JP2002020533A

JP2002020533A - 廃プラスチックのガス化方法

Info

Publication number: JP2002020533A
Application number: JP2000202038A
Authority: JP
Inventors: Mitsuhiko Hamai; 満彦浜井; Motohiro Kondo; 元博近藤; Masataka Yamaguchi; 正隆山口; Makoto Takeda; 誠竹田; Akio Ueda; 昭雄植田; Kunikatsu Yoshida; 邦勝吉田; Rikuo Yamada; 陸雄山田; Fumihiko Hanayama; 文彦花山
Original assignee: Babcock Hitachi KK; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp; Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2000-07-04
Filing date: 2000-07-04
Publication date: 2002-01-23

Abstract

(57)【要約】【課題】埋め立て処分しかできなかったシュレッダー
ダストなどの不燃物を含む廃プラスチックを、ガス化炉
の燃料や原料に変換でき、また、該廃プラスチックに含
まれる無機物もスラグ化してエネルギー回収効率のみな
らず環境保全性も向上させる。【解決手段】不燃物を含む廃プラスチック１を液体窒
素あるいは液体酸素の冷熱を用いて粉砕装置１０で冷凍
粉砕し、その後、有価物２２を回収した後、気流搬送に
よりガス化炉３０へ供給する。さらに、ガス化炉の後流
側で生成ガス中の未燃固形物を回収して粉砕装置１０に
リサイクルさせる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はプラスチック含有廃
棄物、すなわち、主にプラスチックから構成されるが、
その製品形態からプラスチック以外の材料が混入した状
態の廃棄物（以下、廃プラスチックと称する。）のガス
化方法に係り、特に、シュレッダーダストに代表される
廃プラスチックを一酸化炭素（ＣＯ）および水素（Ｈ
_２）に富むガスに変換することのできる廃プラスチッ
クのガス化方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、家電品あるいは自動車のシュレッ
ダーダストに代表されるような、主にプラスチックから
なる産業廃棄物は、減容して埋め立て処分にしたり、熱
分解処理あるいは燃焼処理して廃熱を熱回収するなどの
方法が行われていた。

【０００３】なお、プラスチックの廃棄処理に関して
は、特開平１０−４７６２６号公報、特開平１０−２８
１４３７号公報、特開平１０−２３６８０１号公報、特
開平８−５０３４号公報などに記載の技術がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】埋め立て処分について
は、有効成分からのエネルギー回収が不可能であり、最
近は埋め立て場所さえないのが現状である。

【０００５】また、熱分解処理にあっては、特定成分の
プラスチックだけの熱分解法であれば、熱分解温度も一
定にできるので、運転が容易で熱分解油の品質も良い。
ところが、家電品あるいは自動車のシュレッダーダスト
では、種々のプラスチックだけでなく、紙や布のような
燃焼可能な物や、さらには、砂、ガラス、電線のような
不燃物も混在している。

【０００６】このように種々のものが混在している廃棄
物は、その形状も大きさもまちまちで、大きいものでは
数１０ｃｍのものさえある。このような廃棄物に対して
は、熱分解法は運転が困難であり、熱分解油の品質も悪
く、不燃物の処理も困難である。

【０００７】一方、燃焼処理法では廃熱から熱エネルギ
ーを回収できないし、燃焼によって生じた不燃物は埋め
立て処分しか処分方法がない。特に上述のシュレッダー
ダストでは不燃物も混入しており、これまで有効に利用
されていなかった。

【０００８】なお、特開平１０−４７６２６号公報に
は、プラスチックを微粉砕してガス化する方法が開示さ
れているが、本事例では、プラスチック以外のものは事
前に除去されており、シュレッダーダストのような不燃
物が混在した物を直接ガス化炉へ供給するものではな
い。

【０００９】特開平１０−２８１４３７号公報には、塩
素含有プラスチックの処理方法が開示されているが、原
料を微粉砕する方法についての記載はない。また、特開
平１０−２３６８０１号公報には、廃棄物を低温および
高温にて二段ガス化する方法が開示されているが、流動
層ガス化炉と溶融炉における温度制御が複雑となるだけ
でなく、流動層における原料の粉砕性もあまり期待でき
ない。

