(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、熱分解炉（１０）と、該熱分解炉の出口部の開放面（２０）に接続された、熱分解によって生じた固体残留物および生ガスを回収するためのチャンバ（２２）を備える、固体フィードの熱分解によって生じた生ガスを処理するためのプラントであって、該チャンバ（２２）が、該生ガスの除塵処理をするための手段と化学的処理をするための手段とを有する生ガス処理装置（２４）を収容し、該生ガス処理装置（２４）が、少なくとも１つの生ガス入口（３４）と少なくとも１つの処理剤入口（３６）とを備えた円柱形のハウジング（３０）を備え、該生ガス入口(３４)が、前記チャンバ(２２)の中に存在する生ガスと前記生ガス処理装置（２４）の内側とを連絡し、前記処理剤入口(３６)が、前記チャンバ(２２)の壁を突き抜けて該チャンバ(２２)の外部に通じており、前記生ガス入口（３４）および前記処理剤入口（３６）が、前記ハウジング（３０）に対してその接線方向に配置されていることを特徴とするプラント。
【請求項２】
前記生ガス処理装置（２４）が、処理剤の再循環装置（５６）に接続されていることを特徴とする、請求項１に記載のプラント。
【請求項３】
前記生ガス処理装置（２４）が、除塵処理および化学的処理を施された後のガスを排出するための排出管路（４０）を備えていることを特徴とする、請求項１または２に記載のプラント。
【請求項４】
固体フィードの熱分解が、熱分解炉中で熱減成またはガス化を行うことによって実施され、該熱分解により該熱分解炉の出口部において生成した、固体状およびガス状の汚染物質を含む生ガスの処理方法において、請求項１〜３のいずれかに記載のプラントを用いて該生ガスの除塵処理および化学的処理が、該熱分解炉の出口部において同時に実施されることを特徴とする方法。
【請求項５】
前記生ガスの化学的処理において、処理剤が使用されることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記処理剤が、添加剤であることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記処理剤が、触媒であることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記除塵処理が、生ガスを遠心分離することによって実施されることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
【請求項９】
前記処理剤が、気相／固相反応により、化学的処理を行うものであることを特徴とする、請求項４〜６のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
前記処理剤が、気相／気相反応により、化学的処理を行うものであることを特徴とする、請求項４〜６のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
前記処理剤が、塩基性の添加剤であることを特徴とする、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記処理剤が、酸素化した化合物であることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記触媒が、生ガスの転化触媒であることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項１４】
前記化学的処理が、処理剤の全部または一部を再循環させて用いることを特徴とする、請求項４〜６のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機フラクションを含む可能性のある固体フィードの熱分解(thermal effect decomposition)によって生じたガスを処理するための方法およびプラントに関する。
【０００２】
本発明で処理することのできる有機フラクションを含む可能性のある固体フィードとしては、特に、都市および／または産業廃棄物、バイオマスまたは処理プラントスラッジ、あるいは汚染土壌を挙げることができる。
【０００３】
固体フィードの熱分解は、炉中で、熱減成(thermolysis または pyrolysis）によって実施され、その本質は、無酸素状態で加熱することによって前記フィードを熱分解することにある。
