(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃棄物を流動層炉にて熱分解ガス化して溶融炉で溶融する廃棄物の熱分解ガス化及び溶融方法において、前記流動層炉の炉底から固形物を排出し、該固形物に含まれる固形カーボンを粉砕して前記流動層炉の流動層上部から供給し、前記粉砕された固形カーボンを前記ガス化したガスと共に溶融炉に輸送して該溶融炉で燃焼することを特徴とする廃棄物の熱分解ガス化及び溶融方法。
【請求項２】
前記流動層炉の炉底から排出された固形物は、流動媒体と不燃物と固形カーボンを含む固形物から大サイズの固形物を分離し、該分離によって得られた大サイズ以下のサイズの固形物を分級して、１ｍｍ〜１０ｍｍ間の任意の数値から選択された所定サイズ以上のサイズの固形物と、該所定サイズ以下のサイズの固形物を得、前記所定サイズ以上の固形物を粉砕して得られた所定サイズ以下の固形物を、前記所定サイズ以下の固形物と共に前記流動層炉に供給することを特徴とする請求項１記載の廃棄物の熱分解ガス化及び溶融方法。
【請求項３】
前記流動層炉から排出した固形物は、鉄分を分離して流動層炉に供給することを特徴とする請求項１又は２に記載の廃棄物の熱分解ガス化及び溶融方法。
【請求項４】
廃棄物を熱分解ガス化する流動層炉と、前記流動層炉の炉底から固形物を排出する排出手段と、該排出手段から排出された固形物に含まれる固形カーボンを粉砕する粉砕手段と、該粉砕手段により粉砕された固形カーボンを前記流動層炉の流動層上部に供給する手段と、前記粉砕された固形カーボンを前記ガス化したガスと共に溶融炉へ輸送する手段と、前記粉砕された固形カーボンを溶融する溶融炉とを備えたことを特徴とする廃棄物の熱分解ガス化及び溶融装置。
【請求項５】
請求項４の廃棄物の熱分解ガス化及び溶融装置において、前記流動層炉の炉底から固形物を排出する排出手段と、前記排出された流動媒体と不燃物と固形カーボンとを含む固形物から大サイズの固形物を分離するための手段と、それによって得られたそれ以下のサイズの固形物を分級して、１ｍｍ〜１０ｍｍ間の任意の数値から選択された所定サイズ以上の固形物と、所定サイズ以下の固形物を得るための手段と、前記所定サイズ以上の固形物を破砕する破砕手段と、該破砕された所定サイズ以下の固形物を前記所定サイズ以下の固形物と共に前記流動層炉に供給する供給手段とを備えたこと特徴とする廃棄物の熱分解ガス化及び溶融装置。
【請求項６】
前記熱分解ガス化及び溶融装置には、前記流動層炉から排出した固形物から、鉄分を分離する鉄分分離手段を設けたことを特徴とする請求項４又は５に記載の廃棄物の熱分解ガス化及び溶融装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流動層ガス化炉の排出固形物を分離・循環する方法に係り、特に、都市ごみ、固形化燃料、スラリー化燃料、廃プラスチック、廃ＦＲＰ、バイオマス廃棄物、自動車廃棄物低品位炭、廃油等の廃棄物を、低温で熱分解ガス化する廃棄物の熱分解ガス化及び溶融方法と装置に関する。
上記中、固形化燃料（＝ＲＤＦ）は、都市ごみを破砕選別後、生石灰等を添加して圧縮成形したものであり、スラリー化燃料は、都市ごみを破砕後水スラリー化し、高圧下で水熱分解により油化したものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、低温で熱分解ガス化する流動層ガス化炉は、焼却に代わる新たな次世代型廃棄物処理技術として、ガス化と溶融燃焼を組み合わせた「ガス化溶融システム」に用いられており、既に実用化の域に到達している所もある。この「ガス化溶融システム」が目標とする特長を示す。
▲１▼  低空気比燃焼のため、排ガス量は大幅に低減される。
▲２▼  高温燃焼により、ダイオキシン類やフラン類はほとんど発生しない。
▲３▼  廃棄物中の灰分は重金属が溶出しない無害なスラグとして回収される。このため、埋立地の延命化が図れ、路盤材等への利用も可能となる。
