KR102784535B1

KR102784535B1 - 가스화 로의 조업 방법 및 가스화 로

Info

Publication number: KR102784535B1
Application number: KR1020227020325A
Authority: KR
Inventors: 도모아키 후쿠이; 준이치 아키야마
Original assignee: 가부시끼가이샤 레조낙; 유비이 가부시키가이샤; 에바라 간쿄 플랜트 가부시키가이샤
Priority date: 2019-12-19
Filing date: 2020-12-17
Publication date: 2025-03-21
Anticipated expiration: 2040-12-17
Also published as: EP4079422A4; JPWO2021125289A1; CN114846122A; AU2020404693B2; WO2021125289A1; JP7646567B2; AU2020404693A1; US20230067815A1; KR20220101690A; EP4079422A1

Abstract

가스화 로를 장기간에 걸쳐서 안정적으로 조업하는 것을 가능하게 하는, 가스화 로의 조업 방법, 가스화 로, 2단 가스화 장치, 유기성 원료의 가스화 방법, 및 유기성 폐기물의 2단 가스화 방법을 제공한다. 유기성 원료가 투입되어 가스 및 슬래그를 생성하는 가스화 로에 있어서, 가스화 로에 직접 또는 간접으로 알칼리 금속 함유 화합물을 투입해서 슬래그를 저점도화하는 것을 포함하는, 가스화 로의 조업 방법.

Description

가스화 로의 조업 방법 및 가스화 로

본 개시는 폐플라스틱 등의 유기성 폐기물의 가스화 처리에 적합하게 사용할 수 있는, 가스화 로의 조업 방법, 가스화 로, 2단 가스화 장치, 유기성 원료의 가스화 방법, 및 유기성 폐기물의 2단 가스화 방법에 관한 것이다.

폐플라스틱, 도시 쓰레기, 하수 오니, 폐FRP, 바이오매스 폐기물, 자동차 폐기물, 폐유 등의 유기성 폐기물의 가스화 처리에 사용되는 종래의 가스화 로에는, 수소 가스, 일산화탄소 가스 등을 포함하는 가스와, 회분을 포함하는 슬래그를 분리하기 위해서, 가스화 로의 연소실의 하방에 불연성 물질 분리실이 마련되어 있다. 가스화 로 중에서의 다이옥신의 드노보 합성을 억제하기 위해서, 냉각되는 가스의 체류 시간이 짧아지는, 즉 가스의 선속도가 커지도록, 연소실과 불연성 물질 분리실 사이에는, 연소실의 단면적보다 작은 단면적을 갖는 스로트부가 마련되어 있다.

연소실에서 생성한 슬래그는, 그 대부분이 용융한 상태(이하, 용융 상태의 슬래그를 「용융 슬래그」라고 한다.)에서 원통상 연소실의 측면벽을 타고 유하하고, 나머지는 가스로 말려들어간 상태에서, 모두 스로트부를 통과하여 불연성 물질 분리실에 도달한다. 용융 슬래그는, 불연성 물질 분리실의 냉각수에 의해 급랭되는 것으로 조립화(粗粒化)하여, 조립(粗粒) 슬래그로서 가스화 로 저부의 슬래그 배출구로부터 빼내진다.

가스화 로에 공급되는 유기성 원료의 조성, 공급량의 변동 등이 발생하면, 연소실 내의 온도가 변화하거나, 혹은 생성되는 슬래그의 융점 또는 점성이 바뀌는 경우가 있다. 이러한 경우, 한번에 대량의 용융 슬래그가 연소실 저부의 개구부로부터 스로트부로 유입하여, 일시적으로 스로트부, 또는 스로트부로부터 하방으로 연장되도록 스로트부에 접속된 원통상 하강관이 폐색되거나, 혹은 스로트부 또는 원통상 하강관이 협착 상태가 되는 경우가 있다. 연소실 내의 온도가 급격히 상승하면, 연소실의 측면벽에 고착하고 있던 슬래그가 용융 슬래그가 되어 측면벽으로부터 유하하고, 한번에 대량의 용융 슬래그가 스로트부로 유입하는 것으로, 스로트부 또는 원통상 하강관의 폐색을 야기하는 경우가 있다.

스로트부와 불연성 물질 분리실의 접속부의 측벽에, 가스로 말려들어간 미세한 슬래그 방울(슬래그 미스트)이 고착하여, 큰 슬래그 덩어리를 형성하는 경우도 있다. 슬래그 덩어리가 불연성 물질 분리실에 낙하하면, 불연성 물질 분리실의 슬래그 배출구가 폐색하는 경우가 있다.

스로트부, 원통상 하강관 혹은 슬래그 배출구가 일시적으로라도 폐색하거나, 또는 스로트부 혹은 원통상 하강관이 협착 상태가 되면, 가스화 로의 내압이 높아지기 때문에, 안전성의 관점에서 가스화 로의 조업을 정지하거나, 혹은 유기성 원료의 공급량을 감소시킬 필요가 발생하는 경우가 있다. 슬래그 배출구가 슬래그 덩어리에 의해 폐색한 경우, 가스화 로의 조업을 정지해서 불연성 물질 분리실의 내부를 청소해야 하기 때문에, 조업 효율이 저하된다.

특허문헌 1에는, 폐기물을 가스화 용융·개질로에서 가스화 용융하고, 발생한 가스를 1000 내지 1300℃의 온도의 개질로에서 가스 개질하는 가스화 용융·개질로의 조업 방법에 있어서, 회분의 염기도(CaO/SiO₂)가 1.0 이상인 경우에, 용융 촉진제로서 SiO₂리치의 분립제를, 가스화 용융로의 로 전에 폐기물에 첨가하거나, 개질로의 로 전에 가스화 용융로의 발생 가스에 첨가하는 것을 특징으로 하는 폐기물의 가스화 용융·개질로의 조업 방법이 기재되어 있다.

일본특허공개 제2009-226237호 공보

특허문헌 1은, 칼슘과 규소의 비율(회분의 염기도)에 착안한 것으로, 칼슘 함유량이 낮은 유기성 폐기물에는 적용할 수 없는 등, 적용할 수 있는 폐기물 조성이 한정되어 있었다.

가스화 로의 운전 온도(연소 온도)를 저하시킴으로써, 생성하는 가스에 포함되는 유용한 성분, 예를 들어 수소 가스 및 일산화탄소 가스를 증가시킬 수 있는 경우가 있다. 그러나, 가스화 로의 운전 온도를 저하시키면, 용융 슬래그의 유동성이 저하되어, 스로트부 또는 원통상 하강관의 폐색 또는 협착이 보다 발생하기 쉬워진다. 유동성이 저하된 용융 슬래그는, 보다 큰 액적이 되어 낙하하여, 불연성 물질 분리실의 냉각수에 의해 급랭됨으로써, 대경화한 조립 슬래그가 된다. 대경화한 슬래그에 의해 슬래그 배출구가 폐색하기 쉬워지는 경우가 있다.

