(57)【要約】【課題】流動層式のガス化炉において有機物質を熱分解させる方法において、ガス化炉から取り出された熱分解生成物のうち、液状有機物質をガス化炉に還流させて再熱分解して熱分解ガス化する際に、流動媒体の流動性を悪化させることなく、液状有機物質を効率的に熱分解ガス化させ、有機物質のガス化率を高める。【解決手段】ガス化炉１から取り出された有機物質の熱分解生成物から液状有機物質（x）を分離し、この液状有機物質（x）を比重分離して高比重成分を分離除去した後、ガス化炉１に投入して再熱分解させる。液状有機物質をガス化炉に還流させた際に流動媒体の流動性を悪化させるのは、液状有機物質のなかの高比重成分（主にタールなどの重質分）であるので、この高比重成分を分離除去した上でガス化炉に還流させることにより、流動媒体の流動性を悪化させることなく、液状有機物質（x）を熱分解ガス化させることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流動層式のガス化炉（１）において有機物質を熱分解させる方法であって、
ガス化炉（１）から取り出された有機物質の熱分解生成物から液状有機物質（x）を分離し、該液状有機物質（x）を比重分離して高比重成分を分離除去した後、ガス化炉（１）に投入して再熱分解させることを特徴とする有機物質の熱分解方法。
【請求項２】
ガス化炉（１）から取り出された有機物質の熱分解生成物を含むガス（g）を、水を溶媒とするスクラバー式の分離装置（２）で常温又は常温近傍まで冷却することにより、ガス（g）から液状有機物質（x）を分離し、該液状有機物質（x）を比重分離装置（３）で比重分離して高比重成分を分離除去し、さらに油水分離装置（４）で水分を分離除去した後、ガス化炉（１）に投入して再熱分解させることを特徴とする請求項１に記載の有機物質の熱分解方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の熱分解方法において生成した、常温で気体である熱分解生成物を有用ガス状物質として回収することを特徴とするガス状物質の製造方法。
【請求項４】
流動層式のガス化炉（１）を有する有機物質の熱分解設備であって、
ガス化炉（１）から排出された、有機物質の熱分解生成物を含むガス（g）を常温又は常温近傍まで冷却し、ガス（g）に含まれる有機物質の熱分解生成物から液状有機物質（x）を分離する分離装置（２）と、該分離装置（２）で分離された液状有機物質（x）を比重分離して高比重成分を分離除去する比重分離装置（３）と、該比重分離装置（３）で高比重成分が分離除去された液状有機物質（x）の少なくとも一部をガス化炉（１）に供給する供給手段（５）を有することを特徴とする有機物質の熱分解設備。
【請求項５】
分離装置（２）が水を溶媒とするスクラバー式の分離装置からなる熱分解設備であって、
さらに、比重分離装置（３）で高比重成分が分離除去された液状有機物質（x）から水分を分離除去する油水分離装置（４）を有し、該油水分離装置（４）で水分が分離除去された液状有機物質（x）の少なくとも一部が供給手段（５）でガス化炉（１）に供給されるようにしたことを特徴とする請求項４に記載の有機物質の熱分解設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流動層式のガス化炉における有機物質の熱分解技術に関するもので、詳細には、ガス化炉に投入される有機物質を効率的に熱分解ガス化するための技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、エネルギー問題が大きな課題となっており、これを解決するための一つのアプローチとして、廃プラスチックやバイオマス等の有機物質（廃棄物）が有する熱量を有効に活用する方法が考えられている。しかしながら、これらをそのまま燃料として用いた場合、固体であるため燃焼速度が遅い、灰分が発生するといった問題があり、これを解決するために、有機物質を油化・ガス化するための様々な技術が考えられている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、流動層式のガス化炉（反応炉）を用いてバイオマス、褐炭等を熱分解によりガス化し、流動媒体に付着した炭素分を燃焼炉で燃焼して、熱媒として流動層へ戻すようにした方法が示されている。この方法では、有機物質のガス化に流動層を用いることにより、有機物質への伝熱速度が向上し、低温で効率よくガス化を行うことが可能となる。しかし、この方法では、熱分解時に生成ガスとともに多量の油分・タール分（常温で液体である熱分解生成物。以下、説明の便宜上「液状物質」という。）が発生するため、原料中の炭素分のうち、ガスとして回収できる量が限定されるという問題がある。ガスの回収量を高めるためには、液状物質として生成される炭素分を発熱量の高い軽質炭化水素ガス（炭素数１〜４の炭化水素ガス）に変換する必要がある。
