(57)【要約】【課題】  廃プラスチック等の高分子廃棄物をガス化し、比較的良質の合成ガスを生成するとともに、ガス化ガス中に含まれる油分を回収し、燃焼装置等の燃料油として利用可能な再生油に還元する。【解決手段】    ガス化システムは、廃プラスチック等の高分子廃棄物をガス化し且つ改質し、可燃性合成ガスを生成する。ガス化システムは、高分子廃棄物を加熱・溶融する熱分解装置(1)と、高分子廃棄物の熱分解によって発生した熱分解ガスを触媒の存在下に水蒸気改質する改質装置(2)と、改質装置において水蒸気改質反応を受けた改質ガスを冷却・液化し、改質ガス中の油分を回収する油分回収装置(4)と、改質装置の改質域の温度及び水蒸気量を制御する改質制御手段(8,51,52,53)とを有する。 【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃プラスチック等の高分子廃棄物をガス化し且つ改質し、可燃性合成ガスを生成する高分子廃棄物のガス化システムにおいて、
前記高分子廃棄物を加熱・溶融する熱分解装置と、
前記高分子廃棄物の熱分解によって発生した熱分解ガスを触媒の存在下に水蒸気改質する改質装置と、
改質装置において水蒸気改質反応を受けた改質ガスを冷却・液化し、改質ガス中の油分を回収する油分回収装置と、
前記改質装置の改質域の温度及び／又は水蒸気量を制御する改質制御手段とを有することを特徴とする高分子廃棄物のガス化システム。
【請求項２】
前記改質装置の改質域には、Ru/Al2O3触媒が充填されることを特徴とする請求項１に記載のガス化システム。
【請求項３】
前記改質制御手段は、前記熱分解ガスと混合する高温水蒸気の温度を制御する水蒸気温度制御手段を有し、前記高温水蒸気の温度制御によって前記改質域の温度を制御することを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項に記載のガス化システム。
【請求項４】
前記改質制御手段は、前記改質域に供給される高温水蒸気の流量を制御する水蒸気量制御手段を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のガス化システム。
【請求項５】
前記熱分解装置は、熱分解槽を加熱炉内に収容し、該熱分解槽を燃焼装置で加熱する外熱方式の熱分解装置からなり、前記油分回収装置の再生油を燃料油として前記燃焼装置に供給する燃料油供給手段が設けられることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のガス化システム。
【請求項６】
廃プラスチック等の高分子廃棄物をガス化し且つ改質し、可燃性合成ガスを生成する高分子廃棄物のガス化方法において、
前記高分子廃棄物を加熱・溶融して熱分解ガスを発生させる熱分解・ガス化工程と、
前記廃棄物の熱分解によって発生した熱分解ガスを触媒の存在下に水蒸気改質する改質工程と、
水蒸気改質反応を受けた改質ガスを冷却・液化し、改質ガス中の油分を回収する油分回収工程とを有し、
前記改質工程における水蒸気改質反応の反応域の温度及び／又は水蒸気量を制御することを特徴とする高分子廃棄物のガス化方法。
【請求項７】
前記触媒としてRu/Al2O3触媒を使用することを特徴とする請求項６に記載のガス化方法。
【請求項８】
６００℃以上の温度に加熱した高温の水蒸気を前記熱分解ガスの流路又は前記反応域に供給して前記熱分解ガスと混合し、前記水蒸気の温度制御によって前記反応域の温度を制御することを特徴とする請求項６又は７に記載のガス化方法。
【請求項９】
前記反応域に供給される水蒸気の流量を制御することによって前記反応域の水蒸気比を制御することを特徴とする請求項８に記載のガス化方法。
【請求項１０】
前記反応域の温度を６００〜８００℃の範囲内で制御し、改質ガス中の回収可能な油分の量を制御することを特徴とする請求項８に記載のガス化方法。
【請求項１１】
前記反応域の水蒸気比を１．０〜５．０の範囲内で制御し、前記合成ガスの組成を制御することを特徴とする請求項９に記載のガス化方法。
【請求項１２】
前記高分子廃棄物の種類に相応して前記反応域の温度及び／又は水蒸気量を設定変更することを特徴とする請求項６乃至１１のいずれか１項に記載のガス化方法。
【請求項１３】
前記高分子廃棄物の種類に相応して、高分子廃棄物を加熱・溶融する熱分解域の温度を設定変更することを特徴とする請求項６乃至１２のいずれか１項に記載のガス化方法。
【請求項１４】
空気又は酸素を前記反応域に更に供給し、該反応域の温度を制御することを特徴とする請求項８又は１０に記載のガス化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高分子廃棄物のガス化システム及びガス化方法に関するものであり、より詳細には、廃プラスチック、廃油、廃タイヤ等（以下、「廃プラスチック等」という。）の高分子廃棄物を熱分解・ガス化し、高い水素含有量を有する燃料ガスを生成するとともに、高分子廃棄物の油化還元を行う高分子廃棄物のガス化システム及びガス化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
廃プラスチック等の高分子廃棄物を熱分解し、熱分解ガス中の油分を回収する油化還元装置が知られている（特開平５−２７９６７３号公報、特開平１０−１８３１３９号公報等）。一般に、油化還元装置は、ポリエチレン、塩化ビニル等の固形の高分子廃棄物を溶解する溶解槽と、溶解した高分子廃棄物を熱分解させる熱分解槽とを有し、熱分解槽は、熱分解槽を加熱するバーナ装置等の外熱手段を備える。熱分解槽に発生した熱分解ガスは冷却・液化され、Ａ重油相当の再生油が分離・回収される。
