JP2001323308A - 廃プラスチックの処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 廃プラスチックを利用して還元鉄を効率
よく製造する方法を開発する。 【解決手段】 上記課題は、鉄鉱石粒子を流動媒体とす
る流動層熱分解炉で廃プラスチックを熱分解して生成す
る炭素を該鉄鉱石粒子に付着させ、これを還元すること
を特徴とする還元鉄の製造方法によって達成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、廃プラスチックを
利用して還元鉄等を効率よく製造する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】粉鉱石を原料とした還元鉄の製造方法と
しては、鉄鉱石に炭素を付着後、還元炉で還元する方法
が、高還元速度を得る方法として知られている。例え
ば、鉄鉱石にコークスを混ぜてペレット化後回転炉床還
元炉で還元する、ＩＮＭＥＴＣＯ法，Ｆａｓｔｍｅｔ法
が実用化されている。

【０００３】一方、流動層で重質油を分解して、軽質
油、分解ガスを得るとともに、鉄鉱石の表面に炭素を被
覆後、流動層還元する方法が特開昭５８−３２６９０号
公報に開示されている。この方法は、鉄鉱石を流動媒体
とした流動層（４００〜６３０℃）において残油の熱分
解で発生したＣＨ_４リッチのガスを、後段の流動層（７
００〜１１００℃）で還元鉄を触媒としてＣＯ＋Ｈ_２に
改質して還元ガスとして利用している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この方
法で得られる熱分解成分は、軽質油が主体（約８０％）
であり、還元ガスとして利用できる量は少ない。また、
エネルギー源としてガス利用の多い製鉄所の需要には適
さない問題点があった。

【０００５】また、上記手法で残油に変えて廃プラスチ
ックを熱分解源として使用し、ガス収率を高めるために
高温での熱分解を試みても、流動媒体として使用する鉄
鉱石の種類によっては、付着炭素量が少なく、鉄鉱石粒
子を加熱する際に部分酸化で消費される付着炭素量が不
足する問題があった。

【０００６】廃プラスチックにはＣｌが含まれていて熱
分解によってＨＣｌが発生し、これが熱分解炉や配管を
腐食し、さらに分解ガスの有効利用を阻害することも問
題であった。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは最近問題と
なっている廃プラスチックを還元鉄を製造する炭素源と
することを着想し、種々検討した結果、廃プラスチック
がこの炭素源として極めて好適であることを見出し、本
発明を完成するに至った。

【０００８】また、廃プラスチックの熱分解をＨＣｌ吸
収剤の存在下で行うことによって熱分解炉や配管の腐食
の問題を解決できるばかりでなく、分解ガスもそのまま
有効利用できるようになることも見出した。

【０００９】すなわち、本発明は、鉄鉱石粒子を流動媒
体とする流動層熱分解炉で廃プラスチックを熱分解して
生成する炭素を該鉄鉱石粒子に付着させ、これを還元す
ることを特徴とする還元鉄の製造方法に関するものであ
る。

【００１０】本発明は、また、廃プラスチックの熱分解
をＨＣｌ吸収剤の存在下で行って熱分解で発生したＨＣ
ｌを該ＨＣｌ吸収剤に吸収させることを特徴とする上記
の廃プラスチックの処理方法に関するものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】鉄鉱石には、赤鉄鉱、褐鉄鉱、磁
鉄鉱、菱鉄鉱、硫化鉄鉱、鉄硅酸塩鉱物等があり、さら
に製鉄所で発生するＦｅを多く含むダスト等も本発明に
使用できる。好ましいものは、メッキスラッジ、ミルス
ラッジ等である。鉄鉱石の粒径は平均粒径で５０〜５０
０μｍ、好ましくは７０〜２００μｍ、比表面積では２
〜５０ｍ^２／ｇ、好ましくは２〜２０ｍ^２／ｇのものが
好ましく使用される。本発明の方法において、熱分解産
物として水素ガスあるいは合成ガスも製造しようとする
場合には熱分解温度を６００〜８５０℃にする必要があ
るが、炭素の付着量は高温になる程減少する。そこで、
比表面積の大きな鉄鉱石を用いることによって充分な炭
素付着量を確保することができる。

