WO2018043343A1 - 有機物質の低分子化方法および有機物質の低分子化システム - Google Patents

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fluidized bed
molecular weight
organic substance
gasifying agent
bed reactor
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Inventor
浩一 百野
石井　純
村井　亮太
鷲見　郁宏
Original Assignee
Ｊｆｅスチール株式会社
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/46—Gasification of granular or pulverulent flues in suspension
    • C10J3/54—Gasification of granular or pulverulent fuels by the Winkler technique, i.e. by fluidisation

Definitions

  • the present invention relates to a method for reducing the molecular weight of an organic substance and a system for reducing the molecular weight of an organic substance.
  • organic molecules such as waste plastics are modified to reduce the molecular weight.
  • the shift reaction is performed by adding excess water vapor to the exhaust gas (g 0 ) containing carbon monoxide generated in the metallurgical furnace to perform the shift reaction.
  • a mixed gas (g) containing the generated hydrogen and carbon dioxide gas and water vapor not consumed in the shift reaction is brought into contact with the organic substance, and the organic substance is modified to reduce the molecular weight.
  • a powder (f) having a true density of 4 to 8 g / cm 3 and containing at least one selected from Fe, Ni, and Cr is at least part of the fluid medium (m).
  • the mixed gas (g) is brought into contact with an organic substance, the organic substance is modified to reduce the molecular weight, and the char and fluid medium (m) produced as a by-product in this low molecular weight reaction.
  • This rotary rotary furnace is led to this rotary kiln.
  • a low molecular weight organic material characterized in that the fluidized medium (m) is heated by air burning char in a kiln combustion furnace, and the heated fluidized medium (m) is circulated through the fluidized bed depolymerization furnace. Is disclosed.
  • an object of the present invention is to provide a method for lowering the molecular weight of an organic substance having a large amount of product gas to be obtained, and a system for lowering the molecular weight of an organic substance used in the above method.
  • the present inventors have found that the above object can be achieved by adopting the following configuration. That is, the present invention provides the following [1] to [6].
  • the fluidized medium forming the fluidized bed is continuously or intermittently extracted outside the fluidized bed reactor, heated in a heating furnace, and then returned to the fluidized bed reactor.
  • a fluid medium circulating unit that continuously or intermittently draws the fluid medium forming the fluid bed to the outside of the fluid bed reactor and returns the fluid bed to the inside of the fluid bed reactor;
  • a heating furnace that heats the fluidized medium extracted outside the fluidized bed reaction furnace before returning the fluidized medium to the inside of the fluidized bed reaction furnace, according to the above [4] or [5].
  • the present invention it is possible to provide a method for reducing the molecular weight of an organic substance having a large amount of product gas to be obtained, and a system for reducing the molecular weight of an organic substance used in the above method.
  • a preferred embodiment of the present invention (a method for reducing the molecular weight of an organic substance and a system for reducing the molecular weight of an organic substance) will be described below with reference to FIGS.
  • the present invention is not limited to the embodiments described below.
  • “a method for lowering the molecular weight of an organic substance” is also simply referred to as “a method for lowering the molecular weight”
  • “a system for lowering the molecular weight of an organic substance” is also simply referred to as a “lower molecular weight system”.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an organic material depolymerization system 100.
  • a low molecular weight system 100 shown in FIG. 1 is mainly composed of a fluidized bed reactor 2 in which a fluid medium is accommodated.
  • the fluid medium accommodated in the fluidized bed reactor 2 is not particularly limited, and a conventionally known fluid medium can be appropriately used. Examples thereof include ironworks by-product dust whose powder content is mainly composed of iron. .
  • a gasifying agent supply unit 1 is connected to the lower part of the fluidized bed reaction furnace 2 via a supply pipe 140, and a heating furnace is provided at the upper part of the fluidized bed reaction furnace 2.
  • the rotary kiln 4 and the hot cyclone 60 are arranged.
  • the molecular weight reduction system 100 shown in FIG. 1 will be described in more detail. First, the fluidized bed reactor 2 will be described.
  • a gas dispersion plate 12 is disposed inside the fluidized bed reactor 2.
  • An air box 13 is formed below the gas dispersion plate 12 in the fluidized bed reactor 2.
  • a gasifying agent is introduced from the gasifying agent supply unit 1 into the wind box 13 on the lower side of the gas dispersion plate 12 through the supply pipe 140.
  • this gasifying agent blows upward from the gas dispersion plate 12, the fluidized bed 10 made of a fluid medium is formed on the upper side of the gas dispersion plate 12.
  • the flow rate of the gasifying agent blown from the gas dispersion plate 12 is not particularly limited, but is, for example, about 0.05 to 2 m / sec.
  • the gasifying agent supply unit 1 is not particularly limited as long as it can supply a gasifying agent described later.
  • the gasification agent supply unit 1 may be a conventionally known shift reactor.
  • the shift reactor an excess water vapor is added to a raw material gas containing carbon monoxide (for example, ironworks byproduct gas) to cause a shift reaction (water gas shift reaction).
  • a mixed gas containing hydrogen and carbon dioxide generated by the shift reaction and water vapor not used for the shift reaction is obtained.
  • the mixed gas obtained in the gasifying agent supply unit 1 which is a shift reactor is supplied to the fluidized bed reactor 2 through the supply pipe 140 as a gasifying agent.
  • the organic material is continuously or intermittently supplied to the fluidized bed 10 inside the fluidized bed reaction furnace 2 by the vibration feeder 190 as an organic material supply unit.
  • a high molecular weight organic substance is suitable,
  • resin usually waste plastic, waste oil, biomass, etc. are mentioned, These may be used individually by 1 type, Two or more kinds may be used in combination.
  • the resins are not particularly limited.
