(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（揮発分）／（固定炭素）比１以上の可燃性廃棄物を酸素濃度３ｖｏｌ％以下の低酸素濃度雰囲気下で温度４００〜１，０００℃で１次熱分解した後、酸素濃度３ｖｏｌ％以下の低酸素濃度雰囲気下で温度１，０００〜１，５００℃で２次熱分解することを特徴とする、可燃性廃棄物からの水素と一酸化炭素の製造方法。
【請求項２】
上記廃棄物が、酸素濃度３ｖｏｌ％以下の低酸素濃度雰囲気下で温度４００〜１，０００℃での１次熱分解により、（水）／（タール分）比＝０．５〜１．５の割合で水とタール分を生成するものである、請求項１記載の可燃性廃棄物からの水素と一酸化炭素の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可燃性廃棄物から水素と一酸化炭素を製造する方法に関する。水素と一酸化炭素に富むガスは、燃料電池燃料や、アンモニア、メタノール等合成用原料として有効利用することができる。
【０００２】
【従来の技術】
従来、廃棄物をガス化し水素および一酸化炭素を製造するには、１）特開平１０−１２８２８８および特開昭５７−３０７９４号公報に示すように、石炭のガス化などの手法を用いて、廃棄物に酸素、水蒸気を反応させる方法、２）原料を直接高温下に晒して熱分解する方法が提案されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前者の方法によると、分解反応において酸素、水蒸気を添加する為、生成ガス中に二酸化炭素が混入したりして、生成ガスの発熱量を低下させ、生成ガスの低位発熱量は１，５００ｋｃａｌ／Ｎｍ３  未満となってしまう。
【０００４】
また、後者の方法では、熱分解ガス中にタール分が混入してしまい、目的とするガスは回収できない。
【０００５】
本発明の課題は、従来技術の上記問題点を解消した、可燃性廃棄物からの水素と一酸化炭素の製造方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、（揮発分）／（固定炭素）比１以上の可燃性廃棄物を酸素濃度３ｖｏｌ％以下の低酸素濃度雰囲気下で温度４００〜１，０００℃で１次熱分解した後、酸素濃度３ｖｏｌ％以下の低酸素濃度雰囲気下で温度１，０００〜１，５００℃で２次熱分解することを特徴とする、可燃性廃棄物からの水素と一酸化炭素の製造方法を提供するものである。
【０００７】
本発明方法を適用できる可燃性廃棄物は、（揮発分）／（固定炭素）比が１以上のものである。また、本発明方法を適用できる可燃性廃棄物は、低酸素濃度雰囲気での熱分解により、好ましくは（水）／（タール分）比＝０．５〜１．５の割合で水とタール分を生成するものである。低酸素濃度雰囲気は酸素濃度０〜３ｖｏｌ％の雰囲気である。１次熱分解温度は４００〜１，０００℃、好ましくは５００〜８００℃で、２次熱分解温度は１，０００〜１，５００℃、好ましくは１，１００〜１，３００℃である。
【０００８】
本発明において、タール分とは、熱分解により生成するガス中に含まれる炭素数３以上の炭化水素を言い、揮発分、固定炭素とは、ＪＩＳＭ８８１２の方法で測定される揮発分および固定炭素の値を言う。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明を図面に示す実施例に基づいて具体的に説明する。
【００１０】
まず、実験装置の概要を説明する。
【００１１】
廃棄物は、表１に示す性状のごみ再生固形燃料（ＲＤＦ）である。
【００１２】
このＲＤＦは（揮発分）／（固定炭素）比＞１のものである。５００〜１２００℃の温度範囲で、酸素濃度＝０［ｖｏｌ％］雰囲気下での、ＲＤＦの熱分解生成物割合は表２および図１に示す通りである。これらより、このＲＤＦは、５００〜１２００℃の温度範囲で、（水）／（タール分）＝０．５〜１．５［ｋｇ／ｋｇ］のものであることが判る。
【００１３】
図４において、第１段熱分解炉(1) および第２段熱分解炉(2) を酸素濃度３ｖｏｌ％以下の低酸素濃度雰囲気で所定温度に過熱しておいて、上記ＲＤＦを供給量１０［ｋｇ／ｈ］で第１段熱分解炉(1) に投入し、第１段熱分解炉(1) および第２段熱分解炉(2) にて熱分解する。第２段熱分解炉(2) 出口の水素、一酸化炭素、メタン等のガス組成を経時的にガスクロマトグラフ（ＴＣＤ）で測定し、平衡状態となったところでデータを取る。図４中、(3) (4) (5) は温度制御ヒータ、(6) はガスクロマトグラフ分析計、(7) は真空ポンプ、(8) はＲＤＦ投入フィーダー、(9) は撹拌モータ、(10)はインバータ、(11)はジャケットである。
【００１４】
（比較例１）
第１段熱分解炉(1) の熱分解温度を５００、８００、１２００℃とし、第２段熱分解炉(2) での処理は行わず、第１段熱分解炉(1) 出口でのガスとタールの生成割合を測定した。この結果を表３および図２に示す。これらから、熱分解温度が高くなると、ガスの生成割合が増加し、８００℃以上の熱分解温度では、約４５〜５０［ｗｔ％］のガスが生成した。また、タール分は温度上昇とともに減少するものの、１２００℃であっても２０［ｗｔ％］生成した。
