JP2008222882A - ガス化ガスの浄化方法及び浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ガス化ガス中の高沸点炭化水素化合物の吸着によって活性炭の吸着能力が低下したとしても、その吸着能力を効率的に回復させて、装置のガス浄化能力を持続させることのできるガス化ガスの浄化方法及び浄化装置を提供すること。
【解決手段】有機性廃棄物又は石炭等の固体有機物を熱分解して得られたガス化ガスを複数の活性炭吸着塔１ａ〜１ｃからなる活性炭式吸着装置１に通し、活性炭にガス化ガス中のダイオキシン及び常温常圧で液体若しくは固体である高沸点炭化水素化合物を吸着させるガス化ガスの浄化方法において、前記高沸点炭化水素化合物の吸着によって吸着能力の低下した活性炭吸着塔１ｃについてはガス化ガスの通ガスを遮断し、当該活性炭吸着塔１ｃ内の圧力を下げ、キャリアガスを通すことで吸着した前記高沸点炭化水素化合物をキャリアガス側に吐き出させて吸着能力を回復させ、その後、ガス化ガスの通ガスを再開させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、廃プラスチックやバイオマス等の有機性廃棄物又は石炭等の固体有機物を熱分解して得られたガス化ガスの浄化方法及び浄化装置に関し、とくに活性炭充填塔を用いたガス化ガスの浄化方法及び浄化装置に関する。

近年、地球環境保全とくに地球温暖化防止の一環として、エネルギーの有効利用が改めて注目されるなかで、廃プラスチックやバイオマス等の有機性廃棄物の持つエネルギーを有効利用する方法として、有機性廃棄物を熱分解し可燃性ガスを得る、いわゆるガス化が注目を集めている。

ところが、ガス化によって得られた可燃性ガス、すなわちガス化ガスには有機性廃棄物に含まれる塩素分に起因するダイオキシンが含まれているので、ガス化ガスの利用にあたってはダイオキシンの除去が必要である。また、有機性廃棄物のガス化ガスにはダイオキシンのほか、タール分や軽質油分等の常温常圧で液体若しくは固体である高沸点炭化水素化合物（本願明細書では単に「高沸点炭化水素化合物」という。ここで、「高沸点炭化水素化合物」の沸点は概ね６０℃以上である。）が含まれている。これらの高沸点炭化水素化合物は、沸点以下の温度でも高い蒸気圧を持ち、冷却等によって除去することが難しく、ガス中に残存する高沸点炭水素化合物は、ガス化ガスの温度が低下すると凝縮し、ガス配管やその付帯設備に付着して設備トラブルを引き起こす原因となる。したがって、ダイオキシンと共にガス化ガス中から除去する必要がある。

従来、ガス中のダイオキシンを除去する技術として、特許文献１には、ダイオキシンを触媒層により分解し、残分のダイオキシンを活性炭層により吸着するという技術が開示されている。しかし、この特許文献１の技術は、おもに可燃性物質を燃焼させた後の燃焼排ガスを処理対象とするものであり、特許文献１の技術を有機性廃棄物のガス化ガスの処理に適用すると、触媒層ではダイオキシン以外の炭化水素ガスも分解され煤が発生するので、すぐに閉塞し失活する。また、活性炭層ではダイオキシン以外に上述の高沸点炭化水素化合物が吸着され、活性炭の活性を持続させることができない。持続させるためには、常に新しい活性炭を使用する必要があり、運転費が高くなる。

また、特許文献２には、バグフィルター等の集塵装置を設け、その上流側で粉末状の活性炭を吹き込み、バグフィルターのろ布表面上に活性炭層を形成し、その活性炭にダイオキシンを吸着させるという技術が開示されている。しかし、この特許文献２の技術においても、これを有機性廃棄物のガス化ガスの処理に適用すると、ガス化ガスに含まれる上述の高沸点炭化水素化合物によって目詰まり等のトラブルが発生し、安定的な運転を継続することができない。

一方、特許文献３及び特許文献４には、排気ガス中の溶剤等の炭化水素、軽質油分を除去するために活性炭を用いた浄化技術が開示されている。しかし、活性炭により有機性廃棄物のガス化ガスに含まれる軽質油分を除去する場合には、ガスの原料が廃棄物であることから原料の性状が安定しないのでガス浄化の制御が難しく、また、ガス化ガス中には軽質油分だけでなくタール分が含まれるので、タール分を含むガスを活性炭で浄化すると、タール分が活性炭から離脱しにくいため、活性炭の寿命が短くなる。

また、特許文献５及び特許文献６には、バイオマスを熱分解して得られたバイオマスガス（ガス化ガス）を活性炭を用いて浄化する技術が開示されている。しかし、この技術ではガス処理温度が高く、分子量が大きくて沸点の高いタール分を吸着除去することは可能であるが、分子量が小さくて沸点が比較的低く、高揮発性であって、常温常圧で液状の炭化水素化合物、いわゆる軽質油分を吸着除去することはできない。軽質油分はガス利用の際に、配管中で冷却され、ドレン化する。このドレンは揮発性のきわめて高い引火性油であるため取り扱いが難しい。

また、性状の均一なバイオマス以外を原料としたガス化ガスの場合、タール分の発生量及び性状が変化し、活性炭吸着層が閉塞したり、軽質油分がガス利用設備に流れ、トラブルとなる可能性がある。とくに廃プラスチック、石炭等の化石燃料、あるいは化石燃料を原材料とする固体有機物をガス化する場合には、タール分及び軽質油分の量が多く、上記技術による手法では十分な浄化を行うことができない。

