JP4662338B2 - Waste combined gasification processing system and method - Google Patents
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Description
本発明は、流動層ガス化炉を備えたガス化処理系統と、湿潤系廃棄物をメタン発酵処理するメタン発酵槽を備えたメタン発酵処理系統とからなる廃棄物複合ガス化処理システム及び方法に関する。 The present invention, flow and gas treatment system having a Doso gasification furnace, wet waste and comprising a methane fermentation processing system having a methane fermentation tank for methane fermentation treatment of waste composite gas processing system and method About.
従来、都市ごみ、下水汚泥、バイオマス、産業廃棄物などの有機系固形廃棄物からエネルギ回収を図るために、廃棄物を加熱して熱分解するとともに改質し、可燃性ガス(ガス化ガス)を回収す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。
このガス化処理は、廃棄物が供給されたガス化炉内に水蒸気、酸素、空気等のガス化剤を導入してガス化反応を行ってガス化ガスを生成するものである。ガス化ガスはガス化炉の後段でクラッキング装置等の改質炉にてCO、H2リッチな改質ガスに改質される。このようにして得られた改質ガスは、発電機を駆動する蒸気タービンに蒸気を送るボイラに導入された後、バグフィルタ、ガス精製装置等にてガス中の不純物を取り除かれ、燃料ガスとして発電装置等に送給される。即ち、ガス化ガスはガスエンジン又はガスタービン等の内燃機関、熱サイクル機関、或いは熱源機器に利用され、ガス化ガスの熱エネルギは蒸気等の熱媒体又は電力等のエネルギ形態に変換されて有効利用される。
Conventionally, in order to recover energy from organic solid waste such as municipal waste, sewage sludge, biomass, and industrial waste, the waste is heated and pyrolyzed and reformed, and flammable gas (gasification gas) Gas conversion technology that collects lime is attracting attention from the viewpoints of environmental conservation and resource saving.
In this gasification treatment, a gasification agent such as water vapor, oxygen, air or the like is introduced into a gasification furnace to which waste is supplied, and a gasification reaction is performed to generate a gasification gas. The gasification gas is reformed into a reforming gas rich in CO and H 2 in a reforming furnace such as a cracking apparatus after the gasification furnace. The reformed gas thus obtained is introduced into a boiler that sends steam to a steam turbine that drives a generator, and then impurities in the gas are removed by a bag filter, a gas purification device, etc., and used as a fuel gas. It is sent to power generators. That is, the gasified gas is used in an internal combustion engine such as a gas engine or a gas turbine, a heat cycle engine, or a heat source device, and the heat energy of the gasified gas is converted into a heat medium such as steam or an energy form such as electric power and is effective. Used.
このようなガス化処理としては様々な種類が提案、実用化されており、その一つとして、廃棄物を流動させながら部分燃焼により直接加熱してガス化する流動層ガス化炉がある(特許文献1参照)。
これは、酸素と水蒸気との混合ガスであるガス化剤を炉下方から導入し、廃棄物を流動させながら加熱してガス化する装置であり、撹拌効果が大きく効率良くガス化反応することができる。このとき、廃棄物は例えば400〜800℃程度に加熱されながら熱分解されてガス状物質となり、前記ガス化剤の酸素及び水蒸気と接触するとともにその一部が炉内で燃焼される。また、改質炉では、燃焼反応及び水性ガス化反応(改質反応)が行なわれ、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と、タールや煤などの未燃固形物と、飛灰と、不燃物を生じる。
Various types of gasification treatment have been proposed and put into practical use, and one of them is a fluidized bed gasification furnace that heats and gasifies directly by partial combustion while flowing waste (patent) Reference 1).
This is a device that introduces a gasifying agent, which is a mixed gas of oxygen and water vapor, from the bottom of the furnace and heats it while flowing the waste to gasify it. it can. At this time, the waste is thermally decomposed to become a gaseous substance while being heated to about 400 to 800 ° C., for example, and comes into contact with oxygen and water vapor of the gasifying agent, and a part thereof is combusted in the furnace. In the reforming furnace, a combustion reaction and a water gasification reaction (reforming reaction) are performed, and a gasification gas containing carbon monoxide, hydrogen, methane, ethane, carbon dioxide, etc., and unburned tar, soot, etc. This produces solids, fly ash, and incombustibles.
前記不燃物は、ガス化炉の下部から系外へと排出される。一方、前記ガス化ガスと未燃固形物と飛灰はガス化炉の上部から後段の改質炉に送給される。改質炉では酸素(又は空気)と水蒸気の混合ガスであるガス化剤が炉内に供給されており、このガス化剤によりガス化ガスは水性ガス化反応がなされる。即ち、ガス化ガス中のメタン、エタン、タール、煤などの未燃固形物は低分子化されてクリーンなCO、H2リッチガスを含む改質ガスが生成される。
このような流動層ガス化炉を利用した装置では流動層ガス化炉にガス化剤が供給されるが、ガス化剤は廃棄物をガス化するだけでなく炉内の廃棄物を流動させるための作用も担っており、その流動性を保つためにガス化に必要な量よりも過剰な量が導入されていた。その結果、廃棄物の部分燃焼率が高まり、ガス化ガスの有するカロリーを低下させるという問題があった。
The incombustible material is discharged out of the system from the lower part of the gasifier. On the other hand, the gasified gas, unburned solids, and fly ash are fed from the upper part of the gasification furnace to the reforming furnace at the subsequent stage. In the reforming furnace, a gasifying agent which is a mixed gas of oxygen (or air) and water vapor is supplied into the furnace, and the gasification gas undergoes a water gasification reaction by the gasifying agent. That is, unburned solids such as methane, ethane, tar, and soot in the gasification gas are reduced in molecular weight, and a reformed gas containing clean CO and H 2 rich gas is generated.