【０００４】
この熱分解は、また、フィードに水蒸気および／または空気を注入することによるガス化によっても達成することができる。
【０００５】
【従来の技術】
この熱分解により、コークスと呼ばれる炭素含有量の高い固形残留物と生ガスと呼ばれる高発熱量の高温ガスが生成する。
【０００６】
この生ガスは、特に、自体が酸化窒素の先駆物質であるＮＨ3、ＨＣＮなどの窒素化合物、ＨＣｌ、Ｈ2Ｓなどの酸性ガス、水銀などの重金属、アルカリ金属などのガス状の汚染物質が含まれる。これらのガスはさらに、タールと呼ばれる重質有機化合物を蒸気の状態で含むことがある。
【０００７】
これらの汚染物質はいずれも環境および人類に対して有毒である。これらのガスは、さらに、ダストなどの固体状汚染物質を含む。これらが大気中に排出されると、健康に対して非常に有害なものとなる可能性がある。
【０００８】
しかし、大気中に排出する前に、このダストを回収することを目的とした多くのプラントがある。このタイプのプラントが、特許文献１に記載されている。
【０００９】
【特許文献１】
欧州特許出願公開第０，０７６，４８４号明細書
このプラントは炉を備え、そこから高温の生ガスが、管路を通してサイクロンと呼ばれる遠心分離機に送られる。サイクロンは、生ガスの中に存在するダストを遠心効果によって分離することができる。このダストは、生ガスから分離されると、重力の影響でサイクロンの下部に落下し、トラップなどの排出装置へ送られ、そこで後に使用されるまで貯蔵される。
【００１０】
このようにして除塵されたガスは、サイクロンの上部から排出され、この特許出願に記載のように、ガスタービンを動かすのに使用され、その後、大気中に排出される。
【００１１】
このプラントによって、大部分のダストが除去されるが、大気中に排出される除塵されたガスは、依然として大量のガス状の汚染物質を含んでいるため、その毒性は低減されない。
【００１２】
さらに、サイクロンと炉の出口が離れているため、サイクロンに到達するまでに生ガスの温度が低下し、そのため生ガスに含まれる重質生成物(heavy products)が凝縮し、これがサイクロンに付着し、サイクロンを詰まらせる可能性がある。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、生ガスからダストを除去し、かつ、生ガスに含まれるガス状の汚染物質の全部または少なくとも大部分を除去することができる単純かつ安価な方法およびプラントによって上記の欠点を解決することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、固体フィードの熱分解が、熱分解炉中で熱減成またはガス化を行うことによって実施され、該熱分解により該熱分解炉の出口部において生成した、固体状およびガス状の汚染物質を含む生ガスの処理方法において、該生ガスの除塵処理および化学的処理が、該熱分解炉の出口部において同時に実施されることを特徴とする方法である。
【００１５】
また、本発明の方法は、生ガスの化学的処理において処理剤(reagents)が使用されることを特徴とすることができる。
【００１６】
また、本発明の方法は、前記処理剤が、添加剤(additives)であることを特徴とすることができる。
【００１７】
また、本発明の方法は、前記処理剤が、触媒であることを特徴とすることができる。
【００１８】
また、本発明の方法は、前記除塵処理が、生ガスを遠心分離することによって実施されることを特徴とすることができる。
【００１９】
また、本発明の方法は、前記処理剤が、気相／固相反応により、化学的処理を行うものであることを特徴とすることができる。
【００２０】
また、本発明の方法は、前記処理剤が、塩基性の添加剤であることを特徴とすることができる。
【００２１】
また、本発明の方法は、前記処理剤が、酸素化した化合物(oxygenated compounds)であることを特徴とすることができる。
【００２２】
また、本発明の方法は、前記触媒が生ガスの転化触媒であることを特徴とすることができる。
【００２３】
また、本発明の方法は、前記化学的処理が、処理剤の全部または一部を再循環させて用いることを特徴とすることができる。
【００２４】
