(57)【要約】【課題】ガス化改質設備から排出される精製ガス中の可燃性ガス濃度の制御を迅速に行うことを可能とするガス化改質設備の改質制御方法の提供。【解決手段】固形廃棄物をガス化溶融するガス化装置と該ガス化装置で発生したガスを改質するガス改質装置とを具えたガス化改質設備の改質制御方法において、ガス改質装置出側ガス温度を１０００℃以上に維持するとともに、下記式（１）で定義される比精製ガス量を制御指標として支燃ガス量及び／又は可燃ガス量を制御することによってガス改質装置から排出される精製ガスのガスカロリーを制御するガス化改質設備の改質制御方法。比精製ガス量＝ガス改質装置出側の精製ガス量／ガス化装置への供給酸素量・・（１）【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
固形廃棄物をガス化溶融するガス化装置と該ガス化装置で発生したガスを改質するガス改質装置とを具えたガス化改質設備の改質制御方法であって、該ガス化装置及びガス改質装置には支燃ガス供給装置を設け、ガス改質装置出側ガス温度を１０００℃以上に維持するとともに、下記式（１）で定義される比精製ガス量を制御指標として支燃ガス量を制御することによってガス改質装置から排出される精製ガスのガスカロリーを制御することを特徴とするガス化改質設備の改質制御方法。
比精製ガス量＝ガス改質装置出側の精製ガス量／ガス化装置への供給酸素量・・（１）
【請求項２】
更に、ガス化装置及び／又はガス改質装置に可燃ガス供給装置を設け、比精製ガス量を制御指標として支燃ガス量及び／又は可燃ガス量を制御することを特徴とする請求項１に記載のガス化改質設備の改質制御方法。
【請求項３】
ガス化改質設備がフリーボード部を有する竪型ガス化装置を含んでおり、この竪型ガス化装置の下部がガス化装置を構成し、上部のフリーボード部がガス改質装置を構成していることを特徴とする請求項１又は２に記載のガス化改質設備の改質制御方法。
【請求項４】
比精製ガス量が設定値以下の場合、ガス改質装置に供給する支燃ガス量を減少させることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のガス化改質設備の改質制御方法。
【請求項５】
比精製ガス量が設定値以下の場合、ガス改質炉の支燃ガス量を減少させると共に、ガス改質炉に供給する可燃ガス量を増加させることを特徴とする請求項２又は３のいずれかに記載のガス化改質設備の改質制御方法。
【請求項６】
比精製ガス量が設定値以上の場合、ガス化装置及び／又はガス改質装置に供給する可燃ガス量を減少させることを特徴とする請求項２又は３に記載のガス化改質設備の改質制御方法。
【請求項７】
比精製ガス量が設定値以上の場合、ガス改質装置の支燃ガス量を増加させると共にガス改質炉に供給される可燃ガス量を減少させることを特徴とする請求項２又は３に記載のガス化改質設備の改質制御方法。
【請求項８】
可燃ガスがＬＮＧであることを特徴とする請求項２〜７のいずれかに記載のガス化改質設備の改質制御方法。
【請求項９】
支燃ガスが純酸素であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか記載のガス化改質設備の改質制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃棄物を溶融、ガス化処理する廃棄物の処理方法において、廃棄物を効率良く、安定的に処理することが可能な廃棄物の処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、廃棄物処理場の不足などが顕在化しており、産業廃棄物あるいは一般廃棄物の多くは、発生したままの姿で、あるいは何らかの事前処理の上、焼却処分され減溶化された後に埋立てなどの最終処分が行われる場合が多い。上記した焼却処分の方法としては様々な方法が挙げられるが、近年、焼却場における発生ガス中のダイオキシンなど有害物質の管理が問題となっており、高温酸化雰囲気で有害物質を分解することが可能な処理方法が求められてきている。
【０００３】
このような高温処理が可能な廃棄物処理方法として、特許文献１、特許文献２及び特許文献３に開示された廃棄物処理プロセスが挙げられる。
