JP5999115B2 - 有機物質の低分子化方法および低分子化システム - Google Patents

Description

本発明は、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低分子化する方法、およびその方法の実施に供する低分子化システムに関する。
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。
さらに、特許文献４には、冶金炉で発生した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とし、この混合ガスを有機物質に接触させ、低分子化する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 特開２０１２−１８８６４１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。
特許文献４の方法は、常圧、４００〜９００℃程度という従来にない温和な反応条件で効率的に有機物質を低分子化できる優れた方法であるが、原料ガスに冶金炉発生排ガスを利用するため、低分子化反応設備の設置場所に制約がある。

したがって本発明の目的は、有機物質を効率的に低分子化して高品質、高カロリーの改質物を得ることができるとともに、シフト反応用に系外から導入する一酸化炭素含有ガス量を少なくし、或いは実質的に系外から一酸化炭素含有ガスを導入しない自立型プロセスとすることができ、これにより、設備の設置場所の制約を少なくし、或いは無くすことができる有機物質の低分子化方法および低分子化システムを提供することにある。

本発明者らは、上記のような従来技術の課題を解決するため、シフト反応用の一酸化炭素含有ガスとして、系内で生成させたガスを利用するという着想の下に検討を行い、その結果、有機物質の低分子化により生成した気体生成物を水蒸気改質して一酸化炭素含有ガスを生成させ、このガスを、シフト反応用の一酸化炭素含有ガスとして用いるという新たな方法を創案した。
すなわち、本発明は以下を要旨とするものである。

［1］一酸化炭素を含有するガス（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）を有機物質に接触させ、有機物質を改質して低分子化する方法において、
有機物質の低分子化により生成した気体生成物の一部に水蒸気を添加して水蒸気改質反応（Ａ）を行わせることで一酸化炭素を含有するガスを生成させ、このガスを、一酸化炭素を含有するガス（g_０）として用いることを特徴とする有機物質の低分子化方法。

［2］上記［1］の低分子化方法において、一酸化炭素を含有するガス（g_０）は、一酸化炭素濃度が２０vol％以上、窒素濃度が３０vol％以下であることを特徴とする有機物質の低分子化方法。
［3］上記［1］の低分子化方法において、一酸化炭素を含有するガス（g_０）は、一酸化炭素濃度が３０vol％以上、窒素濃度が２０vol％以下であることを特徴とする有機物質の低分子化方法。
［4］上記［1］〜［3］のいずれかの低分子化方法において、操業の起動時以外は、一酸化炭素を含有するガス（g_０）として、水蒸気改質反応（Ａ）で生成した一酸化炭素を含有するガスのみを用いることを特徴とする有機物質の低分子化方法。

［5］一酸化炭素を含有するガス（g_０）に過剰の水蒸気を添加してシフト反応を行わせ、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）を得るシフト反応器（１）と、
該シフト反応器（１）から供給された混合ガス（g）を有機物質に接触させ、有機物質を改質して低分子化する改質反応器（２）と、
該改質反応器（２）における有機物質の低分子化で生成した気体生成物の一部が供給され、その気体生成物に水蒸気を添加して水蒸気改質反応（Ａ）を行わせることで一酸化炭素を含有するガスを生成させる水蒸気改質反応器（３）と、
該水蒸気改質反応器（３）で生成した一酸化炭素を含有するガスをシフト反応器（１）に供給する供給管（７）を備えることを特徴とする有機物質の低分子化システム。

本発明によれば、廃プラスチックなどの高分子量の有機物質を低分子化して気体燃料や液体燃料などに転換する際、有機物質を効率的に改質して低分子化し、重質分や炭素質が少なく、軽質分を多量に含有する高カロリーの改質物を得ることができるとともに、シフト反応に用いる一酸化炭素含有ガスとして、系内で生成させたガス（有機物質の低分子化により生じた気体燃料の一部を水蒸気改質して生成させたガス）を利用するため、シフト反応用に系外から導入する一酸化炭素含有ガス量を少なくし、或いは実質的に系外から一酸化炭素含有ガスを導入しない自立型プロセスとすることができ、このため、設備の設置場所の制約を少なくし、或いは無くすことができる。また、系外から導入する冶金炉発生排ガスなどの一酸化炭素含有ガスは相当量の窒素を含有しているが、系内で生成させたガス（有機物質の低分子化により生じた気体燃料の一部を水蒸気改質して生成させたガス）をシフト反応に利用することにより、系内の窒素濃度を低くでき、反応性を向上させることができる。

