特開 2024-135090 廃棄物のガス化処理方法及びシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024135090

(43)【公開日】2024-10-04

(54)【発明の名称】廃棄物のガス化処理方法及びシステム

(51)【国際特許分類】

   C10J 3/00 20060101AFI20240927BHJP

   C10J 3/72 20060101ALI20240927BHJP

【ＦＩ】

C10J3/00 H

C10J3/72 J

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023045608

(22)【出願日】2023-03-22

(71)【出願人】

【識別番号】000004123

【氏名又は名称】ＪＦＥエンジニアリング株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002963

【氏名又は名称】弁理士法人ＭＴＳ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】川畑 秀駿

(72)【発明者】

【氏名】中山 剛

(72)【発明者】

【氏名】土居 真

(57)【要約】

【課題】ガス化処理システムにおいて、設備を複雑化せず、排ガス全体の温度を上げることなく、少ないエネルギーで、燃焼せずに残ったチャー、タール、スート等の未燃炭素分を分解して、合成ガスの回収量を増大させる。
【解決手段】廃棄物を熱分解してガス化する際に、熱分解ガス中に残留する未燃炭素分にマイクロ波を照射して、未燃炭素分を選択的に加熱し分解する。この際、未燃炭素分をフィルターの表面に堆積させてマイクロ波を照射するか、及び／又は、熱分解ガスに乗ってダクトの途中を流れている未燃炭素分に向けてマイクロ波を照射することができる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

廃棄物を熱分解してガス化する際に、
熱分解ガス中に残留する未燃炭素分にマイクロ波を照射して、未燃炭素分を選択的に加熱し分解することを特徴とする廃棄物のガス化処理方法。

【請求項2】

未燃炭素分をフィルターの表面に堆積させてマイクロ波を照射することを特徴とする請求項１に記載の廃棄物のガス化処理方法。

【請求項3】

熱分解ガスに乗ってダクトの途中を流れている未燃炭素分に向けてマイクロ波を照射することを特徴とする請求項１に記載の廃棄物のガス化処理方法。

【請求項4】

熱分解ガスに乗ってダクトの途中を流れている未燃炭素分、及び、フィルターの表面に堆積させた未燃炭素分の両方に向けてマイクロ波を照射することを特徴とする請求項１に記載の廃棄物のガス化処理方法。

【請求項5】

廃棄物を熱分解及びガス化させて熱分解ガスを発生させるガス化炉と、
前記熱分解ガスを酸素及び水蒸気により改質する改質炉と、
該改質炉から排出される熱分解ガスの熱を回収して蒸気を発生させるボイラ設備とを有する廃棄物のガス化処理システムにおいて、
前記ボイラ設備の出側に設けたフィルター設備と、
該フィルター設備内に設けられたフィルターの表面に堆積する未燃炭素分に向けてマイクロ波を照射するマイクロ波発振装置と、
を備えたことを特徴とする廃棄物のガス化処理システム。

【請求項6】

廃棄物を熱分解及びガス化させて熱分解ガスを発生させるガス化炉と、
前記熱分解ガスを酸素及び水蒸気により改質する改質炉と、
該改質炉から排出される熱分解ガスの熱を回収して蒸気を発生させるボイラ設備とを有する廃棄物のガス化処理システムにおいて、
前記改質炉から前記ボイラ設備に至るダクト中を流れている熱分解ガスに向けてマイクロ波を照射するマイクロ波発振装置を備えたことを特徴とする廃棄物のガス化処理システム。

【請求項7】

前記熱分解ガス中のＣＯ濃度を測定するＣＯ濃度計と、
該ＣＯ濃度計の出力に基づいて前記マイクロ波発振装置を動かすコントローラを更に備えたことを特徴とする請求項５又は６のいずれかに記載の廃棄物のガス化処理システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、バイオマス資源や廃棄物のガス化処理方法及びシステムに係り、特に、廃プラスチックを熱分解して合成ガスを得るガス化処理システムに用いるのに好適な、廃棄物のガス化処理方法及びシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、バイオマス資源や廃プラスチックなどの廃棄物を熱分解・ガス化処理して化学品に利用可能な合成ガスを生じさせるガス化処理システムが知られている。このようなガス化処理システムでは、バイオマス資源の熱分解・ガス化処理によりガス成分である熱分解ガスと共に、タール、チャー、スート等の含炭素非ガス成分が生成する。ここで生じた熱分解ガスは、含炭素非ガス成分を含んだ状態で改質炉に移される。なお、熱分解ガスは、バイオマス資源の熱分解・ガス化処理により生じたガス成分を意味するが、便宜上、含炭素非ガス成分を同伴したものを意味する場合もあるものとする。改質炉では、全体として１０００～１２００℃に加熱され、熱分解ガス中に存在するタール、チャー、スート等の含炭素非ガス成分は、Ｈ₂、ＣＯ等のガス成分に転換される。

