JPH10141626A - 廃棄物のガス化溶融方法 - Google Patents

廃棄物のガス化溶融方法

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JPH10141626A
JPH10141626A JP30140196A JP30140196A JPH10141626A JP H10141626 A JPH10141626 A JP H10141626A JP 30140196 A JP30140196 A JP 30140196A JP 30140196 A JP30140196 A JP 30140196A JP H10141626 A JPH10141626 A JP H10141626A
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waste
gas
gasification
furnace
melting
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JP30140196A
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English (en)
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Hiroaki Ishida
博章 石田
Takaiku Yamamoto
高郁 山本
Hirotaka Sato
弘孝 佐藤
Katsuya Isaka
勝哉 伊坂
Hideaki Yasufuku
秀章 安福
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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  • Gasification And Melting Of Waste (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】廃棄物をガス化溶融して燃料ガスと、溶融スラ
グ、溶融金属を回収するガス化溶融方法を提供する。 【解決手段】炉内に充填された廃棄物を燃焼させ、廃棄
物中の有機物をガス化してエネルギーガスとして回収す
るとともに、廃棄物中の灰分と金属類を溶融物として回
収する廃棄物のガス化溶融炉を用いて廃棄物をガス化溶
融する方法において、前記廃棄物を、あらかじめ、粉砕
→乾燥→分別(有価金属の分別回収及び不燃物の分別除
去)→減容成型の処理を施してRDF(Refuse Derived
Fuel、固形燃料)とした後、前記ガス化溶融炉に装入
し、ガス化溶融する。また、ガス化溶融炉から排出され
るダストをリサイクルすれば(分別後の廃棄物に添加混
合)、ダストに含まれる重金属類の濃縮が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般廃棄物および
産業廃棄物(以下、これらを区別せず、単に廃棄物とも
称す)をガス化して燃料として使用できるガス(以下、
エネルギーガスと称す)を回収するとともに、これら廃
棄物に含まれる灰分と金属類をそれぞれ溶融スラグと溶
融金属として回収する廃棄物のガス化溶融方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】都市ごみを主体とする一般廃棄物、およ
び廃棄された自動車や家電製品のシュレッダーダストを
主体とする産業廃棄物の処理方法として、埋立て処分な
いしは焼却後埋立て処分する方法が採られている。しか
し、最近の埋立て処分地の確保が極めて困難であるとい
う逼迫した状況の下にあっては、これまで一般的に採用
されている焼却方式が見直されてきている。
【0003】また、廃棄物をそのまま埋立て処分ないし
は焼却後埋立て処分する方法をとるのではなく、一旦減
容固形化した廃棄物、すなわち、一般的にRDF(Refu
se Derived Fuel :廃棄物に由来する燃料という意味)
と呼ばれる固形燃料にした後、焼却する方式もある。こ
の方式のものとしては、例えば、(株)日本リサイクル
マネジメントによるTC−システム(可燃性廃棄物の固
形燃料化技術)、(株)荏原製作所によるJ−カトレル
システム(同じく、可燃性廃棄物の固形燃料化技術)、
あるいは三重県におけるリサイクルエネルギーセンター
構想で計画されている可燃物の固形燃料化等があげられ
る(第6回ごみ固形燃料化技術に関するセミナー講演要
旨集、平成8年6月28日(環境計画センター))。
【0004】一方、有限資源愛護の見地からみると、こ
れら廃棄物あるいはRDFを単に焼却するのではなく、
再生利用可能なものは資源(有用物質)あるいはエネル
ギー(熱エネルギー)として回収することが望ましい。
現在、実用化されている例として次のようなものがあげ
られる。
【0005】1.物質回収 金属(アルミ缶、スチール缶など)の分別回収 プラスチック(PETボトルなど)の分別回収 古紙(新聞紙など)の分別回収 2.物質転換回収 プラスチックの熱分解油化による燃料油としての回収 プラスチックの熱分解ガス化による燃料ガスとしての
回収 3.熱エネルギー回収 廃棄物焼却時の蒸気回収 上記の1は廃棄物に至る手前の事前処理方法であるた
め、分別後の廃棄物からの有用物質の回収は上記の2あ
るいは3の手段に頼らざるをえない。特に最近は、生活
様式の変化(多様化)によって、一般廃棄物および産業
廃棄物には様々な物質が含まれるため、各種の廃棄物に
柔軟に対応することができ、かつ経済性のよいガス化方
式が脚光を浴びてきている。
【0006】このガス化方式としては、次のようなもの
があげられる。
【0007】A.コークスベッド方式直接溶融システム (「鉄鋼界報」No.1674,1996.3.21
(日本鉄鋼連盟)、「燃料及燃焼」第61巻,第8号
(1994)572〜578頁、および特公平7−35
889号公報参照) 溶融炉本体は単段羽口の竪型シャフト炉であり、炉中央
部から廃棄物とともにコークスと石灰石が投入される。
炉内は上部から予熱・乾燥帯(約300℃)、熱分解帯