【００１０】また、特開平８−５０３４号公報には、廃
プラスチック混合原料を加熱減容した後に、粉砕し輸送
空気にて搬送する方法が開示されているが、廃プラスチ
ックの混合物を対象としたものであり、シュレッダーダ
ストのような不燃物が混在した原料では、粉砕されない
物が粉砕系を循環することになるため、安定運転ができ
ない。

【００１１】本発明の課題は、シュレッダーダストのよ
うな不燃物を含む廃プラスチックを効果的に粉砕するこ
とにより、ガス化炉の燃料もしくは原料に変換し、該廃
プラスチックに含まれる砂、ガラスなどの無機物もスラ
グ化し、エネルギー回収効率のみならず環境保全性も向
上させることである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題は、シュレッダ
ーダストに代表される不燃物を含有する廃プラスチック
を、気流層ガス化炉へ気流搬送するための液体窒素ある
いはガス化酸化剤の液体酸素の冷熱を用いて冷凍粉砕
し、次に該粉砕物をガス化炉に気流搬送するときに障害
となる異物を分離した後に、前記ガス化炉で酸素および
水蒸気の酸化剤と共にガス化してＣＯおよびＨ_２に富む
ガスに変換することによって解決される。

【００１３】また、前記廃プラスチックをガス化するガ
ス化炉の下流に、生成ガスに同伴する未燃固形分を除去
する機器を設置し、該機器で除去した未燃固形物を粉砕
装置にリサイクルすることによっても解決される。

【００１４】また、該廃プラスチックの灰の溶融温度以
下の温度にて加熱処理を行った後、該廃プラスチックを
粉砕し、かつ該加熱処理において発生したガスは、別ラ
インにてガス化炉へ送り、固形物は粉砕した後、該粉砕
物に含まれる有価金属を回収し、気流搬送によってガス
化炉に供給することによって解決される。

【００１５】次に、本発明の作用原理を詳細に説明す
る。シュレッダーダストは大きさもまちまちで大きいも
のは数１０ｃｍのものもあり、さらには不燃物も含有さ
れている。本発明では原料を微粉砕することにより、ガ
ス化炉におけるガス化反応性を高めている。

【００１６】プラスチックには熱硬化性と熱可塑性のも
のがあるが、両者とも破砕の際に発生する熱によって微
粉砕は不可能である。また、電線のような有価金属の周
りにプラスチックが覆い被さっているものについては粉
砕ができない。

【００１７】本発明ではこのような廃プラスチックに対
してガス化炉で用いる液体窒素あるいは液体酸素の冷熱
を用いて冷凍粉砕を行うものである。このように冷凍粉
砕を行うことによって、プラスチックは熱硬化性および
熱可塑性によらず粉砕することができる。

【００１８】さらに、電線のような物についても被覆材
のプラスチックは粉砕可能である。また、廃プラスチッ
クの中に混在している砂や硝子についても、微粉砕可能
である。その結果、気流搬送によってガス化炉に供給で
きる。

【００１９】シュレッダーダストには、熱硬化性プラス
チックのゴム系プラスチックも含まれており、この粉砕
物は凝集性があるため、粉砕後に有価物を分離すると
き、有価物と共に分離されたり、気流搬送するときには
凝集して閉塞する。また、粉砕物については気流搬送す
るときに配管の壁面との摩擦力が大きくなるため、気流
搬送するときの圧力損失が高くなったり、気流搬送に要
するガス量が多くなる欠点があった。

【００２０】本発明では、生成ガス中から捕集した飛散
固形物を、冷凍粉砕する機器にリサイクルして原料と共
に粉砕処理するのである。その結果、飛散固形物がゴム
系の粉砕物の周りに付着するため、分散性が良好とな
る。したがって、分離工程では有価物だけ分離される。
また、気流搬送についても信頼性が増すし、搬送ガス量
が少なくて圧力損失も低くなるのである。

