(57)【要約】【課題】複数基のロータリーキルン式熱分解炉を用いて廃棄物のガス変換を行う場合でも、全体設備を大型化させない廃棄物の処理方法および装置を提供する。【解決手段】複数基から構成されたロータリーキルン式の熱分解炉に可燃性廃棄物を装入して熱分解処理し、熱分解ガスと熱分解残渣を発生させる際に、各熱分解炉の炉内圧力を検出し、炉内圧力が低い熱分解炉内へ水蒸気を導入して熱分解炉間の圧力差が低減するように調整しながら熱分解処理し、熱分解ガスを一基の改質炉内で酸素含有ガスおよび水蒸気と反応させて熱分解ガス中に含まれるタール分及び軽油分を改質ガスに変換する。さらに第一基目の熱分解炉の炉内圧力に応じて改質ガスを吸引する誘引送風機の吸引圧力を制御して第一基目の熱分解炉の炉内圧力の変動を好ましくは±１０ｍｍＡｑ以内に、より好ましくは±５ｍｍＡｑ以内に調整する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数基から構成されたロータリーキルン式の熱分解炉に可燃性廃棄物を装入して熱分解処理し、熱分解ガスと熱分解残渣を発生させる際に、前記各熱分解炉の炉内圧力を検出し、炉内圧力が低い熱分解炉内へ水蒸気を導入して熱分解炉間の圧力差が低減するように調整しながら熱分解処理し、前記熱分解ガスを一基の改質炉内で酸素含有ガスおよび水蒸気と反応させて熱分解ガス中に含まれるタール分及び軽油分を改質ガスに変換することを特徴とする廃棄物の処理方法。
【請求項２】
第一基目の熱分解炉の炉内圧力に応じて改質ガスを吸引する誘引送風機の吸引圧力を制御して、第一基目の熱分解炉の炉内圧力の変動を±１０ｍｍＡｑ以内に調整することを特徴とする請求項１記載の廃棄物の処理方法。
【請求項３】
可燃性廃棄物を熱分解ガスと熱分解残渣とに熱分解する複数基から構成されたロータリーキルン式の熱分解炉と、前記熱分解ガスを酸素含有ガスおよび水蒸気と反応させて前記熱分解ガス中に含まれるタール分及び軽油分を改質ガスに変換する一基から構成される改質炉と、改質ガスを冷却するガス冷却装置と、冷却後の前記改質ガスを精製するガス精製装置と、ガス精製後の前記改質ガスを吸引する誘引送風機を備え、各熱分解炉に炉内圧力検出器、水蒸気吹込装置および熱分解炉圧力制御装置を設けたことを特徴とする廃棄物の処理装置。
【請求項４】
誘引送風機が第一基目の熱分解炉の炉内圧力検出器からの圧力信号を受けて第一基目の熱分解炉の炉内圧力を調整する吸引圧力制御装置を有し、熱分解炉圧力制御装置は炉内圧力が低い熱分解炉内に水蒸気を導入して熱分解炉間の圧力差を低減させるように制御する機能を有することを特徴とする請求項３記載の廃棄物の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は都市ごみやシュレッダーダスト、廃電線、廃プラ等の可燃性廃棄物をガスに変換するための廃棄物処理方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
我が国の従来の可燃性廃棄物の処理方法は、都市ごみについてはストーカー式焼却炉や流動床式焼却炉により焼却した後、燃焼排ガスの廃熱をボイラで蒸気回収し、回収した蒸気を蒸気タービン発電する方式が用いられている。しかしながら通常１０〜１５％程度の低い効率の発電しか行うことができず、廃棄物をエネルギー資源として有効利用できていないのが現状である。発電効率が低い原因は回収蒸気温度が３００℃程度と低いためであり、発電効率向上のためには回収蒸気温度を一般の火力発電所並みの５００〜６００℃まで上昇させる必要があるが、燃焼排ガス中にはアルカリ金属等の腐食性ダストや塩酸ガスが含まれていることから、回収蒸気温度を高くするとボイラ過熱部の伝熱管温度が高くなって腐食性ダストや塩酸ガスによる高温腐食を受けてしまい、回収蒸気温度は３００℃以下に抑える必要がある。