【０００４】
そのような課題に対して、特許文献２には、ガス化ガス（ガス化原料をガス化させることで生成されたガス）に酸素を含む酸化剤を混合し、この混合ガスを酸化触媒ユニット中で反応させることにより、ガス化ガス中のタール分を改質する方法が示されている。この方法は、酸化触媒を用いることにより、タール分の改質を低温で進行させることが可能となる。しかし、この特許文献２の方法は、ガス化ガス中のタール分を酸化分解することは可能であるが、改質後の生成ガスはＣＯ２、Ｈ２が主体となり、高発熱量のガスを得ることができない。また、酸化剤として酸素を含むガスを継続的に供給する必要があるが、酸化剤として空気を使用すると大量の窒素が混入するため、生成ガス発熱量がさらに低下してしまう。一方、酸化剤として純酸素を使用すると、発熱量の低下は抑えられるが、コストが高くなる問題がある。
【０００５】
一方、特許文献３には、ガス化炉（改質反応器）内で有機物質に特定の混合ガスを接触させ、有機物質を熱分解させる方法において、得られる熱分解生成物は、液状物質の割合が多くなり、ガス状物質の収率が低いという課題に対して、ガス化炉から取り出された熱分解生成物のうち、液状物質をガス化炉に還流させて再熱分解し、ガス化率を向上させるようにした技術が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−４１９５９号公報
【特許文献２】特開２０１６−１９６５２０号公報
【特許文献３】特開２０１３−１７３８８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献３の方法は、流動層式のガス化炉で実施するのが好ましいが、本発明者らが試験を行った結果では、流動層式のガス化炉に液状物質を還流させると、液状物質が流動媒体の粒子に付着して粒子が凝集してしまい、流動媒体の流動性が悪化する（流動層の機能が低下する）という問題が発生することが判った。
【０００８】
したがって本発明の目的は、流動層式のガス化炉で有機物質を熱分解させる方法において、ガス化炉から取り出された熱分解生成物のうち、液状有機物質をガス化炉に還流させて再熱分解し、熱分解ガス化する際に、流動媒体の流動性を悪化させることなく、液状有機物質を効率的に熱分解ガス化させ、有機物質のガス化率を高めることができる有機物質の熱分解方法を提供することにある。
さらに、本発明の他の目的は、以上のような有機物質の熱分解方法の実施に好適な熱分解設備を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、上記課題を解決するため検討を重ねた結果、液状有機物質をガス化炉に還流させた際に流動媒体の流動性を悪化させるのは、液状有機物質のなかの高比重成分（主にタールなどの重質分）であり、したがって、液状有機物質からその高比重成分を分離除去した上でガス化炉に還流させることにより、流動媒体の流動性を悪化させることなく、液状有機物質を効率的に熱分解ガス化させ、有機物質のガス化率を高めることができることが判った。
【００１０】
本発明は、このような知見に基づきなされたもので、以下を要旨とするものである。
［1］流動層式のガス化炉（１）において有機物質を熱分解させる方法であって、
ガス化炉（１）から取り出された有機物質の熱分解生成物から液状有機物質（x）を分離し、該液状有機物質（x）を比重分離して高比重成分を分離除去した後、ガス化炉（１）に投入して再熱分解させることを特徴とする有機物質の熱分解方法。
［2］上記［1］の熱分解方法において、ガス化炉（１）から取り出された有機物質の熱分解生成物を含むガス（g）を、水を溶媒とするスクラバー式の分離装置（２）で常温又は常温近傍まで冷却することにより、ガス（g）から液状有機物質（x）を分離し、該液状有機物質（x）を比重分離装置（３）で比重分離して高比重成分を分離除去し、さらに油水分離装置（４）で水分を分離除去した後、ガス化炉（１）に投入して再熱分解させることを特徴とする有機物質の熱分解方法。
［3］上記［1］又は［2］の熱分解方法において生成した、常温で気体である熱分解生成物を有用ガス状物質として回収することを特徴とするガス状物質の製造方法。
【００１１】
［4］流動層式のガス化炉（１）を有する有機物質の熱分解設備であって、
ガス化炉（１）から排出された、有機物質の熱分解生成物を含むガス（g）を常温又は常温近傍まで冷却し、ガス（g）に含まれる有機物質の熱分解生成物から液状有機物質（x）を分離する分離装置（２）と、該分離装置（２）で分離された液状有機物質（x）を比重分離して高比重成分を分離除去する比重分離装置（３）と、該比重分離装置（３）で高比重成分が分離除去された液状有機物質（x）の少なくとも一部をガス化炉（１）に供給する供給手段（５）を有することを特徴とする有機物質の熱分解設備。