본 발명은 가스화 로를 장기간에 걸쳐서 안정적으로 조업하는 것을 가능하게 하는, 가스화 로의 조업 방법, 가스화 로, 2단 가스화 장치, 유기성 원료의 가스화 방법, 및 유기성 폐기물의 2단 가스화 방법을 제공한다.

본 발명자들은 예의 검토한 결과, 가스화 로에 직접 또는 간접으로 알칼리 금속 함유 화합물을 투입함으로써 슬래그를 저점도화하여, 스로트부 혹은 원통상 하강관의 폐색 혹은 협착, 또는 가스화 로 저부의 폐색을 억제 또는 방지할 수 있는 것을 알아내어, 본 발명을 완성했다.

본 개시는 이하의 양태를 포함한다.

[1]

유기성 원료가 투입되어 가스 및 슬래그를 생성하는 가스화 로에 있어서, 상기 가스화 로에 직접 또는 간접으로 알칼리 금속 함유 화합물을 투입해서 상기 슬래그를 저점도화하는 것을 포함하는, 가스화 로의 조업 방법.

[2]

상기 알칼리 금속 함유 화합물이 규산나트륨인, [1]에 기재된 방법.

[3]

상기 규산나트륨이 수용액의 형태로 투입되는, [2]에 기재된 방법.

[4]

상기 규산나트륨 중의 이산화규소와 산화나트륨의 몰비(이산화규소의 몰수/산화나트륨의 몰수)가 0.4 이상 4.5 이하인, [2] 또는 [3]의 어느 것에 기재된 방법.

[5]

상기 가스화 로에 직접 또는 간접으로 규소 함유 화합물을 투입하는 것을 포함하는, [1] 내지 [4]의 어느 것에 기재된 방법.

[6]

상기 규소 함유 화합물이 유동 매체인, [5]에 기재된 방법.

[7]

저점도화한 상기 슬래그 중의 이산화규소와 산화나트륨의 몰비(이산화규소의 몰수/산화나트륨의 몰수)가 1.0 이상 15.0 이하인, [2] 내지 [6]의 어느 것에 기재된 방법.

[8]

저점도화한 상기 슬래그가 알칼리 금속을 산화물 환산으로 1.5질량% 내지 20.0질량% 포함하는, [1] 내지 [7]의 어느 것에 기재된 방법.

[9]

상기 슬래그의 나트륨 및 규소의 함유량을 분석하는 것,

상기 슬래그 중의 이산화규소와 산화나트륨의 몰비(이산화규소의 몰수/산화나트륨의 몰수)가 2.5 이하일 때에, 상기 알칼리 금속 함유 화합물을 투입하는 것을 포함하는, [2] 내지 [8]의 어느 것에 기재된 방법.

[10]

상기 알칼리 금속 함유 화합물을 상기 유기성 원료와 혼합해서 상기 가스화 로에 투입하는 것을 포함하는, [1] 내지 [9]의 어느 것에 기재된 방법.

[11]

유기성 원료로부터 가스 및 슬래그를 생성하는 가스화 로이고, 상기 유기성 원료를 가스화 또는 연소시키는 연소실과, 생성한 슬래그를 냉각 및 회수하는 불연성 물질 분리실과, 상기 연소실에 마련된 알칼리 금속 함유 화합물의 도입구를 구비하는, 가스화 로.

[12]

상기 도입구가 외부관 및 내부관을 갖는 이중관을 구비하고, 상기 알칼리 금속 함유 화합물이 내부관에 공급되고, 불활성 가스가 외부관에 공급되는, [11]에 기재된 가스화 로.

[13]

상기 도입구가 상기 연소실의 측면에 배치되어 있는, [11] 또는 [12]의 어느 것에 기재된 가스화 로.

[14]

상기 가스화 로가 선회식 용융로인, [11] 내지 [13]의 어느 것에 기재된 가스화 로.

[15]

유기성 폐기물을 1차 가스화해서 유기성 원료를 생성하는 저온 가스화 로와, 상기 저온 가스화 로에서 생성한 상기 유기성 원료를 2차 가스화해서 가스 및 슬래그를 생성하는 고온 가스화 로를 구비하는 유기성 폐기물의 2단 가스화 장치이며, 상기 고온 가스화 로가 [11] 내지 [14]의 어느 것에 기재된 가스화 로인, 2단 가스화 장치.

[16]

상기 저온 가스화 로가 유동 상 가스화 로인, [15]에 기재된 2단 가스화 장치.

[17]

저온 가스화 로 내에서 유기성 폐기물을 1차 가스화해서 유기성 원료를 생성하는 것과, 상기 유기성 원료를 고온 가스화 로에 투입하는 것과, 상기 고온 가스화 로 내에서 상기 유기성 원료를 2차 가스화해서 가스 및 슬래그를 생성하는 것을 포함하는, 유기성 폐기물의 2단 가스화 방법이며, 상기 고온 가스화 로에 직접 또는 간접으로 알칼리 금속 함유 화합물을 투입해서 상기 슬래그를 저점도화하는 것을 포함하는, 방법.

[18]

상기 고온 가스화 로가 [11] 내지 [14]의 어느 것에 기재된 가스화 로인, [17]에 기재된 방법.

[19]

상기 저온 가스화 로가 유동 상 가스화 로인, [17] 또는 [18]의 어느 것에 기재된 방법.

본 개시의 발명에 의하면, 가스화 로에 직접 또는 간접으로 알칼리 금속 함유 화합물을 투입함으로써 슬래그를 저점도화하여, 스로트부 혹은 원통상 하강관의 폐색 혹은 협착, 또는 가스화 로 저부의 폐색을 억제 또는 방지하는 것으로, 가스화 로를 장기간에 걸쳐서 안정적으로 조업할 수 있다.

도 1은 일 실시 형태의 가스화 로의 개략 단면도이다.
도 2는 일 실시 형태의 가스화 로를 구비하는 유기성 폐기물의 2단 가스화 장치의 구성도이다.

이하, 본 발명의 실시 형태에 대해서 설명하지만, 본 발명은 이들 실시 형태에만 한정되는 것은 아니고, 그 정신과 실시의 범위 내에 있어서 여러 가지 응용이 가능하다.

일 실시 형태의 가스화 로의 조업 방법은, 유기성 원료가 투입되어 가스 및 슬래그를 생성하는 가스화 로에 있어서, 가스화 로에 직접 또는 간접으로 알칼리 금속 함유 화합물을 투입해서 슬래그를 저점도화하는 것을 포함한다.