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改質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。

本発明の実施に供される低分子化設備の一例を模式的に示す説明図 実施例において、有機物質の低分子化により生成した気体生成物のＬＨＶについて、操業起動時から定常操業に至るまでの経時変化を示したグラフ 実施例において、有機物質の低分子化により生成した気体生成物の窒素濃度について、操業起動時から定常操業に至るまでの経時変化を表すグラフ

本発明の有機物質の低分子化方法は、一酸化炭素を含有するガス（g_０）（以下、「一酸化炭素含有ガス（g_０）」という。）に過剰の水蒸気を添加してシフト反応（反応［1］）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）を有機物質に接触させ、有機物質を改質して低分子化（反応［2］）する方法において、有機物質の低分子化により生成した気体生成物の一部に水蒸気を添加して水蒸気改質反応（Ａ）（反応［3］）を行わせることで一酸化炭素を含有するガス（以下、「一酸化炭素含有ガス（g_１０）」または「ガス（g_１０）」という。）を生成させ、このガス（g_１０）をシフト反応（反応［1］）用の一酸化炭素含有ガス（g_０）として用いるものである。
なお、一酸化炭素含有ガス（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。

上記反応［1］（シフト反応）、反応［2］（低分子化反応）、反応［3］（水蒸気改質反応）は、以下に示す反応である。なお、反応［3］は、一例として、メタンの水蒸気改質反応を示した。
反応［1］：ＣＯ＋Ｈ_２Ｏ→Ｈ_２＋ＣＯ_２

反応［3］：ＣＨ_４＋Ｈ_２Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ_２

反応［1］では、一酸化炭素含有ガス（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。ここで、一酸化炭素含有ガス（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。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る。

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、廃プラスチックなどの有機物質の分解率を確保する一方で、改質反応生成ガス中でのＣＯ_２の残留を抑えるなどの観点から、水蒸気濃度は５〜７０vol％であることが好ましい。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、同様の観点から、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。

反応［2］（低分子化反応）は、水素化反応、水素化分解反応、水蒸気改質反応、炭酸ガス改質反応の４反応が同時に進行するものと考えられるが、実際には、それらに加えて、熱分解反応も同時に進行して有機物質が低分子化され、種々の軽質炭化水素や一酸化炭素が生成する複雑な反応であると考えられる。ここで、水素化反応とは不飽和結合への水素付加反応の他に、ＣＯやＣＯ_２への水素付加によるメタネーション反応も含む。この反応［2］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。

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、プラスチック（通常、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。
有機物質改質時の反応温度は４００〜９００℃が好ましく、この温度範囲において、有機物質の種類に応じてより好適な反応温度を選択すればよい。

反応［2］により生成した気体生成物は回収されて気体燃料などとして使用されるが、本発明では、反応［2］により生成した気体生成物の一部を分離し、これに水蒸気を添加して反応［3］（水蒸気改質反応（Ａ））を行わせることで一酸化炭素含有ガス（g_１０）を生成させ、このガス（g_１０）をシフト反応（反応［1］）用の一酸化炭素含有ガス（g_０）として用いる。