  • polyolefins such as PE (polyethylene) and PP (polypropylene); thermoplastic polyesters such as PA (polyamide) and PET (polyethylene terephthalate); elastomers such as PS (polystyrene) Thermosetting resins; synthetic rubbers; foamed styrene; and the like.
  • the waste oil is not particularly limited, and examples thereof include used various mineral oils, natural fats and oils, synthetic fats and oils, various fatty acid esters, and mixtures thereof.
  • the biomass is not particularly limited, and examples thereof include sewage sludge, paper, and wood (for example, construction waste wood, packaging / transport waste wood, thinned wood, etc.).
  • the organic substance supply unit is not particularly limited. In the case of a solid organic substance, in FIG. 1, it is dropped freely by the vibration feeder 190, but may be supplied by pneumatic feeding. In the case of a liquid organic substance, it may be sprayed by a spray nozzle or the like.
  • the supply position is not limited to the upper part of the fluidized bed reactor 2, but may be the upper part of the gas dispersion plate 12.
  • the organic substance supplied to the fluidized bed 10 is reformed by reacting with the gasifying agent in the fluidized bed 10, is reduced in molecular weight, and becomes a gas product.
  • the reaction temperature for reducing the molecular weight of the organic substance in the fluidized bed reactor 2 is appropriately selected according to the type of the organic substance. For example, when the organic substance is waste plastic or biomass, 400 to 900 ° C. The temperature is about 600 to 900 ° C.
  • the obtained gas (product gas) containing the gas product is discharged from the fluidized bed reactor 2 through the discharge pipe 8 and then dispersed in the gas in the primary dust collector 9a and the secondary dust collector 9b, respectively. And organic ash is collected.
  • the primary dust collector 9a is, for example, a cyclone
  • the secondary dust collector 9b is, for example, a dry dust collector or a wet dust collector.
  • the primary dust collector 9 a is installed outside the fluidized bed reactor 2, but may be installed inside the fluidized bed reactor 2.
  • the fluid medium collected by the primary dust collector 9a (collected matter mainly composed of fluid medium) is preferably circulated to the fluidized bed reactor 2 through the return pipe 11.
  • the product gas that has passed through the secondary dust collector 9b is suitable as a gaseous fuel, and can also be used as a reducing agent used in ironworks such as a reducing agent for iron ore.
  • the generated gas is composed of carbon monoxide and C 1 to C 4 hydrocarbons, and its LHV is about 4 to 8 Mcal / Nm 3 , and thus has a high calorific value. Since the product gas has a high content of carbon monoxide and C 1 -C 4 hydrocarbons, it can also be used as a blast furnace reducing agent and a coagulant in the sinter production process as a substitute for natural gas.
  • ⁇ Gasting agent> In the low molecular weight system 100, as a gasifying agent that is supplied from the gasifying agent supply unit 1 to the fluidized bed reactor 2 to form the fluidized bed 10, a gasifying agent having a carbon dioxide content of 30% by volume or more is used. Is used. As a result, the amount of product gas (product gas amount) obtained by reducing the molecular weight of the organic substance performed in the fluidized bed 10 increases.
  • the reason why the amount of generated gas increases is as follows. That is, in reducing the molecular weight of an organic substance, oxygen atoms (O) of carbon dioxide (CO 2 ) contained in the gasifying agent contribute to the decomposition of the organic substance such as waste plastic. For this reason, when the carbon dioxide contained in the gasifying agent increases, more organic substances are decomposed, and as a result, the amount of generated gas increases.
  • the carbon dioxide content of the gasifying agent is preferably 50% by volume or more, more preferably 80% by volume or more, and 100% by volume. Further preferred.
  • the generated gas contains carbon dioxide.
  • the organic substance represented by C n H 2n is treated at 2 t / h for one year under the condition of an operation rate of 80% using the actual machine of the fluidized bed reactor 2, it is included in the generated gas.
  • the content of carbon dioxide is 20% by volume, the amount of carbon dioxide generated per year is about 4.5 million Nm 3 , which is a huge amount. Since carbon dioxide causes global warming, it is required to be reduced as much as possible. Also from such a viewpoint, it is preferable to increase the carbon dioxide content of the gasifying agent to be used because it contributes to the reduction of carbon dioxide.
  • the gasifying agent contains a component other than carbon dioxide
  • examples of the component include nitrogen, hydrogen, and water vapor.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing equilibrium calculation conditions.
  • the organic substance C 30 H 62 , 25 ° C., 300 g / h
  • the gasifying agent 150 ° C.
  • the gasifying agent is nitrogen (N 2 ), carbon dioxide (CO 2 ), hydrogen (H 2 ) or water vapor (H 2 O), and the amount of the gasifying agent is 0 to It was varied in the range of 4 L / min.
  • 3 and 4 are graphs showing the equilibrium calculation results.
  • carbon dioxide (CO 2 ) when carbon dioxide (CO 2 ) is used as the gasifying agent, compared to when hydrogen (H 2 ) or water vapor (H 2 O) is used as the gasifying agent, The generated gas has a low calorific value.
  • nitrogen (N 2 ), hydrogen (H 2 ), or water vapor (H 2 O) is used as the gasifying agent. The result that the amount of generated gas is larger than the case is shown. From the results of the graphs of FIGS.
  • the fluidized medium that forms the fluidized bed 10 is continuously or intermittently supplied to the fluidized bed reactor 2 during the above-described operation of reducing the molecular weight of the organic substance. It is preferable to return to the inside of the fluidized bed reactor 2 again after being extracted and heated.
  • the extracted fluid medium is heated in a rotary kiln 4 installed at a position higher than the fluidized bed reactor 2.
  • the fluidized medium heated and returned to the fluidized bed reactor 2 serves as a heat source for the fluidized bed reactor 2.
