JP3943042B2 - タール含有ガスの洗浄方法および装置並びに可燃性ガス製造方法および装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、タールを含むガスからタールを除去してタール含有量の少ないガスを得る、ガスの洗浄方法に関する。また本発明は、一般廃棄物や廃プラスチック等のごみやバイオマスなどを原料として、工業原料あるいは燃料として有用な、水素および一酸化炭素を含むガスを製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般廃棄物や廃プラスチック等のゴミは従来完全燃焼により処理されてきた。しかし資源の有効利用の観点から、あるいは循環型社会の実現に向けて、このようなゴミあるいはバイオマスから、水素や一酸化炭素を製造する技術が開発されている。
【０００３】
例えば、近年、バイオマス等を部分燃焼あるいは部分酸化し、水素等の有用な工業原料を多く含む還元性ガスを生成させる高温のガス化溶融炉方式が脚光を浴びている。このガス化溶融炉方式では、温度が１，０００度を越える熱を発生させ、生成した灰やダストを溶融させてごみを減容化させる方法が行なわれるようになっている。さらには、還元性ガスを他の化学原料として使用することも実現しつつある。
【０００４】
また熱分解によりバイオマス等をガス化する方法もある。
【０００５】
いずれの場合も、可燃性ガスが得られるが、このガス中には水素、一酸化炭素、炭化水素等の工業的に有用な成分の他、タールやダスト等が含まれている。このようなガスを工業原料や燃料として利用する際、タール等によって化学プラントや燃焼装置の連続運転が阻害される場合があった。このため従来から、上記ガスからタール等を除去することが行われている。
【０００６】
従来、タール等の除去は、図２に示すような洗浄水による洗浄を行なう１塔式洗浄装置を使用して行われていた。１塔式洗浄装置では、スクラバー２０２に供給される、タールを含むガス２１１を、循環する洗浄水２１３を用いて洗浄する。また、この洗浄水を冷却するために冷却器（熱交換器）２０４が設置されている。
【０００７】
このような従来技術においては、ガス２１１中に含まれるタールが循環される洗浄水（循環水）２１２中で粘性を持つエマルジョンを形成し、冷却器２０４のチューブやシェルに付着することがあり、また、ガス２１１中のダストが循環水２１２中のエマルジョンに補足されることもあり、その結果熱交換能力が低下したり、チューブが閉塞したりして洗浄装置を連続運転することが困難となる場合があった。
【０００８】
また、冷却器だけでなく、他の部分においても、タール等の凝縮や付着により、流路の閉塞などの現象が発生することもあった。
【０００９】
上記のようなガス洗浄に関連する技術としては、ダスト分とタール分を含むガスを水で洗浄し、水中からダストとタールを併せて濾別してガスを浄化する方法が特許文献１に開示されている。
【００１０】
また、ガス中に含まれるタール分を、温度を上げることで分解し、タール分をガス中から除去する方法が特許文献２に開示されている。
【００１１】
この他に、ガス中から回収したタールを噴霧することでガス中のタールとダストを除去する方法が特許文献３に開示されている。この方法は、ガスから回収したタール分によってタールとダストを回収すると同時に熱交換してガスの温度を下げることを特徴としている。
【００１２】
【特許文献１】
特開平１１−５７６５６号公報
【特許文献２】
特開平７−３２４７１６号公報
【特許文献３】
特開昭５６−１０６９９２号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、タールを含むガス中のタールを長期間連続して除去することのできるガス洗浄方法および装置を提供することである。
【００１４】
本発明の別の目的は、ゴミやバイオマスをガス化して可燃性ガスを長期間連続して製造できる方法および装置を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明により、タールおよびダストを含むタール含有ガス中のタール含有量を低減するタール含有ガスの洗浄方法において、
該タール含有ガスを洗浄油によりスクラビングする油スクラビングを行う油スクラビング工程と、
該油スクラビング工程を経たタール含有ガスを洗浄水によりスクラビングする水スクラビングを行う水スクラビング工程と、
該油スクラビング工程から得られる洗浄油からタールおよびダストを分離するタールおよびダスト分離工程と、
該タールおよびダスト分離工程から得られる洗浄油を該油スクラビング工程に循環する工程と
を有することを特徴とするタール含有ガスの洗浄方法が提供される。
【００１６】
この方法において、前記タール含有ガスに含まれるタールのうち、
相対的に沸点の高い重質タールを前記油スクラビングによってタール含有ガスから分離し、
相対的に沸点の低い軽質タールを前記水スクラビングによってタール含有ガスから分離する、
ことが好ましい。
【００１７】
また、前記水スクラビングによって分離された軽質タールを、前記油スクラビング工程において洗浄油として用いることも好ましい。
【００１８】
本発明により、ガス化原料をガス化して、水素および一酸化炭素を含有する可燃性ガスを製造する可燃性ガス製造方法において、
ガス化原料をガス化して、水素および一酸化炭素に加えてタールおよびダストを含むタール含有可燃性ガスを製造するガス化工程と、
該タール含有可燃性ガスを洗浄油によりスクラビングする油スクラビングを行う油スクラビング工程と、
該油スクラビング工程を経たタール含有可燃性ガスを洗浄水によりスクラビングする水スクラビングを行う水スクラビング工程と、
該油スクラビング工程から得られる洗浄油からタールおよびダストを分離するタールおよびダスト分離工程と、
該タールおよびダスト分離工程から得られる洗浄油を該油スクラビング工程に循環する工程と
を有することを特徴とする可燃性ガス製造方法が提供される。
【００１９】
本発明により、タールおよびダストを含むタール含有ガス中のタール含有量を低減するためのタール含有ガスの洗浄装置において、
該タール含有ガスを洗浄油によりスクラビングする油スクラビングを行う油スクラバーと、
該油スクラバーから排出されるタール含有ガスを洗浄水によりスクラビングする水スクラビングを行う水スクラバーと、
前記油スクラバーから排出される洗浄油からタールおよびダストを分離するための固液分離器と、
該固液分離器によってタールおよびダストが分離された洗浄油を該油スクラバーに循環する洗浄油循環ラインと
を有することを特徴とするタール含有ガスの洗浄装置が提供される。
【００２０】
この装置において、さらに、前記洗浄油循環ラインには洗浄油を冷却するための洗浄油冷却手段が設けられ、かつ、
前記水スクラバーから排出される洗浄水からタールを分離するためのタール分離手段と、該タール分離手段によってタールが分離された洗浄水を該水スクラバーに循環する洗浄水循環ラインとを有し、該洗浄水循環ラインには洗浄水を冷却するための洗浄水冷却手段が設けられた
ことが好ましい。
【００２１】
さらに、前記タール分離手段によって分離されたタールを、前記油スクラバーに洗浄油として供給する手段を有することが好ましい。
【００２２】
本発明により、ガス化原料をガス化して、水素および一酸化炭素を含有する可燃性ガスを製造する可燃性ガス製造装置において、
ガス化原料をガス化して、水素および一酸化炭素に加えてタールおよびダストを含むタール含有可燃性ガスを製造するガス化装置と、
該タール含有可燃性ガスを洗浄油によりスクラビングする油スクラビングを行う油スクラバーと、
該油スクラバーから排出されるタール含有可燃性ガスを洗浄水によりスクラビングする水スクラビングを行う水スクラバーと、
前記油スクラバーから排出される洗浄油からタールおよびダストを分離するための固液分離器と、
該固液分離器によってタールおよびダストが分離された洗浄油を該油スクラバーに循環する洗浄油循環ラインと
を有することを特徴とする可燃性ガス製造装置が提供される。
【００２３】
【発明の実施の形態】
