JPH09500687A - プラスチック材の熱水処理および部分酸化 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 未精製の合成ガス、燃料ガス、または還元ガスを生産するための部分酸化ガス発生装置における供給材料として使用するため、無機充填材あるいは強化材を含むプラスチック材を品質改善する方法。プラスチック材を粒状化し、水と混合してプラスチック・スラッジを生成する。このプラスチック・スラッジを、空気の不在下で閉鎖系で、約３５０〜４７５°Ｆの温度で予熱する。次に、約４５０〜６５０°Ｆの温度、その温度における水の蒸気圧より高い圧力で、予熱したプラスチック・スラッジを熱水処理する。熱水処理したプラスチック・スラッジを冷却し、脱気し、炭素質燃料と混合して、スラリを生成する。次に、このスラリを部分酸化によって反応させ、上記合成ガス、燃料ガス、または還元ガスを生産する。

Description

【発明の詳細な説明】 プラスチック材の熱水処理および部分酸化 発明の分野 本発明は、環境的に安全な、廃物プラスチック材の処理方法に関する。さらに 詳細には、本発明は、廃物プラスチック材を品質改善して、炭化水素性液体溶媒 と熱水処理した廃物固体炭素質プラスチック含有材料のポンプ輸送可能なスラリ を生成し、合成ガス、還元ガス、あるいは燃料ガスを生産するため部分酸化気化 装置に上記スラリを導入する方法に関する。 廃物プラスチックは固体有機ポリマーであり、シート、押出成形物、成形物、 強化プラスチック、積層物、および発泡プラスチックなどの形で入手できる。合 衆国では、１年に約６００億ポンドのプラスチックが販売される。例えば、より 多くのプラスチック部品を含む自動車がますます製造されている。これらのプラ スチック材の大部分は、埋立地で廃物プラスチックとして処分される。プラスチ ックは埋立地に投げ捨てられた廃棄物のほんの一部、すなわち約７重量％、体積 で約２０％に過ぎないが、それらを埋めることは次第に困難になっている。１９ ９３年にプラスチック材を埋め立てる費用はトン当たり１２〜１００ドルであり （輸送費を除く）、この費用は上昇している。一般的に、埋立てによるごみ処理 は、容認できるあるいは我慢できるプラスチック材処分の方法ではないと考えら れる。既存の施設の不人気と、通常の人口増加に対応できる土地の不足との複合 効果により、新しい埋立は、世界の多くの部分で禁止されたも同然である。既存 の施設も、いつまで機能し続けられるかという限界に直面している。また、埋め られたプラスチックからの有毒な廃物が、一般に上水源である地下水にしみ込み 、地下水を汚染する。さらに、代わりの処分方法である現場での燃焼あるいは焼 却は、有毒ガスや煤煙による猛烈な大気汚染を引き起こすため、不評を招いてい る。プラスチックのリサイクルに関しては、リサイクルして経済的に採算がとれ るのは廃物プラスチックの約１重量％にすぎない。廃物プラスチックの処分が、 国家の最も緊急な環境問題の１つであることは、以上のことから明白である。 好都合なことに、環境的に許容できるこの方法によって、広範囲のプラスチッ ク供給原料が部分酸化によって部分的に液化されて、体積が減少し、比較的低コ ストで処分できるようになる。有用な合成ガス、還元ガスまたは燃料ガスが生産 される。さらに、プラスチック材の相対的に中位の発熱量、例えば約３０００Ｂ ｔｕ／ｌｂより大きい発熱量を、内部処理ストリームの加熱および副産物の温水 または蒸気の生成に利用することができる。 発明の概要 本発明は、炭化水素性液体溶媒と、熱水処理した、無機充填材または強化材を 含む固体炭素質プラスチック材のポンプ輸送可能な水性スラリを部分的に酸化す るための、環境的に許容される方法に関し、未精製の合成ガス、還元ガス、ある いは燃料ガスが、下記のステップを含む上記方法で生産される。 （１）無機充填材または強化材を含むプラスチック材を粒状化するステップ、 （２）（１）の粒状化したプラスチックを補充水と混合して、固体含量が約６ ０〜８０重量％の範囲のプラスチック・スラッジを生成するステップ、 （３）閉鎖系で空気の不在下で約３５０〜４７５°Ｆの範囲の温度で約５分〜 １時間の範囲の期間、（２）のプラスチック・スラッジを予熱するステップ、 （４）空気の不在下で約１５〜９０分の範囲の滞留時間、約４５０〜６５０° Ｆの範囲の温度、その温度における水の蒸気圧より高い約１００〜１２００ｐｓ ｉｇの範囲の圧力の閉鎖した容器内で、（３）の予熱したプラスチック・スラッ ジを熱水処理するステップ、 （５）（４）の熱水処理したプラスチック・スラッジを約１００〜２００下の 範囲の温度まで冷却して、ＣＯ₂、ＣＯ、Ｈ₂Ｓ、ＮＨ₃、および軽炭化水素ガス 類から成るグループのうち少なくとも１種類のガスを、上記プラスチック・スラ ッジから分離するステップ、 （６）（５）の冷却したプラスチック・スラッジを、粉砕した固体炭素質燃料 および水と混合して、固体含量が約４０〜６０重量％の範囲で、固体炭素質燃料 とプラスチック・スラッジの重量比が、プラスチック・スラッジ１重量部当たり 固体炭素質燃料約１〜５重量部である、ポンプ輸送可能な水性スラリを生成する ステップ、 （７）上記（６）のポンプ輸送可能な水性スラリを、部分酸化により遊離酸素 含有ガスと反応させて、未精製の合成ガス、燃料ガス、あるいは還元ガスを生産 するステップ。 別の実施形態では、原料の合成ガス、燃料ガス、あるいは還元ガスを従来のガ ス精製域に導入して、気体不純物を除去する。 発明の説明 廃物プラスチックは、本発明の方法によって国の環境を汚染することなく処理 される。同時に、有用な副産物である非汚染性の合成ガス、還元ガス、燃料ガス および危険でないスラグを生じる。 本明細書に記載されているように処理されて、部分酸化ガス発生装置のポンプ 輸送可能なスラリ燃料供給物にされる廃物プラスチック材は、付随する無機物質 、例えば充填材や強化材を含む、少なくとも１種類の固体炭素質の熱可塑性材料 または熱硬化性材料を含む。廃物プラスチック中には、イオウも一般に存在する 。廃物プラスチック材は、使用しなくなった機器、家庭用容器、包装材、産業廃 棄物および廃車に由来する。プラスチック混合物はその材齢および組成がまちま ちである。充填材、触媒、色素、および強化材としてプラスチックに混合された 、まちまちの量の不燃性無機物質が存在するため、プラスチック材の回収は一般 に実現不可能である。さらに、完全燃焼には、揮発性金属およびハロゲン化水素 などの有毒成分を放出する可能性がある。廃物固体炭素質プラスチック中の付随 した無機物質には、チタニア、タルク、粘土、アルミナ、硫酸バリウム、炭酸塩 などの充填材が含まれる。熱硬化性プラスチックの触媒および促進剤には、ポリ ウレタン類用のスズ化合物、ならびにポリエステル類用のコバルト化合物および マンガン化合物が含まれる。カドミウム化合物、クロム化合物、コバルト化合物 、銅化合物などの染料および色素；プラスチック被覆ワイヤー切削屑中のアルミ ニウムや銅などの非鉄金属；金属フィルム；織ったガラス繊維および不織ガラス 繊維、グラファイト、およびホウ素の補強剤；スチール、真鍮、およびニッケル の金属挿入物；プラスチック自動車バッテリーの鉛化合物。カドミウム、ヒ素、 バ リウム、クロム、セレン、水銀など、他の重金属も存在することがある。固体炭 素質プラスチック含有材料には、たとえば約１〜２０重量％など、ほぼ痕跡量か ら上記炭素質プラスチック含有材料の約６０重量％に至る量の無機成分が存在す る。廃物プラスチック材は、シート、押出成形物、成形物、強化プラスチック、 および発泡プラスチックなどの形をとることがある。 数字１は、合衆国における、本発明に適した供給物である固体炭素質プラスチ ック類の１９９１年売上高の内訳を示す。 数字１ １００万ポンド 材料 １９９１ アクリロブタジエンスチレン（ＡＢＳ） １，１２５ アクリル ６７２ アルキド ３１５ セルロース ８４０ エポキシ ４２８ ナイロン ５３６ フェノール ２，５５６ ポリアセタール １４０ ポリカーボネート ６０１ 熱可塑性ポリエステル ２，５４９ 不飽和ポリエステル １，０８１ 高密度ポリエチレン ９，１９３ 低密度ポリエチレン １２，１４３ ポリフェニレンを主成分とするアロイ類 １９５ ポリプロピレンおよびコポリマー類 ８，１５５ ポリスチレン ４，８７７ その他のスチレン類 １，１８０ ポリウレタン ２，９８５ ポリ塩化ビニルおよびコポリマー類 ９，１３０ その他のビニル類 １２０ スチレンアクリロニトリル（ＳＡＮ） １１７ 熱可塑性エラストマー類 ５８４ 尿素およびメラミン １，４６７ その他 ３４５ 合計 ６０，５９８ 充填材や強化材など、付随無機物質を含む固体炭素質プラスチック含有材料は 、固体炭素質プラスチック含有材料１ポンド当たり約３０００〜１９０００ＢＴ Ｕの高い発熱量（ＨＨＶ）を有する。プラスチック含有材料は従来の手段により 、たとえば約１／８インチなど、最大で約１／４インチまたはそれ未満の粒径に 粒状化する。