【０００３】
このような油化還元装置において、熱分解槽で発生した熱分解ガスを改質する触媒改質槽を備えた構成のものが知られている。この種の油化還元装置では、熱分解ガスを改質槽の触媒と接触させて油分を改質し、改質後のガスを凝縮器（コンデンサ）に導入し、冷却・液化するように構成される。ガスの冷却によって凝縮した凝縮液は、油水分離器等に導入され、凝縮液中の油分（再生油）は、貯蔵タンク等に貯蔵される。なお、改質槽及びその触媒は、熱分解ガス中の油分を軽質化するためのものである。
【０００４】
この種の油化還元装置において、ポリエチレンテレフタレートの熱分解時に発生するテレフタル酸の結晶化を回避するためのテレフタル酸分解装置を備えたものが知られている（特開２００３−９６４６７号公報、特開２００３−９６４６９号公報等）。テレフタル酸分解装置は、熱分解ガスに水蒸気を添加するとともに、５００℃程度の温度に加熱された加熱領域のシリカアルミナ又はCaO/ZnO触媒に熱分解ガス及び水蒸気を接触させるように構成される。
【０００５】
他方、本発明者等は、可燃性廃棄物等の低質固形燃料をガス化炉又は熱分解炉でガス化し、ガス化ガスを７００℃以上の高温水蒸気で改質するように構成された廃棄物ガス化装置を提案している（特開２００１−１５８８８５号公報、特開２００２−２１０４４４号公報等）。この構成のガス化装置は、ガス化炉又は熱分解炉と改質炉とからなる二段階のガス化過程によって比較的良質の燃料ガスを生成する二段ガス化方式のガス化装置として知られており、その実用化研究は、現在においても継続している。この方式のガス化装置は、高温の水蒸気を熱分解ガスと混合して熱分解ガスを改質する改質器又は改質炉を備え、熱分解ガスに含まれるタール分の多くは、改質器又は改質炉内の無触媒改質域において分解する。
【０００６】
本発明者等は又、空気又は酸素を遮断した状態で高温水蒸気によって固体燃料をガス化し、これにより、窒素を含まず、しかも、比較的多量の水素を含む合成ガスを生成するガス化装置を提案している（特開２００４−２１０９４２号公報）。
【特許文献１】特開平５−２７９６７３号公報
【特許文献２】特開平１０−１８３１３９号公報
【特許文献３】特開２００３−９６４６７号公報
【特許文献４】特開２００３−９６４６９号公報
【特許文献５】特開２００１−１５８８８５号公報
【特許文献６】特開２００２−２１０４４４号公報
【特許文献７】特開２００４−２１０９４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の油化還元装置は、適度に粉砕した廃プラスチック等の高分子廃棄物を高温の熱分解槽で溶解させ、熱分解・気化させ、気化したガスを冷却・液化するように構成される。油化還元装置は、このような溶解・熱分解、気化及び冷却・液化の過程により、高分子廃棄物をＡ重油相当の油に還元する。油化還元装置に設けられた改質槽及びその触媒は、熱分解ガス中の油分を軽質化することを意図したものにすぎない。従って、冷却・液化過程で液化しないガス（オフガス）が油化還元装置の系内で発生するが、このガスは、スクラバー等で浄化処理を受け、或いは、スタック等の焼却処理を受けた後、排気ガスとして大気放出し得るにすぎない。
【０００８】
他方、上述の二段ガス化方式のガス化装置は、廃プラスチック等の固形燃料を原料として熱分解ガスを生成するとともに、熱分解ガスを高温の水蒸気と混合して無触媒の改質器で水蒸気改質し、比較的多量の水素、一酸化炭素等を含む可燃性ガスに改質する。熱分解ガス中のタール分を水蒸気改質過程で熱分解させるには、通常は、８００℃を超える高温の水蒸気を改質器に連続供給しなければならない。このため、ガス化装置は、比較的多量の高温水蒸気を連続供給可能な水蒸気加熱装置を備える必要がある。また、ガス化装置の系内で生成した改質ガスを水蒸気加熱装置の燃料として使用する場合には、有用な改質ガスの多くが、水蒸気加熱装置の熱源として消費されてしまう。
【０００９】
また、この種のガス化装置は、改質ガスをディーゼルエンジン発電機等の内燃機関に供給し、改質ガスを燃料として発電機を駆動するように構成される。このため、熱分解ガス中のタール分を改質域で実質的に完全に熱分解し、タール分が内燃機関に供給されるのを極力防止する必要が生じるが、熱分解ガス中のタール分を完全に除去するには、極めて高効率に熱分解ガスを改質する必要がある。このため、改質域の温度（改質温度）を上昇させてタール分を除去することが試みられるが、現実には、改質の効率を向上し得たとしても、タール分を完全に除去した改質ガスを生成することは、極めて困難である。また、タール分の除去は、比較的発熱量が高い可燃分を熱分解ガス中から除去し、改質ガスの発熱量を低下させることを意味し、従って、システム全体の熱効率を向上する観点より、更なる改善の余地が残されていた。
【００１０】
かくして、このようなガス化装置の構成と、前述の油化還元装置の構成とを複合し、各装置の欠点を補い合うことができるガス化システムを構築することが可能となれば、比較的良質の改質ガスを発電機の内燃機関又は外燃機関に供給するとともに、燃料としてのタール分の性質を有効に利用し、高いエネルギー効率のガス化システムを提供することができると考えられる。