これらは、廃棄物を圧縮成形後、加熱し、生成した圧縮成形物を溶融、ガス化して燃料ガスを得る廃棄物処理プロセスである。このプロセスでは、先ず、廃棄物投入口から圧縮装置内に所定量供給した廃棄物をバッチ的に圧縮装置によって圧縮して緊密な圧縮成形物とする。次に、この圧縮成形物を外部から加熱された細長いトンネル式の加熱炉（以下トンネル式加熱炉と記す）内へ押し込む。この動作を繰り返すことによって、圧縮成形物がトンネル式加熱炉の装入口から排出口へ順次移動していく。こうして圧縮成形物がトンネル式加熱炉を移動する間に水分は蒸発し、表面は炭化される。
【０００４】
トンネル式加熱炉で表面を炭化された圧縮成形物は、高温反応炉装入口から高温反応炉内に装入される。高温反応炉下部には酸素含有ガス供給配管が設置されており、高温反応炉内に酸素含有ガスを供給することにより、圧縮成形物中の可燃分は酸素含有ガスにより燃焼、熱分解してガス化し高温反応炉上部に直結されたガス改質炉に供給され、不燃分は高温反応炉下部で溶融し、溶融金属および溶融スラグで構成される溶融物となって高温反応炉下部の溶融物排出口から回収される。
【０００５】
ガス改質炉下部には酸素含有ガス供給配管が設置されており、ガス改質炉内に酸素含有ガスを供給することにより、高温反応炉から供給された熱分解ガスの一部を燃焼させ、ガス温度を１０００℃以上に維持する。ガス改質炉から排出されるガスは、冷却、除塵、脱硫、除湿等のガス精製工程を経て、一酸化炭素と水素を含む燃料用ガスとして回収できる。
【０００６】
前記した廃棄物処理設備の場合、高温反応炉下部に酸素含有ガスを一定量で供給していても、廃棄物組成の変動、あるいは供給した酸素含有ガスと圧縮成形物の接触状況等によりガス改質炉へ供給される熱分解ガス量、組成が大きく変動する。例えば、高温反応炉に供給した酸素量に対して熱分解ガスの発生量が少ない場合には、ガス改質炉で一定量の酸素含有ガスを供給していると、熱分解ガスに対する酸素量が過剰となるため、ガス中の可燃性ガス濃度が低下し、ガス中に酸素が残存する懸念がある。ガス改質炉から排出されるガスはガス精製の工程で冷却されるため、上記のようにガス中に酸素が残存していると冷却後のガスに酸素が混合して爆発の危険性がある。この危険性を回避するために実設備では、精製ガス中の可燃性ガス濃度を常に監視し、可燃性ガス濃度が閾値以下になると高温反応炉下部に供給する酸素含有ガス量を低減させるという安全対策が採られている。しかし、高温反応炉下部に供給させる酸素含有ガス量を低減させると廃棄物処理量の低下に繋がってしまう。
【０００７】
これを回避するためには精製ガス中の可燃性ガス濃度が閾値以下になったら、ガス改質炉に供給している酸素含有ガス量を低減させ、精製ガス中の可燃性ガス濃度の低下を防ぐことが考えられる。
特許文献４には、廃棄物のガス化溶融炉出側の改質ガス中の可燃性ガスであるＨ２ガス濃度を測定してガスカロリーを推定し、推定カロリーが一定値以上になるようにＬＮＧなどの補助燃料を前記溶融炉内に投入する方法が記載されている。しかしながら、Ｈ２ガス濃度の測定には分析計までのガスサンプリング時間と分析計自身の応答時間が必要で時間遅れが生じるが、実設備での可燃性ガス濃度の変化は非常に短い時間間隔で起こっており、Ｈ２ガス濃度の測定にかかる時間よりもはるかに短いため、Ｈ２ガス濃度を指標にガス改質炉へ供給する酸素含有ガス量を変更させる制御は実用的には問題がある。またＨ２ガス濃度は可燃性ガスを構成する一成分であるので、可燃性ガス全体のガス酸化度を表している指標とは言い難く、指標としてはガス全体ではなく部分的な指標であると言える。
上記の通りであるから、従来は精製ガス中の可燃性ガス濃度低下により高温反応炉下部に供給する酸素含有ガス量を低減させる処置をとっており、廃棄物処理量の低下を避けることができなかった。
【０００８】
一方で、精製ガス中の可燃性ガス濃度低下抑制のために、高温反応炉下部、ガス改質炉下部に可燃性ガスを供給し、精製ガス中の可燃性ガス濃度の嵩上げを行う方法も考えられる。この方法は、廃棄物の発熱量が低いときや、高温反応炉での酸素含有ガスと圧縮成形物の接触状況が悪く、精製ガス中の可燃性ガス濃度が低めになるときには有効であるが、逆に、廃棄物の発熱量が十分に高く、高温反応炉での酸素含有ガスと圧縮成形物の接触状況が良好で、精製ガス中の可燃性ガス濃度が十分に高いときには、供給した可燃性ガスは過剰に供給していることになってしまう。