粒状化はプラスチチックのサイズを縮小する好ましい方法である。 従来の任意のプラスチック粉砕機および摩砕機を使用することが可能である。例 えば、粉砕機は固体プラスチック断片をＡＳＴＭ Ｅ１１ Ａｌｔｅｒａｔｉｖ ｅ Ｓｉｅｖｅ Ｄｅｓｉｇｎａｔｉｏｎ１／４インチまたはそれ未満を通過す る粒子サイズまで容易に切断／粉砕する。摩砕機は、粉砕機から生成物（すなわ ち、〜１／４インチ）を得て、ＡＳＴＭ Ｅ１１ Ａｌｔｅｒａｔｉｖｅ Ｓｉ ｅｖｅ Ｄｅｓｉｇｎａｔｉｏｎ Ｎｏ．７など、より小さなサイズ（〜１／８ インチまたはそれ未満）に容易に変換する。例えば、適切な粉砕機および摩砕機 は、Ｅｎｔｅｌｅｔｅｒ Ｉｎｃ．，２５１ Ｗｅｌｔｏｎ Ｓｔｒｅｅｔ，米 国コネチカット州Ｈａｍｄｅｎ ＣＴ ０６５１７で製造されている。固体炭素 質プラスチック含有材料の受理時の粒状化サンプルの灰含量は、約５〜７０重量 ％の範囲である。例えば、自動車破砕機のプラスチック残留物（ＡＣＲ）の灰含 量は５８．２重量％である。粒状化した固体炭素質プラスチック含有材料を、水 と一緒に混合して、固形物含量が約６０〜８０重量％の範囲で、約２５００ＢＴ Ｕ／ｌｂスラッジの高い最小発熱量（ＨＨＶ）を有するプラスチック・スラッジ を生成する。 閉鎖系で空気の不在下で約３５０〜４７５°Ｆの範囲の温度で約５分〜１時間 の範囲の期間、プラスチック・スラッジを予熱する。例えば、複管熱交換器内ま たは被覆らせんコンベヤー内で予熱を行うことも可能である。圧力は予熱温度に おける水の蒸気圧と等しい。次に、予熱したプラスチック・スラッジを、オート クレーブなどの閉鎖した容器内で、空気の不在下で、たとえば約６０分など約１ ５〜９０分の範囲の滞留時間、たとえば約４００〜５００ｐｓｉｇなど約１００ 〜１２００ｐｓｉｇの範囲の圧力、たとえば約５００〜５５０°Ｆなど約４５０ 〜６５０°Ｆの範囲の温度で、熱水処理する。一実施形態では、内的または外的 に加熱した従来のオートクレーブなど、同じ容器内で予熱ステップおよび熱水処 理ステップを行う。 プラスチック・スラッジを生産するための補充水は、未精製の高温合成ガス流 の冷却に使用した水など、部分酸化系で生じた廃水流から得ることも可能である 。その他の水源としては、精製所廃水、下水スラッジ用生化学的処理プラント、 および化学プラントからの危険なまたは発癌性の生産用水流などがある。 別の実施形態では、プラスチック・スラッジとの混合状態の補足的な量の粉砕 固体炭素質燃料を予熱し、前述のようにして一緒に熱水処理する。例えば、プラ スチク・スラッジ１重量部当たり固体炭素質燃料約０．５〜２重量部を一緒に粉 砕し、約３５０〜４７５°Ｆの範囲の温度で予熱し、熱水処理することができる 。固体炭素質燃料には、定義により、粒状炭素、石炭、石炭コークス、石油コー クス、オイルシェール、タールサンド、アスファルト、ピッチ、およびそれらの 混合物が含まれる。石炭には、無煙炭、歴青炭、亜歴青炭、および亜炭が含まれ る。固体炭素質燃料の最大粒子サイズは、ＡＳＴＭ Ｅ １１−７０Ｓｔａｎｄ ａｒｄ Ｓｉｅｖｅ Ｄｅｓｉｇｎａｔｉｏｎ ２．８ｍｍ（Ａｌｔｅｒｎａｔ ｉｖｅ Ｎｏ．７）を１００％通過するサイズである。プラスチック・スラッジ と固体炭素質燃料の予熱した混合物を閉鎖したオートクレーブに導入し、固体炭 素質燃料を含まないプラスチック・スラッジの熱水処理に関する前記の通り、空 気の不在下で同じ滞留時間、温度範囲および圧力範囲で、しかもその温度におけ る水の蒸気圧より高い圧力のオートクレーブ内で熱水処理する。固体炭素質燃料 との混合物を含む場合も含まない場合も、プラスチック・スラッジの熱水処理に よっ て、固体プラスチック・スラッジ粒子は、その構造および組成が変化することに より、スラリになりやすくなる。また、含泡プラスチック粒子は、より粒状のス ラリになりやすい材料に変換される。石炭粒子、特に低級炭の熱水処理は、含酸 素官能基を除去することによって石炭の化学的構造を変化させ、それによってよ りスラリになりやすい材料にさせる。好都合なことに、熱水処理中に、プラスチ ック・スラリ中に石炭粒子が存在すると、プラスチック材のアグロメレーション が妨害され、混合物のスラリ形成性が高まる。さらに、低級炭を使用するとき、 低級炭粒子が高級炭に品質改善され、例えば、石炭のエネルギー密度や発熱量が 改善される。 