JPH10230239A

JPH10230239A - 廃棄物のスラグ回収装置及びスラグ化方法

Info

Publication number: JPH10230239A
Application number: JP9052579A
Authority: JP
Inventors: Takeyuki Naito; 剛行内藤; Shinsaku Maruyama; 眞策丸山; Hiroji Masuno; 広二桝野; Hiroaki Sato; 広昭佐藤; Kazuo Takano; 和夫高野
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1997-02-21
Filing date: 1997-02-21
Publication date: 1998-09-02

Abstract

(57)【要約】【課題】取扱いが容易で流動床の還元雰囲気の維持が
可能で、直接有用資源化されたスラグを得る廃棄物のス
ラグ回収装置及びスラグ化方法を提供する。【解決手段】廃棄物１１を低温でガス化する流動床ガ
ス化炉１と、該流動床ガス化炉より排出されるガス状物
とチャーを、更に高温燃焼すると共に不燃物又は非ガス
化物をスラグ化する溶融炉とから成る廃棄物のスラグ回
収装置において、前記溶融炉は直列に２段５、６備え、
前段の溶融炉５で生じる溶融スラグを流動床ガス化炉１
の流動媒体と接触させて冷却固化するように構成すると
共に、後段の溶融炉６に連通して該溶融炉より生ずる溶
融スラグを加温及び保温する加温機構と、スラグと金属
を分離する分離機構とを有する養生装置７を備えたもの
であり、前記養生装置が、外部加熱式溶融炉であり、流
動床ガス化炉が、旋回式流動床ガス化炉であり、また、
溶融炉が自燃式旋回溶融炉であるのがよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、廃棄物のスラグ化
に係り、特に、廃棄物をガス化又はガス化燃焼して不燃
物を溶融し、スラグ化して回収する廃棄物のスラグ回収
装置とスラグ化方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、廃棄物処理においては、中間処理
としての焼却、最終処分としての埋立が行われている。
しかしながら、増加の一途をたどる廃棄物量のため、最
終処分場は払底が懸念されており、焼却の段階ではダイ
オキシンやＳＯｘ、ＮＯｘ等の物質が生成し、環境に深
刻な影響を与えつつある。このような状況において安全
な中間処理を行い最終的な廃棄物の減容化のため、ガス
化又はガス化燃焼−溶融システムが提唱されている。該
システムは、生成するガスのエネルギーを利用したり、
完全燃焼過程を設けず生成ガスを化学合成原料に利用で
きる。また、発生するスラグは灰の１／３程度と減容化
できる上、重金属等をスラグ内に封入し、土壌中への溶
出を防止できるという優れた特性を有し、スラグ化の過
程で１２００〜１５００℃の高温を経るため、ダイオキ
シン等の完全分解が可能である。また、導入空気に由来
するサーマルＮＯｘが極小化できる。更に、廃ガス処理
工程等を経て環境保全上は二重三重の対策が取られてい
る。

【０００３】一方、スラグについてもその安全性が確認
されてきたので、コンクリート用骨材、路盤材、その他
として建設資材を中心にその利用が検討されている。し
かしながら、通常スラグは排出後の搬送上の要求から、
水砕されて数ｍｍ程度の粒状物として回収されるのが一
般である。このため、粒度がまちまちであったり、針状
の突起を生じたり、材料としての取扱いが良好とは言い
難く、また、溶融方法によっては、スラグと重金属が混
合されて排出されるため、スラグの再利用が有効に行え
ないという不具合があり、利用のためには別途スラグ再
生工程を設ける必要があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術に鑑み、取扱いが容易で高温でのガス化流動床の還元
雰囲気の維持が可能で、廃棄物プラントで直接有用資源
化されたスラグを得ることができる廃棄物のスラグ回収
装置及びスラグ化方法を提供することを課題とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では、廃棄物をガス化好ましくは低温でガス
化する流動床ガス化炉と、該流動床ガス化炉に接続して
流動床ガス化炉より排出されるガス状物とチャーを、更
に好ましくは高温で燃焼又はガス化すると共に不燃物又
は非ガス化物をスラグ化する溶融炉とから成る廃棄物の
スラグ回収装置において、前記溶融炉は直列に２段備
え、前段の溶融炉で生じる溶融スラグを流動床ガス化炉
の流動媒体と接触させて冷却固化するように構成すると
共に、後段の溶融炉に連通して該溶融炉より生ずる溶融
スラグを加温及び保温する加温機構と、スラグと金属を
分離する分離機構とを有する養生装置を備えたものであ
る。前記スラグ回収装置において、養生装置としては外
部加熱式溶融炉を用い、流動床ガス化炉としては旋回式
流動床ガス化炉を用い、溶融炉としては自燃式旋回溶融
炉を用いるのが好適である。