(300〜1000℃)および燃焼・溶融帯(1700
〜1800℃)に区分される。予熱・乾燥帯では廃棄物
が加熱され水分が蒸発する。乾燥された廃棄物は次第に
降下し、熱分解帯に移行して有機物はガス化する。この
発生ガスは、炉上部から排出され、後段の燃焼室で完全
に燃焼し、廃熱ボイラー等の熱回収システムにより熱エ
ネルギーの回収が図られる。
【0008】一方、ガス化された残りの灰分と無機物は
コークスとともに燃焼・溶融帯に降下する。コークスは
羽口から供給される空気により燃焼し、その熱によって
灰分と無機物が完全に溶融する。溶融物は投入された石
灰石によって適度な粘度および塩基度に調整され、出湯
口から炉外へ排出される。
【0009】なお、コークスを節減するために、コーク
スと廃棄物の装入系統を別個にして排ガスの顕熱を廃棄
物の乾燥および予熱に利用し、炉の熱効率を上げる方法
が開示されている(前記特公平7−35889号公
報)。
【0010】B.高温ガス化直接溶融システム (「鉄鋼界報」No.1674,1996.3.21
(日本鉄鋼連盟)) 溶融炉本体は、高さ方向に3段階に区分された羽口を有
する竪型炉であり、1000℃程度の高温に維持された
廃棄物の乾留物で形成される流動層に、コークス等の補
助燃料とともに廃棄物が直接投入される。中段の羽口
(2段羽口)から流動層内に送風することにより、生成
ガスの一部が燃焼して温度が維持される。
【0011】不燃物を含む乾留物は、補助燃料とともに
炉下部の移動層に降下し、下段の羽口(主羽口)からの
酸素富化空気により高温燃焼・ガス化し、不燃物および
灰分が溶融、滴下して比重差によりメタルと分離され
る。一方、フリーボード下部に設置した羽口(3段羽
口)からの送風によりフリーボード温度が常に1000
℃以上に保たれ、タール分の発生、ダイオキシン類およ
びその前駆体の生成が防止される。
【0012】C.Thermoselect方式 (Thermoselect(1995.5.26),
PART1”Foundation for the continuos conversio
ns of solid waste”) この方式で用いられる炉は、廃棄物中の水分の蒸発と有
機物の熱分解を行うプレス加圧式管型熱分解器と、酸素
による熱分解残渣(チャー)の燃焼、灰の溶融およびガ
スの改質を行う燃焼溶融炉とが一体に連結された熱分解
溶融炉である。燃焼溶融炉の内部では、まず、熱分解器
からの有機物の分解ガスが炉の中間部に導かれ、一方、
チャーは炉底部に降下し、酸素によって高温で燃焼して
灰が溶融するとともに、炉上部の高温雰囲気下で有機物
分解ガスのCOおよびH2 への転換(ガスの改質)が進
行する。
【0013】しかしながら、上記従来の方式には次のよ
うな問題がある。
【0014】すなわち、上記の方式Aのシステムの竪型
シャフト炉は高価なコークスを必須とし、生成ガスを完
全燃焼させるのでその顕熱しか回収できない。また、こ
の方式では、炉上部の予熱・乾燥帯温度が約300℃程
度であるので、充分分解しきれないタール等の炭化水素
やダイオキシン類が多量に炉外に排出される。
【0015】方式Bのシステムの竪型炉も、方式Aの場
合と同様に高価なコークスを必須としている。また、フ
リーボードを常に1000℃以上に保つために、大きな
フリーボードを必要とし、炉の大型化が避けられない。
【0016】方式Cで用いられる炉は、2つの反応器
(炉)を一体に連結しているとはいいながら、実際上は
明らかに熱分解炉と燃焼溶融炉の2炉に分離している。
したがって、構造的に複雑であり、設備コストが高くな
る。また、熱分解炉は燃焼溶融炉とは分離された間接加
熱型の炉であるため、燃焼溶融炉の排ガス顕熱が充分利
用されない。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、埋立て処分
地の問題に関連して、廃棄物中の可燃分、灰分および鉄
分などを有効利用し、埋立てに係わる費用の低減を図る
とともに、生成する副生ガスを発電用燃料等に活用する
ためになされたものである。
【0018】すなわち、本発明の課題は、一般廃棄物お
よび産業廃棄物を単に焼却するのではなく、廃棄物中に
含まれる有機物をガス化してエネルギーガスとして回収
するとともに、廃棄物中に含まれる灰分と金属類をそれ
ぞれ溶融スラグと溶融金属として回収する方法を提供す
ることにある。具体的には、上記の従来技術における問
題を解決し、高価なコークスを使用せずに、廃棄物のガ
ス化溶融、脱水・熱分解およびガス改質の一連の工程を
1炉で実施し、かつタールやダイオキシン等がほとんど
含まれない清浄な排ガスとすることができるガス化溶融
方法を提供することを目的としている。
【0019】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、下記の
ガス化溶融方法にある。
【0020】廃棄物中の有機物をガス化してエネルギー
ガスとして回収するとともに、廃棄物中の灰分と金属類
を溶融物として回収する廃棄物のガス化溶融炉を用いて
廃棄物をガス化溶融する方法において、前記廃棄物を、
あらかじめ下記(1)〜(4)の工程による処理を施し
た後、前記ガス化溶融炉に装入し、ガス化溶融すること
を特徴とする廃棄物のガス化溶融方法。
【0021】(1)廃棄物を粉砕する工程 (2)粉砕した廃棄物を乾燥する工程 (3)乾燥後の廃棄物から銅、アルミニウム等の有価金
属を分別回収し、ガレキ、土砂等の不燃物を分別除去す
る工程 (4)上記(3)の分別回収および分別除去後の廃棄物
に、石灰を添加混合して減容成型する工程 また、上記の廃棄物のガス化溶融方法において、ガス化
溶融炉から排出されるダストを上記の工程(4)で処理
する廃棄物に添加混合することを特徴とする廃棄物のガ
ス化溶融方法である。
【0022】
【発明の実施の形態】以下、本発明の廃棄物のガス化溶
融方法(本発明方法)について詳細に説明する。
【0023】まず、本発明方法において、ガス化溶融炉
に装入する廃棄物に対し、前記(1)〜(4)の工程に
よる処理、すなわちRDF化を行う理由を説明する。
