(57)【要約】【課題】廃棄物を流動床式ガス化炉でガス化するに際し、湿分低位発熱量：２０００〜８０００ｋｃａｌ／ｋｇ  という高発熱量の廃棄物を流動床式ガス化炉の流動層に供給する場合においても、アルミ等の有価金属を未酸化の良好な状態で回収することができる廃棄物のガス化方法を提供する。【解決手段】湿分低位発熱量：２０００〜８０００ｋｃａｌ／ｋｇ  の廃棄物を流動床式ガス化炉の流動層に供給すると共に、酸素および不活性ガス（例えば、水蒸気、窒素、アルゴン、ヘリウムの１種以上）を含有する流動層流動化ガスを前記廃棄物トン当たり酸素量で４０〜２２０Ｎｍ３且つ不活性ガス量で４５０  〜３３００Ｎｍ３  を満たすように前記流動層に供給して、前記流動層の温度を４５０  〜６００  ℃に制御しながら廃棄物をガス化することを特徴とする廃棄物のガス化方法。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
湿分低位発熱量：２０００〜８０００ｋｃａｌ／ｋｇの廃棄物を流動床式ガス化炉でガス化する廃棄物のガス化方法であつて、前記廃棄物を前記流動床式ガス化炉の流動層に供給すると共に、酸素および不活性ガスを含有する流動層流動化ガスを前記廃棄物トン当たり酸素量で４０〜２２０Ｎｍ３  且つ不活性ガス量で４５０〜３３００Ｎｍ３  を満たすように前記流動層に供給して、前記流動層の温度を４５０〜６００℃に制御しながら廃棄物をガス化することを特徴とする廃棄物のガス化方法。
【請求項２】
前記不活性ガスが、水蒸気、窒素、アルゴン、ヘリウムの１種または２種以上である請求項１記載の廃棄物のガス化方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、廃棄物のガス化方法に関する技術分野に属し、詳細には、廃棄物を流動床式ガス化炉でガス化する廃棄物のガス化方法に関する技術分野に属するものである。
【０００２】
【従来の技術】
流動床式ガス化炉による廃棄物のガス化に関する技術としては、特開平１０−１０３６３３号公報（特許文献１）に記載されたものがある。この技術は、流動化ガスとして空気よりも酸素濃度の低い排ガスを利用することにより、流動層の形成に充分な流動化ガス供給量は確保しながら、流動床式ガス化炉への廃棄物投入量を増やさずに空気比を低く抑えることができるものである。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−１０３６３３号公報
【０００４】
しかし、この方法においては、高発熱量の廃棄物が流動床式ガス化炉の流動層に供給された場合に、流動不良や流動層（砂層等）温度の高温化といった現象が生じる可能性がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の流動床式ガス化炉によるガス化方法においては、前述のように、高発熱量の廃棄物が流動床式ガス化炉の流動層に供給された場合に、流動層の高温化が起こる可能性があり、特に発熱量の高い廃棄物が流動層に供給されると、流動層温度が上昇しすぎ、アルミ等の有価金属の回収が困難になるといった問題が起こる。この対策として、流動層での過度の燃焼を抑えるために流動層への投入空気量を減らし、空気比を下げると、流動層（砂層等）の流動が維持できず、流動床式ガス化炉の適切な運転が困難となる。
【０００６】
本発明はこの様な事情に着目してなされたものであって、その目的は、廃棄物を流動床式ガス化炉でガス化するに際し、湿分低位発熱量：２０００〜８０００ｋｃａｌ／ｋｇという高発熱量の廃棄物を流動床式ガス化炉の流動層に供給する場合においても、アルミ等の有価金属を未酸化の良好な状態（酸化しすぎて再利用に支障があるということのない状態）で回収することができる廃棄物のガス化方法を提供しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る廃棄物のガス化方法は、請求項１〜２記載の廃棄物のガス化方法（第１発明〜第２発明に係る廃棄物のガス化方法）としており、それは次のような構成としたものである。
