(57)【要約】【課題】廃棄物の処理において、廃棄物の保有する熱量で廃棄物のガス化と溶融を行うことができ、且つ金属を溶融することなく有価物として回収できる廃棄物ガス化溶融処理方法を提供する。【解決手段】廃棄物をシャフト炉式ガス化炉１でガス化処理し、炉底部より熱分解残渣を排出する廃棄物ガス化溶融処理方法において、シャフト炉式ガス化炉１の炉底部近傍に燃焼溶融炉１６を設け、燃焼溶融炉１６の炉底部とシャフト炉式ガス化炉１の炉底部とを連通せしめ、シャフト炉式ガス化炉１の炉底部より排出された熱分解残渣１４を、金属類を除去後、破砕した粉状物を燃焼溶融炉１６にて燃焼．溶融し、その燃焼排ガスをシャフト炉式ガス化炉１の熱分解帯へ導入して乾燥・熱分解用の熱源とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃棄物をシャフト炉式ガス化炉でガス化処理し、炉底部より熱分解残渣を排出する廃棄物ガス化溶融処理方法において、
前記シャフト炉式ガス化炉の炉底部近傍に燃焼溶融炉を設け、該燃焼溶融炉の炉底部と前記シャフト炉式ガス化炉の炉底部とを連通せしめ、前記シャフト炉式ガス化炉の炉底部より排出された熱分解残渣から、金属類を除去後、破砕した粉状物を前記燃焼溶融炉にて燃焼．溶融し、その燃焼排ガスをシャフト炉式ガス化炉の熱分解帯へ導入して乾燥・熱分解用の熱源とすることを特徴とする廃棄物ガス化溶融処理方法。
【請求項２】
熱分解残渣の粉状物に、粉状の可燃性廃棄物及び／またはその中間処理物を添加して燃焼溶融炉で燃焼．溶融することを特徴とする請求項１記載の廃棄物ガス化溶融処理方法。
【請求項３】
シャフト炉式ガス化炉の上部もしくは後段に、熱分解ガス中の常温常圧で液化する高沸点液状ガス改質工程を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の廃棄物ガス化溶融処理方法。
【請求項４】
改質工程は、酸素含有支燃ガスもしくは酸素含有支燃ガスと水蒸気を供給し、温度９００℃以上とすることを特徴とする請求項３記載の廃棄物ガス化溶融処理方法。
【請求項５】
改質工程は、常温常圧で液化する高沸点液状ガスの分解を促進する触媒反応器とし、酸素含有支燃ガスもしくは水蒸気もしくは酸素含有支燃ガスと水蒸気を供給し、温度を９００℃以下とすることを特徴とする請求項３記載の廃棄物ガス化溶融処理方法。
【請求項６】
シャフト炉式ガス化炉の炉頂から排出された可燃性ダストを捕集して熱分解残渣の微細粉に添加して燃焼溶融炉で燃焼．溶融することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の廃棄物ガス化溶融処理方法。
【請求項７】
燃焼溶融炉で旋回燃焼することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の廃棄物ガス化溶融処理方法。
【請求項８】
燃焼溶融炉で還元燃焼することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の廃棄物ガス化溶融処理方法。
【請求項９】
熱分解残渣を、選別して鉄、アルミなどの有価物を回収することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の廃棄物ガス化溶融処理方法。
【請求項１０】
熱分解残渣の粉状物の一部を抜き出し、他のボイラー、製鉄用熱源として利用することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の廃棄物ガス化溶融処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般廃棄物、産業廃棄物、又はそれらとそれらを乾燥、焼却、破砕処理等によって得られた処理物（焼却灰やそれを一度埋め立て処理後、再度掘り起こした土砂分を含む埋め立てごみ）や汚泥等の廃棄物の処理方法に関し、特にシャフト炉式ガス化炉で燃焼・熔融処理するに際し、そのガス化効率を向上させ、操業コストの低減を図った廃棄物ガス化溶融方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
