JP4014848B2 - 廃棄物処理システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、廃棄物を処理する廃棄物処理システムに係り、特に有機物を含む各種の廃棄物から有害物質の発生を抑制しつつ極めて効率良くクリーンガスを得ることができ、有効なエネルギーを回収し、ガスリサイクル等の確立を図ることができる廃棄物処理システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、有機物を含む一般廃棄物まはた産業廃棄物等の処理システムとして、乾留による熱分解を利用するもの（例えば特公平８−２４９０４号公報、特開平９−７９５４８号公報等）がある。この処理システムにおいて、金属を含む有機性廃棄物を分離する際、発生したガスからエネルギーを回収している。
【０００３】
たとえばこれらの処理システムでは、廃棄物をシュレッダで粉砕した後に熱分解炉で高熱の下で熱分解処理して熱分解ガスと固形物とに分離する。次に固形物に含有される金属を分離したのち、固形物と熱分解ガスを、酸化剤あるいは必要に応じてコークス等を添加して、高温の加熱ガスに変換している。
【０００４】
このような処理システムから排出される二次物質は、同工程内のエネルギ源として利用される物質と、処理システムから排出される物質とに二分される。この処理システムでは、リサイクルできる物質を最小のエネルギで製造および処理することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した公知技術や他の従来処理システムでは、有害ガスの発生抑制が必ずしも十分ではなく、またクリーンガスの回収効率あるいはリサイクル性が低い。さらには処理能力や装置耐久性が低い等の問題があり、有機物を含む廃棄物の処理に対しては未だ定着し得る技術とはなっていないのが実情である。
【０００６】
即ち、熱分解炉で発生した有機性の熱分解ガスに含まれる高分子炭化水素を分解して低分子の炭化水素とするためには、１０００℃前後の高温環境でガス改質する必要があるが、この高温度を得るために、ガス改質器において熱分解ガスのかなりの部分を燃焼させてしまうため、回収効率の点で改良の余地がある。また、固形物をガス化する工程でも、それに含まれる金属酸化物を溶融無害化するために、１４００℃前後の高温度が必要となり、この高温度を得るため、固形物中の可燃成分の大部分を燃焼してしまっている。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、廃棄物中に含まれる有機物のガス化を向上させることができ、さらに可燃性ガスの回収率を一層向上させることができる廃棄物処理システムを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、被処理物となる廃棄物を熱分解する熱分解炉と、この熱分解によって生成した熱分解ガスを可燃性ガスに改質するガス改質器と、ガス改質器から供給される可燃性ガスを冷却する第１熱交換器と、熱分解炉から排出される固体残さをガス化溶融することにより可燃性ガスと溶融スラグを生成するガス化溶融炉と、ガス化溶融炉から供給される可燃性ガスを冷却する第２熱交換器と、ガス改質器およびガス化溶融炉で各々生成する可燃性ガス中の有害成分を除去するガス浄化装置と、を備え、ガス改質器またはガス化溶融炉に、酸化剤注入機構を設け、ガス浄化装置で有害成分が除去された可燃性ガスを、廃棄物処理システム内の第１熱交換機および第２熱交換機より上流側へ流量を制御しつつ戻しラインを介して戻し、可燃性ガスを冷却する第１熱交換器入口の可燃性ガスの温度は、ガス改質器の制御温度＋３００℃より小さく、可燃性ガスを冷却する第２熱交換器入口の可燃性ガスの温度は、ガス化溶融炉の制御温度＋３００℃より小さいことを特徴とする廃棄物処理システムである。
【０００９】
本発明は、ガス改質器は反応空間を形成する耐火壁を有し、耐火壁外面温度と雰囲気温度との差は５０℃以下となることを特徴とする廃棄物処理システムである。
【００１０】
本発明は、ガス改質器の耐火壁外面に、内部空間を有する２重壁が設けられていることを特徴とする廃棄物処理システムである。
【００１１】
本発明は、ガス改質器の２重壁の内部空間に空気が満たされていることを特徴とする廃棄物処理システムである。
【００１２】
本発明は、ガス改質器の２重壁の内部空間に断熱材が満たされていることを特徴とする廃棄物処理システムである。
【００１３】
本発明は、ガス改質器の２重壁の内部空間を真空とすることを特徴とする廃棄物処理システムである。
【００１４】
本発明は、ガス改質器の酸化剤注入機構は大気中の平均酸素濃度を上回る濃度の酸化剤をガス改質器に注入することを特徴とする廃棄物処理システムである。
【００１５】
本発明は、ガス改質器の酸化剤注入機構は乾燥させた空気を酸化剤として注入することを特徴とする廃棄物処理システムである。
【００１６】
本発明は、ガス改質器の酸化剤注入機構は酸素を富化した空気を酸化剤として注入することを特徴とする廃棄物処理システムである。
【００１７】
本発明は、 ガス改質器の酸化剤注入機構は酸素を酸化剤として注入することを特徴とする廃棄物処理システムである。
【００１９】
本発明は、ガス化溶融炉は反応空間を形成する耐火壁を有し、耐火壁外面温度と雰囲気温度との差は５０℃以下となることを特徴とする廃棄物処理システムである。
【００２０】
本発明は、ガス化溶融炉の耐火壁外面に、内部空間を有する２重壁が設けられていることを特徴とする廃棄物処理システムである。
【００２１】
本発明は、ガス化溶融炉の２重壁の内部空間に空気が満たされていることを特徴とする廃棄物処理システムである。
【００２２】
本発明は、ガス化溶融炉の２重壁の内部空間に断熱材が満たされていることを特徴とする廃棄物処理システムである。
【００２３】
本発明は、ガス改質器の２重壁の内部空間を真空とすることを特徴とする廃棄物処理システムである。
【００２４】
本発明は、ガス化溶融炉の酸化剤注入機構は、大気中の平均酸素濃度を上回る濃度の酸化剤をガス化溶融炉に注入することを特徴とする廃棄物処理システムである。
【００２５】
本発明は、ガス化溶融炉の酸化剤注入機構は、乾燥させた空気を酸化剤として注入することを特徴とする廃棄物処理システムである。
【００２６】
本発明は、ガス化溶融炉の酸化剤注入機構は、酸素を富化した空気を酸化剤として注入することを特徴とする廃棄物処理システムである。
【００２７】
本発明は、ガス化溶融炉の酸化剤注入機構は、酸素を酸化剤として注入することを特徴とする廃棄物処理システムである。
【００２９】
本発明は、被処理物となる廃棄物を熱分解する熱分解炉と、この熱分解によって生成した熱分解ガスを可燃性ガスに改質するガス改質器と、ガス改質器から供給される可燃性ガスを冷却する第１熱交換器と、熱分解炉から排出される固体残さをガス化溶融することにより可燃性ガスと溶融スラグを生成するガス化溶融炉と、ガス化溶融炉から供給される可燃性ガスを冷却する第２熱交換器と、ガス改質器およびガス化溶融炉で各々生成する可燃性ガス中の有害成分を除去するガス浄化装置と、を備え、ガス浄化装置で有害成分が除去された可燃性ガスを、廃棄物処理システム内の第１熱交換機および第２熱交換機より上流側へ流量を制御しつつ戻しラインを介して戻し、可燃性ガスを冷却する第１熱交換器入口の可燃性ガスの温度は、ガス改質器の制御温度＋３００℃より小さく、可燃性ガスを冷却する第２熱交換器入口の可燃性ガスの温度は、ガス化溶融炉の制御温度＋３００℃より小さいことを特徴とする廃棄物処理システムである。
【００３０】
本発明は、ガス浄化装置からの可燃性ガスの戻しラインは熱分解炉の入口に接続されていることを特徴とする廃棄物処理システムである。
【００３１】
本発明は、ガス浄化装置からの可燃性ガスの戻しラインはガス改質器の入口に接続されていることを特徴とする廃棄物処理システムである。
【００３２】
本発明は、ガス浄化装置からの可燃性ガスの戻しラインはガス化溶融炉の入口に接続されていることを特徴とする廃棄物処理システムである。
【００３３】
本発明は、ガス浄化装置からの可燃性ガスの戻しラインは第１熱交換器の入口に接続されていることを特徴とする廃棄物処理システムである。
【００３４】
本発明は、ガス浄化装置からの可燃性ガスの戻しラインは、熱分解炉の入口、ガス改質器の入口、ガス化溶融炉の入口、第１熱交換器の入口のうち、２つ以上に接続されていることを特徴とする廃棄物処理システムである。
【００３５】
【発明の実施の形態】
第１の実施の形態
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１乃至図２１は、本発明による廃棄物処理システムの第１の実施の形態を示す図である。