ボイラの高温腐食を抑制するために高価な耐食鋼管を使用した場合でも回収蒸気温度は４００℃程度で発電効率２０％程度が限界である。また、シュレッダーダストや廃電線等の難処理プラスチック系廃棄物の処理方法については、ダイオキシン等の有毒ガス発生や炉体損傷が懸念されるために焼却炉による焼却処理が難しく、例えば非特許文献１に記載されているように大半が埋立て処分されておりエネルギー資源として利用できていないのが現状である。
【０００３】
これらの問題の解決を目的とした新たな廃棄物処理方法として、例えば非特許文献２に記載されているように、廃棄物を熱分解炉で熱分解処理して廃棄物中の揮発分を熱分解ガスとした後、熱分解ガスを空気と共に改質炉内に導入し、改質炉内で１０００〜１２００℃程度の反応温度下で熱分解ガス中に含まれる高分子量の有機化合物であるタール分や軽油分を部分燃焼反応および水蒸気改質反応させてＣＯ、Ｈ２、Ｃ数１〜４程度の炭化水素等からなる低分子量の改質ガスに変換し、改質ガスを冷却、精製した後、精製後の改質ガスをガスエンジン発電する廃棄物ガス変換法が開発されている。熱分解炉から副生する熱分解残渣については金属類を分離して炭化物を燃料に利用したり、溶融処理して得たスラグを路盤材等に利用する。
【０００４】
廃棄物ガス変換法は廃棄物の持つ発熱量の大半が改質ガスの発熱量として回収されるため、冷却を伴うガス精製を行うことでき、クリーンガスを用いたガスエンジン発電により３０％以上の高効率発電が可能である。
【０００５】
廃棄物ガス変換法の熱分解炉の方式としては外熱式のロータリーキルン式熱分解炉や部分燃焼式の流動層熱分解炉あるいは移動層熱分解炉等があるが、高カロリーの熱分解ガスを回収したい場合には、熱分解ガスの燃焼および空気中窒素による希釈がないロータリーキルン式熱分解炉が特に優れた熱分解方式である。
【０００６】
しかしながら、既存のロータリーキルン式熱分解炉を用いた廃棄物ガス変換法の抱える課題として、ロータリーキルン式熱分解炉は高温加熱した金属製ドラムの回転体構造であるため機械強度上の問題から大型化には限界があり、廃棄物処理規模が大きい場合には複数基の熱分解炉に分ける必要があるが、その際の全体プロセスは、図１のブロック図に示すように、熱分解炉後段の改質炉やガス冷却装置、ガス精製装置、誘引通風機についても各々熱分解炉の基数分設けなければならず設備が大型化してしまうという点が挙げられる。ロータリーキルンは、回転ドラムと架台部との接合面の気密性が低くてシール性能は通常キルン内圧で±１０ｍｍＡｑ前後であり、一方、廃棄物は、性状が一様でないために各熱分解炉から発生する熱分解ガス量に差が生じるため、各熱分解炉から発生した熱分解ガスを一本の配管に集合して改質炉以降を一系列に集約させることは各熱分解炉内に圧力差が生じて回転ドラムと架台部との接合面からの熱分解ガス漏洩や空気進入が発生するために実施困難である。
【０００７】
【非特許文献１】
「クリーンジャパン」ｖｏｌ．１３５，Ｐ２２−２５，２０００、２２頁１１行目
【非特許文献２】
「自動車研究」Ｖｏｌ．２３，Ｎｏ．１２，Ｐ６６８−６７３、６７０頁図１
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、複数基のロータリーキルン式熱分解炉を用いて廃棄物のガス変換を行う場合でも、設備を大型化させない廃棄物の処理方法および装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