熱水処理後、熱水処理したプラスチック・スラッジあるいは熱水処理したプラ スチック・スラッジと固体炭素質燃料との混合物を約１００〜２００°Ｆの範囲 の温度まで冷却する。ＣＯ₂、ＣＯ、Ｈ₂Ｓ、ＮＨ₃、および軽炭化水素ガス類、 例えばＣ₁−Ｃ₄から成るグループの少なくとも１種類のガスを、オートクレーブ から放出する。好ましくは、ガス流を従来のガス精製域に送る。例えば、参照に より本明細書に組み込まれる、本願の譲受人に譲渡された米国特許第４，０５２ ，１７６号を参照する。 熱水処理し、冷却したプラスチック・スラッジあるいはプラスチック・スラッ ジと固体炭素質燃料との混合物を、水および最大粒子サイズがＡＳＴＭ Ｅ １ １−７０Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｓｉｅｖｅ Ｄｅｓｉｇｎａｔｉｏｎ ２．８ｍｍ （Ａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅ Ｎｏ．７）を１００％通過するサイズである追加の 粉砕固体炭素質燃料と混合する。これによって、固体含量が約４０〜６０重量％ の範囲で、固体炭素質燃料とプラスチック・スラッジの重量比が、プラスチック ・スラッジ１重量部当たり固体炭素質燃料約１〜５重量部であるポンプ輸送可能 な水性スラリが生成する。 粒状固体炭素質プラスチック含有材料と固体炭素質燃料のポンプ輸送可能な水 性スラリ、および遊離酸素含有ガス気流を一列に並んだ耐火物でライニングした スチール壁の自由流動無障害下降式縦型圧力容器の反応域に導入し、そこで、原 料の合成ガス、還元ガスまたは燃料ガスを生産するための部分酸化反応が起こる 。典型的なガス発生装置は、参照により本明細書に組み込まれる、本願の譲受人 に 譲渡された米国特許第３，５４４，２９１号に開示され、記述されている。 参照により本明細書に組み込まれる、本願の譲受人に譲渡された米国特許第３ ，８４７，５６４号および第４，５２５，１７５号に開示され記述されているよ うな、複流、３流または４流式環状バーナを使用して、部分酸化ガス発生装置に 供給物流を導入することも可能である。米国特許第３，８４７，５６４号に関し て、遊離酸素含有ガスを、上記バーナの中央管路１８と外側環状通路１４を同時 に通過させることも可能である。遊離酸素含有ガスは、実質的に純粋な酸素、す なわち９５モル％Ｏ₂を超える酸素、酸素に富んだ空気、すなわちＯ₂が２１モル ％を超える空気、および空気から成るグループから選択される。遊離酸素含有ガ スは、約１００〜１０００°Ｆの範囲の温度で適用される。粒状化した固体炭素 質プラスチック含有材料と固体炭素質のポンプ輸送可能なスラリを、ほぼ周囲温 度から６５０°Ｆの範囲の温度の中間環状通路１６を経て、部分酸化ガス発生装 置の反応域を通過させる。 バーナ・アセンブリを、非触媒的合成ガス発生装置の頂部入口から下方へ挿入 する。バーナはガス発生装置の中央の縦軸に沿って延び、下流終点で、燃料の多 相混合物を反応域に直接放出する。 スラリ中の炭素の大部分、例えば約９０重量％以上が二酸化炭素に変換され、 自生反応域温度が約１８００〜３５００°Ｆの範囲に維持されるように、ガス発 生装置までの供給物流中の燃料および遊離酸素含有ガスの相対比を注意深く調節 する。溶解スラグを生成するためには、気化装置内の温度は約２４００〜２８０ ０°Ｆの範囲であることが好ましい。部分酸化反応域の圧力は、約１〜３００気 圧の範囲である。さらに、供給物中のＨ₂Ｏ対炭素の重量比は、たとえば約０． ５〜２．０対１．０など、約０．２〜３．０対１．０の範囲である。供給物中の 遊離酸素対炭素の原子比は、たとえば約０．９〜１．２対１．０など、約０．８ 〜１．５対１．０の範囲である。前記操作条件により、Ｈ₂＋ＣＯを含む還元性 雰囲気が無毒のスラグと一緒に反応域で生成される。 ガス発生装置の反応域での滞在期間は、約１〜１５秒の範囲であり、好ましく は２〜８秒の範囲である。実質的に純粋な酸素をガス発生装置に供給するとき、 ガス発生装置からの流出ガスの組成は、モル％乾燥ベースで次のようになる。Ｈ₂ １０〜６０、ＣＯ２０〜６０、ＣＯ₂５〜６０、ＣＨ₄０〜５、Ｈ₂Ｓ＋ＣＯＳ０ 〜５、Ｎ₂０〜５、Ａｒ０〜１．５。空気をガス発生装置に供給するとき、ガス 発生装置からの流出ガスの組成は、モル％乾燥ベースでほぼ次のようになる。Ｈ₂ ２〜２０、ＣＯ５〜３５、ＣＯ₂５〜２５、ＣＨ₄０〜２、Ｈ₂Ｓ＋ＣＯＳ０〜３ 、Ｎ₂４５〜８０、Ａｒ０．５〜１．５。非変換炭素、灰、あるいは溶解スラグ が流出ガス気流に含まれる。