JP3914474B2

JP3914474B2 - 炭素質資源のガス化方法及びその装置

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Publication number: JP3914474B2
Application number: JP2002200001A
Authority: JP
Inventors: 茂橋本; 隆文河村; 晴是汐田
Original assignee: Nippon Steel Corp; Nippon Steel Engineering Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp; Nippon Steel Engineering Co Ltd
Priority date: 2002-07-09
Filing date: 2002-07-09
Publication date: 2007-05-16
Anticipated expiration: 2022-07-09
Also published as: JP2004041848A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種炭素質資源を効率よく原燃料ガスに転換する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、３Ｒ（ｒｅｄｕｃｅ：削減、ｒｅｕｓｅ：再使用、ｒｅｃｙｃｌｅ：再利用）の考え方が、政策の後押しもあり、共通概念として認知され初めている。使用後または故障・破壊後の製品や製品製造時の副生品等のいわゆる廃棄物は、焼却あるいは埋め立てが主な処理方法であり、最終処分場の逼迫する現実と相まって、それらを有効に利用することは、地球温暖化問題への対応の一つの解答となるであろう。しかしながら廃棄物は、種々雑多な性状を有しており、エネルギー密度の低いものが多く含まれる、処理後のガス精製負担が大きい等の理由で、作業、設備に手間とコストが掛かり、特に小規模で経済的に自立可能なプロセスは少ない。
【０００３】
廃棄物の多くは炭素を含んでおり、発熱量は一般的には低いものの、石炭、石油、天然ガス等と変わりないエネルギー資源と見ることができる。
【０００４】
廃棄物の処理は、自治体から排出される一般廃棄物ゴミ焼却に蒸気発電を組み合わせて電力として回収するゴミ焼却発電方式が一般的であり、従来の１０〜１５％の送電端効率から、ボイラ材質改良や原料調整（ＲＤＦ化）、外部燃料使用による効率向上（スーパーゴミ発電）等により、３０％近い送電端効率に向上している焼却炉もある。ただしこれらは、廃棄物の事前処理やボイラ材質、外部燃料導入が必要であり、コスト面、適用面からは特殊解であり、一般化していない。
【０００５】
最終処分場の逼迫やダイオキシン規制により自治体での実機採用が増加しつつある処理方法としては、灰分の減容・無害化処理やダイオキシン低減を狙い、高温でガス化溶融して灰分を溶融・スラグ化し、発電まで持ってゆくいわゆる廃棄物ガス化溶融技術がある。この技術は種類が多く、大きく▲１▼直接溶融型（シャフト炉等を使い、熱分解、ガス化、燃焼・溶融を前段の反応器で行い、後段では燃焼してボイラ、蒸気タービンでエネルギー回収を行うものが主。）、▲２▼熱分解＋燃焼・溶融型（低温熱分解して生成したガス、タール、チャーを充分な空気で高温燃焼し、ボイラ、蒸気タービンでエネルギー回収。）、▲３▼熱分解＋ガス化型（低温熱分解して生成したガス、チャーを高温ガス化し、可燃性ガスを発生させ、ガスタービン、ガスエンジンによる発電または化学原料としてガスを利用。）に分けられる。▲１▼及び▲２▼の燃焼−蒸気発電方式では、廃棄物中に含まれる塩素等による腐食のために回収する蒸気条件に制約があることから、発電効率に限界がある。