【００３６】
図１に示すように、廃棄物処理システム１は、被処理物となる廃棄物を熱分解して熱分解ガスを生成する熱分解炉２と、熱分解炉２から生成した熱分解ガスを可燃性ガスに改質するガス改質器３と、ガス改質器３で生成する可燃性ガスを冷却する第１熱交換器４と、第１熱交換器４を通った可燃性ガスからダスト分を除去するバグフィルタ５とを備えている。
【００３７】
また熱分解炉２から排出される固体残さは、ガス化溶融炉７に送られてガス化溶融処理され、可燃性ガスと溶融スラグとを生成する。ガス化溶融炉７から生成する可燃性ガスは第２熱交換器８で冷却され、バグフィルタ５を通った可燃性ガスと合流する。その後、合流後の可燃性ガスはスクラバ（ガス浄化装置）６において、可燃性ガス中の有害成分が除去された後、クリーンガスとなって外方へ排出される。
【００３８】
他方、スクラバ６から生成する汚水は、水処理装置９において処理される。
【００３９】
またガス改質器３およびガス化溶融炉７には、酸化剤を注入するための酸化剤注入機構３ａ，７ａが各々取付けられている。
【００４０】
ところで図２に示すように、ガス改質器３は内部に反応空間１０ａを形成する耐火壁１０を有しており、この耐火壁１０には熱分解炉２から送られる熱分解ガスと酸化剤注入機構３ａから注入される酸化剤が流入する入口１１が設けられている。また、耐火壁１０の反応空間１０ａ内には、制御用温度計１２が設置されている。
【００４１】
次にこのような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。図１に示すように、一般廃棄物あるいは産業廃棄物が一辺が最大約１００ｍｍ程度の寸法に破砕され、さらに必要に応じて乾燥した後、熱分解炉２に投入される。熱分解炉２では、空気を遮断した条件で廃棄物を、有機化合物の熱分解温度以上、すなわち４００〜６５０℃の温度で間接加熱する。この間接加熱により、廃棄物に含まれる有機化合物は熱分解し、ガスと固体残さに分解する。
【００４２】
熱分解炉２で生成した熱分解ガスは、ガス改質器３に送られる。ガス改質器３では、導入した熱分解ガスを、酸化剤注入機構３ａから注入された酸化剤により反応させ、この際の反応熱を効率良く利用することにより９００〜１２００℃の高温度を得て、熱分解ガス中の高分子量炭化水素から低分子量炭化水素への改質を完全に行うことができる。この際、ガス改質器３内において、有害なダイオキシン類もこの高温加熱によって、完全に分解し無害化することができる。次に、改質された可燃性ガスは第１熱交換器４に導入され、直接冷却ないしは間接冷却により導入ガスを２３０〜１６０℃にまで数秒以内で急冷する。その後、第１熱交換器４からの可燃性ガスは、バグフィルタ５で除塵された後、スクラバ６へ導かれて有害成分が除去される。
【００４３】
一方、熱分解炉２で生成した固体残さは、ガス化溶融炉７に送られる。ガス化溶融炉７では、導入した固体残さを酸化剤注入機構７ａから注入された酸化剤により反応させ、この際の反応熱を効率良く利用することにより１２００〜１６００℃の高温度を得て、固体残さ中の炭素を一酸化炭素へガス化する。さらに、ガス化溶融炉７内において、反応熱により、固体残さ中の灰を溶融しスラグとして回収する。ガス化溶融炉７内で生成した一酸化炭素を主体とする可燃性ガスは、第２熱交換器８に導入され、この第２熱交換器８内で直接冷却あるいは間接冷却により数秒以内で急冷される。
【００４４】
第２熱交換器８内で冷却されたガス化溶融炉７からの可燃性ガスは、ガス改質器３からの可燃性ガスと合流し、スクラバ６へ導入される。スクラバ６では、除塵・水洗浄・アルカリ溶液洗浄・酸性溶液洗浄・固体吸着剤による洗浄のうち１つあるいは２つ以上の組み合わせにより、生成した可燃性ガスをクリーンな燃料ガス（クリーンガス）へ変換する。
【００４５】
このように、ガス改質器３とガス化溶融炉７において、熱分解ガスおよび固体残さと、酸化剤との反応熱を効率良く利用することにより、燃料ガスである可燃性ガスの回収量を増加させることができる。この間、図２に示すように、ガス改質器３において、耐火壁１０の外面温度は外方の雰囲気温度＋５０℃以下に保たれている。
【００４６】
次に図３乃至図２１により本発明の変形例について説明する。図３に示す変形例はガス改質器の構成が異なるのみである。他の構成は図１および図２に示す実施の形態と略同一であり、図１および図２に示す実施の形態と同一部分には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００４７】
図３に示すように、改質器３の耐火壁１０の外面に内部空間１５ａを有する２重壁１５が設けられている。本実施の形態によれば、改質器３の耐火壁１０の断熱性を高めることができる。
【００４８】
なお図４に示すように、図３において説明した改質器３の２重壁１５内の内部空間１５ａを空気層１６で充てんしてもよい。
【００４９】
さらに図５に示すように、図３において説明した改質器３の２重壁１５内の内部空間１５ａに断熱材１７を充てんしてもよい。
【００５０】
また図６に示すように、図３において説明した改質器３の２重壁１５内の内部空間１５ａを真空状態として真空層１８を形成してもよい。
【００５１】
図７に示す変形例はガス改質器の構成が異なるのみである。他の構成は図１および図２に示す実施の形態と略同一であり、図１および図２に示す実施の形態と同一部分には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００５２】
図７に示すように、ガス改質器３の酸化剤注入機構３ａから酸化剤として、酸素濃度が大気中の平均酸素濃度を上回る酸化剤がガス改質器３内に注入される。
【００５３】
なお、図８に示すように、ガス改質器３の酸化剤注入機構３ａから酸化剤として、乾燥させた空気をガス改質器３内に注入してもよい。
【００５４】
また図９に示すように、ガス改質器３の酸化剤注入機構３ａから酸化剤として、酸素を富化させた空気をガス改質器３内に注入してもよい。
【００５５】
また図１０に示すように、ガス改質器３の酸化剤注入機構３ａから酸化剤として、酸素をガス改質器３内に注入してもよい。
【００５６】
さらに図１１に示すように、第１熱交換器４の入口における可燃性ガス温度は、ガス改質器３内の制御温度＋３００°より小さいことが好ましい。
【００５７】
図１２に示す変形例において、ガス化溶融炉７が特定の構成を有している。他の構成は図１および図２に示す実施の形態と略同一であり、図１および図２に示す実施の形態と同一部分には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００５８】
図１２に示すように、ガス化溶融炉７は反応空間２０ａを形成する耐火壁２０を有しており、この耐火壁２０には熱分解炉２から送られる固体残さと酸化剤注入機構７ａから注入される酸化剤が注入する入口２１が設けられている。また耐火壁２０の反応空間２０ａ内には、制御用温度計２２が設置されている。
【００５９】
また耐火壁２０の外面は、外方の雰囲気温度＋５０℃以下に保たれている。
【００６０】
図１３に示す変形例は、ガス化溶融炉７の耐火壁２０の外面に、内部空間２５ａを有する２重壁２５を設けたものであり、他は図１２に示す変形例と略同一である。図１３において、ガス化溶融炉７の断熱性を高めることができる。
【００６１】
なお、図１４に示すように、図１３において説明したガス化溶融炉７の２重壁２５内の内部空間２５ａを空気層２６で充てんしてもよい。
【００６２】
さらに、図１５に示すように、図１３において説明したガス化溶融炉７の２重壁２５内の内部空間２５ａに断熱材１７を充てんしてもよい。
【００６３】
また図１６に示すように、図１３において説明したガス化溶融炉７の２重壁２５内の内部空間２５ａを真空状態として真空層２８を形成してもよい。
【００６４】
図１７に示す変形例はガス化溶融炉７の構成が異なるのみである。他の構成は図１および図２に示す実施の形態と略同一であり、図１および図２に示す実施の形態と同一部分には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００６５】
図１７に示すように、ガス化溶融炉７の酸化剤注入機構７ａから酸化剤として、酸素濃度が大気中の平均酸素濃度を上回る酸化剤がガス化溶融炉７内に注入される。
【００６６】
なお、図１８に示すように、ガス化溶融炉７の酸化剤注入機構７ａから酸化剤として、乾燥させた空気をガス化溶融炉７内へ注入してもよい。
【００６７】
また図１９に示すように、ガス化溶融炉７の酸化剤注入機構７ａから酸化剤として、酸素を富化させた空気をガス化溶融炉７へ注入してもよい。
【００６８】
