JP2003327975A

JP2003327975A - 可燃性廃棄物の加圧二段ガス化処理装置

Info

Publication number: JP2003327975A
Application number: JP2002135800A
Authority: JP
Inventors: Morio Toki; 盛男十亀; Nobuyuki Oi; 信之大井; Shigeya Hayashi; 茂也林; Makoto Terauchi; 誠寺内
Original assignee: Ube Industries Ltd
Current assignee: Ube Corp
Priority date: 2002-05-10
Filing date: 2002-05-10
Publication date: 2003-11-19

Abstract

(57)【要約】【課題】従来の可燃性廃棄物の加圧二段ガス化処理装
置を用いた場合に問題となる、高温ガス化炉の冷却室で
の内管の上端部に設けられた隙間もしくはその近傍への
溶融スラグの固着を回避もしくは低減すること。【解決手段】スロート部の底部に、内径がスロート部
の内径よりも大きく、内管の内径より小さいリング状ス
カート部が、内管と同軸に備えられていて、これにより
内管の上端部に設けられた隙間への溶融スラグの侵入を
防ぐようにされている高温ガス化炉。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、可燃性廃棄物の処
理に有用な加圧二段ガス化装置に関し、特に、加圧二段
ガス化装置に用いられる高温ガス化炉に関する。

【０００２】

【従来の技術】都市ゴミ、廃プラスチック、シュレッダ
ーダスト、スラッジ、廃タイヤ、廃油そしてバイオマス
などに代表される可燃性廃棄物は、そのほとんどが焼却
炉による焼却処理により減容化されるか、あるいは未処
理のまま埋立て処理されており、リサイクル利用される
量は全体から見ればごく僅かに止まっている。可燃性廃
棄物の焼却炉には、一般にストーカ炉や流動層炉が用い
られている。しかしこれらの焼却炉は、燃焼時の空気比
が高いため排ガス量が多く、また、可燃性廃棄物に含ま
れている金属類などが灰分として排出されるため灰分量
も多いという問題がある。このため可燃性廃棄物の焼却
処理場では、灰分量の減容化を目的として焼却炉と灰溶
融設備とを併設するところも増えつつあるが、焼却処理
場全体の建設コストや運転コストを押し上げる結果とな
っている。近年では、また、可燃性廃棄物の有効利用が
望まれているが、一般的なストーカ炉や流動層炉から排
出される灰分を有効利用することは難しい。

【０００３】こうした問題を解決するために、添付図面
の図１に示すような構成の可燃性廃棄物の加圧二段ガス
化装置が開発され、その実用化が進められている。な
お、この図１は特開２０００−３２９３２３号公報から
転載したものである。

【０００４】可燃性廃棄物の加圧二段ガス化装置は、低
温ガス化炉１、高温ガス化炉２、ベンチュリー式スクラ
バ３、及びガス洗浄塔４から構成されている。低温ガス
化炉１は、内部に流動層が形成された流動層炉である。
流動層は、炉の下方から送られるスチーム、炭酸ガスな
どの非反応性ガスもしくは酸化剤（空気や酸素ガス）な
どのガス化剤によって、流動媒体（通常は、砂）を流動
化させることによって、形成されている。低温ガス化炉
１では、定量供給装置５により投入された可燃性廃棄物
を炉の下方から供給される酸素、もしくは流動層の形成
のために供給されたガス化剤により部分燃焼させて炭素
質粒子（チャー）と不燃性物粒子とを含む、水素ガス、
一酸化炭素ガス、二酸化炭素ガス、及び炭化水素ガスか
らなる可燃性ガスが生成される（低温ガス化工程）。低
温ガス化炉１は、可燃性廃棄物の部分燃焼によって内部
温度が一般に６００〜８００℃の範囲、内部圧力は一般
に０．５〜１．６ＭＰａの範囲に維持されている。低温
ガス化炉１では、比較的低温で可燃性廃棄物を部分燃焼
させているため、可燃性廃棄物に含まれている大部分の
金属を酸化させずに回収することができる。