発明者らは、タールの除去に関して、タールの性質を考慮し、タールのうち、相対的に重質なタールを適当な炭化水素系の洗浄油で洗浄・除去し、この重質なタールを除去した軽質なタールを水で洗浄・除去する方法が、前記課題を解決する有効な手段であることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【００２４】
可燃性ガス製造の原料であるガス化原料には、ガス化により水素および一酸化炭素を含むガスを得ることのできる原料として従来公知の原料を用いることができる。ガス化原料の例としては、廃棄物、バイオマス、石炭、重油などの常温常圧（２５℃、０．１０ＭＰａ）で固体または液体の含炭素物質を挙げることができる。これらの原料は複数種混合して用いることもできる。
【００２５】
廃棄物としては、例えば、生活系ゴミや事業系ゴミなどの一般ゴミ（可燃物）、廃プラスチック、廃油などの産業廃棄物（可燃物）を用いることができる。バイオマスは、生物系有機資源であり、例えば木材（木材くず）、農産物（農産物くず）、藻類、プランクトン、生物系廃棄物を用いることができる。この他、低品位石炭、ＲＤＦ（固形化燃料）なども、ガス化原料として用いることができる。
【００２６】
ガス化によって得られる水素および一酸化炭素を含有する可燃性ガスの組成は、ガス化原料やガス化の条件などによって、また可燃性ガスの用途によって異なり、本発明において特に制限はない。例えば、水素１０〜５０モル％（ドライベース）、一酸化炭素５〜２５モル％（ドライベース）を含む可燃性ガスをバイオマスのガス化によって得ることができる。
【００２７】
ガス化の方法としては、特許文献１にあるように、空気の遮断下にガス化原料を３００〜６００℃に加熱して、タールやダストを含む可燃性ガスである熱分解ガスを生成する方法や乾留熱分解する方法がある。この装置としては、特許文献１にあるような回転式の熱分解ドラムを使用することができる。
【００２８】
この他にも、燃焼時に酸化剤（空気や酸素）の量を完全燃焼に必要な量より減らして、不完全燃焼状態として、可燃性ガスを得ることもできる。このための装置としては、廃棄物を燃焼させる装置において燃焼装置に送る酸化剤の量を調整できる装置で実現可能である。
【００２９】
タールは、例えば有機物の熱分解により生じる茶褐色または黒色の常温常圧にて粘性の高い液状物質で、芳香族炭化水素を主成分として含み、酸素、窒素、あるいは硫黄を含有する化合物を含むこともある。タールの各成分は、ガス化ガスの原料、ガス化炉の運転温度、ガス化炉の種類、ガス化炉の運転方法（酸素を使用する、空気を使用する等）により生成量および組成が異なっている。
【００３０】
ガス化原料がガス化されると少なくとも、ＣＯやＨ2を含むガスと、タールが生じる。生成したタールは、ガス化炉で与えられた熱に応じて気化する。そして、ガス化装置から排出されるガスは、ＣＯやＨ2に加えてその温度に応じたタール分を含む。工業的には、このガスにダストが随伴することが多い。ダストとしては、例えば、灰、チャー（炭素）、燃焼炉における流動媒体として用いられる砂（ケイ砂）などがある。このようにして得られるすくなくとも水素、一酸化炭素およびタールを含むガスを、本明細書ではタール含有可燃性ガスと呼ぶ。
【００３１】
本発明の洗浄方法によって、上記タール含有可燃性ガスを洗浄することができるが、これに限らず、タールを含むガス（タール含有ガス）であれば、本発明の洗浄方法によって洗浄することができる。タールに加えてダストが入っていても良い。
【００３２】
本発明により好適に洗浄することのできるタール含有ガスとしては、製品ガス中のタールやダストの残存量を抑える観点から、タールが２００ｇ／Ｎｍ3以下であることが好ましく、１５０ｇ／Ｎｍ3以下であることがより好ましく、ダスト分が２０ｇ／Ｎｍ3以下であることが好ましく、１０ｇ／Ｎｍ3以下であることがより好ましい。またタールが好ましくは３ｇ／Ｎｍ3以上、より好ましくは５ｇ／Ｎｍ3以上であるガスについて、本発明の効果が特に顕著に発揮され得る。タール含有ガスがダストを含む場合、ダストが好ましくは３ｇ／Ｎｍ3以上、より好ましくは４ｇ／Ｎｍ3以上であるガスについて、本発明の効果が特に顕著に発揮され得る。なおＮｍ3は、０℃、０．１０１ＭＰａにおける立方メートル（ｍ3）を示す。
【００３３】
スクラビングは、噴霧などにより液体をガスに接触させることにより温度を下げ、不純物を除去することであり、スクラバーはスクラビングを行う装置である。スクラビング自体は公知の技術であり、各種排ガスの浄化に広く応用されている。油スクラビングにおいてはこの液体として油（洗浄油）が用いられ、水スクラビングにおいては水（洗浄水）が用いられる。
【００３４】
洗浄油としては、油スクラバーの運転温度で液体である油を用いることができ、例えば、ＪＩＳ（日本工業規格）等に定められる、軽油、灯油、更に石油精製装置からの成分を使用することが可能である。
タール除去率の観点からはタール分が洗浄油に溶解し易いことが好ましい。取扱が容易であることも好ましい。洗浄油のガスへの混入を抑える観点からは、油スクラバーの運転温度で蒸気圧が出来るだけ低いことが好ましい。このような油の一例として、ＬＣＯ（Ｌｉｇｈｔ Ｃｙｃｌｅ Ｏｉｌ：軽油相当）を挙げることができる。
【００３５】
洗浄水としては、工業用水や市水などの水を使用することができる。また、後述するように塩素の除去のためにアルカリを水に添加するなど、必要に応じて添加物を添加することもできる。
【００３６】
油スクラバーの運転温度は、運転圧力によっても異なるが、油スクラビングと水スクラビングの２段でガスを洗浄する効果を好適に発揮させるために、油スクラバーの運転温度は水スクラバーの運転温度より高いことが好ましい。水スクラバーの運転温度は、製品ガスの仕様を考慮して決定される。水スクラバーの運転温度が低いほど、製品ガス中の洗浄油やタールの含有量を低下させることができる。また、水スクラバーの運転温度は、水スクラバーに供給される洗浄水の温度に強く影響され、水スクラバーの運転温度を決める際には、洗浄水の温度管理に係る経済性も考慮される。洗浄水は、冷却器１１３において冷却水で冷却される。この冷却水は循環再利用することが好ましく、循環される洗浄水は、工業的に広く用いられている冷却塔を利用して冷却することが出来る。一般的な冷却塔は大気を利用して冷却を行うため、冷却水の温度は大気温度に影響されるが、通常は３０℃〜５０℃の範囲で選ばれる。この冷却水で洗浄水は冷却されため、経済性を考慮して洗浄水の温度を例えば３５℃〜６０℃とする。水スクラバーに供給する洗浄水の温度を６０℃以下とすることで、製品ガス中のタールや洗浄油の含有量も低く押さえることが出来る。さらに、冷媒装置を利用して洗浄水の温度をより低くすることにより製品ガス中のタールや洗浄油の含有量をより低くすることも出来る。
【００３７】
例えば油スクラバーの運転温度を１００℃〜２００℃の範囲で選び、水スクラバーの運転温度を４０℃〜６０℃で選ぶことができる。
【００３８】
ところで、ガス化によって得られるガスには水分が含まれることが多い。タール含有ガスに水が含まれる場合、油スクラバーにおいて水が凝縮することを避けることが好ましい。これにより、洗浄油中での水−タールのエマルジョン形成を避け、エマルジョンによって配管などが閉塞する可能性を極めて低くすることができ、また、タールの蒸気圧が下がってタールが凝縮しにくくなることを避けることができる。このためには、油スクラバーの運転温度を、油スクラバーの運転圧力における水の凝縮温度より高くすればよい。一方、油スクラバーの運転温度が高くなると、油スクラバーにおいて除去できるタールが少なくなり、後段に設置される水スクラバーの負荷が大きくなり、装置全体としてサイズが大きくなり、経済性が低下する傾向がある。上記の点を勘案し、また、運転の安定性の観点から、油スクラバーの運転温度は、油スクラバーの運転圧力における水の凝縮温度より３０℃〜４０℃高い温度に設定することが好ましい。一例として油スクラバーの運転圧力が大気圧（０．１０ＭＰａ）の場合を考えれば、分圧を考慮すると８０℃〜９０℃が水の凝縮温度となるので、上記３０℃〜４０℃の幅を考慮して、油スクラバーの運転圧力を１１０〜１３０℃、例えば１２０℃程度に設定することが好ましい。