また図２０に示すように、ガス化溶融炉７の酸化剤注入機構７ａから酸化剤として、酸素をガス化溶融炉７内へ注入してもよい。
【００６９】
さらに図２１に示すように、第２熱交換器８の入口における可燃性ガス温度は、ガス化溶融炉７内の制御温度＋３００℃より小さいことが好ましい。
【００７０】
第２の実施の形態
図２２乃至図３５は本発明による廃棄物処理システムの第２の実施の形態を示す図である。
【００７１】
図２２に示すように、廃棄物処理システム１は、被処理物となる廃棄物を熱分解して熱分解ガスを生成する熱分解炉２と、熱分解炉２から生成した熱分解ガスを可燃性ガスに改質するガス改質器３と、ガス改質器３で生成する可燃性ガスを冷却する第１熱交換器４と、第１熱交換器４を送った可燃性ガスからダスト分を除去するバグフィルタ５とを備えている。
【００７２】
また熱分解炉２から排出される固体残さは、ガス化溶融炉に送られてガス化溶融処理され、可燃性ガスと溶融スラグとを生成するガス化溶融炉７から生成する可燃性ガスは第２熱交換器８で冷却され、バグフィルタ５を通った可燃性ガスと合流する。その後、合流後の可燃性ガスはスクラバ（ガス浄化装置）６において、可燃性ガス中の有害成分が除去された後、クリーンガスとなって外方へ排出される。
【００７３】
他方、スクラバ６から生成する汚水は、水処理装置９において処理される。またスクラバ６からの可燃性ガス（クリーンガス）は、戻しライン３０を介して、熱分解炉２の入口、ガス改質器３の入口、第１熱交換器４の入口、およびガス化溶融炉７の入口へ戻される。
【００７４】
次にこのような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。図２２に示すように、一般廃棄物あるいは産業廃棄物が一辺が最大約１００ｍｍ程度の寸法に破砕され、さらに必要に応じて乾燥した後、熱分解炉２に投入される。熱分解炉２では、空気を遮断した条件で、廃棄物を有機化合物の熱分解温度以上、すなわち４００〜６５０℃の温度で間接加熱する。この間接加熱により、廃棄物に含まれる有機化合物は熱分解し、ガスと固体残さに分解する。
【００７５】
熱分解炉２で生成した熱分解ガスは、ガス改質器３に送られる。ガス改質器３では、導入した熱分解ガスは、酸化剤注入機構３ａから注入された酸化剤により反応される。この際、反応熱を効率良く利用することにより９００〜１２００℃の高温度を得て、熱分解ガス中の高分子量炭化水素から低分子量炭化水素への改質を完全に行なうことができる。この際、ガス改質器３内において有害なダイオキシン類も、この高温加熱によって完全に分解し無害化することができる。次に、改質された可燃性ガスは第１熱交換器４に導入され、２３０〜１６０℃にまで急冷されて熱が回収される。その後、第１熱交換器４からの可燃性ガスは、バグフィルタ５で除塵された後、スクラバ６へ導かれて有害成分が除去される。
【００７６】
一方、熱分解炉２で生成した固体残さは、ガス化溶融炉７に送られる。ガス化溶融炉７では、導入した固体残さを酸化剤注入機構７ａから注入された酸化剤により反応させ、この際の反応熱を効率良く利用することにより１２００〜１６００℃の高温度を得て、固体残さ中の炭素を一酸化炭素へガス化する。さらに、ガス化溶融炉７内において、反応熱により、固体残さ中の灰を溶融しスラグとして回収する。ガス化溶融炉７内で生成した一酸化炭素を主体とする可燃性ガスは、第２熱交換器８に導入されて急冷され、熱が回収される。
【００７７】
第２熱交換器８内を冷却されたガス化溶融炉７からの可燃性ガスは、ガス改質器３からの可燃性ガスと合流し、スクラバ６へ導入される。スクラバ６では、除塵・水洗浄・アルカリ溶液洗浄・酸性溶液洗浄・固体吸着剤による洗浄のうち１つあるいは２つ以上の組み合わせにより、生成した可燃性ガスをクリーンな燃料ガス（クリーンガス）へ変換する。
【００７８】
本実施形態では、このように、ガス改質器３とガス化溶融炉７において、ごみ由来の有機化合物ないし炭素を、高温度場を用いて有用な燃料ガスへ変換することができる。またこのガス変換に用いた高温度場の熱エネルギーを有効利用するため、ガス改質器３およびガス化溶融炉７の後段に第１および第２熱交換器４，８を設置している。
【００７９】
この第１および第２熱交換器４，８の性能を高い値で維持しシステムの運転の安定性を確保するためには、流入する流体の温度と流量を常時最適値に制御することが有効である。そこで、この最適値制御のために、スクラバ６からのクリーンガスを戻しライン３０を介して第１および第２熱交換器４，８より上流側、すなわち熱分解炉２の入口、ガス改質器３の入口、第１熱交換器４の入口およびガス化溶融炉７の入口へ流量を制御しつつ戻す。これにより、第１および第２熱交換器４，８入口の流体の温度と流量を常に最適値に制御することができる。
【００８０】
この場合、スクラバ６からのクリーンガスを全量、戻しライン３０を介して戻してもよく、スクラバ６から一部のクリーンガスを戻しライン３０を介して戻してもよい。
【００８１】
次に図２３乃至図３５により本発明の変形例について説明する。まず図２３に示す変形例は、ガス改質器３およびガス化溶融炉７に、外部エネルギ供給部３ｂおよび外部エネルギ供給部７ｂから外部エネルギを供給したものである。図２３において、他の構成は図２２に示す実施の形態と略同一であり、図２２に示す実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００８２】
図２３において、ガス改質器３およびガス化溶融炉７に外部エネルギ供給部３ｂ，７ｂから外部エネルギを供給するので、戻しライン３０からのクリーンガスとともにガス改質器３およびガス化溶融炉７を適切に加熱することができる。
【００８３】
また図２４に示すように、熱分解炉２、ガス改質器３、およびガス化溶融炉７に、外部エネルギ供給部２ｂ，３ｂ，７ｂから外部エネルギを供給してもよい。なお図２４において、他の構成は図２２に示す実施の形態と略同一であり、図２２に示す実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００８４】
さらに図２５に示すように、熱分解炉２、ガス改質器３、およびガス化溶融炉７に、外部エネルギ供給部２ｂ，３ｂ，７ｂから電気エネルギを各々供給してもよい。なお、図２５において、他の構成は図２２に示す実施の形態と略同一であり、図２２に示す実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００８５】
図２６に示す変形例は戻しライン３０の構成が異なるが、図２６において、他の構成は図２２に示す実施の形態と略同一であり、図２２に示す実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００８６】
図２６に示すように、スクラバ６から出るクリーンガスは戻しライン３０を介して熱分解炉２の入口に戻されるようになっている。また熱分解炉２には、外部エネルギ供給部２ｂから外部エネルギが供給されるようになっている。
【００８７】
また、図２７に示すように、スクラバ６から出るクリーンガスを戻しライン３０を介して改質器３の入口に戻してもよい。図２７において、他の構成は図２２に示す実施の形態と略同一であり、図２２に示す実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００８８】
図２７に示すように、改質器３にはクリーンガスが供給されるとともに、外部エネルギ供給部３ｂから外部エネルギが供給される。
【００８９】
図２８に示す変形例は戻しライン３０の構成が異なるが、図２８において、他の構成は図２２に示す実施の形態と略同一であり、図２２に示す実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００９０】
図２８に示すように、スクラバ６から出るクリーンガスは戻しライン３０を介してガス化溶融炉７の入口に戻されるようになっている。
【００９１】
またガス化溶融炉７には、外部エネルギ供給部７ｂから外部燃料が供給される。ガス化溶融炉７はクリーンガスと外部燃料とによって適切に加熱される。
【００９２】
図２９に示す変形例は戻しライン３０の構成が異なるが、図２９において、他の構成は図２２に示す実施の形態と略同一であり、図２２に示す実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００９３】
図２９に示すように、スクラバ６から出るクリーンガスは戻しライン３０を介して第１熱交換器４の入口に戻される。
【００９４】
