(57)【要約】本発明は石炭、廃タイヤ、廃油のような高分子有機物をガス状の燃料である一酸化炭素と水素でガス化する方法及び該装置に係り、その方法において、ガス化器内に初期燃料ガスと酸素を供給して水と二酸化炭素を生成させる段階と、ガス化器内に供給された有機物を水と二酸化炭素と反応させ一酸化炭素と水素ガスを生成させる段階と、前記生成された一酸化炭素と水素ガスをガス化器から排出する段階と、前記ガス化器内で排出された一酸化炭素と水素ガスをガス化器内に再循環させる段階と、前記ガス化器内に供給された一酸化炭素と水素ガスを酸素と反応させ水と二酸化炭素を生成させる段階と、に構成されていた。前記方法によるとガス化器の温度制御が容易で、生成ガス内の水素濃度を増加させて良質の生成ガスが得られる。
2004515639.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱されたガス化器内で有機物を一酸化炭素及び水素ガスにガス化するステップ、
前記ガス化器から排出された前記一酸化炭素及び水素ガスの一部を、前記ガス化器に再循環させるステップ、並びに、
前記ガス化器内に供給された一酸化炭素及び水素ガスを酸素と反応させ、熱と共に水及び二酸化炭素を発生させるステップ、
を備えていることを特徴とする高分子有機物のガス化方法。
【請求項２】
前記再循環された一酸化炭素及び水素ガスから生成された前記水及び二酸化炭素を有機物と反応させ、一酸化炭素及び水素ガスを生成するステップをさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の高分子有機物のガス化方法。
【請求項３】
前記ガス化器内に供給される酸素は、ガス化器温度を約１３００℃に維持するのに必要な最小量で供給し、前記ガス化器内に供給される一酸化炭素及び水素ガスは酸素を完全に消費する量で供給することを特徴とする請求項１または２に記載の高分子有機物のガス化方法。
【請求項４】
ガス化器を有機物がガス化されるのに十分な温度に予熱するステップ、
初期燃料ガス及び酸素をガス化器内に供給して、熱と共に水及び二酸化炭素を生成させるステップ、
有機物をガス化器内に供給して水及び二酸化炭素と反応させ、一酸化炭素及び水素ガスを生成するステップ、
前記一酸化炭素及び水素ガスをガス化器から排出するステップ、
前記ガス化器から排出された一酸化炭素及び水素ガスの一部を前記ガス化器内に再循環させるステップ、
前記ガス化器内に供給された一酸化炭素及び水素ガスを酸素と反応させ、水及び二酸化炭素を熱と共に生成させるステップ、並びに、
前記水及び二酸化炭素を前記有機物と反応させ、一酸化炭素及び水素ガスを生成するステップ、
を備えることを特徴とする高分子有機物のガス化方法。
【請求項５】
加熱されたガス化器内で廃棄物を一酸化炭素及び水素ガスにガス化するステップ、
前記ガス化器から排出された一酸化炭素及び水素ガスの一部を、ガス化器とに連結されたバーナー内に再循環させるステップ、
前記バーナー内に供給された一酸化炭素及び水素ガスを酸素と反応させ、水及び二酸化炭素を熱と共に発生させるステップ、並びに、
前記水及び二酸化炭素を前記ガス化器内の廃棄物と反応させ、一酸化炭素及び水素ガスを生成させるステップ、
を備えていることを特徴とする廃棄物ガス化方法。
【請求項６】
廃棄物がガス化されるに充分な温度にガス化器を予熱するステップ、
一酸化炭素及び水素ガス（合成ガス）または水素ガスと酸素とを前記ガス化器に連結されたバーナー内に供給し、熱と共に水及び二酸化炭素を生成させるステップ、
前記水及び二酸化炭素をガス化器内に導入するステップ、
廃棄物をガス化器内に供給し、水及び二酸化炭素と反応させ、一酸化炭素及び水素ガスを生成するステップ、
前記一酸化炭素及び水素ガスをガス化器から排出するステップ、
前記ガス化器から排出された一酸化炭素及び水素ガスの一部を、前記ガス化器に連結されたバーナー内に再循環させるステップ、
前記バーナー内に供給された一酸化炭素及び水素ガスを酸素と反応させ、熱と共に水及び二酸化炭素を生成させるステップ、並びに、
前記水及び二酸化炭素をガス化器内に導入して廃棄物と反応させ、一酸化炭素及び水素ガスを生成させるステップ、
を備えていることを特徴とする廃棄物ガス化方法。
【請求項７】
一酸化炭素及び水素ガスの一部を酸素と反応させて二酸化炭素及び水を生成させ、生成された二酸化炭素及び水を有機物と反応させて一酸化炭素及び水素ガスを生成するガス化器、
前記ガス化器内に有機物を供給する手段、
前記ガス化器内に酸素を供給する手段、
前記ガス化器から前記一酸化炭素及び水素ガスを排出する手段、並びに、
前記一酸化炭素及び水素ガスの一部を前記ガス化器内に再循環させる手段、
を備えていることを特徴とする高分子有機物のガス化装置。
【請求項８】
前記ガス化器は、同一の形状及びサイズを有する二つの部分を備え、それらが上下に連結された構成を有していることを特徴とする請求項７に記載の高分子有機物のガス化装置。
【請求項９】
