JP2004277574A

JP2004277574A - 合成ガスの冷却・除塵方法及びその装置

Info

Publication number: JP2004277574A
Application number: JP2003071284A
Authority: JP
Inventors: Asanori Yamatake; 朝教山丈; Toshio Fukuda; 俊男福田
Original assignee: Ube Industries Ltd
Current assignee: Ube Corp
Priority date: 2003-03-17
Filing date: 2003-03-17
Publication date: 2004-10-07

Abstract

【課題】可燃性廃棄物を部分酸化によりガス化して得られる高温の合成ガスを補助スプレーによる冷却水の噴霧冷却による冷却・除塵よりも効果的に冷却・除塵することができ、しかもガスの流れの中では冷却媒体への浸漬部（急冷浴）が存在することのない新たな冷却・除塵方法及びその装置を提供する。
【解決手段】前記合成ガスを管構造の冷却室５で冷却・除塵するに当たり、冷却室の上方から合成ガスを導入しながら、冷却室頂部円周から冷却媒体ｄを供給して冷却室内壁面に濡れ壁を形成させると共に、冷却室上部域の軸心部から冷却室内部に冷却媒体ｃを供給して冷却媒体の液滴を形成させ、該合成ガスを該濡れ壁及び該液滴と接触させて急冷・除塵することを特徴とする合成ガスの冷却・除塵方法及びその装置にある。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可燃性廃棄物を部分酸化によりガス化して得られる高温の合成ガスを効果的に冷却・除塵する方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、都市ごみ、産業廃棄物、下水汚泥などの可燃性廃棄物の多くが焼却設備で焼却処理されてきたが、近年は、循環型社会構築の高まりを受けて、廃棄物リサイクル（マテリアルリサイクル）の動きと共に、可燃性廃棄物のフィードストックリサイクルへの社会的要請が強く叫ばれるようになってきた。フィードストックリサイクルの分野では、例えば、可燃性廃棄物を、高温で熱分解及び／又はガス化することにより、可燃性廃棄物中の炭素含有化合物を、水素や一酸化炭素などの無機ガス、低級炭化水素ガス、炭化水素油などに分解し、得られる生成物を必要に応じて精製するなどした上で各種分野（石油、化学、発電、製鉄など）の原料として再利用する方法が提案されている。
【０００３】
可燃性廃棄物のガス化は、通常、可燃性廃棄物を、常圧から数気圧程度の加圧条件下で支燃剤（純酸素、空気等）と噴霧剤（スチーム、窒素ガス、炭酸ガス等）を用いて５５０〜１５００℃で部分酸化することによって合成ガスを生成させることから出発していて、種々の構成が提案されている。また、該合成ガスには、ガス化の際に可燃性廃棄物中の炭素含有化合物が充分に分解されないで発生するタール分の他に、スラグ、飛灰、未燃炭素（チャー）、メタル分、砂などの固体成分が同伴して含まれるため、その処理方法も種々提案されている。
【０００４】
このように可燃性廃棄物を高温でガス化して合成ガスを得る方法においては、種々の方法や構成やそれに伴う処理方法が種々提案されているが、その中で高温の合成ガスの冷却・除塵方法もまたフィードストックリサイクルのシステムを左右すると言えるほど重要なものである。
【０００５】
従来、高温の合成ガスの冷却・除塵方法としては、合成ガスを水と直接接触させて温度を急激に下げて冷却する方法が一般的である。また、合成ガスをボイラーに送りそこで熱回収して温度を下げる方法も一般的であるが、この場合も、熱回収後にガスを水と直接接触させて更に温度を下げて冷却・除塵していることから、高温の合成ガスを効果的に冷却・除塵するには、水による直接冷却の方法が非常に重要なものとなっている。
【０００６】