【０００５】低温ガス化炉１にて生成された可燃性ガス
は、炉頂から取り出され、ガス輸送ダクト６を経由して
高温ガス化炉２に送られる。

【０００６】高温ガス化炉２は、燃焼室７、スロート部
８、及び冷却室（急冷室ともいう）９から構成されてい
る。燃焼室７は、側部に可燃性ガスの導入口１０を備
え、酸素ガスとスチームの混合ガスを導入するための頂
部混合ガス導入口１１と、側部混合ガス導入口１２を備
えている。スロート部８の周囲には、内部に冷却水が流
れている冷却リング１３が埋設されている。冷却室９
は、二重管構造となっており、冷却室の外管１４には、
スラグ排出口、生成ガス取出し口１５、及び冷却水の導
入口を備えている。冷却室には、その内管１６（下降管
ともいう）の上側の外側表面に沿って、冷却水の導入口
に接続する環状の貯水タンク１７（注入堰ともいう）が
配置されていて、内管１６の上端部には、貯水タンクに
貯留された冷却水を内管の上端部を超えて内側表面に沿
って流下させるための環状の隙間（図示せず）が設けら
れている。冷却水は、旋回しながら内管１６の内壁を流
下している。冷却水を旋回させながら流下させる方法
は、特開２０００−５５４２号公報に記載されている。
内管１６の下方の端部は、冷却室の底部（水槽部）に貯
留された貯留水１８にて水封されている。

【０００７】高温ガス化炉２では、低温ガス化炉１にて
生成された可燃性ガスを、燃焼室７にて旋回させなが
ら、頂部混合ガス導入口１１と側部混合ガス導入口１２
とから導入された酸素ガスにより部分燃焼させて、水素
ガスと一酸化炭素ガスとを含むガス、及び溶融スラグが
生成される（高温ガス化工程）。燃焼室７の温度は、可
燃性ガスの部分燃焼によって一般に１２００〜１６００
℃の範囲、内部圧力は一般に０．５〜１．６ＭＰａの範
囲に維持されている。

【０００８】燃焼室にて生成された生成ガスは、冷却室
９の貯留水１８によって冷却された後、生成ガス取出し
口１５から炉外に取り出される。溶融スラグは、冷却室
９の貯留水１８によって冷却されて水砕スラグとなり、
スラグ排出口からロックホッパ１９に取り出される。

【０００９】生成ガス取出し口１５から取り出された生
成ガスは、ベンチュリー式スクラバ３、及びガス洗浄塔
４にて洗浄されて、洗浄ガスとして系外に排出される。
この洗浄ガスに含まれる水素ガスや一酸化炭素ガスは化
学製品の原料（例えば、アンモニアの原料）又は燃料ガ
スとして使用することができる（特開平１０−６７９９
２号公報を参照）。

【００１０】ロックホッパ１９に取り出された水砕スラ
グは、粗粒スラグとして回収される。冷却室９の貯留水
１８は、スラグ微粒子を含むスラグスラリー水として取
り出され、ガス洗浄塔４にて回収された水と共に減圧フ
ラッシュドラム（図示せず）を介して、スラグ分離回収
装置（図示せず）に送られて、水とスラグとに分離さ
れ、それぞれ回収される。回収された水は、高温ガス化
炉にて生成されたガス中に含まれる塩化水素ガスをアン
モニアで中和固定して得られる塩化アンモニウムを含ん
でおり、この水を精製、分離することで肥料などの原料
として有用な塩化アンモニウムを回収することができる
（特開２０００−３２８０７０号公報を参照）。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上述の通り加圧二段ガ
ス化処理装置を用いた可燃性廃棄物の処理方法は、資源
のリサイクル性に優れた可燃性廃棄物の処理方法であ
る。しかしながら、上記の加圧二段ガス化装置を用いて
実際に可燃性廃棄物の処理を実施してみると、幾つかの
問題があることが分かった。その内の一つに、高温ガス
化炉の燃焼室にて生成した溶融スラグが、冷却室の内管
の上端部に設けられた隙間もしくはその近傍に固着する
ことがあるという問題がある。そのような場所に、溶融
スラグが固着すると、内管の内側表面で冷却水が流下し
にくくなるか、もしくは内管の内側表面に冷却水が接触
しない領域が形成されるため、内管を劣化もしくは破損
させる要因となる。