In an apparatus using such a fluidized bed gasification furnace, a gasifying agent is supplied to the fluidized bed gasification furnace, but the gasifying agent not only gasifies the waste but also flows the waste in the furnace. In order to maintain the fluidity, an amount more than the amount necessary for gasification was introduced. As a result, there is a problem that the partial combustion rate of the waste is increased and the calorie of the gasification gas is reduced.
一方、有機系廃棄物のうち含水率が高い湿潤廃棄物は、ガス化に利用する場合には乾燥に多大な熱エネルギーを要するため、廃棄物からエネルギを回収する際にはメタン発酵処理が適している。メタン発酵処理では、嫌気性条件下で微生物の作用により廃棄物中の有機物を分解し、メタンガスを燃料ガスとして回収する。
従って各種廃棄物を総合的に処理する場合には、特許文献2(特開2001−276772号公報)に記載されるように、ガス化処理とメタン発酵処理とを組み合わせた方法を用いること好ましい。特許文献2では、湿潤有機性廃棄物をメタン発酵槽でメタン発酵してメタンガスを回収するとともに、固形有機廃棄物をガス化炉でガス化してガス化ガスを回収し、これらの燃料ガスをガスタービンに導入し、ガスタービンに連結された発電機で電力を発生させる。また特許文献2では、メタン発酵残渣はガスタービン排ガスの熱を利用して乾燥し、さらに、発生電力は系内で利用し、発電機からの排熱で発酵槽を加温する構成についても提案している。
On the other hand, wet waste with a high moisture content among organic wastes requires a large amount of heat energy for drying when used for gasification, so methane fermentation is suitable for recovering energy from waste. ing. In methane fermentation treatment, organic matter in waste is decomposed by the action of microorganisms under anaerobic conditions, and methane gas is recovered as fuel gas.
Therefore, when various wastes are treated comprehensively, it is preferable to use a method in which gasification treatment and methane fermentation treatment are combined, as described in Patent Document 2 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-276772). In
上記したように、ガス化処理にて流動層ガス化炉を用いる場合、ガス化剤を流動化ガスとして用いるとガス化剤の供給量が過剰となり、燃料ガスが低カロリー化してしまい、また有効な燃料ガスの回収が減少してしまうという問題があった。そこで、排ガスを流動化ガスとして使用する方法も考えられるが、排ガス中には不純物が多く、燃料ガスの回収率低下、品質低下及び後段の装置の劣化を招く惧れがある。 As described above, when using a fluidized bed gasification furnace in gasification treatment, if the gasifying agent is used as the fluidizing gas, the supply amount of the gasifying agent becomes excessive, the fuel gas becomes low in calories, and effective. There is a problem that the recovery of the fuel gas is reduced. Therefore, it is also conceivable to use exhaust gas as a fluidizing gas, the flue gas often impurities, decrease the recovery rate of the fuel gas, Ru惧Regaa deteriorating the quality degradation and the subsequent device.
本発明の目的は、前記流動層ガス化炉を備えたガス化処理系統とメタン発酵槽を備えたメタン発酵処理系統からなる複合ガス化処理システムを構築するにあたって、これらの処理系統にて発生する生成物を有効利用し、環境保全の観点から資源の有効利用及び排出物の減量化が可能である複合廃棄物ガス化処理システム及び方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is generated in these processing systems when a composite gasification processing system including a gasification processing system including the fluidized bed gasification furnace and a methane fermentation processing system including a methane fermentation tank is constructed. It is an object of the present invention to provide a composite waste gasification processing system and method capable of effectively using products and effectively using resources and reducing emissions from the viewpoint of environmental conservation.
そこで、本発明はかかる課題を解決するために、
炉下方の流動化ガス導入口より流動化ガスを導入して有機系固形廃棄物を流動させながら加熱し、ガス化剤の導入により該廃棄物をガス化する流動層ガス化炉を備えたガス化処理系統と、湿潤系廃棄物をメタン発酵処理するメタン発酵槽を備えたメタン発酵処理系統と、を備えた複合廃棄物ガス化処理システムにおいて、前記メタン発酵槽にて発生した発酵ガスからメタンガスと二酸化炭素とを分離するガス分離装置と、該分離した二酸化炭素を前記流動化ガス導入口に送給する二酸化炭素送給ラインとを備え、前記流動層ガス化炉を含むガス化処理系統から発生した灰を湿式洗浄する灰洗浄手段を設け、前記灰洗浄手段は、前記ガス分離装置により分離回収した二酸化炭素が導入され、前記灰を二酸化炭素の存在下で湿式洗浄するように構成し、さらに、前記ガス分離装置により分離回収したメタンガスは、前記ガス化処理系統を構成する改質炉の助燃剤として供給するとともにメタンガスを燃料ガスとするガスエンジンへ供給することを特徴とする。
Therefore, in order to solve this problem, the present invention provides:
A gas equipped with a fluidized bed gasification furnace that introduces a fluidizing gas from a fluidizing gas inlet at the bottom of the furnace and heats the organic solid waste while flowing it, and gasifies the waste by introducing a gasifying agent. Methane gas from fermentation gas generated in the methane fermentation tank in a combined waste gasification processing system comprising a methane fermentation treatment system comprising a methane fermentation treatment system and a methane fermentation treatment system comprising a methane fermentation tank for treating methane fermentation of wet waste A gas separation device that separates carbon dioxide from carbon dioxide, and a carbon dioxide feed line that feeds the separated carbon dioxide to the fluidizing gas inlet, from a gasification processing system including the fluidized bed gasification furnace An ash cleaning means for wet-cleaning the generated ash is provided, and the ash cleaning means is configured so that carbon dioxide separated and recovered by the gas separator is introduced and the ash is wet-cleaned in the presence of carbon dioxide. And, further, methane was separated and recovered by the gas separation apparatus, and supplying the methane gas is supplied as a combustion improver for reforming furnace constituting the gasification process system to a gas engine with a fuel gas.
