(57)【要約】【課題】可燃性廃棄物の熱分解ガスを改質炉内で改質ガスに変換する場合に、改質炉内でのすす副生を抑制可能な可燃性廃棄物のガス化方法および装置を提供することを目的とする。【解決手段】可燃性廃棄物の熱分解ガスを改質炉で酸素含有ガスおよび水蒸気と反応させて改質ガスに変換する可燃性廃棄物のガス化方法において、熱分解ガスと酸素含有ガスを９００℃以下で反応させた後の熱分解ガスを酸素含有ガスと１０００℃以上で反応させることを特徴とする可燃性廃棄物のガス化方法。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可燃性廃棄物の熱分解ガスを改質炉で酸素含有ガスおよび水蒸気と反応させて改質ガスに変換する可燃性廃棄物のガス化方法において、熱分解ガスと酸素含有ガスを９００℃以下で反応させた後の熱分解ガスを酸素含有ガスと１０００℃以上で反応させることを特徴とする可燃性廃棄物のガス化方法。
【請求項２】
改質炉内の前段及び後段の温度を測定して、それぞれの温度に応じて酸素含有ガスの吹き込み量を調整することを特徴とする請求項１記載の可燃性廃棄物のガス化方法。
【請求項３】
熱分解ガスと酸素含有ガスを９００℃以下で反応させる際に、水蒸気を導入することを特徴とする請求項１又は２記載の可燃性廃棄物のガス化方法。
【請求項４】
可燃性廃棄物の熱分解ガスを改質炉で酸素含有ガスおよび水蒸気と反応させて改質ガスに変換する可燃性廃棄物のガス化装置において、前段及び後段に配置した酸素含有ガス導入配管と、熱分解ガスを改質炉に導入する熱分解ガス導入配管と、改質炉から改質ガスを取り出す改質ガス排出配管から構成される可燃性廃棄物のガス化装置。
【請求項５】
改質炉の前段及び後段に炉内温度検出器を設け、炉内温度に応じて酸素含有ガスの吹込み量を制御する制御手段を有することを特徴とする請求項４記載の可燃性廃棄物のガス化装置。
【請求項６】
改質炉の前段に水蒸気吹き込み装置を設けることを特徴とする請求項４又は５記載の可燃性廃棄物のガス化装置。
【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可燃廃棄物のガス化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。
【０００３】
また、廃電線やシュレッダーダスト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。
【０００４】
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、廃棄物を炉内温度５００〜６００℃程度の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に導入し、炉内温度１０００〜１２００℃程度の改質炉内で熱分解ガス中に含まれる高分子量の有機化合物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程度の炭化水素等の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、精製後の改質ガスで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。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ができ、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】
しかしながら、従来の廃棄物ガス変換法の抱える課題として、改質炉で熱分解ガスを改質ガスに変換する際に、炭素を主体とする微粒子であるすすが副生して改質ガスの生成量が低下してしまうことが挙げられる。ガス燃焼におけるすすの発生原因は、例えば非特許文献３、非特許文献４に記載されているように、炭化水素系ガスが酸素不足状態で燃焼する際に熱分解して微粒子の核が生成し、生成した核が凝集または合体して炭素質のすすに生長するためであり、高温雰囲気下ほどすすが発生し易いことがわかっている。廃棄物ガス変換法の改質炉は反応温度確保のために熱分解ガスを１０００〜１２００℃程度の反応温度で部分燃焼するが、改質炉内の酸素は、熱分解ガスを一部燃焼した段階で消失してしまうため高温の無酸素雰囲気下ですすが副生し、また、一旦生成したすすは反応性が低いために改質炉から殆ど未反応のまま排出されて改質ガス回収量が低下する。発熱量の高い改質ガス生成を目的として空気の代わりに高酸素濃度の酸素含有ガスを用いる場合には、火炎温度が高くなってすす生成がより顕著になる。