【０００８】
すなわち、請求項１記載の廃棄物のガス化方法は、湿分低位発熱量：２０００〜８０００ｋｃａｌ／ｋｇの廃棄物を流動床式ガス化炉でガス化する廃棄物のガス化方法であつて、前記廃棄物を前記流動床式ガス化炉の流動層に供給すると共に、酸素および不活性ガスを含有する流動層流動化ガスを前記廃棄物トン当たり酸素量で４０〜２２０Ｎｍ３  且つ不活性ガス量で４５０〜３３００Ｎｍ３  を満たすように前記流動層に供給して、前記流動層の温度を４５０〜６００℃に制御しながら廃棄物をガス化することを特徴とする廃棄物のガス化方法である（第１発明）。
【０００９】
請求項２記載の廃棄物のガス化方法は、前記不活性ガスが水蒸気、窒素、アルゴン、ヘリウムの１種または２種以上である請求項１記載の廃棄物のガス化方法である（第２発明）。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明は例えば次のようにして実施する。
湿分低位発熱量：２０００〜８０００ｋｃａｌ／ｋｇの廃棄物を流動床式ガス化炉の流動層に供給すると共に、酸素および不活性ガスを含有する流動層流動化ガスを前記流動層に供給する。このとき、流動層流動化ガスを廃棄物トン当たり酸素量で４０〜２２０Ｎｍ３  且つ不活性ガス量で４５０〜３３００Ｎｍ３  を満たすように前記流動層に供給する。即ち、流動層流動化ガスを酸素量：４０〜２２０Ｎｍ３  且つ不活性ガス量：４５０〜３３００Ｎｍ３  （いずれも流動層に供給される廃棄物１トン当たりの量）となるように前記流動層に供給する。そうすることにより、前記流動層の温度を４５０〜６００℃に制御する。このような制御をしながら廃棄物をガス化する。
【００１１】
このような形態で本発明が実施される。以下、本発明について主にその作用効果を説明する。
【００１２】
流動床式ガス化炉で廃棄物を良好な熱分解をしてガス化し、且つ、アルミ等の有価金属を未酸化の良好な状態で回収するためには、流動床式ガス化炉の流動層の温度を適切な温度（４５０〜６００℃）に維持する必要がある。ところが、従来の方法においては、発熱量の高い廃棄物を流動床式ガス化炉の流動層に供給する場合、流動層の温度が上昇しすぎ、６００℃超となり、流動層温度を適切な温度に維持することが困難になるといった問題が起こる。これは、廃棄物に対する空気比が高すぎることで、流動層内の酸素濃度が高くなって過剰燃焼が生じるためであり、これを防ぐには空気比を低く抑えなければならない。空気比を低く抑える手段としては、単に流動層への流動化ガスの供給量を減らしたり、単に廃棄物の供給量を増やすといった手段が考えられるが、単に流動化ガスの供給量を減らすと、充分な流動層（砂層等）の流動を維持することができなくなり、流動床式ガス化炉の適切な運転が困難となり、一方、単に廃棄物の供給量を増やすと、発熱量の高い廃棄物の場合、流動層内に局所的な高温部ができてクリンカが発生しやすくなり、やはり良好な流動が得られなくなる。
【００１３】
このように、発熱量の高い廃棄物を流動床式ガス化炉の流動層に供給する場合に、流動層の温度を適切な温度（４５０〜６００℃）に維持するために、単に流動化ガスの供給量を減らしたり、単に廃棄物の供給量を増やしたりするのでは、必要な流動層の流動を維持することができなくなり、流動床式ガス化炉の本来有すべき基本的機能さえ弱化あるいは消失してしまうという深刻な問題が生じる。
【００１４】
