WO2016017176A1 - 有機物質の熱分解方法 - Google Patents

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▲高▼木　克彦
浩一 百野
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Definitions

  • the present invention relates to a method for efficiently thermally decomposing an organic substance (thermal decomposition) to obtain a high calorific power gas or oil.
  • Patent Document 1 waste plastic and Fluid Catalytic Cracking (FCC) catalyst are mixed in a rotary kiln type reaction vessel, and the waste plastic is brought into contact with the FCC catalyst at the contact surface.
  • the method of disassembly is shown. According to this method, it is possible to decompose waste plastic at a low temperature of 350 to 500 ° C. by using an FCC catalyst.
  • Patent Document 2 discloses that an organic substance is produced by adding a water vapor to a gas containing carbon monoxide generated from a metallurgical furnace and containing a hydrogen, water vapor, or carbon dioxide gas generated by a shift reaction. The method of disassembling is shown. According to this method, the production of heavy products is suppressed over 400 to 400-years more than hydrogenation, hydrogenolysis, steam reforming, and carbon dioxide reforming. Organic substances can be efficiently decomposed and gasified at 800 ° C.
  • Patent Document 1 it is possible to decompose waste plastic at a low temperature by using an FCC catalyst and obtain a gas or oil with a high calorific value, but the contact efficiency between the catalyst and the waste plastic is poor, In order to improve this, it is usually necessary to pulverize the waste plastic to such an extent that it passes through a 1 mm sieve. The fine pulverization of the waste plastic is costly, and the pulverization itself is very difficult for specific resins.
  • the method disclosed in Patent Document 2 can decompose organic substances at a low temperature by using a reformed gas. Generally, organic substances such as plastics have a very low thermal conductivity. Since it takes time to raise the temperature, the amount of decomposition treatment is limited. In particular, in the case of plastic, if an excessive amount of raw material is charged into the reaction furnace, there is a possibility that a fatal problem may occur that the molten plastic is fused and the reaction furnace is blocked.
  • the object of the present invention is to solve the problems of the prior art as described above, efficiently pyrolyze organic materials such as plastics, and obtain a high calorific gas or oil, and mass treatment of organic materials
  • Another object is to provide a thermal decomposition method.
  • the present inventors consider that it is necessary to increase the efficiency of thermal decomposition of an organic substance by a catalyst (organic substance decomposition catalyst), and as a result of repeated experiments and examinations, the catalyst is applied to an organic substance. Pyrolysis of organic material by subjecting it to a pyrolysis treatment of a formed material (agglomerated material) in which a catalyst is dispersed in an organic material. It has been found that the speed can be increased effectively.
  • the present invention has been made on the basis of such knowledge and has the following gist.
  • a method for pyrolyzing an organic substance in which an organic substance decomposition catalyst is mixed with an organic substance, molded into a composite granulated product, and the composite granulated product is put into a pyrolysis furnace to thermally decompose the organic substance.
  • the organic substance and the catalyst are arranged close to each other in the composite granulated product, the maximum catalytic effect can be obtained.
  • the catalyst has a higher thermal conductivity than the organic material, and the temperature rise rate of the organic material can be significantly improved by using a metal catalyst.
  • the efficiency of the thermal decomposition of the organic substance by the catalyst can be improved, and the thermal decomposition rate of the organic substance can be effectively increased, so that a large amount of organic substance can be processed.
  • the composite granule has a higher specific gravity than the organic substance alone, so Since it becomes easy to descend
  • FIG. 1 is an explanatory diagram showing an example of a production flow for obtaining a composite granulated product in the method of the present invention.
  • FIG. 2 is an explanatory view showing an embodiment of a pyrolysis process in a pyrolysis furnace in the method of the present invention.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram showing an outline of the gasification test apparatus used in the examples.
  • an organic substance decomposition catalyst (hereinafter simply referred to as “catalyst” for convenience of explanation) is mixed with the organic substance and molded into a composite granulated product. Is put into a thermal decomposition furnace to thermally decompose organic substances.
  • the organic substance and the catalyst are arranged close to each other in the composite granulated product, and the contact area between the two is increased. Therefore, the organic substance can be efficiently thermally decomposed by the action of the catalyst.
  • the catalyst since the catalyst has a higher thermal conductivity than the organic material, the rate of temperature increase of the organic material can be increased. As a result, the efficiency of the thermal decomposition of the organic substance by the catalyst can be improved, and the thermal decomposition rate of the organic substance can be effectively increased.