【０００６】
【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（２００１）、６７０頁図１
【非特許文献３】
株式会社テクノシステム発行、「燃焼生成物の発生と抑制技術」、１５３頁１．１〜１５７頁２．３
【非特許文献４】
日本機会学会発行、「燃焼工学ハンドブック初版」、９６頁７．３．１．ａ
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は可燃性廃棄物の熱分解ガスを改質炉内で改質ガスに変換する場合に、改質炉内でのすす副生を抑制可能な可燃性廃棄物のガス化方法および装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【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）〜（６）に示す通りである。
【０００９】
（１）可燃性廃棄物の熱分解ガスを改質炉で酸素含有ガスおよび水蒸気と反応させて改質ガスに変換する可燃性廃棄物のガス化方法において、熱分解ガスと酸素含有ガスを９００℃以下で反応させた後の熱分解ガスを酸素含有ガスと１０００℃以上で反応させることを特徴とする可燃性廃棄物のガス化方法である。
【００１０】
（２）改質炉内の前段及び後段の温度を測定して、それぞれの温度に応じて酸素含有ガスの吹き込み量を調整することを特徴とする（１）記載の可燃性廃棄物のガス化方法である。
【００１１】
（３）熱分解ガスと酸素含有ガスを９００℃以下で反応させる際に、水蒸気を導入することを特徴とする（１）又は（２）記載の可燃性廃棄物のガス化方法である。
【００１２】
（４）可燃性廃棄物の熱分解ガスを改質炉で酸素含有ガスおよび水蒸気と反応させて改質ガスに変換する可燃性廃棄物のガス化装置において、前段及び後段に配置した酸素含有ガス導入配管と、熱分解ガスを改質炉に導入する熱分解ガス導入配管と、改質炉から改質ガスを取り出す改質ガス排出配管から構成される可燃性廃棄物のガス化装置である。
【００１３】
（５）改質炉の前段及び後段に炉内温度検出器を設け、炉内温度に応じて酸素含有ガスの吹込み量を制御する制御手段を有することを特徴とする（４）記載の可燃性廃棄物のガス化装置である。
【００１４】
（６）改質炉の前段に水蒸気吹き込み装置を設けることを特徴とする（４）又は（５）記載の可燃性廃棄物のガス化装置である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の可燃性廃棄物のガス化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。熱分解ガス導入配管２を用いて廃棄物の熱分解ガス１を前段である低温反応部４と後段である高温反応部５からなる改質炉３に導入する。改質炉３内に導入された熱分解ガス１は、低温反応部４を通過した後に高温反応部５を通過し、改質炉内で熱分解ガス１中の高分子量の炭化水素類をＣＯ、ＣＯ２、Ｈ２、Ｈ２Ｏや炭素数１〜４程度の炭化水素等の低分子量ガスに改質される。
【００１６】
高温反応部５を通過後の改質ガス６は改質ガス排出配管７から取り出し、ガス冷却およびガス精製処理を行った後、燃料やガスエンジン等に利用する。
【００１７】
改質炉の反応温度調整方法としては低温反応部４と高温反応部５に夫々酸素含有ガス吹き込み装置９、１１および必要に応じ炉内温度検出器８、１０を設け、各反応部が所要温度となるように酸素含有ガス吹込量を制御する本発明の方法が好適である。炉内温度が高い場合、酸素含有ガスの吹込み量を少なくすれば炉内温度は低下し、炉内温度が低い場合には、酸素含有ガスの吹込み量を多くすれば炉内温度を上昇させることができる。酸素含有ガスとしては空気、酸素富化空気、純酸素等が使用可能であり、発熱量の高い改質ガスを得たい場合には高酸素濃度の酸素含有ガスを用いるのが良い。また本発明は熱分解ガス中の水分量が少ない場合や改質反応を促進する場合に図２に示すように改質炉３の低温反応部に水蒸気吹き込み装置１４を設けて低温反応部から水蒸気を導入することが好ましい。