【００１１】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、廃プラスチック等の高分子廃棄物をガス化し、発電機等の内燃機関又は外燃機関に供給可能な比較的良質の合成ガスを生成するとともに、ガス化ガス中に含まれる油分を回収し、燃焼装置等の燃料油として利用可能な再生油に還元することができる廃プラスチック等のガス化システム及びガス化方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、上記目的を達成すべく、廃プラスチック等の高分子廃棄物をガス化し且つ改質し、可燃性合成ガスを生成する高分子廃棄物のガス化システムにおいて、
前記高分子廃棄物を加熱・溶融する熱分解装置と、
前記高分子廃棄物の熱分解によって発生した熱分解ガスを触媒の存在下に水蒸気改質する改質装置と、
改質装置において水蒸気改質反応を受けた改質ガスを冷却・液化し、改質ガス中の油分を回収する油分回収装置と、
前記改質装置の改質域の温度及び／又は水蒸気量を制御する改質制御手段とを有することを特徴とする高分子廃棄物のガス化システムを提供する。
【００１３】
本発明は又、廃プラスチック等の高分子廃棄物をガス化し且つ改質し、可燃性合成ガスを生成する高分子廃棄物のガス化方法において、
前記高分子廃棄物を加熱・溶融して熱分解ガスを発生させる熱分解・ガス化工程と、
前記廃棄物の熱分解によって発生した熱分解ガスを触媒の存在下に水蒸気改質する改質工程と、
水蒸気改質反応を受けた改質ガスを冷却・液化し、改質ガス中の油分を回収する油分回収工程とを有し、
前記改質工程における水蒸気改質反応の反応域の温度及び／又は水蒸気量を制御することを特徴とする高分子廃棄物のガス化方法を提供する。
【００１４】
本発明の上記構成によれば、熱分解ガスに含まれるタール分は、改質ガスの冷却・液化過程で分離・回収され、燃料油として有効利用可能な再生油が生成される。この再生油は、熱分解装置の外熱手段を構成する燃焼装置に燃料として供給することができる。冷却・液化過程を経た改質ガスは、タール分をほぼ完全に除去した合成ガスとして、発電機等の内燃機関又は外燃機関に供給することができる。改質過程では、水蒸気改質反応が触媒の存在下に比較的低い温度で効果的に進行し、高い水素含有量の合成ガスを生成することができ、しかも、改質ガス中のタール分を改質過程で完全には分解する必要がないので、前述した従来のガス化装置と比べ、改質域の温度を低下することができる。好ましくは、改質域の温度は、６００〜８００℃の範囲内の温度に設定される。
【００１５】
また、本発明の上記構成によれば、水蒸気改質反応の反応域の温度又は水蒸気量が制御される。改質反応の反応温度を制御することにより、改質ガス中のタール分及びガス成分の比率を制御することができ、改質域の水蒸気量を制御することにより、生成ガス（合成ガス）の組成を制御することができる。これは、再生油として還元される油分の量的な制御を可能にし、或いは、生成ガス（合成ガス）の組成の制御を可能にする。即ち、本発明によれば、前述のガス化装置及び油化還元装置の各構成を複合し、各装置の機能を両立させ、しかも、各装置単独ではなし得なかった新たな作用効果を得ることができる。なお、還元可能な再生油の量および生成ガスの組成は、高分子廃棄物の種類によっても相違するので、熱分解域及び改質域の温度制御の態様は、廃棄物の種類に相応して設定することが望ましい。
【００１６】
好ましくは、上記触媒として、Ru/Al2O3触媒が使用される。適切な触媒の使用は、改質反応域の温度低下を可能にするばかりでなく、水蒸気使用量の低減、改質ガスの水素含有量の増加、煤発生の抑制を可能にする。
【００１７】
更に好ましくは、改質ガスと給水との顕熱交換によって水蒸気を発生し、或いは、改質ガスと水蒸気との顕熱交換によって水蒸気を加熱する熱交換装置が、改質装置と油分回収装置との間に介装される。熱交換装置によって加熱された水蒸気は、水蒸気加熱装置に供給され、水蒸気加熱装置は、水蒸気を少なくとも６００℃以上の温度に加熱する。水蒸気加熱装置によって高温に加熱された水蒸気は、熱分解ガスの流路又は改質装置の改質域において熱分解ガスと混合する。水蒸気加熱装置の熱源として、系内で回収した再生油を使用し、或いは、合成ガスの一部を使用することができる。
【００１８】
好適には、上記改質制御手段は、熱分解ガスと混合する高温水蒸気の温度を制御する水蒸気温度制御手段を有し、高温水蒸気の温度制御によって改質域の温度を制御する。水蒸気温度制御手段は、例えば、流量制御弁又は混合制御弁の制御下に比較的低温の水蒸気を上記高温水蒸気に混合して高温水蒸気の温度を制御し、或いは、上記水蒸気加熱装置の水蒸気加熱作用又は水蒸気加熱能力を制御する。更に好適には、ガス化システムは、上記制御弁又は水蒸気加熱装置の作動を制御する制御装置を有し、制御装置は、改質域の温度を検出し、改質域の温度を目標温度に設定するように上記高温水蒸気の温度を制御する。好ましくは、改質域の温度は、６００〜８００℃の範囲内で制御される。最適な改質域の温度は、高分子廃棄物の種類によって相違するので、制御装置は、廃棄物の種類に相応して目標温度を設定変更するための手段を備えることが望ましい。制御装置は又、合成ガスを導入する設備（発電機等）の負荷の変動に相応して改質域の温度を制御する。この制御装置は、発電負荷に相応して改質域の温度を制御し、例えば、発電負荷低下時に改質域の温度を低下し、比較的多量の油分を回収・貯蔵するようにガス化システムを制御する。
【００１９】