【００３９】
本発明の可燃性ガス製造装置の一形態について、図１にプロセスフローを示す。この装置は、ガス化炉Ａとタール含有ガス洗浄装置Ｂを有する。
【００４０】
ガス化炉Ａは、可燃性ガス製造の原料である含炭素物質を、水素、一酸化炭素、炭化水素（メタン、エタン、エチレン等）等の工業的に有効な成分に加えてタールおよびダストを含むタール含有ガス１に転換する。
【００４１】
タール含有ガス洗浄装置Ｂは、タール含有ガス１中のタールのうち相対的に沸点の高い成分（重質タール）を除去する油スクラバー１０２、油スクラバーで浄化されたガス３中に含まれる相対的に沸点の低い成分（軽質タール）を除去する水スクラバー１０８を有する。
【００４２】
油スクラバー１０２には、ガス３中に含まれていた重質タールをダストと共に洗浄油１２から分離する固液分離器１０４が接続され、水スクラバー１０８には、軽質タールを洗浄水２２から分離するための油水分離器１０９や循環される洗浄水を冷却するための冷却器１１３が接続される。この他に必要に応じて油スクラバーから排出される洗浄油を昇圧するための油スクラバーポンプ１０３、固液分離器１０４下流に設けられる洗浄油タンク１０５、洗浄油タンクから洗浄油を油スクラバーに供給するための洗浄油ポンプ１０６、油水分離器から排出される軽質タールを昇圧する軽質タールポンプ１１１、洗浄水を循環するための洗浄水ポンプ１１２が設置される。洗浄水冷却器などには、熱交換器、例えば多管円筒式熱交換器を用いることができ、洗浄水ポンプなどには、ポンプ、例えば遠心式ポンプを用いることができる。
【００４３】
図１に従い本発明の一形態を更に詳細に説明する。
【００４４】
まず水素および一酸化炭素に加えてタールおよびダストを含む高温のタール含有可燃性ガス１は、油スクラバー１０２の運転温度に適当な温度まで適宜調整され、油スクラバー１０２に導入される。
【００４５】
ガス１中にダイオキシンが再生成する可能性のある成分が含まれる場合には、上記温度調整のために、ダイオキシンの再生成を避けるため急冷機能を備えた水急冷装置１０１を設置することが好ましい。ダイオキシンの再生成の問題がない場合には、全体の熱の有効利用を考えて、水急冷装置に替えてボイラを設置しガス１の持つ顕熱によりスチームを発生させて熱回収を行うこと、あるいは熱交換器を設けてガス１の持つ顕熱により他の流体の加熱を行うことができる。
【００４６】
温度調節されたガス２は、油スクラバー１０２へ例えば２００℃程度の温度で供給される。油スクラバー１０２に供給するガス２の温度は、ガス２中のタールが凝縮しない範囲で、生成するタールの性状により適宜適切な温度を決めればよい。
【００４７】
油スクラバーでは、ガス２から主にダストと重質タールが除去される。タール分の除去には洗浄油の物性を考慮して、適切な洗浄油を選べばよい。
【００４８】
油スクラバーにおいて、ガス２に含まれるタールのうち、油スクラバーの運転温度以上の沸点を有するタールである重質タールが洗浄油から分離され、重質タールを含む洗浄油１２がスクラバーから排出される。このときダストは重質タールと共に分離される。一方、油スクラバーの運転温度未満の沸点を有するタールである軽質タールは、油スクラビングされたガス３中に残存する。
【００４９】
油スクラバーには、気液接触装置を用いることができ、基本的に液体は鉛直上方から下方に向かって供給されるが、液体と接触する気体は、液体の流れに対して向流あるいは並流のいずれでもよい。気液接触装置としては、例えば、気体と液体の接触を良くするように充填物が充填された充填塔、棚段の設置された棚段塔を用いることができる。棚段としては、タールやダストで閉塞しにくい棚段、例えば多孔板が好ましく、この場合、流れの形態は並流が好ましい。好適な棚段として、例えば、スウィングトレイ（Ｓｗｉｎｇ Ｔｒａｙ）と呼ばれる特許第３０６１７５０号公報に示されるトレイを挙げることができる。
【００５０】
例えば２００℃に温度制御されたガス２は、例えば４０℃に制御された循環洗浄油１１と接触し、冷却され、重質タールは凝縮し、ダストは捕集され、重質タールとダストを含んだ循環洗浄油１２は油スクラバー１０２下部から油スクラバーポンプ１０３で抜き出され、ポンプで昇圧された洗浄油１３は固液分離器１０４で重質タールおよびダスト１７が分離される。
【００５１】
固液分離器は固形物と液を分離するもので、特に型式は限定されないが、ここではサイクロンを用いている。ここではダストが重質タールを含む形態で固形物として分離されるが、固形物は油分（タール）を含んでいるので、適宜利用することができる。その利用方法の一つに、他の可燃性固形物と共に燃焼炉等での燃焼に利用することが考えられる。
【００５２】
固液分離器１０４で重質タール及びダストを除去された循環洗浄油１４は、洗浄油タンク１０５に送られ、ここで補給用の洗浄油１８と混合され、ライン１５を通り、洗浄油ポンプ１０６により昇圧され、昇圧された洗浄油１６は洗浄油冷却器１０７に送られ冷却水で適宜適切な温度まで冷却され、再び油スクラバー１０２へ送られ、洗浄油として用いられる。
【００５３】
循環洗浄油１１の温度は、油スクラバー１０２の運転温度、循環洗浄油１１の物性を考慮して決めればよい。洗浄油としてＬＣＯを使用した場合には、１２０℃程度の温度が好ましく選ばれる。洗浄油に他の種類の洗浄油が選ばれた場合には、その選ばれた洗浄油の性質を考慮して油スクラバーの運転条件を選ぶことができる。
【００５４】
タール及びダストの大部分が除去された油スクラバー１０２から出たガス３は、水スクラバー１０８に供給され、洗浄水２１によってスクラビングされ、ガス中に含まれる軽質なタールが除去され、製品ガス４となる。
【００５５】
製品ガス中のダストの量については、例えば製品ガスをガスタービンなどの燃料として用いる場合には１０ｍｇ／Ｎｍ3以下、製品ガスを化学品合成の原料として用いる場合には０．０２ｍｇ／Ｎｍ3以下とすることが好ましい。しかし、油および水スクラビングによって、製品ガス中のダストの量を上記範囲まで低下させる必要はない。油および水スクラビングによって、ガス中のダスト量を、バグフィルターや電気集塵機で処理するに好適な範囲まで落とし、その上でバグフィルターや電気集塵機によってダストの量を上記範囲にすることもできる。
【００５６】
製品ガス中のタールの量については、例えば製品ガスをガスタービンなどの燃料として用いる場合には５０ｍｇ／Ｎｍ3以下、製品ガスを化学品合成の原料として用いる場合には０．１ｍｇ／Ｎｍ3以下とすることが好ましい。
【００５７】
水スクラバー１０８としては、気液接触装置を用いることができ、基本的に液体は鉛直上方から下方に向かって供給されるが、液体と接触する気体は、液体の流れに対して向流あるいは並流のいずれでもよい。気液接触装置としては、例えば、気体と液体の接触を良くするように充填物が充填された充填塔を用いることができるが、棚段の設置された棚段塔を用いることもできる。充填物としては、ラシヒリング、レッシングリング、ベルルサドル、インタロックスサドル、テラレット、ボールリングなどを挙げることができる。
【００５８】
軽質タールを含有する洗浄水２２は、油水分離器１０９にて、軽質タール３１と、洗浄水２３とに分離され、必要に応じて洗浄水２３の一部２６は系外に排出され、残る洗浄水２４は洗浄水ポンプ１１２によって昇圧される。昇圧された洗浄水２５は冷却器１１３に送られて温度調節され、洗浄水２１として水スクラバーに供給される。
【００５９】
また、例えば、塩化物を含む廃棄物を原料としてガス化する場合、ガス化により得られるタール含有ガス１中に塩化物が含まれることがある。塩化物を含む製品ガスを工業用原料として用い、触媒反応を行うと、触媒が被毒される場合もある。このように、タール含有ガス１中に、製品ガスを利用する上で問題を生じる不純物が含まれる場合、この水スクラバー１０８で不純物を処理することもできる。不純物が塩化物であれば、例えば吸収剤としてアルカリを用いて中和することができる。具体的には、アルカリ性の洗浄水を用いることができる。さらに、この中和方法において結晶性の物質が生成する場合は、油水分離器１０９の下流（例えば油水分離器と洗浄水ポンプ１１２の間）に固液分離装置を設け、結晶性物質が分離された液体部分を水スクラバーに送ることができる。