▲３▼のクリーンアップしたガスを用いる発電では、一般的に発電効率を高められる可能性が高い。例えば石炭利用発電に例を取ると、燃焼ボイラでの送電端効率（３８−３９％、ＵＳＣタイプで３９−４１％）より、ガスタービンと蒸気タービンを組み合わせた複合発電（ＩＧＣＣ）において、高い送電端効率が得られる（通常タイプで４３−４４％、高温型ガスタービンで４６−４８％）。さらに、ガス化を燃料電池と組み合わせる次世代技術では、５０％を超える送電端効率が見込まれるなど、高効率エネルギー転換方法への展開が見込める等のメリットがあり、今後は廃棄物の分野でもガス化を中心とした技術がさらに広く展開すると予測される。
【０００６】
本発明は、廃棄物を含む炭素質原料の高効率エネルギー転換を指向しており、主に前述▲３▼の技術範疇に属する。ガス化を使用した廃棄物利用分野を見ると、特許としては、特開平１０−８１８８５号公報では、低温流動層ガス化炉と高温溶融ガス化炉を組み合わせ、廃棄物からアンモニア合成用原料ガス（水素）を製造する方法及び装置が、また特開平１０−３１０７８３号公報では、内部循環式流動層炉と高温ガス化炉を組み合わせ、廃棄物をガス化して原燃料ガスを製造する方法及び装置が、特開平１１−２９４７２６号公報では、廃棄物を熱分解し、熱分解チャーの部分酸化ガスで熱分解タールを改質して可燃ガスを製造する方法及び装置が提案されている。▲３▼の熱分解＋ガス化に属する技術で実機稼働しているものは少ない。実機化されているものとしては、低温熱分解技術として外熱式のロータリーキルンを用い、生成した熱分解ガスおよびタールを空気で高温改質し、１０００ｋｃａｌ／Ｎｍ³程度の低カロリーガスを得てこれをガスエンジンで発電するプロセスや、低温熱分解技術として、廃棄物を圧密し、プッシャー方式の外熱式熱分解炉で生成した熱分解ガス、タールおよび熱分解残渣を酸素でガス化および改質し、２０００ｋｃａｌ／Ｎｍ³程度の中カロリーガスを得るプロセスがある。これらの技術は、発電を対象とした場合、送電端効率は７〜１２％であり、熱効率は高くない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記廃棄物のガス化を中心とした従来技術においては、効率向上を阻害する要因がいくつかある。前述特開平１０−８１８８５号公報、特開平１０−３１０７８３号公報の技術では、熱分解（低温ガス化）に流動層方式を用いている。流動層では、適する流動層状態の維持のため流動ガスが必要であり、一般的には空気、酸素、水蒸気等が用いられる。これらのガスは、反応に関与しないものが大部分であり、高温ガス化炉における不要な加熱（必要酸素量の増加）、熱回収時の効率損等が生じて効率が低くなるという構造的な課題を持つ。現在、実機稼働しているロータリーキルンやプッシャー方式のプロセスは、ガスシール性の点から基本的に加圧ができないこと、低温熱分解炉が外熱方式であるために、設備のコンパクト化が困難でかつ発電には生成ガスの圧縮工程が必要となること、またプロセス熱効率が低いことが課題である。
【０００８】
本発明は、炭素質資源のガスエネルギーへの高効率な転換を可能とすることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以上の課題を解決するに有効な方法であり、
（１）廃棄物を含む炭素質資源をシャフト型の炉で熱分解し、熱分解ガス及び熱分解タールを生成させ、更に、廃棄物を含む炭素質資源又は粉砕若しくは破砕した廃棄物を含む炭素質資源を、気流搬送で気流層へ投入し、酸素、又は酸素及び水蒸気にて気流層で部分酸化しガス化ガスを発生させ、該熱分解ガス、該熱分解タール、及び該ガス化ガス中に、酸素、水蒸気のいずれか又は双方を導入して該熱分解ガス及び熱分解タールを改質することを特徴とする炭素質資源のガス化方法、
