JP2013173884A

JP2013173884A - 有機物質のガス化方法並びに有機物質のガス化装置

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Publication number: JP2013173884A
Application number: JP2012040436A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiko Takagi; 克彦高木; Minoru Asanuma; 稔浅沼; Teruo Fujibayashi; 晃夫藤林; Fumiyasu Okazaki; 文保岡▲崎▼
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2012-02-27
Filing date: 2012-02-27
Publication date: 2013-09-05
Anticipated expiration: 2032-02-27
Also published as: JP5835006B2

Abstract

【課題】有機物質をガス化して気体燃料などに転換する際に、安定的に供給可能なガスを用いて有機物質を効率的に改質できるとともに、有機物質の高いガス化率が得られる方法を提供する。
【解決手段】一酸化炭素を含有する冶金炉発生排ガス（g_０）に過剰の水蒸気を添加してシフト反応を行わせることで、シフト反応で生成した水素および炭酸ガスと、シフト反応に消費されなかった水蒸気とを含む混合ガス（g）とし、この混合ガス（g）を改質反応器内で有機物質に接触させることにより、有機物質を改質して低分子化した生成物を生成させ、前記改質反応器から出た生成物の蒸気を蒸留して気体生成物と液体生成物とに分離し、気体生成物を回収するとともに、液体生成物を前記改質反応器に還流させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、廃プラスチックなどの有機物質を気体燃料などに転換するために、有機物質を改質してガス化する方法およびそれに用いられるガス化装置に関する。

廃プラスチック、含油スラッジ、廃油などの多くは焼却処理されているのが現状である。しかし、焼却処理ではＣＯ_２発生などの環境負荷が高く、また、焼却炉の熱的損傷の問題もあり、ケミカルリサイクル技術の確立が求められている。
ケミカルリサイクル技術のなかでも、有機物質を気体燃料や液体燃料に転換するための技術は、廃プラスチックを中心に従来から種々検討がなされ、例えば、以下のような提案がなされている。

特許文献１には、水素濃度６０vol％以上、好ましくは８０vol％以上、温度６００℃以上のコークス炉ガス（ＣＯＧ）を廃プラスチックなどの有機物質と反応させることにより、有機物質を高効率で水素化分解・ガス化し、ＣＯＧを増熱化する方法が開示されている。
また、特許文献２には、石油の流動接触触媒（ＦＣＣ）を熱媒体兼触媒として用い、温度３５０〜５００℃で廃プラスチックを分解して液体燃料に変換する方法が開示されている。
また、特許文献３には、ＲＤＦや木材などを熱分解するにあたり、熱分解で生成したガスを水蒸気改質し、この水蒸気改質により水素濃度を高くしたガスを熱分解部に循環し、水素濃度を高くしたガス雰囲気で熱分解を行う方法が開示されている。

特開２００７−２２４２０６号公報特開２０１０−０１３６５７号公報特開２００１−１３１５６０号公報

しかしながら、上記従来技術には、以下のような問題がある。
まず、特許文献１に関しては、ＣＯＧ中の水素濃度が６０vol％以上となるのは石炭乾留工程のうちでも乾留末期に限られるので、特許文献１の方法では、乾留末期のタイミングでガス流路を切替え、多量のダストを含む６００℃以上のＣＯＧを廃プラスッチク水素化分解反応器に供給する必要がある。しかし、このような過酷な条件で、流路切替弁を長期間安定して作動させ続けることは困難であり、この意味で実現性に乏しい技術であると言える。さらに、廃プラスチックの効率的なガス化のためには、６０vol％以上の水素を含有するＣＯＧを連続的に水素化分解反応器に供給することが必要であるが、このためには炭化室毎に水素濃度計と流路切替弁を設置する必要があり、設備コストが増大する。

また、特許文献２の方法は、ＦＣＣ触媒添加によって接触分解と芳香族化が進むものの、不活性ガスフローで反応を行っているため、重油分とコークが合計で１３質量％生成しており（実施例１）、軽質燃料の製造技術として満足できる水準とは言えない。
また、特許文献３の方法で生成するガスは、Ｈ_２、ＣＯ、ＣＯ_２が主体で、燃焼熱が冶金炉発生排ガスのそれよりやや低い１８００kcal／Ｎｍ^３程度のものであり、気体燃料としての価値は限定的なものとなる。

したがって本発明の目的は、廃プラスチックなどの有機物質をガス化して気体燃料などに転換する際に、安定的に供給可能なガスを用いて有機物質を効率的に改質できるとともに、高いガス化率が得られ、これにより重質分や炭素質の生成を抑えつつ、高カロリーのガス化生成物を高効率に得ることができる有機物質のガス化方法及びガス化装置を提供することにある。

本発明者らは、上記課題を解決するため検討を重ねた結果、冶金炉で発生する一酸化炭素を含有する排ガスに過剰の水蒸気を添加してシフト反応を行わせ、このシフト反応後のガス、すなわちシフト反応で生成した水素および炭酸ガスと残存した水蒸気とを含む混合ガスを改質反応器内で有機物質に接触させることにより、有機物質を改質して低分子化した生成物を生成させ、改質反応器から出た生成物の蒸気を蒸留して気体生成物と液体生成物とに分離し、気体生成物を回収するとともに、液体生成物を改質反応器に還流させることにより、有機物質を高いガス化率で効率的にガス化できることを見出した。

本発明はこのような知見に基づきなされたもので、以下を要旨とするものである。
［1］冶金炉で発生した一酸化炭素を含有する排ガス（g_０）に過剰の水蒸気を添加してシフト反応を行わせることで、シフト反応で生成した水素および炭酸ガスと、シフト反応に消費されなかった水蒸気とを含む混合ガス（g）とし、この混合ガス（g）を改質反応器内で有機物質に接触させることにより、有機物質を改質して低分子化した生成物を生成させ、前記改質反応器から出た生成物の蒸気を蒸留して気体生成物と液体生成物とに分離し、気体生成物を回収するとともに、液体生成物を前記改質反応器に還流させることを特徴とする有機物質のガス化方法。

［2］上記［1］の方法において、排ガス（g_０）が、冶金炉で発生した一酸化炭素と窒素を含有する排ガスから窒素の少なくとも一部を分離することで一酸化炭素濃度を高めた排ガスであることを特徴とする有機物質のガス化方法。
［3］上記［1］または［2］の方法において、混合ガス（g）の水蒸気濃度が５〜７０vol％であることを特徴とする有機物質のガス化方法。
［4］上記［3］の方法において、混合ガス（g）は、水蒸気濃度が２０〜７０vol％、水素濃度が１０〜４０vol％、炭酸ガス濃度が１０〜４０vol％であることを特徴とする有機物質のガス化方法。
［5］上記［1］〜［4］のいずれかの方法において、改質される有機物質が、廃プラスチック、含油スラッジ、廃油、バイオマスの中から選ばれる１種以上であることを特徴とする有機物質のガス化方法。