廃棄物の処理方式として、焼却炉方式があるが、焼却方式では焼却灰の処分場を必要とする等の欠点がある。特に、大都市圏では焼却灰の処分場の確保が困難である。そのため、廃棄物を焼却炉で焼却した後の焼却灰を溶融して減容化する方法、又は、廃棄物を直接溶融し、スラグとして再資源化する方法の必要性が高まってきた。
【０００３】
廃棄物を直接溶融する方法としては、例えば、シャフト炉式廃棄物溶融炉がある（特許文献１参照）。これは図２に示すように、炉本体１ｃは、シャフト部１ａと下部の朝顔部５とからなり、朝顔部５の下端には燃焼溶融帯用の下段羽口２を設けると共に、その上方には熱分解帯用の複数段の上段羽口３を有している。
【０００４】
下段羽口２からは酸素または酸素を富化した空気を供給し、上段羽口３からは燃焼支持ガスとして空気を供給している。
【０００５】
炉本体の上部には処理対象となる廃棄物や助燃剤としてのコークス、塩基度調整剤としての石灰石等を炉内に装入する装入口１１が設けられ、炉本体下端部には廃棄物を溶融処理した後のスラグ１８の出滓口１９が設けられている。
【０００６】
上記構成にあって、装入された廃棄物１ｂは、溶融炉本体１ｃの上層から乾燥帯６、熱分解帯７、燃焼溶融帯８を経過して溶融処理される。
【０００７】
下段羽口２から供給した酸素又は酸素富化空気によってコークス４や熱分解残渣１４を高温で燃焼し、溶融熱源とし、一方、上段羽口３からは空気を供給して主に廃棄物の熱分解残渣１４を燃焼し、発生したガスで廃棄物の乾燥及び熱分解を行う。溶融した廃棄物はスラグ１８として出滓口１９より排出される。
【０００８】
高温の燃焼排ガスは、溶融炉内の廃棄物の充填層を対向流として上昇させ、溶融炉本体上部の排ガス管１２から可燃ガスとしてガス洗浄工程を経て回収するか、又は、燃焼室へ供給される。燃焼室には空気供給管を介して燃焼用空気が供給され、室内で燃焼される。燃焼排ガスは、排ガス管を通ってボイラーへ導入され、排熱を回収された後、減温塔で温度を調整して集塵機に通し、更には、触媒反応塔で公害物質を除去した後、煙突から排出される。
【０００９】
その際、燃料源となるコークスを出来るだけ少なくして被処理物を効率よく燃焼熔融せしめるための手段として、炉頂から排出した可燃性ダスト（チャー）を除じん装置により捕集し、再度熔融炉本体へ羽口を介して装入する方法（特許文献２、３参照）、また、廃プラスチックを破砕し、同じく羽口から又は大きなものは炉頃から装入する方法（特許文献４参照）等がある。吹込むものは、捕集ダストや廃プラスチックだけでなく、一般廃棄物のＲＤＦ燃料等の破砕可燃物でもよい。
【特許文献１】特開２００１−９０９２３号公報
【特許文献２】特開平８−２８５２５０号公報
【特許文献３】特開２００１−２１１２３号公報
【特許文献４】特開平１１−１５３３０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
前記特許文献に記載されている捕集したチャーや廃プラスチック等の微細な可燃性廃棄物又はその中間処理物を、羽口を介して炉本体内へ吹き込んだ場合に次の問題点があった。
【００１１】
ダストを吹き込む時、吹込ダスト量が比較的少ない場合には、炉内温度は高く、ダストの粒子径はコークスに比べて十分小さく比表面積が大きいため燃焼速度は速く、コークス消耗を抑えることに寄与する。
【００１２】
しかしながら、吹込ダストの量をさらに増加し、さらにコークスの消耗を抑えようとすると、常温で吹き込まれるダストは固体の初期昇温のためにコークスベッドから顕熱を奪うため、温度が低下してコークスベッドは十分な温度を維持できなくなるので、これを運転継続するためには、酸素富化量をアップし酸素濃度をあげる必要があり、コークスは吹込むダスト熱量相当の削減ができないだけでなく、コークスと酸素富化量の総合的なエネルギ一削減が達成できず十分な効果が得られない。また、酸素富化量をアップし酸素濃度を上げない場合は、溶融物の温度も低下し、融点の高いメタル分の溶融が不完全となり運転継続も困難となるので、ダスト吹込によるコークスの削減は限界が生じる。
【００１３】