가스화 로는, 유기성 원료로부터 가스 및 슬래그를 생성하는 것이면 특별히 한정되지 않는다. 가스화 로로서는, 예를 들어 소각로에서 폐기물을 소각한 후의 재 등의 잔사를 용융하는 재용융로(전기식, 버너식, 부자재 용융식 등), 및 가스화 용융로(폐기물의 가스화와 용융을 동시에 행하는 직접 용융로, 폐기물을 가스화한 후에 용융하는 유동 상식 가스화 용융로, 킬른식 가스화 용융로, 푸셔식 가스화 용융로 등)를 들 수 있다. 가스화 로의 열원에 의한 분류로서는, 예를 들어 전기식 용융로(교류 아크식 용융로, 교류 전기 저항식 용융로, 직류 전기 저항식 용융로, 플라스마식 용융로, 유도식 용융로 등), 연료 연소식 용융로(회전식 표면 용융로, 반사식 표면 용융로, 복사식 표면 용융로, 선회류식 용융로, 로터리 킬른식 용융로, 코크스 헤드식 재용융로 등), 및 직접 연소식 용융로(코크스 헤드식 먼지 용융로, 열분해·선회류식 용융로, 내부식 용융로 등)를 들 수 있다. 가스화 로는 유기성 폐기물로부터 유가 가스(수소 가스, 일산화탄소 가스 등)를 발생시키는 가스화 플랜트(가스화 개질 플랜트 등)의 고온 가스화 로여도 된다.

일 실시 형태에서는, 가스화 로는 유기성 원료를 가스화 또는 연소시키는 연소실과, 생성한 슬래그를 냉각 및 회수하는 불연성 물질 분리실과, 연소실에 마련된 알칼리 금속 함유 화합물의 도입구를 구비한다. 가스화 로는 선회식 용융로인 것이 바람직하다.

일 실시 형태에서는, 가스화 로는, 폐기물로서 폐플라스틱, 도시쓰레기, 하수 오니, 폐FRP, 바이오매스 폐기물, 자동차 폐기물, 폐유 등의 유기성 폐기물을 가스화 처리하는 2단 가스화 장치에 있어서의 고온 가스화 로이다. 고온 가스화 로에서는, 유기성 원료로부터 수소 가스, 일산화탄소 가스 등의 합성 가스(연료 가스라고도 한다.)와, 알루미늄, 규소, 칼슘, 철 등의 산화물을 회분으로서 포함하는 슬래그가 생성된다. 유기성 원료는, 상기 유기성 폐기물 또는 탄화수소 가스 외에, 수소 가스, 일산화탄소 가스, 타르, 가연성 탄소질 입자(차르) 및 불연성 물질(회분)을 포함하는 입자 등의 유기성 원료 이외의 것을 동반해서 고온 가스화 로에 투입되어도 된다. 유기성 원료는, 가연성 탄소질 입자 및 불연성 물질을 포함하는 입자를 동반하는 가연성 기체의 형태여도 된다.

이하, 예시적인 가스화 로로서, 유기성 폐기물의 2단 가스화 장치의 고온 가스화 로에 대해서 상세하게 설명한다.

2단 가스화 장치는, 유기성 폐기물을 1차 가스화해서 유기성 원료를 생성하는 저온 가스화 로와, 저온 가스화 로에서 생성한 유기성 원료를 2차 가스화해서 가스 및 슬래그를 생성하는 고온 가스화 로를 구비한다.

도 1에, 일 실시 형태의 가스화 로(고온 가스화 로)의 개략 단면도를 도시한다. 가스화 로는 선회식 용융로이며, 일반적으로 원통상의 형상을 갖는 연소실(1), 스로트부(11), 및 불연성 물질 분리실(12)을 구비한다. 연소실(1)에는, 측면벽(2)에 유기성 원료 도입구(3)와 유기성 원료를 연소시키기 위한 가스화제(통상적으로는 산소 가스와 수증기의 혼합 가스)를 공급하는 가스화제 도입구(4)를 구비하고, 연소실(1)의 정상부에는, 연소실(1)의 상부에서 부족한 경우가 있는 산소 또는 수증기를 공급하기 위한 정상부 가스화제 도입구(5)가 마련되어 있다. 도 1에서는, 2개의 가스화제 도입구(4)가 나타나 있지만, 가스화제 도입구(4)의 수는 특별히 한정되지 않는다.

유기성 원료 도입구(3)와 가스화제 도입구(4)는, 연소실(1)에 공급된 유기성 원료가 연소실(1)의 연직 방향으로 연장되는 축의 둘레를 선회하면서 하강하도록 측면벽(2)에 배치되어 있다. 연소실(1)에 공급된 유기성 원료는, 입자상의 가연분을 많이 함유하는 외주측의 선회류와, 가스 상태의 가연분을 많이 함유하는 내주측의 선회류를 형성한다. 입자상의 가연분을 많이 함유하는 외주측의 선회류를 향해서, 측면벽(2)의 가스화제 도입구(4)로부터 산소 가스 등의 가스화제가 공급됨으로써, 입자상의 가연분의 가스화가 촉진된다.

도 1에서는 연소실(1)의 측면벽(2)의 주위가 강제 피복(6)으로 덮이고, 또한 그 외측이, 냉각 매체를 내부에 통과시키는 냉각 재킷(7)으로 덮여 있다. 측면벽(2)은 내화물(통상적으로는 캐스터블 내화물)로 형성되지만, 용융 슬래그의 침식 작용 등에 의해 표면이 깍이는 경우가 있다. 이 경우, 냉각 매체에 의해 측면벽(2)의 온도를 용융 슬래그의 융점 전후까지 냉각시켜서, 용융 슬래그를 고착시킴으로써, 측면벽(2)의 침식을 억제할 수 있다(슬래그에 의한 셀프 코팅). 냉각 매체는 특별히 한정되지 않지만, 통상은 보일러 용수가 사용되고, 냉각 재킷(7) 내에서는 보일러 용수의 일부가 수증기가 되어 존재한다.

연소실(1)의 저부(8)는 측면벽(2)과 마찬가지로 내화물(통상적으로는 캐스터블 내화물)로 형성되고, 가스화 로의 연소실(1)과 불연성 물질 분리실(12)의 경계에 스로트부(11)가 배치되어 있다. 도 1에서는, 연소실(1)의 개구부(9)는, 연소실(1)의 축 위치에 마련되어 있지만, 개구부(9)는 연소실(1)의 축 위치로부터 편심되어(연소실(1)의 축 위치의 주위에 개구부의 중심이 위치하도록) 마련되어 있어도 된다.

내화물의 두께가 감소하기 쉬운 가스화 로의 측면벽(2)의 상부는, 10 내지 80질량% Cr₂O₃-Al₂O₃계의 캐스터블로 내장되어 있는 것이 바람직하다. 가스화 로의 측면벽(2)의 하부 및 연소실(1)의 저부(8)는, 10 내지 30질량% Cr₂O₃-Al₂O₃계의 캐스터블로 내장할 수 있다.

불연성 물질 분리실(12)에서는, 스로트부(11)로부터 하방으로 연장되도록 스로트부(11)에 접속된 원통상 하강관(14)의 하방 선단이, 수조부(16)의 냉각수에 수몰하도록 연장되어 있다. 스로트부(11)를 통과하는 가스 및 용융 슬래그가 수조부(16)의 냉각수에 취입된다. 원통상 하강관(14)의 주위에는, 원통상 하강관(14)의 외경보다 내경이 큰 원통상 상승관(15)이, 원통상 하강관(14)과 동심형으로 설치되어 있다. 수조부(16)의 냉각수에 취입된 가스는, 원통상 하강관(14)과 원통상 상승관(15)의 사이를 통과하여, 불연성 물질 분리실(12)의 측면에 마련되어 있는 가스 취출구(17)로부터 회수된다.

