(57)【要約】【課題】            廃プラスチックを部分燃焼させることにより、水素や一酸化炭素を含む合成ガスを製造する。【解決手段】        廃プラスチックをガス化することにより水素と一酸化炭素を含有する合成ガスとスラグを得た後スラグを分離する合成ガスを製造する方法において、二酸化珪素を含有する無機物質を添加してガス化する。スラグと二酸化珪素の総重量に対する二酸化珪素の割合が５から３０重量％になるように二酸化珪素を含有することが好ましい。【選択図】          なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃プラスチックをガス化することにより水素と一酸化炭素を含有する合成ガスとスラグを得た後スラグを分離する合成ガスを製造する方法において、二酸化珪素を含有する無機物質を添加してガス化することを特徴とする合成ガスの製造方法。
【請求項２】
スラグと二酸化珪素の総重量に対する二酸化珪素の割合が５から３０重量％になるように二酸化珪素を含有する無機物質を添加する請求項１記載の合成ガスの製造方法。
【請求項３】
廃プラスチックを低温ガス化炉に供給した後、得られた粉粒状固形物を含む可燃性ガスのガス状物を高温ガス化炉に供給してガス化する請求項１又は２記載の合成ガスの製造方法。
【請求項４】
低温ガス化炉は流動床ガス化炉であり、二酸化珪素を含有する無機物質は当該流動床ガス化炉の流動媒体の循環ライン又は高温ガス化炉に添加する請求項３記載の合成ガスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃プラスチックを部分燃焼させることにより水素や一酸化炭素を含む合成ガスを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、化石燃料の高騰により廃プラスチック等の廃棄物を原料や燃料として有効活用する試みがなされている。例えば、特許文献１には廃棄物を低温ガス化炉して得られた粉粒状固形物を含む可燃性ガスのガス状物を高温でガス化する酸化処理方法が記載されている。
【０００３】
廃棄物として廃プラスチックを使用した場合には、廃プラスチックの性状が一定でないためかガス化炉の燃焼室と冷却室を接続するスロート部にスラグの固形物が付着・堆積するという問題がある。
【特許文献１】特開平１０−３０００４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記課題を解決し、大量の廃プラスチックを安定的にガス化して水素や一酸化炭素を含む合成ガスを製造するための方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者は、ガス化炉におけるスラグの溶融温度に着目して鋭意検討を行い発明を完成させた。すなわち、本発明は、廃プラスチックをガス化することにより水素と一酸化炭素を含有する合成ガスとスラグを得た後スラグを分離する合成ガスを製造する方法において、二酸化珪素を含有する無機物質を添加してガス化することを特徴とする合成ガスの製造方法である。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、スラグの流動温度を低下することができるので、ガス化炉のスロート部における固形物の付着・堆積を防止することができる。また、高温炉内部の局所的な高温部の発生を抑制することができるので、高温炉の耐火壁の減肉や損傷を防止することができる。その結果、ガス化炉を長期に安定した操業を維持することができる。
また、廃プラスチックをガス化するための酸素の使用量を低減し、水素の取得量を向上させることができる。
この結果、廃プラスチックのケミカルリサイクルを達成し、廃棄物の最終処分場の延命化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図面を用いながら本発明の内容を詳細に説明する。図１は、廃プラスチックをガス化するための二段ガス化処理装置の概略図である。まず、廃プラスチックをガス化することにより水素と一酸化炭素を含有する合成ガスを製造する方法を説明する。
【０００８】
廃プラスチック１は、破砕機２において最長部が１００ｍｍ以下になるように破砕される。破砕機２としては、プッシャ付一軸式が挙げられる。破砕された廃プラスチックは、成形機３に送られ成形される。成形機３としてはスクリュ式が挙げられる。廃プラスチックは成形機内において圧縮されながら送られて徐々に減容される。廃プラスチックは、減容される間にスクリュの圧縮作用による発生熱や別途ケーシングに設けた加熱用ヒータの発熱作用により加熱される。この結果、廃プラスチックの一部が軟化、溶融される。そして、成形機２の先端の押出ノズルから所定の直径の棒状押出物として押出される。押し出された廃プラスチックは、押出ノズルの出口において所定長さに切断され成形物となる。成形物は、原料ホッパ４に貯蔵される。その後、原料ロックホッパ５と原料定量供給機ホッパ６を経由して低温ガス化炉７に供給される。このように、廃プラスチックは水によりスラリ化することなく、固体のままガス化炉に供給される。
