JP2004035748A - 廃プラスチックのガス化炉におけるスラグ排出装置およびそれを用いたスラグ排出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】廃プラスチックのガス化の際に発生する溶融スラグを安定的に排出する。
【解決手段】廃プラスチックからの溶融スラグの排出の妨げとなる冷却水槽水面での廃プラスチック粒子の凝集を以下の方法で防止する。（１）水面上部空間での水噴霧。（２）水槽下部からガスを吹き込み水面を振動させる。（３）スラグ排出ロックホッパを非満水の状態で開けることで水面を振動させる。（４）水槽の中央部から壁面方向に水流れを作ることで未反応プラスチック粒子の凝集を防ぎ、順調な排出を促進する。
【選択図】　　　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、廃プラスチックをガス化して燃料ガスを製造する方法において発生するスラグの排出方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、資源リサイクルの要望から廃プラスチックのリサイクル利用が進んできているが、未だ廃棄あるいは燃焼処理されているのが多いというのが現状である。廃プラスチックの利用方法としては、高炉の羽口に吹き込み鉄鉱石の還元剤として活用する方法やコークス炉に添加して処理する方法等が最近実施されているが、塩化ビニル等の含塩素プラスチックからは塩素ガスが発生し、機器・配管を腐食させることがあり、事前に除去する必要がある。塩素分を除去せずに燃料ガスを製造する方法としては、特開平１１−２１６４４５号公報において、廃プラスチックのガス化方法が示されている。この公報においては、廃プラスチックに含まれる灰分を溶融スラグとしてガス化炉から排出させており、ガス化炉の下に設置されたスラグ冷却水槽に溶融スラグを滴下させて冷却し回収する構造である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平１１−２１６４４５号公報で提示した方法では、ガス化炉からのスラグ冷却用の水槽に溜まった溶融スラグを排出する方法については記述されていない。また、連続式に排出するためにロックホッパを用いた場合には、スラグがロックホッパに安定して入ってこないという問題がある。さらに、ガス化炉から溶融スラグとともにプラスチック粒子がスラグ冷却水槽に落下し、プラスチック粒子が水面に浮遊し、上から輻射熱を受けることにより溶融凝集しスラグの落下を阻害するという問題がある。
【０００４】
本発明は、上記問題点を解消し安定した廃プラスチックのガス化炉におけるスラグ排出方法および装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決した本発明の廃プラスチックのガス化炉におけるスラグ排出方法および装置は以下の通りである。
【０００６】
（１）　廃プラスチックのガス化炉の下部にスラグ冷却水槽を有するスラグ排出装置において、スラグ冷却水槽の上部空間に水を噴霧する機能を有することを特徴とする廃プラスチックのガス化炉におけるスラグ排出装置。
【０００７】
（２）　廃プラスチックのガス化炉の下部にスラグ冷却水槽を有するスラグ排出装置において、スラグ冷却水槽にガス投入口を有することを特徴とする廃プラスチックのガス化炉におけるスラグ排出装置。
【０００８】
（３）　廃プラスチックのガス化炉の下部にスラグ冷却水槽を有するスラグ排出装置において、スラグ冷却水槽内部に堰を有することを特徴とするスラグ排出装置。
【０００９】
（４）　前記（１）に記載の装置を用いて、スラグ冷却水槽の水面の上部空間に水を噴霧することを特徴とする廃プラスチックのガス化炉におけるスラグ排出方法。
【００１０】
（５）　前記（２）に記載の装置を用いて、スラグ冷却水槽の水へガスを噴射することを特徴とする廃プラスチックのガス化炉におけるスラグ排出方法。
【００１１】
