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課題

ガス化溶融炉ガス発生量発熱量が変動する場合にも変動を吸収でき、ガス化溶融炉ガスを高炉ガスとして安定して充分に有効に利用できるとともに、ガス化溶融炉ガスから燃料電池用水素を多量かつ安価に製造できるガス化溶融炉ガスの利用方法を提供すること。

解決手段

竪型の炉の底部にコークス充填層を有し、該コークスの充填層の上に投入される廃棄物の堆積層酸素含有ガス部分燃焼して可燃ガスを得るコークスベッド方式のガス化溶融炉において、酸素濃度90%以上の酸素羽口から吹き込むことで前記堆積層上部の温度を800℃以上に制御し、前記ガス化溶融炉から排出される可燃ガスであるガス化溶融炉ガスに含まれる水素ガスの少なくとも一部を分離し、残部であるオフガスを、発熱量3MJ/m3以下のガスと混合した混合ガスを、高炉ガスに混合して高炉ガスとして利用するガス化溶融炉ガスの利用方法を用いる。

概要

背景

ガス化溶融炉は、周知のように高温の炉内において、使用済みの廃プラスチック建設廃材(紙くず、木くず繊維くず)、シュレッダーダスト廃棄家電廃車)、汚泥燃えがら動植物性残さ等の可燃性廃棄物送風酸素と反応させ、炉頂部温度を800〜1000℃とし、高温還元雰囲気により熱分解ガス化させ、可燃性ガス化溶融炉ガスとして回収するものである(例えば、特許文献1参照。)。

ガス化溶融炉の一種であるコークスベッド式のガス化溶融炉は、熱分解炉溶融炉とを一体にした構造になっていて、その原理高炉の原理と同じであり、灼熱するコークス層から上昇する熱で廃棄物をガス化し、炉床部で残渣を溶融するものである。

コークスベッド式のガス化溶融炉の操業方法として、例えば、溶融炉の炉頂部内の温度を800〜1100℃の高温雰囲気に保持し、炉内で発生する熱分解ガス中のタールをガス化させることにより、タールの生成量を減少させ、発生ガス量及び発生カロリーを高くする方法が知られている。そして、廃棄物から生成される熱分解ガスは製鉄所燃料として利用することができるとされている(例えば、特許文献2参照。)。

また、製鉄所副生ガスの中から水素を含有するガス圧力スイング吸着(PSA:Pressure Swing Adosorption)法を用いたプラントに導入して、この水素含有ガスから燃料電池用に水素を分離する技術も知られている(例えば、特許文献3参照。)。
特開平9−60830号公報
特開平9−166309号公報
特開平11−9934公報

概要

ガス化溶融炉ガスの発生量発熱量が変動する場合にも変動を吸収でき、ガス化溶融炉ガスを高炉ガスとして安定して充分に有効に利用できるとともに、ガス化溶融炉ガスから燃料電池用に水素を多量かつ安価に製造できるガス化溶融炉ガスの利用方法を提供すること。竪型の炉の底部にコークス充填層を有し、該コークスの充填層の上に投入される廃棄物の堆積層酸素含有ガス部分燃焼して可燃ガスを得るコークスベッド方式のガス化溶融炉において、酸素濃度90%以上の酸素を羽口から吹き込むことで前記堆積層上部の温度を800℃以上に制御し、前記ガス化溶融炉から排出される可燃ガスであるガス化溶融炉ガスに含まれる水素ガスの少なくとも一部を分離し、残部であるオフガスを、発熱量3MJ/m3以下のガスと混合した混合ガスを、高炉ガスに混合して高炉ガスとして利用するガス化溶融炉ガスの利用方法を用いる。

目的

したがって本発明の目的は、ガス化溶融炉ガスの発生量や発熱量が変動する場合にも、水素ガスと、水素ガスを分離した残りであるオフガスとの発生量と使用量の変動を吸収でき、オフガスの燃料性状を安定させて、ガス化溶融炉ガスを高炉ガスとして安定して充分に有効に利用できるとともに、新たに大規模な専用ガス供給網を構築する必要がなく、またガス化溶融炉ガス中のタールやチャー等の不純物生成を抑制して配管汚れを防止し、水素製造設備を安定運転させ、ガス化溶融炉ガスから燃料電池用に水素を多量かつ安価に製造できるガス化溶融炉ガスの利用方法を提供することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
0件

