JP6227293B2 - Method for reducing the molecular weight of organic substances - Google Patents

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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、並びにその方法で得られた気体生成物を利用する高炉の操業方法に関する。   The present invention relates to a method for modifying an organic substance to reduce its molecular weight in order to convert an organic substance such as plastic into a gaseous fuel, and a method for operating a blast furnace using a gas product obtained by the method. .

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。
At present, most of waste plastic, oil-impregnated sludge, waste oil, etc. are incinerated. However, incineration treatment has a high environmental load such as CO 2 generation, and there is a problem of thermal damage of the incinerator, and establishment of chemical recycling technology is required.
Among chemical recycling technologies, technologies for converting organic substances into gaseous fuels and liquid fuels have been variously studied mainly with respect to waste plastics. For example, the following proposals have been made.

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。
In Patent Document 1, a coke oven gas (COG) having a hydrogen concentration of 60 vol% or more, preferably 80 vol% or more and a temperature of 600 ° C or more is reacted with an organic material such as waste plastic, thereby hydrogenating the organic material with high efficiency. A method for increasing the heat of COG by decomposition and gasification is disclosed.
Further, Patent Document 2 discloses a method in which petroleum fluid contact catalyst (FCC) is used as a heat medium / catalyst and waste plastic is decomposed at a temperature of 350 to 500 ° C. to be converted into liquid fuel.
Further, in Patent Document 3, when pyrolyzing RDF, wood, etc., the gas generated by pyrolysis is steam reformed, and the gas having a high hydrogen concentration by this steam reforming is circulated to the pyrolysis section to generate hydrogen. A method of performing pyrolysis in a gas atmosphere with a high concentration is disclosed.

特開2007−224206号公報JP 2007-224206 A 特開2010−013657号公報JP 2010-013657 A 特開2001−131560号公報JP 2001-131560 A 国際公開第2012/029283号International Publication No. 2012/029293

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。
However, the above prior art has the following problems.
First, regarding Patent Document 1, since the hydrogen concentration in COG is 60 vol% or more is limited to the end of the dry distillation in the coal dry distillation process, in the method of Patent Document 1, the gas flow path is opened at the end of the dry distillation. It is necessary to switch and supply COG of 600 ° C. or more containing a large amount of dust to a waste plastic hydrocracking reactor. However, it is difficult to stably operate the flow path switching valve for a long time under such a severe condition, and in this sense, it can be said that the technique is poor in feasibility. Furthermore, for efficient gasification of waste plastic, it is necessary to continuously supply COG containing 60 vol% or more of hydrogen to the hydrocracking reactor. In addition, it is necessary to install a hydrogen concentration meter and a flow path switching valve, which increases the equipment cost.

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、CO、CO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。
Moreover, although the method of patent document 2 advances catalytic cracking and aromatization by FCC catalyst addition, since it reacts by an inert gas flow, 13 mass% of heavy oil components and coke are produced | generated in total ( Example 1) is not a satisfactory level as a light fuel production technology.
Further, the gas generated by the method of Patent Document 3 is mainly H 2 , CO, and CO 2 , and the combustion heat is about 1800 kcal / Nm 3 that is slightly lower than that of the exhaust gas generated from the metallurgical furnace. The value is limited.

このような問題に対して、特許文献4には、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方法として、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、有機物質を改質して低分子化する方法が示されている。
しかし、特許文献4の方法では、ロータリーキルンなどのような改質反応器や固定層改質反応器内で混合ガスを有機物質に接触させるため、プラスチックなどのような固体有機物質が反応器内で融着するなどのトラブルを生じやすい問題がある。
In order to solve such a problem, Patent Document 4 describes that an organic substance is efficiently reformed using a gas that can be stably supplied to reduce the molecular weight, and there is little heavy or carbonaceous matter. As a method of obtaining a high-calorie modified product containing a large amount, it was generated by a shift reaction by adding excess water vapor to an exhaust gas containing carbon monoxide generated in a metallurgical furnace to cause a shift reaction. A method is described in which a mixed gas containing hydrogen and carbon dioxide gas and water vapor that has not been consumed in the shift reaction is brought into contact with an organic substance, and the organic substance is reformed to reduce the molecular weight.
However, in the method of Patent Document 4, since a mixed gas is brought into contact with an organic substance in a reforming reactor such as a rotary kiln or a fixed bed reforming reactor, a solid organic substance such as plastic is brought into the reactor. There is a problem that easily causes troubles such as fusion.

したがって本発明の目的は、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、有機物質を改質して低分子化する方法において、反応器内で有機物質が融着するなどのトラブルを生じることなく、有機物質を効率的に低分子化することができる方法を提供することにある。   Therefore, an object of the present invention is to add hydrogen and carbon dioxide gas generated in the shift reaction to the exhaust gas containing carbon monoxide generated in the metallurgical furnace and cause the shift reaction to be consumed in the shift reaction. In the method of making a mixed gas containing water vapor that has not been made, contacting this mixed gas with an organic substance, and modifying the organic substance to lower the molecular weight, problems such as fusion of the organic substance in the reactor occur. It is another object of the present invention to provide a method capable of efficiently reducing the molecular weight of an organic substance.

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、有機物質を改質して低分子化する方法において、特定の金属を含有する粉粒体を流動媒体とする流動層において有機物質の低分子化反応を行うことにより、有機物質の融着などのトラブルを生じることなく、有機物質を効率的に低分子化できること、また、流動層で使用する粉粒体には特に好適な条件があることを見出した。   As a result of repeated investigations to solve the above problems, the present inventors have added an excess of water vapor to the exhaust gas containing carbon monoxide generated in the metallurgical furnace to cause the shift reaction, thereby generating the shift reaction. In a method in which a mixed gas containing hydrogen and carbon dioxide gas and water vapor that has not been consumed in the shift reaction is brought into contact with an organic substance and the organic substance is reformed to reduce the molecular weight, a specific metal is added. The organic material can be efficiently reduced in molecular weight without causing troubles such as fusion of the organic material by performing a molecular weight reduction reaction of the organic material in a fluidized bed using the contained granular material as a fluid medium. It has been found that there are particularly suitable conditions for the granular material used in the fluidized bed.

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)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、真密度が4〜8g/cmであって、Fe、Ni、Crの中から選ばれる少なくとも1種を含有する粉粒体(f)を流動媒体とする流動層において、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有機物質の低分子化方法であって、粉粒体(f)の少なくとも一部が、製鋼工程で発生する鉄含有ダストであることを特徴とする有機物質の低分子化方法。
The present invention has been made on the basis of such findings and has the following gist.
[1] Addition of excess water vapor to the exhaust gas (g 0 ) containing carbon monoxide generated in the metallurgical furnace to cause the shift reaction to consume the hydrogen and carbon dioxide generated by the shift reaction and the shift reaction In a method in which a mixed gas (g) containing water vapor that has not been formed is brought into contact with an organic substance and the organic substance is modified to reduce the molecular weight, the true density is 4 to 8 g / cm 3. In a fluidized bed using a granular material (f) containing at least one selected from Fe, Ni, and Cr as a fluidized medium , the mixed gas (g) is brought into contact with the organic material, A method for reducing the molecular weight of an organic substance that is modified to reduce the molecular weight, wherein at least a part of the powder (f) is iron-containing dust generated in a steelmaking process. Molecularization method.

[2]上記[1]の方法において、粉粒体(f)が製鋼工程で発生する鉄含有ダスト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]又は[2]の方法において、改質される有機物質が、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低分子化方法。
[2] A method for reducing the molecular weight of an organic substance according to the method of [1] , wherein the granular material (f) is iron-containing dust generated in a steelmaking process.
[3] In the method of [1] or [2 ] above, the organic substance to be modified is at least one selected from plastic, oil-containing sludge, waste oil, and biomass. Molecularization method.

[4]上記[3]の方法において、改質される有機物質の少なくとも一部が、プラスチックと木材との混合成形物であることを特徴とする有機物質の低分子化方法。
[5]上記[4]の方法において、木材が、建設廃木材、梱包・運送廃木材、間伐材の中から選ばれる1種以上であることを特徴とする有機物質の低分子化方法。
[6]上記[1]〜[5]のいずれかの方法において、流動層から排出されるガス(g)を集塵機に通して、ガス(g)に含まれる流動媒体を捕集し、この捕集された流動媒体を流動層に循環させることを特徴とする有機物質の低分子化方法。
[7]上記[1]〜[6]のいずれかの方法により有機物質を低分子化することで生成した気体生成物を、高炉内に吹き込むことを特徴とする高炉の操業方法。
[4] A method for reducing the molecular weight of an organic material according to the method of [3] , wherein at least a part of the organic material to be modified is a mixed molded product of plastic and wood.
[5] A method for reducing the molecular weight of an organic substance according to the method of [4 ] above, wherein the wood is at least one selected from construction waste wood, packaging / transport waste wood, and thinned wood.
[6] In any one of the methods [1] to [5] , the gas (g p ) discharged from the fluidized bed is passed through a dust collector, and the fluid medium contained in the gas (g p ) is collected. A method for reducing the molecular weight of an organic substance, comprising circulating the collected fluid medium in a fluidized bed.
[7] A method of operating a blast furnace, characterized in that a gas product generated by reducing the molecular weight of an organic substance by any one of the methods [1] to [6] is blown into a blast furnace.

本発明に係る有機物質の低分子化方法によれば、プラスチックなどの高分子量の有機物質を低分子化する際に、安定的に供給可能なガスを用いて、反応器内で有機物質が融着するなどのトラブルを生じることなく、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気体改質物を得ることができるとともに、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。
また、本発明に係る高炉の操業方法によれば、還元材であるコークス使用量が削減でき、炭酸ガス排出削減と製鉄コストの削減を図ることができる。
According to the method for lowering the molecular weight of an organic substance according to the present invention, when the molecular weight of a high molecular weight organic substance such as plastic is reduced, the organic substance is melted in the reactor using a gas that can be stably supplied. Without causing troubles such as wearing, it is possible to obtain a gas reformed product that efficiently reforms organic substances to lower the molecular weight, has less heavy and carbon, and contains a large amount of light components, It can be implemented with relatively simple equipment. In addition, since CO 2 produced by the shift reaction changes to CO during the reforming of the organic material, it is possible to carry out chemical recycling of the organic material without increasing the amount of CO 2 generated. It becomes.
Moreover, according to the operating method of the blast furnace which concerns on this invention, the usage-amount of coke which is a reducing material can be reduced, and a carbon dioxide discharge reduction and the reduction of steelmaking cost can be aimed at.

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In the shift reaction performed by adding water vapor to the converter gas, a graph showing the relationship between the amount of water vapor added and the composition of the gas after the shift reaction (calculated equilibrium composition at a temperature of 430 ° C.) 本発明において有機物質を低分子化するための改質装置の一実施形態を示す説明図Explanatory drawing which shows one Embodiment of the modification | reformation apparatus for reducing the molecular weight of an organic substance in this invention プラスチックと木材との混合成形物を得るためのリングダイ式の圧縮成形造粒機と、これを用いた圧縮成形造粒の実施状況を模式的に示す説明図Ring die type compression molding granulator to obtain a mixed molded product of plastic and wood, and an explanatory diagram schematically showing the implementation status of compression molding granulation using this

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)(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、真密度が4〜8g/cmであって、Fe、Ni、Crの中から選ばれる少なくとも1種を含有する粉粒体(f)を少なくとも流動媒体の一部とする流動層(流動層反応器)において、混合ガス(g)を有機物質に接触させ、この有機物質を改質して低分子化する。なお、排ガス(g)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。 In the method of the present invention, an excess water vapor is added to an exhaust gas (g 0 ) containing carbon monoxide generated in a metallurgical furnace (hereinafter sometimes referred to as “metallurgical furnace generated exhaust gas”) to cause a shift reaction. A mixed gas (g) containing hydrogen and carbon dioxide gas generated in the shift reaction and water vapor not consumed in the shift reaction, and this mixed gas (g) (hereinafter sometimes referred to as “shift reaction product gas”). In the method of contacting the organic material with the organic material and modifying the organic material to reduce the molecular weight, the true density is 4 to 8 g / cm 3 and contains at least one selected from Fe, Ni, and Cr. In a fluidized bed (fluidized bed reactor) in which the granular material (f) is at least a part of the fluidized medium, the mixed gas (g) is brought into contact with an organic substance, and the organic substance is modified to reduce the molecular weight. Note that adding excess steam to the exhaust gas (g 0 ) means adding steam so that excess steam that is not consumed in the shift reaction remains in the mixed gas (g).