上記改質制御手段は、前記改質域に供給される高温水蒸気の流量を制御する水蒸気量制御手段を備えることが望ましい。改質域の水蒸気比は、水蒸気量制御手段によって制御され、生成ガス（合成ガス）の組成は、水蒸気に相応して変化する。従って、本発明のガス化システムは、水蒸気量制御手段を備えることにより、生成ガス（合成ガス）の組成、例えば、水素含有量を可変制御することができる。なお、水蒸気比は、［供給された水蒸気のmol数（／単位時間）／供給された高分子廃棄物中の炭素のmol数（／単位時間）］として定義される。
【００２０】
熱分解装置として、熱分解槽を加熱炉内に収容し、熱分解槽を燃焼装置で加熱する外熱方式の熱分解装置を好ましく使用し得る。上記再生油は、燃焼装置の燃料油として使用することができる。
【００２１】
所望により、空気又は酸素を上記反応域に更に供給し、反応域の温度を制御しても良い。反応域の温度は、空気又は酸素の供給により上昇するので、空気又は酸素の供給及びその制御を上述の水蒸気温度の制御と併せて採用することにより、改質温度の制御性又は制御自由度を改善することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、廃プラスチック等の高分子廃棄物をガス化し、発電機等の内燃機関又は外燃機関に供給可能な比較的良質の合成ガスを生成するとともに、ガス化ガス中に含まれる油分を回収し、燃焼装置等の燃料油として利用可能な再生油に還元する廃プラスチック等のガス化システム及びガス化方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図１及び図２は、本発明の好適な実施形態に係る廃プラスチックのガス化システムを示すシステム・フロー図及びシステム構成図である。
【００２４】
ガス化システムは、ガス化装置と油化還元装置とを複合した構成を備えており、ガス流路Ｌ１：Ｌ２：Ｌ３によって流体連通可能に相互接続された熱分解装置１、改質装置２、熱交換装置３及び冷却精製装置４を有する。熱分解装置１の熱分解槽１０には、適度のサイズに粉砕され又は粒度調製された廃プラスチックＷが高分子廃棄物として供給される。廃プラスチックＷは、熱分解槽１０内で溶融・ガス化し、熱分解ガスを発生させる。熱分解槽１０の熱分解ガスは、改質装置２及び冷却精製装置４の改質プロセス及び冷却・精製プロセスを経た後、生成ガス（合成ガス）としてガス流路Ｌ４から発電機等の内燃機関又は外燃機関に供給される。冷却精製装置４において凝縮した油分は、回収油槽７に回収され、液体燃料（燃料油）として熱分解装置１の燃焼装置１２に供給される。本発明のガス化システムは、比較的多量の水素を含む合成ガスを生成するとともに、油化還元により回収した油分の燃焼熱で廃プラスチックＷを加熱するように構成される。本発明のガス化システムは又、熱分解ガスの改質プロセスの制御によってガス組成及び油分回収量を制御可能な構成を備える。
【００２５】
以下、図１及び図２を参照して、ガス化システムの各構成要素及び各部構成について説明する。
【００２６】
熱分解装置１は、廃プラスチックを溶融・ガス化する熱分解槽１０と、熱分解槽１０内の廃プラスチックを加熱するための燃焼装置１２とを備える。燃焼装置１２には、燃料油流路Ｌ５、燃焼用空気流路Ｌ６及び排気流路Ｌ７が接続される。燃料油圧送装置６が、燃料油流路Ｌ５に介装される。図２に示す如く、熱分解装置１は、熱分解槽１０を構成する金属製容器を加熱炉１１内に収容した二重構造を有する。燃焼装置１２の燃焼ガスを循環可能な炉内燃焼領域１３が、加熱炉１１の炉壁と、熱分解槽１０との間に形成される。燃焼装置１２は、熱分解槽１０を外側から加熱する外熱手段を構成し、熱分解槽１０は、燃焼装置１２の燃焼熱を受熱する。
【００２７】
図２に示すように、熱分解装置１は、廃プラスチックＷを熱分解槽１０内に連続供給可能な連続押出方式の固形燃料供給装置１４を備える。加熱炉１１及び熱分解槽１０の上部は、頂部閉塞板１５によって閉塞しており、空気供給又は酸素供給を実質的に完全に絶たれた熱分解域１７が、熱分解槽１０内に形成される。なお、本実施形態では、廃プラスチックＷを熱分解槽１０内に連続的に投入する連続供給式の熱分解装置の構成を採用しているが、熱分解・ガス化すべき廃プラスチックＷの全量を熱分解槽１０内に初期的に供給する一括投入式（バッチ式）の熱分解装置の構成を採用しても良い。
【００２８】
熱分解装置１は、熱分解槽１０内に供給された廃プラスチックＷを撹拌する撹拌装置１６（破線で示す）を備える。撹拌装置１６の駆動部１６ａが頂部閉塞板１５に固定され、撹拌装置１６の回転駆動軸１６ｂが、熱分解槽１０内に垂下する。駆動軸１６ｂの下端部には、撹拌用ブレード１６ｃが取付けられる。撹拌装置１６は、槽内の廃プラスチックＷを撹拌し、廃プラスチックＷの溶融・ガス化を促進するように機能する。熱分解槽１０の槽内領域（熱分解域１７）は、燃焼装置１２の燃焼作動よって加熱され、３００〜５００℃程度の温度に昇温する。熱分解槽１０内に投入された廃プラスチックＷは、溶融温度を超える高温雰囲気の下で溶融・ガス化し、熱分解ガスを熱分解域１７に生成する。熱分解槽１０の残渣は、残渣排出装置１８(破線で示す)によって熱分解槽１０の最下部から槽外に排出され、残渣回収槽（図示せず）に回収される。
【００２９】
ガス流路Ｌ１は、熱分解域１７の上部に連通する。２００〜４００℃程度の温度Ｔ１を有する熱分解ガスが、ガス流路Ｌ１から槽外に流出し、ガス流路Ｌ１を介して改質装置２内に流入する。ガス流路Ｌ１には、高温水蒸気供給路Ｌ１２が接続される。温度Ｔ１２（７００〜１０００℃）の高温水蒸気が、高温水蒸気供給路Ｌ１２からガス流路Ｌ１の熱分解ガスに添加される。高温水蒸気は、ガス流路Ｌ１を流通する熱分解ガスと混合し、温度Ｔ１０の混合気として改質装置２に流入する。