【００２１】また、廃プラスチックを、該廃プラスチッ
クの灰の溶融温度以下で加熱処理した後に粉砕処理を行
う場合、加熱処理によって原料中の可燃分は炭化して脆
くなり、容易に粉砕することができるようになる。さら
に、電線のような物についても、被覆材のプラスチック
が炭化して脆くなるため容易に粉砕できる。

【００２２】さらに、廃プラスチックの中に混在してい
る砂、硝子についても微粉砕可能である。その結果、気
流搬送によってガス化炉に供給できる。また、粉砕した
廃プラスチックに含まれる有価物は、分離工程によって
効率よく回収することができる。

【００２３】なお、本発明では廃プラスチックを灰の溶
融温度以下に熱処理した際、ベンゼン、トルエンに代表
される有機質のガスおよびタール等が発生するが、該発
生ガスを原料灰の溶融温度以上の高温のガス化炉へ送る
ことにより分解させ、一酸化炭素（ＣＯ）、水素（Ｈ
_２）等へ変換させることができる。

【００２４】原料を気流搬送によってガス化炉へ供給す
る方法は、水スラリのように液体搬送に比較して、顕熱
損失が少ないため、少ない酸化剤でガス化効率を高くす
ることができる。

【００２５】気流層方式のガス化炉では、酸素と水蒸気
を用いて微粉砕された原料の灰の溶融温度以上の高温下
でガス化する。その結果、原料は微粉砕されており、表
面積が大きくなっているので、短時間で高いガス化効率
を得ることができる。

【００２６】また、原料に含まれる無機物はスラグとす
ることができる。スラグは灰が溶融したガラス状のもの
であるため、有害な物質は溶出することがないので、一
般の砂の代用品として有効利用することができる。

【００２７】なお、生成したガスには未燃固形物が含ま
れる。また、原料中に含まれる硫黄は硫化水素（Ｈ
_２Ｓ）、硫化カルボニル（ＣＯＳ）になり、窒素はアン
モニア（ＮＨ_３）、シアン化水素（ＨＣＮ）のような
化合物になるが、未燃固形物を除去し、さらに硫黄およ
び窒素化合物を除去すれば、ＣＯおよびＨ_２に富む精
製ガスとなる。

【００２８】このガスはガスタービンの燃料として利用
できる。また、水蒸気を生成ガス中に添加して、Ｈ_２
とＣＯの比率を調整すれば、化学原料として利用でき
る。さらに、Ｈ_２に富むガスにすれば、燃料電池用の
燃料としても利用可能なのである。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面を参照して説明する。〔実施形態１〕本発明の一実施形態を図によって説明す
る。図1に、本発明の廃棄物の気流層ガス化方法のブロ
ック線図を示す。

【００３０】本実施形態のガス化系統は、上流側から、
冷凍粉砕装置１０、分離装置２０、気流層方式のガス化
炉３０、シフトコンバータ４０、脱塵装置５０、ガス精
製装置６０等で構成される。

【００３１】シュレッダーダストのような廃プラスチッ
クを含有する廃棄物原料１は、冷凍粉砕装置１０で、プ
ラスチックのみならず、異物の砂、ガラスなども粉砕さ
れる。また、電線を被覆しているゴム、ビニールなどの
プラスチックもここで粉砕される。

【００３２】粉砕物は分離装置２０において、気流搬送
できない例えば電線の銅などの有価物が分離される。分
離方法としては１ｍｍ程度の篩が適切である。異物が分
離された原料粉砕物は、窒素ガスあるいは炭酸ガスのよ
うな不活性ガスを用いてガス化炉３０に気流搬送する。

【００３３】図1では、気流搬送に用いる液体窒素の冷
熱を原料１の冷却に用いている。なお、ガス化用の酸化
剤に用いる酸素の冷熱を利用しても効果は同じである。
粉砕用のガス不活性ガスを用いるのは粉塵爆発を防止す
るためである。

【００３４】このガス化炉３０は気流層方式のガス化炉
で、酸素および水蒸気を酸化剤として、原料の灰の溶融
温度以上の高温でガス化させる。その結果、原料中の有
機物はＣＯおよびＨ_２に富むガスに変換され、原料の
灰並びに砂、ガラス等の無機物は、スラグとなって系外
へ排出される。