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。
In such a method of the present invention, the reduction of the molecular weight of the organic substance is efficiently promoted even at a relatively low reaction temperature, the hydrogen consumption is small, and the generation of heavy components and carbonaceous matter is hardly observed.
In general, it is known that a high molecular weight organic substance such as plastic begins to thermally decompose when heated at a temperature of 300 to 400 ° C. or higher, but at this time, it becomes lighter and heavier. Coexistence of hydrogen during thermal decomposition is effective in suppressing heavy formation and reducing the molecular weight because hydrogen addition reaction and hydrocracking reaction to hydrocarbon species proceed. However, the high temperature is required for hydrocracking, and the hydrogen consumption is a problem.

一方、水蒸気改質や炭酸ガス改質は、HOやCO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。 On the other hand, steam reforming and carbon dioxide reforming can be regarded as oxidation of hydrocarbons by oxygen in H 2 O and CO 2 molecules, achieving low molecular weight and suppressing carbonaceous production with a small amount of hydrogen addition. it can. Furthermore, steam reforming and carbon dioxide reforming are characterized in that the reaction temperature decreases as the carbon chain of the organic molecule to be modified becomes longer. In the method of the present invention, the low molecular weight of an organic substance is efficiently promoted even at a relatively low reaction temperature, the amount of hydrogen consumption is small, and the generation of heavy components and carbonaceous matter is hardly recognized. It is considered that the four reactions of hydrogenation, hydrocracking, steam reforming, and carbon dioxide reforming proceed simultaneously by reforming (reducing molecular weight) the organic substance using (g).

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とCOが生成する。
CO+HO→H+CO …(1)
本発明法では、排ガス(g)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、COと過剰添加分のHO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。
For example, the exhaust gas generated from a metallurgical furnace such as a converter usually contains about 25 to 80 vol% of CO. Therefore, when water vapor is added thereto, H 2 and CO 2 are generated by the following shift reaction (1).
CO + H 2 O → H 2 + CO 2 (1)
In the method of the present invention, since excess water vapor is added to the exhaust gas (g 0 ), the mixed gas (g) after the shift reaction includes H 2 , CO 2 generated by the shift reaction, and H 2 O of excess addition. Will be included. In the reforming of organic substances (lower molecular weight) by this shift reaction product gas (g), four reactions of hydrogenation, hydrocracking, steam reforming, and carbon dioxide reforming by each gas component proceed simultaneously. it is conceivable that.

本発明では、排ガス(g)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:10〜20vol%、N:10〜20vol%、H: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。
In the present invention, the concentration of water vapor, hydrogen, and carbon dioxide in the gas is controlled by appropriately controlling the excess ratio of water vapor added excessively to the exhaust gas (g 0 ) and the reaction rate of the shift reaction. A mixed gas (g) for material modification can be obtained. However, the general composition of the metallurgical furnace generated exhaust gas stored in the gas holder (for example, a general gas holder used in a steelworks) is CO: 50 to 70 vol%, CO2: 10 to 20 vol%, N 2: 10~20vol%, H 2: because of the order 0~5vol% (including other saturated steam) generally is not necessary to carry out until the reaction rate control of the shift reaction, only by adjusting the excess percentage of water vapor Thus, each concentration of water vapor, hydrogen and carbon dioxide in the mixed gas (g) can be controlled to a desired level.
The reaction rate of the shift reaction can be controlled by adjusting the residence time in the shift reactor. For example, in order to shorten the residence time, a method in which the shift reactor length is reduced or the catalyst charge amount is reduced is generally used. In this case, the shift reactor length and the catalyst charge amount are almost until equilibrium. What is necessary is just to set it as about 1 / 2-1 / 4 in the case of advancing reaction.

一例として、CO:65vol%、CO:15vol%、N:18vol%、H:1vol%、HO:1vol%からなる組成の転炉ガス100kmol/h(=2240Nm/h)に、水蒸気の添加量を60kmol/h(=1340Nm/h)から540kmol/h(=12100Nm/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。 As an example, converter gas of 100 kmol / h (= 2240 Nm 3 / h) having a composition of CO: 65 vol%, CO 2 : 15 vol%, N 2 : 18 vol%, H 2 : 1 vol%, H 2 O: 1 vol% In the case of performing the shift reaction by changing the amount of water vapor added from 60 kmol / h (= 1340 Nm 3 / h) to 540 kmol / h (= 1100 Nm 3 / h), the amount of water vapor added and the composition of the gas after the shift reaction ( The calculated equilibrium composition at a temperature of 430 ° C. is shown in FIG. According to this, it can be seen that the concentration of water vapor, hydrogen, and carbon dioxide in the mixed gas (g) can be controlled only by adjusting the amount of water vapor added, and a preferable gas composition as described later can be obtained. In addition, it is well known that the shift reaction usually proceeds to almost equilibrium.

さらに、本発明では、伝熱速度の大きい流動層を利用して有機物質を低分子化することによって、低分子化に必要な反応熱の供給律速となることを防ぎ、反応器内でプラスチックなどの高分子量有機物質が融着して閉塞するなどのトラブルを防止することができる。しかも、流動層の流動媒体として、真密度が4〜8g/cmであって、Fe、Ni、Crの中から選ばれる少なくとも1種を含有する粉粒体(f)を用いることで、この粉粒体(f)が流動触媒としても機能することにより、有機物質を効率的に改質して低分子化生成物を得ることができる。 Furthermore, in the present invention, by reducing the molecular weight of the organic substance using a fluidized bed having a large heat transfer rate, it is possible to prevent the rate of supply of reaction heat necessary for the reduction of the molecular weight from being reduced. It is possible to prevent troubles such as the high molecular weight organic substance being fused and clogged. In addition, by using a granular material (f) having a true density of 4 to 8 g / cm 3 and containing at least one selected from Fe, Ni, and Cr as the fluidized medium of the fluidized bed, Since the powder (f) also functions as a fluid catalyst, the organic substance can be efficiently modified to obtain a low molecular weight product.

また、流動層反応器から排出されるガス中には流動媒体である粉粒体(f)の一部やプラスチックなどの有機物質の灰分が飛散するので、これらは流動層反応器の下流側に設置される集塵装置により捕集され、このうち粉粒体(f)は、通常、流動層反応器に循環(返送)される。流動層の流動媒体であり且つ触媒として機能する粉粒体(f)として、一般的な流動層の流動媒体よりも真密度が大きい、真密度4g/cm以上の粉粒体を用いることにより、上記集塵装置において粉粒体(f)を、有機物質の灰分と分別捕集(すなわち、粉粒体(f)と有機物質の灰分を分離された状態で捕集)し、粉粒体(f)を選択的に循環(返送)することが容易となり、低分子化反応に不活性な灰分で粉粒体(f)が希釈されることを防ぐことができる。但し、真密度が8g/cmを超える粉粒体(f)は流動性が低下する。 In addition, part of the granular material (f), which is a fluidized medium, and ash of organic substances such as plastic are scattered in the gas discharged from the fluidized bed reactor. It is collected by an installed dust collector, and among these, the granular material (f) is usually circulated (returned) to the fluidized bed reactor. By using a granular material having a true density larger than that of a general fluidized bed fluid medium and having a true density of 4 g / cm 3 or more as the granular material (f) that is a fluidized medium of the fluidized bed and functions as a catalyst. In the above dust collector, the particulate matter (f) is collected separately from the ash content of the organic substance (that is, the particulate matter (f) and the ash content of the organic substance are collected separately) It becomes easy to selectively circulate (return) (f), and it is possible to prevent the granular material (f) from being diluted with ash that is inert to the low molecular weight reaction. However, the powder (f) having a true density exceeding 8 g / cm 3 has low fluidity.

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)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)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。
Hereinafter, details and preferred conditions of the method of the present invention will be described.
In the present invention, the reason why the metallurgical furnace generated exhaust gas is used as the exhaust gas (g 0 ) for the shift reaction is that the metallurgical furnace generated exhaust gas contains carbon monoxide at a relatively high concentration and the concentration of unnecessary nitrogen is low. . As the metallurgical furnace-generated exhaust gas (g 0 ) containing carbon monoxide, any one can be used. The most representative is the converter gas generated from the converter where the decarburization process of the steel manufacturing process is performed, but other than that, for example, it is generated from a hot metal pretreatment furnace, a smelting reduction furnace, a shaft furnace, etc. Exhaust gas to be used can be exemplified, and one kind or a mixture of two or more kinds thereof can be used.

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/(CO+CO)×100)は、一般に10〜50%程度に過ぎない。また、排ガス(g)中には水素と窒素も含まれるが、H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、排ガス(g)中の濃度は10〜30vol%程度である。 The secondary combustion rate (CO 2 / (CO + CO 2 ) × 100), which is the rate at which carbon monoxide produced in the metallurgical process is further oxidized to produce carbon dioxide, is generally only about 10 to 50%. Also, in the exhaust gas (g 0) are also included hydrogen and nitrogen, H 2 concentration varies depending on the metallurgical process, it is about 0~20vol%. Nitrogen is supplied for in-furnace agitation and flue safety, and the concentration in the exhaust gas (g 0 ) is about 10 to 30 vol%.

以上の点から、一般的な冶金炉発生排ガス(g)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:10〜25vol%(二次燃焼率10〜50%に相当)
:10〜30vol%
:0〜20vol%
From the above points, the composition of general metallurgical furnace-generated exhaust gas (g 0 ) is generally in the following range.
CO: 80-25 vol% (equivalent to 10-50% secondary combustion rate)
CO 2: 10~25vol% (corresponding to the secondary combustion rate 10-50%)
N 2: 10~30vol%
H2: 0 to 20 vol%

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)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、製造される気体燃料を希釈し、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。 Although carbon monoxide is required for the shift reaction, there is no particular problem with the composition of the exhaust gas (g 0 ) as long as the gas composition is in the above range. Here, nitrogen does not contribute at all to the chemical reaction (shift reaction, hydrogenation, hydrocracking, steam reforming, carbon dioxide reforming) occurring in the present invention, while diluting the gaseous fuel produced, Low combustion heat (hereinafter referred to as “LHV”) is reduced. In particular, when the nitrogen concentration exceeds 50 vol%, the LHV of the gaseous fuel is significantly reduced and the shift reaction rate tends to be reduced. Therefore, the nitrogen concentration is preferably within the above composition range.

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:10〜20vol%、N:10〜20vol%、H: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)として利用することができる。
As mentioned earlier, gas holder (e.g., typical gas holder used in steelworks) General composition of metallurgical furnace generation exhaust gas to be stored in the, CO: 50~70vol%, CO 2 : 10 ˜20 vol%, N 2 : 10 to 20 vol%, H 2 : 0 to 5 vol% (including saturated steam in addition), and this composition is high in the composition of the above general metallurgical furnace generated exhaust gas. It corresponds to the CO concentration composition. Since the gas stored in the gas holder is used as fuel gas at each factory in the steelworks, it is necessary to prevent a decrease in combustion efficiency at the use destination. Therefore, setting the lower limit value of the CO concentration in the gas as a storage condition in the gas holder is the reason why the composition has a high CO concentration.
In the present invention, the composition of the exhaust gas generated in the general metallurgical furnace as described above is used even if the exhaust gas has a relatively high CO concentration as stored in a general gas holder used in a steelworks. However, it can be used as exhaust gas (g 0 ).