このように、従来、活性炭を用いてガスを浄化する技術は種々提案されているが、高沸点炭化水素化合物とくにタール分及び軽質油分を多く含むガス化ガスを浄化する場合、上述のような問題があり、活性炭を用いたガス化ガスの浄化技術は確立されていない。

これに対して、活性炭を用いないガス化ガスの浄化技術も提案されている。例えば特許文献７には、有機性廃棄物をガス化後、酸素及び水蒸気と反応させ、１１００℃程度の高温での改質反応により、ガス化ガス中のタール分や軽質油分を低減させる技術が提案されている。しかし、このような改質反応を用いたガスの浄化技術では、改質反応に必要な熱源を得るためにガス化ガスの部分燃焼が必要となり、ガス化ガスの持つエネルギーを消費されガスカロリーが低下するという問題がある。また、改質反応に用いる酸素の製造にエネルギーを多く必要とし、廃棄物処理に必要な総エネルギーが大きくなりすぎる。

他のガス洗浄技術としては、コークス炉ガスの浄化技術に見られるように、低温下でガスを油で洗浄し、ガス中のタール分及び軽質油分等を除去する技術がある。しかし、この技術では、低温下で洗浄を行うにあたり冷熱源を得るためにエネルギーが必要である。また、洗浄後の排水に高度な処理が必要となり、さらに油を再生する工程等が必要となり、再生時に発生するガスの処理等、設備が複雑になる傾向にある。また、ガスの洗浄によってはダイオキシンを除去することはできない。

このように、ガス中のダイオキシン及びタール分、軽質油分等の高沸点炭化水素化合物を同時に除去してガスを浄化するには、やはり活性炭を用いて乾式処理することが有用かつ簡便であり、活性炭を用いたガス化ガスの浄化技術の確立が望まれている。

一方で、有機物を熱分解し可燃性のガス化ガスを得る場合、ガス化ガスの利用にあたってはメタン等の炭化水素ガスを残し、ガスのカロリーを高く保つことが望ましい。但し、その場合、タール分及び軽質油分が副生しガス利用の妨げとなる。したがって、この点からもガス化ガス中のタール分及び軽質油分を除去する浄化技術の確立が望まれている。
特開２００３−１１２０１２号公報 特開平１１−２３０５２９号公報 特開平９−２１５９０８号公報 特開２００５−６６５０３号公報 特開２００６−１６４６９号公報 特開２００６−１６４７０号公報 特開２００４−２３８５３５号公報

本発明が解決しようとする課題は、総括的には、活性炭を用いたガス化ガスの浄化技術を確立し、利用可能な高カロリーガスを得ることにある。

具体的には、ガス化ガス中の高沸点炭化水素化合物の吸着によって活性炭の吸着能力が低下したとしても、その吸着能力を効率的に回復させて、装置のガス浄化能力を持続させることのできるガス化ガスの浄化方法及び浄化装置を提供することにある。

本発明は、有機性廃棄物又は石炭等の固体有機物を熱分解して得られたガス化ガスを複数の活性炭吸着塔からなる活性炭式吸着装置に通し、活性炭にガス化ガス中のダイオキシン及び常温常圧で液体若しくは固体である高沸点炭化水素化合物を吸着させるガス化ガスの浄化方法において、前記高沸点炭化水素化合物の吸着によって吸着能力の低下した活性炭吸着塔についてはガス化ガスの通ガスを遮断し、当該活性炭吸着塔内の圧力を下げ、キャリアガスを通すことで吸着した前記高沸点炭化水素化合物をキャリアガス側に吐き出させて吸着能力を回復させ、その後、ガス化ガスの通ガスを再開させることを特徴とする。

本発明では、代表的には有機性廃棄物として廃プラスチック、又は固体有機物として石炭をガス化する。

有機性廃棄物又は固体有機物のガス化ガス中には、ダイオキシン及び高沸点炭化水素化合物が含まれる。また、高沸点炭化水素化合物としては、ナフタレン、アントラセン等のタール分（炭素原子数が１０以上の高分子炭化水素化合物）とベンゼン、トルエン、キシレン等の軽質油分（炭素原子数が１０未満の低分子炭化水素化合物）が含まれる。これらのダイオキシン及び高沸点炭化水素化合物は、ガス化ガスの有効利用にあたり除去する必要があるが、本発明では、上述のように、複数の活性炭吸着塔からなる活性炭式吸着装置によって、有機性廃棄物又は固体有機物のガス化ガス中に可燃性ガスと共に含まれるダイオキシン及び高沸点炭化水素化合物を除去する。

すなわち、活性炭吸着塔に充填されている活性炭には表面に無数の細孔が開いており、この細孔にダイオキシン及び高分子炭化水素化合物の分子が入り込むことで吸着されガス化ガスから除去される。

そして、活性炭式吸着装置を構成する複数の活性炭吸着塔のうち、高沸点炭化水素化合物の吸着によって吸着能力の低下した活性炭吸着塔についてはガス化ガスの通ガスを遮断し、当該活性炭吸着塔内の圧力を下げ、キャリアガスを通すことで、活性炭の細孔に吸着していた高沸点炭化水素化合物を気化離脱させ、活性炭の持つ細孔を復活させ、吸着能力を回復させることができる。

