JP3776692B2 - 廃棄物のガス化処理設備及びこれを利用したガス化発電設備 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は廃棄物のガス化処理設備及びこれを利用したガス化発電設備に関する。
【０００２】
【従来の技術】
都市ごみ、下水汚泥、産業用廃棄物などの有機系廃棄物からエネルギー回収を図るために、廃棄物を熱分解によりガス化して燃料用ガス（ガス化ガス）を得るガス変換技術が、環境保全及び省資源の観点から注目されている。
【０００３】
このガス変換技術のシステムとしては、廃棄物に水蒸気を添加して４００〜８００℃でガス化し、さらに１３００〜１５００℃でクラッキングして、煤を含まないクリーンなＣＯ、Ｈ2 リッチガスを得るシステムが開発されている。このようにして得られたガス化ガス（燃料用ガス）により発電装置による発電などが行われる。
【０００４】
ここで、ガス化変換技術の一例のシステムとして、ガス化炉（流動床ガス化炉）と灰溶融炉（旋回溶融炉）にて二段ガス化を行い、発生したガス化ガスを発電装置に供給して発電を行う従来のガス化発電設備について、図１２を参照しつつ説明する。
【０００５】
図１２に示すように、内部に砂層２１１ａを有する流動床ガス化炉２１１の上部の送出口は、旋回溶融炉２１２の受入口に連絡している。旋回溶融炉２１２のガス送出口は、ボイラ２１３のガス受入口に連絡している。ボイラ２１３のガス送出口は、バグフィルタ２１７の受入口に連絡している。バグフィルタ２１７の送出口は、凝縮器２１８のガス受入口に連絡している。凝縮器２１８のガス送出口は、発電装置３００のガス受入側に連絡している。
【０００６】
前記ボイラ２１３の蒸気送出口は、スチームタービン２１４の蒸気受入口に連絡している。スチームタービン２１４の出力軸は、発電機２１５の入力軸に連結されている。スチームタービン２１４の蒸気送出口は、復水器２１６の蒸気受入口に連絡している。復水器２１６の送水口は、ボイラ２１３の受水口に連絡している。
【０００７】
このようなガス化発電設備において、酸素（または空気）と水蒸気との混合ガスであるガス化剤１を流動床ガス化炉２１１の内部に上記砂層２１１ａの下方から供給すると共に、流動床ガス化炉２１１の内部の砂層２１１ａ上に廃棄物２を投入すると、廃棄物２は、加熱（４００〜８００℃）されながら浮遊流動する上記砂層２１１ａにより、熱分解されてガス状物質になり、ガス化剤１の酸素および水蒸気と接触すると共に、その一部がフリーボード部２１１ｂで燃焼し（６５０〜８００℃）、下記式（１）で示す燃焼反応および下記式（２）で示す水性ガス化反応（改質反応）を起こし、一酸化炭素、水素、メタン、エタン、二酸化炭素等を含むガス化ガス３と、タールや煤などの未燃固形物４ａと、飛灰４ｂと、不燃物４ｃとを生じる。
【０００８】
Ｃ＋Ｏ2 →ＣＯ2 ＋熱・・・・・（１）
Ｃ＋Ｈ2 Ｏ→ＣＯ＋Ｈ2 ・・・・（２）
【０００９】
前記不燃物４ｃは、流動床ガス化炉２１１の下部から系外へ排出される。一方、ガス化ガス３と未燃炭素質物質４ａと飛灰４ｂとは、流動床ガス化炉２１１の上部から送出されて旋回溶融炉２１２内に送給される。
【００１０】
酸素（または空気）と水蒸気との混合ガスであるガス化剤１を旋回溶融炉２１２の内部に供給すると、ガス化ガス３および未燃炭素質物質４ａの一部は、燃焼して旋回溶融炉２１２内を加熱（１３００〜１５００℃程度）する。ガス化ガス３と未燃炭素質物質４ａと飛灰４ｂとは、旋回溶融炉２１２の内部で旋回しながら加熱される。このため、飛灰（無機物）４ｂは、溶融してスラグミスト化し、旋回流の遠心力で炉壁に捕捉され、スラグ４ｄとなって炉壁を流下して系外へ排出される。一方、ガス化ガス３および未燃炭素質物質４ａは、ガス化剤１の水蒸気により、上述した水性ガス化反応（改質反応）がさらに進行する。
【００１１】
上記ガス化ガス３は、旋回溶融炉２１２から送出されてボイラ２１３で熱回収される。ボイラ２１３は、ガス化ガス３から回収した熱で水を加熱して蒸気を発生させる。この蒸気は、スチームタービン２１４を回転させて、発電機２１５を駆動させることにより、発電を行う。スチームタービン２１４から排出された蒸気は、復水器１６で水に戻されてボイラ２１３に再び供給される。
【００１２】
ボイラ２１３から送出されたガス化ガス３は、バグフィルタ２１７でダストや塩酸分が除去された後、凝縮器２１８の冷却水５ａで冷却され、凝縮水５ｂが系外へ取り除かれて精製ガス６となる。
【００１３】
精製ガス６は、発電装置３００に送られ、発電作動に使用された後、排ガス７として系外へ排出される。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
前述したような従来のガス化発電設備では、未燃炭素質物質４ａの発生量が多いため、ガス化ガス３の発熱量が低くなってしまっていた。すなわち、タールや煤などの炭素を主成分とする未燃炭素質物質４ａは、改質をすれば可燃ガスである一酸化炭素や水素にすることができるが（改質することができるが）、従来のガス化発電設備では、この改質を十分に行うことができなかったため、ガス化ガス３の発熱量が低くなってしまっていたのである。
【００１５】
そこで、流動床炉ガス化炉２１１や旋回溶融炉２１２に供給する水蒸気の量を増加させることにより、上述した改質反応をさらに促進させることも考えられるが、水蒸気の量を増加させると、設備全体としての発電効率が下がるという問題を生じてしまう。
【００１６】
このようなことから、本発明は、供給する水蒸気量を増加させることなくガス化ガスの発熱量を高めることができる廃棄物のガス化処理設備及びこれを利用したガス化発電設備を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
前述した課題を解決するための、第一番目の発明による廃棄物のガス化処理設備は、酸素を含む気体と水蒸気とを供給されて廃棄物を部分酸化および熱分解してガス化ガスを発生させる流動床ガス化炉と、前記流動床ガス化炉で発生した前記ガス化ガスが送給され、当該ガス化ガスに含まれている灰分を加熱溶融して除去する溶融炉とを備えた廃棄物のガス化処理設備において、前記流動床ガス化炉の内部の砂層に、前記ガス化ガスの発生を促進させる触媒が混合されていることを特徴とする。
【００１８】
第二番目の発明による廃棄物のガス化処理設備は、酸素を含む気体と水蒸気とを供給されて廃棄物を部分酸化および熱分解してガス化ガスを発生させる流動床ガス化炉と、前記流動床ガス化炉で発生した前記ガス化ガスが送給され、当該ガス化ガスに含まれている灰分を加熱溶融して除去する溶融炉とを備えた廃棄物のガス化処理設備において、前記流動床ガス化炉と前記溶融炉との間に、前記ガス化ガスの発生を促進させる触媒を内部に有する触媒装置が配設されていることを特徴とする。
【００１９】
第三番目の発明による廃棄物のガス化処理設備は、酸素を含む気体と水蒸気とを供給されて廃棄物を部分酸化および熱分解してガス化ガスを発生させる流動床ガス化炉と、前記流動床ガス化炉で発生した前記ガス化ガスが送給され、当該ガス化ガスに含まれている灰分を加熱溶融して除去する溶融炉とを備えた廃棄物のガス化処理設備において、前記流動床ガス化炉で発生した前記ガス化ガスから灰分を分離して前記溶融炉へ送給する灰分除去手段と、前記灰分除去手段で前記灰分を分離された前記ガス化ガスが送給されて前記ガス化ガスの発生を促進させる触媒を内部に有する触媒塔とを備えていることを特徴とする。
【００２０】
第四番目の発明による廃棄物のガス化処理設備は、第一番目から第三番目の発明のいずれかにおいて、前記触媒が、Ｓｉ，Ａｌ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ｒｕ，Ｒｅのうちの少なくとも一種の元素を有する金属または当該金属の酸化物または当該金属と当該金属の酸化物との混合物からなることを特徴とする。
【００２１】
第五番目の発明による廃棄物のガス化処理設備は、第一番目から第四番目の発明のいずれかにおいて、前記溶融炉が旋回溶融炉であることを特徴とする。
【００２２】
また、第六番目の発明による廃棄物のガス化発電設備は、第一番目から第五番目のいずれかの廃棄物のガス化処理設備からの前記ガス化ガスを使用して発電する発電手段を備えた廃棄物のガス化発電設備であって、前記発電手段が、前記ガス化ガスを使用して作動するガスエンジンと、前記ガスエンジンの作動により発電する発電機とを備えていることを特徴とする。
【００２３】
第七番目の発明による廃棄物のガス化発電設備は、第一番目から第五番目のいずれかの廃棄物のガス化処理設備からの前記ガス化ガスを使用して発電する発電手段を備えた廃棄物のガス化発電設備であって、前記発電手段が、前記ガス化ガスを使用して作動するガスタービンと、前記ガスタービンの作動により発電する発電機とを備えていることを特徴とする。
【００２４】
第八番目の発明による廃棄物のガス化発電設備は、第一番目から第五番目の発明のいずれかの廃棄物のガス化処理設備からの前記ガス化ガスを使用して発電する発電手段を備えた廃棄物のガス化発電設備であって、前記発電手段が、前記ガス化ガスを使用して作動する燃料電池と、前記燃料電池の作動により発電する発電機とを備えていることを特徴とする。
【００２５】
第九番目の発明による廃棄物のガス化発電設備は、第八番目の発明において、前記発電手段が、前記燃料電池で使用された前記ガス化ガスを使用して作動するガスエンジンと、前記ガスエンジンの作動により発電する発電機とを備えていることを特徴とする。
【００２６】
第十番目の発明による廃棄物のガス化発電設備は、第八番目の発明において、前記発電手段が、前記燃料電池で使用された前記ガス化ガスを使用して作動するガスタービンと、前記ガスタービンの作動により発電する発電機とを備えていることを特徴とする。
【００２７】
第十一番目の発明による廃棄物のガス化発電設備は、第六番目から第十番目の発明のいずれかにおいて、前記発電手段が、前記ガス化ガスの使用済みの排ガスにより加熱された蒸気を利用して作動するスチームタービンと、前記スチームタービンの作動により発電する発電機とを備えていることを特徴とする。
【００２８】
【発明の実施の形態】
本発明による廃棄物のガス化処理設備及びこれを利用するガス化発電設備の実施の形態を以下に説明するが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。
【００２９】
［第一番目の実施の形態］
本発明による廃棄物のガス化処理設備及びこれを利用するガス化発電設備の第一番目の実施の形態を図１に基づいて説明する。図１は、ガス化発電設備の概略構成図である。
【００３０】