ところで、冶金炉発生排ガス(g)のなかには、高炉ガスなどのように一酸化炭素濃度が比較的低く、且つ窒素濃度が高いものがあり、このような冶金炉発生排ガス(g)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。なお、有機物質の低分子化で生成する気体燃料の燃焼熱の要求仕様によるため一律に定めることができないが、排ガス中の窒素濃度が30vol%超であれば、窒素分離工程を設けて排ガス(g)から窒素の少なくとも一部を分離(除去)することが好ましい。
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。
Incidentally, some metallurgical furnace-generated exhaust gas (g 0 ) has a relatively low carbon monoxide concentration and a high nitrogen concentration, such as blast furnace gas. Such metallurgical furnace-generated exhaust gas (g 0 ) Alternatively, at least a part of the nitrogen contained may be separated (removed) to increase the carbon monoxide concentration, and then an excessive water vapor may be added to cause the shift reaction. Although it cannot be uniformly determined because of the required specification of the combustion heat of the gaseous fuel generated by lowering the molecular weight of the organic substance, if the nitrogen concentration in the exhaust gas exceeds 30 vol%, a nitrogen separation step is provided and the exhaust gas ( It is preferable to separate (remove) at least part of the nitrogen from g 0 ).
As typical exhaust gas that is preferably subjected to nitrogen separation, blast furnace gas can be mentioned, but in addition to this, exhaust gas generated from an electric furnace or a shaft furnace operating under a condition where the nitrogen concentration becomes high can be mentioned. it can. In addition, the nitrogen gas is separated from an exhaust gas containing a relatively high concentration of carbon monoxide such as a converter gas, and the shift reaction can be performed after further increasing the carbon monoxide concentration.

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:50vol%、CO:25vol%、CO:25vol%)から脱着ガスとして概略組成がN:15vol%、CO:45vol%、CO: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。 There is no particular restriction on the method for separating nitrogen from exhaust gas, and any method such as adsorption separation method or distillation separation method can be applied. However, since the boiling point difference between nitrogen and carbon monoxide is small, the adsorption separation method is Particularly preferred. For example, since activated carbon supporting Cu + , which is known as a CO adsorbent, also adsorbs CO 2 , blast furnace gas (general composition: N 2 : 50 vol%, CO 2 ) is obtained by PSA method using Cu + supported activated carbon as an adsorbent. : 25vol%, CO 2: approximate composition as desorbed gas from 25 vol%) is N 2: 15vol%, CO: 45vol%, CO 2: it is possible to obtain a 40 vol% of the gas, which separates the nitrogen in the blast furnace gas Thus, the carbon monoxide is concentrated.

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)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)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。
The shift reaction in the method of the present invention may be carried out by a known method and is not particularly limited. Generally, water vapor is added to the metallurgical furnace-generated exhaust gas (g 0 ) in advance, and this is introduced into a fixed bed reactor filled with a catalyst to perform a shift reaction. Alternatively, the water vapor to be added in advance may be partially used, the catalyst may be packed in multiple stages in the reactor, and the remaining water vapor may be added between the catalyst layer and the catalyst layer.
If water vapor, hydrogen, and carbon dioxide are added to the metallurgical furnace-generated exhaust gas (g 0 ) without performing the shift reaction as in the present invention, the mixture for organic substance modification obtained by the shift reaction in the present invention is used. Although a gas having a composition equivalent to that of the gas (g) can be obtained, in such a method, in addition to water vapor, expensive hydrogen gas and carbon dioxide gas must be added, resulting in an increase in cost.

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、気体燃料の生成率(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(有機物資の改質による低分子化で生成したガス。以下同様)中にCOが残留しやすくなるとともに、気体燃料の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の残留を抑えることができ、また、気体燃料・液体燃料の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。
In the present invention, the mixed gas (g) for reforming the organic substance obtained by the shift reaction contains water vapor, hydrogen and carbon dioxide gas, and there is no particular limitation on the concentration thereof. Therefore, the water vapor concentration is preferably 5 to 70 vol%. In other words, when the water vapor concentration is low, the decomposition rate of organic substances such as plastics is low. However, by setting the water vapor concentration to 5 vol% or more, a certain level of organic material decomposition rate can be secured, and the production rate of gaseous fuel (gas Conversion rate) can be maintained at a constant level, and the amount of heavy components produced can be reduced. On the other hand, when the water vapor concentration is high, CO 2 tends to remain in the reformed product gas of organic substances (gas generated by the reforming of organic substances, hereinafter the same), and the LHV of the gaseous fuel decreases. However, if the water vapor concentration is 70 vol% or less, it is possible to suppress the residual CO 2 in the reforming reaction product gas, and it is also possible to suppress the decrease in the LHV of the gaseous fuel / liquid fuel.
Further, from the viewpoint of ensuring the decomposition rate of the organic substance, both the hydrogen concentration and the carbon dioxide concentration of the mixed gas (g) are preferably 5 vol% or more.

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、気体燃料の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、気体燃料中にCO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、気体燃料中に炭化水素や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、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。 Moreover, for the following reasons, the more preferable composition of the mixed gas (g) for organic substance reforming is: water vapor concentration: 20 to 70 vol%, hydrogen concentration: 10 to 40 vol%, carbon dioxide concentration: 10 to 40 vol%. It is. In addition, it does not prevent that other gas components (for example, nitrogen etc.) are contained in this mixed gas (g). By setting the water vapor concentration to 20 vol% or more, the decomposition rate of the organic substance can be sufficiently increased, and the LHV of the gaseous fuel can be increased. The reason for setting the water vapor concentration to 70 vol% or less is as described above. By setting the hydrogen concentration to 10 vol% or more (more preferably 12 vol% or more), it is possible to suppress the CO 2 from remaining in the gaseous fuel even when the organic substance is reformed at a relatively low temperature. Can do. By setting the carbon dioxide gas concentration to 10 vol% or more (more preferably 13 vol% or more), H 2 which is a low-calorie gas component is less likely to remain in the gaseous fuel as compared to hydrocarbons and CO. Moreover, the decomposition rate of organic substances, such as a plastic, can be made into a preferable level by making hydrogen concentration and carbon dioxide gas concentration into 40 vol% or less. Moreover, from the above viewpoints, a more preferable gas composition of the mixed gas (g) is a water vapor concentration: 25 to 65 vol%, a hydrogen concentration: 15 to 35 vol%, and a carbon dioxide concentration: 15 to 35 vol%. In addition, it does not prevent that other gas components (for example, nitrogen etc.) are contained in this mixed gas (g).

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、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。
Next, conditions for modifying (lowering the molecular weight) of an organic substance with the mixed gas (g) obtained by the shift reaction will be described.
In the present invention, there is no particular limitation on the organic material to be reduced in molecular weight by modification, but a high molecular weight organic material is suitable, for example, plastic (usually waste plastic), oil-containing sludge, waste oil, biomass. One or more of these can be targeted.

対象とする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、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、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、この塩素が生成物中に含有されてしまう恐れがある。したがって、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。
Although there is no special restriction | limiting in the kind of target plastic, For example, an industrial waste type | system | group, a target plastic of the container packaging recycling law etc. can be mentioned. More specifically, polyolefins such as PE and PP, thermoplastic polyesters such as PA and PET, elastomers such as PS, thermosetting resins, synthetic rubbers, foamed polystyrene and the like can be mentioned. In addition, inorganic substances such as fillers are added to many plastics. However, in the present invention, such inorganic substances are not involved in the reaction. It is discharged from the reactor for reducing the molecular weight. In addition, the plastic is pre-cut into an appropriate size as required, and then charged into the reforming reactor.
Further, if the plastic contains a chlorine-containing resin such as polyvinyl chloride, chlorine is generated in the reforming reactor, and this chlorine may be contained in the product. Therefore, when the plastic may contain a chlorine-containing resin, it is preferable to introduce a chlorine absorbent such as CaO into the reforming reactor so that the chlorine content is not contained in the gas product. .

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。   Oil-containing sludge is a sludge-like mixture generated in an oil-containing waste liquid treatment step, and generally contains about 30 to 70% by mass of water. Examples of the oil in the sludge include, but are not limited to, various mineral oils, natural and / or synthetic oils and fats, and various fatty acid esters. In addition, in order to improve handling property, such as when supplying oil-impregnated sludge to the reforming reactor, moisture in the sludge may be reduced to about 30 to 50% by mass by a method such as centrifugation.

また、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。
Examples of the waste oil include, but are not limited to, various used mineral oils, natural and / or synthetic fats and oils, and various fatty acid esters. Moreover, the mixture of these 2 or more types of waste oil may be sufficient. In addition, in the case of waste oil generated in the steel mill rolling process, it generally contains a large amount of water (usually more than about 80% by mass), but this water is also reduced in advance by a method such as specific gravity separation. It is advantageous in terms of handleability.
When the organic substance contains water, water vapor is generated in the reforming reactor. Therefore, the excess ratio of water vapor added in the shift reaction is determined in consideration of the amount.

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、建設廃木材や梱包・運送廃木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。   Examples of biomass include sewage sludge, paper, wood (for example, construction waste wood, packing / transport waste wood, thinned wood, etc.), and processed biomass such as solid waste fuel (RDF). However, it is not limited to these. Since biomass usually contains a large amount of water, it is preferable to dry it beforehand in view of energy efficiency. In addition, in the case of biomass containing relatively high concentrations of alkali metals such as sodium and potassium, alkali metals may be deposited in the reforming reactor. It is preferable to keep. Large biomass such as construction waste wood and packaging / transport waste wood is cut in advance and put into the reforming reactor.

また、対象となる有機物質としては、プラスチック(通常、廃プラスチック)と木材との混合成形物(プラスチックと木材の混合物の成形物)が好ましい。この混合成形物は、プラスチックと木材(いずれも小塊状、粒状又は小片状などの小径の材料)の混合物を圧縮成形し、この成形過程で生じる摩擦熱または/および成形過程で加えられる外部加熱によりプラスチックを少なくとも部分的に溶融または軟化させ、この溶融または軟化したプラスチックをバインダーとして固化させたものである。この場合、混合成形物表面のプラスチックだけが溶融または軟化し、この溶融または軟化したプラスチックがバインダーとなって固化した外殻が形成されるようにしてもよい。木材としては、資源の有効利用の観点からは建設廃木材、梱包・運送廃木材、間伐材のうちの1種以上が好ましいが、これらに限定されるものではない。なお、梱包・運送廃木材とは、廃木箱や廃パレットなどのように、梱包や運送作業に使用された後に不要となった木材を指す。   Moreover, as an organic substance used as object, the mixed molded product of plastic (usually waste plastic) and wood (molded product of the mixture of plastic and wood) is preferable. This mixed molding is a compression molding of a mixture of plastic and wood (both small-sized materials such as small blocks, granules or small pieces), and frictional heat generated during the molding process and / or external heating applied during the molding process. Thus, the plastic is at least partially melted or softened, and the melted or softened plastic is solidified as a binder. In this case, only the plastic on the surface of the mixed molded product may be melted or softened, and the melted or softened plastic may be used as a binder to form a solidified outer shell. The wood is preferably one or more of construction waste wood, packaging / transport waste wood, and thinned wood from the viewpoint of effective use of resources, but is not limited thereto. Packing / transporting waste wood refers to wood that is no longer needed after being used for packing or transporting work, such as waste wooden boxes and waste pallets.

本発明において対象となる有機物質として、上記の混合成形物が好ましい理由としては、(a)通常、プラスチック中に含有される塩素が、塩素を含まない木材(建設廃木材、梱包・運送廃木材、間伐材など)で希釈されること、(b)プラスチック中に含有される灰分が、低灰分である木材で希釈されること、(c)上記のように成形過程の摩擦熱などで少なくとも部分的に溶融または軟化したプラスチックがバインダーとなり、木材の成形性が改善されてハンドリング性が向上すること、(d)通常、木材に比較的高濃度に含有される酸素原子によって、有機物質の低分子化が促進されること、などが挙げられる。
したがって、改質される有機物質の少なくとも一部が、プラスチックと木材(例えば、建設廃木材、梱包・運送廃木材、間伐材のうちの1種以上)との混合成形物であることが好ましい。
The reason why the above-mentioned mixed molded article is preferable as the organic substance to be used in the present invention is that (a) the chlorine contained in the plastic is not a chlorine-containing wood (construction waste wood, packaging / transport waste wood) , Thinned wood, etc.), (b) the ash contained in the plastic is diluted with low ash wood, (c) at least partly due to frictional heat in the molding process as described above Plastics that have been melted or softened as a binder, improve the formability of wood and improve its handling, and (d) low molecular weight organic substances due to oxygen atoms usually contained in wood at relatively high concentrations And the like are promoted.
Therefore, it is preferable that at least a part of the organic material to be modified is a mixed molded product of plastic and wood (for example, one or more of construction waste wood, packaging / transport waste wood, and thinned wood).

