JP2009066588A - 廃棄物の処理装置と処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】廃棄物をエネルギー源として再利用する廃棄物処理装置における熱の有効利用を図る。
【解決手段】乾燥機で乾燥させた廃棄物をキルン式熱分解炉内でほぼ空気を断った状態で間接加熱して熱分解ガスを発生させ、この熱分解ガスを還元雰囲気下で低級炭化水素に分解して改質ガスを生成し、前記改質ガスを脱塩剤によって脱塩し、脱塩された脱塩ガスをバグフィルタで濾過し、次いで水洗と脱硫剤による脱硫によって精製ガスとし、この精製ガスを発電機を駆動するガスエンジンの燃料として使用して発電する廃棄物の処理方法であって、前記還元雰囲気下で生成した還元性の改質ガスをボイラに供給して水蒸気を発生させ、この水蒸気を空気予熱器へ供給して空気を加熱し、この加熱空気と前記精製ガスとを混合した燃料ガスを加熱炉で燃焼させて高温の燃焼排ガスとし、前記ガスエンジンの排ガスと前記燃焼排ガスとを混合して所定の温度とした混合ガスを前記キルン式熱分解炉に供給して廃棄物を間接加熱する。
【選択図】図１

Description

本発明は、廃棄物処理装置に関し、詳しくは、廃棄物処理装置における発電機の高温の排気ガスを廃棄物の熱分解装置で利用し、更に、廃棄物の乾燥装置で利用して、熱の有効利用を図る装置に関する。

従来、家庭から廃棄される一般廃棄物や工場等から廃棄される産業廃棄物等は、焼却炉による焼却処分や埋立て処分されていたが、マテリアルリサイクルや環境保護の観点から好ましくない処分方法となっている。

そこで、近年は一般廃棄物や産業廃棄物といった可燃性ごみ、不燃性ごみ、金属などを含んだ廃棄物を一括処理でき、さらには廃棄物の無害化や金属等の資源の回収、再資源化がなされる廃棄物の処理装置が提案されている（例えば、特許文献１）。
特開２０００−２０２４１９号公報

前記廃棄物処理装置は、廃棄物を熱分解して可燃性ガスを生成する熱分解手段、前記可燃性ガスを低級炭化水素に分解するガス改質手段、改質されたガスを洗浄してタール分や酸性ガスを除去するガス洗浄・精製手段を経て得られた精製ガスを燃料としてガスエンジン発電機を駆動するようになっており、前記熱分解手段は外部から導入した燃料の燃焼熱によって加熱或いは、前記精製ガスの一部を燃焼させた燃焼熱によって加熱されるようになっている。

しかし、前記装置においては、廃棄物を熱分解するのに必要な熱を、重油などの外部燃料を燃焼させた燃焼熱でまかなっており、エネルギー的な損失が大きいという問題があった。また、燃料ガスの燃焼熱でまかなう場合もエネルギー的な損失がロスが大きいという問題があった。

本発明は、熱エネルギーの有効利用が図れる廃棄物処理装置を提供することを目的としている。

本発明に係るごみ処理装置は、前記目的を達成するために、
１）廃棄物の乾燥工程と、廃棄物をほぼ空気を断った状態で間接加熱して熱分解ガスを発生させる熱分解工程と、熱分解ガスを還元雰囲気下で低級炭化水素に分解して改質ガスを生成する改質工程と、改質ガスを脱塩・濾過・脱硫して精製ガスを生成する精製工程と、精製ガスを発電機を駆動するガスエンジンの燃料とする発電工程とを有する廃棄物の処理方法において、
前記改質ガスをボイラに供給して水蒸気を発生させ、この水蒸気を空気予熱器へ供給して空気を加熱して加熱空気を生成し、この加熱空気と前記精製ガスとを混合して燃料ガスとし、この燃料ガスを加熱炉で燃焼させると共にその加熱炉に導入された前記乾燥工程で発生した臭気を含む水蒸気を加熱して脱臭し、前記加熱炉より排気される高温の燃焼排ガスと前記ガスエンジンの排ガスとを混合した混合ガスを前記熱分解工程に供給して廃棄物を間接加熱することを特徴としている。
２）前記混合ガスを廃棄物が熱分解される熱分解工程の熱源とし、更に、前記熱分解工程の熱源として使用された混合ガスを廃棄物が乾燥される乾燥工程の熱源とすることを特徴としている。

