(57)【要約】【課題】高分子炭化水素原料中の炭素を含む残渣やその他の可燃物などを燃焼し、その燃焼熱を利用し、生成ガスと燃焼ガスを分別回収することで、より効率のよい高分子炭化水素の利用システムを提供する。【解決手段】本発明に係るシステムは、高分子炭化水素等を利用することができる。このシステムは、高分子炭化水素の熱分解、ガス化、および改質を行い、有価ガスまたは有価油分を生成する流動層熱分解ガス化炉１２と、熱分解ガス化炉１２で発生する炭素を含む残渣を含んだ可燃物を燃焼する流動層燃焼炉１０とを備えている。燃焼炉１０の燃焼熱を熱分解ガス化炉１２に供給し、熱分解ガス化炉１２で生成される有価ガスまたは有価油分と、燃焼炉１０で発生する燃焼ガスとを分別回収する。流動媒体を熱分解ガス化炉１２から燃焼炉１０に上記残渣とともに移動させ、流動媒体を燃焼炉１０から熱分解ガス化炉１２に移動させて顕熱を移動させる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高分子炭化水素の熱分解、ガス化、および改質を行い、有価ガスおよび有価油分の少なくとも一方を生成する熱分解ガス化炉と、
該熱分解ガス化炉で発生する炭素を含む残渣を含んだ可燃物を燃焼する燃焼炉とを備え、
前記燃焼炉の燃焼熱を少なくとも前記熱分解ガス化炉に供給し、
前記熱分解ガス化炉で生成される前記有価ガスおよび有価油分の少なくとも一方と、前記燃焼炉で発生する燃焼ガスとを分別回収することを特徴とする高分子炭化水素の利用システム。
【請求項２】
高分子炭化水素の熱分解、ガス化、および改質を行い、有価ガスおよび有価油分の少なくとも一方を生成する流動層熱分解ガス化炉と、
該流動層熱分解ガス化炉で発生する炭素を含む残渣を含んだ可燃物を燃焼する流動層燃焼炉とを備え、
前記流動層燃焼炉の燃焼熱を少なくとも前記流動層熱分解ガス化炉に供給し、
前記流動層熱分解ガス化炉で生成される前記有価ガスおよび有価油分の少なくとも一方と、前記流動層燃焼炉で発生する燃焼ガスとを分別回収し、
流動媒体を前記流動層熱分解ガス化炉から前記流動層燃焼炉に前記残渣とともに移動させ、
前記流動媒体を前記流動層燃焼炉から前記流動層熱分解ガス化炉に移動させて前記流動層燃焼炉から前記流動層熱分解ガス化炉に顕熱を移動させることを特徴とする高分子炭化水素の利用システム。
【請求項３】
前記流動層熱分解ガス化炉には、前記高分子炭化水素として液体高分子炭化水素原料および固体高分子炭化水素原料の少なくとも一方を供給し、
前記流動層熱分解ガス化炉には、ガス化剤を供給し、
前記有価ガスおよび有価油分の少なくとも一方を製品ガスとして利用し、
前記流動層燃焼炉には、酸化剤を供給し、
前記流動層燃焼炉において、前記残渣を燃焼して前記流動媒体を高温化し、
前記燃焼ガスを前記有価ガスおよび有価油分の少なくとも一方と混合することなく前記流動層燃焼炉から排出し、
前記高温化された流動媒体を前記流動層燃焼炉から前記流動層熱分解ガス化炉に移動させて前記流動層燃焼炉から前記流動層熱分解ガス化炉に顕熱を移動させることを特徴とする請求項２に記載の高分子炭化水素の利用システム。
【請求項４】
前記流動層熱分解ガス化炉で生成される前記有価ガスおよび有価油分の少なくとも一方の熱エネルギーを回収して温度を下げる第１の冷却装置をさらに備えたことを特徴とする請求項２または３に記載の高分子炭化水素の利用システム。
【請求項５】
前記第１の冷却装置から排出される前記有価ガスおよび有価油分の少なくとも一方を有価ガスと有価油分とに分離する分留装置をさらに備えたことを特徴とする請求項４に記載の高分子炭化水素の利用システム。
【請求項６】
前記分留装置から排出される前記有価ガスを冷却して製品ガスには不要な物質を除去する第２の冷却装置をさらに備えたことを特徴とする請求項５に記載の高分子炭化水素の利用システム。
【請求項７】
前記第２の冷却装置から排出される前記有価ガスを昇圧する送ガス装置をさらに備えたことを特徴とする請求項６に記載の高分子炭化水素の利用システム。
【請求項８】
前記第２の冷却装置で除去された前記不要な物質から炭素分を含む固形分を回収する炭素回収装置をさらに備え、
前記炭素回収装置で回収された炭素分を含む固形分を前記流動層燃焼炉に供給して燃焼させることを特徴とする請求項６または７に記載の高分子炭化水素の利用システム。
【請求項９】
前記流動層熱分解ガス化炉で発生した燃焼ガスを冷却する第３の冷却装置と、
前記第３の冷却装置により冷却された燃焼ガスから有害物質およびダストの少なくとも一方を除去する排ガス処理装置とを備えたことを特徴とする請求項２から８のいずれか一項に記載の高分子炭化水素の利用システム。
【請求項１０】
高分子炭化水素を利用するための炉の内部に液体高分子炭化水素原料を供給する原料供給ノズルであって、
前記液体高分子炭化水素原料を流通させる第１の流路と、
前記液体高分子炭化水素原料を分散させるための分散用ガスを流通させる第２の流路と、
前記第１の流路と前記第２の流路とを合流させて前記液体高分子炭化水素原料と前記分散用ガスとを混合して前記炉の内部に噴射する噴射部と、
を備えたことを特徴とする原料供給ノズル。
【請求項１１】
高分子炭化水素を利用するための炉の内部に液体高分子炭化水素原料を供給する原料供給ノズルであって、
前記液体高分子炭化水素原料を流通させる第１の流路を内部に有する内管と、
前記液体高分子炭化水素原料を分散させるための分散用ガスを流通させる第２の流路を内周面と前記内管の外周面との間に有する外管と、
前記第１の流路と前記第２の流路とを合流させて前記液体高分子炭化水素原料と前記分散用ガスとを混合して前記炉の内部に噴射する噴射部とを備えたことを特徴とする原料供給ノズル。
【請求項１２】
前記内管は、前記液体高分子炭化水素原料を前記外管の内部に噴出する流路出口を先端部に有することを特徴とする請求項１１に記載の原料供給ノズル。
【請求項１３】
前記外管は、前記液体高分子炭化水素原料と前記分散用ガスとの混合物を前記炉の内部に噴射する流路出口を先端部に有することを特徴とする請求項１２に記載の原料供給ノズル。
【請求項１４】
前記外管の流路出口は、軸方向と垂直な方向に延びる分岐流路により構成されることを特徴とする請求項１３に記載の原料供給ノズル。
【請求項１５】
前記外管は、前記液体高分子炭化水素原料と前記分散用ガスとの混合物の流れを垂直に反転させ、該混合物を前記分岐流路に導く閉止部を先端部に有することを特徴とする請求項１４に記載の原料供給ノズル。
【請求項１６】
前記内管の流路出口と前記外管の流路出口とを近接させたことを特徴とする請求項１３に記載の原料供給ノズル。
【請求項１７】
前記内管の流路出口と前記外管の流路出口とを離間させ、前記外管の内部に前記液体高分子炭化水素原料と前記分散用ガスとを混合する混合部を形成したことを特徴とする請求項１３に記載の原料供給ノズル。
【請求項１８】
前記外管は、前記混合部に連通する第２の流路を絞る絞り部を内周面に有することを特徴とする請求項１７に記載の原料供給ノズル。
【請求項１９】
熱分解ガス化炉において、高分子炭化水素の熱分解、ガス化、および改質を行い、有価ガスおよび有価油分の少なくとも一方を生成し、
燃焼炉において、前記熱分解ガス化炉で発生する炭素を含む残渣を含んだ可燃物を燃焼し、
前記燃焼炉の燃焼熱を少なくとも前記熱分解ガス化炉に供給し、
前記熱分解ガス化炉で生成される前記有価ガスおよび有価油分の少なくとも一方と、前記燃焼炉で発生する燃焼ガスとを分別回収することを特徴とする高分子炭化水素の利用方法。
【請求項２０】
流動層熱分解ガス化炉において、高分子炭化水素の熱分解、ガス化、および改質を行い、有価ガスおよび有価油分の少なくとも一方を生成し、
流動層燃焼炉において、該流動層熱分解ガス化炉で発生する炭素を含む残渣を含んだ可燃物を燃焼し、
前記流動層燃焼炉の燃焼熱を少なくとも前記流動層熱分解ガス化炉に供給し、
前記流動層熱分解ガス化炉で生成される前記有価ガスおよび有価油分の少なくとも一方と、前記流動層燃焼炉で発生する燃焼ガスとを分別回収し、
流動媒体を前記流動層熱分解ガス化炉から前記流動層燃焼炉に前記残渣とともに移動させ、
前記流動媒体を前記流動層燃焼炉から前記流動層熱分解ガス化炉に移動させて前記流動層燃焼炉から前記流動層熱分解ガス化炉に顕熱を移動させることを特徴とする高分子炭化水素の利用方法。
【請求項２１】
前記流動層熱分解ガス化炉には、前記高分子炭化水素として液体高分子炭化水素原料および固体高分子炭化水素原料の少なくとも一方を供給し、
前記流動層熱分解ガス化炉には、ガス化剤を供給し、
前記有価ガスおよび有価油分の少なくとも一方を製品ガスとして利用し、
前記流動層燃焼炉には、酸化剤を供給し、
前記流動層燃焼炉において、前記残渣を燃焼して前記流動媒体を高温化し、
前記燃焼ガスを前記有価ガスおよび有価油分の少なくとも一方と混合することなく前記流動層燃焼炉から排出し、
前記高温化された流動媒体を前記流動層燃焼炉から前記流動層熱分解ガス化炉に移動させて前記流動層燃焼炉から前記流動層熱分解ガス化炉に顕熱を移動させることを特徴とする請求項２０に記載の高分子炭化水素の利用方法。
【請求項２２】
前記流動層熱分解ガス化炉で生成される前記有価ガスおよび有価油分の少なくとも一方の熱エネルギーを回収して温度を下げ、
