(57)【要約】【課題】製鉄所において高炉を用いて使用済みプラスチックを処理する際に、使用済みプラスチックの塩素含有量の多少にかかわらず多量の使用済みプラスチックを低コストで処理できる使用済みプラスチックの処理方法を提供すること。【解決手段】使用済みプラスチックを、高炉とガス化溶融炉とを併用して処理することを特徴とする使用済みプラスチックの処理方法を用いる。また、使用済みプラスチックをガス化溶融炉で処理することで発生した発生ガスを、工業用燃料として利用し、所定の濃度よりも塩素含有量が高い使用済みプラスチックをガス化溶融炉で処理し、処理する使用済みプラスチックの種類と受け入れ量に応じて、高炉での処理量と、ガス化溶融炉での処理量を決定することを特徴とする。【選択図】　　　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用済みプラスチックを、高炉とガス化溶融炉とを併用して処理することを特徴とする使用済みプラスチックの処理方法。
【請求項２】
使用済みプラスチックをガス化溶融炉で処理することで発生した発生ガスを、工業用燃料として利用することを特徴とする、請求項１に記載の使用済みプラスチックの処理方法。
【請求項３】
所定の濃度よりも塩素含有量が高い使用済みプラスチックをガス化溶融炉で処理することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の使用済みプラスチックの処理方法。
【請求項４】
処理する使用済みプラスチックの種類と受け入れ量に応じて、高炉での処理量と、ガス化溶融炉での処理量を決定することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の使用済みプラスチックの処理方法。
【請求項５】
使用済みプラスチックを熱分解させ且つ熱分解後の樹脂残渣を溶融するシャフト炉と、該シャフト炉での熱分解によって使用済みプラスチックから生成されるタール及び／又はチャーをガス化するための改質炉とを備えたガス化溶融炉を用いることを特徴とする、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の使用済みプラスチックの処理方法。
【請求項６】
前記シャフト炉の羽口及び前記改質炉の吹き込み口から、純酸素が吹き込まれることを特徴とする請求項５に記載の使用済みプラスチックの処理方法。
【請求項７】
ガス化溶融炉が使用済みプラスチックを熱分解させ且つ熱分解後の樹脂残渣を溶融するシャフト炉を備え、該シャフト炉の内部に堆積する使用済みプラスチックの堆積層の上部が流動状態の流動層であり、酸素濃度９０％以上の純酸素をシャフト炉内に吹きこむことで前記流動層の温度を約８００℃から約１０００℃に制御することにより使用済みプラスチックのガス化に際するタール及び／又はチャーの発生を抑制することを特徴とする、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の使用済みプラスチックの処理方法。
【請求項８】
水および／または水蒸気を純酸素と共に吹きこむことを特徴とする、請求項６または請求項７に記載の使用済みプラスチックの処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、使用済みプラスチックの処理方法に関し、特に製鉄所における使用済みプラスチックのリサイクル処理に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、産業廃棄物や一般廃棄物としてプラスチック等の合成樹脂類が急増しており、その処理が大きな問題となっている。なかでも高分子系の炭化水素化合物であるプラスチックは燃焼時に発生する熱量が高く、焼却処理した場合に焼却炉を傷めるために大量処理が困難であり、その多くがごみ埋立地等に投棄されているのが現状である。しかし、プラスチック等の投棄は環境対策上好ましくなく、その大量処理方法の開発が切望されている。
【０００３】
プラスチック等の合成樹脂類を有効利用する方法として、合成樹脂類を高炉やスクラップ溶解炉等の炉に吹き込んで使用する方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。また、高炉に使用済みプラスチックを吹込むために、フィルム状と固形状の合成樹脂類を分離し、塩素含有樹脂を除去した後に高炉等に気送供給して炉内に吹込む方法も公知である（例えば、特許文献２参照。）。塩化ビニル等の含塩素高分子樹脂のような合成樹脂類を高炉等に還元剤として吹き込んだ場合、含塩素高分子樹脂の熱分解によって塩素系ガス（塩化水素、塩素ガス等）が生じ、高炉ガス中に塩素系の腐食ガスが多量に含有されると炉体やガス処理設備等の腐食問題を引き起こすため、高炉では塩素含有樹脂を多量に処理することは望ましくない。そのため、塩素含有樹脂を除去した残部が吹込みに用いられている。処理する使用済みプラスチックから除去された塩素含有樹脂類は、他の回収手段に回すか、あるいは別途脱塩素処理を行なってから高炉に吹込む等して処理されている（例えば、特許文献３参照。）。
【０００４】
一方で、コークス炉で塩素含有プラスチックを処理する技術も知られている。例えば、使用済みプラスチックを石炭と配合してコークス炉に装入し、使用済みプラスチックを熱分解させコークス炉ガスとして回収しリサイクルする技術がある（例えば、特許文献４参照。）。また、高炉での使用済みプラスチックの処理量に限界があるとして、塩素分の多いものをコークス炉に装入して熱分解処理し、塩素分の少ない使用済みプラスチックを高炉に装入して熱分解処理することで、脱塩素工程を低減若しくは省略することができるとする技術もある（例えば、特許文献５参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特公昭５１−３３４９３号公報