【0003】

このようなガス化処理システムにおいて、バイオマスや廃棄物（廃プラスチックを含む）をガス化炉の流動槽などによって熱分解・ガス化した際、ガス温度を１２００℃程度以上の高温にしない場合、チャーやタール、スートといった未燃の炭素分が残ってしまう。未燃炭素が残った場合、（１）炉の後段で付着等のトラブルを起こす、（２）排出炭素の処理が必要になる、（３）未燃炭素分の持つエネルギーを回収できない、といった問題がある。

【0004】

一方で、ガス化ガスの部分酸化により燃焼温度を上げる場合、その分、ガス化ガスのエネルギーの一部を消費してしまうこととなる。

【0005】

このような問題点を解決するべく、特許文献１には、バイオマスをガス化した際、過酸化水素を吹き込むことにより、吹き込まない場合に比べ、低温でも残存タールを低減する技術が記載されている。

【0006】

又、特許文献２には、バイオマスをガス化した際に生成し、燃焼せずに残ったタールを分解する触媒を用いて、ガス化ガス中のタール分を分解除去する技術が記載されている。

【0007】

又、特許文献３には、酸化鉄を添加した集塵灰をマイクロ波で加熱して、ダイオキシン類が発生するなどの問題点のない集塵灰に無害化処理する廃棄物の集塵灰の処理技術が記載されている。

【0008】

又、特許文献４には、炉中のマイクロ波を吸収する性質を有する、粒状、板状又は塊状の材料からなる充填層にマイクロ波を照射することにより、高温に保持されている炉に、可燃性排ガスあるいは有害成分含有排ガスを通し、可燃性成分あるいは有害成分を酸化あるいは分解する技術が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開２０１５－１９６６９８号公報

【特許文献2】特開２０１１－２４５４２６号公報

【特許文献3】特開２００２－８６１０４号公報

【特許文献4】特開昭６１－１５３３１０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

しかしながら従来は、過酸化水素を吹き込んだり、特殊な触媒を用いたり、酸化鉄を添付したり、マイクロ波を吸収する性質を有する材料からなる充填層を設ける必要があり、設備が複雑化するという問題点を有していた。

【0011】

本発明は前記従来の問題点を解消するべくなされたもので、設備を複雑化せず、排ガス全体の温度を上げることなく、少ないエネルギーで未燃炭素分の分解を可能とすることを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本発明は、廃棄物を熱分解してガス化する際に、熱分解ガス中に残留する未燃炭素分にマイクロ波を照射して、未燃炭素分を選択的に加熱し分解することにより前記課題を解決するものである。

【0013】

ここで、未燃炭素分をフィルターの表面に堆積させてマイクロ波を照射することができる。

【0014】

又、熱分解ガスに乗ってダクトの途中を流れている未燃炭素分に向けてマイクロ波を照射することができる。

【0015】

又、熱分解ガスに乗ってダクトの途中を流れている未燃炭素分、及び、フィルターの表面に堆積させた未燃炭素分の両方に向けてマイクロ波を照射することができる。

【0016】

本発明は、又、廃棄物を熱分解及びガス化させて熱分解ガスを発生させるガス化炉と、前記熱分解ガスを酸素および水蒸気により改質する改質炉と、該改質炉から排出される熱分解ガスの熱を回収して蒸気を発生させるボイラ設備とを有する廃棄物のガス化処理システムにおいて、前記ボイラ設備の出側に設けたフィルター設備と、該フィルター設備内に設けられたフィルターの表面に堆積する未燃炭素分に向けてマイクロ波を照射するマイクロ波発振装置と、を備えたことを特徴とする廃棄物のガス化処理システムを提供するものである。

【0017】

本発明は、又、廃棄物を熱分解及びガス化させて熱分解ガスを発生させるガス化炉と、前記熱分解ガスを酸素および水蒸気により改質する改質炉と、該改質炉から排出される熱分解ガスの熱を回収して蒸気を発生させるボイラ設備とを有する廃棄物のガス化処理システムにおいて、前記改質炉から前記ボイラ設備に至るダクト中を流れている熱分解ガスに向けてマイクロ波を照射するマイクロ波発振装置を備えたことを特徴とする廃棄物のガス化処理システムを提供するものである。