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請求項1

竪型の炉の底部にコークス充填層を有し、該コークスの充填層の上に投入される廃棄物の堆積層酸素含有ガス部分燃焼して可燃ガスを得るコークスベッド方式のガス化溶融炉において、酸素濃度90%以上の酸素羽口から吹き込むことで前記堆積層上部の温度を800℃以上に制御し、前記ガス化溶融炉から排出される可燃ガスであるガス化溶融炉ガスに含まれる水素ガスの少なくとも一部を分離するとともに、前記水素ガスを分離した残部であるオフガスを、発熱量3MJ/m3以下の製鉄所で使用されるガスと混合した混合ガスを、高炉ガスに混合して高炉ガスとして利用することを特徴とするガス化溶融炉ガスの利用方法

請求項2

水または水蒸気を酸素と共に羽口から吹き込むことで堆積層上部の温度を800℃以上に制御することを特徴とする請求項1に記載のガス化溶融炉ガスの利用方法。

請求項3

製鉄所で使用される発熱量3MJ/m3以下のガスが、可燃分を含有しないガスであり、窒素炭酸ガス燃焼排ガスアルゴンガスの中から選ばれる1種または2種以上を混合して用いることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のガス化溶融炉ガスの利用方法。

請求項4

混合ガスの発熱量が3.3〜4.5MJ/m3であることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれかに記載のガス化溶融炉ガスの利用方法。

請求項5

ガス化溶融炉ガスを、ガスホルダを介在させた配管網を通して、製鉄所で使用されるガスと混合することを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれかに記載のガス化溶融炉ガスの利用方法。

請求項6

ガス化溶融炉ガスを、製鉄所で使用されるガスと混合する前に昇圧することを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれかに記載のガス化溶融炉ガスの利用方法。

技術分野

0001

本発明は、例えば使用済みプラスチックなどの可燃性廃棄物高温還元雰囲気により熱分解及び溶融してガス化するガス化溶融炉で発生するガスを有効に利用するためのガス化溶融炉ガス利用方法に関する。

背景技術

0002

ガス化溶融炉は、周知のように高温の炉内において、使用済みの廃プラスチック建設廃材(紙くず、木くず繊維くず)、シュレッダーダスト廃棄家電廃車)、汚泥燃えがら動植物性残さ等の可燃性廃棄物を送風酸素と反応させ、炉頂部温度を800〜1000℃とし、高温還元雰囲気により熱分解・ガス化させ、可燃性のガス化溶融炉ガスとして回収するものである(例えば、特許文献1参照。)。

0003

ガス化溶融炉の一種であるコークスベッド式のガス化溶融炉は、熱分解炉溶融炉とを一体にした構造になっていて、その原理高炉の原理と同じであり、灼熱するコークス層から上昇する熱で廃棄物をガス化し、炉床部で残渣を溶融するものである。

0004

コークスベッド式のガス化溶融炉の操業方法として、例えば、溶融炉の炉頂部内の温度を800〜1100℃の高温雰囲気に保持し、炉内で発生する熱分解ガス中のタールをガス化させることにより、タールの生成量を減少させ、発生ガス量及び発生カロリーを高くする方法が知られている。そして、廃棄物から生成される熱分解ガスは製鉄所燃料として利用することができるとされている(例えば、特許文献2参照。)。

0005

また、製鉄所副生ガスの中から水素を含有するガスを圧力スイング吸着(PSA:Pressure Swing Adosorption)法を用いたプラントに導入して、この水素含有ガスから燃料電池用に水素を分離する技術も知られている(例えば、特許文献3参照。)。
特開平9−60830号公報
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特開平11−9934公報

発明が解決しようとする課題

0006

ガス化溶融炉ガスは、可燃性廃棄物の種類やガス化溶融炉に吹込酸素濃度にもよるが水素を30〜50体積%含有するものである。したがって、水素製造原料ガスとして有用なガスの1つである。しかしながら、ガス化溶融炉ガスを水素製造原料ガスとして利用する場合、またガス化溶融炉ガスから水素を分離した残部であるオフガスを製鉄所内で高炉ガスとして利用する場合、以下の(a)〜(d)のような問題が存在する。
(a)ガス化溶融炉では種々の可燃性廃棄物からガス化溶融炉ガスを回収するので、ガス発生量が一定でない。

0007

(b)ガス化溶融炉ガスは廃棄物性状に左右され、ガス化している廃棄物種が変化すると瞬時に組成が変動する。このため、発生するガスの組成が一定でなく、発熱量も一定でない。

0008

(c)前記(a)、(b)の理由により、水素分を除去した後のオフガスの発生量、および発熱量も一定でない。このため、単独の燃料として利用するには、発生と使用のバランス調整が困難であるばかりでなく、専用の配管網が必要となり、加熱炉など炉設備では、バーナ改造が必要となる。