反応［3］（水蒸気改質反応（Ａ））の条件は何ら限定的ではないが、Ｎｉ系などの水蒸気改質触媒を用いる場合の反応温度は６００〜９００℃程度が好ましく、触媒を用いない場合の反応温度は７００〜１０００℃程度が好ましい。水蒸気の添加量は、水蒸気改質反応器に供給する反応［2］（低分子化反応）で生成した気体生成物中に含有される炭素原子総量に対し、１倍モル以上５倍モル以下が好ましく、１倍モル以上３倍モル以下であればより好ましい。水蒸気の添加方法については任意であり、気体生成物とは別に水蒸気改質反応器に供給してもよいし、気体生成物と水蒸気を混合してから水蒸気改質反応器に供給してもよい。なお、上述の通り、水蒸気改質反応はシフト反応よりも高温であるため、水蒸気改質後の生成ガスを冷却する熱交換器等を水蒸気改質反応器の下流に設置することが好ましい。
ここで、定常操業時においては、シフト反応用の一酸化炭素含有ガス（g_０）としてガス（g_１０）のみを用いてもよいし、シフト反応用の一酸化炭素含有ガス（g_０）の一部としてガス（g_１０）を用い、残りは系外（プロセス外部）から導入される一酸化炭素含有ガスを用いてもよい。

一方、いずれの場合も、操業の起動時（反応［1］〜反応［3］からなるプロセスの起動時）には、系外（プロセス外部）から導入される一酸化炭素含有ガスをシフト反応用の一酸化炭素含有ガス（g_０）として用いる。
系外（プロセス外部）から導入される一酸化炭素含有ガスをシフト反応用の一酸化炭素含有ガス（g_０）として用いる場合、調達した純一酸化炭素ガスや一酸化炭素含有ガスをパイプラインにより外部から直接供給する方法、カードルボンベから供給する方法などのほかに、ＬＮＧやＬＰＧ、ナフサなどを調達して、本発明の反応［3］を実施する水蒸気改質反応器に供給して、一酸化炭素含有ガスに変換することもできる。

また、操業の起動時には、水素および炭酸ガスと水蒸気とを含む混合ガスを系外（プロセス外部）から導入し、これを有機物質改質用の混合ガス（g）として用いてもよい。系外（プロセス外部）から導入される混合ガスを有機物質改質用の混合ガス（g）として用いる場合、調達した純二酸化炭素と純水素、或いは二酸化炭素と水素を含有するガスをパイプラインにより外部からの直接供給とし、これに水蒸気を付加する方法を採ることができる。
また、設備を立ち上げた際の操業起動時は系外（プロセス外部）から一酸化炭素含有ガスや混合ガスを導入するが、その後については、定常操業の停止前に一酸化炭素含有ガスや混合ガスを一時的にホルダに溜めておき、これを起動時に使用するようにしてもよい。

本発明においてシフト反応に用いる一酸化炭素含有ガス（g_０）は、一酸化炭素濃度が２０vol％以上、窒素濃度が３０vol％以下であることが好ましく、また、一酸化炭素濃度が３０vol％以上、窒素濃度が２０vol％以下であることが特に好ましい。ここで、シフト反応に用いる一酸化炭素含有ガス（g_０）とは、水蒸気改質反応（Ａ）により生成した一酸化炭素含有ガス（g_１０）のほか、系外（プロセス外部）から導入され、一酸化炭素含有ガス（g_０）として用いられる一酸化炭素含有ガスも含まれる。一酸化炭素含有ガス（g_０）の一酸化炭素濃度が２０vol％未満ではシフト反応後の二酸化炭素濃度が低くなり、改質反応後の気体燃料中に炭化水素や一酸化炭素に比べて低カロリーのガス成分である水素が残留しやすくなる。また、窒素濃度が３０vol％を超えると気体燃料の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。

なお、系外（プロセス外部）から供給される一酸化炭素含有ガスとしては、上述した好ましいガス組成の観点から、特に冶金炉発生排ガス（一般的なガス組成はＣＯ：８０〜２５vol％、ＣＯ_２：１０〜２５vol％、Ｎ_２：１０〜３０vol％、Ｈ_２：０〜２０vol％）が好ましい。一酸化炭素を含有する冶金炉発生排ガスとして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。