前記温度が下げられた有価ガスおよび有価油分の少なくとも一方を製品ガスとして利用することを特徴とする請求項２０または２１に記載の高分子炭化水素の利用方法。
【請求項２３】
前記温度が下げられた有価ガスおよび有価油分の少なくとも一方を有価ガスと有価油分とに分離し、
前記分離された有価ガスを製品ガスとして利用し、
前記分離された有価油分を製品油分として利用することを特徴とする請求項２２に記載の高分子炭化水素の利用方法。
【請求項２４】
前記分離された前記有価ガスを冷却して製品ガスには不要な物質を除去し、
前記不要な物質が除去された有価ガスを製品ガスとして利用することを特徴とする請求項２３に記載の高分子炭化水素の利用方法。
【請求項２５】
前記不要な物質が除去された有価ガスを昇圧し、
前記昇圧された有価ガスを製品ガスとして利用することを特徴とする請求項２４に記載の高分子炭化水素の利用方法。
【請求項２６】
前記除去された不要な物質から炭素分を含む固形分を回収し、
前記回収された炭素分を含む固形分を前記流動層燃焼炉に供給して燃焼させることを特徴とする請求項２４または２５に記載の高分子炭化水素の利用方法。
【請求項２７】
前記流動層熱分解ガス化炉で発生した燃焼ガスを冷却し、
前記冷却された燃焼ガスから有害物質およびダストの少なくとも一方を除去することを特徴とする請求項２０から２６のいずれか一項に記載の高分子炭化水素の利用方法。
【請求項２８】
高分子炭化水素を利用するための炉の内部に液体高分子炭化水素原料を供給する原料供給方法であって、
前記液体高分子炭化水素原料を第１の流路に流通させ、
前記液体高分子炭化水素原料を分散させるための分散用ガスを第２の流路に流通させ、
前記第１の流路と前記第２の流路とを合流させて前記液体高分子炭化水素原料と前記分散用ガスとを混合して前記炉の内部に噴射することを特徴とする原料供給方法。
【請求項２９】
高分子炭化水素を利用するための炉の内部に液体高分子炭化水素原料を供給する原料供給方法であって、
内管の内部に形成された第１の流路に前記液体高分子炭化水素原料を流通させ、
外管の内周面と前記内管の外周面との間に形成された第２の流路に前記液体高分子炭化水素原料を分散させるための分散用ガスを流通させ、
前記第１の流路と前記第２の流路とを合流させて前記液体高分子炭化水素原料と前記分散用ガスとを混合して前記炉の内部に噴射することを特徴とする原料供給方法。
【請求項３０】
前記内管の先端部に設けられた流路出口から前記液体高分子炭化水素原料を前記外管の内部に噴出することを特徴とする請求項２９に記載の原料供給方法。
【請求項３１】
前記外管の先端部に設けられた流路出口から前記液体高分子炭化水素原料と前記分散用ガスとの混合物を前記炉の内部に噴射することを特徴とする請求項３０に記載の原料供給方法。
【請求項３２】
前記外管の流路出口は、軸方向と垂直な方向に延びる分岐流路により構成されることを特徴とする請求項３１に記載の原料供給方法。
【請求項３３】
前記外管の先端部に形成された閉止部により前記液体高分子炭化水素原料と前記分散用ガスとの混合物の流れを垂直に反転させ、該混合物を前記分岐流路に導くことを特徴とする請求項３２に記載の原料供給方法。
【請求項３４】
前記内管の流路出口と前記外管の流路出口とを近接させたことを特徴とする請求項３１に記載の原料供給方法。
【請求項３５】
前記内管の流路出口と前記外管の流路出口とを離間させ、前記外管の内部に前記液体高分子炭化水素原料と前記分散用ガスとを混合する混合部を形成したことを特徴とする請求項３１に記載の原料供給方法。
【請求項３６】
前記外管の内周面に設けられた絞り部により前記混合部に連通する第２の流路を絞ることを特徴とする請求項３５に記載の原料供給方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高分子炭化水素等を利用するためのシステムおよび方法に係り、特に高分子炭化水素原料を熱分解ガス化装置でガス化し、発生した生成ガスを改質して合成ガスを生成するか、または高分子炭化水素原料を軽質化して軽質留分を生成する高分子炭化水素の利用システムおよび方法に関するものである。また、本発明は、高分子炭化水素を利用するための炉の内部に液体高分子炭化水素原料を供給する原料供給ノズルおよび原料供給方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
低品位な高分子炭化水素を有価なものに転換して有効に利用する方法として、高分子炭化水素原料を熱分解・ガス化して有価な合成ガスを製造する方法と、高分子炭化水素原料を軽質化して有価な油分を回収する方法などが知られている。また、ピッチ等の重質炭化水素をガス化して合成ガスを製造し、この合成ガスを動力回収に利用するシステムも知られている（例えば、特許文献１参照）。さらに、原料重質炭化水素を改質する触媒を利用して重質炭化水素を水蒸気ガス化しようという試みもなされている。一方、重質炭化水素から油分を回収する方法としては、外熱方式により原料重質炭化水素を熱分解・ガス化する方法が知られている。
【０００３】
高分子炭化水素原料を熱分解・ガス化して合成ガスを製造する方法としては、高分子炭化水素原料を部分燃焼させて、合成ガスを製造する方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。この部分酸化によって高分子炭化水素をガス化する方法では、高分子炭化水素の一部を燃焼してガス化に必要な熱を作り出している。このような部分燃焼を用いたシステムでは、ガス化によって生じる生成ガスと、ガス化のための熱を作り出すための燃焼によって生じる燃焼ガスとが混合し、水素や一酸化炭素などの有価ガスが二酸化炭素などのあまり価値のないガスで希釈されたガスとなる。また、酸化剤として空気のように酸素以外の不活性ガスを含むガスを用いると、この不活性ガスによっても水素や一酸化炭素が希釈されてしまう。したがって、有価ガスの濃度を高くするために純酸素が用いられる。しかしながら、純酸素の製造コストは高いため、純酸素を使用するとランニングコストが相対的に高くなってしまう。
【０００４】
また、上述したように、重質炭化水素をガス化して合成ガスを製造するために、重質炭化水素の改質に有用な触媒を利用して重質炭化水素を水蒸気ガス化しようという試みもなされている。図１は、触媒を利用した重質炭化水素の水蒸気改質システムの一例を示す模式図である。従来の水蒸気改質システムは、触媒改質装置（水蒸気改質装置）６００と、重質な炭化水素を加熱昇温し、特に高分子の重質な油分を熱分解させるなどしてから触媒改質装置６００に供給するための熱分解炉６１０とを備えている。熱分解炉６１０は、１０００℃〜１２００℃の外熱式の炉であり、原料炭化水素と水蒸気が流れる熱交換チューブ６１２を内部に備えている。しかしながら、この熱交換チューブ６１２内で原料炭化水素がコーキングを起こしやすいことから現在のところ実用化に至っていない。
【０００５】
上述したように、高分子炭化水素を有効に利用する方法として、合成ガスを製造するのでなく、高分子炭化水素原料を軽質化する方法（ビスブレイカーなど）も知られている。従来の高分子炭化水素の軽質化システムは、熱分解ガス化を行うための比較的単純な構成の炉によって高分子炭化水素の軽質化を行い、油分を回収するものである。しかしながら、従来のシステムでは、高分子炭化水素原料中に炭素分が多く含有されていると、高い油分回収効率が得られないという問題があった。
【０００６】
【特許文献１】特開平４−３５３２２５号公報
【特許文献２】特開昭５８−０３６９０２号公報
【特許文献３】国際公開第９９／３１２０２号パンフレット
【特許文献４】国際公開第２００３／０２９３９０号パンフレット
【特許文献５】国際公開第２００４／０１６７１６号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、低品位な高分子炭化水素を有価なガスや有価な油等に転換するために熱分解、ガス化、軽質化を行うシステムにおいて、高分子炭化水素原料中の炭素を含む残渣やその他の可燃物などを燃焼し、その燃焼熱を利用し、生成ガスと燃焼ガスを分別回収することで、より効率のよい高分子炭化水素の利用システムおよび方法を提供することを第１の目的とする。
【０００８】
また、本発明は、そのようなシステムに用いられる炉の内部に液体高分子炭化水素原料を効率よく供給することができる原料供給ノズルおよび原料供給方法を提供することを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の第１の態様によれば、高分子炭化水素等を有効利用するためのシステムが提供される。このシステムは、高分子炭化水素の熱分解、ガス化、および改質を行い、有価ガスおよび有価油分の少なくとも一方を生成する熱分解ガス化炉と、該熱分解ガス化炉で発生する炭素を含む残渣を含んだ可燃物を燃焼する燃焼炉とを備えている。上記燃焼炉の燃焼熱を少なくとも上記熱分解ガス化炉に供給し、上記熱分解ガス化炉で生成される上記有価ガスおよび有価油分の少なくとも一方と、上記燃焼炉で発生する燃焼ガスとを分別回収する。
【００１０】