  • the organic substance (solid) to be thermally decomposed there is no particular limitation on the organic substance (solid) to be thermally decomposed, but a high molecular weight organic substance is suitable, and examples thereof include plastic (usually waste plastic) and biomass.
  • plastic usually waste plastic
  • the plastic include, but are not limited to, polyolefins, PA (polyamide), thermoplastic polyesters, PS (polystyrene), elastomers, thermosetting resins, synthetic rubbers, foamed polystyrene, and the like. It is not a thing.
  • Polyolefins include PE (polyethylene) and PP (polypropylene).
  • Thermoplastic polyesters include PET (polyethylene terephthalate).
  • biomass include, but are not limited to, sewage sludge, paper, wood (for example, construction waste wood, packaging / transport waste wood, thinned wood, etc.).
  • the catalyst is preferably in the form of a powder to be dispersed in a composite granulated product with an organic substance.
  • the size is not particularly limited, but it is preferable that the size pass through a 0.5 mm sieve.
  • a general pyrolysis catalyst such as an FCC catalyst.
  • System catalysts are preferred.
  • dusts (ironworks generated dust) generated in each step of the steelworks are suitable as a catalyst in the method of the present invention because they are mainly composed of iron and are inexpensive.
  • a typical example of dust generated in a steel mill includes, but is not limited to, converter dust.
  • converter dust is most suitable as a catalyst in the method of the present invention because of its high iron component ratio and very high thermal conductivity.
  • Converter dust is iron-containing dust generated in a steelmaking process performed using a converter, and examples of the steelmaking process include a dephosphorization process, a decarburization process, and a stainless steel refining process. It is not limited to these.
  • the amount of the catalyst added to the organic material may be appropriately selected depending on the organic material and the type of the catalyst. However, when the organic material is plastic or biomass, and the catalyst is dust generated from a steel mill (converter dust, etc.), 10 About 60 mass% is desirable. When the addition amount of the catalyst is less than 10% by mass of the organic substance, the contact area between the catalyst and the organic substance is reduced, and the effect of the present invention is reduced. On the other hand, when the addition amount of the catalyst exceeds 60% by mass of the organic substance, it becomes difficult to form a mixture of the organic substance and the catalyst.
  • the organic material needs to be of a size that allows the catalyst to be uniformly mixed. For this reason, the organic material is crushed in advance as necessary. However, the fineness is sufficient so that the catalyst can be mixed uniformly to some extent, and it is sufficient to pulverize it to pass through a sieve of about 50 mm, and it is not necessary to finely pulverize.
  • the binder generally used organic binders can be applied, and PVA (polyvinyl alcohol), starch, and the like can be used.
  • the organic substance is a plastic
  • the binder since the plastic is generally softened and melted by being heated to 120 ° C. or higher and itself becomes a binder, the binder may or may not be added.
  • a composite granulated product having an appropriate strength can be obtained without adding a binder.
  • a catalyst and a binder When molding a composite granulated product, it is preferable to add a catalyst and a binder to an organic material in advance and mix thoroughly with a mixer, etc., and thoroughly mix the mixture with a mixer. The strength of the granules can be ensured.
  • Any method can be used to form a mixture in which a catalyst is mixed with an organic substance.For example, extrusion molding, ring die molding, briquette forming, etc. can be applied.
  • an extruder having a kneading mechanism such as a screw.
  • the softening temperature a temperature above the softening point (Vicat softening point) measured according to JIS K7206 (1999) can be used, and as the melting temperature, the differential scanning calorimetric analysis described in JIS K7121 (1987) A temperature higher than the melting point required by (differential scanning calorimetry) can be used.
  • the size of the composite granulated product to be molded is not particularly limited, but it is usually preferable that the average particle size is about 3 mm to 50 mm.
  • FIG. 1 shows an example of a manufacturing flow for obtaining a composite granulated product when the organic material is waste plastic.
  • the waste plastic x is crushed by the crusher 1, and then the metal content is removed by the magnetic separator 2, and then is introduced into the mixer 3.
  • the mixer 3 is further charged with a catalyst y (for example, converter dust) and a binder z (for example, a PVA aqueous solution), and these and the waste plastic x are stirred and mixed.
  • This mixture is molded by a twin-screw extruder 4 having a kneading mechanism using a screw to obtain a composite granulated product (molded product).