さらに、前記ガス分離装置が、前記発酵ガスを流通させる処理槽と、該処理槽内を減圧排気する減圧排気手段と、該処理槽内部に設けられた二酸化炭素吸着剤と、を備え、真空圧力スイング吸着法により前記発酵ガスに含有される二酸化炭素を前記二酸化炭素吸着剤にて選択的に吸着、分離することが好ましい。 Et al is provided with the gas separation apparatus, a treatment tank for circulating the fermentation gas, a vacuum exhaust means for evacuating said processing vessel, and carbon dioxide adsorbent provided inside the processing tank, and Preferably, carbon dioxide contained in the fermentation gas is selectively adsorbed and separated by the carbon dioxide adsorbent by a vacuum pressure swing adsorption method.
本発明によれば、メタン発酵処理系統にて発生した発酵ガスのうち二酸化炭素を分離回収し、ガス化処理系統の流動化ガスとして利用することにより、外部から二酸化炭素を供給することなくシステム内で発生した二酸化炭素を有効利用できる。このように、本発明によれば、ガス化処理系統とメタン発酵処理系統とを有機的に結合して生成物を有効利用することにより、資源の循環サイクルが形成され、資源の有効利用及び排出物の減量化が達成できる。
また、前記発酵ガスに含有される二酸化炭素を真空圧力スイング吸着法により選択的に分離、回収することにより、濃度の高い二酸化炭素を回収することができる。勿論、燃料ガスとしてメタンガスを回収することもでき、常に高純度の燃料ガスを得ることが可能である。
According to the present invention, carbon dioxide is separated and recovered from the fermentation gas generated in the methane fermentation treatment system, and is used as a fluidizing gas in the gasification treatment system, so that carbon dioxide is not supplied from the outside. The carbon dioxide generated in can be used effectively. Thus, according to the present invention, by effectively combining the gasification treatment system and the methane fermentation treatment system to effectively use the product, a resource circulation cycle is formed, and the resource is effectively used and discharged. A reduction in weight can be achieved.
Also, carbon dioxide contained in the fermentation gas can be selectively separated and recovered by a vacuum pressure swing adsorption method, whereby carbon dioxide having a high concentration can be recovered. Of course, methane gas can also be recovered as the fuel gas, and it is possible to always obtain high purity fuel gas.
さらにまた、前記流動層ガス化炉に導入するガス化剤が酸素と水蒸気であって、
前記流動層ガス化炉が、炉内への二酸化炭素導入量を制御するCO2導入量制御手段と、炉内への酸素導入量を制御するO2導入量制御手段と、炉内への水蒸気導入量を制御するH2O導入量制御手段と、を備え、夫々の導入量制御手段が独立制御されるようにしたことを特徴とする。
このように、流動層ガス化炉内への二酸化炭素導入量、酸素導入量、水蒸気導入量を夫々独立して制御することにより、水蒸気量、酸素量の適正化、及び最適な流動化が可能となり、高効率ガス化が達成できる。
尚、前記二酸化炭素導入量は流動層内への廃棄物投入量及び流動媒体量に基づき制御され、前記酸素導入量は廃棄物投入量に基づき制御され、さらに前記水蒸気導入量は廃棄物中の全炭素量に基づき制御されることが好ましい。
Furthermore, the gasifying agent introduced into the fluidized bed gasifier is oxygen and water vapor,
The fluidized bed gasification furnace includes CO 2 introduction amount control means for controlling the introduction amount of carbon dioxide into the furnace, O 2 introduction amount control means for controlling the oxygen introduction amount into the furnace, and water vapor into the furnace. H 2 O introduction amount control means for controlling the introduction amount, and each introduction amount control means is independently controlled.
As described above, by independently controlling the amount of carbon dioxide introduced, the amount of oxygen introduced, and the amount of steam introduced into the fluidized bed gasifier, the amount of water vapor and the amount of oxygen can be optimized and fluidized optimally. Thus, highly efficient gasification can be achieved.
The carbon dioxide introduction amount is controlled based on the waste input amount and the fluid medium amount into the fluidized bed, the oxygen introduction amount is controlled based on the waste input amount, and the water vapor introduction amount is It is preferably controlled based on the total carbon content.
また、前記灰洗浄手段は、前記ガス分離装置により分離回収した二酸化炭素が導入され、前記灰を二酸化炭素の存在下で湿式洗浄する構成であることを特徴とする。
従来は、このような廃棄物熱処理設備から排出される灰は、セメント原料、細骨材等にて再利用する際に品質に悪影響を与える重金属類、塩素を高濃度で含有するため、これらを水で洗浄処理することにより洗い流していた。しかし、灰中の塩素については、水洗浄時に難溶性のフリーデル氏塩が形成され、水洗のみでは溶出せず灰中に残留してしまう場合がある。
Also, pre-Sharing, ABS cleaning means, the introduced carbon dioxide was separated and recovered by a gas separation apparatus, characterized in that the ash is configured to wet cleaning in the presence of carbon dioxide.
Conventionally, ash discharged from such waste heat treatment equipment contains heavy metals and chlorine that have a negative effect on quality when reused in cement raw materials, fine aggregates, etc. It was washed away by washing with water. However, with regard to chlorine in the ash, a hardly soluble Friedel's salt is formed at the time of water washing, and it may remain in the ash without being eluted only by water washing.
本発明によれば、上記したように灰を水等の洗浄溶液にて懸濁洗浄する際に、二酸化炭素を供給して二酸化炭素存在下で洗浄することにより、灰中のフリーデル氏塩を炭酸塩化し、塩素の溶出を促進することが可能となる。また、洗浄溶液にて洗い落とせない重金属類は二酸化炭素の導入によって炭酸塩化し、溶出を抑制することができるため、灰中で固定化されて無害化することができる。
このように、灰を洗浄溶液にて洗浄する際に二酸化炭素の存在下で洗浄することにより、重金属類溶出抑制、塩素の除去を確実に行なうことができ、灰を再利用に適した原料とすることができる。
According to the present invention, as described above, when ash is suspended and washed with a washing solution such as water, by supplying carbon dioxide and washing in the presence of carbon dioxide, Friedel's salt in the ash is obtained. Carbonates and promotes elution of chlorine. In addition, heavy metals that cannot be washed away with the washing solution can be carbonated by introduction of carbon dioxide and can be prevented from elution, so that they can be fixed in ash and rendered harmless.