［5］上記［4］の熱分解設備において、分離装置（２）が水を溶媒とするスクラバー式の分離装置からなる熱分解設備であって、
さらに、比重分離装置（３）で高比重成分が分離除去された液状有機物質（x）から水分を分離除去する油水分離装置（４）を有し、該油水分離装置（４）で水分が分離除去された液状有機物質（x）の少なくとも一部が供給手段（５）でガス化炉（１）に供給されるようにしたことを特徴とする有機物質の熱分解設備。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、流動層式のガス化炉で有機物質を熱分解させる方法において、ガス化炉から取り出された熱分解生成物から液状有機物質を分離し、これをガス化炉に還流させて再熱分解し、熱分解ガス化する際に、流動媒体の流動性を悪化させることなく、液状有機物質を効率的に熱分解ガス化させ、有機物質のガス化率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明による有機物質の熱分解方法のフロー及び熱分解設備の一実施形態を模式的に示す全体構成図
【図２】本発明において、液状有機物質（x）から比重分離装置で高比重成分を分離除去した後の回収油分をＧＰＣ分析により分析し、当該油分が直鎖炭化水素であると仮定して推定した炭素数を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の有機物質の熱分解方法は、流動層式のガス化炉１において廃プラスチックなどのような有機物質を熱分解させる方法であり、ガス化炉１から取り出された有機物質の熱分解生成物から液状有機物質（x）を分離し、この液状有機物質（x）を比重分離して高比重成分を分離除去した後、ガス化炉１に投入して再熱分解させるものである。液状有機物質（x）から分離除去される高比重成分は、主にタールなどの重質分（さらに飛散した流動媒体が含まれる場合がある）であり、上述したように、これをガス化炉１に還流させると流動媒体に付着して流動媒体の流動性を悪化させる。したがって、液状有機物質（x）からそのような高比重成分を分離除去した上でガス化炉１に還流させることにより、流動媒体の流動性を悪化させることなく、液状有機物質（x）を効率的に熱分解ガス化させ、有機物質のガス化率を高めることができる。
本発明において、ガス化炉１から取り出された有機物質の熱分解生成物から分離される液状有機物質（x）とは、常温で液状である有機物質であり、軽質の炭化水素及びタールなどの重質の炭化水素が含まれる。
【００１５】
図１は、本発明による有機物質の熱分解方法のフロー及び熱分解設備の一実施形態を模式的に示す全体構成図である。
この熱分解設備は、有機物質を熱分解する流動層式のガス化炉１と、このガス化炉１から排出された有機物質の熱分解生成物を含むガス（g）を冷却し、ガス（g）に含まれる有機物質の熱分解生成物から液状有機物質（x）を分離する分離装置２と、この分離装置２で分離された液状有機物質（x）を比重分離して高比重成分を分離除去する比重分離装置３と、この比重分離装置３で高比重成分が分離除去された液状有機物質（x）から水分を除去する油水分離装置４と、この油水分離装置４で水分が分離除去された液状有機物質（x）（油分）の少なくとも一部をガス化炉１に供給する供給手段５を有する。
【００１６】
前記ガス化炉１では、供給管７を通じて分散板８の下側の風箱部９に流動化ガス（ガス化剤）が導入され、この流動化ガスが分散板８から吹き出すことにより、分散板８の上方に流動媒体による流動層６が形成される。流動媒体の種類に特別な制限はなく、例えば、珪砂、製鋼ダストなどを用いることができるが、これらに限定されない。なお、流動層６の流動媒体は所定の高温状態に維持される必要があり、このため必要に応じて、ガス化炉１にはヒーターなどの加熱手段が設けられる。
【００１７】
ガス化炉１の上部には有機物質の供給管１０と炉内ガスのガス取出管１２が接続され、貯留槽１１から定量切出装置（図示せず）によって切り出された固体の有機物質が、供給管１０を通じてガス化炉１内に定量供給される。
ガス化炉１に投入された有機物質は流動層６内で熱分解され、気体状の熱分解生成物（ガス状物質及び気化した液状有機物質）となる。この熱分解生成物を含むガス（g）は、ガス化炉１から排出されてガス取出管１２により分離装置２に送られる。
【００１８】
