(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性廃棄物を乾留炉にて加熱乾留し、可燃性ガスと炭化物を得る廃棄物処理方法において、乾留炉から得られたガスを８０℃〜１５０℃まで冷却し、当該ガス中に含まれるタール、軽油及び有機性塩素化合物をミスト化した後に、そのガスに含まれるタール、軽油、チャー及び有機性塩素化合物を乾留炉から得られ、８０℃〜１５０℃に冷却された炭化物と接触させて自前で賄える炭化物に吸着させることにより、ガスを精製すること及び／又は炭化物の持つ発熱量を向上させることを特徴とする廃棄物処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオマス等の有機性廃棄物を加熱乾留し、可燃性ガスと炭化物を得る廃棄物処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、京都議定書への批准を始め、ＣＯ２に対する削減要求は高く、バイオマス等の再生可能エネルギーの利用に関する要求が高まっていている。
【０００３】
バイオマスを有効に利用する方法として加熱乾留によるガス化が注目を集めている。バイオマスを加熱乾留するとガスとともに炭化物が得られる。しかし、バイオマスに含まれる塩素によって、生成ガス中にダイオキシンが発生し、ガスの利用を妨げていた。すなわち、ダイオキシンをはじめとする有機性塩素化合物は設備の腐食を引き起こすとともに、人体への悪影響も考えられる。
【０００４】
また、バイオマスを加熱乾留して得られたガスにはタール、軽油等の油分が含まれ、ガスの温度が低下すると結晶となって閉塞したり、軽油が凝縮する等のトラブルを引き起こすことがある。
【０００５】
廃プラスチック等の他の有機性廃棄物を有効に利用するために加熱乾留によりガス化する場合も、バイオマスの場合と同様に、ガスに含まれるダイオキシン、タール、軽油等が問題となる。
【０００６】
これに対して、特許文献１には、燃焼排ガス中のダイオキシンを分解、抑制する技術として、まずダイオキシンを触媒層により分解し、残分のダイオキシンを活性炭層により吸着する技術が開示されている。しかし、この特許文献１の技術では、有機性廃棄物の加熱乾留による生成ガス等の可燃性ガス中に含まれるダイオキシンを低減する場合、触媒層ではダイオキシン以外の炭化水素ガスも分解され、煤が発生するので、すぐに閉塞する。また、活性炭層ではダイオキシン以外のタール分、軽油分を吸着し、活性炭の活性を持続させることができない。持続させるためには、常に新しい活性炭を使用する必要があり、運転費が高くなる。
【０００７】
また、特許文献２には、廃棄物処理炉の生成ガス処理方法において、ガスに含まれるチャー（固体炭素粒子）をセラミックフィルターにて除去する技術が開示されているが、ガスにタールや軽油が存在する場合、閉塞する可能性が高い。
【特許文献１】特開２００３−３３６２８号公報
【特許文献２】特開２００５−２４１９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、バイオマス等の有機性廃棄物を加熱乾留して得られたガスに含まれるタール、軽油、チャー、及びダイオキシン等の有機性塩素化合物を低コストで効率的に除去できるとともに、加熱乾留して得られた炭化物の有効利用を図ることのできる廃棄物処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の廃棄物処理方法は、有機性廃棄物を乾留炉にて加熱乾留し、可燃性ガスと炭化物を得る廃棄物処理方法において、乾留炉から得られたガスを８０℃〜１５０℃まで冷却し、当該ガス中に含まれるタール、軽油及び有機性塩素化合物をミスト化した後に、そのガスに含まれるタール、軽油、チャー及び有機性塩素化合物を乾留炉から得られ、８０℃〜１５０℃に冷却された炭化物と接触させて自前で賄える炭化物に吸着させることにより、ガスを精製すること及び／又は炭化物の持つ発熱量を向上させることを特徴とすることを特徴とするものである。