図１に示すように、流動床ガス化炉１１の内部には、砂層１１ａが設けられている。この流動床ガス化炉１１の砂層１１ａには、改質反応を促進させる（ガス化ガス３の発生を促進させる）粉状またはペレット状の触媒１９が混合されている。
【００３１】
このような触媒１９としては、Ｓｉ，Ａｌ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ｒｕ，Ｒｅのうちの少なくとも一種の元素を有する金属または当該金属の酸化物または当該金属と当該金属の酸化物との混合物等が挙げられ、特に、ＳｉＯ2 とＡｌ2 Ｏ3 との複合酸化物にＮｉやＲｕ等の金属を分散担持させたものであると、ガス化ガス３への転化反応速度を非常に大きくすることができるので好ましい。
【００３２】
前記流動床ガス化炉１１の上部の送出口は、旋回溶融炉１２の受入口に連絡している。旋回溶融炉１２のガス送出口は、ボイラ１３のガス受入口に連絡している。ボイラ１３のガス送出口は、バグフィルタ１７の受入口に連絡している。バグフィルタ１７の送出口は、凝縮器１８のガス受入口に連絡している。凝縮器１８のガス送出口は、発電手段である発電装置１００のガス受入側に連絡している。
【００３３】
前記ボイラ１３の蒸気送出口は、スチームタービン１４の蒸気受入口に連絡している。スチームタービン１４の出力軸は、発電機１５の入力軸に連結されている。スチームタービン１４の蒸気送出口は、復水器１６の蒸気受入口に連絡している。復水器１６の送水口は、ボイラ１３の受水口に連絡している。
【００３４】
このようなガス化発電設備においては、酸素（または空気）と水蒸気との混合ガスであるガス化剤１を流動床ガス化炉１１の内部に上記砂層１１ａの下方から供給すると共に、流動床ガス化炉１１の内部の砂層１１ａ上に廃棄物２を投入すると、廃棄物２は、加熱（４００〜８００℃）されながら浮遊流動する上記砂層１１ａにより、熱分解されてガス状物質になり、ガス化剤１の酸素１ｂおよび水蒸気１ａと接触すると共に、その一部がフリーボード部１１ｂで燃焼し（６５０〜８００℃）、下記式（１）で示す燃焼反応および下記式（２）で示す水性ガス化反応（改質反応）を起こし、一酸化炭素、水素、メタン、エタン、二酸化炭素等を含むガス化ガス３と、タールや煤などの未燃炭素質物質４ａと、飛灰４ｂと、不燃物４ｃとを生じる。
【００３５】
Ｃ＋Ｏ2 →ＣＯ2 ＋熱・・・・・（１）
Ｃ＋Ｈ2 Ｏ→ＣＯ＋Ｈ2 ・・・・（２）
【００３６】
このとき、流動床ガス化炉１１の砂層１１ａ中の触媒１９が上記改質反応を促進し、タールや煤等の高分子量炭化水素などを含む未燃炭素質物質４ａを改質して燃料として使用可能な低分子量炭化水素や水素などのガス化ガス３に転化する。このため、ガス化ガス３の生成量が大幅に増大し、未燃炭素質物質４ａの発生量が極く少量となる。
【００３７】
前記不燃物４ｃは、流動床ガス化炉１１の下部から系外へ排出される。一方、ガス化ガス３と未燃炭素質物質４ａ（極く少量）と飛灰４ｂとは、流動床ガス化炉１１の上部から送出されて旋回溶融炉１２内に送給される。
【００３８】
酸素（または空気）と水蒸気との混合ガスであるガス化剤１を旋回溶融炉１２の内部に供給すると、ガス化ガス３のおよび未燃炭素質物質４ａの一部は、燃焼して旋回溶融炉１２内を加熱（１３００〜１５００℃程度）する。ガス化ガス３と未燃炭素質物質４ａと飛灰４ｂとは、旋回溶融炉１２の内部で旋回しながら加熱される。このため、飛灰（無機物）４ｂは、溶融してスラグミスト化し、旋回流の遠心力で炉壁に捕捉され、スラグ４ｄとなって炉壁を流下して系外へ排出される。一方、ガス化ガス３および未燃炭素質物質４ａは、ガス化剤１の水蒸気により、上述した水性ガス化反応（改質反応）がさらに進行する。
【００３９】
上記ガス化ガス３は、旋回溶融炉１２から送出されてボイラ１３で熱回収される。ボイラ１３は、ガス化ガス３から回収した熱で水を加熱して蒸気を発生させる。この蒸気は、スチームタービン１４を回転させて、発電機１５を駆動させることにより、発電を行う。スチームタービン１４から排出された蒸気は、復水器１６で水に戻されてボイラ１３に再び供給される。
【００４０】
ボイラ１３から送出されたガス化ガス３は、バグフィルタ１７でダストや塩酸分が除去された後、凝縮器１８の冷却水５ａで冷却され、凝縮水５ｂが系外へ取り除かれて精製ガス６となる。
【００４１】
精製ガス６は、発電装置１０に送られ、発電作動に使用された後、排ガス７として前記乾燥機１９に送給され、廃棄物２の乾燥用の熱エネルギ源に利用される。
【００４２】
つまり、本実施の形態では、流動床ガス化炉１１の砂層１１ａ内に触媒１９を混合することにより、前記改質反応を促進させるようにしたのである。
【００４３】
このため、供給する水蒸気量を増加させないばかりか減少させても、炭素を主成分とする未燃炭素質物質４ａの改質化（可燃ガス化）を促進して、ガス化ガス３の割合を多くすることができる。
【００４４】
したがって、供給する水蒸気量を減少させながらもガス化ガス３の発熱量を高くすることができ、設備全体の発電効率を向上させることができる。
【００４５】
また、流動床ガス化炉１１の内部で未燃炭素質物質４ａのほとんどをガス化ガス３に改質するようにしたので、流動床ガス化炉１１と旋回溶融炉１２との間の配管の内壁に付着する未燃炭素質物質４ａの量が少なくなり、メンテナンスの容易化を図ることができる。
【００４６】
また、未燃固形分４ａをガス化ガス３に改質して旋回溶融炉１２へ供給するようにしたので、固形分燃焼による局部的な温度上昇や、固形分の低燃焼速度による吹き抜けなどが旋回溶融炉１２で起こらなくなり、旋回溶融炉１２内での燃焼を安定化させることができ、飛灰４ｂを安定した状態で溶融させることができる。
【００４７】
［第二番目の実施の形態］
本発明による廃棄物のガス化処理設備及びこれを利用するガス化発電設備の第二番目の実施の形態を図２に基づいて説明する。図２は、ガス化発電設備の概略構成図である。ただし、前述した第一番目の実施の形態の部分と同一の部分については、前述した第一番目の実施の形態の説明で用いた符号と同一の符号を用いることにより、その説明を省略する。
【００４８】
図２に示すように、流動床ガス化炉１１の上部の送出口は、前記改質反応を促進させる（ガス化ガス３の発生を促進させる）ペレット状の前記触媒１９を内部に充填若しくはハニカム状または板状の前記触媒１９を内装した触媒装置２９の受入口に連絡している。触媒装置２９の送出口は、旋回溶融炉１２の受入口に連絡している。
【００４９】
つまり、前述した第一番目の実施の形態では、流動床ガス化炉１１の砂層１１ａ中に粉状またはペレット状の触媒１９を混合するようにしたが、本実施の形態では、流動床ガス化炉１１と旋回溶融炉１２との間に、ペレット状の前記触媒１９を内部に充填若しくはハニカム状または板状の触媒１９を内装した触媒装置２９を配設したのである。
【００５０】
このため、流動床ガス化炉１１から送出されてきた未燃炭素質物質４ａの改質化（可燃ガス化）を促進し、タールや煤等の高分子量炭化水素などを含む未燃炭素質物質４ａを改質して燃料として使用可能な低分子量炭化水素や水素などのガス化ガス３に転化して（反応温度：４００〜１５００℃）、ガス化ガス３の割合を多くした後に旋回溶融炉１２内に送給することができる。
【００５１】
したがって、前述した第一番目の実施の形態の場合と同様に、供給する水蒸気量を減少させながらもガス化ガス３の発熱量を高くすることができ、設備全体の発電効率を向上させることができると共に、未燃固形分４ａをガス化ガス３に改質して旋回溶融炉１２へ供給するようにしたので、固形分燃焼による局部的な温度上昇や、固形分の低燃焼速度による吹き抜けなどが旋回溶融炉１２で起こらなくなり、旋回溶融炉１２内での燃焼を安定化させることができ、飛灰４ｂを安定した状態で溶融させることができる。
【００５２】
［第三番目の実施の形態］
本発明による廃棄物のガス化処理設備及びこれを利用するガス化発電設備の第三番目の実施の形態を図３に基づいて説明する。図３は、ガス化発電設備の概略構成図である。ただし、前述した第一，二番目の実施の形態の部分と同一の部分については、前述した第一，二番目の実施の形態の説明で用いた符号と同一の符号を用いることにより、その説明を省略する。
【００５３】
図３に示すように、流動床ガス化炉１１の上部の送出口は、灰分除去手段であるサイクロン３９ａの受入口に連絡している。サイクロン３９ａの上部の送出口は、前記改質反応を促進させる（ガス化ガス３の発生を促進させる）粉状またはペレット状の前記触媒１９を内部に充填した触媒塔３９ｂの受入口に連絡している。触媒塔３９ｂの送出口は、前記ボイラ１３の受入口に連絡している。
【００５４】
一方、上記サイクロン３９ａの下部の送出口は、前記旋回溶融炉１２の受入口に連絡している。この旋回溶融炉１２のガス送出口は、ボイラ３３のガス受入口に連絡している。ボイラ３３の蒸気送出口は、スチームタービン３４の蒸気受入口に連絡している。スチームタービン３４の出力軸は、発電機３５の入力軸に連結されている。スチームタービン３４の蒸気送出口は、復水器３６の蒸気受入口に連絡している。復水器３６の送水口は、ボイラ３３の受水口に連絡している。
【００５５】
このような本実施の形態においては、流動床ガス化炉１１から送出されてきたガス化ガス３と未燃炭素質物質４ａと飛灰４ｂとがサイクロン３９ａの内部に送給され、内部での旋回流により、ガス化ガス３および未燃炭素質物質４ａから飛灰４ｂやミスト状の低融点化合物等が分離される。
【００５６】
前記飛灰４ｂやミスト状の低融点化合物等は、サイクロン３９ａの下部の送出口から旋回溶融炉１２の内部に送給され、前述した第一，二番目の実施の形態の場合と同様にスラグ４ｄとなって系外へ排出される。この旋回溶融炉１２で生じた排ガス９は、ボイラ３３に送給されて熱回収された後、系外へ排出される。ボイラ３３は、排ガス９から回収した熱で水を加熱して蒸気を発生させる。この蒸気は、スチームタービン３４を回転させて、発電機３５を駆動させることにより、発電を行う。スチームタービン３４から排出された蒸気は、復水器３６で水に戻されてボイラ３３に再び供給される。
【００５７】
一方、前記ガス化ガス３および未燃炭素質物質４ａは、サイクロン３９ａの上部の送出口から触媒塔３９ｂの内部に送給され、触媒１９により前記改質反応が促進され、タールや煤等の高分子量炭化水素などを含む未燃炭素質物質４ａを改質して燃料として使用可能な低分子量炭化水素や水素などのガス化ガス３に転化した後（反応温度：４００〜１５００℃）、ボイラ１３に送給される。このため、ガス化ガス３の生成量が大幅に増大し、未燃炭素質物質４ａが極く少量となる。
【００５８】