【００６０】
製品ガス中には、洗浄油の一部や軽質タールの一部が含まれているが、製品ガスの仕様を考慮して、これらの成分の許容値が満たされるように、水スクラバー１０８の運転温度を決めることができる。水スクラバー１０８の運転温度を高くすると、製品ガスに含まれる洗浄油や軽質タールの濃度は高くなり、温度を低くすると製品ガスに含まれる洗浄油や軽質タールの濃度は低くなる。
【００６１】
油水分離器１０９としては、例えば比重による油水分離器を用いて軽質タールと水を分離することができる。分離された軽質タール３１は、油スクラバー１０２の洗浄油１１に使用することも可能であるし（このときはライン３２および３４を使用する）、系外に抜出して燃料等に使用してもよい（このときはライン３２および３３を使用する）。
【００６２】
また、取り扱いの容易さの観点から、重質タール及びダスト１７に、例えばライン１９を利用して循環する洗浄油の一部を混ぜ、液状にすることもできる。また、粘度調節等のために、重質タール及びダスト１７の温度を調節する熱交換器１２０を設けることもできる。
【００６３】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づき更に詳細に説明する。
【００６４】
〔実施例１〕
図１に示すフローに従って、タールおよびダストの洗浄・除去を行った。表１に示すように、タール含有ガス中のタール分は２０ｇ／Ｎｍ3であった。
【００６５】
バイオマスをガス化溶融炉によりガス化して得られた、表１に示す組成のガス１を、温度７００℃で水急冷装置１０１に供給し、油スクラバー１０２への供給温度２００℃となるよう急冷水にて急冷した。この２００℃のガス２は、油スクラバー１０２にて４０℃の循環洗浄油１１で洗浄され、油スクラバーの運転温度である１２０℃まで冷却され、ガス中の重質タール（沸点が１２０℃以上のタール）は凝縮し、ライン１２からダストとともに１２０℃で排出され、油スクラバーポンプ１０３によって固液分離器１０４に送られ固形物１７（重質タールとダスト）が分離された。固形物の分離された循環洗浄油１４は、洗浄油タンク１０５に送られ、新たに供給された洗浄油１８と混合し、ライン１５を通って、洗浄油ポンプ１０６により洗浄油冷却器１０７に送られ、４０℃に温度調節され、油スクラバー１０２に循環された。洗浄油は、取扱の容易さから、ＬＣＯ（Ｌｉｇｈｔ Ｃｙｃｌｅ Ｏｉｌ：軽油相当）とした。ＬＣＯ洗浄油の供給条件を表１に示す。
【００６６】
ダストと重質タールが分離された１２０℃のガス３は、水スクラバー１０８に供給された。水スクラバー１０８では、ガス３は３５℃の循環洗浄水２１と接触し、水スクラバーの運転温度である４０℃まで冷却され、ガス３中の軽質タールが４０℃でライン２２へ除去された。軽質タールの除去された４０℃のガス４は製品ガスとなり系外へ導出された。製品ガス４の条件を表１に示す。
【００６７】
水スクラバー１０８下部からの軽質タールを含む循環洗浄水２２は油水分離器１０９に供給され、軽質タール３１と循環洗浄水２３とに分離された。分離された軽質タールは、軽質タール３３として系外に導出された。また、循環洗浄水２３の一部は排水２６として系外に排出され、適切な処理が行われた。軽質タール３３、排水２６の条件を表１に示す。
【００６８】
本発明のガス処理装置で処理したところ、製品ガス中のダスト、タール濃度は表１のようになった。
【００６９】
【表１】
〔実施例２〕
図１に示すフローに従って、タールおよびダストの洗浄・除去を行った。
【００７０】
表２に示すように、タール分は２００ｇ／Ｎｍ3であった。原料中のタール分が実施例１と異なる以外は、実施例１と同様の操作を行った。結果を表２に示す。
【００７１】
【表２】
〔実施例３〕
図１に示すフローに従って、タールおよびダストの洗浄・除去を行った。
【００７２】
表３に示すように、タール分は５ｇ／Ｎｍ3であった。原料中のタール分が実施例１と異なる以外は、実施例１と同様の操作を行った。結果を表３に示す。
【００７３】
【表３】
〔比較例〕
図２に示すフローに従って、タールおよびダストの洗浄・除去を行った。ガス化炉Ｃから得られたガス２１１（組成を表４に示す）を温度７００℃でボイラ２０１に供給し、温度２００℃まで冷却し、水スクラバー２０２に供給した。この２００℃のタール含有ガスは３５℃の循環水２１３と接触し、タールは凝縮し、ダストは捕集され、循環水２１２中に洗浄・除去された。循環水２１２はスクラバーポンプ２０３で固液分離器２０５に送られ、固形物（重質タールおよびダスト）２１５が分離された。固形物を除去した循環水は冷却器２０４へ送られ、スクラバー２０２の運転に必要な温度まで冷却され、補給用の洗浄水２１６と混合され、スクラバー２０２に供給された。運転を続けていたが、２４０時間後に冷却器２０４の差圧上昇が認められ、冷却器２０４の開放点検を行ったところ、熱交換用のチューブにタールの付着が確認された。これにより、長期間の運転は困難であることが推定された。表４に、製品ガス２１４の組成および固形物の組成を示す。
【００７４】
【表４】
実施例および比較例に示すように、２塔式の油スクラバーおよび水スクラバーの組み合わせによる実施例ではタール分、ダストを含むガスを連続処理することができたが、比較例に示すように１塔式スクラバーでは連続運転が困難であった。
【００７５】
【発明の効果】
本発明により、タールを含むガス中のタールを長期間連続して除去することのできるガス洗浄方法および装置が提供された。また、ゴミやバイオマス等の含炭素物質をガス化して可燃性ガスを長期間連続して製造できる方法および装置が提供された。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の実施の一形態を示すフロー図である。
【図２】図２は、従来技術を説明するためのフロー図である。
【符号の説明】
Ａ：ガス化炉
Ｂ：タール含有ガス洗浄装置
Ｃ：ガス化炉
１：タール含有ガス
３：油スクラビングされたガス
４：製品ガス
１１：循環洗浄油
１７：固形物（重質タールおよびダスト）
１８：補給用洗浄油
２１：循環洗浄水
２６：排水
３３：軽質タール
１０１：水急冷装置
１０２：油スクラバー
１０３：油スクラバーポンプ
１０４：固液分離器
１０５：洗浄油タンク
１０６：洗浄油ポンプ
１０７：洗浄油冷却器
１０８：水スクラバー
１０９：油水分離器
１１１：軽質タールポンプ
１１２：洗浄水ポンプ
１１３：洗浄水冷却器
【発明の属する技術分野】
本発明は、タールを含むガスからタールを除去してタール含有量の少ないガスを得る、ガスの洗浄方法に関する。また本発明は、一般廃棄物や廃プラスチック等のごみやバイオマスなどを原料として、工業原料あるいは燃料として有用な、水素および一酸化炭素を含むガスを製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般廃棄物や廃プラスチック等のゴミは従来完全燃焼により処理されてきた。しかし資源の有効利用の観点から、あるいは循環型社会の実現に向けて、このようなゴミあるいはバイオマスから、水素や一酸化炭素を製造する技術が開発されている。
【０００３】
例えば、近年、バイオマス等を部分燃焼あるいは部分酸化し、水素等の有用な工業原料を多く含む還元性ガスを生成させる高温のガス化溶融炉方式が脚光を浴びている。このガス化溶融炉方式では、温度が１，０００度を越える熱を発生させ、生成した灰やダストを溶融させてごみを減容化させる方法が行なわれるようになっている。さらには、還元性ガスを他の化学原料として使用することも実現しつつある。
【０００４】
また熱分解によりバイオマス等をガス化する方法もある。
【０００５】
いずれの場合も、可燃性ガスが得られるが、このガス中には水素、一酸化炭素、炭化水素等の工業的に有用な成分の他、タールやダスト等が含まれている。このようなガスを工業原料や燃料として利用する際、タール等によって化学プラントや燃焼装置の連続運転が阻害される場合があった。このため従来から、上記ガスからタール等を除去することが行われている。
【０００６】