【０００６】
【特許文献２】
特開平９−１７０００９号公報
【０００７】
【特許文献３】
特開平１０−６０５０９号公報
【０００８】
【特許文献４】
特開２００１−４９２６３号公報　（第３−４頁）
【０００９】
【特許文献５】
特許第３０９５７３９号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献３に記載されているように、高炉での使用済みプラスチック処理の際に塩素含有樹脂類を分離したり、脱塩素処理を行なってから高炉に吹込む等して処理することは、処理工程が複雑化して生産性の低下を招くおそれがある。
【００１１】
一方で、特許文献４、特許文献５等に記載のように、コークス炉において使用済みプラスチックを処理すれば、高炉に吹込むことのできない塩素含有樹脂類を処理することが可能とされているが、使用済みプラスチックを石炭と共にコークス炉で処理すると、たとえば、コークス炉に装入された使用済みプラスチックの熱分解残渣が残留し、この残渣が使用済みプラスチックの周辺の石炭中に拡散し、拡散した残渣の残留部分においてコークス組織が脆弱化されコークスの強度が低下し、コークスの品質が劣化するので使用済みプラスチックの処理量に限界があるという問題がある。
【００１２】
通常の装入方法では、コークス炉への使用済みプラスチックの添加量は、たとえば全石炭装入量に対して１ｍａｓｓ％が限界とされており、特許文献４に記載の方法を用いてコークス炉に装入する使用済みプラスチックの平均粒径を調整しても、添加量は３ｍａｓｓ％が限界であり、使用済みプラスチックの処理量を増やすことは困難である。
【００１３】
使用済みプラスチックの処理量を増やすために、コークス炉で使用する石炭中の非微粘結炭の配合割合を減らし、高価な粘結炭の配合量割合を増加させればコークス強度の低下は抑えられるが、非常にコスト高である。
【００１４】
したがって本発明の目的は、このような従来技術の課題を解決し、製鉄所において高炉を用いて使用済みプラスチックを処理する際に、使用済みプラスチックの塩素含有量の多少にかかわらず多量の使用済みプラスチックを低コストで処理できる使用済みプラスチックの処理方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するための本発明の特徴は以下の通りである。
（１）、使用済みプラスチックを、高炉とガス化溶融炉とを併用して処理することを特徴とする使用済みプラスチックの処理方法。
（２）、使用済みプラスチックをガス化溶融炉で処理することで発生した発生ガスを、工業用燃料として利用することを特徴とする、（１）に記載の使用済みプラスチックの処理方法。
（３）、所定の濃度よりも塩素含有量が高い使用済みプラスチックをガス化溶融炉で処理することを特徴とする、（１）または（２）に記載の使用済みプラスチックの処理方法。
（４）、処理する使用済みプラスチックの種類と受け入れ量に応じて、高炉での処理量と、ガス化溶融炉での処理量を決定することを特徴とする（１）ないし（３）のいずれかに記載の使用済みプラスチックの処理方法。
（５）、使用済みプラスチックを熱分解させ且つ熱分解後の樹脂残渣を溶融するシャフト炉と、該シャフト炉での熱分解によって使用済みプラスチックから生成されるタール及び／又はチャーをガス化するための改質炉とを備えたガス化溶融炉を用いることを特徴とする、（１）ないし（４）のいずれかに記載の使用済みプラスチックの処理方法。
（６）、前記シャフト炉の羽口及び前記改質炉の吹き込み口から、純酸素が吹き込まれることを特徴とする（５）に記載の使用済みプラスチックの処理方法。
（７）、ガス化溶融炉が使用済みプラスチックを熱分解させ且つ熱分解後の樹脂残渣を溶融するシャフト炉を備え、該シャフト炉の内部に堆積する使用済みプラスチックの堆積層の上部が流動状態の流動層であり、酸素濃度９０％以上の純酸素をシャフト炉内に吹きこむことで前記流動層の温度を約８００℃から約１０００℃に制御することにより使用済みプラスチックのガス化に際するタール及び／又はチャーの発生を抑制することを特徴とする、（１）ないし（４）のいずれかに記載の使用済みプラスチックの処理方法。
（８）、水および／または水蒸気を純酸素と共に吹きこむことを特徴とする、（６）または（７）に記載の使用済みプラスチックの処理方法。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施形態であり、高炉とガス化溶融炉とを用いた使用済みプラスチック処理の全体図を示す。
【００１７】
製鉄所において受け入れた使用済みプラスチック１は、分別工程２により、固形プラスチック３、フィルム系プラスチック４、異物１２（金属片、木屑等）に分別される。固形プラスチック３は粗破砕工程５により破砕し、必要により塩素含有プラスチック除去工程６により塩素含有樹脂を除去した後、粉砕工程７により所定の粒径まで粉砕して粒化する。フィルム系プラスチック４は粗破砕工程８により破砕し、塩素含有プラスチック除去工程９により塩素含有樹脂を除去した後、造粒工程１０により所定の粒径に造粒して粒化する。粉砕工程７および造粒工程１０により所定の粒径に粒化した使用済みプラスチックは高炉１１に羽口から吹きこみ、還元剤として処理する。
【００１８】
分別工程２により分別された異物１２は金属片、木屑、金属付着プラスチック等の小径物が主体であり、ガス化溶融炉１４で処理する。塩素含有プラスチック除去工程６、９により除去された塩ビ等の塩素含有プラスチック１３もガス化溶融炉１４で処理する。製鉄所において受け入れた使用済みプラスチックが塩素含有樹脂や、破砕処理が困難な複合プラスチック等の難処理プラスチックが主体である場合１５は、ガス化溶融炉１４で処理する。ガス化溶融炉で生成される熱分解ガスは、回収して工業用ガスとして利用する。