組成および使用によって、流出ガス気流は合成ガス 、還元ガス、あるいは燃料ガスと呼ばれる。例えば、合成ガスは化学合成に使用 することができるＨ₂＋ＣＯの混合ガスを含み、還元ガスはＨ₂＋ＣＯに富み、還 元反応に使用され、燃料ガスはＨ₂＋ＣＯの混合ガスを含み、ＣＨ₄も含むことが ある。好都合なことに、固体炭素質プラスチック含有材料および固体炭素質中の 無機物質中の有毒成分は、気化装置の極端に高温の還元性雰囲気中で、存在する 不燃性成分に捕えられ、無毒の非浸出性スラグに変換される。このため、無毒の スラグを有用な副産物として販売することが可能になる。例えば、冷却したスラ グは、小さい粒子サイズ、例えば１／８インチ未満に粉砕または破砕して、路盤 や建築用ブロックに使用される。 合成ガス発生装置の反応域からの高温の流出気流は、水中での直接急冷によっ て、あるいは例えばガス冷却装置内で水蒸気を生成するための水との間接的熱交 換によって、約２５０〜７００°Ｆの範囲の温度まで、反応温度以下に急速に冷 却する。冷却した気流は、従来の方法で清浄化および精製することができる。Ｈ₂ Ｓ、ＣＯＳおよびＣＯ₂の除去に関しては、例えば、本願の譲受人に譲渡された 米国特許第４，０５２，１７６号を参照のこと。好都合なことに、ポリ塩化ビニ ル、ポリテトラフルオロエチレンなどハロゲン化物を含むプラスチックを部分酸 化によって気化するとき、ハロゲン化物はハロゲン化水素（すなわち、ＨＣｌ、 ＨＦ）として放出され、アンモニアまたは他の塩基性物質を含む水によって合成 ガスから洗い除かれる。臭素含有難燃剤を含むプラスチックも同様に処理するこ とが可能である。参照により本明細書に組み込まれる、本願の譲受人に譲渡され た米国特許第４，４６８，３７６号を参照のこと。 実施例 次に挙げる実施例は、本発明を例示するものであり、発明の範囲を制限するも のと解釈すべきではない。 実施例１ １日当たり４トンの、ポリスチレン、ポリアミド、ポリウレタン、ポリ塩化ビ ニル、ポリプロピレン、およびその他の樹脂からの非充填プラスチック、充填プ ラスチック、および強化プラスチックなど、自動車に存在する数種類のプラスチ ックを含む混合物を、約１／８インチ未満の粒径まで切断した。プラスチック切 断混合物の最終的化学分析を表Ｉに示す。プラスチック混合物中の灰の化学分析 を表ＩＩに示す。 粒状プラスチックを水と混合して、固体含量が約７０重量％であるプラスチッ ク・スラッジを作成する。このプラスチック・スラッジを、空気の不在下で約４ ５０°Ｆの温度の閉鎖した容器内で約３０分間予熱する。次に、空気の不在下で 温度５００°Ｆ、その温度における水の蒸気圧より高い圧力８００ｐｓｉｇの閉 鎖したオートクレーブ内で、予熱したプラスチック・スラッジを３０分間熱水処 理する。熱水処理したプラスチック・スラッジを１００°Ｆまで冷却し、表ＩＩ Ｉに示したガス混合物をプラスチック材から分離し、従来のガス精製域に送る。 冷却した、熱水処理したプラスチック・スラッジを、水および粒子サイズがＡ ＳＴＭ Ｅ １１−７０Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｓｉｅｖｅ Ｄｅｓｉｇｎａｔｉｏ ｎ ２．８ｍｍ（Ａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅ Ｎｏ．７）を１００％通過するサイ ズである歴青炭と混合し、固体含量が約５４重量％で、石炭とプラスチック・ス ラッジの重量比が、プラスチック・スラッジ１重量部当たり石炭４重量部である ポンプ輸送可能なスラリを生成する。 ポンプ輸送可能なスラリは、１６０°Ｆで測定したときの最大粘性が１０００ ｃＰで、発熱量が８５００ＢＴＵ／ｌｂとより高い。 この水性スラリを耐火物でライニングした自由流動縦型部分酸化ガス発生装置 に導入し、そこで温度約２４００°Ｆ、圧力約５００ｐｓｉｇの、通常の自由流 動性非触媒式ガス発生装置内で、部分酸化により、１日当たり約２０トンの酸素 ガスと反応させる。Ｈ₂＋ＣＯを含む合成ガスが約４．６トンのスラグと一緒に 生産される。冷却したとき、スラグはきめの粗いガラス状の非浸出性の材料であ る。しかし、同じプラスチック混合物が空気中で完全に燃焼した場合、スラグは 有毒成分、例えばクロムを浸出可能な形で含む可能性がある。 上文に述べた通り、本発明の精神および範囲を逸脱することなしに、本発明の 他の修正および変更を行うことが可能であり、したがって、本発明には添付の請 求の範囲に示した制限だけが課されるものである。