本発明において、操業起動時以外は系外から一酸化炭素含有ガスを導入しない自立型プロセスを構築する場合、反応［3］（水蒸気改質反応（Ａ））を行わせる気体生成物使用量は、反応［2］（低分子化反応）で生成した気体生成物量の７質量％以上とすることが好ましく、１０質量％以上であればさらに好ましい。反応［3］を行わせる気体生成物使用量が反応［2］で生成した気体生成物量の７質量％未満では、水蒸気改質反応後の気体生成物の量が原料として使用した一酸化炭素含有ガス（g_０）よりも少なくなり、反応［2］の促進が不十分となり好ましくない。反応［3］を行わせる気体生成物使用量が多いと、反応［2］の反応率が高くなるが、使用量が多くなるにしたがって、製品として得られる気体燃料が少なくなるだけでなく、気体燃料のＬＨＶ増加効果も低くなり、非経済的である。したがって、反応［3］を行わせる気体生成物使用量の理論的上限はないが、現実的には反応［2］で生成した気体生成物量の５０質量％以下が好ましく、３０質量％以下であればより好ましい。

図１は、本発明の実施に供される有機物質の低分子化設備を模式的に示すものであり、１は一酸化炭素含有ガス（g_０）と水蒸気とのシフト反応により混合ガス（g）を得るシフト反応器、２はシフト反応器１で得られた混合ガス（g）により有機物質を改質して低分子化する改質反応器、３は改質反応器２で生成した気体生成物の一部を水蒸気改質して一酸化炭素含有ガス（g_１０）を生成させる水蒸気改質反応器である。また、４は改質反応器２での有機物質の低分子化で生成した生成物から液体生成物を捕集・分離する液体生成物捕集器、５は改質反応器２で生成した気体生成物を冷却するガス冷却器であり、このガス冷却器５から出た気体生成物は、その一部が配管１１を通じて水蒸気改質反応器３に供給されるようになっている。一方、残りの気体生成物は、気体燃料として用いるために配管１２を通じて系外に取り出される。配管１１には、流量調節弁１３が設けられている。

また、７は水蒸気改質反応器３で生成した一酸化炭素含有ガス（g_１０）を、シフト反応用の一酸化炭素含有ガス（g_０）としてシフト反応器１に供給する供給管であり、この供給管７には、水蒸気改質反応器３から出た一酸化炭素含有ガス（g_１０）を冷却する熱交換器６が設けられている。
前記シフト反応器１は、触媒が充填された固定床反応器などのような公知のものでよい。このシフト反応器１にガス（系外から導入するガス）を供給する供給管１４には、一酸化炭素含有ガス（g_０）とスチームの供給量をそれぞれ調整できる流量調節弁８a，８b、一酸化炭素含有ガス（g_０）にスチームを混合するスチーム混合器９、一酸化炭素含有ガス（g_０）とスチームの混合ガスを予熱する予熱器１０が設けられている。

前記改質反応器２は、例えば、外熱式ロータリーキルンなどのような移動床方式反応器、流動層式反応器、固定床方式反応器などで構成される。有機物質の改質には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。改質反応器２の入側には、スクリューコンベア方式などによる有機物質（廃プラスチックなど）の定量投入装置（図示せず）が設置される。

前記水蒸気改質反応器３は、特に制限はないが、一般には触媒を充填した固定床流通式反応器が用いられる。水蒸気改質反応は大きな吸熱反応であるため、外部加熱式または内部加熱式の反応器とすることが必要であるが、加熱方式についても特別な制約はなく、チューブ状の反応管の外部に加熱炉を設置した形式など公知の方式を用いることができる。
なお、シフト反応器１出側の配管とガス冷却器５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（いずれも図示せず）を設置し、シフト反応生成ガスと気体生成物の定量分析を可能としている。

図１の設備の操業において、操業の起動時には、系外（プロセス外部）から一酸化炭素含有ガス（g_０）に過剰のスチームが添加されたガスが供給管１４を通じてシフト反応器１に供給されてシフト反応が行われる。このシフト反応後の混合ガス（g）には、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が含まれることになる。改質反応器２には、その混合ガス（g）と有機物質が供給され、混合ガス（g）を有機物質に接触させることで有機物質を改質して低分子化する。有機物質の低分子化による生成物は、気体生成物（一酸化炭素、Ｃ1〜Ｃ4の炭化水素など）と液体生成物である。

