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技術 ガス化炉における灰中の重金属低減方法

出願人 メタウォーター株式会社
発明者 柳瀬哲也山本昌幸
出願日 2004年2月2日 (16年5ヶ月経過) 出願番号 2004-025570
公開日 2005年8月11日 (14年10ヶ月経過) 公開番号 2005-211877
状態 特許登録済
技術分野 汚泥処理
主要キーワード ガス精製処理 Se含有量 固体残査 下水脱水汚泥 テスト用試料 改質炉内 ガス改質炉 Se化合物
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2005年8月11日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (5)

課題

下水汚泥等の有機性廃棄物ガス化する工程から発生する灰中ヒ素セレン等の重金属含有量を少なくすることができるガス化炉における灰中の重金属低減方法を提供すること。

解決手段

有機性廃棄物を500℃以上の還元雰囲気下でガス化処理を行い、発生した高温ガスからセラミックフィルタあるいはサイクロンによりガス中の灰分を捕捉して、As含有量の少ない灰とする。この場合、前記セラミックフィルタあるいはサイクロンにより捕捉した灰分を300℃以上の酸化雰囲気下で燃焼して、Se含有量の少ない灰とすることもできる。また、セラミックフィルタあるいはサイクロンからの排出ガスガス改質後、ガス冷却して重金属を灰に凝集させ、次いでこのガス重金属溶出防止用薬剤噴霧した後、精密集塵して前記薬剤を含んだ灰を捕集することもできる。

概要

背景

現在、下水汚泥等の有機性廃棄物の多くは、焼却処理が行われているのが普通である。また、この焼却処理により発生した焼却灰は、埋立処理するか、あるいはセメント原料埋め戻し材等に使用されているのが普通である。図4は、このような従来法のフロー図の一例を示すものであり、焼却炉で発生したガス熱交換した後、ガス冷却し、次いで精密集塵して灰を捕集するとともに、排ガスガス洗浄した後、煙突から大気中へ放出されている。そして、前記の捕集した灰を埋立処理等している。

しかしながら、下水汚泥等の有機性廃棄物を焼却処理した灰中には、AsやSeやZn等の重金属が多く含まれており、特にAsやSeは他の重金属と比較して溶出しやすい傾向がある。従って、下水汚泥の焼却灰をそのまま埋立処理したり再利用したりすると、AsやSeが溶出して問題となる場合があった。
一方、前記の焼却処理にかえ、下水汚泥等の有機性廃棄物をガス化処理してエネルギーの有効利用を図る方法も開発され、実用に供されている(例えば、特許文献1を参照)。しかしながら、この方法によるときも、ガス化する工程から発生する灰中にAsやSe等の重金属が含まれるので、同様の問題点があった。
特開平10−132237号公報

概要

下水汚泥等の有機性廃棄物をガス化する工程から発生する灰中のヒ素セレン等の重金属の含有量を少なくすることができるガス化炉における灰中の重金属低減方法を提供すること。 有機性廃棄物を500℃以上の還元雰囲気下でガス化処理を行い、発生した高温ガスからセラミックフィルタあるいはサイクロンによりガス中の灰分を捕捉して、As含有量の少ない灰とする。この場合、前記セラミックフィルタあるいはサイクロンにより捕捉した灰分を300℃以上の酸化雰囲気下で燃焼して、Se含有量の少ない灰とすることもできる。また、セラミックフィルタあるいはサイクロンからの排出ガスガス改質後、ガス冷却して重金属を灰に凝集させ、次いでこのガスに重金属溶出防止用薬剤噴霧した後、精密集塵して前記薬剤を含んだ灰を捕集することもできる。

目的

本発明は上記のような問題点を解決して、下水汚泥等の有機性廃棄物をガス化する工程から発生する灰中のAsやSe等の重金属の含有量を少なくすることができて、この灰を埋立処理等してもAsやSe等の溶出量を問題にならない程度に抑えることができるガス化炉における灰中の重金属低減方法を提供することを目的として完成されたものである。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

有機性廃棄物を500℃以上の還元雰囲気下でガス化処理を行い、発生した高温ガスからセラミックフィルタあるいはサイクロンによりガス中の灰分を捕捉して、ヒ素(As)含有量の少ない灰とすることを特徴とするガス化炉における灰中重金属低減方法

請求項2

有機性廃棄物を乾燥処理した後にガス化処理を行う請求項1に記載のガス化炉における灰中の重金属低減方法。

請求項3

セラミックフィルタあるいはサイクロンにより捕捉した灰分を、300℃以上の酸化雰囲気下で燃焼してセレン(Se)含有量の少ない灰とする請求項1または2に記載のガス化炉における灰中の重金属低減方法。

請求項4

セラミックフィルタあるいはサイクロンからの排出ガスガス改質後、ガス冷却して重金属を灰に凝集させ、次いでこのガス重金属溶出防止用薬剤噴霧した後、精密集塵して前記薬剤を含んだ灰を捕集する請求項1または2または3に記載のガス化炉における灰中の重金属低減方法。