図３０に示す変形例は、ガス改質器３に外部エネルギ供給部３ｂを設けるとともに、この外部エネルギ供給部３ｂからガス改質器３内に外部エネルギを供給したものである。図３０において、他の構成は図２２に示す実施の形態と略同一であり、図２２に示す実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００９５】
図３１に示す変形例は戻しライン３０の構成が異なるが、図３１において、他の構成は図２２に示す実施の形態と略同一であり、図２２に示す実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００９６】
図３１に示すように、スクラバ６から出るクリーンガスは戻しライン３０を介して熱分解炉２の入口に戻されるようになっている。
【００９７】
また熱分解炉２には、外部エネルギ供給部２ｂから電気エネルギが供給され、熱分解炉２をクリーンガスと電気エネルギとによって適切に加熱することができる。
【００９８】
図３２に示す変形例は戻しライン３０の構成が異なるが、図３１において、他の構成は図２２に示す実施の形態と略同一であり、図２２に示す実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００９９】
図３１に示すように、スクラバ６から出るクリーンガスは戻しライン３０を介してガス改質器３の入口に戻されるようになっている。
【０１００】
また、ガス改質器３には、外部エネルギ供給部３ｂから電気エネルギが供給され、ガス改質器３をクリーンガスと電気エネルギとによって適切に加熱することができる。
【０１０１】
図３３に示す変形例は、戻しライン３０の構成が異なるが、図３３において、他の構成は図２２に示す実施の形態と略同一であり、図２２に示す実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【０１０２】
図３３に示すように、スクラバ６から出るクリーンガスは戻しライン３０を介してガス化溶融炉７の入口に戻される。
【０１０３】
また、ガス化溶融炉７には、外部エネルギ供給部７ｂから電気エネルギが供給され、ガス化溶融炉７をクリーンガスと電気エネルギとによって適切に加熱することができる。
【０１０４】
図３４に示す変形例は、戻しライン３０の構成が異なるが、図３４において、他の構成は図２２に示す実施の形態と略同一であり、図２２に示す実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【０１０５】
図３４に示すように、スクラバ６から出るクリーンガスは戻しライン３０を介して第１熱交換器４の入口に戻される。
【０１０６】
図３５に示す変形例は、ガス改質器３およびガス化溶融炉７に、各々外部エネルギ供給部３ｂ，７ｂを設けたものである。図３５において、他の構成は図２２に示す実施の形態と略同一であり、図２２に示す実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【０１０７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、廃棄物中の有機物のガス化を向上させることができる。また生成された可燃性ガスの回収率を安定させ、かつ向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による廃棄物処理システムの第１の実施の形態を示す全体構成図。
【図２】図１に示すガス改質器の詳細図。
【図３】本発明の変形例を示す改質器の詳細図。
【図４】本発明の変形例を示す改質器の詳細図。
【図５】本発明の変形例を示す改質器の詳細図。
【図６】本発明の変形例を示す改質器の詳細図。
【図７】本発明の変形例を示す廃棄物処理システムの全体構成図。
【図８】本発明の変形例を示す廃棄物処理システムの全体構成図。
【図９】本発明の変形例を示す廃棄物処理システムの全体構成図。
【図１０】本発明の変形例を示す廃棄物処理システムの全体構成図。
【図１１】本発明の変形例を示す廃棄物処理システムの全体構成図。
【図１２】本発明の変形例を示す改質器の詳細図。
【図１３】本発明の変形例を示す改質器の詳細図。
【図１４】本発明の変形例を示す改質器の詳細図。
【図１５】本発明の変形例を示す改質器の詳細図。
【図１６】本発明の変形例を示す改質器の詳細図。
【図１７】本発明の変形例を示す廃棄物処理システムの全体構成図。
【図１８】本発明の変形例を示す廃棄物処理システムの全体構成図。
【図１９】本発明の変形例を示す廃棄物処理システムの全体構成図。
【図２０】本発明の変形例を示す廃棄物処理システムの全体構成図。
【図２１】本発明の変形例を示す廃棄物処理システムの全体構成図。
【図２２】本発明による廃棄物処理システムの第２の実施の形態を示す全体構成図。
【図２３】本発明の変形例を示す廃棄物処理システムの全体構成図。
【図２４】本発明の変形例を示す廃棄物処理システムの全体構成図。
【図２５】本発明の変形例を示す廃棄物処理システムの全体構成図。
【図２６】本発明の変形例を示す廃棄物処理システムの全体構成図。
【図２７】本発明の変形例を示す廃棄物処理システムの全体構成図。
【図２８】本発明の変形例を示す廃棄物処理システムの全体構成図。
【図２９】本発明の変形例を示す廃棄物処理システムの全体構成図。
【図３０】本発明の変形例を示す廃棄物処理システムの全体構成図。
【図３１】本発明の変形例を示す廃棄物処理システムの全体構成図。
【図３２】本発明の変形例を示す廃棄物処理システムの全体構成図。
【図３３】本発明の変形例を示す廃棄物処理システムの全体構成図。
【図３４】本発明の変形例を示す廃棄物処理システムの全体構成図。
【図３５】本発明の変形例を示す廃棄物処理システムの全体構成図。
【符号の説明】
１ 廃棄物処理システム
２ 熱分解炉
２ｂ 外部エネルギ供給部
３ ガス改質器
３ａ 酸化剤注入機構
３ｂ 外部エネルギ供給部
４ 第１熱交換器
５ バグフィルタ
６ スクラバ
７ ガス化溶融炉
７ａ 酸化剤注入機構
７ｂ 外部エネルギ供給部
８ 第２熱交換器
９ 水処理装置
１０ 耐火壁
１０ａ 反応空間
１５ ２重壁
２０ 耐火壁
２０ａ 反応空間
２５ ２重壁
【発明の属する技術分野】
本発明は、廃棄物を処理する廃棄物処理システムに係り、特に有機物を含む各種の廃棄物から有害物質の発生を抑制しつつ極めて効率良くクリーンガスを得ることができ、有効なエネルギーを回収し、ガスリサイクル等の確立を図ることができる廃棄物処理システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、有機物を含む一般廃棄物まはた産業廃棄物等の処理システムとして、乾留による熱分解を利用するもの（例えば特公平８−２４９０４号公報、特開平９−７９５４８号公報等）がある。この処理システムにおいて、金属を含む有機性廃棄物を分離する際、発生したガスからエネルギーを回収している。
【０００３】
たとえばこれらの処理システムでは、廃棄物をシュレッダで粉砕した後に熱分解炉で高熱の下で熱分解処理して熱分解ガスと固形物とに分離する。次に固形物に含有される金属を分離したのち、固形物と熱分解ガスを、酸化剤あるいは必要に応じてコークス等を添加して、高温の加熱ガスに変換している。
【０００４】
このような処理システムから排出される二次物質は、同工程内のエネルギ源として利用される物質と、処理システムから排出される物質とに二分される。この処理システムでは、リサイクルできる物質を最小のエネルギで製造および処理することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した公知技術や他の従来処理システムでは、有害ガスの発生抑制が必ずしも十分ではなく、またクリーンガスの回収効率あるいはリサイクル性が低い。さらには処理能力や装置耐久性が低い等の問題があり、有機物を含む廃棄物の処理に対しては未だ定着し得る技術とはなっていないのが実情である。
【０００６】