前記分離装置２は、ガス化炉１からガス取出管１２で送られてきた熱分解生成物を含むガス（g）を常温又は常温近傍まで冷却し、ガス（g）に含まれる有機物質の熱分解生成物から液状有機物質（x）を分離する。本実施形態の分離装置２は、水を溶媒とするスクラバー式（散水式）の分離装置で構成されており、高温のガス（g）にノズルから散水することにより、ガス（ｇ）は常温付近まで冷却（及び洗浄）され、有機物質の熱分解生成物のうち常温で液体である熱分解生成物が液化して液状有機物質（x）となる。すなわち、ガス（g）から液状有機物質（x）が分離される。分離装置２で液状有機物質（x）が分離されたガス（ガス状物質）は、製品ガスとして輸送管１３により系外に輸送され、種々の用途に利用される。
このスクラバー式（散水式）の分離装置２では、散水によりガス（g）を冷却・洗浄するため、冷却で生成した液状有機物質（x）（油分・タール分）が水中に分散した状態となり、このため、液状有機物質（x）による分離装置２内の配管などの閉塞は生じにくい。
【００１９】
前記比重分離装置３は、分離装置２でガス（g）から分離された液状有機物質（x）を比重分離して高比重成分を分離除去する。より具体的には、分離装置２から排出されて、輸送管１４ａで送られてきた液状有機物質（x）を含む液体（洗浄液）を比重分離して高比重成分を分離除去する。この高比重成分は主にタールなどの重質分であり、さらに飛散した流動媒体が含まれる場合がある。これにより軽質炭化水素を主体とする液状有機物質（x）（以下、説明の便宜上「油分」という。）を回収することができる。
【００２０】
比重分離装置３の種類に特別な制限はなく、沈降分離、遠心分離などの方式の装置を用いることができるが、例えば、沈降分離式の比重分離装置３の場合、液体（洗浄液）を沈降槽で静置すると、上から順に、油分が主体の液相、水中に油分が分散したエマルジョン状の液相、タールなどの重質分・飛散した流動媒体を含む沈降した液相の３つに分かれる。沈降した液相は分離除去すべき高比重成分であり、上部側の２つの液相は油分を含むため、これらを回収する。
【００２１】
図２は、比重分離装置３で高比重成分を分離除去した後の回収油分をＧＰＣ分析により分析し、当該油分が直鎖炭化水素であると仮定して炭素数を推定したものである。図２によれば、回収油分は炭素数１０の炭化水素が最も多く、デカンを主成分としている。また、炭素数が増えるに従い含有率が減少している。この回収油分は、樹脂等の長い直鎖炭化水素が熱分解されたものと考えられ、ガス化炉１に再投入してさらに熱分解反応を進めることにより、軽質炭化水素ガスを生成することが可能となると考えられる。
【００２２】
比重分離装置３で高比重成分が分離除去された後の油分には、分離装置２（スクラバー）で散水に用いた水が含まれているので、前記油水分離装置４では、比重分離装置３から輸送管１４ｂで送られてきた液体（油分＋水）から水を分離除去する。通常、この液体は浮上した油分層とその下のエマルジョン状油分層に分かれるが、油水分離装置４では、まず、浮上した油分層を回収した後、エマルジョン状油分層の油水分離を行ってもよいし、液体全部について一度に油水分離を行ってもよい。
【００２３】
油水分離装置４の種類に特別な制限はなく、例えば、傾斜板を用いた浮上式、膜ろ過式、遠心分離式などを用いることができるが、ガス化原料である有機物質（樹脂類、バイオマスなど）の組成によって液体の性状が変化するため、これに応じて適宜選択することが望ましい。例えば、エマルジョン状の油分が液中に大量に分散している状態であれば、遠心分離式による分離がより望ましい。
【００２４】
前記供給手段５は、油水分離装置４で水分を分離除去した油分をガス化炉１に供給するための油分還流管１５と、この油分還流管１５の途中に設けられる油分貯留タンク１６などで構成されている。
なお、輸送管１４ａ、１４ｂや油分還流管１５は、液状有機物質（x）の粘度を低下させて流動性を確保するため、図示しない加熱手段により５０℃〜２００℃に加熱されることが好ましい。加熱温度が５０℃未満では液状有機物質（x）の流動性が不足するおそれがあり、一方、２００℃を超えると液状有機物質（x）の一部が揮発してしまうおそれがある。
【００２５】
ガス化炉１に投入される固体の有機物質の種類に特別な制限はないが、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）、バイオマスなどが挙げられ、これらの１種以上を対象とすることができる。
樹脂類としては、例えば、ＰＥやＰＰなどのポリオレフィン類、ＰＡやＰＥＴなどの熱可塑性ポリエステル類、ＰＳなどのエラストマー類、熱硬化性樹脂類、合成ゴム類や発砲スチロールなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