係る課題を解決するため、本発明の要旨とするところは、以下（１）〜（４）に示す通りである。
（１）複数基から構成されたロータリーキルン式の熱分解炉に可燃性廃棄物を装入して熱分解処理し、熱分解ガスと熱分解残渣を発生させる際に、前記各熱分解炉の炉内圧力を検出し、炉内圧力が低い熱分解炉へ水蒸気を導入して熱分解炉間の圧力差が低減するように調整しながら熱分解処理し、前記熱分解ガスを一基の改質炉内で酸素含有ガスおよび水蒸気と反応させて熱分解ガス中に含まれるタール分及び軽油分を改質ガスに変換することを特徴とする廃棄物の処理方法。
（２）第一基目の熱分解炉の炉内圧力に応じて改質ガスを吸引する誘引送風機の吸引圧力を制御して、第一基目の熱分解炉の炉内圧力の変動を±１０ｍｍＡｑ以内に調整することを特徴とする（１）記載の廃棄物の処理方法。
（３）可燃性廃棄物を熱分解ガスと熱分解残渣とに熱分解する複数基から構成されたロータリーキルン式の熱分解炉と、前記熱分解ガスを酸素含有ガスおよび水蒸気と反応させて前記熱分解ガス中に含まれるタール分及び軽油分を改質ガスに変換する一基から構成される改質炉と、改ガスを冷却するガス冷却装置と、冷却後の前記改質ガスを精製するガス精製装置と、ガス精製後の前記改質ガスを吸引する誘引送風機を備え、各熱分解炉に炉内圧力検出器、水蒸気吹込装置および熱分解炉圧力制御装置を設けたことを特徴とする廃棄物の処理装置。
（４）誘引送風機が第一基目の熱分解炉の炉内圧力検出器からの圧力信号を受けて第一基目の熱分解炉の炉内圧力を調整する吸引圧力制御装置を有し、熱分解炉圧力制御装置は炉内圧力が低い熱分解炉内に水蒸気を導入して熱分解炉間の圧力差を低減させるように制御する機能を有することを特徴とする（３）記載の廃棄物の処理装置である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図２は本発明の廃棄物の処理方法および装置を実施するための設備例を示すブロック図である。
【００１１】
廃棄物は、廃棄物装入装置２０、２１を用いて外熱方式のロータリーキルン式熱分解炉２２、２３内にそれぞれ装入される。ロータリーキルン式熱分解炉２２、２３は廃棄物の熱分解温度以上に加熱され、廃棄物中の揮発分を熱分解ガスに変化させる。熱分解温度は、廃棄物の種類により異なるが、例えば、プラスチック系廃棄物や都市ごみでは４００〜７００℃程度である。ロータリーキルン式熱分解炉２２、２３から発生した熱分解ガスは、熱分解ガス集合配管２９により一本の配管に集合させた後、改質炉３０に導入し、改質炉３０内で反応温度９００℃程度以上で酸素含有ガス及び水蒸気と部分燃焼反応および改質反応をさせて熱分解ガス中に含まれる高分子量のタール分、軽油分をＣＯ、Ｈ２、ＣＯ２、Ｃ数１〜４程度の炭化水素等から成る低分子量の改質ガスに変換する。酸素含有ガスは、空気や酸素富化空気、純酸素等が適用可能であるが、純酸素等の高酸素濃度ガスを用いることによってより発熱量の高い改質ガスを回収することができる。得られた改質ガスは、ガス冷却装置３１により冷却し、ガス精製装置３２によりダスト分離および塩酸ガスやＨ２Ｓ等の有毒ガス除去を行った後、誘引通風機３３により吸引し送風する。ガス冷却装置３１はボイラ等の一般的な方法が適用できる。ガス精製装置３２の設備構成は、特に限定するところはなく改質ガス中の有害ガス組成やガスの用途に応じて構成するのが望ましい。精製後の改質ガス３８は、ガスエンジン発電への利用の他、燃料ガス等として広く利用することが可能である。一方熱分解炉から発生した熱分解残渣３６、３７は金属類と炭化物を分離して炭化物を燃料に利用したり、溶融処理して得たスラグを路盤材に利用するなど既存の再資源化方法が適用可能である。
