(57)【要約】【課題】廃棄物の溶融処理に使用されている化石燃料に由来するコークスの代替としてバイオマスを利用して、コークス使用量の削減をするとともに、環境に対するＣＯ２負荷を削減することができるバイオマスを利用する廃棄物溶融処理方法を提供するものである。【解決手段】シャフト炉式廃棄物溶融炉１に廃棄物を装入し、炉底部送風口３から酸素もしくは酸素富化空気を吹き込んで、廃棄物を乾燥、熱分解、燃焼、溶融する廃棄物溶融処理方法において、加圧成形されたバイオマス固形物を炉上部から廃棄物と共に投入し、炉底部送風羽口３から送風する酸素もしくは酸素富化空気で廃棄物と共に還元燃焼することによって発生した無酸素の燃焼ガスで、バイオマス固形物をシャフト炉内で乾燥、乾留することによって炭化物化させ、シャフト炉下部で炭火物層１５を形成し、該炭火物層内で前記還元燃焼を行い、廃棄物中灰分の溶融用熱源とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフト炉式廃棄物溶融炉に廃棄物を装入し、炉底部送風口から酸素もしくは酸素富化
空気を吹き込んで、廃棄物を乾燥、熱分解、燃焼、溶融する廃棄物溶融処理方法において、
加圧成形されたバイオマス固形物を炉上部から廃棄物と共に投入し、炉底部送風羽口から送風する酸素もしくは酸素富化空気で廃棄物と共に還元燃焼することによって発生した無酸素の燃焼ガスで、バイオマス固形物をシャフト炉内で乾燥、乾留することによって炭化物化させ、シャフト炉下部で炭火物層を形成し、該炭火物層内で前記還元燃焼を行い、廃棄物中灰分の溶融用熱源とすることを特徴とするバイオマスを利用する廃棄物溶融処理方法。
【請求項２】
バイオマス固形物が、木質系バイオマス、家畜糞尿・下水汚泥・し尿汚泥等のバイオマス粉状物もしくはそれらの粉状炭化物、溶融炉炉頂部から飛散する可燃ダストのいずれか、もしくはそれらの混合物を添加して加圧成形したブリケットであることを特徴とする請求項１記載のバイオマスを利用する廃棄物溶融処理方法。
【請求項３】
バイオマス固形物が、バイオマスを加圧成形したブリケット、あるいは、木質系バイオマス、家畜糞尿・下水汚泥・し尿汚泥等のバイオマス粉状物もしくはそれらの粉状炭化物、溶融炉炉頂部から飛散する可燃ダストのいずれか、もしくはそれらの混合物を添加して加圧成形したブリケットを乾留処理した固形炭化物であることを特徴とする請求項１記載のバイオマスを利用する廃棄物溶融処理方法。
【請求項４】
加圧成型用添加剤として、タール・ピッチ系バインダー、プラスチック、水、デンプン、リグニン、セルロースのいずれかもしくはその混合物が添加されていることを特徴とする請求項１、２又は３記載のバイオマスを利用する廃棄物溶融処理方法。
【請求項５】
加圧成形の際に５０〜３５０℃の固体温度に加熱して加圧することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のバイオマスを利用する廃棄物溶融処理方法。
【請求項６】
加圧成型したバイオマス固形物を廃棄物溶融炉に装入する前に事前乾留し、その乾留温度は５００℃以上とすることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のバイオマスを利用する廃棄物溶融処理方法。
【請求項７】
バイオマス固形物の粒径を２０ｍｍ以上とすることを特徴とする請求項１〜６のいずれ
か１項に記載のバイオマスを利用する廃棄物溶融処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般廃棄物・産業廃棄物等の廃棄物の溶融処理方法に関し、特にバイオマスを利用する廃棄物溶融処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般廃棄物・産業廃棄物、あるいはそれらを乾燥、焼却、破砕処理等によって得られた処理物、これら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等の廃棄物を処理する方法として、これらの廃棄物をシャフト炉式廃棄物溶融炉で溶融処理してスラグ、メタルとして再資源化する方法が実施されている。
【０００３】
廃棄物を溶融処理する方法にシャフト炉式廃棄物溶融炉が使用される（特許文献１参照）。これは図２に示すように、炉本体１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３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２を有している。下段羽口３からは酸素または酸素富化空気を供給し、上段羽口２からは燃焼支持ガスとして空気を供給している。
【０００４】
