JPH1067992A

JPH1067992A - 有機性廃棄物の資源化方法及び資源化装置

Info

Publication number: JPH1067992A
Application number: JP9117434A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Fujimura; 宏幸藤村; Mitsuo Hirayama; 詳郎平山; Shosaku Fujinami; 晶作藤並; Kazuo Takano; 和夫高野; Masaaki Irie; 正昭入江; Tetsuhisa Hirose; 哲久廣勢; Shiyuuichi Nagatou; 秀一永東; Takahiro Oshita; 孝裕大下; Toshio Fukuda; 俊男福田
Original assignee: Ebara Corp; Ube Industries Ltd
Current assignee: Ebara Corp; Ube Corp
Priority date: 1996-04-23
Filing date: 1997-04-22
Publication date: 1998-03-10
Anticipated expiration: 2017-04-22
Also published as: JP4222645B2

Abstract

(57)【要約】【課題】有機性廃棄物の焼却や投棄に伴う諸問題を解
決すると共に、安価なＨ₂を得てＮＨ₃合成等に利用す
る有機性廃棄物の資源化方法を提供する。【解決手段】有機性廃棄物ａを二段ガス化１１０、１
１２して得られるガスを、ＣＯ転化１１８等の操作によ
りＨ₂に転換し、ＮＨ₃合成等の原料とすることを特徴
とする有機性廃棄物の資源化方法としたものであり、上
記ガス化は、低温ガス化と高温ガス化を組合せたもので
あり、低温ガス化に流動層ガス化炉、高温ガス化に溶融
炉を用い、ガス化に用いる流動層ガス化炉は４５０〜９
５０℃にてガス化し、溶融炉は、１３００℃以上で高温
ガス化することにより、チャー、タール分をガス化する
と共に灰分を溶融スラグ化して炉底より排出すると共
に、ＣＯ転化後の水素分離より得られる残ガスを流動化
ガスとして流動層ガス化炉に導入することとした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、有機性廃棄物の資
源化に係わり、特に、都市ごみ、廃プラスチック、廃Ｆ
ＲＰ、バイオマス廃棄物、自動車廃棄物、低品位石炭、
廃油ならびにこれらを固形化あるいはスラリー化した燃
料代替品等をガス化し、上記の廃棄物中に含まれる金属
や灰分をリサイクル利用可能な状態で回収するととも
に、得られるＣＯ（一酸化炭素）及びＨ₂（水素）含有
気体をＨ₂やＮＨ₃（アンモニア）合成用の原料ガスに
する有機性廃棄物の資源化方法と装置に関する。上記の
燃料代替品には、都市ごみを破砕選別後、生石灰等を添
加して圧縮成形したＲＤＦ（固形化燃料）と称するも
の、都市ごみを破砕後水スラリーとし、高圧下で水熱分
解したスラリー化燃料が含まれる。ＦＲＰは繊維強化プ
ラスチックのことであり、廃バイオマスには上下水廃棄
物（夾雑物、し渣、下水汚泥等）、農産廃棄物（もみが
ら、稲わら、余剰産物等）、林産廃棄物（のこくず、バ
ーク、間伐材等）、産業廃棄物（パルプチップダスト
等）、建築廃材等がある。低品位石炭には、石炭化度の
低い泥炭、もしくは選炭時に出るボタ等が含まれる。ま
た、本発明は、オイルシェール、厨芥、獣類の屍体、廃
衣料、紙ごみその他いかなる有機物でも適用可能であ
る。

【０００２】

【従来の技術】ＮＨ₃（アンモニア）は硝酸、各種肥料
（硝安、硫安、尿素）、アクリロニトリル、カプロラク
タム等の原料として、大量生産される化学工業上の基礎
原料である。ＮＨ₃はＮ₂（窒素）とＨ₂（水素）から
高圧下で触媒を用いて合成されるが、Ｈ₂は天然ガス、
ナフサなどのスチームリフォーミングか、原油、重油、
減圧残渣油、石炭、ピッチ、石油コークスなどの炭化水
素の部分燃焼、いわゆるガス化により得られてきた。Ｈ
₂原料の多くは海外から輸入されるため、二度にわたる
石油ショック以降、アンモニア工業製品は国際競争力を
失うに至った。このため、安価でしかも自国内で調達可
能な原料が久しく切望されてきた。一方、都市ごみ、廃
プラスチック、廃ＦＲＰ、バイオマス廃棄物、自動車廃
棄物に代表される有機性廃棄物は、焼却処理により減容
化されるか、あるいは未処理のまま最終処分（埋立）さ
れてきた。直接、間接をとわず、これらがリサイクル利
用される量は全体から見ればごく僅かだった。

【０００３】一方、有機性廃棄物の焼却処理にも次のよ
うな問題や課題があった。これまで焼却処理にはストー
カー炉や流動層炉が用いられてきたが、環境保全や資源
／エネルギーのリサイクル上不都合な点を生じた。すな
わち、燃焼時の空気比が高いため排ガス量が多いこと、
排ガス中に有害なダイオキシンなどが含まれること、炉
から排出された金属類は酸化されているためリサイクル
に適さないこと、そして灰埋立地の払底等である。灰の
減量化を目的に溶融設備等の減容設備を設置するところ
も最近は増えつつあるが、装置全体の建設コストや運転
コストを上昇させる結果を招いた。さらに、最近は廃棄
物自身のエネルギーを最大限に有効利用しようという気
運が高まってきた。廃棄物を未処理のまま陸上投棄する
ことは、投棄場所の確保が困難になるとともに、環境保
護上とうてい容認されるべきことでなくなった。このた
め、廃車シュレッダーダスト等はその処分に困窮を極め
る状態となった。さらに、流動層ガス化炉のガス化剤と
して大量のスチームをＯ₂（酸素）とともに、使用する
と、ランニングコストが上昇する。一方、入手の容易な
空気を使用した場合には、ＮＨ₃合成に必要なＮ₂量に
より使用する空気量が制限されるといった問題があっ
た。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記した従
来技術の問題点を解決し、利用方法の確立により廃棄物
中の資源を回収してリサイクルするルートを開き、特に
不完全燃焼状態にしてガス化することで、Ｈ₂やＮＨ₃
合成に適した組成のガスを経済的に生成させ、有機性廃
棄物の焼却や投棄に伴う諸問題を解決すると共に、安価
なＨ₂やＮＨ₃合成用ガスに利用する有機性廃棄物の資
源化方法と装置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、有機性廃棄物を流動層ガス化炉でガス
化し、得られるガス状物質とチャーを溶融炉に導入して
高温でガス化し、得られたガスから酸性ガスを除去した
後にＣＯ転化し、引続き水素分離して水素を製造する際
に、水素分離後の残ガスを前記流動層ガス化炉の流動層
に導入することを特徴とする有機性廃棄物の資源化方法
としたものである。前記方法で水素分離は、圧力スイン
グ吸着法又は水素分離膜を用いて行うのが良い。また、
本発明では、有機性廃棄物を流動層ガス化炉でガス化
し、得られるガス状物質とチャーを溶融炉に導入して高
温でガス化し、得られたガスをＣＯ転化し、引続き酸性
ガスを除去して水素を製造する際に、除去された酸性ガ
スの一部を流動層ガス化炉の流動層に導入することを特
徴とする有機性廃棄物の資源化方法としたものである。
前記方法でＣＯ転化は、高温でガス化して得られたガス
から酸性ガスを除去した後に行うこともできる。

【０００６】さらに、本発明では、有機性廃棄物をガス
化する流動層ガス化炉と、該流動層ガス化炉からのガス
状物質とチャーを高温でガス化する溶融炉と、該溶融炉
からのガスを冷却する冷却室と、該冷却室からのガスか
ら酸性ガスを除去する酸性ガス除去装置と、除去後のガ
スをＨ₂とＣＯ₂に転換するＣＯ転化器と、得られたガ
スから水素を分離する水素分離装置を有し、該水素分離
装置の水素分離後の残ガスを流動層ガス化炉の流動層に
導入する経路を設けたことを特徴とする有機性廃棄物の
資源化装置としたものである。また、本発明では、有機
性廃棄物をガス化する流動層ガス化炉と、該流動層ガス
化炉からのガス状物質とチャーを高温でガス化させる溶
融炉と、該溶融炉からのガスを冷却する冷却室と、該冷
却室からのガスをＨ₂とＣＯ₂に転換するＣＯ転化器
と、得られたガスから酸性ガスを除去する酸性ガス除去
装置を有し、該酸性ガス除去装置で除去された酸性ガス
の一部を流動層ガス化炉の流動層に導入する経路を設け
たことを特徴とする有機性廃棄物の資源化装置としたも
のである。前記装置で冷却室とＣＯ転化器の間に、冷却
されたガスから酸性ガスを除去する酸性ガス除去装置を
配備することもできる。