In this way, by washing in the presence of carbon dioxide when washing the ash with the washing solution, it is possible to reliably suppress elution of heavy metals and remove chlorine, and to make the ash suitable for reuse. can do.
さらに、前記灰洗浄手段が直列に複数段設けられ、前段側の灰洗浄手段では洗浄溶液による灰の洗浄にて重金属類、塩素の初期除去が行なわれ、後段側の灰洗浄手段では前記二酸化炭素存在下の湿式洗浄にて重金属類の炭酸塩化、更なる塩素の除去が行なわれるようにすることが好ましい。
本発明によれば、前段側の灰洗浄手段にて二酸化炭素を導入せずに湿式洗浄することにより重金属類の殆どが溶出、除去され、後段側の灰洗浄手段にて二酸化炭素存在下で湿式洗浄することにより灰中に残留する重金属類の炭酸塩化による安定化、及びフリーデル氏塩等の難溶性塩素の溶出を行なう。
これは、灰洗浄において先に炭酸塩化工程を行なうと、灰に含有される重金属類が固定化されて高濃度で灰中に残存してしまう惧れがあるため、本発明のように先ず重金属類の大部分を重金属類初期除去工程にて溶出させた後に炭酸塩化工程を行なうことにより、灰中の重金属類含有量を低減するとともに、塩素含有量を低減することが可能となる。
Further, the ash cleaning means is provided in a plurality of stages in series, the ash cleaning means on the front stage side initially removes heavy metals and chlorine by washing the ash with a cleaning solution, and the carbon dioxide in the ash cleaning means on the rear stage side. It is preferable to carry out carbonation of heavy metals and further removal of chlorine by wet cleaning in the presence.
According to the present invention, most heavy metals are eluted and removed by wet cleaning without introducing carbon dioxide in the ash cleaning means on the front stage side, and wet in the presence of carbon dioxide in the ash cleaning means on the rear stage side. Washing stabilizes heavy metals remaining in the ash by carbonation and elutes insoluble chlorine such as Friedel's salt.
This is because heavy metals contained in the ash may be fixed and remain in the ash at a high concentration when the carbonation step is first performed in the ash cleaning. By carrying out the carbonation step after eluting most of the metals in the heavy metal initial removal step, it is possible to reduce the heavy metal content in the ash and the chlorine content.
また方法の発明であって、流動層ガス化炉内に導入した流動化ガスにより有機系固形廃棄物を流動させながら加熱し、ガス化剤の導入により該廃棄物をガス化する有機系廃棄物のガス化処理工程と、湿潤系廃棄物をメタン発酵するメタン発酵処理工程と、を備えた複合廃棄物ガス化処理方法において、前記ガス化処理工程にて発生した灰を洗浄する灰洗浄工程を含み、前記メタン発酵処理工程にて、前記メタン発酵により発生した発酵ガスから真空圧力スイング吸着法によりメタンガスと二酸化炭素とを分離した後、該分離した二酸化炭素を前記流動層ガス化炉に導入するとともに前記灰洗浄工程に導入して、前記灰洗浄工程では前記灰を前記導入された二酸化炭素の存在下で湿式洗浄し、さらに、前記分離されたメタンガスは、前記ガス化処理系統を構成する改質炉の助燃剤として供給するとともにメタンガスを燃料ガスとするガスエンジンへ供給することを特徴とする。 Moreover, it is invention of a method, Comprising: The organic waste which heats while flowing an organic solid waste with the fluidization gas introduce | transduced in the fluidized-bed gasification furnace, and gasifies this waste by introduction | transduction of a gasifying agent In a composite waste gasification method comprising: a gasification treatment step of methane fermentation of a wet waste, and an ash washing step for washing ash generated in the gasification treatment step In the methane fermentation treatment step, after separating methane gas and carbon dioxide from the fermentation gas generated by the methane fermentation by a vacuum pressure swing adsorption method, the separated carbon dioxide is introduced into the fluidized bed gasification furnace And the ash cleaning step, the ash cleaning step wet-cleans the ash in the presence of the introduced carbon dioxide, and the separated methane gas is the gasification The methane gas is supplied as a combustion improver for reforming furnace constituting the management system and supplying to the gas engine as fuel gas.
また、前記ガス化処理工程にて、ガス化剤として前記流動層ガス化炉に酸素と水蒸気を導入し、前記酸素の導入量と、前記水蒸気の導入量と、前記流動化ガスとしての二酸化炭素の導入量を夫々独立制御するようにしたことを特徴とする。 Also, in the gas treatment step, introducing oxygen and steam into the fluidized bed gasification furnace as a gasifying agent, and the introduction amount of the oxygen, and the introduction amount of the steam, dioxide as the fluidizing gas It is characterized in that the amount of carbon introduced is independently controlled.
さらに、前記灰洗浄工程では、前記メタン発酵処理工程にて前記発酵ガスより分離した二酸化炭素が導入され、前記灰を二酸化炭素の存在下で湿式洗浄することを特徴とする。
さらにまた、前記灰洗浄工程では灰の洗浄が段階的に行なわれ、前段側にて洗浄溶液による灰の洗浄にて重金属類、塩素の初期除去が行なわれ、後段側にて前記二酸化炭素存在下の洗浄により重金属類の炭酸塩化及び塩素除去が行なわれることを特徴とする。
In addition, the pre-Sharing, ABS cleaning process, the methane fermentation step dioxide separated from the fermentation gas is introduced at, the ash, characterized in that wet cleaning in the presence of carbon dioxide.
Furthermore, in the ash cleaning step, ash cleaning is performed in stages, heavy metals and chlorine are initially removed by ash cleaning with a cleaning solution on the front side, and in the presence of carbon dioxide on the rear side. The carbonation and chlorine removal of heavy metals is performed by washing of the metal.