その後、吸着能力を回復させた活性炭吸着塔についてガス化ガスの通ガスを再開させる。この操作を繰り返すことで装置のガス浄化能力を持続させることができる。

このガス化ガスの浄化方法を実施するため、本発明の浄化装置では、有機性廃棄物又は固体有機物を熱分解して得られたガス化ガス中のダイオキシン及び高沸点炭化水素化合物を吸着させる複数の活性炭吸着塔からなる活性炭式吸着装置を有するガス化ガスの浄化装置において、それぞれの活性炭吸着塔のガス導入側及び排出側に開閉弁を設けると共に、それぞれの活性炭吸着塔内の圧力を下げるための減圧装置を設け、さらに、それぞれの活性炭吸着塔にキャリアガスを供給するガス供給配管を設ける。

すなわち、高沸点炭化水素化合物の吸着によって吸着能力の低下した活性炭吸着塔については、そのガス導入側及び排出側に設けた開閉弁を閉にしてガス化ガスの通ガスを遮断し、減圧装置を作動させて活性炭吸着塔内を減圧すると共に、ガス供給配管を介してキャリアガスを通すことで吸着能力を回復させる。その後、開閉弁を開にしてガス化ガスの通ガスを再開させる。

本発明において、吸着能力を回復させるときの活性炭吸着吸着塔内の圧力は、絶対圧力で０．０８ＭＰａ以下とすることが好ましい。このように、低圧力とすることで、高沸点炭化水素化合物の沸点が低下し気化離脱しやくすなり、吸着能力を効率的に回復させることができる。

また、本発明では、可燃性のガス化ガスを取り扱っていることから、活性炭吸着吸着塔内に通すキャリアガスとしては、基本的には酸素を含まないガスを使用することが好ましく、例えば、窒素ガス、水蒸気、転炉ガス、高炉ガス、コークス炉ガス又は浄化後のガス化ガスを使用する。

そして、活性炭吸着吸着塔内に通すキャリアガスの温度は６０〜２００℃の範囲とすることが好ましい。キャリアガスの温度が６０℃未満では、高沸点炭化水素化合物のうち、比較的沸点の低い軽質油分（ベンゼン、トルエン、キシレン等）については活性炭から離脱させることは可能であるものの、比較的沸点の高いタール分（ナフタレン、アントラセン等）については離脱させるのが困難である。

したがって、キャリアガスの温度は高沸点炭化水素化合物の沸点の下限レベルである６０℃以上とすることが好ましく、エネルギー効率の点から２００℃以下とすることが好ましい。なお、キャリアガスの温度が６０℃未満でも、活性炭吸着吸着塔内の圧力を低くすれば、高沸点炭化水素化合物の沸点が低下し、その蒸気圧と雰囲気圧力との差が小さくなるので、活性炭から離脱させることはできる。

また、本発明では、活性炭吸着塔から吐き出された高沸点炭化水素化合物を含む廃キャリアガスを、有機性廃棄物又は固体有機物を熱分解してガス化するガス化炉、又はガス化炉に熱を供給する燃焼炉に吹き込み熱源とすることができる。回収された廃キャリアガスには、高沸点炭化水素化合物のほかダイオキシン等の有機性塩素化合物を含んでいることが多く、とくに有機性塩素化合物は毒性が強いものが多く、取り扱いが困難である。そこで、上述のように、回収された廃キャリアガスを隣接するガス化炉又は燃焼炉に吹き込むことで、これを焼却処理し、高沸点炭化水素化合物のもつ化学若しくは燃焼エネルギーを利用すると同時に、無害化して放散することができる。

すなわち、この方法によれば、活性炭吸着塔の回復過程で発生した廃キャリアガスを、新たに無害化処理装置を設けることなく、効率的に無害化することができる。

ガス化炉又は燃焼炉に吹き込む方法としては、廃キャリアガスのまま吹き込む方法と、キャリアガスとして水蒸気を使用した場合には廃蒸気をドレン化して廃ドレンとし、油水分離装置を用いて水分と油分に分離し、油分を吹き込む方法を採用することができる。廃ドレン化する場合、油分と分離された水分は別途焼却若しくは排水処理後系外に排出することができる。廃ドレン化する方法としては廃蒸気の排出口にコンデンサ等を設けて冷却する方法を採用することができる。なお、キャリアガスとして浄化後のガス化ガスを使用し、使用後の廃ガス化ガスをガス化炉又は燃焼炉に吹き込むようにすれば、ガス化ガスをガス化の熱源として有効利用することができる。

また、本発明では、ガス化ガスを活性炭式吸着装置に通す前に、ガス化ガス中に含まれるミスト状の水分、高沸点炭化水素化合物のうちタール分、及び固体の煤塵を除去し、その後、ガス化ガスを活性炭式吸着装置に通すようにすることができる。有機性廃棄物又は固体有機物のガス化ガスには、高沸点炭化水素化合物として軽質油分のほかにタール分も含まれる。タール分は高沸点炭化水素化合物のうち比較的高分子のもので、活性炭に吸着させると離脱が困難となり、活性炭の寿命を著しく縮めることがある。このため、本発明では、ガス化ガスを活性炭式吸着装置に通す前にタール分を除去することが好ましい。

ガス化ガスの活性炭式吸着装置入側でのタール分の濃度は、１ｇ／Ｎｍ^３以下とすることが好ましい。このように、事前にタール分を除去ことで、活性炭を保護し、その活性を長期間維持することができる。また、タール分と共にミスト状の水分及び固体の煤塵も除去する方が好ましい。