【０００７】本発明における二段のガス化は、常圧下に
おいても可能であるが、経済性の面から５〜９０気圧好
ましくは１０〜４０気圧の加圧下で行うのがよい。該有
機性廃棄物のガス化剤としては、空気及び空気を分離す
ることにより得られるＯ₂を単独又はこれにスチーム又
はＣＯ₂（炭酸ガス）を混合して用いることができる。
前記流動層ガス化炉の流動層温度は４５０〜９５０℃で
あるのが良い。本発明で用いる有機性廃棄物は、低位発
熱量が平均値として３５００ｋｃａｌ／ｋｇ以上あるの
が良く、もし不足する場合は、補助燃料を添加して低位
発熱量の平均値を３５００ｋｃａｌ／ｋｇ以上とするの
が良い。補助燃料としては、通常用いる化石燃料、特
に、石炭、オイルコークス等が好適に用いられる。

【０００８】本発明で用いる流動層ガス化炉としては、
特に内部循環式流動層ガス化炉を用いるのが好適であ
る。この内部循環式流動層ガス化炉とは、流動層中に流
動媒体の循環流を形成させるもので、該循環流は、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
せることができる。従って、流動化ガスに部分的な強弱
部位のないバブリング式流動層と異なり生成チャーの分
散、破砕機能に優れ、あるいは外部循環式流動層のよう
に複雑で大型化することもない。圧力条件が加圧となる
ことから内部循環式流動層ガス化炉はタテ型円筒形状の
ものが好ましい。また、本発明の溶融炉とは、流動層ガ
ス化炉からの灰分を含むガス状物質とチャーを、該灰分
が溶融する温度以上の温度でガス化する炉であり、前記
溶融炉は、内部温度が１２００℃以上であるのがよい。

【０００９】本発明において、ガス化のために流動層ガ
ス化炉及び溶融炉へ送入するガス化剤は、トータルとし
て含有する酸素量が原料である有機性廃棄物を完全燃焼
するのに必要な理論燃焼酸素量の０．１〜０．６の範囲
とするのがよく、このうち流動層ガス化炉に供給される
酸素量は、同じく理論燃焼酸素量の０．１〜０．３の範
囲とするのがよい。前記流動層ガス化炉は、炉内が還元
雰囲気であるため、炉底より廃棄物中の金属を未酸化で
クリーンな状態で回収することができ、また、前記溶融
炉は内部温度が１２００℃以上と灰の溶流温度より５０
〜１００℃高い温度に設定されるため、灰分を溶融スラ
グ化して炉底より排出することができる。本発明におい
て、別に、Ｎ₂とＯ₂を分離するための空気分離器を備
え、ＮＨ₃を製造する場合は、分離されたＮ₂をＮＨ₃
合成反応器に導入する手段と、分離されたＯ₂を流動層
ガス化炉及び／又は溶融炉に導入させる手段等を配備す
ることもできる。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明では、有機性廃棄物のう
ち、都市ごみ、固形化燃料、スラリー化燃料、廃プラス
チック、廃ＦＲＰ、バイオマス廃棄物、自動車廃棄物、
低品位石炭、廃油のうちの１種以上を用いることができ
る。前記有機性廃棄物には、用いる性状によって石炭及
び／又はオイルコークスといった化石燃料等を補助原料
として添加することもできる。前記ガス化燃焼は、低温
ガス化と高温ガス化を組合せたもので、低温ガス化に流
動層ガス化炉、高温ガス化に溶融炉を用いる。該低温ガ
ス化に用いる流動層ガス化炉は、流動層部が４５０〜９
５０℃に維持され、供給された廃棄物の部分燃焼すなわ
ちガス化を行う。炉底からは廃棄物中の鉄、銅等の金属
が未酸化でクリーンな状態で回収される。金属が酸化さ
れないのは、ガス化炉内が還元雰囲気に保たれているた
めである。金属とプラスチックの複合材の代表的なもの
が銅線であるが、表面の被覆がガス化により分解除去さ
れるため、銅線のみがクリーンなリサイクル可能な状態
で回収できる。前記高温ガス化に用いる溶融炉は、ガス
化炉から供給されるチャー、タールを含むガスを１２０
０℃以上の高温下で瞬時に部分燃焼すなわちガス化する
と共に灰分を溶融スラグ化して炉底より排出する。

【００１１】この時、溶融炉を旋回式溶融炉とすると、
高負荷燃焼が可能になって炉がコンパクトになると共
に、旋回流による遠心力のため、チャーの燃焼により生
ずるスラグミストは炉壁に集められ、壁面にスラグ相が
形成される。このため８０〜９０％という高いスラグ回
収率が得られる。このことは後段の熱回収装置や集塵装
置の負荷を小さくする。従って、溶融炉に旋回式溶融炉
を採用することが好ましい。さらに、ＮＨ₃の合成を目
的とする場合は、前記ガス化用のガス化剤としては空気
分離により得られるＯ₂とスチームの混合ガスを用い、
一方、空気分離により得られるＮ₂はＮＨ₃合成に用い
ることも可能である。空気分離には深冷分離法、ＰＳ
Ａ、ＴＳＡ法等の吸着法、分離（富活）膜による方法が
いずれも適用できる。また、ガス化剤の一部に空気を用
いて、Ｈ₂とＮ₂のモル比が３：１となる混合ガスを
得、これをこのままＮＨ₃合成用とすることもできる。
即ち、流動層ガス化炉に供給するガス化剤は塊状化やク
リンカーのトラブルを避けるため、酸素濃度を２０〜３
０％に下げる必要がある。このためＯ₂とスチームを混
合して用いると、膨大なスチームを必要とする。ところ
が、最終生成物がＮＨ₃の場合は、スチームの代りに空
気を用いることが可能となる。それは最終ガス中にＮ₂
が残留しても、Ｈ₂とＮ₂のモル比が３：１であればそ
のままＮＨ₃合成に用いることができるからである。

【００１２】さらに、本発明では、有機性廃棄物を部分
燃焼する流動層ガス化炉と、該流動層ガス化炉からのガ
ス状物質とチャーを高温にて部分燃焼する溶融炉の高温
ガス化室と、該高温ガス化室からのガスを冷却する冷却
室を有することとしたものである。前記冷却手段として
は、水と直接接触して急冷するのが好ましい。次いで、
冷却室の下流に、ガス中のＨＣｌ等及びダストを除去す
るための洗浄スクラバ、及びガス中のＣＯとＨ₂ＯをＣ
Ｏ₂とＨ₂に転換するＣＯ転化器を設けると共に、ＣＯ
転化後にＣＯ₂、Ｈ₂Ｓ、ＣＯＳ等を除去する酸性ガス
除去装置と、後流のアンモニア合成触媒の触媒毒となる
ＣＯ、ＣＯ₂等を除去又は無害化するガス精製装置と精
製されたＨ₂をＮ₂と反応させてＮＨ₃を合成する反応
器を配備することができる。また、前記有機性廃棄物の
資源化装置において、別に、空気分離器を備え、分離さ
れたＯ₂を前記流動層ガス化炉及び／又は前記溶融炉に
導入させる手段を配備することが望ましい。

【００１３】現在、焼却処理に代わる新たな環境保全型
の廃棄物処理技術として、「ガス化溶融システム」の開
発が進行中であり、本発明も装置構成上は基本的にこの
ガス化溶融システムを使用している。本システムを廃棄
物の処理に適用した場合の特長を示す。従来の固体燃焼に代わるガス燃焼のため、１．３程
度の低空気比燃焼が実現され、その結果排ガス量は大幅
に低減される。高温燃焼により、排ガス中のダイオキシン類及びそ
の前駆体はほとんど分解される。廃棄物中の灰分は溶出のない無害なスラグとして回
収される。このため、埋立地の延命化が図れ、路盤材等
への利用も可能となる。システム中にダイオキシン分解や灰溶融の機能が組
み込まれるため、装置全体がコンパクト化され、建設コ
ストもそれぞれの機能を在来型の焼却設備に付加したよ
り安価となる。排ガス量の低減も、排ガス処理機器のコ
ストダウンに連がる。