また、本発明に係る廃棄物処理装置は、
３）廃棄物を乾燥させる乾燥機と、この乾燥機で乾燥された廃棄物をほぼ空気を断った状態で間接加熱して熱分解ガスを発生させる熱分解炉と、前記熱分解ガスを還元雰囲気下で低級炭化水素に分解して改質ガスを生成する改質ガス炉と、前記改質ガスを脱塩する脱塩剤が供給される濾過装置と、この濾過装置で濾過された脱塩ガスを脱硫して精製ガスとする脱硫装置と、前記精製ガスを燃料とするガスエンジンと、このガスエンジンによって駆動される発電機とを有する廃棄物処理装置において、前記改質ガスを燃焼させて水蒸気を発生させるボイラと、このボイラで発生した水蒸気で空気を加熱する空気予熱器と、この空気予熱器で生成した加熱空気と前記精製ガスとを混合した燃料ガスを燃焼させると共に前記乾燥機で発生した臭気を含む水蒸気を加熱して脱臭する加熱炉と、この加熱炉より排気された高温の燃焼排ガスとガスエンジンの排ガスとが混合された混合ガスを熱源として廃棄物を間接加熱して熱分解する熱分解炉とを備えていることを特徴としている。
４）前記混合ガスを廃棄物が熱分解される熱分解炉の熱源とし、更に、前記熱分解炉の熱源として使用された混合ガスを廃棄物が乾燥される乾燥機の熱源とすることを特徴としている。

（熱の多段階利用）
本発明に係る廃棄物処理装置は、改質炉で改質された高温の改質ガスの熱をボイラに供給して水蒸気を発生させ、この水蒸気によって空気予熱器に導入された空気を加熱し、この加熱された空気と精製ガスとを混合して燃料ガスとし、高温の燃料ガスを用いて燃焼器で燃焼させているのでエネルギー効率がよい。また、ガスエンジンの排気ガスに燃焼器の燃焼排ガスを供給することでキルン式熱分解炉の間接加熱用の熱源を容易に得ることができる。

また、高温の改質ガスの熱で水蒸気を発生させ、この水蒸気によって燃焼器へ供給される空気を加熱して効率よい燃焼が行えるようにしており、更に、水蒸気を発生させた改質ガスはバグフィルタで濾過できる程度にまで減温されているので、改質ガスの熱エネルギーを無駄にすることなく有効利用することができる。

更に、乾燥機から出た臭気を含む水蒸気を、燃焼機で昇温脱臭し、ガスエンジン排ガスに燃焼器の燃焼排ガスを混合した混合ガスによってキルン式ガス化炉の廃棄物を間接加熱するようにし、また、この間接加熱後の混合ガスを乾燥機の廃棄物乾燥用の熱源として利用しており、熱の多段階利用によって効率の良い熱エネルギーの利用が図れる。

以下、本発明に係る廃棄物処理装置について図示し説明する。本実施例において示した温度条件は、一例であり、設計により適宜変更されるものである。

（実施例１）
本発明に係る廃棄物処理装置は、図１に示すように、一般廃棄物や産業廃棄物等の廃棄物は、破砕機Ａによって所定の大きさに粉砕されて乾燥機Ｂに供給され、この乾燥機Ｂに供給されているロータリーキルンＣで利用された加熱炉ＲやガスエンジンＰからの排ガスによって間接加熱されて廃棄物中の水分が除去されるようになっている。