【００１９】
受け入れる使用済みプラスチックには、通常、家庭から排出される一般廃棄物系のプラスチックのように、異物が混合され、固形、フィルム等の形状では分別されておらず、複数種類のプラスチックの混合状態であり、塩ビ等の塩素含有プラスチックも混入された状態であるものもある。分別工程２を設けるのは、処理を行なう使用済みプラスチックの形状が、固形であるか、フィルム状であるかによって、異なる前処理工程を用いることが好ましいからである。固形プラスチックは破砕、粉砕により所定の粒径まで粒化することが可能である。一方、フィルム系プラスチックは固形プラスチック同様に粉砕しても高炉吹き込みの気流輸送に適する粒状にならないため、半溶融あるいは溶融固化した後に裁断あるいは破砕して粒化して処理することが好ましい。このため、受け入れたプラスチックを固形プラスチックとフィルム系プラスチックに分別して、別々に処理すると効率的である。この分別工程には、例えば揺動式選別機を用いて重量物の固形プラスチックと軽量物のフィルム系プラスチックに分離することができる。揺動式選別機を用いる場合は、同時に異物を小径物として分別可能である。金属片、木屑、金属付着プラスチック等の異物は破砕機、粉砕機の設備保護のためにも分離することが望ましい。
【００２０】
塩素含有プラスチック除去工程６、９では、比重分離により塩素含有プラスチックを除去することが好ましい。塩素含有プラスチックは比重が大きいため、水を用いて容易に分離が可能である。遠心分離式の比重分離装置を用いると、さらに効率的に塩素含有プラスチックを分離することができる。
【００２１】
フィルム状のプラスチックの造粒方法としては、使用済みプラスチック完全溶融させ、これを押出し機により棒状等に押出し成形した後、粒状に裁断することにより粒状物を得る方法、裁断または破砕された使用済みプラスチックを加熱若しくは前記裁断または破砕による摩擦熱により半溶融化させ、半溶融化した合成樹脂材を急冷することにより収縮固化させ、この際粒状に収縮固化させるか若しくは収縮固化した合成樹脂材を粉砕処理して粒状物を得る方法、高速回転する回転刃で裁断または破砕するとともに、該裁断または破砕による摩擦熱により使用済みプラスチックを半溶融化させ、次いでこの半溶融化した使用済みプラスチックを水噴霧等によって急冷することにより収縮固化させ、この際粒状に収縮固化させるか若しくは収縮固化と同時に前記回転刃により粉砕処理し、粒状物を得る方法等の任意の方法を用いることができる。
【００２２】
高炉での吹き込み処理には適さない塩ビ等の塩素含有プラスチック、分離除去された異物は従来では残さとして例えば埋め立て処理が行なわれているが、本発明では製鉄所に併設するガス化溶融炉で処理を行なう。ガス化溶融炉としては、例えばシャフト炉を用い、炉の頂部から使用済みプラスチックとともに副資材としてコークス、石灰石等を投入し、シャフト炉の羽口から純酸素を吹き込む等して、使用済みプラスチックの熱分解・溶融を行なう。
【００２３】
ガス化溶融炉においては、使用済みプラスチックをガス化溶融炉に投入するだけで、特別な前処理を行なうことなく熱分解・溶融処理を行なうことができるので、塩素含有プラスチック以外の使用済みプラスチックもガス化溶融炉で処理することで、高炉での使用済みプラスチック処理における破砕・造粒等の前処理のコストを削減することができる。
【００２４】
ガス化溶融炉で回収されるガスは、高カロリーであり（ＣＯ、Ｈ２リッチ）、高付加価値のガスが得られるので、低コストで有効にエネルギー回収を行なうことができる。高炉とガス化溶融炉を併用することで、製鉄所での使用済みプラスチックの処理量が増大し、低コストで塩素含有プラスチックを処理できると同時にガス化溶融炉での発生ガスを回収して工業用燃料とすることで、使用済みプラスチックのエネルギー利用率が大幅に向上する。
【００２５】
また、ガス化溶融炉では塩素含有プラスチックと同様に他のハロゲン元素を含有する使用済みプラスチックも処理可能である。特に臭素は難燃性プラスチック等に含まれている場合が多く、ガス化溶融炉を併用することで高炉での処理に不適なハロゲン元素を含有するプラスチックの処理も可能となる。
【００２６】
次に、本発明で用いるガス化溶融炉について詳しく説明する。
【００２７】
ガス化溶融炉とは、キルン（回転窯）や流動床炉を使って廃棄物から熱分解ガスを発生させ、その熱分解ガスによる熱で焼却灰等の熱分解残渣を溶融するプラントである。ガス化溶融炉の運転工程としては、まず、キルンや流動床炉等の熱分解炉を用いて、廃棄物を無酸素又は低酸素の状態で熱分解する。このとき廃棄物からは、熱分解ガス、灰分、カーボン、タール、チャー等が生成され、これらの生成物は次段階の溶融炉に送られる。溶融炉の内部は熱分解ガスと高温空気で例えば１２００〜１３００℃になり、残渣中の灰分等を溶融する。
【００２８】
このようなガス化溶融炉では、廃棄物から生成される熱分解ガスを次の溶融工程で有効利用している。また、ガス化溶融炉を使用して廃棄物から生成される熱分解ガスは、回収して工業用燃料として製鉄所等で利用することができる。ガス化溶融炉で使用済みプラスチックを処理する場合、処理される使用済みプラスチックが塩素を含有している場合でも、発生する塩化水素ガスによってダイオキシン類が生成してもタール等とともに、高温還元雰囲気によって分解され、無害化する。
【００２９】