活性炭吸着塔を通過するガス化ガスの相対湿度が１００％に近いと、活性炭吸着塔中の活性炭がガス化ガス中に含まれるミスト状の水分を吸着し、必要な活性を得ることができなくなる。したがって、事前にタール分と共にミスト状の水分及び固体の煤塵を除去することが好ましい。タール分、ミスト状の水分及び固体の煤塵を除去する手段としては、電気集塵機、サイクロン等の集塵装置を活性炭式吸着装置の上流に設けることができる。

また、本発明では、ガス化ガスを活性炭式吸着装置に通す前にガス温度を６０℃以下まで冷却し、冷却後のガス化ガス中に含まれるミスト状の水分、高沸点炭化水素化合物のうちタール分、及び固体の煤塵を除去し、その後、ガス化ガスを加熱した上で活性炭式吸着装置に通すようにすることもできる。

このように、ガス化ガスのガス温度を６０℃以下、好ましくは４０℃以下まで冷却することで、ガス化ガス中のタール分や水分のミスト化が促進され、活性炭式吸着装置にガス化ガスを通す前にタール分、水分及び固体の煤塵を確実に除去することができる。

そして、タール分、水分及び固体の煤塵を除去した後にガス化ガスを加熱し、その後活性炭式吸着装置に通すことで、活性炭式吸着装置でのガス化ガスのドレン化を抑制することができ、活性炭の活性を長期間維持することができる。

タール分、水分及び固体の煤塵を除去する前のガス化ガスの温度は、タール分及び水分をミスト化する上では低いほど良いが、２０℃以下では、ミスト化の効果に対しランニングコストが大きくなるため好ましくない。

タール分、水分及び固体の煤塵を除去した後のガス化ガスの温度は、相対湿度が６０％以下となるよう昇温の温度を制御する。このように、ガス化ガスを活性炭式吸着装置に通す前に、冷却し、タール分、水分及び固体の煤塵を除去し、その後加熱するために、本発明の浄化装置では、活性炭式吸着装置の上流側に、ガス冷却装置、集塵装置、ガス加熱装置を順に設けることができる。

また、本発明では、２塔以上の活性炭吸着塔からなる活性炭式吸着装置をガス化ガスの流れ方向に直列に２段設置し、１段目の活性炭式吸着装置において活性炭吸着塔の吸着能力回復のために通すキャリアガスの温度を、２段目の活性炭式吸着装置において活性炭吸着塔の吸着能力回復のために通すキャリアガスの温度よりも高くするようにすることができる。

活性炭式吸着装置を１段のみ設置した場合、分子量の小さい軽質油分と分子量の大きいタール分の両方が１つの活性炭吸着塔に吸着される。そうすると、タール分を活性炭からほぼ完全に離脱させて活性炭吸着塔の吸着能力を回復させるに高温のキャリアガスが必要となり、ランニングコストが高くなる。

ガス化ガス中のタール分については上述とおり事前に除去することができるが、完全に除去することは困難であるので、量は少ないながらもタール分は活性炭吸着塔で吸着され、結局のところ、その活性炭吸着塔の吸着能力の回復には高温のキャリアガスが必要となる。これに対して、活性炭式吸着装置をガス化ガスの流れ方向に直列に２段設置すると、１段目の活性炭式吸着装置でタール分等の高分子炭化水素化合物が吸着され、２段目の活性炭式吸着装置では残りの軽質油分等の低分子炭化水素化合物が吸着される。

したがって、２段目の活性炭式吸着装置において活性炭吸着塔の吸着能力の回復に使用する蒸気の温度は、１段目の活性炭式吸着装置におけるそれに比べて低くすることができ、ランニングコストを抑えることができる。さらに、１段目の活性炭式吸着装置の上流側にて集塵装置等でタール分を除去するようにすれば、１段目の活性炭式吸着装置で吸着されるタール分の量が少なくなり、製造にエネルギーの必要な高温のキャリアガスを用いた吸着能力の回復操作の頻度が少なくて済み、ランニングコストをさらに抑えることができる。

また、１段目と２段目の活性炭式吸着装置で用いる活性炭としては、細孔の大きさを変えることにより、１段目は高分子吸着用、２段目は低分子吸着用のものを使用することができる。

また、本発明では、２塔以上の活性炭吸着塔からなる活性炭式吸着装置をガス化ガスの流れ方向に直列に２段設置し、１段目の活性炭式吸着装置において活性炭吸着塔の吸着能力回復のために通すキャリアガスとして１気圧以上の水蒸気を使用し、２段目の活性炭式吸着装置において活性炭吸着塔の吸着能力回復のために通すキャリアガスとして減圧したキャリアガスを使用することもできる。

すなわち、おもにタール分が吸着されている１段目の活性炭式吸着装置においては１気圧以上の水蒸気を使用することでタール分を活性炭から効率的に離脱させ、おもに軽質油分が吸着されている２段目の活性炭式吸着装置においては減圧したキャリアガスを使用することで軽質油分の沸点が低下し蒸気圧が上昇するので、軽質油分を活性炭から効率的に離脱させることができる。

なお、本発明で浄化処理するガス化ガスの成分範囲としては、例えば、Ｈ_２＝５〜６０ｖｏｌ％（ｄｒｙ）、ＣＯ＝５〜５０ｖｏｌ％（ｄｒｙ）、ＣＯ_２＝３〜３０ｖｏｌ％（ｄｒｙ）、ＣＨ_４＝０．１〜３０ｖｏｌ％（ｄｒｙ）を含み、かつダイオキシン濃度が０．１ｎｇ／Ｎｍ^３以上である。他の成分例は、Ｈ_２＝５〜６０ｖｏｌ％（ｄｒｙ）、ＣＯ＝５〜５０ｖｏｌ％（ｄｒｙ）、ＣＯ_２＝３〜３０ｖｏｌ％（ｄｒｙ）、ＣＨ_４＝０．１〜３０ｖｏｌ％（ｄｒｙ）を含み、かつベンゼン、トルエン、キシレンの濃度の合計が１ｇ／Ｎｍ^３（ｄｒｙ）以上かつ５０ｇ／Ｎｍ^３（ｄｒｙ）以下である。