  • one end of the extraction pipe 30 is connected to an intermediate position of the fluidized bed reactor 2.
  • the fluid medium forming a fluidized bed 10 (a part of the fluidized medium 10 freely falls in the extraction pipe 30 by reaching the connection position with the extraction pipe 30. , Extracted outside the fluidized bed reactor 2.
  • ⁇ Char may be produced as a by-product in reducing the molecular weight of organic substances.
  • the by-produced char is also extracted outside the fluidized bed reactor 2 through the extraction pipe 30 together with the fluid medium forming the fluidized bed 10.
  • the extraction pipe 30 and the rotary kiln 4 are connected by a transport pipe 7a.
  • the flowing medium extracted from the fluidized bed reactor 2 is transported to the rotary kiln 4 by flowing the gas for transportation through the transport pipe 7a.
  • Nitrogen is preferable as the gas for flowing through the transport pipe 7a.
  • the fluid medium is separated from the insufflation nitrogen on the inlet side of the rotary kiln 4 in order to prevent a decrease in oxygen concentration in the rotary kiln 4. It is preferable to provide a hot cyclone 150 for the purpose.
  • the nitrogen for air transportation and the fluid medium are separated.
  • the fluid medium separated from the nitrogen for feeding is introduced into the rotary kiln 4 and heated.
  • this char is also introduced into the rotary kiln 4 together with the fluid medium and burned.
  • combustion exhaust gas is discharged.
  • exhaust gas such as combustion exhaust gas is discharged.
  • the configuration of the rotary kiln 4 is arbitrary and is not particularly limited, and a conventionally known rotary kiln can be used as appropriate.
  • a hot cyclone 60 is disposed on the exit side of the rotary kiln 4.
  • the fluidized medium heated in the rotary kiln 4 is introduced into the hot cyclone 60 together with the exhaust gas.
  • the exhaust gas and the fluid medium are separated.
  • the fluidized medium separated from the exhaust gas is supplied (circulated) to the fluidized bed reactor 2 by free-falling through the dipleg 50 provided in the hot cyclone 60.
  • the extraction pipe 30, the transport pipe 7 a, and the dipleg 50 constitute a fluid medium circulation unit that extracts the fluid medium to the outside of the fluid bed reactor 2 and returns it to the fluid bed reactor 2.
  • Example 1 In the low molecular weight system 100, a test for reducing the molecular weight of an organic substance was performed. First, as a fluidized medium, ironworks byproduct dust whose powder content is iron as a main component (T-Fe: 70% by mass, average particle size: 200 ⁇ m, true density: 6.8 g / cm 3 , bulk density: 4 g / Cm 3 ) was charged to a position where the internal height of the fluidized bed reactor 2 (inner diameter: 66 mm) was 198 mm.
  • a gasifying agent (25 ° C., 4 NL / min, CO 2 : 100 vol%) was supplied from the gasifying agent supply unit 1 to the fluidized bed reactor 2 to form a fluidized bed 10.
  • Waste plastic which is an organic substance, was dropped at a rate of 300 g / h from the upper part of the fluidized bed reactor 2 to the fluidized bed 10 inside the fluidized bed reactor 2 using the vibration feeder 190. At this time, N 2 was supplied at 2 NL / min for supplying waste plastic.
  • Waste plastic was reduced in molecular weight by a gasifying agent, and a product gas was obtained.
  • the gas composition of the product gas was analyzed using gas chromatography.
  • the gas composition of the resulting product gas is as follows: CO: 5% by volume, CO 2 : 70% by volume, H 2 : 1% by volume, H 2 O: 0% by volume, C 1 -C 2 : 14% by volume, C 3 ⁇ C 4 : 10% by volume.
  • the LHV (low-order combustion heat) of the product gas was 4000 kcal / Nm 3 .
  • the amount of generated gas was 5.5 NL / min.
  • Example 2 The same as Example 1 except that the gasifying agent (25 ° C., 4 NL / min, CO 2 : 50 vol%, N 2 : 50 vol%) was supplied from the gasifying agent supply unit 1 to the fluidized bed reactor 2. The test was conducted.
  • the gas composition of the resulting product gas was N 2 : 35% by volume, CO: 5% by volume, CO 2 : 40% by volume, H 2 : 1% by volume, H 2 O: 0% by volume, C 1 to C 2. : 10% by volume, C 3 -C 4 : 9% by volume.
  • the LHV (low order combustion heat) of the product gas was 3900 kcal / Nm 3 .
  • the amount of generated gas was 5.2 NL / min.
  • Example 3 The same as Example 1 except that the gasifying agent (25 ° C., 4 NL / min, CO 2 : 30 vol%, N 2 : 70 vol%) was supplied from the gasifying agent supply unit 1 to the fluidized bed reactor 2. The test was conducted.
  • the gas composition of the resulting product gas is N 2 : 60% by volume, CO: 5% by volume, CO 2 : 19% by volume, H 2 : 1% by volume, H 2 O: 0% by volume, C 1 -C 2 : 8% by volume, C 3 -C 4 : 7% by volume.
  • the product gas LHV (low combustion heat) was 3700 kcal / Nm 3 .
  • the amount of generated gas was 5.1 NL / min.
  • Example 1 A test was performed in the same manner as in Example 1 except that the gasifying agent (25 ° C., 4 NL / min, N 2 : 100% by volume) was supplied from the gasifying agent supply unit 1 to the fluidized bed reactor 2. .
  • the gas composition of the resulting product gas is as follows: H 2 : 2% by volume, H 2 O: 0% by volume, N 2 : 81% by volume, C 1 -C 2 : 10% by volume, C 3 -C 4 : 7% by volume %Met.
  • the LHV (low combustion heat) of the product gas was 2700 kcal / Nm 3 .
  • the amount of generated gas was 4.7 NL / min.
