JP2000240922A - 廃棄物からの燃料ガス製造装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【解決手段】 燃料ガス製造装置は、ストーカ式熱分解
炉5 と、同熱分解炉から出た灰分を溶かす灰溶融炉14
と、ストーカ式熱分解炉5 の後流に配された２次焼却室
8 と、同焼却室から出たガスを冷やすガス冷却器9 と、
同冷却器から出たガスを精製する、アルカリ洗浄塔10、
酸洗浄塔11および微粒物質吸着除去塔12からなるガス精
製装置とからなる。ストーカ式熱分解炉5 の前流にはホ
ッパー1 の下にプレスからなる廃棄物脱水機2 が設置さ
れ、脱水機2 の底部には水受け3 が設けられている。 【効果】 構造と運転操作が簡単なストーカ式熱分解炉
を採用し、廃棄物供給部に脱水機を設けて廃棄物の水分
調整を行うことにより、熱分解炉における部分燃焼の安
定化を図ることができると共に、熱分解時間の短縮を達
成することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、廃棄物からガス燃
料、燃料電池燃料ガス、さらにはアンモニア、メタノー
ル等の化学品原料ガスとして使用可能な工業用原料ガ
ス、特に合成ガスの製造に好適に適用できるストーカ式
熱分解炉を有した燃料ガス製造装置、およびこれを用い
た廃棄物熱分解方法に関する。

【０００２】このような燃料および原料ガスの例として
は、Ｈ₂ ＝２０〜４０、ＣＯ＝２０〜４０、ＣＯ₂ ＝０
〜３０［いずれもＶｏｌ％］、ＣＨ₄ 、Ｎ₂ 、Ｈ₂ Ｏ、
微量無機ガスからなる発熱量１，０００〜４，０００
［ｋｃａｌ／Ｎｍ³ ］のガスがある。

【０００３】

【従来の技術】最近、廃棄物の高温処理によるガス改質
反応を利用して合成ガス（主な成分はＨ₂ 、ＣＯ、ＣＯ
₂ 、ＣＨ₄ 等）を製造し、これを燃料や化学原料として
利用したり、ダイオキシンの発生を抑制することが考え
られている。

【０００４】廃棄物より合成ガスを製造するには、流動
層式熱分解炉や外部加熱式熱分解炉が考えられる。流動
層式熱分解炉の場合、特開平１０−１５６３１４、特開
平１０−６７９９２および特開平１０−１２８２８８で
提案されているように、廃棄物を破砕後に内部循環流動
層式熱分解炉へ供給し、４５０℃〜６００℃の温度の部
分燃焼にて熱分解を行い、高温酸化炉へ熱分解ガスおよ
び熱分解残渣（チャー、灰分等）を供給し、酸素を用い
て高温にてガス改質を促進するシステムとなつている。
また、外部加熱式熱分解炉の場合、廃棄物は外部加熱式
熱分解炉を含む脱ガスチャンネルへ供給されて無酸素状
態にて外部より加熱用ガスにより加熱されて乾燥と熱分
解が行われる。熱分解されたガスは高温反応炉へ供給さ
れて酸素を用いた部分酸化により高温の状態にてガス改
質を促進するシステムとなつている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】廃棄物を流動層式熱分
解炉へ供給した場合、廃棄物は熱量変動が激しく、投入
廃棄物の熱量変動に合わせて流動層を安定に運転させる
ためには、層内温度制御が複雑になる。その対策とし
て、特開平１０−１２８２８８では高カロリーと低カロ
リーの廃棄物用ピットが用意され、両者の量比調整によ
り熱量の均一化を実施しているが、この方法では熱分解
炉の構造が複雑になり、熱量の異なる廃棄物を用意する
必要もある。また、このシステムにおいては、熱分解で
発生する熱分解ガス、タール、水蒸気、チャーおよび灰
分を全て高温酸化炉にて部分燃焼している。このよう
に、これらを全て高温にて部分酸化させると、反応速度
の遅い熱分解ガスやタール分が優先的に反応し、合成ガ
スのカロリーが低下したり、不完全燃焼したチャーが大
量に発生する。

【０００６】他方、廃棄物を外部加熱式熱分解炉へ供給
した場合、外部より加熱用ガスにより加熱されて乾燥と
熱分解が行われているため、圧縮された廃棄物との伝熱
面積が制限されて熱分解に要する時間がかかり、時間を
短縮するためには、かなり長い熱分解炉が必要になって
くる。また、このシステムでは、廃棄物の供給がプレス
により行われているため、熱分解ガスの漏れが起こらな
いようにプレスのシールを十分に行う必要があり、プレ
スにより発生する廃水処理方法にも問題がある。