コークスベッド式溶融炉とも呼ばれるシャフト炉は、上述の２段で構成される熱分解炉と溶融炉とを一体にした構造であり、本発明ではガス化溶融炉としてこのシャフト炉を用いることが効率的であり特に好ましい。シャフト炉の原理は、高炉の原理と同じであり、灼熱するコークス層から上昇する熱で使用済みプラスチックを熱分解し、炉床部で熱分解残渣を溶融する。使用済みプラスチックは副資材（コークス、石灰石）とともに、シャフト炉の上部から投入される。シャフト炉は使用済みプラスチックの不燃分を溶融させ、溶融物をメタル又はスラグとして有効利用できる。このため、処理対象となる使用済みプラスチックが金属、ガラス繊維等の異物を含有する場合でも処理可能であり、あらゆる種類の使用済みプラスチックを処理可能である。使用済みプラスチックから生成される熱分解ガスは、シャフト炉の上部から取り出され、後段の湿式ガス洗浄装置によって発生した塩化水素ガスを洗浄除去した後、工業用燃料として回収して、利用することができる。
【００３０】
上記のようなシャフト炉において、シャフト炉の炉頂部内の温度を８００℃〜１１００℃の高温雰囲気に保持して、シャフト炉内で発生する発生ガス中のタールやチャー等の熱分解ガス中の不純物を充分にガス化させることが好ましい。投入された使用済みプラスチックを直ちに高温乾留して、タール等をガス化することで、従来よりも高カロリーの可燃性ガスを回収できる。
【００３１】
上記のようにシャフト炉の炉頂部内全体の温度を８００℃〜１１００℃の高温雰囲気に保持することが困難である場合は、改質炉を備えたガス化溶融炉を用いることが望ましい。改質炉を備えたガス化溶融炉を用いた使用済みプラスチック処理について以下に説明する。
【００３２】
図２はガス化溶融炉にシャフト炉を用い、改質炉を備えた、ガス化溶融炉の一実施形態の説明図である。このガス化溶融炉は、使用済みプラスチックを熱分解させ且つ熱分解後の樹脂残渣を溶融するシャフト炉２１と、熱分解によって使用済みプラスチックから生成されるタール及び／又はチャーをガス化するための改質炉２２と、改質炉２２で改質されたガスを、水を用いて冷却するガス冷却設備２３と、ガスの冷却水を処理する水処理設備２４と、冷却したガスを脱硫する脱硫設備２５とを備える。脱硫されたガスは、ガスホルダー２６に貯蔵され、リサイクル利用される。
【００３３】
一般にシャフト炉２１では、廃棄物から生成される熱分解ガスは炉の下から上に上昇する一方、廃棄物から生成される灰分、カーボンは重力によってコークスとともに下に行く。熱分解ガスが上昇する速度が速いと、灰分が熱分解ガスによって上昇させられ、工業用ガスとして取り出される側に搬送されてしまう。これを防止するため、シャフト炉では、溶融炉の炉頂部の径を大きく設定し、熱分解ガスが上昇する速度を遅くしている。すなわち溶融炉の径を、朝顔部（テーパ部）にて炉床部から炉頂部に向かってテーパ状に広げ、炉頂部の径を炉床部の径よりも大きくしている。このため、シャフト炉では、大型であるほど、炉頂部内の雰囲気温度が場所によって均一になりにくく、さらに、炉頂部から使用済みプラスチック、コークス、石灰石が投入されるので、炉頂部内の雰囲気温度よりも低い温度である使用済みプラスチックやコークス等によって炉頂部内の雰囲気温度が部分的に下げられてしまい、炉頂部内では、熱分解ガス中の不純物を充分にガス化させることができない場合がある。
【００３４】
そこで本発明では、ガス化溶融炉としてシャフト炉を用いて使用済みプラスチックから生成される熱分解ガスを工業用ガスとして回収する際に、シャフト炉とは別に、雰囲気温度を均一に調整し易いガス改質炉を設け、該ガス改質炉で熱分解によって生成されるタール及び／又はチャーをガス化させることで、熱分解ガス中の不純物を効率良くガス化させる。したがって、工業用ガスとして回収するガス単味のカロリーを向上させ、また後段の不純物除去処理をより一層簡易にすることができる。
【００３５】
以上のようなシャフト炉と改質炉からなるガス化溶融炉を用いれば、シャフト炉にて使用済みプラスチックを効率良く熱分解することができ、改質炉にて熱分解ガス中のタール及び／又はチャーを効率良くガス化させることができる。
【００３６】
シャフト炉の羽口及び前記改質炉の吹き込み口から純酸素を吹き込むと、シャフト炉、改質炉、ガスを冷却するガス冷却設備等をコンパクトにすることができるので好ましい。純酸素には窒素分が少ないので、工業用ガスとして処理すべきガスのボリュームを下げることができるためである。また、窒素分が少ないので、回収される工業用ガスを高カロリーガスとして利用することができる。
【００３７】
前記シャフト炉の羽口及び前記改質炉の吹き込み口から純酸素とともに、水若しくは水蒸気を吹込むと、水（Ｈ２Ｏ）が分解して水素（Ｈ２）になるので熱分解ガスを水素リッチなガスに改質することができるので好ましい。また純酸素を吹込むだけだと、吹込み口近傍の雰囲気温度が極めて高温になるおそれがあるが、水若しくは水蒸気を吹込むことで、耐火物に悪影響を及ぼさないように、吹込み口近傍の雰囲気温度を調整することができる。純酸素は、高炉のように熱風ではなく、常温で吹込まれる。常温の酸素に水蒸気を吹込むと、常温の酸素によって水蒸気がドレン化され、水蒸気がきれいに分散しなくなるおそれがある。このため、水蒸気よりも水をミスト状に吹いて雰囲気温度を調整するのが望ましい。
【００３８】
シャフト炉の炉頂部内の雰囲気温度が６００〜８５０℃に設定され、改質炉内の雰囲気温度が１０００〜１２００℃に設定されることが望ましい。
【００３９】
改質炉２２は、例えば、全体が略円筒状をなし、その内周には耐火物が貼られたものを用いることができる。改質炉２２の径はシャフト炉２１の炉頂部２１ａの径よりも小さく、例えば炉頂部２１ａの径が約９ｍ程度なのに対して改質炉２２の径は例えば２〜３ｍに設定される。改質炉２２の下部の径を絞ったところには、改質炉２２に純酸素及び水を吹込むための吹き込み口を円周方向に複数設けることが望ましい。吹き込み口から純酸素及び水を吹込むことによって、改質炉の内部の雰囲気温度を１０００〜１２００℃に設定できる。