【0018】

ここで、前記熱分解ガス中のＣＯ濃度を測定するＣＯ濃度計と、該ＣＯ濃度計の出力に基づいて前記マイクロ波発振装置を動かすコントローラを更に備えることができる。

【発明の効果】

【0019】

チャーやタール、スートといった未燃炭素分は、マイクロ波を吸収しやすく、選択的に加熱される。従って、本発明により、設備を複雑化せず、排ガス全体の温度を上げることなく、少ないエネルギーで未燃炭素分を分解して、合成ガスの回収量を増大させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の第１実施形態の全体構成を模式的に示す構成図

【図2】第１実施形態でマイクロ波をセラミックフィルターに照射している状態を示す平面図

【図3】本発明の第２実施形態の全体構成を模式的に示す構成図

【図4】本発明の第３実施形態の全体構成を模式的に示す構成図

【図5】本発明の第４実施形態の全体構成を模式的に示す構成図

【図6】本発明の第５実施形態の全体構成を模式的に示す構成図

【図7】第５実施形態におけるダクトとマイクロ波発振装置の配置を示す管路図

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に記載した内容により限定されるものではない。また、以下に記載した実施形態における構成要件には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。更に、以下に記載した実施形態で開示した構成要素は適宜組み合わせてもよいし、適宜選択して用いてもよい。

【0022】

本発明の第１実施形態に係るガス化処理システムは、図１に示す如く、破砕機（図示省略）により所定のサイズに破砕処理された後、一般廃棄物やバイオマス資源が投入される流動床、例えばバブリング流動槽などを有するガス化炉１０を備えている。このガス化炉１０は、導入される空気又は酸素Ｏ₂によるバイオマス資源の部分燃焼により、例えば５００～６００℃の加熱状態とされ、又、バイオマス資源を部分的に排出するための水蒸気又は水Ｈ₂Ｏが投入される。これにより、投入されたバイオマス資源は、熱分解・ガス化する。ガス化炉１０における熱分解・ガス化により生じた熱分解ガスは、タール、チャー、スート等の含炭素非ガス成分を同伴している。

【0023】

この熱分解ガスは引き続いて改質炉２０に投入される。改質炉２０には、熱分解ガス中に存在する含炭素非ガス成分及び炭化水素ガスを排出するための水蒸気又は水Ｈ₂Ｏが供給されると共に、改質炉の温度を１０００℃程度に上昇させ維持するための部分酸化を行うための空気又は酸素Ｏ₂が供給される。

【0024】

改質炉２０では、タール、チャー、スート等の含炭素非ガス成分及び熱分解ガスの部分燃焼により、１０００～１２００℃の加熱状態となり、タール、チャー、スート等の含炭素非ガス成分及び高分子量の炭化水素は、導入された水又は水蒸気Ｈ₂Ｏと、以下に示すように反応し、これにより一酸化炭素ＣＯ及び水素Ｈ₂が生じる（水蒸気改質反応）。
Ｃ_mＨ_n＋ｎＨ₂Ｏ→ｎＣＯ＋（ｍ／２＋ｎ）Ｈ₂ …（１）

【0025】

さらに、上記により生じた一酸化炭素ＣＯは、次式に従って、水又は水蒸気Ｈ₂Ｏと反応して炭素ガスＣＯ₂及び水素ガスＨ₂が生じる（水性ガスシフト反応）。
ＣＯ＋Ｈ₂Ｏ→ＣＯ₂＋Ｈ₂ …（２）

【0026】

また、各成分濃度および温度によっては、（２）の逆反応も進行しうる（逆水性ガスシフト反応）。

【0027】

改質炉２０において熱分解ガス等が改質反応した改質ガスは、次の熱回収装置３０又は減温塔に供給される。

【0028】

熱回収装置３０には、改質ガスを冷却するための循環水が供給され、この循環水は、改質ガスと熱交換することにより、蒸気とされる。

【0029】

熱回収装置３０により熱回収された改質ガスは、例えばセラミックフィルター４２を備えたフィルター設備４０に供給され、このフィルター設備４０中のセラミックフィルター４２を通過する際に、改質ガス中に存在する不純物が取り除かれる。

【0030】

不純物が取り除かれた合成ガスは、図示しないスクラバー等でさらに洗浄されたのち、図示しない合成設備等により化学品に転用される。その他の利用方法としては、ガスエンジン等に供給され、ガスエンジン等では、供給された合成ガスを燃料として駆動し発電が行われる。