【００３０】
改質装置２は、適切な触媒２０（例えば、Ru/Al2O3触媒）を金属製容器２１内の改質域に充填した反応容器からなる。熱分解ガス及び高温水蒸気の混合気は、容器内領域（改質域）に導入される。
【００３１】
改質域の温度Ｔ２０は、混合気の温度Ｔ１０によって決定される。例えば、改質域の温度Ｔ２０は、混合気の温度Ｔ１０の制御によって、６００〜８００℃の範囲内に制御される。改質域の水蒸気比は、ガス流路Ｌ１の熱分解ガスに添加される高温水蒸気の流量によって決定される。例えば、水蒸気比は、１．５〜５．０の範囲内で制御される。
【００３２】
熱分解ガスは、触媒２の存在下に進行する水蒸気改質反応によって改質され、比較的多量の水素を含む改質ガスが、改質装置２内の領域（改質域）に生成する。ガス流路Ｌ２は、改質装置２の流出口と連通し、改質域の改質ガスは、ガス流路Ｌ２を介して熱交換装置３に導入される。ガス流路Ｌ２の改質ガスは、例えば、５００〜７００℃程度の温度Ｔ２を有する。なお、熱分解ガス中のタール分の多くは、改質域において分解するが、改質域の温度を比較的低い温度Ｔ２０（６００〜８００℃）に設定したことから、ガス流路Ｌ２に送出される改質ガスには、かなりの量の未分解タール分が依然として含まれる。
【００３３】
給水管ＳＷが、熱交換装置３の受熱管３０に接続される。熱交換装置３に供給された給水は、受熱管３０を循環し、改質ガスの顕熱を受熱して水蒸気に気化する。１００〜１５０℃程度の温度Ｔ１１を有する水蒸気が、水蒸気給送路Ｌ１１を介して水蒸気加熱装置５に供給される。水蒸気加熱装置５は、水蒸気を加熱し、所定温度Ｔ１２の高温水蒸気を高温水蒸気供給路Ｌ１２に送出する。温度Ｔ１２は、前述の如く、７００〜１０００℃の範囲内に設定される。
【００３４】
水蒸気分岐路Ｌ１３が、水蒸気給送路Ｌ１１から分岐し、高温水蒸気供給路Ｌ１２に接続される。高温水蒸気（温度Ｔ１２）は、水蒸気分岐路Ｌ１３の水蒸気（温度Ｔ１１）と混合し、所望の温度Ｔ１４に温度調節される。高温水蒸気供給路Ｌ１２の下流端は、前述の如く、ガス流路Ｌ１に接続され、温度調節された高温水蒸気（温度Ｔ１４）は、流路Ｌ１２から流路Ｌ１に導入され、流路Ｌ１の熱分解ガスと混合する。
【００３５】
高温水蒸気供給路Ｌ１２及び水蒸気分岐路Ｌ１３には、流量制御弁５１、５２が夫々介装される。流量制御弁５１、５２の駆動部は、制御信号線（点線で示す）を介して制御装置８に接続される。改質域の温度を計測する温度検出装置５３が、改質装置２に配設され、温度検出装置５３は、制御信号線（点線で示す）を介して制御装置８に接続される。なお、本実施形態では、改質域の温度は、触媒充填部分に流入する高温水蒸気及び熱分解ガスの混合流体の温度として定義される。
【００３６】
制御装置８は、制御部、演算部、駆動部、Ｉ／０部、表示部等を構成する多数の電子機器を内蔵した電子制御ユニットからなり、改質域の温度Ｔ２０を目標値に設定し且つ管理すべく、流量制御弁５１、５２の駆動部を作動し、流量制御弁５１、５２の開度を制御する。即ち、ガス流路Ｌ１に導入される高温水蒸気の温度Ｔ１４及び流量は、流量制御弁５１、５２の流量制御に従って可変制御され、従って、改質装置２内の改質域の温度（改質温度Ｔ２０）及び水蒸気量は、流量制御弁５１、５２の流量比及び開度の制御により可変制御される。
【００３７】
水蒸気加熱装置５として、例えば、燃焼熱によって蓄熱体を加熱し、加熱後の蓄熱体と水蒸気との伝熱接触によって水蒸気を加熱する蓄熱方式の高温水蒸気発生装置が採用される。水蒸気加熱装置５の熱源として、系内で発生した熱エネルギー源（燃料油又は生成ガス）を使用することができる。例えば、回収油槽７の燃料油を水蒸気加熱装置５に供給する燃料油圧送装置６１及び燃料油供給路Ｌ８（仮想線で示す）が水蒸気加熱装置５の燃焼部に接続され、燃料油の一部が、水蒸気加熱装置５の熱源として使用される。他の手段として、冷却・精製過程を経た合成ガス（生成ガス）の一部を水蒸気加熱装置５に供給するガス流路Ｌ８’（仮想線で示す）が、ガス流路Ｌ４から分岐し、ガス流路Ｌ８’は、合成ガスの一部を水蒸気加熱装置５の熱源（燃料）として水蒸気加熱装置５の燃焼部に供給する。変形例として、系外の高温燃焼ガス、熱ガス又は燃焼排ガスとの顕熱交換によって水蒸気を加熱する間接加熱方式の加熱装置、例えば、プレートフィン型、シェルチューブ型又はフィンチューブ型の熱交換器等の熱交換器を水蒸気加熱装置５として採用しても良い。また、高温水蒸気の温度制御方法、或いは、改質域の温度制御の方法は、前述した構成に限定されるものではなく、他の方式で高温水蒸気を温度制御し、或いは、改質域を温度制御することも可能である。例えば、前述の水蒸気加熱装置５の水蒸気加熱作用又は水蒸気加熱能力を制御することによって、高温水蒸気の温度制御を行っても良い。
【００３８】
熱交換装置３は、ガス流路Ｌ３を介して冷却精製装置４に接続される。改質ガスは、熱交換装置３内の改質ガス流動域３１を流通し、給水と顕熱交換して冷却する。冷却後の改質ガスは、ガス流路Ｌ３を介して冷却精製装置４に導入される。冷却精製装置４は、冷却・回収部４１及びガス浄化部４２を有する。冷却・回収部４１は、改質ガスを更に冷却して改質ガス中の油分を分離・回収する。ガス浄化部４２は、油分を分離した改質ガスを浄化する。冷却・回収部４１において凝縮した油分は、回収油流路Ｌ９を介して油回収槽７に回収される。油分を分離した改質ガスは、ガス浄化部において浄化され、生成ガス（合成ガス）としてガス流路Ｌ４に送出される。ガス流路Ｌ４の生成ガスは、ディーゼルエンシン発電機、ガスタービン発電機等を構成する内燃機関、或いは、スターリングエンジン発電機等を構成する外燃機関に燃料ガスとして供給され、内燃機関又は外燃機関を駆動する。