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９５年５月３日 【補正内容】 補正明細書 参照により本明細書に組み込まれる、本願の譲受人に譲渡された米国特許第３ ，８４７，５６４号および第４，５２５，１７５号に開示され記述されているよ うな、複流、３流または４流式環状バーナを使用して、部分酸化ガス発生装置に 供給物流を導入することも可能である。米国特許第３，８４７，５６４号に関し て、遊離酸素含有ガスを、上記バーナの中央管路１８と外側環状通路１４を同時 に通過させることも可能である。遊離酸素含有ガスは、実質的に純粋な酸素、す なわち９５モル％Ｏ₂を超える酸素、酸素に富んだ空気、すなわちＯ₂が２１モル ％を超える空気、および空気から成るグループから選択される。遊離酸素含有ガ スは、約１００〜１０００°Ｆの範囲の温度で適用される。粒状化した固休炭素 質プラスチック含有材料と固体炭素質燃料のポンプ輸送可能なスラリを、ほぼ周 囲温度から６５０°Ｆの範囲の温度の中間環状通路１６を経て、部分酸化ガス発 生装置の反応域を通過させる。 バーナ・アセンブリを、非触媒的合成ガス発生装置の頂部入口から下方へ挿入 する。バーナはガス発生装置の中央の縦軸に沿って延び、下流終点で、燃料、遊 離酸素含有ガス、および温度調節剤の多相混合物を反応域に直接放出する。 スラリ中の炭素の大部分、例えば約９０重量％以上が二酸化炭素に変換され、 自生反応域温度が約１８００〜３５００°Ｆの範囲に維持されるように、ガス発 生装置までの供給物流中の燃料および遊離酸素含有ガスの相対比を注意深く調節 する。溶解スラグを生成するためには、気化装置内の温度は約２４００〜２８０ ０下の範囲であることが好ましい。部分酸化反応域の圧力は、約１〜３００気圧 の範囲である。さらに、供給物中のＨ₂Ｏ対炭素の重量比は、たとえば約０．５ 〜２．０対１．０など、約０．２〜３．０対１．０の範囲である。供給物中の遊 離酸素対炭素の原子比は、たとえば約０．９〜１．２対１．０など、約０．８〜 １．５対１．０の範囲である。前記操作条件により、Ｈ₂＋ＣＯを含む還元性雰 囲気が無毒のスラグと一緒に反応域で生成される。 ガス発生装置の反応域での滞在期間は、約１〜１５秒の範囲であり、好ましく は２〜８秒の範囲である。実質的に純粋な酸素をガス発生装置に供給するとき、 ガス発生装置からの流出ガスの位置は、モル％乾燥ベースで次のようになる。Ｈ₂ １０〜６０、ＣＯ２０〜６０、ＣＯ₂５〜６０、ＣＨ₄０〜５、Ｈ₂Ｓ＋ＣＯＳ０ 〜５、Ｎ₂０〜５、Ａｒ０〜１．５。空気をガス発生装置に供給するとき、ガス 発生装置からの流出ガスの組成は、モル％乾燥ベースでほぼ次のようになる。Ｈ₂ ２〜２０、ＣＯ５〜３５、ＣＯ₂５〜２５、ＣＨ₄０〜２、Ｈ₂Ｓ＋ＣＯＳ０〜３ 、Ｎ₂４５〜８０、Ａｒ０．５〜１．５。非変換炭素、灰、あるいは溶解スラグ が流出ガス気流に含まれる。組成および使用によって、流出ガス気流は合成ガス 、還元ガス、あるいは燃料ガスと呼ばれる。例えば、合成ガスは化学合成に使用 することができるＨ₂＋ＣＯの混合ガスを含み、還元ガスはＨ₂＋ＣＯに富み、還 元反応に使用され、燃料ガスはＨ₂＋ＣＯの混合ガスを含み、ＣＨ₄も含むことが ある。好都合なことに、固体炭素質プラスチック含有材料および固体炭素質中の 無機物質中の有毒成分は、気化装置の極端に高温の還元性雰囲気中で、存在する 不燃性成分に捕えられ、無毒の非浸出性スラグに変換される。このため、無毒の スラグを有用な副産物として販売することが可能になる。例えば、冷却したスラ グは、小さい粒子サイズ、例えば１／８インチ未満に粉砕または破砕して、路盤 や建築用ブロックに使用される。 合成ガス発生装置の反応域からの高温の流出気流は、水中での直接急冷によっ て、あるいは例えばガス冷却装置内で水蒸気を生成するための水との間接的熱交 換によって、約２５０〜７００°Ｆの範囲の温度まで、反応温度以下に急速に冷 却する。冷却した気流は、従来の方法で清浄化および精製することができる。Ｈ₂ Ｓ、ＣＯＳおよびＣＯ₂の除去に関しては、例えば、本願の譲受人に譲渡された 米国特許第４，０５２，１７６号を参照のこと。好都合なことに、ポリ塩化ビニ ル、ポリテトラフルオロエチレンなどハロゲン化物を含むプラスチックを部分酸 化によって気化するとき、ハロゲン化物はハロゲン化水素（すなわち、ＨＣｌ、 ＨＦ）として放出され、アンモニアまたは他の塩基性物質を含む水によって合成 ガスから洗い除かれる。