高温の合成ガスを水と直接接触させて冷却・除塵する従来の方法としては、例えば、特許文献１（その６頁及び図１６）に図６の構造の装置を用いる方法が示されている。この装置は、反応室（燃焼室）２１とその下方の絞り部（喉部）２３を介して連結する急冷室２２からなり、急冷室２２の内部には浸漬管２４が配設されて冷却領域を形成するようになっている。即ち、浸漬管２４は、下端部（下端に鋸歯状部をもつ）が急冷浴２５に浸漬していて、上端部が急冷リング２９（急冷室２２の上端にある）の下面に接している。そして、急冷リング２９は上部のスプレーチャンバー３０と下部のフィルムチャンバー３１に分かれていて、フィルムチャンバー３１から放出された冷却水は浸漬管２４の軸にほぼ平行に進んで浸漬管２４の内面に沿って落下する冷却水の薄い落下フィルムを形成し、スプレーチャンバー３０から放出された冷却水は急冷リング２９の周囲から浸漬管２４の主軸方向に進むようになっている。
【０００７】
従って、この方法では、石炭のガス化によって得られた合成ガスは、入口２８から導入されて、反応室２１とその下方の絞り部２３を通り、急冷室２２の内部に設けられた浸漬管２４内部の前記冷却領域に導入された後、冷却領域における乱流及びフィルム蒸発による冷却とスプレー冷却との組合せにより、初期温度（例えば約１３７０℃）から浸漬管２４の出口温度（例えば約５００℃）まで急冷される。冷却領域の下方部分から出た合成ガスは、急冷浴２５を通り抜けて（その際、灰及び炭化物粒子の大半（約９５％）が冷却領域の下端でガスから分離される）、蒸発した冷却水と共に浸漬管２４の外側領域を上昇し、急冷室上部にあるガス排出管２７から、例えば約２３０℃で排出される。
【０００８】
特許文献１（その図４）には、燃焼室とスラグ分離室（急冷室）からなる旋回溶融炉において合成ガスを直接に冷却・除塵する方法が開示されている。この方法では、合成ガスは、スラグ分離室内の浸漬管との接合角部の周方向に配置された補助スプレーにより噴霧冷却された後、分離室下部の水槽（急冷浴）に吹き込まれて急冷される。このとき、燃焼室壁面を流下したスラグはスラグ滴となってスラグ分離室に落下し、該ガスと同様に噴霧冷却された後に急冷される。また、ガスに同伴するスラグミストはガスと同様に水で噴霧冷却されて急冷される。
【０００９】
特許文献２にも、図７の構造の高温旋回炉（旋回溶融炉）において合成ガスを直接に冷却・除塵する方法が開示されている。この方法では、合成ガスは、急冷室２内の浸漬管４の頂部に設けた冷却水注入部９から、浸漬管内面での冷却水の濡れ壁旋回流れが浸漬管内のガスの旋回流れに対して同方向又は逆方向になるように、即ち、冷却水の注入方向が浸漬管の水平断面（円形）においてその接線方向になるように冷却水ｅを注入することによって冷却され、その後、急冷室下部の水槽（急冷浴）５に吹き込まれて急冷される。この場合、燃焼室壁面を流下したスラグは主として水槽５で急冷され、ガスに同伴するスラグミストはガスと同様に水で冷却されて急冷される。
【００１０】
【特許文献１】
ＷＯ９８／１０２２５号公報
【特許文献２】
特開２０００−５５４２号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これら従来の冷却・除塵方法では、円筒又は円錐状の浸漬管上端からの補助スプレーによる噴霧冷却や濡れ壁旋回流れによる冷却がガスの流れの中で最も温度の高い浸漬管の軸心部を充分に冷却するものではないため、結局は、大量の冷却水を用いかつ装置を大型にすることになる急冷浴によって大部分のガスを冷却・除塵する方式を用いることになっていた。
また、従来の冷却・除塵方法では、冷却水の供給が浸漬管の上端からのみで、高温の合成ガスとの下部での充分な混合が期待されないため、合成ガスが飽和水蒸気圧に達することなく過熱状態で通過し、そのために装置材料を過酷な温度条件下に晒して短寿命にしていた。
【００１２】