【００１４】ガス化炉で生成するガス、チャー、タ
ールのエネルギーを灰の溶融に有効活用できるため、灰
溶融の専用設備を設けたときに必要な電力等が不要とな
り、運転コストを低く保てる。高効率発電型とすることが容易である。鉄、銅といった金属は、リサイクル可能な未酸化で
クリーンな状態で回収出来る。通常の焼却処理ではＯ₂
源として空気を使用するが、これを純Ｏ₂もしくは酸素
富活空気に置き換えて部分燃焼することにより、ＣＯ、
Ｈ₂主体の可燃性ガスを回収することが出来る。本発明
は、ガス化溶融システムをＨ₂製造設備あるいはＮＨ₃
製造設備と一体化したプロセスとし、都市ごみ、廃プラ
スチック、廃ＦＲＰ、バイオマス廃棄物、自動車廃棄物
等の有機性廃棄物や低品位石炭、廃油を一括してガス化
することにより、焼却や投棄に伴う諸問題を解決すると
ともに、廃棄物の有効利用を図るものである。

【００１５】有機性廃棄物をガス化するためにも、この
流動層ガス化炉と溶融炉を組合せたガス化溶融システム
を用いるのが好適である。流動層ガス化炉では砂（硅
砂、オリビン砂など）、アルミナ、鉄粉、石灰石、ドロ
マイト等を流動媒体として用いる。有機性廃棄物のう
ち、都市ごみ、バイオマス廃棄物、プラスチック廃棄
物、自動車廃棄物等は３０ｃｍ程度に粗破砕する。固形
化燃料、スラリー化燃料はこのまま使用する。低品位石
炭は、４０ｍｍ以下に粗破砕する。これらを、複数のピ
ットに分けて受入れ、各々のピットで十分攪拌・混合し
た後に、適宜ガス化炉に供給する。勿論、ガス化炉への
供給は、各ピットより別々に行っても、混合して行って
も良い。また、ガス化される有機性廃棄物の性状（発熱
量や水分）によって、必要に応じて石炭やオイルコーク
ス等を補助燃料として添加することにより廃棄物の発熱
量の変動を抑えることが出来る。添加量は廃棄物の性状
に応じて適宜設定される。試算によれば、原料である有
機性廃棄物の低位発熱量の平均値が、３５００ｋｃａｌ
／ｋｇ以上であることが、経済的な観点から望ましい。

【００１６】有機性廃棄物はガス化炉に供給され、流動
層部にて４５０〜９５０℃で低温ガス化を行う。さらに
後段の溶融炉にて１２００℃以上で高温ガス化を行う。
ガス化反応にはガス化剤としてＯ₂、空気、スチームを
適宜混合して、必要に応じ予熱して用いることができ
る。さらに、スチームの代替としてＣＯ₂等を用いるこ
ともできる。それぞれの段階でのガス化に必要な熱量
は、廃棄物の部分燃焼により得られる。これを内熱式と
称する。流動層部でのガス化によりガス、タール、チャ
ーが生成するが、温度が低いほどタールとチャーの生成
率は増加し、ガスの生成率は減少する。一方廃棄物に含
まれる金属のうち融点が流動層温度より高いものは、気
化せずガス化炉の炉底より流動媒体やガレキ等と共に排
出される。炉底からの排出物は分級器に供給され、篩上
の粗大不燃物（金属含む）と篩下の流動媒体に分別され
る。前者からはさらに金属等の有用物が選別され、一方
後者はガス化炉に戻される。

【００１７】ガス化炉のフリーボード部は通常、あるサ
イズ以上の流動媒体やチャーの飛散防止や、圧力変動の
吸収の役割を果たす。本発明ではフリーボード部にガス
化剤の一部を供給して６００〜９５０℃でガスすること
により、流動層温度を４５０〜６５０℃としてアルミニ
ウム等の低融点金属の回収をすることも可能である。後
段の溶融炉では１２００℃以上の高温ガス化により、生
成ガスはＨ₂、ＣＯ、ＣＯ₂、Ｎ₂、Ｈ₂Ｏ等から成る
ガスとなる。なお、ガス化剤に空気を用いなければ、生
成ガス中にＮ₂は含まれない。また、溶融スラグ化した
灰分は、溶融炉の炉底より連続的に排出された後に水砕
され、骨材、その他の土木建築材の資材として利用され
る。

【００１８】ガス化炉の流動層温度を４５０℃〜９５０
℃にするのは、次のような理由による。図８に、ＲＤＦ
の窒素雰囲気中における熱分解特性を示す。後段での高
温ガス化における燃焼速度の関係から低温ガス化では廃
棄物等をガス、タールの気体成分はなるべく多く、可燃
物と灰分から成る固体成分は少なくすることが望まし
い。固体成分であるチャーは、小粒径のものはガス化炉
内の上昇気流に乗って溶融炉へ搬送されるが、大粒径の
ものは、不燃物とともに炉下から排出される。また、熱
分解温度が下がるほど、固体成分が多く発生する。熱分
解温度が低く固体成分になる割合が多いと、流動層に蓄
積するのを防ぐために、炉下から排出する量を増やさね
ばならない。排出されたチャーは、砂や不燃物を除去し
た後に粉砕処理されて戻されるが、その量は少ないこと
が望ましい。しかも、４５０℃以下では熱分解速度が極
度に遅くなり、未分解物が流動層上に堆積するため運転
が困難となる。逆に熱分解温度が上がる程、固体成分の
発生割合は少なくなるので、ガス化にとっては有利とな
る。

【００１９】ところが、熱分解温度を高くしていくと、
塊状化やクリンカーといった流動層特有の問題に直面す
る。こうした現象が起こらない限界温度は、用いる廃棄
物や流動媒体の種類によって異なるが、９５０℃前後と
される。これが上限温度を９５０℃と定めた理由であ
る。廃棄物に金属が含まれる場合、これら金属を酸化さ
れない状態で回収しリサイクル利用することは重要なテ
ーマである。例えばアルミニウムを回収しようとする
と、アルミニウムの融点は６６０℃であるから、流動層
温度はこれより低くなければならない。しかしながら、
加圧下でのガス化は、ある程度の反応速度を確保する必
要上、アルミニウムの回収を犠牲にしてもガス化温度を
高くする場合もありうる。

【００２０】通常、化学工業原料用の合成ガスを製造す
る場合、ガス化は５〜９０気圧の加圧下で行うが、ガス
化を常圧で行い、ＣＯ転化以降のガス精製を３０〜４０
気圧の加圧下で行うことも現実的な方法として考えられ
る。ガス化炉で用いるガス化剤には空気を深冷分離して
得られる純Ｏ₂に通常スチームを混合して用いるが、ス
チームの代りに酸性ガス除去工程で回収されるＣＯ₂等
を混合してもよい。同じく空気の深冷分離より得られる
Ｎ₂は、直接ＮＨ₃合成用の原料として用いることも出
来る。別法として、ガス化剤の一部に空気を用いる方法
も考えられる。ＣＯ転化後のＨ₂とＮ₂のモル比が３：
１となるようにガス化剤の配合比を調整してやれば、そ
のままＮＨ₃合成用の原料ガスとすることが可能であ
る。ただし、ガス流量が増えるためガス精製用の機器サ
イズがいくらか大きくなる。このように有機性廃棄物を
Ｈ₂やＮＨ₃合成の原料として用いる場合、廃棄物の量
の確保、あるいは質の安定化といった問題が存在する。
また、操業中、廃棄物の質の変化に如何に対処するかと
いった問題もある。

【００２１】こうした問題を解決するために、有機性廃
棄物だけでの安定運転が困難な場合やプラントの立上げ
時等の非定常時には、本発明では、廃棄物に石炭あるい
はオイルコークスといった高カロリーで性状の安定し
た、しかもＨ₂製造に実績のある燃料を併用して使用し
ても良い。すなわち、石炭、オイルコークスあるいは重
油等の燃料を必要に応じて全体の２〜４割程度になるよ
う配合することにより、ガス化原料の量、質の安定化を
図ることが可能である。操業中、何らかの原因で廃棄物
の質が低下し、生成ガス中のＨ₂やＣＯの濃度が低下し
た場合には、上記固形燃料の供給割合を増すことによ
り、生成ガスの性状を安定化させることが出来る。な
お、ここで使用する石炭とは、廃棄物に属する低品位炭
ではなく、むしろ石炭化度の高い亜瀝青炭や瀝青炭クラ
スのものが良い。