臭素含有難燃剤を含むプラスチックも同様に処理するこ とが可能である。参照により本明細書に組み込まれる、本願の譲受人に譲渡され た米国特許第４，４６８，３７６号を参照のこと。 補正請求の範囲 １．（１）プラスチック材を粉砕するステップと、 （２）（１）のプラスチックを水と混合して、固体含量が約６０〜８０重量％の 範囲のスラッジを生成するステップと、 （３）閉鎖系で空気の不在下で約３５０〜４７５°Ｆの範囲の温度で約５分〜１ 時間の範囲の期間、（２）のスラッジを加熱するステップと、 （４）空気の不在下で約１５〜９０分の範囲の滞留時間、約４５０〜６５０°Ｆ の範囲の温度、その温度における水の蒸気圧より高い約１００〜１２００ｐｓｉ ｇの範囲の圧力の閉鎖した容器内で、（３）の加熱したスラッジを熱水処理する ステップと、 （５）（４）の熱水処理したスラッジを約１００〜２００°Ｆの範囲の温度まで 冷却して、上記スラッジから生じたＣＯ₂、ＣＯ、Ｈ₂Ｓ、ＮＨ₃、および軽炭化 水素ガス類から成るグループから選択された少なくとも１要素を含むガスを分離 するステップと、 （６）（５）の冷却したスラッジを、粉砕した固体炭素質燃料および水と混合し て、固体含量が約４０〜６０重量％の範囲で、固休炭素質燃料と上記スラッジの 重量比が、上記スラッジ１重量部当たり固休炭素質燃料約１〜５重量部であるポ ンプ輸送可能な水性スラリを生成するステップと、 （７）上記（６）のポンプ輸送可能な水性スラリを部分酸化によって遊離酸素含 有ガスと反応させ、Ｈ₂およびＣＯを含むガスを生成するステップと を含む、無機充填材または補強材を含む廃物プラスチックを環境的に安全に処分 する部分酸化方法。 ２．ステップ３およびステップ４が同一容器内で行われることを特徴とする請求 項１に記載の方法。 ３．上記容器がオートクレーブであることを特徴とする請求項２に記載の方法。 ４．（１）のプラスチック材が、ポリエステル類、ポリウレタン、ポリアミド、 ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレンから成るグループから選択され ることを特徴とする請求項１に記載の方法。 ５．固体炭素質燃料約０．５〜２．０重量部を上記（２）のスラッジ１重量部と 混合した後で、（３）において混合物を予熱し、（４）において混合物を熱水処 理することを特徴とする請求項１に記載の方法。 ６．（７）のガスをガス精製域に導入して、気体不純物を除去するステップを含 む請求項１に記載の方法。 ７．（１）において、上記プラスチック材がＡＳＴＭ Ｅ１１ Ａｌｔｅｒａｔ ｉｖｅ Ｓｉｅｖｅ Ｄｅｓｉｇｎａｔｉｏｎ Ｎｏ．７以下を通過する粒子サ イズに粉砕されることを特徴とする請求項１に記載の方法。 ８．（２）において、上記加熱を約１５分〜９０分の範囲の期間にわたって行う ことを特徴とする請求項１に記載の方法。 ９．（７）において、（６）による上記ポンプ輸送可能な水性スラリを、約１８ ００〜３５００°Ｆの範囲の温度、約１〜３００気圧の範囲の圧力、約０．８〜 １．５対１．０の範囲の原子比Ｏ／Ｃ、および約０．２〜３．０対１．０の範囲 のＨ₂Ｏ対炭素の重量比の耐火物でライニングした自由流動縦型ガス発生装置内 で、部分酸化によって、遊離酸素含有ガスと反応させることを特徴とする請求項 １に記載の方法。 １０．上記固体炭素質燃料が、粒状炭素、石炭、石炭コークス、石油コークス、 オイルシェール、タールサンド、アスファルト、ピッチ、およびそれらの混合物 から成るグループから選択されることを特徴とする請求項１に記載の方法。 １１．（２）において、上記水が部分酸化処理で生じた廃水流から得られること を特徴とする請求項１に記載の方法。 １２．（２）において、上記水が精製廃水、下水スラッジ用生化学的処理プラン ト、および化学プラントからの危険なまたは発癌性の生産用水流から得られるこ とを特徴とする請求項１に記載の方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ)，ＡＭ， ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，Ｃ Ｎ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ， ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，Ｎ Ｌ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 アルバート，クリスティン・コーネリア アメリカ合衆国 10566 ニューヨーク 州・ピークスキル・ウエストブルック ド ライブ・579 (72)発明者 デカニオ，スティーブン・ジュード アメリカ合衆国 12549 ニューヨーク 州・モンゴメリー・シトル ドライブ・２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．