［6］冶金炉で発生した一酸化炭素を含有する排ガス（g_０）に過剰の水蒸気を添加してシフト反応を行わせるためのシフト反応器（１）と、該シフト反応器（１）で生成した水素および炭酸ガスと、シフト反応に消費されなかった水蒸気とを含む混合ガス（g）を有機物質に接触させて改質する改質反応器（２）と、該改質反応器（２）から出た生成物の蒸気を気体生成物と液体生成物とに分離し、液体生成物を改質反応器（２）に還流させる蒸留装置（３）を備えることを特徴とする有機物質のガス化装置。
［7］上記［1］〜［5］のいずれかの方法で得られた気体生成物を、製鉄所内で燃料または／および還元剤として利用することを特徴とする製鉄所の操業方法。

本発明によれば、廃プラスチックなどの有機物質をガス化して気体燃料などに転換する際に、安定的に供給可能なガスを用いて有機物質を効率的に改質できるとともに、高いガス化率が得られ、これにより重質分や炭素質の生成を抑えつつ、高カロリーのガス化生成物を高効率に得ることができる。
また、実施設備に関しても、特別な計測器や流路切替弁などが必要なく、しかも比較的低い反応温度でも有機物質のガス化を行うことができるので、比較的簡易な設備で実施することができる。また、シフト反応によって生成するＣＯ_２は、有機物質の改質中に炭酸ガス改質反応でＣＯに変化するため、有機物質のケミカルリサイクルをＣＯ_２発生量を増加させることなく実施することが可能となる。

転炉ガスに水蒸気を添加して行うシフト反応において、水蒸気の添加量とシフト反応後のガスの組成（温度４３０℃における平衡組成計算値）との関係を示すグラフ本発明に係る有機物質のガス化装置の一実施形態を模式的に示す説明図本発明に係る有機物質のガス化装置の他の実施形態を模式的に示す説明図本発明に係る有機物質のガス化装置の他の実施形態を模式的に示す説明図液体生成物を改質反応器に還流させない以外は発明例２〜１０と同様の条件で行ったポリエチレンの改質試験において、シフト反応生成ガスの水蒸気濃度と、ポリエチレンの改質（低分子化）におけるガス化率および液化率との関係を示すグラフ液体生成物を改質反応器に還流させない以外は発明例２〜１０と同様の条件で行ったポリエチレンの改質試験において、シフト反応生成ガスの水蒸気濃度と、ポリエチレンの改質（低分子化）で得られた気体生成物および液体生成物のＬＨＶとの関係を示すグラフ液体生成物を改質反応器に還流させない以外は発明例２〜１０と同様の条件で行ったポリエチレンの改質試験において、シフト反応生成ガスの水蒸気濃度と、ポリエチレンの改質（低分子化）におけるポリエチレン分解率との関係を示すグラフ液体生成物を改質反応器に還流させない以外は発明例２〜１０と同様の条件で行ったポリエチレンの改質試験において、シフト反応生成ガスの炭酸ガス濃度と、ポリエチレンの改質（低分子化）で得られた気体生成物の水素濃度との関係を示すグラフ液体生成物を改質反応器に還流させない以外は発明例２〜１０と同様の条件で行ったポリエチレンの改質試験において、シフト反応生成ガスの水素濃度と、ポリエチレンの改質（低分子化）で得られた気体生成物の炭酸ガス濃度との関係を示すグラフ

本発明法では、冶金炉で発生した一酸化炭素を含有する排ガス（g_０）（以下、「冶金炉発生排ガス」という場合がある）に過剰の水蒸気を添加してシフト反応を行わせることで、シフト反応で生成した水素および炭酸ガスと、シフト反応に消費されなかった水蒸気とを含む混合ガス（g）とし、この混合ガス（g）（以下「シフト反応生成ガス」という場合がある。）を改質反応器内で有機物質に接触させることにより、有機物質を改質して低分子化した生成物を生成させる。そして、改質反応器から出た生成物の蒸気を蒸留して気体生成物と液体生成物とに分離し、気体生成物を回収するとともに、液体生成物を改質反応器に還流させ、気体生成物に変換させる。
なお、排ガス（g_０）に過剰の水蒸気を添加するとは、シフト反応で消費されない余剰の水蒸気が混合ガス（g）中に残存するように水蒸気を添加するという意味である。

このような本発明法では、比較的低い反応温度でも効率的に有機物質の低分子化が促進され、水素消費量も少なく、且つ重質分や炭素質の生成もほとんど認められない。
一般に廃プラスチックなどの高分子量有機物質は、３００〜４００℃以上で加熱すると熱分解が始まることが知られているが、この時、軽質化とともに重質化も進行してしまう。熱分解時に水素を共存させると、炭化水素種への水素付加反応と水素化分解反応が進行するため、重質化抑制と低分子化に有効である。しかしながら、水素化分解に高温が必要であり、且つ水素消費量が多くなることが問題である。

一方、水蒸気改質や炭酸ガス改質は、Ｈ_２ＯやＣＯ_２分子中の酸素による炭化水素の酸化と看做すことができ、少ない水素添加量で低分子化と炭素質生成抑制が達成できる。さらに、水蒸気改質や炭酸ガス改質は、改質される有機分子の炭素鎖が長くなるにつれて反応温度が低下するという特徴を有する。本発明法において、比較的低い反応温度でも効率的に有機物質の低分子化が促進され、水素消費量も少なく、且つ重質分や炭素質の生成もほとんど認められないのは、上記混合ガス（g）を用いて有機物質の改質（低分子化）を行うことにより、水素化、水素化分解、水蒸気改質、炭酸ガス改質の４反応が同時に進行するためであると考えられる。
さらに、本発明では、改質で生成した液体生成物を改質反応器に還流させることにより、高効率で気体生成物を得ることができる。
なお、前記水素化反応としては、炭化水素種への水素付加反応だけではなく、メタンなどの軽質炭化水素を生成するＣＯやＣＯ_２への水素付加反応も進行していることが気体生成物の分析結果から示唆される。本発明の説明では簡単のため、ＣＯやＣＯ_２への水素付加反応を炭化水素種への水素化反応と区別することなく、単に水素化（または水素化反応）として記述した。