【００１１】
このように、本発明は、有機性廃棄物を加熱乾留して得られた炭化物を利用して、その炭化物にガスに含まれるタール、軽油、チャー及び有機性塩素化合物を吸着させることを特徴とするものである。
【００１２】
すなわち、乾留炉から得られた炭化物には、有機分が揮発する過程で生じた細孔が無数にあり、タール、軽油、チャー、有機性塩素化合物等の不純物を吸着する性質を持っている。したがって、炭化物にガスを通過させ接触させることでガス中に含まれる不純物を吸着し、ガスを清浄化させることができる。
【００１３】
一方、炭化物はタール、軽油、チャー等の吸着により発熱量が向上する。この炭化物を燃焼炉にて燃焼させ、ガス化、乾留に必要な熱源とすることで、一般的な活性炭を使用する場合に必要な、加熱による再生、交換による新品の購入が不要となり、自前で賄えることができ、エネルギー的、コスト的にも最適となる。炭化物を燃焼することで、吸着したダイオキシン等も分解することができ、環境に与える影響も小さい。また、バイオマスの場合、可燃性分のうち揮発分が大半を占め、従来、加熱乾留により得られた炭化物はその発熱量が石炭等の化石燃料に比べ低いという問題があったが、本発明によればタール、軽油、チャー等を炭化物に吸着させるため、高発熱量の炭化物が得られ、化石燃料の代替燃料としての利用価値が高まる。特に、石炭火力発電では、従来は（木質系）バイオマスの持つ繊維による破砕動力エネルギー増加の問題からバイオマス系燃料の使用は難しかったが、本発明による高発熱量炭化物を用いることで、石炭代替が可能である。無論、精製されたガスを燃焼炉で燃焼させて乾留炉の熱源としたり、化石燃料の代替燃料として利用することも可能である。
【００１４】
本発明では、乾留炉に蒸気を吹き込み、炭化物の活性を向上させることができる。蒸気を吹き込むことで、炭化物表面の微細な残留揮発分が除去され、炭化物の活性が向上する。
【００１５】
また、本発明では、ガスと接触させる炭化物を吸着塔に充填し、吸着塔を移動層とすることが好ましい。すなわち、吸着塔にて不純物を吸着した炭化物は徐々に劣化し、一定量の不純物を吸着した炭化物は活性を失うので、劣化したものから順次系外に排出し、新たに発生した炭化物を補充するようにする。具体的には、吸着塔の炭化物の充填層の上から補充し、順次充填層の下部から抜き出すことで常に充填層の活性を保つことができる。さらにガスを対向流で流すことで、出口ガスが新しい炭化物と反応し、吸着物の再飛散を防止し、高い吸着力を維持することができる。
【００１６】
また、本発明では、乾留炉から得られたガスを８０℃〜１５０℃まで冷却し、タール、軽油及び有機性塩素化合物をミスト化した後に、炭化物と接触させる。このようにガスを冷却し不純物をミスト化することで、不純物が炭化物に吸着しやすくなる。冷却したガスを除塵装置に通し、ダスト成分を除去した後に、炭化物と接触させるようにすることもできる。
【００１７】
また、本発明では、乾留炉から得られたガスに、酸素若しくは空気と、蒸気を吹き込んで８００℃〜１４００℃で改質し、タール分及び軽油分を減じた後に炭化物と接触させることができる。このようにすることで、炭化物の発生量に対し、タール、軽油等の不純物が多い場合、ガスを改質することで、タール、軽油、ダイオキシンを減じることができ、発生した炭化物に適した量に調整することができ、最適な系を成立させることができる。
【００１８】
また、本発明では、乾留炉から得られた炭化物を篩装置に通し、微細な粒子を除いた後に吸着用として利用することができる。すなわち、炭化物に微細な粒子（微粉状炭化物）が存在すると、吸着塔の閉塞、吸着塔内の微粉炭化物の飛散に繋がるため、微細な粒子を除いた後に吸着塔に投入することが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、乾留炉から得られた炭化物を不純物吸着用として利用することで、乾留炉から得られたガスに含まれるタール、軽油、チャー及び有機性塩素化合物を低コストで効率的に除去してガスを精製することができる。