以上記載のごとく本発明によれば、ガス化処理系統とメタン発酵処理系統とを有機的に結合して生成物を有効利用することにより、資源の循環サイクルが形成され、資源の有効利用及び排出物の減量化が達成できる。
さらに、メタン発酵処理系統で発生した発酵ガスに含有される二酸化炭素を真空圧力スイング吸着法により選択的に分離精製することにより、濃度の高い二酸化炭素を回収することができる。
According to the present invention as described above, by effectively utilizing the product was organically combining a gas treatment system and methane fermentation treatment system is circulated cycles resources formation, effective utilization and resources Reduction of emissions can be achieved.
Furthermore, carbon dioxide contained in the fermentation gas generated in the methane fermentation treatment system can be selectively separated and purified by a vacuum pressure swing adsorption method, so that carbon dioxide having a high concentration can be recovered.
さらにまた、流動層ガス化炉内への二酸化炭素導入量、酸素導入量、水蒸気導入量を夫々独立して制御することにより、水蒸気量、酸素量の適正化、及び流動化が可能となり、高効率ガス化が達成できる。
また、灰を洗浄溶液にて洗浄する際に前段で水洗浄、後段で二酸化炭素の存在下で洗浄することにより、重金属類、塩素を確実に除去でき、灰を無害化することができる。
Furthermore, by independently controlling the amount of carbon dioxide introduced, the amount of oxygen introduced, and the amount of steam introduced into the fluidized bed gasifier, the amount of water vapor and the amount of oxygen can be optimized and fluidized. Efficient gasification can be achieved.
Moreover, when washing | cleaning ash with a washing | cleaning solution, a heavy metal and chlorine can be removed reliably by wash | cleaning in the presence of a carbon dioxide in a front | former stage and a back | latter stage, and an ash can be detoxified.
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
本発明において処理対象とされる有機系廃棄物は、ガス化処理系統で処理される固形廃棄物、例えば都市ごみ、下水汚泥、固形燃料、バイオマス等と、メタン発酵処理系統で処理される湿潤系廃棄物、例えば浄化槽汚泥、し尿、家畜糞尿、厨芥ごみ等が挙げられる。
図1は本発明の実施例に係る複合廃棄物ガス化処理システムの全体構成図、図2は図1に示した流動層ガス化炉の概略構成を示す図、図3は図1に示したVPSA装置の概略構成を示す図である。
Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in this embodiment are not intended to limit the scope of the present invention unless otherwise specified, but are merely illustrative examples. Not too much.
The organic waste to be treated in the present invention is a solid waste treated in a gasification treatment system, for example, municipal waste, sewage sludge, solid fuel, biomass, etc., and a wet system treated in a methane fermentation treatment system. Examples of the waste include septic tank sludge, human waste, livestock manure, and garbage.
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a composite waste gasification processing system according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of a fluidized bed gasification furnace shown in FIG. 1, and FIG. 3 is shown in FIG. It is a figure which shows schematic structure of a VPSA apparatus.
図1に示されるように、本実施例に係る複合廃棄物ガス化処理システムは、固形廃棄物を処理するための流動層ガス化炉10を含むガス化処理系統と、湿潤廃棄物を処理するためのメタン発酵槽30を含むメタン発酵処理系統と、が組み合わされた構成となっている。
前記ガス化処理系統は、固形廃棄物を加熱してガス化する流動層ガス化炉10と、該流動層ガス化炉10に酸素を供給するPSA(圧力スイング吸着法)装置11と、該流動層ガス化炉10のガス出口と流路を介して接続される改質炉12と、該改質炉12のガス送出口と流路を介して接続されるボイラ13と、ボイラ13の蒸気送出口と流路を介して接続される蒸気タービン14と、蒸気タービン14の駆動軸に連結された発電機15と、ボイラ13のガス送出口と流路を介して接続される減温塔16と、該減温塔16の後段に順に設けられたバグフィルタ17及びガス精製装置18と、ガス精製装置18のガス送出口と流路を介して接続されるガスエンジン19と、ガスエンジン19に連結された発電機20と、から構成される。
As shown in FIG. 1, the composite waste gasification processing system according to the present embodiment processes a gasification processing system including a fluidized
The gasification processing system includes a fluidized
また、前記ガス化処理系統は、前記改質炉12、ボイラ13、減温塔16、バグフィルタ17にて発生、回収された灰を湿式洗浄して灰中の重金属類を除去する第1水洗装置21と、該水洗した灰に二酸化炭素を導入して灰中の塩素、重金属類を除去、無害化する第2水洗装置22と、水洗した灰を脱水する脱水機23と、脱水した灰を乾燥させる乾燥装置25と、脱水により発生した水分を処理する排水処理設備24と、からなる灰処理系統を備えている。