【００１２】流動媒体における鉄鉱石の占める割合は３
０％以上、好ましくは７０〜９５％程度、特に好ましく
は９０〜９５％程度が適当である。鉄鉱石が１００％で
ない場合の他の媒体には後述する鉄族元素を含有する触
媒が含まれる。

【００１３】流動層熱分解炉は重質油分解（特開昭５８
−３２６９０号公報）等に使用されているものを用いれ
ばよい。

【００１４】流動媒体を流動させる気流は、熱分解生成
物をどのように利用するかによって異なるが、水素ガス
や合成ガスを製造する場合にはスチーム又はスチーム含
有ガスを用いる。スチーム含有ガスの場合に混合される
他のガスは炭酸ガス、窒素ガス等が適当であり、スチー
ムの含有量は５０容量％以上、好ましくは７０容量％以
上とする。

【００１５】廃プラスチックは熱分解して炭化するもの
であればよく、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂のいずれで
あってもよく、ほとんどのプラスチックを使用できる。
入手の可能性の高いものは量産されているものであり、
例示すれば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオ
レフィンのほか、ポリスチレン、塩化ビニル樹脂、フェ
ノール樹脂、ポリウレタン、合成ゴム等である。

【００１６】本発明の方法においては流動媒体に鉄族元
素を含有する触媒を添加することが好ましい。この触媒
は廃プラスチックの熱分解で生成した炭化水素をさらに
熱分解するとともにスチームと反応させてＨ_２とＣＯへ
改質させるものである。この触媒としてはＦｅ，Ｎｉ，
Ｃｏから選ばれた少なくとも１種類の金属を含有するも
のが使用可能であり、例示すれば、酸化鉄、製鉄所の表
面処理工程で発生するスラッジ、フェライト、鉄鉱石、
ニッケル鉱石、ラテライト、コバルト鉱石、Ｎｉ−Ｍ
ｏ、Ｃｏ−Ｍｏ触媒などである。この触媒として本発明
の方法で製造した還元鉄を使用することが特に好まし
い。触媒の粒径は平均粒径で０．１〜１００μｍ程度、
特に０〜３０μｍ程度が好ましい。また、鉄鉱石粒子の
粒径（平均粒径）よりも平均粒径で１／２〜１／５程度
にすることにより、熱分解炉内において流動層上部の触
媒濃度を高めて改質反応を効率よく進めることができる
ので好ましい。触媒の添加量は鉄鉱石との和に対して２
〜３０重量％、好ましくは５〜１０重量％が適当であ
る。

【００１７】熱分解温度は５００℃以上、好ましくは５
５０℃以上である。５００℃未満では熱分解速度が遅
く、タール成分が多く発生する。一方、熱分解温度をあ
まり高めると炭素付着量の減少等が起こって好ましくな
く８５０℃以下、好ましくは７５０℃以下、より好まし
くは７００℃以下、さらに好ましくは６５０℃以下がよ
い。ＨＣｌの吸収を考えると７００℃以下が好ましい。

【００１８】本発明においては、廃プラスチックの熱分
解をＨＣｌ吸収剤の存在下で行って熱分解で発生したＨ
Ｃｌを該ＨＣｌ吸収剤に吸収させることが好ましい。

【００１９】ＨＣｌ吸収剤は熱分解の高温のもとでＨＣ
ｌ吸収能力を発揮しうるものであり、具体的にはＣａ
Ｏ、石灰石、ＭｇＯ、Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏなどが使用でき
る。

【００２０】また、触媒粒子およびＨＣｌ吸収剤の粒径
を鉄鉱石粒子の粒径の１／３以下とすることにより、フ
リーボード部の触媒およびＨＣｌ吸収剤粒子濃度を上げ
て上記改質反応およびＨＣｌ吸収反応を効率よく進める
ことが可能であり、流動層から飛び出した触媒およびＨ
Ｃｌ吸収剤粒子は、サイクロン等で捕集して流動層熱分
解炉に戻される。