0009

(d)ガス化溶融炉から製鉄所内の各工場までオフガス専用のガス供給網を新たに構築すると、建設費が高価でありコスト高である。

0010

したがって、回収したガス化溶融炉ガスを高炉ガスとして十分に有効に利用することは困難であり、利用できないガス化溶融炉ガスは焼却処理し、無害化して大気放散する場合もあった。また、無害化燃焼する際、燃焼を安定させる為の補助燃料が必要でありランニングコストも発生していた。

0011

また、ガス化溶融炉ガス中にタールやチャーが存在することで配管内や水素製造設備汚れが促進され、特に水素製造設備に配置されたフィルター詰まりが早く、フィルター清掃に時間を要し、バルブに付着して動作に悪影響を与え水素プラントの安定運転に支障をきたしていた。

0012

したがって本発明の目的は、ガス化溶融炉ガスの発生量や発熱量が変動する場合にも、水素ガスと、水素ガスを分離した残りであるオフガスとの発生量と使用量の変動を吸収でき、オフガスの燃料性状を安定させて、ガス化溶融炉ガスを高炉ガスとして安定して充分に有効に利用できるとともに、新たに大規模な専用ガス供給網を構築する必要がなく、またガス化溶融炉ガス中のタールやチャー等の不純物生成を抑制して配管の汚れを防止し、水素製造設備を安定運転させ、ガス化溶融炉ガスから燃料電池用に水素を多量かつ安価に製造できるガス化溶融炉ガスの利用方法を提供することにある。

課題を解決するための手段

0013

このような課題を解決するための本発明の特徴は以下の通りである。
(1)、竪型の炉の底部にコークス充填層を有し、該コークスの充填層の上に投入される廃棄物の堆積層酸素含有ガス部分燃焼して可燃ガスを得るコークスベッド方式のガス化溶融炉において、酸素濃度90%以上の酸素を羽口から吹き込むことで前記堆積層上部の温度を800℃以上に制御し、前記ガス化溶融炉から排出される可燃ガスであるガス化溶融炉ガスに含まれる水素ガスの少なくとも一部を分離するとともに、前記水素ガスを分離した残部であるオフガスを、発熱量3MJ/m3以下の製鉄所で使用されるガスと混合した混合ガスを、高炉ガスに混合して高炉ガスとして利用することを特徴とするガス化溶融炉ガスの利用方法。
(2)、水または水蒸気を酸素と共に羽口から吹き込むことで堆積層上部の温度を800℃以上に制御することを特徴とする(1)に記載のガス化溶融炉ガスの利用方法。
(3)、製鉄所で使用される発熱量3MJ/m3以下のガスが、可燃分を含有しないガスであり、窒素炭酸ガス燃焼排ガスアルゴンガスの中から選ばれる1種または2種以上を混合して用いることを特徴とする(1)または(2)に記載のガス化溶融炉ガスの利用方法。
(4)、混合ガスの発熱量が3.3〜4.5MJ/m3であることを特徴とする(1)ないし(3)のいずれかに記載のガス化溶融炉ガスの利用方法。
(5)、ガス化溶融炉ガスを、ガスホルダを介在させた配管網を通して、製鉄所で使用されるガスと混合することを特徴とする(1)ないし(4)のいずれかに記載のガス化溶融炉ガスの利用方法。
(6)、ガス化溶融炉ガスを、製鉄所で使用されるガスと混合する前に昇圧することを特徴とする(1)ないし(5)のいずれかに記載のガス化溶融炉ガスの利用方法。

発明の効果

0014

本発明によれば、安価な水素ガスを製造するとともに、廃棄物から生成するガス化溶融炉ガスを製鉄所内で高炉ガスとして充分に有効に利用することができ、資源リサイクルが実現できる。また、タールやチャーなどの不純物の含有量が少ないガス化溶融炉ガスが得られるので、配管の汚れが防止でき、水素製造設備の運転が安定する。さらに、製鉄所における燃料ガスの全体としての供給量が増えるので、都市ガス天然ガスLPG重油等の従来製鉄所外部より購入していた燃料の使用量を大幅に削減することが可能となり製鉄コストが削減できる。特に重油の使用量の削減により、重油を燃焼することによって発生していたNOX、SOX量も低減することができる。

