JP3980426B2

JP3980426B2 - 廃プラスチックのガス化方法

Info

Publication number: JP3980426B2
Application number: JP2002195628A
Authority: JP
Inventors: 広行小水流; 隆文河村; 均三瓶; 清上野山; 利文元内; 克志小菅; 俊也樋口; 渡白水; 健太郎森田
Original assignee: Nippon Steel Corp; Daicel Chemical Industries Ltd; Nippon Steel Engineering Co Ltd
Current assignee: Daicel Corp; Nippon Steel Corp; Nippon Steel Engineering Co Ltd
Priority date: 2002-07-04
Filing date: 2002-07-04
Publication date: 2007-09-26
Anticipated expiration: 2022-07-04
Also published as: JP2004035749A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、塩素を含有する廃プラスチックをガス化する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、資源リサイクルの要望から廃プラスチックのリサイクル利用が進んできているが、未だ廃棄あるいは単純燃焼処理されているものが多いというのが現状である。廃プラスチックの利用方法としては高炉の羽口に吹き込み、鉄鉱石の還元剤として活用する方法やコークス炉に添加して処理する方法等が最近実施されているが、塩化ビニル樹脂等の含塩素プラスチックからは塩素ガスが発生し、機器・配管を腐食させることがあるため、事前に除去する必要がある。塩素分を除去せずに燃料ガスを製造する方法としては、特開平１１−２１６４４５号公報において、廃プラスチックのガス化方法が示されている。この公報においては、気流層のガス化炉の後段にガス冷却装置が設置され、ガス中に含まれる固体分を回収した後、廃プラスチックに含まれる塩素分を塩酸として回収するプロセスが示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平１１−２１６４４５号公報で提示した方法では、ガス化炉の温度を１３００℃以上に上げる必要があり、その温度未満ではガス化が完全には行われないというという問題があった。１３００℃未満でガス化が完全に行われない場合には、廃プラスチック由来の炭化水素成分がガス中に残り、冷却過程でダイオキシンが再合成される可能性があり問題となる。
【０００４】
そこで、本発明は上記問題点を解消し安定した廃プラスチックのガス化炉操業方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決した本発明の廃プラスチックのガス化装置および方法は、以下の特徴を有する。
【０００６】
（１）塩素を含む廃プラスチックをガス化炉内で酸素又は空気で部分燃焼させてガス化する方法において、前記ガス化炉内での部分酸化温度を１１００℃以上１３００℃未満として、さらに前記ガス化炉内ガス滞留時間を２秒以上として、燃料ガスとして使用可能な発熱量を有するガスを生成することを特徴とする廃プラスチックのガス化方法。
【０００７】
（２）前記（１）に記載の方法において、前記生成ガスからの顕熱回収を行うことを特徴とする廃プラスチックのガス化方法。
【０００８】
【発明の実施の形態】
塩素を含有する廃プラスチックを高温で燃焼あるいはガス化した場合、廃プラスチックに含まれる炭素、水素、塩素等が分離され、ＣＯ、ＣＯ₂、Ｈ₂、Ｈ₂Ｏ、ＨＣｌなどが生成する。廃プラスチックのガス化は、廃プラスチックに含まれる炭素、水素等と反応する酸素量が、当量未満の場合に起こり、部分酸化反応と称する。
【０００９】
一般にゴミ焼却炉などでは、焼却炉出口の排ガスは８００〜９００℃の高温にあり、大量の飛灰（ダスト）とともに、ダイオキシン再合成の原因となる芳香族塩素化合物からなるダイオキシン前駆物質や塩素、塩酸などの酸性物質を含んでいる。
