(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理物を熱分解して熱分解ガスを生成する熱分解炉と、
熱分解炉から送られてくる熱分解ガスを加熱して改質ガスに改質するガス改質炉と、
ガス改質炉から送られてくる改質ガスの有する熱エネルギーを利用して酸素含有ガスを加熱する空気熱交換器と、
空気熱交換器とガス改質炉とを接続し、空気熱交換器で加熱された酸素含有ガスをガス改質炉へ送る空気搬送管と、を備え、
ガス改質炉へ送られる酸素含有ガスの温度は、ガス改質炉内の加熱温度近傍の温度となって、改質ガス中の不活性成分を減少させて可燃性成分を増加させ、
空気熱交換器より後段には、空気熱交換器から送られてくる改質ガスを急速に冷却する急速冷却器が接続され、
急速冷却器は、ボイラ給水により冷却されているボイラを有し、
急速冷却器に搬送された改質ガスは、ボイラへ送られて、ボイラ給水により冷却されダイオキシン類の再合成を抑制する２００℃以下の温度となることを特徴とする熱分解ガス化改質システム。
【請求項２】
被処理物を熱分解して熱分解ガスを生成する熱分解炉と、
熱分解炉から送られてくる熱分解ガスを加熱して改質ガスに改質するガス改質炉と、
ガス改質炉から送られてくる改質ガスの有する熱エネルギーを利用して酸素含有ガスを加熱する空気熱交換器と、
空気熱交換器とガス改質炉とを接続し、空気熱交換器で加熱された酸素含有ガスをガス改質炉へ送る空気搬送管と、を備え、
ガス改質炉へ送られる酸素含有ガスの温度は、ガス改質炉内の加熱温度近傍の温度となって、改質ガス中の不活性成分を減少させて可燃性成分を増加させ、
空気熱交換器より後段には、空気熱交換器から送られてくる改質ガスを急速に冷却する急速冷却器が接続され、
急速冷却器は、改質ガスと冷却水とを直接接触させて改質ガスを冷却してダイオキシン類の再合成を抑制する２００℃以下の温度とする直接冷却器を有することを特徴とする熱分解ガス化改質システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被処理物を熱分解して生成される熱分解ガスを加熱して、化学的に安定でかつ低位発熱量を有する改質ガスに改質する熱分解処理システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、一般廃棄物やカーシュレッダーダスト等の有機系廃棄物等の廃棄物は、熱分解残渣と熱分解ガスとに熱分解される。このように、廃棄物を熱分解して生成される熱分解ガスは、環境に対して有害である高分子の炭化水素を多量に含んでいる。このため、熱分解ガスは、高温環境下のガス改質炉で加熱され、熱分解ガス中の高分子の炭化水素は、水素、一酸化炭素、メタン等の低分子量、低位発熱量の化学的に安定した物質へ化学変化する。このようにして、熱分解ガスは性状が比較的安定した改質ガスに改質される。
【０００３】
改質ガスは、さらに、脱塩処理、脱硫処理、ダスト回収処理等の浄化処理が施されて精製ガスに精製される。この精製ガスは、他の処理施設に送られて熱源として活用されたり、大気中に放出されるのが一般的である。しかしながら、ガス改質炉から排出される改質ガスは、熱分解ガスを高温環境下で加熱して得られるので、非常に高温となっており、精製ガスへの浄化処理を効率良く行うことができない。従って、精製ガスを効率良く生成するためには、改質ガスを浄化処理に適した温度に冷却する必要がある。
【０００４】
この時、改質ガスは直接冷却されて、冷却により失われた改質ガスの顕熱に相当する熱エネルギーは、回収されないか、あるいはガス改質炉の下流に配置されたボイラのおいて蒸気に吸収されて給湯や冷暖房等に利用されるのが一般的である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、従来の熱分解処理システムでは、ガス改質炉から排出された改質ガスの顕熱のうち冷却により失われた顕熱に相当する熱エネルギーは、回収されずに全く利用されないか、あるいは蒸気を介して給湯や冷暖房等に利用される程度であった。