このように、従来の合成ガスの冷却・除塵方法はそれぞれ一応の冷却効果や除塵効果を達成しているものの、解決すべき問題を有していて、そのような問題を解決して高温の合成ガスをより一層効果的に冷却・除塵できる新たな冷却・除塵方法の開発が望まれていた。即ち、本発明は、可燃性廃棄物を部分酸化によりガス化して得られる高温の合成ガスを補助スプレーによる冷却水の噴霧冷却による冷却・除塵よりも効果的に冷却・除塵することができ、しかもガスの流れの中では冷却媒体への浸漬部（急冷浴）が存在することのない新たな冷却・除塵方法及びその装置を提供することを課題とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、（１）可燃性廃棄物を部分酸化によりガス化して生成する合成ガスを管構造の冷却室で冷却・除塵するに当たり、冷却室の上方から合成ガスを導入しながら、冷却室頂部円周から冷却媒体を供給して冷却室内壁面に濡れ壁を形成させると共に、冷却室上部域の軸心部から冷却室内部に冷却媒体を供給して冷却媒体の液滴を形成させ、該合成ガスを該濡れ壁及び該液滴と接触させて急冷・除塵することを特徴とする合成ガスの冷却・除塵方法にある。
【００１４】
次に、本発明の冷却・除塵方法の好ましい態様を列記する。
（２）冷却媒体と冷却室外壁面との接触を維持しつつ、該冷却媒体を冷却室頂部円周から冷却室内壁面に供給して冷却室内壁面に濡れ壁を形成させる、前記（１）の合成ガスの冷却・除塵方法。
（３）冷却媒体として、Ａ重油、軽油、又は沸点が１００℃を超えて４５０℃を超えない範囲の液体炭化水素を使用する、前記（１）の合成ガスの冷却・除塵方法。
（４）ガス化温度が５５０〜１０００℃である、前記（１）の合成ガスの冷却・除塵方法。
【００１５】
また、（５）本発明は、上端にガス導入口、下端にガス排出口、そして、内部に、頂部及び底部が該ガス導入口及び該ガス排出口にそれぞれ連接する管構造の冷却室を有する二重管構造の合成ガスの冷却・除塵装置であって、該冷却室上部域の軸心部から冷却室内部に冷却媒体の液滴を形成させる手段と、該冷却室頂部円周から冷却室内壁面に冷却媒体の濡れ壁を形成させる手段を備えてなることを特徴とする、合成ガスの冷却・除塵装置にもある。
【００１６】
次に、本発明の冷却・除塵装置の好ましい態様を列記する。
（６）冷却室が、ガスの流れに沿って上下方向に縮小部と喉部と拡大部を順に形成する内部構造を有している、前記（５）の合成ガスの冷却・除塵装置。
（７）冷却媒体の液滴形成手段が、装置下部外側面から冷却室下部域に入り冷却室下部域軸心部で方向転換して冷却室上部域に該軸心部を垂直に上昇しその先端に開口部と媒体分散板を備えた媒体分散槽を有する冷却媒体供給用配管にて、冷却媒体を該開口部から冷却室内に溢流させることによる、前記（５）の合成ガスの冷却・除塵装置。
（８）冷却媒体の濡れ壁形成手段が、冷却媒体を、二重管構造の空間部の下方部分に導入して該空間部を上昇させ、該空間部の上端部分で方向転換させた後、冷却室頂部円周に配設の冷却媒体注入部に導いて該冷却媒体注入部から冷却室内壁面を流下させるように冷却媒体を注入することによる、前記（５）の合成ガスの冷却・除塵装置。
（９）冷却・除塵装置の下流に、合成ガスと冷却媒体スラリーを気液分離する気液分離器、該冷却媒体スラリーを固体分と液体分に固液分離する固液分離装置、該冷却媒体スラリー液体分を冷却・除塵装置に戻す冷却媒体循環ライン、及び、該冷却媒体スラリー液体分の濃縮物を冷却・除塵装置上流のガス化炉に送る補助燃料供給ラインを配設してなる、前記（５）の合成ガスの冷却・除塵装置。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の合成ガスの冷却・除塵方法について図面を参考にしながら詳細に説明する。図１は、本発明の合成ガスの冷却・除塵方法を含む可燃性廃棄物のガス化プロセスの構成を例示するもので、ガス化プロセスは、例えば、前処理工程、ガス化工程、急冷・除塵工程、熱回収工程、洗浄工程を含んでなる。
【００１８】
図１のプロセスでは、まず、前処理工程１１で、可燃性廃棄物１０が分別・破砕され、好ましくは更に成形される。即ち、可燃性廃棄物１０は、前処理工程１１中の分別操作で不燃物が除去された後、破砕機に供給されて破砕され、次いで、好ましくは前処理工程１１中の成形操作で捏和式押出機などにより廃棄物固形化燃料（ＲＤＦ）に成形された後、ガス化工程１２のガス化炉に供給される。
【００１９】