【００２０】
また、炭化物は、タール、軽油、チャー等の吸着によりその発熱量が向上するので、化石燃料の代替燃料等として利用することができ、有効利用を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面に示す実施例に基づき本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の説明では、本発明の構成の一部のみを含むものも実施例として説明する。
【実施例１】
【００２２】
図１は本発明の第１実施例を示す装置構成図である。この実施例は本発明の基本形であり、有機性廃棄物としてバイオマスを処理するようにしたものである。
【００２３】
図１において、バイオマスは、乾留炉１の滞留時間内でガス化、乾留が完了するように一定の大きさ以下まで破砕した後に乾留炉１に投入される。そして、乾留炉１にてバイオマスを３００℃〜１０００℃で加熱乾留し、可燃性ガスと炭化物を得る。図１に示す乾留炉１としては例えば直接加熱方式のロータリーキルンを使用することができ、この場合、燃焼用空気若しくは酸素を導入し可燃性ガスを一部燃焼させることでバイオマスを加熱乾留する。このほか、間接加熱方式のロータリーキルン、シャフト炉、流動床炉等を使用することができる。
【００２４】
乾留炉１から得られたガスは、Ｈ２、ＣＯ、ＣＨ４を主成分とし、そのほか、タール、軽油、チャー、ダイオキシン等を含む。この乾留炉１から得られたガスは、その後、吸着塔２に導入される。
【００２５】
吸着塔２には、乾留炉１から得られた炭化物が入れられており、この炭化物が充填層２ａを形成している。そして、乾留炉１から得られたガスが充填層２ａ内を通過することで、ガスに含まれるタール、軽油、チャー、ダイオキシン等が充填層２ａの炭化物に吸着され、除去される。精製されたガスは、事業用発電ボイラ、ガスタービン、加熱炉のバーナ等のガス利用設備で利用される。
【００２６】
本実施例では、吸着塔２の吸着能力を高レベルに維持するために吸着塔２を移動層としている。すなわち、乾留炉１から得られた炭化物は、乾留炉出口のコンベア３において冷却水で間接冷却された後、吸着塔２頂部の炭化物ホッパー４に移送され、供給装置５の操作により吸着塔２内に順次投入される。一方、不純物を吸着し活性の低下した炭化物は、吸着塔２の底部からスクリューコンベア６により順次排出される。このように吸着塔２を移動層とすることで、その充填層２ａの炭化物の活性を高レベルに維持することができる。なお、炭化物ホッパー４と吸着塔２との間に配置される供給装置５は図２に示すように２つのロータリーバルブを設けて、いわゆる２重シール弁構造とすることが好ましい。すなわち、炭化物を吸着塔２内に供給する場合、ガス側に空気が漏れこむと、異常燃焼等を引き起こす場合があるため、窒素等で置換した後に供給することが好ましい。なお、供給装置５としては、スイング弁、ボール弁、ゲート弁、ロータリーバルブとスクリューとを組み合わせたものとしてもよい。
【００２７】
スクリューコンベア６により排出された炭化物は、吸着剤としての活性は低下しているが、タール、軽油、チャー等を吸着したことにより発熱量が向上している。したがって、事業用発電等に使用される化石燃料の代替燃料等として有効利用することができる。
【００２８】
図３は吸着塔の構造例を示し、（ａ）はその縦断面図、（ｂ）は横断面図である。この例では、ルーバー２ｂで仕切られた空間に炭化物を充填して充填層２ａとする。ガスは水平方向に通過させる。ルーバー２ｂは上向きに傾斜しているので炭化物が漏れ出すことはない。
【００２９】