前記一酸化炭素及び水素ガスの一部を再循環させる手段及び前記酸素を供給する手段は、それぞれ、前記ガス化器の壁面に接線方向に設けられた少なくとも二つのノズルを有することを特徴とする請求項７または８に記載の高分子有機物のガス化装置。
【請求項１０】
二酸化炭素及び水を廃棄物と反応させて、一酸化炭素及び水素ガスを生成するガス化器、
前記一酸化炭素及び水素ガスが酸素と反応して生成される二酸化炭素及び水を熱と共に前記ガス化器内に供給するためのシンガスバーナー、
前記ガス化器内に廃棄物を供給するための手段、
前記ガス化器から一酸化炭素と水素ガスを排出する手段、並びに、
前記ガス化器から排出された一酸化炭素及び水素ガスの一部を前記シンガスバーナー内に再循環させる手段、
を備えていることを特徴とする廃棄物ガス化装置。
【請求項１１】
前記シンガスバーナーは、
一酸化炭素及び水素ガス（合成ガス）または水素ガスを供給するための管、
酸素を供給するための管、並びに、
前記一酸化炭素及び水素ガス（合成ガス）または水素を供給するための管と前記酸素供給管の先端が隣接して位置するようこれら管を固定するためのフランジ、
を備えていることを特徴とする請求項１０に記載の廃棄物ガス化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は石炭や廃油、廃タイヤ、廃棄物及び廃棄物のような高分子有機物をガス状の燃料である一酸化炭素と水素でガス化する方法及び該装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
工場などの産業現場で発生する廃油、廃有機溶剤のような高分子液状廃棄物や石炭及び廃タイヤのような高分子固形有機物をガス化するというのは、高分子有機物内の炭素、水素成分をガス状の燃料である一酸化炭素と水素ガス（一般に、合成ガスと知られている）に転換することを意味する。このようなガス化反応は外部から熱が供給し続けられるべき吸熱反応なので、反応を持続させるためにはガス化器の温度を十分高温に維持する必要がある。
【０００３】
今まで知られているガス化方法では、ガス化するために供給された高分子有機物の一部が酸素と酸化反応を起こす時に発生する燃焼熱でガス化器温度を高温に維持する方法を使用している。また、ガス化反応が起こるのに十分な温度が維持された状態で、ガス化反応を促進させ生成されたガス内の水素濃度を高めるために外部から蒸気また水を供給する方法も採択されている。
【０００４】
図１は石炭に対するガス化器として用いられる従来の装置の作動原理を模式的に示した図であって、図１Ａは固定層方式、図１Ｂは流動層方式、図１Ｃは分類層方式を表している。石炭は高分子有機物の一種であってこれをガス化させる従来の方式は、供給される石炭のサイズによって固定層方式と、流動層方式と、分類層方式とに大別される。それぞれの方式において石炭、酸素及び蒸気の供給方法、ガス化生成物である生成ガスの排出、そして残留物である灰の排出方法は違いがあるが、ガス化器内部で起こる反応は同一である。一般に、石炭塊をそのまま適用してガス化する場合は固定層方式、石炭を数ｍｍサイズに破砕した場合は流動層方式、それから石炭を破砕して石炭の平均粒子サイズを数十μｍサイズにした場合は分類層方式を適用している。
【０００５】
米国特許第６，１２０，５６７号（２０００．９．１９）では固形有機物をガス化して熱を生産するシステムについて開示しているが、ここでは触媒タイプの第１酸化室内で有機物が酸化欠乏条件下で次第に加熱されガス状の燃焼できる流出物になり、引き続き第２酸化室で燃焼によって完全に酸化されるようにしている。
【０００６】
また、米国特許第６，０８４，１４７号（２０００．７．４）では金属イオンによって汚染された廃有機物の熱分解方法であって、セラミックビ−ズの流動床で蒸気／酸素混合物を注入して廃有機物の分解を迅速に起こさせる方法が開示されている。ここで、流動状ガス混合物がビ−ズを撹乱して固形廃棄物の分解を助け、酸素は乾燥、熱分解及びスチ−ム再形成の熱的要求を相殺するようやや酸化を許すようになっている。殆んどの熱分解は第１段階で起こり、廃棄物の熱分解及びガス化の完了のための第２段階では無機物の酸化状態を変更させるために補助試薬を使用し、金属廃棄物を区画するために温度を調節する。
【０００７】
一方、米国特許第６，００１，１４４号（１９９９．１２．１４）では空気または酸素及び蒸気の存在下で部分的酸化によって燃焼またはガス化できる有機物を含む廃棄物をガス化する工程が開示されている。このガス化工程では、供給される蒸気と炭素を含む有機物との蒸気／炭素（Ｈ２Ｏ／Ｃ）のモル比を実質的に１ないし１０に調整して、約７００ないし約９００℃で有機物を部分的に酸化させ、次いで空気または酸素供給を継続したまま蒸気供給を中断して炭素を主成分として有する残り可燃性物質を燃焼させる段階を備える。
【０００８】
ガス化反応は吸熱反応なので、ガス化反応を持続させるためには１３００℃程の高温が維持される必要がある。このため、既存のガス化方法では、ガス化器内に高分子有機物（−ＣＨ２）と共に酸素を供給することによって高分子有機物内の炭素と水素成分が外部から供給された酸素と酸化反応を先に引き起こし、このような酸化反応によって発生された燃焼熱によってガス化反応が維持されうる温度にガス化器温度を維持させている。この際の反応式は次の式で表わされる。