有機物質の低分子化による生成物（気体生成物、液体生成物）から液体生成物捕集器４で液体生成物が捕集・分離され、気体生成物がガス冷却器５に送られて冷却される。ガス冷却器５を出た気体生成物は、その一部が配管１１と流量調節弁１３を通じて水蒸気改質反応器３に供給され、残りが配管１２を通じて系外に排出され、気体燃料として利用される。水蒸気改質反応器３にはスチームが供給され、気体生成物が水蒸気改質されて一酸化炭素含有ガス（g_１０）が生成する。この一酸化炭素含有ガス（g_１０）は、途中で熱交換器６により冷却されつつ、供給管７を通じてシフト反応器１に供給され、シフト反応用の一酸化炭素含有ガス（g_０）として使用される。

さきに述べたように、定常操業時においては、シフト反応用の一酸化炭素含有ガス（g_０）として水蒸気改質反応器３から供給される一酸化炭素含有ガス（g_１０）のみを用いてもよいし、シフト反応用の一酸化炭素含有ガス（g_０）の一部として水蒸気改質反応器３から供給される一酸化炭素含有ガス（g_１０）を用い、残りは系外（プロセス外部）から導入される一酸化炭素含有ガスを用いてもよい。したがって、前者の場合には、供給管１４を通じてシフト反応器１に供給されるのはスチームだけである。一方、後者の場合には、供給管１４を通じてシフト反応器１に供給されるのは、系外（プロセス外部）から導入される一酸化炭素含有ガス（g_０）にスチームを添加したガスであるが、水蒸気改質反応器３から供給される一酸化炭素含有ガス（g_１０）の分、系外（プロセス外部）から導入される一酸化炭素含有ガス（g_０）の量は絞られる。以上のような供給管１４を通じたガスの供給量の制御は、流量調節弁８a，８bにより行う。

図１に示すような装置構成を有する設備を用い、操業起動時と定常操業時にそれぞれ相当する廃プラスチックの改質（低分子化）を行った。この設備では、改質反応器２として外熱式ロータリーキルンを用いた。
まず、操業起動時に相当する廃プラスチックの改質（低分子化）を以下のようにして行った。
系外（プロセス外部）から供給する一酸化炭素含有ガス（g_０）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９に対して一酸化炭素含有ガス（g_０）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、この混合ガスをシフト反応器１に導入してシフト反応を行なわせ、ガス組成がＨ_２：２６vol％、ＣＯ：２vol％、ＣＯ_２：２８vol％、Ｈ_２Ｏ：３７vol％、Ｎ_２：７vol％の混合ガス（g）(シフト反応生成ガス)が得られた。この混合ガス（g）は、流量が１７２Ｎｍ^３／ｈ（質量流量では１７０ｋｇ／ｈ）、シフト反応器出口ガス温度が４３０℃であった。

改質反応器２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２に、上記混合ガス（g）（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、液体生成物捕集器４に捕集されていた液体生成物を払い出し、その後１時間、廃プラスチックの改質反応を継続した。
改質反応器２から出た気体生成物分は、ガス冷却器５による冷却後のガス分析結果から、同じく液体生成物分は、液体生成物捕集器４に捕集された液体生成物の分析結果から、それぞれ生成量と組成を求め、また、気体生成物についてはＬＨＶを求めた。それらの結果を表１に示す。