そこで、本発明に係る廃棄物のガス化方法では、湿分低位発熱量：２０００〜８０００ｋｃａｌ／ｋｇの廃棄物を流動床式ガス化炉でガス化するに際し、前記廃棄物を前記流動床式ガス化炉の流動層に供給すると共に、酸素および不活性ガスを含有する流動層流動化ガスを前記廃棄物トン当たり酸素量で４０〜２２０Ｎｍ３  且つ不活性ガス量で４５０〜３３００Ｎｍ３  を満たすように前記流動層に供給して、前記流動層の温度を４５０〜６００℃に制御しながら廃棄物をガス化するようにしている。
【００１５】
即ち、本発明に係る廃棄物のガス化方法では、湿分低位発熱量：２０００〜８０００ｋｃａｌ／ｋｇという高発熱量の廃棄物を流動床式ガス化炉でガス化するに際し、単に流動化ガスの供給量を減らしたり、単に廃棄物の供給量を増やしたりするのではなく、酸素および不活性ガスを含有する流動層流動化ガスを、酸素量：４０〜２２０Ｎｍ３  且つ不活性ガス量：４５０〜３３００Ｎｍ３  （いずれも流動層に供給される廃棄物１トン当たりの量）となるように、流動層に供給するようにしている。そうすることにより、流動層の温度を４５０〜６００℃に制御することができる。それ故、このような流動層流動化ガスの供給により、流動層の温度を４５０〜６００℃に制御しながら廃棄物をガス化するようにしている。
【００１６】
従って、本発明に係る廃棄物のガス化方法によれば、湿分低位発熱量：２０００〜８０００ｋｃａｌ／ｋｇという高発熱量の廃棄物を流動床式ガス化炉の流動層に供給する場合においても、流動層の流動不良化を来すことなく、必要な流動層の流動を維持した状態で、流動層の温度を適切な温度（４５０〜６００℃）に維持することができ、ひいては、廃棄物を良好な熱分解をしてガス化することができると共に、アルミ等の有価金属を未酸化の良好な状態で回収することができるようになる。
【００１７】
本発明に係る廃棄物のガス化方法において、制御する流動層の温度を４５０〜６００℃としているのは、４５０℃未満にすると、廃棄物を良好な熱分解をしてガス化することが困難となり、一方、６００℃超にすると、アルミ等の有価金属が酸化されすぎ、アルミ等の有価金属を未酸化の良好な状態で回収することができなくなるからである。
【００１８】
酸素および不活性ガスを含有する流動層流動化ガスを酸素量：４０〜２２０Ｎｍ３  且つ不活性ガス量：４５０〜３３００Ｎｍ３  （いずれも流動層に供給される廃棄物１トン当たりの量）となるように流動層に供給するようにしているのは、流動層の温度を４５０〜６００℃に制御するためである。即ち、酸素量：４０Ｎｍ３  未満にすると、流動層温度：４５０℃未満となり、酸素量：２２０Ｎｍ３  超にすると、流動層温度：６００℃超になり、いずれの場合も流動層温度を４５０〜６００℃に制御することができなくなる。不活性ガス量：３３００Ｎｍ３  超にすると、流動層温度：４５０℃未満となり、不活性ガス量：４５０Ｎｍ３  未満にすると、流動層温度：６００℃超になり、いずれの場合も流動層温度を４５０〜６００℃に制御することができなくなる。
【００１９】
流動層流動化ガスに含有される不活性ガスとしては、その種類は特には限定されず、種々のものを挙げることができ、例えば、水蒸気、窒素、アルゴン、ヘリウムの１種または２種以上を挙げることができる。
【００２０】
有機物からなる廃棄物をガス化すると、流動床式ガス化炉において、通常、水素，一酸化炭素，炭化水素類を成分とする可燃ガス、炭素からなるチャー及び灰分が発生する。この流動床式ガス化炉で発生した可燃ガス、チャー、灰分等は、引き続いて溶融炉に導入すると、チャーを燃焼させ、灰分を溶融することができる。このとき、可燃ガスは溶融炉の燃料として作用し、利用される。なお、この溶融炉から送出される排ガスは、廃熱ボイラ、空気予熱器によって熱回収された後、排ガス処理装置を経て大気に放出される。