【００２２】図７に、通常廃棄物の焼却（完全燃焼）に
用いられるガス化溶融システムの構成図を参考例として
示し、これについて説明する。図において、１はホッパ
ー、２は定量供給装置、３は流動層ガス化炉、４は流動
層、５はフリーボード、６はバーナ、７はトロンメル、
８はバケットコンベア、９は旋回式溶融炉、１０は一次
燃焼室、１１は二次燃焼室、１２はスラグ分離部、１３
はバーナである。ａは有機性廃棄物、ｂは空気（流動層
用）、ｂ′は空気（フリーボード用）、ｂ″は空気（溶
融炉用）、ｃは粗大不燃物、ｄは硅砂、ｅは生成ガス、
ｅ₁は燃焼排ガス、ｆはスラグである。予め必要に応じ
破砕された有機性廃棄物ａは、ホッパー１に供給された
後に、スクリュー式の定量供給装置２を用いて流動層ガ
ス化炉３に供給される。流動層ガス化炉３の下方からは
空気ｂがガス化剤として送入され、分散板上に硅砂の流
動層４が形成される。有機性廃棄物ａは流動層４の上方
に投入され、４５０〜６５０℃に保持された流動層４内
で空気中のＯ₂と接触し、速やかに熱分解ガス化され
る。ガス化炉３の炉底からは流動媒体が不燃物とともに
排出され、トロンメル７により粗大不燃物ｃが除去され
る。分離された硅砂ｄはバケットコンベア８により上方
へ搬送され、流動層ガス化炉３に戻される。粗大不燃物
ｃ中には金属が含まれるが、実用的には流動層温度を５
００〜６００℃とすることにより、鉄、銅、アルミニウ
ムを未酸化でクリーンな状態で回収できる。

【００２３】流動層４に投入された有機性廃棄物ａは、
熱分解ガス化によりガス、タール、チャーとなる。ガス
とタールは、気化して炉内を上昇する。チャーは流動層
４の攪乱運動により微粉砕される。チャーは多孔質で軽
いため、生成ガスの上向きの流れに同伴される。流動媒
体に固い硅砂ｄを用いることで、チャーの粉砕は促進さ
れる。フリーボート５には空気ｂ′が吹き込まれ、６０
０〜９５０℃で再度ガス化が行われる。こうして、ガス
成分の低分子化と、タール、チャーの分解が進む。炉頂
より排出された生成ガスｅは、旋回式溶融炉９の一次燃
焼室１０に供給され、予熱された空気ｂ″と旋回流中で
混合しながら、１２００℃以上で高速燃焼する。燃焼は
二次燃焼室１１で完結し、燃焼排ガスｅ₁はスラグ分離
部１２より排出される。高温燃焼に伴いチャーに含まれ
る灰分はスラグミストとなり、旋回流の遠心力により一
次燃焼室１０の炉壁上の溶融スラグ相に捕捉され、炉壁
を流れ下って二次燃焼室１１に入り、スラグ分離部１２
の底部より流下する。なお、旋回式溶融炉９の一次燃焼
室１０と二次燃焼室１１には、昇温用のバーナ１３が１
台ずつ設置されている。こうして、１．３程度の低空気
比燃焼と灰分の溶融スラグ化が達成される。

【００２４】次に、本発明を図面を用いて具体的に説明
する。図１は、本発明に用いるガス化溶融システムの構
成図であり、５〜９０気圧のアンモニア用合成ガス製造
に用いられる。図において、図７と同じ符号は同じ名称
を有し、１４、１４′はロックホッパ、１５はスクリー
ン、１６は流動媒体循環ライン、１７は旋回式溶融炉
（一体型）、１８は高温ガス化室、１９は急冷室であ
る。なお、ａ′は補助燃料用の石炭又はオイルコーク
ス、ｇはＯ₂と空気からなるガス化剤、ｇ′はＯ₂であ
る。予め破砕された有機性廃棄物ａは、ロックホッパ
（図示略）を介して流動層ガス化炉３に定量供給され
る。流動層ガス化炉３の下方からはＯ₂と空気の混合ガ
スがガス化剤ｇとして送入され、分散板上に硅砂の流動
層４が形成される。有機性廃棄物ａは、圧力約４０気圧
の流動層ガス化炉の流動層４の上方に投入され、７５０
〜８５０℃に保持された流動層４内でガス化剤ｇと接触
し、速やかに熱分解ガス化される。

【００２５】流動層ガス化炉３の炉底からは流動媒体が
不燃物とともに排出され、ロックホッパ１４を通り、ス
クリーン１５により粗大不燃物ｃが除去される。篩下の
硅砂ｄはバケットコンベア等により構成される流動媒体
循環ライン１６により上方へ搬送され、ロックホッパ
（図示略）を介して流動層ガス化炉３に戻される。粗大
不燃物ｃ中には金属が含まれるが、鉄、銅等が未酸化で
クリーンな状態で回収できる。流動層４でのガス化によ
りガス、タール、チャーが生成する。ガスとタールは、
気化して炉内を上昇する。チャーは流動層４の攪乱運動
により微粉砕され、生成ガスの上向きの流れに同伴され
る。流動媒体に固い硅砂を用いることで、チャーの粉砕
は促進される。流動層ガス化炉３の炉頂より排出された
生成ガスｅ₂は、旋回式溶融炉１７の高温ガス化室１８
に供給され、ガス化剤ｇ′のＯ₂と接触することによ
り、１３００℃以上で高温ガス化する。ガス中の灰分は
高温のためにスラグミストとなり、ガスとともに急冷室
１９に入る。急冷室にて水砕されたスラグｆは、ロック
ホッパ１４′を介して外部に排出される。

【００２６】図２は、本発明に用いる流動層ガス化炉と
溶融炉並びに両炉の周辺部を示した別の構成図であり、
同じく４０気圧程度の合成ガス製造に用いられる。本図
では、流動層ガス化炉３には内部循環式流動層炉を、溶
融炉１７には旋回式溶融炉を用いている。図２が図１と
異なる点は、流動層ガス化炉に内部循環式流動層炉を用
いる点と、流動層ガス化炉の底部から抜き出した排出物
を、初めにスクリーン１５で分級し、次いで篩上の粗大
不燃物ｃと篩下の流動媒体ｄを別々にロックホッパ１４
を介して減圧する点である。すなわち、内部循環式流動
層炉をガス化炉に用いることにより、廃棄物を粗破砕程
度で流動層上方より投入しても、流動層上に堆積するこ
となく層に呑み込まれること、生成チャーが流動層内に
均一に分散するためチャーのガス化が促進されること、
流動媒体の旋回運動によりチャーの微粉砕が促進される
こと、サイズの大きな不燃物ｃも流動層内に留まること
なくスムーズに排出されること、流動層内にホットスポ
ットが発生しにくいため塊状化やクリンカー等のトラブ
ルが回避できること等のメリットを享受出来る。この結
果、大きな不燃物の外部への取り出しが問題となるが、
初めに不燃物と流動媒体を分別することにより、大きな
不燃物をブリッジを防止した特殊な構造のロックホッパ
を介して排出し、一方細かい流動媒体は通常用いられる
高温粉体用ロックホッパを介して排出するため、装置の
信頼性を増すことができる。

【００２７】図３も同じく、流動層ガス化炉と溶融炉並
びに両炉の周辺部を示した別の構成図であり、４０気圧
程度の合成ガス製造に用いられる。本図でも、流動層ガ
ス化炉３には内部循環式流動層炉を、溶融炉９には旋回
式溶融炉を用いている。図３が図２と異なる点は、流動
層ガス化炉３からの排出物を、ロックホッパ１４を介し
て減圧した後にスクリーン１５で分級すること、並びに
溶融炉９が高温ガス化室１０、１１を２室有する旋回式
溶融炉であることである。すなわち、本実施例では、有
機性廃棄物中に大きなサイズの不燃物ｃが含まれないこ
とを想定しているため、炉底から取り出した排出物は、
通常用いられる高温粉体用ロックホッパ１４を介して減
圧された後に、スクリーンを用いた分級操作により不燃
物ｃと流動媒体ｄを分別する。また、図２のように高温
ガス化室を１室の竪型円筒とせず、竪型１０と横型１１
の２室の高温ガス化室を組み合わせた形状とすることに
より、溶融スラグの炉内滞留時間を長くしてスラグ中の
未燃カーボン量を減らすとともに、亜鉛、鉛等低沸点金
属のスラグからの揮散を促進させることが出来る。