【００１２】従って、本発明の目的は、従来の可燃性廃
棄物の加圧二段ガス化処理装置を用いた場合に問題とな
る、高温ガス化炉の冷却室での内管の上端部に設けられ
た隙間もしくはその近傍への溶融スラグの固着を回避も
しくは低減することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、可燃性廃棄物
を部分燃焼させて炭素質粒子と不燃性物粒子とを含む可
燃性ガスを生成させる低温ガス化炉、及び該低温ガス化
炉に連結している可燃性ガスの導入口を備え、該炭素質
粒子を部分燃焼させて水素ガスと一酸化炭素ガスとを含
むガスを生成させ、かつ該不燃性物粒子を加熱して溶融
スラグを生成させる燃焼室と、該燃焼室の底部にスロー
ト部を介して接続する二重管構造の冷却室とからなる高
温ガス化炉を含む可燃性廃棄物の加圧二段ガス化処理装
置であって、冷却室の外管が、スラグ排出口、生成ガス
取出し口、及び冷却水の導入口を備え、冷却室には、そ
の内管の上側の外側表面に沿って、冷却水の導入口に接
続する環状の貯水タンクが配置されていて、内管の上端
部には、貯水タンクに貯留された冷却水を内管の上端部
を超えて内側表面に沿って流下させるための環状の隙間
が設けられており、そして上記スロート部の底部に、内
径がスロート部の内径よりも大きく、内管の内径より小
さいリング状スカート部が、内管と同軸に備えられてい
て、これにより内管の上端部に設けられた隙間への上記
溶融スラグの侵入を防ぐようにされていることを特徴と
する加圧二段ガス化処理装置にある。

【００１４】本発明はまた、炭素質粒子と不燃性物粒子
とを含む可燃性ガスの導入口を備え、該炭素質粒子を部
分燃焼させて水素ガスと一酸化炭素ガスとを含むガスを
生成させ、かつ該不燃性物粒子を加熱して溶融スラグを
生成させる燃焼室と、該燃焼室の底部にスロート部を介
して接続する二重管構造の冷却室とからなる可燃性廃棄
物の加圧二段ガス化処理装置用の高温ガス化炉であっ
て、冷却室の外管が、スラグ排出口、生成ガス取出し
口、及び冷却水の導入口を備え、冷却室には、その内管
の上側の外側表面に沿って、冷却水の導入口に接続する
環状の貯水タンクが配置されていて、内管の上端部に
は、貯水タンクに貯留された冷却水を内管の上端部を超
えて内側表面に沿って流下させるための環状の隙間が設
けられており、そして上記スロート部の底部に、内径が
スロート部の内径よりも大きく、内管の内径より小さい
リング状スカート部が、内管と同軸に備えられていて、
これにより内管の上端部に設けられた隙間への上記溶融
スラグの侵入を防ぐようにされていることを特徴とする
高温ガス化炉にもある。

【００１５】上記高温ガス化炉のスロート部の底部に備
えられるリング状スカート部には、下端部から上方に向
かって延びるスリットが複数設けられ、複数のスカート
片が形成されていることが好ましい。このスカート片の
下端辺の隅部は、切り落とされているか、あるいは丸味
がつけられていることが好ましい。さらに、リング状ス
カート部の下端部が内管の上端部よりも下側に位置し、
かつリング状スカート部と内管のどちらか一方もしくは
両方の、リング状スカート部と内管とが対面する領域
に、突起が設けられていることが好ましい。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の可燃性廃棄物の加圧二段
ガス化処理装置、及びこれに用いられる高温ガス化炉に
ついて、添付図面を参照しながら説明する。なお、本発
明の加圧二段ガス化処理装置は、高温ガス化炉のスロー
ト部にリング状スカートが備えられていること以外にお
いては、公知の可燃性廃棄物の加圧二段ガス化処理装置
と基本的な違いがないため、その他の要素（例えば、低
温ガス化炉）についての記述は省略する。