例えば、転炉などの冶金炉から発生する排ガスには、通常、ＣＯが２５〜８０vol％程度含有されている。したがって、これに水蒸気を添加すると、下記のシフト反応（1）によってＨ_２とＣＯ_２が生成する。
ＣＯ＋Ｈ_２Ｏ→Ｈ_２＋ＣＯ_２ …（1）
本発明法では、排ガス（g_０）に過剰の水蒸気が添加されるので、シフト反応後の混合ガス（g）には、シフト反応により生成したＨ_２、ＣＯ_２と過剰添加分のＨ_２Ｏが含まれることになる。そして、このシフト反応生成ガス（g）による有機物質の改質（低分子化）では、各ガス成分による水素化、水素化分解、水蒸気改質、炭酸ガス改質の４反応が同時進行するものと考えられる。

本発明では、排ガス（g_０）に対して過剰に添加する水蒸気の過剰割合やシフト反応の反応率を適宜制御することによって、ガス中の水蒸気、水素、炭酸ガスの各濃度を制御し、有機物質改質用の混合ガス（g）とすることができる。ただし、ガスホルダー（例えば、製鉄所内で使用されている一般的なガスホルダー）に貯蔵される冶金炉発生排ガスの一般的組成は、ＣＯ：５０〜７０vol％、ＣＯ_２：１０〜２０vol％、Ｎ_２：１０〜２０vol％、Ｈ_２：０〜５vol％（他に飽和水蒸気を含む）程度であるため、一般には、シフト反応の反応率制御まで行う必要はなく、水蒸気の過剰割合を調整するだけで、混合ガス（g）の水蒸気、水素、炭酸ガスの各濃度を所望のレベルに制御することができる。
なお、シフト反応の反応率は、シフト反応器内での滞留時間を調整することで制御することができる。例えば、滞留時間を短くするには、シフト反応器長さを小さくしたり、或いは触媒充填量を少なくする方法が一般的であり、その場合、シフト反応器長さや触媒充填量は、ほぼ平衡まで反応を進行させる場合の１／２〜１／４程度とすればよい。なお、シフト反応は、通常、ほぼ平衡まで反応が進行することはよく知られている。

一例として、ＣＯ：６５vol％、ＣＯ_２：１５vol％、Ｎ_２：１８vol％、Ｈ_２：１vol％、Ｈ_２Ｏ：１vol％からなる組成の転炉ガス１００kmol／ｈ（＝２２４０Ｎｍ^３／ｈ）に、水蒸気の添加量を６０kmol／ｈ（＝１３４０Ｎｍ^３／ｈ）から５４０kmol／ｈ（＝１２１００Ｎｍ^３／ｈ）まで変化させてシフト反応を行う場合について、水蒸気添加量とシフト反応後のガスの組成（温度４３０℃における平衡組成計算値）を図１に示す。これによれば、水蒸気添加量を調整するだけで、混合ガス（g）の水蒸気、水素、炭酸ガスの各濃度を制御でき、後述するような好ましいガス組成にできることが判る。なお、シフト反応は、通常、ほぼ平衡まで反応が進行することはよく知られている。

以下、本発明法の詳細と好ましい条件について説明する。
本発明において、シフト反応させる排ガス（g_０）として冶金炉発生排ガスを用いる理由は、冶金炉発生排ガスは比較的高濃度に一酸化炭素を含有し、且つ不要な窒素の濃度が低いためである。一酸化炭素を含有する冶金炉発生排ガス（g_０）としては、任意のものが使用できる。最も代表的なものは、鉄鋼製造プロセスの脱炭工程が行われる転炉から発生する転炉ガスであるが、それ以外にも、例えば、溶銑予備処理炉、溶融還元炉、シャフト炉などから発生する排ガスを例示することができ、これらの１種または２種以上の混合ガスを用いることができる。
冶金プロセスで生成する一酸化炭素が、さらに酸化されて二酸化炭素が生成する割合である二次燃焼率（ＣＯ_２／（ＣＯ＋ＣＯ_２）×１００）は、一般に１０〜５０％程度に過ぎない。また、排ガス（g_０）中には水素と窒素も含まれるが、Ｈ_２濃度は冶金プロセスに応じて変化し、０〜２０vol％程度である。窒素は、炉内撹拌や煙道保安などのために供給されており、通常、排ガス（g_０）中の濃度は１０〜３０vol％程度である。

以上の点から、一般的な冶金炉発生排ガス（g_０）の組成は、概ね以下のような範囲となる。
ＣＯ：８０〜２５vol％（二次燃焼率１０〜５０％に相当）
ＣＯ_２：１０〜２５vol％（二次燃焼率１０〜５０％に相当）
Ｎ_２：１０〜３０vol％
Ｈ_２：０〜２０vol％
シフト反応には一酸化炭素が必要であるが、ガスの組成が上記の範囲であれば、排ガス（g_０）の組成に特段の問題はない。ここで、窒素は本発明で生じる化学反応（シフト反応、水素化、水素化分解、水蒸気改質、炭酸ガス改質）には何ら寄与せず、一方において、製造される気体生成物を希釈し、低位燃焼熱（以下、「ＬＨＶ」という）を低下させる。特に、窒素濃度が５０vol％を超えると、気体生成物のＬＨＶの低下が顕著になるとともに、シフト反応速度も低下する傾向になる。このため窒素濃度は上記組成範囲内であることが好ましい。

さきに述べたように、ガスホルダー（例えば、製鉄所内で使用されている一般的なガスホルダー）に貯蔵される冶金炉発生排ガスの一般的組成は、ＣＯ：５０〜７０vol％、ＣＯ_２：１０〜２０vol％、Ｎ_２：１０〜２０vol％、Ｈ_２：０〜５vol％（他に飽和水蒸気を含む）程度であり、この組成は、上記の一般的な冶金炉発生排ガスの組成の中で高ＣＯ濃度組成に相当する。ガスホルダーに貯蔵されたガスは、製鉄所内の各工場で燃料ガスとして利用するため、利用先での燃焼効率の低下を防止する必要がある。そのため、ガス中ＣＯ濃度の下限値をガスホルダーへの貯蔵条件として設定しておくことが、高ＣＯ濃度組成になっている理由である。
本発明では、製鉄所内で使用されている一般的なガスホルダーに貯蔵されているような比較的ＣＯ濃度が高い排ガスであっても、上記のような一般的な冶金炉発生排ガスの組成であっても、排ガス（g_０）として利用することができる。