【0031】

本実施形態では、フィルター設備４０のセラミックフィルター４２の表面に未燃炭素分を堆積させ、マイクロ波発振装置５０で発振したマイクロ波を、パージエアーが供給される導波管５４を介してセラミックフィルター４２の表面に照射して、セラミックフィルター４２の表面に堆積している未燃炭素分を選択的に加熱し、熱分解する。これにより、チャー、タール、スートといった未燃炭素分が減少する。

【0032】

本実施形態では、図２に示す如く、マイクロ波発振装置５０のマイクロ波発振器を５１、５２の２つ設け、マイクロ波をセラミックフィルター４２に局所的に照射することができるようにしている。

【0033】

これにより、未燃炭素が集まりやすいセラミックフィルター４２に効率的にマイクロ波を照射することができる。

【0034】

なお、マイクロ波発振器は１つであってもよい。また、３つ以上でも良い。

【0035】

本発明の第１実施形態においては、セラミックフィルター４２が使用可能な温度までガス温度を下げる必要があるが、未燃炭素分を狭い範囲に集め、長時間マイクロ波を照射することができる。

【0036】

次に、本発明の第２実施形態を図３に示す。この第２実施形態は、第１実施形態と同様のガス化処理システムにおいて、フィルター設備４０の出側の合成ガス中の一酸化炭素ＣＯ濃度を測定するＣＯ濃度計６０を設け、ＣＯ濃度が高く、未燃分が多くなっていると想定される時にのみコントローラ６２によりマイクロ波発振装置５０からマイクロ波を発振するようにしている。

【0037】

本実施形態によれば、マイクロ波発振に必要なエネルギーを削減することができる。なお、ＣＯ濃度計６０を設けることなく、コントローラ６２によりマイクロ波を定期的（間欠的）に照射することで、必要なエネルギーを削減することもできる。

【0038】

次に本発明の第３実施形態を図４に示す。この第３実施形態は、第１実施形態と同様のガス化処理システムにおいて、フィルター設備４０から廃棄される飛灰の一部をフィルター設備４０の入側に循環するようにしたものである。

【0039】

本実施形態によれば、フィルター設備４０から廃棄される未燃分の一部を循環させ、再度処理することによって、未燃炭素分を確実に減らすことができる。

【0040】

次に本発明の第４実施形態を図５に示す。この第４実施形態は、第１実施形態と同様のガス化処理システムにおいて、フィルター設備４０の入側に珪藻土を吹込むようにしたものである。

【0041】

本実施形態によれば、珪藻土を吹込むことにより、フィルター設備４０に入るガスの温度を下げることができ、高温によるセラミックフィルター４２への溶融固着を防止することができる。

【0042】

次に本発明の第５実施形態を図６に示す。本実施形態は、第１実施形態と同様のガス化処理システムにおいて、改質炉２０から熱回収装置３０に至るダクト（煙道とも称する）２２の途中に、図７に詳細に示す如く、マイクロ波発振装置７０から、パージエアーが供給される導波管７４を介してマイクロ波を照射したものである。

【0043】

ここでは、マイクロ波の進行方向にダクト２２を長く取ると共に、マイクロ波がダクト２２のマイクロ波発振装置７０の対面（図の底面）の壁に当たって反射するようにしている。

【0044】

マイクロ波発振装置７０は、流れている未燃炭素にマイクロ波を照射するため、マイクロ波発振装置５０に比べて、それぞれの未燃炭素に対して短時間しかマイクロ波を照射できないため、より強いマイクロ波発振器を用いることが望ましい。

【0045】

なお、マイクロ波発振装置７０の配置位置は、改質炉２０と熱回収装置３０の間に限定されず、例えば熱回収装置３０とフィルター設備４０の間に配設してもよい。

【0046】

本実施形態においては、第１実施形態のマイクロ波発振装置５０と、本実施形態のマイクロ波発振装置７０を併用しているので、未燃炭素分を確実に分解することができる。

【0047】

なお、第５実施形態でマイクロ波発振装置５０を省略して、設備費増を抑えることも可能である。

【0048】

本発明の適用対象は図１に例示するような構成のガス化処理システムに限定されず、他の構成のガス化処理システムにも同様に適用可能である。

【0049】

フィルターの種類もセラミックフィルターに限定されない。

【符号の説明】

【0050】

１０…ガス化炉
２０…改質炉
２２…ダクト
３０…熱回収装置
４０…フィルター設備
４２…セラミックフィルター
５０、７０…マイクロ波発振装置
５１、５２…マイクロ波発振器
５４、７４…導波管
６０…ＣＯ濃度計
６２…コントローラ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】