【０００９】
廃プラスチックの性状や水分量は、成形機の処理能力に影響を及ぼす。また、廃プラスチックの成形性の良否を左右する。これにより、低温ガス化炉７に供給される前のホッパや原料供給フィーダ等下流の設備が閉塞する問題が発生する。そこで、ＲＰＦ（Ｒｅｆｕｓｅ  Ｐａｐｅｒ＆Ｐｌａｓｔｉｃ  Ｆｕｅｌ）を成形する際に、木屑、籾殻、コーヒー粕等のバイオマスや紙屑などを成形向上材として一種類以上を廃プラスチックに混合して成形することができる。これにより、廃プラスチックの成形性が改善され、合成ガスの生産性を大幅に向上させることができる。また、木屑、紙ごみ、コーヒー粕等の成形向上材自身もガス化することができる。木屑、籾殻、コーヒー粕等のバイオマスや紙屑に二酸化珪素を含有する場合、木屑、籾殻、コーヒー粕等のバイオマスや紙屑はＲＰＦの成形性を向上させると同時に、高温ガス化炉１２におけるスラグの流動点の低下にも寄与する。廃プラスチックに対する成形向上材の添加率は、５から３０重量％である。
【００１０】
低温ガス化炉７の内部においては、炉の下方から供給される流動化ガスによって流動化した流動媒体が流動層を形成している。流動化ガスには、含酸素ガス８（酸素ガス、空気、或いはこれらの混合ガス）が用いられる。流動化ガスとして供給される含酸素ガス８は、成形された廃プラスチックのガス化剤としても作用する。ガス化剤には更に水蒸気を混合してもよい。低温ガス化炉７に供給された廃プラスチックは、４５０〜８５０℃の温度に保持された流動層９内において、流動化ガス兼ガス化剤として炉内に供給された含酸素ガスにより速やかに部分燃焼によりガス化される。流動化ガス兼ガス化剤として供給する含酸素ガスは、廃プラスチックを完全燃焼させるのに必要な理論酸素量の１０〜３０％とすることが好ましい。低温ガス化炉７の内部圧力は、０．５から１．６ＭＰａＧ（Ｇはゲージ圧を示す。）である。
【００１１】
低温ガス化炉７の炉底からは、流動媒体が不燃物と共にロックホッパ１０を介して排出され、スクリーンにより不燃物が除去される。不燃物が除去された流動媒体は、後述する流動媒体の循環ラインを通じて低温ガス化炉７の内部に戻される。分離された不燃物に含まれている金属は、流動層９を還元雰囲気とすることにより未酸化状態で回収することが可能である。
【００１２】
低温ガス化炉７における部分燃焼により生成した可燃性炭素質は、流動層９の攪拌運動により微粉砕されて、可燃性炭素質粒子（チャー）となって可燃性ガスの流れに同伴する。不燃性物質（灰分）の一部も、流動層９の攪拌運動により微粉砕されて、粒子となって可燃性ガスの流れに同伴する。ここでは、可燃性ガスと不燃性物質粒子と可燃性炭素質粒子（チャー）の混合物を、粉粒状固形物を含む可燃性ガスのガス状物と呼ぶ。
【００１３】
粉粒状固形物を含む可燃性ガスのガス状物は、連結管１１を通じて高温ガス化炉１２の燃焼室１３に供給されて旋回しながら下降する。粉粒状固形物を含む可燃性ガスのガス状物は、同じく高温ガス化炉１２に供給される含酸素ガスと水蒸気１５によって部分燃焼によりガス化され、一酸化炭素ガスや水素ガスが生成する。廃プラスチックの燃焼熱により燃焼室１３内の温度は１３００〜１５００℃に維持される。高温ガス化炉１２の内部圧力は、０．５から１．６ＭＰａＧ（Ｇはゲージ圧を示す。）である。
【００１４】
不燃性物質（灰分）は、燃焼室１３にて溶融スラグとなる。燃焼室１３において発生した水素や一酸化炭素を含有する合成ガス及び溶融スラグは、急冷室１６において急冷される。急冷された合成ガスは、合成ガス取り出し口１７から取り出される。一方、溶融スラグは、水砕スラグとなりスラグ排出口１８から取り出される。
【００１５】
なお、高温ガス化炉１２は、燃焼室３及びその下部にスロート部１９を介して急冷室１６を備えている。そして、燃焼室３の側部に連結管１１が接続されている。また、燃焼室１３は、含酸素ガス１４と水蒸気１５を導入するための導入口を側部に複数個所備え、頂部にも導入口を備えている。急冷室１６には、下降管２０の上部の外側表面に沿って冷却水導入口が接続されていると共に、冷却水を貯留するための環状の溢流堰が配置されていて、溢流堰は、貯留された冷却水が溢流堰を超えて該下降管２０内側表面に沿って流下することができるようになっている。ここで、冷却水は、旋回しながら下降管２０の内壁を流下して急冷室２５の底部の水槽部２１に貯留される。この貯留水には、下降管２０の下方の端部が埋没するようになっている。
