JP6210157B2 - 有機物質分解用触媒、その製造方法および有機物質の低分子化方法 - Google Patents
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Description
特許文献2には、廃プラスチックなどの有機物質を流動層内で特定の混合ガス(製鉄所副生ガスを改質した混合ガス)と接触させることで熱分解して低分子化する方法において、触媒(流動層の流動媒体でもある)として製鋼工程で発生する転炉ダストを使用することが示されており、この転炉ダストは安価な触媒であるといえる。
[1]製鉄所で発生する転炉ダストから有機物質分解用触媒を製造する方法であって、
転炉ダストを準備し、
前記転炉ダストから、カルシウム化合物を主成分とする外殻層(a)の少なくとも一部を除去し、前記外殻層(a)の下層の酸化鉄層(b)を露出させる有機物質分解用触媒の製造方法。
[2]上記[1]の製造方法において、前記転炉ダストを酸化雰囲気中で熱処理して、前記外殻層(a)の少なくとも一部を剥離する有機物質分解用触媒の製造方法。
[3]製鉄所で発生する転炉ダストから有機物質分解用触媒を製造する方法であって、
転炉ダストを準備し、
前記転炉ダストを酸化雰囲気中で熱処理して、カルシウム化合物を主成分とする外殻層(a)の少なくとも一部を剥離しやすい状態に改質する有機物質分解用触媒の製造方法。
[4]上記[2]または[3]の製造方法において、酸化雰囲気のロータリーキルン内で前記転炉ダストを熱処理する有機物質分解用触媒の製造方法。
[5]表面から順に、外殻層(a)と酸化鉄層(b)とを有する有機物質分解用触媒であって、
前記外殻層(a)は、カルシウム化合物を主成分とし、
前記酸化鉄層(b)は、少なくとも一部が露出している有機物質分解用触媒。
[6]表面から順に、外殻層(a)と酸化鉄層(b)とを有する有機物質分解用触媒であって、
前記外殻層(a)は、カルシウム化合物を主成分とし、かつ、
前記外殻層(a)は、少なくとも一部が剥離しやすい状態に改質されている有機物質分解用触媒。
[7]上記[5]または[6]に記載の有機物質分解用触媒を用いた有機物質の低分子化方法であって、
有機物質及び有機物質分解用触媒を準備し、
前記有機物質分解用触媒の存在下、前記有機物質を反応用ガスと接触させて、熱分解で低分子化する有機物質分解用触媒の存在下、有機物質を反応用ガスと接触させることにより熱分解で低分子化する有機物質の低分子化方法。
[8]上記[7]の低分子化方法において、流動媒体が前記有機物質分解用触媒を含む流動層を準備し、
前記流動層において、前記有機物質を前記反応用ガスと接触させる有機物質の低分子化方法。
転炉ダストの外殻層aは、フラックス由来のカルシウム化合物を主成分とする(すなわちカルシウム化合物を50質量%以上含有する)ものであり、カルシウム化合物のみからなる場合を含む。外殻層aに含まれるカルシウム化合物は、Ca(OH)2、CaO、CaCO3の1種以上である。主成分であるカルシウム化合物以外の成分は、フラックス中のCa以外の成分、溶銑、スラグなどに由来するものである。
本発明の製造方法において、外殻層aを除去する方法に特別な制限はなく、例えば、(ア)転炉ダストを酸化雰囲気中で熱処理(酸化処理)することにより、外殻層aを剥離させる方法、(イ)転炉ダストを酸性液で処理することにより、外殻層aを溶解させる方法、(ウ)転炉ダストを加熱し、外殻層aを構成するカルシウム化合物(Ca(OH)2)の水分を脱離させることで剥離しやすい状態とした上で、機械的に圧潰することにより外殻層aを剥離させる方法、などを適用できる。なかでも、上記(ア)の方法が簡便かつ低コストに実施できるため好ましい。
なお、本発明において、上記の除去率は、倍率800倍で観察したSEM写真から10個以上の粒子を画像解析することにより測定することができる。
このような作用により外殻層aの一部が剥離・除去された転炉ダストは、剥離しない外殻層aが残存していても、有機物質分解用触媒として使用される過程で外殻層aがさらに剥離し、触媒効果の向上に寄与する。特に流動層中で使用される場合には、他の粒子との接触により外殻層aの剥離が促進される。
熱処理方法としては、電気炉を用いたバッチ式の熱処理も可能であるが、工業プロセスとして連続処理する場合、ロータリーキルンを用いるのが好ましい。
ここで、上記の「剥離しやすい状態」とは、外殻層aに亀裂が入っていながら、外殻層aが酸化鉄層bを被覆している状態を指す。
同様に、上記の除去率は、酸化鉄層bから外殻層aが剥離した後に、倍率800倍で観察したSEM写真から10個以上の粒子を画像解析することにより測定することができる。
