(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）又はガラス繊維プラスチック（ＦＲＰ）又はポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）又はポリプロピレン（ＰＰ）又はポリエチレン（ＰＥ）又はポリスチレン（ＰＳ）又は三フッ化エチレン樹脂を、超臨界水中において酸化ルテニウム（ＩＶ）を触媒として用いることにより分解し、当該分解に際して発生する気体成分であるメタン、エタン、プロパン、水素を気体燃料として貯留することを特徴とする気体燃料の生成方法。
【請求項２】
ナフタレン又は石炭を、超臨界水中において酸化ルテニウム（ＩＶ）を触媒として用いることにより分解し、当該分解に際して発生する気体成分であるメタン、エタン、プロパン、水素を気体燃料として貯留することを特徴とする気体燃料の生成方法。
【請求項３】
気体燃料取出しのための処理対象物質たるポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）又はガラス繊維プラスチック（ＦＲＰ）又はポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）又はポリプロピレン（ＰＰ）又はポリエチレン（ＰＥ）又はポリスチレン（ＰＳ）又は三フッ化エチレン樹脂を、超臨界水の中に浸漬すると共に、当該超臨界水中において、当該処理対象物質に対して酸化ルテニウム（ＩＶ）を触媒とする反応を起こさせ、これにより、当該処理対象物質を気体成分と有機物残渣とに分解し、当該分解に際して発生する気体成分であるメタン、エタン、プロパン、水素を気体燃料として貯留するようにした気体燃料の生成方法。
【請求項４】
気体燃料取出しのための処理対象物質たるナフタレン又は石炭を、超臨界水の中に浸漬すると共に、当該超臨界水中において、当該処理対象物質に対して酸化ルテニウム（ＩＶ）を触媒とする反応を起こさせ、これにより、当該処理対象物質たるナフタレン又は石炭を気体成分と有機物残渣とに分解し、当該分解に際して発生する気体成分であるメタン、エタン、プロパン、水素を気体燃料として貯留するようにした気体燃料の生成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低品位燃料である石炭、または、各種プラスチックや樹脂（高分子化合物）のような難燃性を具えた廃棄物を超臨界水中で触媒を用いて分解させ、これによって発生する気体成分を、気体燃料としての利用を図るようにした気体燃料の生成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、超臨界水中において、一部のプラスチック（例えば発泡スチロール）は触媒を用いることなく分解することが知られている。  然し乍、大多数のプラスチックや樹脂（高分子化合物）は、５００℃の超臨界水中においても安定した状態を保っている。  従って、超臨界水中でこれら化合物を処理しようとする場合、水中に酸素などの酸化剤を送り込んでその燃焼を図る必要があった。
そして、上記超臨界水酸化法に基づき処理対象化合物を燃焼させた結果は、二酸化炭素と水が得られるに過ぎず、また、使用する酸化剤の量によっては不完全燃焼に基づく大量の炭素発生というような事態を招いてしまうこととなった。  また、石炭は、超臨界水中において極めて安定であるが、石炭の種類により、油分の抽出が可能であることが知られている。  然し乍、抽出された油分の化学組成は酸素を多量に含有しており、燃料には適さないといった問題があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記したように超臨海水中で単に処理するだけでは分解することができず安定した状態を保っている大多数のプラスチックや化学合成樹脂、又は燃料への転化が困難な石炭、すなわち高分子化合物又は芳香族・縮合芳香族系炭化水素を、酸化ルテニウム（ＩＶ）を触媒として用いることにより分解し、当該分解に伴い発生する気体成分を燃料として使用するようにしたものである。
【０００４】
すなわち、本発明は、低品位燃料である石炭、又は廃棄物として収集した各種プラスチックや樹脂（高分子化合物）を、超臨海水中でほぼ完全に気化させ、これにより発生する気体を燃料としての有効利用を図るというような新規の気体燃料の生成方法の提供を図ったものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、高分子化合物又は芳香族・縮合芳香族系炭化水素を、超臨海水中において酸化ルテニウム（ＩＶ）を触媒として用いることにより分解し、当該分解に際して発生する気体成分である可燃性ガス（メタン、エタン、プロパン、水素）を気体燃料として貯留することを特徴とする気体燃料の生成方法に係る。
【０００６】