（１）無機充填材または補強材を含むプラスチック材を粒状化するステップ と、 （２）（１）の粒状化したプラスチックを補充水と混合して、固体含量が約６０ 〜８０重量％の範囲のプラスチック・スラッジを生成するステップと、 （３）閉鎖系で空気の不在下で約３５０〜４７５°Ｆの範囲の温度で約５分〜１ 時間の範囲の期間、（２）のスラッジを予熱するステップと、 （４）空気の不在下で約１５〜９０分の範囲の滞留時間、約４５０〜６５０°Ｆ の範囲の温度、しかもその温度における水の蒸気圧より高い約１００〜１２００ ｐｓｉｇの範囲の圧力の閉鎖した容器内で、（３）の予熱したプラスチック・ス ラッジを熱水処理するステップと、 （５）（４）の熱水処理したプラスチック・スラッジを約１００〜２００°Ｆの 範囲の温度まで冷却して、ＣＯ₂、ＣＯ、Ｈ₂Ｓ、ＮＨ₃、および軽炭化水素ガス 類から成るグループのうち少なくとも１種類のガスを、上記プラスチック・スラ ッジから分離するステップと、 （６）（５）の冷却したプラスチック・スラッジを、粉砕した固体炭素質燃料お よび水と混合し、固体含量が約４０〜６０重量％の範囲であり、固体炭素質燃料 とプラスチック・スラッジの重量比が、プラスチック・スラッジ１重量部当たり 固体炭素質燃料約１〜５重量部であるポンプ輸送可能な水性スラリを生成するス テップと、 （７）上記（６）のポンプ輸送可能な水性スラリを、部分酸化によって遊離酸素 含有ガスと反応させて、原料の合成ガス、燃料ガスまたは還元ガスを生産するス テップと を含む部分酸化方法。 ２．ステップ３およびステップ４が同一容器内で行われることを特徴とする請求 項１に記載の方法。 ３．上記容器がオートクレーブであることを特徴とする請求項２に記載の方法。 ４．（１）のプラスチック材が、ポリエステル類、ポリウレタン、ポリアミド、 ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレンから成るグループから選択され ることを特徴とする請求項１に記載の方法。 ５．固体炭素質燃料約０．５〜２．０重量部を上記（２）のプラスチック・スラ ッジ１重量部と混合した後で、（３）において混合物を予熱し、（４）において 混合物を熱水処理することを特徴とする請求項１に記載の方法。 ６．（７）の合成ガス、燃料ガス、あるいは還元ガスの原料気流をガス精製域に 導入して、気体不純物を除去するステップを含む請求項１に記載の方法。 ７．（１）において、上記プラスチック材がＡＳＴＭ Ｅ１１ Ａｌｔｅｒａｔ ｉｖｅ Ｓｉｅｖｅ Ｄｅｓｉｇｎａｔｉｏｎ Ｎｏ．７以下を通過する粒子サ イズに粉砕されることを特徴とする請求項１に記載の方法。 ８．（２）において、上記加熱を約１５分〜９０分の範囲の期間にわたって行う ことを特徴とする請求項１に記載の方法。 ９．（７）において、（６）による上記ポンプ輸送可能な水性スラリを、約１８ ００〜３５００°Ｆの範囲の温度、約１〜３００気圧の範囲の圧力、約０．８〜 １．５対１．０の範囲のＯ／Ｃ原子比、Ｈ₂Ｏ対炭素の重量比が約０．２〜３． ０対１．０の範囲の耐火物でライニングした自由流動縦型ガス発生装置内で、部 分酸化によって、遊離酸素含有ガスと反応させて、Ｈ₂、ＣＯ、ＣＯ₂、Ｈ₂Ｏ、 Ｈ₂Ｓ、ＣＯＳ、および任意にＮ₂を含む原料の熱流出気流を生成することを特徴 とする請求項１に記載の方法。 １０．上記固体炭素質燃料が、粒状炭素、石炭、石炭コークス、石油コークス、 オイルシェール、タールサンド、アスファルト、ピッチ、およびそれらの混合物 から成るグループから選択されることを特徴とする請求項１に記載の方法。 １１．（２）において上記補充水がこの部分酸化方法で得られる廃水流から得ら れることを特徴とする請求項１に記載の方法。 １２．（２）において上記補充水が精製廃水、下水スラッジ用生化学的処理プラ ント、および化学プラントからの危険なまたは発癌性の生産用水流から得られる ことを特徴とする請求項１に記載の方法。