即ち、熱分解炉で発生した有機性の熱分解ガスに含まれる高分子炭化水素を分解して低分子の炭化水素とするためには、１０００℃前後の高温環境でガス改質する必要があるが、この高温度を得るために、ガス改質器において熱分解ガスのかなりの部分を燃焼させてしまうため、回収効率の点で改良の余地がある。また、固形物をガス化する工程でも、それに含まれる金属酸化物を溶融無害化するために、１４００℃前後の高温度が必要となり、この高温度を得るため、固形物中の可燃成分の大部分を燃焼してしまっている。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、廃棄物中に含まれる有機物のガス化を向上させることができ、さらに可燃性ガスの回収率を一層向上させることができる廃棄物処理システムを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、被処理物となる廃棄物を熱分解する熱分解炉と、この熱分解によって生成した熱分解ガスを可燃性ガスに改質するガス改質器と、ガス改質器から供給される可燃性ガスを冷却する第１熱交換器と、熱分解炉から排出される固体残さをガス化溶融することにより可燃性ガスと溶融スラグを生成するガス化溶融炉と、ガス化溶融炉から供給される可燃性ガスを冷却する第２熱交換器と、ガス改質器およびガス化溶融炉で各々生成する可燃性ガス中の有害成分を除去するガス浄化装置と、を備え、ガス改質器またはガス化溶融炉に、酸化剤注入機構を設け、ガス浄化装置で有害成分が除去された可燃性ガスを、廃棄物処理システム内の第１熱交換機および第２熱交換機より上流側へ流量を制御しつつ戻しラインを介して戻し、可燃性ガスを冷却する第１熱交換器入口の可燃性ガスの温度は、ガス改質器の制御温度＋３００℃より小さく、可燃性ガスを冷却する第２熱交換器入口の可燃性ガスの温度は、ガス化溶融炉の制御温度＋３００℃より小さいことを特徴とする廃棄物処理システムである。
【０００９】
本発明は、ガス改質器は反応空間を形成する耐火壁を有し、耐火壁外面温度と雰囲気温度との差は５０℃以下となることを特徴とする廃棄物処理システムである。
【００１０】
本発明は、ガス改質器の耐火壁外面に、内部空間を有する２重壁が設けられていることを特徴とする廃棄物処理システムである。
【００１１】
本発明は、ガス改質器の２重壁の内部空間に空気が満たされていることを特徴とする廃棄物処理システムである。
【００１２】
本発明は、ガス改質器の２重壁の内部空間に断熱材が満たされていることを特徴とする廃棄物処理システムである。
【００１３】
本発明は、ガス改質器の２重壁の内部空間を真空とすることを特徴とする廃棄物処理システムである。
【００１４】
本発明は、ガス改質器の酸化剤注入機構は大気中の平均酸素濃度を上回る濃度の酸化剤をガス改質器に注入することを特徴とする廃棄物処理システムである。
【００１５】
本発明は、ガス改質器の酸化剤注入機構は乾燥させた空気を酸化剤として注入することを特徴とする廃棄物処理システムである。
【００１６】
本発明は、ガス改質器の酸化剤注入機構は酸素を富化した空気を酸化剤として注入することを特徴とする廃棄物処理システムである。
【００１７】
本発明は、 ガス改質器の酸化剤注入機構は酸素を酸化剤として注入することを特徴とする廃棄物処理システムである。
【００１９】
本発明は、ガス化溶融炉は反応空間を形成する耐火壁を有し、耐火壁外面温度と雰囲気温度との差は５０℃以下となることを特徴とする廃棄物処理システムである。
【００２０】
本発明は、ガス化溶融炉の耐火壁外面に、内部空間を有する２重壁が設けられていることを特徴とする廃棄物処理システムである。
【００２１】
本発明は、ガス化溶融炉の２重壁の内部空間に空気が満たされていることを特徴とする廃棄物処理システムである。
【００２２】
本発明は、ガス化溶融炉の２重壁の内部空間に断熱材が満たされていることを特徴とする廃棄物処理システムである。
【００２３】
本発明は、ガス改質器の２重壁の内部空間を真空とすることを特徴とする廃棄物処理システムである。
【００２４】
本発明は、ガス化溶融炉の酸化剤注入機構は、大気中の平均酸素濃度を上回る濃度の酸化剤をガス化溶融炉に注入することを特徴とする廃棄物処理システムである。
【００２５】
本発明は、ガス化溶融炉の酸化剤注入機構は、乾燥させた空気を酸化剤として注入することを特徴とする廃棄物処理システムである。
【００２６】
本発明は、ガス化溶融炉の酸化剤注入機構は、酸素を富化した空気を酸化剤として注入することを特徴とする廃棄物処理システムである。
【００２７】
本発明は、ガス化溶融炉の酸化剤注入機構は、酸素を酸化剤として注入することを特徴とする廃棄物処理システムである。
【００２９】
本発明は、被処理物となる廃棄物を熱分解する熱分解炉と、この熱分解によって生成した熱分解ガスを可燃性ガスに改質するガス改質器と、ガス改質器から供給される可燃性ガスを冷却する第１熱交換器と、熱分解炉から排出される固体残さをガス化溶融することにより可燃性ガスと溶融スラグを生成するガス化溶融炉と、ガス化溶融炉から供給される可燃性ガスを冷却する第２熱交換器と、ガス改質器およびガス化溶融炉で各々生成する可燃性ガス中の有害成分を除去するガス浄化装置と、を備え、ガス浄化装置で有害成分が除去された可燃性ガスを、廃棄物処理システム内の第１熱交換機および第２熱交換機より上流側へ流量を制御しつつ戻しラインを介して戻し、可燃性ガスを冷却する第１熱交換器入口の可燃性ガスの温度は、ガス改質器の制御温度＋３００℃より小さく、可燃性ガスを冷却する第２熱交換器入口の可燃性ガスの温度は、ガス化溶融炉の制御温度＋３００℃より小さいことを特徴とする廃棄物処理システムである。
【００３０】
本発明は、ガス浄化装置からの可燃性ガスの戻しラインは熱分解炉の入口に接続されていることを特徴とする廃棄物処理システムである。
【００３１】
本発明は、ガス浄化装置からの可燃性ガスの戻しラインはガス改質器の入口に接続されていることを特徴とする廃棄物処理システムである。
【００３２】
本発明は、ガス浄化装置からの可燃性ガスの戻しラインはガス化溶融炉の入口に接続されていることを特徴とする廃棄物処理システムである。
【００３３】
本発明は、ガス浄化装置からの可燃性ガスの戻しラインは第１熱交換器の入口に接続されていることを特徴とする廃棄物処理システムである。
【００３４】
本発明は、ガス浄化装置からの可燃性ガスの戻しラインは、熱分解炉の入口、ガス改質器の入口、ガス化溶融炉の入口、第１熱交換器の入口のうち、２つ以上に接続されていることを特徴とする廃棄物処理システムである。
【００３５】
【発明の実施の形態】
第１の実施の形態
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１乃至図２１は、本発明による廃棄物処理システムの第１の実施の形態を示す図である。
【００３６】
図１に示すように、廃棄物処理システム１は、被処理物となる廃棄物を熱分解して熱分解ガスを生成する熱分解炉２と、熱分解炉２から生成した熱分解ガスを可燃性ガスに改質するガス改質器３と、ガス改質器３で生成する可燃性ガスを冷却する第１熱交換器４と、第１熱交換器４を通った可燃性ガスからダスト分を除去するバグフィルタ５とを備えている。
【００３７】
また熱分解炉２から排出される固体残さは、ガス化溶融炉７に送られてガス化溶融処理され、可燃性ガスと溶融スラグとを生成する。ガス化溶融炉７から生成する可燃性ガスは第２熱交換器８で冷却され、バグフィルタ５を通った可燃性ガスと合流する。その後、合流後の可燃性ガスはスクラバ（ガス浄化装置）６において、可燃性ガス中の有害成分が除去された後、クリーンガスとなって外方へ排出される。
【００３８】
他方、スクラバ６から生成する汚水は、水処理装置９において処理される。
【００３９】
またガス改質器３およびガス化溶融炉７には、酸化剤を注入するための酸化剤注入機構３ａ，７ａが各々取付けられている。
【００４０】
ところで図２に示すように、ガス改質器３は内部に反応空間１０ａを形成する耐火壁１０を有しており、この耐火壁１０には熱分解炉２から送られる熱分解ガスと酸化剤注入機構３ａから注入される酸化剤が流入する入口１１が設けられている。また、耐火壁１０の反応空間１０ａ内には、制御用温度計１２が設置されている。
【００４１】
次にこのような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。図１に示すように、一般廃棄物あるいは産業廃棄物が一辺が最大約１００ｍｍ程度の寸法に破砕され、さらに必要に応じて乾燥した後、熱分解炉２に投入される。熱分解炉２では、空気を遮断した条件で廃棄物を、有機化合物の熱分解温度以上、すなわち４００〜６５０℃の温度で間接加熱する。この間接加熱により、廃棄物に含まれる有機化合物は熱分解し、ガスと固体残さに分解する。
【００４２】
熱分解炉２で生成した熱分解ガスは、ガス改質器３に送られる。ガス改質器３では、導入した熱分解ガスを、酸化剤注入機構３ａから注入された酸化剤により反応させ、この際の反応熱を効率良く利用することにより９００〜１２００℃の高温度を得て、熱分解ガス中の高分子量炭化水素から低分子量炭化水素への改質を完全に行うことができる。この際、ガス改質器３内において、有害なダイオキシン類もこの高温加熱によって、完全に分解し無害化することができる。次に、改質された可燃性ガスは第１熱交換器４に導入され、直接冷却ないしは間接冷却により導入ガスを２３０〜１６０℃にまで数秒以内で急冷する。その後、第１熱交換器４からの可燃性ガスは、バグフィルタ５で除塵された後、スクラバ６へ導かれて有害成分が除去される。
【００４３】