수조부(16)의 냉각수는, 냉각수 도입관(13)으로부터 공급된다. 냉각수 도입관(13)으로부터 공급된 냉각수는, 원통상 하강관(14)의 내벽 표면을 흘러내려서, 수조부(16)에 고인다. 수조부(16)에 고인 냉각수는, 수조부(16)의 측면에 마련되어 있는 냉각수 취출구(19)로부터 외부로 배출된다. 수조부(16)의 냉각수에 취입된 용융 슬래그는, 수조부(16)의 냉각수에 의해 급랭되어 슬래그 입자(조립 슬래그)가 되고, 수조부(16)의 저부에 마련되어 있는 슬래그 배출구(18)로부터 취출된다. 냉각수의 온도는 150℃ 내지 160℃인 것이 바람직하다. 이에 의해, 고온의 가스 및 용융 슬래그는 200℃ 이하까지 급랭된다.

도 1에서는, 원통상 하강관(14)은 하방에서 내경이 작아지고 있고, 그 하방 선단은 톱니 형상을 갖는 듯이 나타나 있지만, 원통상 하강관(14)의 형상은 특별히 한정되지 않는다. 원통상 하강관(14)의 내벽 표면은, 냉각수가 선회하면서 흘러내리는 듯한 형상인 것이 바람직하다. 이에 의해, 고온의 가스가 효과적으로 원통상 하강관(14)의 내측 표면의 냉각수와 접촉하여, 가스를 효율적으로 냉각할 수 있다.

도 1에 도시한 불연성 물질 분리실(12)은 예시적이고, 가스를 냉각수로 냉각하지 않아도 된다. 예를 들어, 가스의 열을 복사 보일러로 회수해서 발전 등에 이용해도 된다.

가스화 로의 연소실(1) 내의 온도는 1200℃ 이상 1600℃ 이하인 것이 바람직하고, 1250℃ 이상 1550℃ 이하인 것이 보다 바람직하고, 1350℃ 이상 1450℃ 이하인 것이 더욱 바람직하다.

가스화 로의 로 내 압력은, 0.5MPaG(게이지압) 이상 9.0MPaG 이하인 것이 바람직하고, 0.8MPaG 이상 2.0MPaG 이하인 것이 보다 바람직하다. 가스화 로의 로 내 압력이 9.0MPaG 이하이면, 적정한 연소 온도를 확보할 수 있고, 내압 및 내열의 관점에서 설비 비용을 과도하게 증가시키지 않고 경제적으로 가스화 처리를 행할 수 있다. 가스화 로의 로 내 압력이 0.5MPaG 이상이면, 상압으로 가스화 처리를 행하는 경우와 비교해서 설비를 소형화할 수 있다.

알칼리 금속 함유 화합물은, 가스화 로에 직접 투입해도 되고, 가스화 로에 투입하는 유기성 원료와 혼합함으로써 가스화 로에 간접적으로 투입해도 된다. 알칼리 금속 함유 화합물을 가스화 로에 직접 투입하는 것이, 가스화 로에 알칼리 금속 함유 화합물을 효율적으로 도달시킬 수 있고, 알칼리 금속 함유 화합물의 반송 등에 관한 에너지의 유효 활용의 관점에서 바람직하다.

도 1에서는, 가스화 로의 연소실(1)의 측면에 알칼리 금속 함유 화합물 도입구(10)가 배치되어 있다. 알칼리 금속 함유 화합물 도입구(10)는, 정상부 가스화제 도입구(5) 대신에, 또는 그에 더하여, 가스화 로의 연소실(1)의 상부에 배치되어도 된다. 알칼리 금속 함유 화합물 도입구(10)는, 복수여도 된다. 알칼리 금속 함유 화합물은, 알칼리 금속 함유 화합물 도입구(10)로부터 직접 가스화 로에 투입할 수 있다. 연소실(1)의 측면 또는 상부에 배치된 알칼리 금속 함유 화합물 도입구로부터 알칼리 금속 함유 화합물을 투입함으로써, 고온 상태에서 유기성 원료 또는 용융 슬래그에 알칼리 금속 함유 화합물을 효과적으로 혼합할 수 있다.

알칼리 금속 함유 화합물 도입구(10)는 외부관 및 내부관을 갖는 이중관을 구비해도 된다. 이중관의 내부관에 알칼리 금속 함유 화합물을 공급하고, 이중관의 외부관에 불활성 가스를 공급함으로써, 알칼리 금속 함유 화합물을 분산하거나, 혹은 알칼리 금속 함유 화합물이 수용액의 형태인 경우에는 안개화하여, 보다 균일하게 가스화 로에 투입할 수 있다.

알칼리 금속 함유 화합물 도입구(10)를 이중관으로 해서, 이중관의 내부관에 알칼리 금속 함유 화합물을 공급하고, 이중관의 외부관에 가스화제 또는 수증기를 공급해도 된다. 이에 의해, 알칼리 금속 함유 화합물 도입구(10)와, 가스화제 도입구(4) 또는 정상부 가스화제 도입구(5)를 가스화 로의 동일 위치에 마련할 수 있다.

알칼리 금속 함유 화합물을 가스화 로에 투입하는 유기성 원료와 혼합하는 경우, 예를 들어 유기성 원료 도입구(3)의 상류측에 알칼리 금속 함유 화합물 도입구를 마련하고, 거기에 알칼리 금속 함유 화합물을 유기성 원료에 첨가해서 혼합할 수 있다.

알칼리 금속 함유 화합물로서는, 예를 들어 수산화나트륨, 수산화칼륨 등의 알칼리 금속 수산화물, 탄산나트륨, 탄산칼륨 등의 알칼리 금속 탄산염, 탄산수소나트륨, 탄산수소칼륨 등의 알칼리 금속 탄산수소염 및 규산나트륨, 규산칼륨 등의 알칼리 금속 규산염을 들 수 있다. 알칼리 금속 함유 화합물은, 저렴한 점에서 나트륨 함유 화합물인 것이 바람직하고, 보관 시에 안정된 점에서 수산화나트륨 및 규산나트륨이 보다 바람직하고, 연소실(1)의 측면벽(2)을 형성하는 내화물에 대한 영향이 적은 점에서, 규산나트륨이 더욱 바람직하다.

알칼리 금속 함유 화합물은, 가스화 로로의 직접 투입이 용이한 것, 혹은 유기성 원료와 보다 균일하게 혼합시킬 수 있는 점에서, 수용액의 형태로 투입되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 수산화나트륨은 5질량% 내지 50질량%의 수용액으로 할 수 있다. 규산나트륨은 수용액의 형태, 즉 물유리로서 투입할 수 있다.