そこで、本発明は、廃棄物の処理において、廃棄物の保有する熱量で廃棄物のガス化と溶融を行うことができ、且つ金属を溶融することなく有価物として回収できる廃棄物ガス化溶融処理方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、廃棄物をシャフト炉式ガス化炉でガス化処理し、炉底部より熱分解残渣を排出する廃棄物ガス化溶融処理方法において、前記シャフト炉式ガス化炉の炉底部近傍に燃焼溶融炉を設け、該燃焼溶融炉の炉底部と前記シャフト炉式ガス化炉の炉底部とを連通せしめ、前記シャフト炉式ガス化炉の炉底部より排出された熱分解残渣を破砕し、金属類を除去した粉状物を前記燃焼溶融炉にて燃焼．溶融し、その燃焼排ガスをシャフト炉式ガス化炉の熱分解帯へ導入して乾燥・熱分解用の熱源とすることを特徴とする
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、廃棄物をガス化するシャフト炉式ガス化炉に連設した燃焼溶融炉で粉状可燃物を燃焼させることにより、コークスを用いることなく廃棄物中の灰分の溶融を行うことができる。また、廃棄物中の鉄分、アルミ等の有価金属を酸化燃焼しないので有価物として回収可能となる。
【００１６】
また、本発明では、微細な可燃廃棄物及びその中間処理物を併せて処理することができる。
【００１７】
また、燃焼溶融炉で還元燃焼する場合、溶融物中の重金属が、還元ガスとの接触時間が長く取れるので十分還元揮発され、溶融物を再資源化する際に問題となる重金属の含有割合を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の廃棄物ガス化溶融処理方法で使用する燃焼溶融炉では、従来の廃棄物溶融炉のコークスベッドへの吹込と異なり、必要な燃焼空間を確保することで、ダストの燃焼が維持される。ダストの理論燃焼空気に対し空気比１以上で燃焼する場合、酸素がほぼ消失する空間を確保し、燃焼ガス温度が最高に達したところで、シャフト炉式ガス化炉の炉底部燃焼ガスを導入する。ダスト中の灰分はダストの燃焼により溶融し、旋回による遠心力で壁面に捕捉され燃焼溶融炉の炉底部より排出される。
【００１９】
空気比１以上で運転すると、シャフト炉式ガス化炉の炉底部に導入する排ガスは酸素が残存し、高温の酸素含有ガスで炉底部廃棄物を燃焼し、熱分解・乾燥用の熱源となるが、燃焼による局部高温と熱分解残渣の灰化により、半溶融固着が懸念されるので極力酸素は残存させないのが望ましい。
【００２０】
また、本発明における燃焼溶融炉には、従来のコークスベッドへの吹込と異なり、ダスト以外のコークスや廃棄物が存在しないため、ダストと共に燃焼溶融炉に供給する酸素はダストの燃焼のみに利用される。また、供給酸素は流量計により、ダストは重量計や切出容積により計量すれば、空気比の厳密な制御が容易に可能となる。さらに、燃焼部に温度計やガス分析計を設置すれば、燃焼状態も監視可能となり、より厳密な制御も可能となる。
【００２１】
ダストの理論燃焼空気に対し空気比１未満で還元燃焼する場合、ダストが燃焼し、さらに、ＣＯ２＋Ｃ→２ＣＯに代表されるガス化反応がほぼ完了する空間を確保し、ダストがほぼガス化したところで、溶融物の保熱部に燃焼ガスを導入し保熱、及び溶融物中の重金属の還元揮発を行う。還元燃焼の場合、滞留時間の確保燃焼温度の確保のため、高濃度酸素を富化することが有効である。
【００２２】
また、燃焼溶融炉へ供給する粉状可燃物は、シャフト炉式ガス化炉の炉底部より排出される熱分解残渣のほかに、捕集ダスト、廃プラスチック、一般廃棄物のＲＤＦ燃料等の破砕可燃物を添加しても良い。
【００２３】
鉄分を磁選除去、アルミ分を金属選別回収しマテリアルリサイクルするだけでなく鉄分を溶融対象としないので、燃焼溶融炉の運転温度を１３００℃程度の低温にすることが可能となる。
【００２４】
その後、鉄分、アルミ分を回収後の熱分解残渣を破砕し、燃焼溶融部に供給する。また、破砕前に篩いを設け、ガラ分を除去し有価物として再利用することも可能である。
【００２５】
シャフト炉式ガス化炉の排ガスを燃料ガスとして回収する場合には、シャフト炉式ガス化炉の後段に常温常圧で液化する高沸点液状ガスを改質する改質工程を設ける。あるいはシャフト炉式ガス化炉の上部に直結しても良い。
【００２６】