【0024】図1は、RDFの概略の製造工程を示す図
である。図示したように、この工程は、粉砕、乾燥、分
別および減容成型の4工程からなっている。
【0025】(1)粉砕工程 収集された廃棄物は品質的に多種多様であるが、サイズ
的にも微少物から粗大ごみに至るまで広範囲にわたって
いる。このような広範囲にわたるサイズの廃棄物をガス
化溶融炉にそのまま充填すると、安定的な通気性を維持
することが困難となり、棚吊りや吹き抜け等の操業トラ
ブルの誘因となる。
【0026】すなわち、微少サイズの廃棄物は充填層の
目詰まりの原因になったり、また飛散する量が多くなる
ので集塵設備に負担がかかる。一方、粗大ごみになると
ガス化溶融炉の内部に燃焼が不均一な部分が生じるの
で、通気性が乱されるばかりか、排ガスとして回収する
エネルギーガスの成分のバラツキも大きくなる。また、
サイズの最も大きい廃棄物に合わせて装入設備を製作し
なければならないため、オーバースペックな設備とな
り、無駄が多く、経済性に乏しい。
【0027】したがって、廃棄物は、ガス化溶融炉に装
入する前に、粉砕処理を施す必要がある。粉砕後の廃棄
物のサイズは、一概には決められないが、一般的には1
50mm程度以下とするのが好ましい。また、粉砕に用
いる機械設備は特定のものに限定されないが、従来使用
されている一軸せん断方式のものが好適である。
【0028】(2)乾燥工程 特に都市ごみ等の一般廃棄物には、多量の水分が含まれ
ている。生ごみを例にとれば、平均的な水分含有量は3
0〜60%であり、70%を超える場合もある。このよ
うな廃棄物をそのままガス化溶融炉に装入すると、水分
を蒸発させるために多大なエネルギーが必要となる。本
来、ガス化溶融炉では、廃棄物中の有機物の熱分解・ガ
ス化、及び熱分解後の残渣である灰の溶融のために貴重
なエネルギーが消費されなければならないのであるか
ら、廃棄物に含まれる水分は、ガス化溶融炉へ装入され
る前に除去しておくのが望ましい。
【0029】廃棄物に含まれる水分をガス化溶融炉外で
除去するには、ガス化溶融炉の廃熱を有効利用する方
法、機械的に圧縮する方法等、従来使用されている方法
によればよい。
【0030】(3)分別工程 前述したように、廃棄物中に含まれる金属類やプラスチ
ック類等の有価物は、事前に分別回収しておくのが望ま
しい。
【0031】この工程で、廃棄物中の銅、アルミニウム
及び鉄等の金属類を除去できれば、ガス化溶融炉に持ち
込まれる金属分が減少するので、金属類を溶融するため
のエネルギーが不要になる他、溶融スラグに持ち込まれ
る金属、特に酸化鉄及び酸化鉛の含有量が減少する。そ
の結果、溶融スラグの有効利用、例えばセメント原料、
タイル、ブロックや、路盤材等、より広範囲での使用が
可能となる。また、溶融スラグに含有される酸化鉄及び
酸化鉛が減少すれば、従来、ガス化溶融炉で、溶融スラ
グの還元及び金属類の回収に必要とされていたコークス
を不要とすることができる。
【0032】さらに、この工程で、廃棄物中のがれき類
や土砂等のスラグ類を除去できれば、ガス化溶融炉に持
ち込まれるスラグ分が減少するので、スラグを溶融する
ためのエネルギーが不要になる他、溶融スラグを詰まり
等を生じさせずに安定して排出させるために添加する石
灰石等の造滓剤を削減できるという利点もある。
【0033】また、廃棄物中の金属類及びスラグ類が事
前に除去されていれば、ガス化溶融炉に充填される廃棄
物は可燃物を多く含有することになるので、廃棄物自身
が有する発熱量(カロリー)が高くなり、ガス化溶融炉
において、高価なコークス、石炭及び灯油・重油等の補
助燃料を使う必要がなくなる。
【0034】多種多様な物が混在した状態のままの廃棄
物から上記の金属類あるいはがれきや土砂等のスラグ類
を分別回収するのは困難であるが、本発明方法において
は、既に粉砕及び乾燥処理が施されているので、比重差
による重量物と軽量物への選別や、磁力による鉄類の選
別等は、比較的容易となる。
【0035】(4)減容成型工程 この工程では、前処理で粉砕乾燥した廃棄物を減容成型
して、均一サイズの廃棄物、すなわちRDFとする。減
容成型に用いる機械設備について特に限定はないが、従
来から使用されている一軸スクリュー押出式のもの等が
好適である。成型後のサイズは、ガス化溶融炉の炉径、
装入口径等に応じて適宜定めればよいが、通常は10〜
100mm程度とするのが好ましい。
【0036】上記のようにして得られるRDFをガス化
溶融炉に装入すると、サイズが均一化されているので、
炉内では自ずと充填層(RDFが比較的密に充填された
層)が形成される。その結果、炉内の通気性が改善さ
れ、安定的なガス化溶融操業が可能となる。また、ガス
化溶融炉の原料装入設備を過度に大きくする必要がな
く、適切な大きさに設計することが可能となる。
【0037】RDFは減容前の廃棄物と異なり緻密性が
向上しているので、ガス化溶融炉の中で徐々に熱分解・
ガス化し、燃焼する。いわゆるコークスのような火持ち
が良い燃料の役割を果たす。なお、RDFの充填層は、
密に形成された堅固なものとなっているので、廃棄物の
飛散ロスは著しく減少する。
【0038】さらに、減容成型処理する段階で、成型に
支障を来さない範囲で生石灰、消石灰あるいは石灰石等
の石灰類を添加すれば、RDF中に石灰粒が内装される
ことになり、ガス化溶融炉において、下記のような効果
ももたらされる。
【0039】(a)脱S(硫黄)及び脱Cl(塩素)が
促進される。
【0040】(b)ダイオキシン生成の前駆体と考えら
れているクロロフェノール類やクロロベンゼン類の生成
が抑制されるので、ダイオキシンの発生量が減少する。
【0041】(c)熱分解後の残渣である灰の溶融が促
進される。
【0042】また、減容成型処理する段階で、ガス化溶
融炉から排出されるダストを添加すれば(図1参照)、
ダスト中に含まれる重金属類、特にCr、Pb、Hg、
Cd、Zn、As等の濃縮が可能となる。すなわち、ガ
ス化溶融炉から排出されるダストを多数回循環利用する
こととなり、最終的にガス化溶融炉から排出されるダス
ト中の重金属類は高濃度に濃縮される。これによって、