混合成形物中の木材の割合は10〜70質量%程度が好ましく、20〜60質量%程度がより好ましい。木材の割合が10質量%未満では、上記(a)、(b)、(d)の効果が発現しにくくなる。一方、木材の割合が70質量%を超えると、上記(c)の溶融または軟化したプラスチックによるバインダー効果が低減する。また、木材の割合が70質量%を超えると、低分子化反応で生成する気体生成物の燃焼熱が低下する。   The ratio of wood in the mixed molded product is preferably about 10 to 70% by mass, and more preferably about 20 to 60% by mass. When the ratio of the wood is less than 10% by mass, the effects (a), (b), and (d) described above are hardly exhibited. On the other hand, if the proportion of wood exceeds 70% by mass, the binder effect due to the molten or softened plastic of (c) above is reduced. Moreover, when the ratio of wood exceeds 70 mass%, the combustion heat of the gas product produced | generated by a low molecular-ized reaction will fall.

プラスチックと木材との混合成形物の製造方法に特に制限はない。通常、プラスチックと木材(例えば、建設廃木材、梱包・運送廃木材、間伐材のうちの1種以上)は、事前に破砕処理されることで小塊状、粒状又は小片状などの小径の材料となる。破砕処理する場合、プラスチックと木材を別々に破砕処理してもよいし、プラスチックと木材を1つの破砕機に同時に投入して破砕処理を行ってもよい。プラスチックや木材の破砕処理後の大きさ、すなわち破砕機のスクリーンは、目的とする混合成形物の大きさに応じて決められ、例えば、後述するリングダイによる圧縮成形造粒方法を用い、外径が6mm程度の混合成形物を得る場合、破砕機のスクリーン目開きは10〜30mm程度が適当である。なお、破砕機や成形造粒機の保護のために、事前に金属異物などを風選や磁選などによって除去することが一般的である。   There is no restriction | limiting in particular in the manufacturing method of the mixed molding of a plastic and wood. Usually, plastic and wood (for example, one or more of construction waste wood, packaging / transport waste wood, and thinned wood) are preliminarily crushed so that they have a small diameter, granular, or small piece of material. It becomes. When crushing, plastic and wood may be separately crushed, or plastic and wood may be simultaneously fed into one crusher for crushing. The size of the plastic or wood after the crushing process, that is, the screen of the crusher is determined according to the size of the target mixed molded product, for example, the outer diameter using a compression molding granulation method with a ring die described later. Is about 6 to 30 mm, the screen opening of the crusher is suitably about 10 to 30 mm. In addition, in order to protect the crusher and the forming granulator, it is common to remove metal foreign matters in advance by wind separation or magnetic separation.

プラスチックと木材は事前にまたは成形工程内で混合され、所定のサイズに圧縮成形される。この成形方法に特別な制限はなく、例えば、リングダイによる圧縮成形造粒方法などの公知の方法を適用することができる。プラスチックと木材の混合物の成形過程で生じる摩擦熱又は成形過程で加えられる外部加熱によりプラスチックが少なくとも部分的に溶融または軟化し、この溶融または軟化したプラスチックがバインダーとなって成形物が固化する。   Plastic and wood are mixed in advance or in the molding process and compression molded to a predetermined size. There is no special restriction | limiting in this shaping | molding method, For example, well-known methods, such as the compression molding granulation method by a ring die, can be applied. The plastic is at least partially melted or softened by frictional heat generated in the molding process of the mixture of plastic and wood or external heating applied in the molding process, and the molded product is solidified by using the molten or softened plastic as a binder.

図3は、リングダイ式の圧縮成形造粒機と、これを用いた圧縮成形造粒の実施状況を模式的に示したものである。この圧縮成形造粒機は、全周に多数のダイス孔60(丸孔)が貫設されたダイリング6と、このダイリング6の内側に、ダイリング内周面と接するようにして回転自在に配置された複数(通常、2〜3個)の転動ローラ7と、前記ダイス孔60から押し出された混合成形物を切断し、ダイリング外周面から掻き落すための切断刃8とを備えている。なお、ダイリング6と転動ローラ7は、ともに図示しない装置本体に回転自在に支持されるが、ダイリング6は駆動装置により回転駆動するのに対して、転動ローラ7は無駆動のフリーのローラ体であり、ダイリング内周面との摩擦によりダイリング6の回転に伴って回転する。また、ダイス孔60の孔径は造粒すべき混合物の大きさ(径)に応じて決められるが、通常3〜20mm程度である。   FIG. 3 schematically shows a ring die type compression molding granulator and the implementation of compression molding granulation using the same. This compression molding granulator has a die ring 6 in which a large number of die holes 60 (round holes) are provided in the entire circumference, and is rotatable inside the die ring 6 so as to be in contact with the inner peripheral surface of the die ring. A plurality of (usually 2 to 3) rolling rollers 7 arranged on the die and a cutting blade 8 for cutting the mixed molded product extruded from the die hole 60 and scraping off the outer peripheral surface of the die ring. ing. The die ring 6 and the rolling roller 7 are both rotatably supported by an apparatus main body (not shown). The die ring 6 is driven to rotate by a driving device, whereas the rolling roller 7 is a non-driven free drive. This roller body rotates with the rotation of the die ring 6 by friction with the inner peripheral surface of the die ring. Moreover, although the hole diameter of the die hole 60 is determined according to the magnitude | size (diameter) of the mixture which should be granulated, it is about 3-20 mm normally.

このリングダイ式の圧縮成型造粒機では、ダイリング6が図中矢印方向に回転駆動し、これに伴って転動ローラ7も矢印方向に回転する。この状態で、ダイス孔径の大きさに応じて予め適当な大きさに破砕されたプラスチックと木材が、図示しない投入口からダイリング6の内部に投入され、この投入された材料は、転動ローラ7によってダイリング内周面との間で圧潰・圧縮されつつ(圧潰による破砕作用もある)、ダイリング6のダイス孔60内に押し込まれる。ダイス孔60内に押し込まれた材料(混合物)は、ダイス孔60内を通過する過程で、圧縮されるとともに、ダイス孔内周面との摩擦熱により表面(ダイス孔内周面と接する面)のプラスチックが溶融または軟化した状態となる。そして、ダイス孔60内を通過した材料(混合物)は、ダイリング6の外周面側に円柱状の形で順次押し出されるとともに、この際、溶融または軟化していた表面のプラスチックが固化し、この固化したプラスチックをバインダーとする外殻が形成される。そして、このダイリング外周面に押し出された円柱形状の成形物がダイリング6の回転によって切断刃8の位置まで来た時に、切断刃8でダイリング6の外周面から掻き落され、これにより混合成形物が得られる。   In this ring die type compression molding granulator, the die ring 6 is rotationally driven in the direction of the arrow in the figure, and accordingly, the rolling roller 7 is also rotated in the direction of the arrow. In this state, plastic and wood that have been crushed to an appropriate size according to the size of the die hole diameter are put into the die ring 6 from a not-shown slot, and the thrown material is a rolling roller. 7 is pressed into the die hole 60 of the die ring 6 while being compressed and compressed between the inner peripheral surface of the die ring (there is also a crushing action by crushing). The material (mixture) pushed into the die hole 60 is compressed in the process of passing through the die hole 60, and the surface (surface in contact with the inner peripheral surface of the die hole) by frictional heat with the inner peripheral surface of the die hole. The plastic is melted or softened. The material (mixture) that has passed through the die hole 60 is sequentially pushed out in the form of a column to the outer peripheral surface side of the die ring 6, and at this time, the plastic on the surface that has been melted or softened is solidified. An outer shell is formed using the solidified plastic as a binder. Then, when the cylindrical shaped product pushed out to the outer peripheral surface of the die ring reaches the position of the cutting blade 8 by the rotation of the die ring 6, it is scraped off from the outer peripheral surface of the die ring 6 by the cutting blade 8, thereby A mixed molded product is obtained.

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。
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、プラスチックと木材(例えば、建設廃木材、梱包・運送廃木材、間伐材のうちの1種以上)との混合成形物を対象とする場合も、上記の理由から反応温度は400〜900℃程度が適当である。
The reaction temperature during organic substance modification is preferably as follows according to the type of organic substance.
In the case of plastic or biomass, the reaction temperature is suitably about 400 to 900 ° C. When the reaction temperature is less than 400 ° C., the decomposition rate of plastic and biomass is low. On the other hand, when the reaction temperature exceeds 900 ° C., the production of carbonaceous matter increases.
In addition, when a mixture molded product of plastic and wood (for example, one or more of construction waste wood, packaging / transport waste wood, and thinned wood) is used, the reaction temperature is 400 to 900 ° C. for the above reasons. The degree is appropriate.

なお、桐のような樹木組織が柔らかい木材は比較的反応性が高いので、そのような木材とプラスチックとの混合成形物を対象とする場合は、プラスチック単独の場合に較べて反応温度を20〜30℃低くすることができる。ただし、木材は樹木の種類や産地ばかりでなく、1本の樹木でも位置によって組織の緻密さや比重が大きく変化する。さらに、廃木材は種々の木材の混合物となるため、一概に反応温度を低くできるとは限らない。このような観点から、プラスチックと木材の混合成形物の反応温度は400〜900℃程度とするのが適当である。   In addition, since the wood with soft tree structure such as paulownia has a relatively high reactivity, the reaction temperature is set to 20 to 20 in comparison with the case of plastic alone when targeting a mixed molded product of such wood and plastic. It can be lowered by 30 ° C. However, the density and specific gravity of the timber vary greatly depending on the position of a single tree as well as the type and location of the tree. Furthermore, since waste wood becomes a mixture of various woods, it is not always possible to lower the reaction temperature. From such a viewpoint, it is appropriate that the reaction temperature of the mixed molded product of plastic and wood is about 400 to 900 ° C.

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、プラスチックおよび/またはバイオマス(ただし「プラスチックと木材との混合成形物」を含む)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。
In the case of oil-containing sludge or waste oil, the reaction temperature is suitably about 300 to 800 ° C. When the reaction temperature is less than 300 ° C., the decomposition rate of oil-containing sludge and waste oil becomes low. On the other hand, even if the reaction temperature exceeds 800 ° C., there is no effect on the reforming (lower molecular weight) characteristics of the oil-containing sludge or waste oil, but it is not economical because the temperature is higher than necessary.
In the case where a mixture of plastic and / or biomass (including “mixed molding of plastic and wood”) and oil-containing sludge and / or waste oil is targeted, the reaction temperature is 400 to A temperature of about 800 ° C. is appropriate. Since almost no influence of pressure is observed, it is economical to operate the reforming reactor at normal pressure or slightly pressurized of about several kg / cm 2 .