【０００６】また、本発明では、廃棄物を流動床ガス化
炉で低温でガス化するガス化工程と、該ガス化工程で得
られるガス状物とチャーを、更に高温燃焼すると共に、
不燃物又は非ガス化物をスラグ化するガス化溶融工程と
で処理する廃棄物のスラグ化方法において、前記ガス化
溶融工程で生ずる溶融スラグの一部を前記流動床ガス化
炉の流動媒体に導入して冷却固化すると共に、残部を加
温機能と分離機能を有する養生工程に導入して熟成した
後、排出することとしたものである。前記方法におい
て、養生工程には、溶融スラグに還元剤とマグネシウム
化合物と必要に応じ塩基度調整化合物を含む物質を添加
するのがよい。前記マグネシウム化合物と必要に応じ塩
基度調整化合物を含む物質は、ガス化溶融工程のガス化
部又は溶融部に添加することにより、十分な混合が得ら
れるため、より均質なスラグの生成が可能になる。

【０００７】また、前記還元剤は、ガス化に用いる流動
床ガス化炉の底部に運転中に蓄積される炭素及び流動媒
体を付着したスラグで代用すると好都合になる。そし
て、養生装置から発生するスラグの資源化の際に発生す
る微細スラグは、ガス化に用いる流動床ガス化炉の流動
媒体の減少分の補充に利用することができる。前記方法
において、ガス化溶融工程では、２段の溶融炉を用い、
前段の溶融炉とガス化工程に用いる流動床ガス化炉の間
で、流動媒体を循環することもでき、さらに前記ガス化
工程に用いる流動床ガス化炉は、燃焼用空気の供給に代
えて、ガス化溶融工程からの排ガスの一部を用いること
もできる。

【０００８】

【発明の実施の形態】一般に、廃棄物のガス化に用いる
流動床ガス化炉は、低温を維持しつつ十分なガス化を行
う必要があるが、廃棄物の種類によっては、ある程度高
温（６００℃以上）を維持しないとガス化自体が不十分
となる場合がある。このため、空気量を増やして流動媒
体の温度を高く維持してガス化を促進させるが、流動床
ガス化炉の還元雰囲気の維持が難しくなるという問題が
あった。本発明では、前記の解決策として、溶融炉を前
段と後段の２段に分け、前段の溶融炉のスラグは流動床
ガス化炉に戻し、流動媒体と接触させて冷却固化させる
と共に、流動床ガス化炉の熱源とする。なお、溶融炉か
らの溶融スラグを流動床ガス化炉に戻す発明は、先に特
願平８−１８７０３３号として出願している。これによ
り、流動床ガス化炉は還元性を維持しつつ昇温され、ガ
ス化が十分に進行する。また、前段の溶融炉と流動床ガ
ス化炉の間で流動媒体を循環させれば、その流動の調整
により、流動床ガス化炉の温度の制御が可能となる。さ
らに、前記の流動床ガス化炉に供給する空気を、後段の
排ガスの一部を使っても、この排ガスは空気に比べて酸
素不足のため、流動床ガス化炉内は還元雰囲気を維持す
ることができる。