  • thermal decomposition method of the composite granulated product all general thermal decomposition methods can be applied.
  • a mixed gas containing hydrogen, carbon dioxide gas and water vapor as shown in Patent Document 2 is combined.
  • the organic substance may be thermally decomposed at a predetermined temperature by contacting with a granular material (organic substance).
  • other types of thermal decomposition methods may be used.
  • a fluidized bed type pyrolysis furnace uses a fluidized medium, but depending on the type of catalyst used in the composite granulated product, a catalyst (for example, converter dust) separated by pyrolysis of an organic substance is used as the fluidized medium. Can play a role. Therefore, when using such a catalyst, if a granular material of the same type as the catalyst is used as a fluid medium at the start of operation, the fluid medium will be supplied through the composite granulated material. There is no need to supply the medium in a simple manner.
  • a catalyst for example, converter dust
  • FIG. 2 shows one embodiment of the pyrolysis process in such a fluidized bed type pyrolysis furnace, in which 5 is a fluidized bed type pyrolysis furnace, and A is a fluidized bed.
  • a flowing gas mixed gas
  • wind box 51 wind box
  • a fluidized bed A made of a fluidized medium is formed above the plate 50.
  • the composite granulated product is supplied to the fluidized bed A from the upper part of the pyrolysis furnace 5, and the organic substance of the composite granulated product is pyrolyzed in the fluidized bed A to become a gas product.
  • the catalyst separated from the organic substance becomes a part of the fluidized medium.
  • the discharge pipe 7 is provided with a primary dust collector 8a and a secondary dust collector 8b.
  • the primary dust collector 8a mainly collects a fluid medium
  • the secondary dust collector 8b mainly collects organic ash.
  • the gas after the fluid medium is collected by the primary dust collector 8a is supplied to the secondary dust collector 8b.
  • the gas after the ash is collected by the secondary dust collector 8b is discharged to the outside of the secondary dust collector 8b and collected. Thereby, the high calorific value gas which is the collection object is collected.
  • the collected matter mainly composed of the fluid medium collected by the primary dust collector 8 a may be circulated to the pyrolysis furnace 5 through the return pipe 9. Further, since the catalyst separated from the organic substance becomes a part of the fluid medium, in order to keep the amount of fluid medium in the system constant, a part of the fluid medium is extracted from the extraction part 52 as necessary. May be. Further, the product gas is washed with a scrubber and can be used as fuel after removing fine particles, oil, etc. that could not be separated by a dust collector. The oil recovered in the scrubber wash water is recovered through an oil-water separator and can be used as fuel. As the oil / water separator, a filter type, an inclined plate type or the like can be applied.
  • a composite granulated product of waste plastic and converter dust (catalyst) whose main component is a metal such as iron was produced as follows.
  • the waste plastic was crushed to about 50 mm or less with a crusher, and then the metal content was removed with a magnetic separator.
  • This waste plastic is divided into 5% PVA aqueous solution (binder) in a proportion of 3% of the waste plastic mass (PVA is 0.15 mass% of the waste plastic) and converter dust (waste plastic) having a harmonic mean diameter of about 100 ⁇ m as a catalyst.
  • the mixture is thoroughly stirred and mixed, and then granulated (molded) by a twin screw extruder, and the diameter of the converter dust is 4 mm ⁇ ⁇ length 10
  • a composite granulated product of ⁇ 20 mm was produced.
  • the twin screw extruder used had a die diameter of 4 mm and a die temperature of 190 ° C.
  • the components of the waste plastic mainly consisted of polyethylene, polystyrene and polypropylene, and the kneading temperature was 160 ° C.
  • a gasification test was performed on the composite granulated product obtained as described above (Example of the present invention).
  • the plastic in the composite granulated product was gasified at 600 ° C., and the gas lower heating value, gasification rate, etc. were determined from the measured gas generation amount and gas composition.
  • 10 is a fluidized bed gasification furnace (11 is a heater).
  • a fluidized gas is introduced through the gas supply pipe 12 below the dispersion plate 100, and the fluidized gas is blown out of the dispersion plate 100, thereby forming a fluidized bed A above the dispersion plate 100.
  • the raw material (granulated material) to be gasified is supplied into the furnace from the upper part of the fluidized bed gasification furnace 10 through the raw material supply means 13 including a holding container 130 and a quantitative supply screw 131.