一方、熱分解炉２で生成した固体残さは、ガス化溶融炉７に送られる。ガス化溶融炉７では、導入した固体残さを酸化剤注入機構７ａから注入された酸化剤により反応させ、この際の反応熱を効率良く利用することにより１２００〜１６００℃の高温度を得て、固体残さ中の炭素を一酸化炭素へガス化する。さらに、ガス化溶融炉７内において、反応熱により、固体残さ中の灰を溶融しスラグとして回収する。ガス化溶融炉７内で生成した一酸化炭素を主体とする可燃性ガスは、第２熱交換器８に導入され、この第２熱交換器８内で直接冷却あるいは間接冷却により数秒以内で急冷される。
【００４４】
第２熱交換器８内で冷却されたガス化溶融炉７からの可燃性ガスは、ガス改質器３からの可燃性ガスと合流し、スクラバ６へ導入される。スクラバ６では、除塵・水洗浄・アルカリ溶液洗浄・酸性溶液洗浄・固体吸着剤による洗浄のうち１つあるいは２つ以上の組み合わせにより、生成した可燃性ガスをクリーンな燃料ガス（クリーンガス）へ変換する。
【００４５】
このように、ガス改質器３とガス化溶融炉７において、熱分解ガスおよび固体残さと、酸化剤との反応熱を効率良く利用することにより、燃料ガスである可燃性ガスの回収量を増加させることができる。この間、図２に示すように、ガス改質器３において、耐火壁１０の外面温度は外方の雰囲気温度＋５０℃以下に保たれている。
【００４６】
次に図３乃至図２１により本発明の変形例について説明する。図３に示す変形例はガス改質器の構成が異なるのみである。他の構成は図１および図２に示す実施の形態と略同一であり、図１および図２に示す実施の形態と同一部分には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００４７】
図３に示すように、改質器３の耐火壁１０の外面に内部空間１５ａを有する２重壁１５が設けられている。本実施の形態によれば、改質器３の耐火壁１０の断熱性を高めることができる。
【００４８】
なお図４に示すように、図３において説明した改質器３の２重壁１５内の内部空間１５ａを空気層１６で充てんしてもよい。
【００４９】
さらに図５に示すように、図３において説明した改質器３の２重壁１５内の内部空間１５ａに断熱材１７を充てんしてもよい。
【００５０】
また図６に示すように、図３において説明した改質器３の２重壁１５内の内部空間１５ａを真空状態として真空層１８を形成してもよい。
【００５１】
図７に示す変形例はガス改質器の構成が異なるのみである。他の構成は図１および図２に示す実施の形態と略同一であり、図１および図２に示す実施の形態と同一部分には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００５２】
図７に示すように、ガス改質器３の酸化剤注入機構３ａから酸化剤として、酸素濃度が大気中の平均酸素濃度を上回る酸化剤がガス改質器３内に注入される。
【００５３】
なお、図８に示すように、ガス改質器３の酸化剤注入機構３ａから酸化剤として、乾燥させた空気をガス改質器３内に注入してもよい。
【００５４】
また図９に示すように、ガス改質器３の酸化剤注入機構３ａから酸化剤として、酸素を富化させた空気をガス改質器３内に注入してもよい。
【００５５】
また図１０に示すように、ガス改質器３の酸化剤注入機構３ａから酸化剤として、酸素をガス改質器３内に注入してもよい。
【００５６】
さらに図１１に示すように、第１熱交換器４の入口における可燃性ガス温度は、ガス改質器３内の制御温度＋３００°より小さいことが好ましい。
【００５７】
図１２に示す変形例において、ガス化溶融炉７が特定の構成を有している。他の構成は図１および図２に示す実施の形態と略同一であり、図１および図２に示す実施の形態と同一部分には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００５８】
図１２に示すように、ガス化溶融炉７は反応空間２０ａを形成する耐火壁２０を有しており、この耐火壁２０には熱分解炉２から送られる固体残さと酸化剤注入機構７ａから注入される酸化剤が注入する入口２１が設けられている。また耐火壁２０の反応空間２０ａ内には、制御用温度計２２が設置されている。
【００５９】
また耐火壁２０の外面は、外方の雰囲気温度＋５０℃以下に保たれている。
【００６０】
図１３に示す変形例は、ガス化溶融炉７の耐火壁２０の外面に、内部空間２５ａを有する２重壁２５を設けたものであり、他は図１２に示す変形例と略同一である。図１３において、ガス化溶融炉７の断熱性を高めることができる。
【００６１】
なお、図１４に示すように、図１３において説明したガス化溶融炉７の２重壁２５内の内部空間２５ａを空気層２６で充てんしてもよい。
【００６２】
さらに、図１５に示すように、図１３において説明したガス化溶融炉７の２重壁２５内の内部空間２５ａに断熱材１７を充てんしてもよい。
【００６３】
また図１６に示すように、図１３において説明したガス化溶融炉７の２重壁２５内の内部空間２５ａを真空状態として真空層２８を形成してもよい。
【００６４】
図１７に示す変形例はガス化溶融炉７の構成が異なるのみである。他の構成は図１および図２に示す実施の形態と略同一であり、図１および図２に示す実施の形態と同一部分には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００６５】
図１７に示すように、ガス化溶融炉７の酸化剤注入機構７ａから酸化剤として、酸素濃度が大気中の平均酸素濃度を上回る酸化剤がガス化溶融炉７内に注入される。
【００６６】
なお、図１８に示すように、ガス化溶融炉７の酸化剤注入機構７ａから酸化剤として、乾燥させた空気をガス化溶融炉７内へ注入してもよい。
【００６７】
また図１９に示すように、ガス化溶融炉７の酸化剤注入機構７ａから酸化剤として、酸素を富化させた空気をガス化溶融炉７へ注入してもよい。
【００６８】
また図２０に示すように、ガス化溶融炉７の酸化剤注入機構７ａから酸化剤として、酸素をガス化溶融炉７内へ注入してもよい。
【００６９】
さらに図２１に示すように、第２熱交換器８の入口における可燃性ガス温度は、ガス化溶融炉７内の制御温度＋３００℃より小さいことが好ましい。
【００７０】
第２の実施の形態
図２２乃至図３５は本発明による廃棄物処理システムの第２の実施の形態を示す図である。
【００７１】
図２２に示すように、廃棄物処理システム１は、被処理物となる廃棄物を熱分解して熱分解ガスを生成する熱分解炉２と、熱分解炉２から生成した熱分解ガスを可燃性ガスに改質するガス改質器３と、ガス改質器３で生成する可燃性ガスを冷却する第１熱交換器４と、第１熱交換器４を送った可燃性ガスからダスト分を除去するバグフィルタ５とを備えている。
【００７２】
また熱分解炉２から排出される固体残さは、ガス化溶融炉に送られてガス化溶融処理され、可燃性ガスと溶融スラグとを生成するガス化溶融炉７から生成する可燃性ガスは第２熱交換器８で冷却され、バグフィルタ５を通った可燃性ガスと合流する。その後、合流後の可燃性ガスはスクラバ（ガス浄化装置）６において、可燃性ガス中の有害成分が除去された後、クリーンガスとなって外方へ排出される。
【００７３】
他方、スクラバ６から生成する汚水は、水処理装置９において処理される。またスクラバ６からの可燃性ガス（クリーンガス）は、戻しライン３０を介して、熱分解炉２の入口、ガス改質器３の入口、第１熱交換器４の入口、およびガス化溶融炉７の入口へ戻される。
【００７４】
次にこのような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。図２２に示すように、一般廃棄物あるいは産業廃棄物が一辺が最大約１００ｍｍ程度の寸法に破砕され、さらに必要に応じて乾燥した後、熱分解炉２に投入される。熱分解炉２では、空気を遮断した条件で、廃棄物を有機化合物の熱分解温度以上、すなわち４００〜６５０℃の温度で間接加熱する。この間接加熱により、廃棄物に含まれる有機化合物は熱分解し、ガスと固体残さに分解する。
【００７５】
熱分解炉２で生成した熱分解ガスは、ガス改質器３に送られる。ガス改質器３では、導入した熱分解ガスは、酸化剤注入機構３ａから注入された酸化剤により反応される。この際、反応熱を効率良く利用することにより９００〜１２００℃の高温度を得て、熱分解ガス中の高分子量炭化水素から低分子量炭化水素への改質を完全に行なうことができる。この際、ガス改質器３内において有害なダイオキシン類も、この高温加熱によって完全に分解し無害化することができる。次に、改質された可燃性ガスは第１熱交換器４に導入され、２３０〜１６０℃にまで急冷されて熱が回収される。その後、第１熱交換器４からの可燃性ガスは、バグフィルタ５で除塵された後、スクラバ６へ導かれて有害成分が除去される。