【０００６】
従って、廃棄物の熱分解処理において生じるエネルギーを利用して発電等を行う場合に、実際に利用可能なエネルギーは、廃棄物の有するエネルギーからガス改質炉より排出された改質ガスの有する顕熱に相当する熱エネルギーを差し引いたエネルギーとなる。
【０００７】
ところで、冷却により失われる改質ガスの顕熱に相当する熱エネルギーは、熱分解処理された廃棄物の有するエネルギーの約１０％程度に相当する。従って、廃棄物の熱分解処理において生じるエネルギーを利用して発電等を行う場合には、廃棄物の有するエネルギーのうち約１０％程度に相当するエネルギーが有効に利用されておらず、大きなエネルギー損失を生じている。
【０００８】
また、ガス改質炉の下流側に空気を媒体とする熱交換器を設置して、この熱交換器において、ガス改質炉からの改質ガスを概ね２００℃以下に冷却して、改質ガスの冷却により失われる顕熱に相当する熱エネルギーを回収することも考えられる。
【０００９】
しかしながら、空気等のガス類を媒体とするガス／ガス間の熱交換器は、ボイラーのように液体を媒体とするガス／液間の熱交換器に比べて、伝熱係数が小さい。従って、ガス／ガス間の熱交換器により改質ガスを冷却する場合には、熱交換器の機器サイズを大きくし熱交換器内部での改質ガスの滞留時間を長くして、長時間かけて改質ガスの冷却を行う必要がある。このように改質ガスを長い時間をかけて冷却する場合には、改質ガスは、ダイオキシン類の再合成反応が活発な概ね５００℃〜３００℃という温度域の温度を長時間滞留することになる。従って、改質ガスをガス／ガス間の熱交換器により冷却する場合には、改質ガスからダイオキシン類が再合成する危険性が非常に高くなる。
【００１０】
本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、ガス改質炉から排出される改質ガスの有する熱エネルギーを効率的に利用するとともに、改質ガスの冷却の際にダイオキシン類が再合成するのを防ぐことができる熱分解処理システムを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、被処理物を熱分解して熱分解ガスを生成する熱分解炉と、熱分解炉から送られてくる熱分解ガスを加熱して改質ガスに改質するガス改質炉と、ガス改質炉から送られてくる改質ガスの有する熱エネルギーを利用して酸素含有ガスを加熱する空気熱交換器と、空気熱交換器とガス改質炉とを接続し、空気熱交換器で加熱された酸素含有ガスをガス改質炉へ送る空気搬送管と、を備えたことを特徴とする熱分解ガス化改質システムである。
【００１２】
本発明によれば、ガス改質炉で熱分解ガスを加熱する際には、空気搬送管を介して送られてくる加熱された酸素含有ガスが利用されるので、効率的にガス改質炉で熱分解ガスを加熱することができる。
【００１３】
好ましくは、空気熱交換器より後段には、空気熱交換器から送られてくる改質ガスを急速に冷却する急速冷却器が接続されている。
【００１４】
より好ましくは、急速冷却器は、ボイラ給水により冷却されているボイラを有し、急速冷却器に搬送された改質ガスは、ボイラへ送られてボイラ給水により冷却される。
【００１５】
より好ましくは、急速冷却器は、冷却水を噴射して改質ガスと直接接触して冷却する直接冷却器を有する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
第１の実施の形態
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００１７】
図１は本発明の第１の実施の形態を示す図である。ここで図１は熱分解処理システムを示す構成図である。
【００１８】
図１において、熱分解処理システムは、一般廃棄物等の被処理物１１を熱分解残渣２０と熱分解ガス２１とに熱分解する熱分解炉１と、熱分解炉１に接続され、熱分解炉１から送られてくる熱分解ガス２１を加熱して改質ガス２２に改質するガス改質炉２と、を備えている。