本発明では、改質反応器として流動層反応器を用いる。すなわち、流動層において混合ガス(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。既に述べたように、本発明では水素化、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、高効率にプラスチックなどの有機物質が低分子化される。実際には、これらに加えて熱分解反応も進行することは明らかである。これらのうち、水素化分解、水蒸気改質、炭酸ガス改質、熱分解が吸熱反応であり、発熱反応は水素化だけである。したがって、本反応は総括では吸熱であり、外部から反応熱を供給する必要がある。
プラスチックを回分式で低分子化する場合には大きな問題とならないが、流通式固定層反応器で反応を行う時の問題点として、反応熱の供給が律速となって反応器内でプラスチックなどが融着することや、融着を防止するために必要以上に高温の熱を供給することで熱効率が悪化すること、さらには、高温の供給熱によってプラスチックなどが炭化すること、などの点が挙げられる。
In the present invention, a fluidized bed reactor is used as the reforming reactor. That is, the mixed gas (g) is brought into contact with the organic substance in the fluidized bed, and the organic substance is modified to reduce the molecular weight. As already described, in the present invention, the four reactions of hydrogenation, hydrocracking, steam reforming, and carbon dioxide reforming proceed simultaneously, so that organic substances such as plastics can be made low molecular weight with high efficiency. In fact, it is clear that in addition to these, a pyrolysis reaction also proceeds. Of these, hydrocracking, steam reforming, carbon dioxide reforming, and thermal cracking are endothermic reactions, and the exothermic reaction is only hydrogenation. Therefore, this reaction is generally endothermic, and it is necessary to supply reaction heat from the outside.
This is not a big problem when reducing the molecular weight of plastics batchwise, but the problem when conducting reactions in a flow-type fixed bed reactor is that the rate of supply of reaction heat becomes rate limiting, and plastics are not contained in the reactor. For example, the heat efficiency is deteriorated by fusing or supplying heat higher than necessary to prevent fusing, and the plastic is carbonized by the high-temperature supply heat. It is done.

これに対して流動層反応器は、流動層内の温度がほぼ均一で、熱の授受が非常に早いことが特徴であるため、上述した固定層反応器で生じるような問題を回避することができる。また、本発明では、流動層の流動媒体の少なくとも一部(好ましくは流動媒体の主体)として、真密度が4〜8g/cmであって、Fe、Ni、Crの中から選ばれる少なくとも1種を含有する粉粒体(f)を用いる。Fe、Ni、Crは何れも本反応に活性であり、粉粒体(f)が触媒としても機能することにより高効率に低分子化反応が進行する。一方、従来の流動層による廃プラスチックガス化技術では、流動媒体として砂を用いることが多い。しかし、砂には触媒活性がないばかりでなく、流動媒体としてはやや粒径が大きく、安定した流動層を形成できる条件が限定的であり、多様な原料に対応するのが困難である。なお、粉粒体(f)に含まれるFe、Ni、Crの存在形態はメタル、酸化物等の別を問わない。粉粒体(f)の真密度を4〜8g/cmとする理由については後述する。 On the other hand, the fluidized bed reactor is characterized by the fact that the temperature in the fluidized bed is almost uniform and the heat exchange is very fast, so that the problems that occur in the fixed bed reactor described above can be avoided. it can. In the present invention, at least a part of the fluidized medium in the fluidized bed (preferably the main body of the fluidized medium) has a true density of 4 to 8 g / cm 3 and at least one selected from Fe, Ni, and Cr. A powder (f) containing seeds is used. Fe, Ni, and Cr are all active in this reaction, and the low molecular weight reaction proceeds with high efficiency by the powder (f) functioning also as a catalyst. On the other hand, in the waste plastic gasification technology by the conventional fluidized bed, sand is often used as a fluidized medium. However, sand not only has no catalytic activity, but also has a slightly larger particle size as a fluid medium, and the conditions under which a stable fluidized bed can be formed are limited, making it difficult to deal with various raw materials. In addition, the presence form of Fe, Ni, Cr contained in a granular material (f) does not ask | require a distinction, such as a metal and an oxide. The reason why the true density of the powder (f) is 4 to 8 g / cm 3 will be described later.

粉粒体(f)のFe、Ni、Crの合計の含有率は20〜90質量%程度が好ましく、30〜80質量%程度がより好ましい。含有率が20重量%未満では、粉粒体(f)の真密度が小さくなるため、流動層反応器から排出されるガス中に飛散した粉粒体(f)と有機物質の灰分との分別捕集(両者を分離された状態で捕集)が不十分となりやすい。一方、含有率が90質量%を超えると真密度が過大となり、流動性が低下する。   The total content of Fe, Ni and Cr in the powder (f) is preferably about 20 to 90% by mass, and more preferably about 30 to 80% by mass. When the content is less than 20% by weight, the true density of the granular material (f) becomes small, so that the granular material (f) scattered in the gas discharged from the fluidized bed reactor is separated from the ash content of the organic substance. The collection (collection in a state where both are separated) tends to be insufficient. On the other hand, if the content exceeds 90% by mass, the true density becomes excessive and the fluidity is lowered.

図2は、本発明において有機物質を低分子化するための改質装置の一実施形態を示しており、1は流動層反応器、2は流動層反応器1からガスを排出する排出管、3aは排出管2に設けられる1次集塵機(上流側の一段目集塵機)、3bは同じく2次集塵機(下流側の二段目集塵機)である。一般に、1次集塵機3aはサイクロンであるが、2次集塵機3bの形式は任意であり、乾式集塵機でも湿式集塵機でもよい。なお、2次集塵機3bが乾式集塵機の場合には、液体生成物の凝縮温度まで排出ガスが冷却されることがないので、2次集塵機3bを通過する生成物は気体状態のままであり、その下流側に冷却器、油水分離装置などを設置して気体生成物、液体生成物、排水に分離される。一方、2次集塵機3bが湿式集塵機の場合には、排出ガスが冷却されて液体生成物が凝縮するので、2次集塵機3bを通過する生成物は気体生成物であり、2次集塵機3bで捕集される物質は灰分、排水、液体生成物の混合物となる。したがって、その混合物排出系に油水分離装置などを設置して、液体生成物を分離する。
なお、図2では、1次集塵機3aは流動層反応器1の外部に設置されているが、流動層反応器1の内部に設置してもよい。
FIG. 2 shows an embodiment of a reforming apparatus for reducing the molecular weight of an organic substance in the present invention, wherein 1 is a fluidized bed reactor, 2 is a discharge pipe for discharging gas from the fluidized bed reactor 1, 3a is a primary dust collector (upstream first stage dust collector) provided in the discharge pipe 2, and 3b is also a secondary dust collector (downstream second stage dust collector). Generally, the primary dust collector 3a is a cyclone, but the type of the secondary dust collector 3b is arbitrary, and may be a dry dust collector or a wet dust collector. When the secondary dust collector 3b is a dry dust collector, the exhaust gas is not cooled to the condensation temperature of the liquid product, so that the product passing through the secondary dust collector 3b remains in a gaseous state. A cooler, an oil / water separator, etc. are installed on the downstream side, and separated into gas products, liquid products, and waste water. On the other hand, when the secondary dust collector 3b is a wet dust collector, the exhaust gas is cooled and the liquid product is condensed, so that the product passing through the secondary dust collector 3b is a gas product and is captured by the secondary dust collector 3b. The collected material will be a mixture of ash, wastewater, and liquid product. Therefore, an oil / water separator is installed in the mixture discharge system to separate the liquid product.
In FIG. 2, the primary dust collector 3 a is installed outside the fluidized bed reactor 1, but may be installed inside the fluidized bed reactor 1.

流動層反応器1では、分散板10の下側の風箱部11に混合ガス(g)が導入され、この混合ガス(g)が分散板10から吹き出すことにより、分散板10の上方に流動媒体による流動層4が形成される。プラスチックなどの有機物質は、流動層反応器1の上部から流動層4に供給され、流動層4内で混合ガス(g)と反応することで低分子化され、気体生成物となる。この気体生成物を含むガス(g)は、排出管2を通じて排出された後、1次集塵機3a及び2次集塵機3bでガス(g)中に飛散した流動媒体や有機物質の灰分が捕集されるが、流動媒体と有機物の灰分がなるべく分離された状態で捕集されるようにする。すなわち、1次集塵機3aでは主に流動媒体が捕集され、灰分はなるべく捕集されないようにし、2次集塵機3bにおいて有機物質の灰分が主に捕集されるようにする。このためには、後述するように流動媒体である粉粒体(f)の真密度の最適化が重要である。1次集塵機3aで捕集された流動媒体を主体とする捕集物は、返送管5を通じて流動層反応器1に循環される。なお、一次集塵機3aおよび返送管5を流動層反応器1内上部のフリーボード部に配置してもよい。2次集塵機3bを通過したガス(g)が回収されるが、このガス(g)に含まれる気体生成物は、その一部を気体燃料として、また、他の一部を凝縮させて液体燃料として、それぞれ用いることができる。
以上のように、本発明では、流動層から排出されるガス(g)を集塵機に通して、ガス(g)に含まれる流動媒体を捕集し、この捕集された流動媒体を流動層に循環させることが好ましい。
In the fluidized bed reactor 1, the mixed gas (g) is introduced into the wind box portion 11 on the lower side of the dispersion plate 10, and the mixed gas (g) is blown out of the dispersion plate 10, thereby flowing above the dispersion plate 10. A fluidized bed 4 is formed by the medium. An organic substance such as plastic is supplied to the fluidized bed 4 from the upper part of the fluidized bed reactor 1 and is reduced in molecular weight by reacting with the mixed gas (g) in the fluidized bed 4 to become a gas product. After the gas (g p ) containing this gaseous product is discharged through the discharge pipe 2, the ash content of the fluid medium and organic substances scattered in the gas (g p ) is captured by the primary dust collector 3a and the secondary dust collector 3b. However, the fluid medium and the organic ash are collected as separated as possible. In other words, the primary dust collector 3a mainly collects the fluid medium and prevents the ash from being collected as much as possible, and the secondary dust collector 3b mainly collects the ash of the organic substance. For this purpose, as will be described later, it is important to optimize the true density of the granular material (f) that is a fluid medium. The collected matter mainly composed of the fluidized medium collected by the primary dust collector 3 a is circulated to the fluidized bed reactor 1 through the return pipe 5. Note that the primary dust collector 3a and the return pipe 5 may be disposed in the free board portion in the upper part of the fluidized bed reactor 1. The gas (g p ) that has passed through the secondary dust collector 3b is recovered, but the gas product contained in this gas (g p ) is partly used as gaseous fuel and the other part is condensed. Each can be used as a liquid fuel.
As described above, in the present invention, the gas (g p ) discharged from the fluidized bed is passed through the dust collector, the fluid medium contained in the gas (g p ) is collected, and the collected fluid medium is fluidized. It is preferred to circulate through the layers.

流動媒体を構成する前記粉粒体(f)は、真密度が4〜8g/cmであり、より好ましくは4〜7.5g/cmである。上述したように流動層反応器1から排出されるガス(g)中には流動媒体である粉粒体(f)や有機物質の灰分が飛散するので、これらは集塵機でガス(g)から分離され、このうち粉粒体(f)については流動層反応器1に循環させる。粉粒体(f)の真密度が4g/cm未満では、有機物質の灰分との密度差が小さいため、有機物の灰分と分別して捕集することが難しくなり、粉粒体(f)と灰分の分離が不十分となりやすい。具体的には、図2において1次集塵機3aにおいて主に粉粒体(f)だけを捕集することが難しくなり、相当量の有機物の灰分も捕集されてしまう。その結果、ガス(g)から分離されて流動層反応器1に循環する粉粒体(f)が、低分子化反応に不活性な灰分によって希釈されることになり、流動層4の触媒活性は連続的に低下することになる。一方、粉粒体(f)の真密度が8g/cmを超えると、流動媒体としての流動性が低下する。ここで、真密度とは、JIS−K−0061に準拠してピクノメーターを用いて測定される密度を意味する。 The powder particles (f) constituting the fluid medium have a true density of 4 to 8 g / cm 3 , more preferably 4 to 7.5 g / cm 3 . As described above, the granular material (f) which is a fluidized medium and the ash content of organic substances are scattered in the gas (g p ) discharged from the fluidized bed reactor 1, so these are gas (g p ) by a dust collector. Of these, the granular material (f) is circulated in the fluidized bed reactor 1. When the true density of the granular material (f) is less than 4 g / cm 3 , since the density difference from the ash content of the organic substance is small, it becomes difficult to separate and collect from the organic ash content. Separation of ash tends to be insufficient. Specifically, in FIG. 2, it becomes difficult to collect mainly the granular material (f) in the primary dust collector 3 a, and a considerable amount of organic ash is also collected. As a result, the granular material (f) separated from the gas (g p ) and circulated to the fluidized bed reactor 1 is diluted with ash that is inert to the low molecular weight reaction, and the catalyst of the fluidized bed 4 The activity will decrease continuously. On the other hand, when the true density of the granular material (f) exceeds 8 g / cm 3 , the fluidity as a fluid medium decreases. Here, a true density means the density measured using a pycnometer based on JIS-K-0061.