【００７６】
一方、熱分解炉２で生成した固体残さは、ガス化溶融炉７に送られる。ガス化溶融炉７では、導入した固体残さを酸化剤注入機構７ａから注入された酸化剤により反応させ、この際の反応熱を効率良く利用することにより１２００〜１６００℃の高温度を得て、固体残さ中の炭素を一酸化炭素へガス化する。さらに、ガス化溶融炉７内において、反応熱により、固体残さ中の灰を溶融しスラグとして回収する。ガス化溶融炉７内で生成した一酸化炭素を主体とする可燃性ガスは、第２熱交換器８に導入されて急冷され、熱が回収される。
【００７７】
第２熱交換器８内を冷却されたガス化溶融炉７からの可燃性ガスは、ガス改質器３からの可燃性ガスと合流し、スクラバ６へ導入される。スクラバ６では、除塵・水洗浄・アルカリ溶液洗浄・酸性溶液洗浄・固体吸着剤による洗浄のうち１つあるいは２つ以上の組み合わせにより、生成した可燃性ガスをクリーンな燃料ガス（クリーンガス）へ変換する。
【００７８】
本実施形態では、このように、ガス改質器３とガス化溶融炉７において、ごみ由来の有機化合物ないし炭素を、高温度場を用いて有用な燃料ガスへ変換することができる。またこのガス変換に用いた高温度場の熱エネルギーを有効利用するため、ガス改質器３およびガス化溶融炉７の後段に第１および第２熱交換器４，８を設置している。
【００７９】
この第１および第２熱交換器４，８の性能を高い値で維持しシステムの運転の安定性を確保するためには、流入する流体の温度と流量を常時最適値に制御することが有効である。そこで、この最適値制御のために、スクラバ６からのクリーンガスを戻しライン３０を介して第１および第２熱交換器４，８より上流側、すなわち熱分解炉２の入口、ガス改質器３の入口、第１熱交換器４の入口およびガス化溶融炉７の入口へ流量を制御しつつ戻す。これにより、第１および第２熱交換器４，８入口の流体の温度と流量を常に最適値に制御することができる。
【００８０】
この場合、スクラバ６からのクリーンガスを全量、戻しライン３０を介して戻してもよく、スクラバ６から一部のクリーンガスを戻しライン３０を介して戻してもよい。
【００８１】
次に図２３乃至図３５により本発明の変形例について説明する。まず図２３に示す変形例は、ガス改質器３およびガス化溶融炉７に、外部エネルギ供給部３ｂおよび外部エネルギ供給部７ｂから外部エネルギを供給したものである。図２３において、他の構成は図２２に示す実施の形態と略同一であり、図２２に示す実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００８２】
図２３において、ガス改質器３およびガス化溶融炉７に外部エネルギ供給部３ｂ，７ｂから外部エネルギを供給するので、戻しライン３０からのクリーンガスとともにガス改質器３およびガス化溶融炉７を適切に加熱することができる。
【００８３】
また図２４に示すように、熱分解炉２、ガス改質器３、およびガス化溶融炉７に、外部エネルギ供給部２ｂ，３ｂ，７ｂから外部エネルギを供給してもよい。なお図２４において、他の構成は図２２に示す実施の形態と略同一であり、図２２に示す実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００８４】
さらに図２５に示すように、熱分解炉２、ガス改質器３、およびガス化溶融炉７に、外部エネルギ供給部２ｂ，３ｂ，７ｂから電気エネルギを各々供給してもよい。なお、図２５において、他の構成は図２２に示す実施の形態と略同一であり、図２２に示す実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００８５】
図２６に示す変形例は戻しライン３０の構成が異なるが、図２６において、他の構成は図２２に示す実施の形態と略同一であり、図２２に示す実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００８６】
図２６に示すように、スクラバ６から出るクリーンガスは戻しライン３０を介して熱分解炉２の入口に戻されるようになっている。また熱分解炉２には、外部エネルギ供給部２ｂから外部エネルギが供給されるようになっている。
【００８７】
また、図２７に示すように、スクラバ６から出るクリーンガスを戻しライン３０を介して改質器３の入口に戻してもよい。図２７において、他の構成は図２２に示す実施の形態と略同一であり、図２２に示す実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００８８】
図２７に示すように、改質器３にはクリーンガスが供給されるとともに、外部エネルギ供給部３ｂから外部エネルギが供給される。
【００８９】
図２８に示す変形例は戻しライン３０の構成が異なるが、図２８において、他の構成は図２２に示す実施の形態と略同一であり、図２２に示す実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００９０】
図２８に示すように、スクラバ６から出るクリーンガスは戻しライン３０を介してガス化溶融炉７の入口に戻されるようになっている。
【００９１】
またガス化溶融炉７には、外部エネルギ供給部７ｂから外部燃料が供給される。ガス化溶融炉７はクリーンガスと外部燃料とによって適切に加熱される。
【００９２】
図２９に示す変形例は戻しライン３０の構成が異なるが、図２９において、他の構成は図２２に示す実施の形態と略同一であり、図２２に示す実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００９３】
図２９に示すように、スクラバ６から出るクリーンガスは戻しライン３０を介して第１熱交換器４の入口に戻される。
【００９４】
図３０に示す変形例は、ガス改質器３に外部エネルギ供給部３ｂを設けるとともに、この外部エネルギ供給部３ｂからガス改質器３内に外部エネルギを供給したものである。図３０において、他の構成は図２２に示す実施の形態と略同一であり、図２２に示す実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００９５】
図３１に示す変形例は戻しライン３０の構成が異なるが、図３１において、他の構成は図２２に示す実施の形態と略同一であり、図２２に示す実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００９６】
図３１に示すように、スクラバ６から出るクリーンガスは戻しライン３０を介して熱分解炉２の入口に戻されるようになっている。
【００９７】
また熱分解炉２には、外部エネルギ供給部２ｂから電気エネルギが供給され、熱分解炉２をクリーンガスと電気エネルギとによって適切に加熱することができる。
【００９８】
図３２に示す変形例は戻しライン３０の構成が異なるが、図３１において、他の構成は図２２に示す実施の形態と略同一であり、図２２に示す実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００９９】
図３１に示すように、スクラバ６から出るクリーンガスは戻しライン３０を介してガス改質器３の入口に戻されるようになっている。
【０１００】
また、ガス改質器３には、外部エネルギ供給部３ｂから電気エネルギが供給され、ガス改質器３をクリーンガスと電気エネルギとによって適切に加熱することができる。
【０１０１】
図３３に示す変形例は、戻しライン３０の構成が異なるが、図３３において、他の構成は図２２に示す実施の形態と略同一であり、図２２に示す実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【０１０２】
図３３に示すように、スクラバ６から出るクリーンガスは戻しライン３０を介してガス化溶融炉７の入口に戻される。
【０１０３】
また、ガス化溶融炉７には、外部エネルギ供給部７ｂから電気エネルギが供給され、ガス化溶融炉７をクリーンガスと電気エネルギとによって適切に加熱することができる。
【０１０４】
図３４に示す変形例は、戻しライン３０の構成が異なるが、図３４において、他の構成は図２２に示す実施の形態と略同一であり、図２２に示す実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【０１０５】
図３４に示すように、スクラバ６から出るクリーンガスは戻しライン３０を介して第１熱交換器４の入口に戻される。
【０１０６】