  • the gas composition of the resulting product gas was N 2 : 5% by volume, CO: 18% by volume, CO 2 : 31% by volume, H 2 : 38% by volume, H 2 O: 0% by volume, C 1 to C 2. : 4% by volume, and C 3 -C 4 : 4% by volume.
  • the LHV (low combustion heat) of the product gas was 3400 kcal / Nm 3 .
  • the amount of generated gas was 4.9 NL / min.
  • Example 1 is described as “Real 1”
  • Comparative Example 1 is described as “Ratio 1”
  • FIG. 5 is a graph showing the relationship between the CO 2 content of the gasifying agent and the LHV of the product gas for Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2.
  • the CO 2 content [volume%] of the gasifying agent increases, decomposition of organic substances such as waste plastic is promoted, and LHV [kcal / Nm 3 ] increases.
  • the CO 2 content of the gasifying agent is less than 30% by volume, the rate of increase in the calorific value is high, so the CO 2 content of the gasifying agent is set to 30% by volume or more.
  • the gasification agent has a CO 2 content of 50% by volume or more, a higher LHV is preferable.
  • FIG. 6 is a graph showing the relationship between the CO 2 content of the gasifying agent and the amount of generated gas for Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2. As shown in the graph of FIG. 6, it was found that the amount of generated gas [NL / min] increases as the CO 2 content [% by volume] of the gasifying agent increases.
  • the total amount of energy to be generated can be represented by the product gas heat quantity [kcal / min] per hour, which is the product of LHV [kcal / Nm 3 ], which is the calorific value of the product gas, and product gas quantity [NL / min]. it can.
  • FIG. 7 is a graph showing the relationship between the CO 2 content of the gasifying agent and the amount of generated gas heat per hour for Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2. As shown in the graph of FIG. 7, even in the evaluation based on the amount of heat generated gas per hour, when the CO 2 content of the gasifying agent is less than 30% by volume, the rate of increase is high, so the CO 2 content of the gasifying agent is high. The amount is 30% by volume or more. When the gasification agent has a CO 2 content of 50% by volume or more, it is preferable because it shows a higher amount of generated gas heat per hour.

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Abstract

得られる生成ガス量が多い有機物質の低分子化方法、および、上記方法に使用される有機物質の低分子化システムを提供する。上記有機物質の低分子化方法は、流動媒体が収容された流動層反応炉の内部にガス化剤を供給することによって、上記流動層反応炉の内部に上記流動媒体による流動層を形成し、上記流動層に有機物質を供給して、上記有機物質と上記ガス化剤とを反応させることによって、上記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、上記ガス化剤の二酸化炭素の含有量が、３０体積％以上である。

Description