前記乾燥機Ｂで乾燥された廃棄物は、７０〜９０℃程度の温度となってキルン式分解炉Ｃに供給される。廃棄物は、その分解炉Ｃ内でほぼ無酸素状態雰囲気下で加熱炉ＲやガスエンジンＰからの高温の排ガス（５００〜５８０℃）により間接加熱されて約４３０〜５００℃となり、揮発成分である熱分解ガスｇ１と不揮発性成分である熱分解残留物とに分解されるようになっている。

前記熱分解ガスｇ１は、４３０〜５００℃となっており、分離装置Ｄの上方より排気されて管路１２を介してガス改質炉Ｅに導入されている。このガス改質炉Ｅには水蒸気ｗ１と酸素とが導入された還元雰囲気となっている。ガス改質炉Ｅ内では、前記熱分解ガスｇ１の一部が燃焼して１０００〜１２００℃程度となっている。熱分解ガスｇ１に含まれるタール分や煤などが低級炭化水素や水素に分解された改質ガスｇ２が生成されている。

前記改質ガスｇ２は本実施例においては１０００〜１２００℃の高温の状態でボイラＦ１に供給され、このボイラＦ１で水蒸気を発生させて空気予熱器Ｆ２を加熱するようになっており、後述する燃焼器Ｒへ供給される空気を加熱するようになっている。ボイラＦ１により減温された改質ガスｇ２は２００〜４００℃となり、粉末状の脱塩剤が供給されているバグフィルタＪに導入されて塩化水素や煤などが除去されるようになっている。前記脱塩剤は、出願人が販売している「ソルティクル」であって、精製ガスｇ４による圧送でバグフィルタＪに供給されるようになっている。また、この脱塩剤は、炭酸水素ナトリウム粉末と親水性湿式シリカの粉末と疎水性金属石鹸粉末とを含有し、前記親水性湿式シリカの含有率が１乃至１０ｗｔ％であり、前記金属石鹸の含有率が０．１乃至０．５ｗｔ％となっている。

前記親水性湿式シリカは平均粒径は１０乃至２００μｍのホワイトカーボンである。金属石鹸は、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸亜鉛のうち少なくとも１種が含有されている。また、改質ガスｇ２中のダイオキシン類や重金属などを除去する目的で微粉末状活性炭を添加することもできる。

前記バグフィルタＪにより濾過された脱塩ガスｇ３は、ガス洗浄塔Ｋに導入されて水洗によってタール分が除去され、次いでガス洗浄塔Ｍに導入されて脱硫剤によって硫化水素が除去されて精製ガスｇ４（クリーンガス）が得られている。前記精製ガスｇ４は、ガス洗浄塔Ｋ，Ｍにおいて水洗されており４０〜６０℃程度となっている。

精製ガスｇ４はガス貯留タンクＮに貯留されるようになっており、精製ガスｇ４をガスエンジンＰや燃焼器Ｒに所定量供給するようになっている。また、貯留タンクＮにより廃棄物の処理量の変動によってガス圧が変動しないように図示しない圧縮機によって所定の圧力となるようになっている。

貯留タンクから供給された精製ガスｇ４は、ガスエンジンＰの燃料として使用され、前記ガスエンジンによって発電機Ｓが駆動されて発電されるようになっている。また、燃焼器Ｒに精製ガスｇ４と前記空気予熱器Ｆ２で加熱された空気ａ１とを導入して燃焼させるようになっている。

前記ガスエンジンＰの排ガスｇ５は３５０〜４３０℃程度であり、燃焼器Ｒの燃焼排ガスｇ６は後述する加熱脱臭のために７００℃以上、望ましくは８００℃以上となっている。前記ガスエンジンＰの排ガスｇ５に燃焼器Ｒの燃焼排ガスｇ６を加えて４５０〜６００℃に調整された混合ガスｇ７は、廃棄物の間接加熱用熱媒体として前記キルン式熱分解炉Ｃに導入されている。