  • the gas in the fluidized bed gasification furnace 10 is taken out through the discharge pipe 14 and cooled by the gas cooler 15 (18 is a gas trap), and then the gas flow rate is continuously measured by the mass flow meter 16.
  • the gas composition is measured by a gas chromatography equipment 17.
  • the inner diameter of the fluidized bed gasification furnace 10 in which the fluidized bed A is formed was 66 mm.
  • converter dust having the same harmonic average diameter of 100 ⁇ m as the catalyst was used.
  • the supply rate of the composite granulated product through the raw material supply means 13 was 300 g / h.
  • a mixed gas of H 2, N 2, CO 2 , H 2 O and 4L / min feed was used as a fluidizing gas.
  • a comparative example after crushing with a crusher, only the waste plastic from which the metal content was removed with a magnetic separator was granulated (molded) with a twin-screw extruder, and this waste plastic granulated product was the same as above. A gasification test was conducted. The waste plastic and waste plastic granulated material crushed by the crusher were each approximately the same size as in the above examples.
  • Table 1 shows the gasification test results of the present invention and the comparative example.
  • the gasification rate was greatly improved and the generated gas heat generation amount was very high, although the waste plastic content rate was relatively small and the waste plastic supply amount was small. This is considered to be because the gasification reaction rate is increased by the catalyst dispersed in the composite granulated product.
  • the waste plastic compounding ratio and the converter dust compounding ratio in Table 1 indicate the respective proportions in the granulated product.
  • the amount of added PVA is approximated to zero and each value is shown.

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Abstract

　プラスチック等の有機物質を効率的に熱分解し、高発熱量のガスや油分を得ることができ、有機物質の大量処理が可能な熱分解方法を提供する。有機物質に有機物質分解触媒を混合し、成形して複合造粒物とし、この複合造粒物を熱分解炉に投入して有機物質を熱分解する。複合造粒物内において有機物質と触媒が近接配置されるため、最大限の触媒効果を得ることができる。また、触媒は有機物質に較べて熱伝導率が高いため、有機物質の昇温速度を速くすることができる。これらの結果、触媒による有機物質の熱分解の効率を向上させ、有機物質の熱分解速度を効果的に高めることができる。

Description

有機物質の熱分解方法