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、シール弁を備えた装入装置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、メタルの出滓口１３が設けられている。
【０００５】
上記構成にあって、装入された廃棄物１ｂは、溶融炉本体１の上層から乾燥・予熱帯６（約３００〜４００℃）、熱分解帯７（約３００〜１０００℃）、燃焼・溶融帯８（約１７００〜１８００℃）を通過して溶融処理される。
【０００６】
下段羽口３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２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・予熱及び熱分解を行う。溶融した廃棄物はスラグ、メタルを溶融物として出滓口１３より排出される。
【０００７】
高温の燃焼排ガスは、シャフト炉内の廃棄物の充填層を対向流として上昇し、溶融炉本体上部の排ガス管１２から可燃ガスとして燃焼室へ導入されて燃焼され、燃焼排ガスは、排ガス管を通ってボイラーへ導入され、廃熱が回収された後、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。
【０００８】
一方で、地球温暖化防止の観点から石炭などの化石燃料に由来するＣＯ２削減のための開発が推進されている。直接溶融炉設備においても、化石燃料に由来するコークスを溶融熱源として用いるので、環境に対するＣＯ２負荷を削減することができるコークス使用量削減技術が提案されている。例えば、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させ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）を捕集して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して熱源として利用する方法（特許文献４参照）等がある。
【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】
【０００９】
従来の羽口吹き込み技術では、コークス消費量を低減することは可能であるが、Ｃ＋ＣＯ２→２ＣＯ、Ｃ＋Ｈ２Ｏ→Ｈ２＋ＣＯに代表される固定炭素分のガス化反応により、コークス消費を完全に抑えることができないため、また、コークスでコークスベットを形成して火格子機能を維持するため、コークス使用量の削減には限界があった。
【００１０】
本発明は、廃棄物の溶融処理に使用されている化石燃料に由来するコークスの代替としてバイオマスを利用して、コークス使用量の削減をするとともに、環境に対するＣＯ２負荷を削減することができるバイオマスを利用する廃棄物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】
【００１１】
本発明のバイオマスを利用する廃棄物溶融処理方法は、シャフト炉式廃棄物溶融炉に廃棄物を装入し、炉底部送風口から酸素もしくは酸素富化空気を吹き込んで、廃棄物を乾燥、熱分解、燃焼、溶融する廃棄物溶融処理方法において、加圧成形されたバイオマス固形物を炉上部から廃棄物と共に投入し、炉底部送風羽口から送風する酸素もしくは酸素富化空気で廃棄物と共に還元燃焼することによって発生した無酸素の燃焼ガスで、バイオマス固形物をシャフト炉内で乾燥、乾留することによって炭化物化させ、シャフト炉下部で炭火物層を形成し、該炭火物層内で前記還元燃焼を行い、廃棄物中灰分の溶融用熱源とすることを特徴とする。
【００１２】
廃棄物溶融処理方法では、廃棄物をシャフト炉式溶融炉で廃棄物中灰分を溶融する際に、炉底部から上昇する高温燃焼ガスにより廃棄物は、乾燥、乾留（熱分解）されて揮発分は炉上部から可燃性ガスとして排出され、揮発せずに残って乾留された固定炭素分を主体とする熱分解後の残渣は炉底に降下し、炉底部において下段送風羽口前で下段送風羽口から供給される酸素と反応し高温で燃焼し、廃棄物中の灰分を溶融する溶融熱源となる。しかしながら、廃棄物中の可燃分はその大部分が紙やプラスチック等であって、乾留により細粒化するため、乾留後の固定炭素分を含む残渣は、ガス流によって炉頂より多くの割合で飛散するので、炉底で溶融熱源として燃焼する比率は多くない。
【００１３】
ところが、本発明のバイオマスを利用する廃棄物溶融処理方法では、炉内に装入されたバイオマス固形物は、廃棄物と同様に乾燥、乾留を経て乾留により炭化（コークス化）により生成した固定炭素分は炉底に降下し、例えば、木の場合、細粒化する割合が小さく、大部分が炉底に降下して溶融熱源として利用できる。そのため、通常、補助溶融熱源として化石燃料に由来するコークスを廃棄物と共に用いる場合においては、バイオマス固化物の乾留後の固定炭素分は溶融熱源の代替として機能する。