【００１９】
ガス改質炉２には空気熱交換器３が接続され、空気熱交換器３は、ガス改質炉２から送られてくる改質ガス２２を酸素を含む改質反応用空気１２（酸素含有ガス）により冷却するようになっている。従って、この改質反応用空気１２は、改質ガス２２によって加熱されることとなる。
【００２０】
ガス改質炉２と空気熱交換器３とは空気搬送管１０により接続されており、改質ガス２２の有する熱エネルギーを吸収して加熱された改質反応用空気１２は、空気搬送管１０を通ってガス改質炉２に送られる。
【００２１】
空気熱交換器３にはボイラ４が接続されており、このボイラ４は、空気熱交換器３から送られてくる改質ガス２２をボイラ給水１３により急速に冷却するようになっている。また、ボイラ４にはガス浄化装置５が接続されており、ガス浄化装置５は、ボイラ４から送られてくる改質ガス２２に浄化処理を施して性状が非常に安定した精製ガス２３を生成するものである。このようにして生成された精製ガス２３は、ガス発電機６へ送られて燃料として活用されている。
【００２２】
次にこのような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。
【００２３】
熱分解処理が必要とされる一般廃棄物等の被処理物１１は、熱分解炉１に投入される。このとき、被処理物１１は、特別な処理が加えられないで熱分解炉１に直接投入される場合もあるが、通常は、破砕機（図示せず）により被処理物１１を破砕して、磁選機（図示せず）により鉄類等の磁選物の選別処理を行い、乾燥機（図示せず）により被処理物１１を乾燥した後に、被処理物１１は熱分解炉１に投入される。
【００２４】
熱分解炉１は、無酸素状態あるいは酸素不足の雰囲気の下で約４００℃〜６００℃まで直接あるいは間接に加熱されている。このような熱分解炉１に投入された被処理物１１は、熱分解残渣２０と熱分解ガス２１とに熱分解される。
【００２５】
熱分解残渣２０は、炭素分を多量に含むので、電炉の還元剤やセメントキルンの燃料等として系外にマテリアルリサイクルされたり、溶解炉で熱分解残渣２０中の灰成分を溶融して可燃性の溶融ガスを生成したりして、適切な無害化処理が施される。他方、熱分解ガス２１は、ガス改質炉２に送られる。
【００２６】
ガス改質炉２に送られた熱分解ガス２１は、約１０００℃〜１２００℃で加熱されており、熱分解ガス２１の主要成分である高分子量の炭化水素は、水素、一酸化炭素、メタン等の低分子量、低位発熱量の化学的に安定した物質へ改質される。なお、ガス改質炉２では、熱分解炉１から送られてきた熱分解ガス２１の一部を燃焼することにより、熱分解ガス２１を加熱している。
【００２７】
改質ガス２２は、ガス改質炉２から空気熱交換器３へ送られる。ガス改質炉２から排出される改質ガス２２は、ガス改質炉２で加熱されて約１０００℃という高温となっているが、空気熱交換器３に送られた改質ガス２２は、改質反応用空気１２により改質ガス２２の有する熱エネルギーが吸収されて約５００℃まで冷却される。
【００２８】
このとき、改質ガス２２の熱エネルギーを吸収して加熱された改質反応用空気１２は、空気搬送管１０を通ってガス改質炉２へ送られて、ガス改質炉２で熱分解ガス２１を燃焼する際の空気として利用される。
【００２９】
ところで、ガス改質炉２では、熱分解ガス２１を改質ガス２２に改質するために、ガス改質炉２内の酸素を用いて熱分解ガス２１を燃焼して、熱分解ガス２１を約１０００℃〜１２００℃に加熱する必要がある。このとき、燃焼には関与しないガス改質炉２内の空気中の窒素等の不活性ガスも、熱分解ガス２１の燃焼によって、約１０００℃〜１２００℃に加熱する必要がある。このように、改質ガス２２および不活性ガスを約１０００℃〜１２００℃に加熱する場合には、熱分解ガス２１の燃焼の際に供給される空気の温度が約１０００℃〜１２００℃に近いほど、熱分解ガス２１の燃焼によって発生させる熱量は少なくてよい。
【００３０】