　本発明は、有機物質を効率的に熱分解し(thermal decomposition)、高発熱量(high calorific power)のガスや油分を得るための方法に関する。
　近年、エネルギー問題が大きな課題となっており、エネルギー問題解決のひとつのアプローチとして、廃プラスチック(waste plastic)やバイオマスのような有機物質が有する熱量を有効に活用する方法が検討されている。しかしながら、これらの有機物質は未処理のままでは発熱量が低く、また固体であるため燃焼速度が遅く、灰分が発生するといった問題があり、これを解決するために油化(liquefaction)、ガス化(gasification)などさまざまな技術が提案されている。
　例えば、特許文献１には、ロータリーキルン式(rotary kiln type)の反応容器内において、廃プラスチックと流動接触分解（Fluid Catalytic Cracking:ＦＣＣ）触媒を混合し、廃プラスチックをＦＣＣ触媒との接触面で接触分解させる方法が示されている。この方法によれば、ＦＣＣ触媒を使用することにより、３５０～５００℃という低温度で廃プラスチックを分解することが可能である。
　また、特許文献２には、冶金炉(metallurgical furnace)から発生する一酸化炭素を含むガスに水蒸気を添加し、シフト反応(shift reaction)によって生成した水素、水蒸気、炭酸ガスを含むガスにより有機物質を分解する方法が示されている。この方法によれば、水素化、水素化分解(hydrogenolysis)、水蒸気改質(steam reforming)、炭酸ガス改質(carbon dioxide reforming)よりも、重質化(producing heavy products)を抑制し、４００～８００℃で効率よく有機物質の分解・ガス化を行うことができる。
特開２０１０－１３６５７号公報 特開２０１２－１８８６４１号公報
　特許文献１に示される方法では、ＦＣＣ触媒を用いることにより低温度で廃プラスチックを分解し、高発熱量のガスや油分を得ることが可能であるが、触媒と廃プラスチックの接触効率が悪く、これを改善するためには廃プラスチックを通常、１ｍｍのふるいを通る程度に微粉砕する必要がある。廃プラスチックの微粉砕にはコストがかかり、また、特定の樹脂類については粉砕自体が非常に困難である。
　また、特許文献２に示される方法は、改質ガスを用いることにより、低温度で有機物質を分解することが可能であるが、一般にプラスチックをはじめとする有機物質は熱伝導度が非常に低く、昇温に時間がかかるため、分解処理量に限界がある。特にプラスチックの場合、反応炉内に過剰な量の原料を投入すると、溶融状態のプラスチックどうしが融着し、反応炉内が閉塞するといった致命的な問題が発生する恐れがある。
　したがって本発明の目的は、以上のような従来技術の課題を解決し、プラスチックなどの有機物質を効率的に熱分解し、高発熱量のガスや油分を得ることができ、有機物質の大量処理も可能な熱分解方法を提供することにある。
　本発明者らは、上記課題を解決するためには、触媒（有機物質分解触媒）による有機物質の熱分解の効率を高める必要があると考え、実験と検討を重ねた結果、有機物質に触媒を混合して成形(form)したもの、すなわち有機物質中に触媒を分散させた成形物(formed material)（造粒物（agglomerated material））を熱分解処理に供することにより、有機物質の熱分解速度を効果的に高めることができることを見出した。
　本発明は、このような知見に基づきなされたもので、以下を要旨とするものである。
［1］有機物質に有機物質分解触媒を混合し、成形して複合造粒物とし、この複合造粒物を熱分解炉に投入して有機物質を熱分解する有機物質の熱分解方法。
［2］上記［1］の熱分解方法において、有機物質分解触媒が金属系触媒である有機物質の熱分解方法。
［3］上記［1］の熱分解方法において、有機物質分解触媒が製鉄所発生ダストである有機物質の熱分解方法。
［4］上記［3］の熱分解方法において、製鉄所発生ダストが転炉ダストである有機物質の熱分解方法。
［5］上記［1］～［4］のいずれかの熱分解方法において、複合造粒物を流動層式の熱分解炉に投入して有機物質を熱分解する有機物質の熱分解方法。
［6］上記［5］の熱分解方法において、流動層の流動媒体が、有機物質分解触媒と同種の粉粒物である有機物質の熱分解方法。
　本発明によれば、複合造粒物内において有機物質と触媒（有機物質分解触媒）が近接配置されるため、最大限の触媒効果を得ることができる。また、触媒は有機物質に較べて熱伝導率が高く、特に金属系触媒を用いることにより有機物質の昇温速度を大幅に改善することができる。これらの結果、触媒による有機物質の熱分解の効率を向上させ、有機物質の熱分解速度を効果的に高めることができ、このため有機物質の大量処理も可能となる。
　また、複合造粒物を流動層式(fluid bed type)の熱分解炉に投入して有機物質の熱分解を行う方法では、複合造粒物は有機物質単味に較べて比重が大きいため流動層下部に下降しやすくなり、流動層内における反応領域を広げることができるため、有機物質の処理量をさらに増大させることができる。