従来、タール等の除去は、図２に示すような洗浄水による洗浄を行なう１塔式洗浄装置を使用して行われていた。１塔式洗浄装置では、スクラバー２０２に供給される、タールを含むガス２１１を、循環する洗浄水２１３を用いて洗浄する。また、この洗浄水を冷却するために冷却器（熱交換器）２０４が設置されている。
【０００７】
このような従来技術においては、ガス２１１中に含まれるタールが循環される洗浄水（循環水）２１２中で粘性を持つエマルジョンを形成し、冷却器２０４のチューブやシェルに付着することがあり、また、ガス２１１中のダストが循環水２１２中のエマルジョンに補足されることもあり、その結果熱交換能力が低下したり、チューブが閉塞したりして洗浄装置を連続運転することが困難となる場合があった。
【０００８】
また、冷却器だけでなく、他の部分においても、タール等の凝縮や付着により、流路の閉塞などの現象が発生することもあった。
【０００９】
上記のようなガス洗浄に関連する技術としては、ダスト分とタール分を含むガスを水で洗浄し、水中からダストとタールを併せて濾別してガスを浄化する方法が特許文献１に開示されている。
【００１０】
また、ガス中に含まれるタール分を、温度を上げることで分解し、タール分をガス中から除去する方法が特許文献２に開示されている。
【００１１】
この他に、ガス中から回収したタールを噴霧することでガス中のタールとダストを除去する方法が特許文献３に開示されている。この方法は、ガスから回収したタール分によってタールとダストを回収すると同時に熱交換してガスの温度を下げることを特徴としている。
【００１２】
【特許文献１】
特開平１１−５７６５６号公報
【特許文献２】
特開平７−３２４７１６号公報
【特許文献３】
特開昭５６−１０６９９２号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、タールを含むガス中のタールを長期間連続して除去することのできるガス洗浄方法および装置を提供することである。
【００１４】
本発明の別の目的は、ゴミやバイオマスをガス化して可燃性ガスを長期間連続して製造できる方法および装置を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明により、タールおよびダストを含むタール含有ガス中のタール含有量を低減するタール含有ガスの洗浄方法において、
該タール含有ガスを洗浄油によりスクラビングする油スクラビングを行う油スクラビング工程と、
該油スクラビング工程を経たタール含有ガスを洗浄水によりスクラビングする水スクラビングを行う水スクラビング工程と、
該油スクラビング工程から得られる洗浄油からタールおよびダストを分離するタールおよびダスト分離工程と、
該タールおよびダスト分離工程から得られる洗浄油を該油スクラビング工程に循環する工程と
を有することを特徴とするタール含有ガスの洗浄方法が提供される。
【００１６】
この方法において、前記タール含有ガスに含まれるタールのうち、
相対的に沸点の高い重質タールを前記油スクラビングによってタール含有ガスから分離し、
相対的に沸点の低い軽質タールを前記水スクラビングによってタール含有ガスから分離する、
ことが好ましい。
【００１７】
また、前記水スクラビングによって分離された軽質タールを、前記油スクラビング工程において洗浄油として用いることも好ましい。
【００１８】
本発明により、ガス化原料をガス化して、水素および一酸化炭素を含有する可燃性ガスを製造する可燃性ガス製造方法において、
ガス化原料をガス化して、水素および一酸化炭素に加えてタールおよびダストを含むタール含有可燃性ガスを製造するガス化工程と、
該タール含有可燃性ガスを洗浄油によりスクラビングする油スクラビングを行う油スクラビング工程と、
該油スクラビング工程を経たタール含有可燃性ガスを洗浄水によりスクラビングする水スクラビングを行う水スクラビング工程と、
該油スクラビング工程から得られる洗浄油からタールおよびダストを分離するタールおよびダスト分離工程と、
該タールおよびダスト分離工程から得られる洗浄油を該油スクラビング工程に循環する工程と
を有することを特徴とする可燃性ガス製造方法が提供される。
【００１９】
本発明により、タールおよびダストを含むタール含有ガス中のタール含有量を低減するためのタール含有ガスの洗浄装置において、
該タール含有ガスを洗浄油によりスクラビングする油スクラビングを行う油スクラバーと、
該油スクラバーから排出されるタール含有ガスを洗浄水によりスクラビングする水スクラビングを行う水スクラバーと、
前記油スクラバーから排出される洗浄油からタールおよびダストを分離するための固液分離器と、
該固液分離器によってタールおよびダストが分離された洗浄油を該油スクラバーに循環する洗浄油循環ラインと
を有することを特徴とするタール含有ガスの洗浄装置が提供される。
【００２０】
この装置において、さらに、前記洗浄油循環ラインには洗浄油を冷却するための洗浄油冷却手段が設けられ、かつ、
前記水スクラバーから排出される洗浄水からタールを分離するためのタール分離手段と、該タール分離手段によってタールが分離された洗浄水を該水スクラバーに循環する洗浄水循環ラインとを有し、該洗浄水循環ラインには洗浄水を冷却するための洗浄水冷却手段が設けられた
ことが好ましい。
【００２１】
さらに、前記タール分離手段によって分離されたタールを、前記油スクラバーに洗浄油として供給する手段を有することが好ましい。
【００２２】
本発明により、ガス化原料をガス化して、水素および一酸化炭素を含有する可燃性ガスを製造する可燃性ガス製造装置において、
ガス化原料をガス化して、水素および一酸化炭素に加えてタールおよびダストを含むタール含有可燃性ガスを製造するガス化装置と、
該タール含有可燃性ガスを洗浄油によりスクラビングする油スクラビングを行う油スクラバーと、
該油スクラバーから排出されるタール含有可燃性ガスを洗浄水によりスクラビングする水スクラビングを行う水スクラバーと、
前記油スクラバーから排出される洗浄油からタールおよびダストを分離するための固液分離器と、
該固液分離器によってタールおよびダストが分離された洗浄油を該油スクラバーに循環する洗浄油循環ラインと
を有することを特徴とする可燃性ガス製造装置が提供される。
【００２３】
【発明の実施の形態】
発明者らは、タールの除去に関して、タールの性質を考慮し、タールのうち、相対的に重質なタールを適当な炭化水素系の洗浄油で洗浄・除去し、この重質なタールを除去した軽質なタールを水で洗浄・除去する方法が、前記課題を解決する有効な手段であることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【００２４】
可燃性ガス製造の原料であるガス化原料には、ガス化により水素および一酸化炭素を含むガスを得ることのできる原料として従来公知の原料を用いることができる。ガス化原料の例としては、廃棄物、バイオマス、石炭、重油などの常温常圧（２５℃、０．１０ＭＰａ）で固体または液体の含炭素物質を挙げることができる。これらの原料は複数種混合して用いることもできる。
【００２５】
廃棄物としては、例えば、生活系ゴミや事業系ゴミなどの一般ゴミ（可燃物）、廃プラスチック、廃油などの産業廃棄物（可燃物）を用いることができる。バイオマスは、生物系有機資源であり、例えば木材（木材くず）、農産物（農産物くず）、藻類、プランクトン、生物系廃棄物を用いることができる。この他、低品位石炭、ＲＤＦ（固形化燃料）なども、ガス化原料として用いることができる。
【００２６】
ガス化によって得られる水素および一酸化炭素を含有する可燃性ガスの組成は、ガス化原料やガス化の条件などによって、また可燃性ガスの用途によって異なり、本発明において特に制限はない。例えば、水素１０〜５０モル％（ドライベース）、一酸化炭素５〜２５モル％（ドライベース）を含む可燃性ガスをバイオマスのガス化によって得ることができる。
【００２７】
ガス化の方法としては、特許文献１にあるように、空気の遮断下にガス化原料を３００〜６００℃に加熱して、タールやダストを含む可燃性ガスである熱分解ガスを生成する方法や乾留熱分解する方法がある。この装置としては、特許文献１にあるような回転式の熱分解ドラムを使用することができる。
【００２８】