【００２１】本発明者らは、熱分解速度を向上させる触
媒を探した結果、製鉄所の表面処理工程で発生するスラ
ッジを添加することにより、熱分解ガス収率が向上する
とともに、ＨＣｌが除去されることを見出した。これ
は、該スラッジは、塩素吸収剤となるＣａＯが多く含ま
れているためである。尚、廃プラスチック中のＣｌ含有
量が高い場合には、Ｃｌ吸収剤として広く用いられる石
灰石を追加することもある。スラッジは、粒度が１００
μｍ以下の微粉が主体であり、熱分解副生炭素とともに
鉄鉱石表面に付着して熱分解塔、鉱石加熱塔を循環す
る。この時、スラッジ中のＮｉの成分が速やかに還元さ
れて、鉄鉱石の還元触媒として機能することになる。

【００２２】ＨＣｌ吸収剤の使用によって分解生成ガス
中のＣｌ濃度を１００ｐｐｍ以下にすることができる。

【００２３】熱分解産物は炭素付着鉄鉱石と分解ガスと
油分である。

【００２４】分解ガスは、流動媒体を流動させる気流に
スチーム又はスチーム含有ガスを用いた場合には水素又
は合成ガスが得られる。この合成ガスは水素と一酸化炭
素を主成分とするガスの意味であり、水素と一酸化炭素
の比率は１０００：１〜３：１の範囲で変わりうる。こ
のガスにはさらにＣ_１〜Ｃ_５の炭化水素やＣＯ_２を含ん
でいる。

【００２５】油分は主にＣ_５〜Ｃ_３０程度を主成分とす
るものであり分留等により各種留分に分けることができ
る。

【００２６】炭素付着鉄鉱石の炭素付着率は１〜２０重
量％、好ましくは３〜１０重量％が適当である。

【００２７】炭素付着鉄鉱石の還元は公知の還元鉄の製
造方法に準じて行うことができる。

【００２８】本発明の方法の実施に使用される装置の一
例を図１に示す。この装置は、鉄鉱石ホッパー１、廃プ
ラスチックホッパー２、流動層式鉱石加熱炉３、流動層
式熱分解炉４、流動層式還元炉５、分離装置６及び触媒
ホッパー７よりなっている。

【００２９】鉄鉱石ホッパー１は鉱石加熱炉３に配管接
続されており、鉄鉱石はまずこの加熱炉３に投入され
る。加熱炉３では鉄鉱石は底部から吹込まれる空気によ
って流動化され、熱分解炉４の流動層上部から加熱炉３
の下部に返送される一部の炭素付着鉄鉱石の炭素の部分
燃焼によって５００〜７００℃に加熱される。鉱石加熱
炉３で加熱された鉄鉱石は流動層上部に接続された配管
を通って流動層式熱分解炉４へ移る。この熱分解炉４の
上部には添加物ホッパー７が配管接続されており、鉄族
元素を含有する触媒とＨＣｌ吸収剤が添加される。ま
た、下部には廃プラスチックホッパー２が配管接続され
ていて廃プラスチックが供給される。この廃プラスチッ
クは炉内で流動状態にある鉄鉱石粒子により接触分解さ
れ、炭化水素が生成する。 熱分解 Ｃ_ｎＨ_{（２ｎ＋２）} → Ｃ_ｎ−２Ｈ_２ｎ−２＋Ｃ_２Ｈ_４ Ｃ_２Ｈ_４ → ２Ｃ＋２Ｈ_２

【００３０】該熱分解炉４における分解反応は吸熱反応
であるから、該炉４には、十分な熱量を供給する必要が
ある。この熱量は主として鉄鉱石粒子によって炉内に搬
入される熱量であるから、熱分解炉４から鉱石加熱炉３
の下部に帰還させて再加熱したのち、再び熱分解炉４に
供給する鉱石循環する循環量が大きくなるように工夫さ
れている。

【００３１】また、前記熱分解炉４内で鉄鉱石粒子を流
動化させるため、該熱分解炉４の底部に接続された配管
４からスチームが供給されており、これら鉄鉱石粒子、
触媒粒子およびスチームは熱分解炉４内に５００〜８５
０℃、好ましくは５００〜７００℃の流動層を形成する
のに必要な量および温度に制御されて供給される。さら
に、前記熱分解で発生した炭化水素は、スチームと反応
しＨ_２とＣＯに改質される。さらに、ＣＯはスチームと
反応（シフト反応）し、ＣＯ_２とＨ_２が生成する。 改 質 ＣＨ_４＋Ｈ_２Ｏ → ＣＯ＋３Ｈ_２ Ｃ_２Ｈ_６＋２Ｈ_２Ｏ → ２ＣＯ＋５Ｈ_２ ＣＯ＋Ｈ_２Ｏ → ＣＯ_２＋Ｈ_２ ＨＣｌ吸収 ２ＨＣｌ＋ＣａＯ → ＣａＣｌ_２＋Ｈ_２Ｏ