つまり、前述した第一，二番目の実施の形態では、ガス化ガス３と未燃炭素質物質４ａと飛灰４ｂとの混在した状態で前記触媒１９による改質化反応の促進を行うようにしたが、本実施の形態では、ガス化ガス３と未燃炭素質物質４ａとから飛灰４ｂやミスト状の低融点化合物等を分離除去した後に触媒１９による改質化反応の促進を行うようにしたのである。
【００５９】
このため、触媒１９による改質化反応を飛灰４ｂのない環境下で行うことができるので、飛灰４ｂやミスト状の低融点化合物等による触媒１９の目詰まりや表面付着に伴う触媒１９の劣化を大幅に抑制することができる。
【００６０】
したがって、前述した第一，二番目の実施の形態の場合と同様な効果を得ることができるのはもちろんのこと、触媒１９の上述した劣化を大幅に抑制することができるので、触媒１９の長寿命化を図ることができ、保守点検等の容易化を図ることができる。
【００６１】
なお、前述した各実施の形態では、酸素（または空気）と水蒸気とを混合したガス化剤１を流動床ガス化炉１１や旋回溶融炉１２に供給するようにしたが、酸素（または空気）と水蒸気とをそれぞれ個別に供給するようにしたり、水蒸気１ａは流動床ガス化炉１１のみに供給するようにしてもよい。
【００６２】
また、例えば、精製ガス６の一部を抜き取って燃焼させて、この燃焼熱により酸素（または空気）や水蒸気１ａを加熱して流動床ガス化炉１１や旋回溶融炉１２内に供給するようにしてもよい。
【００６３】
［発電装置の実施の形態］
ここで、前述した発電装置１００の実施の形態を図４〜１１を用いて説明する。図４は、発電装置の第一番目の実施の形態の概略構成図、図５は、発電装置の第二番目の実施の形態の概略構成図、図６は、発電装置の第三番目の実施の形態の概略構成図、図７は、発電装置の第四番目の実施の形態の概略構成図、図８は、発電装置の第五番目の実施の形態の概略構成図、図９は、発電装置の第六番目の実施の形態の概略構成図、図１０は、発電装置の第七番目の実施の形態の概略構成図、図１１は、発電装置の第八番目の実施の形態の概略構成図である。
【００６４】
［第一番目の実施の形態］
図４に示すように、前記凝縮器１８からの精製ガス６（ガス化ガス３を精製したもの）は、発電手段であるガスエンジン発電装置１１０のコンプレッサ１１１のガス受入口に供給される。コンプレッサ１１１のガス送出口は、ガスホルダ１１２のガス受入口に連結している。ガスホルダ１１２のガス送出口は、ガスエンジン１１３の精製ガス受入口に連結している。ガスエンジン１１３には、空気８が供給されるようになっている。このガスエンジン１１３の出力部は、発電機１１５に連結している。
【００６５】
このようなガスエンジン発電装置１１０においては、コンプレッサ１１１が精製ガス６を高圧に圧縮してガスホルダ１１２に送給し、ガスホルダ１１２がガスエンジン１１３内に精製ガス６を規定の圧力で供給すると共に、ガスエンジン１１３内に空気８が供給され、ガスエンジン１１３内での精製ガス６と空気８との燃焼爆発力による出力軸の駆動により発電機１１５が駆動され、発電することができる。
【００６６】
このようなガスエンジン発電装置１１０のガスエンジン１１３から排出される排ガス７は、非常に高温であるため、熱エネルギを回収利用する場合に適用すると有効である。
【００６７】
［第二番目の実施の形態］
図５に示すように、前記凝縮器１８からの精製ガス６（ガス化ガス３を精製したもの）は、発電手段であるガスタービン発電装置１２０のコンプレッサ１１１のガス受入口に供給される。コンプレッサ１１１のガス送出口は、ガスホルダ１１２の精製ガス受入口に連結している。ガスホルダ１１２には、空気が供給されるようになっている。ガスホルダ１１２のガス送出口は、ガスタービン１２３のガス受入口に連結している。このガスタービン１２３の出力部は、発電機１１５に連結している。
【００６８】
このようなガスタービン発電装置１２０においては、コンプレッサ１１１が精製ガス６を高圧に圧縮してガスホルダ１１２に送給し、ガスホルダ１１２が空気８と共に精製ガス６をガスタービン１２３内に規定の圧力で供給し、ガスタービン１２３内での精製ガス６と空気８との燃焼爆発力による出力軸の駆動により発電機１１５が駆動され、発電することができる。
【００６９】
このようなガスタービン発電装置１２０のガスタービン１２３から排出される排ガス７は、非常に高温であるため、熱エネルギを回収利用する場合に適用すると有効である。
【００７０】
［第三番目の実施の形態］
図６に示すように、前記凝縮器１８からの精製ガス６（ガス化ガス３を精製したもの）は、燃料電池発電装置１３０の燃料電池１３３の燃料ガス受入口に供給される。燃料電池１３３には、空気８が供給されるようになっている。燃料電池１３３には、インバータ１３４を介して発電機１３５が接続されている。
【００７１】
このような燃料電池発電装置１３０においては、燃料電池１３３に精製ガス６および空気８が供給されると、燃料電池１３３内で電気化学反応を生じて発電され、インバータ１３４を介して発電機１３５を作動させるようになっている。
【００７２】
このような燃料電池発電装置１３０の燃料電池１３３から排出される精製ガス６の排ガス７は、非常に高温であるため、熱エネルギを回収利用する場合に適用すると有効である。
【００７３】
［第四番目の実施の形態］
図７に示すように、上述の第一番目の実施の形態と同様な構成をなすガスエンジン発電装置１１０のガスエンジン１１３のガス送出口は、スチームタービン発電装置１４０のボイラ１４１のガス受入口に連絡している。ボイラ１４１の蒸気送出口は、スチームタービン１４３の蒸気受入口に連絡している。スチームタービン１４３の出力部は、発電機１４５の入力部に連結されている。スチームタービン１４３の蒸気送出口は、復水器１４２の蒸気受入口に連絡している。復水器１４２の送水口は、ボイラ１４１の受水口に連絡している。
【００７４】
このような発電手段であるガスエンジン−スチームタービン発電装置１５０においては、上述の第一番目の実施の形態のガスエンジン発電装置１１０と同様にして発電に使用された排ガス７がスチームタービン発電装置１４０のボイラ１４１に送給され、ボイラ１４１で熱回収され、ボイラ１４１が排ガス７から回収した熱で水を加熱して蒸気を発生させ、当該蒸気がスチームタービン１４３を回転させて、発電機１４５を駆動させることにより発電され、スチームタービン１４３から排出されて復水器１６で冷却されて水に戻され、当該水がボイラ１４１に再び供給される。
【００７５】
［第五番目の実施の形態］
図８に示すように、上述の第二番目の実施の形態と同様な構成をなすガスタービン発電装置１２０のガスタービン１２３のガス送出口は、上述の第四番目の実施の形態と同様な構成をなすスチームタービン発電装置１４０のボイラ１４１のガス受入口に連絡している。
【００７６】
このような発電手段であるガスタービン−スチームタービン発電装置１６０においては、上述の第二番目の実施の形態のガスタービン発電装置１２０と同様にして発電に使用された排ガス７がスチームタービン発電装置１４０のボイラ１４１に送給され、上述の第四番目の実施の形態のスチームタービン発電装置１４０と同様にして発電に使用される。
【００７７】
［第六番目の実施の形態］
図９に示すように、上述の第三番目の実施の形態と同様な構成をなす燃料電池発電装置１３０の燃料電池１３３のガス送出口は、上述の第四番目の実施の形態と同様な構成をなすスチームタービン発電装置１４０のボイラ１４１のガス受入口に連絡している。なお、燃料電池発電装置１３０の燃料電池１３３に供給する空気８は、スチームタービン発電装置１４０のボイラ１４１で加熱されるようになっている。
【００７８】
このような発電手段である燃料電池−スチームタービン発電装置１７０においては、上述の第三番目の実施の形態の燃料電池発電装置１３０と同様にして発電に使用された精製ガス６の排ガス７と空気８の排ガス７とがスチームタービン発電装置１４０のボイラ１４１にそれぞれ送給され、上述の第四番目の実施の形態のスチームタービン発電装置１４０と同様にして発電に使用される。
【００７９】
［第七番目の実施の形態］
図１０（ａ）に示すように、上述の第三番目の実施の形態と同様な構成をなす燃料電池発電装置１３０の燃料電池１３３の空気受入口は、ガスホルダ１３７を介してコンプレッサ１３６に連結している。燃料電池１３３のガス送出口は、上述の第二番目の実施の形態と同様な構成をなすガスタービン発電装置１２０のガスタービン１２３のガス受入口に連絡している。
【００８０】
このような発電手段である燃料電池−ガスタービン発電装置１８０においては、燃料電池発電装置１３０のコンプレッサ１３６で圧縮された空気８がガスホルダ１３７を介して燃料電池１３３に供給されると共に、前記凝縮器１８からの精製ガス６が燃料電池１３３に供給され、上述の第三番目の実施の形態の燃料電池発電装置１３０と同様にして発電し、発電に使用された精製ガス６の排ガス７と空気８の排ガス７とがガスタービン発電装置１２０のガスタービン１２３にそれぞれ送給され、上述の第二番目の実施の形態のガスタービン発電装置１２０と同様にして発電に使用される。
【００８１】
このような燃料電池−ガスタービン発電装置１８０のガスタービン１２３から排出される排ガス７は、非常に高温であるため、熱エネルギを回収利用する場合に適用すると有効である。
【００８２】
なお、図１０（ｂ）に示すように、燃料電池発電装置１３０の燃料電池１３３の精製ガス受入口にもガスホルダ１３２を介してコンプレッサ１３１を連結するようにしてもよい。
【００８３】
また、ガスタービン発電装置１２０に代えて、上述の第一番目の実施の形態のガスエンジン発電装置１１０を適用した発電手段である燃料電池−ガスエンジン発電装置とすることも可能である。
【００８４】
［第八番目の実施の形態］
図１１（ａ）に示すように、上述の第三番目の実施の形態と同様な構成をなす燃料電池発電装置１３０の燃料電池１３３の空気受入口は、ガスホルダ１３７を介してコンプレッサ１３６に連結している。燃料電池１３３のガス送出口は、上述の第二番目の実施の形態と同様な構成をなすガスタービン発電装置１２０のガスタービン１２３のガス受入口に連絡している。ガスタービン１２３のガス送出口は、上述の第四番目の実施の形態と同様な構成をなすスチームタービン発電装置１４０のボイラ１４１のガス受入口に連絡している。
【００８５】
このような燃料電池−ガスタービン−スチームタービン発電装置１９０においては、精製ガス６および空気８が上述の第七番目の実施の形態の燃料電池−ガスタービン発電装置１８０の場合の燃料電池発電装置１３０と同様にして発電に使用され、精製ガス６の排ガス７と空気８の排ガス７とがガスタービン発電装置１２０のガスタービン１２３にそれぞれ送給され、上述の第七番目の実施の形態の燃料電池−ガスタービン発電装置１８０の場合のガスタービン発電装置１２０と同様にして発電に使用された後、上述の第四番目の実施の形態のスチームタービン発電装置１４０の場合と同様にして発電に使用される。