有機物質の低分子化方法および有機物質の低分子化システム
　本発明は、有機物質の低分子化方法および有機物質の低分子化システムに関する。
　従来、廃プラスチックなどの有機物質を改質して低分子化することが行なわれている。
　例えば、特許文献１の［請求項１］には、「冶金炉で発生した一酸化炭素を含有する排ガス（ｇ０）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／ｃｍ３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（ｍ）の一部とする流動層低分子化炉において、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とともに、この低分子化反応で副生するチャーと流動媒体（ｍ）をロータリーキルン燃焼炉に導き、このロータリーキルン燃焼炉でチャーを空気燃焼させることで流動媒体（ｍ）を加熱し、この加熱された流動媒体（ｍ）を前記流動層低分子化炉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」が開示されている。
特開２０１５－１３１９１６号公報
　特許文献１に記載された「有機物質の低分子化方法」について検討したところ、有機物質の低分子化によって得られる生成ガスの量が不十分である場合があった。
　そこで、本発明は、得られる生成ガス量が多い有機物質の低分子化方法、および、上記方法に使用される有機物質の低分子化システムを提供することを目的とする。
　本発明者らは、以下の構成を採用することによって、上記目的が達成されることを見出した。すなわち、本発明は、以下の［１］～［６］を提供する。
　［１］流動媒体が収容された流動層反応炉の内部にガス化剤を供給することによって、上記流動層反応炉の内部に上記流動媒体による流動層を形成し、上記流動層に有機物質を供給して、上記有機物質と上記ガス化剤とを反応させることによって、上記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、上記ガス化剤の二酸化炭素の含有量が、３０体積％以上である、有機物質の低分子化方法。
　［２］上記ガス化剤の二酸化炭素の含有量が、５０体積％以上である、上記［１］に記載の有機物質の低分子化方法。
　［３］上記流動層を形成している上記流動媒体を、連続的または間欠的に、上記流動層反応炉の外部に抜き出して加熱炉において加熱した後に上記流動層反応炉の内部に戻す、上記［１］または［２］に記載の有機物質の低分子化方法。
　［４］内部に流動媒体を収容する流動層反応炉と、上記流動層反応炉にガス化剤を供給することによって、上記流動層反応炉の内部に上記流動媒体による流動層を形成させるガス化剤供給部と、上記流動層に有機物質を供給して、上記有機物質と上記ガス化剤とを反応させることによって、上記有機物質を改質して低分子化させる有機物質供給部と、を備える有機物質の低分子化システムであって、上記ガス化剤の二酸化炭素の含有量が、３０体積％以上である、有機物質の低分子化システム。
　［５］上記ガス化剤の二酸化炭素の含有量が、５０体積％以上である、上記［４］に記載の有機物質の低分子化システム。
　［６］上記流動層を形成している上記流動媒体を、連続的または間欠的に、上記流動層反応炉の外部に抜き出して、上記流動層反応炉の内部に戻す、流動媒体循環部と、上記流動層反応炉の外部に抜き出された上記流動媒体を、上記流動層反応炉の内部に戻される前に加熱する加熱炉と、を更に備える、上記［４］または［５］に記載の有機物質の低分子化システム。
　本発明によれば、得られる生成ガス量が多い有機物質の低分子化方法、および、上記方法に使用される有機物質の低分子化システムを提供することができる。
有機物質の低分子化システムを示す模式図である。 平衡計算条件を示す模式図である。 平衡計算結果を示すグラフである。 平衡計算結果を示すグラフである。 実施例１～３および比較例１～２について、ガス化剤のＣＯ２含有量と生成ガスのＬＨＶとの関係を示すグラフである。 実施例１～３および比較例１～２について、ガス化剤のＣＯ２含有量と生成ガス量との関係を示すグラフである。 実施例１～３および比較例１～２について、ガス化剤のＣＯ２含有量と時間あたり生成ガス熱量との関係を示すグラフである。
　以下、図１～図４に基づいて、本発明（有機物質の低分子化方法、および、有機物質の低分子化システム）の好適な実施形態を説明する。もっとも、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されない。
　以下の説明においては、「有機物質の低分子化方法」を単に「低分子化方法」ともいい、「有機物質の低分子化システム」を単に「低分子化システム」ともいう。
　＜有機物質の低分子化の概要＞
　図１は、有機物質の低分子化システム１００を示す模式図である。
　図１に示す低分子化システム１００は、流動媒体が収容された流動層反応炉２を主体に構成されている。流動層反応炉２に収容される流動媒体としては、特に限定されず、従来公知の流動媒体を適宜使用でき、例えば、粉粒分が鉄を主成分とする製鉄所副生ダストなどが挙げられる。
　低分子化システム１００は、概略的には、流動層反応炉２の下部に、ガス化剤供給部１が供給管１４０を介して接続され、流動層反応炉２の上部には、加熱炉としてのロータリーキルン４とホットサイクロン６０とが配置されている。
　以下、図１に示す低分子化システム１００を、より詳細に説明する。まず、流動層反応炉２について説明する。
　流動層反応炉２の内部には、ガス分散板１２が配置されている。流動層反応炉２の内部におけるガス分散板１２の下側には、風箱１３が形成されている。
　流動層反応炉２においては、ガス分散板１２の下側の風箱１３に、ガス化剤供給部１から、供給管１４０を介して、ガス化剤が導入される。このガス化剤が、ガス分散板１２から上方に吹き出すことによって、ガス分散板１２の上側に流動媒体による流動層１０が形成される。
　ガス分散板１２から吹き出すガス化剤の流速は、特に限定されないが、例えば、０．０５～２ｍ／ｓｅｃ程度である。
　ガス化剤供給部１としては、後述するガス化剤を供給できるものであれば、特に限定されない。