また、これらの成分例において、炭素原子を７個以上持つ高沸点炭化水素化合物であるタールの濃度が１０ｍｇ／Ｎｍ^３（ｄｒｙ）以上のものである。また、これらの成分例において、ガス中に含まれる水分の飽和温度が２０℃以上１００℃以下のものである。

本発明によれば、ガス化ガス中の高沸点炭化水素化合物の吸着によって複数の活性炭吸着塔うち一つの吸着能力が低下したとしても、その吸着能力の低下した活性炭吸着塔内の圧力を下げ、キャリアガスを通すことにより吸着能力を効率的に回復させるので、装置のガス浄化能力を持続させることができる。

また、ガス化ガス中のタール分及び軽質油分を安定的に除去できるので、ガス化温度、改質温度を下げた運転が可能となり、高カロリーのガス化ガスを安定的に得ることができる。そして、ガス温度を上昇させるために必要なエネルギー、酸素量等を減らすことが可能で、より安価に高カロリーのガス化ガスを得ることが可能となる。

さらに、回収したタール分及び軽質油分を熱分解用の熱源として利用することができ、システムの熱効率を高めることができる。

以下、図面に示す実施例に基づき本発明の実施の形態を説明する。

図１は本発明の第１実施例を示す装置構成図である。

図１において、活性炭式吸着装置１は３塔の活性炭吸着塔１ａ〜１ｃからなる。有機性廃棄物をガス化するガス化炉２で得られたガス化ガスは、ガス化ガス供給本管３を通り、その後、それぞれ活性炭吸着塔１ａ〜１ｃに通じるガス化ガス供給支管３ａ〜３ｃを通り、活性炭吸着塔１ａ〜１ｃにその下部から導入される。

活性炭吸着塔１ａ〜１ｃにガス化ガスが導入されると、ガス化ガス中のダイオキシン及び高沸点炭化水素化合物が活性炭吸着塔１ａ〜１ｃ内の活性炭に吸着され、その後、ガス化ガスは、活性炭吸着塔１ａ〜１ｃ上部に接続されたガス化ガス排出支管４ａ〜４ｃから排出され、ガス化ガス排出本管４に合流し、ガス利用設備５まで搬送される。ガス化ガスの具体的な利用先としては、加熱炉、コークス炉等の工業炉用の燃料、ガスエンジンやガスタービン用の燃料、ボイラ燃料、熱風炉用の燃料等が挙げられる。

ガス化ガス供給支管３ａ〜３ｃ及びガス化ガス排出支管４ａ〜４ｃには、それぞれ開閉弁３ｄ〜３ｆ及び開閉弁４ｄ〜４ｆが設けられている。また、それぞれの活性炭吸着塔１ａ〜１ｃには、上部にキャリアガス供給本管６から分岐したキャリアガス供給支管６ａ〜６ｃが接続され、下部に廃キャリアガス排出支管７ａ〜７ｃが接続されている。キャリアガス供給支管６ａ〜６ｃ及び廃キャリアガス排出支管７ａ〜７ｃには、それぞれ開閉弁６ｄ〜６ｆ及び開閉弁７ｄ〜７ｆが設けられている。また、廃キャリアガス排出支管７ａ〜７ｃが合流する廃キャリアガス排出本管７の途中には真空ポンプ、コンデンサ、エゼクタ等からなる減圧装置８が設けられている。

なお、ガス化炉２としては、シャフト炉、ロータリーキルン炉、流動床炉、固定床炉、噴流炉等、各種の炉を使用することができる。また、ガス化炉２の加熱方式としては、生成したガス化ガスの一部燃焼させて熱源とする部分燃焼方式と、外部熱源を使用する外熱方式のいずれでもよい。

以上の構成において、操業時には、３塔ある活性炭吸着塔１ａ〜１ｃのうち、２塔にガス化ガスを通ガスしてガス化ガスを浄化し、残りの１塔にはガス化ガスを通ガスせずに減圧し、吸着した高沸点炭化水素化合物を離脱させキャリアガス側に吐き出させて吸着能力を回復させる。

例えば、活性炭吸着塔１ａ、１ｂにガス化ガスを通ガスする際には、活性炭吸着塔１ａ、１ｂにガス化ガスを供給するガス化ガス供給支管３ａ、３ｂの開閉弁３ｄ、３ｅを開にすると共に、活性炭吸着塔１ａ、１ｂからガス化ガスを排出するガス化ガス排出支管４ａ、４ｂの開閉弁４ｄ、４ｅを開にする。そして、活性炭吸着塔１ａ、１ｂに蒸気を導入する蒸気供給支管６ａ、６ｂの開閉弁６ｄ、６ｅ及び活性炭吸着塔１ａ、１ｂから廃蒸気を排出する廃蒸気排出支管７ａ、７ｂの開閉弁７ｄ、７ｅを閉にする。これにより、ガス化ガスが活性炭吸着塔１ａ、１ｂに通ガスされ、ガス化ガス中のダイオキシン及び高沸点炭化水素化合物が吸着除去される。