この他にも、燃焼時に酸化剤（空気や酸素）の量を完全燃焼に必要な量より減らして、不完全燃焼状態として、可燃性ガスを得ることもできる。このための装置としては、廃棄物を燃焼させる装置において燃焼装置に送る酸化剤の量を調整できる装置で実現可能である。
【００２９】
タールは、例えば有機物の熱分解により生じる茶褐色または黒色の常温常圧にて粘性の高い液状物質で、芳香族炭化水素を主成分として含み、酸素、窒素、あるいは硫黄を含有する化合物を含むこともある。タールの各成分は、ガス化ガスの原料、ガス化炉の運転温度、ガス化炉の種類、ガス化炉の運転方法（酸素を使用する、空気を使用する等）により生成量および組成が異なっている。
【００３０】
ガス化原料がガス化されると少なくとも、ＣＯやＨ2を含むガスと、タールが生じる。生成したタールは、ガス化炉で与えられた熱に応じて気化する。そして、ガス化装置から排出されるガスは、ＣＯやＨ2に加えてその温度に応じたタール分を含む。工業的には、このガスにダストが随伴することが多い。ダストとしては、例えば、灰、チャー（炭素）、燃焼炉における流動媒体として用いられる砂（ケイ砂）などがある。このようにして得られるすくなくとも水素、一酸化炭素およびタールを含むガスを、本明細書ではタール含有可燃性ガスと呼ぶ。
【００３１】
本発明の洗浄方法によって、上記タール含有可燃性ガスを洗浄することができるが、これに限らず、タールを含むガス（タール含有ガス）であれば、本発明の洗浄方法によって洗浄することができる。タールに加えてダストが入っていても良い。
【００３２】
本発明により好適に洗浄することのできるタール含有ガスとしては、製品ガス中のタールやダストの残存量を抑える観点から、タールが２００ｇ／Ｎｍ3以下であることが好ましく、１５０ｇ／Ｎｍ3以下であることがより好ましく、ダスト分が２０ｇ／Ｎｍ3以下であることが好ましく、１０ｇ／Ｎｍ3以下であることがより好ましい。またタールが好ましくは３ｇ／Ｎｍ3以上、より好ましくは５ｇ／Ｎｍ3以上であるガスについて、本発明の効果が特に顕著に発揮され得る。タール含有ガスがダストを含む場合、ダストが好ましくは３ｇ／Ｎｍ3以上、より好ましくは４ｇ／Ｎｍ3以上であるガスについて、本発明の効果が特に顕著に発揮され得る。なおＮｍ3は、０℃、０．１０１ＭＰａにおける立方メートル（ｍ3）を示す。
【００３３】
スクラビングは、噴霧などにより液体をガスに接触させることにより温度を下げ、不純物を除去することであり、スクラバーはスクラビングを行う装置である。スクラビング自体は公知の技術であり、各種排ガスの浄化に広く応用されている。油スクラビングにおいてはこの液体として油（洗浄油）が用いられ、水スクラビングにおいては水（洗浄水）が用いられる。
【００３４】
洗浄油としては、油スクラバーの運転温度で液体である油を用いることができ、例えば、ＪＩＳ（日本工業規格）等に定められる、軽油、灯油、更に石油精製装置からの成分を使用することが可能である。
タール除去率の観点からはタール分が洗浄油に溶解し易いことが好ましい。取扱が容易であることも好ましい。洗浄油のガスへの混入を抑える観点からは、油スクラバーの運転温度で蒸気圧が出来るだけ低いことが好ましい。このような油の一例として、ＬＣＯ（Ｌｉｇｈｔ Ｃｙｃｌｅ Ｏｉｌ：軽油相当）を挙げることができる。
【００３５】
洗浄水としては、工業用水や市水などの水を使用することができる。また、後述するように塩素の除去のためにアルカリを水に添加するなど、必要に応じて添加物を添加することもできる。
【００３６】
油スクラバーの運転温度は、運転圧力によっても異なるが、油スクラビングと水スクラビングの２段でガスを洗浄する効果を好適に発揮させるために、油スクラバーの運転温度は水スクラバーの運転温度より高いことが好ましい。水スクラバーの運転温度は、製品ガスの仕様を考慮して決定される。水スクラバーの運転温度が低いほど、製品ガス中の洗浄油やタールの含有量を低下させることができる。また、水スクラバーの運転温度は、水スクラバーに供給される洗浄水の温度に強く影響され、水スクラバーの運転温度を決める際には、洗浄水の温度管理に係る経済性も考慮される。洗浄水は、冷却器１１３において冷却水で冷却される。この冷却水は循環再利用することが好ましく、循環される洗浄水は、工業的に広く用いられている冷却塔を利用して冷却することが出来る。一般的な冷却塔は大気を利用して冷却を行うため、冷却水の温度は大気温度に影響されるが、通常は３０℃〜５０℃の範囲で選ばれる。この冷却水で洗浄水は冷却されため、経済性を考慮して洗浄水の温度を例えば３５℃〜６０℃とする。水スクラバーに供給する洗浄水の温度を６０℃以下とすることで、製品ガス中のタールや洗浄油の含有量も低く押さえることが出来る。さらに、冷媒装置を利用して洗浄水の温度をより低くすることにより製品ガス中のタールや洗浄油の含有量をより低くすることも出来る。
【００３７】
例えば油スクラバーの運転温度を１００℃〜２００℃の範囲で選び、水スクラバーの運転温度を４０℃〜６０℃で選ぶことができる。
【００３８】
ところで、ガス化によって得られるガスには水分が含まれることが多い。タール含有ガスに水が含まれる場合、油スクラバーにおいて水が凝縮することを避けることが好ましい。これにより、洗浄油中での水−タールのエマルジョン形成を避け、エマルジョンによって配管などが閉塞する可能性を極めて低くすることができ、また、タールの蒸気圧が下がってタールが凝縮しにくくなることを避けることができる。このためには、油スクラバーの運転温度を、油スクラバーの運転圧力における水の凝縮温度より高くすればよい。一方、油スクラバーの運転温度が高くなると、油スクラバーにおいて除去できるタールが少なくなり、後段に設置される水スクラバーの負荷が大きくなり、装置全体としてサイズが大きくなり、経済性が低下する傾向がある。上記の点を勘案し、また、運転の安定性の観点から、油スクラバーの運転温度は、油スクラバーの運転圧力における水の凝縮温度より３０℃〜４０℃高い温度に設定することが好ましい。一例として油スクラバーの運転圧力が大気圧（０．１０ＭＰａ）の場合を考えれば、分圧を考慮すると８０℃〜９０℃が水の凝縮温度となるので、上記３０℃〜４０℃の幅を考慮して、油スクラバーの運転圧力を１１０〜１３０℃、例えば１２０℃程度に設定することが好ましい。
【００３９】
本発明の可燃性ガス製造装置の一形態について、図１にプロセスフローを示す。この装置は、ガス化炉Ａとタール含有ガス洗浄装置Ｂを有する。
【００４０】
ガス化炉Ａは、可燃性ガス製造の原料である含炭素物質を、水素、一酸化炭素、炭化水素（メタン、エタン、エチレン等）等の工業的に有効な成分に加えてタールおよびダストを含むタール含有ガス１に転換する。
【００４１】
タール含有ガス洗浄装置Ｂは、タール含有ガス１中のタールのうち相対的に沸点の高い成分（重質タール）を除去する油スクラバー１０２、油スクラバーで浄化されたガス３中に含まれる相対的に沸点の低い成分（軽質タール）を除去する水スクラバー１０８を有する。
【００４２】
油スクラバー１０２には、ガス３中に含まれていた重質タールをダストと共に洗浄油１２から分離する固液分離器１０４が接続され、水スクラバー１０８には、軽質タールを洗浄水２２から分離するための油水分離器１０９や循環される洗浄水を冷却するための冷却器１１３が接続される。この他に必要に応じて油スクラバーから排出される洗浄油を昇圧するための油スクラバーポンプ１０３、固液分離器１０４下流に設けられる洗浄油タンク１０５、洗浄油タンクから洗浄油を油スクラバーに供給するための洗浄油ポンプ１０６、油水分離器から排出される軽質タールを昇圧する軽質タールポンプ１１１、洗浄水を循環するための洗浄水ポンプ１１２が設置される。洗浄水冷却器などには、熱交換器、例えば多管円筒式熱交換器を用いることができ、洗浄水ポンプなどには、ポンプ、例えば遠心式ポンプを用いることができる。
【００４３】
図１に従い本発明の一形態を更に詳細に説明する。
【００４４】
まず水素および一酸化炭素に加えてタールおよびダストを含む高温のタール含有可燃性ガス１は、油スクラバー１０２の運転温度に適当な温度まで適宜調整され、油スクラバー１０２に導入される。
【００４５】