前記キルン式熱分解炉Ｃは、図３に示すように、円筒状の本体Ｃ１の軸方向に延長された熱媒体流通配管Ｃ３が円周方向に複数本所定間隔で設けられており、円筒状の本体Ｃ１内に加熱空気を送給する直接加熱方式、或いは、側面に加熱空気を送り込むようにした間接加熱方式のどちらよりも熱交換の効率が高い上に、円筒状本体内部の廃棄物が攪拌されて均一に加熱することができ、更には廃棄物の攪拌効率も向上し、廃棄物の間接加熱用媒体を５００〜６００℃程度の温度で十分に使用することができるようになっている。

前記キルン式熱分解炉Ｃの廃棄物を間接加熱するのに使用された排気ガスｇ８は、前記乾燥機Ｂの廃棄物を乾燥させる熱源として、乾燥機Ｂに供給されるようになっており、乾燥機Ｂで熱源として使用された排気ガスｇ９は煙突Ｕから外部へ放出されるようになっている。

前記乾燥機Ｂの廃棄物より生じた水蒸気ｗは、燃焼器Ｒに供給されて加熱脱臭されており、この加熱脱臭の観点から燃焼器Ｒは７００℃以上、望ましくは８００℃以上となるように運転するのが好ましい。

次に、このように構成された廃棄物処理装置における熱の利用について、図２を参照して説明する。

前記ガスエンジンＰの排ガスｇ５と燃焼器Ｒの燃焼排ガスｇ６とを混合した高温ガスｇ７をキルン式熱分解炉Ｃの間接加熱の熱媒体として供給する供給配管３に前記高温ガスｇ７の温度検出手段Ｔ１を設け、前記燃焼器Ｒに精製ガスｇ４を供給する供給管１９に前記温度検出手段Ｔ１の検出した温度信号Ｙ１に基づいてガス流量を調節する調整弁ｖ１が設けられている。

従って、３５０〜４３０℃のガスエンジン排ガスｇ５に、８００℃程度の燃焼器排ガスｇ６を加えて５００〜６００℃程度となるように調整弁ｖ１の開閉が調整される。キルン式熱分解炉Ｃに供給される混合ガスｇ７の温度が所定の温度よりも高いときには前記調整弁ｖ１を閉止側に調整し、所定温度よりも低いときには調整弁ｖ１が開放側に調整される。そして、前記ガスエンジン排ガスｇ５と燃焼器排ガスｇ６との熱を無駄にすることなくキルン式熱分解炉Ｃにおいて廃棄物の加熱に有効利用することができる。また、前記乾燥機Ｂの廃棄物から生じた水蒸気を燃焼器Ｒで加熱脱臭するようにしたので、脱臭処理工程を省略することができる。

また、前記乾燥機Ｂに前記キルン式熱分解炉Ｃの廃棄物を間接加熱して減温された減温ガスｇ８を導入する導入管４とこの導入管４内を流通する減温ガスｇ８温度を検出する温度検出手段Ｔ２を設け、前記キルン式熱分解炉Ｃに高温ガスを供給する供給配管３と乾燥機Ｂに減温ガスｇ８を導入する導入管４とに連通するバイパス路ｉ１を設け、このバイパス路ｉ１に前記減温ガスｇ８の温度検出手段Ｔ３により検出された温度信号によりガスの流量を調節する調整弁ｖ２が設けられている。

従って、減温ガスｇ８の温度が所定温度よりも高いときにはバイパス路ｉ１の調整弁ｖ２を開放側に調整し、所定温度よりも低いときには調整弁ｖ２を閉止側に調整することで減温ガス８の温度を所定の温度に保持するようにしている。即ち、キルン式熱分解炉Ｃから排気された減温ガスｇ８の温度を所定温度に保持することができるようになり、より効率的に熱の利用ができるようになる。また、キルン式熱分解炉Ｃよりも低温で廃棄物を加熱する乾燥機Ｂにおいて減温ガスｇ８を有効利用することができる。