【０００７】本発明は、上記の諸問題を解決することが
できるシステムを提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明によるシステム
は、構造と運転操作が簡単なストーカ式熱分解炉を採用
し、廃棄物供給部に脱水機および／または乾燥機を設け
て廃棄物の水分調整を行い、熱分解炉における部分燃焼
の安定化を図り、熱分解時間の短縮も図るものであり、
また、脱水および／または乾燥により生じた水および／
または水蒸気を２次焼却室や溶解炉へ供給してガス改質
に利用して排水を避けることができるシステムである。

【０００９】すなわち、本発明による燃料ガス製造装置
は、ストーカ式熱分解炉と、同熱分解炉から出た灰分お
よびチャーを溶かす灰溶融炉と、ストーカ式熱分解炉の
後流に配された２次焼却室と、同焼却室から出たガスを
冷やすガス冷却器と、同冷却器から出たガスを精製する
ガス精製装置とから成るものである。

【００１０】上記ガス精製装置において、ストーカ式熱
分解炉の前流に廃棄物脱水機および／または乾燥機を設
置し、これらによって廃棄物の脱水および／または乾燥
を行い、生じた水分を灰溶融炉および／または２次焼却
室に供給することが好ましい。

【００１１】また、本発明による燃料ガス製造方法は、
上記構成のストーカ式熱分解炉を用いて実施する方法で
あり、ストーカ式熱分解炉にて廃棄物を熱分解し、同熱
分解炉から出た灰分およびチャーを灰溶融炉で溶かし、
ストーカ式熱分解炉から出たガス中の未燃分を２次焼却
室で改質させ、同焼却室から出たガスを冷却器で冷や
し、同冷却器から出たガスをガス精製装置で精製するこ
とを特徴とする方法である。

【００１２】上記燃料ガス製造方法において、ストーカ
式熱分解炉の前流にて廃棄物を脱水および／または乾燥
し、生じた水分および／または水蒸気を灰溶融炉および
／または２次焼却室に供給することが好ましい。

【００１３】廃棄物脱水機および／または乾燥機におい
て廃棄物の水分量を５〜１５重量％、好ましくは１０〜
１５重量％に調整し、熱分解炉へは高濃度酸素ガス（酸
素濃度７０％以上が好ましい）を部分燃焼率０．１〜
０．４、好ましくは０．１〜０．３となるように供給
し、熱分解炉出口温度を５００〜９００℃、好ましくは
７００〜８００℃に設定することにする。灰溶融炉へは
高濃度酸素ガス（酸素濃度７０％以上が好ましい）を供
給し、灰溶融炉内温度を１，４００〜１，８００℃の高
温に設定して溶融スラグ化を図る。熱分解されたガスは
２次焼却室に供給して、同室へ高濃度酸素ガス（酸素濃
度７０％以上が好ましい）を部分燃焼率０．１〜０．６
となるように供給し、２次焼却室内温度を１，０００〜
１，３００℃に設定することにより熱分解ガスと脱水お
よび／または乾燥により生じた水分および／または水蒸
気とによりガス改質を行わせる。また、ストーカ式熱分
解炉へは高濃度酸素ガスのみを供給することから、従来
火格子の冷却も兼ねていた空気供給がなく、十分な冷却
効果を得る対策として、水冷式の火格子を採用すること
が好ましい。

【００１４】脱水方法としては、プレス等による機械的
脱水と、乾燥機による乾燥脱水の２つの方法がある。機
械的脱水により得られた水、乾燥脱水により得られた水
蒸気は、溶融炉内のチヤーに吹き付け、および／また
は、２次焼却室内に吹き付ける。

【００１５】より具体的には、脱水廃棄物をストーカー
式熱分解炉で熱分解する。熱分解炉温度は、好ましく
は、入口６０℃、出口５００〜９００℃である。熱分解
源として高濃度酸素ガス（酸素濃度７０％以上が好まし
い）を導入する。部分燃焼率を０．１〜０．４にする。
熱分解により廃棄物は、可燃ガス、タール、水蒸気、チ
ャー、灰分に分解する。

【００１６】チャーと灰分はストーカー式熱分解炉に連
結した灰溶融炉で溶融する。灰分は高濃度酸素ガス吹き
込みで溶融スラグ化する。チャーと水蒸気の水性ガス化
が起こり、チャーの一部はガス化される。悪臭成分も高
温熱分解によりなくなる。溶融スラグは静置分離層を経
てスラグとして回収され、メタルは静置分離層から回収
される。