【００４０】
改質炉２２の役割について詳しく説明する。改質炉２２は主に、下記の▲１▼〜▲３▼の役割を有する。▲１▼タール（ＣｍＨｎ）及び重炭化水素の完全分解により、液体状不純物を除去する。なおガス中にタール分が残る場合、後段の水処理でタールを除去する処理が必要になる。▲２▼チャー（Ｃ）の完全分解促進により、固体状不純物を除去する。一般にチャーは非常に反応性が悪く、ガス中には含まれないのが理想である。改質炉２２でチャーの分解を図っても、ガス中に僅かに残ることもありえるので、後述する後段の水処理設備２４で再度チャーを取り除いてシャフト炉２１に戻すのが望ましい。▲３▼ガス改質を行なう。具体的には水素リッチなガスに改質することであり、改質炉２２に水をミスト状に吹き込むと、一酸化炭素（ＣＯ）が減って水素（Ｈ２）が増える。ガスの持つエネルギとしては増えないが、水素（Ｈ２）をリッチにするという意味でガス改質である。
【００４１】
本発明ではさらに、改質炉で改質されたガスを、水を用いて冷却し、冷却したガスを脱硫してもよい。このためには、改質炉で改質されたガスを、水を用いて冷却するガス冷却設備と、ガスの冷却水を処理する水処理設備と、冷却したガスを脱硫する脱硫設備とを備えることが好ましい。改質炉で改質されたガスを、水を用いて急冷すると、冷却工程でダイオキシンが再合成するのを防止することができる。またガスを脱硫処理することで、工業用ガスとして利用しやすくなる。
【００４２】
ガス冷却設備、水処理設備、脱硫設備を備える場合、ガス改質炉２２で改質されたガスは、ガス冷却設備２３に送られる。ガス冷却設備２３は改質炉２２で改質されたガスを、水を用いて一気に冷却する。これはダイオキシンが再合成しやすい３００℃前後の温度を素早く通過させ、ダイオキシンが再合成しないようにするのが目的である。ガスの冷却と同時に酸やアルカリでガスを洗浄し、重金属や有害な酸性ガスを除去してもよい。特にアルカリでの洗浄は塩素含有プラスチックが熱分解して発生した塩化水素を中和するため非常に好ましい。酸やアルカリはタンク２７に貯えられる。シャフト炉及び改質炉では純酸素を吹き込むので、空気吹込みに比べると、冷却すべきガスの量も少なくてすむ。
【００４３】
ガスの冷却水は水処理設備２４で処理される。水処理設備２４では、水処理の一般的な方法が採られ、例えば使用済みプラスチックに含まれる塩素分を苛性ソーダによって混合塩として回収し、また使用済みプラスチックに含まれる重金属をキレート処理して凝沈させ、ＣＯＤなどを生物処理することによって低減して排出する。
【００４４】
冷却されたガスは脱硫設備２５に送られる。脱硫設備２５では、ガス中の硫化水素（Ｈ２Ｓ）を除去する。硫化水素（Ｈ２Ｓ）が除かれると、ガスの組成としては、一酸化炭素（ＣＯ）＋水素（Ｈ２）＋二酸化炭素（ＣＯ２）となる。窒素（Ｎ２）は含まれたとしても数％以内になる。硫化水素（Ｈ２Ｓ）が除去された工業用ガスは、ガスホルダー２６内に貯められ、例えば製鉄所の工業用燃料として利用されたり、発電設備の燃料として利用されたり、加熱炉の燃料として利用されたりする。
【００４５】
得られる工業用ガスは一酸化炭素（ＣＯ）と水素（Ｈ２）がリッチなガスなので、製鉄所内外での利用の他に、ＤＭＥすなわち、ガソリンの代用になるジメチルエーテル（ＣＨ３ＯＣＨ３）の原料として利用されてもよい。また膜分離の技術を利用して、工業用ガスから水素（Ｈ２）を分離し、水素燃料の原料等としてもよい。残った二酸化炭素（ＣＯ２）はドライアイスに利用してもよい。
【００４６】
以上のように、シャフト炉に改質炉を組み合わせたガス化溶融炉を用いることで、生成される熱分解ガス中の不純物を充分にガス化させることができるが、改質炉を用いずに、使用済みプラスチックのガス化に際するタール及び／又はチャーの発生を抑制する以下の方法を用いることも可能である。
【００４７】
シャフト炉では、投入された使用済みプラスチックの堆積層は、上部が使用済みプラスチックがガス化する、使用済みプラスチックの乾燥および熱分解領域である流動状態の流動層であり、下部が使用済みプラスチックの高温燃焼および溶融領域である移動層という構成になっている。移動層の下部（使用済みプラスチック堆積層の下部）はコークス充填層である。本発明では、流動層の温度を所定の範囲に制御し、且つ流動層に十分な酸素を供給することで、使用済みプラスチックのガス化に際して、タールおよび／またはチャーの発生を発生段階で抑制する。
【００４８】
使用済みプラスチックは３００℃前後でガス化し易く、タールやチャーが極めて発生し易い。従来の流動層の温度は６００〜８００℃程度であり、この温度域で使用済みプラスチックをガス化させると、カーボン成分の数１０％がすすになり、ガス化されない。これに対して本発明では、ガス化溶融炉が使用済みプラスチックを熱分解させ且つ熱分解後の樹脂残渣を溶融するシャフト炉を備え、該シャフト炉の内部に堆積する使用済みプラスチックの堆積層の上部が流動状態の流動層であり、酸素濃度９０％以上の純酸素をシャフト炉内に吹きこむことで前記流動層の温度を約８００℃から約１０００℃に制御することにより使用済みプラスチックのガス化に際するタール及び／又はチャーの発生を抑制することを特徴とする。すすの生成率はガス化温度が高いほど低減できるが、８００℃以上とすることで効率的に低減できる。また１０００℃以上にすると、使用済みプラスチックの一部が溶融し、炉壁にクリンカーが成長して棚つりの原因になってしまう場合があるので、ガス化温度は１０００℃以下が望ましく、流動層の温度を約８００℃から約１０００℃に制御することが効果的である。
【００４９】