【００１６】
高温ガス化炉１２の合成ガス取り出し口１７から取り出された合成ガスに含まれている水素ガス及び一酸化炭素ガスは、各種の化学工業原料として利用することができる。例えば、合成ガスをガス洗浄塔において塩化水素などの酸性成分、微粒の未反応カーボンや灰分を除去した後、ＣＯ転化反応させ水素ガスを得て、これをアンモニア合成用の水素源として用いることが可能である。
【００１７】
一方、高温ガス化炉１２のスラグ排出口１８から排出された水砕スラグは、スラグ回収工程へ送られる。ここでスラグ排出口１８から排出された水砕スラグは、図示しないスラグロックホッパ２２に捕集され、スラグロックホッパシステムにより加圧系から抜出され、スラグスクリーンにて粗粒スラグが分離されて系外へ抜出される。一方、スラグスクリーンにて分離できない微粒スラグは、セトラへ送られ、沈降分離される。また、急冷室１６の水槽部２１上部のスラグスラリ水排出口２３からは、水砕スラグを含んだ冷却水の一部（スラグスラリ水）が、高温ガス化炉及びガス洗浄塔底部からは合成ガスの除塵及び洗浄を行った後のスラグを含んだ廃液がそれぞれセトラへ送られて沈降分離される。
【００１８】
セトラ上部域の清澄水の大部分は、高温ガス化炉１２及びガス洗浄塔へリサイクルされ、急冷用の冷却水、合成ガスの除塵・洗浄用水として再使用される。また、清澄水の一部は、系内の塩素濃度を所定値以下に抑えるため、廃水処理工程へ抜出される。セトラ下部域に沈降した微粒スラグは、固形分濃度の比較的高いスラリ水状態（微粒スラグスラリ）でセトラの下部に配設された微粒スラグスラリ抜き出しラインを通って排出される。なお、排出される微粒スラグやスラグスラリ水中のスラグが未反応炭素分を多く含む場合には、微粒スラグとスラグスラリ水の大部分が微粒スラグ返送ライン（図示せず）を経由して低温ガス化炉７に供給される。
【００１９】
本発明で用いられる廃プラスチックとは、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリアミド等のプラスチックを一種類以上含むものをいう。
【００２０】
本発明で用いられる二酸化珪素を含む無機物質（フラックス）は、例えば、二酸化珪素（ＳｉＯ２）や二酸化珪素、酸化カルシウム（ＣａＯ）、炭酸カルシウム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化鉄等の混合物などをいう。二酸化珪素は、元来スラグにも含まれているのでスラグを有効利用する際に支障はない。例えば、スラグはセメント製造用の原料としてリサイクルすることが可能である。
【００２１】
スラグと二酸化珪素の総重量に対する二酸化珪素の割合が５から３０重量％好ましくは１０から２０重量％になるように二酸化珪素を含有する無機物質を添加する。添加量が少なければスラグの溶融温度が低下せず、スラグの固形物の付着や堆積を効果的に防止することが難しい。一方、添加量が多い場合も経済的ではない。また、添加量が多い場合は、スラグの溶融温度が過度に低下しガス化温度を低下させるため、未燃物及び炭化水素の重質分が増加しスラグ処理工程の負荷を増大させるというデメリットがある。二酸化珪素を含有する無機物質は、固体のまま、または水スラリーとして供給される。
【００２２】
二酸化珪素を含む無機物質を添加する位置は、本発明の効果を妨げなければ特に制限はされないが、例えば、破砕機２、成形機３、低温ガス化炉７の流動媒体の循環ラインや、高温ガス化炉１２が挙げられる。その中で、低温ガス化炉７の流動媒体の循環ラインと溶高温ガス化炉１２が好ましく、低温ガス化炉７の流動媒体の循環ラインが特に好ましい。高温ガス化炉１２の場合、二酸化珪素を含む無機物質は高温ガス化炉１２の上部側面から固体のまま、または水スラリーとして供給される。
【００２３】
ここで、低温ガス化炉７の流動媒体の循環ラインに二酸化珪素を含む無機物質（フラックス）を添加する方法について、図２を用いて更に詳細に説明する。フラックス供給ホッパ２４に充填されたフラックスは、一定流量で流動媒体分配槽２５に供給し低温ガス化炉７の炉底から排出され不燃物が除去された流動媒体と混合される。流動媒体供給ロックホッパ２６内は、常圧で流動媒体分配槽２５と接続し、フラックスを混合した流動媒体を供給する。流動媒体供給ロックホッパ２６に流動媒体を供給したら流動媒体分配槽２５と縁切りして内部を加圧する。流動媒体投入コンベヤ用ホッパ２７は、常に低温ガス化炉７の内部圧力と同程度の加圧状態で運転している。流動媒体供給ロックホッパ２６を昇圧し、ＢＭ投入コンベヤ用ホッパ２７と均圧し互いを接続して流動媒体を流動媒体投入コンベヤ用ホッパ２７に供給する。流動媒体供給ロックホッパ２６内の流動媒体がなくなったら脱圧する。流動媒体供給ロックホッパ２６を流動媒体分配槽２５と同じ常圧に均圧したら互いを接続して、流動媒体を流動媒体供給ロックホッパ２６に充填する。これら一連の加圧→脱圧→流動媒体充填を周期的に繰り返して一定比率のフラックスと混合した流動媒体を、加圧状態の低温ガス化炉７に一定量安定供給する。