【００３９】
油回収槽７は、燃料油流路Ｌ５に接続され、油回収槽７に貯蔵された油分は、燃料油として流体圧送装置６に吸引され、燃焼装置１２に圧送される。所望により、回収油に含まれる水分及び不純物を除去する油水分離及び油浄化用の油精製装置９（破線で示す）が、回収油流路Ｌ９に介装され、或いは、油分回収部４１又は油回収槽７に付設され、精製後の燃料油が燃焼装置１２に供給される。同時に、燃焼用空気が給気ファン１９によって燃焼装置１２に供給され、燃焼装置１２は燃焼作動する。燃焼装置１２の作動及び発熱量は、燃焼制御手段（例えば、制御装置８）によって可変制御され、熱分解域１７の温度は、設定変更される。
【００４０】
図３は、Ru/Al2O3触媒を充填した反応容器を用いてベンゼンを熱分解・水蒸気改質した水蒸気改質実験の実験結果を示す線図である。図３には、反応容器内の温度とベンゼンの炭素転換率（％）との関係が示されている。図４は、この水蒸気改質実験によって得られたガスの成分を示す線図である。図４には、各成分の生成量と、反応容器内の温度との関係が示されている。なお、実験に用いた反応容器は、前述の改質装置２を模擬したものである。
【００４１】
本発明者は、ベンゼン及び水蒸気を主成分とするガスを反応容器に導入し、反応容器の出口部で採取したガスの成分を分析してベンゼンの炭素転換率（％）を測定した。この実験は、水蒸気比を５．０に固定した条件で、反応容器の内部温度（反応温度）を変化させ、温度変化とガス成分との関係を求めるという観点より実施された。なお、炭素転換率は、反応容器に供給した試料が燃焼、熱分解及び改質によってガス、タール及び煤に転換した割合を示す指標である。以下の説明では、ガス及び煤以外の生成物をタールとして定義し、水蒸気比を以下のとおり定義する。
【００４２】
水蒸気比＝［水蒸気のmol数（／ｈｒ）／試料（ベンゼン）中の炭素のmol数（／ｈｒ）］
【００４３】
本発明者は、先ず、比較例として、酸素及び空気を遮断した無触媒の反応容器に水蒸気及びベンゼンの混合気を導入し、混合気を加熱した。ベンゼンの熱分解及び水蒸気改質反応を生じさせるには、少なくとも約１０００℃の反応温度が必要であり、ベンゼンの７０％をガス化するには、１４００℃程度の反応温度が必要であった。また、ガス化開始と同時に、煤の発生が反応容器内に観察された。
【００４４】
次に、Ru/Al2O3触媒を充填した反応容器に水蒸気及びベンゼンの混合気を導入し、ベンゼンを熱分解するとともに、熱分解ガスを水蒸気改質した。Ru/Al2O3触媒を充填した反応容器を使用した場合、図３に示す如く、５００〜６００℃程度の反応温度でベンゼンのガス化が開始した。改質ガス中のタール分は、反応温度の上昇に伴って減少し、７００〜８００℃の反応温度では、ベンゼンは、概ね完全にガス化し、タール分は、ほぼ完全に消失した。
【００４５】
この反応容器内に生成したガスの組成が図４に示されている。生成ガスは、図４に示す如く、多量の水素を含み、触媒の使用による水素生成量の顕著な増加が観られた。しかも、比較的低い反応温度で多量の水素が生成していることから、適切な触媒の使用は、反応域の温度低下を可能にすることが判明した。なお、図４には、無触媒の反応容器を用いた同一実験における水素生成量が、比較例として示されている。無触媒の反応容器を使用して多量の水素を生成するには、１０００℃を超える反応温度が必要であった。
【００４６】
図４に示す如く、約７００℃を超える温度域では、温度上昇に伴う水素生成量の増加は、観察されず、一酸化炭素が増加し且つ二酸化炭素が減少する傾向が観られた。これは、シフト反応の影響によるものと考えられる。
【００４７】
図５は、Ru/Al2O3触媒を充填した反応容器を用いた他の水蒸気改質実験の実験結果を示す線図である。図５には、水蒸気比と炭素転換率との関係が示されている。図６は、この水蒸気改質実験によって得られたガスの成分を示す線図である。図６には、生成ガスの組成と、水蒸気比との関係が示されている。
【００４８】
本発明者は、Ru/Al2O3触媒を充填した前述の反応容器を使用し、ベンゼン及び水蒸気を主成分とする混合気を反応容器内に導入するとともに、反応容器内の温度を８００℃に固定した条件で、水蒸気比を変化させ、反応容器の出口部で採取したガスの成分を分析した。
【００４９】
図５に示す如く、Ru/Al2O3触媒を充填した反応容器を用いた場合、ベンゼンは、反応温度＝８００℃、水蒸気比＝２．５（空気比＝０）の条件でその約８０％がガス化し、煤の発生は、ほとんど観察されなかった。従って、Ru/Al2O3触媒を充填した反応容器を用いることにより、改質温度を約７００〜８００℃の温度域に低下できるばかりでなく、水蒸気比を２．５まで低下することができると判明した。
【００５０】
図６に示す如く、反応容器内に生成したガスは、多量の水素を含み、触媒の使用による水素生成量の顕著な増加が観られた。例えば、水蒸気比＝２．５、反応容器内温度＝８００℃の条件で約１．６molの水素の生成が確認された。無触媒の反応容器を用いた前述の比較例では、同量の水素を生成する場合、水蒸気比＝５．０、反応容器内温度＝１４００℃の条件が必要であったことと対比すると、図６に示す実験結果は、Ru/Al2O3触媒の使用によって水蒸気量を半減し、しかも、反応容器内の温度を約６００℃低下し得たことを意味する。