▲４▼  ガス化で生成するガス、タール、炭化物の保有エネルギーを、灰溶融のための熱源に有効活用できる。
▲５▼  システム中にダイオキシン処理や灰溶融の機能が組み込まれるため、装置全体がコンパクト化され、建設コストもそれぞれの機能を在来型の焼却設備に付与したより安価となる。
【０００３】
図３に、公知の「ガス化溶融システム」の構成要素として、流動層ガス化炉（好ましくは内部旋回型流動層を使用）と旋回溶融炉を組み合わせたものを示す。図３において、１は廃棄物供給装置、２は流動層ガス化炉、３は空気室、４は空気分散板、５は流動層、６はフリーボード、７は旋回溶融炉、８は一次燃焼室、９は二次燃焼室、１０はスラグ分離部、１１と１２は昇温用バーナ、ａは廃棄物、ｂは一次空気、ｃは二次空気、ｄは生成ガス、ｅは三次空気、ｆは排ガス、ｇはスラグである。
図３を用いて、ガス化溶融システムの概要を説明する。廃棄物ａは、必要に応じて破砕・選別などの前処理を施した後、廃棄物供給装置１により流動層ガス化炉２に供給される。ガス化炉の空気室３には一次空気ｂが送入され、空気分散板４上には吹き上げる空気により流動層５が形成される。廃棄物ａは流動層５の上方より投入され、４５０〜６５０℃に保持された流動層内に落下することにより、速やかに熱分解ガス化されガス、タール、固形カーボンを生成する。
【０００４】
固形カーボンは流動層５の攪乱運動により粉砕され微細化される。ガス化炉の炉底からは不燃物が流動媒体と共に排出され、鉄，銅，アルミといった金属は、未酸化の状態で回収される。ガス化炉のフリーボード６には二次空気ｃが送入され、６５０〜８５０℃でタールや固形カーボンを対象に第二段階のガス化を行う。
流動層ガス化炉２から排出された生成ガスｄは、微細化した固形カーボンを同伴しつつ、旋回溶融炉７の一次燃焼室８に供給され、予熱された三次空気ｅと旋回流中で混合しながら、１２００〜１５００℃の高温で高速燃焼する。燃焼は二次燃焼室９で完結し、排ガスｆはスラグ分離部１０の上部より排出される。固形カーボン中の灰分は高温のためにスラグミストとなり、旋回流の遠心力により一次燃焼室９の炉壁上の溶融スラグ相に捕捉され、炉壁を流れ下って二次燃焼室９に入り、スラグ分離部１０の底部より排出される。なお、旋回溶融炉７を出た排ガスｆは、一連の熱回収と脱塵の装置を経て大気放出される。なお、一次燃焼室８と二次燃焼室９には、昇温用のオイルバーナ１１，１２が設置されている。
【０００５】
廃棄物は不燃物を含むことが多いため、不燃物がガス化炉に入るのは避けられない。不燃物が流動層中に堆積するようなことになれば、流動化不良のため運転の続行は不可能となるので、不燃物を流動層から排出することは極めて重要である。この不燃物排出を、通常流動層焼却炉で採用されている図４に示す方法により試みた。すなわち、二段階の分級により不燃物を分離し、流動媒体だけをガス化炉に戻した。図４にて、２は内部旋回型の流動層ガス化炉、１３はディフレクター、１４は不燃物排出シュート、１５はトロンメル付き排出機、１６はバケットコンベア、１７は分級機、１８は流動媒体供給機、ｈは流動媒体、ｉは不燃物、ｊは固形カーボンである。
【０００６】
ところが、不燃物の排出を図４の方法により行うと、用いる廃棄物によっては、次のような問題を生じることが判った。
▲１▼  二段目の分級機の篩上となる固形カーボンが未利用のまま不燃物と共に排出されてしまい、エネルギーロスとなった。
▲２▼  二段目の分級機の篩下となる固形カーボンが、破砕されずにガス化炉に戻されてしまう。このため、炉内に固形カーボンが蓄積されることになり、流動層が膨張すると共に、流動層中の固形カーボン濃度が上昇する。