【００１８】
本発明は、改質炉に吹き込んだ熱分解ガスを一気に高温化させないため、熱分解ガスの分解が進んで微粒子化するのが抑制され、さらに、熱分解ガス中の高分子量有機化合物のうち水蒸気との反応性が高い鎖式有機化合物等についてはすす副生が生じにくい低温条件下で効率的に改質ガスに変換される。
【００１９】
また、水分量が少ない熱分解ガスを改質する場合においては、改質反応を促進するために改質炉内に水蒸気を導入する必要があるが、本発明は水蒸気を改質炉の低温反応部に吹き込むことによって熱分解ガスが水蒸気と十分接触する前にすすに転化するのを抑制する。低温反応部を通過した熱分解ガスは高温反応部に送られ、未反応の高分子量有機化合物が高温雰囲気下で改質ガスに転換される。低温反応部の温度はすすの副生反応が生じにくい９００℃以下とし、高温反応部の温度は熱分解ガス中に含まれる多環芳香族化合物等の反応性が低い成分についても十分に改質および分解可能な１０００℃以上とする。
【００２０】
【実施例】
（実施例１）
実施例１として図２に示した本発明を用いて低位発熱量約４５００ｋｃａｌ／ｋｇのシュレッダーダストを処理量３ｔ／ｈｒで処理した例を示す。熱分解炉には外熱式ロータリーキルンを用い、改質炉の酸素含有ガスには純酸素を用いた。シュレッダーダストをまず熱分解炉に装入して６００℃に加熱し、熱分解炉から発生した発生量１．５ｔ／ｈｒの熱分解ガスを低温反応部の温度を８００〜９００℃、高温反応部の温度を約１１００℃とした改質炉の低温反応部に導入した。低温反応部には酸素濃度９９ｖｏｌ％以上からなる酸素含有ガス５００ｋｇ／ｈｒおよび水蒸気１３０ｋｇ／ｈｒを導入し、高温反応部には酸素濃度９９ｖｏｌ％以上からなる酸素含有ガス３００ｋｇ／ｈｒを導入した。改質炉に導入した全酸素量は８００ｋｇ／ｈｒであった。改質ガスは改質ガス排出配管から取り出しボイラで３００℃までガス冷却し、バグフィルタでダストを分離し、アルカリスクラバーで脱塩酸ガス処理し、酸化鉄系乾式脱硫装置でＨ２Ｓガスを除去して発熱量約２７００ｋｃａｌ／Ｎｍ３の精製改質ガスを３３００Ｎｍ３／ｈｒ得た。精製後改質ガスは燃焼炉の燃料ガスやガスエンジン発電に使用した。また改質炉で副生したすすの発生量は６０ｋｇ／ｈｒでありバグフィルタで回収した。
（比較例１）
比較例１として改質炉として低温反応部と高温反応部に分割しない従来の改質炉を用い、改質炉以外の設備構成は実施例１と同一条件とし、実施例１と同じシュレッダーダストを同一処理量で処理した。シュレッダーダストをまず熱分解炉に装入して６００℃に加熱し、熱分解炉から発生した発生量１．５ｔ／ｈｒの熱分解ガスを炉内温度約１１００℃の改質炉に導入した。改質炉には酸素濃度９９ｖｏｌ％以上からなる酸素含有ガスを実施例１と同量の８００ｋｇ／ｈｒ導入し、水蒸気を実施例１と同量の１３０ｋｇ／ｈｒ導入した。改質ガスは改質ガス排出配管から取り出して実施例１と同様にボイラで３００℃までガス冷却し、バグフィルタでダストを分離し、アルカリスクラバーで脱塩酸ガス処理し、酸化鉄系乾式脱硫装置でＨ２Ｓガスを除去して発熱量約２７００ｋｃａｌ／Ｎｍ３の精製改質ガスを２８００Ｎｍ３／ｈｒ得た。改質炉で副生したすすの発生量は２２０ｋｇ／ｈｒでありバグフィルタで回収した。実施例１に比べすす発生量は約３．７倍となり精製改質ガス量が５００Ｎｍ３／ｈｒ減少した。
【００２１】
【発明の効果】
本発明により可燃性廃棄物の熱分解ガスを改質炉内で改質ガスに変換する場合に、熱分解ガスのすす化を抑制したガス改質処理が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る装置例の設備を示すブロック図である。
【図２】本発明に係る別の装置例の設備を示すブロック図である。
【符号の説明】
１…熱分解ガス
２…熱分解ガス導入配管
３…改質炉
４…低温反応部
５…高温反応部
６…改質ガス
７…改質ガス排出配管
８…低温反応部の炉内温度検出器
９…低温反応部への酸素含有ガス吹き込み装置
１０…高温反応部の炉内温度検出器
１１…高温反応部への酸素含有ガス吹き込み装置
１２…低温反応部の炉内温度信号
１３…高温反応部の炉内温度信号
１４…水蒸気吹き込み装置
【図１】
2004307682.tif 000003
【図２】
2004307682.tif 000004