규산나트륨 중의 이산화규소와 산화나트륨의 몰비(이산화규소의 몰수/산화나트륨의 몰수)는 산화나트륨을 1이라 했을 때에, 이산화규소가 0.4 이상 4.5 이하인 것이 바람직하고, 1.2 이상 3.5 이하인 것이 보다 바람직하고, 2.3 이상 3.3 이하인 것이 더욱 바람직하다. 규산나트륨 중의 이산화규소와 산화나트륨의 몰비가 상기 범위이면, 슬래그의 유동성을 효과적으로 높일 수 있다. 이산화규소 및 산화나트륨의 질량은 JIS K 1408:1966에 규정된 방법에 준거해서 측정된다.

규산나트륨 중의 이산화규소의 질량은, 바람직하게는 19.0질량% 이상 40.0질량% 이하이고, 보다 바람직하게는 21.0질량% 이상 35.0질량% 이하이고, 더욱 바람직하게는 23.0질량% 이상 30.0질량% 이하이다.

규산나트륨 중의 산화나트륨의 질량은, 바람직하게는 5.0질량% 이상 30질량% 이하이고, 보다 바람직하게는 7.0질량% 이상 25.0질량% 이하, 더욱 바람직하게는 9.0질량% 이상 15.0질량% 이하이다.

규산나트륨의 15℃에 있어서의 비중은, 바람직하게는 30 이상이고, 보다 바람직하게는 35 이상, 더욱 바람직하게는 38 이상이다. 규산나트륨의 비중은, JIS Z 8804:2012에 규정된 중(重) 보메도 부칭(浮秤)을 사용해서 측정된다.

알칼리 금속 함유 화합물의 사용량은, 알칼리 금속 함유 화합물을 투입하기 전의 용융 슬래그 100질량부를 기준으로 하여, 0.5질량부 이상 20.0질량부 이하인 것이 바람직하고, 1.0질량부 이상 15.0질량부 이하인 것이 보다 바람직하고, 3.0질량부 이상 12.0질량부 이하인 것이 더욱 바람직하다.

스로트부의 온도가 슬래그의 용류점보다 높아지도록, 알칼리 금속 함유 화합물을 투입하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 스로트부에 있어서의 슬래그의 고화를 방지하여, 고화한 슬래그의 긁어내기 등의 메인터넌스 작업을 불필요하게 하거나 또는 경감시킬 수 있다.

스로트부에 있어서의 차압 및 조립 슬래그의 배출량에 기초하여, 알칼리 금속 함유 화합물의 투입량을 제어할 수도 있다.

또한, 규소 함유 화합물(단, 전술한 알칼리 금속 함유 화합물에 해당하는 규소 함유 화합물, 예를 들어 규산나트륨 등은 제외한다)을, 가스화 로에 직접 투입 해도 되고, 가스화 로에 투입하는 유기성 원료와 혼합함으로써 가스화 로에 간접적으로 투입해도 된다. 규소 함유 화합물로서, 예를 들어 규사, 알칼리 금속 규산염 이외의 규산염 및 실록산 화합물을 들 수 있다. 규소 함유 화합물은, 유동 매체여도 된다. 후술하는 바와 같이 일 실시 형태의 2단 가스화 장치는, 가스화 로(고온 가스화 로)의 전공정으로서 저온 가스화 로를 갖는다. 저온 가스화 로가 유동 상 가스화 로인 경우, 규사, 올리빈사, 알루미나 등의 유동 매체를 사용하는 경우가 있다. 전공정에서 사용되는 유동 매체는, 유기성 원료에 동반해서 전공정으로부터 이동함으로써, 가스화 로에 투입되어도 된다.

저점도화한 슬래그 중의 이산화규소와 산화나트륨의 몰비(이산화규소의 몰수/산화나트륨의 몰수)는, 바람직하게는 1.0 이상 15.0 이하이고, 보다 바람직하게는 2.0 이상 10.0 이하이고, 더욱 바람직하게는 2.5 이상 8.0 이하이다.

일 실시 형태에서는, 슬래그의 나트륨 및 규소의 함유량을 분석하고, 슬래그 중의 이산화규소와 산화나트륨의 몰비(이산화규소의 몰수/산화나트륨의 몰수)가 2.5 이하일 때에, 알칼리 금속 함유 화합물을 투입한다. 이에 의해, 저점도화한 슬래그 중의 이산화규소와 산화나트륨의 몰비를 상기 적합 범위로 유지하여, 가스화 로를 장기간에 걸쳐서 안정적으로 조업할 수 있다. 슬래그의 채취는 가스화 로 저부에서 행할 수 있다. 유기성 폐기물 또는 유기성 원료의 대표 샘플의 성분 및 가스화 로의 조업 실적으로부터, 슬래그의 성분을 추정할 수도 있다.

저점도화한 슬래그는, 알칼리 금속을 산화물 환산으로 바람직하게는 1.5질량% 이상 20.0질량% 이하 포함하고, 보다 바람직하게는 3.0질량% 이상 15.0질량% 이하 포함하고, 더욱 바람직하게는 5.0질량% 이상 10.0질량% 이하 포함한다.

저점도화한 슬래그의 철의 함유량은, 산화물(Fe₂O₃) 환산으로 바람직하게는 6.0질량% 미만, 보다 바람직하게는 5.5질량% 미만, 더욱 바람직하게는 5.0질량% 미만이다. 저점도화한 슬래그의 철의 함유량을 상기 범위로 함으로써, 조립 슬래그를 자원으로서 유효 이용할 수 있고, 산업 폐기물로서 처리하는 경우에도, 조립 슬래그의 비중을 처리에 적합한 범위로 할 수 있다.

일 실시 형태에서는, 슬래그의 주성분은, 산화 알루미늄(Al₂O₃) 및 이산화규소(SiO₂)이다. 산화 알루미늄 및 이산화규소를 주성분으로서 포함하는 슬래그에 알칼리 금속 및 필요에 따라 규소를 첨가해서 슬래그의 성분비를 변경함으로써, 슬래그의 연화점, 융점 및 용류점을 보다 효과적으로 저하시킬 수 있다. 이에 의해, 스로트부의 폐색 혹은 협착, 또는 가스화 로 저부의 폐색을 억제 또는 방지할 수 있다.

일 실시 형태에서는, 용융 슬래그의 성분 변화에 의한 용류점의 변화는, 산화 알루미늄/이산화규소/산화나트륨의 삼성분계에 유사한 거동을 나타낸다. 이 실시 양태에서는, 산화 알루미늄/이산화규소/산화나트륨의 삼성분계 성분비와 용류점의 관계를 나타내는 삼각 선도를 사용하여, 슬래그의 저점도화에 필요한 알칼리 금속 함유 화합물의 조성 및 첨가량을 결정할 수 있다.

일 실시 형태에서는, 알칼리 금속 함유 화합물을 투입하기 전의 용융 슬래그 성분 및 조성은 이하와 같다.

Al₂O₃: 10질량% 내지 50질량%

SiO₂: 20질량% 내지 60질량%

Na₂O: 0.1질량% 내지 20질량%

CaO: 1질량% 내지 20질량%

TiO₂: 1질량% 내지 15질량%

Fe₂O₃: 1질량% 내지 10질량%

잔부(MgO 등)

일 실시 형태에서는, 가스화 처리 중에 슬래그의 Na₂O 농도가 10질량% 미만, 바람직하게는 5.0질량% 미만, 보다 바람직하게는 3.0질량% 미만, 더욱 바람직하게는 1.5질량% 미만이 된 시점에서, 알칼리 금속 함유 화합물을 투입한다. 슬래그의 채취는 가스화 로 저부로부터 행할 수 있다.

