更に無害化処理する必要がある。
【０００８】
特許文献１には、廃液を高温下で熱分解して廃液の処理を行う焼却炉と、その焼却炉からの排ガスの熱を蒸気として回収する排熱回収装置と、前記焼却炉に廃液を供給する廃液ラインに設けられ、前記排熱回収装置からの蒸気により廃液を昇温する熱交換器と、該熱交換器で昇温された廃液をフラッシュさせて気液分離するフラッシュドラムと、該フラッシュドラムで分離された液の一部を前記熱交換器の上流側の廃液ラインに戻して熱交換器内での廃液の蒸発を防止する循環手段とを備えた廃液処理装置が記載されている。しかしながら、特許文献１には特にタール含有廃水の処理を目的とすることについては記載がなく、また、この方法をバイオマスガス化プラントにおける廃液に適用する場合には、廃液のもつ熱量が低いため、その燃焼炉排ガスでは加熱・フラッシュを十分に行なう事が出来ない。
【０００９】
特許文献２にはタール分を含有する廃水の処理方法が記載されている。この方法は、図１に示されるものであり、タール含有水（１７）を蒸発器（１）で低沸点部分と高沸点部分に分離し、高沸点部分を液滴分離器７によって分離して濃縮物ポンプ８によって排出し、他方、蒸気形態とされた低沸点部分を高圧ファン６によって熱交換器３に送って高温に加熱してから分解反応器２に供給し、この分解反応器２内でバーナー５によってタール分が燃焼分解され、分解生成物４は熱交換器３で熱を回収された後、一部は蒸発器１に送られてタール含有水の蒸発のための熱を与えて凝縮し、下水道系に流すのに十分に清浄な排水１８となって蒸発器１から排出され、残部２０はガス化装置のガス発生用媒体として利用される。
しかしながら、この方法は低沸点部分をガスエンジンやガスタービンで利用することを主眼としており、低沸点部分をそのように利用しても利用効率が低く効率的でない場合やローカルな立地に対応した小規模プラントで低沸点部分を大気放散する場合には向いていなかった。
【００１０】
【特許文献１】特開平７−２８０２４１号公報
【特許文献２】特表２００４−５３２１２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は前記特許文献２に記載された発明の改良発明であって、特許文献２記載の発明では、低沸点部分中の水分の割合が大きい場合には、ガスエンジンやガスタービンで利用できるだけの熱量が得られないという問題点、蒸発に必要な熱量が高沸点部分の燃焼熱だけでは不足するという問題点があった。
また、低沸点部分をそのまま大気放散する場合には、炭化水素分が多く大気汚染を防止する観点から規制される問題点があった。
本発明は、その様な問題点に対し、なされた改善発明であり、油及び／又は水溶性の有機物を含む廃液の低沸点部分を高沸点部分と共に燃焼処理炉で完全燃焼させて熱源として利用するとともにその排ガスを大気放散する際に該排ガス中の炭化水素濃度に代表される有害物質を極力おさえて無害化する燃焼処理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】
【００１２】
本発明者らは、上記の目的を達成する方法について鋭意検討を重ねた結果、油及び／又は水溶性の有機物を含む廃液は水分が多く、そのままでは燃焼できないこと、しかし、該廃液を所定の条件でフラッシュして液分と蒸気分に分ければ、その液分は容易に燃焼すること、及びその蒸気分もそのままでは燃焼しないが所定の温度以上に予熱して該液分と合わせるならば燃焼(完全燃焼)可能であること、燃焼処理炉で完全燃焼すれば炭化水素分だけではなく他の有害物質も含めて無害化が可能であることを発見して、油又は／および水溶性の有機物を含む廃液を加熱しフラッシュして液分と蒸気分に分離し、該液分を燃焼処理炉で完全燃焼するとともに、該蒸気分を該燃焼処理炉の完全燃焼排ガスの熱で加熱した後に燃焼処理炉で完全燃焼することにより、上記課題が解決できることを見出して本発明を完成した。
すなわち、本発明は次に記載する通りのものである。
【００１３】
（１）油及び／又は水溶性の有機物を含む廃液を燃焼処理炉において燃焼処理する方法であって、該廃液を加熱しフラッシュして液分と蒸気分に分離し、該液分を該燃焼処理炉で完全燃焼するとともに、該蒸気分を該燃焼処理炉から排出される完全燃焼排ガスの熱によって加熱した後に該燃焼処理炉で完全燃焼することを特徴とする廃液の燃焼処理方法。
