JP6237788B2 - 有機物質の熱分解方法および有機物質の熱分解生成物の製造方法 - Google Patents
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Description
また、特許文献2には、冶金炉(metallurgical furnace)から発生する一酸化炭素を含むガスに水蒸気を添加し、シフト反応(shift reaction)によって生成した水素、水蒸気、炭酸ガスを含むガスにより有機物質を分解する方法が示されている。この方法によれば、水素化、水素化分解(hydrogenolysis)、水蒸気改質(steam reforming)、炭酸ガス改質(carbon dioxide reforming)よりも、重質化(producing heavy products)を抑制し、400〜800℃で効率よく有機物質の分解・ガス化を行うことができる。
また、特許文献2に示される方法は、改質ガスを用いることにより、低温度で有機物質を分解することが可能であるが、一般にプラスチックをはじめとする有機物質は熱伝導度が非常に低く、昇温に時間がかかるため、分解処理量に限界がある。特にプラスチックの場合、反応炉内に過剰な量の原料を投入すると、溶融状態のプラスチックどうしが融着し、反応炉内が閉塞するといった致命的な問題が発生する恐れがある。
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。
[2]上記[1]の熱分解方法において、有機物質分解触媒が金属系触媒である有機物質の熱分解方法。
[3]上記[1]の熱分解方法において、有機物質分解触媒が製鉄所発生ダストである有機物質の熱分解方法。
[5]上記[1]〜[4]のいずれかの熱分解方法において、複合造粒物を流動層式の熱分解炉に投入して有機物質を熱分解する有機物質の熱分解方法。
[6]上記[5]の熱分解方法において、流動層の流動媒体が、有機物質分解触媒と同種の粉粒物である有機物質の熱分解方法。
また、複合造粒物を流動層式(fluid bed type)の熱分解炉に投入して有機物質の熱分解を行う方法では、複合造粒物は有機物質単味に較べて比重が大きいため流動層下部に下降しやすくなり、流動層内における反応領域を広げることができるため、有機物質の処理量をさらに増大させることができる。
プラスチックとしては、例えば、ポリオレフィン類、PA(polyamide)、熱可塑性ポリエステル類、PS(polystyrene)、エラストマー類、熱硬化性樹脂類、合成ゴム類、発砲スチロールなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。ポリオレフィン類は、PE(polyethylene)やPP(polypropylene)を含む。熱可塑性ポリエステル類は、PET(polyethylene terephthalate)含む。
また、バイオマスとしては、例えば、下水汚泥、紙、木材(例えば、建設廃木材、梱包・運送廃木材、間伐材など)などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
成形される複合造粒物の強度を確保するため、有機物質と触媒を混合する際に、適量のバインダーを添加することが好ましい。バインダーとしては、一般的に用いられる有機バインダーが適用可能であり、PVA(ポリビニルアルコール)、でんぷん等を用いることができる。
なお、有機物質がプラスチックである場合は、一般に120℃以上に加熱されることによりプラスチックが軟化・溶融し、それ自体がバインダーとなるため、バインダーを添加してもしなくともよい。成形方法によってはバインダーを添加することなく、適正な強度の複合造粒物を得ることができる。
有機物質に触媒を混合した混合物を成形する方法は任意であり、例えば、押出成形(extrusion molding)、リングダイ成形(ring die molding)、ブリケット成形(briquette forming)などが適用可能であるが、有機物質と触媒の均一混合性を高めるためには、特にスクリュー等による混錬機構を有する押出成形機による成形が好ましい。この際、プラスチックの80質量%以上が軟化もしくは溶融する温度で混練することがさらに好ましい。軟化する温度としてはJIS K7206(1999)に準拠して測定される軟化点(Vicat softening point)以上の温度を用いることができ、溶融する温度としてはJIS K7121(1987)に記載の示差走査熱量分析(differential scanning calorimetry)にて求められる融点以上の温度を用いることができる。
成形される複合造粒物の大きさに特に制限はないが、通常、平均粒径で3mm〜50mm程度とすることが好ましい。複合造粒物の平均粒径を3mm未満とするには、有機物質の微粉砕が必要となるため非常に大きな労力が必要となり、一方、複合造粒物の平均粒径(多粒子の重量平均粒径)が50mmを超えると、気体との反応表面積が減少し、ガス化率が大きく減少するおそれがある。
複合造粒物(有機物質)の熱分解方法は、一般的な熱分解方法がすべて適用可能であり、例えば、特許文献2に示されるような水素、炭酸ガス及び水蒸気を含む混合ガスを複合造粒物(有機物質)に接触させ、所定の温度で有機物質を熱分解してもよい。また、他の方式の熱分解方法でもよい。