（２）前記気流搬送で気流層へ投入する、廃棄物を含む炭素質資源又は粉砕若しくは破砕した廃棄物を含む炭素質資源が、木材、硬質プラスチックのいずれか又は双方であることを特徴とする（１）記載の炭素質資源のガス化方法、
（３）シュレッダーダスト、軟質プラスチック、生木、一般廃棄物ゴミのうちいずれか一つ以上の炭素質資源をシャフト型の炉で熱分解し、熱分解ガス及び熱分解タールを生成させ、更に、木材、硬質プラスチックのいずれか又は双方の炭素質資源を、気流搬送で気流層へ投入し、酸素、又は酸素及び水蒸気にて気流層で部分酸化しガス化ガスを発生させ、該熱分解ガス、該熱分解タール、及び該ガス化ガス中に、酸素、水蒸気のいずれか又は双方を導入して該熱分解ガス及び熱分解タールを改質することを特徴とする炭素質資源のガス化方法、
（４）前記炭素質資源を熱分解して生成した熱分解残渣から金属を分離した炭素質残渣を、前記気流搬送で気流層へ投入する、廃棄物を含む炭素質資源又は粉砕若しくは破砕した廃棄物を含む炭素質資源、或いは、前記木材、硬質プラスチックのいずれか又は双方の炭素質資源と共に、酸素、又は酸素及び水蒸気にて気流層で部分酸化することを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれか１項に記載の炭素質資源のガス化方法、
（５）前記炭素質資源を熱分解する際に、シャフト型の炉を用いて、反応部温度を３００℃〜８００℃とすることを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれか１項に記載の炭素質資源のガス化方法、
（６）前記炭素質資源を熱分解して生成した熱分解残渣から金属を分離した炭素質残渣を、前記気流搬送で気流層へ投入する、廃棄物を含む炭素質資源又は粉砕若しくは破砕した廃棄物を含む炭素質資源、或いは、前記木材、硬質プラスチックのいずれか又は双方の炭素質資源と共に前記気流層にて部分酸化する際に、反応部温度を１２００℃〜１６００℃とし、さらに熱分解ガス及び熱分解タールを改質する際に、反応部温度を９００℃〜１２００℃とすることを特徴とする前記（４）又は（５）記載の炭素質資源のガス化方法、
（７）前記熱分解に必要な熱を、熱分解される炭素質資源自身の燃焼熱でまかなうことを特徴とする前記（１）〜（６）のいずれか１項に記載の炭素質資源のガス化方法、
（８）炭素質資源の熱分解及び部分酸化、並びに熱分解ガス及び熱分解タールの改質を、０．５ＭＰａ〜３．０ＭＰａの圧力で行うことを特徴とする前記（１）〜（７）のいずれか１項に記載の炭素質資源のガス化方法、
（９）廃棄物を含む炭素質資源を熱分解するシャフト型熱分解炉と、該炭素質資源を熱分解して生成した熱分解残渣から金属を分離した炭素質残渣を、廃棄物を含む炭素質資源又は粉砕若しくは破砕した廃棄物を含む炭素質資源と共に、気流搬送で気流層へ投入し、酸素、又は酸素及び水蒸気で部分ガス化する気流層ガス化炉と、該熱分解炉で生成した熱分解ガス及び熱分解タール、該ガス化炉で発生したガス化ガス、並びに酸素、水蒸気のいずれか又は双方を導入して該熱分解ガス及び熱分解タールを改質する改質炉とを、有することを特徴とする炭素質資源のガス化装置、
（１０）前記改質炉で改質された生成ガスを処理するガス精製装置を有することを特徴とする前記（９）記載の炭素質資源のガス化装置、
（１１）前記ガス化炉と前記改質炉が連接することを特徴とする前記（９）又は（１０）に記載の炭素質資源のガス化装置、
（１２）前記熱分解炉で生成した熱分解残渣を破砕する破砕機と、該熱分解残渣から金属を分離する装置と、金属が分離された炭素質残渣を前記ガス化炉へ供給する供給装置を有することを特徴とする前記（９）〜（１１）のいずれか１項に記載の炭素質資源のガス化装置、
からなる。
【００１０】