ところで、冶金炉発生排ガス（ｇ_０）のなかには、一酸化炭素を含有するものの、窒素濃度が比較的高いものがあり、このような冶金炉発生排ガス（ｇ_０）については、含有する窒素の少なくとも一部を分離（除去）して一酸化炭素濃度を高めた上で、過剰の水蒸気を添加してシフト反応を行わせるようにしてもよい。
窒素分離をするのが好ましい代表的な排ガスとしては、高炉ガスを挙げることができるが、この他にも電炉や窒素濃度が高くなる条件で操業しているシャフト炉の発生排ガスなどを挙げることができる。なお、転炉ガスなどのように、比較的高濃度の一酸化炭素を含有する排ガスについて窒素の分離を行い、一酸化炭素濃度をさらに高めた上で、シフト反応を行うこともできる。

排ガスから窒素を分離する方法に特別な制限はなく、吸着分離法、蒸留分離法など任意の方法を適用することができるが、窒素と一酸化炭素の沸点差が小さいことから、吸着分離法が特に好ましい。例えば、ＣＯ吸着剤として知られているＣｕ^＋を担持した活性炭はＣＯ_２も吸着するため、Ｃｕ^＋担持活性炭を吸着剤とするＰＳＡ法によって、高炉ガス（概略組成：Ｎ_２：５０vol％、ＣＯ：２５vol％、ＣＯ_２：２５vol％）から脱着ガスとして概略組成がＮ_２：１５vol％、ＣＯ：４５vol％、ＣＯ_２：４０vol％のガスを得ることができ、これは高炉ガス中の窒素を分離して一酸化炭素を濃縮したことになる。

本発明法でのシフト反応は公知の手法で行えばよく、特別な制限はない。一般的には、冶金炉発生排ガス（g_０）に事前に水蒸気を添加しておき、これを触媒が充填された固定床反応器に導入してシフト反応を行う。また、事前に添加する水蒸気を一部とし、反応器内に触媒を多段で充填し、触媒層と触媒層との間から残りの水蒸気を添加するようにしてもよい。
なお、本発明のようなシフト反応を行うことなく、冶金炉発生排ガス（g_０）に水蒸気、水素、炭酸ガスをそれぞれ添加すれば、本発明のシフト反応で得られる有機物質改質用の混合ガス（g）と同等の組成のガスを得ることはできるが、このような方法では、水蒸気に加えて、高価な水素ガスと炭酸ガスを添加しなければならず、コスト高となる。

本発明において、シフト反応で得られる有機物質改質用の混合ガス（g）は、水蒸気、水素および炭酸ガスを含むものであり、それらの濃度に特別な制限はないが、以下のような理由から、水蒸気濃度は５〜７０vol％であることが好ましい。すなわち、水蒸気濃度が低いと廃プラスチックなどの有機物質の分解率が低くなるが、水蒸気濃度を５vol％以上とすることにより、一定水準の有機物質の分解率を確保でき、気体生成物の生成率（ガス化率）を一定の水準にできるとともに、重質分の生成量を少なくできる。一方、水蒸気濃度が高いと有機物質の改質反応生成ガス（有機物質の改質による低分子化で生成したガス。以下同様）中にＣＯ_２が残留しやすくなるとともに、気体生成物のＬＨＶが低下しやすくなるが、水蒸気濃度が７０vol％以下であれば、改質反応生成ガス中でのＣＯ_２の残留を抑えることができ、また、気体生成物のＬＨＶの低下も抑えることができる。
また、有機物質の分解率を確保する観点から、混合ガス（g）の水素濃度および炭酸ガス濃度はともに５vol％以上が好ましい。

また、以下のような理由から、有機物質改質用の混合ガス（g）のより好ましい組成は、水蒸気濃度：２０〜７０vol％、水素濃度：１０〜４０vol％、炭酸ガス濃度：１０〜４０vol％である。なお、この混合ガス（g）に、他のガス成分（例えば、窒素など）が含まれることは妨げない。水蒸気濃度を２０vol％以上とすることにより、有機物質の分解率を十分に高めることができるとともに、気体生成物のＬＨＶを高くすることができる。水蒸気濃度を７０vol％以下とする理由は、さきに述べたとおりである。水素濃度を１０vol％以上（より好ましくは１２vol％以上）とすることにより、特に、比較的低温で有機物質の改質反応を行った場合でも、気体生成物中にＣＯ_２が残留することを抑えることができる。炭酸ガス濃度を１０vol％以上（より好ましくは１３vol％以上）とすることにより、気体生成物中に炭化水素やＣＯに比べて低カロリーのガス成分であるＨ_２が残留しにくくなる。また、水素濃度や炭酸ガス濃度を４０vol％以下とすることにより、廃プラスチックなどの有機物質の分解率を好ましいレベルにすることができる。また、以上のような観点から、混合ガス（g）のより好ましいガス組成は、水蒸気濃度：２５〜６５vol％、水素濃度：１５〜３５vol％、炭酸ガス濃度：１５〜３５vol％である。なお、この混合ガス（g）に、他のガス成分（例えば、窒素など）が含まれることは妨げない。

次に、シフト反応で得られた混合ガス（g）による有機物質の改質（低分子化）条件について説明する。
本発明において、改質による低分子化の対象となる有機物質に特別な制限はないが、高分子量の有機物質が好適であり、例えば、廃プラスチック、含油スラッジ、廃油、バイオマスなどが挙げられ、これらの１種以上を対象とすることができる。

対象とする廃プラスチックの種類に特別な制限はないが、例えば、産業廃棄物系、容器包装リサイクル法の対象プラスチックなどを挙げることができる。より具体的には、ＰＥやＰＰなどのポリオレフィン類、ＰＡやＰＥＴなどの熱可塑性ポリエステル類、ＰＳなどのエラストマー類、熱硬化性樹脂類、合成ゴム類や発砲スチロールなどを挙げることができる。なお、多くのプラスチック類にはフィラーなどの無機物が添加されているが、本発明では、このような無機物は反応に関与しないので、固体状残渣として改質（低分子化）反応器（有機物質を改質して低分子化するための反応器。以下同様）から排出される。また、廃プラスチックは、必要に応じて適当なサイズに事前裁断された後、改質反応器に投入される。
また、廃プラスチックがポリ塩化ビニルなどの塩素含有樹脂を含んでいると、改質反応器内で塩素が発生し、この塩素が気体生成物や液体生成物中に含有されてしまう恐れがある。したがって、廃プラスチックが塩素含有樹脂を含む恐れがある場合には、改質反応器内にＣａＯなどのような塩素吸収剤を投入し、塩素分が生成する気体生成物中に含有されないようにすることが好ましい。