可燃性ガスを過剰に使用しないためには、精製ガス中の可燃性ガス濃度が閾値以上になったら、高温反応炉、ガス改質炉に供給している可燃性ガス量を低減させることが有効と考えられるが、前記と同様に、可燃性ガス濃度測定の時間遅れの影響で制御には使用できない。
したがって、従来は可燃性ガスを過剰に供給し廃棄物処理コストの低減が困難であった。
【０００９】
【特許文献１】特開平６−２６６２６号公報
【特許文献２】特開平６−７９２５２号公報
【特許文献３】特開平７−３２３２７０号公報
【特許文献４】特開２００３−２６８３８７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、精製ガス中の可燃性ガス濃度の制御を迅速に行うことを可能とするガス化改質設備の改質制御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、ガス改質炉へ供給する酸素含有ガス量、高温反応炉及びガス改質炉へ供給する可燃ガス量を制御するために必要な、精製ガス中の可燃性ガス濃度と相関のある時間遅れのない指標について検討を進めた結果、ガス化装置への酸素吹き込み量に対するガス改質装置出側の清浄化後のガス量が指標として有効であるとの知見を得て、本発明を完成させた。
すなわち、本発明は以下に記載するとおりのものである。
（１）固形廃棄物をガス化溶融するガス化装置と該ガス化装置で発生したガスを改質するガス改質装置とを具えたガス化改質設備の改質制御方法であって、該ガス化装置及びガス改質装置には支燃ガス供給装置を設け、ガス改質装置出側ガス温度を１０００℃以上に維持するとともに、下記式（１）で定義される比精製ガス量を制御指標として支燃ガス量を制御することによってガス改質装置から排出される精製ガスのガスカロリーを制御することを特徴とするガス化改質設備の改質制御方法。
比精製ガス量＝ガス改質装置出側の精製ガス量／ガス化装置への供給酸素量・・（１）
（２）更に、ガス化装置及び／又はガス改質装置に可燃ガス供給装置を設け、比精製ガス量を制御指標として支燃ガス量及び／又は可燃ガス量を制御することを特徴とする上記（１）に記載のガス化改質設備の改質制御方法。
（３）ガス化改質設備がフリーボード部を有する竪型ガス化装置を含んでおり、この竪型ガス化装置の下部がガス化装置を構成し、上部のフリーボード部がガス改質装置を構成していることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載のガス化改質設備の改質制御方法。
（４）比精製ガス量が設定値以下の場合、ガス改質装置に供給する支燃ガス量を減少させることを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかに記載のガス化改質設備の改質制御方法。
（５）比精製ガス量が設定値以下の場合、ガス改質炉の支燃ガス量を減少させると共に、ガス改質炉に供給する可燃ガス量を増加させることを特徴とする上記（２）又は（３）に記載のガス化改質設備の改質制御方法。
（６）比精製ガス量が設定値以上の場合、ガス化装置及び／又はガス改質装置に供給する可燃ガス量を減少させることを特徴とする上記（２）又は（３）に記載のガス化改質設備の改質制御方法。
（７）比精製ガス量が設定値以上の場合、ガス改質装置の支燃ガス量を増加させると共にガス改質炉に供給される可燃ガス量を減少させることを特徴とする上記（２）又は（３）に記載のガス化改質設備の改質制御方法。
（８）可燃ガスがＬＮＧであることを特徴とする上記（２）〜（７）のいずれかに記載のガス化改質設備の改質制御方法。
（９）支燃ガスが純酸素であることを特徴とする上記（１）〜（８）のいずれか記載のガス化改質設備の改質制御方法。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の方法によれば、精製ガス中の可燃性ガス濃度の制御を迅速に行うことができ、ガス化改質設備から排出される改質ガスをガスエンジンによる発電等の燃料として利用可能なレベルに安定的に保つことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明を説明するに際し、まず、ガス化装置におけるガス発生メカニズムについて説明する。