（２）前記加熱しフラッシュする廃液が、事前に廃液を比重分離して得られる上澄み液であることを特徴とする上記（１）に記載の廃液の燃焼処理方法。
（３）前記液分がタールを主成分とするものであり、前記蒸気分が水蒸気および有機酸を主成分とするものであることを特徴とする上記（１）、（２）に記載の廃液の燃焼処理方法。
（４）前記廃液が廃棄物又はバイオマスのガス化によって発生する廃液であることを特徴とする上記（１）〜（３）に記載の廃液の燃焼処理方法。
（５）前記廃棄物又はバイオマスのガス化を炉頂温度が１００℃以下のアップドラフト型処理炉で行うことを特徴とする上記（４）に記載の廃液の燃焼処理方法。
（６）廃液のフラッシュ前の加熱を、該廃棄物又はバイオマスのガス化によって製造された燃料ガスをガスエンジンに導いて発電した際に発生する排ガスの顕熱によって行うことを特徴とする上記（１）〜（５）に記載の廃液の燃焼処理方法。
（７）油及び／又は水溶性の有機物を含む廃液の燃焼処理装置であって、該廃液を加熱する加熱装置と、加熱された廃液を液分と蒸気分とに分離するフラッシュ装置と、該蒸気分を完全燃焼排ガスで予熱する熱交換器と、該液分と予熱された蒸気分とを完全燃焼させて完全燃焼排ガス中の一酸化炭素濃度を５００ｐｐｍ（Ｏ２：１２％換算）以下にする燃焼処理炉とを備えたことを特徴とする廃液の燃焼処理装置。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、油及び／又は水溶性の有機物を含む廃液の高沸点部分は燃焼処理炉で完全燃焼させ、かつ低沸点部分は燃焼できるように該燃焼熱で予熱し次いで燃焼処理炉で完全燃焼させることによって、該排ガス中の炭化水素濃度を極力おさえて無害化でき、ローカルな立地にも対応したバイオマスのガス化システムを達成できるという効果が得られる。
該システムから大気放散される排ガス中の一酸化炭素濃度は、ＣＯ５００ｐｐｍ（Ｏ２：１２％換算）以下を達成することが可能となって、それに合わせて他の有害物質とともに炭化水素濃度も大幅に低減させることができ、大気汚染防止の厳しい立地に対応することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の方法を、前記した木質バイオマスをガス化するシステムにおいて発生するタール、有機酸を含有する水（以下、「タール分含有水」という。）を処理する場合を例にとって説明する。
【００１６】
図１はガス化炉から排出された生成ガスの精製過程で発生するタール分含有水を処理するための基本的なフローシートの例を示したものである。
ガス化炉１から排出された生成ガスはガス精製装置２で精製されてガスエンジン３に燃料ガスとして供給される。このガス精製装置２は例えば、冷却器とこれに後置された湿式電気集塵機とからなり、ガスを冷却することにより精製ガス中からタール分及び水を凝縮分離してタール分含有水を生成する。
タール分含有水は熱交換器５で加熱されてフラッシュ装置６に送給され、減圧によりフラッシュされて蒸気分と液分とに分離される。この場合加熱温度は１０５℃〜１２０℃とすることが好ましい。１０５℃未満では、低沸点部分の蒸気が得られず、１２０℃を超えると高沸点部分が減少し、燃焼処理バーナーで十分な熱量が得られないからである。
【００１７】
この場合、図１に示すように熱交換器５の熱媒（温水）の加熱にはガスエンジン３で発生する排ガスの顕熱を利用することが好ましく、これにより加熱のための新たな熱源（石油、電気）を確保する必要がなくなる。
また、この熱交換器５の前段に比重分離器を設け、タール分含有水をこの比重分離器内で比重分離して重質タール分を分離し、上澄みの軽質タール分を含有する水を熱交換器５で加熱してフラッシュ装置６でフラッシュすることが好ましい。これは、重質タール分がフラッシュされて蒸気分側に混入すると蒸気分側の発熱量が高くなり後の燃焼工程での燃焼制御が困難になるためである。
比重分離器で分離された重質タールは重油の８割の熱量を発生することができるためプラント外で有効利用することができる。