일 실시 형태에서는, 유기성 폐기물의 2단 가스화 방법은, 저온 가스화 로 내에서 유기성 폐기물을 1차 가스화해서 유기성 원료를 생성하는 것과, 유기성 원료를 고온 가스화 로에 투입하는 것과, 고온 가스화 로 내에서 유기성 원료를 2차 가스화해서 가스 및 슬래그를 생성하는 것을 포함하고, 고온 가스화 로에 직접 또는 간접으로 알칼리 금속 함유 화합물을 투입해서 슬래그를 저점도화하는 것을 포함한다.

도 2에, 일 실시 형태의 가스화 로를 구비하는 유기성 폐기물의 2단 가스화 장치의 구성도를 나타낸다. 2단 가스화 장치는, 저온 가스화 로(23) 및 고온 가스화 로(27)를 구비하고 있다. 고온 가스화 로(27)는 본 개시의 대상으로 하는 가스화 로이고, 이미 설명한 바와 같다. 저온 가스화 로의 종류는, 특별히 한정되지 않고, 화격자 로 또는 유동 상 가스화 로인 것이 바람직하고, 유동 상 가스화 로인 것이 보다 바람직하고, 가압형의 유동 상 가스화 로인 것이 더욱 바람직하다. 도 2에서는 저온 가스화 로(23)는 유동층(24)을 갖는 유동 상 가스화 로로서 나타나 있다.

유기성 폐기물은, 특별히 한정되지 않지만, 폐플라스틱, 도시쓰레기, 하수 오니, 바이오매스 폐기물, 폐섬유 강화 플라스틱(FRP), 자동차 폐기물, 산업 폐기물, 철강 슬래그 및 고형화 연료로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나인 것이 바람직하다. 운반 효율의 점에서, 유기성 폐기물은, 도시쓰레기를 고형화 연료로 한 고형 쓰레기 연료(Refuse Derived Fuel(이하 「RDF」 라고도 한다.)) 또는 폐플라스틱을 고형화 연료로 한 리퓨즈 & 페이퍼 플라스틱 연료(Refuse Paper & Plastic Fuel(이하 「RPF」 라고도 한다.))인 것이 보다 바람직하고, 조성의 변동의 적음, 고발열량 및 저수분 함유량의 관점에서 RPF인 것이 더욱 바람직하다. 유기성 폐기물은, 복수를 조합해도 된다.

유기성 폐기물의 보조 연료로서, 석탄, 석유계 연료 등을 사용할 수도 있다.

유기성 폐기물은 5㎜ 내지 30㎜ 정도의 크기로 조(粗) 파쇄 및 필요에 따라 압축된 펠릿으로서, 저온 가스화 로(23)에 공급해도 된다. 액상의 유기성 폐기물은 그대로 저온 가스화 로(23)에 공급할 수 있다.

저온 가스화 로(23)의 내부에서는, 로의 하방으로부터 공급된 유동화 가스(b)에 의해 유동화된 유동 매체(예를 들어, 규사, 올리빈사 등의 모래, 알루미나, 철분, 석회석, 돌로마이트 등)가 유동층(24)을 형성하고 있다. 유동화 가스(b)로서는, 일반적으로 산소 가스, 공기, 혹은 수증기 또는 이들의 혼합 가스가 사용된다. 유동화 가스(b)로서 공급되는 산소 가스 또는 공기는, 유기성 폐기물의 가스화제로서도 작용한다. 저온 가스화 로(23)에 공급되는 유기성 폐기물(a)은, 450 내지 850℃(예를 들어 600℃)의 온도로 유지된 유동층(24) 내에서, 로 내에 공급된 산소 가스 또는 공기에 의해, 빠르게 부분 연소(불완전 연소)되어, 예를 들어 유기성 원료의 일부(탄화수소 가스 등), 및 수소 가스, 일산화탄소 가스, 타르, 가연성 탄소질 입자 등이 생성된다. 이 부분 연소에 의해 발생한 열은, 저온 가스화 로 내의 온도를 유지하는 열로서 이용된다.

저온 가스화 로(23)에 공급되는 공기 또는 산소의 양은, 유기성 폐기물을 완전 연소시키는 데 필요한 이론 산소량의 5% 이상 30% 이하인 것이 바람직하고, 10% 이상 20% 이하인 것이 보다 바람직하다.

저온 가스화 로(23)의 로 내 온도는, 450℃ 이상 850℃ 이하인 것이 바람직하고, 600℃ 이상 800℃ 이하인 것이 보다 바람직하다. 저온 가스화 로(23)의 로 내 온도가 850℃ 이하이면, 유기성 폐기물에 포함되는 금속 중 융점이 유동층 온도보다 높은 것은, 미산화 상태의 유가 금속으로서 저온 가스화 로 저부로부터 유동 매체와 함께 배출할 수 있다. 저온 가스화 로(23)의 로 내 온도가 450℃ 이상이면, 타르와 차르의 생성이 억제되는 한편, 가스화를 효율적으로 진행시킬 수 있다.

저온 가스화 로(23)의 로 내 압력은 0.5MPaG(게이지압) 이상 9.0MPaG 이하인 것이 바람직하고, 1.0MPaG 이상 2.0MPaG 이하인 것이 보다 바람직하다. 저온 가스화 로(23)의 로 내 압력이 9.0MPaG 이하이면, 내압 및 내열의 관점에서 설비 비용을 과도하게 증가시키지 않고 경제적으로 가스화 처리를 행할 수 있다. 저온 가스화 로(23)의 로 내 압력이 0.5MPaG 이상이면, 상압으로 가스화 처리를 행하는 경우와 비교해서 설비를 소형화할 수 있다.

저온 가스화 로(23)의 로 바닥으로부터는, 유동 매체가 불연물과 함께 로크 호퍼(25)를 통해서 배출되고, 스크린(26)에 의해 조대한 불연물(d)이 제거된다. 불연물이 제거된 유동 매체(c)는, 저온 가스화 로(23)의 내부로 되돌려진다. 분리된 조대한 불연물(d)에 포함되어 있는 금속(예를 들어, 철, 구리, 알루미늄 등)은, 유동층(24)이 비교적 저온도이고, 게다가 산소가 부족한 상태로 되어 있으므로, 대부분이 미산화의 상태이다.

유기성 폐기물의 부분 연소에 의해 생성된 가연성 탄소질(고형 카본)은, 유동층(24)의 교반 운동에 의해 미분쇄되어, 입자(차르)가 되어 유기성 원료의 흐름에 동반한다. 불연성 물질(회분)의 일부도 유동층(24)의 교반 운동에 의해 미분쇄되어, 입자가 되어 유기성 원료의 흐름에 동반한다.