本発明はさらに、少なくとも、熱分解炉（１０）と、該熱分解炉の開放面（２０）に接続された、熱分解によって生じた固体残留物および生ガスを回収するためのチャンバ（２２）を備える、固体フィードの熱分解によって生じた生ガスを処理するためのプラントであって、該チャンバ（２２）が、該生ガスの除塵処理をするための手段と化学的処理をするための手段とを有する生ガス処理装置（２４）を収容していることを特徴とするプラントである。
【００２５】
また、本発明のプラントは、前記生ガス処理装置（２４）が、少なくとも１つの生ガス入口（３４）と、少なくとも１つの処理剤入口（３６）とを備えた円柱形のハウジング（３０）を備えていることを特徴とすることができる。
【００２６】
また、本発明のプラントは、前記生ガス入口（３４）および前記処理剤入口（３６）が、ハウジング（３０）に対してその接線方向に配置されていることを特徴とすることができる。
【００２７】
また、本発明のプラントは、前記生ガス処理装置（２４）が、処理剤の再循環装置（５６）に接続されていることを特徴とすることができる。
【００２８】
また、本発明のプラントは、前記生ガス処理装置（２４）が、除塵処理および化学的処理を施された後のガスを排出するための排出管路（４０）を備えていることを特徴とすることができる。
【００２９】
本発明の他の特徴および利点は、例を挙げて説明する以下の説明を添付図面を参照して読むことによって明白となろう。なお、本発明は、次に示す例によりその範囲を限定されるものではない。
【００３０】
【発明の実施の形態】
図を参照すると、本プラントは、エンクロージャ(enclosure)１２を有する長軸がＸＸ’である熱分解炉１０を備える。この熱分解炉１０としては、回転炉が好ましい。この熱分解炉が回転炉であるときは、エンクロージャ１２は、回転式であり、その周囲には、管路１６を通して加熱手段が供給される閉じた固定式の環状空間１４が設けられる。
【００３１】
加熱手段は、熱分解炉の下方と加熱空間の下部に配置された一連のバーナ（図示せず）に供給される可燃性ガス、または、この環状空間を満たし、例えば本出願の出願人の名義で公開された特許出願ＦＲ−Ａ−２，７９７，６４２に記載のコークス燃焼手段から供給される高温の流体とすることができる。
【００３２】
この熱分解炉にはその一端に、公知の供給管路１８を通して、都市および／または産業廃棄物、バイオマス、あるいは処理プラントスラッジなどの、有機物フラクションを含む可能性のある、固体フィードが供給される。
【００３３】
熱分解炉の粒径および／または水分仕様に適合するように、熱分解炉に供給する前に、このフィードを、当技術分野で周知の任意の手段によって処理（粉砕、乾燥）することができる。
【００３４】
フィードは、可能な場合には、前処理が施され、供給管路１８を通して熱分解炉１０に供給され、熱分解後に、熱分解炉の他端の開放面２０を通って出口部へ流出する。
【００３５】
開放面２０には、その内側容積に生ガス処理装置２４を有する、閉じたチャンバ２２がしっかりと接続されている。生ガス処理装置２４は、生ガスに含まれるダストを分離する分離器の働きをし、同時に、生ガスの中に存在するガス状の汚染物質を除去する化学反応器として機能する。
【００３６】
本発明においては、この生ガス処理装置を分離器／反応器と表すことがある。
【００３７】
ここで示した例では、断面が正方形のこのチャンバ(chamber)は、炉の軸にほぼ垂直な全体軸ＹＹ’を有し、その下部に、固体残留物またはコークスを集める捕集器の働きをするホッパ形の容積(volume)（ホッパ部と表すことがある）２６、その上部にカバー２８を備える。
【００３８】
この説明で使用される用語「上部」および「下部」はそれぞれ、図１に関して、図の最上部および最下部に位置する要素を呼ぶのに使用される。
【００３９】
図に示した例では、分離器／反応器２４は、カバー２８によってチャンバの上部に支持されている。分離器／反応器２４は、その軸がチャンバの軸と一致した円筒形のハウジング３０と、少なくともダストを回収するためのホッパ形状を有する下部（ホッパ部と表すことがある）３２とからなる。上部には、少なくとも１つの生ガス入口３４と、管路３８に接続され、生ガスに含まれるガス状の汚染物質を除去する少なくとも１つの処理剤入口３６と、除塵され化学的処理されたガスを排出する排出管路４０が設けられている。
【００４０】