【００８６】
なお、図１１（ｂ）に示すように、燃料電池発電装置１３０の燃料電池１３３の精製ガス受入口にもガスホルダ１３２を介してコンプレッサ１３１を連結するようにしてもよい。
【００８７】
また、ガスタービン発電装置１２０に代えて、上述の第一番目の実施の形態のガスエンジン発電装置１１０を適用した発電手段である燃料電池−ガスエンジン−スチームタービン発電装置とすることも可能である。
【００８８】
【発明の効果】
第一番目の発明による廃棄物のガス化処理設備は、酸素を含む気体と水蒸気とを供給されて廃棄物を部分酸化および熱分解してガス化ガスを発生させる流動床ガス化炉と、前記流動床ガス化炉で発生した前記ガス化ガスが送給され、当該ガス化ガスに含まれている灰分を加熱溶融して除去する溶融炉とを備えた廃棄物のガス化処理設備において、前記流動床ガス化炉の内部の砂層に、前記ガス化ガスの発生を促進させる触媒が混合されていることから、供給する水蒸気量を増加させることなく減少させながらも炭素を主成分とする未燃炭素質物質の改質化（可燃ガス化）を促進して、ガス化ガスの割合を多くすることができるので、ガス化ガスの発熱量を高くすることができ、設備全体の発電効率を向上させることができる。
【００８９】
第二番目の発明による廃棄物のガス化処理設備は、酸素を含む気体と水蒸気とを供給されて廃棄物を部分酸化および熱分解してガス化ガスを発生させる流動床ガス化炉と、前記流動床ガス化炉で発生した前記ガス化ガスが送給され、当該ガス化ガスに含まれている灰分を加熱溶融して除去する溶融炉とを備えた廃棄物のガス化処理設備において、前記流動床ガス化炉と前記溶融炉との間に、前記ガス化ガスの発生を促進させる触媒を内部に有する触媒装置が配設されているので、前述した第一番目の発明の効果を確実に得ることができる。
【００９０】
第三番目の発明による廃棄物のガス化処理設備は、酸素を含む気体と水蒸気とを供給されて廃棄物を部分酸化および熱分解してガス化ガスを発生させる流動床ガス化炉と、前記流動床ガス化炉で発生した前記ガス化ガスが送給され、当該ガス化ガスに含まれている灰分を加熱溶融して除去する溶融炉とを備えた廃棄物のガス化処理設備において、前記流動床ガス化炉で発生した前記ガス化ガスから灰分を分離して前記溶融炉へ送給する灰分除去手段と、前記灰分除去手段で前記灰分を分離された前記ガス化ガスが送給されて前記ガス化ガスの発生を促進させる触媒を内部に有する触媒塔とを備えているので、灰分やミスト状の低融点化合物等による触媒の目詰まりや表面付着に伴う触媒の劣化を大幅に抑制して、触媒の長寿命化を図ることができ、保守点検等の容易化を図ることができる。
【００９１】
第四番目の発明による廃棄物のガス化処理設備は、第一番目から第三番目の発明のいずれかにおいて、前記触媒が、Ｓｉ，Ａｌ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ｒｕ，Ｒｅのうちの少なくとも一種の元素を有する金属または当該金属の酸化物または当該金属と当該金属の酸化物との混合物からなるので、前述した第一番目から第三番目の発明の効果を確実に得ることができる。
【００９２】
第五番目の発明による廃棄物のガス化処理設備は、第一番目から第四番目の発明のいずれかにおいて、前記溶融炉が旋回溶融炉であるので、ガス化や飛灰の回収が効率的にできると共に、廃棄物の部分燃焼率が低下し、ガス化ガスの発熱量を向上させることができる。また、改質反応における水蒸気量を低減することができる。
【００９３】
また、第六番目の発明による廃棄物のガス化発電設備は、第一番目から第五番目のいずれかの廃棄物のガス化処理設備からの前記ガス化ガスを使用して発電する発電手段を備えた廃棄物のガス化発電設備であって、前記発電手段が、前記ガス化ガスを使用して作動するガスエンジンと、前記ガスエンジンの作動により発電する発電機とを備えているので、ガス化ガスを有効に使用して発電を行うことができる。
【００９４】
第七番目の発明による廃棄物のガス化発電設備は、第一番目から第五番目のいずれかの廃棄物のガス化処理設備からの前記ガス化ガスを使用して発電する発電手段を備えた廃棄物のガス化発電設備であって、前記発電手段が、前記ガス化ガスを使用して作動するガスタービンと、前記ガスタービンの作動により発電する発電機とを備えているので、ガス化ガスを有効に使用して発電を行うことができる。
【００９５】
第八番目の発明による廃棄物のガス化発電設備は、第一番目から第五番目の発明のいずれかの廃棄物のガス化処理設備からの前記ガス化ガスを使用して発電する発電手段を備えた廃棄物のガス化発電設備であって、前記発電手段が、前記ガス化ガスを使用して作動する燃料電池と、前記燃料電池の作動により発電する発電機とを備えているので、ガス化ガスを有効に使用して発電を行うことができる。
【００９６】
第九番目の発明による廃棄物のガス化発電設備は、第八番目の発明において、前記発電手段が、前記燃料電池で使用された前記ガス化ガスを使用して作動するガスエンジンと、前記ガスエンジンの作動により発電する発電機とを備えているので、ガス化ガスをより有効に使用して発電を行うことができる。
【００９７】
第十番目の発明による廃棄物のガス化発電設備は、第八番目の発明において、前記発電手段が、前記燃料電池で使用された前記ガス化ガスを使用して作動するガスタービンと、前記ガスタービンの作動により発電する発電機とを備えているので、ガス化ガスをより有効に使用して発電を行うことができる。
【００９８】
第十一番目の発明による廃棄物のガス化発電設備は、第六番目から第十番目の発明のいずれかにおいて、前記発電手段が、前記ガス化ガスの使用済みの排ガスにより加熱された蒸気を利用して作動するスチームタービンと、前記スチームタービンの作動により発電する発電機とを備えているので、ガス化ガスをさらに有効に使用して発電を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による廃棄物のガス化発電設備の第一番目の実施の形態の概略構成図である。
【図２】本発明による廃棄物のガス化発電設備の第二番目の実施の形態の概略構成図である。
【図３】本発明による廃棄物のガス化発電設備の第三番目の実施の形態の概略構成図である。
【図４】本発明による廃棄物のガス化発電設備の発電装置の第一番目の実施の形態の概略構成図である。
【図５】本発明による廃棄物のガス化発電設備の発電装置の第二番目の実施の形態の概略構成図である。
【図６】本発明による廃棄物のガス化発電設備の発電装置の第三番目の実施の形態の概略構成図である。
【図７】本発明による廃棄物のガス化発電設備の発電装置の第四番目の実施の形態の概略構成図である。
【図８】本発明による廃棄物のガス化発電設備の発電装置の第五番目の実施の形態の概略構成図である。
【図９】本発明による廃棄物のガス化発電設備の発電装置の第六番目の実施の形態の概略構成図である。
【図１０】本発明による廃棄物のガス化発電設備の発電装置の第七番目の実施の形態の概略構成図である。
【図１１】本発明による廃棄物のガス化発電設備の発電装置の第八番目の実施の形態の概略構成図である。
【図１２】廃棄物の従来のガス化発電設備の一例の概略構成図である。
【符号の説明】
１ ガス化剤
２ 廃棄物
３ ガス化ガス
４ａ 未燃炭素質物質
４ｂ 飛灰
４ｃ 不燃物
４ｄ スラグ
５ａ 冷却水
５ｂ 凝縮水
６ 精製ガス
７ 排ガス
８ 空気
９ 排ガス
１１ 流動床ガス化炉
１１ａ 砂層
１１ｂ フリーボード部
１２ 旋回溶融炉
１３，３３ ボイラ
１４，３４ スチームタービン
１５，２５ 発電機
１６，３６ 復水器
１７ バグフィルタ
１８ 凝縮器
１９ 触媒
２９ 触媒装置
３９ａ サイクロン
３９ｂ 触媒塔
１００ 発電装置
１１０ ガスエンジン発電装置
１１１ コンプレッサ
１１２ ガスホルダ
１１３ ガスエンジン
１１５ 発電機
１２０ ガスタービン発電装置
１２３ ガスタービン
１３０ 燃料電池発電装置
１３３ 燃料電池
１３４ インバータ
１３５ 発電機
１３６ コンプレッサ
１３７ ガスホルダ
１４０ スチームタービン発電装置
１４１ ボイラ
１４２ 復水器
１４３ スチームタービン
１４５ 発電機
１５０ ガスエンジン−スチームタービン発電装置
１６０ ガスタービン−スチームタービン発電装置
１７０ 燃料電池−スチームタービン発電装置
１８０ 燃料電池−ガスタービン発電装置
１９０ 燃料電池−ガスタービン−スチームタービン発電装置
【発明の属する技術分野】
本発明は廃棄物のガス化処理設備及びこれを利用したガス化発電設備に関する。
【０００２】
【従来の技術】
都市ごみ、下水汚泥、産業用廃棄物などの有機系廃棄物からエネルギー回収を図るために、廃棄物を熱分解によりガス化して燃料用ガス（ガス化ガス）を得るガス変換技術が、環境保全及び省資源の観点から注目されている。
【０００３】
このガス変換技術のシステムとしては、廃棄物に水蒸気を添加して４００〜８００℃でガス化し、さらに１３００〜１５００℃でクラッキングして、煤を含まないクリーンなＣＯ、Ｈ2 リッチガスを得るシステムが開発されている。このようにして得られたガス化ガス（燃料用ガス）により発電装置による発電などが行われる。
【０００４】
ここで、ガス化変換技術の一例のシステムとして、ガス化炉（流動床ガス化炉）と灰溶融炉（旋回溶融炉）にて二段ガス化を行い、発生したガス化ガスを発電装置に供給して発電を行う従来のガス化発電設備について、図１２を参照しつつ説明する。
【０００５】
図１２に示すように、内部に砂層２１１ａを有する流動床ガス化炉２１１の上部の送出口は、旋回溶融炉２１２の受入口に連絡している。旋回溶融炉２１２のガス送出口は、ボイラ２１３のガス受入口に連絡している。ボイラ２１３のガス送出口は、バグフィルタ２１７の受入口に連絡している。バグフィルタ２１７の送出口は、凝縮器２１８のガス受入口に連絡している。凝縮器２１８のガス送出口は、発電装置３００のガス受入側に連絡している。
【０００６】
前記ボイラ２１３の蒸気送出口は、スチームタービン２１４の蒸気受入口に連絡している。スチームタービン２１４の出力軸は、発電機２１５の入力軸に連結されている。スチームタービン２１４の蒸気送出口は、復水器２１６の蒸気受入口に連絡している。復水器２１６の送水口は、ボイラ２１３の受水口に連絡している。
【０００７】