ダストからのこれら重金属類の抽出が容易になり、再利
用の途が開かれる。なお、重金属類の抽出は、一般的な
アルカリあるいは酸を用いる湿式法により行うことがで
きる。
【0043】次に、上記(1)〜(4)の工程により得
られるRDFをガス化溶融する際に使用する炉について
説明する。
【0044】この炉は、廃棄物を燃焼させ、廃棄物中の
有機物をガス化してエネルギーガスとして回収するとと
もに、廃棄物中の灰分と金属類を溶融物として回収する
ことができるように構成されたガス化溶融炉であればよ
い。
【0045】本発明方法は、このガス化溶融炉にRDF
化した廃棄物を装入し、ガス化溶融する点に特徴を有し
ている。これによって、上述したRDF化による種々の
効果が最大限に発揮される。
【0046】一例として、本発明者らが先に出願したガ
ス化溶融炉(特願平8−249795号)を用いる場合
について説明する。
【0047】図2は、このガス化溶融炉の一例の構成を
示す概略縦断面図である。なお、このガス化溶融炉は、
RDF化した廃棄物を処理するので、ここでは、RDF
ガス化溶融炉という。
【0048】図示するように、RDFガス化溶融炉1
は、上部にRDFを装入するためのRDF装入口11−
1と生成するガスを排出するためのガス排出口3−1を
有している。RDF装入口11−1には、ホッパー11
−2およびプッシャー10が取り付けられ、また、ガス
排出口3−1には、排ガス4を回収するためのダクト3
−2が取り付けられている。炉下部には溶融スラグおよ
び溶融金属13を排出するための排出口9が設けられて
いる。
【0049】炉側壁のRDF装入口11−1と溶融スラ
グおよび溶融金属の排出口9との間には、それぞれ独立
して支燃性ガスおよび補助燃料を吹き込むことができる
高さ方向に3段に分かれた羽口が設けられている。すな
わち、炉の下方から順に、RDFを脱水加熱、熱分解し
て生成される炭化物を主体とする充填層14に支燃性ガ
ス7−1および補助燃料6−1を吹き込むための羽口
(下段の羽口で、以下、「1次羽口5−1」という)
と、装入された状態のRDFを主体とする充填層15に
支燃性ガス7−2および補助燃料6−2を吹き込むため
の羽口(中段の羽口で、以下、「2次羽口5−2」とい
う)と、フリーボード16に支燃性ガス7−3および補
助燃料6−3を吹き込むための羽口(上段の羽口で、以
下、「3次羽口5−3」という)である。なお、支燃性
ガスとは、純酸素、または酸素を含有するガスであり、
補助燃料とは、微粉炭等の固体燃料、重油等の液体燃
料、天然ガス等の気体燃料である。
【0050】さらに、炉上部には、炉内に装入されたR
DFのレベル(高さレベルで、以下、原料層頂レベルと
いう)を計測するための手段であるサウンジングデバイ
ス17が設けられ、このデバイス17の先端に取り付け
られたサウンジングウェイト18が炉内に垂下されてい
る。
【0051】また、炉側壁には、中段の羽口(2次羽口
5−2)レベルの近傍の温度を計測するための熱電対2
0と、炉の上方部の雰囲気ガスの温度(すなわち、フリ
ーボード空間の排ガス温度)を計測するための熱電対2
1、ならびにそれら熱電対の信号を温度に変換する温度
変換器19が取り付けられている。なお、中段の羽口
(2次羽口5−2)レベルの近傍の温度とは、2次羽口
5−2に対応する第2ゾーンの温度をいう。
【0052】上記のように、RDFガス化溶融炉は、竪
型の、1炉方式のガス化溶融炉である。1炉方式なの
で、設備が簡素化され、設備費が安価であり、また、炉
体からの熱損失が少ない。
【0053】このRDFガス化溶融炉を用いてRDFを
ガス化溶融するには、RDFをホッパー11−2に投入
し、プッシャー10で押し込んでRDF装入口11−1
から炉内へ装入し、以下に詳述する第1ゾーン〜第3ゾ
ーンでの反応により、COとH2 を主成分とするエネル
ギーガスと、溶融スラグおよび溶融金属とし、前者を炉
上部に設けられたガス排出口3−1から回収し、後者を
炉下部に設けられた溶融スラグおよび溶融金属の排出口
9から回収する。
【0054】炉内は、生じる反応に応じて三つの領域、
すなわち、炉下部から順に炭化物のガス化、溶融が生じ
る領域(第1ゾーン)、RDFの脱水・熱分解が生じる
領域(第2ゾーン)およびガスの改質が進行する領域
(第3ゾーン)に分割されており(図2参照)、その各
々の領域、すなわち第1ゾーン、第2ゾーンおよび第3
ゾーンに、反応のために必要な支燃性ガスおよび補助燃
料を独立して吹き込める上記の1次羽口5−1、2次羽
口5−2および3次羽口5−3がそれぞれ対応して取り
付けられている。このような構成を採ることによって、
竪型炉に特有の棚吊りや吹き抜け(特に、本発明方法の
ようにコークスを使用しない場合に生じ易い)の発生を
回避することができる。
【0055】第1ゾーンでは下記の式で示した反応が
生じる。この反応は、第2ゾーンで形成され、降下して
きた炭化物(充填層)が1次羽口5−1から吹き込まれ
た支燃性ガス7−1により燃焼する反応で、炭化物は燃
焼ガス化し、2000℃以上の高温のCOを主体とする
還元性ガスとなる。また、その顕熱で炭化物に含有され
ている灰分(無機酸化物)と金属類が溶融し、溶融スラ
グと溶融金属となる。なお、必要により1次羽口5−1
から補助燃料6−1を供給する。
【0056】前記の還元性ガスは第2ゾーンに移行し、
溶融スラグと溶融金属は炉下部の排出口9から回収され
る。
【0057】C+1/2O2 =CO ・・・ ここで、C :第2ゾーンから供給される炭化物 O2 :1次羽口から吹き込まれた支燃性ガス中の酸素 なお、第2ゾーンでRDFを脱水・熱分解することによ
り炭化物の充填層とし、第1ゾーンでこの炭化物をガス
化、溶融する理由は、このように2段に分ける方が炭化
物の加熱促進、溶融スラグおよび溶融金属からの放熱ロ
スの抑制を効果的に行えるからである。
【0058】この第1ゾーンでは、生成する還元性ガス
の顕熱で炭化物に含有されている灰分と金属類を完全に
溶融することが必要であるため、ガスの温度を2000
℃以上に保つのが好ましい。そのために、支燃性ガス中