図１は、本発明法において、複合造粒物を得るための製造フローの一例を示す説明図である。 図２は、本発明法において、熱分解炉での熱分解処理の一実施形態を示す説明図である。 図３は、実施例で用いたガス化試験装置の概要を示す説明図である。
　本発明の有機物質の熱分解方法は、有機物質に有機物質分解触媒（以下、説明の便宜上、単に「触媒」という。）を混合し、成形して複合造粒物とし、この複合造粒物を熱分解炉に投入して有機物質を熱分解するものである。本発明では、複合造粒物内において有機物質と触媒が近接配置され、両者の接触面積が増大するため、触媒の作用により有機物質を効率的に熱分解することができる。また、触媒は有機物質に較べて熱伝導率が高いため、有機物質の昇温速度を高めることができる。これらの結果、触媒による有機物質の熱分解の効率を向上させ、有機物質の熱分解速度を効果的に高めることができる。
　本発明において、熱分解の対象となる有機物質（固体）に特別な制限はないが、高分子量の有機物質が好適であり、例えば、プラスチック（通常、廃プラスチック）、バイオマスなどが挙げられ、これらの１種以上もしくは混合物を対象とすることができる。
　プラスチックとしては、例えば、ポリオレフィン類、ＰＡ（polyamide）、熱可塑性ポリエステル類、ＰＳ（polystyrene）、エラストマー類、熱硬化性樹脂類、合成ゴム類、発砲スチロールなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。ポリオレフィン類は、ＰＥ（polyethylene）やＰＰ（polypropylene）を含む。熱可塑性ポリエステル類は、ＰＥＴ（polyethylene terephthalate）含む。
　また、バイオマスとしては、例えば、下水汚泥、紙、木材（例えば、建設廃木材、梱包・運送廃木材、間伐材など）などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
　触媒は、有機物質との複合造粒物中に分散させるため粉粒状であることが好ましい。サイズは特に限定されないが、0.5mmのふるいを通る程度であることが好ましい。触媒としては、ＦＣＣ触媒をはじめとする一般的な熱分解触媒を使用することが可能であるが、熱伝導率の高さの観点からＦｅ、Ｎｉなどの金属を主成分とする触媒、すなわち金属系触媒が好ましい。特に製鉄所の各工程で発生するダスト類（製鉄所発生ダスト）は鉄を主成分とし、安価であるため本発明法における触媒として適している。製鉄所発生ダストの代表例としては、転炉ダストが挙げられるが、これに限定されない。製鉄所発生ダストのなかでも、転炉ダストは鉄の成分比率が高く、熱伝導率が非常に高いため、本発明法における触媒として最も適している。転炉ダストとは、転炉を用いて行われる製鋼工程で発生する鉄含有ダストであり、製鋼工程としては、例えば、脱燐工程、脱炭工程、ステンレス鋼の精錬工程などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
　有機物質に対する触媒の添加量は、有機物質と触媒の種類によって適宜選択すればよいが、有機物質がプラスチックやバイオマス、触媒が製鉄所発生ダスト（転炉ダストなど）の場合は、有機物質の１０～６０質量％程度が望ましい。触媒の添加量が有機物質の１０質量％未満では、触媒と有機物質の接触面積が少なくなるため、本発明の効果が小さくなる。一方、触媒の添加量が有機物質の６０質量％を超えると、有機物質と触媒の混合物の成形が難しくなる。
　有機物質は、触媒を均一に混合できる程度のサイズである必要があり、このため必要に応じて事前に破砕処理する。但し、触媒をある程度均一に混合できる程度の細かさでよいので、50ｍｍ程度のふるいを通る程度に粉砕すればよく、微粉砕する必要はない。
　成形される複合造粒物の強度を確保するため、有機物質と触媒を混合する際に、適量のバインダーを添加することが好ましい。バインダーとしては、一般的に用いられる有機バインダーが適用可能であり、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）、でんぷん等を用いることができる。
　なお、有機物質がプラスチックである場合は、一般に１２０℃以上に加熱されることによりプラスチックが軟化・溶融し、それ自体がバインダーとなるため、バインダーを添加してもしなくともよい。成形方法によってはバインダーを添加することなく、適正な強度の複合造粒物を得ることができる。
　複合造粒物を成形するに際しては、事前に有機物質に触媒と必要によりバインダーを添加し、ミキサーなどで十分に混合することが好ましく、これにより触媒を均一に分散させるとともに、成形される複合造粒物の強度を確保することができる。