図３５に示す変形例は、ガス改質器３およびガス化溶融炉７に、各々外部エネルギ供給部３ｂ，７ｂを設けたものである。図３５において、他の構成は図２２に示す実施の形態と略同一であり、図２２に示す実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【０１０７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、廃棄物中の有機物のガス化を向上させることができる。また生成された可燃性ガスの回収率を安定させ、かつ向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による廃棄物処理システムの第１の実施の形態を示す全体構成図。
【図２】図１に示すガス改質器の詳細図。
【図３】本発明の変形例を示す改質器の詳細図。
【図４】本発明の変形例を示す改質器の詳細図。
【図５】本発明の変形例を示す改質器の詳細図。
【図６】本発明の変形例を示す改質器の詳細図。
【図７】本発明の変形例を示す廃棄物処理システムの全体構成図。
【図８】本発明の変形例を示す廃棄物処理システムの全体構成図。
【図９】本発明の変形例を示す廃棄物処理システムの全体構成図。
【図１０】本発明の変形例を示す廃棄物処理システムの全体構成図。
【図１１】本発明の変形例を示す廃棄物処理システムの全体構成図。
【図１２】本発明の変形例を示す改質器の詳細図。
【図１３】本発明の変形例を示す改質器の詳細図。
【図１４】本発明の変形例を示す改質器の詳細図。
【図１５】本発明の変形例を示す改質器の詳細図。
【図１６】本発明の変形例を示す改質器の詳細図。
【図１７】本発明の変形例を示す廃棄物処理システムの全体構成図。
【図１８】本発明の変形例を示す廃棄物処理システムの全体構成図。
【図１９】本発明の変形例を示す廃棄物処理システムの全体構成図。
【図２０】本発明の変形例を示す廃棄物処理システムの全体構成図。
【図２１】本発明の変形例を示す廃棄物処理システムの全体構成図。
【図２２】本発明による廃棄物処理システムの第２の実施の形態を示す全体構成図。
【図２３】本発明の変形例を示す廃棄物処理システムの全体構成図。
【図２４】本発明の変形例を示す廃棄物処理システムの全体構成図。
【図２５】本発明の変形例を示す廃棄物処理システムの全体構成図。
【図２６】本発明の変形例を示す廃棄物処理システムの全体構成図。
【図２７】本発明の変形例を示す廃棄物処理システムの全体構成図。
【図２８】本発明の変形例を示す廃棄物処理システムの全体構成図。
【図２９】本発明の変形例を示す廃棄物処理システムの全体構成図。
【図３０】本発明の変形例を示す廃棄物処理システムの全体構成図。
【図３１】本発明の変形例を示す廃棄物処理システムの全体構成図。
【図３２】本発明の変形例を示す廃棄物処理システムの全体構成図。
【図３３】本発明の変形例を示す廃棄物処理システムの全体構成図。
【図３４】本発明の変形例を示す廃棄物処理システムの全体構成図。
【図３５】本発明の変形例を示す廃棄物処理システムの全体構成図。
【符号の説明】
１ 廃棄物処理システム
２ 熱分解炉
２ｂ 外部エネルギ供給部
３ ガス改質器
３ａ 酸化剤注入機構
３ｂ 外部エネルギ供給部
４ 第１熱交換器
５ バグフィルタ
６ スクラバ
７ ガス化溶融炉
７ａ 酸化剤注入機構
７ｂ 外部エネルギ供給部
８ 第２熱交換器
９ 水処理装置
１０ 耐火壁
１０ａ 反応空間
１５ ２重壁
２０ 耐火壁
２０ａ 反応空間
２５ ２重壁
Claims (25)
- 被処理物となる廃棄物を熱分解する熱分解炉と、
この熱分解によって生成した熱分解ガスを可燃性ガスに改質するガス改質器と、
ガス改質器から供給される可燃性ガスを冷却する第１熱交換器と、
熱分解炉から排出される固体残さをガス化溶融することにより可燃性ガスと溶融スラグを生成するガス化溶融炉と、
ガス化溶融炉から供給される可燃性ガスを冷却する第２熱交換器と、
ガス改質器およびガス化溶融炉で各々生成する可燃性ガス中の有害成分を除去するガス浄化装置と、を備え、
ガス改質器またはガス化溶融炉に、酸化剤注入機構を設け、
ガス浄化装置で有害成分が除去された可燃性ガスを、廃棄物処理システム内の第１熱交換機および第２熱交換機より上流側へ流量を制御しつつ戻しラインを介して戻し、
可燃性ガスを冷却する第１熱交換器入口の可燃性ガスの温度は、ガス改質器の制御温度＋３００℃より小さく、
可燃性ガスを冷却する第２熱交換器入口の可燃性ガスの温度は、ガス化溶融炉の制御温度＋３００℃より小さいことを特徴とする廃棄物処理システム。 - ガス改質器は反応空間を形成する耐火壁を有し、耐火壁外面温度と雰囲気温度との差は５０℃以下となることを特徴とする請求項１記載の廃棄物処理システム。
- ガス改質器の耐火壁外面に、内部空間を有する２重壁が設けられていることを特徴とする請求項２記載の廃棄物処理システム。
- ガス改質器の２重壁の内部空間に空気が満たされていることを特徴とする請求項３記載の廃棄物処理システム。
- ガス改質器の２重壁の内部空間に断熱材が満たされていることを特徴とする請求項３記載の廃棄物処理システム。
- ガス改質器の２重壁の内部空間を真空とすることを特徴とする請求項３記載の廃棄物処理システム。
- ガス改質器の酸化剤注入機構は大気中の平均酸素濃度を上回る濃度の酸化剤をガス改質器に注入することを特徴とする請求項１記載の廃棄物処理システム。
- ガス改質器の酸化剤注入機構は乾燥させた空気を酸化剤として注入することを特徴とする請求項７記載の廃棄物処理システム。
- ガス改質器の酸化剤注入機構は酸素を富化した空気を酸化剤として注入することを特徴とする請求項７記載の廃棄物処理システム。
- ガス改質器の酸化剤注入機構は酸素を酸化剤として注入することを特徴とする請求項７記載の廃棄物処理システム。
- ガス化溶融炉は反応空間を形成する耐火壁を有し、耐火壁外面温度と雰囲気温度との差は５０℃以下となることを特徴とする請求項１記載の廃棄物処理システム。
- ガス化溶融炉の耐火壁外面に、内部空間を有する２重壁が設けられていることを特徴とする請求項１１記載の廃棄物処理システム。
- ガス化溶融炉の２重壁の内部空間に空気が満たされていることを特徴とする請求項１２記載の廃棄物処理システム。
- ガス化溶融炉の２重壁の内部空間に断熱材が満たされていることを特徴とする請求項１２記載の廃棄物処理システム。
- ガス化溶融炉の２重壁の内部空間を真空とすることを特徴とする請求項１２記載の廃棄物処理システム。
- ガス化溶融炉の酸化剤注入機構は、大気中の平均酸素濃度を上回る濃度の酸化剤をガス化溶融炉に注入することを特徴とする請求項１記載の廃棄物処理システム。
- ガス化溶融炉の酸化剤注入機構は、乾燥させた空気を酸化剤として注入することを特徴とする請求項１６記載の廃棄物処理システム。
- ガス化溶融炉の酸化剤注入機構は、酸素を富化した空気を酸化剤として注入することを特徴とする請求項１６記載の廃棄物処理システム。
- ガス化溶融炉の酸化剤注入機構は、酸素を酸化剤として注入することを特徴とする請求項１６記載の廃棄物処理システム。
- 被処理物となる廃棄物を熱分解する熱分解炉と、
この熱分解によって生成した熱分解ガスを可燃性ガスに改質するガス改質器と、
ガス改質器から供給される可燃性ガスを冷却する第１熱交換器と、
熱分解炉から排出される固体残さをガス化溶融することにより可燃性ガスと溶融スラグを生成するガス化溶融炉と、
ガス化溶融炉から供給される可燃性ガスを冷却する第２熱交換器と、
ガス改質器およびガス化溶融炉で各々生成する可燃性ガス中の有害成分を除去するガス浄化装置と、を備え、
ガス浄化装置で有害成分が除去された可燃性ガスを、廃棄物処理システム内の第１熱交換機および第２熱交換機より上流側へ流量を制御しつつ戻しラインを介して戻し、
可燃性ガスを冷却する第１熱交換器入口の可燃性ガスの温度は、ガス改質器の制御温度＋３００℃より小さく、
可燃性ガスを冷却する第２熱交換器入口の可燃性ガスの温度は、ガス化溶融炉の制御温度＋３００℃より小さいことを特徴とする廃棄物処理システム。 - ガス浄化装置からの可燃性ガスの戻しラインは熱分解炉の入口に接続されていることを特徴とする請求項２０記載の廃棄物処理システム。
- ガス浄化装置からの可燃性ガスの戻しラインはガス改質器の入口に接続されていることを特徴とする請求項２０記載の廃棄物処理システム。
- ガス浄化装置からの可燃性ガスの戻しラインはガス化溶融炉の入口に接続されていることを特徴とする請求項２０記載の廃棄物処理システム。
- ガス浄化装置からの可燃性ガスの戻しラインは第１熱交換器の入口に接続されていることを特徴とする請求項２０記載の廃棄物処理システム。
- ガス浄化装置からの可燃性ガスの戻しラインは、熱分解炉の入口、ガス改質器の入口、ガス化溶融炉の入口、第１熱交換器の入口のうち、２つ以上に接続されていることを特徴とする請求項２０記載の廃棄物処理システム。
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