【００１０】
このようなガスを冷却する過程で、ダイオキシンが再合成される。この反応は複雑多岐であるが、現在のところ、以下の２反応が主体であるといわれている。
【００１１】
ｉ）２５０〜４００℃の温度域で、不完全燃焼により残留した直鎖状炭化水素から大量の飛灰もしくは飛灰中に含まれるＣｕＣｌ₂のような金属塩化物を触媒として、その表面で塩素化反応が生じ、クロロフェノールやクロロベンゼンなどのダイオキシン前駆体が生成しダイオキシンが合成される。本反応は、高速（数秒〜数十秒）で起こるといわれており、本機構による再合成を防止するためには、析出サイト、塩素化触媒の除去とともに、高温排ガスを急速冷却して、上記生成温度領域を短時間で通過させることが肝要となる。
【００１２】
ｉｉ）２５０〜３５０℃の温度域で、未燃カーボン、空気、水分、無機塩素などが共存した場合に、未燃カーボン粒子表面を析出サイトとして固気あるいは固固反応を介してダイオキシンが生成される。この反応は、化学構造的に関連の薄い物質から合成されるという意味で、デノボ合成（ｄｅｎｏｖｏｒｅａｃｔｉｏｎ）と呼ばれている。この場合も、飛灰表面に析出したＣｕＣｌ₂のような金属塩化物は、合成反応促進触媒として作用する。本反応は、ｉ）に比較して合成速度は桁違いに遅いが、飛灰などの粒子状物質が反応促進サイトとして作用することから、未燃カーボンが付着した飛灰が、比較的低温の上記析出温度範囲に滞留する時間が、ｉ）に比べ長時間にわたるものと想定されることから、排ガス処理工程における再合成ダイオキシンの主体を占めるともいわれている。
【００１３】
従って、従来焼却炉からの排ガスは、２００℃程度まで急速に冷却する必要があったため、熱回収されることなく無駄に捨てられている。そこで、廃プラスチックをガス化する場合、ガス化炉でダイオキシンの前駆体となる炭化水素分を分解除去することで、ガス化ガスを急速に冷却しなくても、ダイオキシンの再合成を防ぐことが可能となる。また、通常ガス化ガス中には酸素ガスが存在しないため、デノボ合成反応は起こらない。このため、廃プラスチックのガス化の際に、炭化水素分を分解除去できる条件で操業すれば、上記問題は起こらないものの、温度条件としては高くする必要があり、ガス化温度が高くなるにつれて、ガス化に必要な酸素量が増加し、その結果生成ガス中の二酸化炭素量が増加し、生成ガスの熱量が低下する。従って、ガス化反応条件として、炭化水素分を分解除去でき、さらにより低い温度条件で生成ガス中の二酸化炭素量を低減できる条件が望まれていた。
【００１４】
本発明者らは、炭化水素分をより低い温度で、ダイオキシンの生成に問題にならない程度に分解するためには、ガス化炉内の滞留時間を長くする必要があることに着目し、具体的にはガス化炉温度は１１００℃以上で、ガス化炉内でのガス滞留時間を２秒以上とすれば、ガス化炉から発生するガス中の炭化水素分を完全に分解できることを見い出した。本願発明の方法では生成ガスを急冷する必要がないため、顕熱を回収することが可能となり、さらに二酸化炭素量の低減により高い熱量のガスを得ることを可能とするものである。
【００１５】
１１００℃未満ではプラスチック粒子から発生する炭化水素成分を完全に分解することはできず、１１００℃の温度では滞留時間２秒以上の条件が必要である。また、ガス化炉での滞留時間が２秒以上の場合、ガス化炉温度の上限は特に規定するものではないが、１３００℃以上になると滞留時間の効果が小さくなることや、熱量的にも不利になる傾向にあるため、１３００℃未満が好ましい。また、滞留時間については、２秒以上であれば特に規定するものではない。
【００１６】
例えば、ガス化炉の温度を１１００℃に低下させるためには、ガス化炉に投入される酸素、空気などの量を減らせば良く、そうすることで生成ガス中の二酸化炭素を減らすことが可能となり、生成ガスの熱量を増加させることが可能となる。つまり、ガス化炉の温度を低下させることは高価な酸素の使用量を減少させ、さらに発熱量を増加させることで、経済的に貢献できる。
【００１７】
ここでガス化炉内のガス滞留時間とは、ガス化炉出口でのガス流量およびガス化炉容積、ガス化炉温度、ガス化炉内圧力より算出されるもので、ガス化炉容積を実ガス流量で割った数値である。従って、ガス化炉内のガス滞留時間を２秒以上とするためには、これらの条件を適宜設定すれば良い。