【００１５】
水素と一酸化炭素の生成量を図３に示す。水素と一酸化炭素の生成量は、温度上昇とともに増加し、１２００℃ではそれぞれ２９０［Ｎｍ３  ／ｋｇ（ＲＤＦ）］と１６７［Ｎｍ３  ／ｋｇ］であった。また、メタンも１００［Ｎｍ３  ／ｋｇ］生成した。
【００１６】
（実施例１）
第１段熱分解炉(1) の熱分解温度を５００℃とし、第２段熱分解炉(2) の熱分解温度１２００℃とし、酸素濃度３ｖｏｌ％以下の低酸素濃度雰囲気で上記ＲＤＦを供給量１０［ｋｇ／ｈ］で第１段熱分解炉(1) に投入し、第１段熱分解炉(1) および第２段熱分解炉(2) にて熱分解した。第２段熱分解炉(2) 出口のガスとタールの生成割合を測定した。この結果を表３および図２に示す。これらからタール分が完全に分解したことが判る。ガス生成割合も向上し、４０［ｗｔ％］の成分がガスとなった。
【００１７】
水素と一酸化炭素の生成量を図３に示す。水素と一酸化炭素の生成量が上昇し、それぞれ４５０［Ｎｍ３  ／ｋｇ］と２６１［Ｎｍ３  ／ｋｇ］であった。また、メタンはほとんど生成せず、その生成量はわずか７．２［Ｎｍ３  ／ｋｇ］であった。
【００１８】
（実施例２）
第１段熱分解炉(1) の熱分解温度を８００℃とし、第２段熱分解炉(2) の熱分解温度を１２００℃とし以外、実施例１と同様にして、ガスとタールの生成割合を測定した。この結果を表３および図２に示す。これらから、タール分が完全に分解したことが判る。ガス生成割合も向上し、５０［ｗｔ％］の成分がガスとなった。
【００１９】
水素と一酸化炭素生成量を図３に示す。水素と一酸化炭素の生成量が上昇し、それぞれ６７２［Ｎｍ３  ／ｋｇ］、３３６［Ｎｍ３  ／ｋｇ］生成した。また、メタンもほとんど生成せず、その生成量はわずか３８．７［Ｎｍ３  ／ｋｇ］であった。
【００２０】
（比較例２）
原料を、灰分＝７．５、揮発分＝２０．９、固定炭素＝７０．４（揮発分／固定炭素＝０．３）の石炭に代え、第１段熱分解炉(1) の熱分解温度を５００℃とし、第２段熱分解炉(2) の熱分解温度１２００℃とした以外、実施例１と同様にして、ガスとタールの生成割合を測定した。この結果、タール分は完全には分解せず、３［ｗｔ％］残った。また、すすが１５［ｗｔ％］と大量に生成した。ガス生成割合も２３［ｗｔ％］と低く、目的とするガス回収ができなかった。
【００２１】
以上のように、揮発分率の比較的高い原料を用い、２段階で熱分解することで、１段目の熱分解で生成した水とタール分が２段目において下記のように見掛け上反応し、効率よく水素と一酸化炭素が得られることが判る。
【００２２】
Ｃ１０Ｈ１４  ＋  １０Ｈ２  Ｏ  →  １０ＣＯ  ＋  １７Ｈ２
（１３８）    １０（１８）
*)  （  ）内は分子量。
【００２３】
【００２４】
上記式中、Ｃ１０Ｈ１４は、回収したタール分をＴＧ−ＧＣ／ＭＳで分析することによって求めたタール分の平均分子式である。
【００２５】
上記式を見ると、タール分と水は見掛け上１：１０［ｍｏｌ］で反応し、質量日は１３８：１８０＝１：１．３となる為、熱分解でタール分と水がほぼ当量生成する原料からは、酸素と水蒸気を加えることなく反応が進行し、高効率で水素と一酸化炭素が生成するものと思われる。
【００２６】
【表１】
0003909403.tif 000002
【００２７】
【表２】
0003909403.tif 000003
【００２８】
【表３】
0003909403.tif 000004
【００２９】
【００３０】
【発明の効果】
従来技術では、熱分解の際、酸素と水蒸気を一定割合で投入する必要があり、また、酸素と水蒸気を投入する為、得られるガス中には二酸化炭素混入などの問題もあった。
【００３１】
本発明方法によれば、揮発分率の高い原料を選択的に用い、所定の温度範囲で低酸素濃度雰囲気条件下で熱分解反応を行うので、１段目の熱分解で発生した水とタール分を効率的に２段目の熱分解で反応させることができ、高純度の水素と一酸化炭素を効率的に得ることができる。
【００３２】
こうして、本発明方法によれば、熱分解で発生するタール分がなく、熱分解で得られるガス中の水素／一酸化炭素＝０．８〜３（体積比）、低位発熱量＞１，５００ｋｃａｌ／Ｎｍ３  で、収率５０ｗｔ％以上で水素と一酸化炭素ガスを回収することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＲＤＦの熱分解生成物収支を示す温度と生成割合の関係のグラフである。
【図２】ガスとタール生成割合を示す温度と生成割合の関係のグラフである。
【図３】ガス生成割合を示す温度と生成割合の関係のグラフである。
【図４】本発明方法の実施例を示すフローシートである。
【符号の説明】
(1) ：第１段熱分解炉
(2) ：第２段熱分解炉
(3) 〜(5) ：温度制御ヒータ
(6) ：ガスクロマトグラフ分析計
(7) ：真空ポンプ
(8) ：ＲＤＦ投入フィーダー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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