【０００９】次に、本発明を詳細に説明する。本発明で
用いる流動床ガス化炉としては、特に旋回式流動床ガス
化炉（旋回流動床ガス化炉ともいう）を用いるのが好適
であるが、この旋回式流動床ガス化炉とは、同一反応槽
内の流動層中に流動媒体の旋回流を形成させるもので、
該旋回流は、流動層中に吹込まれる流動化ガスの部分的
な強弱部位を設定することにより生じさせるものであ
る。従って、単なるバブリング式流動床と異なり廃棄物
の分散、破砕機能に優れ、原料及びチャーが層内に均一
に分散し、しかも部分燃焼による発生熱は速やかに拡散
されるため高い炉床負荷が得られる。また、流動層温度
を４５０〜６００℃の低温条件とすることにより、ガス
化反応を緩慢とすることで、優れた運転操作性、安定性
が得られる。更に、砂の旋回流動により、大きなサイズ
の不燃物も容易に排出でき、流動層温度が低く、しかも
還元雰囲気であるため、鉄、銅、アルミニウム等の有用
な金属を未酸化の状態で回収できる。

【００１０】次いで、ガス化反応生成物は、溶融炉に導
入されるが、流動床ガス化炉では低温運転のためガス化
が不完全でチャー、タール等が同伴されるため、ガス化
炉で生成したチャー、タールを含むガス化反応生成物の
みで、溶融炉は１３５０℃以上の高温燃焼が実現でき
る。この時、溶融炉を旋回式溶融炉とすると、高負荷燃
焼が可能となると共に、旋回流に伴う遠心力のため、ガ
ス中に含まれるチャーは、炉壁に吹寄せられ、壁面に形
成されたスラグ相中で時間をかけて燃焼される。こうし
て、チャーの完全燃焼が可能となるため、チャーを再燃
焼するための装置等は不要となる。また、高温燃焼によ
りダイオキシンは完全分解でき、高温、高圧蒸気回収に
より高効率発電が可能となる。ガス化燃焼の場合、溶融
炉ではガス燃焼が主体となるため、１．３程度の低空気
比燃焼が達成できる。

【００１１】さらに、旋回溶融炉では、高速の旋回流の
ため、燃焼負荷を極限まで高められると共に、遠心力効
果によりスラグを効率よく分離でき、また、重金属等の
有害物はガラス状の固体に封じ込められ、灰の無害化が
可能となる。しかし、旋回溶融炉は優れた機能を発揮す
るが、一方、滞留時間を十分長く取ることは不可能なた
め、生成した金属をスラグから比重差で沈降分離を行う
等の運転には不利な点がある。本発明においては、一度
生成したスラグは還元雰囲気の養生装置でさらに加熱さ
れ、適切な滞留時間で保持され、養生装置より取り出さ
れる。このとき、十分な滞留時間が生じるので、重金属
は単体として比重差から底部に蓄積され、該底部より取
出すことができる。

【００１２】このような養生装置として適しているもの
に他燃式溶融炉があり、特に、電気アーク式溶融炉、電
気抵抗炉、電気加熱溶融炉等を用いることができる。こ
れらの溶融炉は灰溶融炉としては公知の炉であり、それ
らの炉の概略説明図を図２、図３、及び図４に示す。図
２は電気アーク式溶融炉であり、複数の電極と炉底のベ
ースメタルとの間でアークを発生させ、その熱で灰や鉄
を溶融する。ベースメタルの温度は１４５０〜１５００
℃となり、その上に供給される焼却灰やばいじんを溶か
し、連続的、または間欠的にスラグとして取り出され、
水砕スラグ、または空冷して徐冷スラグとされる。この
間、カーボン電極は消耗するので、順次、継ぎ足され
る。図３は、電気抵抗炉で縦電極型のものであり、炉天
井から３本の電極が焼却灰層を貫通して挿入され、先端
は溶融スラグ層内に浸漬している。溶融スラグ層は電気
の導体となり、電気抵抗熱（ジュール熱）により灰を溶
融する。スラグは炉底から出さいされる。

【００１３】図４は、電気加熱式溶融炉であり、天井か
ら電熱ヒータ（カンタルスーパ）を懸垂し、輻射熱によ
り、ばいじんを溶融する。溶融スラグは炉底から連続的
に取り出され、徐冷される。排ガスは炉出口で希釈空気
により急冷され、揮散物の逆昇華による煙道への付着を
防いでいる。揮散物はバグフィルタで捕集され、濃縮さ
れた重金属類の回収が考えられている。上記図２〜４に
示されるように、これらの溶融炉では、スラグ層と金属
（メタル）層が比重により重層しており、分離回収でき
る。また、プラズマ式溶融炉や低周波誘導炉も適用でき
る。スラグ化方法において、スラグを再利用する場合に
は、有害物質の溶出が問題となる。