本発明の第２の態様によれば、高分子炭化水素等を有効利用するためのシステムが提供される。このシステムは、高分子炭化水素の熱分解、ガス化、および改質を行い、有価ガスおよび有価油分の少なくとも一方を生成する流動層熱分解ガス化炉と、該流動層熱分解ガス化炉で発生する炭素を含む残渣を含んだ可燃物を燃焼する流動層燃焼炉とを備えている。上記流動層燃焼炉の燃焼熱を少なくとも上記流動層熱分解ガス化炉に供給し、上記流動層熱分解ガス化炉で生成される上記有価ガスおよび有価油分の少なくとも一方と、上記流動層燃焼炉で発生する燃焼ガスとを分別回収する。流動媒体を上記流動層熱分解ガス化炉から上記流動層燃焼炉に上記残渣とともに移動させ、上記流動媒体を上記流動層燃焼炉から上記流動層熱分解ガス化炉に移動させて上記流動層燃焼炉から上記流動層熱分解ガス化炉に顕熱を移動させる。
【００１１】
本発明の第３の態様によれば、高分子炭化水素を有効利用するための炉の内部に液体高分子炭化水素原料を供給する原料供給ノズルが提供される。この原料供給ノズルは、液体高分子炭化水素原料を流通させる第１の流路と、上記液体高分子炭化水素原料を分散させるための分散用ガスを流通させる第２の流路とを備えている。また、原料供給ノズルは、上記第１の流路と上記第２の流路とを合流させて上記液体高分子炭化水素原料と上記分散用ガスとを混合して上記炉の内部に噴射する噴射部を有している。
【００１２】
本発明の第４の態様によれば、高分子炭化水素を有効利用するための炉の内部に液体高分子炭化水素原料を供給する原料供給ノズルが提供される。この原料供給ノズルは、上記液体高分子炭化水素原料を流通させる第１の流路を内部に有する内管と、上記液体高分子炭化水素原料を分散させるための分散用ガスを流通させる第２の流路を内周面と上記内管の外周面との間に有する外管とを備えている。また、原料供給ノズルは、上記第１の流路と上記第２の流路とを合流させて上記液体高分子炭化水素原料と上記分散用ガスとを混合して上記炉の内部に噴射する噴射部を有している。
【００１３】
本発明の第５の態様によれば、高分子炭化水素等を有効利用するための方法が提供される。この方法によれば、熱分解ガス化炉において、高分子炭化水素の熱分解、ガス化、および改質を行い、有価ガスおよび有価油分の少なくとも一方を生成し、燃焼炉において、上記熱分解ガス化炉で発生する炭素を含む残渣を含んだ可燃物を燃焼する。上記燃焼炉の燃焼熱を少なくとも上記熱分解ガス化炉に供給し、上記熱分解ガス化炉で生成される上記有価ガスおよび有価油分の少なくとも一方と、上記燃焼炉で発生する燃焼ガスとを分別回収する。
【００１４】
本発明の第６の態様によれば、高分子炭化水素等を有効利用するための方法が提供される。この方法によれば、流動層熱分解ガス化炉において、高分子炭化水素の熱分解、ガス化、および改質を行い、有価ガスおよび有価油分の少なくとも一方を生成し、流動層燃焼炉において、該流動層熱分解ガス化炉で発生する炭素を含む残渣を含んだ可燃物を燃焼する。上記流動層燃焼炉の燃焼熱を少なくとも上記流動層熱分解ガス化炉に供給し、上記流動層熱分解ガス化炉で生成される上記有価ガスおよび有価油分の少なくとも一方と、上記流動層燃焼炉で発生する燃焼ガスとを分別回収する。流動媒体を上記流動層熱分解ガス化炉から上記流動層燃焼炉に上記残渣とともに移動させ、上記流動媒体を上記流動層燃焼炉から上記流動層熱分解ガス化炉に移動させて上記流動層燃焼炉から上記流動層熱分解ガス化炉に顕熱を移動させる。
【００１５】
本発明の第７の態様によれば、高分子炭化水素を有効利用するための炉の内部に液体高分子炭化水素原料を供給する原料供給方法が提供される。この方法によれば、上記液体高分子炭化水素原料を第１の流路に流通させ、上記液体高分子炭化水素原料を分散させるための分散用ガスを第２の流路に流通させる。上記第１の流路と上記第２の流路とを合流させて上記液体高分子炭化水素原料と上記分散用ガスとを混合して上記炉の内部に噴射する。
【００１６】
本発明の第８の態様によれば、高分子炭化水素を有効利用するための炉の内部に液体高分子炭化水素原料を供給する原料供給方法が提供される。この方法によれば、内管の内部に形成された第１の流路に上記液体高分子炭化水素原料を流通させ、外管の内周面と上記内管の外周面との間に形成された第２の流路に上記液体高分子炭化水素原料を分散させるための分散用ガスを流通させる。上記第１の流路と上記第２の流路とを合流させて上記液体高分子炭化水素原料と上記分散用ガスとを混合して上記炉の内部に噴射する。
【００１７】
ここで、本明細書および特許請求の範囲における用語を以下のように定義する。「熱分解」とは、室温で、固体または液体の物質が、温度が高くなって、原子間の結合が切れる現象、または高分子の物質が低分子の複数の物質に分かれる現象をいう。例えば、有機系固体物質が水、灰、炭素含有固体物質、有機系液体物質、および気体物質となる反応、有機系液体物質が有機系液体物質、炭素含有固体物質、および気体物質となる反応などが含まれる。例えば、バイオマスの熱分解温度は、ヘミセルロース１８０℃、セルロース２４０℃、リグニン２８０℃であり、プラスチックの熱分解温度は、ＨＤＰＥ３９０℃、ＬＤＰＥ３７０℃、ＰＰ３４０℃、ＰＳ３１０℃、ＰＶＣ２１０℃である。
【００１８】
「ガス化」とは、固体または液体が他の物質と反応して、ガスになる現象、または固体または液体が熱分解によりガスになる現象をいう。例えば、水性ガス反応（Ｃ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ＋Ｈ２）、ブドワール反応（Ｃ＋ＣＯ２→２ＣＯ２）、燃焼反応（Ｃ＋Ｏ２→ＣＯ２）、部分燃焼反応（Ｃ＋１／２Ｏ２→ＣＯ）、有機系固体物質が水、灰、炭素含有固体物質、有機系液体物質、および気体物質となる反応、有機系液体物質が有機系液体物質、炭素含有固体物質、および気体物質となる反応などが含まれる。
【００１９】
「クラッキング」または「軽質化」とは、液体の温度が高くなって、原子間の結合が切れる現象、または高分子の物質が低分子の複数の物質に分かれる現象をいう。例えば、有機系液体物質が有機系液体物質、炭素含有固体物質、および気体物質となる反応などが含まれる。また、「改質」とは、物質が何かと反応または熱分解するなどして変質することをいい、熱分解、ガス化、クラッキング、軽質化の概念を含むものである。例えば、有機系液体物質が有機系液体物質、炭素含有固体物質、気体物質となる反応、水性ガスシフト反応（ＣＯ＋Ｈ２Ｏ→Ｈ２＋ＣＯ２、Ｈ２＋ＣＯ２→ＣＯ＋Ｈ２Ｏ、ＣＯ＋Ｈ２Ｏ⇔Ｈ２＋ＣＯ２）、メタネーション反応（２ＣＯ＋２Ｈ２→ＣＨ４＋ＣＯ２）、メタン水蒸気改質反応（ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ２）、エチレン水蒸気改質反応（Ｃ２Ｈ４＋２Ｈ２Ｏ→２ＣＯ＋４Ｈ２）、Ｃ１０Ｈ８水蒸気改質反応（Ｃ１０Ｈ８＋１０Ｈ２Ｏ→１０ＣＯ＋１４Ｈ２）、メタン化反応（ＣＯ２＋３Ｈ⇔ＣＨ４＋２Ｈ２Ｏ、ＣＯ＋３Ｈ２Ｏ⇔ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ）などが含まれる。
【００２０】
「熱分解・ガス化」または「熱分解ガス化」とは、熱分解とガス化の両方が起こる現象をいう。「高分子炭化水素」または「重質炭化水素」「重質炭化水素」とは、炭素と水素が高分子結合している物質をいい、石炭、油、石油、石油残渣、タール、ピッチ、化石燃料、プラスチック、廃プラスチック、バイオマス、廃棄物などが含まれる。
【００２１】
「ガス化炉」とは、ガス化が行われる炉をいう。「ガス化室」は「ガス化炉」と同義であるが、複数のガス化炉を統合する１つの炉がある場合、統合される複数のガス化炉をガス化室と称することがある。「熱分解ガス化炉」とは、熱分解とガス化が行われる炉または熱分解によるガス化が行われる炉をいい、燃焼が行われることもある。「熱分解ガス化室」は「熱分解ガス化炉」と同義であるが、複数の熱分解ガス化炉を統合する１つの炉がある場合、統合される複数の熱分解ガス化炉を熱分解ガス化室と称することがある。「燃焼炉」とは、燃焼が行われる炉をいう。「燃焼室」は「燃焼炉」と同義であるが、複数の燃焼炉を統合する１つの炉がある場合、統合される複数の燃焼炉を燃焼室と称することがある。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、ガス分離型のガス化炉を使用することで生成ガスを燃焼ガスで希釈することなく高分子炭化水素を熱分解ガス化し、得られた生成ガスを触媒を用いて改質することで水素と一酸化炭素を主成分とする合成ガスとすることができる。従来技術に比べて低温での熱分解ガス化とタール分を含む生成ガスを触媒を利用して改質することで、熱分解工程での炭素析出による閉塞などのトラブルを回避しつつ、合成ガスの製造が可能となる。また、高分子炭化水素を熱分解ガス化炉で軽質化し、軽質留分を回収することもできる。さらに、高分子炭化水素をバイオマスや廃棄物などの他の原料と同時に処理することも可能である。特に流動層熱分解ガス化炉を用いることで、固体原料であっても液状化や粉砕などの特別な前処理を施すことなく供給できるという利点がある。このように、重質炭化水素と産業廃棄物さらには一般廃棄物を含めた廃棄物や各種燃料を合わせて処理することで、コンビナート内で発生する物質を有効に利用して資源化できる。したがって、コンビナートにおけるゼロエミッションの実現の一助となるばかりでなく、省資源、二酸化炭素排出量の削減など環境負荷低減にも寄与できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明に係る高分子炭化水素の利用システムの実施形態について図２から図１６を参照して詳細に説明する。なお、図２から図１６において、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