【００３２】上記反応により、廃プラスチックの約５０
〜９０％、通常７０〜９０％が分解生成物として炉頂よ
り配管を経て分離装置６に送出される。残りの約１０〜
５０％、通常１０〜３０％が副生炭素となり、鉄鉱石粒
子に付着してこれと共に次工程に排出される。

【００３３】熱分解炉４から排出される炭素付着鉄鉱石
粒子は一部は熱源として加熱炉３へ返送し、残余は流動
層式還元炉へ送る。この比率は加熱炉送分：還元炉送分
が１００：１〜２：１、通常５０：１〜５：１が適当で
ある。

【００３４】還元炉では、炭素付着鉄鉱石粒子は炉底か
ら吹込まれる主としてＨ_２およびＣＯからなる高温還元
ガスによって流動化されるとともに次のように還元され
還元鉄として取出される。また、付着炭素も次のように
鉄鉱石の還元に寄与する。 Ｆｅ_２Ｏ_３＋Ｈ_２ → ２ＦｅＯ＋Ｈ_２Ｏ ＦｅＯ＋Ｈ_２ → Ｆｅ＋Ｈ_２Ｏ Ｆｅ_２Ｏ_３＋ＣＯ → ２ＦｅＯ＋ＣＯ_２ ＦｅＯ＋ＣＯ → Ｆｅ＋ＣＯ_２ Ｆｅ_２Ｏ_３＋Ｃ → ２ＦｅＯ＋ＣＯ ＦｅＯ＋Ｃ → Ｆｅ＋ＣＯ

【００３５】還元ガスは、熱分解炉４で発生したガスを
使うことも可能であるが、熱分解炉発生ガスよりも製鉄
所で一般に使用されているコークス炉ガス（Ｃガス）の
方が低カロリーでＨ_２リッチなので、Ｃガスを還元ガス
として用い、Ｃガスを鉱石加熱炉３或いは還元炉５の排
ガス燃焼熱、抜出した還元鉄等で予熱送入する方が有利
である。

【００３６】熱分解炉４で発生する廃プラスチックの熱
分解物は分離装置に送って分解ガス、軽質油、残渣油等
に分離され、それぞれ有効利用される。

【００３７】上記方法においては、熱分解温度をＣ_１〜
Ｃ_３０の炭化水素の分解可能な、５００〜８５０℃、好
ましくは６００〜７５０℃とすることで、高い熱分解ガ
ス収率を得ることが可能になる。特に、その際、Ｆｅ，
Ｎｉ，Ｃｏから選ばれた少なくとも１種類の金属を含有
する触媒を熱分解炉に流動媒体に加えることで、高い熱
分解ガス収率を得ることが可能になる。触媒は、熱分解
塔、鉱石加熱塔を鉄鉱石とともに循環するが、鉱石加熱
塔を部分酸化で弱還元雰囲気に保つことで、触媒が酸化
・失活することなく機能可能である。

【００３８】本発明の方法の実施に使用される装置の別
の例を図２に示す。この装置は、図１の装置の加熱炉３
の排出ガスの一部を加熱炉３へ返送して流動化を高めて
いる点、熱分解炉４の排気ラインにサイクロン８を設け
て触媒粒子や鉄鉱石微粉を捕集して戻しうるようにした
点、還元炉の排気ラインにもサイクロン９を設けて還元
鉄の微粉を捕集し、これは熱分解炉４に送って触媒とし
て使用しうるようにした点、分離装置６で分離された残
渣油を加熱炉３、熱分解炉４及び還元炉５へ送るライン
を設けてこれらの炉で熱源として使用しうるようにした
点を除いて図１の装置と同じである。