一方、前記メタン発酵処理系統は、湿潤系廃棄物をメタン発酵するメタン発酵槽30と、メタン発酵槽30にて発生した発酵ガスから二酸化炭素33を分離し、クリーンなメタンガス34と二酸化炭素33とを回収するVPSA(真空圧力スイング吸着法)装置31と、メタンガスを燃料ガスとして発電を行なうガスエンジン32と、から構成される。
Further, the gasification processing system includes a first water wash that removes heavy metals in the ash by wet-cleaning the ash generated and recovered in the reforming
On the other hand, the methane fermentation treatment system separates the
図2に前記ガス化処理系統のうち、前記流動層ガス化炉10と前記改質炉12の概略構成を示す。前記固形廃棄物は貯留ホッパ101に貯留され、スクリューフィーダ102を介して定量的に流動層ガス化炉10に供給される。該流動層ガス化炉10は、炉本体104の壁部に固形廃棄物供給口103が設けられ、下方に砂等の流動媒体が貯留した流動層105が形成されている。炉下方に設けられた流動化ガス導入口より流動化ガスが導入され、前記流動層105は流動化される。前記流動化ガスは、前記VPSA装置31にて回収された二酸化炭素を用いる。さらに、前記流動化ガスに加えて、ガス化剤として酸素と水蒸気を混合バルブ107により混合し、混合ガスとして炉底から導入する。この流動層内に供給された固形廃棄物は、浮遊流動する流動層内にて熱分解されてガス状物質になり、ガス化剤の酸素及び水蒸気と接触するとともにその一部が流動層ガス化炉で部分燃焼し、400〜650℃の温度となる。このとき、必要に応じて助燃バーナ106にて炉内を加熱すると良い。
FIG. 2 shows a schematic configuration of the fluidized
この燃焼において前記流動化ガス化炉10では、主として下記式(1)で示す燃焼反応及び下記式(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と、タールや煤などの未燃固形物と、飛灰と、不燃物とを生じる。また、メタン、エタン、タールなどの炭化水素や煤などの未燃固形分は、下記式(3)で示す改質反応を起こし、一酸化炭素、水素を生じる。
C+O2 → CO2+熱 …(1)
C+H2O → CO+H2 …(2)
CmHm+mH2O → mCO+(m+n/2)H2 …(3)
また不燃物は、流動層ガス化炉10の下部から系外へ排出され、ガス化ガス、未燃固形物及び飛灰を含む流体は、その上部から流路を介して改質炉12に送られる。
In this combustion, the
C + O 2 → CO 2 + heat (1)
C + H 2 O → CO + H 2 (2)
C m H m + mH 2 O → mCO + (m + n / 2)
Incombustibles are discharged from the lower part of the fluidized
さらに、本実施例では流動化ガスとして二酸化炭素を導入しており、二酸化炭素は不活性ガスであるためその大部分は未反応で流動化のみに利用されるが、流動化ガス化炉10の後段の改質炉12にて反応熱が供給されることにより二酸化炭素の一部は下記式(4)の反応により一酸化炭素を生成する。
C+CO2 → 2CO …(4)
このように、流動化ガスとして二酸化炭素を導入することにより、水蒸気、酸素等のガス化剤を過剰に用いることなくガス化剤の使用量の適正化が可能となり、また二酸化炭素から燃料ガスを生成することもできる。
Further, in this embodiment, carbon dioxide is introduced as a fluidizing gas, and since carbon dioxide is an inert gas, most of it is unreacted and used only for fluidization. When reaction heat is supplied in the reforming
C + CO 2 → 2CO (4)
In this way, by introducing carbon dioxide as a fluidizing gas, it is possible to optimize the amount of gasifying agent used without excessively using a gasifying agent such as water vapor or oxygen, and fuel gas can be extracted from carbon dioxide. It can also be generated.
また、これらの導入ガスは以下のように制御される。
即ち、流動化ガスとして利用される二酸化炭素導入量は、流動層の流動媒体量と炉内に投入される廃棄物投入量に基づき制御される。また、水蒸気導入量は、廃棄物中の炭素分を水性ガス化反応により一酸化炭素に転換させるため、廃棄物中の全炭素量に基づき制御される。さらに、酸素導入量は、廃棄物の部分燃焼に必要とされるため、廃棄物投入量に基づき制御される。従って、これらを制御する制御手段(不図示)を夫々独立して設け、この制御手段を独立制御することが好ましい。
Further, these introduced gases are controlled as follows.
That is, the amount of carbon dioxide introduced to be used as the fluidizing gas is controlled based on the amount of fluidized medium in the fluidized bed and the amount of waste introduced into the furnace. Further, the amount of water vapor introduced is controlled based on the total amount of carbon in the waste because the carbon content in the waste is converted to carbon monoxide by a water gasification reaction. Furthermore, since the amount of oxygen introduced is required for partial combustion of waste, it is controlled based on the amount of waste input. Therefore, it is preferable to provide control means (not shown) for controlling them independently and to control these control means independently.
前記流動層ガス化炉10の上部のガス出口は、流路を介して改質炉12の下部受入口に接続されている。改質炉12では、ガス化ガスは1000℃程度の温度にて前記流動層ガス化炉10から送給された流体に含まれる水蒸気により式(2)と同様な水性ガス化反応がなされる。即ち、ガス化ガス中のメタン、エタン、場合によって浮遊して混入されたタールや煤などの未燃固形物は低分子化されて煤を含まないクリーンなCO、H2のリッチな改質ガスが生成される。尚、改質炉での改質反応において水蒸気量、酸素量が不足する場合には、別途、水蒸気、酸素を供給しても良い。
The gas outlet at the upper part of the fluidized