尚、本発明における炭素質資源とは、バイオマスやプラスチック、一般廃棄物ゴミ等を指し、具体的には、農業系バイオマス（麦わら、サトウキビ、米糠、草木等）、林業系バイオマス（製紙廃棄物、製材廃材、除間伐材、薪炭林等）、畜産系バイオマス（家畜廃棄物）、水産系バイオマス（水産加工残滓）、廃棄物系バイオマス（生ゴミ、ＲＤＦ：ゴミ固形化燃料；ＲｅｆｕｓｅｄＤｅｒｉｖｅｄＦｕｅｌ、庭木、建設廃材、下水汚泥）、硬質プラスチック、軟質プラスチック、シュレッダーダスト等を指す。特に木材に関しては、製材廃材、建設廃材、木製電柱、木製枕木等、一度乾燥工程を経た、比較的水分が少ない（３〜２０質量％）ものを指し、草木、除間伐材に代表される生木類と区別される。プラスチックに関しては、通常曲げ弾性率が定常状態で７０００ｋｇ／ｃｍ²以上を硬質プラスチック、７００ｋｇ／ｃｍ²以下を軟質プラスチックと区別される（その間の性状のものは半硬質プラスチックとされる）。本発明では、曲げ弾性率のみでは破砕特性が決まらないこともあり、実施経験上から、熱硬化性プラスチック、スチロール樹脂、プロプロピレン、アクリル樹脂、硬質塩ビ樹脂等の破砕時に溶融、融着を示しにくいものを硬質プラスチックとし、ポリエチレン、軟質塩化ビニル樹脂、ウレタン樹脂、発泡スチロール等の、主に溶融性を持つことで破砕に向かないものを軟質プラスチックとする。また一般廃棄物ゴミとは産廃指定１９種類以外のゴミのことで、自治体単位で収集する家庭系ゴミや事業者から出る紙類を多く含む事業系ゴミである。ただし、本発明は炭素質のエネルギー転換に関するものであるため、炭素質をほとんど含まないもの、すなわち分別された金属、ガラス類等は対象とはしない。
【００１１】
【発明の実施の形態】
前記（１）、（９）及び（１０）に係る本発明の基本的プロセスフロー及び設備構成を、図１に示した。炭素質資源１は、ガス化炉２と熱分解炉３の２箇所に供給される。特開平１１−２９４７２６号公報に開示された方法では、廃棄物は全量熱分解炉に投入され、反応後の残渣をガス化溶融する。本発明では、炭素質資源は主に破砕性、形状によって区別され、ガス化用と熱分解用に並行して供給される。ガス化炉２では、炭素質資源１は、酸素４又は酸素４及び水蒸気５で部分酸化され、ガス化ガス６を生成する。炭素質資源１中の灰分は、ガス化炉２で溶融して、スラグ７としてガス化炉２の下部から排出される。熱分解炉３では、熱分解によって炭素質資源１が熱分解ガス・熱分解タール８と熱分解残渣９に分けられ、熱分解ガス・熱分解タール８はガス化炉２で発生するガス化ガス６が導入されている改質炉１０に導入され、ガス化ガス６と共に、蒸気５、酸素４の何れか又は双方によって改質される。熱分解残渣９は金属１１を分離して炭素質残渣１２となる。改質炉１０でされた生成ガス１３は、必要に応じガス精製設備１４で精製され、精製ガス１５となる。
【００１２】
前記（４）及び（７）に係る発明と、前記（４）に係る発明を具体化する設備構成を示した前記（１２）に係る発明のフローを図２に示す。熱分解残渣９が、還元状態で原料として使いやすい金属１１と、熱分解されることで炭化して破砕性が改善された炭素質残渣１２からなることを利用する。熱分解残渣９を熱分解残渣破砕機１６で破砕し、金属分離装置１７で金属１１を分離して炭素質残渣１２を炭素質残渣供給装置１８でガス化炉２に供給して部分酸化する。炭素質残渣１２は、炭素質資源１に含有されている灰分が濃縮されているが、酸素や水素が少なく炭素の多い、いわゆる炭の状態になっており、ガス化原料として優れた炭材である。図２では、打ち込まれた釘や電気配線等の、熱分解前には分離しにくい金属を想定して熱分解残渣破砕機１６の後に金属分離装置１７を設置しているが、空き缶や抜け落ちた釘、金具等の既に炭素質と分離している金属の混入が想定される場合には、熱分解残渣破砕機１６の破砕動力低減のために、熱分解残渣破砕機１６の前にも別の金属分離装置を設置しても良い。（７）で示した熱分解用の熱に関しては、熱分解炉３の下部より酸化剤２１を導入し、炭素質資源１や熱分解残渣９を一部燃焼して熱源とする。自燃による直接熱交換であり、キルン等での間接加熱方式と比較しても効率が高く、追加燃料を必要としない。