フラッシュ装置６で分離された液分は、燃焼処理炉７においてバーナーによって完全燃焼されて燃焼排ガスを生成する。この液分は燃焼処理炉７に導入される前に適宜予熱しておいても良い。
【００１８】
一方、フラッシュ装置６で分離された蒸気分は熱交換器８において燃焼処理炉から排出される燃焼排ガスと熱交換して４５０℃〜５５０℃に加熱されたのち燃焼処理炉７に供給されてフラッシュされて生じた液分と同様に完全燃焼される。４５０℃未満では完全燃焼に必要な温度が得られず、一方、５５０℃を超えると加熱に必要な熱交換器が腐食するため、実用的でない。熱交換器８で燃焼排ガスと熱交換させることにより加熱のための新たな熱源（石油、電気）を確保する必要がなくなる。
無害化された燃焼排ガスは煙突９から大気中に放出される。
燃焼処理炉においては燃料バーナーから重油が噴射されて空気中の酸素により燃焼されており、燃焼処理炉内に噴射された液分と蒸気分とが燃焼されて処理される。
燃焼処理炉の出口温度は８５０℃以上に維持される。
【００１９】
本発明のようにタール分含有水を蒸気分と液分とに分離し、分離した蒸気分を熱交換器において燃焼処理炉から排出される燃焼排ガスと熱交換させることによって、蒸気分中に含まれる有機物及び水蒸気を高温にしてから燃焼処理炉に供給することによって燃焼処理炉の出口温度を８５０℃以上とすることができ、液分及び蒸気分の完全燃焼が可能となる。
ここで、完全燃焼とはＣＯ５００ｐｐｍ（Ｏ２：１２％換算）以下を意味する。
なお、一酸化炭素濃度の測定はＪＩＳ  Ｋ  ００９８による。また、（Ｏ２：１２％換算）は被測定対象排ガス中の一酸化炭素濃度を確定する際に、該排ガスを希釈したりして該被測定対象排ガス中の酸素濃度を１２％にした場合の換算した一酸化炭素濃度を意味する。
【００２０】
フラッシュ装置でタール分含有水を蒸気分と液分とに分離することなく、タール分含有水をそのまま燃焼処理炉に供給して処理すると、水分が多すぎるためたとえ予熱しても燃焼温度が上がらず燃焼処理炉出口温度が低くなるため、完全燃焼することが困難となる。完全燃焼のためには燃焼炉出口温度を８５０℃以上とすることが必要であり、このような温度にすることによって燃焼処理炉から排出される排ガス中の，ＣＯ濃度を５００ｐｐｍ（Ｏ２：１２％換算）以下とすることができ、また、煤塵の濃度を０．３ｇ／Ｎｍ３（Ｏ２：６％換算）以下とすることができる。
【実施例１】
【００２１】
図１に示す装置を用いて木屑をアップドラフト型処理炉でガス化し、発生した生成ガスをガス冷却装置及び湿式電気集塵機で精製した。これに伴い、１６１１ｋｇ／ｈの廃液（酢酸：１６０ｋｇ／ｈ及び水：１４５１ｋｇ／ｈ）が発生した。この廃液を熱交換器５で加熱して１１６℃にし、減圧にしたフラッシュ装置６に供給して一部を蒸発させて蒸気分を熱交換器８に送ると共に５０℃となった液分を燃焼処理炉に供給してバーナーにより燃焼させた。また、熱交換器８から５００℃に加熱された蒸気分を燃焼処理炉に供給して同様にバーナーにより燃焼させた。
燃焼処理炉の出口温度は９００℃であり、排ガス中の，ＣＯ濃度は５００pｐｐｍ（Ｏ２：１２％換算）であり、煤塵の濃度は０．３ｇ／Ｎｍ３（Ｏ２：６％換算）であった。
【００２２】
［比較例］
実施例１において、熱交換器５で１００℃に加熱した廃液をフラッシュ装置６を介することなく直接燃焼処理炉７に導入した。
その結果、燃焼処理炉の出口温度は２５０℃であり、排ガス中の，ＣＯ濃度は１００００ｐｐｍ（Ｏ２：１２％換算）であり、煤塵の濃度は３ｇ／Ｎｍ３（Ｏ２：６％換算）であった。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明の方法によると、タール、有機酸等の有機物を含む廃液を熱効率よく完全燃焼して無害化することができるので、ガス化炉から排出されるタール分含有水や工場廃水の処理方法として好適である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の廃液の燃焼処理方法のフローシートの例を示す図である。
【図１】
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