（６）　前記（３）に記載の装置を用いて、スラグ冷却水槽内部の堰の内側の水が、堰の外側へ流れるようにすることを特徴とする廃プラスチックのガス化炉におけるスラグ排出方法。
【００１２】
（７）　廃プラスチックのガス化炉からスラグを排出するに際し、スラグ冷却水槽下部に溜まったスラグをロックホッパに落とす際、ロックホッパに空間を設けた状態でスラグ排出用のロックホッパ入口を開放し、ロックホッパ内のガスをスラグ冷却水中に入れることを特徴とする廃プラスチックのガス化炉におけるスラグ排出方法。
【００１３】
【発明の実施の形態】
廃プラスチックのガス化とは、廃プラスチックに含まれる炭素や水素などを、酸素、スチームまたは空気のうち、少なくとも一種類以上を用いて、主にＣＯ、ＣＯ_２、Ｈ_２、Ｈ_２Ｏ等で構成されるガスに転換することを言う。
【００１４】
次に、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。図１は、本発明の請求項１に記載の装置の一例である。ガス化炉１の下部にスラグ冷却水槽２を有し、スラグタップ１１から落下する溶融スラグ１０をスラグ冷却水槽２で冷却し、冷却されたスラグ１６をロックホッパ３を通って排出する構造である。本装置において、廃プラスチック粒子１３は、通常、酸素（または空気）と、さらに必要に応じて水蒸気とともにガスバーナー５を通してガス化炉１に投入される。ガス化条件としては、一酸化炭素および水素、二酸化炭素、水蒸気を主成分とするガスが生成できる条件であれば特に規定するものではないが、通常は、生成ガス化炉温度が１１００℃以上、ガス化炉内でのガス滞留時間が２秒以上、ガス化炉に投入される廃プラスチック中の炭素分と投入ガス（酸素・空気・水蒸気）中の酸素との質量比が酸素／炭素で１．３程度以上となるように調整する。生成したガス化ガス１２は、ガス化炉上部より排出され、ガス冷却やガス精製工程（図示せず）に送られる。廃プラスチックに含まれる灰分は、ガス化炉内の高温により溶融され溶融スラグとなる。
【００１５】
溶融スラグを排出するためのスラグタップ１１からは溶融スラグだけでなく少量の未反応廃プラスチック粒子が落下する。廃プラスチック粒子は水に浮遊するものが多く、水面に浮遊した廃プラスチック粒子はスラグ冷却水槽２の下部に設けられたロックホッパからは排出されず、スラグ冷却水出口８を通ってスラグ冷却水槽から排出される水９に同伴されて排出される。水面に浮遊した廃プラスチック粒子が水面上に堆積すると、ガス化炉からの輻射熱を受けて溶融し、粒子同士が付着・凝集し、スラグの落下を阻害する。この付着・凝集を防止するために水面の上部空間に設けられた水噴霧機能を有するものとして、通常は水噴霧ノズル６を用いて水９を噴霧し、浮遊した廃プラスチック粒子の上部空間温度を下げることで廃プラスチック粒子の凝集を防ぐことが可能となる。ここで用いる水は特に限定するものではなく、例えばスラグ冷却水を用いても良い。
【００１６】
なお、ロックホッパ３は、両端に設けられたバルブ４ａ，４ｂのうち、一方のバルブ（上部バルブ）４ａを介してスラグ化炉１下部のスラグ冷却水槽２の下部出口と連結し、下部バルブ４ｂは水砕スラグ１６の排出口を形成している。また、このロックホッパ３には、ロックホッパ水入口１４より水９が導入され、かつホッパ水出口１５より水９が排出される。
【００１７】
図２は、本発明の請求項２に記載の装置の一例である。図１と同様な装置において、スラグ冷却水槽２に水面振動用ガス投入口１８が設けられており、ここからガス１７を投入することで水面を振動させ、水面に浮遊した廃プラスチック粒子の付着・凝集を防止することが可能となる。ここでスラグ冷却水槽２のガス投入口１８は、スラグ冷却水槽２の水面よりも下部であれば特に高さは限定するものではないが、水面振動の効果としてはスラグ冷却水槽２の低い位置ほど大きくなるため、低い位置になるほどより好ましい。このガス１７には、窒素、空気などを用いれば機能は満たすが、ガス化炉で生成したガスを投入すれば生成ガスの熱量低下を防ぐことができるため好ましい。また、投入するガス量は、水面に浮遊した廃プラスチック粒子の付着・凝集を防止することが可能な量であれば良く、特に規定するものではない。