【００２４】
図２は、本発明の第１の実施形態における重質炭化水素の利用システムの構成例を示す概略図である。図２に示すように、高分子炭化水素の利用システムは、供給された原料を熱分解・ガス化する熱分解ガス化装置１と、熱分解ガス化装置１で生成された生成ガスＧ１の集塵を行う集塵装置２と、集塵装置２からの生成ガスＧ２を改質する水蒸気改質装置３と、水蒸気改質装置３からの改質ガスＧ３を冷却する第１の冷却装置４と、冷却されたガスＧ４を誘引または圧縮して合成ガスＧＰを製品ガスとして需要先に供給する送ガス装置５とを備えている。また、高分子炭化水素の利用システムは、熱分解ガス化装置１で発生した熱分解ガス化残渣を燃焼した燃焼ガスＧ５を冷却する第２の冷却装置７と、冷却されたガスＧ６中の有害物およびダストを除去し排出できるようにする排ガス処理装置８とを備えている。
【００２５】
熱分解ガス化装置１は、原料の炭素分を選択的に燃焼する燃焼炉としての燃焼室１０と、燃焼室１０での燃焼熱を熱源として原料の熱分解・ガス化を行う熱分解ガス化炉としてのガス化室１２とを備えている。ガス化室１２では、供給された高分子炭化水素の熱分解、ガス化、および改質を行い、有価ガスおよび有価油分の少なくとも一方が生成される。また、燃焼炉１０では、ガス化室１２で発生する炭素を含む残渣を含んだ可燃物を燃焼する。このように、ガス化室１２と燃焼室１０を分離して有することで、ガス化室１２での熱分解ガス化によって生じる生成ガスと、熱分解ガス化によって生じる残渣の燃焼室１０での燃焼によって生じる燃焼ガスとを混合することなく分離して取り出すことができる。すなわち、原料の熱分解ガス化によって生じる生成ガスが残渣の燃焼ガスによって希釈されることがないことから、高濃度の生成ガスを得ることができる。
【００２６】
熱分解ガス化装置１においては、流動媒体を有する流動層を用いるのが好ましい。これは、流動層を用いることで、均一な温度下で短時間に原料が加熱され、熱分解されるので、コーキングを起こしにくくなる利点があるからである。また、流動媒体とともに熱分解ガス化残渣を移動させることで、単独では輸送しにくい炭素分を容易に燃焼室１０に移動させることが可能となる。すなわち、図１に示す従来技術の課題であった熱分解工程（熱分解炉６１０）でのコーキングを防止することができる。また、生成する炭素分を速やかにガス化室１２から移動させ、燃焼室１０で燃焼し、その燃焼熱で高温となった流動媒体がガス化室１２に再循環することで熱分解ガス化反応に必要な熱を供給することができる。したがって、外部から加熱のための燃料を供給する必要がなくなり省資源化を図ることができる。
【００２７】
さらに好ましくは、熱分解ガス化装置１を内部循環流動床ガス化炉により構成するのがよい。内部循環流動床ガス化炉は、ガス化室と燃焼室の間の流動媒体および流動媒体とともに移動する物質の移動が容易な装置であるため、上述した流動層を利用することによる利点がより顕著となり、高効率で熱分解ガス化することが可能となる。
【００２８】
ここで、熱分解ガス化装置１に投入される高分子炭化水素原料は、石油精製プロセスや石油化学プロセスで発生する残渣油などの液体状原料２０と、廃棄物などを含む固体状原料２２とを含んでいる。例えば、石油精製プロセスで発生する残渣油として、常圧蒸留の残渣油や減圧蒸留の残渣油、水素化分解プロセスから排出される残油などが挙げられ、石油化学プロセスで発生する残渣油として、エチレン製造プロセスで発生する分解重油などが挙げられる。また、固体状原料２２としては、一般廃棄物（都市ごみ）や廃プラスチック、汚泥、石油精製プロセスや石油化学プロセスから発生するタンクスラッジなどの各種産業廃棄物が挙げられる。また、オリノコタールやビチューメン褐炭などの低品位化石原料、石炭および石油コークスなども原料として用いることができる。
【００２９】
これらの液体状原料２０および固体状原料２２は、熱分解ガス化装置１のガス化室１２に供給され、ガス化室１２内で３００℃〜９００℃の温度で熱分解・ガス化される。この熱分解・ガス化において、原料は加熱され、水素、一酸化炭素、メタン等の炭素数１〜３の炭化水素などを含むガス分と、ガソリン留分、ナフサ留分、灯油留分、軽油留分等の軽質油分や芳香族系の油分など比重が０．７〜１．１の炭素数４以上の炭化水素からなる油分と、原料中の固定炭素分と灰分からなる固形分（熱分解残渣）とに分解される。ガスと軽質油分との比率は原料の種類や温度、ガス化剤の種類などの反応条件によって変化する。
【００３０】
本実施形態では、上述したように固体状原料を用いてもよく、熱分解ガス化装置１としては、このような固体状原料を熱分解・ガス化できる内部循環流動床ガス化炉を用いることが好ましい。また、内部循環流動床ガス化炉は、固体・液体にかかわらず、原料中のガス化しにくい重質分を分離し、燃焼室で燃焼させることができる点でも効果的である。
【００３１】
図３は、熱分解ガス化装置１を示す模式図である。図３に示すように、熱分解ガス化装置１は、原料の熱分解・ガス化を行うガス化室１２と、チャー燃焼を行う燃焼室１０と、熱回収を行う熱回収室１４とを備えている。これらのガス化室１２、燃焼室１０、熱回収室１４は、例えば、全体が円筒形または矩形を成した炉体内に収納されている。
【００３２】
ガス化室１２、燃焼室１０、熱回収室１４は仕切壁１６，１８，２０，２２，２４で分割されており、それぞれの底部に流動媒体を含む濃厚層である流動床が形成されている。各室１２，１０，１４の流動床の流動媒体を流動させるために、各室１２，１０，１４の炉底には、流動媒体中に流動化ガスＦを吹き込む散気装置が設けられている。各散気装置から吹き込まれた流動化ガスの流動化速度は、流動化開始速度以上の流動化速度を有するようにされる。
【００３３】
この散気装置は、例えば炉底に配列したノズルを含んで構成されるが、炉底部に敷かれた例えば多孔板や、流動層内に浸漬させた散気管方式のノズルを含んで構成されていてもよい。散気装置は、炉下の風箱を複数に分割するか、各ノズルごとに流量を可変とすることにより、各室内の各領域の空塔速度を独立して制御できるようにする。空塔速度が室の各領域で異なるので、各室内の流動媒体も室の各部で流動状態が異なり、そのため各室内に流動媒体の旋回流が形成される。
【００３４】
また、仕切壁１６，１８，２０，２２，２４を隔てて隣り合う各室の流動化ガスＦの流速を変化させることにより、隣り合う室の炉床間の圧力に差を生じさせている。この圧力差の存在により、仕切壁の開口部２６，２８，２９を通じて、各室の間を流動媒体が循環する内部循環流が形成される。図３において、散気装置に示す白抜き矢印の大きさは、吹き出される流動化ガスＦの流速の大きさを示している。例えば、１０ｂで示す箇所の太い矢印は、この箇所の流速が１０ａで示す箇所の流速よりも大きいことを示している。
【００３５】
ここで、流動床は、その鉛直方向下方部にある、流動化ガスにより流動状態に置かれている流動媒体（例えば珪砂）を濃厚に含む濃厚層と、その濃厚層の鉛直方向上方部にある流動媒体と多量のガスが共存し、流動媒体が勢いよくはねあがっているスプラッシュゾーンとからなる。流動床の上方すなわちスプラッシュゾーンの上方には流動媒体をほとんど含まずガスを主体とするフリーボード部がある。
【００３６】
ガス化室１２に投入された原料は、流動媒体から熱を受け、熱分解・ガス化される。典型的には、原料はガス化室１２では燃焼せず、熱分解（いわゆる乾留）され、ガス分と油分と固体分とに分かれる。さらに、熱分解によって生成したガスや油分の一部が水蒸気や二酸化炭素によってガス化される場合もある。これを熱分解・ガス化と表している。ガス化室１２で生成した炭素分を含む固形分（熱分解残渣）のほとんどは、流動媒体とともに仕切壁１１の下部にある開口部２６から燃焼室１０に流入する。このようにしてガス化室１２から導入された熱分解残渣は燃焼室１０で燃焼され、その燃焼熱で流動媒体は加熱される。
【００３７】
燃焼室１０で熱分解残渣の燃焼熱によって加熱された流動媒体の一部は仕切壁１８の上端を越えて熱回収室１４に流入し、熱回収室１４内の層内伝熱管２７で収熱され、冷却された後、再び仕切壁１８の下部開口２８を通って燃焼室１０に流入する。そして、燃焼室１０で加熱された流動媒体は、仕切壁２２の上端を越えた後、仕切壁２４の下部にある開口部２９からガス化室１２に流入し、流動媒体とともに燃焼室１０からガス化室１２に顕熱が移動する。
【００３８】
ここで、仕切壁２２の存在により、燃焼室１０内に仕切壁２４の下部にある開口部２９に向かって流動媒体が下降して流れる領域（流動媒体沈降領域）が形成されるが、この仕切壁２２は必ずしも必要ではない。すなわち、仕切壁２２がなくても、開口部２９近傍で圧力が高くなっていれば、開口部２９へ向かう流動媒体の下降流が形成されて、開口部２９を介して流動媒体を燃焼室１０からガス化室１２へ移動させることが可能であるため、仕切壁２２を設けなくてもよい。
【００３９】