本発明において、可燃性廃棄物は、一般廃棄物でも産業廃棄物でも可燃性のものであれば差し支えなく、例えば、廃プラスチック（シュレッダダスト、廃家電を含む）、廃ゴム（廃タイヤを含む）、廃油、廃木材（木くずを含む）、紙くず、繊維くず、活性汚泥廃棄物等が対象になる。その中で、合成ガスを安定的に得ようとすれば、廃プラスチックなどの比較的発熱量の高い可燃性廃棄物を用いることが好適である。
【００２０】
ガス化工程１２では、前処理工程１１から供給される可燃性廃棄物（好ましくは前記成形物）が、ガス化炉で５５０〜１０００℃（好ましくは６００〜９００℃）の範囲のガス化温度で部分酸化によりガス化され、合成ガスが生成する。このとき、圧力は常圧或いは微正圧にすることが好ましく、通常０〜１ｋｇ／ｃｍ^２Ｇ、更に好ましくは０．５〜１ｋｇ／ｃｍ^２Ｇの範囲とされる。本発明では、合成ガスとして、このように可燃性廃棄物を５５０〜１０００℃のガス化温度で部分酸化によりガス化して生成する合成ガスを使用することが冷却媒体自体の熱分解を抑えることもできるので特に好ましい。
【００２１】
前記ガス化炉には、部分酸化用ガスとして、支燃剤（空気、酸素富化空気、又は純酸素）を噴霧剤（炭酸ガス又はスチーム）で希釈した酸素含有気体（低濃度の酸素を含有する）を下部から供給することが好ましい。酸素の全供給量は、可燃性廃棄物を完全燃焼させるために必要な理論燃焼酸素量の０．１〜０．５の範囲であればよい。ガス化炉の形式は可燃性廃棄物を部分酸化によりガス化できるものであれば特に制限されず、移動床、固定床、流動床、噴流床、溶融床のいずれでも差し支えない。
【００２２】
ガス化炉で生成した合成ガスは、目的生成物である水素と一酸化炭素の他に、炭酸ガス、窒素ガス、水蒸気を含み、更に、低級炭化水素（メタン、エタン、プロパン等）、塩素化合物（塩化水素等）、硫黄化合物、タール、チャーなども微量含んでいて、ガス化炉が流動床の場合は流動媒体の砂を含むこともある、気体成分と固体成分と液体成分の混合物である。この合成ガスは次に急冷・除塵工程１３に送給される。なお、ガス化の際の不燃物で合成ガスに同伴しないものは、ガス化炉の底部から排出される。
【００２３】
急冷・除塵工程１３では、ガス化工程１２から送給される合成ガスが、上端にガス導入口、下端にガス排出口、そして、内部に、頂部及び底部が該ガス導入口及び該ガス排出口にそれぞれ連接する管構造の冷却室を有する二重管構造の冷却・除塵装置で、効果的に急冷・除塵される。即ち、合成ガスは、該冷却室の上方から装置上端のガス導入口を通って冷却室に導入され、該冷却室の頂部円周から冷却室に供給される（該冷却室頂部の冷却媒体注入部から冷却室内壁面を流下させるように注入される）冷却媒体ｄによって冷却室内壁面に形成される冷却媒体の濡れ壁との接触、及び、該冷却室上部域の軸心部から（装置下部外側面から冷却室下部域に入り冷却室下部域軸心部で方向転換して冷却室上部域に該軸心部を垂直に上昇しその先端に開口部と媒体分散板を備えた媒体分散槽を有する冷却媒体供給用配管の該開口部から）冷却室内に溢流する冷却媒体ｃによって形成される冷却媒体の液滴との接触により急冷・除塵される。急冷・除塵された合成ガスは更に気液分離器（サイクロンなど）で気液分離され、次に熱回収工程１４に送給される。この急冷・除塵と気液分離の操作は繰り返し行っても差し支えない。
【００２４】
前記冷却媒体としては、Ａ重油、軽油、沸点（常圧下における）が１００℃を超えて４５０℃を超えない範囲（特に１２０〜３５０℃）の常温で液体の炭化水素（キシレン等）が好ましいが、その中でもＡ重油が更に好ましい。冷却媒体の使用時の温度は常温から冷却媒体の沸点までの温度（特に該沸点近傍の該沸点より低い温度）であることが好ましい。これら冷却媒体により、合成ガスが効果的に急冷・除塵されるだけでなく、ガス中の液体成分（特にタール）も効果的に除去されて冷却媒体中に捕集される。また、急冷・除塵後のガス温度も１００℃を超えて前記範囲の圧力下における冷却媒体の沸点近くまでの温度とすることが可能になる。なお、冷却媒体ｃとｄは同じものを使用する。
【００２５】