具体的には、気体燃料取出しのための処理対象物質たる高分子化合物又は芳香族・縮合芳香族系炭化水素を、超臨海水の中に浸漬すると共に、当該超臨海水中において、当該処理対象物質に対して酸化ルテニウム（ＩＶ）を触媒とする反応を起こさせ、これにより、当該処理対象物質を気体成分と有機物残渣とに分解し、気体成分である可燃性ガス（メタン、エタン、プロパン、水素）を気体燃料として貯留するようにした気体燃料の生成方法に係る。
【０００７】
本発明は、上記のような構成に基づき、新規な気体燃料の生成方法の提供を図ったものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明は、高分子化合物又は芳香族・縮合芳香族系炭化水素を、超臨海水中において酸化ルテニウム（ＩＶ）、Ｒｕ０２を触媒として用いることにより分解し、当該分解に際して発生する気体成分を気体燃料として貯留することを特徴とする気体燃料の生成方法を要旨とするものである。
【０００９】
水は臨界温度の３７４℃に加熱され、その際の圧力が臨界圧力の２２.１MPaに達している場合に臨界状態となる。  水を反応器に充填し、３７４℃以上に加熱した場合、圧力は充填された水の質量によりコントロールされ、２２.１MPa、またはこれ以上の圧力に達する。  このような状態にある水は超臨界水と称されている。  そして、当該超臨界水中においては分解作用が促進されることが確認されている。
【００１０】
本発明において触媒として使用する酸化ルテニウム（ＩＶ）であるが、これは、当該酸化ルテニウム（ＩＶ）が液体状態、固体状態、直鎖状構造、環状構造等の何れの状態であっても、有機物全般を超臨界水中において、極めて高効果率で気体に分解することが実験により確かめられた。  そのため、本発明において、超臨界水中で使用する有機物分解用触媒として酸化ルテニウム（ＩＶ）を用いることを決定した。
【００１１】
気体燃料を得るための分解処理対象物質は、低品位燃料である石炭やナフタレン等の芳香環構造を有する化合物、又は難燃性である物質として、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ガラス繊維プラスチック（ＦＲＰ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリスチレン（ＰＳ）、三フッ化エチレン樹脂等のポリマー構造を有する化合物が挙げられる。
【００１２】
一つの具体例として、高分子化合物であるポリスチレンを用いた分解実験例を示せば、下記の通りである。
バッチ式超臨界水反応容器にポリスチレン１００mg（−C8H8−を単位としたときの見かけの物質量、０.９６０mmol)、酸化ルテニウム（ＩＶ）（RuO2）２０mg、水３mlを仕込み、密閉後、加熱し、４５０℃で２時間反応させた。放冷後、この超臨界水反応器を真空ガラスラインに連結し、オンラインガスクロマトグラフィーにより発生した気体成分の定量分析を行った。  また、油状有機残渣はクロロホルムにより抽出し、水相から分離して回収した。  この結果、ポリスチレンは９９％が気体成分に分解しており、有機残渣を痕跡量程度（１.１mg）残すのみであった。  図１に示したガスクロマトグラム（検出器：FID、分離カラム：PorapakQ、キャリアガス：Ar）より、ポリスチレンの６１％がメタン（４.６９mmol）、０.２０％がエタン（０.００７５６mmol）、０.０９１％がプロパン（０.００２３４mmol）に転化していることが確認された。  これらの転化率はポリスチレンに含まれる炭素の総量およびそれぞれの炭化水素ガスに含まれる炭素の総量から算出された値である。  また、図２（検出器：TCD、分離カラム：モレキュラーブ5A、キャリアガス：Ar）に示したガスクロマトグラムにより、多量の水素（１.０４mmol）も同時に生成していることが確認された。  その他の気体成分は図３に示したガスクロマトグラム（検出器：TCD、分離カラム：PorapakQ、キャリアガス：Ar）により、二酸化炭素であることが確認された。
【００１３】
発生した気体は可燃性ガス（メタン、エタン、プロパン、水素）および二酸化炭素であり、二酸化炭素は水酸化カルシウム水溶液により先端的に捕集することが可能であり、環境に対する悪影響は全く及ばないことが確認された。  また、残留した油状有機残渣は痕跡量程度であり、これの処理に基づく環境に対する悪影響についても全く及ばないことが確認された。
【００１４】
他の具体例として、縮合芳香族化合物であるナフタレンの分解実験例を示せば、下記の通りである。