含油スラッジとは、含油廃液処理工程で発生する汚泥状の混合物のことであり、一般に３０〜７０質量％程度の水分を含んでいる。スラッジ中の油分としては、例えば、各種鉱物油、天然および／または合成油脂類、各種脂肪酸エステル類などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。なお、改質反応器に含油スラッジを供給する際などのハンドリング性を向上させるために、遠心分離などの手法により、スラッジ中の水分を３０〜５０質量％程度まで低減させてもよい。

廃油としては、例えば、使用済みの各種鉱物油、天然および／または合成油脂類、各種脂肪酸エステル類などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、これら２種以上の廃油の混合物であってもよい。また、製鉄所の圧延工程で発生する廃油の場合、一般に多量（通常、８０質量％超程度）の水分を含有しているが、この水分についても、比重分離などの手法によって事前に低減させておくことが、ハンドリング性の面で有利である。
有機物質が水を含んでいる場合には、改質反応器内で水蒸気が発生するので、その分を考慮してシフト反応で添加する水蒸気の過剰割合を決定する。

バイオマスとしては、例えば、下水汚泥、紙、建設廃材、間伐材などの他、ゴミ固形燃料（ＲＤＦ）などの加工されたバイオマスなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。バイオマスには、通常、多量の水分が含有されているので、事前に乾燥させておくことがエネルギー効率の点から好ましい。また、ナトリウムやカリウムなどのアルカリ金属を比較的高濃度に含むバイオマスの場合、改質反応器内でアルカリ金属が析出する可能性があるので、水洗などの方法によって事前にアルカリ金属を溶出させておくことが好ましい。なお、建設廃材などの大型のバイオマスは、事前に裁断して改質反応器に投入される。

有機物質改質時の反応温度は、有機物質の種類に応じて、以下のようにすることが好ましい。廃プラスチックやバイオマスの場合には、反応温度は４００〜９００℃程度が適当である。反応温度が４００℃未満では廃プラスチックやバイオマスの分解率が低く、一方、９００℃を超えると炭素質の生成が多くなる。また、含油スラッジや廃油の場合には、反応温度は３００〜８００℃程度が適当である。反応温度が３００℃未満では含油スラッジや廃油の分解率が低くなる。一方、反応温度が８００℃を超えても含油スラッジや廃油の改質（低分子化）特性に影響はないが、必要以上の高温であるため、経済的でない。
また、廃プラスチックおよび／またはバイオマスと含油スラッジおよび／または廃油からなる混合物を対象とする場合には、上述した点から、反応温度は４００〜８００℃程度が適当である。圧力の影響はほとんど認められないので、常圧または数ｋｇ／ｃｍ^２程度の微加圧で改質反応器を運転することが経済的である。

使用する改質反応器の種類は特に限定されないが、反応器内で廃プラスチックなどの有機物質が円滑に移動し、且つ有機物質改質用の混合ガス（g）と効率的に接触できるという点から、ロータリーキルンのような横型の移動床方式反応器が好ましい。
また、本発明では有機物質の改質に特に触媒を必要としないが、触媒を充填して反応を行ってもよい。触媒としては、水蒸気改質活性、炭酸ガス改質活性、水素化活性、水素化分解活性をそれぞれ有する１種または２種以上の触媒を用いることができる。具体例としては、Ｎｉ系改質触媒、Ｎｉ系水素化触媒、Ｐｔ／ゼオライト系石油精製触媒などを挙げることができる。また、微細なＦｅ粒子からなることが知られている転炉発生ダストも、改質触媒や水素化分解触媒として用いることができる。

触媒を充填する場合には、廃プラスチックなどの有機物質と触媒との接触が良好となることから、ロータリーキルンなどのような横型の移動床式改質反応器ではなく、縦型の改質反応器を採用してもよい。この場合、シフト反応で得られた混合ガス（g）は、改質反応器の上部よりも、下部および／または側部から供給する方が、混合ガス（g）と有機物質や触媒との接触が良好となり好ましい。

縦型の改質反応器としては、化学工業で用いられる一般的な固定床反応器を用いることができるが、特に、混合ガス（g）を改質反応器下部から供給する方式を採用する場合には、製鉄設備である高炉やシャフト炉、或いは転炉を改質反応器として利用することもできる。高炉やシャフト炉を改質反応器として利用する場合は、炉上部から有機物質と触媒を、炉下部から混合ガス（g）をそれぞれ連続的に供給して向流接触させ、炉上部から生成物（生成物の蒸気）を、炉下部から触媒をそれぞれ連続的に抜き出す移動床式とすると、反応効率が高くなり好ましい。また、転炉を改質反応器として利用する場合は、有機物質と触媒を炉に投入した後、炉下部から混合ガス（g）を連続的に供給し、生成物（生成物の蒸気）は炉上部から連続的に抜き出し、触媒は一定時間の反応後に炉を傾けて抜き出すという、吹錬と同様の回分式反応形式とすることができる。

本発明法では、上記のように改質反応器において有機物質を改質して低分子化した生成物を生成させ、この改質反応器から出た生成物の蒸気を蒸留して気体生成物と液体生成物とに分離し、気体生成物を回収するとともに、液体生成物を前記改質反応器に還流させる。このため、後述するように改質反応器には蒸留装置を付設する。改質反応器に還流された液体生成物は、さらに改質され、気体生成物に変換される。このように、改質反応器から出た生成物の蒸気から液体生成物を分離し、改質反応器に還流させることにより、非常に高いガス化率を達成することができる。

次に、本発明のガス化装置について説明する。
図２は、本発明のガス化装置の一実施形態を模式的に示したものである。
本発明のガス化装置は、冶金炉で発生した一酸化炭素を含有する排ガス（g_０）に過剰の水蒸気を添加してシフト反応を行わせるためのシフト反応器１（シフト反応装置）と、このシフト反応器１で生成した水素および炭酸ガスと、シフト反応に消費されなかった水蒸気とを含む混合ガス（g）を有機物質に接触させて改質する改質反応器２（改質反応装置）と、この改質反応器２から出た生成物の蒸気を気体生成物と液体生成物とに分離し、液体生成物を改質反応器２に還流させる蒸留装置３を備える。
本実施形態の蒸留装置３は、改質反応器２から独立して設けられる蒸留塔３０と、この蒸留塔３０の下流側（蒸留塔の上部）に設けられる水冷コンデンサー３１と、この水冷コンデンサー３１で気体生成物から分離された液体生成物を改質反応器２に還流させるための配管３２などを備えている。また、この配管３２は、液体生成物の一部を蒸留塔３０に還流させるための分岐配管３２０を有している。