図４は吸着塔の構造例を示し、（ａ）はその縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。この例では、炭化物かこぼれない程度の穴を有する板２ｃにて仕切られた空間内を炭化物が移動する。この炭化物の移動層（充填層２ａ）は本体前面を塞ぐように配置されており、ガスは板２ｃの穴から入り、炭化物と接触した後に上方へ流れる。炭化物の移動層は斜めに設置され、下部より排出することで、重力により下方へ移動する。移動層は複数高さ方向に折り返しながら設置され、ガスは炭化物の移動層を通過するたびに徐々に浄化される。
【００３０】
図５は吸着塔のさらに他の構造例を示し、（ａ）はその縦断面図、（ｂ）は横断面図である。この例では、穴の開いた筒２ｄを複数配置し、この筒２ｄ内に炭化物を充填して充填層２ａとする。ガスは下から導入し、上から排出する。筒２ｄに開ける穴は炭化物が漏れ出ない程度の大きさとする。
【００３１】
図６は吸着塔のさらに他の構造例を示す縦断面図である。この例では、吸着塔２の内部に炭化物を充填し充填層２ａとする。この場合、ガスを吸着塔２の壁面から導入するとガスが壁面に沿って流れ充填層２ａの中心部を流れないので吸着効果が低下する。したがって、図６に示すように、充填層２ａの炭化物の中心にガスを吹き込むようにすることが好ましい。より好ましくは、ダクト７を充填層２ａ中心に入れ、下向きにガスを導入する。ダクトを上向きにした場合、ダクト内に入り込んだ炭化物は排出されず、許容量以上の不純物を吸着し、閉塞に至ることがある。
【００３２】
このような吸着塔２において、充填層２ａを通過するガスの流速が速すぎるとガス中の不純物を十分に吸着することができない。したがって、充填層２ａを通過するガスの流速は０．０５〜１．０ｍ／ｓとする。充填層２ａにおけるガスの滞留時間は１ｓｅｃ〜３０ｓｅｃとする。また、充填層２ａの炭化物の温度は８０℃〜１５０℃とする。図１で説明したとおり、乾留炉１で生成した炭化物は炉出口のコンベア３で冷却されるが炭化物の温度が高いと吸着塔２までの搬送装置に支障があり、低いと、通ガス時に炭化物表面でガス中水分が結露し、吸着性能を損なう。
【００３３】
なお、この実施例では、バイオマスの処理について説明したが、バイオマスに廃プラスチックその他の有機性廃棄物を混合して処理するようにしてもよい。
【実施例２】
【００３４】
図７は本発明の第２実施例を示す装置構成図である。この実施例は、第１実施例の構成に、乾留炉１に高温の蒸気を吹き込む構成を加えたものである。
【００３５】
乾留炉１に高温の蒸気（１００℃〜４００℃程度）を吹き込むことで、炭化物表面の微細な残留揮発分が除去され、得られる炭化物の活性が向上する。この活性の向上した炭化物を吸着塔２で使用することで、吸着塔２の吸着能力が向上する。
【００３６】
なお、このように乾留炉１において、ガス化と炭化物の活性化（賦活）を同時に行う場合には、蒸気は乾留炉１にノズルを入れ、炭化物生成後に炭化物に直接蒸気を吹き付けることが望ましい。
【実施例３】
【００３７】
図８は本発明の第３実施例を示す装置構成図である。この実施例は乾留炉と別に炭化炉を設けたものである。
【００３８】
図８において、前段の乾留炉１ａでは３００℃〜６００℃程度の低温でバイオマスを加熱してガス化し、後段の炭化炉１ｂではガス化後に残った炭化物をさらに６００℃〜１０００℃程度の高温で加熱するようにしている。そして、２段に設けた乾留炉１ａ、炭化炉１ｂでは蒸気を共に吹き込むことで炭化物の細孔を増加させ炭化物の吸着能力を向上させるようにしている。
【実施例４】
【００３９】
図９は本発明の第４実施例を示す装置構成図である。この実施例は吸着塔２にて不純物を吸着して排出された炭化物の全て若しくは一部を、乾留炉１にてバイオマスをガス化、乾留するのに必要な熱源とするようにしたものである。
【００４０】
図９において、吸着塔２底部のスクリューコンベア６から排出された炭化物の一部が燃焼炉８に投入され、その燃焼排ガスを乾留炉１におけるガス化、乾留の熱源とする。図９に示す乾留炉１は間接加熱式（外熱式）のロータリーキルン若しくはシャフト炉であり、燃焼炉８からの高温の燃焼排ガスを熱源としてバイオマスのガス化、乾留を行う。乾留炉１の熱源として使用された後の燃焼排ガスは余熱の回収、排ガス処理が施された後、大気放散される。