技術分野

0001

本発明は、下水汚泥等の有機性廃棄物ガス化する工程から発生する灰中ヒ素セレン(以下、As、Seとする)等の重金属含有量を少なくするためのガス化炉における灰中の重金属低減方法に関するものである。

背景技術

0002

現在、下水汚泥等の有機性廃棄物の多くは、焼却処理が行われているのが普通である。また、この焼却処理により発生した焼却灰は、埋立処理するか、あるいはセメント原料埋め戻し材等に使用されているのが普通である。図4は、このような従来法のフロー図の一例を示すものであり、焼却炉で発生したガス熱交換した後、ガス冷却し、次いで精密集塵して灰を捕集するとともに、排ガスガス洗浄した後、煙突から大気中へ放出されている。そして、前記の捕集した灰を埋立処理等している。

0003

しかしながら、下水汚泥等の有機性廃棄物を焼却処理した灰中には、AsやSeやZn等の重金属が多く含まれており、特にAsやSeは他の重金属と比較して溶出しやすい傾向がある。従って、下水汚泥の焼却灰をそのまま埋立処理したり再利用したりすると、AsやSeが溶出して問題となる場合があった。
一方、前記の焼却処理にかえ、下水汚泥等の有機性廃棄物をガス化処理してエネルギーの有効利用を図る方法も開発され、実用に供されている(例えば、特許文献1を参照)。しかしながら、この方法によるときも、ガス化する工程から発生する灰中にAsやSe等の重金属が含まれるので、同様の問題点があった。
特開平10−132237号公報

発明が解決しようとする課題

0004

本発明は上記のような問題点を解決して、下水汚泥等の有機性廃棄物をガス化する工程から発生する灰中のAsやSe等の重金属の含有量を少なくすることができて、この灰を埋立処理等してもAsやSe等の溶出量を問題にならない程度に抑えることができるガス化炉における灰中の重金属低減方法を提供することを目的として完成されたものである。

課題を解決するための手段

0005

上記課題を解決するためになされた本発明のガス化炉における灰中の重金属低減方法は、有機性廃棄物を500℃以上の還元雰囲気下でガス化処理を行い、発生した高温ガスからセラミックフィルタあるいはサイクロンによりガス中の灰分を捕捉して、As含有量の少ない灰とすることを特徴とするものである。

0006

なお、有機性廃棄物を乾燥処理した後にガス化処理を行えば、ガス化処理がやりやすくなるので好ましい。またセラミックフィルタあるいはサイクロンにより捕捉した灰分を300℃以上の酸化雰囲気下で燃焼して、Se含有量の少ない灰とすることもでき、更には、セラミックフィルタあるいはサイクロンからの排出ガスガス改質後、ガス冷却して重金属を灰に凝集させ、次いでこのガスに重金属溶出防止用薬剤噴霧した後、精密集塵して前記薬剤を含んだ灰を捕集することもできる。

発明の効果

0007

本発明のガス化炉における灰中の重金属低減方法は、500℃以上の還元雰囲気下でガス化処理を行い、発生した高温ガスからセラミックフィルタあるいはサイクロンによりガス中の灰分を捕捉するようにしたので、Asがガス側に揮散してAs含有量の少ない灰を回収できることとなる。
また、有機性廃棄物を乾燥処理した後にガス化処理を行えば、ガス化処理がやりやすくなるので好ましい。また、セラミックフィルタあるいはサイクロンにより捕捉した灰分を300℃以上の酸化雰囲気下で燃焼した場合は、更にSe含有量の少ない灰を回収できるので、灰の有効利用を図ることが可能となる。更には、セラミックフィルタあるいはサイクロンからの排出ガスをガス改質後、ガス冷却して重金属を灰に凝集させ、次いでこのガスに重金属溶出防止用の薬剤を噴霧した後、精密集塵して前記薬剤を含んだ灰を捕集した場合は、As、Se含有量の少ないクリーンなガスとすることができるとともに、回収された灰も薬剤を含んでいてAs、Seが溶出しにくくなっており、灰の処理処分が容易になる。

発明を実施するための最良の形態

0008

以下に、図面を参照しつつ本発明の好ましい形態を示す。
図面は、本発明に係るガス化炉における灰中の重金属低減方法のフロー図の一例を示すものである。
本発明では、先ず下水脱水汚泥等の有機性廃棄物を乾燥処理した後、有機性廃棄物を加熱・熱分解して可燃ガスとするガス化処理を行う。ガス化処理は、流動層炉ロータリーキルン炉を用い還元雰囲気下で500〜800℃の温度範囲内で行う。このガス化処理により、有機性廃棄物は熱分解ガス液体残査であるタール分固体残査であるチャー(炭)および灰分とに分解される。
この時、灰分に含まれる重金属であるAsはガス側に揮散するので、灰中のAs含有量は著しく少なくなる。これは、還元雰囲気でのAs化合物組成の温度とモル分率の関係を調べた結果、テスト用試料として、[表1]に示す平衡計算の設定条件の場合、図2グラフに示されるように、還元雰囲気においては、500℃以上でAsが急激にガス組成物となることを確認しており、本発明のガス化処理により、Asがガス側に揮散して灰中のAs含有量を著しく少なくできるのである。又、実験によっても、600℃、1時間の還元処理を行った所、焼却灰中のAs含有量が処理前に37.2mg/kgであったものが、処理後に2.5mg/kg未満となった。従って、有機性廃棄物を還元雰囲気下でガス化処理することは灰中のAsの低減化に有効な手段となる。