▲３▼  細かい鉄片を含む廃棄物を処理すると、酸化されずに排出されるため、二段目の分級機が目詰まりを起こしやすい。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記した不燃物排出の問題点を解決し、排出する固形物から同伴する流動媒体は粉砕せずに循環すると共に、固形カーボンを燃焼しやすいように粉砕して流動媒体と共に流動層ガス化炉に循環できる廃棄物の熱分解ガス化及び溶融方法と装置を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明では、廃棄物を流動層炉にて熱分解ガス化して溶融炉で溶融する廃棄物の熱分解ガス化及び溶融方法において、前記流動層炉の炉底から固形物を排出し、該固形物に含まれる固形カーボンを粉砕して前記流動層炉の流動層上部から供給し、前記粉砕された固形カーボンを前記ガス化したガスと共に溶融炉に輸送して該溶融炉で燃焼することを特徴とする廃棄物の熱分解ガス化及び溶融方法としたものである。
前記本発明の熱分解ガス化及び溶融方法において、前記流動層炉の炉底から排出された固形物は、流動媒体と不燃物と固形カーボンを含む固形物から大サイズの固形物を分離し、該分離によって得られた大サイズ以下のサイズの固形物を分級して、１ｍｍ〜１０ｍｍ間の任意の数値から選択された所定サイズ以上のサイズの固形物と、該所定サイズ以下のサイズの固形物を得、前記所定サイズ以上の固形物を粉砕して得られた所定サイズ以下の固形物を、前記所定サイズ以下の固形物と共に前記流動層炉に供給することができ、また、前記流動層炉の炉底から排出した固形物は、鉄分を分離して流動層炉に供給することができる。
【０００９】
また、本発明では、廃棄物を熱分解ガス化する流動層炉と、前記流動層炉の炉底から固形物を排出する排出手段と、該排出手段から排出された固形物に含まれる固形カーボンを粉砕する粉砕手段と、該粉砕手段により粉砕された固形カーボンを前記流動層炉の流動層上部に供給する手段と、前記粉砕された固形カーボンを前記ガス化したガスと共に溶融炉へ輸送する手段と、前記粉砕された固形カーボンを溶融する溶融炉とを備えたことを特徴とする廃棄物の熱分解ガス化及び溶融装置としたものである。
前記本発明の廃棄物の熱分解ガス化及び溶融装置において、前記流動層炉の炉底から固形物を排出する排出手段と、前記排出された流動媒体と不燃物と固形カーボンとを含む固形物から大サイズの固形物を分離するための手段と、それによって得られたそれ以下のサイズの固形物を分級して、１ｍｍ〜１０ｍｍ間の任意の数値から選択された所定サイズ以上の固形物と、所定サイズ以下の固形物を得るための手段と、前記所定サイズ以上の固形物を破砕する破砕手段と、該破砕された所定サイズ以下の固形物を前記所定サイズ以下の固形物と共に前記流動層炉に供給する供給手段とを備えることができ、また前記熱分解ガス化及び溶融装置において、さらに、前記流動層炉から排出した固形物から、鉄分を分離する鉄分分離手段を設けることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
上記のように、本発明では、流動層ガス化炉から取り出した流動媒体と不燃物と固形カーボンから成る混合物を、分級と粉砕と磁力選別を適宜組み合わせて、流動媒体を粉砕することなく、（１）所定サイズ以上の不燃物と、（２）所定サイズ以下の流動媒体と不燃物と固形カーボンと、（３）鉄分に分別する。この時、所定サイズを１ｍｍ〜１０ｍｍ間の任意の数値かち選択する。そして、（１）と（３）は系外に取り出し、（２）は流動層ガス化炉に供給すればよい。
具体的には、ガス化炉から取り出した混合物は、分級により大サイズ（１０ｍｍ以上）の不燃物を分離する。次いで磁力選別により鉄分を分離した後に、（Ａ）、分級により、中サイズ以上の不燃物と固形カーボン（ａ）と、中サイズ以下の流動媒体と不燃物と固形カーボン（ｂ）に分け、（Ｂ）、（ａ）を粉砕と分級により、小サイズ以上の不燃物（ｃ）と、小サイズ以下の不燃物と固形カーボン（ｄ）に分け、（Ｃ）、（ｃ）を回収すると共に、（ｂ）と（ｄ）をガス化炉に供給する。なお、中サイズと小サイズは前記所定サイズの範囲内とする。
【００１１】
この時、ガス化炉からの混合物取り出しには、炉底からのみ行う場合と、炉底からの排出と流動層からのオーバーフローを併用する場合とがある。
ここで、サイズの関係は以下のようにまとめられる。
１ｍｍ≦小サイズ＜中サイズ≦１０ｍｍ≦大サイズ