熱回収工程１４では、急冷・除塵工程１３から送給される合成ガスが熱回収装置で常温付近まで冷却され、該ガスから熱が回収される。本発明では、急冷・除塵後のガス温度を高くできるため、合成ガスの保有する熱エネルギーを最初に加圧スチームとして回収でき、その残りの熱エネルギーもスチーム発生用の純水を予熱するためなどに有効に回収できる。そして、余剰の熱エネルギーは工業用水等の冷却水で除去される。この工程で常温付近まで温度低下した合成ガスは、次に洗浄工程１５に送給される。なお、熱回収装置は熱回収可能なものであれば特に制限されず、例えば、一般的な型式の多管式熱交換器などが挙げられる。
【００２６】
洗浄工程１５では、熱回収工程１４から送給される合成ガスがアルカリ水溶液で洗浄され、ガス中の微量の塩素化合物（塩化水素等）が除去される。アルカリ洗浄の方法や装置は、塩素化合物などが効果的に除去できれば特に制限されず、通常の気液接触方法や気液接触装置を用いることができる。例えば、アルカリとして、苛性ソーダ水、苛性カリ水、石灰水、アンモニア水などが使用され、気液接触装置として、充填塔、棚段塔、スプレー塔などが使用される。このようにして、固体成分を殆ど含有しないクリーンな合成ガス１６を得ることができる。合成ガス１６は必要であれば更に脱硫してもよい。
【００２７】
以下、本発明の合成ガスの冷却・除塵装置及び冷却・除塵方法について、図面を参考にしながら詳細に説明する。図２は本発明の合成ガスの冷却・除塵装置の断面図、図３は図２の冷却室の矢視Ａから見た水平断面図、図４は図２の媒体分散槽の拡大図、図５は図４の媒体分散槽の矢視Ｂから見た水平断面図をそれぞれ例示するものである。
【００２８】
本発明の合成ガスの冷却・除塵装置は、前記ガス化炉の下流に位置し、図２に例示されるような、上端にガス導入口１、下端にガス排出口３、そして、内部に、頂部及び底部が該ガス導入口及び該ガス排出口にそれぞれ連接する管構造の冷却室５を有する二重管構造の合成ガスの冷却・除塵装置２で、該冷却室上部域の軸心部から冷却室内部に冷却媒体の液滴を形成させる手段と、該冷却室頂部円周から冷却室内壁面に冷却媒体の濡れ壁を形成させる手段を備えてなる。この装置において、上端のガス導入口１はガス化炉との連結部分（又はガス化炉下部）４に連接し、下端のガス排出口３は、気液分離器（サイクロンなど）との連結部分６に連接している。
【００２９】
冷却・除塵装置２と連結部分４及び６はいずれも耐圧構造をなし、取外しが可能なようにフランジで接続されていることが好ましい。また、連結部分４は、高温の熱が放出されるのを少なくするために外壁耐圧部分が耐火物で覆われているが、更に必要であれば外壁耐圧部分と耐火物の間に水冷壁或いは水に代えて温水又は水蒸気を用いたジャケット壁が設置されていてもよい。なお、冷却・除塵装置２と冷却室５は同心であることが好ましい。
【００３０】
冷却・除塵装置２において、冷却室５は、ガスの流れに沿って上下方向に縮小部７ａと喉部７ｂと拡大部７ｃを順に形成する内部構造を有していることが好ましい。また、冷却室５の底部（拡大部７ｃの下部端）は冷却・除塵装置２の外壁耐圧部分と連接・一体化していてもよく、この場合、冷却・除塵装置２は冷却室下部域で単管構造を形成する。冷却室５の頂部（縮小部７ａの上部端）は冷却媒体注入部を介してガス導入口１に接している。冷却室５及び後述の冷却媒体供給用配管８は、例えば、支持棒（又は支持板）１１、１２、１３により安定化されている。但し、支持棒（又は支持板）は熱伸縮の小さい片端のみが固定されて熱伸縮に対して自由度をもたせる構造となっていて、それぞれ複数で配設されることが好ましい。なお、喉部７ｂの径は、流体が乱流域に保持される範囲であれば、特に制限されない。このようにして、冷却室５は、二重管構造の冷却・除塵装置２の内管部を構成する。一方、冷却・除塵装置２の外壁耐圧部分は、二重管構造の外管部を構成する。
【００３１】
冷却・除塵装置２において、冷却媒体の液滴形成手段は、装置下部外側面（装置下部側面の外壁耐圧部分）から（好ましくは水平に）冷却室下部域（拡大部７ｃ）に入り、冷却室下部域軸心部で（好ましくは９０°の角度で）方向転換して冷却室上部域（縮小部７ａ）に該軸心部を垂直に上昇し、その先端に開口部１５（円形）と媒体分散板１４（円形）を備えた媒体分散槽９（管状）を有する冷却媒体送給用配管８にて、冷却媒体ｃを開口部１５（媒体分散槽９の円周部）から冷却室（縮小部７ａ）内に溢流させることによるのが好ましい。