【００３９】

【実施例】実施例１ 流動層実験装置（流動層高：約２０ｃｍ）を用いて熱分
解を行った。廃プラスチックは、予熱溶解後、流動層に
送入した。

【００４０】原料、条件は以下の通りである。 鉄 鉱 石：Ｆｅ_２Ｏ_３ ８０．５％、ＦｅＯ １３．９％、 ＳｉＯ_２ ４．１％、Ｔ−Ｆｅ（鉄分）６７．２％ 平 均 粒 径：１００μｍ 廃プラスチック：ポリエチレン 反 応 温 度：７００℃ 供 給 量：鉄鉱石；１００ｇ／ｈｒ、 触媒（還元Ｆｅ）；１０ｇ／ｈｒ、 ポリエチレン；１００ｇ／ｈｒ

【００４１】この結果、表１に示すように、４６％と高
い熱分解ガス比率が得られ、表２に示す熱分解ガス組成
が得られ、ガス発熱量も、１１０２４ｋｃａｌ／Ｎｍ^３
と高いカロリーが得られた。また、投入廃プラスチック
当りの発生ガス熱量は、６１７３ｋｃａｌ／ｋｇ・Ｐで
あった。

【００４２】実施例２ 次に、実施例１における廃プラスチックを、ポリエチレ
ンと塩化ビニルの混合物に代えて熱分解を行った。廃プ
ラスチックは、予熱溶解、脱塩素後、流動層に送入し
た。

【００４３】原料、条件は以下の通りである。 鉄 鉱 石：Ｆｅ_２Ｏ_３ ８０．５％、ＦｅＯ １３．９％、 ＳｉＯ_２ ４．１％、Ｔ−Ｆｅ（鉄分）６７．２％ 平 均 粒 径：１００μｍ 廃プラスチック：ポリエチレン（５０ｗ％）、塩化ビニル（５０ｗ％） 反 応 温 度：７００℃ 供 給 量：鉄鉱石；１００ｇ／ｈｒ、 触媒（還元Ｆｅ）；１０ｇ／ｈｒ、 廃プラスチック；１００ｇ／ｈｒ

【００４４】この結果、実施例１と同様に、４２％と高
い熱分解ガス比率が得られ、表２に示す熱分解ガス組成
が得られ、ガス発熱量も、１１３５１ｋｃａｌ／Ｎｍ^３
と高いカロリーが得られた。但し、投入廃プラスチック
当りの発生ガス熱量はＨＣｌが発生する分低く、３５０
０ｋｃａｌ／ｋｇ・Ｐであった。

【００４５】実施例３ 次に、実施例１における触媒を、Ｎｉ鉱石（Ｎｉ：２．
７％含有）に代えて熱分解を行った。

【００４６】原料、条件は以下の通りである。 鉄 鉱 石：Ｆｅ_２Ｏ_３ ８０．５％、ＦｅＯ １３．９％、 ＳｉＯ_２ ４．１％、Ｔ−Ｆｅ（鉄分）６７．２％ 平 均 粒 径：１００μｍ 廃プラスチック：ポリエチレン 反 応 温 度：７００℃ 供 給 量：鉄鉱石；１００ｇ／ｈｒ、 触媒（Ｎｉ鉱石）；１０ｇ／ｈｒ、 ポリエチレン；１００ｇ／ｈｒ

【００４７】この結果、実施例１と同様に、４０％と高
い熱分解ガス比率が得られ、表２に示す熱分解ガス組成
が得られ、ガス発熱量も、１１３８８ｋｃａｌ／Ｎｍ^３
と高カロリーが得られた。

【００４８】比較例１ 比較のため、特開昭５８−３２６９０号公報に開示され
ている５５０℃の条件で重質油を用いて流動層熱分解を
行った。

【００４９】原料、条件は以下の通りである。 鉄 鉱 石：Ｆｅ_２Ｏ_３ ８０．５％、ＦｅＯ １３．９％、 ＳｉＯ_２ ４．１％、Ｔ−Ｆｅ（鉄分）６７．２％ 平 均 粒 径：１００μｍ 反 応 温 度：５５０℃ 供 給 量：鉄鉱石；１００ｇ／ｈｒ、触媒(還元Ｆｅ)；１ｇ／ｈｒ、 重質油；１００ｇ／ｈｒ