【００２８】図４は、本発明の有機性廃棄物ａからＮＨ
₃を合成する場合の全体工程図であり、ガス化工程１０
０、ＣＯ転化工程２００、酸性ガス除去工程３００、窒
素洗浄工程４００、アンモニア合成工程５００および硫
黄回収工程６００から構成されている。なお、図４にお
いては、流動層ガス化炉に供給するガス化剤に、Ｏ₂と
スチームの混合ガスを用いる。図において、２１はガス
スクラバー、２３は空気分離器、２４は流動層ガス化
炉、２５は旋回式溶融炉、３６はＣＯ転化器、４０は吸
収塔、４１はコンデンセートセパレータ、４４はＣＯ₂
放散塔、５０はＨ₂Ｓ放散塔、５３は吸着塔、５６はＮ
₂洗浄塔、５７は冷却器、５８はＮ₂ガス圧縮機、５９
はＯ₂ガス圧縮機、６０は合成ガス圧縮機、６２はＮＨ
₃合成塔、６８はＮＨ₃冷凍機、７０はＮＨ₃分離器、
７２はＮＨ₃貯蔵タンクを示す。また、符号３８、３
９、４８、５２、６４、６６は熱交換器を示し、３０、
４６、５４はポンプを示す。また、ｉは空気、ｊは
Ｏ₂、ｑは硫黄をそれぞれ示す。

【００２９】空気ｉは２３の空気分離器によりＯ₂のｊ
とＮ₂のｋに分けられ、Ｏ₂のｊはＯ₂ガス圧縮機５９
で圧縮された後、流動層ガス化炉２４及び旋回式溶融炉
２５用のガス化剤として供される。また、Ｎ₂のｋはＮ
₂ガス圧縮機５８で圧縮された後、アンモニア合成用ガ
スとして供される。なお、空気分離手段には、通常深冷
分離法が用いられる。ガス化工程１００では、有機性廃
棄物ａと補助原料ａ′を圧力約４０気圧、７５０〜８５
０℃でガス化炉２４で低温ガス化した後、旋回式溶融炉
２５では１２００℃以上の操作条件下でＯ₂ｊやスチー
ムｍなどと反応してガス化され、ＣＯ、Ｈ₂、Ｈ₂Ｏ、
ＣＯ₂が主成分のガスを生成する。旋回式溶融炉２５内
の温度は、主としてＯ₂の供給量によって調整される。
旋回式溶融炉２５では上部に高温ガス化室１８、下部に
急冷室１９がそれぞれ設けられており、発生ガスは急冷
室１９で冷却水と直接接触し冷却された後、排出され
る。

【００３０】この急冷操作により多量の水蒸気が発生し
発生ガスに同伴するとともに、高温ガス化室１８にて発
生したスラグの大部分がガスより除去される。スラグと
水のスラリーは灰分処理工程へ送給される。急冷室１９
を出る際に多量の水蒸気を同伴した発生ガスはベンチュ
リースクラバ（図示略）及びガススクラバー２１で洗浄
され、同伴灰分を除去された後、ＣＯ転化工程２００へ
と送給される。一方、ガススクラバー２１底部の灰分洗
浄液はポンプ３０を介して再度急冷室１９に循環送給さ
れるとともに、一部は灰分処理工程へ送給される。ＣＯ
転化工程２００には、ガス化工程１００から送給されて
くる水蒸気を含んだ発生ガスが供給される。ガススクラ
バー２１を出たガスはＣＯ転化反応に適した温度まで、
第１段触媒層を出たガスと熱交換器３８で熱交換するこ
とにより加熱された後、ＣＯ転化器３６に送られてガス
中のＣＯは同伴されている水蒸気とＣＯ転化触媒上で反
応しＨ₂とＣＯ₂に転換される。ＣＯ転化器３６は２段
の触媒層から構成されている。一段の触媒層入口温度は
例えば約３００℃であり、出口温度は例えば４８０℃程
度である。

【００３１】第２段触媒層入口温度は約３００℃であ
り、第１段と第２段の合計転化率は９０〜９５％以上、
また、ＣＯ転化器３６出口におけるＣＯの乾ガス中の濃
度は１〜２％以下となる。ちなみに、ＣＯ転化反応は次
のようになる。ＣＯ＋Ｈ₂Ｏ＝ＣＯ₂ ＋Ｈ₂ 反応は発熱反応であり、第１段触媒層を出た高温ガス
は、ＣＯ転化器入口ガスと熱交換して冷却され、第２段
触媒層に入る。第２段触媒層においてＣＯ転化反応はさ
らに進む。前記ＣＯ転化器３６を通ったガスは途中熱交
換器３９にて約４０℃まで降温され、引続きコンデンセ
ートセパレータ４１で凝縮水とガスとに分離された後、
後述するＮ₂洗浄塔頂５６から出る精製ガスの一部と熱
交換されて−１７℃に降温されたガスは次工程の酸性ガ
ス除去工程３００に送給される。酸性ガス除去工程３０
０は、ＣＯ転化工程２００から送られてくる転化ガス中
のＨ₂Ｓ、ＣＯＳ、ＣＯ₂を除去するために、例えば物
理吸収プロセスであるレクチゾール法が使用される。

【００３２】−１７℃に冷却されたガスは吸収塔４０に
導入される。該吸収塔４０における酸性ガスの吸収は約
−６０℃のメタノールと向流接触により行われ、吸収塔
４０を出たガス中のＣＯ₂の濃度は１０〜２０ｐｐｍ、
Ｈ₂Ｓは約０．１ｐｐｍとなる。吸収液として使用され
たメタノールは酸性ガスを吸収するにつれて温度が上昇
し、吸収能力が低下するので、吸収塔４０の途中から抜
き出して冷媒アンモニアおよび冷メタノールにより冷却
されて再び吸収塔４０に戻される。この場合、吸収塔４
０の途中から抜き出されたメタノール中にはＣＯ₂、Ｈ
₂Ｓの他にＨ₂やＣＯも溶存しているので、これらＨ₂
とＣＯを回収するため、減圧処理して、溶存したＨ₂や
ＣＯを放出させる。放出したＨ₂やＣＯは圧縮機で昇圧
され、循環使用される。一方、メタノールに吸収された
高純度のＣＯ₂を回収するために、ＣＯ₂放散塔４４に
送られて減圧されるとともに、Ｎ₂ガスでストリッピン
グされ、メタノール中のＣＯ₂の大部分が放出され、放
出されたＣＯ₂は必要により回収され、尿素合成や、液
化炭酸ガス製造用に供される。

【００３３】一方、ＣＯ₂放散塔４４の底部から濃縮さ
れたＨ₂Ｓを含むメタノールはポンプ４６を介して取り
出され、熱交換器４８で加熱された後Ｈ₂Ｓ放散塔５０
へ送られ、ここで水蒸気により間接再生される。Ｈ₂Ｓ
放散塔５０の塔頂より出るＨ₂Ｓリッチガスは熱交換器
５２で冷却して、硫黄回収工程６００へ送られ、硫黄ｑ
として回収される。Ｈ₂Ｓ放散塔５０底部から抜き出さ
れたメタノールはポンプ５４を介して冷却後、吸収塔４
０の塔頂へ循環供給される。吸収塔４０から送られてく
る少量のＣＯと極微量のＣＯ₂を含んだＨ₂リッチガス
は、途中吸着塔５３を通ってメタノールやＣＯ₂が除去
された後、冷却器５７で−１９０℃近くまで冷却され、
窒素洗浄工程５００を成すＮ₂洗浄塔５６に送られる。
窒素洗浄工程５００では、ガス中の微量のＣＯ、Ｃ
Ｏ₂、Ａｒ、ＣＨ₄等が過冷却された液体窒素により洗
浄除去される。一方、Ｈ₂ガスは沸点の低いことから液
体Ｎ₂により吸収されることなく、Ｎ₂洗浄塔５６の塔
頂からはＮ₂を含んだＨ₂リッチな精製ガスが得られ
る。

【００３４】Ｎ₂洗浄塔５６の塔頂から出た低温の精製
ガスは、冷却器５７を通って昇温された後Ｎ₂ガス圧縮
機５８で圧縮された高圧のＮ₂ガスと混合されて、アン
モニア合成に適当な組成、すなわち、Ｈ₂とＮ₂の比を
約３（モル比）に調整された後、アンモニア合成工程５
００に送られる。一方、Ｎ₂ガス圧縮機５８で圧縮され
た高圧のＮ₂ガスの一部は、冷却器５７で冷却液化され
た後、Ｎ₂洗浄塔５６に送られ、塔底から入ってくるガ
スと向流接触し、その間にガス中のＣＯ、ＣＯ₂、Ａ
ｒ、ＣＨ₄などの不純物は液体Ｎ₂側に移動し吸収除去
される。また、ＣＯ、ＣＯ₂、Ａｒ、ＣＨ₄などを吸収
した液体Ｎ₂はＮ₂洗浄塔５６の底部より出て減圧の
後、ボイラの燃料として送出される。