排ガス中には、常温常圧で液化する高沸点液状ガスを多量に含むので、燃料ガスとして利用するには常温常圧で液化しないガスに改質することが望ましい。この改質反応は主にＣｍＨｎ＋ｍＨ２Ｏ→ｍＣＯ＋（ｍ＋ｎ／２）Ｈ２で表わされるが、吸熱反応であるので必要熱量を確保するため、適量の酸素を供給し、可燃ガスの一部を部分燃焼する。
【００２７】
水蒸気は、廃棄物中の付着水分で通常はまかなえるが、付着水分が少ない廃棄物をガス化する場合は、必要量の水蒸気を改質炉に添加する。
【００２８】
また、反応温度は９００℃以上望ましくは１１００℃以上とすることが必要である。
【００２９】
また、改質反応を促進するために触媒を用いると５００〜９００℃望ましくは、６００〜８００℃への低温域でも改質を行うことが可能となる。
【００３０】
触媒には、ドロマイト、ニッケル系（ニッケル−アルミナ系、ニッケル−マグネシア系）等を用いることができる。
【００３１】
改質反応炉は、流動層式、ハニカム状やペレット状の触媒を用いた固定層式のいずれでも良い。
【００３２】
改質工程の後段には、ガス洗浄、冷却、圧縮を経てガスホルダーに貯留し、ガスエンジン、ガスタービンやボイラー用のガス燃料、また、燃料電池用の原料ガスとして利用する。
【００３３】
熱分解残渣の破砕後、粉状物の一部を抜き出し、他のボイラー、製鉄用熱源として、石炭、石油、コークス、ＬＮＧ等の化石燃料の部分的な代替燃料として利用する。
【実施例】
【００３４】
実施例１
図１は本実施例のシャフト炉式ガス化炉の断面図である。
【００３５】
図２に示す廃棄物溶融炉においては、炉頂より装入された廃棄物が、シャフト部１ａの乾燥帯６にて乾燥され、熱分解帯７、燃焼溶融帯８にコークスと共に降下する。熱分解帯用の上段羽口３より空気を吹込み、乾燥され一部熱分解した廃棄物を主に燃焼する。燃焼溶融帯用の下段羽口２より酸素富化した空気を吹込み、主にコークスベット４を形成するコークスと一部廃棄物の熱分解残渣１４を１５００℃以上で高温燃焼し、廃棄物中の灰分を溶融し、１４００℃以上の溶融物１８として炉底部１０に設置した出滓口１９より排出される。
【００３６】
一方、図１に示す本発明のシャフト炉式ガス化炉１においては、シャフト炉への上段羽口、下段羽口からの空気吹込み、酸素富化空気吹込みまた、コークスの供給は行なわない。
【００３７】
シャフト炉式ガス化炉１の炉底部１０に連通する燃焼溶融炉１６に設けられた粉状可燃物吹込用バーナ１７からは、除じん装置２５で捕集した可燃ダスト２０とシャフト炉式ガス化炉から排出された熱分解残渣１４を破砕、鉄分金属分除去した炭化物と空気又は酸素富化した空気を吹込み、燃焼溶融炉１６内で燃焼炉出口温度で１４００℃以上の高温燃焼を行い、その排ガスをシャフト炉式ガス化炉の炉底部１０に排気し、廃棄物の熱分解、乾燥を行いシャフト炉式ガス化炉の上部より可燃性ガスを排気し、除じん装置２５でダスト分を分離除去し、改質工程で常温常圧で液化する高沸点液状ガスを分解し、水素と一酸化炭素主体の合成ガスに変換する。
【００３８】
改質工程の温度は、酸素を供給し可燃ガスの部分燃焼を行うことで改質工程出口温度で１０００℃以上とし、水蒸気は、廃棄物中の付着水分と熱分解による生成水でまかなうので通常は添加不要であるが、改質工程出口でメタン濃度が高い場合は追添加する。
【表１】
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表１に示すように、従来例２では、従来例１の可燃ダストを添加せずに廃棄物処理量１０００ｋｇ／ｈ、コークス添加量５０Ｋｇ／ｈで運転中に可燃ダスト吹込５０ｋｇ／ｈを行い、その可燃ダスト中の可燃分はコークスで２０Ｋｇ／ｈ相当のため、コークス添加量３０Ｋｇ／ｈに低減可能であるが、可燃ダストの燃焼遅れのために溶融物の温度を１４００℃以上に安定して維持するためには、燃焼溶融帯用羽口から吹き込む燃焼支持ガスの酸素濃度は、純酸素量を噌加して３０％を４０％にする必要があった。
【００３９】
更に、従来例３で可燃ダストをｌ００Ｋｇ／ｈに増量し、その可燃ダスト中の可燃分はコークスで４０Ｋｇ／ｈ相当のため、コークス添加量１０Ｋｇ／ｈに低減しようとしたところ、炉底部のコークスベッドはコークス添加量を低減したために小さくなり、可燃ダストの固体温度を昇温する熱源が不足し、可燃ダストの燃焼遅れを助長するため、前記酸素濃度を５０％に増加しても、溶融物の温度は１４００℃以下に低下し安定溶融の継続は困難であった。これは、可燃ダスト量の増大につれ、燃焼溶融帯の最高温度は上方に移動且つ最高温度は低下するので、溶融物は滴下過程において燃焼ガスにより冷却されてしまうことが主因である。