【００１４】
バイオマス固化物は、粉状のバイオマスを加圧成形してブリケットにすることにより炉内で乾燥、乾留を経ても細粒化が抑制され、炉底での溶融熱源として利用できる。バイオマスを加圧成形すると、摩擦熱もしくは外熱によりバイオマス中のリグニン、セルロース、ヘミセルロースが油化し油分がバインダーとなって、さらに加圧することで、油分が成形品の全般に行き渡り緻密になるために成形物の強度を強めることができる。
【００１５】
また、バイオマス固化物として、家畜糞尿、下水汚泥、し尿汚泥等のバイオマス粉状物もしくはこれらを乾留して炭化（コークス化）した粉状炭化物を溶融炉の燃料として利用する場合、これらのバイオマス単独では加圧成形不可能な場合、粉状の木質系バイオマス望ましくはオガクズをバインダーとして添加し、加圧成形することで、成形品の強度を得ることができ、溶融炉内で粉化することなく炉底部での廃棄物の灰分を溶融する溶融用熱源として利用できる。
【００１６】
また、バイオマス固化物を予め乾留処理して固形炭化物とすることで、溶融炉内での乾燥・乾留帯での熱履歴に関わらず、安定して炉底部に下降し、溶融用熱源として利用可能となる。即ち、固形炭化物の種別に適した乾留の温度、昇温速度で乾留処理をすることで、熱間でも十分な強度を得ることが可能となる。
【００１７】
また、バインダーとして木質系バイオマス以外にタールピッチ系バインダー、プラスチック、水、デンプン、リグニン、セルロース、ヘミセルロースのいずれかもしくはその混合物を添加することができる。例えば、粉状炭化物の固化の際は、固形物が十分な強度を得るために必要な油分が不足する場合には、バインダーとして望ましくは、タールピッチ系バインダーを適量添加するとよい。
【００１８】
バイオマスを加圧成形してブリケットを製造する際には、バイオマスの固体温度が５０℃〜３５０℃となるように加熱し、約０．５ｔ〜５ｔ／ｃｍ２の圧力で加圧する。成形機には、例えばダブルロール成形機を使用する。加熱による固体温度には、バイオマス中のリグニン、セルロース、ヘミセルロース成分が油化し、バインダーとなるためには５０℃以上の温度が必要であり、一方、３５０℃を超えると成形時に熱分解が始まり、ガスの生成により膨張するため成形が困難となり、固化物の強度が低下する。
【００１９】
また、加圧成形により得られたブリケットをロータリーキルンあるいはコークス炉などで約５００℃以上、乾留温度が低いと乾留時間が長くなるため、好ましくは生産性の向上から８００℃以上の乾留温度で乾留することにより炭化（コークス化）して炭化物として利用することもできる。バイオマス固形物を廃棄物溶融炉で利用するためには、バイオマス固形物の粒径を２０ｍｍ以上（容積で４ｃｃ以上）とすることが必要であり、これによりコークスベットが形成されて火格子の機能により炉底部での溶融物の通液性、燃焼ガスの通気性を確保することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明により、コークスを火格子とするコークスベッド式の溶融炉においては、コークス消費量が抑制できるため、化石燃料起源のＣＯ２発生が抑制できるだけでなく、溶融炉での廃棄物処理量を低下させることなく、バイオマス起源の燃料の利用を行うことができる。また、溶融炉後段でボイラーによる蒸気回収発電を行えば、電気エネルギーへの変換も可能であり、その結果、化石燃料起源のＣＯ２発生を抑制できる。また、コークスベッド式以外の溶融炉においては、廃棄物の性状に関わらず、炉底部に安定して溶融用熱源を供給できるため、安定した溶融処理が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１は本発明による廃棄物溶融処理設備を示す図で、図１に示す従来の廃棄物溶融処理設備と実質的に同一であり、同一構成に同一符号を付して、その説明は省略する。本発明による操業は従来と比較して、化石燃料に由来するコークスをバイオマスで代替する点で大きく異なるが、その他は実質的に変わるところはない。
【００２２】
バイオマスはＦＡＯ（国際食料農業機関）によって分類されており、本発明では、林地残材、間伐材、未利用樹、製材残材、建設廃材、稲わら、籾殻等の木質系バイオマス、さらに、製紙系バイオマス、農業残渣、家畜糞尿、食品廃棄物等の未利用バイオマス資源、または、それらの乾留処理後の炭化物を利用する。
【００２３】
炭化物の製造は、例えば木質系バイオマスの場合、木質系バイオマスを微粉砕し、１５０〜３５０℃で加熱し成形してバイオマス成形物とし、このバイオマス成形物を乾留炉としてロータリーキルンあるいはコークス炉などで乾留することにより製造する。
【実施例１】