【００４１】
なお、図９において、炭化物を燃焼炉８で燃焼させる代わりに、精製されたガスを燃焼炉８で燃焼させて乾留炉１の熱源としてもよい。
【実施例５】
【００４２】
図１０は本発明の第５実施例を示す装置構成図である。この実施例は乾留炉１から得られたガスを冷却した後に吸着塔２に導入するようにしたものである。
【００４３】
図１０において、乾留炉１から得られたガスの温度は３００℃〜８００℃程度であり、これをボイラ９と冷却水噴霧方式の冷却塔１０の組み合わせにより８０℃〜１５０℃まで冷却する。ただし、処理対象のバイオマスの水分、冷却塔１０での冷却水の噴霧量によって定められるガス中蒸気の凝縮温度以上に維持することが好ましい。ガスを冷却することによって、ガスに含まれるタール、軽油、ダイオキシン等がミスト化し、これらが吸着塔２で炭化物に吸着しやすくなる。逆に、ガス温度が高いと吸着塔２で一旦吸着したタール、軽油、ダイオキシン等が再離脱し、吸着性能が十分に得られない。水分が凝縮すると炭化物が吸湿し、タール、軽油、ダイオキシン等の十分な吸着性能が得られない。
【００４４】
また、ダイオキシンの吸着能力を最大限に発揮するためには、ガスを水分の凝縮温度以下に冷却し、水分を凝縮させ、その後再加熱器（図示せず）でガスを再加熱し、吸着塔２内で水分が凝縮しない温度まで昇温した後に吸着塔２に導入する。これによって、低温での吸着ができ、吸着能力を最大限に活かすことができる。
【００４５】
また、図１０においては図示していないが、冷却塔１０の後段に電気集塵機、バグフィルター、サイクロン等の除塵装置を配置し、ダスト成分を除去した後に、吸収塔２に導入するようにすることもできる。除塵装置出口のダスト濃度は１００ｍｇ／Ｎｍ３以下とすることが好ましい。これによって、吸着塔２の閉塞を確実に防止することができる。
【実施例６】
【００４６】
図１１は本発明の第６実施例を示す装置構成図である。この実施例は図１０の構成に改質炉１１を加えたものである。
【００４７】
図１１において、改質炉１１では乾留炉１から得られたガスに、酸素若しくは空気と、蒸気を吹き込んで改質し、ガス中のタール分、軽油分及びダイオキシンを減じる。
【００４８】
改質温度は８００〜１４００℃とし、改質炉１１出口のガス温度を測定し、その温度が目標値となるように酸素若しくは空気と、蒸気の量を調整する。この改質により、タール分及び軽油分は、ＣＯ、ＣＯ２、Ｈ２、ＣＨ４、Ｈ２Ｏ等のガスとチャーに転換される。また、ダイオキシンも一部分解され減少する。改質温度が８００℃未満では改質が不十分となり、１４００℃を超えるとタール分、軽油分及びダイオキシンはさらに低減できるが、同時にメタン、エタン、プロパン等の炭化水素ガスも分解して、ＣＯ、Ｈ２となるため、ガスカロリーは低下しガスボリュームが増加するので、ガスの利用価値が低くなる。
【００４９】
また、本実施例では、改質炉１１の後段でボイラ９及び冷却塔１０によりガスを冷却するようにしており、改質炉１１の改質温度によるタール、軽油及びダイオキシンの残存量、並びに冷却温度による吸着能力の調整により、処理対象のバイオマスの性状変化、つまり得られる炭化物の性状や量の変化に対応して、タール、軽油及びダイオキシンの除去能力をコントロールすることができる。
【実施例７】
【００５０】
図１２は本発明の第７実施例を示す装置構成図である。この実施例はバイオマスとそれ以外の廃プラスチック等の廃棄物を別系統で処理するもので、そのための構成を図１１の構成に付加したものである。
【００５１】
バイオマス以外の廃棄物、たとえば廃プラスチック等は塩素を多く含むため、ガス化の際に得られるガス中に大量のダイオキシンを含む。一方で、得られる炭化物は粉状のもの（若しくは粉状のものを造粒）したものであることが多く、吸着塔２でのガス精製に利用することは難しい。
【００５２】