このガス化設備では、過剰の水蒸気を添加した冶金炉発生排ガス（g_０）がシフト反応器１に導入されてシフト反応が行われ、このシフト反応後の混合ガス（g）（シフト反応生成ガス）が改質反応器２に導入される。この改質反応器２には廃プラスチックなどの有機物質が投入され、混合ガス（g）による有機物質の改質化（低分子化）が行われる。この改質反応器２で生成した生成物の蒸気は上昇して蒸留塔３０に入る。蒸留塔３０では、水冷コンデンサー３１で凝縮した液体生成物の少なくとも一部が分岐配管３２０を通じて蒸留塔３０に還流するので、上昇してくる生成物蒸気と熱交換して蒸留が行われ、液体生成物のうちの灯油や軽油成分のような比較的沸点の高い生成物は、蒸留塔下部から液体状態で改質反応器２に還流し、その結果、ＬＰＧ成分のような比較的沸点の低い生成物が濃縮され、蒸気状態のままで水冷コンデンサー３１へ上昇する。水冷コンデンサー３１では室温付近で凝縮する生成物は液体に変化するので、この液体生成物は配管３２および分岐配管３２０を通じて改質反応器２と蒸留塔３０に還流する。一方、水冷コンデンサー３１で凝縮しない成分は気体生成物として回収される。分岐配管３２０によって蒸留塔３０に還流させることなく、配管３２から直接改質反応器２に還流した液体生成物と、上記のように蒸留塔下部から液体状態で改質反応器２に還流した液体生成物は、改質反応器２でさらに改質され、気体生成物に変換される。これにより、非常に高いガス化率を達成することができる。

本発明では、通常、比較的低い精度の蒸留分離で十分である。これは、本発明で得られる気体生成物が炭素数１〜４乃至５程度の炭化水素に水素や一酸化炭素が混合した、常温で気体の混合物となるからである。そのため、蒸留装置３の理論段数は１段〜５段程度で問題なく、また、分岐配管３２０から蒸留塔３０への還流量と配管３２から改質反応器２への還流量との比（通常の蒸留操作で言うところの還流比に相当）は１〜５程度の低い値で問題ない。しかし、寒冷地において本発明で得られた気体生成物を利用するような場合は、蒸留分離の精度を高くして、室温付近に沸点を有するペンタンやブタンの含有率を低くし、気体生成物が凝縮することを防止する方が好ましい。このような場合は、理論段数を５〜２０段程度とし、還流比を５〜２０程度とすることが好ましい。特に沸点が３６℃のペンタンは、限定的ではないが、含有率を０．１％以下とすることが凝縮防止の点から好ましい。
なお、還流比の制御のため、図２には示されていない流量調整弁等の還流比制御機構を配管３２に設置する。また、多段蒸留塔については特に制約はなく、充填塔でも棚段塔でもよい。

還流を行わないときの液体生成物は、主にナフサ（C5〜C8炭化水素）、灯油（C9〜C12炭化水素）、軽油（C13〜C24炭化水素）の混合物であるので、蒸留装置３では、改質反応器２と同様の常圧ないし数ｋｇ／ｃｍ^２程度の微加圧で蒸留塔３０を操作し、塔上部に設置した水冷コンデンサー３１によって液体生成物と気体生成物とを分離する。蒸留装置３を減圧で操作してもよいが、改質反応器２と蒸留装置３との間に６００℃程度で作動可能な減圧弁等を設置しなければならず、装置が複雑化するため好ましくない。

改質反応器２と蒸留塔は、図２の実施形態のようにそれぞれ独立した設備とし、これらを直列に設置してもよいし、改質反応器２と蒸留塔を一体化した設備としてもよい。また、水冷コンデンサーを設ける代わり、蒸留塔を空冷又は水冷式とすることにより、液体生成物と気体生成物を分離するようにしてもよい。
図３は、本発明のガス化装置の他の実施形態を模式的に示したものであり、改質反応器２の上部に蒸留部３０aを連設し、改質反応器２と蒸留塔を一体化したものであり、所謂反応蒸留装置に該当する。この実施形態では、改質反応器２を出て上昇した生成物の蒸気が蒸留部３０aに入るまでは図２の実施形態と同様であるが、図２と異なるのは水冷コンデンサー３１で凝縮した成分は全てが蒸留部３０ａに還流される、所謂全還流状態となっているところである。水冷コンデンサー３１で凝縮した液体生成物は、配管３３を通じて蒸留部３０ａに還流される。また、蒸留部３０a内の液体生成物は改質反応器２に流下し、さらに改質がなされる。この実施形態の利点は、還流比制御のための流量調節弁が不要で、配管や制御方法が簡素なことである。水冷コンデンサー３１で分離された気体生成物は、製品ガスとして回収される。

図４は、本発明のガス化設備の他の実施形態を模式的に示したものであり、改質反応器２の上部に蒸留部３０aを連設し、改質反応器２と蒸留塔を一体化するとともに、水冷コンデンサーを設ける代わり、蒸留塔部３０aを空冷又は水冷式としたものであり、所謂内部還流方式に該当する。この実施形態では、改質反応器２を出て上昇した生成物の蒸気は蒸留部３０aに入り、ここで気体生成物と液体生成物に分離され、液体生成物は改質反応器２に流下して、さらに改質がなされる。蒸留塔部３０aからは気体生成物のみが排出され、製品ガスとして回収される。この実施形態の利点は、還流比制御のための流量調節弁が不要で装置が簡素なことであるが、蒸留部３０ａを空冷あるいは水冷で直接冷却するため、蒸留分離精度の制御性が低いことが欠点である。また、この実施形態では蒸留部３０ａとして、蒸留塔として設計・製作された装置に限らず、改質反応器２の上部に単なる配管を接続してこの配管を蒸留部３０ａとすることもできる。配管である蒸留部３０ａの長さは空冷または水冷での冷却に必要な伝熱面積から計算できる。

本発明法で得られる有機物質の改質物（気体生成物）は、通常、一酸化炭素とC1からC4程度までの軽質炭化水素の混合ガスであり、気体燃料として好適である。
気体生成物中のＬＨＶは約６〜１０Ｍcal／Ｎｍ^３であり、天然ガス並みのＬＨＶである。それにも拘わらず、一酸化炭素濃度が高いので、天然ガスよりも燃焼性が高いことが特徴である。一酸化炭素濃度が高く且つ燃焼性が高いことから、家庭用都市ガスとして供給するよりも、製鉄所などのような冶金炉を有する工場の都市ガス代替燃料として利用する方が安全性の点から好ましい。また、気体生成物を燃料としてではなく、高炉などの還元剤として用いることもできる。
すなわち、製鉄所の操業方法として、本発明法で得られた気体生成物を製鉄所内で燃料または／および還元剤として利用することができる。