生ガス入口３４は、チャンバ２２の中に存在する生ガスと分離器／反応器２４の内側とを連絡し、処理剤入口３６は、このチャンバの壁を突き抜けて走る管路３８に接続され、これによってこの分離器／反応器に供給される処理剤を供給する供給源に接続される。
【００４１】
図２からより明瞭に分かるとおり、生ガス入口３４および処理剤入口３６は、ハウジング３０に対してその接線方向に配置されており、これにより、循環速度の効果により、軸ＹＹ’を中心とした生ガスおよび処理剤の高速円運動が得られる。
【００４２】
生ガスに含まれるダストは、このように、遠心分離によって生ガスから機械的に分離され、同時に処理剤が生ガスと混合され、これによって生ガスが化学的に処理される。このようにして固体状およびガス状の汚染物質が除去された生ガスは、排出管路４０を通して排出される。
【００４３】
チャンバ２２内に分離器／反応器２４をこのようにレイアウトすることによって、ダストを機械的に分離する際の温度が、熱分解炉の出口温度と同じになり、これによりタールなどの重質生成物の凝縮を防ぐことができる。
【００４４】
もちろん、本発明の範囲から逸脱することなく、生ガスと処理剤の循環を並流または向流とすることができる。すなわち最初のケースでは、ガスと処理剤を軸ＹＹ’を中心とする同一回転方向へ循環させ、他方のケースでは、ガスと処理剤を反対の方向へ循環させる。その目的は、ダスト粒子を機械的に分離するために十分な生ガスの回転速度を得ると共に、同時に、生ガスと処理剤との最も均一な混合を達成することにある。
【００４５】
チャンバ２２は、そのホッパ部２６の端部で、フィードの熱分解によって生じた固体残留物を排出するための管路４２に接続される。この管路は、制御弁４４または他の任意の手段を含むことができる。これにより、固体残留物を受け取り処理するのに適した装置および／またはプラントへの固体残留物の流れを制御することができる。
【００４６】
除塵／処理済みガスの排出管路４０は、管路４６によって、ガスに含まれる炭化水素または熱エネルギーを回収するためのプラントに接続することができる。
【００４７】
分離器／反応器２４のホッパ部３２は、管路４８によって、ダストおよび／または処理剤回収タンク５２に接続される。この管路は、チャンバ２２の壁を突き抜けて走っており、流量制御弁５０を備えることができる。
【００４８】
回収したダストおよび処理剤は後に使用する目的で貯蔵し、または、管路５４を通して再循環装置５６へ送ることができる。再循環装置５６の主な目的は、分離器／反応器を通過させたときに完全には使用されなかった処理剤を、分離器／反応器に再循環させることにある。
【００４９】
実際、ガス状の汚染物質のスクラビング(scrubbing)に使用された処理剤、および過剰の処理剤は、このホッパの底に排出される。
【００５０】
したがって処理剤回収タンク５２には、ダスト、使用されなかった処理剤、およびガス状の汚染物質を吸収した処理剤が回収される。
【００５１】
先に述べたとおり、処理剤からダストを分離するために、さまざまな成分を処理することを目的とした再循環装置５６を使用することができる。ダストは、管路５８を通して適当な装置に排出され、再循環させる処理剤は、再循環管路６０を通して分離器／反応器の管路３８へ送られる。
【００５２】
例えば、この再循環装置として、粗い粒径の処理剤をより細かい粒径のダストから分離することのできる篩タイプの粒子サイズ分離器(granulometric separator)を用いることができる。
【００５３】
管路３８には、処理剤入口３６と管路３８と再循環管路６０の接続点との間に制御弁６２を配置し、これにより分離器／反応器中の前記処理剤の流れを制御するのが好ましい。
【００５４】
次に、ガス処理プラントの操作方法を図１に基づいて説明する。
【００５５】
フィード（前処理済みまたは無処理）を、供給管路１８を通して熱分解炉１０のエンクロージャ１２の中へ供給する。回転炉の場合、フィードはエンクロージャの内部へ向かって前進する。
【００５６】
このフィードは、環状空間１４で生成されエンクロージャの中へ伝えられた熱の作用で、無空気状態での熱分解(thermal degradation)による熱減成(pyrolysis)を受ける。
【００５７】
このフィードは、エンクロージャの中へ空気および／または水蒸気を注入することによるガス化によっても熱分解させることができる。