更に、前記導入管４にガスエンジン排ガスを供給するバイパス路ｉ２を設けると共に温度検出手段Ｔ３を設け、この温度検出手段Ｔ３により検出された温度信号に基づいてガス流量を調節する調整弁ｖ３をバイパス路に設けている。

前記バイパス路ｉ２に設けた調整弁ｖ３を調整することにより、前記ガスエンジンＰの排ガスｇ５を減温ガスｇ８に導入してその温度を２８０〜３３０℃から３５０〜４００℃程度に加温している。従って、順次温度が低下する熱媒体（混合ガス）を加熱手段を用いることなく温度を上昇させることができ、ガスエンジン排ガスｇ５の熱エネルギーが有効に利用されている。

更にまた、前記乾燥機Ｂの廃棄物を加熱して低温となったガスｇ９を排出する排出管５と前記導入管４とに連通するバイパス路ｉ３を設け、前記排出管５に設けた温度検出手段Ｔ４の検出した温度信号に基づいてガス流量を調節する調整弁ｖ４を前記バイパス路ｉ３に設けている。

従って、煙突より排気される低温ガスｇ９（混合ガス）に減温ガスｇ８を導入し、白防条件を満たす温度（１２０〜１８０℃、好ましくは１５０℃）に昇温して排気することができ、白防用加熱装置が不要となる。

本実施例により、キルン式熱分解炉で生成した熱分解ガスの熱をボイラで回収し、更に精製ガスを燃料としてガスエンジンを運転して発電機を駆動し、このガスエンジンの排ガスの熱エネルギーを利用してキルン式熱分解炉と乾燥機との熱源として熱の段階利用がなされるので、廃棄物処理装置における熱エネルギーの回収効率と有効利用が図られる。

また、キルン式分解炉を多管式としたことにより熱交換効率が向上し、従来のキルン本体に熱風を吹き込む加熱方式のものよりも温度を下げて運転することができるので熱源に必要なエネルギーを軽減することができる。

なお、本発明は熱の段階利用することを特徴とするものであって、前記実施例において示した運転条件（温度）は一例であり、これに限定されるものではない。

また、本実施例では改質炉において水蒸気と酸素とを供給しているが、酸素の代わりに空気を供給することもできる。

更に、改質ガスの熱によって汽力発電機を駆動して発電し、この発電機からの排熱で空気予熱器を加熱したりするようにしてもよい。

（実施例２）
本実施例は、熱分解残渣から燃料ガスを得るようにしたものであり、実施例１と同一符号は同一部材を表しており説明は省略する。

キルン式熱分解炉Ｃにて生成した熱分解残留物は分離器Ｄの下方より熱分解ガスｇ１と分離され、冷却器３０により室温程度に冷却されて分別装置３６へ供給されている。この分別装置３６で金属や重金属などと炭化物とに分別されており、金属類が回収され、炭化物は溶融炉３７において１３００〜１５００℃程度に強熱されてガラス質のスラグと炭化物を含有する揮発性ガスとに分離される。この揮発性ガスはガス洗浄塔３８で水洗されて煤などが除去され、ボイラＦ１出口の改質ガス温度である２００〜４００℃まで冷却後、ボイラＦ１とバグフィルタＪとの間の改質ガスｇ２と混合されている。

本実施例により、ガスエンジンの燃料である精製ガスの生産量が増加するので、より高い熱エネルギーを取り出せるようになる。また、資源の回収量も増加する。

本発明に係る廃棄物処理装置の概略構成図である。 本発明に係る廃棄物処理装置の燃焼ガスの熱の多段階利用を示す図である。 本発明に係る廃棄物処理装置のキルン式熱分解炉の断面概略図である。 本発明に係る他の実施態様を示す概略図である。