【００２４】
図１に示すシャフト炉式廃棄物溶融炉１に廃棄物、コークス、石灰石、バイオマス固形物を装入し、上段送風羽口２から空気を、下段送風口３から酸素富化空気を吹き込んで廃棄物を溶融処理した。
【００２５】
バイオマス固形物は、木材加工時に発生するおがくずを、固体温度が約２００℃となるように加熱し、約１ｔ／ｃｍ２で加圧成形により約４０ｍｍ径のブリケットとしたものを使用した。また、比較のため、石炭コークスを熱源とした試験も行った。バイオマス固化物及び石炭コークス使用時の操業条件及び結果を表１に示す。
【００２６】
いずれも上段送風量（空気）３５０Ｎｍ３／ｈ、下段送風量（空気）２５０Ｎｍ３／ｈ、酸素を富化するために、下段送酸量（純酸素）６０Ｎｍ３／ｈとし、下段羽口での送風は酸素濃度３６．３％の一定条件、また、バイオマス固化物を使用する場合、その揮発分を見越して、燃料使用量を石炭コークスで４０ｋｇ／廃棄物ｔに対し、１８０ｋｇ／廃棄物ｔで操業した。
【００２７】
廃棄物の処理量は、石炭コークス使用時に比べ、８００ｋｇ／ｈに若干低下したが、試験の結果、バイオマス固化物は、従来熱源として使用していた石炭コークスに比べ溶融能力としては何ら変わりなく操業可能であることが確認できた。
【実施例２】
【００２８】
バイオマス固化物は、木材加工時に発生するおがくずを、固体温度が約２００℃となるように加熱し、約１ｔ／ｃｍ２で加圧成形により約４０ｍｍ径のブリケットとし、さらに、得られたブリケットを乾留炉に装入して、８００℃、２０時間で乾留した炭化物を使用した、操業条件及び結果を表１に示す。
【００２９】
操業条件としては、上段送風量（空気）３５０Ｎｍ３／ｈ、下段送風量（空気）２５０Ｎｍ３／ｈ、酸素を富化するために、下段送風量（純酸素）６０Ｎｍ３／ｈとし、下段羽口での送風は酸素濃度３６．３％の一定条件、また、バイオマス固化物の乾留物を使用する場合、その揮発分は石炭コークス並に少ないので、燃料使用量を石炭コークスと同じ４０ｋｇ／廃棄物ｔで操業した。
【００３０】
試験の結果、廃棄物の処理量は、石炭コークス使用時と同等の、８５０ｋｇ／ｈを達成し、溶融物の排出温度も石炭コークスと同等であった。即ち、バイオマス固化物の乾留物は従来熱源として使用していた石炭コークスに比べ溶融能力としては何等変わりなく操業可能であることが確認できた。
【実施例３】
【００３１】
バイオマス固化物は、木材加工時に発生するおがくずと共に、鶏糞の炭化物（粉状）を重量比で８０：２０として十分混合し、固体温度が約２００℃となるように加熱し、約１ｔ／ｃｍ２で加圧成形により約４０ｍｍ径のブリケットとし、さらに、得られたブリケットを乾留炉に装入して、８００℃、２０時間で乾留した炭化物を使用した、操業条件及び結果を表１に示す。
【００３２】
操業条件としては、上段送風量（空気）３５０Ｎｍ３／ｈ、下段送風量（空気）２５０Ｎｍ３／ｈ、酸素を富化するために、下段送酸量（純酸素）６０Ｎｍ３／ｈとし、下段羽口での送風は酸素濃度約３６．３％の一定条件、また、バイオマス固化物の揮発分は石炭コークス並に少ないが、鶏糞炭化物中の増加による固定酸素分の減少を考慮し、燃料使用量を５０ｋｇ／廃棄物ｔで操業した。
【００３３】
試験の結果、廃棄物の処理量は、石炭コークス使用時と同等の、８３０ｋｇ／ｈを達成し、鶏糞炭化物中灰分の増加量は廃棄物中灰分量に比し微小であるために溶融物の排出温度も石炭コークスと同等であった。
【００３４】
即ち、バイオマスと鶏糞炭化物の混合固化物の乾留物は、従来熱源として機能し、また、鶏糞の炭化物は飛散することなく、炉底において石炭コークスの代替として機能することが確認できた。
【００３５】
下段に設置する下段羽口は、シャフト炉の下部に形成させた炭火物層１５内に酸素又は酸素富化空気を送風できれば良いので下段羽口の位置は特に限定されるものではない。
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の操業方法を実施するシャフト炉式廃棄物溶融設備を示す図である。
【図２】従来のシャフト炉式廃棄物溶融処理設備を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１：溶融炉本体
１ａ：シャフト部
１ｂ：廃棄物
２：上段羽口
３：下段羽口
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：炉床部
１１：装入装置
１２：排ガス管
１３：出滓口
１４：熱分解残渣
１５：炭化物層
【図１】
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【図２】
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