【００５８】
この熱分解の結果得られるのは、一方は、開放面２０を通して出口部のチャンバ２２へ送られ、ホッパ部２６の中へ落下し、次いで管路４２を通して排出される固体残留物またはコークス６４であり、他方は、やはり開放面２０を通して出口部のチャンバ２２へ流出する、固体状およびガス状の汚染物質を含む生ガス６６である。
【００５９】
生ガスは、揮発性を有するためチャンバの上部に向かって流れ、生ガス入口３４を通って、５から５０ｍ／秒の平均速度で分離器／反応器２４に入る。これにより、分離器／反応器の軸ＹＹ’を中心とした生ガスの回転運動が起こる。
【００６０】
同時に、生ガスの中に存在するガス状の汚染物質を除去するように設計された処理剤が、管路３８を通して処理剤入口３６に、５から５０ｍ／ｓの平均速度で供給される。この入口のレイアウトを考慮すれば、処理剤も軸ＹＹ’を中心に回転運動し、生ガスとできるだけ均一に混合される。
【００６１】
処理剤は、塩基性の添加剤であってもよい。これにより、分離器／反応器は、生ガスと添加剤との間の気相／固相化学反応の反応器としてふるまうようにすることができる。このような処理剤は、生ガスの中に存在するＨＣｌ、ＳＯ2、Ｈ2Ｓ、Ｈｆなどの酸性ガスを中和し除去することができる。
【００６２】
処理剤は、ドロマイト、アルカリ金属、アルカリ金属の炭酸塩、ニッケルベースの触媒(nickel-based catalyst)などの触媒であってもよい。これにより、分離器／反応器は、スチームリホーミング、クラッキングなどの生ガスの転化を実施することができる反応器としてふるまうようにすることもできる。
【００６３】
もちろん、本発明の範囲から逸脱することなく、分離器／反応器を、気相／気相化学反応の反応器として機能するよう設計し、酸素化した化合物、水蒸気、空気、酸素などの処理剤を処理剤入口３６を通して注入して、気相／気相タイプの化学反応を実行するようにすることもできる。
【００６４】
このように、生ガスの中に存在するダストは、ガスの円運動によって生じた遠心効果によって生ガスから分離され、同時に、生ガスは、処理剤と接触し、この処理剤が反応し、生ガスからガス状の汚染物質を除去することができる。
【００６５】
処理され除塵されたガスは次いで、排出管路４０を通して排出される。一方、ダスト、おそらくは処理剤を担持したダスト、および使用済みの処理剤もしくは過剰な処理剤は、先に説明したように、管路４８を通して処理剤回収タンク５２に排出され、再循環装置５６によって再循環される。
【００６６】
このプラントにより、熱分解炉の出口で「クリーン」なガス、すなわち、ガス状の汚染物質を含まない、または少なくともごくわずかにしか含まない除塵されたガスを得ることができる。
【００６７】
本発明は、以上に記載した例に限定されず、他の実施形態を含む。
【００６８】
特に、この分離器／反応器内で使用される処理剤の割合を高めることによって、再循環装置５６を省き、処理剤回収タンク５２の内容物を管路５４および再循環管路６０を経由して分離器／反応器２４に直接に再循環させるができる。
【００６９】
【発明の効果】
本発明により、熱分解炉の出口で、生ガスからダストを除去し、かつ生ガスに含まれるガス状の汚染物質の全部または少なくとも大部分を除去した「クリーン」なガスを得ることができる、単純かつ安価な、生ガスの処理方法および処理プラントを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づくプラントの概略部分断面図である。
【図２】図１の線２−２に沿った断面図である。
【符号の説明】
１０  熱分解炉
１２  エンクロージャ
１４  環状空間
１６  管路
１８  供給管路
２０  開放面
２２  チャンバ
２４  生ガス処理装置（分離器／反応器）
２６  ホッパ部
２８  カバー
３０  ハウジング
３２  ホッパ部
３４  生ガス入口
３６  処理剤入口
３８  管路
４０  排出管路
４２  管路
４４  制御弁
４６  管路
４８  管路
５０  流量制御弁
５２  処理剤回収タンク
５４  管路
５６  再循環装置
５８  管路
６０  再循環管路
６２  制御弁
６４  コークス
６６  生ガス
【図１】
0004505178.tif 000002
【図２】
0004505178.tif 000003