符号の説明

Ａ 粉砕機
Ｂ 乾燥機
Ｃ ロータリーキルン（キルン式分解炉）
Ｄ 分別機
Ｅ 改質炉
Ｆ１ ボイラ
Ｆ２ 空気予熱器
Ｈ 貯留容器
Ｈ１ 定量切り出しフィーダ
Ｊ バグフィルタ
Ｋ ガス洗浄塔
Ｍ 脱硫塔
Ｎ ガスホルダ
Ｐ ガスエンジン
Ｒ 加熱炉
Ｓ 発電機
ｖ１，ｖ２，ｖ３，ｖ４ 調整弁
ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４ 温度計
ｉ１，ｉ２，ｉ３，ｉ４ バイパス路
ｇ１ 熱分解ガス
ｇ２ 改質ガス
ｇ３ 脱塩ガス
ｇ４ 精製ガス
ｇ５ ガスエンジン排ガス
ｇ６ 加熱ガス
ｇ７ 混合ガス
ｇ８ キルン通過後の加熱ガス
ｇ９ 乾燥機通過後の加熱ガス
ａ１ 予熱空気
ｗ 水

Claims (4)

1. 廃棄物の乾燥工程と、廃棄物をほぼ空気を断った状態で間接加熱して熱分解ガスを発生させる熱分解工程と、熱分解ガスを還元雰囲気下で低級炭化水素に分解して改質ガスを生成する改質工程と、改質ガスを脱塩・濾過・脱硫して精製ガスを生成する精製工程と、精製ガスを発電機を駆動するガスエンジンの燃料とする発電工程とを有する廃棄物の処理方法において、
   前記改質ガスをボイラに供給して水蒸気を発生させ、この水蒸気を空気予熱器へ供給して空気を加熱して加熱空気を生成し、この加熱空気と前記精製ガスとを混合して燃料ガスとし、この燃料ガスを加熱炉で燃焼させると共にその加熱炉に導入された前記乾燥工程で発生した臭気を含む水蒸気を加熱して脱臭し、前記加熱炉より排気される高温の燃焼排ガスと前記ガスエンジンの排ガスとを混合した混合ガスを前記熱分解工程に供給して廃棄物を間接加熱することを特徴とする廃棄物の処理方法。
2. 前記混合ガスを廃棄物が熱分解される熱分解工程の熱源とし、更に、前記熱分解工程の熱源として使用された混合ガスを廃棄物が乾燥される乾燥工程の熱源とすることを特徴とする請求項１記載の廃棄物の処理方法。
3. 廃棄物を乾燥させる乾燥機と、この乾燥機で乾燥された廃棄物をほぼ空気を断った状態で間接加熱して熱分解ガスを発生させる熱分解炉と、前記熱分解ガスを還元雰囲気下で低級炭化水素に分解して改質ガスを生成する改質ガス炉と、前記改質ガスを脱塩する脱塩剤が供給される濾過装置と、この濾過装置で濾過された脱塩ガスを脱硫して精製ガスとする脱硫装置と、前記精製ガスを燃料とするガスエンジンと、このガスエンジンによって駆動される発電機とを有する廃棄物処理装置において、
   前記改質ガスを燃焼させて水蒸気を発生させるボイラと、このボイラで発生した水蒸気で空気を加熱する空気予熱器と、この空気予熱器で生成した加熱空気と前記精製ガスとを混合した燃料ガスを燃焼させて前記乾燥機で発生した臭気を含む水蒸気を加熱して脱臭する加熱炉と、この加熱炉より排気された高温の燃焼排ガスとガスエンジンの排ガスとが混合された混合ガスを熱源として廃棄物を間接加熱して熱分解する熱分解炉とを備えていることを特徴とする廃棄物の処理装置。
4. 前記混合ガスを廃棄物が熱分解される熱分解炉の熱源とし、更に、前記熱分解炉の熱源として使用された混合ガスを廃棄物が乾燥される乾燥機の熱源とすることを特徴とする請求項３記載の廃棄物の処理装置。

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