次に本発明を詳細に説明する。
先ず、ガス化炉から排出された流動媒体、不燃物、固形カーボンから成る混合物のハンドリングのポイントは、次の点にある。
▲１▼  流動媒体は、粉砕しないでガス化炉に戻す。
▲２▼  固形カーボンの全量をガス化炉に戻すが、その際粉砕により微粉化する。
▲３▼  不燃物は出来るだけ外に取り出すが、細かいものはガス化炉に戻してもよい。
▲４▼  耐熱性及び気密性を確保する。
▲５▼  早めに磁力選別により鉄分を除く。
【００１２】
▲１▼は流動媒体の損耗を減らすために必要である。微粉化した流動媒体は、ガスに同伴するため、流動媒体の補給量増加によるユーティリティー費の上昇を招くし、スラグの量を増やすことにもなる。▲２▼は固形カーボンの有する燃焼熱を１００％有効利用するために必要である。微粉化することにより、溶融炉まで運ばれ、そこで燃焼のための燃料として有効利用される。粉砕をしないでガス化炉に戻すと、流動層高の膨張を招く恐れがある。▲３▼は良好な流動化の確保のために、また不燃物中の有価物を回収してリサイクル利用するために必要である。ただし、流動媒体と同程度のサイズになれば、流動媒体としても使えるので、ガス化炉に戻しても差し支えない。▲４▼について、流動層には可燃性でしかも有害なガスが充満しているので、特にガス化炉からの排出時には気密性を留意する必要がある。また、ガス化炉から取り出された混合物中には固形カーボンが含まれるため、空気と接触すると発火する恐れがある。従って、分級、粉砕等の操作時には、外気に触れないようにする必要がある。固形カーボンを発火しない温度まで冷却するのは、熱損失量を増やすので、得策とは言えない。
【００１３】
▲５▼は、炉内全域が還元雰囲気にあることに起因する。通常の焼却炉では酸化されてボロボロになる鉄の小片が、ガス化炉から元の姿のままで出てくるため、特に目の細かい篩を使う前にそれらを除去しておく必要がある。
次に、ガス化炉から混合物を抜き出す方法を述べる。基本的には、流動媒体の放熱損失は出来るだけ小さくするべきである。従って、炉底からの排出量は不燃物＋固形カーボン量の１０倍程度に抑えることが望ましい。これで、流動層高が固形カーボンの堆積により上昇するようであれば、篩の目開きを調節して炉に戻す固形カーボンの粉砕割合を増やすか、炉底から排出する混合物の量を増やすようにするのが良い。あるいは、これで対処できないなら、流動層から直接オーバーフローにより抜くようにする。
【００１４】
以下、本発明を図面を用いて具体的且つ詳細に解説する。
図１は、本発明の流動層ガス化炉の排出固形物の分離・循環方法を実施するための循環フロー図である。
図１において、１９は磁力選別機、２０はボールミル、２１は分級機、２２は破砕物ホッパー、ｋは鉄分であり、図４と同一符号は同一の言葉を表す。廃棄物ａが流動層ガス化炉２に供給されて熱分解ガス化されるに伴い、元から廃棄物に含まれていた不燃物ｉが流動層底部に堆積する。このため、不燃物排出シュート１４に直結したトロンメル付き排出機１５を、連続的或いは間欠的に運転することにより、不燃物ｉを流動媒体ｈや固形カーボンｊと共に炉から排出する。不燃物排出シュート１４は水冷構造として、流動媒体ｈ，不燃物ｉ，固形カーボンｊの混合物を３００℃位まで冷却する。
【００１５】
冷却の目的は、この後の分級，破砕，磁選に関わる機器の保護にある。通常トロンメル孔径は１０〜２５ｍｍで選定されるが、通常は１５ｍｍ程度を用いる。したがって、ここでは大サイズ＝１５ｍｍである。トロンメルの篩上である不燃物ｉ（大サイズ以上）は系外へ、篩下の流動媒体ｈ，不燃物ｉ，固形カーボンｊの混合物（大サイズ以下）はバケットコンベア１６へ、共にガスシール用のバルブを常時閉、排出時のみ開とすることにより、ガスリーク量を最小限に減らしつつ排出される。
バケットコンベア１６により上方へ搬送された流動媒体ｈ，不燃物ｉ，固形カーボンｊの混合物（大サイズ以下）は、鉄分ｋを分離回収するためにドラム式の磁力選別機１９に供給される。
【００１６】