불연성 물질을 포함하는 입자와 가연성 탄소질 입자를 부유 상태에서 수반하는 유기성 원료(e)는, 고온 가스화 로(27)의 유기성 원료 도입구(3)로부터 연소실(1)에 공급되어 선회하면서 하강한다. 유기성 원료와 가연성 탄소질 입자는 가스화제 도입구(4) 및 정상부 가스화제 도입구(5)로부터 공급된 가스화제(산소 가스와 수증기의 혼합 가스)(f)에 의해 연소한다. 유기성 원료와 가연성 탄소질 입자의 연소열에 의해 연소실(1) 내의 온도는 1300 내지 1500℃로 유지된다. 가연성 탄소질 입자의 연소에 의해, 일산화탄소 가스, 및 이산화탄소 가스가 생성된다. 가스화제에 포함되어 있는 수증기와 가연성 탄소질 입자의 수성 가스화 반응에 의해, 일산화탄소 가스 및 수소 가스도 생성된다.

유기성 원료(e)에 동반하는 불연성 물질을 포함하는 입자는, 연소실(1)에서 용융 슬래그가 된다. 합성 가스(수소 가스, 일산화탄소 가스 및 이산화탄소 가스) 및 용융 슬래그는 불연성 물질 분리실(12)에서 급랭되어, 합성 가스는 가스 취출구(17)로부터, 슬래그 입자(조립 슬래그)는 슬래그 배출구(18)로부터 취출된다.

유기성 원료(e)가, 고형물(가연성 탄소질 입자, 또는 불연성 물질)을 많이 수반하는 경우에는, 고온 가스화 로(27)에 공급하기 전에, 미리 사이클론 등을 사용해서 기체와 고형물을 분리하여, 기체를 유기성 원료 도입구(3)로부터, 고형물은 가스화제(f)와 함께 정상부 가스화제 도입구(5)로부터 고온 가스화 로(27)의 연소실(1)에 도입하는 것이 바람직하다. 사이클론에 의해 분리된 고형물을 가스화제(f)와 함께 고온 가스화 로(27)의 연소실(1)에 도입함으로써, 고형물 중의 가연성 탄소질 입자가 우선적으로 가스화제와 접촉하므로, 미연소 카본의 발생량을 저감시킬 수 있다.

고온 가스화 로(27)의 가스 취출구(17)로부터 취출된 합성 가스(h)는, 스크러버(31)로 세정되고, 합성 가스(h)에 동반해 온 미량의 잔존하는 슬래그(슬래그 미스트)가 제거된다. 스크러버(31)로 세정된 합성 가스(h')에 포함되는 일산화탄소 가스 및 수소 가스는, 각종 화학 공업 원료로서 이용할 수 있다. 유기성 폐기물을 2단 가스화 장치에서 가스화 처리해서 얻어진 수소 가스를 암모니아 합성용 수소원으로서 사용할 수도 있다. 스크러버(31)로 회수된 슬래그는 저류조(32)에서 침강 농축되어 미립 슬래그(g_f)로서, 외부로 배출된다. 미립 슬래그(g_f)에는, 가연성 탄소질 입자가 많이 포함되어 있기 때문에, 고온 가스화 로에 재공급하는 것이 바람직하다.

한편, 고온 가스화 로(27)의 슬래그 배출구(18)로부터 취출된 슬래그 입자(g)는, 로크 호퍼(28)에 의해 적절히 저류조(29)로 배출된다. 여기서 회수된 조립 슬래그는, 스크린(30)에 의해 물과 분리된다. 조립 슬래그(g_c)는, 시멘트나 토목건축용 자재로서 이용할 수 있다.

알칼리 금속 함유 화합물(m)은 고온 가스화 로(27)에 마련된 알칼리 금속 함유 화합물 도입구(10)로부터 고온 가스화 로(27)에 직접 투입할 수 있다. 저온 가스화 로(23)와 고온 가스화 로(27)를 연결하는 라인 도중에서 알칼리 금속 함유 화합물(m)을 도입하여, 유기성 원료에 알칼리 금속 함유 화합물을 투입해도 된다.

고온 가스화 로의 가스 취출구(17)로부터 취출된 합성 가스에 포함되는 일산화탄소 가스 및 수소 가스는, 각종 화학 공업 원료로서 이용할 수 있다. 예를 들어 합성 가스를 출발 원료로 하여, CO 전화반응에 의해 수소 가스를 얻고, 암모니아 가스를 제조할 수도 있다.

실시예

이하의 실시예에 있어서, 본 개시의 구체적인 실시 양태를 예시하지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 부 및 퍼센트는 모두, 특별히 명기하지 않는 한 질량 기준이다.

<사용 시약>

알칼리 금속 함유 화합물로서 이하의 시약을 사용했다.

규산나트륨(도요 케이산 소다 가부시키가이샤제, SiO₂: 23.7 내지 26%, Na₂O: 10.3 내지 11.3%)

수산화나트륨(준세 가가꾸 가부시키가이샤제, 특급)

<슬래그의 연화점, 융점 및 용류점>

슬래그의 연화점, 융점 및 용류점은, JIS M 8801:2004에 준거하여, 밀을 사용해서 슬래그를 미분상으로 분쇄해서 얻어진 샘플을 800℃에서 5시간 회화 처리한 후에, 라이츠(Leitz) 고온 가열 현미경을 사용해서, 수소:이산화탄소의 체적비가 1:1의 혼합 가스 분위기 하에서 측정했다.

내화재 캐스터블을 규산나트륨 또는 수산화나트륨을 포함하는 침지액에 침지했을 때의 Cr 용출량을 이하의 수순으로 측정했다.

(1) 산 분해

내화재 캐스터블을 침지한 후의 침지액 0.1g, 인산(준세 가가꾸 가부시키가이샤제, 특급) 6mL, 염산(준세 가가꾸 가부시키가이샤제, 특급) 4mL, 불산(준세 가가꾸 가부시키가이샤제, 특급 46% 내지 48%) 2.5mL, 및 질산(간또 가가꾸 가부시키가이샤제, 전자 공업용 질산 1.42EL) 2mL를 마이크로웨이브 분해 용기(가부시키가이샤 아크택제, MWS3+)에 넣었다.

(2) 마이크로웨이브 가열 분해

마이크로웨이브 분해 용기에 들어간 용액의 마이크로웨이브 가열 분해를 이하의 (i) 내지 (iv)의 일련의 조작을 2회 반복해서 산 분해액을 얻었다.

(i) 5분 동안에 190℃까지 상승시키고, 5분간 190℃ 유지한다

(ii) 2분 동안에 210℃까지 상승시키고, 5분간 210℃ 유지한다

(iii) 2분 동안에 230℃까지 상승시키고, 25분간 230℃ 유지한다

(iv) 1분 동안에 100℃까지 낮춘다

(3) ICP-AES 분석

마이크로웨이브 가열 분해에 의해 얻어진 산 분해액을 250mL의 메스플라스크에 전량 옮기고, 초순수(머크사 제조, Direct-Q UV)로 250mL까지 메시 업하고, 메시 업한 것으로부터 10mL 채취하고, 추가로 100mL 용액으로 한 것을 분석 샘플로 하였다. JIS K 0116:2014에 준거하여, ICP-AES(가부시키가이샤 시마즈 세이사쿠쇼제, ICPS-8100)를 사용해서 분석 샘플을 측정하고, Cr 용출량을 정량했다.