【００３５】窒素洗浄工程５００から送られてきたガス
は、合成ガス圧縮機６０の第１段において例えば１５０
気圧に昇圧された後、次いでアンモニア分離器７０から
の循環ガスと合流して合成ガス圧縮機６０の第２段にお
いて１６５気圧まで昇圧され、アンモニア合成塔６２に
送られる。アンモニア合成塔６２は２段の触媒層から成
っており、Ｆｅ系の合成触媒が充填されている。アンモ
ニア合成塔６２入口の圧力１６４気圧、温度２５０℃と
なる。合成ガスが該触媒層を通る間にアンモニア合成が
行われるが、このときのアンモニア合成反応はつぎのよ
うになる。Ｎ₂ ＋３Ｈ₂ ＝２ＮＨ₃ 触媒層を出たガス温度は一旦約５００℃を越えるが、ア
ンモニア合成塔６２途中から導入された冷ガスによって
冷却される。

【００３６】アンモニア合成塔６２を出たＮＨ₃ガス
は、圧力１６０気圧、温度４５０℃であり、熱交換器６
４、６６を通って常温付近まで冷却された後、さらにア
ンモニア冷凍機６８を通って冷却され、ＮＨ₃の大部分
は凝縮される。凝縮したＮＨ₃はアンモニア分離器７０
で液体ＮＨ₃とガスとに分離され、ｎの液体ＮＨ₃はア
ンモニア貯蔵タンク７２へ送られるとともに、前記した
ように分離されたガスは再度循環ガスとして合成ガス圧
縮機６０の第２段に入り１６５気圧まで昇圧され、アン
モニア合成塔６２に循環送給される。なお、前記した本
発明に用いる図４においては、流動層ガス化炉のガス化
剤として、Ｏ₂とスチームを用いたが、これに限定され
るわけではなく、流動層ガス化炉のガス化剤として空気
とＯ₂の混合ガスも用いることができる。この場合、空
気の使用量は、アンモニア合成に必要なＮ₂量によって
制限される。従って、ガス精製工程としては、アンモニ
ア合成に必要なＮ₂が含まれているため、Ｎ₂洗浄に代
えてメタネーションプロセスを採用することが好まし
い。

【００３７】図５は有機性廃棄物をガス化して得られた
ガス中のＨ₂分を分離した後の残ガスを流動層ガス化炉
１１０の流動化用のガスとして再利用するようにしたブ
ロック図であり、符号１１０は流動層ガス化炉、１１２
は旋回式溶融炉、１１４はガススクラバー、１１６は酸
性ガス除去工程、１１８はＣＯ転化工程、１２０は水素
分離工程、１２２は循環ガスコンプレッサ、ａは有機性
廃棄物、ｇ′はＯ₂をそれぞれ示す。所望のサイズに粉
砕された有機性廃棄物ａは、まず流動媒体に固い硅砂を
用いて流動層を形成する低温の流動層ガス化炉１１０の
上方に供給され、該流動層ガス化炉１１０の下方からガ
ス化剤としてｇ′のＯ₂とともに、後述する流動化用ガ
スが循環供給されて流動層内の温度は、４５０〜９５０
℃に保持されるとともに、有機性廃棄物ａは部分酸化反
応により速やかに熱分解ガス化される。

【００３８】流動層ガス化炉１１０に投入された有機性
廃棄物ａは、熱分解ガス化によりガス、タール、チャー
などが生成する。タールやチャーの大部分は発生ガスに
同伴され、温度１３５０℃、圧力約４０気圧の操作条件
を有する旋回式溶融炉１１２で部分酸化反応により、Ｃ
Ｏ、ＣＯ₂、Ｈ₂、Ｈ₂Ｏなどの粗製ガスに分解され
る。該高温の粗製ガスは旋回式溶融炉１１２下部の冷却
室でガスの冷却が行われ、次いでガススクラバー１１４
を経由してＨＣｌ等やダストなどが除去される。冷却と
除塵が行われた粗製ガスは、次工程の酸性ガス除去工程
１１６で粗製ガス中に含まれるＣＯ₂、Ｈ₂Ｓ、ＣＯＳ
が除去される。さらに次工程のＣＯ転化工程１１８にて
ＣＯ転化触媒に流通させて、ＣＯ₂とＨ₂ＯがＣＯ転化
反応によりＨ₂とＣＯ₂に転化される。なお、ＣＯ転化
用の水蒸気は当該ＣＯ転化工程１１８内に含まれるサチ
ュレータ（図示略）にて水と接触することにより付加さ
れる。

【００３９】ＣＯ転化触媒としては、ＣＯ転化工程には
脱硫後のガスが送給されるため、通常用いる高温転化触
媒（Ｆｅ系）、低温転化触媒（Ｃｕ系）を使用すること
ができ、ＣＯ転化率を上げることができる。ＣＯ転化工
程１１８を出たＨ₂、ＣＯ₂、Ｈ₂Ｏと少量のＣＯを含
む精製ガスは、圧力スイング吸着法又は水素分離膜など
の手段を用いた水素分離工程１２０にて高純度のＨ₂ガ
スとＨ₂以外のＣＯ₂、ＣＯなどを主成分とする残ガス
とに分離される。該残ガスは循環ガスコンプレッサ１２
２で昇圧された後、流動層を形成する低温の流動層ガス
化炉１１０の下方からｇ′のＯ₂とともに供給され、流
動媒体の流動化用ガスとして供される。例えばスチーム
をガス化剤として多量に使用すると、ランニングコスト
が上昇するため、代りに、スチームに換えて空気を使用
すると、生成ガス中に大量のＮ₂が混入してしまう。こ
れを避けるためには、前記残ガスを再循環使用すること
が望ましい。水素分離工程１２０にて分離されたＨ₂ガ
スは、図示を省略した空気分離装置からのＮ₂が添加さ
れた後に、ＮＨ₃合成工程に送られてＮＨ₃になるか、
あるいはＮ₂を添加せずにＨ₂ガスのまま取り出され
る。

【００４０】以上の実施形態の中で述べたいずれの場合
においても、系内からのパージ量を減らすために、Ｎ₂
及びＨ₂以外のイナートガスはできるだけ、少なくする
ことが望ましい。本発明のような２段ガス化では、有機
性廃棄物ａを低温の流動層ガス化炉１１０で熱分解した
場合、ガス中に多量の炭化水素を含むこととなる。この
ガスは高温の旋回式溶融炉１１２にて部分燃焼及び水蒸
気との反応により改質されて、ＣＯ、ＣＯ₂、Ｈ₂、Ｈ
₂Ｏなどに転換させるのであるが、旋回式溶融炉１１２
のガス化温度が低いと、旋回式溶融炉１１２から排出さ
れる粗製ガス中にＣＨ₄、Ｃ₂Ｈ₄などの未反応の炭化
水素が残ることとなる。後流のガス精製工程でメタネー
ションプロセス工程を使用する場合は、これらの未反応
炭化水素はアンモニア合成工程のイナートガスとなる。
従って、当該未反応の炭化水素をできるだけ減らすため
に、旋回式溶融炉１１２のガス化温度を１３００℃以上
にすることが望ましい。

【００４１】図６は本発明の図５に示すその他の実施例
であり有機性廃棄物をガス化、精製して得られたガスよ
りＨ₂分を回収し、除去されたＣＯ₂主体の酸性ガスを
流動層ガス化炉の流動化ガスとして再利用するようにし
たブロック図であり、符号１１０は流動層ガス化炉、１
１２は溶融炉、１１４はガススクラバー、１１６は酸性
ガス除去工程、１１８はＣＯ転化工程、１２１は酸性ガ
ス除去工程、１２２は循環ガスコンプレッサ、ａは有機
性廃棄物、ｇ′はＯ₂をそれぞれ示す。所望のサイズに
粉砕された有機性廃棄物ａは、まず流動媒体に硅砂を用
いた圧力約４０気圧の流動層ガス化炉１１０の上方に供
給され、該流動層ガス化炉１１０の下方からガス化剤と
してｇ′のＯ₂とともに、後述する循環ガスコンプレッ
サ１２２を介して流動化用ガスが循環供給されて流動層
内の温度は４５０〜９５０℃に保持される中で、有機性
廃棄物ａは部分酸化により速やかに熱分解ガス化され
る。