【００１７】図２は、本発明に従う高温ガス化炉の要部
拡大断面図であり、図３は、図２のＡ−Ａ線における断
面図である。図２は、本発明の要部というべき高温ガス
化炉のスロート部と冷却室の内管の上端部の周囲の構成
を示したものである。従って、この図２に示した以外の
燃焼室の上部、及び冷却室の下部の構成、及び部材など
は、先に従来技術として述べた装置あるいは他の類似装
置に用いられているものを利用することができる。

【００１８】図２及び図３に示すように高温ガス化炉
は、これまでに知られている従来の高温ガス化炉と同様
に、冷却室９は二重管構造であり、外管１４は、スラグ
排出口（図示せず）、生成ガス取出し口１５、及び冷却
水の導入口２０を備え、その内管１６の上側の外側表面
に沿って、冷却水の導入口２０に接続する環状の貯水タ
ンク１７が配置されていて、内管１６の上端部には、貯
水タンク１７に貯留された冷却水を内管１６の上端部を
超えて内側表面に沿って流下させるための環状の隙間２
１が設けられている。本発明では、スロート部８の底部
に、内径がスロート部８の内径よりも大きく、内管１６
の内径より小さいリング状スカート部２２が、内管１６
と同軸に備えられていて、これにより内管１６の上端部
に設けられた隙間２１への燃焼室７にて生成した溶融ス
ラグの侵入を防ぐようにされている点に特徴がある。

【００１９】図２及び図３において、リング状スカート
部２２は、その下端部が内管１６の上端部よりも下側に
位置している。また、リング状スカート部２２には、下
端部から上方に向かって延びるスリット２３が設けら
れ、複数個のスカート片２４が形成されている。このス
カート片２４の下端辺の隅部は切り取られて、切り欠き
部２５が形成されている。さらに、内管１６は、リング
状スカート部２２と内管１６とが対面する領域に、突起
２６が設けられている。

【００２０】図２及び図３に示した高温ガス化炉では、
スロート部８の底部に、断面が三角形状の凹部２７が設
けられている。また、貯水タンク１７は、内部が仕切板
２８によって、冷却水受入部２９ａと冷却水排出部２９
ｂとに仕切られており、四カ所の冷却水導入口２０から
冷却水を、貯水タンク１７にその接線方向に供給するこ
とによって（図３）、冷却水を旋回させながら内管１６
の内側表面に流下させるようになっている。さらに、内
管１６の上端部には三角形状の凸部３０が設けられてい
る。但し、本発明において、スロート部８、貯水タンク
１７の構成、冷却水の供給方法及び内管１６の形状には
特別な制限はなく、先に従来技術として述べた装置ある
いは他の類装置に用いられているものを利用することが
できる。

【００２１】スリット２３は、スカート片２４を形成す
ることによって、リング状スカート部を部分的に湾曲さ
せ易くする。こうすることにより、熱応力による部分的
な湾曲に起因するクラックがリング状スカート部２２に
発生しにくくなる。スリット２３の長さには特に制限は
ないが、リング状スカート部２２の下端部から上端部ま
での長さの１／２以上の長さにあることが好ましく、１
／２〜３／４の長さにあることがより好ましい。但し、
スリット２３はリング状スカート部の上端部まで延びて
いてもよい。また、スリット２３の幅は、１〜１０ｍｍ
の範囲にあることが好ましく、１〜５ｍｍの範囲にある
ことがより好ましい。スリット２３は、リング状スカー
ト部２２の円周方向に等間隔で形成されていることが好
ましい。スリット２３の個数は、４〜２０個の範囲にあ
ることが好ましく、８〜１３個の範囲にあることが好ま
しい。図３ではスリットは１０個設けられている。

【００２２】スカート片２４の切り欠き部２５は、スカ
ート片２４が内管１６側に湾曲して、スカート片２４と
内管１６との間隔が狭くなった場合に、冷却水の流路を
形成する。切り欠き部２５の形状は、リング状スカート
部２２と内管１６との間隔と同じ長さを一辺に持つ三角
形状とすることが好ましい。なお、切り欠き部２５を設
ける代わりに、スカート片２４の隅部に丸味をつけても
よい。