そして、残りの活性炭吸着塔１ｃについては、ガス化ガス供給支管３ｃの開閉弁３ｆ及びガス化ガス排出支管４ｃの開閉弁４ｆを閉にすると共に、キャリアガス供給支管６ｃの開閉弁６ｆ及び廃キャリアガス排出支管７ｃの開閉弁７ｆを開にし、減圧装置８を作動させる。

そうすると、活性炭吸着塔１ｃへのガス化ガスの通ガスが遮断され、活性炭吸着塔１ｃ内が減圧されると共にキャリアガスが通される。これによって、活性炭吸着塔１に吸着していた高沸点炭化水素化合物が離脱してキャリアガス側に吐き出され、活性炭吸着塔１の吸着能力が回復する。廃キャリアガスは活性炭吸着塔１下部より廃蒸気排出支管７ｃを介して排出され、蒸気排出本管７に合流後、所定の場所まで搬送される。

その後、ガス化ガスを通ガス中の活性炭吸着塔１ａ、１ｂのいずれかの吸着能力が低下したら、あるいはガス化ガスの通ガスから所定の時間が経過したら、上述のような開閉弁の操作により、吸着能力の低下したいずれか一方の活性炭吸着塔へのガス化ガスの通ガスを遮断する。代わりに吸着能力を回復させておいた活性炭吸着塔１ｃにガス化ガスを通ガスするようにする。

このように、本実施例では、３塔ある活性炭吸着塔１ａ〜１ｃのうち、２塔にガス化ガスを通ガスし、残りの１塔については吸着能力の回復操作を行い、吸着能力の回復操作を行う活性炭吸着塔を順次切り替えて行くことで、吸着能力を維持しつつ連続的にガス化ガスの浄化処理を行うことができる。

なお、操業条件としては、活性炭吸着塔１ａ〜１ｃに導入するガス化ガスのガス温度は１００℃以下としておくことが好ましい。ガス温度が１００℃超ではガス化ガス中の高沸点炭化水素化合物の蒸気圧が高くなり、活性炭による吸着力よりも揮発力が高くなり、吸着能力が十分に確保できない。ガス温度は好ましくは６０℃以下、より好ましくは４０℃以下とする。ただし、ガス温度を２０℃以下にしようとすると、例えば、ガス化ガスの冷却に必要な冷却水の温度を冷却塔等の一般的な設備で得ることができなくなり、冷凍機が必要となる。冷凍機の利用は設備コスト及びランニングコストにおいて大きな負担となるため好ましくない。また、吸着能力を回復させるときの活性炭吸着塔１ａ〜１ｃの圧力は絶対圧力で０．０８ＭＰａ以下とし、活性炭吸着塔１ａ〜１ｃに通すキャリアガスの温度は６０〜２００℃の範囲とする。

図２は本発明の第２実施例を示す装置構成図である。この実施例では、活性炭式吸着装置１は２塔の活性炭吸着塔１ａ、１ｂからなる。操業開始時には、両方の活性炭吸着塔１ａ、１ｂにガス化ガスを通ガスし、その後、いずれかの活性炭吸着塔の吸着能力が低下したら、あるいはガス化ガスの通ガスから所定の時間が経過したら、吸着能力の低下したいずれか一方の活性炭吸着塔へのガス化ガスの通ガスを遮断し吸着能力を回復させる。

例えば、活性炭吸着塔１ａへの通ガスを遮断する場合、ガス化ガス供給支管３ａの開閉弁３ｄ及びガス化ガス排出支管４ａの開閉弁４ｄを閉にする。そして、キャリアガス供給支管６ａの開閉弁６ｄ及び廃キャリア排出支管７ａの開閉弁７ｄを開にして、減圧装置８によって活性炭吸着塔１ａを減圧すると共に活性炭吸着塔１ａにキャリアガスを通ガスして吸着能力を回復させる。吸着能力が回復したら、キャリアガス供給支管６ａの開閉弁６ｄ及び廃キャリアガス排出支管７ａの開閉弁７ｄを閉にすると共に、ガス化ガス供給支管３ａの開閉弁３ｄ及びガス化ガス排出支管４ａの開閉弁４ｄを開にしてガス化ガスの通ガスを再開する。

その後、もう一つの活性炭吸着塔１ｂの吸着能力が低下したら、活性炭吸着塔１ａの場合と同様に、ガス化ガスの通ガスを遮断後、減圧してキャリアガスを通すことによって吸着能力を回復させ、その後、ガス化ガスの通ガスを再開する。この実施例では、このような操作を繰り返すことで、吸着能力を維持しつつ連続的にガス化ガスの浄化処理を行うことができる。

また、この実施例では、活性炭吸着塔の吸着能力回復時に排出される廃キャリアガスを、廃キャリアガス排出本管７を介して、ガス化炉２に熱を供給する燃焼炉２ａに吹き込む。これにより、廃キャリアガスに含まれる高沸点炭化水素化合物を燃焼炉２ａの燃料の一部として有効利用できると共に、廃キャリアガスに含まれる有機性塩素化合物等の有害物を焼却処理し無害化して放散することができる。

図３は本発明の第３実施例を示す装置構成図である。この実施例は、先の第２実施例の変形例で、活性炭吸着塔の吸着能力回復時に排出される廃キャリアガスを、直接、ガス化炉２に吹き込み部分燃焼させるようにしたものである。

図４は本発明の第４実施例を示す装置構成図である。この実施例は、図２に示した第２実施例の装置構成において、活性炭式吸着装置１の上流側に、ガス化ガス中に含まれるミスト状の水分、高沸点炭化水素のうちタール分、及び固体の煤塵を除去する集塵装置として電気集塵機９を設けたものである。