【００１７】可燃ガス、タールは高温２次燃焼炉で燃焼
する。高濃度酸素ガス吹き込みで高温燃焼する。燃焼部
温度は１，０００〜１，３００℃に保つ。

【００１８】燃焼ガスを１００℃以下まで急冷する。急
冷は水噴霧により行う。

【００１９】急冷ガスを酸、アルカリ洗浄し、Ｈ₂ 、Ｃ
Ｏに富む工業用燃料ガスを製造する。

【００２０】

【発明の実施の形態】脱水都市ごみ熱分解挙動を把握
すべく、次ぎの実験を行った。

【００２１】一般の都市ごみを水分６重量％までプレス
脱水して熱分解を行った。

【００２２】図１、図２および図３は都市ごみを無酸素
雰囲気で５００〜８５０℃の温度で熱分解した場合の、
生成ガス組成およびチャー生成量と熱分解温度との関係
を示すグラフである。これらのグラフから、熱分解温度
は一定値に保つ必要があることがわかる。

【００２３】図４は純酸素雰囲気で部分燃焼率を変えて
都市ごみを熱分解した場合の、ガス発熱量と熱分解温度
との関係を示すグラフである。このグラフから、部分燃
焼率の変動は、熱分解ガスカロリー変動を引き起こすこ
とがわかる。

【００２４】図５はチャー分離前（熱分解可燃ガス、タ
ール、水蒸気、チャー、灰分を混合）、およびチャー分
離後（熱分解可燃ガス、タール、水蒸気のみ混合）のガ
スを高温度部分燃焼した場合の、チャー生成量と部分燃
焼率の関係を示すグラフである。このグラフから、後者
の方がチャー生成量は少ないのがわかる。

【００２５】図６は都市ごみを脱水した後、熱分解した
場合の物質収支を示すグラフである。このグラフから、
高カロリーの合成ガスを得るためには、脱水操作が必要
であることがわかる。

【００２６】図７は都市ごみを脱水をしないで熱分解し
た場合の熱バランスの一例を示すグラフである。このグ
ラフから、乾燥にかなりのエネルギーが使用されるた
め、都市ごみをそのまま熱分解するのは非効率的である
ことがわかる。

【００２７】以上の実験から、一定組成の精製合成ガス
を得るには、前処理として廃棄物を脱水し、チャー、灰
分と熱分解ガス、タール、水蒸気分とを分離する必要が
あることがわかる。

【００２８】熱分解時の廃棄物熱伝導性を向上させる
には、伝熱面積を拡大する方法では問題が多いので、廃
棄物を混合・攪拌する方法を採用した。

【００２９】プレス脱水した水は有機性物質を多量に
含み悪臭等がする。この水を１０００〜１３００℃の高
温度で炭素と反応させると以下のように、有機性物質は
熱分解し、炭素は水性ガス化する。

【００３０】 有機性物質→Ｈ₂ 、ＣＯ、Ｎ₂ 、ＣＯ₂ 、ＣＨ₄ 等 Ｃ＋Ｈ₂ Ｏ→ＣＯ＋Ｈ₂ 以上の知見から、熱分解炉にストーカー炉を採用し、以
下の手法をとることによって上記諸問題が解決可能であ
ることがわかった。

【００３１】具体的実施例を図８に示すフローシートに
基づいて説明する。

【００３２】燃料ガス製造装置は、ストーカ式熱分解炉
(5) と、同熱分解炉から出た灰分を溶かす灰溶融炉(14)
と、ストーカ式熱分解炉(5) の後流に配された２次焼却
室(8) と、同焼却室から出たガスを冷やすガス冷却器
(9) と、同冷却器から出たガスを精製する、アルカリ洗
浄塔(10)、酸洗浄塔(11)および微粒物質吸着除去塔(12)
からなるガス精製装置とからなる。ストーカ式熱分解炉
(5) の前流にはホッパー(1) の下にプレスからなる廃棄
物脱水機(2) が設置され、脱水機(2) の底部には水受け
(3) が設けられている。図８中、(4) はダブルダンパ
ー、(6) は廃棄物、(7) はスラグ溶融静置分離層、(13)
はクーラー、(15)はゲートである。