そこで、本実施例ではバイオマス以外の廃プラスチック等を別系統でガス化し、得られたガスの精製を、バイオマスから得られた炭化物で行うようしている。すなわち、バイオマス以外の廃プラスチックはガス化炉１２でガス化され、得られたガスは改質炉１１及び冷却塔１０を経て吸着塔１３に導入される。この吸着塔１３にはバイオマス処理系統の吸着塔２の底部から排出された炭化物、すなわちバイオマスから得られた炭化物が充填されるようになっている。このような構成にすることで、バイオマスから得られた炭化物を用いて、バイオマス以外の廃棄物から得られたガス化ガスの精製をすることができる。
【００５３】
なお、本実施例では、廃プラスチック等処理系統の吸着塔１３の底部から排出された炭化物を燃焼炉８に投入し乾留炉１の熱源としている。
【実施例８】
【００５４】
図１３は本発明の第８実施例を示す装置構成図である。この実施例は先に示した図１１の構成に、乾留炉から得られた炭化物中の微細な粒子を除くための篩装置１４を設けたもので、バイオマスの処理装置としては最良の例である。
【００５５】
図１３において、篩装置１４は乾留炉出口のコンベア３から排出される炭化物を篩分けし、例えば粒径１ｍｍ未満の微粉炭化物を取り除く。この微粉炭化物を取り除かれた炭化物が吸着塔２で吸着用として使用される。一方、微粉炭化物は燃焼炉８に投入され、乾留炉１の熱源として利用される。
【００５６】
この図１３に示す装置において、吸着塔の入口と出口におけるガス中のダイオキシン類、固体炭素粒子（チャー）、及び液状炭化水素（タール分、軽油分）を測定した結果を表１に示す。
【表１】
0004814621.tif 000002
【００５７】
表１に示すように、いずれの不純物も吸着塔により十分に除去されていることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の第１実施例を示す装置構成図である。
【図２】炭化物を吸着塔に供給するための弁構造の例を示す図である。
【図３】吸着塔の構造例を示し、（ａ）はその縦断面図、（ｂ）は横断面図である。
【図４】吸着塔の他の構造例を示し、（ａ）はその縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図５】吸着塔のさらに他の構造例を示し、（ａ）はその縦断面図、（ｂ）は横断面図である。
【図６】吸着塔のさらに他の構造例を示す縦断面図である。
【図７】本発明の第２実施例を示す装置構成図である。
【図８】本発明の第３実施例を示す装置構成図である。
【図９】本発明の第４実施例を示す装置構成図である。
【図１０】本発明の第５実施例を示す装置構成図である。
【図１１】本発明の第６実施例を示す装置構成図である。
【図１２】本発明の第７実施例を示す装置構成図である。
【図１３】本発明の第８実施例を示す装置構成図である。
【符号の説明】
【００５９】
１、１ａ  乾留炉
１ｂ  炭化炉
２  吸着塔
２ａ  充填層
２ｂ  ルーバー
２ｃ  板
２ｄ  筒
３  コンベア
４  炭化物ホッパー
５  供給装置
６  スクリューコンベア
７  ダクト
８  燃焼炉
９  ボイラ
１０  冷却塔
１１  改質炉
１２  ガス化炉
１３  吸着塔
１４  篩装置
【図１】
0004814621.tif 000003
【図２】
0004814621.tif 000004
【図３】
0004814621.tif 000005
【図４】
0004814621.tif 000006
【図５】
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【図６】
0004814621.tif 000008
【図７】
0004814621.tif 000009
【図８】
0004814621.tif 000010
【図９】
0004814621.tif 000011
【図１０】
0004814621.tif 000012
【図１１】
0004814621.tif 000013
【図１２】
0004814621.tif 000014
【図１３】
0004814621.tif 000015