1. 알칼리 금속 함유 화합물 첨가에 의한 슬래그의 연화점, 융점, 및 용류점의 강하

도 2에 도시한 2단 가스화 장치의 고온 가스화 로 저부에서 채취한 슬래그(실기(實機) 슬래그 1 내지 3, 알칼리 금속 함유 화합물은 비투입) 및 실기 슬래그 1 또는 3에 표 1에 기재된 알칼리 금속 함유 화합물을 첨가한 것을 사용해서, 연화점, 융점 및 용류점을 측정했다. 슬래그의 조성 및 측정 결과를 표 1에 나타낸다.

실시예 1 내지 5에서는, 연화점, 융점, 및 용류점이 모두, 참고예 1 내지 3보다 낮았다.

2. 내화재 재질 시험

내화재 캐스터블(10㎝×10㎝×10㎝)을 전기로에서 110℃에서 3시간, 1000℃에서 3시간 소성하고, 300g의 침지액에 침지한 후, 침지액 중의 Cr 농도를 측정했다. 결과를 표 2에 나타낸다.

침지액으로서 규산나트륨을 사용한 경우, 내화재 캐스터블의 Cr 성분의 용출은 확인되지 않았지만, 수산화나트륨 수용액을 사용한 경우, Cr 성분의 용출이 확인되었다.

3. 내화재 실기 시험

도 2에 도시한 2단 가스화 장치를, 유기성 폐기물의 처리량을 5t/h로 하고, 고온 가스화 로의 연소실 출구의 가스 온도를 1450℃, 로 내 압력을 0.9MPaG로 해서 운전하면서, 고온 가스화 로의 측관(알칼리 금속 함유 화합물 도입구)으로부터 직접 고온 가스화 로에 규산나트륨을 100L/h의 공급량으로 투입하고, 2단 가스화 장치를 6개월간 운전했다. 정지 후에 고온 가스화 로를 연바, 내화재에 대한 영향은 보이지 않았다.

도 2에 도시한 2단 가스화 장치를, 유기성 폐기물의 처리량을 5t/h로 하고, 고온 가스화 로의 연소실 출구의 가스 온도를 1450℃, 로 내 압력을 0.9MPaG로서 운전하면서, 고온 가스화 로의 측관(알칼리 금속 함유 화합물 도입구)으로부터 직접 고온 가스화 로에 수산화나트륨 수용액을 150L/h의 공급량으로 투입하고, 2단 가스화 장치를 0.5개월간 운전했다. 정지 후에 고온 가스화 로를 연바, 내화재의 두께가 감소하였다.

1: 연소실
2: 측면벽
3: 유기성 원료 도입구
4: 가스화제 도입구
5: 정상부 가스화제 도입구
6: 강제 피복
7: 냉각 재킷
8: 저부
9: 개구부
10: 알칼리 금속 함유 화합물 도입구
11: 스로트부
12: 불연성 물질 분리실
13: 냉각수 도입관
14: 원통상 하강관
15: 원통상 상승관
16: 수조부
17: 가스 취출구
18: 슬래그 배출구
19: 냉각수 취출구
23: 저온 가스화 로
24: 유동층
25: 로크 호퍼
26: 스크린
27: 고온 가스화 로
28: 로크 호퍼
29: 저류조
30: 스크린
31: 스크러버
32: 저류조

Claims

유기성 원료가 투입되어 가스 및 슬래그를 생성하는 가스화 로에 있어서, 상기 가스화 로에 직접 또는 간접으로 알칼리 금속 함유 화합물을 투입해서 상기 슬래그를 저점도화하는 것을 포함하고,
상기 슬래그의 나트륨 및 규소의 함유량을 분석하는 것, 및
상기 슬래그 중의 이산화규소와 산화나트륨의 몰비(이산화규소의 몰수/산화나트륨의 몰수)가 2.5 이하일 때에, 상기 알칼리 금속 함유 화합물을 투입하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하며,
상기 알칼리 금속 함유 화합물이 규산나트륨인, 가스화 로의 조업 방법.
제1항에 있어서,
상기 규산나트륨이 수용액의 형태로 투입되는, 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 규산나트륨 중의 이산화규소와 산화나트륨의 몰비(이산화규소의 몰수/산화나트륨의 몰수)가 0.4 이상 4.5 이하인, 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 가스화 로에 직접 또는 간접으로 규소 함유 화합물을 투입하는 것을 포함하는, 방법.
제4항에 있어서,
상기 규소 함유 화합물이 유동 매체인, 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
저점도화한 상기 슬래그 중의 이산화규소와 산화나트륨의 몰비(이산화규소의 몰수/산화나트륨의 몰수)가 1.0 이상 15.0 이하인, 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
저점도화한 상기 슬래그가 알칼리 금속을 산화물 환산으로 1.5질량% 내지 20.0질량% 포함하는, 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 알칼리 금속 함유 화합물을 상기 유기성 원료와 혼합해서 상기 가스화 로에 투입하는 것을 포함하는, 방법.
유기성 원료로부터 가스 및 슬래그를 생성하는 가스화 로이고, 상기 유기성 원료를 가스화 또는 연소시키는 연소실과, 생성한 슬래그를 냉각 및 회수하는 불연성 물질 분리실과, 상기 연소실에 마련된 알칼리 금속 함유 화합물의 도입구를 구비하고,
상기 도입구가 외부관 및 내부관을 갖는 이중관을 구비하고, 상기 알칼리 금속 함유 화합물이 내부관에 공급되고, 불활성 가스가 외부관에 공급되는, 가스화 로.
제9항에 있어서,
상기 도입구가 상기 연소실의 측면에 배치되어 있는, 가스화 로.
제9항에 있어서,
상기 가스화 로가 선회식 용융로인, 가스화 로.
유기성 폐기물을 1차 가스화해서 유기성 원료를 생성하는 저온 가스화 로와, 상기 저온 가스화 로에서 생성한 상기 유기성 원료를 2차 가스화해서 가스 및 슬래그를 생성하는 고온 가스화 로를 구비하는 유기성 폐기물의 2단 가스화 장치이며, 상기 고온 가스화 로가 제9항에 기재된 가스화 로인, 2단 가스화 장치.
제12항에 있어서,
상기 저온 가스화 로가 유동 상 가스화 로인, 2단 가스화 장치.
제1항에 있어서, 상기 가스화 로는 고온 가스화 로이고, 상기 가스화 로에 투입되는 상기 유기성 원료는 저온 가스화 로 내에서 유기성 폐기물을 1차 가스화해서 생성하는 것을 포함하는, 가스화 로의 조업 방법.
제14항에 있어서,
상기 고온 가스화 로가 제9항에 기재된 가스화 로인, 방법.
제14항에 있어서,
상기 저온 가스화 로가 유동 상 가스화 로인, 방법.
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