【００１３】
炭素質資源のガスへの転換という観点からは、原料の転換率の高さ、熱効率の高さや、反応時間が短時間であることによるコンパクトな設備であることとそれに基づく生産性の高さを考えると、気流層でのガス化が最も有利であり、可能ならば全量をこの方法で処理することが好ましい。ところが、一般廃棄物ゴミに例を見るように、形状、性状が雑多な炭素質資源を、気流搬送向けに均一に乾燥、微粉砕することは技術的には可能であるが、経済的に現実的ではない。従って、現在の主流技術には、形状、性状の許容度が大きいキルンや流動層を使用したものが多い。本発明では、前記（３）でも具体的に示したが、木材や硬質プラ等の、粉砕性がよく、数ｍｍサイズに加工しやすい炭素質資源は直接ガス化炉で高効率ガス化を実施し、シュレッダーダスト、軟質プラスチック等の、熱を受けると溶融して付着性を発現するものや、除間伐材を含む生木等のように繊維方向に強度・靱性が高く、粉砕時に長径と短径の差が大きくて貯留・搬送トラブルを誘発するもの、またシュレッダーダストのように、金属（特に配線）を含むために気流搬送に向かないもの、一般廃棄物ゴミのように水分が多く雑多な性状の集合であり、均一な破砕に向かないものは、熱分解炉で熱分解ガス・熱分解タールと熱分解残渣を分離して熱分解ガス・熱分解タールは改質工程を経て原燃料として使い、熱分解によって粉砕性等が改善した炭素質残渣は、金属を分離の上、そのまま炭素材料として使用するか、粉砕してガス化炉で原料として利用することとした。前記（３）の発明で言う木材とは、乾燥工程を経ている木々を指し、生木と区別している。上記のように炭素質資源毎に最適利用方法を選ぶことで、従来技術の持つ課題である、不必要な加熱や過剰の酸化剤は不要となり、純粋にガスに転換するためのエネルギーだけの使用で済む。
【００１４】
前記（５）に係る発明では、熱分解炉３での熱分解に適した反応部温度範囲を示した。図３に熱分解炉３の内部状況を示す。炉のタイプは、鉄鋼業の高炉で使用されているシャフト型の炉を使用した。説明の都合上、図３では主に反応の違いによって下部ゾーン１９と上部ゾーン２０に分けて示したが、明確に分岐されているわけではなく、概念的なものであり、実際は反応が重なっている区域がある。下部ゾーン１９は、炭素質資源１の燃焼を主体としたゾーンであり、上部ゾーン２０は炭素質資源１の乾燥、昇温、熱分解を主体としたゾーンである。炭素質資源１は熱分解炉３上部に投入され、下部ゾーン１９で発生したガスにより暖められながら徐々に下降する。下部ゾーン１９では酸化剤２１が導入され、下降してきた炭素質資源１の一部が燃焼して熱を発生する。酸化剤２１には酸素又は空気を使用するが、温度調整の役目も含めて蒸気を併用する場合がある。燃焼したガスは、下降する炭素質資源１の間を上昇し、上部ゾーン２０に熱を与えて、上部ゾーン２０で発生したガス、タールと共に熱分解ガス・熱分解タール８となって改質炉との接続部２２から排出される。下部ゾーン１９の反応温度は、燃焼反応が起きているため、４００℃〜８００℃であり、上部ゾーン２０の反応温度は、乾燥、昇温、熱分解に燃焼ガスの熱が使われて下がり、３００℃〜５００℃であることから、熱分解炉３の温度は３００〜８００℃となる。上部ゾーン２０の反応温度が３００℃未満のときには、熱分解があまり進まず、また生成した熱分解タールが再凝縮して通気障害等のトラブルを起こすため、操業温度として望ましくない。下部ゾーン１９の反応温度は、直接加熱であるため、８００℃までで充分上部ゾーンを加熱できる。８００℃を越える温度は熱的に不要であり、放熱量が増加することから酸化剤２１が多く必要になるデメリットが生じ、結果として熱分解ガス熱量が下がる、耐熱の設備構成に変える必要が出る等の理由で好ましくない。下部ゾーン１９で炭素質資源１が一部燃焼した残りの熱分解残渣９は、下部ゾーン１９の下部から排出される。