発明を実施するための最良の形態

0015

まず、本発明で用いるガス化溶融炉とガス化溶融炉発生ガスについて説明する。

0016

図1は本発明で用いるガス化溶融炉の一実施形態であり、ガス化溶融炉の構造を示す概略図である。ガス化溶融炉には、産業廃棄物一般廃棄物建設廃棄物、廃車や廃家電等の処理施設から発生するシュレッダーダスト、廃棄プラスチック、汚泥、汚染土壌などの難廃棄物等、多種の廃棄物が投入される。廃棄物ガス化溶融炉の上部からは、廃棄物と共にコークス及び石灰石等の副資材が投入される。なお石灰石は投入されない場合もある。105は廃棄物投入口、106はコークス・石灰石投入口であり、廃棄物がガス化したガス化溶融炉ガスは排出口107から排出される。

0017

廃棄物ガス化溶融炉の内部構成は、上から生成されたガスの改質領域であるフリーボードA、廃棄物の乾燥及び熱分解領域である廃棄物の堆積層の上部(上部堆積層)B、廃棄物の高温燃焼及び溶融領域である廃棄物の堆積層の下部(下部堆積層)Cと、溶融分離領域であるコークス充填層Dという構成になっている。

0018

フリーボードAでは、三段羽口101より部分燃焼用酸素を送り、フリーボードAの出口を所定の温度に制御する。フリーボードAにおける高温還元雰囲気により、ダイオキシン類、タールが分解され、また大きなフリーボードA部分の炉内体積を大きくすることで排出ガス均質及び低流速化してダスト飛散を防止する。

0019

副羽口102から燃焼用酸素を吹き込むことによって上部堆積層B(すなわち副羽口102の付近とその上方の領域)が流動化する。上部堆積層Bの熱分解温度が800℃以上になるように副羽口102から吹き込まれる燃焼用酸素の流量を調整する。この上部堆積層Bにおいて、廃棄物の水分は蒸発し、揮発分はガス化し、固定炭素及び灰分は炉底へ移動する。また上部堆積層Bを流動させることで廃棄物の吊り(例えば融着閉塞)を防止している。

0020

廃棄物の水分量が少ない場合等は、副羽口102をより上部に設置することで、上部堆積層Bに燃焼用酸素を吹き込むことなく、上部堆積層Bが撹拌されない状態とすることもできる。この場合は廃棄物中の小粒子がチャーとなって飛散するのを抑制でき、タールやチャーが発生した場合も直ちに分解することができる。

0021

副羽口102よりも下方で主羽口103よりも上方の領域である下部堆積層Cでは、主羽口103から燃焼用酸素を吹き込み、コークス及び固定炭素を高温燃焼させ、灰分を溶融させる。消費されたコークスは上部から補充される。

0022

コークス充填層Dでは、コークスの間を溶けスラグ流下する。スラグは出滓口104より連続的又は間欠的に排出される。

0023

本実施形態では、副羽口102から酸素濃度90%以上の酸素を吹き込み、廃棄物がガス化する部分である上部堆積層Bの温度を800℃以上に制御する。これにより、廃棄物がガス化する最初の時点において、タール及びチャーの発生を抑制する。タールやすすが発生すると、その分工業用ガスとして有効利用できないばかりか、その処理も必要になるため、廃棄物がガス化する時点においてタール及びチャーを発生させないことが重要である。

0024

上部堆積層Bの温度を600〜800℃程度で廃棄物をガス化させる場合には、廃棄物のカーボン中の数十%がすすになりガス化されなくなる。これに対し、本実施形態のように上部堆積層Bの温度を800℃以上にすると、すすの生成率を大幅に低減できる。すすの生成率は温度が高ければ高いほど低減できるが、800℃以上にすることで効果的に低減できる。また1000℃以上にすると、廃棄物の一部が溶融し、副羽口102上の上部堆積層B部分の炉壁クリンカー成長して棚つりの原因になってしまう場合があるので1000℃以下が望ましい。

0025

以上のように本発明では堆積層の上部を800℃以上に加熱するが、タール及びチャーの発生を低減させるには、上部堆積層Bの温度を800以上に設定する以外に酸素を供給することも必要である。例えば単なる乾留ではたとえ上部堆積層Bの温度を800以上に設定しても、すすが生成されやすくなってしまう。すすの生成を低減させるのには、上部堆積層Bの温度を所定の温度に設定すると共に、酸素を供給して廃棄物と反応させて分解させることも必要である。

0026

上部堆積層Bの雰囲気温度を調整するために、酸素と共に水又は水蒸気を併用して吹き込むことが望ましい。なお上部堆積層Bの温度は例えば炉壁から炉内に僅かに出た熱電対直接測定することができる。