【００２３】突起２６は、スカート片２４が湾曲して内
管１６の内側表面と接触しないようにするためのスペー
サとして機能する。突起１６の高さには、特に制限はな
いが、１ｍｍ以上、かつリング状スカート部２２と内管
１６との間隔の９／１０以下とすることが好ましい。突
起２６は、内管の円周方向に等間隔で形成されているこ
とが好ましい。突起の個数は、１５〜４０個の範囲にあ
ることが好ましく、２０〜３０個の範囲にあることがよ
り好ましい。図３では突起２６は２４個設けられてい
る。なお、突起２６は、スカート片２４に設けてもよ
く、また内管１６とスカート片２４の両方に設けてもよ
い。

【００２４】リング状スカート部２２の上端部から下端
部までの長さには特に制限はないが、下端部が内管１６
の上端部よりも下側に位置する長さであること（すなわ
ち、内管１６の上端部に設けられた隙間２１の間隔より
も長いこと）が好ましい。リング状スカート部２２の下
端部が内管１６の上端部を超える長さは、３ｍｍ以上で
あることが好ましく、５〜５０ｍｍの範囲にあることが
より好ましく、５〜３０ｍｍの範囲にあることがさらに
好ましい。また、リング状スカート部２２の下端部が内
管１６の上端部を超える長さは、リング状スカート部２
２の上端部から下端部までの長さの１／２〜１／１０の
範囲あることが好ましく、１／６〜１／１０の範囲にあ
ることが好ましい。

【００２５】リング状スカート部２２の内径は、スロー
ト部８の内径よりも大きく内管１６の内径より小さけれ
ば、その長さに特別な制限はないが、内管１６の内径と
の差が５〜１００ｍｍの範囲にあることが好ましく、２
０〜１００ｍｍの範囲にあることが好ましい。内径の差
が５ｍｍを超えて短くなると、リング状スカート部２２
と内管１６との間隔が狭くなり、冷却水が内管１６の内
側に流出しにくくなる傾向にある。一方、内径の差が１
００ｍｍを超えて長く、溶融スラグがリング状スカート
部２２と内管１６との間に侵入し易くなる傾向にある。

【００２６】リング状スカート部２２の材料には、耐熱
性の高い金属が用いられる。その材料の例としては、イ
ンコネル６００、インコネル６２５、ＳＵＳ３１０Ｓ、
ハロテロイＣ２２などを挙げることがことができる。特
に、インコネル６００又はインコネル６２５が好まし
い。リング状スカート部２２の厚さは、１〜１０ｍｍの
範囲にあることが好ましく、３〜５ｍｍの範囲にあるこ
とがより好ましい。

【００２７】

【発明の効果】本発明の可燃性廃棄物の加圧二段ガス化
処理装置、及びこれに用いられる高温ガス化炉は、従来
まで問題となっていた冷却室の内管の上端部に設けられ
た隙間への溶融スラグの固着を高い確率で回避すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】公知の可燃性廃棄物の加圧二段ガス化装置の構
成を示す図である。

【図２】本発明に従う高温ガス化炉の要部拡大断面図で
ある。

【図３】図２のＡ−Ａ線の断面図である。

【符号の説明】

１低温ガス化炉２高温ガス化炉３ベンチュリー式スクラバー４ガス洗浄塔５定量供給装置６ガス輸送ダクト７燃焼室８スロート部９冷却室１０可燃性ガスの導入口１１頂部混合ガス導入口１２側部混合ガス導入口１３冷却コイル１４外管１５生成ガス取出し口１６内管１７貯水タンク１８貯留水１９ロックホッパ２０冷却水導入口２１隙間２２リング状スカート部２３スリット２４スカート片２５切り欠き部２６突起２７凹部２８仕切板２９ａ冷却水受入部２９ｂ冷却水排出部３０凸部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者林茂也山口県宇部市大字小串1978番地の２宇部興産株式会社環境事業開発室内 (72)発明者寺内誠山口県宇部市大字小串1978番地の２宇部興産株式会社環境事業開発室内Ｆターム(参考） 3K061 AA16 AB02 AB03 AC01 AC06 AC13 AC14 AC17 BA05 CA07 FA11 FA25 FA27 4D004 AA01 AA46 BA03 BA05 CA27 CB05 CB31