酸素含有ガスを用いて固形廃棄物をガス化するガス化装置では、酸素と廃棄物中の可燃分の燃焼反応により燃焼ガスであるＣＯ，ＣＯ２，Ｈ２Ｏ等が発生する。また、そのときの燃焼熱で廃棄物のガス化が起こり、Ｈ２，ＣｍＨｎなども発生する。供給酸素量が一定であっても、装置内に供給された廃棄物の組成、量によりガス量、ガス組成は変動する。廃棄物のカロリーが低いときや、廃棄物の供給量が少ないときは酸素と反応できる可燃成分の量が減るために、ＣＯ，Ｈ２，ＣｍＨｎ等の炭化水素量は減少し、ＣＯ２，Ｈ２Ｏ，未燃の酸素が多くなる。その結果、ガス化装置からのガス発生量は減少する。一方、廃棄物のカロリーが高いときや、廃棄物の供給量が多いときは前記の逆でＣＯ，Ｈ２，ＣｍＨｎ等の炭化水素量は増加し、ＣＯ２，Ｈ２Ｏ，未燃の酸素が少なくなる。その結果、ガス化装置からのガス発生量は増加する。
【００１４】
また、装置内に供給された廃棄物の組成、量が一定であったとしても、ガス化装置内での廃棄物と酸素の接触状況、装置内温度変化等により、ガス化装置出口のガス組成、量は時々刻々変化する。例えば、廃棄物層が棚つり気味で、廃棄物層に酸素ガスの抜け道のようなものができてしまうと、酸素ガスと反応できる廃棄物が実質的に減少するため、廃棄物層から発生するＣＯ，Ｈ２，ＣｍＨｎ等の量は減少し、ＣＯ２，Ｈ２Ｏ，未燃の酸素は増加するが、発生ガス量としては減少する。一方、廃棄物層の状態が均一に近く、酸素ガスが廃棄物層をより均一に流れる場合は、酸素ガスと反応できる廃棄物が実質的に増加し、先ほどとは逆に、ＣＯ，Ｈ２，ＣｍＨｍ等の量が増加し、ＣＯ２，Ｈ２Ｏ，未燃の酸素は減少し、発生ガス量としては増加する。
【００１５】
ガス化炉から発生してきたガスを改質炉において酸素含有ガスで改質する場合、ガス化炉から発生するガスは以下の場合がある。
（１）発生ガス量が減少／ＣＯ，Ｈ２，ＣｍＨｎ減少、ＣＯ２，Ｈ２Ｏ，Ｏ２増加
（２）発生ガス量が増加／ＣＯ，Ｈ２，ＣｍＨｎ増加、ＣＯ２，Ｈ２Ｏ，Ｏ２減少
上記（１）の状況は、廃棄物の発熱量が低いときや、高温反応炉での酸素含有ガスと圧縮成形物の接触状況が悪いことが原因で起こると考えられ、また、上記（２）の状況は、廃棄物の発熱量が高いときや、高温反応炉での酸素含有ガスと圧縮成形物の接触状況が良好であることが原因で起こると考えられる。
【００１６】
ガス改質炉での酸素供給量が一定の場合、上記（１）の状況が起こると、酸素量に対して可燃性ガス量が相対的に少なくなるため、燃焼反応が進み、改質ガス中の可燃性成分は減少する。ガス化炉から発生しているガス量が少ないために、改質炉からのガス量も減少する。これにより、改質ガスのカロリー低下をきたす。また、（１）の状況が助長されると、改質ガス中に未燃の酸素が存在する恐れがあり、こうなると可燃性ガスと未燃酸素との反応により爆発等の懸念がある。したがって安全上の観点から、改質ガスのＨ２濃度が閾値以下になると、ガス化炉に供給する酸素を減少させる措置が採られている。しかし酸素量を減少させるとガス化炉の処理量が低下するため、なるべくＨ２濃度は閾値以下に落とすことは避ける必要がある。
【００１７】
Ｈ２濃度が低下してきた場合には、ガス改質炉に供給する酸素量を減らしてやれば、Ｈ２濃度の低下を防ぐことができるが、Ｈ２濃度の測定にはガス吸引時間と分析計の応答時間が必要で時間遅れがあり、ガス組成の変動は分析の時間遅れよりも短い時間間隔で起こっているため、Ｈ２濃度でガス改質炉に供給する酸素量を制御するのは困難であるため、Ｈ２濃度と相関のある時間遅れのない指標を見出す必要があった。
【００１８】
そこで、検討した結果、Ｈ２濃度はガス化炉、またはガス改質炉からの発生ガス量と相関があることが予想された。また、ガス化炉、ガス改質炉からの発生ガス量はガス化炉に供給する酸素量とも相関があることが類推できるため、指標として下記式（１）で定義される［比精製ガス量］を採用することに思い至り、検証したところ、この比精製ガス量は精製ガス中の可燃性ガス濃度と非常に良い相関があることが分かった。
比精製ガス量＝ガス改質装置出側の精製ガス量／ガス化装置への供給酸素量・・・（１）
ここで、「ガス改質装置出側の精製ガス量」とは、ガス改質装置から排出されたガスを冷却洗浄した後のガスを言う。
【００１９】