【００４２】流動層ガス化炉１１０に投入された有機性
廃棄物ａは、熱分解ガス化によりガス、タール、チャー
などが生成する。チャーの大部分は微粉化された後に、
ガスの上向きの流れに同伴され、温度１３５０℃、圧力
約４０気圧の操作条件を有する溶融炉１１２でｇ′のＯ
₂と反応し、ＣＯ、ＣＯ₂、Ｈ₂、Ｈ₂Ｏなどの粗製ガ
スに分解される。該高温の粗製ガスは溶融炉１１２下部
の冷却室でガスの冷却が行われ、次いでガススクラバー
１１４を経由してＨＣｌ等やダストなどが除去される。
冷却と除塵が行われた粗製ガスは、次工程の酸性ガス除
去工程１１６で粗製ガス中に含まれるＣＯ₂、Ｈ₂Ｓ、
ＣＯＳが除去される。さらに次工程のＣＯ転化工程１１
８にてＣＯ転化触媒に流通させて、ＣＯ転化反応により
ＣＯとＨ₂ＯはＨ₂とＣＯ₂に転化される。なお、ＣＯ
転化用の水蒸気は当該ＣＯ転化工程１１８内に含まれる
サチュレータ（図示略）にて水と接触することにより付
加される。ＣＯ転化工程１１８を出たＨ₂、ＣＯ₂、と
Ｈ₂Ｏ少量のＣＯを含む精製ガスは、さらに次工程の酸
性ガス除去工程１２１にてＣＯ₂が除去され、Ｈ₂を主
成分とするガスが得られる。一方、除去されたＣＯ₂は
循環ガスコンプレッサ１２２で昇圧された後、流動層ガ
ス化炉１１０の下方からｇ′のＯ₂とともに供給され、
流動媒体の流動化用ガスとして供される。なお、得られ
たＨ₂を主成分とするガスは、Ｎ₂を添加しないでＨ₂
ガスのみを取り出してもよいし、Ｎ₂を添加して合成ガ
スとし、ＮＨ₃合成工程に送給してＮＨ₃としてもよ
く、Ｈ₂ガスの用途については限定するものではない。

【００４３】

【発明の効果】本発明により、以下の効果を奏する。ＮＨ₃合成用等のＨ₂源を、安価でしかも自国内で
調達可能な有機性廃棄物に転換出来る。これにより、Ｈ
₂の製造原価を大幅に引き下げられる。有機性廃棄物をガス化してＨ₂とすることにより、
従来の焼却処理に伴う様々な問題を回避出来る。すなわ
ち、排ガスが大幅に削減され、ダイオキシン類は生成し
ない。また、廃棄物中の灰分は無害なスラグとなるた
め、埋立地の延命化が図れるとともに、路盤剤等への利
用も可能となる。

【００４４】廃棄物中に含まれる鉄、銅といった金
属は、リサイクル可能な酸化されない状態で回収出来
る。こうして、廃棄物の有効利用と環境保全の立場か
ら、有機性廃棄物のガス化設備をＨ₂製造設備やアンモ
ニア合成設備に隣接して建設し、両者間を原料利用の面
から有機的に結合することにより、トータルシステムと
してのメリットを享受出来る。廃棄物に、石炭あるいはオイルコークスといった燃
料を補助的に供給することにより、廃棄物の質、量の変
動の問題に対処可能となる。特に、廃棄物の質の低下に
よる生成ガス性状の悪化に対しては、石炭等の燃料の混
合比率を増すことにより、安定な操業を実現できる。低温及び高温のガス化炉で生成した粗製ガスを精製
してＨ₂とＣＯ₂、ＣＯなどを主成分とする残ガスとに
分離することができるとともに該残ガスを流動層ガス化
炉の流動化用ガスとして利用できるため、スケールアッ
プに伴なう流動化用ガス源の不足などの問題が解消され
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に用いるガス化溶融システムの構成図。

【図２】本発明に用いるガス化溶融システムの別の構成
図。

【図３】本発明に用いるガス化溶融システムの別の構成
図。

【図４】本発明の廃棄物からＮＨ₃を合成する場合の全
体工程図。

【図５】本発明の資源化装置のブロック工程図。

【図６】本発明の資源化装置の別のブロック工程図。

【図７】公知のガス化溶融システムの構成図。

【図８】ＲＤＦのＮ₂雰囲気中における熱分解特性を示
すグラフ。

【符号の説明】

１：ホッパー、２：定量供給装置、３：流動層ガス化
炉、４：流動層、５：フリーボード、６：バーナ、７：
トロンメル、８：バケットコンベア、９：旋回式溶融
炉、１０：一次燃焼室、１１：二次燃焼室、１２：スラ
グ分離部、１３：バーナ、１４、１４′：ロックホッ
パ、１５、１５′：スクリーン、１６：流動媒体循環ラ
イン、１７：旋回式溶融炉（一体型）、１８：高温ガス
化室、１９：急冷室、２１：ガススクラバー、２３：空
気分離器、２４：流動層ガス化炉、２５：旋回式溶融
炉、３６：ＣＯ転化器、４０：吸収塔、４１：コンデン
セートセパレータ、４４：ＣＯ₂放散塔、５０：Ｈ₂Ｓ
放散塔、５３：吸着塔、５６：Ｎ₂洗浄塔、５８：Ｎ₂
ガス圧縮機、５９：Ｏ₂ガス圧縮機、６０：合成ガス圧
縮機、６１：空気圧縮機、６２：ＮＨ₃合成塔、６８：
ＮＨ₃冷凍機、７０：ＮＨ₃分離器、７２：ＮＨ₃貯蔵
タンク、１１０：流動層ガス化炉、１１２：溶融炉、１
１４：ガススクラバー、１１６：酸性ガス除去工程、１
１８：ＣＯ転化工程、１２０：水素分離工程、１２２：
循環ガスコンプレッサ、１００：ガス化工程、２００：
ＣＯ転化工程、３００：酸性ガス除去工程、４００：窒
素洗浄工程、５００：アンモニア合成工程、６００：硫
黄回収工程、ａ：有機性廃棄物、ａ′：石炭又はオイル
コークス、ｂ：空気（流動層用）、ｂ′：空気（フリー
ボード用）、ｂ″：空気（溶融炉用）、ｃ：粗大不燃
物、ｄ：硅砂、ｅ、ｅ₂、ｅ₃：生成ガス、ｅ₁：燃焼
排ガス、ｆ：スラグ、ｇ：Ｏ₂＋空気、ｇ′：Ｏ₂、
ｉ：空気、ｊ：Ｏ₂、ｋ：Ｎ₂、ｍ：スチーム、ｎ：液
体ＮＨ₃、ｑ：硫黄

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【手続補正書】

【提出日】平成９年７月１４日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【請求項４】有機性廃棄物を流動層ガス化炉でガス化
し、得られるガス状物質とチャーを溶融炉に導入して高
温でガス化し、得られたガスから酸性ガスを除去した後
にＣＯ転化し、引続き水素分離して水素を製造し、水素
分離後の残ガスを前記流動層ガス化炉の流動層に導入す
ることを特徴とする有機性廃棄物の資源化方法。

【請求項５】前記水素分離は、圧力スイング吸着法又
は水素分離膜を用いて行うことを特徴とする請求項４記
載の有機性廃棄物の資源化方法。

【請求項６】有機性廃棄物を流動層ガス化炉でガス化
し、得られるガス状物質とチャーを溶融炉に導入して高
温でガス化し、得られたガスをＣＯ転化し、引続き酸性
ガスを除去して水素を製造する際に、除去された酸性ガ
スの一部を流動層ガス化炉の流動層に導入することを特
徴とする有機性廃棄物の資源化方法。

【請求項７】前記ＣＯ転化は、高温でガス化して得ら
れたガスから酸性ガスを除去した後に行うことを特徴と
する請求項６記載の有機性廃棄物の資源化方法。

【請求項８】前記溶融炉は、旋回式溶融炉であること
を特徴とする請求項４又は６記載の有機性廃棄物の資源
化方法。

【請求項９】前記流動層ガス化炉は、内部循環式流動
層ガス化炉であることを特徴とする請求項４又は６記載
の有機性廃棄物の資源化方法。

【請求項１０】前記流動層ガス化炉でのガス化と溶融
炉での高温ガス化は、５〜９０気圧の加圧下で行うこと
を特徴とする請求項４又は６記載の有機性廃棄物の資源
化方法。

【請求項１１】前記流動層ガス化炉は、内部温度が４
５０〜９５０℃であり、溶融炉は、内部温度が１２００
℃以上であることを特徴とする請求項４又は６記載の有
機性廃棄物の資源化方法。

【請求項１２】前記有機性廃棄物は、低位発熱量が平
均値として３５００ｋｃａｌ／ｋｇ以上あることを特徴
とする請求項４又は６記載の有機性廃棄物の資源化方
法。

【請求項１３】前記有機性廃棄物は、低位発熱量の平
均値が３５００ｋｃａｌ／ｋｇ以下の場合は、補助燃料
を添加して低位発熱量の平均値を３５００ｋｃａｌ／ｋ
ｇ以上とすることを特徴とする請求項４又は６記載の有
機性廃棄物の資源化方法。