このようなガス化発電設備において、酸素（または空気）と水蒸気との混合ガスであるガス化剤１を流動床ガス化炉２１１の内部に上記砂層２１１ａの下方から供給すると共に、流動床ガス化炉２１１の内部の砂層２１１ａ上に廃棄物２を投入すると、廃棄物２は、加熱（４００〜８００℃）されながら浮遊流動する上記砂層２１１ａにより、熱分解されてガス状物質になり、ガス化剤１の酸素および水蒸気と接触すると共に、その一部がフリーボード部２１１ｂで燃焼し（６５０〜８００℃）、下記式（１）で示す燃焼反応および下記式（２）で示す水性ガス化反応（改質反応）を起こし、一酸化炭素、水素、メタン、エタン、二酸化炭素等を含むガス化ガス３と、タールや煤などの未燃固形物４ａと、飛灰４ｂと、不燃物４ｃとを生じる。
【０００８】
Ｃ＋Ｏ2 →ＣＯ2 ＋熱・・・・・（１）
Ｃ＋Ｈ2 Ｏ→ＣＯ＋Ｈ2 ・・・・（２）
【０００９】
前記不燃物４ｃは、流動床ガス化炉２１１の下部から系外へ排出される。一方、ガス化ガス３と未燃炭素質物質４ａと飛灰４ｂとは、流動床ガス化炉２１１の上部から送出されて旋回溶融炉２１２内に送給される。
【００１０】
酸素（または空気）と水蒸気との混合ガスであるガス化剤１を旋回溶融炉２１２の内部に供給すると、ガス化ガス３および未燃炭素質物質４ａの一部は、燃焼して旋回溶融炉２１２内を加熱（１３００〜１５００℃程度）する。ガス化ガス３と未燃炭素質物質４ａと飛灰４ｂとは、旋回溶融炉２１２の内部で旋回しながら加熱される。このため、飛灰（無機物）４ｂは、溶融してスラグミスト化し、旋回流の遠心力で炉壁に捕捉され、スラグ４ｄとなって炉壁を流下して系外へ排出される。一方、ガス化ガス３および未燃炭素質物質４ａは、ガス化剤１の水蒸気により、上述した水性ガス化反応（改質反応）がさらに進行する。
【００１１】
上記ガス化ガス３は、旋回溶融炉２１２から送出されてボイラ２１３で熱回収される。ボイラ２１３は、ガス化ガス３から回収した熱で水を加熱して蒸気を発生させる。この蒸気は、スチームタービン２１４を回転させて、発電機２１５を駆動させることにより、発電を行う。スチームタービン２１４から排出された蒸気は、復水器１６で水に戻されてボイラ２１３に再び供給される。
【００１２】
ボイラ２１３から送出されたガス化ガス３は、バグフィルタ２１７でダストや塩酸分が除去された後、凝縮器２１８の冷却水５ａで冷却され、凝縮水５ｂが系外へ取り除かれて精製ガス６となる。
【００１３】
精製ガス６は、発電装置３００に送られ、発電作動に使用された後、排ガス７として系外へ排出される。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
前述したような従来のガス化発電設備では、未燃炭素質物質４ａの発生量が多いため、ガス化ガス３の発熱量が低くなってしまっていた。すなわち、タールや煤などの炭素を主成分とする未燃炭素質物質４ａは、改質をすれば可燃ガスである一酸化炭素や水素にすることができるが（改質することができるが）、従来のガス化発電設備では、この改質を十分に行うことができなかったため、ガス化ガス３の発熱量が低くなってしまっていたのである。
【００１５】
そこで、流動床炉ガス化炉２１１や旋回溶融炉２１２に供給する水蒸気の量を増加させることにより、上述した改質反応をさらに促進させることも考えられるが、水蒸気の量を増加させると、設備全体としての発電効率が下がるという問題を生じてしまう。
【００１６】
このようなことから、本発明は、供給する水蒸気量を増加させることなくガス化ガスの発熱量を高めることができる廃棄物のガス化処理設備及びこれを利用したガス化発電設備を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
前述した課題を解決するための、第一番目の発明による廃棄物のガス化処理設備は、酸素を含む気体と水蒸気とを供給されて廃棄物を部分酸化および熱分解してガス化ガスを発生させる流動床ガス化炉と、前記流動床ガス化炉で発生した前記ガス化ガスが送給され、当該ガス化ガスに含まれている灰分を加熱溶融して除去する溶融炉とを備えた廃棄物のガス化処理設備において、前記流動床ガス化炉の内部の砂層に、前記ガス化ガスの発生を促進させる触媒が混合されていることを特徴とする。
【００１８】
第二番目の発明による廃棄物のガス化処理設備は、酸素を含む気体と水蒸気とを供給されて廃棄物を部分酸化および熱分解してガス化ガスを発生させる流動床ガス化炉と、前記流動床ガス化炉で発生した前記ガス化ガスが送給され、当該ガス化ガスに含まれている灰分を加熱溶融して除去する溶融炉とを備えた廃棄物のガス化処理設備において、前記流動床ガス化炉と前記溶融炉との間に、前記ガス化ガスの発生を促進させる触媒を内部に有する触媒装置が配設されていることを特徴とする。
【００１９】
第三番目の発明による廃棄物のガス化処理設備は、酸素を含む気体と水蒸気とを供給されて廃棄物を部分酸化および熱分解してガス化ガスを発生させる流動床ガス化炉と、前記流動床ガス化炉で発生した前記ガス化ガスが送給され、当該ガス化ガスに含まれている灰分を加熱溶融して除去する溶融炉とを備えた廃棄物のガス化処理設備において、前記流動床ガス化炉で発生した前記ガス化ガスから灰分を分離して前記溶融炉へ送給する灰分除去手段と、前記灰分除去手段で前記灰分を分離された前記ガス化ガスが送給されて前記ガス化ガスの発生を促進させる触媒を内部に有する触媒塔とを備えていることを特徴とする。
【００２０】
第四番目の発明による廃棄物のガス化処理設備は、第一番目から第三番目の発明のいずれかにおいて、前記触媒が、Ｓｉ，Ａｌ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ｒｕ，Ｒｅのうちの少なくとも一種の元素を有する金属または当該金属の酸化物または当該金属と当該金属の酸化物との混合物からなることを特徴とする。
【００２１】
第五番目の発明による廃棄物のガス化処理設備は、第一番目から第四番目の発明のいずれかにおいて、前記溶融炉が旋回溶融炉であることを特徴とする。
【００２２】
また、第六番目の発明による廃棄物のガス化発電設備は、第一番目から第五番目のいずれかの廃棄物のガス化処理設備からの前記ガス化ガスを使用して発電する発電手段を備えた廃棄物のガス化発電設備であって、前記発電手段が、前記ガス化ガスを使用して作動するガスエンジンと、前記ガスエンジンの作動により発電する発電機とを備えていることを特徴とする。
【００２３】
第七番目の発明による廃棄物のガス化発電設備は、第一番目から第五番目のいずれかの廃棄物のガス化処理設備からの前記ガス化ガスを使用して発電する発電手段を備えた廃棄物のガス化発電設備であって、前記発電手段が、前記ガス化ガスを使用して作動するガスタービンと、前記ガスタービンの作動により発電する発電機とを備えていることを特徴とする。
【００２４】
第八番目の発明による廃棄物のガス化発電設備は、第一番目から第五番目の発明のいずれかの廃棄物のガス化処理設備からの前記ガス化ガスを使用して発電する発電手段を備えた廃棄物のガス化発電設備であって、前記発電手段が、前記ガス化ガスを使用して作動する燃料電池と、前記燃料電池の作動により発電する発電機とを備えていることを特徴とする。
【００２５】
第九番目の発明による廃棄物のガス化発電設備は、第八番目の発明において、前記発電手段が、前記燃料電池で使用された前記ガス化ガスを使用して作動するガスエンジンと、前記ガスエンジンの作動により発電する発電機とを備えていることを特徴とする。
【００２６】
第十番目の発明による廃棄物のガス化発電設備は、第八番目の発明において、前記発電手段が、前記燃料電池で使用された前記ガス化ガスを使用して作動するガスタービンと、前記ガスタービンの作動により発電する発電機とを備えていることを特徴とする。
【００２７】
第十一番目の発明による廃棄物のガス化発電設備は、第六番目から第十番目の発明のいずれかにおいて、前記発電手段が、前記ガス化ガスの使用済みの排ガスにより加熱された蒸気を利用して作動するスチームタービンと、前記スチームタービンの作動により発電する発電機とを備えていることを特徴とする。
【００２８】
【発明の実施の形態】
本発明による廃棄物のガス化処理設備及びこれを利用するガス化発電設備の実施の形態を以下に説明するが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。
【００２９】
［第一番目の実施の形態］
本発明による廃棄物のガス化処理設備及びこれを利用するガス化発電設備の第一番目の実施の形態を図１に基づいて説明する。図１は、ガス化発電設備の概略構成図である。
【００３０】
図１に示すように、流動床ガス化炉１１の内部には、砂層１１ａが設けられている。この流動床ガス化炉１１の砂層１１ａには、改質反応を促進させる（ガス化ガス３の発生を促進させる）粉状またはペレット状の触媒１９が混合されている。
【００３１】
このような触媒１９としては、Ｓｉ，Ａｌ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ｒｕ，Ｒｅのうちの少なくとも一種の元素を有する金属または当該金属の酸化物または当該金属と当該金属の酸化物との混合物等が挙げられ、特に、ＳｉＯ2 とＡｌ2 Ｏ3 との複合酸化物にＮｉやＲｕ等の金属を分散担持させたものであると、ガス化ガス３への転化反応速度を非常に大きくすることができるので好ましい。
【００３２】
前記流動床ガス化炉１１の上部の送出口は、旋回溶融炉１２の受入口に連絡している。旋回溶融炉１２のガス送出口は、ボイラ１３のガス受入口に連絡している。ボイラ１３のガス送出口は、バグフィルタ１７の受入口に連絡している。バグフィルタ１７の送出口は、凝縮器１８のガス受入口に連絡している。凝縮器１８のガス送出口は、発電手段である発電装置１００のガス受入側に連絡している。
【００３３】
前記ボイラ１３の蒸気送出口は、スチームタービン１４の蒸気受入口に連絡している。スチームタービン１４の出力軸は、発電機１５の入力軸に連結されている。スチームタービン１４の蒸気送出口は、復水器１６の蒸気受入口に連絡している。復水器１６の送水口は、ボイラ１３の受水口に連絡している。
【００３４】
このようなガス化発電設備においては、酸素（または空気）と水蒸気との混合ガスであるガス化剤１を流動床ガス化炉１１の内部に上記砂層１１ａの下方から供給すると共に、流動床ガス化炉１１の内部の砂層１１ａ上に廃棄物２を投入すると、廃棄物２は、加熱（４００〜８００℃）されながら浮遊流動する上記砂層１１ａにより、熱分解されてガス状物質になり、ガス化剤１の酸素１ｂおよび水蒸気１ａと接触すると共に、その一部がフリーボード部１１ｂで燃焼し（６５０〜８００℃）、下記式（１）で示す燃焼反応および下記式（２）で示す水性ガス化反応（改質反応）を起こし、一酸化炭素、水素、メタン、エタン、二酸化炭素等を含むガス化ガス３と、タールや煤などの未燃炭素質物質４ａと、飛灰４ｂと、不燃物４ｃとを生じる。