【００１２】
ロータリーキルン式の熱分解炉２２、２３には、それぞれ炉内圧力検出器２４、２５および水蒸気吹込装置２７、２８を設け、炉内圧力検出器２４、２５の圧力信号は熱分解炉圧力制御装置２６に送信される。熱分解炉圧力制御装置２６は熱分解ガス発生量変動によって各熱分解炉間に生じた圧力差を検知し、炉内圧力が低い熱分解炉内へ水蒸気を導入して圧力差が低減するように調整する。
【００１３】
また、改質炉内または改質炉出口配管内に改質ガス圧力検出器３９を設けて改質ガス圧力信号Ｅを誘引通風機３３に送信し、誘引通風機３３の吸引圧力を制御して系内の圧力を調整する。
【００１４】
熱分解炉には作業安全上の理由から、ＣＯ等の有毒ガスを含む熱分解ガスを微量でも漏洩させないことが求められ、熱分解ガス漏洩を長期にわたって確実に防止するためには熱分解炉内を若干負圧で管理することが好適である。一方、通常のロータリーキルンのシール性能は±１０ｍｍＡｑ前後である。従って各熱分解炉の炉内圧力は０ｍｍＡｑ〜−１０ｍｍＡｑとすることが好ましく、さらに、キルン内への空気進入も抑制してより高カロリーの熱分解ガスを回収するためには０ｍｍＡｑ〜−５ｍｍＡｑとすることがより好ましい。
【００１５】
各熱分解炉の圧力差は、各炉の炉内圧力を０ｍｍＡｑ〜−１０ｍｍＡｑの範囲内に調整するために±１０ｍｍＡｑ以下とすることが好ましく、０ｍｍＡｑ〜−５ｍｍＡｑの範囲内に調整するために±５ｍｍＡｑ以下とすることがより好ましい。
【００１６】
水蒸気導入量制御により熱分解炉間の圧力差を調整することによって複数の熱分解炉から発生した熱分解ガスを一本の配管に集合して一基の改質炉に導入することができ、改質炉以降の各工程を一系列に集約して全体設備を小型化することが可能となる。尚、図２の例では、熱分解炉の基数を２基としたが、廃棄物の処理規模に応じて熱分解炉を３基以上の構成とすることも可能である。
【００１７】
また図３は、本発明の廃棄物の処理方法および装置を実施するための別の設備例を示すブロック図である。熱分解炉２２の圧力信号Ａを直接誘引通風機３３に送信して誘引通風機３３の吸引圧力を制御し、熱分解炉２２の炉内圧力を調整する。炉内圧力を０〜−１０ｍｍＡｑにすることが好ましく、０〜−５ｍｍＡｑにすることがより好ましいのは、図２の場合と同様である。
【００１８】
さらに、炉内圧力検出器２４、２５の圧力信号Ａ，Ｂを熱分解炉圧力制御装置２６に送信し、熱分解炉２２を基準として熱分解炉間の圧力差を調整する。即ち、熱分解炉２３の炉内圧力が熱分解炉２２に比べて低い場合は熱分解炉２３に水蒸気を導入するように熱分解炉圧力制御装置２６から水蒸気吹込装置２８に制御信号を送り、一方熱分解炉２３の炉内圧力が熱分解炉２２に比べて高い場合には熱分解炉２２に水蒸気を導入するように熱分解炉圧力制御装置２６から水蒸気吹込装置２７に制御信号を送って熱分解炉間の圧力差を調整する。圧力差は±１０ｍｍＡｑ以下とすることが好ましく、±５ｍｍＡｑ以下とすることがより好ましいのは図２の場合と同様である。熱分解炉内の圧力を直接誘引通風機に送信して吸引圧力を制御することにより、熱分解炉内圧力変化に対する応答性が高くなり、より安定した操業が可能となる。
【００１９】
【実施例】
（実施例１）