【００３５】なお、原料に含まれている硫黄は、Ｈ_２
ＳおよびＣＯＳに変換され、窒素は、ＮＨ_３およびＨ
ＣＮに変換される。生成ガスのＣＯおよびＨ_２の組成
比率を調整することが必要な場合は、ガス化炉３０を出
たガス中に水蒸気を入れ、シフト反応（ＣＯ＋Ｈ_２０→
ＣＯ_２＋Ｈ_２）の反応を起こさせる。

【００３６】生成ガス中には未燃の飛散固形物も含まれ
るため、必要ならば脱塵装置５０で飛散固形物を除去
し、ガス化炉３０にリサイクルすれば完全にガス化でき
る。また、原料に含まれる硫黄はＨ_２ＳおよびＣＯＳに
変換され、窒素分はＮＨ_３およびＨＣＮに変換される
ため、ガス精製装置で硫黄化合物および窒素化合物を分
離除去する。

【００３７】このように精製されたガスは、ライン７０
を通って、図示していないガスタービンあるいは燃料電
池用の燃料に利用できる。また、化学工業用の原料とし
て利用することもできる。

【００３８】本例によれば、これまで埋め立て処分しか
できなかった、シュレッダーダストのような種々の物が
混在した廃プラスチックを、燃料あるいは原料として利
用できるのである。また、原料中の灰、ガラス、砂等の
無機物については、ガス化炉でスラグとなる。スラグは
高温を経たガラス状物質であるため、有害成分の溶出も
ない。したがって、砂の代替としての利用も可能であ
る。

【００３９】〔実施形態２〕図２に、本発明の他の廃プ
ラスチックの気流層ガス化方法のブロック線図を示す。
本例では、脱塵装置５０で捕集した未燃固形物を粉砕機
１０にリサイクルするものである。

【００４０】熱硬化性のゴムのようなプラスチックは、
粉砕すると擬集する性質がある。このような凝集性があ
ると、粉砕後に有価物を分離するとき、有価物と共に分
離されたり、気流搬送するときには擬集して閉塞する。

【００４１】また、粉砕物については気流搬送するとき
に配管の壁面との摩擦力が大きくなるため、気流搬送す
るときの圧力損失が高くなったり、気流搬送に要するガ
ス量が多くなる。

【００４２】本例では、粉砕機に未燃固形物５２を粉砕
機１０にリサイクルして、原料１と共に粉砕処理するも
のである。この処理法によって、熱硬化性の粉砕物の周
りに未燃固形物を付着させて凝集を防止できるのであ
る。その結果、飛散固形物がゴム系の粉砕物の周りに付
着するため、分散性が良好となる。

【００４３】したがって、分離工程では有価物だけ分離
される。また、気流搬送についても信頼性が増すし、搬
送ガス量が少なくて圧力損失も低くなるのである。ま
た、未燃固形物をリサイクルすることによって完全にガ
ス化できるのである。

【００４４】なお、本図では脱塵装置５０において捕集
した未燃固形物を、粉砕装置１０にリサイクルしている
が、分離装置２０への接続ライン２１あるいは分離装置
２０にリサイクルしても同様の効果が得られる。さら
に、捕集した未燃固形物を全量粉砕装置１０にリサイク
ルする必要はなく、１部ガス化炉１０にリサイクルして
も良い。

【００４５】〔実施形態３〕図３に、本発明の他の廃プ
ラスチックの気流層ガス化方法のブロック線図を示す。
本ガス化系統は、粉砕装置１０の前段に熱処理装置９０
を配置し、熱処理装置９０、粉砕装置１０、分離装置２
０、気流層方式のガス化炉３０、シフトコンバータ４
０、脱塵装置５０、ガス精製装置６０の順に構成したも
のである。

【００４６】シュレッダーダストのような廃プラスチッ
クを含有する廃棄物原料１を、熱処理装置９０にて灰の
溶融温度以下の温度で熱処理すると、原料１中の可燃分
は炭化され、砂、ガラス、金属等の未燃物とともに、固
形物１１として粉砕装置１０に送られて微粉砕される。