［反応式１］
Ｃ＋Ｏ２→ＣＯ２
［反応式２］
２（−ＣＨ２）＋３Ｏ２→２Ｈ２Ｏ＋２ＣＯ２
【０００９】
ここで、反応式１の場合は炭素を主成分とする石炭で主に発生する燃焼反応を示し、反応式２は廃油のような高分子廃有機物で生じる主な燃焼反応である。
【００１０】
この際必要な酸素の量は、反応装置に供給される石炭（Ｃ）や廃油（−ＣＨ２）などの性状によって異なるが、大体石炭や廃油重さの０．５〜１．０倍になるべきである。反応装置に供給された酸素は反応式１及び２によって消費されながら反応装置内の温度を上昇させ、燃焼生成物であるＨ２ＯとＣＯ２を生成する。
【００１１】
これら燃焼生成物は、供給された高分子有機物の主成分である炭素（Ｃ）と、次の反応式３及び４のようなガス化反応を行う。この反応は燃焼反応に比べて長い反応時間を必要とし、反応が持続されるためには、より高温の雰囲気を必要とする反応である。廃油（−ＣＨ２）のような有機物のガス化反応は次の反応式５及び６で表される。
［反応式３］
Ｃ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ＋Ｈ２
［反応式４］
Ｃ＋ＣＯ２→２ＣＯ
［反応式５］
（−ＣＨ２）＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ＋２Ｈ２
［反応式６］
（−ＣＨ２）＋ＣＯ２→２ＣＯ＋Ｈ２
【００１２】
前記反応式１及び２は酸化反応であるが、反応式３ないし６は還元反応である。このような反応によって生成されたガスは、ＣＯとＨ２を主成分とする燃料ガスになる。
【００１３】
すなわち、従来のガス化方式では、ガス化反応（反応式３乃至６）において、ガス化器の温度を上昇させるために、石炭や廃油に供給される酸素によって生じる酸化反応（反応式１及び２）を用いている。また、水性ガスシフト（ｗａｔｅｒ ｇａｓ ｓｈｉｆｔ）反応（反応式７）によって水素濃度を上昇させるために、更に、高温の蒸気を追加供給することが必要とされる。このような蒸気は、ガス化器の中の燃料ガスを冷却するために取り付けられたボイラの中で、高温の燃料ガスと熱交換する方法により得られる。
［反応式７］
ＣＯ＋Ｈ２Ｏ→Ｈ２＋ＣＯ２
【００１４】
以上述べた通り、従来のガス化方式では、酸化反応（反応式１と２）、還元反応（反応式３ないし６）、及び水性ガス転移反応（反応式７）が同じ空間で同時に起こり、そのため、生成される水素ガスが低級であり、通常、二次汚染物質を引き起こす。
【００１５】
一方、家庭や病院、発電所などから排出される生ゴミ及び廃棄物などは、一応圧縮し、乾燥し、高温高圧下で酸素（Ｏ２）を注入して焼却（ｉｎｃｉｎｅｒａｔｅ、ｐｙｒｏｌｙｚｅ）することによって処理してきた。焼却により、廃棄物の減量化がなされる。焼却した後ある程度ガス化（ｇａｓ ｒｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ、ｃｒａｃｋｉｎｇ）を達成しているが、その効率は極めて低い。
【００１６】
この焼却による廃棄物の取り扱いでは、焼却により生じる二次汚染が問題となっている。特に、ダイオキシン（ｄｉｏｘｉｎ）のような発癌物質が大気に放出される危険をはらんでいる。また、経済的な観点においては、焼却に相当量の燃料が必要とされる。さらに、廃棄物の焼却とガス化を同時に行う工程は、ガス化における低効率、及びガス化焼却からの二次汚染という問題がある。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
前記のような問題点を解決するために、本発明の目的は、石炭、廃タイヤ、廃油のような高分子有機物を、ガス状の燃料である一酸化炭素と水素にガス化する方法であって、ガス化器の温度制御が容易で、生成ガス内の水素濃度を増加させて良質の生成ガスが得られる高分子有機物のガス化方法を提供することにある。
【００１８】
本発明の他の目的は、前記のようなガス化方法のための装置を提供することにある。
【００１９】
特に、本発明では、高分子有機物のような様々な廃棄物をガス化する方法であって、外部からエネルギーを与えることなく効率良く廃棄物をガス化し、焼却により生じる二次汚染を防止する方法及び該装置を提供する。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の高分子有機物のガス化方法は、加熱されたガス化器内で有機物を一酸化炭素と水素ガスでガス化するステップ、前記ガス化器から排出される一酸化炭素及び水素ガスの一部をガス化器の中へ再循環させるステップ、並びに前記ガス化器内に供給された一酸化炭素及び水素ガスを酸素と反応させ熱と共に水と二酸化炭素を生成するステップを有する。
【００２１】
本発明の方法においては、さらに再循環された一酸化炭素及び水素ガスから生成される水と二酸化炭素を、高分子有機物と反応させ、更なる一酸化炭素と水素ガスを生成するステップを備えてもよい。
【００２２】