なお、この酸化処理の条件は、さきに述べた第一の製造方法における酸化処理と同様である。好ましくは、熱処理温度(加熱温度)は、600〜900℃であり、熱処理時間は5分以上10分以下である。
すなわち、本発明に係る有機物質の低分子化方法では、上記の有機物質分解用触媒の存在下、有機物質を反応用ガスと接触させることにより熱分解で低分子化(ガス化または油化)する。
熱分解の対象となる有機物質(固体)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、樹脂類(通常、廃プラスチックなどの樹脂系廃棄物)、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。
樹脂類としては、例えば、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が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
また、バイオマスとしては、例えば、下水汚泥、紙、木材(例えば、建設廃木材、梱包・運送廃木材、間伐材など)などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
流動層式反応器を用いる場合、本発明で得られた有機物質分解用触媒を流動媒体の少なくとも一部として用い、流動媒体による流動層において有機物質を反応用ガスと接触させ、有機物質を熱分解で低分子化(ガス化または油化)する。
有機物質の熱分解による低分子化で生成したガスや油分は、気体燃料や液体燃料として有効利用することができる。
図2に示す流動層ガス化試験装置において、上記の有機物質分解用触媒を流動媒体として用い、廃プラスチックのガス化試験(本発明例1,2)を実施した。また、同様の装置を用いて、珪砂を流動媒体としたガス化試験(比較例1)、未処理のままの転炉ダスト(製鉄所で発生した転炉ダストを風力分級し、粒径40μm以下を取り除いたもの)からなる有機物質分解用触媒を流動媒体としたガス化試験(比較例2)をそれぞれ実施した。
なお、ガス化率は下式で求められるものであり、「ガス化原料」とは廃プラスチック粒である。
F={(G×C2−V×C3)/(M×C1)}×100
ここで F:ガス化率(%)
M:ガス化原料供給量(kg/h)
V:ガス化剤供給量(kg/h)
G:生成ガス量(kg/h)
C1:ガス化原料中カーボン濃度(%)
C2:生成ガス中カーボン濃度(%)
C3:ガス化剤中カーボン濃度(%)
2 流動層
3 ガス供給管
4 分散板
5 風箱部
6 排出管
7 ホッパー
8 テーブルフィーダー
9 タンク
10 蒸気発生器
11 ポンプ
12〜14 ガスボンベ
15 ガス冷却機
16 マスフローメーター
17 ガスクロマトグラフィー
18 ガストラップ
Claims (8)
- 製鉄所で発生する転炉ダストから有機物質分解用触媒を製造する方法であって、
転炉ダストを準備し、
前記転炉ダストから、カルシウム化合物を主成分とする外殻層(a)の少なくとも一部を除去し、前記外殻層(a)の下層の酸化鉄層(b)を露出させる有機物質分解用触媒の製造方法。 - 前記転炉ダストを酸化雰囲気中で熱処理して、前記外殻層(a)の少なくとも一部を剥離する請求項1に記載の有機物質分解用触媒の製造方法。
- 製鉄所で発生する転炉ダストから有機物質分解用触媒を製造する方法であって、
転炉ダストを準備し、
前記転炉ダストを酸化雰囲気中で熱処理して、カルシウム化合物を主成分とする外殻層(a)の少なくとも一部を剥離しやすい状態に改質する有機物質分解用触媒の製造方法。 - 酸化雰囲気のロータリーキルン内で前記転炉ダストを熱処理する請求項2または請求項3に記載の有機物質分解用触媒の製造方法。
- 表面から順に、外殻層(a)と酸化鉄層(b)とを有する有機物質分解用触媒であって、
前記外殻層(a)は、カルシウム化合物を主成分とし、
前記酸化鉄層(b)は、少なくとも一部が露出している有機物質分解用触媒。 - 表面から順に、外殻層(a)と酸化鉄層(b)とを有する有機物質分解用触媒であって、
前記外殻層(a)は、カルシウム化合物を主成分とし、かつ、
前記外殻層(a)は、少なくとも一部が剥離しやすい状態に改質されている有機物質分解用触媒。 - 請求項5または請求項6に記載の有機物質分解用触媒を用いた有機物質の低分子化方法であって、
有機物質及び有機物質分解用触媒を準備し、
前記有機物質分解用触媒の存在下、前記有機物質を反応用ガスと接触させて、熱分解で低分子化する有機物質の低分子化方法。 - 流動媒体が前記有機物質分解用触媒を含む流動層を準備し、
前記流動層において、前記有機物質を前記反応用ガスと接触させる請求項7に記載の有機物質の低分子化方法。
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