【００４７】原料１中に、電線のような金属にプラスチ
ックが被覆されているものが混在していても、熱処理装
置９０で熱処理されると、該被覆プラスチックは容易に
金属と分離され、微粉砕されるのである。

【００４８】粉砕物は、分離装置２０において、気流搬
送できない例えば電線の銅線などが分離される。分離方
法としては１ｍｍ程度の篩が適切である。異物が分離さ
れた原料粉砕物は、窒素ガスあるいは炭酸ガスのような
不活性ガスを用いてガス化炉３０に気流搬送する。

【００４９】不活性ガスを用いるのは粉塵爆発を防止す
るためである。このガス化炉３０は気流層方式のガス化
炉で、酸素および水蒸気を酸化剤として、原料の灰の溶
融温度以上の高温でガス化させる。その結果、原料中の
有機物はＣＯおよびＨ_２に富むガスに変換され、原料
の灰並びに砂、ガラス等の無機物はスラグとなって系外
へ排出される。

【００５０】なお、熱処理装置２にて灰の溶融温度以下
で原料１を熱処理すると、ベンゼン、トルエンに代表さ
れる有機質のガスおよびタール等が発生するが、該発生
ガスは、別ライン９１で原料灰の溶融温度以上の高温の
ガス化炉３０に送り、ＣＯおよびＨ_２に富むガスに変
換させる。好ましくは発生ガスライン３内でタールが液
化しないように、ラインを保温してもよい。

【００５１】本例によれば、これまで埋め立て処分しか
できなかったシュレッダーダストのような種々の物が混
在した廃プラスチックを、ガス化炉の燃料あるいは原料
に利用でき、また、原料中の灰、ガラス、砂等の無機物
は、有害成分の溶出しないスラグとなる。

【００５２】〔実施形態４〕図4に、本発明の他の廃プ
ラスチックの気流層ガス化方法のブロック線図を示す。
本例は、図３に示した例とは以下の点で異なる。本例で
は、ガス化炉下流のシフトコンバータ４０の後流に熱交
換装置８０を設置した。

【００５３】この熱交換装置８０において、ライン８１
より送られるガス化炉で生成した高温のガスから水蒸気
によって熱回収を行い、熱回収されて高温となった水蒸
気は、ライン８３を通り熱処理装置９０へ送られてその
熱源とされる。

【００５４】以上のように構成することによって、図３
に示した例の効果に加えて、ガス化炉３０で生成したガ
スの顕熱を、熱処理用の熱源として有効利用することが
できるため、非常に経済的である。

【００５５】〔実施形態５〕図５に、本発明の他の廃プ
ラスチックの気流層ガス化方法のブロック線図を示す。
本例は図３に示した例と以下の点が異なる。本例では、
ガス化炉の下流の脱塵装置５０の後流に、生成ガスの一
部を取り出して熱処理装置２へ送るライン９２が設置さ
れている。ライン９２に送られた生成ガスの一部は、熱
熱処理装置２の熱源とされる。

【００５６】本構成とすることによって、図３に示した
例の効果に加えて、ガス化炉３０で生成したガスの顕熱
を、熱処理用の熱源として有効利用することができ、非
常に経済的である。

【００５７】〔実施形態６〕図６に、本発明の他の廃プ
ラスチックの気流層ガス化方法のブロック線図を示す。
本例は、図３に示す例とは以下の点が異なる。本例で
は、ガス化炉の下流のシフトコンバータ４０の後流に熱
交換装置８０が設置され、かつ、ガス精製装置６０の後
流から精製ガスの一部を熱処理装置９０へ送るようにし
た。

【００５８】すなわち、精製ガス７０を熱交換装置８０
へ送るライン７１、および熱交換装置８０にて生成ガス
から熱回収され、高温となった精製ガスの一部を熱処理
装置９０へ送るライン８４が設置されている。ライン８
４に送られた高温の精製ガスの一部は熱処理装置９０の
熱源とされる。

【００５９】本構成とすることによって、図３に示した
例の効果に加えて、ガス化炉３０で生成したガスの顕熱
を、熱処理用の熱源として有効利用することができ、非
常に経済的である。