【００５１】
以上の実験結果より、Ru/Al2O3触媒を用いた水蒸気改質の場合、水蒸気改質反応の反応温度を低下させ且つ水蒸気量を低減するとともに、改質ガスに含まれる水素の量を増加することができ、しかも、煤の発生を抑制し得ることが判明した。従って、プラスチックの熱分解ガスを改質して水素リッチの改質ガスを生成する上で、Ru/Al2O3触媒等の適切な触媒の使用は、有効である。しかも、改質域の温度を変化させることにより、油分として回収可能なタール分と、次工程に供給可能な水素リッチガス（図１及び図２に示す生成ガス）との量的な比率を制御することができることが判明した。
【００５２】
また、図３及び図４に示すように、６００〜８００℃の温度域では、炭素転換率は、温度変化に伴って比較的大きく変化し、７００℃以上の温度域では、水素生成量は、ほぼ安定し、他方、８００℃の温度では、図６に示す如く、ガス組成（殊に水素生成量）は、水蒸気比の変化と関連して変化する。従って、反応容器内の温度（即ち、改質域の温度）を制御することにより、タール分及びガス成分の比率を制御し、水蒸気比の制御により、ガス組成を制御することができる。
【００５３】
本発明者は更に、油化適合プラスチックであるポリエチレン（PE）、ポリプロピレン（PP）及びポリスチレン（PS）に関し、図１及び図２に示す構成のガス化システムを使用してガス化実験を行った。
【００５４】
Ru/Al2O3触媒を充填した改質域の温度を約６００℃に設定し、改質装置２の水素生成量を測定した結果、ポリエチレン（PE）及びポリプロピレン（PP）を廃プラスチックとして使用した実験では、改質装置２の水蒸気改質過程で水素生成量の増加が観察された。従って、前述の油化還元装置を用いたポリエチレン（PE）及びポリプロピレン（PP）のガス化においては、Ru/Al2O3触媒の使用により、改質域の温度（改質温度Ｔ２０）を６００℃程度の温度に設定することができる。
【００５５】
他方、ポリスチレン（PS）を廃プラスチックとして使用した同一条件の実験では、改質装置２の水蒸気改質過程による水素生成量の増加は、観られず、更に高い改質域の温度が必要であった。
【００５６】
従って、適切な改質域の温度Ｔ２０の目標値は、触媒の有無、種類等のみならず、廃プラスチックの種類によっても相違するので、廃プラスチックの種類（異種プラスチックを混合した混合廃棄物の場合には、種類及び混合比）に相応して、適宜設定変更することが望ましい。このため、前述の制御装置８は、好ましくは、廃プラスチック（高分子廃棄物）の種類又は成分に相応して改質域の温度Ｔ２０の目標値を設定変更する手段、或いは、温度Ｔ２０の目標値を最適化する手段を備える。
【００５７】
同時に、最適な熱分解槽１０の温度も又、廃プラスチック（高分子廃棄物）の種類又は成分に相応して相違する。従って、ガス化システムは、熱分解域１７の温度を制御する熱分解温度制御手段を備えることが望ましい。例えば、燃焼装置１２を制御する制御装置８は、熱分解温度制御手段を構成する。
【００５８】
以上説明した如く、本実施形態のガス化システムは、熱分解装置１及び改質装置２から構成される二段ガス化方式の構成のものであり、適切な触媒（Ru/Al2O3触媒）を充填した改質装置２と、熱分解ガスに添加すべき高温水蒸気の温度及び流量を制御する制御手段８、５１、５２、５３とを備える。改質域の温度Ｔ２０は、高温水蒸気の温度制御によって制御され、改質ガスに含まれる可燃性ガス分と回収可能な油分との比率は、改質域の温度Ｔ２０の制御に従って制御される。また、改質域に生成するガスの組成（殊に水素含有量）は、改質域に供給される水蒸気量によって制御される。改質ガス中の可燃性ガス分は、これを燃料とした後段の装置（発電機等）に供給され、改質ガス中の油分は、冷却・回収部４１によって回収される。このようなガス化システムによれば、後段の装置（発電機等）が多量の熱エネルギーを要しない場合、改質域の温度Ｔ２０を低下させ、回収すべき油分を量的に増加させ、他方、後段の装置が多量の熱エネルギーを要する場合、改質域の温度Ｔ２０を上昇させ、回収すべき油分を量的に低減させることができ、従って、システムの運転効率を向上することができる。しかも、このようなガス化システムによれば、高温水蒸気の温度及び流量の制御によって、後段の装置（発電機等）に供給すべき改質ガスの組成を制御し、これを最適化することができる。
【００５９】
また、従来のガス化システムでは、熱分解ガス中のタール分を極力減少させるために改質装置２の改質温度を極力上昇させていたが、本発明のガス化システムは、油化還元装置と複合した構成を備えていることから、熱分解ガス中のタール分を積極的に回収し、これによって得られた燃料油を燃焼装置１２等に供給することができ、従って、廃プラスチックＷを熱分解するための熱源として有効利用することができる。これは、高温水蒸気の温度低下又は水蒸気量の削減等による改質工程の負荷軽減を可能にし、システム全体の運転効率の向上に寄与する。
【００６０】
図７、図８及び図９は、改質域の温度制御の態様を例示するブロックフロー図である。
【００６１】
図１及び図２に示す実施形態では、ガス化システムは、図７（Ａ）に示す如く、温度Ｔ１４の高温水蒸気をガス流路Ｌ１に添加し、温度Ｔ１０の混合気（熱分解ガス及び水蒸気）を改質装置２の改質域に供給すように構成されており、改質域の温度Ｔ２０は、高温水蒸気の温度Ｔ１４の制御によって制御される。しかしながら、図７（Ｂ）に示すように、温度Ｔ１４に温度制御した高温水蒸気を改質域に直に導入し、これにより、改質域の温度Ｔ２０を制御しても良い。