ただし、仕切壁２２を設け、流動媒体沈降領域を積極的に形成することにより、燃焼室１０からガス化室１２へ移動する流動媒体の量に関する制御性をより高めることが可能である。これは、図３に示すような内部循環流動床ガス化炉における流動媒体の各室間の移動は、各仕切壁の両側近傍の流動化ガスＦの供給量の相対的な差によって生じるためである。すなわち、仕切壁の両側近傍に設置された散気装置から供給される流動化ガスＦの量を変化させると、仕切壁の開口部を介して両室間を移動する流動媒体の量が変わる。この特性を利用して両室を移動する流動媒体の量、すなわち流動媒体の循環量を制御することができる。この場合、開口部のある仕切壁の流動媒体の流れの上流側近傍に別の仕切壁（図３では、仕切壁２４に対して仕切壁２２）を設け、流動媒体をその別の仕切壁（仕切壁２２）を飛び越えて２つの仕切壁間（仕切壁２２と仕切壁２４の間）に一度堆積させ、この仕切られた領域、すなわち流動媒体沈降領域の流動化を緩慢にすることで、積極的な流動媒体の下降流を流動媒体沈降領域に形成させる。そして、流動媒体沈降領域に供給される流動化ガスＦの量を仕切壁（仕切壁２４）の下流側に供給される流動化ガスＦの量よりも相対的に小さくすることで、流動媒体は燃焼室１０からガス化室１２に移動する。このとき、流動化ガスＦの供給量を相対的に変化させることで、流動媒体の移動量を制御することが可能となる。
【００４０】
また、炉底近傍に開口部が形成された仕切壁で隔てられた２室の間で、流動媒体を移動させるために、仕切壁の開口部周辺の炉底、もしくは、炉底近傍において、流動媒体を移動させたい方向に向けて、流動化ガスＦなどを強く吹くガス供給ノズルを設置してもよい。
【００４１】
熱分解ガス化装置１のガス化室１２で生じた生成ガスＧ１は、集塵装置２で集塵される。集塵装置２としては、サイクロン、セラミックフィルタ、移動床式集塵器、オイルスクラバなどを用いることができる。また、複数の集塵装置を多段に設けてもよく、例えば、集塵装置２として複数のサイクロンを設けることによって、細かい粒子を捕捉することができる。また、サイクロンとセラミックフィルタ、サイクロンとオイルスクラバといった複数の種類の集塵装置を組み合わせて設けてもよい。
【００４２】
ここで、オイルスクラバの運転温度は２００℃〜５００℃程度であり、比較的低温である。したがって、ガス化室１２の温度が高温（例えば、５００℃以上）であり、生成ガスＧ１の温度が高い場合に、集塵装置２としてオイルスクラバを用いて気液接触を行うと、生成ガスＧ１の顕熱の多くが失われてしまう。しかしながら、ガス化室１２の温度が低温（例えば、３００℃〜５００℃程度）であり、生成ガスＧ１の温度が低い場合には、生成ガスＧ１中の顕熱ロスはほとんどない。
【００４３】
また、集塵装置２をサイクロン、セラミックフィルタ、または移動床式集塵器により構成した場合には、生成ガスＧ１の温度が５００℃以上と高温である場合でもそのまま使用することができるので、生成ガスＧ１中の顕熱ロスを抑えたい場合には、サイクロン、セラミックフィルタ、または移動床式集塵器が有効である。
【００４４】
ここで、生成ガスＧ１に同伴する炭素分は細かい微粒子状であることが多いため、サイクロンのような慣性集塵器では除去しきれないことが多い。集塵装置２としてオイルスクラバを用いる場合、炭素分が疎水性であることから、炭素分をオイルスクラバの循環洗浄油に容易に捕捉することができる。
【００４５】
ガス化室１２で発生する油分は、後段の水蒸気改質装置３において分解およびガス化すれば、最終製品である合成ガスＧＰの収率を上げることができる。炭化水素の改質触媒として知られているものには、タールのような油分の分解が可能な触媒と不可能な触媒とがある。オイルスクラバを用いると、熱分解・ガス化工程で発生して生成ガスＧ１に同伴する油分の多くが捕捉され除去されてしまうため、水蒸気改質装置３において油分の分解・ガス化が可能な触媒を用いる場合には、オイルスクラバを集塵装置２に用いることは好ましくない。これに対して、油分、特に芳香族系など重質な油分を分解・ガス化できない触媒を水蒸気改質装置３で用いる場合には、集塵装置２としてオイルスクラバを用いて炭素分と灰分のみならず、油分の多く、特に重質な油分を除去した生成ガスＧ２を水蒸気改質装置３に供給することが好ましい。
【００４６】
また、集塵装置２としてオイルスクラバを用いた場合には、供給された原料２０，２２の熱を熱分解ガス化装置１で無駄なく利用するために、オイルスクラバの洗浄油中に捕捉された炭素分を分離・回収して、熱分解ガス化装置１の熱源として用いてもよい。すなわち、生成ガスＧ１の洗浄により、生成ガスＧ１に同伴する炭素分、灰分、およびタール分はオイルスクラバの洗浄油に捕捉されるため、洗浄後の洗浄油の一部を抜き出し、固形分Ｓ（炭素分および灰分）を分離して熱分解ガス化装置１、好ましくは熱分解ガス化装置１の燃焼室１０に供給し、システム内で循環させることができる。あるいは、洗浄油の余剰分を抜き出し、固形分Ｓを分離して熱分解ガス化装置１（好ましくは燃焼室１０）に供給してもよい。なお、洗浄後の洗浄油から固形分Ｓを分離する装置としては、液体サイクロンやフィルタープレス、あるいは固定床濾過方式を採用した回収装置などを用いることができる。
【００４７】
図４は、集塵装置２としてのオイルスクラバの洗浄油から固形分Ｓを分離するための回収装置１００の一例を示す模式図である。この回収装置１００は、固定床濾過方式を採用した回収装置であり、並列に設けられた２つの濾過塔１１０，１１０を備えている。濾過塔１１０には、回収媒体、例えば砂が充填されており、オイルスクラバからの洗浄油の一部が濾過塔１１０の上部から回収媒体層１１２に供給される。これにより、洗浄油中に含まれる固形分Ｓが回収媒体（砂）に捕捉され、濾過塔１１０の下部からは清浄な洗浄油が排出され、オイルスクラバの洗浄油循環ラインに戻される。
【００４８】
回収媒体層１１２に捕捉された固形分Ｓを回収するために、回収媒体層１１２中の固形分Ｓの濃度が高くなったときに、砂を抜き出し、回収媒体とともに捕捉、回収した固形分Ｓを回収装置１００から排出する。ここで、回収媒体層１１２の前後の圧力差を圧力検出器１１４で測定して、回収媒体層１１２中の固形分Ｓの濃度の上昇を監視することが好ましい。
【００４９】
回収媒体を抜き出した後の回収装置１００には、新たな回収媒体を回収媒体層１１２に充填して使用する。図４に示す例では、２つの濾過塔１１０，１１０が設けられており、これらを交互に切り替えて使用することで連続的に固形分Ｓの回収が可能となっている。抜き出された砂は熱分解ガス化装置１に供給される。回収媒体には、砂、活性炭などの粒子を用いるのがよい。特に、回収媒体（砂）を熱分解ガス化装置１における流動媒体と同一の媒体とし、熱分解ガス化装置１に付設される流動媒体の循環系に回収装置１００を組み込むこともできる。
【００５０】
上述した集塵装置２により炭素分および灰分の一部が除去された生成ガスＧ２は、次に水蒸気改質装置３に送られ、この水蒸気改質装置３で改質される。図５は、水蒸気改質装置３を示す模式図である。図５に示す水蒸気改質装置３は、固定触媒床からなるものである。図５に示すように、水蒸気改質装置３には、生成ガスＧ２と、生成ガスＧ２の一部を燃焼するための酸素または酸素含有ガスと、改質反応に必要な水蒸気とが供給される。
【００５１】
この水蒸気改質装置３では、以下の（１）〜（３）に示す反応、すなわち油分等の炭化水素の熱分解（クラッキング）反応（１）と、炭化水素の熱分解で生じる炭素分の水蒸気ガス化反応（２）と、水性ガスシフト反応（３）と、反応（４）とが起こる。
ＣｎＨｍ→ｘＨ２＋ｙＣＨ４＋・・・（炭化水素）・・・＋ｚＣ    ・・・（１）
Ｃ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ＋Ｈ２    ・・・（２）
ＣＯ＋Ｈ２Ｏ→Ｈ２＋ＣＯ２    ・・・（３）
ＣαＨβ＋γＨ２Ｏ→ｐＣＯ＋ｑＨ２    ・・・（４）
【００５２】
ここで、触媒層３０の温度は、触媒層３０での上記（１）〜（４）に示す反応を促進させ、かつ、生成ガスＧ２に同伴する灰分の溶融が起こらない温度範囲にすることが好ましく、具体的には９００℃〜１２００℃程度が好ましい。
【００５３】
水蒸気改質装置３に供給される酸素の量は、固定層３０の温度を維持するために必要な生成ガスＧ２の燃焼量によって決まるが、固定層３０中の温度および／または水蒸気改質装置３の反応器の出口近傍の改質ガスＧ３の温度を温度検出器３２および／または温度検出器３４で測定し、これが所定の温度（例えば９５０℃以上、１１５０℃以下）になるように酸素の供給量および酸素濃度を調整する制御装置３６を設けることが好ましい。
【００５４】
上述したように、熱分解ガス化装置１として用いられる内部循環流動床ガス化炉は、固体をはじめとして、様々な種類の原料をガス化することができ、また、投入された原料の重質分を除去する機能を有する。したがって、原料が変動することにより、水蒸気改質装置３に供給される生成ガスＧ２中に含まれる炭素分が変動することが考えられる。このため、生成ガスＧ２中に含まれる炭素分の変動に応じて、水蒸気改質装置３に供給する水蒸気の量を制御することが好ましい。
【００５５】