【００１８】
水面を振動させるその他の形態として、次のようなものもある。通常、ロックホッパ３内のスラグを系外に排出する際に、スラグと水が同時に排出されてロックホッパ３は空になり、ロックホッパ３にスラグを送り込む際にはロックホッパ３下部のバルブ４ｂを閉めた後、ロックホッパ３を満水にしてからロックホッパ３上部のバルブ４ａを開けることでスラグ冷却水槽への水面変動の影響を抑えることができる。しかしながら、ここではスラグ排出のためのロックホッパ３を満水にしないで、すなわち、空間を設けた状態でロックホッパ３上部のバルブ４ａを開けることで、この空間のガスをスラグ冷却水槽２内に入れることにより、水面を振動させることが可能である
なお、図２において図１と同一の符号は、図１と同一の部材を表わす。
【００１９】
図３は、本発明の請求項３に記載の装置の一例である。図１と同様にスラグ冷却水槽２内部に堰１９が設けられており、水９は、堰の内側のスラグ冷却水入口７から入り、堰１９をオーバーフローして堰１９の外側のスラグ冷却水出口８から出ることで、堰１９の内側から外側への流れが形成され、水面でのプラスチック粒子の滞留を防ぐことが可能となる。ここで、堰１９の形状は、例えば円柱状の様に、内部空間を有するものであれば特に規定するものではない。また、堰１９の内側から外側へ水の流れを形成するために、堰１９の高さはスラグ冷却水槽２の堰の外側の水面よりも通常高くする必要があるが、上記水の流れが確保できれば同じ高さでも良い。
【００２０】
なお、図３において図１と同一の符号は、図１と同一の部材を表わす。
【００２１】
本発明における廃プラスチックとは、一般廃棄物、産業廃棄物等として発生するプラスチックの総称である。また、工業分析による揮発分を７０質量％程度以上含んだプラスチック樹脂を指す。
【００２２】
【実施例】
本発明による実施例を廃プラスチックを２００ｋｇ／ｈで処理した場合について説明する。
【００２３】
実施例１
廃プラスチックは、炭素７２質量％、水素１０質量％、酸素９．７質量％、塩素２．５質量％および灰分５質量％を含む組成のものを相当直径６ｍｍ以下に粉砕して窒素ガス１００Ｎｍ^３／ｈで搬送して図１に示すガス化炉１にガスバーナー５を通して供給した。ガス化炉１の温度は、１２００℃、ガス化炉内圧力は０．１ＭＰａＧ、酸素供給量は１８０Ｎｍ^３／ｈ、ガス化炉投入水蒸気量は６０ｋｇ／ｈで操業を行った。結果として、発生ガス組成は、ＣＯ：３０容量％、ＣＯ_２：８．７容量％、水素２５容量％、水蒸気２１．５容量％、窒素１５容量％、塩化水素０．５容量％となり、ガス化炉１の上部から、また約１０ｋｇ／ｈのスラグが溶融スラグ１０としてスラグタップ１から排出された。スラグタップからは溶融スラグ１０以外に未反応の廃プラスチックが約５ｋｇ／ｈの速度でスラグ冷却水槽２に落下した。本発明方法を使用しない場合、未反応の廃プラスチックがスラグ冷却水槽の水面上に浮遊し、溶融凝集してスラグ冷却水配管（図示せず）の閉塞を引き起こす場合があり、閉塞まで至らない場合でもスラグ冷却水流量が不安定になった。
【００２４】
スラグ冷却水槽２の内径は１１００ｍｍであるが、その水面上３００ｍｍの位置に対面する形で２本の水噴霧ノズル６を設置し、それぞれ１ｍ^３／ｈの水を噴霧した。この水噴霧により、スラグ冷却水に浮遊する未反応プラスチック粒子を冷却することが可能となり未反応プラスチック粒子の凝集を防止できた。
【００２５】
実施例２
図２に示すように、スラグ冷却水槽２の下部、すなわちスラグロックホッパ３の入口上部に振動用ガス投入口１８を設け、３０Ｎｍ^３／ｈの生成ガスを投入したところ、水槽水面での未反応プラスチック粒子の凝集は見られなかった。
【００２６】