【００２１】
本発明に係る廃棄物のガス化方法は、このような廃棄物のガス化、燃焼溶融プロセスにおける廃棄物のガス化工程に用いることができる。
【００２２】
本発明において、廃棄物の湿分低位発熱量は、ＪＩＳ  Ｍ  ８８１４にある固体燃料のボンブ熱量計を用いた測定方法で測定される総発熱量から下記式（１）  により、求めることができる。
【００２３】
Ｈ＝Ｈ０（１−ｗ）−６〔９ｈ（１−ｗ）＋ｗ〕    −−−−−−−−−−−−−  式（１）
ただし、上記式（１）  において、Ｈ：湿分低位発熱量（真発熱量）［ｋｃａｌ／ｋｇ］、Ｈ０  ：総発熱量［ｋｃａｌ／ｋｇ］、ｈ：水分を除いた廃棄物中（乾分ベース）の水素の質量割合、ｗ：廃棄物中の水分の質量割合である。
【００２４】
【実施例】
本発明の実施例および比較例を以下説明する。なお、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
【００２５】
〔実施例１および比較例１〕
本発明の実施例１および比較例１に係る廃棄物のガス化処理に用いた流動床式ガス化炉および該ガス化炉での発生物を溶融処理する旋回流溶融炉の概要を図４に示す。
【００２６】
図４において、付番の１は流動床式ガス化炉を示すものである。この流動床式ガス化炉１はその底部に、多数のガス噴射口３を持つ分散板２が設けられ、その下方に風箱４が形成されている。この風箱４から上記分散板２のガス噴射口３を通して上向きに流動化ガスが噴射されることにより、分散板２の上方の砂層５が流動し、流動層を形成する。なお、この砂層５の砂は流動媒体の１種であり、炉床上部で加熱され、高温となる。
【００２７】
風箱４に導入する流動化ガスは、供給配管６および供給配管７によって供給される。この供給配管６から水蒸気（不活性ガスの１種）を供給し、供給配管７から空気を供給する。そうすると、この水蒸気と空気とが風箱４内で混合され、この混合ガスが流動化ガスとして分散板２のガス噴射口３から上向きに噴射され、砂層５を流動させて流動層を形成する。この流動化ガスは、酸素および不活性ガス（水蒸気および窒素）を含有する流動化ガス、即ち、酸素を含有すると共に不活性ガスとして水蒸気および窒素を含有する流動化ガスであるということができる。なお、供給配管６から風箱４に供給する水蒸気としては、旋回流溶融炉１０の下流に付属の廃熱ボイラで生成されたものの一部を使用する。
【００２８】
このようにして酸素および不活性ガス（水蒸気および窒素）を含有する流動化ガスを流動床式ガス化炉１の流動化ガスとして供給して、砂層５を流動させて流動層を形成する。そして、この流動化ガスを流動層（砂層５）に供給し続けて、流動層を形成し続ける。なお、この流動層は、炉床上部で加熱されて高温となっている流動媒体（砂）により、高温となる。
【００２９】
このような流動化ガスの供給と共に、流動層の上方にある廃棄物供給口８から流動層（砂層５）に廃棄物を定量的に供給する。
【００３０】
これにより、廃棄物を流動層（砂層５）により加熱して熱分解しガス化する。この際に発生した熱分解ガスは、上方の熱分解ガス排出口９より排出され、旋回流溶融炉１０へと導入される。旋回流溶融炉１０では、燃焼用空気が供給され、上記熱分解ガスをさらに燃焼させると共に、この燃焼により発生する熱を利用して熱分解ガス中の灰分を溶融させ、これを溶融スラグとして排出する。
【００３１】
このような廃棄物のガス化処理において、流動床式ガス化炉１の流動層に供給する廃棄物として湿分低位発熱量：２０００〜８０００ｋｃａｌ／ｋｇの廃棄物を用い、また、流動床式ガス化炉１の流動層に供給する流動化ガス中の酸素の量および不活性ガス（水蒸気および窒素）の量（いずれも流動層に供給される廃棄物１トン当たりの量）をパラメータとして変化させた。そして、流動層の温度の経時変化を測定した。なお、上記流動化ガス中の酸素量および不活性ガス量は、より具体的には、供給配管６からの水蒸気の供給量、供給配管７からの空気の供給量、流動層に供給する廃棄物の量の１種以上を変化させることにより、変化させた。