【００５０】この結果、熱分解ガスの生成量は、投入重
質油の７％と低い結果となった（表１，２）。

【００５１】比較例２ 次に、廃プラスチックはポリエチレン（１００％）のま
まで、触媒を投入せず、流動層熱分解を行った。

【００５２】原料、条件は以下の通りである。 鉄 鉱 石：Ｆｅ_２Ｏ_３ ８０．５％、ＦｅＯ １３．９％、 ＳｉＯ_２ ４．１％、Ｔ−Ｆｅ（鉄分）６７．２％ 平 均 粒 径：１００μｍ 廃プラスチック：ポリエチレン 反 応 温 度：７００℃ 供 給 量：鉄鉱石；１００ｇ／ｈｒ、触媒；無し、 ポリエチレン；１００ｇ／ｈｒ

【００５３】この結果、熱分解ガスの生成量は、投入廃
プラスチックの３６％が得られたものの、触媒添加の実
施例１と比較して低い結果となった（表１）。

【００５４】比較例３ 次に、鉄鉱石の平均粒径を３００μｍに変えて、流動層
熱分解を行った。

【００５５】原料、条件は以下の通りである。 鉄 鉱 石：Ｆｅ_２Ｏ_３ ８０．５％、ＦｅＯ １３．９％、 ＳｉＯ_２ ４．１％、Ｔ−Ｆｅ（鉄分）６７．２％ 平 均 粒 径：３００μｍ 廃プラスチック：ポリエチレン 反 応 温 度：７００℃ 供 給 量：鉄鉱石；１００ｇ／ｈｒ、 触媒（還元Ｆｅ）；１０ｇ／ｈｒ、 ポリエチレン；１００ｇ／ｈｒ

【００５６】この結果、熱分解ガスの生成量は、投入廃
プラスチックの３２％と、実施例１と比較して低い結果
となった（表１）。これは、鉄鉱石粒子径が３倍になっ
たことで、流動化ガス流速が９倍（ガス滞留時間で１／
９）になり、熱分解反応率が低下したためと推定され
る。従って、３００μｍ以上の鉄鉱石を用いることは得
策では無い。

【００５７】以上の実施例・比較例を比較することで、
本発明が熱分解ガス収率向上に有効であることが判明し
た。

【００５８】

【表１】 （＊１）：脱塩素後熱分解炉に投入しているので、廃プ
ラからＨＣｌを除いた重量基準の値

【００５９】

【表２】

【００６０】実施例４ 流動層実験装置（流動層高：約２０ｃｍ）を用いて熱分
解を行った。プラスチックは予熱溶解後、流動層に送入
した。原料、条件は以下の通りである。 鉄鉱石品種 ：Ａ（比表面積：２６ｍ^２／ｇ、組成は表
３） プラスチック：ポリエチレン 供 給 量：鉄鉱石；５０ｇ／ｈｒ、プラスチック；
１００ｇ／ｈｒ

【００６１】この結果、表４に示すように、９％の鉄鉱
石付着炭素量と、６５％と高い熱分解ガス比率、表５に
示す熱分解ガス組成が得られ、ガス発熱量も、１１４０
０ｋｃａｌ／Ｎｍ^３と高いカロリーが得られた。投入廃
プラスチック当りの発生ガス熱量では、７４６０ｋｃａ
ｌ／ｋｇ・Ｐになる。

【００６２】実施例５〜８ 次に、実施例４における鉄鉱石の品種および混合比率、
プラスチックの種類を変えて熱分解を行った。条件を表
５に示す。

【００６３】この結果、比表面積の大きい鉄鉱石１００
％の場合（実施例４〜６）では約６５％の熱分解ガス化
比率（発熱量は１１０００ｋｃａｌ／Ｎｍ^３程度）、１
０％以下の液状生成物が得られる結果となった。また、
比表面積の大きい鉄鉱石と比表面積の小さい鉄鉱石を混
合した鉄鉱石を使用した場合（実施例７，８）では、比
表面積の大きい鉄鉱石の比率が減ると、鉄鉱石付着炭素
が減少した。また、生成ガス中のＨ_２濃度が減少したこ
とにより容積当りガス発熱量は増加するが、投入プラス
チック当りガス発熱量に換算するとやや減少する傾向が
得られた（表４，５）。