【００３５】
Ｃ＋Ｏ2 →ＣＯ2 ＋熱・・・・・（１）
Ｃ＋Ｈ2 Ｏ→ＣＯ＋Ｈ2 ・・・・（２）
【００３６】
このとき、流動床ガス化炉１１の砂層１１ａ中の触媒１９が上記改質反応を促進し、タールや煤等の高分子量炭化水素などを含む未燃炭素質物質４ａを改質して燃料として使用可能な低分子量炭化水素や水素などのガス化ガス３に転化する。このため、ガス化ガス３の生成量が大幅に増大し、未燃炭素質物質４ａの発生量が極く少量となる。
【００３７】
前記不燃物４ｃは、流動床ガス化炉１１の下部から系外へ排出される。一方、ガス化ガス３と未燃炭素質物質４ａ（極く少量）と飛灰４ｂとは、流動床ガス化炉１１の上部から送出されて旋回溶融炉１２内に送給される。
【００３８】
酸素（または空気）と水蒸気との混合ガスであるガス化剤１を旋回溶融炉１２の内部に供給すると、ガス化ガス３のおよび未燃炭素質物質４ａの一部は、燃焼して旋回溶融炉１２内を加熱（１３００〜１５００℃程度）する。ガス化ガス３と未燃炭素質物質４ａと飛灰４ｂとは、旋回溶融炉１２の内部で旋回しながら加熱される。このため、飛灰（無機物）４ｂは、溶融してスラグミスト化し、旋回流の遠心力で炉壁に捕捉され、スラグ４ｄとなって炉壁を流下して系外へ排出される。一方、ガス化ガス３および未燃炭素質物質４ａは、ガス化剤１の水蒸気により、上述した水性ガス化反応（改質反応）がさらに進行する。
【００３９】
上記ガス化ガス３は、旋回溶融炉１２から送出されてボイラ１３で熱回収される。ボイラ１３は、ガス化ガス３から回収した熱で水を加熱して蒸気を発生させる。この蒸気は、スチームタービン１４を回転させて、発電機１５を駆動させることにより、発電を行う。スチームタービン１４から排出された蒸気は、復水器１６で水に戻されてボイラ１３に再び供給される。
【００４０】
ボイラ１３から送出されたガス化ガス３は、バグフィルタ１７でダストや塩酸分が除去された後、凝縮器１８の冷却水５ａで冷却され、凝縮水５ｂが系外へ取り除かれて精製ガス６となる。
【００４１】
精製ガス６は、発電装置１０に送られ、発電作動に使用された後、排ガス７として前記乾燥機１９に送給され、廃棄物２の乾燥用の熱エネルギ源に利用される。
【００４２】
つまり、本実施の形態では、流動床ガス化炉１１の砂層１１ａ内に触媒１９を混合することにより、前記改質反応を促進させるようにしたのである。
【００４３】
このため、供給する水蒸気量を増加させないばかりか減少させても、炭素を主成分とする未燃炭素質物質４ａの改質化（可燃ガス化）を促進して、ガス化ガス３の割合を多くすることができる。
【００４４】
したがって、供給する水蒸気量を減少させながらもガス化ガス３の発熱量を高くすることができ、設備全体の発電効率を向上させることができる。
【００４５】
また、流動床ガス化炉１１の内部で未燃炭素質物質４ａのほとんどをガス化ガス３に改質するようにしたので、流動床ガス化炉１１と旋回溶融炉１２との間の配管の内壁に付着する未燃炭素質物質４ａの量が少なくなり、メンテナンスの容易化を図ることができる。
【００４６】
また、未燃固形分４ａをガス化ガス３に改質して旋回溶融炉１２へ供給するようにしたので、固形分燃焼による局部的な温度上昇や、固形分の低燃焼速度による吹き抜けなどが旋回溶融炉１２で起こらなくなり、旋回溶融炉１２内での燃焼を安定化させることができ、飛灰４ｂを安定した状態で溶融させることができる。
【００４７】
［第二番目の実施の形態］
本発明による廃棄物のガス化処理設備及びこれを利用するガス化発電設備の第二番目の実施の形態を図２に基づいて説明する。図２は、ガス化発電設備の概略構成図である。ただし、前述した第一番目の実施の形態の部分と同一の部分については、前述した第一番目の実施の形態の説明で用いた符号と同一の符号を用いることにより、その説明を省略する。
【００４８】
図２に示すように、流動床ガス化炉１１の上部の送出口は、前記改質反応を促進させる（ガス化ガス３の発生を促進させる）ペレット状の前記触媒１９を内部に充填若しくはハニカム状または板状の前記触媒１９を内装した触媒装置２９の受入口に連絡している。触媒装置２９の送出口は、旋回溶融炉１２の受入口に連絡している。
【００４９】
つまり、前述した第一番目の実施の形態では、流動床ガス化炉１１の砂層１１ａ中に粉状またはペレット状の触媒１９を混合するようにしたが、本実施の形態では、流動床ガス化炉１１と旋回溶融炉１２との間に、ペレット状の前記触媒１９を内部に充填若しくはハニカム状または板状の触媒１９を内装した触媒装置２９を配設したのである。
【００５０】
このため、流動床ガス化炉１１から送出されてきた未燃炭素質物質４ａの改質化（可燃ガス化）を促進し、タールや煤等の高分子量炭化水素などを含む未燃炭素質物質４ａを改質して燃料として使用可能な低分子量炭化水素や水素などのガス化ガス３に転化して（反応温度：４００〜１５００℃）、ガス化ガス３の割合を多くした後に旋回溶融炉１２内に送給することができる。
【００５１】
したがって、前述した第一番目の実施の形態の場合と同様に、供給する水蒸気量を減少させながらもガス化ガス３の発熱量を高くすることができ、設備全体の発電効率を向上させることができると共に、未燃固形分４ａをガス化ガス３に改質して旋回溶融炉１２へ供給するようにしたので、固形分燃焼による局部的な温度上昇や、固形分の低燃焼速度による吹き抜けなどが旋回溶融炉１２で起こらなくなり、旋回溶融炉１２内での燃焼を安定化させることができ、飛灰４ｂを安定した状態で溶融させることができる。
【００５２】
［第三番目の実施の形態］
本発明による廃棄物のガス化処理設備及びこれを利用するガス化発電設備の第三番目の実施の形態を図３に基づいて説明する。図３は、ガス化発電設備の概略構成図である。ただし、前述した第一，二番目の実施の形態の部分と同一の部分については、前述した第一，二番目の実施の形態の説明で用いた符号と同一の符号を用いることにより、その説明を省略する。
【００５３】
図３に示すように、流動床ガス化炉１１の上部の送出口は、灰分除去手段であるサイクロン３９ａの受入口に連絡している。サイクロン３９ａの上部の送出口は、前記改質反応を促進させる（ガス化ガス３の発生を促進させる）粉状またはペレット状の前記触媒１９を内部に充填した触媒塔３９ｂの受入口に連絡している。触媒塔３９ｂの送出口は、前記ボイラ１３の受入口に連絡している。
【００５４】
一方、上記サイクロン３９ａの下部の送出口は、前記旋回溶融炉１２の受入口に連絡している。この旋回溶融炉１２のガス送出口は、ボイラ３３のガス受入口に連絡している。ボイラ３３の蒸気送出口は、スチームタービン３４の蒸気受入口に連絡している。スチームタービン３４の出力軸は、発電機３５の入力軸に連結されている。スチームタービン３４の蒸気送出口は、復水器３６の蒸気受入口に連絡している。復水器３６の送水口は、ボイラ３３の受水口に連絡している。
【００５５】
このような本実施の形態においては、流動床ガス化炉１１から送出されてきたガス化ガス３と未燃炭素質物質４ａと飛灰４ｂとがサイクロン３９ａの内部に送給され、内部での旋回流により、ガス化ガス３および未燃炭素質物質４ａから飛灰４ｂやミスト状の低融点化合物等が分離される。
【００５６】
前記飛灰４ｂやミスト状の低融点化合物等は、サイクロン３９ａの下部の送出口から旋回溶融炉１２の内部に送給され、前述した第一，二番目の実施の形態の場合と同様にスラグ４ｄとなって系外へ排出される。この旋回溶融炉１２で生じた排ガス９は、ボイラ３３に送給されて熱回収された後、系外へ排出される。ボイラ３３は、排ガス９から回収した熱で水を加熱して蒸気を発生させる。この蒸気は、スチームタービン３４を回転させて、発電機３５を駆動させることにより、発電を行う。スチームタービン３４から排出された蒸気は、復水器３６で水に戻されてボイラ３３に再び供給される。
【００５７】
一方、前記ガス化ガス３および未燃炭素質物質４ａは、サイクロン３９ａの上部の送出口から触媒塔３９ｂの内部に送給され、触媒１９により前記改質反応が促進され、タールや煤等の高分子量炭化水素などを含む未燃炭素質物質４ａを改質して燃料として使用可能な低分子量炭化水素や水素などのガス化ガス３に転化した後（反応温度：４００〜１５００℃）、ボイラ１３に送給される。このため、ガス化ガス３の生成量が大幅に増大し、未燃炭素質物質４ａが極く少量となる。
【００５８】
つまり、前述した第一，二番目の実施の形態では、ガス化ガス３と未燃炭素質物質４ａと飛灰４ｂとの混在した状態で前記触媒１９による改質化反応の促進を行うようにしたが、本実施の形態では、ガス化ガス３と未燃炭素質物質４ａとから飛灰４ｂやミスト状の低融点化合物等を分離除去した後に触媒１９による改質化反応の促進を行うようにしたのである。
【００５９】
このため、触媒１９による改質化反応を飛灰４ｂのない環境下で行うことができるので、飛灰４ｂやミスト状の低融点化合物等による触媒１９の目詰まりや表面付着に伴う触媒１９の劣化を大幅に抑制することができる。
【００６０】
したがって、前述した第一，二番目の実施の形態の場合と同様な効果を得ることができるのはもちろんのこと、触媒１９の上述した劣化を大幅に抑制することができるので、触媒１９の長寿命化を図ることができ、保守点検等の容易化を図ることができる。
【００６１】
なお、前述した各実施の形態では、酸素（または空気）と水蒸気とを混合したガス化剤１を流動床ガス化炉１１や旋回溶融炉１２に供給するようにしたが、酸素（または空気）と水蒸気とをそれぞれ個別に供給するようにしたり、水蒸気１ａは流動床ガス化炉１１のみに供給するようにしてもよい。
【００６２】
また、例えば、精製ガス６の一部を抜き取って燃焼させて、この燃焼熱により酸素（または空気）や水蒸気１ａを加熱して流動床ガス化炉１１や旋回溶融炉１２内に供給するようにしてもよい。
【００６３】
［発電装置の実施の形態］
ここで、前述した発電装置１００の実施の形態を図４〜１１を用いて説明する。図４は、発電装置の第一番目の実施の形態の概略構成図、図５は、発電装置の第二番目の実施の形態の概略構成図、図６は、発電装置の第三番目の実施の形態の概略構成図、図７は、発電装置の第四番目の実施の形態の概略構成図、図８は、発電装置の第五番目の実施の形態の概略構成図、図９は、発電装置の第六番目の実施の形態の概略構成図、図１０は、発電装置の第七番目の実施の形態の概略構成図、図１１は、発電装置の第八番目の実施の形態の概略構成図である。
【００６４】
［第一番目の実施の形態］