【００１５】
前記（６）に係る発明では、ガス化炉の反応部温度範囲と、改質炉の反応部温度範囲を示した。ガス化では、含有灰分をスラグ化して溶融させるために、１２００℃〜１６００℃の温度が必要で、例えば代表的な例を示すと、稲藁に例を見る農業系バイオマスの場合は反応部温度は１２００℃〜１４００℃程度、プラスチックでは１３００℃〜１５００℃、石炭では１４００℃〜１６００℃と、ガス化対象によって異なる。各物質の灰分溶流点が異なるためであり、使用原料に合わせて酸素４、水蒸気５の量を調整してガス化炉温制御を実施する。１２００℃未満の温度では、灰の溶流点が低い農業系バイオマスでも溶融せず、フライアッシュとして後段の工程に流出し、ガス精製設備１４のダスト除去設備負荷の増加、精製ガス１５の純度低下が起こる。１６００℃を越える温度では、放熱の増加や炉壁構造の変更（通常の耐火・断熱材質では長期間の炉壁維持は困難）により、熱効率の悪化と設備費の増大が見込まれ、実用的ではない。
【００１６】
改質炉１０では、ガス化炉２からのガス化ガス６の温度により改質温度を確保し、ガス化ガス６中の水蒸気と、追加して添加する酸素４、水蒸気５のいずれか一つ以上によって熱分解ガス・熱分解タール８を改質する。改質炉１０の温度は９００℃〜１２００℃が適しており、９００℃未満では、分解しきれないタールが後段のガス精製設備１４で付着トラブルをおこしたり、発生が懸念されるダイオキシンが分解せずに後段工程まで残存する。一方、１２００℃を越えると改質炉からの飛灰の後段の精製設備１４への融着・付着が顕著になるため好ましくない。改質炉１０での温度調整は酸素４の量と水蒸気５の量で調整する。原料中に明らかに塩素が含まれており、特にダイオキシンの生成をほぼ０にしたい場合は、改質炉１０の温度範囲の中でも、ほぼ全量分解可能な１０００℃〜１２００℃で操業することが望ましい。また、改質反応には、ガス化炉２のガス化ガス６の顕熱を利用している。従来技術では、熱分解後の炭化物は多くとも熱分解原料の１０質量％程度しか生成しないため、改質反応のための熱源としては貧弱であり、改質炉１０に酸素を大量に投入して燃焼反応熱を生成させる必要がある。本発明では投入量は任意に規定可能であり、最小限の酸素投入で済む（実施例では、熱分解：ガス化＝１：１で運転）。
【００１７】
前記（８）に係る発明では、熱分解炉３、ガス化炉２、改質炉１０の操業圧力をしめした。本発明で示したプロセス全体で適する圧力範囲は、０．５ＭＰａ〜３．０ＭＰａである。
【００１８】
圧力をかける基本的な効果は、反応速度の上昇による生産性の向上と設備のコンパクト化による熱損失（主に放散熱）の低減である。反応速度は、概略圧力比の０．５乗に比例して上昇するため、圧力による生成物変化の少ない数ＭＰａまででは高ければ高いほどよい。熱損失も圧力が高いほど有利になるが、設備費は高圧ほど高くなるトレード−オフの関係になるため、実機設備の少ない３ＭＰａより高い圧力は、経済的に現実的ではない。
【００１９】
本発明の方法及び装置を用いて発生した精製ガス１５の主要用途の一つは発電である。圧力の低いものとしてはガスエンジン発電があり、０．３〜０．８ＭＰａの圧力域が最も効率的である。また、圧力の高いものとしては、ガスタービン−蒸気タービンのコンバインドサイクル発電が代表的であり、１．４〜１．７ＭＰａの圧力域が最も効率的である。これら発電設備への利用を考えたとき、熱交換やガス精製等の圧損も考慮して、ガス化炉、熱分解炉、改質炉の操業圧力は、０．５〜１．０ＭＰａ（ガスエンジン）、２．４〜３．０ＭＰａ（コンバインドサイクル）にするのが好ましい。既存の高効率ガス化発電はほぼ上記の圧力領域に入ることから、０．５〜３．０ＭＰａを本発明における適切な圧力範囲とした。