の酸素濃度を50体積%(以下、ガスについての%は体
積%を意味する)以上とし、必要であれば補助燃料を吹
き込む。また、溶融スラグと溶融金属を炉下部の排出口
から詰まり等を生じさせず円滑に抽出するために、RD
Fの炉内への装入時に炉上から石灰類を同時に装入する
か、あるいは1次羽口から粉状の石灰類を造滓材として
吹き込み、スラグの粘度を下げるのが好ましい。なお、
この石灰類の装入あるいは吹き込みは、減容成型処理の
段階で石灰類を添加しなかった場合はもちろん、添加し
た場合であっても量的に十分ではないので、実施するの
が望ましい。
【0059】第2ゾーンでは、下記の式〜式で示し
た反応が生じる。式の反応は、RDFの脱水加熱で、
第1ゾーンから供給された高温の還元性ガスの顕熱によ
り行われる。また、この還元性ガスが2次羽口5−2か
ら吹き込まれた支燃性ガス7−2によりの反応式にし
たがって二次燃焼するときに生成する顕熱によっても行
われる。これにより、RDF中の有機物は式および
式にしたがい炭化物(ただし、式、式ではCとして
表示)と炭化水素ガスに熱分解する。なお、必要により
2次羽口から補助燃料6−2を供給する。
【0060】この工程で得られる炭化物は第1ゾーン
へ、炭化水素ガスは第3ゾーンへそれぞれ移行する。
【0061】 H2 O(liq )=H2 O(gas ) ・・・ Cpqr =r/2CO2 +q/nCmn +(p−r/2−qm/n)C ・・・ Cmn =n/4CH4 +{m−(n/4)}C ・・・ CO+1/2O2 =CO2 ・・・ ここで、H2 O(liq ):RDF中の水分 Cpqr :RDF中の有機物 Cmn :RDF中の有機物の分解で生じた炭化水
素ガス C :第1ゾーンに供給される炭化物 CO:第1ゾーンで炭化物が燃焼して生成したCO O2 :2次羽口から吹き込まれた支燃性ガス中の酸素 前述したように、廃棄物の減容成型処理の段階で石灰類
を添加しておけば、石灰石、生石灰等も整粒された塊状
物で、密な充填層が形成され、RDFの充填層は一層堅
固なものとなるので、その層内を高温のガスが通過する
際の固・気体間の接触時間が長くなり、前記の(a)〜
(c)の効果に加え、熱効率が向上するという効果も得
られる。
【0062】また、高温の還元性ガスを2次燃焼させる
理由は、式の二次燃焼熱を利用して加熱を促進し、熱
分解温度を800〜1000℃に制御するためである。
この二次燃焼熱は、前記式の燃焼熱(一次燃焼熱)に
比べて格段に大きく、RDFの脱水・熱分解に必要な熱
の補充に有効である。なお、この際、発生ガス量を少な
くして廃棄物の飛散を防止して顕熱ロスを抑制するとと
もに、発生ガスのカロリー低下を抑制するため、支燃性
ガス中の酸素濃度を50%以上にするのが好ましい。
【0063】第3ゾーンでは、下記の式および式で
示した反応が生じる。これらの反応は第2ゾーンから供
給される炭化水素ガスの熱分解反応(ガス改質反応)
で、COとH2 を主成分とするガス(エネルギーガス)
が得られる。これらの反応は3次羽口5−3から吹き込
まれる支燃性ガス7−3との反応により進行する。な
お、必要により3次羽口から補助燃料6−3を供給す
る。
【0064】 Cmn +m/2O2 =mCO+n/2H2 ・・・ CH4 +1/2O2 =CO+2H2 ・・・ ここで、Cmn :第2ゾーンでRDFが熱分解して生
成した炭化水素ガス CH4 :第2ゾーンでCmn が熱分解して生成した
メタンガス O2 :3次羽口から吹き込まれた支燃性ガス中の酸
素 この第3ゾーンでの反応はフリーボード部16で行われ
るが、このような空洞部で反応を行わせる理由は、気体
間の反応であるガス改質反応を円滑に進めるためであ
る。空洞内の雰囲気温度を800〜1000℃に制御す
ると、改質反応が充分に進行するので好ましい。
【0065】支燃性ガス中の酸素濃度は50%以上とす
るのが好ましい。これは、回収されるガスのカロリーを
高めて次工程の発電等の用途に利用し易くするためであ
る。さらに、ダイオキシン類やその前駆体の生成を抑制
するために、ガスの温度は500℃以上とするのが好ま
しい。
【0066】以上述べたように、本発明方法では、第1
ゾーン〜第3ゾーンでの反応により、COとH2 を主成
分とするエネルギーガスと、溶融スラグおよび溶融金属
を回収する。そのため、本発明方法を実施するためのR
DFガス化溶融炉では、1次〜3次の3段の羽口が設け
られている。
【0067】さらに、各段の羽口はそれぞれ独立して支
燃性ガスおよび補助燃料を吹き込むことができるように
構成されている。その理由は、以下のとおりである。
【0068】まず、1次羽口の場合、式の反応に関与
するC(炭化物)の量は、式および式で表される反
応の進行度合いによって変化する。また、RDFの組成
が変化すれば、自ずと式および式で表される反応の
生成物量も変化する。したがって、1次羽口から吹き込
む支燃性ガスの量は他の工程とは独立して定め得るもの
となっている。必要に応じて供給する補助燃料について
も同様である。
【0069】次に、2次羽口から吹き込む支燃性ガス量
は、反応式で決まり、式のCO量は反応式で決ま
ってくるので、見掛け上1次羽口から吹き込む支燃性ガ
ス量と連動していると見なされる。しかし、実際は反応
式で生成するCOガスをすべて2次燃焼させる必要は
なく、第2ゾーンでは、少なくともRDF中の水分の脱
水加熱とRDF中の有機物の熱分解に必要な熱を加え、
さらに第2ゾーンの雰囲気温度を800〜1000℃に
保つために必要な熱を加えるだけでよい。したがって、
2次羽口からの支燃性ガス量は、RDFに含まれる成分
によって大きく変化する。すなわち、2次羽口から吹き
込む支燃性ガスの量も独自に定め得るものとなってい
る。補助燃料についても同様である。
【0070】3次羽口から吹き込む支燃性ガス量は反応
式およびで決まる。この場合もRDF中の含有成分
によってCmn とCH4 の生成量が変化するので、3
次羽口から吹き込む支燃性ガス量についても独自に定め
得るものとなっている。なお、補助燃料についても同様
である。
【0071】上記のRDFガス化溶融炉において、羽口
