JP4428683B2 - ガス精製システム並びにガス精製方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は乾ガス精製装置を備えたガス精製システム並びにガス精製方法に関し、詳しくは、熱効率の高い乾式ガス精製方式による乾ガス精製装置を備えたガス精製システム並びにガス精製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
固形燃料や有機系廃棄物を加熱して熱分解し、ガス化して生成されたガスの有する熱エネルギーを発電に利用したり、燃料に変換したりする場合に、生成ガス中に含まれる有害な酸性成分を無害化処理することが必要になる。その方法としては、一般に湿式ガス精製方法が採用されている。
【０００３】
湿式ガス精製方法は、ＭＥＡ（モノエタノールアミン）法などの化学吸収法、セレクゾール法などの物理吸収法、その他に直接酸化法などがあり、夫々一長一短があるが、化学工業ではＭＥＡ法などの化学吸収法が多く採用されており、発電用としては物理吸収法が主に採用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、湿式ガス精製方法は生成したガスを水処理するため、冷却されて１００℃以下程度にまでなり、生成ガスの有する高温の熱エネルギーを利用することができず、熱効率が極めて悪いという問題がある。つまり、ガス化して生成された熱エネルギーは温度が高いほど高効率でガスタービン等に利用することができ、発電効率も高くなるので、できるだけ高い温度のまま有害な酸性成分を除外することが望ましいが、従来の湿式ガス精製方法では、高い熱効率で利用することはできなかった。しかも、湿式ガス精製方法の場合、排水処理を行う必要があり、そのためにも多大なスペースを必要としたり、複雑な設備を必要としている。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、廃棄物などを加熱して生成したガスの有する熱エネルギーを可能な限り保存しつつ高い熱効率で利用できる乾ガス精製装置を備えたガス精製システム並びにガス精製方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的は各請求項記載の発明により達成される。すなわち、本発明に係る乾ガス精製装置の特徴構成は、ガス化装置により生成されるガスに、加熱されて多孔質になるアルカリ性薬剤を供給して混合する混合器と、この混合器により混合され中和された前記生成ガス中の反応生成物を処理する集塵手段とを備えることにある。
【０００７】
この構成によれば、ガス化装置により生成された生成ガス中に含まれる酸性成分は効果的に中和除去されて精製されるので、湿式ガス精製方法のように水中を通す必要がなく、生成ガスの有する熱エネルギーを損なうことなく保存して利用でき、利用に際して高い熱効率を達成することができる。しかも、常圧で生成ガスを精製でき、高圧ガス操業に伴う付帯設備を要することがなく、装置の製造コストを低減できる。
【０００８】
その結果、固形燃料、各種産業廃棄物、生ゴミ等の一般廃棄物などを加熱して生成したガスの有する熱エネルギーを可能な限り保存しつつ高い熱効率で利用できる乾ガス精製装置を提供することができた。
【０００９】
前記アルカリ性薬剤が炭酸水素ナトリウムであり、この炭酸水素ナトリウムを微粉砕する粉砕機を備えていて、この粉砕機によって微粉砕された炭酸水素ナトリウムが不活性ガスと共に前記混合器に送給されることが好ましい。
【００１０】
この構成によれば、粉砕機により微粉砕され活性度を高められた炭酸水素ナトリウムが、混合器中において生成ガス中の酸性成分と効率よく中和反応し、生成ガス中の酸性成分を一層効果的に除去できる。
【００１１】
又、本発明に係るガス精製システムの特徴構成は、ガス化装置の下流側に配置されてこのガス化装置により生成されるガスを除塵するセラミックフィルターと、このセラミックフィルターにより除塵された前記生成ガスから熱回収する熱回収装置と、この熱回収装置を通過した前記生成ガスを精製する請求項１又は２の乾ガス精製装置とを備えることにある。
【００１２】
この構成によれば、ガス化装置により生成された生成ガスは、含有する煤塵をセラミックフィルターで除去され、高い熱エネルギーを有したままボイラー設備などに熱利用でき、更に、酸性成分も乾ガス精製装置により効果的に中和除去されて精製されるので、湿式ガス精製方法のように生成ガスを水中に通す必要がなく、従って、生成ガスの有する熱エネルギーを損なうことなく保存して利用でき、高い熱効率を達成することができる。しかも、高圧を必要とする煤塵除去設備を設けていないので、常圧で生成ガスを精製でき、高圧ガス操業に伴う付帯設備を要することがなく、システム全体を低コストに構成できる。