例えば、上記（３）の反応式で表される水性ガスシフト反応において、水蒸気の供給量が大量にある場合には、水素が多く発生し、水蒸気の量が少なければ水素はあまり発生しない。したがって、改質ガスＧ３に求められるＨ２とＣＯの比に応じて、供給する水蒸気の量を調整することで、ガス成分を調整することが可能である。また、水蒸気改質装置３の出口近傍の改質ガスＧ３の組成を連続的に測定する成分分析器３８を設けてもよい。すなわち、（１）〜（４）式の反応は温度と成分濃度に依存するため、操作条件としての触媒層３０の温度および改質ガスＧ３の温度を温度検出器３２および温度検出器３４で、また改質ガスＧ３の組成を成分分析器３８でそれぞれ測定し、求められる改質ガスＧ３の組成となるように、供給する水蒸気の量を制御装置３６により調整してもよい。あるいは、原料の処理量を可変にすることができれば、原料の供給量を変化させて、改質ガスの組成を調整してもよい。例えば、ＣＨ４の濃度の上昇は、改質反応が十分に進んでいないことを示すため、上述した温度検出器３２，３４を用いた制御のみではＣＨ４の濃度が十分に低下しない場合には、ガス化室１２に供給される流動化ガスまたは水蒸気改質装置３に供給されるガス化剤としての水蒸気の量を増やして、ＣＨ４の濃度が低下するように制御することができる。このように、原料（原料中の炭素量）が変動したとしても、それに付随して投入するガス化剤の量が調整されるため、無駄に水蒸気を投入する必要がない。また、供給する水蒸気の量を随時変化させているので、水蒸気改質装置３でのコーキングなどを防止することができる。
【００５６】
水蒸気改質装置３における触媒としては、クラッキング用の触媒として流動床接触分解触媒（ＦＣＣ触媒）に代表されるようなゼオライト（含水アルミノケイ酸塩）や水蒸気ガス化触媒としてＮｉやＣｏを担持したアルミナなどを用いることができる。なお、これらの触媒の中には、特に芳香族系などの重質炭化水素の分解・ガス化には適していないものがある。また、上述した触媒においては、生成ガス中の硫黄化合物が触媒機能を失活させる触媒毒となることから、生成ガス中の硫黄化合物の濃度をあらかじめ１ｐｐｍ以下、好ましくは０．２ｐｐｍ以下にまで下げておく必要がある。これらの問題を克服した触媒としては、炭化水素のクラッキング（熱分解）に有用なアルミナ−カルシア触媒（例えば、特公昭５５−４２９２４号公報参照）や、水蒸気ガス化に有用なアルミナ−カルシア−ニッケル触媒（例えば、特公昭５６−２４５７６号公報参照）がある。これらの触媒は、芳香族系などの重質炭化水素の分解・ガス化を可能にするとともに、硫黄化合物が完全に除去できていないガスであっても触媒が被毒されることなく、熱分解およびガス化の機能を果たす。ここで、炭化水素のクラッキング（熱分解）に有用な触媒と水蒸気ガス化に有用な触媒を組み合わせて使用することもできる。
【００５７】
ところで、図１に示すような従来の水蒸気改質装置６００を使用する場合、水蒸気改質装置６００の前段に熱分解炉６１０を設け、熱分解炉６１０で原料を１次熱分解した後、水蒸気改質装置６００に供給していた。このような水蒸気改質装置６００においては、原料の重質分が縮合して固体状の炭素が析出する傾向が強いため、この析出を抑制するために、水蒸気改質装置６００に供給される水蒸気（ガス化剤）と供給される炭素のモル比（Ｓ／Ｃ）を高くする必要がある。したがって、水蒸気の使用量が多くなり、水蒸気改質装置６００の温度を上げるために必然的に多くの酸素が必要となる。これに対して、本実施形態では、上述したように、水蒸気改質装置３の前段に熱分解ガス化装置１としての内部循環流動床ガス化炉を設けているので、内部循環流動床ガス化炉で原料の重質分を除去することができる。このため、水蒸気改質装置３の負荷を低減することが可能となる。
【００５８】
水蒸気改質装置３で改質された改質ガスＧ３は、後段の送ガス装置５に送られる前にその温度を下げて改質ガスＧ３中の水分を除去するために、第１の冷却装置４に送られ、ここで冷却される。第１の冷却装置４としては、ボイラ、エコノマイザ、原料予熱熱交換器、ガス化剤予熱熱交換器、酸化剤予熱熱交換器、水スクラバ、オイルスクラバなどを用いることができる。また、改質ガスＧ３中の水分を除去するため、９００℃〜１２００℃の改質ガスＧ３を、１００℃以下、好ましくは５０℃以下まで冷却することが好ましい。
【００５９】
また、第１の冷却装置４としては、ボイラ、原料予熱熱交換器、水スクラバなどを組み合わせて用いることもできる。例えば、９００℃〜１２００℃の改質ガスＧ３をボイラおよび原料予熱熱交換器で４００℃〜７００℃程度まで冷却した後、水スクラバで１００℃以下、好ましくは７０℃以下、さらに好ましくは５０℃以下まで冷却して、凝縮した水分が洗浄水として回収されるようにしてもよい。
【００６０】
ここで、冷却装置４として水スクラバを用いる場合には、改質ガスＧ３中に含まれる炭素分が洗浄水に捕捉されるので、集塵装置２のオイルスクラバにおける洗浄油と同様に、この洗浄水Ｗ１中の炭素分Ｓを回収装置６（図２参照）で分離・回収して、熱分解ガス化装置１（好ましくは燃焼室１０）に戻してもよい。なお、洗浄水Ｗ１中に分散している炭素分Ｓを分離・回収する回収装置６としては、液体サイクロンやフィルタープレスなどを用いることができるが、これらの装置は炭素分の濃度が低い場合には効率がよくない。そこで、図６に示すような固定床回収装置６ａを用いて炭素分を熱分解ガス化装置１に戻す効率を高めることもできる。
【００６１】
図６に示すように、この回収装置６ａは、並列に設けられた２つの濾過塔６０，６０を備えている。濾過塔６０には、回収媒体、例えば砂が充填されており、水スクラバ（冷却装置４）からの洗浄水Ｗ１の一部が濾過塔６０の上部から回収媒体層６２に供給される。これにより、洗浄水Ｗ１中に含まれる固形分Ｓが回収媒体（砂）に捕捉され、砂濾過塔６０の下部からは清浄な洗浄水Ｗ２が排出され、水スクラバの循環ラインに戻される。
【００６２】
回収媒体層６２に捕捉された固形分Ｓを回収するために、回収媒体層６２中の固形分Ｓの濃度が高くなったときに、砂を抜き出し、回収媒体とともに捕捉、回収した固形分Ｓを回収装置６ａから排出する。ここで、回収媒体層６２の前後の圧力差を圧力検出器６４で測定して、回収媒体層６２中の固形分Ｓの濃度の上昇を監視することが好ましい。
【００６３】
回収媒体を抜き出した後の回収装置６ａには、新たな回収媒体を回収媒体層６２に充填して使用する。図６に示す例では、２つの濾過塔６０，６０が設けられており、これらを交互に切り替えて使用することで連続的に固形分Ｓの回収が可能となっている。抜き出された砂は熱分解ガス化装置１に供給される。ここで、回収媒体（砂）を熱分解ガス化装置１における流動媒体と同一の媒体とし、熱分解ガス化装置１に付設される流動媒体の循環系に回収装置６ａを組み込むこともできる。
【００６４】
第１の冷却装置４で冷却された生成ガスＧ４は、例えばコンプレッサからなる送ガス装置５により用途に合わせた圧力まで加圧され、製品ガスＧＰとして需要先に供給される。あるいは、需要先で製品ガスＧＰの圧力を使用条件に適合する圧力に調整することを前提として、予備加圧（例えば１０ｋＰａ程度）したものを需要先に供給してもよい。このようにして圧縮されたガスＧＰは、アンモニア、メタノール、オキソアルコールなどの化学品合成の原料として、メタノール、ジメチルエーテルなどの液体燃料合成の原料として、石油精製プロセスで使用される水素化分解用水素または脱硫用水素の水素源として、あるいは燃料電池発電用水素の水素源として需要先に送られる。
【００６５】
一方、図２に示すように、熱分解ガス化装置１の燃焼室１０から排出された燃焼ガスＧ５は、第２の冷却装置７に導入され、ここで冷却される。第２の冷却装置７としては、ボイラや原料予熱器を用いるのがよい。特に、液体状原料２０は予熱することでその粘性を下げて輸送が容易になるので原料予熱器を用いることが好ましい。
【００６６】
冷却された燃焼ガスＧ６は、排ガス処理装置８に導入され、ここで処理された後、排ガスＧ７として外部に排出される。排ガス処理装置８は、排ガス中のダストおよび有害物質を除去することを目的としており、バグフィルタなどの集塵装置と塩素化合物や硫黄化合物の除去のための消石灰および／または活性炭噴霧塔、窒素化合物の除去のための脱硝触媒塔などを備えることが好ましい。熱分解ガス化装置１の燃焼室１０は４００℃〜１０００℃で運転され、燃焼室１０から排出される燃焼ガスＧ５も４００℃〜１０００℃である。燃焼ガスＧ５は、冷却装置７において２００℃〜５００℃程度まで降温される。
【００６７】
このように、本実施形態においては、燃焼ガスＧ５が、熱分解ガス化装置１のガス化室１２からの製品ガスＧＰと混合されることなく排出されており、ガス化室１２からの製品ガスＧＰと、燃焼室１０からの燃焼ガスＧ５とが分別回収されるようになっている。
【００６８】
例えば、排ガス処理装置８は、バグフィルタの手前で消石灰および／または活性炭をガス中に噴霧し、ガス中の塩化水素や硫黄酸化物、あるいはダイオキシン類などの有害物質を吸収させて除去する。また、燃焼ガスを煙突から排出するために誘引送風機を設け、誘引送風機のサクション側に設けたダンパによって燃焼室１０の圧力を一定に保つように燃焼ガスＧ６を誘引する。煙突から燃焼ガスＧ７を排出する前に脱硝触媒塔を通すことで、排ガス中の窒素酸化物を分解除去するとともにダイオキシン類の排出をさらに低減することができる。これらの排ガス処理装置８の構成は一例であり、原料を構成する元素と熱分解ガス化および改質工程において生成する化合物の種類によって、その構成を任意に選択することが好ましい。
【００６９】