実施例１として図３に示した本発明例に係る装置を用いて低位発熱量約４５００±５００ｋｃａｌ／ｋｇのシュレッダーダストを処理量２００Ｔ／Ｄで処理した例を示す。熱分解炉として外熱式ロータリーキルンを２基設け、各熱分解炉からの熱分解ガスを熱分解ガス集合配管で一本の配管に集合させて一基の改質炉に導入し、改質炉以降の各工程は一系列に集約した。改質炉の酸素含有ガスには純酸素を用い、ガス冷却装置にボイラを用い、ガス精製装置にはダスト分離のためのバグフィルタと塩酸ガス除去のためのアルカリスクラバーを用いた。シュレッダーダストを各熱分解炉にそれぞれ装入して５００〜６００℃に加熱し、各熱分解炉から発生した熱分解ガスを集合させて改質炉にて酸素濃度９９ｖｏｌ％以上からなる酸素含有ガス３００ｋｇ／ｔ、水蒸気５００ｋｇ／ｔと反応させて１０００〜１２００℃で改質し、得られた改質ガスをガス冷却装置で２００℃まで冷却したのち、バグフィルタでダストを分離し、アルカリスクラバーで塩酸ガスを１０ｐｐｍ以下まで除去した後、塩酸ガス除去後の低位発熱量２３００±１００ｋｃａｌ／Ｎｍ３、ガス流量１万Ｎｍ３／ｈｒの改質ガスを燃料ガスやガスエンジン発電に利用した。また、熱分解炉２２の圧力信号を誘引通風機３３に送信して誘引通風機の吸引圧力を制御して熱分解炉２２の炉内圧力を調整すると共に、各熱分解炉の圧力信号を熱分解炉圧力制御装置２６に送信し、熱分解炉２３の炉内圧力が熱分解炉２２に比べて低い場合は熱分解炉２３に水蒸気を導入し、熱分解炉２３の炉内圧力が熱分解炉２２に比べて高い場合には熱分解炉２２に水蒸気を導入して熱分解炉間の圧力差を調整した。その結果各熱分解炉からの熱分解ガス発生量が変動しても各熱分解炉の炉内圧力を０ｍｍＡｑ〜−５ｍｍＡｑの範囲内に制御でき、複数のロータリーキルン式熱分解炉を用いて改質炉以降を一系統に集約して廃棄物を処理しても熱分解炉内への熱分解ガス漏洩や空気混入のない安定した操業を行うことができた。
【００２０】
【発明の効果】
本発明により複数基のロータリーキルン式熱分解炉を用いて廃棄物のガス変換を行う場合でも、全体設備を大型化させない廃棄物の処理が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術を用いて複数基のロータリーキルン式熱分解炉にて廃棄物ガス変換を行う場合の装置例の設備例を示すブロック図である。
【図２】本発明に係る装置の設備例を示すブロック図である。
【図３】本発明に係る装置の別の設備例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１、２…廃棄物装入装置
３、４…ロータリーキルン式熱分解炉
５、６…改質炉
７、８…ガス冷却装置
９、１０…ガス精製装置
１１、１２…誘引通風機
１３、１４…酸素含有ガス吹込装置
１５、１６…水蒸気吹込装置
１７、１８…熱分解残渣
１９…精製後改質ガス
２０、２１…廃棄物装入装置
２２、２３…ロータリーキルン式熱分解炉
２４、２５…炉内圧力検出器
２６…熱分解炉圧力制御装置
２７、２８…水蒸気吹込装置
２９…熱分解ガス集合配管
３０…改質炉
３１…ガス冷却装置
３２…ガス精製装置
３３…誘引通風機
３４…酸素含有ガス吹込装置
３５…水蒸気吹込装置
３６、３７…熱分解残渣
３８…精製後改質ガス
３９…改質ガス圧力検出器
Ａ…ロータリーキルン熱分解炉２２の炉内圧力信号
Ｂ…ロータリーキルン熱分解炉２３の炉内圧力信号
Ｃ…ロータリーキルン熱分解炉２２への水蒸気吹込量制御信号
Ｄ…ロータリーキルン熱分解炉２３への水蒸気吹込量制御信号
Ｅ…改質ガス圧力信号
【図１】
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【図２】
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【図３】
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