図４に示すように、前記凝縮器１８からの精製ガス６（ガス化ガス３を精製したもの）は、発電手段であるガスエンジン発電装置１１０のコンプレッサ１１１のガス受入口に供給される。コンプレッサ１１１のガス送出口は、ガスホルダ１１２のガス受入口に連結している。ガスホルダ１１２のガス送出口は、ガスエンジン１１３の精製ガス受入口に連結している。ガスエンジン１１３には、空気８が供給されるようになっている。このガスエンジン１１３の出力部は、発電機１１５に連結している。
【００６５】
このようなガスエンジン発電装置１１０においては、コンプレッサ１１１が精製ガス６を高圧に圧縮してガスホルダ１１２に送給し、ガスホルダ１１２がガスエンジン１１３内に精製ガス６を規定の圧力で供給すると共に、ガスエンジン１１３内に空気８が供給され、ガスエンジン１１３内での精製ガス６と空気８との燃焼爆発力による出力軸の駆動により発電機１１５が駆動され、発電することができる。
【００６６】
このようなガスエンジン発電装置１１０のガスエンジン１１３から排出される排ガス７は、非常に高温であるため、熱エネルギを回収利用する場合に適用すると有効である。
【００６７】
［第二番目の実施の形態］
図５に示すように、前記凝縮器１８からの精製ガス６（ガス化ガス３を精製したもの）は、発電手段であるガスタービン発電装置１２０のコンプレッサ１１１のガス受入口に供給される。コンプレッサ１１１のガス送出口は、ガスホルダ１１２の精製ガス受入口に連結している。ガスホルダ１１２には、空気が供給されるようになっている。ガスホルダ１１２のガス送出口は、ガスタービン１２３のガス受入口に連結している。このガスタービン１２３の出力部は、発電機１１５に連結している。
【００６８】
このようなガスタービン発電装置１２０においては、コンプレッサ１１１が精製ガス６を高圧に圧縮してガスホルダ１１２に送給し、ガスホルダ１１２が空気８と共に精製ガス６をガスタービン１２３内に規定の圧力で供給し、ガスタービン１２３内での精製ガス６と空気８との燃焼爆発力による出力軸の駆動により発電機１１５が駆動され、発電することができる。
【００６９】
このようなガスタービン発電装置１２０のガスタービン１２３から排出される排ガス７は、非常に高温であるため、熱エネルギを回収利用する場合に適用すると有効である。
【００７０】
［第三番目の実施の形態］
図６に示すように、前記凝縮器１８からの精製ガス６（ガス化ガス３を精製したもの）は、燃料電池発電装置１３０の燃料電池１３３の燃料ガス受入口に供給される。燃料電池１３３には、空気８が供給されるようになっている。燃料電池１３３には、インバータ１３４を介して発電機１３５が接続されている。
【００７１】
このような燃料電池発電装置１３０においては、燃料電池１３３に精製ガス６および空気８が供給されると、燃料電池１３３内で電気化学反応を生じて発電され、インバータ１３４を介して発電機１３５を作動させるようになっている。
【００７２】
このような燃料電池発電装置１３０の燃料電池１３３から排出される精製ガス６の排ガス７は、非常に高温であるため、熱エネルギを回収利用する場合に適用すると有効である。
【００７３】
［第四番目の実施の形態］
図７に示すように、上述の第一番目の実施の形態と同様な構成をなすガスエンジン発電装置１１０のガスエンジン１１３のガス送出口は、スチームタービン発電装置１４０のボイラ１４１のガス受入口に連絡している。ボイラ１４１の蒸気送出口は、スチームタービン１４３の蒸気受入口に連絡している。スチームタービン１４３の出力部は、発電機１４５の入力部に連結されている。スチームタービン１４３の蒸気送出口は、復水器１４２の蒸気受入口に連絡している。復水器１４２の送水口は、ボイラ１４１の受水口に連絡している。
【００７４】
このような発電手段であるガスエンジン−スチームタービン発電装置１５０においては、上述の第一番目の実施の形態のガスエンジン発電装置１１０と同様にして発電に使用された排ガス７がスチームタービン発電装置１４０のボイラ１４１に送給され、ボイラ１４１で熱回収され、ボイラ１４１が排ガス７から回収した熱で水を加熱して蒸気を発生させ、当該蒸気がスチームタービン１４３を回転させて、発電機１４５を駆動させることにより発電され、スチームタービン１４３から排出されて復水器１６で冷却されて水に戻され、当該水がボイラ１４１に再び供給される。
【００７５】
［第五番目の実施の形態］
図８に示すように、上述の第二番目の実施の形態と同様な構成をなすガスタービン発電装置１２０のガスタービン１２３のガス送出口は、上述の第四番目の実施の形態と同様な構成をなすスチームタービン発電装置１４０のボイラ１４１のガス受入口に連絡している。
【００７６】
このような発電手段であるガスタービン−スチームタービン発電装置１６０においては、上述の第二番目の実施の形態のガスタービン発電装置１２０と同様にして発電に使用された排ガス７がスチームタービン発電装置１４０のボイラ１４１に送給され、上述の第四番目の実施の形態のスチームタービン発電装置１４０と同様にして発電に使用される。
【００７７】
［第六番目の実施の形態］
図９に示すように、上述の第三番目の実施の形態と同様な構成をなす燃料電池発電装置１３０の燃料電池１３３のガス送出口は、上述の第四番目の実施の形態と同様な構成をなすスチームタービン発電装置１４０のボイラ１４１のガス受入口に連絡している。なお、燃料電池発電装置１３０の燃料電池１３３に供給する空気８は、スチームタービン発電装置１４０のボイラ１４１で加熱されるようになっている。
【００７８】
このような発電手段である燃料電池−スチームタービン発電装置１７０においては、上述の第三番目の実施の形態の燃料電池発電装置１３０と同様にして発電に使用された精製ガス６の排ガス７と空気８の排ガス７とがスチームタービン発電装置１４０のボイラ１４１にそれぞれ送給され、上述の第四番目の実施の形態のスチームタービン発電装置１４０と同様にして発電に使用される。
【００７９】
［第七番目の実施の形態］
図１０（ａ）に示すように、上述の第三番目の実施の形態と同様な構成をなす燃料電池発電装置１３０の燃料電池１３３の空気受入口は、ガスホルダ１３７を介してコンプレッサ１３６に連結している。燃料電池１３３のガス送出口は、上述の第二番目の実施の形態と同様な構成をなすガスタービン発電装置１２０のガスタービン１２３のガス受入口に連絡している。
【００８０】
このような発電手段である燃料電池−ガスタービン発電装置１８０においては、燃料電池発電装置１３０のコンプレッサ１３６で圧縮された空気８がガスホルダ１３７を介して燃料電池１３３に供給されると共に、前記凝縮器１８からの精製ガス６が燃料電池１３３に供給され、上述の第三番目の実施の形態の燃料電池発電装置１３０と同様にして発電し、発電に使用された精製ガス６の排ガス７と空気８の排ガス７とがガスタービン発電装置１２０のガスタービン１２３にそれぞれ送給され、上述の第二番目の実施の形態のガスタービン発電装置１２０と同様にして発電に使用される。
【００８１】
このような燃料電池−ガスタービン発電装置１８０のガスタービン１２３から排出される排ガス７は、非常に高温であるため、熱エネルギを回収利用する場合に適用すると有効である。
【００８２】
なお、図１０（ｂ）に示すように、燃料電池発電装置１３０の燃料電池１３３の精製ガス受入口にもガスホルダ１３２を介してコンプレッサ１３１を連結するようにしてもよい。
【００８３】
また、ガスタービン発電装置１２０に代えて、上述の第一番目の実施の形態のガスエンジン発電装置１１０を適用した発電手段である燃料電池−ガスエンジン発電装置とすることも可能である。
【００８４】
［第八番目の実施の形態］
図１１（ａ）に示すように、上述の第三番目の実施の形態と同様な構成をなす燃料電池発電装置１３０の燃料電池１３３の空気受入口は、ガスホルダ１３７を介してコンプレッサ１３６に連結している。燃料電池１３３のガス送出口は、上述の第二番目の実施の形態と同様な構成をなすガスタービン発電装置１２０のガスタービン１２３のガス受入口に連絡している。ガスタービン１２３のガス送出口は、上述の第四番目の実施の形態と同様な構成をなすスチームタービン発電装置１４０のボイラ１４１のガス受入口に連絡している。
【００８５】
このような燃料電池−ガスタービン−スチームタービン発電装置１９０においては、精製ガス６および空気８が上述の第七番目の実施の形態の燃料電池−ガスタービン発電装置１８０の場合の燃料電池発電装置１３０と同様にして発電に使用され、精製ガス６の排ガス７と空気８の排ガス７とがガスタービン発電装置１２０のガスタービン１２３にそれぞれ送給され、上述の第七番目の実施の形態の燃料電池−ガスタービン発電装置１８０の場合のガスタービン発電装置１２０と同様にして発電に使用された後、上述の第四番目の実施の形態のスチームタービン発電装置１４０の場合と同様にして発電に使用される。
【００８６】
なお、図１１（ｂ）に示すように、燃料電池発電装置１３０の燃料電池１３３の精製ガス受入口にもガスホルダ１３２を介してコンプレッサ１３１を連結するようにしてもよい。
【００８７】
また、ガスタービン発電装置１２０に代えて、上述の第一番目の実施の形態のガスエンジン発電装置１１０を適用した発電手段である燃料電池−ガスエンジン−スチームタービン発電装置とすることも可能である。
【００８８】
【発明の効果】
第一番目の発明による廃棄物のガス化処理設備は、酸素を含む気体と水蒸気とを供給されて廃棄物を部分酸化および熱分解してガス化ガスを発生させる流動床ガス化炉と、前記流動床ガス化炉で発生した前記ガス化ガスが送給され、当該ガス化ガスに含まれている灰分を加熱溶融して除去する溶融炉とを備えた廃棄物のガス化処理設備において、前記流動床ガス化炉の内部の砂層に、前記ガス化ガスの発生を促進させる触媒が混合されていることから、供給する水蒸気量を増加させることなく減少させながらも炭素を主成分とする未燃炭素質物質の改質化（可燃ガス化）を促進して、ガス化ガスの割合を多くすることができるので、ガス化ガスの発熱量を高くすることができ、設備全体の発電効率を向上させることができる。
【００８９】
第二番目の発明による廃棄物のガス化処理設備は、酸素を含む気体と水蒸気とを供給されて廃棄物を部分酸化および熱分解してガス化ガスを発生させる流動床ガス化炉と、前記流動床ガス化炉で発生した前記ガス化ガスが送給され、当該ガス化ガスに含まれている灰分を加熱溶融して除去する溶融炉とを備えた廃棄物のガス化処理設備において、前記流動床ガス化炉と前記溶融炉との間に、前記ガス化ガスの発生を促進させる触媒を内部に有する触媒装置が配設されているので、前述した第一番目の発明の効果を確実に得ることができる。
【００９０】