1次集塵機3aで捕集分離した流動媒体を流動層反応器1に循環させない場合であっても、粉粒体(f)の真密度が4g/cm未満では、粉粒体(f)と灰分を別々に捕集することが難しく、灰分によって粉粒体(f)が希釈されることに変わりはない。粉粒体(f)として後述するような製鋼ダストを用いる場合、この製鋼ダストは非常に安価であるため、集塵機で捕集した製鋼ダストを流動層反応器に循環させて再利用しなくてもよいが、通常、製鋼ダストは製鉄工程に戻して鉄分を回収するため、これに灰分が相当量含まれていると、この灰分によって製鉄工程でのスラグ発生量が増大してしまう。したがって、いずれにしても、ガス(g)から捕集される粉粒体(f)が灰分で希釈されないようにするため、粉粒体(f)の真密度は4g/cm以上でなければならない。 Even when the fluid medium collected and separated by the primary dust collector 3a is not circulated to the fluidized bed reactor 1, if the true density of the powder (f) is less than 4 g / cm 3 , the powder (f) It is difficult to collect the ash separately, and the powder (f) is still diluted by the ash. When steelmaking dust as described later is used as the granular material (f), this steelmaking dust is very inexpensive, so it is not necessary to circulate the steelmaking dust collected by the dust collector to the fluidized bed reactor for reuse. However, since the steelmaking dust is usually returned to the ironmaking process to recover the iron content, if a considerable amount of ash is contained therein, the amount of slag generated in the ironmaking process is increased by this ash. Therefore, in any case, in order to prevent the granular material (f) collected from the gas (g p ) from being diluted with ash, the true density of the granular material (f) must be 4 g / cm 3 or more. I must.

流動媒体であり且つ触媒として機能する粉粒体(f)としては、公知のNi系改質触媒やNi系水素化触媒などを用いることができるが、(i)鉄分を多く含むため触媒活性が高いこと、(ii)真密度が4〜8g/cmの範囲で且つ微細粒子であるため流動媒体として好適であること、(iii)大量入手可能で且つ安価であること、などの理由から製鋼工程で発生する鉄含有ダスト(以下、説明の便宜上「製鋼ダスト」という)を用いることが特に好ましい。製鋼ダストは、一般に鉄を30質量%以上含む。この製鋼ダストは、一般に湿式で捕集されるため、乾燥処理は必要であるが、分級処理などの必要はない。 As the granular material (f) which is a fluid medium and functions as a catalyst, a known Ni-based reforming catalyst or Ni-based hydrogenation catalyst can be used, but (i) it has a high catalytic activity because it contains a large amount of iron. Steelmaking for reasons such as being high, (ii) having a true density in the range of 4-8 g / cm 3 and being fine particles and therefore suitable as a fluid medium, (iii) being available in large quantities and being inexpensive. It is particularly preferable to use iron-containing dust generated in the process (hereinafter referred to as “steel-making dust” for convenience of explanation). Steelmaking dust generally contains 30% by mass or more of iron. Since this steelmaking dust is generally collected by a wet process, a drying process is necessary, but a classification process or the like is not necessary.

製鋼ダストは、主に転炉を用いて行われる製鋼工程で発生する鉄含有ダストであり、製鋼工程としては、例えば、脱燐工程、脱炭工程、ステンレス鋼の精錬工程などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。本発明では、これら製鋼ダストの1種以上を用いることができる。
製鋼ダストの発生率は製鉄所毎に異なるものの、発生量は粗鋼生産量に比例するため、多量に入手可能である。また、製鋼ダストの価値は粗鋼相当の価値であるので、トンあたり数万円程度と非常に安価である。一方、市販触媒はトン当たり数百万円程度であり、粉粒体(f)として製鋼ダストを用いることでコスト的に非常に有利となる。
Steelmaking dust is iron-containing dust generated mainly in a steelmaking process performed using a converter, and examples of the steelmaking process include a dephosphorization process, a decarburization process, and a stainless steel refining process. It is not limited to these. In the present invention, one or more of these steelmaking dusts can be used.
Although the rate of steelmaking dust varies from steelworks to steelworks, the amount generated is proportional to the amount of crude steel produced, so it is available in large quantities. Moreover, since the value of steelmaking dust is equivalent to that of crude steel, it is very inexpensive at around tens of thousands of yen per ton. On the other hand, a commercially available catalyst costs several million yen per ton, and it is very advantageous in terms of cost to use steelmaking dust as the granular material (f).

製鋼ダストには、一般に、粒径下限が0.1μm程度、上限が200μm程度であって、メジアン径(d50)が5〜30μm程度の粒度分布を有し、比表面積が10〜20m/g程度である微粒ダストと、粒径下限が1μm程度、上限が2000μm程度であって、メジアン径(d50)が30〜200μm程度の粒度分布を有し、比表面積が1m/g以下である粗粒ダストがある。一般に、製鋼工程において主に転炉から排出される排ガスは湿式で集塵されるが、凝集剤を添加せずに水から分離できる分が粗粒ダストであり、分離に凝集剤添加が必要な分が微粒ダストである。 Steelmaking dust generally has a particle size distribution with a particle size lower limit of about 0.1 μm and an upper limit of about 200 μm, a median diameter (d50) of about 5 to 30 μm, and a specific surface area of 10 to 20 m 2 / g. A coarse particle having a particle size distribution in which the lower limit of particle size is about 1 μm, the upper limit is about 2000 μm, the median diameter (d50) is about 30 to 200 μm, and the specific surface area is 1 m 2 / g or less. There is grain dust. In general, exhaust gas discharged mainly from converters in the steelmaking process is collected in a wet form, but the amount that can be separated from water without adding a flocculant is coarse dust, and the addition of a flocculant is necessary for separation. Minutes are fine dust.

本発明では、微粒ダスト、粗粒ダストのいずれを用いてもよい。ただし、微粒ダストと粗粒ダストを較べた場合、微粒ダストは粗粒ダストに較べて比表面積が大きいため触媒活性が高く、一方、流動状態での安定性は微粒ダストよりも粗粒ダストの方が優れている。また、製鋼ダストの粒子は表面の鉄分が酸化されているので、比表面積が大きい微粒ダストの方が酸化された鉄分の割合が多くなる。このため真密度は微粒ダストよりも粗粒ダストの方が大きくなるので、流動化ガスである混合ガス(g)の送風動力は粗粒ダストを使用した場合の方が大きくなる。以上の点からして、微粒ダストと粗粒ダストを混合して用いることにより、高い触媒活性、流動状態での安定性、送風動力の抑制がバランス良く確保された流動層を形成することができる。   In the present invention, either fine dust or coarse dust may be used. However, when fine dust and coarse dust are compared, fine dust has a higher specific surface area than coarse dust and therefore has higher catalytic activity, while the stability in fluidized state is better than coarse dust than fine dust. Is excellent. Further, since the iron content on the surface of the steelmaking dust particles is oxidized, the proportion of the oxidized iron content is increased in the fine dust having a larger specific surface area. For this reason, since the true density is larger in the coarse dust than in the fine dust, the blowing power of the mixed gas (g) which is a fluidized gas is larger in the case where the coarse dust is used. From the above points, by mixing and using fine dust and coarse dust, it is possible to form a fluidized bed in which high catalytic activity, stability in a fluidized state, and suppression of blowing power are ensured in a well-balanced manner. .

微粒ダストと粗粒ダストの好適な混合比率は、流動層高Lfと反応器内径Dとの比[Lf/D]に依存するため限定的ではないが、一般に、微粒ダストと粗粒ダストの混合比率[微粒ダスト:粗粒ダスト](質量比)は、Lf/Dが0.1〜0.5程度の場合には1:10〜1:5程度が適当であり、Lf/Dが0.5超〜2程度の場合には1:5〜1:1程度が適当であり、Lf/Dが2超〜10程度の場合には1:1〜5:1程度が適当である。   A suitable mixing ratio of the fine dust and the coarse dust is not limited because it depends on the ratio [Lf / D] of the fluidized bed height Lf and the inner diameter D of the reactor, but generally, the fine dust and the coarse dust are mixed. The ratio [fine dust: coarse dust] (mass ratio) is suitably about 1:10 to 1: 5 when Lf / D is about 0.1 to 0.5, and Lf / D is 0.00. When the ratio is more than 5 to 2, about 1: 5 to 1: 1 is appropriate, and when Lf / D is more than 2 to about 10, about 1: 1 to 5: 1 is appropriate.

また、粉粒体(f)としては、上述した製鋼ダスト以外に、ミルスケールなどを乾燥後、数十〜数百μm程度に分級処理したものも使用することができる。このようなミルスケールなどの分級品は、製鋼ダストと同様に鉄分を多く含んでいるので、単独で粉粒体(f)として使用することもできるが、触媒活性、流動特性ともに製鋼ダストよりも低いため、製鋼ダストと混合して使用することが好ましい。
その他、ミルスケールを還元して製造される還元鉄粉や、水アトマイズ法で溶鋼から製造されるアトマイズ鉄粉なども、単独で粉粒体(f)として使用することができるが、真密度が大きいので、製鋼ダストと混合し、流動性を良好にして用いる方がよい。
したがって、粉粒体(f)は、少なくとも一部が製鋼ダストであること、好ましくは製鋼ダストを主体とする(すなわち、製鋼ダストを50質量%以上含む)ものであること、より好ましくは製鋼ダストからなることが望ましい。
Moreover, as a granular material (f), what carried out the classification process to about several dozen-several hundred micrometers after drying a mill scale etc. besides the steelmaking dust mentioned above can also be used. Such a classified product such as mill scale contains a large amount of iron as well as steelmaking dust, so it can be used alone as a granular material (f), but both catalytic activity and flow characteristics are better than steelmaking dust. Since it is low, it is preferable to use it mixed with steelmaking dust.
In addition, reduced iron powder produced by reducing the mill scale and atomized iron powder produced from molten steel by the water atomization method can be used alone as a powder (f). Since it is large, it is better to mix it with steelmaking dust and use it with good fluidity.
Therefore, the powder (f) is at least partly made of steelmaking dust, preferably mainly made of steelmaking dust (that is, containing 50% by mass or more of steelmaking dust), more preferably steelmaking dust. It is desirable to consist of.

また、流動媒体は、粉粒体(f)が主体となる(すなわち、粉粒体(f)を50質量%以上含む)が、その他の粉粒体を加えてもよい。例えば、アルミナ粉、珪砂などの1種以上の無機粉体を混合することで、流動性をさらに良好にするとともに、混合ガス(g)の送風動力の増加を抑制することもできる。無機粉体を混合する場合、その混合割合は、粉粒体(f)の触媒活性の顕著な低下を招かないようにするため50質量%未満とする。   The fluid medium is mainly composed of the powder (f) (that is, containing 50% by mass or more of the powder (f)), but other powders may be added. For example, by mixing one or more inorganic powders such as alumina powder and silica sand, the fluidity can be further improved and the increase in the blowing power of the mixed gas (g) can be suppressed. When the inorganic powder is mixed, the mixing ratio is set to less than 50% by mass so as not to cause a significant decrease in the catalytic activity of the granular material (f).