ガス化改質設備としては、廃棄物をガス化溶融して熱分解ガスを発生させるガス化部とこの領域の上部に設けられた発生ガスを改質するための空間（以下、「フリーボード部」という。）とを備えた縦型ガス化装置及び廃棄物をガス化溶融して熱分解ガスを発生させる高温反応炉と高温反応炉で発生したガスを改質するためのガス改質炉とからなるガス化改質設備とがあるが、前者においてはガス化部に供給される酸素ガス量が「ガス化装置に供給される酸素量」であり、後者においては、高温反応炉に供給される酸素ガス量がガス化装置に供給される酸素量」である。
【００２０】
比精製ガス量が低下しているときは、ごみ層での酸素の反応効率が低下しているため、この状態で酸素を一定量で供給するとＨ２濃度の低下を助長することとなる。
そこで、比精製ガス量がある閾値以下の場合は、高温反応炉に供給する酸素量を減少させず、ガス改質炉に供給する酸素量を減少させることにより、廃棄物処理量を低下させることなく、精製ガス中の可燃性ガス濃度の低下を抑制することができる。実際にはガス改質炉に供給する支燃ガス（酸素、空気等の酸素含有ガス）の供給量を減少させることによって酸素量を減少させる。この支燃ガスとしては、ガス改質後の改質ガスのカロリーを高めることができる点で、純酸素ガスを用いることが好ましい。
また、別の方法として、ガス改質炉の支燃ガス量を減少させると共に、ガス改質炉に供給する可燃ガス量を増加させることによって制御することもできる。
【００２１】
この比精製ガス量の閾値は、ごみ質、ごみ供給量、Ｈ２濃度の閾値等によって異なるので、実施に際しては操業中のＨ２濃度と比精製ガス量との関係をとって値を決めておき、これらの値をプログラムで入力できるようにしておくことが好ましい。
【００２２】
また上記（２）の状況が起こると、ガス改質炉の供給酸素量、ＬＮＧ量が一定の場合、酸素量に対して可燃ガス量が相対的に多くなるため、改質ガス中の可燃性成分は増加する。また、ガス化炉から発生しているガス量が多いために、改質炉からのガス量も増加する。
ところで、従来法では、Ｈ２濃度を閾値以下に下げたくないためにＨ２濃度の嵩上げをする目的で、高温反応炉（ガス化部）及び／又はガス改質炉（ガス改質部）にバーナーで酸素と共にＬＮＧ等の可燃ガスを供給している。
この可燃ガスの供給は、精製ガス量が少なく、水素濃度が低いときには必要であるが、逆に精製ガス量が十分に多く、水素濃度が高いときには必要がない。
そこで、比精製ガス量がある閾値以上の場合には、高温反応炉（ガス化部）及び／又はガス改質炉（ガス改質部）に供給する可燃ガス量を減少させることにより、可燃ガスの過剰な供給を避けてコストを削減することができる。
また、別の方法として、ガス改質炉の支燃ガス量を増加させると共にガス改質炉に供給される可燃ガス量を減少させることによって制御することもできる。
【００２３】
上記のガス量の測定は差圧を測定して求めるので時間遅れがないという利点がある。
また、支燃ガス量及び可燃ガス量の制御は、バーナーへのそれぞれの供給量を制御することにより容易に行うことができる。
【実施例】
【００２４】
[実施例１]
装置としては図１に示されるガス化炉とフリーボード部をガス改質炉とする竪型ガス化装置を用いて廃棄物を７.５ｔ/ｈの処理量でガス化改質処理を行った。
本制御を使用する前は、支燃ガスとしては純酸素ガスを用い、ガス化炉には１０００Ｎｍ３／ｈ、ガス改質炉には６００Ｎｍ３／ｈで定量供給した。その結果、比精製ガスが６．０より小さくなると、精製ガス中のＨ２濃度が閾値以下に低下することが頻発し、そのたびにガス化炉への酸素供給量を５００Ｎｍ３／ｈまで落とさざるを得ない操業が続いた。
その後、上記現象から比精製ガス量が６．０以下になったら、ガス改質炉に供給する酸素量を比精製ガス量に応じて削減する本制御の運転を開始した。その結果、比精製ガス量が６．０以下になったときも、ガス改質炉への酸素供給量を削減しているために、Ｈ２濃度が閾値以下に低下することが無く、安定的な操業を継続することが出来た。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明の方法は、廃棄物を効率良く、安定的にガス化改質処理することが可能であるので、都市ごみ等の処理方法として好適である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【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１】
2008127420.tif 000002