【００２０】
前記（１１）に係る発明では、ガス化炉２と改質炉１０の最適配置について示した。基本的には高温のガス化ガス６顕熱が改質の熱エネルギーになることが必須の要件であるが、最も熱ロスを防ぎ、ガス化炉２で生成した溶融スラグ７によるスラッギングトラブルを防ぐには、ガス化炉２のすぐ後段に改質炉１０が連接することが望ましい。
【００２１】
【実施例】
本発明で示した設備において、ガス化炉に建設廃木材破砕品（平均粒度数ｍｍ）及び硬質プラスチック破砕品（硬質ＰＥ、硬質ＰＰ、ＡＢＳ樹脂混合；平均粒度数ｍｍ）を、熱分解炉に軟質プラスチック及びシュレッダーダスト成型品（ＰＥフィルム・シート、ＰＰシート、カーシュレッダーダスト混合品：粒度１００ｍｍ以下）品を使用した試験を実施した。各炉温は、熱分解炉下部ゾーン温度６００℃、上部ゾーン温度３００℃、ガス化炉温度１３００℃、改質炉温度１０００℃及び１１００℃の温度条件、０．８ＭＰａの圧力条件で操業した。
【００２２】
比較例として、同じ成分の炭素質資源を混合したものを、全量数ｍｍまで破砕して１３００℃でガス化した。この比較例では、本発明の装置のうち、ガス化炉部分のみを使用した。
【００２３】
比較例との効率比較を表１に示す。比較数値としては、熱回収率（使用した炭素質資源の全発熱量に対し、精製ガスとして回収できた熱量）を使用した。同じ原料を使用したにも関わらず、熱量回収率は、比較例６５％に対し、改質炉温度を１１００℃とした本発明例１で７２％、改質炉温度を１０００℃とした本発明例２で７８％となり、非常に転換効率の良いプロセスであるといえる。比較例の、ガス化炉部分のみを使用した試験結果において、プロセス数が少ないにもかかわらず効率が悪化するのは、主に▲１▼全量を１３００℃まで昇温すること、▲２▼水分の多い低カロリー原料を高カロリー原料と混合していること、による。▲１▼に関しては、原料中の灰分を溶融してスラグとして排出するために１３００℃という温度が必要であり、比較例では全ガスはこの温度で排出され、本発明の例では最終的な全ガス温度は１０００℃又は１１００℃であるため、顕熱の差分が潜熱に転換していると説明できる。本発明の中でも、改質炉温度を下げた本発明例２で更に高い。また▲２▼に関しては、比較例は多く含む水分ごと１３００℃に昇温するために、本発明の例に比べ、必要な単位重量あたりの酸素量が増加しており、酸素／炭素質原料比の高い操業をせざるを得ないため、潜熱回収量が減っていると説明できる。
【００２４】
【表１】

【００２５】
【発明の効果】
本発明により、熱分解炉、ガス化炉、改質炉を組み合わせ、種々の炭素質資源の性状別に、違うエネルギー転換方法を与えることで、高効率な炭素質資源のガスエネルギーへの転換を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基本的設備構成（プロセスフロー）
【図２】熱分解残渣を利用した炭素質資源利用プロセスフロー
【図３】熱分解炉内部状況
【符号の説明】
１：炭素質資源
２：ガス化炉
３：熱分解炉
４：酸素
５：水蒸気
６：ガス化ガス
７：スラグ
８：熱分解ガス・熱分解タール
９：熱分解残渣
１０：改質炉
１１：金属
１２：炭素質残渣
１３：生成ガス
１４：ガス精製設備
１５：精製ガス
１６：熱分解残渣破砕機
１７：金属分離装置
１８：炭素質残渣供給装置
１９：下部ゾーン
２０：上部ゾーン
２１：酸化剤
２２：接続部

Claims

廃棄物を含む炭素質資源をシャフト型の炉で熱分解し、熱分解ガス及び熱分解タールを生成させ、更に、廃棄物を含む炭素質資源又は粉砕若しくは破砕した廃棄物を含む炭素質資源を、気流搬送で気流層へ投入し、酸素、又は酸素及び水蒸気にて該気流層で部分酸化しガス化ガスを発生させ、該熱分解ガス、該熱分解タール、及び該ガス化ガス中に、酸素、水蒸気のいずれか又は双方を導入して該熱分解ガス及び熱分解タールを改質することを特徴とする炭素質資源のガス化方法。