タール及び／又はチャーの発生を抑制するためには、流動層の温度を約８００℃から約１０００℃に制御する以外に、純酸素の供給も必要である。酸素を供給して使用済みプラスチックと反応させ、分解させる。単なる乾留では流動層の温度が約８００℃〜約１０００℃であっても燃焼性が悪く、すすが生成され易い。
【００５０】
また、純酸素のみを用いて上記の流動層の温度を調整すると、流動層が高温になりすぎる場合があるので、水および／または水蒸気を純酸素と共にシャフト炉内に吹きこむことで温度調整を行なうと、温度調節が容易になるので好ましい。
【００５１】
純酸素等をシャフト炉内に吹きこむことで流動層の温度を制御するためには、シャフト炉が、流動層の近傍に気体吹きこみのための羽口を有することが好ましい。また、流動層の温度は、例えば、熱電対の先端の測定部を炉壁から炉内にわずかに出して直接測定することができる。
【００５２】
次に、高炉とガス化溶融炉を用いた製鉄所における使用済みプラスチック処理方法について説明する。
【００５３】
本発明では、製鉄所における使用済みプラスチック処理を、高炉とガス化溶融炉とを併用して処理することを特徴とする。また、使用済みプラスチックをガス化溶融炉で処理することで発生した発生ガスを、工業用燃料として利用することを特徴とする。
【００５４】
従来の技術で説明したように、高炉における還元剤としての使用済みプラスチックの吹込み処理は、使用済みプラスチックのケミカルリサイクルとして有効な手段であるが、塩素含有プラスチックの処理が困難である。この問題を、使用済みプラスチックの一部を高炉で還元剤として処理し、ガス化溶融炉を併用して、使用済みプラスチックの残部の全てあるいは一部をガス化溶融炉で処理することで解決できる。ガス化溶融炉は処理される使用済みプラスチックが塩素を含有している場合でも、発生する塩化水素ガスは排ガス洗浄装置で中和除去され無害化するので、使用済みプラスチックの処理に好適である。また、高炉で使用済みプラスチック処理を行なうためには、使用済みプラスチックを吹込みに適した形状とするために破砕や造粒等を行なう必要があるが、ガス化溶融炉で使用済みプラスチックを処理する際には特別な前処理は不要であり、前処理のコストが低い。さらに、ガス化溶融炉を使用して使用済みプラスチックから生成される熱分解ガスは、回収して工業用燃料として製鉄所等の設備で燃焼させて利用することができるので、エネルギーを効率的に熱回収して利用する事ができる。ガス化溶融炉で発生するガスは、高カロリーの工業用ガスとして使用可能である。したがって、高炉とガス化溶融炉での処理を並列して行なうことで、塩素含有プラスチックを含む多量の使用済みプラスチックを効果的に処理することができる。
【００５５】
高炉で還元剤として処理した使用済みプラスチックの残部の全てをガス化溶融炉で処理しても良いが、前記残部の一部を転炉、コークス炉等、その他の製鉄所内設備で処理することも可能である。
【００５６】
ガス化溶融炉は塩素を含有している使用済みプラスチックを処理できるので、所定の濃度よりも塩素含有量が高い使用済みプラスチックはガス化溶融炉で処理するものとする。塩素含有量が高い使用済みプラスチックとは、塩化ビニルや塩化ビニリデン等の含塩素高分子樹脂材を主体とするものであり、高炉で処理可能な濃度を超えて塩素を含有する使用済みプラスチックである。例えば、塩素含有量が１ｍａｓｓ％以上であるものとする等、適宜設定する。所定の濃度よりも塩素含有量が高い使用済みプラスチックと、所定の濃度よりも塩素含有量が低い使用済みプラスチックとは、処理するために搬入された段階から分離された状態であるものを用いても、所定の塩素含有量にしたがって分離したものでも、どちらを用いることも可能である。
【００５７】
したがって、使用済みプラスチックを所定の濃度よりも塩素含有量が高いものと、所定の濃度よりも塩素含有量が低いものに分別し、塩素含有量が低いものを高炉で処理し、塩素含有量が高いものをガス化溶融炉で処理することもできる。高炉での使用済みプラスチックの処理量を増大させるために、塩素含有量が高い使用済みプラスチックの一部についてロータリーキルンを用いて酸素を遮断した雰囲気で加熱する等の脱塩素処理を行なって、塩素含有量を少なくしてから高炉で処理することも可能である。
【００５８】
さらに、ガス化溶融炉では塩素含有量が高い使用済みプラスチックと、塩素含有量が低い使用済みプラスチックの、どちらも処理可能であるので、使用済みプラスチックの内、塩素含有量が低いものの少なくとも一部を高炉で処理し、残部の一部または全部をガス化溶融炉で処理することが好ましい。したがって、塩素含有量の低い使用済みプラスチックの内、破砕処理するのみで高炉に吹込み可能な使用済みプラスチックのみを高炉で処理すれば、造粒等の前処理が不要になるので、高炉での使用済みプラスチック処理を低コスト化することができる。
【００５９】
一方で、使用済みプラスチックのうち、塩素含有量が低いものと塩素含有量が高いものとに分別を行なっていないものについて、塩素含有量が不明なままでガス化溶融炉で処理することもできる。ガス化溶融炉での処理を行なう場合には破砕、造粒等の前処理が不要であるので、例えば、高炉に吹込む場合には造粒等が必要なフィルム状プラスチック等を塩素含有量不明な状態のままガス化溶融炉で処理し、廃棄物としての排出段階で塩素を含有しないことが分かっている固形の使用済みプラスチックを破砕して高炉に吹込むと、分別、造粒等の前処理のコストを削減することができる。
【００６０】
上記で用いる使用済みプラスチックを塩素含有量が高いものと塩素含有量が低いものとに分別する方法として、使用済みプラスチックを比重分離によって塩素含有量が高いものと塩素含有量が低いものに分別することが好ましい。塩素含有プラスチックである塩化ビニルや塩化ビニリデン等の含塩素高分子樹脂材は他の合成樹脂に較べて比重が大きいため（ポリエチレンの比重：０．９１〜０．９６、ポリプロピレンの比重：０．８９〜０．９１程度であるのに対し、塩化ビニルの比重：１．１６〜１．５５程度）、比重差を利用して容易に分別可能である。通常、比重分離のための分離装置は水等の液体を利用した比重分離方式或いは遠心分離方式等を用いる。比重分離を行なうためには、使用済みプラスチックを８ｍｍ〜２０ｍｍ程度に破砕処理した後に行なうことが好ましい。