【００３２】
上記流動層の温度の経時変化の測定結果の一例を図１に示し、他の一例を図２に示す。
【００３３】
図１は、廃棄物として湿分低位発熱量：約３０００ｋｃａｌ／ｋｇの廃棄物（ごみ）を用い、また、流動化ガス中の酸素量：２７０〜５５０Ｎｍ３  および不活性ガス量：１０００〜２１００Ｎｍ３  （いずれも流動層に供給される廃棄物１トン当たりの量）とした場合、即ち、流動化ガスを酸素量：２７０〜５５０Ｎｍ３  且つ不活性ガス量：１０００〜２１００Ｎｍ３  （いずれも流動層に供給される廃棄物１トン当たりの量）となるように流動層に供給した場合の結果である。流動化ガスの供給の開始直後を除き流動層（砂層）温度は６００℃を超えており、流動化ガス供給の間の流動層（砂層）温度の平均値は６４０℃であり、これも６００℃を超えている。
【００３４】
図２は、廃棄物として湿分低位発熱量：約３５００ｋｃａｌ／ｋｇの廃棄物（ごみ）を用い、また、流動化ガスを酸素量：１４０〜１９０Ｎｍ３  且つ不活性ガス量：１２００〜１４００Ｎｍ３  （いずれも流動層に供給される廃棄物１トン当たりの量）となるように流動層に供給した場合の結果である。流動化ガスの供給の間の流動層（砂層）温度は４５０〜６００℃の範囲内の温度であり、その平均値は５５２℃であり、これも４５０〜６００℃の範囲内の温度である。
【００３５】
図３に、図１の場合および図２の場合の条件（酸素量、不活性ガス量）を酸素量と不活性ガス量の関係でプロットした図を示す。即ち、図１（比較例１）の場合の酸素量と不活性ガス量の関係および図２（本発明の実施例１）の場合の酸素量と不活性ガス量の関係を示す。図１の場合の条件は△印でプロットし、図２の場合の条件は■印（黒四角印）でプロットしている。図中、点線（−−−−）で囲まれた領域が、本発明に係る要件である「酸素量で４０〜２２０Ｎｍ３  且つ不活性ガス量で４５０〜３３００Ｎｍ３  」を満たす領域である。図１の場合の条件（酸素量、不活性ガス量）は上記領域の外にあるが、図２の場合の条件（酸素量、不活性ガス量）は上記領域の中にある。
【００３６】
図１の場合の条件（酸素量、不活性ガス量）では、流動層（砂層）温度が高すぎる（６００℃を超える）ので、廃棄物を良好な熱分解をしてガス化することができるものの、アルミ等の有価金属が酸化されすぎ、アルミ等の有価金属を未酸化の良好な状態で回収することができない。これに対して、図２の場合の条件（酸素量、不活性ガス量）では、流動層（砂層）温度が適切な温度（４５０〜６００℃の範囲内の温度）に維持されているので、廃棄物を良好な熱分解をしてガス化することができると共に、アルミ等の有価金属を未酸化の良好な状態で回収することができる。
【００３７】
〔実施例２および比較例２〕
前記実施例１および比較例１では図３にプロットした条件（酸素量、不活性ガス量）の場合について説明したが、これ以外の条件の場合についても、図３の点線（−−−−）で囲まれた領域の中にある条件の場合には、流動層（砂層）温度が適切な温度（４５０〜６００℃の範囲内の温度）に維持され、このため、廃棄物を良好な熱分解をしてガス化することができると共に、アルミ等の有価金属を未酸化の良好な状態で回収することができる。これに対して、上記点線（−−−−）で囲まれた領域の外にある条件の場合には、流動層（砂層）温度が適切な温度（４５０〜６００℃の範囲内の温度）に維持されず、このため、廃棄物を良好な熱分解をしてガス化することが困難となったり、アルミ等の有価金属を未酸化の良好な状態で回収することができなくなったり、それら両方の不具合が生じたりする。