この方法においては、ガス化器内に酸素はガス化器温度を約１３００℃に維持するのに必要な最小量で供給することがより好ましく、また一酸化炭素及び水素ガスは、酸素を完全に消費するのに必要な量ガス化器内に供給することがより好ましい。
【００２３】
具体的にいえば、本発明の高分子有機物のガス化方法は、ガス化器を高分子有機物がガス化されるのに十分な温度に予熱するステップ、初期燃料ガスと酸素をガス化器内に供給して熱と共に水と二酸化炭素を生成するステップ、高分子有機物をガス化器内に供給して水と二酸化炭素と反応させ一酸化炭素と水素ガスを生成するステップ、前記生成された一酸化炭素と水素ガスをガス化器から排出するステップ、前記ガス化器から排出された一酸化炭素と水素ガスの一部をガス化器内に再循環させるステップ、前記ガス化器内に供給された一酸化炭素と水素ガスを酸素と反応させ水と二酸化炭素を熱と共に生成させるステップ、及び前記水と二酸化炭素を高分子有機物と反応させ一酸化炭素と水素ガスを生成するステップを備えている。
【００２４】
また、本発明の廃棄物（炭素質の物質）のガス化方法は、加熱されたガス化器内で廃棄物を一酸化炭素と水素ガスにガス化するステップ、前記ガス化器内で排出された一酸化炭素と水素ガスの一部を、ガス化器と接続されたバーナー内に再循環させるステップ、前記バーナー内に供給された一酸化炭素と水素ガスを酸素と反応させ水と二酸化炭素を熱と共に生成させるステップ、及び前記水と二酸化炭素を前記ガス化器内の廃棄物と反応させ、更なる一酸化炭素と水素ガスを生成させるステップを備えていることを特徴とする。
【００２５】
具体的にいえば、本発明の廃棄物（炭素質の物質）のガス化方法は、ガス化器を廃棄物がガス化されるのに十分な温度に予熱するステップ、前記ガス化器と接続されたバーナー内に、一酸化炭素及び水素ガス（合成ガス）または水素ガス及び酸素を供給して熱と共に水と二酸化炭素を生成させるステップ、前記水と二酸化炭素をガス化器内に導入するステップ、廃棄物をガス化器内に供給して水と二酸化炭素と反応させ一酸化炭素と水素ガスを生成させるステップ、前記一酸化炭素と水素ガスをガス化器から排出するステップ、前記ガス化器から排出された一酸化炭素と水素ガスの一部を、前記ガス化器と接続されたバーナー内に再循環させるステップ、前記バーナー内に供給された一酸化炭素と水素ガスを酸素と反応させ水と二酸化炭素を熱と共に発生させるステップ、及び前記水と二酸化炭素をガス化器内に導入して廃棄物と反応させ一酸化炭素と水素ガスを生成させるステップを備えることが望ましい。
【００２６】
前述した他の目的を達成するため、本発明の高分子有機物（炭素質の物質）のガス化のための装置は、一酸化炭素と水素ガスの一部が酸素と反応して二酸化炭素と水が生成され、生成された二酸化炭素と水が高分子有機物と反応して一酸化炭素と水素ガスが生成されるガス化反応が起こるガス化器、ガス化器内に高分子有機物を供給する有機物供給手段、ガス化器内に酸素を供給する酸素供給手段、ガス化器から生成ガスが排出する手段、及びガス化器から排出される一酸化炭素及び水素ガスの一部をガス化器内に再循環させる手段を備える。
【００２７】
ここで、ガス化器は同一な形状及びサイズを有する二つの部分が上下に連結された構成を有することが望ましい。
【００２８】
また、酸素を供給する手段及び一酸化炭素及び水素ガスの一部を再循環させる手段は、それぞれガス化器の壁面に接線方向に設けられた少なくとも二つのノズルを有することが望ましい。
【００２９】
そして、本発明の廃棄物（炭素質の物質）のガス化装置は、二酸化炭素と水が廃棄物と反応して一酸化炭素と水素ガスが生成されるガス化器、一酸化炭素と水素ガスが酸素と反応して生成される二酸化炭素と水を熱と共にガス化器内に供給するためのシンガスバーナー（ｓｙｎ ｇａｓ ｂｕｒｎｅｒ）、ガス化器内に廃棄物を供給するための手段、ガス化器から一酸化炭素と水素ガスを排出する手段、及びガス化器から排出される一酸化炭素と水素ガスの一部を前記シンガスバーナー内に再循環させる手段を備えていることを特徴とする。
【００３０】
ここで、前記シンガスバーナーは、一酸化炭素と水素ガス（合成ガス）または水素ガスを供給するための管と、酸素を供給するための管と、前記一酸化炭素と水素ガスまたは水素ガスを供給するための管の先端がちょうど酸素を供給するための管の先端に隣接して位置するようこれら供給管を固定するためのフランジとから構成されることを特徴とする。
【００３１】
本発明では、高分子有機物のガス化反応より生成された一酸化炭素及び水素ガスをガス化器内に再循環させることによって、この再循環されたガスと酸素との酸化反応でガス化器の内部を高温に維持しつつ高温のＨ２ＯとＣＯ２を生成するようにした。これをさらに具体的にいえば、ガス化反応に必要な高温の雰囲気を形成させ、ガス化反応後に生成される燃料ガス（ＣＯ及びＨ２）中で水素の濃度を高めるのに必要な蒸気を供給するために、ガス化反応で生成された燃料ガス（ＣＯ及びＨ２が主成分）の一部をガス化器に再循環させ、適量の酸素と反応させることによって多くの熱量とＨ２Ｏ、ＣＯ２を生成する。この熱量は、ガス化器を１３００℃の高温に維持するのに使われ、Ｈ２Ｏ、ＣＯ２ガスは高分子有機物との還元反応によって、Ｈ２、ＣＯに転換される。すなわち、本発明においては、ガス化反応にとって充分な程度にガス化器の温度を上昇させ、この際燃焼により生成されるＨ２Ｏ、ＣＯ２は高分子有機物と再び反応してガス化反応に必要な高温の燃料ガスを作り出すので、ガス化器内の温度制御を容易にするのみならず、水素濃度を増加させ良質の燃料ガスが製造される。