ここで、本実施形態では、原料として液体状原料を用いているため、原料の供給方法によりガス化室１２での反応が大きく変わることが予想される。このため、ガス化室１２の炉床１２ａに、図７および図８に示すようなノズル９を設けることが好ましい。すなわち、内管９ａと外管９ｂとからなる二重管構造としたノズル９を設け、内管９ａの内部に液体状原料を流通させる第１の流路を形成し、内管９ａの外周面と外管９ｂの内周面との間に流動化ガスを流通させる第２の流路を形成する。流動化ガスは液体状原料を分散させる分散用ガスとして作用する。
【００７０】
内管９ａに液体状原料を流通させるのは、流動化ガスを内管９ａの外側に流通させることで、液体状原料が炉内の高温領域に管を隔てて直接接触することを防止するためである。すなわち、このような構成により、液体状原料の温度が低く保たれ、ノズル９の内部で液体状原料が反応して固形物が生成することを防止することができる。
【００７１】
内管９ａの上端および外管９ｂの上端には、円周上に１個〜１０個程度、あるいはそれ以上の数の孔（流路出口）９ｃ，９ｄが形成されている。液体状原料は内管９ａの孔９ｃから外管９ｂの内部に噴出され、液体状原料と流動化ガスとが混合される。液体状原料と流動化ガスの混合物は外管９ｂの孔９ｄからガス化室１２内に噴出される。このように、内管９ａの孔９ｃにより内管９ａ内の第１の流路と内管９ａの外部の第２の流路とが合流され、液体状原料と流動化ガスを混合してガス化室１２内に噴出する噴出部がノズル９の上部に形成される。
【００７２】
図７および図８は、内管９ａと外管９ｂにそれぞれ２個の孔９ｃ，９ｄが形成された例を示している。複数の孔を配置する場合、円周上に等角度で孔を配列してよいし、ノズル９の片側だけに等角度で配列されていてもよい。内管９ａの孔９ｃと外管９ｂの孔９ｄとは近接しており、内管９ａの孔９ｃは、外管９ｂの孔９ｄと同じ高さ、あるいはそれより低い位置に設けられる。内管９ａの孔９ｃおよび外管９ｂの孔９ｄは、およそ０．５〜１０ｍｍの孔径を有しており、孔が延びる方向は、水平方向もしくは噴出方向に向かって斜め下向きでもよい。
【００７３】
このノズル９から、液体状原料と流動化ガスとを同時にガス化室１２の流動床に供給する。この場合において、ノズル９の孔９ｃ，９ｄの最適な径を最適に設計することで、ノズル９の外管９ｂの孔９ｄから噴出される流体（原料、流動化ガスなど）の流速を５０ｍ／ｓ以上、より好ましくは１００ｍ／ｓ以上とし、外管９ｂの孔９ｄでの圧力損失を高くして原料を安定的に供給することができる。また、流動化ガスは外管９ｂの孔９ｄから炉床に向かって噴出されるが、この孔９ｄにおいて比較的高い流速が保たれるように孔径を設計しておくことにより、内管９ａの孔９ｃから噴出した液体状原料を、外管９ｂの孔９ｄにおける流速の高い激しい乱流のガス流の中で微粒子化することができる。
【００７４】
このようなノズル９により原料と流動化ガスとを同時に供給することにより、液体状原料が流動化ガスで微粒子化され、流動媒体中に供給される。このように、原料を流動化ガスで微粒子化することにより、熱分解・ガス化しやすいものを確実に熱分解・ガス化することができる。すなわち、原料が大粒径のままガス化室１２内に供給されると、原料が完全に蒸発する前に、原料粒子の外表面が重縮合反応によりコーキングするため、粒子の内部の原料が蒸発することができず、原料中の熱分解・ガス化に適した比較的軽質な成分が熱分解・ガス化できずに燃焼室１０に移送されてしまう。本実施形態のように、原料を微粒子化すれば、原料の分圧を下げた状態で供給することになるため、熱分解・ガス化できる揮発性の高いものは、ガス化室１２で熱分解・ガス化し、熱分解・ガス化しにくい重質分のみを燃焼室１０に移行することができる。これにより、同じ重量の原料から得られる製品ガスＧＰの重量を最大とすることができる。
【００７５】
また、このようなノズル９により炉床１２ａから原料が供給されるため、流動媒体と原料との接触効率が向上する。ノズル９から供給された原料は、流動媒体と接触もしくは近接することにより急速に昇温され、これにより反応が進行する。炉床１２ａから原料を供給することにより、供給された原料と流動媒体の接触頻度は最大となる。このように、流動媒体と原料との接触効率の向上が図られるため、未反応のままガス化室１２を通過する原料の量を少なくすることができる。結果として、原料中の熱分解・ガス化に適した比較的軽質な成分は熱分解・ガス化し、原料中の熱分解・ガス化に適さない比較的重質な成分は流動媒体の表面で重縮合して燃焼室１０へ移行する。これによって熱分解ガス化装置１の機能を効果的に発揮させることが可能になる。また、これらの効果は、流動媒体に触媒機能を持った粒子を用いるときに特に顕著となる。触媒効果を持った粒子と供給した原料の接触効率が向上することにより、触媒効果を効果的に発揮させることが可能になる。
【００７６】
図７および図８では、ノズル９がガス化室１２の炉床１２ａから垂直方向に延びる例を示したが、これに限られるものではない。例えば、ノズル９を炉床１２ａに平行な二重管で形成してもよい。この場合において、ガス化室１２の１つの側壁から反対側の側壁まで炉床１２ａを横断するように二重管を設けてもよい。また、例えば、ノズル９の先端を図９に示すような形状としてもよい。また、流動化ガスおよび原料は、鉛直方向に噴出してもよいし、斜め下向きに噴出してもよい。あるいは、図１０に示すように、外管９ｂの孔９ｄを囲むようにキャップ９ｅを設け、外管９ｂの孔９からの流動化ガスおよび原料を鉛直下向きに噴出するようにしてもよい。
【００７７】
また、図１１に示すように、内管２０９ａの流路の上端部をＴ字状に形成してもよい。この場合において、原料が噴出する内管２０９ａの孔２０９ｃは、流動化ガスが噴出する外管２０９ｂの孔２０９ｄと同じ高さにするのが好ましい。このような構成により、流動化ガスの流速が早くなる孔２０９ｄの近傍で液体状原料を噴出させることが可能になる。粘性の高い原料の場合には、内管２０９ａから流出した液体状原料が表面張力により内管２０９ａの外側で球状に滞留するなどして、原料の供給を不安定にさせる可能性があるが、上記構成によりこれを防止し、安定した原料の供給を実現することができる。また、図１２に示すように、外管２０９ｂの流路の上端部をＴ字状に形成してもよい。すなわち、外管２０９ｂの先端部に、ノズル９の軸方向とは垂直な方向に延びる分岐流路２０９ｃを設け、この分岐流路２０９ｃを通って流体が噴出されるようにしてもよい。図１２に示すように、外管２０９ｂの先端部は閉止されており、この閉止部２０９ｅにより液体高分子炭化水素原料と前記分散用ガスとの混合物の流れが垂直に反転されて分岐流路２０９ｃに導かれるようになっている。このような構成により、炉内の流動媒体が外管２０９ｂの内部に落ち込むことを防止することができる。
【００７８】
また、図１３に示すように、内管３０９ａを上方に開口させ、内管３０９ａの開口３０９ｃを外管３０９ｂの孔３０９ｄから下方に離間させてもよい。このような構成によれば、液体状原料は、内管３０９ａの開口３０９ｃの上方に形成される混合部３０９ｅで流動化ガスと予混合および同伴されて、外管３０９ｂの内側上方に供給され、流動化ガスが水平方向に反転して孔３０９ｄを通過する流れの中で微粒子化される。この場合において、図１４に示すように、内管３０９ａの開口３０９ｃの近傍で外管３０９ｂの内径を絞ってもよい。すなわち、上述した混合部３０９ｅに連通する流動化ガスの流路（第２の流路）を絞る絞り部３０９ｆを外管３０９ｂの内周面に形成してもよい。このような構成によれば、外管３０９ｂの絞り部３０９ｆで流動化ガスの流速が速くなり、この部分に内管３０９ａの開口３０９ｃから原料を供給することにより、流速が速く激しい乱流のガス流によって原料を微粒子化することができる。
【００７９】
上述した実施形態においては、集塵装置２と水蒸気改質装置３とを別個に構成した例を説明したが、図１５に示すように、集塵装置の機能を水蒸気改質装置に組み込むこともできる。すなわち、この水蒸気改質装置４００は、図１５に示すように、生成ガスＧ１から灰ＪおよびチャーＣＸを分離する砂やセラミックス粒子を充填剤ＯＸとして充填した充填層４０２と、再生された触媒ＣＡが充填される触媒充填層４０４とを備えている。
【００８０】
充填層４０２内の充填剤ＯＸは、流下等によって充填層４０２の内部を移動するようになっている。灰ＪおよびチャーＣＸを含む生成ガスＧ１をガス導入口４０６から導入し、充填層４０２に浸透させると、充填層４０２の充填剤ＯＸの粒子により灰ＪおよびチャーＣＸが接触捕集され、生成ガスＧＡから分離される。充填層４０２で分離された灰ＪおよびチャーＣＸは、排出口４０８から外部に排出される。また、触媒充填層４０４内の触媒ＣＡは、充填層４０２の充填剤ＯＸと同様に、流下等によって触媒充填層４０４の内部を移動するようになっている。生成ガスＧ１を触媒充填層４０４に浸透させると、触媒ＣＡによりタールが分解され、劣化した触媒ＣＡ’は触媒出口４１０から排出される。
【００８１】