が3段に分けて設けられ、しかもそれぞれ独立して支燃
性ガスおよび補助燃料を吹き込むことができるように構
成されているのは上記の理由によるものである。
【0072】支燃性ガスの吹き込み量と必要により供給
する補助燃料の量は以下のようにして定める。
【0073】処理の対象が例えば異種の廃棄物が混在し
た一般廃棄物をRDF化したものである場合、通常は炉
内に装入する前に成分分析を行うことはしないので、炉
内では未知の成分が燃焼し、あるいは熱分解することに
なり、生成ガス量およびその含有成分を予測することは
実際上不可能である。
【0074】このような条件下では、装入したRDFの
レベル(原料層頂レベル)を逐次計測する。これによっ
て、炉内の充填層(RDFの充填層および炭化物の充填
層)の厚みの変化を間接的に把握することができる。す
なわち、第1ゾーンで形成される炭化物の充填層は燃焼
量が多いほど荷下がりが進み、原料層頂レベルが下が
る。したがって、事前に経験的に所定の原料層頂レベル
を決めておき、その後の原料層頂レベルの上下変動に基
づいて1次羽口からの支燃性ガスと、必要により供給す
る補助燃料の吹き込み量を決定すればよい。なお、使用
する原料層頂レベル計としては、製鉄分野の高炉内部の
原料層頂レベル計として知られているサウンジングデバ
イスが好適である。
【0075】ところで、第1ゾーンで形成される炭化物
の充填層の上には、第2ゾーンで形成されるRDFの充
填層が存在するので、計測される原料層頂レベルは、第
1ゾーンと第2ゾーンにおけるそれぞれの変化量の合計
として表れる。したがって、第1ゾーンと第2ゾーンに
おける変化量を区別する必要があるが、第2ゾーンにお
ける反応の変化は、第2ゾーンの温度変化を逐次計測す
ることにより間接的に把握できる。すなわち、第2ゾー
ンでは、少なくともRDF中の水分の脱水加熱とRDF
中の有機物の熱分解に必要な熱を加え、さらに第2ゾー
ンの雰囲気温度を800〜1000℃に保つために必要
な熱を加えるだけでよいので、第2ゾーンの領域内にあ
るRDFの温度変化を逐次計測し、それが低下すれば熱
不足と判断し、2次羽口からの支燃性ガス量を増加して
2次燃焼させるCO量(反応式で生成するCOのうち
2次燃焼させる量)を上げてやる。逆に、温度が上昇す
れば熱的に余裕があると判断できるので、2次羽口から
の支燃性ガス量を減少させて2次燃焼させるCO量を下
げてやればよい。なお、前記のRDFの温度変化は第2
ゾーンの温度変化をもってそれとみなすことができ、第
2ゾーンの温度変化は、例えば、第2ゾーンの内張り煉
瓦表面に熱電対を設置し、その表面温度を測定すること
により求めることができる。
【0076】このように、原料層頂レベル計によるレベ
ル値および第2ゾーンの内張り煉瓦の表面温度を逐次計
測することにより、第1ゾーンおよび第2ゾーンの支燃
性ガスと必要により供給する補助燃料の吹き込み量をそ
れぞれ独自に決定することができる。
【0077】第3ゾーンでは、第2ゾーン出口(フリー
ボード側)の雰囲気温度を800〜1000℃に保て
ば、排ガス中の炭化水素、特に配管閉塞等のトラブルの
原因となるタールのような炭素数が5以上の炭化水素
(Cmn :m ≧5)をすべて分解できる。したがっ
て、第3ゾーンのフリーボード空間内に温度計を設置し
てその温度を逐次計測し、温度が800℃よりも低下し
たときは、3次羽口から支燃性ガスと必要によっては補
助燃料を吹き込めばよい。特に、RDFを炉内に装入し
た直後は、第2ゾーンの原料層頂および第3ゾーンのフ
リーボードにおける温度が急激に下がるので、第2ゾー
ンおよび第3ゾーンの温度から判断して、生成する炭化
水素(Cmn :m ≧5)を分解するために、支燃性ガ
スと必要により補助燃料の吹き込みを実施するのが効果
的である。
【0078】以上、RDFガス化溶融炉を用いて本発明
方法を実施する場合を例にとって説明した。本発明方法
によれば、RDF化した廃棄物を対象として、高価なコ
ークスを使用せずに、ガス化溶融、脱水・熱分解および
ガス改質の一連の工程を1炉で実施し、かつタール等が
含まれない清浄な排ガスとすることができる。その際、
前述したように、炉内の通気性の改善とそれに基づく安
定したガス化溶融操業、廃棄物中の金属類およびスラグ
類の回収、除去による溶融のためのエネルギー(補助燃
料等)使用量の削減と溶融スラグの利用範囲の拡大、石
灰石等の造滓剤の削減等、種々の効果が得られる。
【0079】
【実施例】前記の図2に示した構成を有するRDFガス
化溶融炉を用い、RDFのガス化溶融試験を行った。な
お、竪型炉の各部の寸法、羽口その他取り付け部品の数
量およびそれらの配置は以下のとおりである。
【0080】 寸法 炉径:0.5m(但し、煉瓦内張り後の炉内径) 炉高:1.8m(但し、煉瓦内張り後の炉底から炉頂までの高さ) 炉底から1次羽口までの高さ:0.3m 炉底から2次羽口までの高さ:0.6m 炉底から3次羽口までの高さ:1.2m 第2ゾーンの熱電対の位置 :0.8m (第2ゾーンの熱電対の位置とは、第2ゾーンの内張り煉瓦の 表面に取り付けられた熱電対の炉底からの高さをいう) 第3ゾーンの熱電対の位置 :1.0m (第3ゾーンの熱電対の位置とは、フリーボード空間内に取り 付けられた熱電対の炉底からの高さをいう) 数量 1次羽口:3個 2次羽口:3個 3次羽口:3個 溶融スラグおよび溶融金属の排出口:1個 サウンジングデバイス(原料層頂レベル計):1個 サウンジングウェイト:1個 第2ゾーンの熱電対:3個 第3ゾーンの熱電対:3個 配置 1次羽口:周方向に120度毎の等間隔 2次羽口:周方向に120度毎の等間隔 3次羽口:周方向に120度毎の等間隔 溶融スラグおよび溶融金属の排出口:炉底端 サウンジングデバイス:炉中心 第2ゾーンの熱電対:周方向に120度毎の等間隔 第3ゾーンの熱電対:周方向に120度毎の等間隔 上記の試験に使用した廃棄物は、一般的な都市ごみと一
部廃棄プラスチックが混合した廃棄物(試料1とす
る)、この廃棄物をRDF化したもの(試料2とす
る)、およびこの廃棄物をRDF化する際に、ガス化溶
融炉から排出されたダストをRDFに対して2重量%添