【００６１】
また、塩素含有量が高いことが明らかな使用済みプラスチックについては、塩素含有量による選別処理を行なわずにガス化溶融炉で処理されるので比重分離のための破砕処理が不要である。ガス化溶融炉で処理する使用済みプラスチックの割合を高めると、破砕処理のコストを低減することができる。
【００６２】
以上のように、高炉とガス化溶融炉とを併用して、使用済みプラスチックの内、所定の濃度よりも塩素含有量が高い使用済みプラスチックをガス化溶融炉で処理するためには、各種の方法で行なうことができる。処理する使用済みプラスチックには、主として、一般家庭から排出される多種類のプラスチックの混合状態である一般廃棄物と、ある程度プラスチックの種類が判明している産業廃棄物等の使用済みプラスチックとがあり、これらを処理するために受け入れた場合、使用済みプラスチックの種類や受け入れ量に応じて、上記のような処理形態を適宜選択、組み合わせて、高炉での処理量と、ガス化溶融炉での処理量を決定して実施すると多量の使用済みプラスチックを低コストで処理できるので効果的である。
【００６３】
以上のように、高炉とガス化溶融炉とを併用した使用済みプラスチックの処理は非常に効果的であるが、ガス化溶融炉の一実施形態として、使用済みプラスチックを熱分解させ且つ熱分解後の樹脂残渣を溶融するシャフト炉と、該シャフト炉での熱分解によって使用済みプラスチックから生成されるタール及び／又はチャーをガス化するための改質炉とを備えたガス化溶融炉を用いると、使用済みプラスチックの熱分解ガス中の不純物を効率良くガス化させることができるので、非常に効果的である。
【００６４】
前記シャフト炉では、炉の頂部から廃棄物とともに副資材として少なくともコークスを投入すると効果的である。
【００６５】
また、前記シャフト炉の羽口及び前記改質炉の吹き込み口から、純酸素が吹き込まれると、シャフト炉、改質炉、ガスを冷却するガス冷却設備等をコンパクトにすることができ、回収される工業用ガスを高カロリーガスとして利用することができるので好ましい。
【００６６】
また、上記の際に、水および／または水蒸気を純酸素と共にシャフト炉および／または改質炉内に吹きこむことが好ましい。
【００６７】
また、ガス化溶融炉による使用済みプラスチック処理の一実施形態として、ガス化溶融炉が使用済みプラスチックを熱分解させ且つ熱分解後の樹脂残渣を溶融するシャフト炉を備え、該シャフト炉の内部に堆積する使用済みプラスチックの堆積層の上部が流動状態の流動層であり、酸素濃度９０％以上の純酸素をシャフト炉内に吹きこむことで前記流動層の温度を約８００℃から約１０００℃に制御することにより使用済みプラスチックのガス化に際するタール及び／又はチャーの発生を抑制することが効果的である。
【００６８】
また、上記の際に、水および／または水蒸気を純酸素と共にシャフト炉内に吹きこむことが好ましい。
【００６９】
さらに、改質炉を用いる場合と同様に、シャフト炉では、炉の頂部から廃棄物とともに副資材として少なくともコークスを投入すると効果的であり、また、前記シャフト炉の流動層の近傍以外の羽口からも、純酸素を吹き込むことが好ましい。
【００７０】
【実施例】
（実施例１）製鉄所において使用済みプラスチックを受け入れて、高炉とガス化溶融炉（廃棄物を熱分解及び溶融するシャフト炉）を用いて使用済みプラスチック処理を行なった。受け入れた使用済みプラスチックは、一般廃棄物系プラスチックと産業廃棄物系プラスチックであった。
【００７１】
一般廃棄物プラスチックは、家庭から排出されたものであり、固形、フィルムの分別はされておらず、塩ビ等の塩素含有プラスチックも混入された状態であった。
【００７２】
産業廃棄物系プラスチックについては、排出元から直接受け入れるため、収集段階で塩素含有プラスチックと塩素を含有しない使用済みプラスチックとに選別されていた。
【００７３】
図１と同様の処理フローにより、上記の使用済みプラスチック処理を行なった。一般廃棄物プラスチックは、自治体等で回収後、つぶし固めてベール品の状態とされていたので、ベール品を解砕した。次に解砕した使用済みプラスチック１から異物を除去するために、揺動式選別機２を用いて使用済みプラスチックを重量物（固形プラスチック）と小径物（金属片、木屑等）と軽量物（フィルム系プラスチック）に分離した。軽量物としてポリオレフィン系プラスチックが主であるフィルム系プラスチックおよびトレー系プラスチック４を分別し、重量物として、ペットポトル等の固形プラスチック３を、小径物として金属等の異物１２を分別した。異物１２は約２％であり、異物を除去した使用済みプラスチックのうち、固形プラスチック３が約１０％、フィルム径プラスチック４が約９０％であった。固形プラスチック３は主としてＰＥＴ等の溶融温度が高いプラスチックを用いて製造されていた。固形プラスチック３は塩素を含有しないプラスチックが主体であったので、塩素含有プラスチックの分別は行なわずに、８ｍｍ程度に粉砕機７で粉砕し、高炉１１の還元剤として羽口から吹込んだ。分別したフィルム系の使用済みプラスチック４は遠心分離式の比重分離装置９を用いて比重１以上の重量分と、比重１以下の軽量分に分離した。約７５％が軽量分であり、軽量分は造粒機１０を用いて造粒して、高炉１１の還元剤として羽口から吹込んだ。約２５％の重量分は大部分が塩素含有プラスチック１３であるので、ガス化溶融炉１４で処理した。小径物である異物１２も、ガス化溶融炉１４で処理した。ガス化溶融炉１４であるシャフト炉では、炉の頂部から使用済みプラスチックとともに副資材としてコークス、石灰石を投入し、シャフト炉の羽口から純酸素を吹き込んだ。