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】可燃性廃棄物を部分燃焼させて炭素質粒
子と不燃性物粒子とを含む可燃性ガスを生成させる低温
ガス化炉、及び該低温ガス化炉に連結している可燃性ガ
スの導入口を備え、該炭素質粒子を部分燃焼させて水素
ガスと一酸化炭素ガスとを含むガスを生成させ、かつ該
不燃性物粒子を加熱して溶融スラグを生成させる燃焼室
と、該燃焼室の底部にスロート部を介して接続する二重
管構造の冷却室とからなる高温ガス化炉を含む可燃性廃
棄物の加圧二段ガス化処理装置であって、冷却室の外管
が、スラグ排出口、生成ガス取出し口、及び冷却水の導
入口を備え、冷却室には、その内管の上側の外側表面に
沿って、冷却水の導入口に接続する環状の貯水タンクが
配置されていて、内管の上端部には、貯水タンクに貯留
された冷却水を内管の上端部を超えて内側表面に沿って
流下させるための環状の隙間が設けられており、そして
上記スロート部の底部に、内径がスロート部の内径より
も大きく、内管の内径より小さいリング状スカート部
が、内管と同軸に備えられていて、これにより内管の上
端部に設けられた隙間への上記溶融スラグの侵入を防ぐ
ようにされていることを特徴とする加圧二段ガス化処理
装置。
【請求項２】リング状スカート部に、下端部から上方
に向かって延びるスリットが複数個設けられ、複数のス
カート片が形成されていることを特徴とする請求項１に
記載の加圧二段ガス化処理装置。
【請求項３】スカート片の下端辺の隅部が切り落とさ
れているか、あるいは丸味がつけられていることを特徴
とする請求項２に記載の加圧二段ガス化処理装置。
【請求項４】リング状スカート部の下端部が内管の上
端部よりも下側に位置し、かつリング状スカート部と内
管のどちらか一方もしくは両方の、リング状スカート部
と内管とが対面する領域に、突起が設けられていること
を特徴とする請求項２もしくは３に記載の加圧二段ガス
化処理装置。
【請求項５】炭素質粒子と不燃性物粒子とを含む可燃
性ガスの導入口を備え、該炭素質粒子を部分燃焼させて
水素ガスと一酸化炭素ガスとを含むガスを生成させ、か
つ該不燃性物粒子を加熱して溶融スラグを生成させる燃
焼室と、該燃焼室の底部にスロート部を介して接続する
二重管構造の冷却室とからなる可燃性廃棄物の加圧二段
ガス化処理装置用の高温ガス化炉であって、冷却室の外
管が、スラグ排出口、生成ガス取出し口、及び冷却水の
導入口を備え、冷却室には、その内管の上側の外側表面
に沿って、冷却水の導入口に接続する環状の貯水タンク
が配置されていて、内管の上端部には、貯水タンクに貯
留された冷却水を内管の上端部を超えて内側表面に沿っ
て流下させるための環状の隙間が設けられており、そし
て上記スロート部の底部に、内径がスロート部の内径よ
りも大きく、内管の内径より小さいリング状スカート部
が、内管と同軸に備えられていて、これにより内管の上
端部に設けられた隙間への上記溶融スラグの侵入を防ぐ
ようにされていることを特徴とする高温ガス化炉。
【請求項６】リング状スカート部に、下端部から上方
に向かって延びるスリットが複数個設けられ、複数のス
カート片が形成されていることを特徴とする請求項５に
記載の高温ガス化炉。
【請求項７】スカート片の下端辺の隅部が切り落とさ
れているか、あるいは丸味がつけられていることを特徴
とする請求項６に記載の高温ガス化炉。
【請求項８】リング状スカート部の下端部が内管の上
端部よりも下側に位置し、かつリング状スカート部と内
管のどちらか一方もしくは両方の、リング状スカート部
と内管とが対面する領域に、突起が設けられていること
を特徴とする請求項６もしくは７に記載の高温ガス化
炉。