【００６４】比較例４ 比較のため、比表面積の小さい鉄鉱石Ｃ（１００％）と
ポリエチレンで流動層熱分解を行った。

【００６５】原料、条件は以下の通りである。 鉄鉱石品種 ：Ｃ（比表面積：１ｍ^２／ｇ、組成は表
３） プラスチック：ポリエチレン 供 給 量：鉄鉱石；５０ｇ／ｈｒ、プラスチック；
１００ｇ／ｈｒ

【００６６】この結果、鉄鉱石付着炭素は０．１％と殆
ど残らず、炭素付着の目的が達成できなかった。

【００６７】熱分解ガス化比率、熱分解ガス組成は、表
４，５の値であった。

【００６８】また、生成ガス中のＣＯ_２濃度が高くなっ
ており、流動層熱分解炉で鉄鉱石の一部が還元したもの
が流動層加熱炉で表面に炭素が被覆していないため再酸
化され、鉄鉱石粒子が循環し熱分解流動層に戻った時に
再度還元されると共にＣＯ_２が発生している兆候が見受
けられる。このことから、ＣＯ_２濃度が３％と高くなり
つつある条件、即ち比表面積の高い鉄鉱石比率３０％
（実施例８）が本発明の効果が発揮される限界付近と推
測できる。

【００６９】比較例５ 次に、特開昭５８−３２６９０号公報に開示されている
５５０℃の条件で流動層熱分解を行った。

【００７０】原料、条件は以下の通りである。 鉄鉱石品種 ：Ｃ（比表面積：１ｍ^２／ｇ、組成は表
３） プラスチック：ポリエチレン 供 給 量：鉄鉱石；５０ｇ／ｈｒ、プラスチック；
１００ｇ／ｈｒ

【００７１】この結果、鉄鉱石付着炭素は８％と良好で
あったが、熱分解ガス比率は１３％と低い結果となった
（表４，５）。

【００７２】処理温度が低いため、鉄鉱石の比表面積が
少なくても表面に炭素が付着するが、熱分解によるガス
化比率が低いことが確認された。

【００７３】

【表３】

【００７４】

【表４】

【００７５】

【表５】

【００７６】実施例９ 流動層実験装置（流動層高：約２０ｃｍ）を用いて熱分
解を行った。廃プラスチックは、ホッパーより流動層に
落下投入した。

【００７７】原料、条件は以下の通りである。 鉄 鉱 石 ：Ｆｅ_２Ｏ_３ ８０．５％、ＦｅＯ １３．９％、 ＳｉＯ_２ ４．１％、Ｔ−Ｆｅ（鉄分）６７．２％ 平 均 粒 径 ：１５０μｍ 触媒、ＨＣｌ吸収剤：製鉄所表面処理工程で発生するスラッジ Ｆｅ １０％、Ｎｉ ２．５％、Ｃａ ２５％ 廃プラスチック ：塩化ビニル（粒状）＋ポリエチレン（粒状） 反 応 温 度 ：６００℃ 供 給 量 ：鉄鉱石；１００ｇ／ｈｒ、スラッジ；１０ｇ／ｈｒ 塩化ビニル；５ｇ／ｈｒ、 ポリエチレン；９５ｇ／ｈｒ

【００７８】この結果、表６に示すように、４６％と高
い熱分解ガス比率および７０ｐｐｍの低ＨＣｌ濃度、表
７に示す熱分解ガス組成が得られ、ガス発熱量も９５０
０ｋｃａｌ／Ｎｍ^３と高いカロリーが得られた。