【００４０】
一方、本実施例では、粉状可燃物吹込用バーナ１７に供給する可燃ダスト及びシャフト炉式ガス化炉の排出残渣を、鉄分、金属除去後破砕した炭化物（以降粉状可燃物という）は、シャフト炉式ガス化炉の炉底部近傍に設置した燃焼溶融炉１６に空気とともに次きこまれ、廃棄物の粉状可燃物は可燃分２５〜４５％、灰分７５〜５５％程度で揮発分も多く含まれるため、燃焼溶融炉内の耐火壁から熱輻射を受け、安定燃焼が可能となる。
【００４１】
表１に示す実施例１は、粉状可燃物量に対し、ほぼ空気比１．０となるように粉状可燃物吹込用バーナから粉状可燃物吹込量と空気、酸素富化量を調節した例である。実施例１では、空気比１、酸素濃度３０％の条件のため、粉状可燃物の燃焼排ガス温度は１５００℃を超える温度で燃焼し、粉状可燃物中の灰分が溶融し、シャフト炉熱分解帯にその排ガスが導かれることで、シャフト炉上部から装入された廃棄物中の熱分解・乾燥用熱源として利用される。
【００４２】
なお、酸素濃度２１％の空気でも空気比０．９〜１．１程度で１４００℃以上の高温燃焼が可能であり、酸素濃度３０％にすれば、空気比０．７〜１．４程度でも１４００℃以上の高温燃焼排ガスを生成することが可能である。
【００４３】
廃棄物は乾燥、熱分解され６００〜８００℃で降下し、炉底部の熱分解残渣冷却排出装置２４で大気中で発火しない１５０℃以下の温度に冷却し排出する。この熱分解残渣は熱分解前に比べ容易に破砕することができる。また、残渣中の鉄分、アルミ分は酸化されていないので有価物として分離回収可能である。鉄分、アルミ分を除去した後の炭化物は、破砕後図示しない異物篩により、１０ｍｍ以上のものを分離し１０ｍｍ以下の粉状炭化物を空気輸送により粉状可燃物吹込用バーナ１７に供給する。また、燃焼溶融炉１５の粉状可燃物吹込用バーナ１７の粉状可燃物に対する空気比が１以下の還元燃焼を行えば、高温可燃性ガスが生成されるので、粉状可燃物中の固定炭素分が容易にガス化される。
【００４４】
燃焼溶融炉１６での粉状可燃物の燃焼滞留時間は、０．５秒以上望ましくは１秒以上確保すれば、燃焼はほぼ完了する。また、燃焼溶融炉は旋回流燃焼が望ましく、フレームの保炎性向上、滞留時間の増大、粉状可燃物中灰分の溶融物の壁面での捕捉が可能であり、燃焼溶融炉の小型化が可能である。
【００４５】
本発明のシャフト炉式ガス化炉では、廃棄物を溶融することなく乾燥・熱分解のみ行うので、溶融するための熱分が不要となり、燃焼溶融炉での灰分の溶融は粉状可燃物のもつ熱量で十分であり、従来の廃棄物溶融炉と比較すると、コークス添加は不要となる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
廃棄物の処理において、廃棄物の保有する熱量で廃棄物のガス化と溶融を行うことができ、且つ金属を溶融することなく有価物として回収できる廃棄物ガス化溶融処理に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明のシャフト炉式ガス化炉と燃焼溶融炉の断面図である。
【図２】従来の廃棄物溶融炉の断面図である。
【符号の説明】
【００４８】
１：シャフト炉式ガス化炉
１ｃ：溶融炉本体
１ａ：シャフト部
１ｂ：廃棄物
１ｃ：溶融炉本体
２：下段羽口
３：上段羽口
４：コークス
５：朝顔部
６：乾燥帯
７：熱分解帯
８：燃焼溶融帯
１０：炉底部
１１：装入口
１２：排ガス管
１４：熱分解残渣
１５：鉄、アルミ
１６：燃焼溶融炉
１７：粉状可燃物吹込用バーナ
１８：溶融物（スラグ）
１９：出滓口
２０：可燃ダスト
２１：合成ガス
２２：酸素＋水蒸気
２３：空気＋酸素
２４：熱分解残渣冷却・排出装置
２５：除じん装置
【図１】
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【図２】
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