0027

従来のガス化溶融炉では、廃棄物をガス化させ、そのガスを完全燃焼させ、その熱で蒸気を回収してタービンを回すのが一般的であったが、本発明では廃棄物をガス化させ、そのガスを可燃性の工業用ガスとして回収して製鉄所で利用する。副羽口102から空気ではなく酸素を吹き込むことで、窒素分が減り、高カロリーのガスを回収することができる。また回収されたガスは後工程で、ダイオキシン対策のため水等で急冷されるが、酸素を用いることで生成されるガスのボリュームを低減することができるので、冷却水も節約できる。さらにガスのボリュームを低減することで、空搭速度も小さくなり、ダストの飛散を防止するフリーボードAの容積も大きくする必要がない。

0028

主羽口103からも酸素が吹き込まれることが望ましい。コークスを燃焼させるために主羽口103からの送風量は大きく設定される。回収されるガスのボリュームを下げるためにも、主羽口103から空気ではなく、酸素を吹き込むのが望ましい。またすすの生成率からみても、下部堆積層Cで燃焼したガスが上部堆積層Bに上昇していくので、上部堆積層Bを窒素フリーにするために、主羽口103から空気ではなく酸素を吹き込むのが望ましい。

0029

三段羽口101からも、生成されるガスのボリュームを下げ、高カロリーのガスを得るために酸素を吹き込むのが望ましい。三段羽口101及び主羽口103からは、各層の温度を調整するために酸素と共に水又は水蒸気を吹き込むことが望ましい。

0030

ガス化溶融炉としては、図1に示すものの他に、廃棄物を副羽口102と三段羽口1010との中間の側壁から投入するもの等を用いることができる。廃棄物をフリーボードAの上部から投入する場合、廃棄物がフリーボードAに投入された瞬間に熱分解を受け、十分にガス化される前にバイパスして(すなわち上部堆積層Bに到達しないで)工業用ガスとともに回収されてしまうおそれがある。廃棄物を副羽口102の直上から投入することでこの問題を解決することができる。

0031

なお図1に示すガス化溶融炉では、上下に3段の羽口101、102、103を設け、またコークスを浅く積み、廃棄物の高さが最上段の三段羽口101の高さ以下になるように調整しているが、羽口の段数、廃棄物の高さは様々に設定されてよい。例えば羽口は上下に2段に設けられてもよく、廃棄物の高さは上段の羽口よりも上方に位置してもよい。

0032

上記のようなガス化溶融炉を用いて、堆積層の上部の温度を800℃以上に制御し、且つ流動層に充分な酸素を供給することで、廃棄物のガス化に際してタール及びチャーの発生を最初から抑制して、タール及びチャーの少ないガス化溶融炉ガスが得られる。

0033

廃棄物の堆積層の上部は、必ずしも流動化させる必要はないが、流動層とすることにより、廃棄物が炉の下側に移動しにくくなる棚吊り状態を防止することができる。

0034

酸素ガスは工業的にある程度は酸素以外の成分を含有するものであるが、本発明で用いる酸素としてはすすの生成を充分に低減させるために酸素濃度が90体積%以上の酸素ガスを用いるものとする。

0035

上記のように、廃棄物のガス化に際してタールおよびチャーの発生を抑制させて生成されたガス化溶融炉ガス中に含まれる水素ガスをすべてまたは一部分離する。分離した水素ガスは別途利用することが望ましい。水素ガスの分離には、例えばPAS法による水素製造設備を用いることができる。ガス化溶融炉ガスから水素ガスを全てまたは一部分離した残りであるオフガスは、高炉ガスとして下記のようにして利用する。

0036

製鉄所で使用される燃料ガス等のガスとして発熱量3MJ/m3(標準状態において:以下3MJ/m3Nと記載する)以下のガスを用いてオフガスと混合する。このようにして製造した混合ガスは、模擬高炉ガスとして利用可能であり、高炉ガスに混合して高炉ガスとして利用することができる。

0037

発熱量3MJ/m3N以下のガスとしては、窒素、炭酸ガス、燃焼排ガス、アルゴンガス等の可燃分を含有しないガスを用いることが好ましい。発熱量3MJ/m3N以下のガスを1種または2種以上混合して用いることができる。

0038

また、混合ガスの発熱量が高炉ガス相当である3.3〜4.5MJ/m3となるように、オフガスと発熱量3MJ/m3N以下のガスとを混合することが好ましい。または、混合ガスの燃焼速度が高炉ガス相当となるように、オフガスと発熱量3MJ/m3N以下のガスとを混合することが好ましい。

0039

混合ガスを高炉ガスとして利用する際には、混合ガスの配管を製鉄所内の高炉ガス配管に接続すれば、設備コストをかけずに高炉ガスとして利用することができる。

0040

オフガスを、ガスホルダを介在させた配管網を通して、製鉄所で使用されるガスと混合することが好ましく、オフガスを、製鉄所で使用されるガスと混合する前に昇圧することが好ましい。