バッチ式超臨界水反応容器にナフタレン１００mg（０.７８０mmol）、酸化ルテニウム（ＩＶ）（RuO2）２０mg、水３mlを仕込み、密閉後、加熱し、４５０℃で３時間反応させた。  放冷後、この超臨界水反応器を真空ガラスラインに連結し、オンラインガスクロマトグラフィーにより発生した気体成分の定量分析を行った。  また、有機残渣はクロロホルムにより抽出し、水相から分離して回収した。  この結果、ナフタレンは９２％が気体成分に分解しており、有機残渣を少量（８.５mg）残すのみであった。  図４に示したガスクロマトグラム（検出器：FID、分離カラム：PorapakQ、キャリアガス：Ar）より、ナフタレンの４７％がメタン（３.６７mmol）、０.２４％がエタン（０.００９４６mmol）、０.０７４％がプロパン（０.００１９２mmol）に転化していることが確認された。  これらの転化率はナフタレンに含まれる炭素の総量およびそれぞれの炭化水素ガスに含まれる炭素の総量から算出された値である。  また、図５に示したガスクロマトグラム（検出器：TCD、分離カラム：モレキュラーシーブ、キャリアガス：Ar）により、多量の水素（１.６１mmol）も同時に生成していることが確認された。  その他の気体成分は図６に示したガスクロマトグラム（検出器：TCD、分離カラム：PorapakQ、キャリアガス：Ar）により、二酸化炭素であることが確認された。
【００１５】
発生した気体は可燃性ガス（メタン、微量のエタン、微量のプロパン、水素）および二酸化炭素であり、二酸化炭素は水酸化カルシウム水溶液により選択的に捕集することが可能であり、環境に対する悪影響は全く及ばないことが確認された。  また、抽残留した少量の固体有機残渣はその主成分が未反応のナフタレンであり、当該処理対象物質として再度利用可能であることが可能であることが確認された。
【００１６】
その他の具体例として、低品位燃料である石炭の分解実験例を示せば、下記の通りである。
バッチ式超臨界水反応容器に太平洋炭１００mg、酸化ルテニウム（ＩＶ）（RuO2）２０mg、水３mlを仕込み、密閉後、加熱し、４５０℃で２時間反応させた。放冷後、この超臨界水反応器を真空ガラスラインに連結し、オンラインガスクロマトグラフィーにより発生した気体成分の定量分析を行った。  また、この処理により太平洋炭から生じた油状有機物はクロロホルムにより抽出し、水相から分離して回収した。  図７に示したガスクロマトグラム（検出器：FID、分離カラム：PorapakQ、キャリアガス：Ar）より、太平洋炭１００mgから０.６０９mmolのメタン、０.０３４３mmolのエタン、０.０１７０mmolのプロパンが生成したことが確認された。  また、図８に示したガスクロマトグラム（検出器：TCD、分離カラム：モレキューラシーブ、キャリアガス：Ar）により、多量の水素（１.２３mmol）も同時に生成していることが確認された。  その他、図９に示したガスクロマトグラム（検出器：TCD、分離カラム：PorapakQ、キャリアガス：Ar）により、１.５５mmolの二酸化炭素が確認された。  また、抽出された油状有機物は（４.４mg）と極めて少量であった。
【００１７】
発生した気体は可燃性ガス（メタン、微量のエタン、微量のプロパン、水素）であり、石炭に含有される有害成分（窒素成分、硫黄成分、重金属）を含まないことが確認された。  また、二酸化炭素は水酸化カルシウム水溶液により選択的に捕集することが可能であり、環境に対する悪影響は全く及ばないことが確認された。  また、抽出された極めて少量の油状有機物については、ガラス容器に保存することにより、環境に対する悪影響は全く及ばないと結論づけられる。
【００１８】
ポリスチレン（高分子化合物）又はナフタレン（芳香族・縮合芳香物系化合物）の可燃性ガスである低級炭化水素（メタン、エタン、プロパン）への転化および水素の生成は、酸化ルテニウム（ＩＶ）が、還元分解反応を触媒したことを示している。これと同時に、二酸化炭素への転化は、酸化ルテニウム（ＩＶ）が酸化的分解反応を触媒したことを示している。そして、このような高分子化合物又は芳香族・縮合芳香族化合物の還元的分解反応による低級炭化水素への転化および水素の生成は、酸化反応により有機物を分解する超臨海水酸化法とは大きく異なる点である。
【００１９】
上記したポリエチレンの分解実験の結果は、酸化ルテニウム（ＩＶ）が直鎖状巨大分子である高分子化合物を酸化と同時に還元的に分解して低分子化することを示している。  また、ナフタレンの分解実験の結果は、共鳴安定化している環状芳香族化合物を酸化と同時に還元的に開環し、さらに低級分子へと分解していることを示している。  これにより、酸化ルテニウム（ＩＶ）は超臨界水中においてあらゆる有機化合物を酸化・還元的に分解することができる触媒であると結論づけられる。
【００２０】
【発明の効果】
本発明は請求項１又は請求項２に記載のような構成、すなわち、高分子化合物又は芳香族・縮合芳香族系炭化水素を、超臨海水中において酸化ルテニウム（ＩＶ）を触媒として用いることにより分解し、当該分解に際して発生する気体成分である可燃性ガス（メタン、エタン、プロパン、水素）を気体燃料として貯留することにより、高分子化合物又は芳香族・縮合芳香族系炭化水素の分解に際し発生する気体を燃料としての利用を図ることが出来る。