【００３２】
前記のような本発明の目的及び特徴、長所などは次の図面と関連した本発明の望ましい実施例に対する詳しい説明から確かめられる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面に基づき本発明の高分子有機物ガス化器の構成及び作動原理を説明する。
【００３４】
図２は本発明の一実施形態による高分子有機物ガス化器の構成及び作動原理を概略的に示す模式的断面図である。同図を参照すれば、ガス化器１は垂直に接続された同形同大の二つの部分より構成される。ガス化器１の下端部は、酸化反応室であり、ガス化器１の中央部分は還元反応室である。ガス化器１の還元反応室内には、廃油のような液状廃棄物をガス化器内に噴射させる液状廃棄物供給ノズル２と、石炭のような固形廃棄物をスクリューフィーダなどによってガス化器内に供給する固形廃棄物供給ノズル３と、それから供給される廃棄物によって適切な位置からガス化器内に蒸気を噴射させる蒸気供給器４が設けられている。ガス化器内に供給される液状廃棄物を加熱するための液状廃棄物加熱器５は液状廃棄物供給ノズル２に連結されており、ガス化器内に水を蒸気状態に供給するための水加熱器６は蒸気供給器４に連結されている。ガス化器１の上部にはガス化器１から生成ガスを排出する出口７が設けられ、ここから排出される生成ガスを再循環してガス化器１内に循環させるための生成ガス再循環管８が取り付けられている。生成ガス再循環管８に隣接して、再循環された生成ガスと反応させるための酸素を供給する酸素供給管９がガス化器１の下端部の酸化反応室に設けられている。
【００３５】
ガス化器１は同一な形状及びサイズを有する二つの部分が上下に連結された構成よりなり、作製及びメンテナンスが容易になっている。ガス化器１の上部には、ガス化器１から排出されるガス内の未反応廃棄物がＨ２Ｏ、ＣＯ２と反応するのを促進するため、タングステングリル１０ａが設けられている。ガス化器１の下部にも、酸化反応室で生成されたＨ２ＯとＣＯ２を均一に還元反応室に供給すると同時に、投入された固形廃棄物を支持するために、もう一つのタングステングリル１０ｂが設けられている。上下のタングステングリル１０ａ、１０ｂの間で、高分子有機物がＣＯ２、Ｈ２Ｏと反応してＣＯとＨ２を生成する還元反応が起こる。酸素供給管９を通して供給される酸素は、酸化反応室で完全に消費されるため、還元反応室には酸素が全く存しない。ガス化器１の酸化反応室の下部には反応時残留する灰分（ａｓｈ）を貯留する灰分トラップ（ａｓｈ ｔｒａｐ）１１が設けられている。さらに、ガス化器１の壁面には、ガス化器１内の温度を測定するための熱伝対が設けられ、ガス化器１内の反応状態を観察するためのビューポート（ｖｉｅｗ ｐｏｒｔ）１２が設けられている。
【００３６】
特に、生成ガスの一部を再循環するための生成ガス再循環管８は、ガス化器１の壁面に接線方向に設けられた少なくとも二つのノズルに連結されている。酸素供給管９も、生成ガス再循環管８と連結されるノズルの上部で、ガス化器１の壁面に接線方向に設けられた少なくとも二つのノズルに連結されている。このように接線方向に設けられたそれぞれのノズルを通して再循環された生成ガスと酸素とをガス化器１内に供給することによって、生成ガスと酸素が旋回しつつ酸化反応してガス化器１の内部に軸対称の円形火炎を形成する。故に、生成ガスは、酸素とガス化器１の内部で均一に反応し、高温の一様な流体場が形成され、ガス化器は均一に高温に維持される。
【００３７】
以下、前述したような構成を有する本発明のガス化器の作用を説明する。
（ａ１）まず、ガス化器内に供給される高分子有機物のガス化反応を引き起こすため、ＬＰＧやオイルのような通常の燃料を使用して、ガスバーナーにより常温のガス化器を燃料が燃焼されるのに十分な温度に予熱する。通常、この温度は６００℃以上である。
【００３８】
（ａ２）ガス化器の温度が６００℃以上に予熱されれば、生成ガス再循環管を通して初期燃料ガス（通常は、ＬＰＧガスまたは貯蔵しておいたＣＯ＋Ｈ２ガス）と酸素を、ガス化器の下部の酸化反応室に供給し、ガス化器の内部を１３００℃程まで上昇させる。この際、ガス化器の内部は、外部から供給された燃料と酸素が反応して、燃焼生成物であるＣＯ２、Ｈ２Ｏで充満される。
【００３９】
（ａ３）ガス化器の内部が１３００℃に維持されたとき、有機廃棄物供給ノズルを通して、ガス化の対象である高分子有機物が還元反応室に供給される。すると、ガス化器の下部に供給された酸素と外部燃料との反応によって、ＣＯ２及びＨ２Ｏが生成され、これがガス化されるべき高分子有機物と反応して（反応式３ないし６の還元反応）、ＣＯとＨ２を主成分とする燃料ガスが生成される。
【００４０】