【００３２】
開口部１５は冷却室上部域（縮小部７ａ）に位置すればよいが、該縮小部の上端から中間の区域、特に該縮小部の中間部に位置することが好ましい。媒体分散槽９は上端が鋸歯状であってもよく、その液浸部には、図２及び４に例示されるように、冷却媒体が噴水状態で冷却室上部域に噴出するのを抑えると共に開口部１５から冷却媒体を均一に溢流させるために、媒体分散板１４が取付けられている。媒体分散板１４の径は、図２〜５に例示されるように、冷却媒体供給用配管８の管径より大きく、媒体分散槽９の管径より小さい。なお、冷却媒体供給用配管８、媒体分散板１４、媒体分散槽９（及びその液浸部）は、冷却室５と同心状に配置されていることが好ましく、そのサイズ等は、冷却媒体ｃの液滴形成及び該液滴による合成ガスの急冷・除塵が可能な範囲であれば特に限定されない。
【００３３】
前記液滴形成手段により、冷却媒体ｃは、冷却・除塵装置２の下部外側面（装置下部側面の外壁耐圧部分）から冷却室下部域（拡大部７ｃ）に入り、冷却室下部域軸心部で方向転換して冷却室上部域（縮小部７ａ）に該軸心部を垂直に上昇し、冷却媒体供給用配管８の先端の媒体分散槽９に入って、開口部１５から冷却室（縮小部７ａ）内に溢流する。そして、この溢流冷却媒体と合成ガスａとの接触（衝突）・混合により冷却媒体の液滴が形成される。開口部１５から溢流する冷却媒体の流れ方向は、軸心から円周方向に放射状に流れる方向であっても、軸心から円周方向に旋回状に流れる方向であってもよい。このように、冷却媒体ｃを合成ガスａの主軸方向流れの軸心部で溢流させて供給することにより、冷却媒体と合成ガスとの接触・混合、冷却媒体の液滴形成、合成ガスの急冷・除塵が確実かつ効果的になる。
【００３４】
なお、冷却媒体ｃは、冷却媒体の液滴形成が常に維持されて合成ガスが所定温度に冷却・除塵されるように冷却媒体の蒸発量以上の過剰な量で供給される。この過剰分の冷却媒体により、液滴形成、合成ガスとの接触（衝突）・混合、合成ガスの冷却・除塵が促進される。
【００３５】
冷却・除塵装置２において、冷却媒体の濡れ壁形成手段は、冷却室頂部円周に配設の冷却媒体注入部１０から冷却室内壁面を流下させるように冷却媒体ｄを注入することによるのが好ましい。冷却媒体ｄは、冷却媒体注入部１０からそのまま落下させるか或いは溢流堰方式又は衝突板方式により水平断面に対して接線方向に注入すればよく、このようにして濡れ壁下方流れ又は濡れ壁旋回流れを形成させることができる。その結果、熱衝撃から冷却室を保護して材料の損傷を回避して合成ガスを冷却できると共に、その際に内壁面に付着した固形物を成長させることなくガス排出口３へと流下させることができる。
【００３６】
冷却媒体ｄの注入量は、冷却室縮小部７ａの内壁の表面積、合成ガスの流量及び温度、冷却媒体の種類などにより変化するが、少なくとも、冷却媒体の蒸発量よりも多い量であって、かつ、冷却室５の縮小部７ａの内壁面に冷却媒体の均一な濡れ壁及び液膜を形成させて熱衝撃から冷却室を保護できる量であればよい。
【００３７】
なお、冷却媒体ｄは、二重管構造の空間部（二重管構造の内管部を構成する冷却室５と外管部を構成する外壁耐圧部分との間；図２）の下方部分に導入して該空間部を上昇させ、該空間部の上端部分で溢流により方向転換させた後、冷却室頂部円周に配設の冷却媒体注入部１０に導き、該注入部１０より前記のように注入することが特に好ましい。二重管構造の空間部を通して冷却媒体ｄを供給することにによって冷却媒体が冷却室５を外壁面から冷却できるため、仮に内壁面の濡れ壁状態が不均一になるか、内壁面に濡れ壁状態を維持できない状態になっても、温度上昇による熱衝撃から冷却室５を保護して装置材料の損傷を抑えることが可能になる。また、冷却媒体ｄを該空間部の上端部分で方向転換させることにより、ガス導入口１下端に続く冷却媒体注入部１０の外壁の高温ガスとの接触部分を高温状態から熱的に保護することができる。
【００３８】