【００１４】環境庁告示第１３号試験は、塩酸でｐＨ
５．８〜６．３に調整した蒸留水を溶媒として、粒径を
０．５〜５ｍｍに調整した廃棄物試料と液固比（液体ｍ
Ｌ／試量重量ｇ；以下Ｌ／Ｓと表す）１０で混合し、６
時間振とうする。Ｌ／Ｓを１０に設定したのは、廃棄物
がその１０倍量の水と接触したときに溶出する場合の有
害性に対して基準を設けたものである。一方、環境庁告
示第４６号試験は、土壌環境基準を測定するための試験
方法であるが、近年、廃棄物由来の物質を建設資材など
の２次製品に利用する場合、その適合性の判定方法とし
て使用される。試験方法は、ふるいを用いて２ｍｍ以下
に調整した試料を環境庁告示第１３号試験と同じ溶媒、
Ｌ／Ｓで６時間平行振とうする。振とう後、１０分から
３０分静止した後、毎分約３０００回転で２０分間遠心
分離した後の上澄み液を孔径０．４５μｍのメンブラン
フィルターでろ過してそのろ液を検液とする。

【００１５】スラグの再利用に際しては、条件のきびし
い土壌基準で評価することが多い。しかし鉛に関しては
高ｐＨでは土壌基準をオーバーすることがあり、また酸
性雨等、低ｐＨの環境下でも土壌基準を完全にクリアで
きるという保障はない。従ってより鉛の溶出が少ないス
ラグ製造方法を確立する必要があった。本発明では、ス
ラグの養生装置を設けることにより、溶融炉で生成した
スラグ中の重金属を含む金属部（Ｐｂ、Ｚｎ、Ｃｒ、Ｆ
ｅ等）とセラミック部（ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃等）は、
十分な滞留時間の下で分離し、金属部は別途回収し、セ
ラミック部は熟成、均質結晶化してスラグ中の少量残留
している有害重金属はスラグ中に封じ込める。

【００１６】この重金属の分離や封じ込めの目的のため
に、コークス等の還元剤とマグネシウム化合物と必要に
応じ塩基度調整化合物を含む物質を添加剤としてスラグ
中に添加するのがよい。マグネシウム化合物はフラック
スとして用いられる。酸化物は、酸と塩基という面から
二つに分かれる。アルカリ金属酸化物、石灰、マンガン
などは塩基性の酸化物と言われる。そしてシリカ、アル
ミナ、Ｐ₂Ｏ₅は酸性の酸化物と言われる。酸性と塩基
性の強さを表す尺度を定義するとき、塩基の代表は石灰
で、酸の代表はシリカということで、ＣａＯとシリカの
比を取って塩基度という。重金属成分はいずれも弱い塩
基で、アルカリは強い塩基である。このため、この様な
便宜的な塩基度を取ると、塩基度の高い所、つまりＣａ
Ｏの多い所では、塩基性酸化物同士はお互いに反発し合
うことで、飛び出しやすくなる。

【００１７】逆にシリカが多く塩基度が低い場合はスラ
グの中で安定する。すなわち、一般に被溶融物の塩基度
（ＣａＯ／ＳｉＯ₂）が高くなれば塩基性酸化物（一価
及び二価の酸化物、Ｋ₂Ｏ、Ｎａ₂Ｏ、ＣａＯ、Ｍｇ
Ｏ、ＺｎＯ、ＦｅＯなど）の活量は高くなるので、揮発
成分の場合は相対的に飛灰への移行割合が増える。従っ
てカルシウム化合物を含む物質を添加し、塩基度が高く
なれば、ＺｎやＰｂなどの揮発性化合物は飛灰に移る割
合が多くなる。この様に、必要に応じ、塩基度調整化合
物を含む物質を添加することは有用である。セラミック
部は、養生装置を出た後、徐冷、風冷、又は水冷によ
り、重金属の溶出のない建設資材等として再利用が可能
となった。