（ａ４）ガス化反応の間に生成される燃料ガスは、ガス化器の上端部を通って外部に排出される。
【００４１】
（ａ５）ガス化器から燃料ガスが排出されると、燃料ガスの一部は、生成ガス再循環管を通してガス化器の下端部の酸化反応室に供給され、酸素と反応し、熱と共にＨ２ＯとＣＯ２が生成される。このとき、外部から供給される燃料ガスを遮断する。すなわち、ガス化器を高温で維持するのに必要な熱源は、生成されたガスの一部を再循環させこれを酸素と反応させて得られる。この際、ガス化器の温度を１３００℃に維持するのに必要な最小量だけ酸素を供給する。再循環された燃料ガスの燃焼生成物であるＨ２ＯとＣＯ２は、有機物と反応してガス化（還元反応）されて、再び生成ガスが生成される。酸素との反応後、未反応のまま残った再循環された燃料ガスは、あとの生成された燃料ガスとともにガス化器の外に排出される。
【００４２】
本発明における高分子有機物のガス化反応において、供給された有機物が水素成分を高い割合で含む場合、燃焼反応によって生成される蒸気の量も多くなるため、外部から水蒸気を供給しなくても、水素の含有率の高い燃料ガスが得られる。酸素と再循環された燃料ガスの比率を適切に調節することによって、酸化反応室内で酸素が完全に消費され、前記反応式３ないし６により、有機物が、酸素ではなくＨ２Ｏ及びＣＯ２と反応する。
【００４３】
従来のガス化方式では、反応式１及び２の酸化反応、反応式３乃至６の還元反応、及び反応式７の水性ガスシフト反応が、同時に同じ空間で起こるため、生成される燃料ガスは質と量とが低下する。一方、本発明によれば、ガス化器の下端部の酸化反応室で燃料ガスの酸化反応が起こり、生成されたＣＯ２、Ｈ２Ｏと有機物との還元反応は、酸化反応と分離してガス化器の中央部の還元反応室で起こり、高濃度の水素ガスを含む高品質の燃料ガスを生産できる。
【００４４】
図３に本発明の他の実施形態に係るガス化器の構成及び動作機構を概略的に示す。本実施形態に係るガス化器は、前記図２に示したようなガス化器の構造を単純化したもので、ガス化器本体内にシンガスバーナー（ｓｙｎ ｇａｓ ｂｕｒｎｅｒ）を備えている。
【００４５】
具体的にいえば、ガス化器１０１の本体内には、高分子有機物（炭素質の物質）である廃棄物をガス化器１０１内に供給する廃棄物供給口１０２が設けられている。ガス化器１０１の上端には、ガス化器１０１から生成ガスを排出する出口１０３が具備され、ガス化器１０１の下端には、ガス化器１０１から流れ出る溶融塩（ｍｏｌｔｅｎ ｓａｌｔ）を貯留する灰分トラップ（ａｓｈ ｔｒａｐ）１０４が備えられている。そして、ガス化器１０１の本体には、本発明の特徴的な部分であるシンガスバーナー１０５が設けられる。図３においては、両側にそれぞれ２個ずつ、計４個のシンガスバーナー１０５が、ガス化器に設けられている。ガス化器１０１に設けられるシンガスバーナーの個数は、ガス化器のサイズによって決まるが、２〜８個が望ましい。ガス化器１０１の壁面には、ガス化器１０１内の温度を測定するための熱伝対１０６が設けられ、ガス化器１０１の上部から排出される生成ガスを冷却し熱を回収するための熱交換器１０７も具備されている。更に、出口１０３から排出される生成ガスを再循環してシンガスバーナー１０５内に供給するための生成ガス再循環管（図３には図示せず。）もガス化器１０１の本体内に具備されている。
【００４６】
図４では、図３に示したガス化器に連結されるシンガスバーナーの構造を模式的に示した。図４に示すように、シンガスバーナー１０５内には、一酸化炭素と水素ガス（合成ガス）または水素を供給するための管１０８と、酸素を供給するための管１０９が、それぞれの先端が互いに隣接して位置するようフランジ１１０により固定され、これら管は、断熱材１１１で包まれている。
【００４７】
本発明の本実施形態に係るガス化器において、シンガスバーナーは、一酸化炭素と水素ガス（合成ガス）を酸素と反応させることによって、ガス化器の内部温度を１２００〜１６００℃に維持すると同時に、廃棄物の還元に必要な二酸化炭素と水を生成させる。すなわち、図３のシンガスバーナーは、図２に示したガス化器の酸化反応室で生じる反応が起こる箇所となる。
【００４８】
図３に示したガス化器の作用は、図２に示したガス化器の酸化反応室内で起こる反応、すなわち一酸化炭素と水素ガスが酸素と反応して熱と共に水と二酸化炭素を生成する反応が、図３のガス化器本体内に設けられたシンガスバーナー内で起こるという点を除けば、図２に示したガス化器の作用と同様である。
【００４９】
以下、図３のガス化器の作用を本発明に従って説明する。
【００５０】
（ｂ１）まず、廃棄物（炭素質の物質）のガス化反応を引き起こすため、ＬＰＧやオイルのような通常の燃料を使用したガスバーナーにより、常温のガス化器を燃焼に十分な温度まで予熱する。通常、この温度は６００℃以上である。
【００５１】
（ｂ２）ガス化器の温度が６００℃以上に予熱されたとき、生成ガス再循環管を通してＣＯ＋Ｈ２ガス（生成された合成ガスがない時はＨ２ガス使用）をシンガスバーナーに注入し、温度の増加を監視しながら酸素ガスを注入する。合成ガス（または水素ガス）の燃焼とともに温度が急増する。その温度は排出口の酸素ガス検出器を監視しながら酸素量を制御して調節する。加熱終了時にも、酸素ガスを先に止め、温度の下降とともにＣＯ＋Ｈ２ガスを止める。