冷却・除塵装置２において、合成ガス（入口ガス）ａは冷却室の上方からガス導入口１を通って下方（主軸方向）に流入する。このとき、ガスの流れは旋回流であっても旋回流でなくても差し支えない。次いで、合成ガスａは、冷却室５の上部域（縮小部７ａ）で前記のようにして供給される冷却媒体ｃ及び冷却媒体ｄと接触・混合されることにより効果的に急冷・除塵される。また、合成ガスａは、冷却室５の中間部（喉部７ｂ）で流速が速まることにより、冷却媒体との接触・混合及び急冷・除塵の効果が更に高められる。喉部７ｂを通過した合成ガス（急冷・除塵された合成ガス）は、冷却室５の下部域（拡大部７ｃ）へ導かれて喉部７ｂ通過の際の圧力損失を回復し、ガス排出口３より出口ガスｂとして排出される。
【００３９】
冷却・除塵装置２を出た合成ガス（出口ガス）ｂは、連結部分６及びそれに続く配管（図示せず）で接続された下流の気液分離器（図示せず）にて、冷却・除塵された合成ガスと固形物を含む冷却媒体スラリーとに気液分離される。気液分離器としては水槽部を不要とするサイクロンが効果的であり、サイクロンは一般的な構造のもので差し支えない。気液分離器を出た合成ガスは、前記の熱回収工程及び洗浄工程を経て、固体成分を殆ど含有しないクリーンな合成ガス１６として回収される。
【００４０】
気液分離器で得られた固体成分を含む冷却媒体スラリーは一般的な固液分離装置（濾過装置等）で固体分と液体分に固液分離され、固体分は廃棄されるか、或いは、固体分循環ライン（図示せず）により適宜ガス化炉に送られてその中の固体未燃物（チャー等）が再度ガス化される。一方、液体分は大部分が冷却媒体循環ライン（図示せず）により冷却・除塵装置２に冷却媒体ｃ及びｄとして戻されるが、一部は濃縮されて補助燃料供給ライン（図示せず）によりガス化炉に送られる。また、冷却媒体スラリーの一部を固液分離前にそのまま濃縮してガス化炉に送ることもできる。この場合、冷却媒体スラリーの大部分は固液分離後に固体分が廃棄され、液体分が冷却・除塵装置２に戻される。
【００４１】
このように、本発明では、冷却媒体中への液体未燃物（タール分等）の蓄積を抑えると共にガス化を効率的にするため、冷却媒体スラリー液体分の濃縮物又は冷却媒体スラリーの濃縮物をガス化炉に戻して、濃縮物（液体未燃物と冷却媒体を含む）をガス化原料及び／又は補助燃料として使用することが特に好ましい。冷却媒体スラリー液体分の濃縮物を戻す場合は、前記固体分をこの濃縮物に併せてガス化炉に戻すことも好ましい。これら濃縮物や固体分をガス化炉へ戻す量は、液体未燃物の蓄積を抑え、固体未燃物のロスが大きくならず、ガス化炉における廃棄物のガス化効率を損なわない範囲であればよい。
【００４２】
【発明の効果】
本発明により、可燃性廃棄物を部分酸化によりガス化して得られる高温の合成ガスを補助スプレーによる冷却水の噴霧冷却による冷却・除塵よりも効果的に冷却・除塵することができ、しかも、ガスの流れの中では冷却媒体への浸漬部（急冷浴）を存在させずとも急冷浴による冷却・除塵と同レベルまで冷却・除塵できる新たな冷却・除塵方法及びその装置を提供することができる。
即ち、冷却室内壁面に加えて軸心部から冷却媒体を注入して冷却媒体の液滴を形成させることで、従来の冷却室周辺から軸心部に向かって注入する場合に比してガスとの接触面積が大きくなり、より効果的に合成ガスを急冷・除塵できるようになる。そして、水に代えて液体炭化水素や軽油やＡ重油を冷却媒体として使用することで効果的に合成ガスを急冷・除塵でき、同伴するタール分も効率よく捕集することができる。また、冷却室を冷却媒体により外壁側から冷却できるため、内壁面での濡れ壁の不均一などによる温度上昇に伴う熱衝撃から冷却室を保護して材料の損傷を抑えることもできる。
更に、冷却・除塵後の合成ガスの温度を１００℃を超える温度とすることができるため、合成ガスの保有する熱エネルギーを加圧スチームなどの有用で系内リサイクルが可能なエネルギーとして回収することが可能となる。なお、捕集されたタール分はガス化炉に戻してガス化原料及び／又は補助燃料として使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を含むガス化プロセスの構成を例示する。
【図２】本発明の合成ガスの冷却・除塵装置の断面図を例示する。