【００１８】次に、本発明を図面を用いて具体的に説明
する。図１に、本発明のスラグ回収装置を備えたガス化
溶融システムの全体構成図を示す。図１において、１は
流動床ガス化炉、２はスクリーン、３、４は分離機、５
は前段旋回溶融炉、６は後段旋回溶融炉、７は養生装
置、８はボイラ、９はバグフィルタ、１０は資源化装置
である。廃棄物１１は、流動床ガス化炉１に投入されて
４５０〜６００℃の流動層中で還元雰囲気下でガス化さ
れる。廃棄物中に含有される不燃物は、流動媒体と共に
炉底から取り出されて、流動媒体等とスクリーン２で分
離され、分離機３でＣｕ、Ａｌ、Ｆｅ等の金属が分離さ
れる。また、分離機４では、炭素や流動媒体の付着した
スラグと他物質（炭素や流動媒体）とを分離し、スラグ
は後述する養生装置７に送られる。

【００１９】一方、チャー・タールを含むガス状生成物
は、そのうち一部が前段旋回溶融炉５で溶融し、溶融し
たスラグは流動床ガス化炉１に落下し、その熱によって
流動床ガス化炉１内を加温する。残りは、後段旋回溶融
炉６に導入され、新たに加えられた他焼却場から持ちこ
まれた飛灰１２と共に空気比１：１前後で高温（約１４
００℃）下にガス化燃焼されて、飛灰は溶融する。生成
した溶融スラグ１３は、養生装置（電気加熱溶融炉）７
で添加剤（ＭｇＯ等）１４を加え、十分な滞留時間の下
で熟成、均質化を図り、スラグ中の有害重金属はスラグ
との比重差によって沈降分離される。分離機４で分離し
たスラグ１５には炭素が付着しているため、養生装置７
に送られれば炭素分は養生装置７の還元剤として働き、
養生装置７に新規に還元剤を供給する必要がなくなる。

【００２０】養生装置７で発生する溶融飛灰は、後段旋
回溶融炉６で約１４００℃にて加熱され、養生装置７に
供給された炭素、流動媒体及びスラグ中にダイオキシン
等が付着している場合でも無害化される。養生装置７か
ら取り出された溶融スラグは資源化装置１０で徐冷、風
砕及び加工されて、建設資材等の用途に利用される。こ
の様に、流動床ガス化炉１から分離機４により取り出さ
れたスラグ中には炭素と流動媒体が付着するため、流動
床ガス化炉１の流動媒体は減少していくが、これは資源
化装置１０で発生する微細スラグを再利用することで補
うことができる。旋回溶融炉からの排ガス（約１４００
℃）は、廃熱ボイラとエコンマイザー（図示せず）で十
分冷却し、添加剤（ＭｇＯ等）を吹き込みバグフィルタ
９でダストを捕集する。表１に、同一廃棄物に対し、養
生装置を設けた場合（本発明）と、設けなかった場合
（比較例）とで得られた徐冷スラグの溶出試験結果を示
す。

【００２１】

【表１】表１より、比較例でも土壌基準値はクリアできている
が、本発明のシステムを採用することにより、Ｐｂの溶
出量のより低減化が可能となった。これは、環境条件の
変化にも十分耐え得る数値といえる。

【００２２】

【発明の効果】上記のように、本発明によれば、溶融炉
を２段とすることにより、高温でのガス化流動床の還元
雰囲気の維持が可能となった。同時に、排ガスの無害
化、流動床ガス化炉で発生する炭素と、資源化装置で発
生する微細スラグの有効利用を可能とした。また、溶融
スラグの養生装置を設けたことにより、有害物質の溶出
量をすべてにわたり基準値以下とすることができ、特
に、Ｐｂの溶出量の低減化が可能となり、環境条件の変
化にも十分に耐えることができるため、建設資材等への
適用性が従来以上に高まった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のスラグ回収装置を備えたガス化溶融シ
ステムの全体構成図。