【００５２】
このように、酸素の量を制御してガス化器の内部の温度が１２００〜１６００℃に達したとき、ガス化器は、ＣＯ２＋Ｈ２ガスと酸素とが反応して生成されたＣＯ２、Ｈ２Ｏで充満される。
【００５３】
（ｂ３）ガス化器の温度が１２００〜１６００℃に維持されたとき、予め圧縮、脱気（ｄｅｇａｓ）及び乾燥させた固体廃棄物を廃棄物供給機によりガス化器内に供給する。約１６００℃の環境下では、廃棄物内の殆ど全ての炭素質の物質（ｃａｒｂｏｎａｃｅｏｕｓ ｃｏｍｐｏｕｎｄ）がシンガスバーナーから供給されるＣＯ２／Ｈ２Ｏとすぐに反応してガス化反応（反応式３ないし６の還元反応）が進行し、ＣＯとＨ２を主成分とする合成ガスが生成される。
【００５４】
（ｂ４）ガス化反応を通じて生成される合成ガス（ｓｙｎ ｇａｓ）は、ガス化器の上端部を通して排出される。ガス化器から排出される約１２００℃の合成ガスは、熱交換器を通して１００℃以下に冷却され、貯蔵タンクに貯蔵される。
【００５５】
（ｂ５）ガス化器から燃料ガス（合成ガス）が排出される時、燃料ガスの一部は、生成ガス再循環管（図３では図示せず。）を通してガス化器に連結されたシンガスバーナー内に再供給され、酸素と反応し、熱と共にＨ２ＯとＣＯ２とが生成される。すなわち、ガス化器を高温で維持するのに必要な熱源は、生成ガスの一部を再循環させ酸素と反応させて得られる。この際、酸素の供給量を制御することにより、ガス化器内の温度を調節する。再循環された燃料ガスの燃焼生成物であるＨ２ＯとＣＯ２は、再び廃棄物と反応してガス化（還元反応）を引き起こし、再び燃料ガスが生成される。酸素との反応後に未反応のままで残った再循環された燃料ガス（ＣＯとＨ２が主成分である）は、残りの生成された燃料ガスとともに、ガス化器の外部に排出される。
【００５６】
以上のようなシンガスバーナーを備えたガス化器による廃棄物のガス化方法によれば、酸素ガスがガス化器内に導入されないため、酸化反応はシンガスバーナー内においてのみ起こり、ガス化器の内部にはＨ２Ｏ、ＣＯ２、Ｈ２、ＣＯだけが存在する。従って、通常、廃棄物の酸化により生成される二次汚染物質（特にダイオキシン、ＳＯｘ、ＮＯｘのような酸化物質）が生成されることがなく、生成ガスを浄化するためのサイクロンのような装置を設ける必要もない。
【００５７】
また、ガス化器で生成されるガスは、Ｈ２ガスを主成分とする高品質の燃料ガス（発電用及び暖房用）であって、化学工業の基礎原料として使用できる。ガス化器の内部温度が１２００〜１６００℃に達すると、殆ど全ての炭素質成分（−ＣＨ２）ｎが分解されるため、このガス化方法は、生ゴミだけではなく、産業廃棄物をエネルギー化するのに有効である。本発明によると、廃油１ドラム又は廃タイヤ１トンをガス化すると、残る灰は一にぎり程である。本発明に係るガス化方法は、家庭の生ゴミだけではなく、化学戦争での廃棄物、農薬化学品、病院廃棄物、変圧器廃油、動物廃棄物、原子力発電所の放射性廃棄物のような産業廃棄物などにも適用できる。この過程を通して、農業化学品、有毒廃棄物、又は病院廃棄物に含まれた細菌も全てガス化され、Ｆｅ、Ｓ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｈｇのような化学物質は、ＦｅＳ、ＦｅＣｌ３、ＨｇＣｌ、ＨｇＢｒなどの無機成分として灰分トラップに回収される。放射性廃棄物は全てガス化され、ＵＸ６（Ｃｌ、Ｂｒ）、ＣｅＸに分解されるが、その量は、１％又はそれ以下であると推定される。
【００５８】
本発明のガス化方法によると、ガス化器で生成されるガスは冷却されタンクに貯留され、残りのガス化されない無機物質は、灰トラップに回収される。従って、装置外部に放出される物質はなく、環境汚染を引き起こす恐れが全くなくなる。
【００５９】
【実施例】
以下、実施例を通して本発明をさらに詳述する。
【００６０】
［実施例１−３］
図２に示したガス化器において、廃油を１０ｋｇ／時間の割合でガス化した。ガス化器は直径２５０ｍｍ、上部と下部を合せた全長は２０００ｍｍとした。ガス化器の下部には生成ガス再循環管及び酸素供給管と連結されたガス噴射ノズル及び酸素噴射ノズルを壁面に接線方向に設けた。ガス化器の最下端部には、反応の初期段階でガス化器を約６００℃に予熱するための予熱バーナーを設けた。ガス化器を６００℃まで予熱した後、予熱バーナーをガス化器から取り外して、ガス化反応後残留する灰などを回収するための灰分トラップを取り付けた。更に、ガス化器の壁面のフランジには、ガス化反応が進行する際のガス化器の内部状態を観察するためのビューポートと、ガス化器の内部温度と圧力を測定するための設備を設けた。
【００６１】
１３００℃のガス化温度で、供給された廃油のガス化反応は、爆発的に進行し、Ｈ２、ＣＯガスをガス化器の上端部から排出した。本実験に使われた廃油の組成は次の表１の通りである。
【表１】
2004515639.tif 000003
【００６２】