【００１３】
その結果、生成したガスの有する熱エネルギーを可能な限り保存しつつ高い熱効率で利用でき、しかも常圧で操業可能なガス精製システムを提供することができた。
【００１４】
更に又、本発明に係るガス精製方法の特徴構成は、廃棄物を加熱・分解して生成したガスをセラミックフィルターにより除塵し、除塵された前記生成ガスから熱回収すると共に熱回収された前記生成ガスに、加熱されて多孔質になるアルカリ性薬剤を供給して混合し、この混合され中和された前記生成ガス中の反応生成物を集塵処理して精製することにある。
【００１５】
この構成によれば、廃棄物などを加熱して生成したガスの有する熱エネルギーを可能な限り保存しつつ高い熱効率で利用できるガス精製方法を提供することができた。
【００１６】
前記アルカリ性薬剤が炭酸水素ナトリウムであり、これを微粉砕して、不活性ガスと共に送給して前記生成ガスと混合することが好ましい。
【００１７】
この構成によれば、活性度を高められた炭酸水素ナトリウムが、生成ガス中の酸性成分と効率よく中和反応し、生成ガス中の酸性成分を一層効果的に除去できて都合がよい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施形態に係るガス精製システムの概略全体構成を示す。ガス化装置の１種であるガス化炉１に各種固形燃料や有機系廃棄物などの原料を投入して加熱・分解し、ガス化した後、この生成したガスを冷却することなく、セラミックフィルター２内を透過させ、生成ガスの持つ高温エネルギーを回収すべく熱回収する際に有害となるガス中の塵芥を除去する。ガス化炉１により生成されたガスは、廃棄物の性状にもよるが、通常、９００℃前後に加熱されている。そこで、セラミックフィルター２としては、窒化珪素、アルミナ、窒化炭素製など耐熱性を有するものを使用する。セラミックフィルターの孔径としては、排ガス中の飛灰を除去できればよく、通常、数十μｍ程度のものを使用できる。
【００１９】
除塵されたガスは、適量の給水を受けて熱交換機能を有する熱回収器３により熱回収され、その熱エネルギーはボイラー設備４などに送られて有効に利用される。この場合の給水として、具体的には、ボイラー設備４の規模にもよるが、例えば、１２０℃程度に加熱された水蒸気を用いて、熱回収器３から排出されるときには２００℃程度に加熱されてボイラー設備４に送給される。
【００２０】
本ガス精製システムは、従来の湿式ガス精製方式のように生成ガスを低温に冷却する必要がなく、生成ガスの高い熱エネルギーをそのまま利用できるので、利用効率は極めて高いものとなる。しかも、生成ガスには煤塵が除去されているので、生成ガスの熱伝達率は向上し、生成ガスの有する高温エネルギーを有効に利用でき、高い熱効率を達成できるようになる。のみならず、生成ガスから煤塵が除かれていることにより、熱回収器３を構成する水管に磨耗や腐食が生じるのを著しく低減でき、水管の寿命延長と蒸気の高温化が可能になる。
【００２１】
熱回収されたガスは、更に、乾ガス精製装置に送られて生成ガス中の酸性成分が除去させる。まず、生成ガスはエジェクターのような混合器５に送給されて、ここで炭酸水素ナトリウム粉末を吹き付けられて混合され、生成ガス中の酸性成分は中和処理される。この炭酸水素ナトリウムは、当初数十μｍ〜数ｍｍ程度の粉粒体であり、これをスクリュー付きのテーブルフィーダーのような切出装置６により粉砕機７に供給し、この粉砕機７により数μｍ程度のサイズの微粉末状に粉砕される。粉粒体の炭酸水素ナトリウムは、一般に粉砕機７に送られる配管中などに詰まったりし易いが、切出装置６を設けることにより確実に粉砕機７に送給される。
【００２２】
微粉末状の炭酸水素ナトリウムは不活性ガスと共に混合器５中に吹き込まれて、生成ガスと十分に混合される。尚、不活性ガスとしては、生成ガスを燃焼させないガスであれば、水蒸気、空気などを用いることもでき、もとよりヘリウム、アルゴン等の他、窒素などを含むものであり、これらは生成ガスの性状などにより選択可能であるが、窒素を用いると安価であり、生成ガスを燃焼させることもないので好ましい。
【００２３】