【請求項１４】前記流動層ガス化炉には、ガス化剤と
して酸素又は酸素とスチームの混合ガスを供給し、前記
溶融炉には、ガス化剤として酸素又は酸素とスチームの
混合ガスを供給することを特徴とする請求項４又は６記
載の有機性廃棄物の資源化方法。

【請求項１５】前記ガス化は、流動層ガス化炉にガス
化剤として酸素と空気又は酸素と空気とスチームの混合
ガスを供給し、前記溶融炉にガス化剤として酸素又は酸
素とスチームの混合ガスを供給してガス化し、得られる
ガス中のＣＯとＨ_２の合計とＮ_２とのモル比がほぼ３：
１である生成ガスを得ることを特徴とする請求項６記載
の有機性廃棄物の資源化方法。

【請求項１６】有機性廃棄物をガス化させる流動層ガ
ス化炉と、該流動層ガス化炉からのガス状物質とチャー
を高温でガス化させる溶融炉と、該溶融炉からのガスを
冷却する冷却室と、該冷却室からのガスから酸性ガスを
除去する酸性ガス除去装置と、除去後のガスをＨ_２とＣ
Ｏ_２に転換するＣＯ転化器と、得られたガスから水素を
分離する水素分離装置を有し、該水素分離装置の水素分
離後の残ガスを流動層ガス化炉の流動層に導入する経路
を設けたことを特徴とする有機性廃棄物の資源化装置。

【請求項１７】有機性廃棄物をガス化させる流動層ガ
ス化炉と、該流動層ガス化炉からのガス状物質とチャー
を高温でガス化させる溶融炉と、該溶融炉からのガスを
冷却する冷却室と、該冷却室からのガスをＨ_２とＣＯ_２
に転換するＣＯ転化器と、得られたガスから酸性ガスを
除去する酸性ガス除去装置を有し、該酸性ガス除去装置
で除去された酸性ガスの一部を流動層ガス化炉の流動層
に導入する経路を設けたことを特徴とする有機性廃棄物
の資源化装置。

【請求項１８】前記冷却室とＣＯ転化器の間に、冷却
されたガスから酸性ガスを除去する酸性ガス除去装置を
配備したことを特徴とする請求項１７記載の有機性廃棄
物の資源化装置。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００５

【補正方法】変更

【補正内容】

【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、有機性廃棄物を流動層ガス化炉でガス
化し、得られるガス状物質とチャーを溶融炉に導入して
高温でガス化し、得られたガスから酸性ガスを除去した
後にＣＯ転化し、引続き水素分離して水素を製造し、水
素分離後の残ガスを前記流動層ガス化炉の流動層に導入
することを特徴とする有機性廃棄物の資源化方法とした
ものである。前記方法で水素分離は、圧力スイング吸着
法又は水素分離膜を用いて行うのが良い。また、本発明
では、有機性廃棄物を流動層ガス化炉でガス化し、得ら
れるガス状物質とチャーを溶融炉に導入して高温でガス
化し、得られたガスをＣＯ転化し、引続き酸性ガスを除
去して水素を製造する際に、除去された酸性ガスの一部
を流動層ガス化炉の流動層に導入することを特徴とする
有機性廃棄物の資源化方法としたものである。前記方法
でＣＯ転化は、高温でガス化して得られたガスから酸性
ガスを除去した後に行うこともできる。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｃ０１Ｂ 3/54 Ｃ０１Ｂ 3/54 (72)発明者藤並晶作神奈川県藤沢市本藤沢４丁目２番１号株式会社荏原総合研究所内 (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 (72)発明者入江正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)発明者廣勢哲久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)発明者永東秀一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)発明者大下孝裕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)発明者福田俊男東京都品川区東品川２丁目３番11号ＵＢＥビル宇部興産株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】有機性廃棄物を流動層ガス化炉でガス化
し、得られるガス状物質とチャーを溶融炉に導入して高
温でガス化し、得られたガスから酸性ガスを除去した後
にＣＯ転化し、引続き水素分離して水素を製造する際
に、水素分離後の残ガスを前記流動層ガス化炉の流動層
に導入することを特徴とする有機性廃棄物の資源化方
法。
【請求項２】前記水素分離は、圧力スイング吸着法又
は水素分離膜を用いて行うことを特徴とする請求項１記
載の有機性廃棄物の資源化方法。
【請求項３】有機性廃棄物を流動層ガス化炉でガス化
し、得られるガス状物質とチャーを溶融炉に導入して高
温でガス化し、得られたガスをＣＯ転化し、引続き酸性
ガスを除去して水素を製造する際に、除去された酸性ガ
スの一部を流動層ガス化炉の流動層に導入することを特
徴とする有機性廃棄物の資源化方法。
【請求項４】前記ＣＯ転化は、高温でガス化して得ら
れたガスから酸性ガスを除去した後に行うことを特徴と
する請求項３記載の有機性廃棄物の資源化方法。
【請求項５】前記溶融炉は、旋回式溶融炉であること
を特徴とする請求項１又は３記載の有機性廃棄物の資源
化方法。
【請求項６】前記流動層ガス化炉は、内部循環式流動
層ガス化炉であることを特徴とする請求項１又は３記載
の有機性廃棄物の資源化方法。
【請求項７】前記流動層ガス化炉でのガス化と溶融炉
での高温ガス化は、５〜９０気圧の加圧下で行うことを
特徴とする請求項１又は３記載の有機性廃棄物の資源化
方法。
【請求項８】前記流動層ガス化炉は、内部温度が４５
０〜９５０℃であり、溶融炉は、内部温度が１２００℃
以上であることを特徴とする請求項１又は３記載の有機
性廃棄物の資源化方法。
【請求項９】前記有機性廃棄物は、低位発熱量が平均
値として３５００ｋｃａｌ／ｋｇ以上あることを特徴と
する請求項１又は３記載の有機性廃棄物の資源化方法。
【請求項１０】前記有機性廃棄物は、低位発熱量の平
均値が３５００ｋｃａｌ／ｋｇ以下の場合は、補助燃料
を添加して低位発熱量の平均値を３５００ｋｃａｌ／ｋ
ｇ以上とすることを特徴とする請求項１又は３記載の有
機性廃棄物の資源化方法。
【請求項１１】前記流動層ガス化炉には、ガス化剤と
して酸素又は酸素とスチームの混合ガスを供給し、前記
溶融炉には、ガス化剤として酸素又は酸素とスチームの
混合ガスを供給することを特徴とする請求項１又は３記
載の有機性廃棄物の資源化方法。
【請求項１２】前記ガス化は、流動層ガス化炉にガス
化剤として酸素と空気又は酸素と空気とスチームの混合
ガスを供給し、前記溶融炉にガス化剤として酸素又は酸
素とスチームの混合ガスを供給してガス化し、得られる
ガス中のＣＯとＨ₂の合計とＮ₂とのモル比がほぼ３：
１である生成ガスを得ることを特徴とする請求項３記載
の有機性廃棄物の資源化方法。
【請求項１３】有機性廃棄物をガス化させる流動層ガ
ス化炉と、該流動層ガス化炉からのガス状物質とチャー
を高温でガス化させる溶融炉と、該溶融炉からのガスを
冷却する冷却室と、該冷却室からのガスから酸性ガスを
除去する酸性ガス除去装置と、除去後のガスをＨ₂とＣ
Ｏ₂に転換するＣＯ転化器と、得られたガスから水素を
分離する水素分離装置を有し、該水素分離装置の水素分
離後の残ガスを流動層ガス化炉の流動層に導入する経路
を設けたことを特徴とする有機性廃棄物の資源化装置。
【請求項１４】有機性廃棄物をガス化させる流動層ガ
ス化炉と、該流動層ガス化炉からのガス状物質とチャー
を高温でガス化させる溶融炉と、該溶融炉からのガスを
冷却する冷却室と、該冷却室からのガスをＨ₂とＣＯ₂
に転換するＣＯ転化器と、得られたガスから酸性ガスを
除去する酸性ガス除去装置を有し、該酸性ガス除去装置
で除去された酸性ガスの一部を流動層ガス化炉の流動層
に導入する経路を設けたことを特徴とする有機性廃棄物
の資源化装置。
【請求項１５】前記冷却室とＣＯ転化器の間に、冷却
されたガスから酸性ガスを除去する酸性ガス除去装置を
配備したことを特徴とする請求項１４記載の有機性廃棄
物の資源化装置。