0041

次に、製鉄所におけるガス化溶融炉ガスの具体的な利用方法を図面を用いて詳細に説明する。

0042

図2は、本発明の一実施形態であり、製銑・製鋼一貫製鉄所における燃料の流れを示す図である。本実施形態において、高炉の配置は1基である。

0043

図2において、1は操業時に高炉ガス(BFG)1aを副生する高炉、2は操業時にコークス炉ガスCOG)2aを副生するコークス炉、3は操業時に転炉ガス(LDG)3aを副生する転炉である。高炉ガス(BFG)1aは、鉄鉱石還元する際に発生するCO、CO2、H2、N2から成る約3350kJ/m3の可燃性ガスであり、ほぼ連続的に発生する。コークス炉ガス(COG)2aは、石炭を乾留する際に発生するH2、CH4、COなどから成る約20100kJ/m3の可燃性ガスであり、ほぼ連続的に発生する。転炉ガス(LDG)3aは、銑鉄を鋼に改質する際に発生するCO、CO2から成る約8400kJ/m3の可燃性ガスであり、間欠的に発生する。つまり転炉の吹錬によりガスの発生がつねに変動する。

0044

4aは、製鉄所外から購入する外部購入燃料である都市ガスまたはプロパンガス(LPG)である。都市ガスは天然ガス(LNG)にLPGを加えて燃料調整しているのが一般的である。外部購入燃料として燃料調整しない生のLNGを購入しても本発明の適用は可能である。5aは外部購入工業ガスである窒素(N2)、6は外部購入燃料である重油6aの供給源である重油タンクである。

0045

高炉ガスは、約3350kJ/m3と低カロリーであるため、高炉ガスのみをバーナに供給し空気とバーナで混合させて安定燃焼させるのは困難であるので、一般的には、燃焼性の良いコークス炉ガスや都市ガス、LPGと混合して、常温でもバーナで火炎自己保持可能な燃料にして利用する。従来技術においては、高炉ガス1a、コークス炉ガス2a、転炉ガス3a、都市ガスまたはLPG4a、窒素5aとをガスミキサ9で混合させ、ミックスガス(MXG)9aとして各工場41〜45に供給している。

0046

都市ガスまたはLPGは、主に高炉が休風等により高炉ガスや転炉ガスが発生しない場合に、圧延工場で必用な燃料を供給する為に使用され、N2は高カロリーの都市ガスまたはLPGの希釈に用いられる。重油は発電所の燃料として供給される。

0047

7は、ガス化溶融炉であって、高温の炉内において、使用済みプラスチック、建設廃材(紙くず、木くず、繊維くず)、シュレッダーダスト(廃棄家電、廃車)、汚泥、燃えがら、動植物性残さ等の可燃性廃棄物を送風酸素と反応させ、高温還元雰囲気により熱分解・ガス化させ、可燃性のガス化溶融炉ガス7aとして回収するものであり、上記で説明したようにタールやチャー等の配管の汚れを促進させる不純物を含まないガス化溶融炉ガスを回収でき、発生ガスの性状は約8000〜11000kJ/m3であり、炉下部においては、コークスおよび炭素分の燃焼により、廃棄物の灰分を溶融し、出滓口より排出するものである。

0048

11、12、13、14は、各炉で発生する可燃性ガス(燃料ガス)を無害化・燃焼放散する為の燃焼放散塔、すなわち、フレアスタックであり、通常は使用しないが、各炉の起動・停止時のガス成分不安定時や、各炉に対応して設けられた後述のガスホルダの備蓄ベルが上限をオーバーした時などに使用される。

0049

21は、高炉ガス(BFG)を一時貯蔵払出しするバッファーとして機能する容器であるBFGホルダ、22は、コークス炉ガス(COG)を一時貯蔵・払出しするバッファーとして機能する容器であるCOGホルダ、23は、転炉ガス(LDG)を一時貯蔵・払出しするバッファーとして機能する容器であるLDGホルダ、24は、ガス化溶融炉ガスから水素分全てまたは一部を分離した後のオフガスを一時貯蔵・払出しするバッファーとして機能する容器であるオフガスホルダである。特に、ガス化溶融炉ガスはガス発生量の変動が大きいため、オフガス発生量の変動も大きくミックスガスとしてガス混合を安定して行うために、ガスホルダをガス化溶融炉とガスミキサの間に配置しガスの一時貯蔵・払出しを逐次行う事で発生量変動とガスミキサへ供給するガス化溶融炉ガスの使用量との差を吸収する。また、水素製造設備へのガス化溶融炉ガスの発生量変動を吸収する為にガス化溶融炉と水素製造設備の間にガス化溶融炉ガスホルダ25を配置しても良い。これら各ガスホルダ21〜24は、内部ガス圧が65kPaと低圧に保持されている。ガスホルダのシール機構を簡便化する為に65kPaと低圧に設計している。