【００３８】
〔実施例３および比較例３〕
前記実施例および比較例（実施例１〜２、比較例１〜２）では、流動化ガスとして、水蒸気と空気との混合ガス、即ち、酸素および不活性ガス（水蒸気および窒素）を含有する流動化ガスを用いた場合について説明したが、この流動化ガスに代えて、他の不活性ガスおよび酸素を含有する流動化ガス、例えば、窒素、アルゴン、ヘリウムの１種以上と酸素を含有する流動化ガスを用いた場合についても、また、酸素と水蒸気のみを含有する流動化ガスを用いた場合についても、前記実施例および比較例の場合と同様に、図３の点線（−−−−）で囲まれた領域の外にある条件の場合には、流動層（砂層）温度が適切な温度（４５０〜６００℃の範囲内の温度）に維持されず、このため、廃棄物を良好な熱分解をしてガス化することが困難となったり、アルミ等の有価金属を未酸化の良好な状態で回収することができなくなったり、それら両方の不具合が生じたりするのに対し、図３の点線（−−−−）で囲まれた領域の中にある条件の場合には、流動層（砂層）温度が適切な温度（４５０〜６００℃の範囲内の温度）に維持され、このため、廃棄物を良好な熱分解をしてガス化することができると共に、アルミ等の有価金属を未酸化の良好な状態で回収することができる。
【００３９】
なお、窒素と酸素を含有する流動化ガスの場合、酸素源としては酸素ガスを用いるか、空気を用い、窒素源としては窒素を用いるか、空気を用いる。窒素および酸素の他にアルゴンを含有する流動化ガスの場合、アルゴン源としてはアルゴンガスを用いるが、酸素源および窒素源としては上記の場合と同様のものを用いる。アルゴンと酸素のみを含有する流動化ガスの場合、アルゴン源としてはアルゴンガスを用い、酸素源としては酸素ガスを用いる。酸素と水蒸気のみを含有する流動化ガスの場合、酸素源としては酸素ガスを用いる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明に係る廃棄物のガス化方法によれば、廃棄物を流動床式ガス化炉でガス化するに際し、湿分低位発熱量：２０００〜８０００ｋｃａｌ／ｋｇという高発熱量の廃棄物を流動床式ガス化炉の流動層に供給する場合においても、流動層の流動不良化を来すことなく、必要な流動層の流動を維持した状態で、流動層の温度を適切な温度（４５０〜６００℃）に維持することができ、ひいては、廃棄物を良好な熱分解をしてガス化することができると共に、アルミ等の有価金属を未酸化の良好な状態で回収することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】比較例１に係る廃棄物のガス化処理の際の流動床式ガス化炉の流動層の温度の経時変化の測定結果の一例を示す図である。
【図２】本発明の実施例１に係る廃棄物のガス化処理の際の流動床式ガス化炉の流動層の温度の経時変化の測定結果の一例を示す図である。
【図３】本発明の実施例１および比較例１に係る酸素量と不活性ガス量の関係を示す図である。
【図４】本発明の実施例および比較例に係る廃棄物のガス化処理に用いた流動床式ガス化炉および該ガス化炉での発生物を溶融処理する旋回流溶融炉の概要を示す模式図である。
【符号の説明】
１−−流動床式ガス化炉、  ２−−分散板、  ３−−ガス噴射口、  ４−−風箱、
５−−砂層、  ６−−供給配管、  ７−−供給配管、  ８−−廃棄物供給口、
９−−熱分解ガス排出口、  １０−−旋回流溶融炉。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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