【００６０】

【発明の効果】本発明によれば、埋め立て処分しかでき
なかったシュレッダーダストなどの不燃物を含有する廃
プラスチックを、ガス化炉の燃料もしくは原料に変換で
き、また、該廃棄物に含まれる砂、ガラスなどの無機物
もスラグとして変換できるため、エネルギー回収効率の
みならず環境保全性も優れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の廃プラスチックの気流層ガス化方法の
実施形態１を示すブロック線図である。

【図２】本発明の廃プラスチックの気流層ガス化方法の
実施形態２を示すブロック線図である。

【図３】本発明の廃プラスチックの気流層ガス化方法の
実施形態３を示すブロック線図である。

【図４】本発明の廃プラスチックの気流層ガス化方法の
実施形態４を示すブロック線図である。

【図５】本発明の廃プラスチックの気流層ガス化方法の
実施形態５を示すブロック線図である。

【図６】本発明の廃プラスチックの気流層ガス化方法の
実施形態６を示すブロック線図である。

【符号の説明】

１原料２窒素１０粉砕装置２０分離装置２２有価物３０ガス化炉３２酸化剤３３スラグ４０シフトコンバータ４２水蒸気５０脱塵装置５２飛散灰６０ガス精製装置６２Ｎ,Ｓ化合物７０精製ガス９０熱処理装置

フロントページの続き (72)発明者近藤元博愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者山口正隆愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者竹田誠広島県呉市宝町３番36号バブコック日立株式会社呉研究所内 (72)発明者植田昭雄広島県呉市宝町３番36号バブコック日立株式会社呉研究所内 (72)発明者吉田邦勝広島県呉市宝町３番36号バブコック日立株式会社呉研究所内 (72)発明者山田陸雄広島県呉市宝町３番36号バブコック日立株式会社呉研究所内 (72)発明者花山文彦広島県呉市宝町６番９号バブコック日立株式会社呉事業所内Ｆターム(参考） 4D067 CG04 EE07 EE12 EE17 4F301 AA11 AA21 CA09 CA26 CA33 CA34 CA41 CA52 CA62 CA72

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プラスチック含有廃棄物を、予め液体窒
素もしくは液体酸素の冷熱を用いて冷凍粉砕した後、気
流層ガス化炉へ供給することを特徴とする廃プラスチッ
クのガス化方法。
【請求項２】前記冷凍粉砕した廃プラスチックから有
価物を回収した後、前記気流層ガス化炉へ供給する請求
項１に記載の廃プラスチックのガス化方法。
【請求項３】前記冷凍粉砕した廃プラスチックを、前
記気流層ガス化炉に気流搬送する請求項１または２に記
載の廃プラスチックのガス化方法。
【請求項４】前記気流層ガス化炉で生成した生成ガス
中の未燃固形物を、前記廃プラスチックを冷凍粉砕する
手段にリサイクルする請求項１、２または３に記載の廃
プラスチックのガス化方法。
【請求項５】廃プラスチックを、前記廃プラスチック
の灰の溶融温度以下の温度で加熱処理し、発生した発生
ガスおよび固形物のうち、前記発生ガスは気流層ガス化
炉に送り、前記固形物は粉砕して有価物を回収した後、
前記気流層ガス化炉へ気流搬送する廃プラスチックのガ
ス化方法。
【請求項６】前記加熱処理の熱源として、前記気流層
ガス化炉の生成ガスから熱回収した蒸気、または、前記
生成ガスから未燃固形物を除去された生成ガスの１部、
または、前記生成ガスから窒素および／または硫黄を含
有する有害化合物を除去された生成ガスの１部のうち、
少なくとも１つを加熱して用いる請求項５に記載の廃プ
ラスチックのガス化方法。
【請求項７】前記廃プラスチックに含まれる無機物
を、前記気流層ガス化炉で溶融してスラグ化する請求項
１〜６のうちいずれかに記載の廃プラスチックのガス化
方法。
【請求項８】請求項１〜７のうちいずれかに記載の方
法により、廃プラスチックをガス化する廃プラスチック
ガス化システム。