このため、空気熱交換器３で加熱された改質反応用空気１２を利用して熱分解ガス２１を燃焼させることにより、熱分解ガス２１の燃焼量は減少して、熱分解ガス２１の燃焼の際に生じる二酸化炭素や水蒸気のような不活性成分の発生量は減少する。これにより、ガス改質炉２において生成される改質ガス２２は、不活性成分が減少して可燃性成分が増加するので、改質ガス２２の低位発熱量は増加する。
【００３１】
また、エネルギー保存の法則から以下の（１）式が成立する。すなわち、エネルギー保存の法則によれば、ガス改質炉２に送られる熱分解ガス２１の顕熱量Ｑｐおよび低位発熱量Ｌｐと、熱分解ガス２１の燃焼のためにガス改質炉２に供給される空気の顕熱量Ｑａと、の和から、ガス改質炉２における熱損失量Ｑｌを差し引いたものは、改質ガス２２の顕熱量Ｑｃおよび低位発熱量Ｌｃの和に等しくなる。
【００３２】
Ｑｐ  ＋  Ｌｐ  ＋  Ｑａ  −  Ｑｌ  ＝  Ｑｃ  ＋  Ｌｃ  ・・・（１）
このとき、熱分解ガス２１の燃焼に常温の空気を使用する場合と高温の空気を使用する場合とを比較すると、常温の空気の顕熱量Ｑａ１と高温の空気の顕熱量Ｑａ２との間には以下の（２）式が成立する。
【００３３】
Ｑａ１    ＜  Ｑａ２  ・・・（２）
また、ガス改質炉２の操業温度等の運転条件を一定とした場合には、ガス改質炉２における熱損失量Ｑｌは略一定となり、また、改質ガス２２の顕熱量Ｑｃも略一定となる。
【００３４】
従って、ガス改質炉２の運転条件を一定にするとともに、ガス改質炉２に送られる熱分解ガス２１の顕熱量Ｑｐおよび低位発熱量Ｌｐを一定として熱分解ガス２１の有する総エネルギーＱｐ＋Ｌｐを一定とした場合には、ガス改質炉２に供給する改質反応用空気１２の顕熱量Ｑａを増加させると、改質ガス２２の有する低位発熱量Ｌｃも増加することが、上述の（１）式および（２）式から分かる。
【００３５】
このように、（１）式に示すエネルギー保存の法則からも、ガス改質炉２で熱分解ガス２１を燃焼させる際に高温の改質反応用空気１２を使用した場合のほうが、常温の改質反応用空気１２を使用した場合よりも、ガス改質炉２で生成される改質ガス２２の有する低位発熱量Ｌｃは増加することが分かる。
【００３６】
空気熱交換器３において約５００℃まで冷却された改質ガス２２は、ボイラ４に送られる。ボイラ４に送られた改質ガス２２は、ボイラ給水１３により急速に冷却されて短時間で約２００℃以下の温度とされる。また、改質ガス２２を冷却するために使用されたボイラ給水１３は蒸気１５となり、この蒸気１５は、熱分解炉１に投入する前の被処理物１１を乾燥させる乾燥機の熱源として利用されたり、給湯や冷暖房等に余熱利用されたりする。
【００３７】
ボイラ４で急速に冷却された改質ガス２２は、ガス浄化装置５に送られる。ガス浄化装置５では、バグフィルターにより改質ガス２２の脱塵処理を行ったり、改質ガス２２中の塩化水素等の酸性ガス成分やアンモニア等の微量有害成分を湿式洗浄によって除去したり、改質ガス２２中の硫化水素等の硫化物を脱硫機によって除去したりして、改質ガス２２の浄化処理が行われる。このように、改質ガス２２を浄化処理することによって、改質ガス２２から性状の安定した精製ガス２３が生成される。
【００３８】
ガス浄化装置５で浄化処理された精製ガス２３は、ガス発電機６へ送られて、発電用の燃料として活用されている。なお、精製ガス２３は、ガス発電機６だけではなく、ボイラ４や工業用炉等の熱機器において使用される燃料や化学プロセスの原料として利用することができる。
【００３９】
以上説明したように、本実施の形態によれば、改質ガス２２の熱エネルギーを吸収した改質反応用空気１２は、空気搬送管１０を通ってガス改質炉２に供給され、ガス改質炉２における熱分解ガス２１の燃焼に使用される。これにより、ガス改質炉２で改質される改質ガス２２は、可燃性成分が増加して低位発熱量が増加するので、改質ガス２２を精製して得られる精製ガス２３の有する低位発熱量も増加する。このため、発電機等の精製ガス利用機器に利用することができる精製ガス２３の熱エネルギーは増加するので、精製ガス利用機器に利用することができるエネルギーのエネルギー効率は向上して、例えば、ガス発電機６の発電量は増加する。なお、酸素を含む改質反応用空気１２の代わりに改質反応用酸素を用いた場合にも、本発明による作用効果を期待することができる。