【００７９】実施例１０ 次に、実施例９における廃プラスチックの塩化ビニル濃
度を上げ、ＨＣｌ吸収剤として石灰石を加えて熱分解を
行った。

【００８０】原料、条件は以下の通りである。 鉄 鉱 石 ：Ｆｅ_２Ｏ_３ ８０．５％、ＦｅＯ １３．９％、 ＳｉＯ_２ ４．１％、Ｔ−Ｆｅ（鉄分）６７．２％ 平 均 粒 径 ：１５０μｍ 触媒、ＨＣｌ吸収剤：製鉄所表面処理工程で発生するスラッジ Ｆｅ １０％、Ｎｉ ２．５％、Ｃａ ２５％ 石灰石 廃プラスチック ：塩化ビニル（粒状）＋ポリエチレン（粒状） 反 応 温 度 ：６００℃ 供 給 量 ：鉄鉱石；１００ｇ／ｈｒ、スラッジ；１０ｇ／ｈｒ 石灰石；１０ｇ／ｈｒ、塩化ビニル；２０ｇ／ｈｒ、 ポリエチレン；８０ｇ／ｈｒ

【００８１】この結果、実施例９と同様に、４２％と高
い熱分解ガス比率および６０ｐｐｍの低ＨＣｌ濃度が得
られ、ガス発熱量も８９００ｋｃａｌ／Ｎｍ^３と高いカ
ロリーが得られた。

【００８２】比較例６ 次に、実施例９において、熱分解温度を７５０℃に代え
て熱分解を行った。この結果、熱分解ガス比率は６２％
に向上したが、熱分解ガス中のＨＣｌ濃度が１３００ｐ
ｐｍと高くなった。

【００８３】比較例７ 次に、実施例９において、熱分解温度を４５０℃に代え
て熱分解を行った。この結果、熱分解ガス中のＨＣｌ濃
度は、４５ｐｐｍと低いが、熱分解ガス比率は１４％に
低下した。

【００８４】比較例８ 次に、実施例１０において、ＨＣｌ吸収剤の石灰石は投
入するが、触媒であるスラッジを投入しない条件で熱分
解を行った。この結果、熱分解ガス中のＨＣｌ濃度は、
６５ｐｐｍと低いが、熱分解ガス比率は２９％に低下し
た。

【００８５】

【表６】

【００８６】

【表７】

【００８７】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、熱分解反
応速度を高めることができ、その結果として熱分解ガス
収率を向上することと鉄鉱石表面に炭素を付着させるこ
とが両立できる。鉄鉱石粒子に付着した副生炭素は、後
段の流動層還元炉で加熱することにより、鉄鉱石の還元
剤として有効活用できる。さらに、ＨＣｌ吸収剤を熱分
解炉に加えることによって分解生成ガスをＨＣｌを含ま
ないものにして有効利用しやすいものとすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の方法に使用される装置の一例の構成
を示すフローシートである。

【図２】 本発明の方法に使用される別の装置の一例の
構成を示すフローシートである。

【符号の説明】

１…鉄鉱石ホッパー ２…廃プラスチックホッパー ３…流動層式鉱石加熱炉 ４…流動層式熱分解炉 ５…流動層式還元炉 ６…分離装置 ７…触媒ホッパー ８…サイクロン ９…サイクロン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 有山 達郎 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 浅沼 稔 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 Ｆターム(参考） 4F301 CA09 CA25 CA26 CA42 CA52 CA65 CA72 4K001 AA10 BA02 CA16 CA23 GA09 4K012 DB04 DB10 4K056 AA00 DB02 DB07

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鉄鉱石粒子を流動媒体とする流動層熱分
   解炉で廃プラスチックを熱分解して生成する炭素を該鉄
   鉱石粒子に付着させ、これを還元して還元鉄を製造する
   ことを特徴とする廃プラスチックの処理方法
2. 【請求項２】 廃プラスチックの熱分解をＨＣｌ吸収剤
   の存在下で行って熱分解で発生したＨＣｌを該ＨＣｌ吸
   収剤に吸収させることを特徴とする請求項１記載の廃プ
   ラスチックの処理方法
3. 【請求項３】 鉄族元素を含有する触媒を前記流動媒体
   に添加することを特徴とする請求項１又は２記載の廃プ
   ラスチックの処理方法
4. 【請求項４】 鉄族元素を含有する触媒がこの方法で得
   られた還元鉄の一部である請求項３記載の廃プラスチッ
   クの処理方法
5. 【請求項５】 ＨＣｌ吸収剤及び鉄族元素を含有する触
   媒が製鉄所の表面処理工程で発生するスラッジである請
   求項１、２又は３記載の廃プラスチックの処理方法