前記流動層ガス化炉10に酸素を供給するPSA装置11は、吸着剤を用いたPSA(圧力スイング吸着法)により酸素を含む原料ガスから酸素ガスを分離する周知の装置である。原料ガスには空気を用いることが好ましい。
前記メタン発酵槽30は、湿潤系廃棄物が供給されて嫌気性条件下にてメタン菌により廃棄物中に含有される有機物を分解し、発酵残渣と、メタン及び二酸化炭素を主成分とする発酵ガスを生成する。
The
The
前記VPSA装置31は、例えば図3に示す構成を有するものが用いられる。前記メタン発酵槽にて発生した発酵ガス中には、主成分となるメタンガス、二酸化炭素の他にも硫化水素等の硫黄系不純物、シロキサン等の有機珪素系不純物、水などが含有されている。従って本実施例ではメタンガス、二酸化炭素を分離するほか、これらの不純物も除去し、ガス精製する構成となっている。
As the
具体的には前記VPSA装置31は、複数設けられ並列に連結されている吸着塔301と、該吸着塔301の下方側から上方側へ発酵ガスを流通させるブロア303、と、これら吸着等内を減圧排気する真空ポンプ304と、これら吸着塔301の下方側と上方側とを仕切るように塔内に配設され、シロキサン、H2S、H2O等の目的とする不純物を吸着する吸着剤302と、複数設けられ並列に連結されている吸着塔305と、前記吸着塔305の下方側から上方側へ流通した発酵ガスを前記吸着塔305の下方側から上方側へ流通させるブロア307と、これら吸着塔305を減圧排気する真空ポンプ308と、前記吸着塔305の下方側と上方側とを仕切るように塔内に配設され、二酸化炭素を吸着する二酸化炭素吸着剤306と、排気された吸着塔305内のガスを該吸着塔301の一方側から他方側へ再び流通させるとともに、さらに前記吸着塔301の他方側から一方側へ再び流通させる排気再送給手段であるサージタンク309と、を備えるものである。
Specifically, the
発酵ガスの処理は、まずバルブとブロワ303の操作により該発酵ガスを吸着塔301に導入し、該吸着塔301内(圧力1ata前後)にて吸着剤302を通過させてシロキサン、H2S、H2O等の目的とする不純物を分離除去する。吸着剤302の吸着能力が飽和状態に近づいたら吸着塔301内を前記真空ポンプ304により減圧排気し(0.1ata程度)、前記吸着剤302に吸着除去された不純物を離脱して、吸着塔301より排出して回収し、吸着剤302を再生する。
次に前記吸着塔301から送出されたガスを前記吸着塔305に導入し、該吸着塔305内(圧力1ata前後)にて吸着剤306を通過させてCO2を分離し、吸着塔305からサージタンク309内に回収する。上記と同様に、吸着剤306の吸着能力が飽和状態に近づいたら吸着塔305内を前記真空ポンプ308により減圧排気し(0.1ata程度)、前記吸着剤306に吸着除去されたCO2を離脱して、吸着塔305よりサージタンクに回収し、吸着剤306を再生する。また、前記吸着塔305の上部から送出された精製ガスは、純度の高いメタンガスとして回収される。
In the treatment of the fermentation gas, first, the fermentation gas is introduced into the
Next, the gas sent out from the
本実施例の作用を説明すると、まず固形廃棄物は乾燥機等により所定の含水率まで乾燥された後に流動層ガス化炉10に投入される。該流動層ガス化炉10では、流動化ガスとして二酸化炭素、及びガス化剤として水蒸気、酸素が導入されて上記したガス化反応、燃焼反応等により一酸化炭素、水素を主成分とするガス化ガスが生成される。このガス化ガスは後段の改質炉12に送給され、該改質炉12にて煤等を含まないクリーンな一酸化炭素、水素リッチな改質ガスに改質される。
改質ガスは、改質炉12からボイラ13に送給され、ここで熱回収される。ボイラ13は、改質ガスから回収された熱で水を加熱して蒸気を発生させる。該蒸気は蒸気タービン14に送給され、このタービンを回転させ、発電機15を駆動させることにより発電を行なう。蒸気タービン14から排出された蒸気は、復水器に送給され、ここで水に戻されボイラに再び供給される。
The operation of this embodiment will be described. First, solid waste is dried to a predetermined moisture content by a dryer or the like and then charged into the fluidized
The reformed gas is fed from the reforming
前記ボイラ13を通過した改質ガスは減温塔16に送給され、後段のバグフィルタ17に送給できる温度まで水噴霧等により減温される。減温された改質ガスはバグフィルタ17に送給され、ここでダストや塩酸分が除去された後、ガス精製装置18にて触媒との接触等により不純物が除去され、ガスエンジン19に送給され、発電機20が駆動される。前記発電機は、上記したガスエンジンの他、ガスタービン式発電装置、燃料電池式発電装置、ガスエンジン−蒸気タービン式発電装置、ガスタービン−蒸気タービン式発電装置、燃料電池−スチームタービン式発電装置、燃料電池−ガスエンジン−スチームタービン式発電装置等にすることも可能である。
The reformed gas that has passed through the
また、本実施例では前記蒸気タービン14から排出される水蒸気の一部を前記流動層ガス化炉10に導入する水蒸気送給ラインを設けている。送給された水蒸気は前記流動層ガス化炉10のガス化剤として利用される。
さらに、前記発電機15(又は発電機20)にて発電された電力を前記VPSA装置31に送電する送電ラインを設けている。送電された電力はVPSA装置31にて利用される。また、前記発電機20(又は発電機15)にて発電された電力を前記PSA装置11に送電する送電ラインを設けている。送電された電力はPSA装置11にて利用される。
In this embodiment, a steam supply line for introducing a part of the steam discharged from the
Further, a power transmission line for transmitting the power generated by the generator 15 (or the generator 20) to the
前記改質炉12、ボイラ13、減温塔16、バグフィルタ17で回収された灰は、第1水洗装置21で水洗され、重金属類の大部分が洗い流された後、第2水洗装置22で二酸化炭素の存在下で水洗され、灰中の塩素分を溶出し、重金属類が固定化される。
前記第2水洗装置22では、二酸化炭素の存在下で灰を水洗することにより灰の炭酸塩化を行い、この炭酸塩が含有重金属類を炭酸塩の形成によって封じ込め、また難溶性のフリーデル氏塩を溶出する。(下記式(5)参照))
3CaO・Al2O3・CaCl2・10H2O+CO2(g)+H2O(l)
→ CaCO3+2HCl …(5)
このように、二酸化炭素の存在下で灰を湿式洗浄することにより、容易に且つ効果的に重金属類、塩素を無害化することができ、灰を再利用に適した原料とすることができる。
The ash collected by the reforming
In the second
3CaO · Al 2 O 3 · CaCl 2 · 10H 2 O + CO 2 (g) + H 2 O (l)
→ CaCO3 + 2HCl (5)
Thus, by wet-cleaning ash in the presence of carbon dioxide, heavy metals and chlorine can be easily and effectively rendered harmless, and ash can be used as a raw material suitable for reuse.