なお、以上述べた点からして、本発明で得られる混合ガス（g）と同等の組成の混合ガスを用いれば、有機物質を効率的に分解し、低分子化することができる。特に、水蒸気濃度：２０〜７０vol％、水素濃度：１０〜４０vol％、炭酸ガス濃度：１０〜４０vol％、より好ましくは水蒸気濃度：２５〜６５vol％、水素濃度：１５〜３５vol％、炭酸ガス濃度：１５〜３５vol％である混合ガスを用いることにより、有機物質の分解率を十分に高めることができるとともに、気体生成物のＬＨＶを高くすることができる。なお、この混合ガスに、他のガス成分（例えば、窒素など）が含まれることは妨げない。
このようなガス組成の限定理由は、さきに述べた本発明法における限定理由と同様である。本発明法以外でこのような組成の混合ガスを得るには、例えば、ベースとなるガスに水蒸気、水素、炭酸ガスの１種以上を添加する。
この混合ガスによる有機物質の改質（低分子化）条件は、さきに述べた本発明法における改質（低分子化）条件と同様である。

したがって、その方法の要旨は下記［i］〜［iii］の通りであり、後述する本発明の実施例は、下記［i］〜［iii］の方法の実施例でもある。
［i］水蒸気濃度が２０〜７０vol％、水素濃度が１０〜４０vol％、炭酸ガス濃度が１０〜４０vol％である混合ガスを改質反応器内で有機物質に接触させことにより、有機物質を改質して低分子化した生成物を生成させ、前記改質反応器から出た生成物の蒸気を蒸留して気体生成物と液体生成物とに分離し、気体生成物を回収するとともに、液体生成物を前記改質反応器に還流させることを特徴とする有機物質のガス化方法。
［ii］上記［i］の方法において、混合ガスは、水蒸気濃度が２５〜６５vol％、水素濃度が１５〜３５vol％、炭酸ガス濃度が１５〜３５vol％であることを特徴とする有機物質のガス化方法。
［iii］上記［i］または［ii］の方法において、改質される有機物質が、廃プラスチック、含油スラッジ、廃油、バイオマスの中から選ばれる１種以上であることを特徴とする有機物質のガス化方法。

・発明例１
転炉ガスを一時貯留するガスホルダーのガス払出し配管に分岐管を設け、この分岐管を通じて転炉ガスの一部を抜き出すことができるようにした。この分岐管の下流側には流量調節弁、スチーム混合器、予熱器（転炉ガスとスチームの混合ガス用）、シフト反応器（円筒竪型）、改質反応器（外熱式ロータリーキルン）、上部に水冷コンデンサーを設置した単蒸留塔を、この順に配置した。また、水冷コンデンサーから改質反応器への液体分還流配管を設けるとともに、この液体分還流配管から単蒸留塔への分岐配管を設けた。前記改質反応器の入側には、スクリューコンベア方式の廃プラスチック定量投入装置を設置した。また、シフト反応器の出側配管とガス冷却器の冷却後ガスの出側配管には、サンプリングポートと流量計を設置した。なお、単蒸留塔全体は空冷した。

ガスホルダー中の転炉ガスの平均組成は、Ｈ_２：１２vol％、ＣＯ：５４vol％、ＣＯ_２：１７vol％、Ｈ_２Ｏ：１vol％、Ｎ_２：１６vol％であった。スチーム混合器に対して転炉ガスを７４Ｎｍ^３／ｈ、水蒸気として圧力１０ｋｇ／ｃｍ^２Ｇのスチームを１００Ｎｍ^３／ｈ供給し、予熱器で３２０℃まで昇温した後、シフト反応器（Ｆｅ−Ｃｒ系高温シフト触媒充填）に導入した。シフト反応器でのシフト反応によって、ガス組成がＨ_２：２６vol％、ＣＯ：２vol％、ＣＯ_２：２８vol％、Ｈ_２Ｏ：３７vol％、Ｎ_２：７vol％のガス（シフト反応生成ガス）が得られた。このシフト反応生成ガスは、流量が１７２Ｎｍ^３／ｈ（質量流量では１７０ｋｇ／ｈ）、反応器出口ガス温度が４３０℃であった。

改質反応器である外熱式ロータリーキルンは予め５００℃に予熱されており、この改質反応器に、シフト反応生成ガスを導入するとともに、廃プラスチックのモデル物質として粒状に破砕処理したポリエチレンを８８０ｋｇ／ｈで供給し、計画反応温度である８００℃まで昇温させた。８００℃に到達後、全還流状態となるよう水冷コンデンサーで気体生成物から分離された液体生成物全量を、分岐配管により単蒸留塔に還流させつつ、さらに１時間、廃プラスチックの改質反応を継続した後、水冷コンデンサーで分離された気体生成物を分析し、生成量、組成、ＬＨＶを求めるとともに、ポリエチレンのガス化率を求めた。その結果を表１に示す。これによれば、気体生成物のＬＨＶを低下させることなく、高いガス化率が達成できることが明らかである。
なお、ガス化率とは、供給したシフト反応生成ガスとポリエチレンの合計量（ｋｇ／ｈ）に対する気体生成物の生成量（ｋｇ／ｈ）の割合であり、気体生成物の定義はＨ_２からＣ4までとした。

・比較例１
水冷コンデンサーと単蒸留塔をバイパスし、液体生成物を改質反応器に還流させることなくポリエチレンを改質した以外は、発明例１と同様にして実験を行い、気体生成物を分析し、生成量、組成、ＬＨＶを求めるとともに、ポリエチレンのガス化率を求めた。その結果を表１に示す。
表１に示されるように、本発明例では、液体生成物を改質反応器に還流させることにより、比較例に較べて有機物質のガス化率を大幅に向上させることができる。

・発明例２〜１０
発明例１と同様の設備において、シフト反応器に供給するスチーム流量を種々変化させたこと、並びにポリエチレンの改質反応温度を８００℃と５００℃の２水準とした以外は発明例１と同様にして、転炉ガスのシフト反応とシフト反応生成ガスによるポリエチレンの改質反応実験を行った。その結果を表２に示す。