【００１８】
また、ガス化生成ガスからの熱回収方法としては、化学プラント等で通常用いられている熱交換器等を用いることができるが、特に規定するものではない。
【００１９】
次に、本発明方法について図面を用いて説明する。図１は、本発明方法を実施する装置の一例である。廃プラスチック６はガス化バーナー５からガス化炉１に投入される。通常、廃プラスチックは粒子状のものを扱う。ガス化バーナー５の先端で酸素（または空気）、水蒸気７と混合され、ガス化反応を起こす。ガス化炉１の温度はガス化炉１内に設置された熱電対１２により測定される。廃プラスチック粒子６に含まれる灰分は、ガス化炉１内で溶融し溶融スラグ１１は、ガス化炉１の下部に設けられたスラグタップ１０よりガス化炉１から排出され水槽４で急冷される。生成ガス化ガス８は生成ガス出口２から出た後に熱回収器３に送られ、生成ガス化ガス８中の顕熱が回収され、熱回収後の生成ガス９は熱回収器３より排出される。熱回収器出側温度は水分の凝縮を防ぐため１００℃以上が望ましい。
【００２０】
本願発明での廃プラスチックとは一般廃棄物、産業廃棄物として発生するプラスチックの総称である。また、工業分析による揮発分を７０質量％以上含んだプラスチック樹脂を指す。
また、塩素を含む廃プラスチックの含塩素量については、少くとも含まれていることを意味し、特に規定するものではない。
【００２１】
【実施例】
つぎに、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明する。
【００２２】
実施例
本発明による実施例を、廃プラスチックを５ｔｏｎ／ｄで処理した場合について説明する。廃プラスチックは、炭素７２質量％、水素１０質量％、酸素９．７質量％、塩素２．５質量％および灰分５質量％を含む組成のものを相当直径６ｍｍ以下に粉砕して、窒素ガス１００Ｎｍ³／ｈで搬送して、図１に示すように、ガスバーナー５よりガス化炉１に供給した。ガス化炉１の温度は、１２００℃、ガス化炉内圧力は０．１ＭＰａＧ、酸素供給量は１８０Ｎｍ³／ｈ、ガス化炉投入水蒸気量は６０ｋｇ／ｈで操業を行った。結果として、発生ガス組成は、ＣＯ：３０容量％、ＣＯ２：８．７容量％、水素２５容量％、水蒸気２１．５容量％、窒素１５容量％、塩化水素０．５容量％となった。ガス化炉出口２での発生ガス量は６７５Ｎｍ³／ｈで、ガス化炉の体積１．３ｍ³から計算されるガス化炉内ガス滞留時間は２．６ｓｅｃである。このときの生成ガス発熱量は、８．２ＭＪ／Ｎｍ³−ｄｒｙとなり、高い熱量の生成ガスを得ることができた。このガスから、熱回収器３で熱回収を行い、約２００℃までボイラーでガスを冷却し顕熱を回収した。この時の発生ガス中メタン濃度は０．０１容量％、発生ガス中ダイオキシン類の濃度は０．００２ｎｇ−ＴＥＱ／ｍ³以下と十分に少ないものであった。
【００２３】
【発明の効果】
本発明の廃プラスチックのガス化方法によって、より低温でのガス化操業が可能となり、より高い熱量のガスを得ることが可能である。また、ガス化に使用する酸素の使用量を減らすことができ、ガス化炉から発生したガスからの熱回収を行うことができるようになり効率の高い操業が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明例の廃プラスチックガス化装置概略図。
【符号の説明】
１ガス化炉、
２生成ガス出口、
３熱回収器、
４水槽、
５ガス化バーナー、
６廃プラスチック、
７酸素（または空気）、水蒸気、
８生成ガス化ガス、
９熱回収後の生成ガス、
１０スラグタップ、
１１溶融スラグ、
１２熱電対。

Claims

塩素を含む廃プラスチックをガス化炉内で酸素又は空気で部分燃焼させてガス化する方法において、前記ガス化炉内での部分酸化温度を１１００℃以上１３００℃未満として、さらに前記ガス化炉内ガス滞留時間を２秒以上として、燃料ガスとして使用可能な発熱量を有するガスを生成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１記載の方法において、前記生成ガスからの顕熱回収を行うことを特徴とする廃プラスチックのガス化方法。