【００７４】
工場等で排出した使用済みプラスチックを受け入れた場合、プラスチックの主体が塩素含有樹脂や、破砕処理が困難な複合プラスチック等の難処理プラスチック１５である場合は、ガス化溶融炉１２で処理した。受け入れたプラスチックの主体が、塩素を含有しない使用済みプラスチックであり、フィルム状のものは、破砕後に造粒機を用いて造粒して、高炉７の還元剤として羽口から吹込んだ。塩素を含有しない使用済みプラスチックであり、固形のものの場合は８ｍｍ程度に粉砕機６で粉砕し、高炉７の還元剤として羽口から吹込んだ。プラスチックの種類が不明なものは、比重分離等を行なわずに、ガス化溶融炉１４で処理した。
【００７５】
高炉に吹き込んだ使用済みプラスチックの塩素含有割合は０．５ｍａｓｓ％以下であった。高炉出銑量は１万ｔ／日であり、廃プラ吹き込み原単位は１６ｋｇ／ｔで、風圧、シャフト圧等の変動もなく、順調に操業できた。
【００７６】
高炉とガス化溶融炉を併用し、塩素含有プラスチックをガス化溶融炉で処理することで、使用済みプラスチックを高炉還元剤としてリサイクル利用するとともに、ガス化溶融炉での工業用燃料回収による、ガス回収によるエネルギー利用が大幅に向上した。
【００７７】
（実施例２）実施例１において、シャフト炉とは別に、雰囲気温度を均一に調整し易いガス改質炉を設け、該ガス改質炉で熱分解によって生成されるタール及び／又はチャーをガス化させ、同様に使用済みプラスチックの処理を行なった。シャフト炉の羽口及び改質炉の吹き込み口から純酸素と水を吹き込んだ。改質炉で改質されたガスは、水を用いて冷却するガス冷却設備と、ガスの冷却水を処理する水処理設備と、冷却したガスを脱硫する脱硫設備とにより処理して、工業用ガスとして利用した。工業用ガスは、一酸化炭素（ＣＯ）と水素（Ｈ２）がリッチなガスで、約２５００ｋｃａｌ／Ｎｍ３カロリーのガスを回収できた。回収ガスは、製鉄所で高炉、転炉、コークス炉等から発生するガスを混合して用いる混合ガスに相当する高カロリーガスであり、混合ガスを使用する製鉄所内設備で同等に有効利用でき、発電設備の燃料として利用したり、加熱炉の燃料に利用した。
【００７８】
（実施例３）実施例１において、高さ方向に３段（上段、中段、下段）の羽口を有するシャフト炉を用いて、シャフト炉に使用済みプラスチックを投入した。投入された使用済みプラスチックの堆積層は、上部が流動状態の流動層であり、使用済みプラスチックをガス化させた。流動層には中段の羽口より酸素濃度９０％以上の純酸素を吹きこみ、流動層の温度が９５０℃になるように、酸素、空気、蒸気の吹きこみ量を調整した。流動層において、使用済みプラスチックの水分は蒸発し、揮発分はガス化し、固定炭素および灰分は炉底へ移動した。タールやチャーはほとんど発生しなかった。
【００７９】
移動層では、下段の羽口から燃焼用酸素を吹きこみ、炉底部に投入されたコークスおよび固定炭素を高温燃焼させ、灰分を溶融させた。溶融した灰分はコークスの間を流下し、スラグとして排出した。消費されたコークスは上部から補充した。
【００８０】
シャフト炉の上部は発生ガスの改質領域であり、上段の羽口より部分燃焼用酸素を送り、シャフト炉のガス出口付近を所定の温度に制御し、ダイオキシン類、タールを分解し、これらの発生を抑制した。
【００８１】
回収されたガスは、ダイオキシン対策のために水で急冷したが、空気ではなく、純酸素を羽口から吹き込んだので、処理するガスの体積が比較的小さく、冷却水を節約できた。また、純酸素吹き込みは、発生ガスの窒素分を減らす効果もあり、発生したガスはタールやチャーをほとんど含有しない、高カロリーの工業用ガスとして回収することができた。
【００８２】
得られた工業用ガスは、一酸化炭素（ＣＯ）と水素（Ｈ２）がリッチなガスで、約２５００ｋｃａｌ／Ｎｍ３カロリーのガスを回収できた。回収ガスは、製鉄所で高炉、転炉、コークス炉等から発生するガスを混合して用いる混合ガスに相当する高カロリーガスであり、混合ガスを使用する製鉄所内設備で同等に有効利用できた。
【００８３】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、高炉を用いて製鉄所内で使用済みプラスチックを処理する際に、高炉の操業に影響を与えることなく、使用済みプラスチックの塩素含有量の多少にかかわらず多量の使用済みプラスチックを低コストで処理することが可能であり、発生ガスを製鉄所内外の熱源として有効利用する事ができる。また、使用済みプラスチックを粒化するための前処理のコストを削減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】高炉とガス化溶融炉を用いた使用済みプラスチック処理の全体図を示す。
【図２】改質炉を備えたガス化溶融炉の一実施形態の説明図。
【符号の説明】
１：使用済みプラスチック、
２：分別工程、
３：固形プラスチック、
４：フィルム系プラスチック、
５：粗破砕工程、
６：塩素含有プラスチック除去工程、
７：粉砕工程、
８：粗破砕工程、
９：塩素含有プラスチック除去工程、
１０：造粒工程、
１１：高炉、
１２：異物（金属片、木屑等）、
１３：塩素含有プラスチック、
１４：ガス化溶融炉、
１５：塩素含有樹脂や、難処理プラスチックが主体の使用済みプラスチック、
２１：シャフト炉、
２１ａ：炉頂部、
２２：改質炉、
２３：ガス冷却設備、
２４：水処理設備、
２５：脱硫設備、
２６：ガスホルダー、
２７：タンク
【図１】
2004099764.tif 000003
【図２】
2004099764.tif 000004