前記気流搬送で気流層へ投入する、廃棄物を含む炭素質資源又は粉砕若しくは破砕した廃棄物を含む炭素質資源が、木材、硬質プラスチックのいずれか又は双方であることを特徴とする請求項１記載の炭素質資源のガス化方法。
シュレッダーダスト、軟質プラスチック、生木、一般廃棄物ゴミのうちいずれか一つ以上の炭素質資源をシャフト型の炉で熱分解し、熱分解ガス及び熱分解タールを生成させ、更に、木材、硬質プラスチックのいずれか又は双方の炭素質資源を、気流搬送で気流層へ投入し、酸素、又は酸素及び水蒸気にて該気流層で部分酸化しガス化ガスを発生させ、該熱分解ガス、該熱分解タール、及び該ガス化ガス中に、酸素、水蒸気のいずれか又は双方を導入して該熱分解ガス及び熱分解タールを改質することを特徴とする炭素質資源のガス化方法。
前記炭素質資源を熱分解して生成した熱分解残渣から金属を分離した炭素質残渣を、前記気流搬送で気流層へ投入する、廃棄物を含む炭素質資源又は粉砕若しくは破砕した廃棄物を含む炭素質資源、或いは、前記木材、硬質プラスチックのいずれか又は双方の炭素質資源と共に、酸素、又は酸素及び水蒸気にて前記気流層で部分酸化することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の炭素質資源のガス化方法。
前記炭素質資源を熱分解する際に、シャフト型の炉を用いて、反応部温度を３００℃〜８００℃とすることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の炭素質資源のガス化方法。
前記炭素質資源を熱分解して生成した熱分解残渣から金属を分離した炭素質残渣を、前記気流搬送で気流層へ投入する、廃棄物を含む炭素質資源又は粉砕若しくは破砕した廃棄物を含む炭素質資源、或いは、前記木材、硬質プラスチックのいずれか又は双方の炭素質資源と共に前記気流層で部分酸化する際に、反応部温度を１２００℃〜１６００℃とし、さらに熱分解ガス及び熱分解タールを改質する際に、反応部温度を９００℃〜１２００℃とすることを特徴とする請求項４又は５記載の炭素質資源のガス化方法。
前記熱分解に必要な熱を、熱分解される炭素質資源自身の燃焼熱でまかなうことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の炭素質資源のガス化方法。
前記炭素質資源の熱分解及び部分酸化、並びに前記熱分解ガス及び熱分解タールの改質を、０．５ＭＰａ〜３．０ＭＰａの圧力で行うことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の炭素質資源のガス化方法。
廃棄物を含む炭素質資源を熱分解するシャフト型熱分解炉と、該炭素質資源を熱分解して生成した熱分解残渣から金属を分離した炭素質残渣を、廃棄物を含む炭素質資源又は粉砕若しくは破砕した廃棄物を含む炭素質資源と共に、気流搬送で気流層へ投入し、酸素及び水蒸気で部分酸化する気流層ガス化炉と、該熱分解シャフト炉で生成した熱分解ガス及び熱分解タール、該ガス化炉で発生したガス化ガス、並びに酸素、水蒸気のいずれか又は双方を導入して該熱分解ガス及び熱分解タールを改質する改質炉とを、有することを特徴とする炭素質資源のガス化装置。
前記改質炉で改質された生成ガスを処理するガス精製装置を有することを特徴とする請求項９記載の炭素質資源のガス化装置。
前記ガス化炉と前記改質炉が連接することを特徴とする請求項９又は１０に記載の炭素質資源のガス化装置。
前記熱分解炉で生成した熱分解残渣を破砕する破砕機と、該熱分解残渣から金属を分離する装置と、金属が分離された炭素質残渣を前記ガス化炉へ供給する供給装置を有することを特徴とする請求項９〜１１のいずれか１項に記載の炭素質資源のガス化装置。