【図２】電気アーク式溶融炉の説明図。

【図３】縦電極型電気抵抗炉の説明図。

【図４】電気加熱式溶融炉の説明図。

【符号の説明】

１：流動床ガス化炉、２：スクリーン、３、４：分離
機、５：前段溶融炉、６：後段溶融炉、７：養生装置、
８：廃熱ボイラ、９：バグフィルタ、１０：資源化装
置、１１：廃棄物、１２：飛灰、１３：溶融スラグ、１
４：添加剤、１５：分離スラグ、１６：重金属、１７：
蒸気、１８：塩＋低沸点重金属、１９：再利用

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＦ２３Ｊ 1/00 Ｂ０９Ｂ 3/00 ＺＡＢ３０３Ｋ (72)発明者佐藤広昭東京都大田区羽田旭町11番１号株式会社荏原製作所内 (72)発明者高野和夫東京都大田区羽田旭町11番１号株式会社荏原製作所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】廃棄物をガス化する流動床ガス化炉と、
該流動床ガス化炉に接続して流動床ガス化炉より排出さ
れるガス状物とチャーを、更に燃焼又はガス化すると共
に不燃物又は非ガス化物をスラグ化する溶融炉とから成
る廃棄物のスラグ回収装置において、前記溶融炉は直列
に２段備え、前段の溶融炉で生じる溶融スラグを流動床
ガス化炉の流動媒体と接触させて冷却固化するように構
成すると共に、後段の溶融炉に連通して該溶融炉より生
ずる溶融スラグを加温及び保温する加温機構と、スラグ
と金属を分離する分離機構とを有する養生装置を備えた
ことを特徴とする廃棄物のスラグ回収装置。
【請求項２】前記養生装置が、外部加熱式溶融炉であ
ることを特徴とする請求項１記載の廃棄物のスラグ回収
装置。
【請求項３】前記流動床ガス化炉が、旋回式流動床ガ
ス化炉であり、かつ、前記溶融炉が自燃式旋回溶融炉で
あることを特徴とする請求項１又は２記載の廃棄物のス
ラグ回収装置。
【請求項４】廃棄物を流動床ガス化炉で低温でガス化
するガス化工程と、該ガス化工程で得られるガス状物と
チャーを、更に高温燃焼すると共に、不燃物又は非ガス
化物をスラグ化するガス化溶融工程とで処理する廃棄物
のスラグ化方法において、前記ガス化溶融工程で生ずる
溶融スラグの一部を前記流動床ガス化炉の流動媒体に導
入して冷却固化すると共に、残部を加温機能と分離機能
を有する養生工程に導入して熟成した後、排出すること
を特徴とする廃棄物のスラグ化方法。
【請求項５】前記養生工程には、溶融スラグに還元剤
とマグネシウム化合物と必要に応じ塩基度調整化合物を
含む物質を添加することを特徴とする請求項４記載の廃
棄物のスラグ化方法。
【請求項６】前記マグネシウム化合物と必要に応じ塩
基度調整化合物を含む物質は、ガス化溶融工程のガス化
部又は溶融部に添加することを特徴とする請求項５記載
の廃棄物のスラグ化方法。
【請求項７】前記還元剤は、ガス化工程に用いる流動
床ガス化炉の底部に運転中に蓄積される炭素及び流動媒
体を付着したスラグで代用することを特徴とする請求項
５記載の廃棄物のスラグ化方法。
【請求項８】前記溶融スラグの処理工程で発生する微
細スラグは、ガス化工程に用いる流動床ガス化炉の流動
媒体の減少分の補充に用いることを特徴とする請求項７
記載の廃棄物のスラグ化方法。
【請求項９】前記ガス化溶融工程では、２段の溶融炉
を用い、前段の溶融炉とガス化工程に用いる流動床ガス
化炉の間で、流動媒体を循環することを特徴とする請求
項４記載の廃棄物のスラグ化方法。
【請求項１０】前記ガス化工程に用いる流動床ガス化
炉は、燃焼用空気の供給に代えて、ガス化溶融工程から
の排ガスの一部を用いることを特徴とする請求項４記載
の廃棄物のスラグ化方法。