ガス１中にダイオキシンが再生成する可能性のある成分が含まれる場合には、上記温度調整のために、ダイオキシンの再生成を避けるため急冷機能を備えた水急冷装置１０１を設置することが好ましい。ダイオキシンの再生成の問題がない場合には、全体の熱の有効利用を考えて、水急冷装置に替えてボイラを設置しガス１の持つ顕熱によりスチームを発生させて熱回収を行うこと、あるいは熱交換器を設けてガス１の持つ顕熱により他の流体の加熱を行うことができる。
【００４６】
温度調節されたガス２は、油スクラバー１０２へ例えば２００℃程度の温度で供給される。油スクラバー１０２に供給するガス２の温度は、ガス２中のタールが凝縮しない範囲で、生成するタールの性状により適宜適切な温度を決めればよい。
【００４７】
油スクラバーでは、ガス２から主にダストと重質タールが除去される。タール分の除去には洗浄油の物性を考慮して、適切な洗浄油を選べばよい。
【００４８】
油スクラバーにおいて、ガス２に含まれるタールのうち、油スクラバーの運転温度以上の沸点を有するタールである重質タールが洗浄油から分離され、重質タールを含む洗浄油１２がスクラバーから排出される。このときダストは重質タールと共に分離される。一方、油スクラバーの運転温度未満の沸点を有するタールである軽質タールは、油スクラビングされたガス３中に残存する。
【００４９】
油スクラバーには、気液接触装置を用いることができ、基本的に液体は鉛直上方から下方に向かって供給されるが、液体と接触する気体は、液体の流れに対して向流あるいは並流のいずれでもよい。気液接触装置としては、例えば、気体と液体の接触を良くするように充填物が充填された充填塔、棚段の設置された棚段塔を用いることができる。棚段としては、タールやダストで閉塞しにくい棚段、例えば多孔板が好ましく、この場合、流れの形態は並流が好ましい。好適な棚段として、例えば、スウィングトレイ（Ｓｗｉｎｇ Ｔｒａｙ）と呼ばれる特許第３０６１７５０号公報に示されるトレイを挙げることができる。
【００５０】
例えば２００℃に温度制御されたガス２は、例えば４０℃に制御された循環洗浄油１１と接触し、冷却され、重質タールは凝縮し、ダストは捕集され、重質タールとダストを含んだ循環洗浄油１２は油スクラバー１０２下部から油スクラバーポンプ１０３で抜き出され、ポンプで昇圧された洗浄油１３は固液分離器１０４で重質タールおよびダスト１７が分離される。
【００５１】
固液分離器は固形物と液を分離するもので、特に型式は限定されないが、ここではサイクロンを用いている。ここではダストが重質タールを含む形態で固形物として分離されるが、固形物は油分（タール）を含んでいるので、適宜利用することができる。その利用方法の一つに、他の可燃性固形物と共に燃焼炉等での燃焼に利用することが考えられる。
【００５２】
固液分離器１０４で重質タール及びダストを除去された循環洗浄油１４は、洗浄油タンク１０５に送られ、ここで補給用の洗浄油１８と混合され、ライン１５を通り、洗浄油ポンプ１０６により昇圧され、昇圧された洗浄油１６は洗浄油冷却器１０７に送られ冷却水で適宜適切な温度まで冷却され、再び油スクラバー１０２へ送られ、洗浄油として用いられる。
【００５３】
循環洗浄油１１の温度は、油スクラバー１０２の運転温度、循環洗浄油１１の物性を考慮して決めればよい。洗浄油としてＬＣＯを使用した場合には、１２０℃程度の温度が好ましく選ばれる。洗浄油に他の種類の洗浄油が選ばれた場合には、その選ばれた洗浄油の性質を考慮して油スクラバーの運転条件を選ぶことができる。
【００５４】
タール及びダストの大部分が除去された油スクラバー１０２から出たガス３は、水スクラバー１０８に供給され、洗浄水２１によってスクラビングされ、ガス中に含まれる軽質なタールが除去され、製品ガス４となる。
【００５５】
製品ガス中のダストの量については、例えば製品ガスをガスタービンなどの燃料として用いる場合には１０ｍｇ／Ｎｍ3以下、製品ガスを化学品合成の原料として用いる場合には０．０２ｍｇ／Ｎｍ3以下とすることが好ましい。しかし、油および水スクラビングによって、製品ガス中のダストの量を上記範囲まで低下させる必要はない。油および水スクラビングによって、ガス中のダスト量を、バグフィルターや電気集塵機で処理するに好適な範囲まで落とし、その上でバグフィルターや電気集塵機によってダストの量を上記範囲にすることもできる。
【００５６】
製品ガス中のタールの量については、例えば製品ガスをガスタービンなどの燃料として用いる場合には５０ｍｇ／Ｎｍ3以下、製品ガスを化学品合成の原料として用いる場合には０．１ｍｇ／Ｎｍ3以下とすることが好ましい。
【００５７】
水スクラバー１０８としては、気液接触装置を用いることができ、基本的に液体は鉛直上方から下方に向かって供給されるが、液体と接触する気体は、液体の流れに対して向流あるいは並流のいずれでもよい。気液接触装置としては、例えば、気体と液体の接触を良くするように充填物が充填された充填塔を用いることができるが、棚段の設置された棚段塔を用いることもできる。充填物としては、ラシヒリング、レッシングリング、ベルルサドル、インタロックスサドル、テラレット、ボールリングなどを挙げることができる。
【００５８】
軽質タールを含有する洗浄水２２は、油水分離器１０９にて、軽質タール３１と、洗浄水２３とに分離され、必要に応じて洗浄水２３の一部２６は系外に排出され、残る洗浄水２４は洗浄水ポンプ１１２によって昇圧される。昇圧された洗浄水２５は冷却器１１３に送られて温度調節され、洗浄水２１として水スクラバーに供給される。
【００５９】
また、例えば、塩化物を含む廃棄物を原料としてガス化する場合、ガス化により得られるタール含有ガス１中に塩化物が含まれることがある。塩化物を含む製品ガスを工業用原料として用い、触媒反応を行うと、触媒が被毒される場合もある。このように、タール含有ガス１中に、製品ガスを利用する上で問題を生じる不純物が含まれる場合、この水スクラバー１０８で不純物を処理することもできる。不純物が塩化物であれば、例えば吸収剤としてアルカリを用いて中和することができる。具体的には、アルカリ性の洗浄水を用いることができる。さらに、この中和方法において結晶性の物質が生成する場合は、油水分離器１０９の下流（例えば油水分離器と洗浄水ポンプ１１２の間）に固液分離装置を設け、結晶性物質が分離された液体部分を水スクラバーに送ることができる。
【００６０】
製品ガス中には、洗浄油の一部や軽質タールの一部が含まれているが、製品ガスの仕様を考慮して、これらの成分の許容値が満たされるように、水スクラバー１０８の運転温度を決めることができる。水スクラバー１０８の運転温度を高くすると、製品ガスに含まれる洗浄油や軽質タールの濃度は高くなり、温度を低くすると製品ガスに含まれる洗浄油や軽質タールの濃度は低くなる。
【００６１】
油水分離器１０９としては、例えば比重による油水分離器を用いて軽質タールと水を分離することができる。分離された軽質タール３１は、油スクラバー１０２の洗浄油１１に使用することも可能であるし（このときはライン３２および３４を使用する）、系外に抜出して燃料等に使用してもよい（このときはライン３２および３３を使用する）。
【００６２】
また、取り扱いの容易さの観点から、重質タール及びダスト１７に、例えばライン１９を利用して循環する洗浄油の一部を混ぜ、液状にすることもできる。また、粘度調節等のために、重質タール及びダスト１７の温度を調節する熱交換器１２０を設けることもできる。
【００６３】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づき更に詳細に説明する。
【００６４】
〔実施例１〕
図１に示すフローに従って、タールおよびダストの洗浄・除去を行った。表１に示すように、タール含有ガス中のタール分は２０ｇ／Ｎｍ3であった。
【００６５】