【図３】図２の冷却室の矢視Ａから見た水平断面図を例示する。
【図４】図２の媒体分散槽の拡大図を例示する。
【図５】図４の媒体分散槽の矢視Ｂから見た水平断面図を例示する。
【図６】急冷室及び浸漬管を有する従来の合成ガスの冷却・除塵装置の断面図を例示する。
【図７】急冷室及び浸漬管を有する従来の合成ガスの冷却・除塵装置の別の態様の断面図を例示する。
【符号の説明】
〔図１〕１０：可燃性廃棄物、１１：前処理工程、１２：ガス化工程、１３：急冷・除塵工程、１４：熱回収工程、１５：洗浄（脱塩）工程、１６：精製ガス
〔図２〜５〕１：ガス導入口、２：冷却・除塵装置、３：ガス排出口、４：ガス化炉との連結部分、５：冷却室、６：気液分離器との連結部分、７ａ：縮小部、７ｂ：喉部、７ｃ：拡大部、８：冷却媒体供給用配管、９：媒体分散槽、１０：冷却媒体注入部、１１〜１３：支持棒（又は支持板）、１４：媒体分散板、１５：開口部、ａ：入口ガス、ｂ：出口ガス、ｃ，ｄ：冷却媒体
〔図６，７〕１：燃焼室、２：急冷室、３：喉部、４：浸漬管、５：水槽（急冷浴）、６：スラグ排出口、７：ガス排出口、８：スラグ水排出口、９：冷却水注入部、２１：反応室（燃焼室）、２２：急冷室、２３：絞り部（喉部）、２４：浸漬管、２５：急冷浴、２６：スラグ排出管、２７：ガス排出管、２８：ガス導入口、２９：急冷リング、３０：スプレーチャンバー、３１：フィルムチャンバー、ａ：低温部分酸化ガス、ｂ：酸素、ｃ：スチーム、ｄ：冷却・除塵合成ガス、ｅ：冷却水、ｆ：スラグ粒

Claims

可燃性廃棄物を部分酸化によりガス化して生成する合成ガスを管構造の冷却室で冷却・除塵するに当たり、冷却室の上方から合成ガスを導入しながら、冷却室頂部円周から冷却室内壁面に冷却媒体を供給して冷却室内壁面に濡れ壁を形成させると共に、冷却室上部域の軸心部から冷却室内部に冷却媒体を供給して冷却媒体の液滴を形成させ、該合成ガスを該濡れ壁及び該液滴と接触させて急冷・除塵することを特徴とする合成ガスの冷却・除塵方法。
冷却媒体と冷却室外壁面との接触を維持しつつ、該冷却媒体を冷却室頂部円周から冷却室内壁面に供給して冷却室内壁面に濡れ壁を形成させる、請求項１記載の合成ガスの冷却・除塵方法。
冷却媒体として、Ａ重油、軽油、又は沸点が１００℃を超えて４５０℃を超えない範囲の液体炭化水素を使用する、請求項１記載の合成ガスの冷却・除塵方法。
ガス化温度が５５０〜１０００℃の範囲である、請求項１記載の合成ガスの冷却・除塵方法。
上端にガス導入口、下端にガス排出口、そして、内部に、頂部及び底部が該ガス導入口及び該ガス排出口にそれぞれ連接する管構造の冷却室を有する二重管構造の合成ガスの冷却・除塵装置であって、該冷却室上部域の軸心部から冷却室内部に冷却媒体の液滴を形成させる手段と、該冷却室頂部円周から冷却室内壁面に冷却媒体の濡れ壁を形成させる手段を備えてなることを特徴とする、合成ガスの冷却・除塵装置。
冷却室が、ガスの流れに沿って上下方向に縮小部と喉部と拡大部を順に形成する内部構造を有している、請求項５記載の合成ガスの冷却・除塵装置。
冷却媒体の液滴形成手段が、装置下部外側面から冷却室下部域に入り冷却室下部域軸心部で方向転換して冷却室上部域に該軸心部を垂直に上昇しその先端に開口部と媒体分散板を備えた媒体分散槽を有する冷却媒体供給用配管にて、冷却媒体を該開口部から冷却室内に溢流させることによる、請求項５記載の合成ガスの冷却・除塵装置。
冷却媒体の濡れ壁形成手段が、冷却媒体を、二重管構造の空間部の下方部分に導入して該空間部を上昇させ、該空間部の上端部分で方向転換させた後、冷却室頂部円周に配設の冷却媒体注入部に導いて該冷却媒体注入部から冷却室内壁面を流下させるように冷却媒体を注入することによる、請求項５記載の合成ガスの冷却・除塵装置。
冷却・除塵装置の下流に、合成ガスと冷却媒体スラリーを気液分離する気液分離器、該冷却媒体スラリーを固体分と液体分に固液分離する固液分離装置、該冷却媒体スラリー液体分を冷却・除塵装置に戻す冷却媒体循環ライン、及び、該冷却媒体スラリー液体分の濃縮物を冷却・除塵装置上流のガス化炉に送る補助燃料供給ラインを配設してなる、請求項５記載の合成ガスの冷却・除塵装置。