このようにして、灰中の重金属類、塩素が溶出、固定化されて無害化された灰は脱水機23にて脱水された後にメタンガスを燃料とする乾燥装置25にて乾燥され、セメント原料や細骨材等として再利用される。
また、前記脱水後の排水は、排水処理装置24により各種有害成分を除去され、放流基準まで浄化された後に放流される。
In this way, the heavy metals and ash in the ash that have been eluted, fixed and rendered harmless, the ash dehydrated by the
The dewatered waste water is discharged after various harmful components are removed by the waste
一方、湿潤系廃棄物は、前記メタン発酵槽30内にてメタン発酵され、メタンガス、二酸化炭素を主成分とする発酵ガスと発酵残渣に分解されて、発酵残渣は前記固形廃棄物とともに流動層ガス化炉10にて処理される。前記発酵ガスは、前記VPSA装置31に送給され、ここで硫黄系不純物、有機珪素系不純物等を分離除去されるとともに、高純度のメタンガスと二酸化炭素とに分離精製される。
そして、前記メタンガスは前記改質炉12の助燃剤として、又はガスエンジン32の燃料ガスとして、又は乾燥装置24の燃料ガスとして用いられる。
また、前記二酸化炭素は、前記流動層ガス化炉10に送給され、流動化ガスとして用いられる。さらに、該二酸化炭素は前記第2水洗装置22に送給し、灰中の塩素除去、重金属類の炭酸塩化等の灰の無害化に利用する。
本実施例によれば、ガス化処理系統とメタン発酵処理系統とを有機的に結合して生成物を有効利用することにより、資源の循環サイクルが形成され、資源の有効利用及び排出物の減量化が達成できる。
Meanwhile, the wet waste is methane-fermented in the
The methane gas is used as a combustion aid for the reforming
The carbon dioxide is supplied to the fluidized
According to the present embodiment, by effectively combining the gasification processing system and the methane fermentation processing system to effectively use the product, a resource circulation cycle is formed, and the resource is effectively used and the emission is reduced. Can be achieved.
10 流動層ガス化炉
11 PSA装置
12 改質炉
13 ボイラ
14 蒸気タービン
16 減温塔
17 バグフィルタ
18 ガス精製装置
19 ガスエンジン
21 第1水洗装置
22 第2水洗装置
30 メタン発酵槽
31 VPSA装置
32 ガスエンジン
33 二酸化炭素
34 メタンガス
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記メタン発酵槽にて発生した発酵ガスからメタンガスと二酸化炭素とを分離するガス分離装置と、該分離した二酸化炭素を前記流動化ガス導入口に送給する二酸化炭素送給ラインとを備え、 A gas separation device for separating methane gas and carbon dioxide from fermentation gas generated in the methane fermentation tank, and a carbon dioxide feed line for feeding the separated carbon dioxide to the fluidizing gas inlet,
前記流動層ガス化炉を含むガス化処理系統から発生した灰を湿式洗浄する灰洗浄手段を設け、前記灰洗浄手段は、前記ガス分離装置により分離回収した二酸化炭素が導入され、前記灰を二酸化炭素の存在下で湿式洗浄するように構成し、Ash cleaning means for wet-cleaning ash generated from a gasification processing system including the fluidized bed gasification furnace is provided, and the ash cleaning means is introduced with carbon dioxide separated and recovered by the gas separation device, Configured to wet-clean in the presence of carbon,
さらに、前記ガス分離装置により分離回収したメタンガスは、前記ガス化処理系統を構成する改質炉の助燃剤として供給するとともにメタンガスを燃料ガスとするガスエンジンへ供給することを特徴とする複合廃棄物ガス化処理システム。Further, the methane gas separated and recovered by the gas separation device is supplied as a combustion aid for a reforming furnace constituting the gasification processing system and is supplied to a gas engine using methane gas as a fuel gas. Gasification processing system.
前記流動層ガス化炉が、炉内への二酸化炭素導入量を制御するCO 2 導入量制御手段と、炉内への酸素導入量を制御するO 2 導入量制御手段と、炉内への水蒸気導入量を制御するH 2 O導入量制御手段と、を備え、夫々の導入量制御手段が独立制御されるようにしたことを特徴とする請求項1記載の複合廃棄物ガス化処理システム。 The gasifying agent introduced into the fluidized bed gasifier is oxygen and water vapor,
The fluidized bed gasification furnace includes CO 2 introduction amount control means for controlling the introduction amount of carbon dioxide into the furnace, O 2 introduction amount control means for controlling the oxygen introduction amount into the furnace, and water vapor into the furnace. The composite waste gasification system according to claim 1, further comprising an H 2 O introduction amount control means for controlling the introduction amount, wherein each introduction amount control means is independently controlled .
前記ガス化処理工程にて発生した灰を洗浄する灰洗浄工程を含み、
前記メタン発酵処理工程にて、前記メタン発酵により発生した発酵ガスから真空圧力スイング吸着法によりメタンガスと二酸化炭素とを分離した後、
該分離した二酸化炭素を前記流動層ガス化炉に導入するとともに前記灰洗浄工程に導入して、前記灰洗浄工程では前記灰を前記導入された二酸化炭素の存在下で湿式洗浄し、
さらに、前記分離されたメタンガスは、前記ガス化処理系統を構成する改質炉の助燃剤として供給するとともにメタンガスを燃料ガスとするガスエンジンへ供給することを特徴とする複合廃棄物ガス化処理方法。 Gasification treatment step of organic waste, in which organic solid waste is heated while fluidizing with fluidized gas introduced into a fluidized bed gasification furnace, and the waste is gasified by introducing a gasifying agent, and wet In a combined waste gasification method comprising: a methane fermentation treatment step for methane fermentation of a system waste,
Including an ash cleaning step for cleaning the ash generated in the gasification step,
In the methane fermentation treatment step, after separating methane gas and carbon dioxide from the fermentation gas generated by the methane fermentation by a vacuum pressure swing adsorption method,
The separated carbon dioxide is introduced into the fluidized bed gasification furnace and introduced into the ash washing step, and the ash washing step performs wet washing in the presence of the introduced carbon dioxide in the ash washing step,
Further, the separated methane gas is supplied as a combustor for a reforming furnace constituting the gasification processing system and is supplied to a gas engine using methane gas as a fuel gas. .
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