0050

8は、ガス化溶融炉7とオフガスホルダ24との間に直列に配置された水素製造プラントであり、水素を含むガス化溶融炉ガス7aを通すと、水素以外の重い分子のもの(余分な成分)が吸着され、水素だけがすり抜けていく、いわゆる吸着分離方式により高純度水素ガス8aを精製する装置である。水素製造プラント8では、水素を分離するために、昇圧(8気圧)の必用があるため、入口でコンプレッサ51によってガス化溶融炉ガス7aを0.8MPaに昇圧している。一方、ガス化溶融炉ガス7aから水素ガス8aをすべてまたは一部分離した残りであるオフガス8bの圧力は、水素製造プラント8内での圧力損失を除いた0.7MPaである。本実施形態では、PSA方式の水素製造設備を適用しているがその他の水素製造設備を配置しても本発明と同様なガス化溶融炉ガスの利用は可能である。

0051

また、ガス化溶融炉ガス7aから水素ガス8aを分離した残りであるオフガス8bは、油シールの低圧乾式ガスホルダからなる7kPaのガス圧に保持されたオフガスホルダ24に一時貯蔵されるようになっている。このため、水素製造プラント8でガス化溶融炉ガス7aから水素ガス8aを分離した残りのオフガス8bの圧力を減圧するための膨張タービン52が、水素製造プラント8の出口、つまり水素製造プラント8とオフガスホルダ24をつなぐオフガス配管系内に配置されている。また膨張タービン52は、圧力エネルギを無駄にしないために、動力回収する機能も有している。つまり、膨張タービン52は、図には示していないが水素製造プラント入口で圧縮しているコンプレッサ51と連結され、コンプレッサ51の圧縮動作に必要な動力を低減している。なお、発電機で電力回収するなど他の動力回収の手法も可能である。

0052

31、32、33は、BFG配管、COG配管、およびLDG配管にそれぞれ配置された昇圧機、すなわち、ガスブロワで、これらのブロワ31〜33は、それぞれのガス圧を約65kPaから約120kPaに昇圧してガスミキサに供給するものである。34は、オフガス配管網内においてオフガスホルダ24と直列に配置された昇圧機であるブロワである。ブロワ34を直列に接続したのは、既述したようにガス化溶融炉7では、種々の可燃性廃棄物からガス化溶融炉ガス7aを回収するので、ガス発生量が一定でなく圧力変動を生じる為、ガスミキサ前に昇圧機を配置して、ガスミキサに供給するガス化溶融炉ガス圧力を安定化させる必要があるからである。

0053

9は、各ブロワ31〜33により昇圧されたガス(BFG、COG、LDG、ガス化溶融炉ガス)、都市ガス(又は、LNG、LPG)および窒素(N2)が送りこまれるガスミキサである。

0054

10は、ガスブロワ34により昇圧されたオフガス8b、都市ガス(又は、LNG、LPG)4aおよび窒素(N2)5aが送りこまれるガスミキサである。発熱量変動を吸収する為に、オフガス8bに、製鉄所で使用される各種ガスの中から選択したガスを混合することで、下記(イ)〜(ハ)の燃料性状を安定させた混合ガスである模擬高炉ガスとして製鉄所内工場、たとえば発電所45へ供給する機能を有している。図2においては、オフガスに主として窒素5aを混合し、必要に応じて都市ガスまたはLPGを混合している。

0055

(イ)発熱量:発熱量が一定の範囲となるように、オフガスに、製鉄所で使用される各種ガスを混合する。

0056

(ロ)ウオペインデックス(W.I.):ウオッペインデックス、すなわち(発熱量/√ガス密度)が一定の範囲となるように、オフガスに、製鉄所で使用される各種ガスを混合する。

0057

(ハ)A0/√γ:A0√γとは、すなわち(理論空気量/√ガス密度)であり、A0√γが一定の範囲となるように、オフガスに、製鉄所で使用される各種ガスを混合する。

0058

つまり、ガスミキサ10は、(イ)〜(ハ)の燃料性状が一定の範囲となるようにオフガスに、製鉄所で使用される各種ガスを混合することで、燃料性状を高炉ガスに近いものとする。上記(イ)〜(ハ)の中から選ばれる1つ以上が一定の範囲になるように混合することが望ましいが、(イ)〜(ハ)のすべてが一定の範囲になるように混合することが最も望ましい。

