0‑112段ガス化装置を用いた廃プラスチックからの水素リッチガス製造
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asteplasticbyusingtw
o‑stagegasificationprocess○学

井上幸治（東京工業大学）学YeongsuPark（KorealnstituteofMachinery＆Materials）
正波岡知昭（東京工業大学）正吉川邦夫（東京工業大学）

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Polystyrene

１．序論

ガスは､改質炉内の触媒上で水蒸気と反応(Eq､1,Eq2）し、本研究室では、廃棄物処理問題解決の−方策として、高い発熱量を持つ廃プラスチックのガス化による再利用・エネルギー転換技術に関する研究開発を行っている。

改質ガスとなる。冷却部で改質ガスから油と水を分離し、改質ガスのみマイクロＧＣ(AgilenttechnologyGC3000A)で計測を行う。改質ガスは、マイクロＧＣで測定可能なガス本研究で提案するシステムフローをFig.１に示す。本シであるＨ２、ＣＯ、ＣＯ２、CH4、C2H4、C2H6、C3H6、C3H8と定義し､キヤリアガスであるＮ２の体積割合から生成量を計測した。冷却部で分離された油をｏｉｌと定義した。実験後、キャリアガスをＮ２から空気に変え、熱分解炉内の残澄、触媒上コーキングを燃焼することで測定しそれぞれresidue、Cokeと定義した。供給したプラスチック中の炭素数と、これら改質ガス、oil、residue、Cokeから得られる炭素数の収支に着目し、炭素転換率を算出した。

ステムは外熱式の熱分解炉に接触改質炉を連結させた二段ガス化システムである。ガス化プロセスは、窒素による生成物の希釈を避けるため、ガス化システムから発生した生成油または可燃性ガスを熱源とする外熱式の熱分解炉を採用した。改質プロセスでは接触水蒸気改質を行なう。本システムにおいて二段ガス化を採用した目的は、マイルドな条件でプラスチックをガス化させ、改質炉へ供給されるプラスチック蒸気濃度をコントロールすることにより、触媒表面へのコーク生成をコントロールするためである。
触媒には、Ｎｉよりも高活性なＲｕを用いることとした。
本研究では熱分解炉と接触改質炉を連結させた連続式２段ガス化装置を用い、ポリスチレンガス化特性に及ぼす各炉内温度及び重量空間速度（ＷＨＳＶ）の影響を調べた。

CnHm＋ｎＨ２０→、ＣＯ＋(､+ｍ/2)Ｈ２ＣＯ+Ｈ２０→Ｈ２+ＣＯ２(1)(2)

本研究で行った実験条件をＴａｂｌｅｌに示す。プラスチッ
クには三井化学製のポリスチレン（ＰＳ）ペレットを用い、19/mｉｎで供給した。触媒にはエヌ・イー・ケムキャット製の4.4wt％Ｒｕ/Al203を用いた。
プラスチック投入量と触媒量の比を表わすＷＨＳＶの定義
をＥｑ３に示す。

〃ＨＷ＝FeedIateofpolystyreIEpellets[g‑sample/h］
Weightofcatalyst[g‑catalyst/h］
FiglGasificationsystem［g･sample/g‑catalyst/h](3)２．実験装置及び実験方法

Fig.２に実験装置の構成を示す。本装置は燃料供給装置、熱分解炉、水蒸気発生装置、改質炉、及び冷却装置から構成されている。熱分解炉は内径１０９ｍｍ、高さ300ｍｍ、改質炉は内径１０９ｍｍ、高さ500ｍｍで、電気ヒータに覆われている。

まず、反応器全体をキャリアガスであるＮ２で置換する。
次に、電気ヒータにより熱分解炉と改質炉を設定温度まで昇温し、燃料となるプラスチックペレットを投入する。投入されたプラスチックは熱分解炉で低分子化され、熱分解ガスとなり水蒸気雰囲気下で改質炉に供給される。熱分解

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４EfYbctso
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3.2ＷＨＳＶの変化による炭素転換率への影響
TablelExperimentalcondition
Parameters

ＲｕｎｌＲｌｍ２

Ｒｕｎ３

Ｒｕｎ４

ＲＵＣ０ｎｃ.,ｗｔ％

4.4

4.4

4.4

4.4

Pyrolysistemp.,Ｋ

６７３

6７３

6７３

6７３

Refbrmingtemp･９Ｋ

９０３

8５３

953

853

０．１０

0．０９

０．１０

0．０３炭素転換率に及ぼすＷＨＳＶの影響を調べるため､Ｒｕｎ２、４の結果を比較した。改質温度853Ｋにおいて、ＷＨＳＶを0.09から０．０３に低下することで、ガス化率が９０％以上となった。しかし、Fig.５に示すように、コークの生成量が増加する傾向が見られた。

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3.7３８3.7

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ＷＨＳＶ，

3.9３．実験結果及び考察
3.1改質温度の変化による炭素転換率への影響
炭素転換率に及ぼす水蒸気改質温度の影響を調べるため、Ｒｕｎｌ、２，３の結果を比較した。（Fig.３，Fig.4）
改質温度の上昇に伴い､ガス化転換率の増加が見られた。
しかしながら、触媒上へのコーク生成蛍も増加傾向を示す結果となった。ガス化転換率の増加は、改質温度の上昇により熱分解反応及び水蒸気改質反応速度の増加によるものと考えられる。また、コーク生成量の増加は改質温度の上昇によるＰＳ熱分解生成物の重合速度の増加が原因であると考えられる。コークの抑制を考慮すると改質温度はより低下させた方が良いことになるが、ＷＨＳＶＯ,０９の条件では、853Ｋでのガス化率が７５％程度と、ガス化には不十分であ

4.0

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ＷＨＳＶＯ､１−■

ＷＨＳＶＯ､0３2.0

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８５３９０３９５３

Refｏ｢ｍｉｎ９ｔｅｍｐ.，ＫFig.５Effbctofsteamrefbrmingtcmperatureoncoke
depositiononcatalyst

以上の結果から、本実験条件の範囲内においては、改質温度903Ｋ、ＷＨＳＶＯ､１による運転が最適な条件であるといえる。

１０９０８０７０６００ることがわかった。

誤一︒Ｅ↑②ｇｏ一匡Ｏ一望①言８匡４．結競′一一一日

実験室規模の連続二段接触ガス化装置を用いてＰＳのガス化実験を行った結果以下の結論を得た。本実験条件の範囲内において､ガス化率とコークの生成量を考慮した結果、改質温度は903ＫでＷＨＳＶＯ､１による運転条件が最適であった。

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〕Reformingtemp.，ＫＦｉｇ３Ｅ歴ctsofsteamrefbrmingtemperaturｃｏｎｐｒｏｄｕｃｅｄｇａｓ

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