　例えば、ガス化剤供給部１は、従来公知のシフト反応器であってもよい。
　シフト反応器においては、一酸化炭素を含有する原料ガス（例えば、製鉄所副生ガス）に過剰の水蒸気を添加してシフト反応（水性ガスシフト反応）を行なわせる。これにより、シフト反応によって生成した水素および二酸化炭素と、シフト反応に使用されなかった水蒸気とを含有する混合ガスが得られる。
　この場合、シフト反応器であるガス化剤供給部１において得られた混合ガスが、ガス化剤として、供給管１４０を介して、流動層反応炉２に供給される。
　一方、流動層反応炉２の上部からは、有機物質供給部としての振動フィーダ１９０によって、有機物質が、流動層反応炉２の内部の流動層１０に、連続的または間欠的に供給される。
　有機物質としては、特に限定されないが、高分子量の有機物質が好適であり、例えば、樹脂類（通常、廃プラスチック）、廃油およびバイオマスなどが挙げられ、これらを１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
　樹脂類としては、特に限定されず、例えば、ＰＥ（ポリエチレン）およびＰＰ（ポリプロピレン）などのポリオレフィン類；ＰＡ（ポリアミド）およびＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）などの熱可塑性ポリエステル類；ＰＳ（ポリスチレン）などのエラストマー類；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。
　廃油としては、特に限定されず、例えば、使用済みの各種鉱物油、天然油脂類、合成油脂類、各種脂肪酸エステル類、および、これらの混合物などが挙げられる。
　バイオマスとしては、特に限定されず、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。
　有機物質供給部は、特に限定されない。固体の有機物質の場合、図１においては、振動フィーダ１９０によって自由落下させているが、気送で供給してもよい。液体の有機物質の場合は、スプレーノズルなどによって噴霧してもよい。供給位置は、流動層反応炉２の上部に限定されず、ガス分散板１２の上部などであってもよい。
　流動層１０に供給された有機物質は、流動層１０においてガス化剤と反応することによって改質され、低分子化されて、気体生成物となる。
　流動層反応炉２において有機物質を低分子化する際の反応温度は、有機物質の種類に応じて適宜選択されるが、例えば、有機物質が廃プラスチックまたはバイオマスである場合は、４００～９００℃程度であり、６００～９００℃が好ましい。
　得られた気体生成物を含むガス（生成ガス）は、流動層反応炉２から排出管８を通じて排出された後、１次集塵機９ａおよび２次集塵機９ｂにおいて、それぞれ、ガス中に飛散した流動媒体および有機物質の灰分が捕集される。
　１次集塵機９ａは、例えばサイクロンであり、２次集塵機９ｂは、例えば乾式集塵機または湿式集塵機である。図１においては、１次集塵機９ａは、流動層反応炉２の外部に設置されているが、流動層反応炉２の内部に設置してもよい。
　１次集塵機９ａにおいて捕集された流動媒体（流動媒体を主体とする捕集物）は、図１に示すように、返送管１１を通じて、流動層反応炉２に循環されることが好ましい。
　２次集塵機９ｂを通過した生成ガスは、気体燃料として好適であり、例えば、鉄鉱石の還元剤などの製鉄所で用いられる還元剤としても使用できる。
　生成ガスは、可燃成分が一酸化炭素およびＣ１～Ｃ４程度の炭化水素からなり、そのＬＨＶが約４～８Ｍｃａｌ／Ｎｍ３であるため、高い発熱量を持つ。
　生成ガスは、一酸化炭素およびＣ１～Ｃ４の炭化水素の含有率が高いことから、天然ガス代替として、高炉の還元剤および焼結鉱製造プロセスの凝結剤等としても使用できる。
　＜ガス化剤＞
　低分子化システム１００においては、ガス化剤供給部１から流動層反応炉２に供給されて流動層１０を形成するガス化剤として、二酸化炭素の含有量が３０体積％以上であるガス化剤を使用する。これにより、流動層１０において行なわれる有機物質の低分子化によって得られる生成ガスの量（生成ガス量）が増大する。
　生成ガス量が増大する理由は、以下のとおりである。すなわち、有機物質の低分子化においては、ガス化剤に含まれる二酸化炭素（ＣＯ２）の酸素原子（Ｏ）が、廃プラスチックなどの有機物質の分解に寄与する。このため、ガス化剤に含まれる二酸化炭素が多くなることによって、有機物質がより多く分解され、その結果、生成ガス量が増大する。
　生成ガス量がより増大するという理由から、ガス化剤の二酸化炭素の含有量は、５０体積％以上であることが好ましく、８０体積％以上であることがより好ましく、１００体積％であることが更に好ましい。
　ところで、有機物質を低分子化するに際しては、必ず、二酸化炭素（ＣＯ２）が生成される。すなわち、生成ガスには二酸化炭素が含まれる。例えば、流動層反応炉２の実機を用いて、ＣｎＨ２ｎで表される有機物質を、２ｔ／ｈで１年間、稼働率８０％の条件で処理したと仮定すると、生成ガスに含まれる二酸化炭素の含有量が２０体積％であった場合、１年間の二酸化炭素の発生量は、約４５０万Ｎｍ３となり、莫大な量となる。二酸化炭素は、地球温暖化の原因となることから、できる限り削減されること要求される。
　このような観点からも、使用するガス化剤の二酸化炭素の含有量を高くすることは、二酸化炭素の削減に寄与するため、好ましい。
　ガス化剤が二酸化炭素以外の成分を含有する場合、その成分としては、例えば、窒素、水素および水蒸気などが挙げられる。ガス化剤にＨ２およびＨ２Ｏを混合させることによって、発熱量が増大する効果が得られる（後出の図３を参照）。
　＜平衡計算＞
　二酸化炭素の含有量が多いガス化剤を使用した場合に生成ガス量が増大することを確認するため、平衡計算を行なった。
　図２は、平衡計算条件を示す模式図である。平衡計算においては、図２に示すように、有機物質（Ｃ３０Ｈ６２、２５℃、３００ｇ／ｈ）を、流動層反応炉２において６００℃の条件で、ガス化剤（１５０℃）と反応させることにより低分子化して、生成ガスを得た。