なお、ポリエチレンの改質反応に対するシフト反応生成ガス組成の影響を調べるため、液体生成物を改質反応器に還流させない以外は発明例２〜１０と同様の条件でポリエチレンの改質試験を行った。その結果を図５〜図９に示す。
図５は、シフト反応生成ガスの水蒸気濃度と、ポリエチレンの改質（反応温度：８００℃）におけるガス化率および液化率との関係を示したものである。なお、上述したようにガス化率とは、供給したシフト反応生成ガスとポリエチレンの合計量（ｋｇ／ｈ）に対する気体生成物の生成量（ｋｇ／ｈ）の割合であり、気体生成物の定義は表１に示すようにＨ_２からＣ4までとした。同様に、液化率とは、供給したシフト反応生成ガスとポリエチレンの合計量（ｋｇ／ｈ）に対する液体生成物の生成量（ｋｇ／ｈ）の割合であり、液体生成物の定義は表１に示すようにＣ5からＣ24までとした。図６は、シフト反応生成ガスの水蒸気濃度と、ポリエチレンの改質（反応温度：８００℃）で得られた気体生成物および液体生成物のＬＨＶとの関係を示したものである。ここで、液体生成物のＬＨＶは、液体生成物の気体換算の標準状態における体積当たりのＬＨＶで表した。図７は、シフト反応生成ガスの水蒸気濃度と、ポリエチレンの改質によるポリエチレン分解率との関係を示したもので、特に、反応温度５００℃と８００℃においてポリエチレン分解率が同等であることを示したものである。図８は、シフト反応生成ガスの炭酸ガス濃度と、ポリエチレンの改質（反応温度：８００℃）で得られた気体生成物の水素濃度との関係を示したものである。図９は、シフト反応生成ガスの水素濃度と、ポリエチレンの改質（反応温度：５００℃）で得られた気体生成物の炭酸ガス濃度との関係を示したものである。

・発明例１１
一酸化炭素を含有する冶金炉発生排ガスとして高炉ガスを用いた。高炉ガスの脱硫・乾燥処理後の組成は、Ｈ_２：３vol％、ＣＯ：２３vol％、ＣＯ_２：２１vol％、Ｎ_２：５３vol％であったので、以下に述べるＰＳＡ法によって窒素分離を行い、一酸化炭素の濃度を高めた。
ＰＳＡ法による窒素分離では、吸着剤としてＣｕ^＋担持活性炭を４００ｋｇ充填した吸着塔に、上記高炉ガスを常圧で１３６Ｎｍ^３／ｈ供給した。脱着は７ｋＰａ（絶対圧）で行い、脱着ガス（＝一酸化炭素を濃縮した高炉ガス）の組成はＨ_２：＜１vol％、ＣＯ：４７vol％、ＣＯ_２：３７vol％、Ｎ_２：１６vol％、流量は５８Ｎｍ^３／ｈであった。この一酸化炭素を濃縮した高炉ガス５８Ｎｍ^３／ｈと水蒸気として圧力１０ｋｇ／ｃｍ^２Ｇのスチーム７３Ｎｍ^３／ｈをスチーム混合器に供給し、発明例１と同様にしてシフト反応を行った。その結果、ガス組成がＨ_２：１９vol％、ＣＯ：２vol％、ＣＯ_２：３５vol％、Ｈ_２Ｏ：３７vol％、Ｎ_２：７vol％のガス（シフト反応生成ガス）が得られた。

このシフト反応生成ガスは、流量が１３０Ｎｍ^３／ｈ（質量流量では１４６ｋｇ／ｈ）、反応器出口ガス温度が４３０℃であった。このシフト反応生成ガスを用いたことと、改質反応温度を６００℃とした以外は発明例１と同様にして全還流状態でポリエチレンの改質反応を行った。反応結果は、気体生成物の生成量５５０ｋｇ／ｈ、ガス化率５４％、気体生成物のＬＨＶ７．５Ｍcal／Ｎｍ^３となり、一酸化炭素を濃縮した高炉ガスからも高効率で反応が進行することを確認できた。また、高炉ガスのＬＨＶは７７０ｋcal／Ｎｍ^３なので、９倍以上の燃焼熱のガスを得ることができた。

・比較例２
水蒸気と水素濃度がともに低いガスによるポリエチレンの改質反応効率を調べるために、Ｈ_２：１vol％、ＣＯ：６１vol％、ＣＯ_２：１９vol％、Ｈ_２Ｏ：１vol％、Ｎ_２：１８vol％なる組成の標準ガスを作り、このガスによりポリエチレンの改質反応実験を行った。その結果、温度８００℃においてもポリエチレン分解率は１６％、ガス化率１０％、液化率５％に過ぎず、低分子化はほとんど進行しなかった。

１シフト反応器
２改質反応器
３蒸留設備
３０蒸留塔
３０a 蒸留部
３１水冷コンデンサー
３２配管
３２０分岐配管
３３配管

Claims

冶金炉で発生した一酸化炭素を含有する排ガス（g_０）に過剰の水蒸気を添加してシフト反応を行わせることで、シフト反応で生成した水素および炭酸ガスと、シフト反応に消費されなかった水蒸気とを含む混合ガス（g）とし、この混合ガス（g）を改質反応器内で有機物質に接触させることにより、有機物質を改質して低分子化した生成物を生成させ、前記改質反応器から出た生成物の蒸気を蒸留して気体生成物と液体生成物とに分離し、気体生成物を回収するとともに、液体生成物を前記改質反応器に還流させることを特徴とする有機物質のガス化方法。
排ガス（g_０）が、冶金炉で発生した一酸化炭素と窒素を含有する排ガスから窒素の少なくとも一部を分離することで一酸化炭素濃度を高めた排ガスであることを特徴とする請求項１に記載の有機物質のガス化方法。
混合ガス（g）の水蒸気濃度が５〜７０vol％であることを特徴とする請求項１または２に記載の有機物質のガス化方法。
混合ガス（g）は、水蒸気濃度が２０〜７０vol％、水素濃度が１０〜４０vol％、炭酸ガス濃度が１０〜４０vol％であることを特徴とする請求項３に記載の有機物質のガス化方法。
改質される有機物質が、廃プラスチック、含油スラッジ、廃油、バイオマスの中から選ばれる１種以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の有機物質のガス化方法。
冶金炉で発生した一酸化炭素を含有する排ガス（g_０）に過剰の水蒸気を添加してシフト反応を行わせるためのシフト反応器（１）と、該シフト反応器（１）で生成した水素および炭酸ガスと、シフト反応に消費されなかった水蒸気とを含む混合ガス（g）を有機物質に接触させて改質する改質反応器（２）と、該改質反応器（２）から出た生成物の蒸気を気体生成物と液体生成物とに分離し、液体生成物を改質反応器（２）に還流させる蒸留装置（３）を備えることを特徴とする有機物質のガス化装置。
請求項１〜５のいずれかに記載のガス化方法で得られた気体生成物を、製鉄所内で燃料または／および還元剤として利用することを特徴とする製鉄所の操業方法。