また、バイオマスとしては、例えば、下水汚泥、紙、木材（例えば、建設廃木材、梱包・運送廃木材、間伐材など）、農作物由来の廃棄物（例えば、籾殻、茶殻、コーヒー殻（滓）など）などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００２６】
流動層３内の流動媒体温度は５００〜９００℃とすることが好ましい。流動媒体温度が５００℃未満では有機物質のガス化速度が小さく、一方、９００℃を超えるとメタンをはじめとする炭化水素が分解し、ＣＯ、Ｈ２が生成されるため、生成ガスの発熱量が低下する。
ガス化炉１に供給する流動化ガス（ガス化剤）の種類は特に制限はなく、公知の流動化ガス（ガス化剤）、例えば、特開２０１４−３７５２４号に示される混合ガス（冶金炉で発生した一酸化炭素を含有する排ガス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）などを用いることができる。
【００２７】
図１の実施形態では、ガス化炉１に投入された有機物質は流動層３内で熱分解され、気体状の熱分解生成物（ガス状物質及び気化した液状有機物質）となり、この熱分解生成物を含むガス（g）は、ガス化炉１から排出されてガス取出管１２により分離装置２に送られ、ここでガス（g）から液状有機物質（x）が分離される。液状有機物質（x）は、比重分離装置３で高比重成分が分離除去され、さらに、油水分離装置４で水分が分離除去された後、油分として供給手段５（油分還流管１５、油分貯留タンク１６）によりガス化炉１に再投入（還流）される。ガス化炉１に再投入（還流）された油分は熱分解ガス化して軽質炭化水素ガスとなり、有機物質のガス化率が向上することになる。すなわち、生成ガスの回収量と発熱量を向上させることができる。また、ガス化炉１に再投入（還流）される油分はタールなどの重質分を含まないため、流動媒体の流動性を悪化させるような問題を生じることない。
なお、図１の実施形態では、液状有機物質（x）は供給手段５を通じて炉上部からガス化炉１に還流させているが、液状有機物質（x）をガス化炉１に還流させる位置は炉上部に限定されず、任意である。
【実施例】
【００２８】
内径６６ｍｍΦ、高さ１２００ｍｍのＳＵＳ管製のガス化炉（試験炉）に、流動媒体である７号珪砂（１０００ｇ）を充填した。ガス化炉の下部から、ガス組成がＨ２：２６vol％、ＣＯ２：３０vol％、Ｈ２Ｏ：３５vol％、Ｎ２：９vol％の流動化ガス（ガス化剤）を４Ｌ／ｍｉｎの流量で導入し、流動媒体による流動層を形成した。ガス化炉の上部から、冷凍粉砕により粒度を１〜２ｍｍに調整した廃プラスチックを、振動フィーダーを介して３００ｇ／ｈの速度で連続的に投入した。流動層内部に熱電対を設置し、流動媒体温度が７００℃となるよう炉体を電気ヒーターで加熱した。ガス化炉内での廃プラスチックの熱分解により発生した生成ガスを炉から取り出し、この生成ガスを水冷式スクラバーで冷却・洗浄することで、生成ガスから液状有機物質（x）を分離した。
【００２９】
比較例では、生成ガスから分離回収した液状有機物質（x）のガス化炉への還流は行わなかった。発明例では、生成ガスから分離回収した液状有機物質（x）を比重分離装置で比重分離して高比重成分を分離除去し、さらに遠心分離式油水分離装置で水分を分離除去し、この油分を炉体の上部に設けられた液体供給口から１００ｇ／ｈの速度で流動層内に導入した。
ガス化炉から取り出され、液状有機物質（x）を分離回収した後の生成ガスの成分をＴＣＤガスクロマトグラフィーにより測定し、以下のようなガス化挙動の評価を行った。すなわち、測定された生成ガス成分が有する発熱量とそれらの含有比率から「生成ガス発熱量」を求めた。また、測定された生成ガス成分の炭素含有量とそれらの含有比率から生成ガス中炭素量を算出し、これを投入した廃プラスチック中の炭素量で除して「ガス化率」を求めた。それらの結果を表１に示す。
【００３０】
表１によれば、発明例は比較例に較べてガス化率、生成ガス発熱量ともに増加していることが判る。また、発明例では、流動媒体の流動性が低下していないことが確認できた。
【表１】
2019147872.tif 000003
【符号の説明】
【００３１】
１  ガス化炉
２  分離装置
３  比重分離装置
４  油水分離装置
５  供給手段
６  流動層
７  供給管
８  分散板
９  風箱部
１０  供給管
１１  貯留槽
１２  ガス取出管
１３  輸送管
１４ａ，１４ｂ  輸送管
１５  油分還流管
１６  油分貯留タンク
【図１】
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【図２】
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