平衡状態において、表１に示すような組成を有する廃油のガス化反応を、図３乃至７に示した。図３ないし図７はそれぞれ実施例１ないし３の組成を有する廃油において、酸素供給量の変化に対するガス化特性を示したグラフである。図６及び図７は、それぞれ実施例１及び３の組成を有する廃油において、酸素／廃油比が０．８の場合のときの、蒸気供給量の変化に伴うガス化特性を示した図である。
【００６３】
実施例の結果が示すように、酸素／廃油の重量比（酸素／廃油）が０．６の場合、ガス化器の作用により得られた生成ガス内のＨ２とＣＯの比率は２：１程に測定された。また、本発明のガス化においては、反応式４のガス化反応が支配的であることが確認できた。
【００６４】
【発明の効果】
廃油、廃タイヤ、石炭のような高分子有機物（炭素質の物質）をガス状の燃料であるＣＯとＨ２とにガス化する場合において、本発明によれば、有機物のガス化反応で生成された燃料ガス（ＣＯ及びＨ２が主成分）の一部をガス化器に再循環させ、酸素との反応によって熱量とＨ２Ｏ、ＣＯ２を生成する。従って、ガス化器の温度は、ガス化に充分なだけ高められ、容易に制御できる。従来のガス化方法では、高分子有機物と酸素を直接に反応させ部分酸化反応によって、ガス化器の温度を高温に維持していた。しかるに、本発明においては、有機物の酸化反応の代わりに、燃料ガスの一部の酸化により生成されるＨ２ＯとＣＯ２と有機物との還元反応により高温とされる。
【００６５】
また、有機物の酸化反応で発生する二次汚染がなく、高品質の燃料ガスが生成され、また、生成ガス内で水素濃度が高い。
【００６６】
特に、シンガスバーナーを備えたガス化器により廃棄物（炭素質の物質）をガス化する方法及び装置によると、ＣＯとＨ２ガス（合成ガス）またはＨ２ガスをシンガスバーナー内でＯ２と反応させ、熱と共に水とＣＯ２とを生成し、生成された熱はガス化器内の内部温度を維持するのに使用し、生成された水とＣＯ２を廃棄物のガス化に使用する。すなわち、酸素をガス化器内に導入しないため、廃棄物の酸化から二次汚染物質が生成されることがない。更に、本発明のガス化器内で殆ど全ての有機物質が分解されるため、このガス化方法は、生ゴミのガス化だけでなく、産業廃棄物をエネルギー化するのにも有効である。中でも、本発明のガス化装置からは、如何なる物質も排出されないため、環境汚染を起こす恐れもない。更に、シンガスバーナーを備えたガス化装置は、単純化されており、工業的に安価で作製することができる。
【００６７】
本発明は、現在のところ一番実際的で、望ましい実施例が記述されているが、本発明はこれらの実施例に限られず、添附された請求項の範囲内で色々の変更と装置などを包含する。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】
図１は石炭に対するガス化器として適用される従来の装置の作動原理を摸式的に示した図であって、図１Ａは固定層方式、
【図１Ｂ】
図１Ｂは流動層方式、
【図１Ｃ】
図１Ｃは分類層方式を説明する。
【図２】
図２は本発明の一実施例による高分子有機物ガス化器の構成及び作動原理を概略的に示す模式的断面図、
【図３】
図３は本発明の他の実施例による高分子有機物ガス化器の構成及び作動原理を概略的に示す模式的断面図、
【図４】
図４は本発明のガス化器に設けられるシンガスバーナー（ｓｙｎ ｇａｓ ｂｕｒｎｅｒ）の構造を模式的に示す断面図、
【図５】
図５は実施例１の組成を有する廃油において、酸素供給量の変化に伴うガス化特性を示すグラフ、
【図６】
図６は実施例２の組成を有する廃油において、酸素供給量の変化に伴うガス化特性を示すグラフ、
【図７】
図７は実施例３の組成を有する廃油において、酸素供給量の変化に伴うガス化特性を示すグラフ、
【図８】
図８は実施例１の組成を有する廃油において、酸素／廃油＝０．８の場合蒸気供給量の変化に伴うガス化特性を示すグラフ、
【図９】
図９は実施例３の組成を有する廃油において、酸素／廃油＝０．８の場合蒸気供給量の変化に伴うガス化特性を示すグラフ。
【図１Ａ】
2004515639.tif 000004
【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
2004515639.tif 000006
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
2004515639.tif 000010
【図５Ｂ】
2004515639.tif 000011
【図６Ａ】
2004515639.tif 000012
【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
2004515639.tif 000014
【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
2004515639.tif 000016
【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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