図１５に示す水蒸気改質装置４００において、触媒ＣＡは充填剤ＯＸと同様に粒子状にして充填剤ＯＸと混合して使用してもよい。あるいは、充填剤ＯＸ自体をすべて触媒ＣＡに置き換えてもよい。この場合、充填層４０２で分離された灰ＪおよびチャーＣＸは、比重差選別機で充填剤ＯＸ（触媒ＣＡ）と灰ＪとチャーＣＸの比重差により分別する。また、触媒ＣＡを充填剤ＯＸと同様に粒子状にして充填剤ＯＸと混合して使用する場合、または、充填剤ＯＸを触媒ＣＡに置き換える場合には、水蒸気改質装置４００の温度が９００℃〜１０００℃の高温であれば、塩類は揮散して灰Ｊに残留しないため、充填層４０２で分離された灰ＪおよびチャーＣＸを充填剤ＯＸおよび触媒ＣＡとともにそのまま熱分解ガス化室１の燃焼室１０に供給することもできる。
【００８２】
このような集塵装置の機能を有する水蒸気改質装置を用いることで、集塵工程および触媒改質工程を１つの装置で行うことができ、装置の点数を減らすことができる。したがって、設備のイニシャルコストを低減することができる。
【００８３】
図１６は、本発明の第２の実施形態における高分子炭化水素の利用システムの構成例を示す概略図である。図１６に示すように、高分子炭化水素の利用システムは、供給された原料を熱分解・ガス化する熱分解ガス化装置１と、供給された原料を軽質化する熱分解ガス化装置１と、熱分解ガス化装置１で生成された生成ガスＧ１１を冷却する第１の冷却装置５０１と、第１の冷却装置５０１で冷却された生成ガスＧ１２を軽質油分（製品油分）Ｌとガス分Ｇ１３とに分ける分留装置５０２と、分留装置５０２で分けられたガス分Ｇ１３を冷却する第２の冷却装置５０３と、第２の冷却装置５０３で冷却されたガス分Ｇ１４を誘引または圧縮して副生ガスＧＰとして需要先に供給するための送ガス装置５とを備えている。また、高分子炭化水素の利用システムは、熱分解ガス化装置１で発生した熱分解残渣を燃焼した燃焼ガスＧ５を冷却する第２の冷却装置７と、冷却されたガスＧ６中の有害物およびダストを除去し排出できるようにする排ガス処理装置８とを備えている。
【００８４】
原料の軽質化のための熱分解ガス化装置１は、上述した第１の実施形態における熱分解ガス化装置と同様のものである。第１の実施形態においては、熱分解ガス化装置１に内部循環流動床ガス化炉を用いる場合、ガス化室の流動化ガスとして水蒸気の他に炭化水素を含むガス、特に熱分解ガス化装置で発生した生成ガスもしくは該システムからの製品ガス（合成ガス）の一部を用いるのがよいとしたが、本実施形態においても、水蒸気または本システムからの副生ガスＧＰをガス化室１２の流動化ガスとして用いることが好ましい。水蒸気を用いることで、水分子を構成する酸素原子が炭化水素分子の結合の分解に寄与することから、軽質化反応が促進され、また水分子の酸素原子は、熱分解によって生成する炭素分Ｃと反応して一酸化炭素を発生させる。しかしながら、高分子炭化水素から軽質油を回収する場合には、製品中に酸素原子を含む分子が含まれないことが望ましい場合もあり、そのような場合には、水蒸気を流動化ガスとして使用するのは好ましくなく、炭化水素ガスを流動化ガスとして用いるのが好ましい。例えば、本システムからの副生ガスＧＰを利用するのが好ましい。
【００８５】
熱分解ガス化装置１のガス化室１２で生じた生成ガスＧ１１は、第１の冷却装置５０１で冷却され、その熱エネルギーが回収される。熱分解ガス化装置１のガス化室１２は３００℃〜９００℃の温度とするのが好ましく、生成ガスＧ１１の温度も３００℃〜９００℃である。第１の冷却装置５０１では４００℃以下、好ましくは３５０℃以下にするのがよい。第１の冷却装置５０１としては、ボイラ等を用いるのがよい。
【００８６】
第１の冷却装置５０１で冷却された生成ガスＧ１２は分留装置５０２にて製品油分Ｌとガス分Ｇ１３とに分けられる。分留装置５０２としては、例えば蒸留塔を用い、ガスが塔内を上昇する過程で冷却され、製品油分として回収したい温度域となる位置に設けられたトレーに凝縮して滞留する油分Ｌを抜き出すようにするのがよい。ガス分Ｇ１３に含まれる熱分解残渣は、蒸留塔内で凝縮した油に捕捉、回収され、蒸留塔の下部に滞留する油中に濃縮される。
【００８７】
濃縮された熱分解残渣を含む油分は、蒸留塔から抜き出し、液体サイクロン、フィルタープレス、あるいは図４に示す回収装置１００にて熱分解残渣を分離して熱分解ガス化装置１に戻すようにしてもよい。あるいは、蒸留塔から抜き出した濃縮された熱分解残渣を含む油分をそのまま熱分解ガス化装置１へ供給してもよい。分留装置５０２では１１０℃〜３５０℃の範囲で生成ガスＧ１２が蒸留塔内を上昇するに伴い冷却される。蒸留塔の塔頂からは蒸留塔内で凝縮しない軽質なガス分Ｇ１３が排出される。
【００８８】
分留装置５０２から排出されたガス分Ｇ１３は、第２の冷却装置５０３にて冷却される。この第２の冷却装置５０３としては、オイルスクラバおよび／または水スクラバを用いるのが好ましい。オイルスクラバを用いることで、ガス分を１１０℃〜２００℃まで冷却し、ガス分Ｇ１３中の軽質油分を凝縮回収することが可能となる。また、分留装置５０２で回収されなかった熱分解残渣（製品ガスＧＰには不要な物質）を循環油Ｗ１０中に回収除去することができる。
【００８９】
ここで、循環油Ｗ１０中に回収された固形分Ｓは、液体サイクロン、フィルタープレス、あるいは図６に示す回収装置６ａにて熱分解残渣を分離して熱分解ガス化装置１に戻すようにしてもよい。あるいは、オイルスクラバから抜き出した濃縮された熱分解残渣を含む油分をそのまま熱分解ガス化装置１へ供給してもよい。オイルスクラバで冷却されたガスを水スクラバでさらに冷却し、洗浄してもよい。水スクラバでは、１００℃以下、好ましくは７０℃以下、さらに好ましくは５０℃以下まで冷却し、ガス中に含まれる水分を凝縮させ、除去してもよい。
【００９０】
水スクラバでもオイルスクラバでも除去されずガスに同伴した熱分解残渣は洗浄水中に捕捉、回収される。ここでも同様に、熱分解残渣を回収して熱分解ガス化装置１に戻すのが好ましい。水スクラバで冷却・洗浄されたガスＧ１４は、例えばコンプレッサからなる送ガス装置５により用途に合わせた圧力まで加圧され、副生ガスＧＰとして需要先に供給される。あるいは、需要先で副生ガスＧＰの圧力を使用条件に適合する圧力に調整することを前提として、予備加圧（例えば１０ｋＰａ程度）したものを需要先に供給してもよい。このようにして圧縮されたガスＧＰは、上述のように熱分解ガス化装置１のガス化室１２の流動化ガスとしてその一部を用いてもよく、他にアンモニア、メタノール、オキソアルコールなどの化学品合成の原料として、メタノール、ジメチルエーテルなどの液体燃料合成の原料として、エチレン、プロピレン等の石油化学原料の供給源として、石油精製プロセスで使用される水素化分解用水素または脱硫用水素の水素源として、あるいは燃料電池発電用水素の水素源として需要先に送られる。
【００９１】
一方、熱分解ガス化装置１の燃焼室１０から排出された燃焼ガスＧ５は、第３の冷却装置７に導入され、ここで冷却される。冷却された燃焼ガスＧ６は、排ガス処理装置８に導入され、ここで有害物質およびダストが除去された後、排ガスＧ７として外部に排出される。第３の冷却装置７および排ガス処理装置８は、上述した第１の実施形態で説明したものと同様の構成とすることができる。
【００９２】
これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】従来の水蒸気改質装置の構成を示す模式図である。
【図２】本発明の第１の実施形態における高分子炭化水素の利用システムの構成を示す模式図である。
【図３】図２のシステムにおける熱分解ガス化装置の一例を示す模式図である。
【図４】図２のシステムにおける回収装置の一例を示す模式図である。
【図５】図２のシステムにおける水蒸気改質装置の一例を示す模式図である。
【図６】図２のシステムにおける回収装置の一例を示す模式図である。
【図７】図３の熱分解ガス化装置における炉床部を示す縦断面図である。
【図８】図７の横断面図である。
【図９】図７のノズルの変形例を示す縦断面図である。
【図１０】図９のノズルの変形例を示す縦断面図である。
【図１１】図９のノズルの変形例を示す縦断面図である。
【図１２】図１１のノズルの変形例を示す縦断面図である。
【図１３】図９のノズルの変形例を示す縦断面図である。
【図１４】図１３のノズルの変形例を示す縦断面図である。
【図１５】集塵機能を有する水蒸気改質装置の一例を示す模式図である。
【図１６】本発明の第２の実施形態における高分子炭化水素の利用システムの構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【００９４】
１    熱分解ガス化装置
２    集塵装置
３，２００    水蒸気改質装置
４，７，５０１，５０３    冷却装置
５    圧縮装置
６，６ａ，１００    回収装置
８    排ガス処理装置
９    ノズル
９ａ，２０９ａ，３０９ａ  内管
９ｂ，２０９ｂ，３０９ｂ  外管
１０    燃焼室
１２    ガス化室
２０    液体状原料
２２    固体状原料
３０    触媒層
３２，３４    温度検出器
３６    制御装置
３８    成分分析器
６０，１１０    濾過塔
６２，１１２    回収媒体層
６４    圧力検出器
２０９ｅ    閉止部
３０９ｅ    混合部
３０９ｆ    絞り部
４０２，４０４    充填層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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