【００３３】上記構成の燃料ガス製造装置において、廃
棄物をホッパー(1) に投入し、プレスからなる廃棄物脱
水機(2) で水分１０〜１５重量％まで脱水する。

【００３４】ゲート(15)を開きダブルダンパー(4) 内に
廃棄物を導入し、ダブルダンパーと廃棄物で熱分解ガス
のシールを行う。その後、脱水廃棄物をストーカー式熱
分解炉(5) 内に供給する。ストーカー式熱分解炉(5) に
底部から純酸素を部分燃焼率０．１〜０．３となるよう
に供給し、廃棄物(6) を部分燃焼熱で熱分解する。スト
ーカー式熱分解炉(5) 内では、部分燃焼ガスの拡散およ
びストーカー混合により熱伝導性が向上し、短時間で均
一熱分解が可能である。そのため廃棄物の乾燥は不要で
あり、部分燃焼のため従来炉に対し約半分以下の炉長で
熱分解が可能である。その上、投入廃棄物のカロリーが
均一であるため、炉内温度は７００〜８００℃に保たれ
る。

【００３５】熱分解チャーおよび灰分はストーカー式熱
分解炉(5) 後端下部に設けた灰溶融炉(14)に排出し、こ
こへ純酸素を吹き込むことにより、１４００〜１８００
℃まで加熱され溶融スラグ化される。溶融スラグはスラ
グ溶融静置分離層(7) を経てスラグとして回収され、メ
タルは同分離層(7) から回収される。廃棄物脱水機(2)
によって廃棄物から脱水された水分を灰溶融炉(14)に噴
霧供給して、熱分解チャーの水性ガス化、および有機性
物質の熱分解を行う。

【００３６】図８においては、酸素はストーカー式熱分
解炉(5) 内の廃棄物(6) へ火格子側より供給している
が、廃棄物(6) の上部より供給してもよい。また、空気
より高濃度の酸素ガスを製造して高濃度酸素ガス（酸素
濃度７０％以上が好ましい）を廃棄物(6) の上部より供
給し、残りの窒素に富むガスを火格子側より供給しても
よい。

【００３７】熱分解ガスは２次焼却室(8) で、部分燃焼
率０．１〜０．６となるように純酸素吹き込みにより熱
分解され、ＣＯ、Ｈ₂ に富む合成ガスに改質される。同
室内の温度は１，０００〜１，３００℃に保つ。廃棄物
脱水機(2) によって廃棄物から脱水された水分を２次焼
却室(8) 内へ噴霧供給してもよい。

【００３８】合成ガスはガス洗浄塔(9) で１００℃以下
まで水噴霧急冷され、その後アルカリ洗浄塔(10)、酸洗
浄塔(11)および微粒物質吸着除去塔(12)からなるガス精
製装置を経て精製合成ガスとされる。精製合成ガスはこ
のままでガスエンジン等に使用可能である。

【００３９】脱水後の水分６重量％の都市ごみ１００ｋ
ｇで本発明方法を実施した例を以下に示す。

【００４０】条件； ストーカ式熱分解炉部分燃焼率＝０．２ ストーカ式熱分解炉温度＝７５０℃ 灰溶融炉温度＝１４５０℃ ２次焼却室ガス改質部温度＝１２００℃ ２次焼却室部分燃焼率＝０．４ 得られた合成ガスの組成 ＣＯ＝３７、Ｈ₂ ＝４０、ＣＯ₂ ＝１２、Ｈ₂ Ｏ＝１
［いずれもＶｏｌ％］、２，３４０［ｋｃａｌ／Ｎ
ｍ³ ］ その他生成物 スラグ＝２０［ｋｇ］、メタル＝１．５［ｋｇ］ 図９および図１０は本発明の他の実施例を示すフローシ
ートである。

【００４１】

【発明の効果】本発明のシステムによれば、構造と運転
操作が簡単なストーカ式熱分解炉を採用し、廃棄物供給
部に脱水機を設けて廃棄物の水分調整を行うことによ
り、熱分解炉における部分燃焼の安定化を図ることがで
きると共に、熱分解時間の短縮を達成することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】生成ガス組成と熱分解温度との関係を示すグラ
フである。

【図２】生成ガス組成と熱分解温度との関係を示すグラ
フである。

【図３】チャー生成量と熱分解温度との関係を示すグラ
フである。

【図４】ガス発熱量と熱分解温度との関係を示すグラフ
である。

【図５】チャー生成量と部分燃焼率の関係を示すグラフ
である。

【図６】都市ごみを脱水した後、熱分解した場合の物質
収支を示すグラフである。

【図７】都市ごみを脱水をしないで熱分解した場合の熱
バランスを示すグラフである。

【図８】本発明の実施例を示すフローシートである。

【図９】本発明の他の実施例を示すフローシートであ
る。

【図１０】本発明の他の実施例を示すフローシートであ
る。

【符号の説明】

１：廃棄物ホッパー ２：プレスからなる廃棄物脱水機 ３：水受け ４：ダブルダンパー ５：ストーカー式熱分解炉 ６：廃棄物 ７：スラグ溶融静置分離層 ８：２次焼却室 ９：ガス洗浄塔 １０：アルカリ洗浄塔 １１：酸洗浄塔 １２：微粒物質吸着除去塔 １３：クーラー １４：灰溶融炉 １５：ゲート