電気集塵機９は乾式、湿式のいずれでもよく、また、集塵装置としては、電気集塵機９のほか、サイクロン、濾過式、スクラバ式のものを使用してもよい。

このように、活性炭式吸着装置１の上流側に電気集塵機９を設けて事前にタール分、水分及び固体の煤塵を除去することで、活性炭吸着塔の活性炭を保護し、その活性を長期間維持することができる。なお、図４に示すように、電気集塵機９の上流側で、前処理として水スクラバや油スクラバによるガス洗浄等のガス処理を行ってもよい。

図５は本発明の第５実施例を示す装置構成図である。この実施例は、図４に示した第４実施例の装置構成において、電気集塵機９の上流側にガス化ガスを冷却するガス冷却装置（冷却塔）１０を設けると共に、電気集塵機９の上流側にガス化ガスを加熱するガス加熱装置１１を設けたものである。

このように、電気集塵機９の上流側にガス冷却装置１０を設けてガス化ガスのガス温度を６０℃以下、好ましくは４０℃以下まで冷却することで、ガス化ガス中のタール分や水分のミスト化が促進され、活性炭式吸着装置１にガス化ガスを通す前に電気集塵機９にてタール分、水分及び固体の煤塵を確実に除去することができる。そして、タール分、水分及び固体の煤塵を除去した後にガス化ガスをガス加熱装置１１にて加熱し、その後活性炭式吸着装置１に通すことで、活性炭式吸着装置１でのガス化ガスのドレン化を抑制することができ、活性炭の活性を長期間維持することができる。

図６は本発明の第６実施例を示す装置構成図である。この実施例では、２塔の活性炭吸着塔からなる活性炭式吸着装置をガス化ガスの流れ方向に直列に２段設けたものである。

このように活性炭式吸着装置を直列に２段設けると、１段目の活性炭式吸着装置１でタール分等の高分子炭化水素化合物が吸着され、２段目の活性炭式吸着装置１２では残りの軽質油分等の低分子炭化水素化合物が吸着される。したがって、２段目の活性炭式吸着装置１２において活性炭吸着塔の吸着能力の回復に使用するキャリアガスの温度は、１段目の活性炭式吸着装置１におけるそれに比べて低くすることができ、ランニングコストを抑えることができる。

さらに、１段目の活性炭式吸着装置１の上流側にて先の第４実施例及び第５実施例で説明したように電気集塵装置等でタール分を除去するようにすれば、１段目の活性炭式吸着装置１で吸着されるタール分の量が少なくなり、高温の蒸気を用いた吸着能力の回復操作の頻度が少なくて済み、ランニングコストをさらに抑えることができる。なお、この実施例では、１段目と２段目の活性炭式吸着装置で用いる活性炭としては、細孔の大きさを変えることにより、１段目は高分子吸着用、２段目は低分子吸着用のものを使用した。

また、この実施例の装置構成において、１段目の活性炭式吸着装置１の吸着能力回復のために通すキャリアガスとして１気圧以上の水蒸気を使用し、２段目の活性炭式吸着装置１２の吸着能力回復のために通すキャリアガスとして減圧したキャリアガスを使用することもできる。

以上、各実施例では、有機性廃棄物を熱分解して得られるガス化ガスの浄化方法について説明したが、本発明のガス化ガスの浄化方法は、有機性廃棄物を熱分解して得られるガス化ガスだけでなく、石炭等の固体有機物を熱分解して得られるガス化ガス、例えばコークス炉ガスや石炭ガス化燃料ガスにも適用可能である。

従来、コークス炉ガスの浄化方法では、ナフタリン等を含む洗浄油を用いて軽質油分を捕集し、軽質油分を含んだ洗浄油を加熱して軽質油分を分離し、そして、分離した軽質油分を冷却、凝縮させて回収するようにしていた。しかし、この方法では設備が複雑となりコストが高くなる。また、分離した軽質油分を別途利用する場合には有用であるが、軽質油分を単独で利用する手段がない場合、軽質油分を別途処理する必要があった。また、洗浄油は劣化するため、一定期間使用すると交換する必要があり、その廃洗浄油の取り扱いが困難であった。

これに対して、本発明では設備がシンプルで廃洗浄油の発生もなく運転管理も容易である。本発明は、高純度の軽質油分の回収が不要な場合、ガス量が１０万Ｎｍ^３／ｈ以下の中規模以下のガス処理に適する。

本発明の第１実施例を示す装置構成図である。 本発明の第２実施例を示す装置構成図である。 本発明の第３実施例を示す装置構成図である。 本発明の第４実施例を示す装置構成図である。 本発明の第５実施例を示す装置構成図である。 本発明の第６実施例を示す装置構成図である。

符号の説明

１、１２ 活性炭式吸着装置
１ａ〜１ｃ、１２ａ、１２ｂ 活性炭吸着塔
２ ガス化炉
２ａ 燃焼炉
３ ガス化ガス供給本管
３ａ〜３ｃ ガス化ガス供給支管
３ｄ〜３ｅ 開閉弁
４ ガス化ガス排出本管
４ａ〜４ｃ ガス化ガス排出支管
４ｄ〜４ｅ 開閉弁
５ ガス利用設備
６ 蒸気供給本管
６ａ〜６ｃ 蒸気供給支管
６ｄ〜６ｅ 開閉弁
７ 廃蒸気排出本管
７ａ〜７ｃ 廃蒸気排出支管
７ｄ〜７ｅ 開閉弁
８ 減圧装置
９ 電気集塵機
１０ ガス冷却装置
１１ ガス加熱装置