　このとき、図２に示すように、ガス化剤を、窒素（Ｎ２）、二酸化炭素（ＣＯ２）、水素（Ｈ２）または水蒸気（Ｈ２Ｏ）とし、ガス化剤の量も０～４Ｌ／ｍｉｎの範囲で異ならせた。
　図３および図４は、平衡計算結果を示すグラフである。
　図３のグラフに示すように、ガス化剤として二酸化炭素（ＣＯ２）を使用した場合は、ガス化剤として水素（Ｈ２）または水蒸気（Ｈ２Ｏ）を使用した場合と比較して、生成ガスの発熱量は低い。
　しかしながら、図４のグラフにおいては、ガス化剤として二酸化炭素（ＣＯ２）を使用した場合は、ガス化剤として窒素（Ｎ２）、水素（Ｈ２）または水蒸気（Ｈ２Ｏ）を使用した場合よりも、生成ガス量が多い結果が示されている。
　図３および図４のグラフの結果からすると、特に、ガス化剤として不活性ガスである窒素（Ｎ２）を使用した場合と比較して、ガス化剤として二酸化炭素（ＣＯ２）を使用した場合は、発熱量（図３）および生成ガス量（図４）ともに優位性があることが推定される。
　＜低分子化システムの好適態様＞
　図１に基づいて説明した低分子化システム１００においては、上述した有機物質の低分子化の操業中、流動層１０を形成する流動媒体を、連続的または間欠的に、流動層反応炉２の外部に抜き出して加熱した後に、再び流動層反応炉２の内部に戻すことが好ましい。抜き出された流動媒体は、流動層反応炉２よりも高い位置に設置されたロータリーキルン４において加熱される。加熱されて流動層反応炉２に戻された流動媒体は、流動層反応炉２の熱源となる。
　このような流動媒体の循環を実現するために、流動層反応炉２の中間位置に、抜出管３０の一端が接続されている。流動層反応炉２の内部において、流動層１０を形成している流動媒体（の一部）は、抜出管３０との接続位置に達することによって、抜出管３０の中を自由落下して、流動層反応炉２の外部に抜き出される。
　有機物質の低分子化において、チャーが副生する場合がある。この場合、副生したチャーも、流動層１０を形成している流動媒体と共に、抜出管３０を介して、流動層反応炉２の外部に抜き出される。
　抜出管３０とロータリーキルン４とは、輸送管７ａによって接続されている。輸送管７ａに気送用ガスを流すことによって、流動層反応炉２から抜き出された流動媒体は、ロータリーキルン４に輸送される。輸送管７ａに流す気送用ガスとしては、窒素が好ましい。
　輸送管７ａに流す気送用ガスとして窒素（気送用窒素）を用いる場合、ロータリーキルン４における酸素濃度低下を防止するために、ロータリーキルン４の入側に、流動媒体を気送用窒素から分離するためのホットサイクロン１５０を設けることが好ましい。
　ホットサイクロン１５０において、気送用窒素と流動媒体とが分離される。気送用窒素から分離された流動媒体は、ロータリーキルン４に導入されて、加熱される。
　流動媒体が、チャーと共に流動層反応炉２の外部に抜き出された場合、このチャーも、流動媒体と共にロータリーキルン４に導入されて、燃焼される。この燃焼によって、燃焼排ガスが排出される。
　このように、ロータリーキルン４における流動媒体の加熱に際しては、燃焼排ガスなどの排ガスが排出される。
　ロータリーキルン４の構成は任意であり、特に限定されず、従来公知のロータリーキルンを適宜使用できる。
　ロータリーキルン４の出側には、ホットサイクロン６０が配置されている。ロータリーキルン４において加熱された後の流動媒体は、排ガスと共に、ホットサイクロン６０に導入される。
　ホットサイクロン６０において、排ガスと流動媒体とが分離される。排ガスから分離された流動媒体は、ホットサイクロン６０に設けられているディップレッグ５０を通じて、自由落下することによって、流動層反応炉２に供給（循環）される。
　したがって、抜出管３０、輸送管７ａおよびディップレッグ５０は、流動媒体を流動層反応炉２の外部に抜き出して流動層反応炉２の内部に戻す流動媒体循環部を構成する。
　以下に、実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。ただし、本発明は以下の実施例に限定されない。
　＜実施例１＞
　低分子化システム１００において、有機物質を低分子化する試験を行なった。
　まず、流動媒体として、粉粒分が鉄を主成分とする製鉄所副生ダスト（Ｔ－Ｆｅ：７０質量％、平均粒径：２００μｍ、真密度：６．８ｇ／ｃｍ３、嵩密度：４ｇ／ｃｍ３）を、流動層反応炉２（内径：６６ｍｍ）の内部高さ１９８ｍｍの位置まで装入した。
　ガス化剤供給部１から、ガス化剤（２５℃、４ＮＬ／ｍｉｎ、ＣＯ２：１００体積％）を流動層反応炉２に供給して、流動層１０を形成した。
　流動層反応炉２の上部から、流動層反応炉２の内部の流動層１０に、振動フィーダ１９０を用いて、有機物質である廃プラスチックを３００ｇ／ｈの速度で落下させた。この際、廃プラスチックの供給のためにＮ２を２ＮＬ／ｍｉｎ供給した。
　廃プラスチックはガス化剤によって低分子化され、生成ガスが得られた。ガスクロマトグラフィーを用いて、生成ガスのガス組成を分析した。
　得られた生成ガスのガス組成は、ＣＯ：５体積％、ＣＯ２：７０体積％、Ｈ２：１体積％、Ｈ２Ｏ：０体積％、Ｃ１～Ｃ２：１４体積％、Ｃ３～Ｃ４：１０体積％であった。
　生成ガスのＬＨＶ（低位燃焼熱）は、４０００ｋｃａｌ／Ｎｍ３であった。
　生成ガス量は、５．５ＮＬ／ｍｉｎであった。
　試験中、流動層反応炉２の内部における廃プラスチックの融着および閉塞などのトラブルは皆無で、安定して低分子化を行なうことができた。
　＜実施例２＞
　ガス化剤供給部１から、ガス化剤（２５℃、４ＮＬ／ｍｉｎ、ＣＯ２：５０体積％、Ｎ２：５０体積％）を流動層反応炉２に供給した以外は、実施例１と同様にして、試験を行なった。
　得られた生成ガスのガス組成は、Ｎ２：３５体積％、ＣＯ：５体積％、ＣＯ２：４０体積％、Ｈ２：１体積％、Ｈ２Ｏ：０体積％、Ｃ１～Ｃ２：１０体積％、Ｃ３～Ｃ４：９体積％であった。
　生成ガスのＬＨＶ（低位燃焼熱）は、３９００ｋｃａｌ／Ｎｍ３であった。
　生成ガス量は、５．２ＮＬ／ｍｉｎであった。
　＜実施例３＞
　ガス化剤供給部１から、ガス化剤（２５℃、４ＮＬ／ｍｉｎ、ＣＯ２：３０体積％、Ｎ２：７０体積％）を流動層反応炉２に供給した以外は、実施例１と同様にして、試験を行なった。