また、流動層式の熱分解炉では流動媒体が用いられるが、複合造粒物に使用する触媒の種類によっては、有機物質の熱分解によって分離した触媒(例えば、転炉ダスト)が流動媒体の役割を果たすことができる。したがって、そのような触媒を用いる場合には、操業開始時に、触媒と同種の粉粒物を流動媒体として使用すれば、以降は複合造粒物を通じて流動媒体が供給されることになるので、流動媒体を単味で供給する必要がなくなる。
熱分解炉5では、ガス供給管6を通じて分散板50の下側の風箱部51(wind box)に流動ガス(混合ガス)が導入され、この流動ガスが分散板50から吹き出すことにより、分散板50の上方に流動媒体による流動層Aが形成される。複合造粒物は熱分解炉5の上部から流動層Aに供給され、この流動層A内で複合造粒物の有機物質が熱分解され、気体生成物となる。一方、有機物質から分離した触媒は、流動媒体の一部となる。
1次集塵機8aで捕集された流動媒体を主体とする捕集物は、返送管9を通じて熱分解炉5に循環されるようにしてもよい。
また、有機物質から分離した触媒が流動媒体の一部となるので、系内の流動媒体量を一定に維持するため、必要に応じて、抜出部52から流動媒体の一部を抜き出すようにしてもよい。
さらに生成ガスはスクラバーで水洗され、集塵機で分離できなかった微粒子や油分等を取り除いた後、燃料として使用できる。スクラバーの洗浄水中に回収された油分は、油水分離装置を通して回収されたのち、燃料として使用できる。油水分離装置としては、フィルター式、傾斜板方式などの方式を適用可能である。
図3において、10は流動層ガス化炉(11はその加熱ヒータ)である。この流動層ガス化炉10では、分散板100の下方にガス供給管12を通じて流動ガスが導入され、この流動ガスが分散板100から吹き出すことで分散板100の上方に流動層Aが形成される。ガス化する原料(造粒物)は、保持容器130と定量供給用スクリュー131等からなる原料供給手段13を通じて流動層ガス化炉10の上部から炉内に供給される。流動層ガス化炉10内のガスは、排出管14を通じて取り出され、ガス冷却機15で冷却された後(18はガストラップ)、マスフローメーター16でガス流量が連続的に測定され、さらに、ガスクロマトグラフ装置17(gas chromatography equipment)でガス組成が測定される。流動層Aが形成される流動層ガス化炉10の内径は66mmとした。
また、比較例として、破砕機で破砕した後、磁選機で金属分を取り除いた廃プラスチックのみを二軸押出成形機にて造粒(成形)し、この廃プラスチック造粒物について、上記と同様のガス化試験を実施した。破砕機で破砕した廃プラスチックおよび廃プラスチック造粒物は、それぞれ上記実施例とほぼ同じ大きさであった。
本発明例と比較例のガス化試験の結果を表1に示す。本発明例では、相対的に廃プラスチック配合率が小さく、廃プラスチックの供給量が少ないにもかかわらず、ガス化率が大幅に向上し、生成ガス発熱量も非常に高くなった。これは複合造粒物内で分散した触媒によりガス化反応速度が高まるためであると考えられる。また、表1中の廃プラスチック配合率と転炉ダスト配合率は、造粒物中に占めるそれぞれの割合を示している。本発明例においては、添加したPVAの量をゼロと近似して、それぞれの値を示している。
ガス化率は廃プラスチック中の炭素が生成ガス中へ移行した割合を示し、以下の式で示される。
ガス化率=(生成ガス中炭素量(kg/h)−流動ガス中炭素量(kg/h))÷廃プラスチック中炭素量(kg/h)×100
2 磁選機
3 ミキサー
4 二軸押出成形機
5 熱分解炉
6 ガス供給管
7 排出管
8a 1次集塵機
8b 2次集塵機
9 返送管
10 流動層ガス化炉
11 加熱ヒータ
12 ガス供給管
13 原料供給手段
130 保持容器
131 定量供給用スクリュー
14 排出管
15 ガス冷却機
16 マスフローメーター
17 ガスクロマトグラフ装置
18 ガストラップ
50 分散板
51 風箱部
52 抜出部
100 分散板
x 廃プラスチック
y 触媒
z バインダー
A 流動層
Claims (8)
- 有機物質に有機物質分解触媒を混合し、成形して複合造粒物とし、この複合造粒物を、
流動媒体が有機物質分解触媒と同種の粉粒物である流動層式の熱分解炉に投入して有機物
質を熱分解することを特徴とする有機物質の熱分解方法。 - 有機物質分解触媒が金属系触媒であることを特徴とする請求項1に記載の有機物質の熱
分解方法。 - 有機物質分解触媒が製鉄所発生ダストであることを特徴とする請求項2に記載の有機物
質の熱分解方法。 - 製鉄所発生ダストが転炉ダストであることを特徴とする請求項3に記載の有機物質の熱
分解方法。 - 有機物質に有機物質分解触媒を混合し、成形して複合造粒物とし、この複合造粒物を、
流動媒体が有機物質分解触媒と同種の粉粒物である流動層式の熱分解炉に投入して、有機
物質を熱分解し、有機物質の熱分解生成物であるガス又は/及び油分を得ることを特徴と
する有機物質の熱分解生成物の製造方法。 - 有機物質分解触媒が金属系触媒であることを特徴とする請求項5に記載の有機物質の熱
分解生成物の製造方法。 - 有機物質分解触媒が製鉄所発生ダストであることを特徴とする請求項6に記載の有機物
質の熱分解生成物の製造方法。 - 製鉄所発生ダストが転炉ダストであることを特徴とする請求項7に記載の有機物質の熱
分解生成物の製造方法。
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