第三番目の発明による廃棄物のガス化処理設備は、酸素を含む気体と水蒸気とを供給されて廃棄物を部分酸化および熱分解してガス化ガスを発生させる流動床ガス化炉と、前記流動床ガス化炉で発生した前記ガス化ガスが送給され、当該ガス化ガスに含まれている灰分を加熱溶融して除去する溶融炉とを備えた廃棄物のガス化処理設備において、前記流動床ガス化炉で発生した前記ガス化ガスから灰分を分離して前記溶融炉へ送給する灰分除去手段と、前記灰分除去手段で前記灰分を分離された前記ガス化ガスが送給されて前記ガス化ガスの発生を促進させる触媒を内部に有する触媒塔とを備えているので、灰分やミスト状の低融点化合物等による触媒の目詰まりや表面付着に伴う触媒の劣化を大幅に抑制して、触媒の長寿命化を図ることができ、保守点検等の容易化を図ることができる。
【００９１】
第四番目の発明による廃棄物のガス化処理設備は、第一番目から第三番目の発明のいずれかにおいて、前記触媒が、Ｓｉ，Ａｌ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ｒｕ，Ｒｅのうちの少なくとも一種の元素を有する金属または当該金属の酸化物または当該金属と当該金属の酸化物との混合物からなるので、前述した第一番目から第三番目の発明の効果を確実に得ることができる。
【００９２】
第五番目の発明による廃棄物のガス化処理設備は、第一番目から第四番目の発明のいずれかにおいて、前記溶融炉が旋回溶融炉であるので、ガス化や飛灰の回収が効率的にできると共に、廃棄物の部分燃焼率が低下し、ガス化ガスの発熱量を向上させることができる。また、改質反応における水蒸気量を低減することができる。
【００９３】
また、第六番目の発明による廃棄物のガス化発電設備は、第一番目から第五番目のいずれかの廃棄物のガス化処理設備からの前記ガス化ガスを使用して発電する発電手段を備えた廃棄物のガス化発電設備であって、前記発電手段が、前記ガス化ガスを使用して作動するガスエンジンと、前記ガスエンジンの作動により発電する発電機とを備えているので、ガス化ガスを有効に使用して発電を行うことができる。
【００９４】
第七番目の発明による廃棄物のガス化発電設備は、第一番目から第五番目のいずれかの廃棄物のガス化処理設備からの前記ガス化ガスを使用して発電する発電手段を備えた廃棄物のガス化発電設備であって、前記発電手段が、前記ガス化ガスを使用して作動するガスタービンと、前記ガスタービンの作動により発電する発電機とを備えているので、ガス化ガスを有効に使用して発電を行うことができる。
【００９５】
第八番目の発明による廃棄物のガス化発電設備は、第一番目から第五番目の発明のいずれかの廃棄物のガス化処理設備からの前記ガス化ガスを使用して発電する発電手段を備えた廃棄物のガス化発電設備であって、前記発電手段が、前記ガス化ガスを使用して作動する燃料電池と、前記燃料電池の作動により発電する発電機とを備えているので、ガス化ガスを有効に使用して発電を行うことができる。
【００９６】
第九番目の発明による廃棄物のガス化発電設備は、第八番目の発明において、前記発電手段が、前記燃料電池で使用された前記ガス化ガスを使用して作動するガスエンジンと、前記ガスエンジンの作動により発電する発電機とを備えているので、ガス化ガスをより有効に使用して発電を行うことができる。
【００９７】
第十番目の発明による廃棄物のガス化発電設備は、第八番目の発明において、前記発電手段が、前記燃料電池で使用された前記ガス化ガスを使用して作動するガスタービンと、前記ガスタービンの作動により発電する発電機とを備えているので、ガス化ガスをより有効に使用して発電を行うことができる。
【００９８】
第十一番目の発明による廃棄物のガス化発電設備は、第六番目から第十番目の発明のいずれかにおいて、前記発電手段が、前記ガス化ガスの使用済みの排ガスにより加熱された蒸気を利用して作動するスチームタービンと、前記スチームタービンの作動により発電する発電機とを備えているので、ガス化ガスをさらに有効に使用して発電を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による廃棄物のガス化発電設備の第一番目の実施の形態の概略構成図である。
【図２】本発明による廃棄物のガス化発電設備の第二番目の実施の形態の概略構成図である。
【図３】本発明による廃棄物のガス化発電設備の第三番目の実施の形態の概略構成図である。
【図４】本発明による廃棄物のガス化発電設備の発電装置の第一番目の実施の形態の概略構成図である。
【図５】本発明による廃棄物のガス化発電設備の発電装置の第二番目の実施の形態の概略構成図である。
【図６】本発明による廃棄物のガス化発電設備の発電装置の第三番目の実施の形態の概略構成図である。
【図７】本発明による廃棄物のガス化発電設備の発電装置の第四番目の実施の形態の概略構成図である。
【図８】本発明による廃棄物のガス化発電設備の発電装置の第五番目の実施の形態の概略構成図である。
【図９】本発明による廃棄物のガス化発電設備の発電装置の第六番目の実施の形態の概略構成図である。
【図１０】本発明による廃棄物のガス化発電設備の発電装置の第七番目の実施の形態の概略構成図である。
【図１１】本発明による廃棄物のガス化発電設備の発電装置の第八番目の実施の形態の概略構成図である。
【図１２】廃棄物の従来のガス化発電設備の一例の概略構成図である。
【符号の説明】
１ ガス化剤
２ 廃棄物
３ ガス化ガス
４ａ 未燃炭素質物質
４ｂ 飛灰
４ｃ 不燃物
４ｄ スラグ
５ａ 冷却水
５ｂ 凝縮水
６ 精製ガス
７ 排ガス
８ 空気
９ 排ガス
１１ 流動床ガス化炉
１１ａ 砂層
１１ｂ フリーボード部
１２ 旋回溶融炉
１３，３３ ボイラ
１４，３４ スチームタービン
１５，２５ 発電機
１６，３６ 復水器
１７ バグフィルタ
１８ 凝縮器
１９ 触媒
２９ 触媒装置
３９ａ サイクロン
３９ｂ 触媒塔
１００ 発電装置
１１０ ガスエンジン発電装置
１１１ コンプレッサ
１１２ ガスホルダ
１１３ ガスエンジン
１１５ 発電機
１２０ ガスタービン発電装置
１２３ ガスタービン
１３０ 燃料電池発電装置
１３３ 燃料電池
１３４ インバータ
１３５ 発電機
１３６ コンプレッサ
１３７ ガスホルダ
１４０ スチームタービン発電装置
１４１ ボイラ
１４２ 復水器
１４３ スチームタービン
１４５ 発電機
１５０ ガスエンジン−スチームタービン発電装置
１６０ ガスタービン−スチームタービン発電装置
１７０ 燃料電池−スチームタービン発電装置
１８０ 燃料電池−ガスタービン発電装置
１９０ 燃料電池−ガスタービン−スチームタービン発電装置
Claims (11)
- 酸素を含む気体と水蒸気とを供給されて廃棄物を部分酸化および熱分解してガス化ガスを発生させる流動床ガス化炉と、
前記流動床ガス化炉で発生した前記ガス化ガスが送給され、当該ガス化ガスに含まれている灰分を加熱溶融して除去する溶融炉と
を備えた廃棄物のガス化処理設備において、
前記流動床ガス化炉の内部の砂層に、前記ガス化ガスの発生を促進させる触媒が混合されている
ことを特徴とする廃棄物のガス化処理設備。 - 酸素を含む気体と水蒸気とを供給されて廃棄物を部分酸化および熱分解してガス化ガスを発生させる流動床ガス化炉と、
前記流動床ガス化炉で発生した前記ガス化ガスが送給され、当該ガス化ガスに含まれている灰分を加熱溶融して除去する溶融炉と
を備えた廃棄物のガス化処理設備において、
前記流動床ガス化炉と前記溶融炉との間に、前記ガス化ガスの発生を促進させる触媒を内部に有する触媒装置が配設されている
ことを特徴とする廃棄物のガス化処理設備。 - 酸素を含む気体と水蒸気とを供給されて廃棄物を部分酸化および熱分解してガス化ガスを発生させる流動床ガス化炉と、
前記流動床ガス化炉で発生した前記ガス化ガスが送給され、当該ガス化ガスに含まれている灰分を加熱溶融して除去する溶融炉と
を備えた廃棄物のガス化処理設備において、
前記流動床ガス化炉で発生した前記ガス化ガスから灰分を分離して前記溶融炉へ送給する灰分除去手段と、
前記灰分除去手段で前記灰分を分離された前記ガス化ガスが送給されて前記ガス化ガスの発生を促進させる触媒を内部に有する触媒塔と
を備えていることを特徴とする廃棄物のガス化処理設備。 - 請求項１から３のいずれかにおいて、
前記触媒が、Ｓｉ，Ａｌ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ｒｕ，Ｒｅのうちの少なくとも一種の元素を有する金属または当該金属の酸化物または当該金属と当該金属の酸化物との混合物からなることを特徴とする廃棄物のガス化処理設備。 - 請求項１から４のいずれかにおいて、
前記溶融炉が旋回溶融炉である
ことを特徴とする廃棄物のガス化処理設備。 - 請求項１から５のいずれかの廃棄物のガス化処理設備からの前記ガス化ガスを使用して発電する発電手段を備えた廃棄物のガス化発電設備であって、
前記発電手段が、
前記ガス化ガスを使用して作動するガスエンジンと、
前記ガスエンジンの作動により発電する発電機と
を備えていることを特徴とする廃棄物のガス化発電設備。 - 請求項１から５のいずれかの廃棄物のガス化処理設備からの前記ガス化ガスを使用して発電する発電手段を備えた廃棄物のガス化発電設備であって、
前記発電手段が、
前記ガス化ガスを使用して作動するガスタービンと、
前記ガスタービンの作動により発電する発電機と
を備えていることを特徴とする廃棄物のガス化発電設備。 - 請求項１から５のいずれかの廃棄物のガス化処理設備からの前記ガス化ガスを使用して発電する発電手段を備えた廃棄物のガス化発電設備であって、
前記発電手段が、
前記ガス化ガスを使用して作動する燃料電池と、
前記燃料電池の作動により発電する発電機と
を備えていることを特徴とする廃棄物のガス化発電設備。 - 請求項８において、
前記発電手段が、
前記燃料電池で使用された前記ガス化ガスを使用して作動するガスエンジンと、
前記ガスエンジンの作動により発電する発電機と
を備えていることを特徴とする廃棄物のガス化発電設備。 - 請求項８において、
前記発電手段が、
前記燃料電池で使用された前記ガス化ガスを使用して作動するガスタービンと、
前記ガスタービンの作動により発電する発電機と
を備えていることを特徴とする廃棄物のガス化発電設備。 - 請求項６から１０のいずれかにおいて、
前記発電手段が、
前記ガス化ガスの使用済みの排ガスにより加熱された蒸気を利用して作動するスチームタービンと、
前記スチームタービンの作動により発電する発電機と
を備えていることを特徴とする廃棄物のガス化発電設備。
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