0059

上記のようにしてオフガス8bを製鉄所で使用される各種ガスと混合して高炉ガスとして使用することで、オフガス8bの発生量や発熱量の変動を吸収して、燃焼性状の安定した模擬高炉ガスとして利用することができる。また、既設の高炉ガスのガス供給網を利用できるので、最低限のガス管の設置でガス化溶融炉ガスを利用できる。

0060

ここで、製鉄所で使用される各種ガスとは、COG、LDG、都市ガス(又は、LNG、LPG)、および窒素(N2)、炭酸ガス、燃焼排ガス、アルゴンガスであり、窒素(N2)、炭酸ガス、燃焼排ガス、アルゴンガスは比較的発熱量の少ない低カロリーガスであり、都市ガス(又は、LNG、LPG)、または、コークス炉ガス(COG)は比較的発熱量の多い高カロリーガスである。高炉ガス(BFG)は比較的発熱量の少ない低カロリーガスであり、燃料性状を安定化させる具体的手段は、オフガスのカロリーに応じて、高カロリーガスと低カロリーガスとを適宜選択して混合ガスが所定のカロリーを有するように調整するものである。したがって、オフガスのカロリーが高い場合は窒素(N2)、炭酸ガス、燃焼排ガス、アルゴンガス等を、オフガスのカロリーが低い場合は都市ガス(又は、LNG、LPG)、または、コークス炉ガス(COG)等を混合することが望ましい。

0061

そして、高カロリーガスとしてコークス炉ガス(COG)を優先使用することで、外部購入燃料である都市ガス(又は、LNG、LPG)の量を削減することができる。

0062

発電所45には、ミックスガス(MXG)9a以外に、模擬高炉ガス(BFG)1a、コークス炉ガス(COG)2a、および転炉ガス(LDG)3aが直接供給可能になっている。これは各ガスの発生量の変動を吸収するためのもので、ガスミキサへの供給後に余剰のガスがあった場合、これを発電燃料として使用している。また、外部購入燃料である重油6aも供給可能になっている。そして、各燃料種に応じたバーナを有するボイラおよびタービンが配置されている。発電所45では、通常はミックスガス(MXG)の他に、模擬高炉ガス(BFG)、コークス炉ガス(COG)、及び転炉ガス(LDG)を優先的に燃料ガスとして使用して、製鉄所が使用する電力を発電するのに必用な燃料の不足分として重油を供給して発電している。

0063

本発明のように、タールやチャーなど配管の汚れを促進する不純物の少ないガス化溶融炉ガスを使用することでガス配管網に汚れが付着しバルブ動作の不具合が発生することなく水素製造プラントに供給する事により、製鉄所全体として燃料ガス全体としての供給量を増やすことができ、製鉄所外部より購入していた重油の量を削減する事ができる。

0064

また、重油の使用量削減により、発電所から発生する重油起因で増大していたNOX、SOX量も低減することができる。

0065

さらに、高炉休風時にガス化溶融炉ガスを利用することで、都市ガスやLPGの使用量を削減することも可能である。

図面の簡単な説明

0066

ガス化溶融炉の構造を示す概略図。
製銑・製鋼一貫製鉄所における燃料の流れを示す図。

符号の説明

0067

1高炉
1a高炉ガス(BFG)
2コークス炉
2aコークス炉ガス(COG)
3転炉
3a転炉ガス(LDG)
4a都市ガス(又はLPG)
5a窒素(N2)
6重油タンク
6a重油
7ガス化溶融炉
7aガス化溶融炉ガス
8水素製造プラント
8a水素ガス
8bオフガス
ガスミキサー
9aミックスガス(MXG)
10 ガスミキサー
11フレアスタック
12 フレアスタック
13 フレアスタック
14 フレアスタック
21 BFGホルダ
22 COGホルダ
23 LDGホルダ
24 オフガスホルダ
25 ガス化溶融炉ガスホルダ
31ガスブロワ
32 ガスブロワ
33 ガスブロワ
34 ガスブロワ
41製銑工場
42製鋼工場
43鋼板工場
44鋼管条鋼工場
45発電所
51コンプレッサ
52膨張タービン
101 三段羽口
102 副羽口
103 主羽口
104出滓口
105廃棄物投入口
106投入口
107 排出口
Aフリーボード
B 上部堆積層
C 下部堆積層
D コークス充填層

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