【００６２】
変形例として、ガス化システムは、図８に示す如く、温度Ｔ１１の水蒸気をガス流路Ｌ１に添加するとともに、改質装置２０に配設した加熱装置５４によって改質域を加熱し、改質域の温度Ｔ２０を加熱装置５４の制御によって制御するように構成しても良い。図８に示す実施形態では、油回収槽７は、燃料油流路Ｌ５２によって加熱装置５４に接続され、回収油槽７の回収油は、燃料油流路Ｌ５２に介装した燃料油圧送装置６２によって加熱装置５４に圧送され、加熱装置５４の燃料として使用される。
【００６３】
他の変形例が図９に示されている。図９に示すガス化システムでは、加熱装置５５が、温度Ｔ１１の水蒸気を給送する水蒸気給送路Ｌ１１に配設される。温度Ｔ１１の水蒸気は、加熱装置５５によって温度Ｔ１４に加熱され、高温水蒸気供給路Ｌ１２を介してガス流路Ｌ１に添加される。図８に示す実施形態と同様、油回収槽７は、燃料油流路Ｌ５２によって加熱装置５５に接続される。回収油槽７の回収油は、燃料油圧送装置６２によって加熱装置５５に圧送され、加熱装置５５の燃料として使用される。なお、図８及び図９に示す実施形態において、回収油に換えて、ガス流路Ｌ４の生成ガス（合成ガス）の一部を燃料ガスとして加熱装置５４、５５に供給しても良い。
【００６４】
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内で種々の変形又は変更が可能である。
【００６５】
例えば、上記実施形態では、空気及び酸素を遮断した環境に熱分解域及び改質域を維持・管理するとともに、熱分解装置１の外熱手段（燃焼装置１２）および高温水蒸気供給路Ｌ１２の高温水蒸気のみを熱源として合成ガスを生成する二段ガス化方式のシステム構成を有するが、適量の空気又は酸素を熱分解域及び／又は改質域に更に供給して良い。
【００６６】
また、前述の水蒸気加熱装置として、レキュペレータ、金属コイル又は金属フィン形式の高性能熱交換器、ハニカム型蓄熱体を備えた高温空気発生装置又は高温水蒸気発生装置（特願平１０−１８９号（特開平１０−２４６４２８号公報）、特願平８−２３０６８２号（特開平１０−７３２３６号公報）等）、或いは、多数のペレット、ペブル又はボール形蓄熱体を収容した形式の蓄熱型熱交換器などの任意の形式の熱交換器及び加熱装置を採用し得る。
【００６７】
更に、図１及び図２に示す熱交換装置３は、給水を水蒸気に気化するボイラとして構成されたものであるが、熱交換装置３に水蒸気を供給し、熱交換装置３を水蒸気加熱手段として使用しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明の構成は、廃プラスチック等の高分子廃棄物のガス化システムに適用される。本発明のガス化システムは、高分子廃棄物を熱分解装置及び改質装置でガス化・改質し、高い水素含有量の合成ガスを燃料ガスとして発電機等の内燃機関又は外燃機関に供給するとともに、改質ガスの冷却・液化過程でタール分を凝縮し、高分子廃棄物の油化還元を行う。油化還元によって得られた再生油は、例えば、熱分解装置の外熱手段に供給され、系内で有効利用される。本発明によれば、改質温度を低下し、熱分解ガス中のタール分を除去するための熱負荷を軽減するとともに、有効利用可能な可燃分を無用に消費することなく、ガス収率又はガス化効率を積極的ないし意図的に低下することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の好適な実施形態に係る廃プラスチックのガス化システムを示すシステム・フロー図である。
【図２】図１に示すガス化システムのシステム構成図である。
【図３】水蒸気比を固定し、Ru/Al2O3触媒を充填した反応容器を用いてベンゼンを熱分解・水蒸気改質した水蒸気改質実験の実験結果を示す線図である。
【図４】この水蒸気改質実験によって得られたガスの生成量を成分別に示す線図である。
【図５】改質温度を固定し、Ru/Al2O3触媒を充填した反応容器を用いてベンゼンを熱分解・水蒸気改質した水蒸気改質実験の実験結果を示す線図である。
【図６】この水蒸気改質実験によって得られたガスの生成量を成分別に示す線図である。
【図７】改質域の温度制御の態様を例示するブロックフロー図である。
【図８】改質域の温度制御に関する変形例を示すブロックフロー図である。
【図９】改質域の温度制御に関する他の変形例を示すブロックフロー図である。
【符号の説明】
【００７０】
１  熱分解装置
２  改質装置
３  熱交換装置
４  冷却精製装置
５  水蒸気加熱装置
６：６１：６２  燃料油圧送装置
７  油回収槽
８  制御装置
９  油精製装置
１０  熱分解槽
１１  加熱炉
１２  燃焼装置
１３  炉内燃焼領域
２０  触媒
３０  受熱管
３１  改質ガス流動域
４１  冷却・回収部
４２  ガス浄化部
５１、５２  流量制御弁
５３  温度検出装置
【図１】
2006328328.tif 000003
【図２】
2006328328.tif 000004
【図３】
2006328328.tif 000005
【図４】
2006328328.tif 000006
【図５】
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【図６】
2006328328.tif 000008
【図７】
2006328328.tif 000009
【図８】
2006328328.tif 000010
【図９】
2006328328.tif 000011