次に、定常操業時に相当する廃プラスチックの改質（低分子化）を以下のようにして行った。
改質反応器２から出た気体生成物（表１に示した気体生成物）の一部を２７．８ｋｇ／ｈ（１８．５Ｎｍ^３／ｈ）水蒸気改質反応器３に導入し、この水蒸気改質反応器３に水蒸気を添加して水蒸気改質反応を行い、一酸化炭素含有ガス（g_１０）を生成させた。したがって、表１に示した気体燃料のうちの７．３質量％を水蒸気改質反応器３に導入して一酸化炭素含有ガス（g_１０）の生成に使用したことになる。なお、水蒸気の添加量は６７．８ｋｇ／ｈ（８４．４Ｎｍ^３／ｈ）とした。この水蒸気改質で得られた一酸化炭素含有ガス（g_１０）を熱交換器６で４０７℃まで冷却した後、供給管７を通じてシフト反応器１に導入してさらに水蒸気を添加し、シフト反応を行った。なお、水蒸気の添加量は１１．９ｋｇ／ｈ（１４．８Ｎｍ^３／ｈ）とした。このシフト反応で得られた混合ガス（g）を改質反応器２（外熱式ロータリーキルン）に導入した。この改質反応器２には、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、液体生成物捕集器４に捕集されていた液体生成物を払い出し、その後１時間、廃プラスチックの改質反応を継続した。
改質反応器２から出た気体生成物分は、ガス冷却器５による冷却後のガス分析結果から、同じく液体生成物分は液体生成物捕集器４に捕集された液体生成物の分析結果から、それぞれ生成量と組成を求め、また、気体生成物についてはＬＨＶを求めた。それらの結果を表２に示す。

表２によると、生成した気体生成物のＬＨＶは１０.７Ｍcal／Ｎｍ^３と、表１に示す操業起動時における気体生成物（８．９Ｍcal／Ｎｍ^３）に比べ増熱していた。また、生成した気体生成物の窒素濃度は０．１vol％以下と、表１に示す操業起動時における窒素濃度（５vol％）に比べ、低くなっていた。
改質反応器２で生成した気体生成物のＬＨＶについて、操業起動時から定常操業に至るまでの経時変化を図２に示す。また、改質反応器２で生成した気体生成物の窒素濃度について、操業起動時から定常操業に至るまでの経時変化を図３に示す。

１ シフト反応器
２ 改質反応器
３ 水蒸気改質反応器
４ 液体生成物捕集器
５ ガス冷却器
６ 熱交換器
７ 供給管
８a，８b 流量調節弁
９ スチーム混合器
１０ 予熱器
１１ 配管
１２ 配管
１３ 流量調節弁
１４ 供給管

Claims (5)

1. 一酸化炭素を含有するガス（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）を有機物質に接触させ、有機物質を改質して低分子化する方法において、
   有機物質の低分子化により生成した気体生成物の一部に水蒸気を添加して水蒸気改質反応（Ａ）を行わせることで一酸化炭素を含有するガスを生成させ、このガスを、一酸化炭素を含有するガス（g_０）として用いることを特徴とする有機物質の低分子化方法。
2. 一酸化炭素を含有するガス（g_０）は、一酸化炭素濃度が２０vol％以上、窒素濃度が３０vol％以下であることを特徴とする請求項１に記載の有機物質の低分子化方法。
3. 一酸化炭素を含有するガス（g_０）は、一酸化炭素濃度が３０vol％以上、窒素濃度が２０vol％以下であることを特徴とする請求項１に記載の有機物質の低分子化方法。
4. 操業の起動時以外は、一酸化炭素を含有するガス（g_０）として、水蒸気改質反応（Ａ）で生成した一酸化炭素を含有するガスのみを用いることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の有機物質の低分子化方法。
5. 一酸化炭素を含有するガス（g_０）に過剰の水蒸気を添加してシフト反応を行わせ、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）を得るシフト反応器（１）と、
   該シフト反応器（１）から供給された混合ガス（g）を有機物質に接触させ、有機物質を改質して低分子化する改質反応器（２）と、
   該改質反応器（２）における有機物質の低分子化で生成した気体生成物の一部が供給され、その気体生成物に水蒸気を添加して水蒸気改質反応（Ａ）を行わせることで一酸化炭素を含有するガスを生成させる水蒸気改質反応器（３）と、
   該水蒸気改質反応器（３）で生成した一酸化炭素を含有するガスをシフト反応器（１）に供給する供給管（７）を備えることを特徴とする有機物質の低分子化システム。

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