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ２３Ｇ 5/14 ＺＡＢ Ｆ２３Ｊ 1/00 Ｂ ４Ｈ０６０ Ｆ２３Ｊ 1/00 Ｆ２７Ｄ 17/00 １０４Ｇ ４Ｋ０５６ 15/06 Ｂ０９Ｂ 3/00 ３０２Ｅ Ｆ２７Ｄ 17/00 １０４ Ｆ２３Ｊ 15/00 Ｋ (72)発明者 関口 善利 大阪市住之江区南港北１丁目７番89号 日 立造船株式会社内 (72)発明者 山本 勝彦 大阪市住之江区南港北１丁目７番89号 日 立造船株式会社内 Ｆターム(参考） 3K061 AA02 AB02 AB03 AC01 BA01 BA07 EB14 EB18 NB03 3K065 AA02 AB02 AB03 AC01 BA01 BA07 HA02 HA07 3K070 DA52 DA83 3K078 AA01 AA07 BA08 CA03 CA24 4D004 AA46 BA03 BA06 CA24 CA29 CA32 CA40 CA42 CB16 CB50 CC01 DA02 DA03 DA06 DA09 DA10 4H060 AA01 AA02 BB04 BB23 BB25 CC18 FF04 GG02 4K056 AA05 AA12 BB01 BC01 CA20 DB03 DB29

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ストーカ式熱分解炉と、同熱分解炉から
   出た灰分およびチャーを溶かす灰溶融炉と、ストーカ式
   熱分解炉の後流に配された２次焼却室と、同焼却室から
   出たガスを冷やすガス冷却器と、同冷却器から出たガス
   を精製するガス精製装置とから成る燃料ガス製造装置。
2. 【請求項２】 ストーカ式熱分解炉の前流に廃棄物脱水
   機および／または乾燥機を設置したことを特徴とする請
   求項１記載の燃料ガス製造装置。
3. 【請求項３】 廃棄物の脱水および／または乾燥により
   生じた水分を灰溶融炉および／または２次焼却室に供給
   することを特徴とする請求項２記載の燃料ガス製造装
   置。
4. 【請求項４】 ストーカ式熱分解炉にて廃棄物を熱分解
   し、同熱分解炉から出た灰分およびチャーを灰溶融炉で
   溶かし、ストーカ式熱分解炉から出たガス中の未燃分を
   ２次焼却室で改質させ、同焼却室から出たガスを冷却器
   で冷やし、同冷却器から出たガスをガス精製装置で精製
   することを特徴とする燃料ガス製造方法。
5. 【請求項５】 ストーカ式熱分解炉の前流にて廃棄物を
   脱水および／または乾燥することを特徴とする請求項４
   記載の燃料ガス製造方法。
6. 【請求項６】 廃棄物の脱水および／または乾燥により
   生じた水分および／または水蒸気を灰溶融炉および／ま
   たは２次焼却室に供給することを特徴とする請求項５記
   載の燃料ガス製造方法。
7. 【請求項７】 廃棄物の脱水および／または乾燥によっ
   てその水分含量を５〜１５重量％に調整することを特徴
   とする請求項５または６記載の燃料ガス製造方法。
8. 【請求項８】 ストーカ式熱分解炉へ酸化媒体として高
   濃度酸素ガスを部分燃焼率０．１〜０．４で供給し、熱
   分解炉出口温度を５００℃〜９００℃に設定することを
   特徴とする請求項４〜７のいずれかに記載の燃料ガス製
   造方法。
9. 【請求項９】 灰溶融炉へ酸化媒体として高濃度酸素ガ
   スを供給し、灰溶融炉内温度を１，４００〜１，８００
   ℃に設定することにより灰分を溶融スラグ化させること
   を特徴とする請求項４〜８のいずれかに記載の燃料ガス
   製造方法。
10. 【請求項１０】 ２次焼却室へ酸化媒体として高濃度酸
    素ガスを部分燃焼率０．１〜０．６で供給し、２次焼却
    室内温度を１，０００〜１，３００℃に設定することを
    特徴とする請求項４〜９のいずれかに記載の燃料ガス製
    造方法。