また、ロックホッパ３にスラグを受け入れる際に、ロックホッパ３の上部のバルブ４ａを開くが、その際にロックホッパ３を満水にせずにガスの入った状態で開き、このガスをスラグ冷却水槽２の内部に入れた。ロックホッパ３は、５分ごとにバルブ４ａの開閉を行ってスラグの排出を行った。ロックホッパ３の容積は、０．２ｍ^３でほぼ空の状態でロックホッパ３上のバルブ４ａを開いた。この場合、スラグ冷却水槽３の水位が若干低下するが１分程度で水位が回復するようにスラグ冷却水排出量を調整したため、問題なく操業を行うことができ、未反応プラスチック粒子の凝集も見られなかった。
【００２７】
実施例３
図３に示すように、スラグ冷却水槽２の内部に堰１９を設置して操業を行った。スラグ冷却水槽２の堰１９は水槽の内側から外側に水面に流れができるように水槽の周に沿って、径１０００ｍｍの円柱状の堰１９を設置した。また、スラグ冷却水槽２の堰１９の外側の水面の高さは、常に堰の高さよりも低くなるように操業を行った。スラグ冷却水９は１５ｍ^３／ｈで堰１９の内側に投入し堰１９の外側からスラグ冷却水９と未反応プラスチック粒子を排出した。堰１９の内側から外側への流れは水面で約２０ｃｍ／ｓｅｃとなり、未反応プラスチック粒子は凝集することなく順調に排出を行うことができた。
【００２８】
【発明の効果】
本発明の廃プラスチックのガス化炉におけるスラグ排出方法および装置によって、スラグ冷却水槽の水面上で未反応プラスチック粒子の凝集を防ぐことができ、溶融スラグの安定した排出を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明例の一実施例を示す廃プラスチックガス化装置概略図。
【図２】本発明例の他の実施例を示す廃プラスチックガス化装置概略図。
【図３】本発明例のさらに他の実施例を示す廃プラスチックガス化装置概略図。
【符号の説明】
１　ガス化炉、
２　スラグ冷却水槽、
３　ロックホッパ、
４ａ　上部バルブ、
４ｂ　下部バルブ、
５　ガス化バーナー、
６　水噴霧ノズル、
７　スラグ冷却水入口、
８　スラグ冷却水出口、
９　水、
１０　溶融スラグ、
１１　スラグタップ、
１２　ガス化ガス、
１３　廃プラスチック粒子、酸素（または空気）、水蒸気、
１４　ロックホッパ水入口、
１５　ロックホッパ水出口、
１６　水砕スラグ、
１７　ガス、
１８　水面振動用ガス投入口、
１９　堰。

Claims (7)

1. 廃プラスチックのガス化炉の下部にスラグ冷却水槽を有するスラグ排出装置において、スラグ冷却水槽の上部空間に水を噴霧する機能を有することを特徴とする廃プラスチックのガス化炉におけるスラグ排出装置。
2. 廃プラスチックのガス化炉の下部にスラグ冷却水槽を有するスラグ排出装置において、スラグ冷却水槽にガス投入口を有することを特徴とする廃プラスチックのガス化炉におけるスラグ排出装置。
3. 廃プラスチックのガス化炉の下部にスラグ冷却水槽を有するスラグ排出装置において、スラグ冷却水槽内部に堰を有することを特徴とするスラグ排出装置。
4. 請求項１記載の装置を用いて、スラグ冷却水槽の水面の上部空間に水を噴霧することを特徴とする廃プラスチックのガス化炉におけるスラグ排出方法。
5. 請求項２記載の装置を用いて、スラグ冷却水槽の水へガスを噴射することを特徴とする廃プラスチックのガス化炉におけるスラグ排出方法。
6. 請求項３記載の装置を用いて、スラグ冷却水槽内部の堰の内側の水が、堰の外側へ流れるようにすることを特徴とする廃プラスチックのガス化炉におけるスラグ排出方法。
7. 廃プラスチックのガス化炉からスラグを排出するに際し、スラグ冷却水槽下部に溜まったスラグをロックホッパに落とす際、ロックホッパに空間を設けた状態でスラグ排出用のロックホッパ入口を開放し、ロックホッパ内のガスをスラグ冷却水中に入れることを特徴とする廃プラスチックのガス化炉におけるスラグ排出方法。

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