次いで、振動篩形式の分級機１７に供給される。ここでは通常目開き４ｍｍの篩を用いるため、中サイズ＝４ｍｍとなる。篩下の流動媒体ｈ，不燃物ｉ，固形カーボンｊの混合物（中サイズ以下）は、スクリュー式の流動媒体供給機１８に送られ、連続的或いは間欠的に流動層ガス化炉２に供給される。分級機１７の篩上となる不燃物ｉと固形カーボンｊの混合物（中サイズ以上）は、ボールミル２０で破砕した後に、分級機２１に供給される。分級機２１の目開きは通常１．５ｍｍであることから、小サイズ＝１．５ｍｍとなる。なお、上記のボールミル２０と分級機２１を一体化して、例えばスクリーン付きのボールミルとすることも可能である。
【００１７】
分級機２１の篩下である不燃物ｉと固形カーボンｊの混合物（小サイズ以下）は、破砕物ホッパー２２に貯留された後に、ホッパー出口のロータリーバルブを介して、廃棄物供給装置１に供給され、廃棄物ａと共に流動層ガス化炉２に戻される。同じく篩上である不燃物ｉ（小サイズ以上）は系外に排出される。
この結果、流動媒体ｈとして通常用いられる０．６ｍｍ前後の硅砂は、分級機１７の性能が良ければ、全量を粉砕することなく、ガス化炉に戻すことが出来る。また、元々大サイズ以上であった不燃物ｉと、中サイズ以上である小サイズ以下に粉砕できなかった不燃物ｉは系外に排出され、残りはガス化炉の流動媒体となる。固形カーボンｊは、中サイズ以上のものだけが小サイズ以下に粉砕されてガス化炉に戻される。
【００１８】
次に、本発明の別の循環フロー図を示す図２を用いて、本発明の別の実施例を説明する。図２にて、２３はオーバーフロー物搬送機である。ここでは、流動層ガス化炉２の流動層からオーバーフローした流動媒体ｈと固形カーボンｊを、スクリュー式のオーバーフロー物搬送機２３を用いて、バケットコンベア１６に供給する新たなラインを図１に加えられている。こうすると、流動層の底部から排出するよりも、固形カーボンを優先的に流動層から抜くことが出来る。廃棄物ａを熱分解ガス化したときに固形カーボンを大量に生成する特定の廃棄物（例えば廃車シュレッダーダスト）に対して、特に有効な方法である。この場合、抜き出した固形カーボンの大部分を破砕してからガス化炉に戻す必要があるので、分級機１７の目開きは通常の４ｍｍより小さくする必要がある。
【００１９】
【発明の効果】
本発明によれば次のような効果を奏することができる。
（１）流動媒体は、粉砕しないでガス化炉に戻すことができ、流動媒体の損耗を減らすことができる。
（２）固形カーボンの全量を微粉化してガス化炉に戻すため、固形カーボンの有する燃焼熱を１００％有効利用できる。
（３）不燃物は出来るだけ外に取り出し、有価物を回収してリサイクル利用できる。
（４）磁力選別により鉄分を還元雰囲気中で分離できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の流動層ガス化炉の排出固形物の分離・循環フローを示す循環フロー図。
【図２】本発明の流動層ガス化炉の排出固形物の分離・循環フローの他の例を示す循環フロー図。
【図３】公知の廃棄物ガス化溶融システムの概念図。
【図４】従来の流動焼却炉と同じガス化炉の流動媒体循環フロー図。
【符号の説明】
１：廃棄物供給装置、２：流動層ガス化炉、３：空気室、４：空気分散板、５：流動層、６：フリーボード、７：旋回溶融炉、８：一次燃焼室、９：二次燃焼室、１０：スラグ分離部、１１、１２：昇温用バーナ、１３：ディフレクター、１４：不燃物排出シュート、１５：トロンメル付き排出機、１６：バケットコンベア、１７：分級機、１８：流動媒体供給機、１９：磁力選別機、２０：ボールミル、２１：分級機、２２：破砕物ホッパー、２３：オーバーフロー物搬送機ａ：廃棄物、ｂ：一次空気、ｃ：二次空気、ｄ：生成ガス、ｅ：三次空気、ｆ：排ガス、ｇ：スラグ、ｈ：流動媒体、ｉ：不燃物、ｊ：固形カーボン、ｋ：鉄分
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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