【００２１】
すなわち、従来、分解することが極めて困難であった各種のプラスチック（ポリスチレン、ポリ塩化ビニル等）や樹脂類および低品位燃料である石炭を、超臨界水中にしてかつ酸化ルテニウム（ＩＶ）を触媒として用いることにより、その分解目的が達成され、この際発生する気体が可燃性ガス体であることに着目してこれを分離貯蔵することにより気体燃料としての利用を図ることが出来る。
【００２２】
そして、酸化ルテニウム（ＩＶ）を触媒として使用したことによる最大のメリットは、化合物である処理対象物質の分解が、酸化および還元雰囲気中で生じ、還元的分解によって生成される気体が可燃性の低分子量の炭化水素（主にメタン、微量のエタン、微量のプロパン）および水素であるため、本発明方法にあっては極めて高品位な気体燃料が得られることとなる。
【００２３】
さらに、気体燃料取出しのための処理対象物質は高分子化合物のような廃棄物にとどまらず、芳香族・縮合芳香族系炭化水素をも分解することができる。  例えば、ナフタレンは９２％分解され、上記可燃性の気体を発生する。  また、超臨界水中で非常に安定した物質である石炭についても同様であり、この酸化ルテニウム（ＩＶ）を触媒として用いた方法に基づき、これを可燃気体に転化することが可能である。  換言すると、石炭を有害な金属や窒素、硫黄成分を含まない高品位な燃料（メタンガス等の低級炭化水素ガスおよび水素）に改質することが出来る。
【００２４】
なお、本発明方法に於いては、気体燃料を得るための材料として、プラスチックや樹脂等の産業廃棄物を用いることが出来るから、気体燃料生成コストが極めて廉価なものとされると同時に、産業廃棄物の分解処理にも貢献することとなる。
【００２５】
本発明は請求項３又は請求項４に記載のような構成、すなわち、気体燃料取出しのための処理対象物質たる高分子化合物又は芳香族・縮合芳香族系炭化水素を、超臨海水の中に浸漬すると共に、当該超臨海水中において、当該処理対象物質に対して酸化ルテニウム（ＩＶ）を触媒とする反応を起こさせ、これにより、当該処理対象物質を気体成分と有機物残渣とに分解し、当該分解に際して発生する気体成分である可燃性ガス（メタン、エタン、プロパン、水素）を気体燃料として貯留するようにしたから、請求項１又は請求項２に記載の構成と同様に、高分子化合物又は芳香族・縮合芳香族系炭化水素の分解に際して発生する気体を燃料としての利用を図ることが出来る。
【００２６】
すなわち、従来、分解することが極めて困難であった各種のプラスチック（ポリ塩化ビニル、ポリエチレン等）や樹脂類又は石炭を、超臨海水中にしてかつ酸化ルテニウム（ＩＶ）を触媒として用いることにより、その分解目的が達成され、この際発生する気体が可燃性ガス体であることに着目してこれを分離貯蔵することにより気体燃料としての利用を図ることが出来る。
【００２７】
本発明は、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ガラス繊維プラスチック（ＦＲＰ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリスチレン（ＰＳ）、三フッ化エチレン樹脂等のポリマー構造を有する化合物又はナフタレン、石炭等の芳香環構造を有する化合物を、気体燃料取出しのための処理対象物質として用いることにより、すなわち、このような難燃性物質又は低品位燃料を処理対象物質として用いることにより、これら物質の有効利用が図られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ポリスチレンの分解実験後に得られた低級炭化水素のガスクロマトグラムを表した図である。
【図２】ポリスチレンの分解実験後に得られた水素のガスクロマトグラムを表した図である。
【図３】ポリスチレンの分解実験後に得られた二酸化炭素のガスクロマトグラムを表した図である。
【図４】ナフタレンの分解実験後に得られた低級炭化水素のガスクロマトグラムを表した図である。
【図５】ナフタレンの分解実験後に得られた水素のガスクロマトグラムを表した図である。
【図６】ナフタレンの分解実験後に得られた二酸化炭素のガスクロマトグラムを表した図である。
【図７】太平洋炭の分解実験後に得られた低級炭化水素のガスクロマトグラムを表した図である。
【図８】太平洋炭の分解実験後に得られた水素のガスクロマトグラムを表した図である。
【図９】太平洋炭の分解実験後に得られた二酸化炭素のガスクロマトグラムを表した図である。
【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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