【００４０】
また、改質ガス２２は、空気熱交換器３により比較的緩やかに時間をかけて約５００℃まで冷却されて、その後、ボイラ４において急速に冷却されて短時間で約２００℃以下の温度とされる。これにより、改質ガス２２は、ダイオキシン類の再合成反応が活発な概ね５００℃〜３００℃という温度域を、長時間滞留することなく短時間で通過するので、ダイオキシン類の再合成を最小限度に抑制することができる。
【００４１】
第２の実施の形態
図２は本発明の第２の実施の形態を示す図である。ここで図２は熱分解処理システムを示す構成図である。
【００４２】
図２に示す第２の実施の形態は、ボイラ４の代わりに、噴霧冷却水１４を水噴射して改質ガス２２と直接接触させて改質ガスを急速に冷却する直接冷却器７を、空気熱交換器３とガス浄化装置５との間に設置したものである。直接冷却器７は、空気熱交換器３から送られてくる改質ガス２２を短時間で約２００℃以下の温度に冷却した後に、この改質ガス２２をガス浄化装置５へ送ることができる。
【００４３】
他の構成は図１に示す第１の実施の形態と略同一である。
【００４４】
図２において、図１に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００４５】
図２に示される熱分解処理システムにおいて、熱分解炉１で被処理物１１を熱分解して発生した熱分解ガス２１は、ガス改質炉２において改質ガス２２に改質されて、この改質ガス２２は、空気熱交換器３において約５００℃まで冷却されて、その後、直接冷却器７へ送られる。
【００４６】
直接冷却器７に送られた改質ガス２２は、噴霧冷却水１４の水噴射によって急速に冷却され、短時間で約２００℃以下の温度とされる。
【００４７】
このように直接冷却器７で急速に冷却された改質ガス２２は、ガス浄化装置５に送られて精製ガス２３に精製され、この精製ガス２３は、ガス発電機６等の精製ガス利用機器へ送られて熱源等として利用される。
【００４８】
以上説明したように、本実施の形態によれば、改質ガス２２は、空気熱交換器３により比較的緩やかに時間をかけて約５００℃まで冷却されて、その後、直接冷却器７で噴霧冷却水１４が水噴射されて急速に冷却され短時間で約２００℃以下の温度とされる。これにより、改質ガス２２は、ダイオキシン類の再合成反応が活発な概ね５００℃〜３００℃という温度域を長時間滞留することなく短時間で通過するので、ダイオキシン類の再合成を最小限度に抑制することができる。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ガス改質炉で熱分解ガスを加熱する際には、空気搬送管を介して送られてくる加熱された酸素含有ガスが利用されるので、ガス改質炉から排出される改質ガスの有する熱エネルギーを効率的に利用することができる。また、改質ガスは、急速冷却器により急速に冷却されるため、ダイオキシン類の再合成が活発な温度域を長時間滞留することはなく、改質ガスからダイオキシン類が再合成するのを効果的に防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による熱分解処理システムの第１の実施の形態を示す構成図である。
【図２】本発明による熱分解処理システムの第２の実施の形態を示す構成図である。
【符号の説明】
１  熱分解炉
２  ガス改質炉
３  空気熱交換器
４  ボイラ
５  ガス浄化装置
６  ガス発電機
７  直接冷却器
１０  空気搬送管
１１  被処理物
１２  改質反応用空気
１３  ボイラ給水
１４  噴霧冷却水
１５  蒸気
２０  熱分解残渣
２１  熱分解ガス
２２  改質ガス
２３  精製ガス
【図１】
0004434531.tif 000002
【図２】
0004434531.tif 000003