図2に示すように、流動媒体の流動化ガスである混合ガス(g)は流動層反応器下部から供給され、ガス分散板10から上方に吹き出すことで流動層4を形成する。ガス分散板10から吹き出す混合ガス(g)の流速は、良好な分散状態を維持できればよく、通常は0.05〜2m/sec程度が適当である。0.05m/sec未満では流動性が低下する。一方、流速が2m/secを超えると流動性には問題ないものの、流動層反応器1から排出されるガス(g)の流速が大きくなり、流動媒体の飛散量が増加してサイクロン等の集塵機の負荷が過大となるだけでなく、後述するように、固体有機物質を反応器上部から供給する場合の固体有機物質の粒径も大きくする必要があるので、反応効率が低下する。 As shown in FIG. 2, a mixed gas (g), which is a fluidizing gas of a fluidized medium, is supplied from the lower part of the fluidized bed reactor and blown upward from the gas dispersion plate 10 to form the fluidized bed 4. The flow rate of the mixed gas (g) blown out from the gas dispersion plate 10 is only required to maintain a good dispersion state, and is usually about 0.05 to 2 m / sec. If it is less than 0.05 m / sec, the fluidity decreases. On the other hand, if the flow rate exceeds 2 m / sec, there is no problem in fluidity, but the flow rate of the gas (g p ) discharged from the fluidized bed reactor 1 increases, and the scattering amount of the fluidized medium increases, resulting in a cyclone or the like. Not only the load of the dust collector becomes excessive, but also the particle size of the solid organic material when the solid organic material is supplied from the upper part of the reactor needs to be increased as described later, so that the reaction efficiency is lowered.

有機物質の流動層反応器1内への供給方法は、含油スラッジや廃油のような液体の有機物質についてはスプレーノズルなどによって噴霧すればよく、供給位置は流動層反応器1の上部或いはガス分散板10の上部など何れの位置でもよい。一方、プラスチックやバイオマスのような固体有機物質の場合、流動層反応器1の上部から供給することが一般的であるが、混合ガス(g)の一部を分岐して、混合ガス(g)による空気輸送によってガス分散板10の上部に供給することもできる。なお、固体有機物質を流動層反応器1の上部から供給する場合は、空気輸送で供給するよりも、重力で落下させる方が簡便である。ただし、その場合は供給した固体有機物質が飛散しない粒径、密度になるよう成型するととともに、反応効率を低下させない粒径を選択することが好ましい。   As for the method of supplying the organic substance into the fluidized bed reactor 1, the liquid organic substance such as oil-containing sludge or waste oil may be sprayed by a spray nozzle or the like, and the supply position may be the upper part of the fluidized bed reactor 1 or gas dispersion. Any position such as the upper part of the plate 10 may be used. On the other hand, in the case of a solid organic material such as plastic or biomass, it is common to supply from the upper part of the fluidized bed reactor 1, but a part of the mixed gas (g) is branched and mixed gas (g) It is also possible to supply the upper part of the gas dispersion plate 10 by pneumatic transportation. In addition, when supplying a solid organic substance from the upper part of the fluidized bed reactor 1, it is easier to drop by gravity rather than supplying by pneumatic transportation. However, in that case, it is preferable to mold the supplied solid organic material so that the particle size and density do not scatter, and to select a particle size that does not reduce the reaction efficiency.

なお、本発明ではプラスチックなどの有機物質が低分子化し、分子数が2倍程度に増加するため、反応器内の生成ガスの流速は混合ガス(g)の2倍程度になることに留意することが必要である。例えば、混合ガス(g)の流速が0.05m/secであれば、生成ガスの流速は0.1m/sec程度となるため、固体有機物質の真密度を1g/cmとすると、その好ましい粒径は2〜6mm程度である。また、混合ガス(g)の流速が2m/secであれば、生成ガスの流速は4m/sec程度となるため、有機物質の真密度を1g/cmとすると、その好ましい粒径は15〜20mm程度である。 Note that in the present invention, organic substances such as plastics are reduced in molecular weight and the number of molecules is increased by about twice, so that the flow rate of the product gas in the reactor is about twice that of the mixed gas (g). It is necessary. For example, if the flow rate of the mixed gas (g) is 0.05 m / sec, the flow rate of the product gas is about 0.1 m / sec. Therefore, the true density of the solid organic substance is preferably 1 g / cm 3. The particle size is about 2 to 6 mm. Moreover, if the flow rate of the mixed gas (g) is 2 m / sec, the flow rate of the product gas is about 4 m / sec. Therefore, when the true density of the organic substance is 1 g / cm 3 , the preferred particle size is 15 to It is about 20 mm.

本発明法で得られる有機物質のガス化物(気体生成物)は、通常、COとC1からC4程度までの軽質炭化水素であり、気体燃料として好適である。また、一部は凝縮させて液体燃料とすることもできる。
気体燃料中のLHVは約6〜10Mcal/Nm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。
The gasified product (gas product) of the organic substance obtained by the method of the present invention is usually light hydrocarbons of CO and C1 to C4, and is suitable as a gaseous fuel. Moreover, a part can be condensed and it can also be set as a liquid fuel.
The LHV in the gaseous fuel is about 6 to 10 Mcal / Nm 3, which is the same as natural gas. Nevertheless, since the carbon monoxide concentration is high, it is characterized by higher combustibility than natural gas. Because of its high carbon monoxide concentration and high combustibility, it is safer to use it as a city gas alternative fuel in factories with metallurgical furnaces such as steelworks than to supply it as household city gas. preferable.

また、本発明法で得られる気体生成物を、燃料としてではなく、高炉などの還元材として用いることもできる。上述したように、この気体生成物は主に天然ガス成分である軽質炭化水素と一酸化炭素からなるが、天然ガスも一酸化炭素も鉄鉱石の還元材として有効であるので、高炉操業において、本発明法で得られる気体生成物を高炉の羽口などから吹き込むことにより、還元材であるコークス使用量が削減でき、炭酸ガス排出削減と製鉄コストの削減に有効である。   Further, the gas product obtained by the method of the present invention can be used not as a fuel but as a reducing material such as a blast furnace. As mentioned above, this gas product mainly consists of light hydrocarbons and carbon monoxide, which are natural gas components, but both natural gas and carbon monoxide are effective as reducing materials for iron ore, so in blast furnace operation, By blowing the gas product obtained by the method of the present invention from the tuyere of a blast furnace, the amount of coke used as a reducing material can be reduced, which is effective in reducing carbon dioxide emissions and iron manufacturing costs.

[実施例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ラボ試験用の分岐管を設け、この分岐管を通じて小流量の転炉ガス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)、固定床シフト反応器(内径30mm)、外熱式流動層反応器(内径44mm)を、この順に配置した。シフト反応生成ガスの全量を前記流動層反応器底部から供給できるように配管を接続し、流動層反応器上部から反応器内に廃プラスチックを落下させることができるようにサークルフィーダー方式の定量投入装置を設置した。流動層反応器の上部から一段目集塵機としてのサイクロン、二段目集塵機としてのガスフィルター、ガス冷却器を経由して、生成物サンプリングポートを接続した。なお、サイクロンのディプレッグは流動層反応器内部に挿入していないので、この実施例では流動媒体(触媒)の循環は行っていない。
[Example 1]
A branch pipe for a laboratory test is provided in the gas discharge pipe of the gas holder for temporarily storing the converter gas, and a small flow rate of the converter gas can be extracted through the branch pipe. Downstream of this branch pipe are a flow control valve, a steam mixer, a preheater (for mixed gas of converter gas and steam), a fixed bed shift reactor (inner diameter 30 mm), and an externally heated fluidized bed reactor (inner diameter 44 mm). ) Were arranged in this order. Piping is connected so that the total amount of shift reaction product gas can be supplied from the bottom of the fluidized bed reactor, and a circle feeder type quantitative charging device is provided so that waste plastic can be dropped into the reactor from the top of the fluidized bed reactor. Was installed. From the upper part of the fluidized bed reactor, a product sampling port was connected via a cyclone as a first stage dust collector, a gas filter as a second stage dust collector, and a gas cooler. Since the cyclone dipleg is not inserted into the fluidized bed reactor, the fluid medium (catalyst) is not circulated in this embodiment.

ガスホルダー中の転炉ガスの平均組成は、H:12vol%、CO:54vol%、CO:17vol%、HO:1vol%、N:16vol%であった。スチーム混合器に対して転炉ガスを74NL/h、水蒸気として圧力10kg/cmGのスチームを100NL/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:26vol%、CO:2vol%、CO:28vol%、HO:37vol%、N: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172NL/h(質量流量では170g/h)、反応器出口ガス温度が430℃であった。 The average composition of the converter gas in the gas holder, H 2: 12vol%, CO : 54vol%, CO 2: 17vol%, H 2 O: 1vol%, N 2: was 16 vol%. The steam mixer was supplied with 74 NL / h of the converter gas and 100 NL / h of steam at a pressure of 10 kg / cm 2 G as steam, and the temperature was raised to 320 ° C. with a preheater, and then the shift reactor (Fe-Cr system) High temperature shift catalyst filling). Due to the shift reaction in the shift reactor, gas having a gas composition of H 2 : 26 vol%, CO: 2 vol%, CO 2 : 28 vol%, H 2 O: 37 vol%, N 2 : 7 vol% (shift reaction product gas) Obtained. This shift reaction product gas had a flow rate of 172 NL / h (170 g / h in mass flow rate) and a reactor outlet gas temperature of 430 ° C.

有機物質を低分子する改質反応器である外熱式流動層反応器の下部にはガス分散板が設けられており、ガス分散板の上部に流動媒体(触媒)として、脱炭吹錬で発生した転炉ダスト粗粒(T−Fe:80質量%、平均粒径:80μm、真密度:5.9g/cm、嵩密度2.9g/cm、Al含有率0.38質量%)を1kg装入した後、窒素ガスを50NL/h供給して転炉ダストを流動化させた。流動層高は約280mm(Lf/D=6.4)であった。 A gas dispersion plate is provided in the lower part of the externally heated fluidized bed reactor, which is a reforming reactor for reducing the molecular weight of organic substances. The fluid dispersion medium (catalyst) is used as a fluid medium (catalyst) above the gas dispersion plate. Generated converter dust coarse particles (T-Fe: 80% by mass, average particle size: 80 μm, true density: 5.9 g / cm 3 , bulk density 2.9 g / cm 3 , Al 2 O 3 content 0.38 After charging 1 kg of (mass%), nitrogen gas was supplied at 50 NL / h to fluidize the converter dust. The fluidized bed height was about 280 mm (Lf / D = 6.4).

次に、流動層反応器を設定温度を800℃として加熱した後、流動化ガスを窒素からシフト反応生成ガスに切替えた(流量:172NL/h、800℃における流速:0.12m/sec)。次いで、ポリエチレンにAl(灰分モデル物質)を3.3質量%混合したモデル廃プラスチックを粒径4mm、嵩密度0.4g/cmに成型したものを910g/h(ポリエチレン分として880g/h、Al分として30g/h)で供給し、1時間、廃プラスチックの低分子化反応を継続した後、気体燃料分はガス冷却器による冷却後のガス分析結果から、液体燃料分はガス冷却器下部に設置されている液体燃料捕集器に捕集された液体生成物の分析結果から、それぞれの生成量、組成、LHV(低位燃焼熱)を求めた。それらの結果を表1に示す。 Next, after heating the fluidized bed reactor at a set temperature of 800 ° C., the fluidizing gas was switched from nitrogen to the shift reaction product gas (flow rate: 172 NL / h, flow rate at 800 ° C .: 0.12 m / sec). Next, a model waste plastic obtained by mixing 3.3% by mass of Al 2 O 3 (ash model material) with polyethylene into a particle size of 4 mm and a bulk density of 0.4 g / cm 3 is 910 g / h (880 g as polyethylene content) / H, Al 2 O 3 minutes at 30 g / h), and after continuing the low molecular weight reaction of the waste plastic for 1 hour, the gaseous fuel is calculated from the gas analysis results after cooling by the gas cooler. The amount was determined from the analysis results of the liquid products collected in the liquid fuel collector installed at the lower part of the gas cooler, and the production amount, composition, and LHV (low combustion heat) were obtained. The results are shown in Table 1.