炭酸水素ナトリウムを混合された生成ガスは、生成ガスの有する残留熱により多孔質が促進された炭酸水素ナトリウムと効果的に反応し、生成ガス中の酸性成分は中和処理されて、生成ガス中の酸性成分は除去される。すなわち、炭酸水素ナトリウムは、１４０〜３００℃程度の温度域に加熱されることにより、次式のように分解されてガス成分が揮発し、多孔質になって、活性化されたＮａ₂ ＣＯ₃ となる。
【００２４】
２ＮａＨＣＯ₃ → Ｎａ₂ ＣＯ₃ ＋ＣＯ₂ ＋Ｈ₂ Ｏ
このようにして生成された多孔質の活性化Ｎａ₂ ＣＯ₃ は、生成ガス中の酸性成分と効果的に反応し、湿式処理した場合と同等またはそれ以上の顕著な脱硫、脱塩効果を発揮し、ガスの中和反応が促進されることになる。この場合、炭酸水素ナトリウムは、ガス中の酸性成分の量に対応する量だけ投入されることが好ましい。そのために、ガス中の酸性成分量を混合器５の上流側でモニターしておき、その結果に基づいて炭酸水素ナトリウムの投入量を自動的あるいは手動的に制御するようにすればよい。ガス中の酸性成分量の測定方法は特に限定されるものではなく、各種ガスセンサーを設けると共に、その測定結果をフィードバックして炭酸水素ナトリウムの投入量を制御する方式の採用などが考えられる。ガス中の酸性成分の測定に、半導体レーザ吸光分光方式のレーザ式ガス分析計を採用してもよく、これを用いる場合は検出速度が早いので、制御がタイミングよくできて特に好ましい。
【００２５】
中和処理された生成ガスは、集塵手段であるバグフィルターやセラミックフィルター（生成ガスが高温の場合に特に好ましい）等の集塵器８により反応生成物を除去され、精製され無害化される。この段階で生成ガスは、例えば２００〜３００℃程度になっており、更にガスタービン等に送給されて有効に発電に寄与させることができる。もとより、生成ガスは清浄化されているので、大気中に排出されてもよい。
【００２６】
以上のように、本実施形態に係るガス精製システムの場合、高圧にすることなく常圧で操業できるので、ガス化装置なども殊更複雑かつ大掛かりなものにする必要がなく、システム全体の製造コストや操業コストあるいは保守に要するコストを、従来の乾式精製システムに比べて顕著に低減できることになる。
【００２７】
〔別実施の形態〕
（１） 本発明に実施可能なガス化装置は、特に限定されるものではなく、ストーカ炉、キルン式や流動床式やシャフト炉式などの各種ガス化溶融炉、その他の各種焼却炉など、有機廃棄物を含む廃棄物などを加熱・分解してガス化する装置であればよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るガス精製システムの概略全体構成ブロック図
【符号の説明】
１ ガス化装置
２ セラミックフィルター
３ 熱回収器
５ 混合器
７ 粉砕機
８ 集塵手段

Claims (2)

1. 固形燃料および／または廃棄物を投入して加熱・分解し、９００℃またはその９００℃前後の近傍の温度に加熱されたガスを生成するガス化装置と、
   このガス化装置の下流側に配置されてこのガス化装置により生成されるガスを除塵するセラミックフィルターと、
   このセラミックフィルターにより除塵された前記生成ガスから熱回収する熱回収装置と、
   この熱回収装置を通過した前記生成ガスを精製するための乾ガス精製装置とを備えるガス精製システムであって、
   前記乾ガス精製装置は、
   加熱されて多孔質になる炭酸水素ナトリウムを微粉砕する粉砕機と、
   前記熱回収装置から送られたガスに、前記粉砕機によって微粉砕された炭酸水素ナトリウムを不活性ガスと共に供給して混合する混合器と、
   この混合器により混合され中和された前記生成ガス中の反応生成物を処理する集塵手段と、を備え、
   前記集塵手段で処理された後のガス温度が２００〜３００℃に構成され、当該ガスが発電手段に提供可能に構成されることを特徴とするガス精製システム。
2. 固形燃料および／または廃棄物を加熱・分解し、９００℃またはその９００℃前後の近傍の温度に加熱されたガスを生成し、
   この生成されたガスをセラミックフィルターにより除塵し、
   除塵された前記生成ガスから熱回収すると共に熱回収された前記生成ガスに、加熱されて多孔質になる炭酸水素ナトリウムを微粉砕して、不活性ガスと共に供給して混合し、
   この混合され中和された前記生成ガス中の反応生成物を集塵処理して精製し、温度が２００〜３００℃の生成ガスとし、
   温度が２００〜３００℃に構成されたガスを発電手段に提供可能に構成することを特徴とするガス精製方法。

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