Claims (14)

1. 有機性廃棄物又は石炭等の固体有機物を熱分解して得られたガス化ガスを複数の活性炭吸着塔からなる活性炭式吸着装置に通し、活性炭にガス化ガス中のダイオキシン及び常温常圧で液体若しくは固体である高沸点炭化水素化合物を吸着させるガス化ガスの浄化方法において、前記高沸点炭化水素化合物の吸着によって吸着能力の低下した活性炭吸着塔についてはガス化ガスの通ガスを遮断し、当該活性炭吸着塔内の圧力を下げ、キャリアガスを通すことで吸着した前記高沸点炭化水素化合物をキャリアガス側に吐き出させて吸着能力を回復させ、その後、ガス化ガスの通ガスを再開させることを特徴とするガス化ガスの浄化方法。
2. 吸着能力を回復させるときの活性炭吸着吸着塔内の圧力を絶対圧力で０．０８ＭＰａ以下とする請求項１に記載のガス化ガスの浄化方法。
3. 活性炭吸着吸着塔内に通すキャリアガスとして、窒素ガス、水蒸気、転炉ガス、高炉ガス、コークス炉ガス又は浄化後のガス化ガスを使用する請求項１又は２に記載のガス化ガスの浄化方法。
4. 活性炭吸着吸着塔内に通すキャリアガスの温度を６０〜２００℃の範囲とする請求項１〜３のいずれかに記載のガス化ガスの浄化方法。
5. 活性炭吸着塔から吐き出された前記高沸点炭化水素化合物を含む廃キャリアガスを、有機性廃棄物又は石炭等の固体有機物を熱分解してガス化するガス化炉、又はガス化炉に熱を供給する燃焼炉に吹き込み熱源とする請求項１〜４のいずれかに記載のガス化ガスの浄化方法。
6. ガス化ガスを活性炭式吸着装置に通す前に、ガス化ガス中に含まれるミスト状の水分、前記高沸点炭化水素化合物のうちタール分、及び固体の煤塵を除去し、その後、ガス化ガスを活性炭式吸着装置に通す請求項１〜５のいずれかに記載のガス化ガスの浄化方法。
7. ガス化ガスを活性炭式吸着装置に通す前にガス温度を６０℃以下まで冷却し、冷却後のガス化ガス中に含まれるミスト状の水分、液状炭化水素のうちタール分、及び固体の煤塵を除去し、その後、ガス化ガスを加熱した上で活性炭式吸着装置に通す請求項１〜５のいずれかに記載のガス化ガスの浄化方法。
8. ２塔以上の活性炭吸着塔からなる活性炭式吸着装置をガス化ガスの流れ方向に直列に２段設置し、１段目の活性炭式吸着装置において活性炭吸着塔の吸着能力回復のために通すキャリアガスの温度を、２段目の活性炭式吸着装置において活性炭吸着塔の吸着能力回復のために通すキャリアガスの温度よりも高くする請求項１〜７のいずれかに記載のガス化ガスの浄化方法。
9. ２塔以上の活性炭吸着塔からなる活性炭式吸着装置をガス化ガスの流れ方向に直列に２段設置し、１段目の活性炭式吸着装置において活性炭吸着塔の吸着能力回復のために通すキャリアガスとして１気圧以上の水蒸気を使用し、２段目の活性炭式吸着装置において活性炭吸着塔の吸着能力回復のために通すキャリアガスとして減圧したキャリアガスを使用する請求項１〜７のいずれかに記載のガス化ガスの浄化方法。
10. 有機性廃棄物又は石炭等の固体有機物を熱分解して得られたガス化ガス中のダイオキシン及び常温常圧で液体若しくは固体である高沸点炭化水素化合物を吸着させる複数の活性炭吸着塔からなる活性炭式吸着装置を有するガス化ガスの浄化装置において、それぞれの活性炭吸着塔のガス導入側及び排出側に開閉弁を設けると共に、それぞれの活性炭吸着塔内の圧力を下げるための減圧装置を設け、さらに、それぞれの活性炭吸着塔にキャリアガスを供給するガス供給配管を設けたことを特徴とするガス化ガスの浄化装置。
11. 活性炭吸着塔から吐き出された前記高沸点炭化水素化合物を含む廃キャリアガスを、有機性廃棄物又は石炭等の固体有機物を熱分解してガス化するガス化炉、又はガス化炉に熱を供給する燃焼炉に戻す配管を設けた請求項１０に記載のガス化ガスの浄化装置。
12. 活性炭式吸着装置の上流側に、ガス化ガス中に含まれるミスト状の水分、前記高沸点炭化水素化合物のうちタール分、及び固体の煤塵を除去する集塵装置を設けた請求項１０又は１１に記載のガス化ガスの浄化装置。
13. 活性炭式吸着装置の上流側に、ガス化ガスを６０℃以下まで冷却するガス冷却装置と、この冷却装置で冷却されたガス化ガス中に含まれるミスト状の水分、前記高沸点炭化水素化合物のうちタール分、及び固体の煤塵を除去する集塵装置と、集塵装置から出たガス化ガスを加熱するガス加熱装置とを設けた請求項１０又は１１に記載のガス化ガスの浄化装置。
14. 活性炭式吸着装置をガス化ガスの流れ方向に直列に２段設けた請求項１０〜１３のいずれかに記載のガス化ガスの浄化装置。

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