原料として供給したシフト反応生成ガスとポリエチレンの合計量は1050g/hであるので、供給原料総量に対する生成率は、気体燃料(H2からC4までの生成物と定義)が36%、液体燃料(C5以上の生成物と定義)が62%であった。未反応ポリエチレン量を直接計量することは困難なので、供給したシフト反応生成ガスとポリエチレンの合計量(1050g/h)に対する、気体燃料(380g/h)と液体燃料(650g/h)の合計収率をポリエチレン分解率と定義すると、この発明例では、ポリエチレン分解率が98%と計算された。   Since the total amount of shift reaction product gas and polyethylene supplied as raw materials is 1050 g / h, the production rate with respect to the total amount of feed materials is 36% for gaseous fuel (defined as products from H2 to C4), and liquid fuel (C5 62% was defined as the above product). Since it is difficult to directly measure the amount of unreacted polyethylene, the total yield of gaseous fuel (380 g / h) and liquid fuel (650 g / h) with respect to the total amount of shift reaction product gas and polyethylene (1050 g / h) supplied. Is defined as the polyethylene degradation rate, the polyethylene degradation rate was calculated to be 98% in this invention example.

反応継続中、流動層部分である反応器内の温度は796℃程度と設定温度よりも約4℃低い温度となったが、ポリエチレンの融着や閉塞などのトラブルは皆無であった。実験終了後、反応器を分解して内部を観察したが、炭化物の生成も認められず、流動層によって安定した低分子化反応が行えることが確認できた。実験終了後にサイクロンのディプレッグから回収された固体は約20gであった。回収された固体を分析したところ、Al含有率は0.42重量%(Al量として0.084g)であった。一方、二段目集塵機であるガスフィルターに捕集された固体は約26gであった。捕集した固体を分析したところ、Al含有率は99.6重量%(Al量として25.9g)でありFe分は検出限界以下であった。実験誤差を考えると、モデル灰分であるAlと流動媒体(粗粒ダスト)はほぼ完全に分離されたと考えられる。 While the reaction was continued, the temperature in the reactor, which was the fluidized bed portion, was about 796 ° C., which was about 4 ° C. lower than the set temperature, but there were no troubles such as fusion or blockage of polyethylene. After the experiment was completed, the reactor was disassembled and the inside was observed, but no formation of carbide was observed, and it was confirmed that a stable molecular weight reduction reaction could be performed by the fluidized bed. About 20 g of solid was recovered from the cyclone dipleg at the end of the experiment. When the recovered solid was analyzed, the Al 2 O 3 content was 0.42 wt% (0.084 g as the amount of Al 2 O 3 ). On the other hand, the solid collected by the gas filter which is a 2nd stage dust collector was about 26g. When the collected solid was analyzed, the Al 2 O 3 content was 99.6% by weight (25.9 g as the amount of Al 2 O 3 ), and the Fe content was below the detection limit. Considering experimental errors, it is considered that Al 2 O 3 which is a model ash and fluid medium (coarse dust) are almost completely separated.

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[比較例1]
転炉ダスト粗粒を粒径4mmに成型した触媒を反応器に充填した以外は実施例1と同様にして、ポリエチレンの低分子化反応試験を行った。この試験では、触媒粒径を4mmとした結果、触媒は流動化することなく、したがって、流通式固定層反応器で反応を行ったことになる。
ポリエチレン供給開始から次第に反応器内の温度が低下し続け、さらに、反応器圧力が上昇し、シフト反応生成ガスの供給が困難となったため、反応を中止した。
反応器を分解して内部を観察したところ、ポリエチレンの融着物と考えられる物質で触媒層が閉塞しており、流動層とは異なり、流通式固定層反応器では安定して低分子化反応を行うことは非常に困難であることが確認できた。
[Comparative Example 1]
The low molecular weight reaction test of polyethylene was conducted in the same manner as in Example 1 except that the reactor was filled with a catalyst in which converter dust coarse particles were molded to a particle size of 4 mm. In this test, as a result of setting the catalyst particle size to 4 mm, the catalyst was not fluidized, and therefore the reaction was carried out in a flow-through fixed bed reactor.
The reaction was stopped because the temperature in the reactor gradually decreased from the start of the polyethylene supply, and the reactor pressure increased, making it difficult to supply the shift reaction product gas.
When the reactor was disassembled and the inside was observed, the catalyst layer was clogged with a substance that was considered to be a polyethylene fusion product, and unlike a fluidized bed, a flow-through fixed bed reactor could stably perform a low molecular weight reaction. It was confirmed that it was very difficult to do.

[比較例2]
高炉ダスト(T−Fe:45質量%、Al含有率:2質量%、真密度:3g/cm、平均粒径:400μm)を流動媒体(触媒)とした以外は実施例1と同様にして、Al含有ポリエチレンの低分子化反応試験を行った。
低分子化反応試験の結果、流動状態、ポリエチレンの融着や閉塞などは実施例1と同様、何ら問題なかったが、流動媒体の真密度が低いため、サイクロンから回収された固体は僅かであり、ほとんどの固体(高炉ダストとモデル灰分であるAl)はガスフィルターで捕集されており、モデル灰分と高炉ダストはほとんど分離できなかった。
[Comparative Example 2]
Example 1 except that blast furnace dust (T-Fe: 45% by mass, Al 2 O 3 content: 2% by mass, true density: 3 g / cm 3 , average particle size: 400 μm) was used as a fluid medium (catalyst). Similarly, a molecular weight reduction reaction test of Al 2 O 3 -containing polyethylene was performed.
As a result of the low molecular weight reaction test, there was no problem with the fluidized state, polyethylene fusion and clogging as in Example 1, but the solid density recovered from the cyclone was very small because the true density of the fluidized medium was low. Most solids (Al 2 O 3 which is blast furnace dust and model ash) were collected by a gas filter, and model ash and blast furnace dust could hardly be separated.

[実施例2]
金属などの異物を除去した産業廃棄物系の廃プラスチックと建設廃木材を、それぞれ、目開き10mmのスクリーンを設置した破砕機で破砕処理し、この破砕処理後の廃プラスチックと建設廃木材を、廃プラスチック7質量部、建設廃木材3質量部の割合でリングダイ式の圧縮成形造粒機に投入し、混合成形物を得た。圧縮成形造粒機は、全周に複数のダイス孔(φ6mm)が貫設されたダイリングを備え、このダイリングのダイス孔から廃プラスチックと建設廃木材の混合物が圧縮押出しされ、混合成形物が得られるものである。
[Example 2]
Industrial waste plastic and construction waste wood from which foreign materials such as metal have been removed are crushed by a crusher equipped with a screen with a mesh opening of 10 mm, and the crushed waste plastic and construction waste wood are The mixture was put into a ring die type compression molding granulator at a ratio of 7 parts by mass of waste plastic and 3 parts by mass of construction waste wood to obtain a mixed molded product. The compression molding granulator is equipped with a die ring having a plurality of die holes (φ6 mm) penetrating the entire circumference, and a mixture of waste plastic and construction waste wood is compressed and extruded from the die hole of the die ring. Is obtained.

混合成形物を流動層反応器に供給し、流動層反応器の設定温度を600℃とした以外は実施例1と同様にして、廃プラスチックと廃木材の混合成形物の低分子化反応試験を行った。
低分子化反応生成物を分析した結果、気体燃料生成率は38%、気体燃料の組成は、CO:65vol%、N:5vol%、C1〜C2:9vol%、C3〜C4:21vol%(H2,CO,HOは何れも0vol%)、LHVは8.5Mcal/Nmであり、液体燃料生成率60%であった。また、反応継続中、流動層反応器内などでのプラスチックの融着や閉塞などのトラブルは皆無で、安定して低分子化反応が行えた。さらに、混合成形物中の灰分は二段目集塵機であるガスフィルターにほぼ定量的に捕集され、実灰分と流動媒体(粗粒ダスト)の分離も何ら問題がなかった。
The low molecular weight reduction reaction test of the mixed molded product of waste plastic and waste wood was conducted in the same manner as in Example 1 except that the mixed molded product was supplied to the fluidized bed reactor and the set temperature of the fluidized bed reactor was set to 600 ° C. went.
Analysis of the low molecular weight reaction product, the gaseous fuel generation rate 38%, the composition of the gaseous fuel, CO: 65vol%, N 2 : 5vol%, C1~C2: 9vol%, C3~C4: 21vol% ( H2, CO 2 and H 2 O were all 0 vol%), LHV was 8.5 Mcal / Nm 3 , and the liquid fuel production rate was 60%. During the reaction, there was no trouble such as plastic fusing or clogging in the fluidized bed reactor, and the low molecular weight reaction could be performed stably. Furthermore, the ash content in the mixed molded product was collected almost quantitatively by the gas filter which is the second stage dust collector, and there was no problem in separating the actual ash content and the fluid medium (coarse dust).

1 流動層反応器
2 排出管
3a 1次集塵機
3b 2次集塵機
4 流動層
5 返送管
6 ダイリング
7 転動ローラ
8 切断刃
10 分散板
11 風箱部
60 ダイス孔
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fluidized bed reactor 2 Discharge pipe 3a Primary dust collector 3b Secondary dust collector 4 Fluidized bed 5 Return pipe 6 Die ring 7 Rolling roller 8 Cutting blade 10 Dispersing plate 11 Wind box part 60 Die hole

Claims (5)

冶金炉で発生した一酸化炭素を含有する排ガス(g)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、
真密度が4〜8g/cmであって、Fe、Ni、Crの中から選ばれる少なくとも1種を含有する粉粒体(f)を流動媒体とする流動層において、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有機物質の低分子化方法であって、
粉粒体(f)の少なくとも一部が、製鋼工程で発生する鉄含有ダストであり、
改質される有機物質の少なくとも一部が、プラスチックと木材との混合成形物であることを特徴とする有機物質の低分子化方法。
By adding excess water vapor to the exhaust gas (g 0 ) containing carbon monoxide generated in the metallurgical furnace to cause the shift reaction, hydrogen and carbon dioxide generated by the shift reaction were not consumed in the shift reaction. In a method of making a mixed gas (g) containing water vapor and bringing the mixed gas (g) into contact with an organic substance and modifying the organic substance to reduce the molecular weight,
In a fluidized bed having a true density of 4 to 8 g / cm 3 and containing a granular material (f) containing at least one selected from Fe, Ni, and Cr as a fluidized medium, a mixed gas (g) A method for reducing the molecular weight of an organic material by contacting the organic material and modifying the organic material to reduce the molecular weight.
At least a part of the powder (f) is iron-containing dust generated in the steelmaking process ,
A method for reducing the molecular weight of an organic substance, wherein at least a part of the organic substance to be modified is a mixed molded product of plastic and wood .
粉粒体(f)が製鋼工程で発生する鉄含有ダスト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。   The method for reducing the molecular weight of an organic substance according to claim 1, wherein the powder (f) is iron-containing dust generated in a steelmaking process. 木材が、建設廃木材、梱包・運送廃木材、間伐材の中から選ばれる1種以上であることを特徴とする請求項1又は2に記載の有機物質の低分子化方法。 The method for reducing the molecular weight of an organic substance according to claim 1 or 2 , wherein the wood is at least one selected from construction waste wood, packaging / transport waste wood, and thinned wood. 流動層から排出されるガス(g)を集塵機に通して、ガス(g)に含まれる流動媒体を捕集し、この捕集された流動媒体を流動層に循環させることを特徴とする請求項1〜のいずれかに記載の有機物質の低分子化方法。 The gas (g p ) discharged from the fluidized bed is passed through a dust collector, the fluid medium contained in the gas (g p ) is collected, and the collected fluid medium is circulated through the fluidized bed. The method for reducing the molecular weight of an organic substance according to any one of claims 1 to 3 . 請求項1〜のいずれかに記載の方法により有機物質を低分子化することで生成した気体生成物を、高炉内に吹き込むことを特徴とする高炉の操業方法。 A method for operating a blast furnace, wherein a gas product generated by reducing the molecular weight of an organic substance by the method according to any one of claims 1 to 4 is blown into the blast furnace.
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