　得られた生成ガスのガス組成は、Ｎ２：６０体積％、ＣＯ：５体積％、ＣＯ２：１９体積％、Ｈ２：１体積％、Ｈ２Ｏ：０体積％、Ｃ１～Ｃ２：８体積％、Ｃ３～Ｃ４：７体積％であった。
　生成ガスのＬＨＶ（低位燃焼熱）は、３７００ｋｃａｌ／Ｎｍ３であった。
　生成ガス量は、５．１ＮＬ／ｍｉｎであった。
　＜比較例１＞
　ガス化剤供給部１から、ガス化剤（２５℃、４ＮＬ／ｍｉｎ、Ｎ２：１００体積％）を流動層反応炉２に供給した以外は、実施例１と同様にして、試験を行なった。
　得られた生成ガスのガス組成は、Ｈ２：２体積％、Ｈ２Ｏ：０体積％、Ｎ２：８１体積％、Ｃ１～Ｃ２：１０体積％、Ｃ３～Ｃ４：７体積％であった。
　生成ガスのＬＨＶ（低位燃焼熱）は、２７００ｋｃａｌ／Ｎｍ３であった。
　生成ガス量は、４．７ＮＬ／ｍｉｎであった。
　＜比較例２＞
　ガス化剤供給部１から、ガス化剤（２５℃、４ＮＬ／ｍｉｎ、Ｈ２：２６体積％、ＣＯ：２体積％、ＣＯ２：２８体積％、Ｈ２Ｏ：３７体積％、Ｎ２：７体積％）を流動層反応炉２に供給した以外は、実施例１と同様にして、試験を行なった。
　比較例２のガス化剤のガス組成は、特許文献１の実施例１で使用されたシフト反応生成ガスのガス組成に相当する。
　得られた生成ガスのガス組成は、Ｎ２：５体積％、ＣＯ：１８体積％、ＣＯ２：３１体積％、Ｈ２：３８体積％、Ｈ２Ｏ：０体積％、Ｃ１～Ｃ２：４体積％、Ｃ３～Ｃ４：４体積％であった。
　生成ガスのＬＨＶ（低位燃焼熱）は、３４００ｋｃａｌ／Ｎｍ３であった。
　生成ガス量は、４．９ＮＬ／ｍｉｎであった。
　実施例１～３および比較例１～２の結果を、まとめて、下記表１および図５～図７のグラフに示す。図５～図７のグラフにおいて、実施例１を「実１」と記載し、比較例１「比１」と記載し、他の実施例および比較例も同様とする。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　図５は、実施例１～３および比較例１～２について、ガス化剤のＣＯ２含有量と生成ガスのＬＨＶとの関係を示すグラフである。図５のグラフに示すように、ガス化剤のＣＯ２含有量［体積％］が上昇するに伴い、廃プラスチックなどの有機物質の分解が促進され、生成ガスの発熱量であるＬＨＶ［ｋｃａｌ／Ｎｍ３］が上昇する。このとき、ガス化剤のＣＯ２含有量が３０体積％未満である場合は発熱量の上昇率が高いため、ガス化剤のＣＯ２含有量を３０体積％以上とする。ガス化剤のＣＯ２含有量が５０体積％以上である場合は、より高いＬＨＶとなるため、好ましい。
　図６は、実施例１～３および比較例１～２について、ガス化剤のＣＯ２含有量と生成ガス量との関係を示すグラフである。図６のグラフに示すように、ガス化剤のＣＯ２含有量［体積％］が上昇するほど、生成ガス量［ＮＬ／ｍｉｎ］が増加することが分かった。
　生成するエネルギーの総量は、生成ガスの発熱量であるＬＨＶ［ｋｃａｌ／Ｎｍ３］と生成ガス量［ＮＬ／ｍｉｎ］との積である、時間あたり生成ガス熱量［ｋｃａｌ／ｍｉｎ］で示すことができる。
　図７は、実施例１～３および比較例１～２について、ガス化剤のＣＯ２含有量と時間あたり生成ガス熱量との関係を示すグラフである。図７のグラフに示すように、時間あたり生成ガス熱量による評価においても、ガス化剤のＣＯ２含有量が３０体積％未満である場合は、上昇率が高いため、ガス化剤のＣＯ２含有量を３０体積％以上とする。ガス化剤のＣＯ２含有量が５０体積％以上である場合は、より高い時間あたり生成ガス熱量を示すため、好ましい。
　　　１　　ガス化剤供給部
　　　２　　流動層反応炉
　　　４　　ロータリーキルン（加熱炉）
　　　７ａ　輸送管（流動媒体循環部）
　　　８　　排出管
　　　９ａ　１次集塵機
　　　９ｂ　２次集塵機
　　１０　　流動層
　　１１　　返送管
　　１２　　ガス分散板
　　１３　　風箱
　　３０　　抜出菅（流動媒体循環部）
　　５０　　ディップレッグ（流動媒体循環部）
　　６０　　ホットサイクロン
　１００　　有機物質の低分子化システム
　１４０　　供給管
　１５０　　ホットサイクロン
　１９０　　振動フィーダ（有機物質供給部）

Claims (6)

  1. 　流動媒体が収容された流動層反応炉の内部にガス化剤を供給することによって、前記流動層反応炉の内部に前記流動媒体による流動層を形成し、
    　前記流動層に有機物質を供給して、前記有機物質と前記ガス化剤とを反応させることによって、前記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、
    　前記ガス化剤の二酸化炭素の含有量が、３０体積％以上である、有機物質の低分子化方法。
  2. 　前記ガス化剤の二酸化炭素の含有量が、５０体積％以上である、請求項１に記載の有機物質の低分子化方法。
  3. 　前記流動層を形成している前記流動媒体を、連続的または間欠的に、前記流動層反応炉の外部に抜き出して加熱炉において加熱した後に前記流動層反応炉の内部に戻す、請求項１または２に記載の有機物質の低分子化方法。
  4. 　内部に流動媒体を収容する流動層反応炉と、
    　前記流動層反応炉にガス化剤を供給することによって、前記流動層反応炉の内部に前記流動媒体による流動層を形成させるガス化剤供給部と、
    　前記流動層に有機物質を供給して、前記有機物質と前記ガス化剤とを反応させることによって、前記有機物質を改質して低分子化させる有機物質供給部と、を備える有機物質の低分子化システムであって、
    　前記ガス化剤の二酸化炭素の含有量が、３０体積％以上である、有機物質の低分子化システム。
  5. 　前記ガス化剤の二酸化炭素の含有量が、５０体積％以上である、請求項４に記載の有機物質の低分子化システム。
  6. 　前記流動層を形成している前記流動媒体を、連続的または間欠的に、前記流動層反応炉の外部に抜き出して、前記流動層反応炉の内部に戻す、流動媒体循環部と、
    　前記流動層反応炉の外部に抜き出された前記流動媒体を、前記流動層反応炉の内部に戻される前に加熱する加熱炉と、を更に備える、請求項４または５に記載の有機物質の低分子化システム。
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