バイオマスをガス化溶融炉によりガス化して得られた、表１に示す組成のガス１を、温度７００℃で水急冷装置１０１に供給し、油スクラバー１０２への供給温度２００℃となるよう急冷水にて急冷した。この２００℃のガス２は、油スクラバー１０２にて４０℃の循環洗浄油１１で洗浄され、油スクラバーの運転温度である１２０℃まで冷却され、ガス中の重質タール（沸点が１２０℃以上のタール）は凝縮し、ライン１２からダストとともに１２０℃で排出され、油スクラバーポンプ１０３によって固液分離器１０４に送られ固形物１７（重質タールとダスト）が分離された。固形物の分離された循環洗浄油１４は、洗浄油タンク１０５に送られ、新たに供給された洗浄油１８と混合し、ライン１５を通って、洗浄油ポンプ１０６により洗浄油冷却器１０７に送られ、４０℃に温度調節され、油スクラバー１０２に循環された。洗浄油は、取扱の容易さから、ＬＣＯ（Ｌｉｇｈｔ Ｃｙｃｌｅ Ｏｉｌ：軽油相当）とした。ＬＣＯ洗浄油の供給条件を表１に示す。
【００６６】
ダストと重質タールが分離された１２０℃のガス３は、水スクラバー１０８に供給された。水スクラバー１０８では、ガス３は３５℃の循環洗浄水２１と接触し、水スクラバーの運転温度である４０℃まで冷却され、ガス３中の軽質タールが４０℃でライン２２へ除去された。軽質タールの除去された４０℃のガス４は製品ガスとなり系外へ導出された。製品ガス４の条件を表１に示す。
【００６７】
水スクラバー１０８下部からの軽質タールを含む循環洗浄水２２は油水分離器１０９に供給され、軽質タール３１と循環洗浄水２３とに分離された。分離された軽質タールは、軽質タール３３として系外に導出された。また、循環洗浄水２３の一部は排水２６として系外に排出され、適切な処理が行われた。軽質タール３３、排水２６の条件を表１に示す。
【００６８】
本発明のガス処理装置で処理したところ、製品ガス中のダスト、タール濃度は表１のようになった。
【００６９】
【表１】
図１に示すフローに従って、タールおよびダストの洗浄・除去を行った。
【００７０】
表２に示すように、タール分は２００ｇ／Ｎｍ3であった。原料中のタール分が実施例１と異なる以外は、実施例１と同様の操作を行った。結果を表２に示す。
【００７１】
【表２】
図１に示すフローに従って、タールおよびダストの洗浄・除去を行った。
【００７２】
表３に示すように、タール分は５ｇ／Ｎｍ3であった。原料中のタール分が実施例１と異なる以外は、実施例１と同様の操作を行った。結果を表３に示す。
【００７３】
【表３】
図２に示すフローに従って、タールおよびダストの洗浄・除去を行った。ガス化炉Ｃから得られたガス２１１（組成を表４に示す）を温度７００℃でボイラ２０１に供給し、温度２００℃まで冷却し、水スクラバー２０２に供給した。この２００℃のタール含有ガスは３５℃の循環水２１３と接触し、タールは凝縮し、ダストは捕集され、循環水２１２中に洗浄・除去された。循環水２１２はスクラバーポンプ２０３で固液分離器２０５に送られ、固形物（重質タールおよびダスト）２１５が分離された。固形物を除去した循環水は冷却器２０４へ送られ、スクラバー２０２の運転に必要な温度まで冷却され、補給用の洗浄水２１６と混合され、スクラバー２０２に供給された。運転を続けていたが、２４０時間後に冷却器２０４の差圧上昇が認められ、冷却器２０４の開放点検を行ったところ、熱交換用のチューブにタールの付着が確認された。これにより、長期間の運転は困難であることが推定された。表４に、製品ガス２１４の組成および固形物の組成を示す。
【００７４】
【表４】
【００７５】
【発明の効果】
本発明により、タールを含むガス中のタールを長期間連続して除去することのできるガス洗浄方法および装置が提供された。また、ゴミやバイオマス等の含炭素物質をガス化して可燃性ガスを長期間連続して製造できる方法および装置が提供された。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の実施の一形態を示すフロー図である。
【図２】図２は、従来技術を説明するためのフロー図である。
【符号の説明】
Ａ：ガス化炉
Ｂ：タール含有ガス洗浄装置
Ｃ：ガス化炉
１：タール含有ガス
３：油スクラビングされたガス
４：製品ガス
１１：循環洗浄油
１７：固形物（重質タールおよびダスト）
１８：補給用洗浄油
２１：循環洗浄水
２６：排水
３３：軽質タール
１０１：水急冷装置
１０２：油スクラバー
１０３：油スクラバーポンプ
１０４：固液分離器
１０５：洗浄油タンク
１０６：洗浄油ポンプ
１０７：洗浄油冷却器
１０８：水スクラバー
１０９：油水分離器
１１１：軽質タールポンプ
１１２：洗浄水ポンプ
１１３：洗浄水冷却器
Claims (8)
- タールおよびダストを含むタール含有ガス中のタール含有量を低減するタール含有ガスの洗浄方法において、
該タール含有ガスを洗浄油によりスクラビングする油スクラビングを行う油スクラビング工程と、
該油スクラビング工程を経たタール含有ガスを洗浄水によりスクラビングする水スクラビングを行う水スクラビング工程と、
該油スクラビング工程から得られる洗浄油からタールおよびダストを分離するタールおよびダスト分離工程と、
該タールおよびダスト分離工程から得られる洗浄油を該油スクラビング工程に循環する工程と
を有することを特徴とするタール含有ガスの洗浄方法。 - 前記タール含有ガスに含まれるタールのうち、
相対的に沸点の高い重質タールを前記油スクラビングによってタール含有ガスから分離し、
相対的に沸点の低い軽質タールを前記水スクラビングによってタール含有ガスから分離する、
請求項１記載の方法。 - 前記水スクラビングによって分離された軽質タールを、前記油スクラビング工程において洗浄油として用いる請求項２記載の方法。
- ガス化原料をガス化して、水素および一酸化炭素を含有する可燃性ガスを製造する可燃性ガス製造方法において、
ガス化原料をガス化して、水素および一酸化炭素に加えてタールおよびダストを含むタール含有可燃性ガスを製造するガス化工程と、
該タール含有可燃性ガスを洗浄油によりスクラビングする油スクラビングを行う油スクラビング工程と、
該油スクラビング工程を経たタール含有可燃性ガスを洗浄水によりスクラビングする水スクラビングを行う水スクラビング工程と、
該油スクラビング工程から得られる洗浄油からタールおよびダストを分離するタールおよびダスト分離工程と、
該タールおよびダスト分離工程から得られる洗浄油を該油スクラビング工程に循環する工程と
を有することを特徴とする可燃性ガス製造方法。 - タールおよびダストを含むタール含有ガス中のタール含有量を低減するためのタール含有ガスの洗浄装置において、
該タール含有ガスを洗浄油によりスクラビングする油スクラビングを行う油スクラバーと、
該油スクラバーから排出されるタール含有ガスを洗浄水によりスクラビングする水スクラビングを行う水スクラバーと、
前記油スクラバーから排出される洗浄油からタールおよびダストを分離するための固液分離器と、
該固液分離器によってタールおよびダストが分離された洗浄油を該油スクラバーに循環する洗浄油循環ラインと
を有することを特徴とするタール含有ガスの洗浄装置。 - さらに、
前記洗浄油循環ラインには洗浄油を冷却するための洗浄油冷却手段が設けられ、かつ、
前記水スクラバーから排出される洗浄水からタールを分離するためのタール分離手段と、該タール分離手段によってタールが分離された洗浄水を該水スクラバーに循環する洗浄水循環ラインとを有し、該洗浄水循環ラインには洗浄水を冷却するための洗浄水冷却手段が設けられた
請求項５記載の装置。 - さらに、前記タール分離手段によって分離されたタールを、前記油スクラバーに洗浄油として供給する手段を有する請求項６記載の装置。
- ガス化原料をガス化して、水素および一酸化炭素を含有する可燃性ガスを製造する可燃性ガス製造装置において、
ガス化原料をガス化して、水素および一酸化炭素に加えてタールおよびダストを含むタール含有可燃性ガスを製造するガス化装置と、
該タール含有可燃性ガスを洗浄油によりスクラビングする油スクラビングを行う油スクラバーと、
該油スクラバーから排出されるタール含有可燃性ガスを洗浄水によりスクラビングする水スクラビングを行う水スクラバーと、
前記油スクラバーから排出される洗浄油からタールおよびダストを分離するための固液分離器と、
該固液分離器によってタールおよびダストが分離された洗浄油を該油スクラバーに循環する洗浄油循環ラインと
を有することを特徴とする可燃性ガス製造装置。
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