【実施例】
【００２４】
以下において、実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明の範囲はこれらによって限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において種々の設計変更が可能である。
【００２５】
［実施例１］
表１に示す組成を有する廃プラスチックを図１に示す装置によってガス化し、スラグを得た。低温ガス化炉の条件は、酸素濃度が１８容量％、温度が６００℃、圧力が９００ｋＰａＧであった。また、高温ガス化炉の条件は酸素濃度が５０容量％、温度が１５００℃、圧力が９００ｋＰａＧであった。高温ガス化炉において得られた合成ガスの組成は、水素が４０容量％、一酸化炭素が３０容量％、二酸化炭素は２０容量％、窒素が９容量％、メタン及びその他が１容量％であった。
【００２６】
【表１】
2008063185.tif 000002
【００２７】
スラグの化学組成は、蛍光Ｘ線測定によって測定された。測定装置は、蛍光Ｘ線分析装置（RIX1000リガク製）を用いた。その結果を表２に示す。
【００２８】
【表２】
2008063185.tif 000003
【００２９】
次に、上記で得られたスラグを１０７℃で２時間乾燥した。冷却後、ブラウン粉砕機により平均粒径３ｍｍ以下になるように粉砕した。粉砕した試料を平均粒径が２１２μｍ以下になるようにさらに粉砕した。粉砕した試料を５００℃まで１時間、その後８１５℃まで３０分の昇温速度で昇温し、１時間燃焼した。燃焼後の試料を冷却後、サンプルミルで平均粒径７５μｍ以下に粉砕した。粉砕した試料を先に示した燃焼条件で再度燃焼した。得られた試料に珪砂（ＳｉＯ２が９３重量％、Ａｌ２Ｏ３が２重量％、その他５重量％）を加えた。ガス化によって得られたスラグと珪砂の総重量に対する珪砂の割合が１０重量％になるように珪砂を添加した。添加した試料の融点を測定した。融点は、ＪＩＳ  Ｍ  ８８０１に従い測定された。結果を表３に示す。
【００３０】
［実施例２から５、比較例１］
珪砂の添加量を変えた以外は、実施例１と同様にして融点を測定した。珪砂を加えない場合（比較例１）とともに表３に示す。この結果、珪砂を加えた場合は、加えない場合に比べて融点が低下していることが明らかとなった。
【００３１】
【表３】
2008063185.tif 000004
【００３２】
［実施例６から８、比較例２］
珪砂に変えて、珪砂と炭酸カルシウムの混合物を使用し、かつ添加割合を表４のように変更した。使用したスラグの組成を表５に示す。珪砂と炭酸カルシウムの混合物を加えない場合（比較例２）を合わせてテスト結果を表４に示す。これによれば、珪砂と酸化カルシウムを加えた場合は、加えない場合に比べてスラグの融点が低下していることが明らかとなった。
【００３３】
【表４】
2008063185.tif 000005
【００３４】
【表５】
2008063185.tif 000006
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、廃プラスチックから水素や一酸化炭素を含む合成ガスを製造する際に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明における廃プラスチックをガス化するための装置の概略図である。
【図２】本発明における二酸化珪素を含む無機物質（フラックス）を添加する方法を示す。
【図３】本発明における珪砂の添加率を変えた場合におけるスラグの融点を示す。
【符号の説明】
【００３７】
１  廃プラスチック
２  破砕機
３  成形機
４  原料ホッパ
５  原料ロックホッパ
６  原料定量供給機ホッパ
７  低温ガス化炉
８  含酸素ガス
９  流動層
１０ロックホッパ
１１連結管
１２高温ガス化炉
１３燃焼室
１４含酸素ガス
１５水蒸気
１６急冷室
１７合成ガス取り出し口
１８スラグ排出口
１９スロート部
２０下降管
２１水槽部
２２スラグロックホッパ
２３スラグスラリ水排出口
２４フラックス供給ホッパ
２５流動媒体分配槽
２６流動媒体供給ロックホッパ
２７流動媒体投入コンベヤ用ホッパ
【図１】
2008063185.tif 000007
【図２】
2008063185.tif 000008
【図３】
2008063185.tif 000009