加、混合した後、減容成型を施してRDFにしたもの
(試料3とする)である。
【0081】表1にこれらの廃棄物および2種のRDF
の組成を示す。なお、RDF製造時に、表2に示す消石
灰を廃棄物に対して2重量%添加した。表3に使用した
副原料の石灰石の組成を、また、表4に使用した補助燃
料の微粉炭の組成を示す。なお、廃棄物の寸法は5〜2
00mmであった。また、2種のRDFの寸法は20〜
50mmとした。
【0082】
【表1】
【0083】
【表2】
【0084】
【表3】
【0085】
【表4】
【0086】副原料として使用した石灰石は、10〜5
0mmの塊状のものであった。また、補助燃料として使
用した微粉炭は、事前に乾燥された3mm以下の粉状の
ものであった。
【0087】1次羽口、2次羽口および3次羽口から吹
き込んだ支燃性ガスは、酸素をベースとし、これに窒素
を若干混合したガスである。それらの流量(酸素および
窒素それぞれの流量)を表5に示した。なお、表中で、
1次とは1次羽口を意味する。2次、3次についても同
様である。
【0088】試験の条件および結果を表5に併せて示
す。表中で、条件というのはこの試験の実施条件(定常
状態)で、試料1、2および3のそれぞれについて下記
の1〜8の手順にしたがって定めた。なお、試験におい
ては、最初、試料1を炉内へ装入してこの表4の試料1
の欄に示した条件で処理を行い、次いで、試料2に変更
して同じく試料2の欄に示した条件で処理を行い、さら
に試料3に変更して試料3の欄に示した条件で処理を行
った。それぞれの試料の処理時間は24時間で、その間
の廃棄物の処理量は、各試料とも1トン(合計3トン)
とした。
【0089】(処理条件の設定手順) 1.最初に装入する廃棄物(ここでは、試料1を指す)
の組成をあらかじめ分析することにより求めた。これは
ベースとなる酸素吹き込み量の概略値を決めるために必
要であり、また、造滓材として投入する石灰石量を決め
るためにも必要である。なお、石灰石量は、この試験で
は、溶融スラグの流動性が最もよいと考えられるスラグ
塩基度(すなわち、スラグ塩基度=0.9)になるよう
に調整した。
【0090】2.ガス化溶融炉をあらかじめバーナー等
で加熱し、羽口から吹き込む支燃性ガスが加熱していな
い常温のガスでも廃棄物が着火する状態にした。
【0091】3.廃棄物を炉内に装入し、サウンジング
高さ0.8〜1.0mまで積み上げた。サウンジング高
さとは、炉底から原料層頂までの高さを意味する。
【0092】4.1次羽口から徐々に酸素ガスを流した
後、溶融スラグおよび溶融金属の排出口を開けた。
【0093】5.試験中、廃棄物の燃焼に伴い原料層頂
レベルが下がったので、そのレベルを0.8〜1.0m
の範囲に維持するように原料(廃棄物および石灰石)を
逐次投入した。定常状態では、廃棄物の投入速度は常に
40kg/hに設定した。
【0094】6.第2ゾーンの内張り煉瓦の表面に取り
付けられた熱電対、および第3ゾーンのフリーボード空
間に取り付けられた熱電対により測定される温度が常に
800〜1000℃を維持するように、1次羽口、2次
羽口および3次羽口から吹き込む酸素ガス量を調整し
た。すなわち、荷下がり速度が速く、かつ第2ゾーンお
よび第3ゾーンの領域の温度が1000℃を超えた場合
には、1次羽口からの酸素ガスを減少させた。逆に第2
ゾーンの温度が800℃より低い場合には、2次羽口か
らの酸素ガス吹き込みを行った。また、第3ゾーンの温
度が800℃より低い場合には、3次羽口からの酸素ガ
ス吹き込みを行った。
【0095】7.溶融スラグおよび溶融金属の温度を測
定し(この計測は従来から実施されている)、所定の温
度(少なくとも溶融スラグおよび溶融金属が固まらない
温度であるが、後処理を考えて好ましい温度範囲(14
50〜1550℃)とした)より低下した場合には、1
次羽口からの微粉炭吹き込みを行った。試料1がそれに
該当するケースで、廃棄物中の含有水分が多くて発熱量
が小さい場合には、1次羽口からの補助燃料の供給が必
要となる。
【0096】8.上記の5から7を繰り返し行うことに
よって最適な支燃性ガスおよび補助燃料の吹き込み量
(すなわち、表5の条件の欄に示した量)を導き出すこ
とができた。また、試料を変更(試料1から試料2へ、
および試料2から試料3へ変更)した場合においても、
的確に対応することができた。
【0097】以上の試験で得られた結果を表5の実績の
欄に示す。単位は廃棄物あるいはRDF1トン当たりの
量で示した。表5中の試料1から試料3では、第2ゾー
ンで酸素ガスのみを吹き込み、還元性ガスの2次燃焼に
よる反応熱を利用して、第2ゾーンの温度を800〜1
000℃に制御した。
【0098】なお、表5には記述していないが、2次羽
口から酸素ガスとともに微粉炭を吹き込んでその燃焼熱
を利用することによっても、第2ゾーンの温度を800
〜1000℃に制御することは可能であった。
【0099】以下に、試料1を使用した比較例と試料2
を使用して本発明方法によりガス化溶融を行った実施例
を対比して説明する。
【0100】1)試料1の廃棄物には小サイズのものが
含まれているが、試料2のRDFはほぼ均一の大きさに
成型されているので、排ガス中のダスト含有量が非常に
少なかった。飛散ロスが大幅に低減できたことによるも
のである。
【0101】2)試料2のRDFを使用した場合は、ガ
ス化溶融炉内の通気性が改善されるので、排ガス中の炭
化水素系ガスのバラツキが無くなるとともに、絶対量も
減少した。また、排ガス中の炭化水素、特に配管閉塞
を引き起こす原因とされるCmn ( m≧5)のような
炭化水素は全く無視できる濃度であった。
【0102】3)試料1の廃棄物が水分を約50%含有
しているのに対して、試料2のRDFは乾燥工程を経て
いるので、水分含有量は7%以下に過ぎない。したがっ
て、ガス化溶融炉内に投入されるエネルギー、すなわち
トータル酸素消費量は約3/4に減少した。しかも、試
料1では第1ゾーンに補助燃料の微粉炭吹き込み(ある
いはコークスの装入)が必要であったのに対し、試料2
では一切必要がなかった。これは、試料2の場合、第2