0009

次いで、発生した高温ガスからセラミックフィルタあるいはサイクロンによりガス中の灰分を捕捉するが、前述したように、Asはガス側に揮散しているためガス中の灰分にはAsの含有量が少なくなっており、As含有量の少ない灰が回収されて有効に利用できることとなる。

0010

更に、前記セラミックフィルタあるいはサイクロンにより捕捉した灰分を、酸化雰囲気下で300℃以上で燃焼すると、Seがガス側に揮散するので、灰中のSe含有量を少なくすることができる。この燃焼温度は300℃以上とする。
これは、酸化雰囲気でのSe化合物組成の温度とモル分率の関係を調べた結果、テスト用試料として、[表1]に示す平衡計算の設定条件の場合、図3のグラフに示されるように、酸化雰囲気においては、300℃以上でSeが急激にガス組成物となることを確認しており、本発明の灰酸化処理により、Seがガス側に揮散して灰中のSe含有量を著しく少なくすることができるのである。又、実験によっても、500℃、1時間の酸化処理を行った所、焼却灰中のSe含有量が処理前に0.21mg/kgであったものが、処理後に0.02mg/kg未満となった。この結果、最終的にはAsおよびSe含有量の少ない灰が回収されて有効に利用できるのである。しかも、酸化雰囲気下の燃焼により、未燃カーボン酸化できるので強熱減量Ig.loss)の少ない灰とすることができ、有効利用が行いやすくなる。
このように、セラミックフィルタあるいはサイクロンにより捕捉した灰分を酸化雰囲気下で燃焼することは灰中のSeの低減化に有効な手段となる。

0011

0012

一方、前記セラミックフィルタあるいはサイクロンから排出したガスは、ガス改質処理を行う。このガス改質処理は、改質炉において1000℃以上の温度で行うが、前段においてセラミックフィルタあるいはサイクロンにより灰の捕集がされているため、改質炉中への灰の移行が少なくなり、改質炉内における灰の燒結によるトラブルが回避できる。

0013

次いで、ガス改質処理をしたガスを200〜250℃にガス冷却する。このガス冷却処理により、ガス側に揮散しているAsおよびSe等の重金属が固体となって、前記サイクロン等では完全に捕捉しきれなかった僅かな灰に凝縮することとなる。その後、このガスを精密集塵して灰を捕集することで、ガス中におけるAsおよびSe等の重金属を除去して固形分のないクリーンなガスとし、このクリーンな排ガスをガス精製処理した後、燃料ガスとして取り出して利用に供するのである。

0014

この時、本発明では、前記精密集塵装置の前段で冷却ガスに対して重金属溶出防止用の薬剤を噴霧しておく。即ち、薬剤の噴霧によってAsおよびSe等の固体重金属は薬剤とともにガス中のわずかな灰に濃縮されることとなり、固体重金属および薬剤を含んだ灰の形で精密集塵装置により捕集されることとなる。この場合、捕集した灰は薬剤を含んでいるのでAsやSe等の固体重金属が溶出しにくく、処理処分が容易となる。更には、薬剤を噴霧添加した灰は凝集効果で灰の粒径が比較的大きくなっているため、精密集塵装置で目詰まりが発生するのを大幅に低減することができる。
なお、前記重金属溶出防止用の薬剤としては、Caと結合してアルカリ塩を形成するものを用いることができ、例えば石灰活性炭等を用いる。

0015

また図1に示すフロー図では、灰酸化処理したときに発生する灰酸化ガスガス改質炉投入するようにしている。この場合は、灰酸化ガス側に揮散しているAsが、前述のサイクロンからの排出ガスと同様に、薬剤を含んでいてAsやSe等の固体重金属が溶出しにくい有効利用性の大きな灰の形で捕集することができる。

0016

以上の説明からも明らかなように、本発明のガス化炉における灰中の重金属低減方法では、有機性廃棄物を500℃以上の還元雰囲気下でガス化処理を行い、発生した高温ガスからセラミックフィルタあるいはサイクロンによりガス中の灰分を捕捉するようにしたので、Asがガス側に揮散してAs含有量の少ない灰を回収できることとなる。さらには、As含有量の少ない灰を300℃以上の酸化雰囲気で燃焼処理してSe含有量の少ない灰とすることができる。この結果、この灰をそのまま埋立処理したり再利用したりしても、AsやSeの溶出量が抑えられて何ら問題となることなく有効に利用することができることとなる。

図面の簡単な説明

0017

本発明の実施の形態を示すフロー図である。
還元雰囲気でのAs化合物組成の温度とモル分率の関係を示すグラフである。
酸化雰囲気でのSe化合物組成の温度とモル分率の関係を示すグラフである。
従来例を示すフロー図である。

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