ゾーンで有機物が熱分解し、充分に炭化した後の残渣
(炭化物)が下部の第1ゾーンに供給されたことによる
ものである。
【0103】4)このように充分に炭化した炭化物が下
部に存在しているため(つまり、還元性雰囲気になって
いるため)、試料2の溶融スラグ中のFeOおよびPb
Oの含有量も半減した。これは、RDF製造時に、一部
の金属類が回収除去されているためでもある。これによ
って本発明方法で回収される溶融スラグは、冷却後、セ
メント等の原料として有効利用できるものであった。
【0104】5)試料2では、RDF化の際に一部のが
れきや土砂等のスラグ類が除去されているため、ガス化
溶融炉内に投入する石灰石の量が削減できた。なお、試
料2で溶融スラグの生成量が増えているのは、試料1に
比べて試料中に含有されるスラグ分が多かったためであ
る(表1参照)。
【0105】6)試料2では、RDF化の際に消石灰が
内装されているので、ガス化溶融炉における脱Sおよび
脱Clが促進された。したがって、排ガス中のS含有ガ
ス(SO2 、COS、H2 S等)およびCl系ガス(H
Clで代表される)の濃度が著しく低下した。
【0106】7)RDF製造時に消石灰が内装された試
料2ではスラグの溶融化が促進されたため、ガス化溶融
炉から排出された溶融スラグおよび溶融メタルの温度の
バラツキが減少した。すなわち、溶融スラグおよびメタ
ルの安定した排出が可能であった。
【0107】次に、試料2を使用した実施例と試料3
(ダストを添加したRDF)を使用した実施例とを対比
して説明する。
【0108】1)添加したダストにはCaO、SiO2
等のスラグ分が多く含まれているので、試料3を使用し
た場合は、溶融スラグ量が若干増加し、それを溶融化す
るためのエネルギー供給に必要なCO燃焼用の酸素の消
費量が若干増加した。しかし、試料2と比べて大差はな
かった。
【0109】2)添加したダストにはCaCl2 として
塩素が約10%程度含まれているので、排ガス中のHC
l濃度が著しく増加した。しかしながら、この塩素は排
ガスの水処理で充分除去できるので、プロセス上の問題
はない。
【0110】
【表5】
【0111】
【発明の効果】廃棄物をRDF化してガス化溶融する本
発明方法によれば、廃棄物中に含まれる有機物をガス化
してエネルギーガスとして回収するとともに、廃棄物中
に含まれる灰分と金属類をそれぞれ溶融スラグと溶融金
属として回収することができる。これによって、現在問
題となっている一般廃棄物および産業廃棄物の埋め立て
費用の低減を図るとともに、生成する副生ガスを発電用
燃料等に活用することが可能である。
【0112】RDFを使用するので、炉内の通気性の改
善とそれに基づく安定したガス化溶融操業が可能であ
り、溶融のためのエネルギー(補助燃料等)使用量の削
減、溶融スラグの利用範囲の拡大、石灰石等の造滓剤の
削減等、種々の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明方法で用いるRDFの概略の製造工程を
示す図である。
【図2】本発明方法を実施するために用いる廃棄物のガ
ス化溶融炉の一例の構成を示す概略縦断面図である。
【符号の説明】
1:ガス化溶融炉本体 2:耐火れんが 3−1:ガス排出口 3−2:ガス排出ダクト 4:排ガスの流れ 5−1:1次羽口 5−2:2次羽口 5−3:3次羽口 6−1:1次羽口に吹き込む補助燃料 6−2:2次羽口に吹き込む補助燃料 6−3:3次羽口に吹き込む補助燃料 7−1:1次羽口に吹き込む支燃性ガス 7−2:2次羽口に吹き込む支燃性ガス 7−3:3次羽口に吹き込む支燃性ガス 8:溶融スラグおよび溶融金属の流れ 9:溶融スラグおよび溶融金属の排出口 10:プッシャー 11−1:RDF装入口 11−2:ホッパー 12:RDF 13:溶融スラグおよび溶融金属 14:炭化物を主体とする充填層 15:RDFを主体とする充填層 16:フリーボード 17:サウンジングデバイス(原料層頂レベル計) 18:サウンジングウェイト 19:温度変換器(熱電対の信号を温度に変換する装
置) 20:第2ゾーンの内張り煉瓦表面に備えられた熱電対 21:第3ゾーンのフリーボード空間に備えられた熱電
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊坂 勝哉 大阪府大阪市中央区北浜4丁目5番33号住 友金属工業株式会社内 (72)発明者 安福 秀章 大阪府大阪市中央区北浜4丁目5番33号住 友金属工業株式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】廃棄物中の有機物をガス化してエネルギー
    ガスとして回収するとともに、廃棄物中の灰分と金属類
    を溶融物として回収する廃棄物のガス化溶融炉を用いて
    廃棄物をガス化溶融する方法において、前記廃棄物を、
    あらかじめ下記(1)〜(4)の工程による処理を施し
    た後、前記ガス化溶融炉に装入し、ガス化溶融すること
    を特徴とする廃棄物のガス化溶融方法。 (1)廃棄物を粉砕する工程 (2)粉砕した廃棄物を乾燥する工程 (3)乾燥後の廃棄物から銅、アルミニウム等の有価金
    属を分別回収し、ガレキ、土砂等の不燃物を分別除去す
    る工程 (4)上記(3)の分別回収および分別除去後の廃棄物
    に、石灰を添加混合して減容成型する工程
  2. 【請求項2】請求項1に記載の廃棄物のガス化溶融方法
    において、ガス化溶融炉から排出されるダストを請求項
    1に記載する(4)の工程で処理する廃棄物に添加混合
    することを特徴とする廃棄物のガス化溶融方法。
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JP2006328451A (ja) * 2005-05-24 2006-12-07 Sumitomo Heavy Ind Ltd 亜鉛含有酸化鉄の処理方法及び処理装置
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