　有機物質に触媒を混合した混合物を成形する方法は任意であり、例えば、押出成形(extrusion molding)、リングダイ成形(ring die molding)、ブリケット成形(briquette forming)などが適用可能であるが、有機物質と触媒の均一混合性を高めるためには、特にスクリュー等による混錬機構を有する押出成形機による成形が好ましい。この際、プラスチックの80質量％以上が軟化もしくは溶融する温度で混練することがさらに好ましい。軟化する温度としてはJIS K7206(1999)に準拠して測定される軟化点(Vicat softening point)以上の温度を用いることができ、溶融する温度としてはJIS K7121(1987)に記載の示差走査熱量分析(differential scanning calorimetry)にて求められる融点以上の温度を用いることができる。
　成形される複合造粒物の大きさに特に制限はないが、通常、平均粒径で３ｍｍ～５０ｍｍ程度とすることが好ましい。複合造粒物の平均粒径を３ｍｍ未満とするには、有機物質の微粉砕が必要となるため非常に大きな労力が必要となり、一方、複合造粒物の平均粒径（多粒子の重量平均粒径）が５０ｍｍを超えると、気体との反応表面積が減少し、ガス化率が大きく減少するおそれがある。
　図１は、有機物質が廃プラスチックである場合において、複合造粒物を得るための製造フローの一例を示している。この製造フローでは、廃プラスチックｘが破砕機１で破砕され、次いで磁選機２で金属分が取り除かれた後、ミキサー３に投入される。このミキサー３には、さらに、触媒ｙ（例えば、転炉ダスト）とバインダーｚ（例えば、ＰＶＡ水溶液）が投入され、これらと廃プラスチックｘが撹拌混合される。この混合物は、スクリューによる混錬機構を有する二軸押出成形機４にて成形され、複合造粒物（成形物）が得られる。
　複合造粒物（有機物質）の熱分解方法は、一般的な熱分解方法がすべて適用可能であり、例えば、特許文献２に示されるような水素、炭酸ガス及び水蒸気を含む混合ガスを複合造粒物（有機物質）に接触させ、所定の温度で有機物質を熱分解してもよい。また、他の方式の熱分解方法でもよい。
　複合造粒物が投入され、有機物質の熱分解がなされる熱分解炉の形式にも特別な制限はなく、一般的な熱分解炉がすべて利用可能であるが、そのなかで工業的に連続処理が可能であるロータリーキルン式や流動層式の熱分解炉が好ましく、なかでも流動層式の熱分解炉が特に好ましい。複合造粒物を流動層式の熱分解炉に投入して有機物質の熱分解を行った場合、複合造粒物は有機物質単味に較べて比重が大きいため流動層下部に下降しやすくなり、流動層内における反応領域を広げることができるため、有機物質の処理量を増大させることができる。
　また、流動層式の熱分解炉では流動媒体が用いられるが、複合造粒物に使用する触媒の種類によっては、有機物質の熱分解によって分離した触媒（例えば、転炉ダスト）が流動媒体の役割を果たすことができる。したがって、そのような触媒を用いる場合には、操業開始時に、触媒と同種の粉粒物を流動媒体として使用すれば、以降は複合造粒物を通じて流動媒体が供給されることになるので、流動媒体を単味で供給する必要がなくなる。
　図２は、そのような流動層式の熱分解炉での熱分解処理の一実施形態を示すものであり、５は流動層式の熱分解炉、Ａは流動層である。
　熱分解炉５では、ガス供給管６を通じて分散板５０の下側の風箱部５１(wind box)に流動ガス（混合ガス）が導入され、この流動ガスが分散板５０から吹き出すことにより、分散板５０の上方に流動媒体による流動層Ａが形成される。複合造粒物は熱分解炉５の上部から流動層Ａに供給され、この流動層Ａ内で複合造粒物の有機物質が熱分解され、気体生成物となる。一方、有機物質から分離した触媒は、流動媒体の一部となる。
　気体生成物を含むガスは、排出管７を通じて排出された後、集塵機（サイクロンなど）でガス中に飛散した流動媒体や有機物質の灰分が捕集される。本実施形態では、排出管７に１次集塵機８aと２次集塵機８bが設けられ、１次集塵機８aでは主に流動媒体が捕集され、２次集塵機８bにおいて有機物質の灰分が主に捕集されるようにしている。１次集塵機８aによって流動媒体が補集された後のガスは、２次集塵機８bに供給される。２次集塵機８bによって灰分が補集された後のガスは、２次集塵機８bの外部に排出されて回収される。これにより、回収対象である高発熱量のガスを回収する。
　１次集塵機８aで捕集された流動媒体を主体とする捕集物は、返送管９を通じて熱分解炉５に循環されるようにしてもよい。
　また、有機物質から分離した触媒が流動媒体の一部となるので、系内の流動媒体量を一定に維持するため、必要に応じて、抜出部５２から流動媒体の一部を抜き出すようにしてもよい。
　さらに生成ガスはスクラバーで水洗され、集塵機で分離できなかった微粒子や油分等を取り除いた後、燃料として使用できる。スクラバーの洗浄水中に回収された油分は、油水分離装置を通して回収されたのち、燃料として使用できる。油水分離装置としては、フィルター式、傾斜板方式などの方式を適用可能である。
　図１に示す製造フローにしたがい、以下のようにして廃プラスチックと主成分が鉄などの金属である転炉ダスト（触媒）の複合造粒物を製造した。廃プラスチックを破砕機で約50ｍｍ以下に破砕した後、磁選機で金属分を取り除いた。この廃プラスチックを、廃プラスチック質量の３％の割合の５％ＰＶＡ水溶液（バインダー）（ＰＶＡは廃プラスチックの０．１５質量％）と、触媒である調和平均径約100μｍの転炉ダスト（廃プラスチックと転炉ダストの質量比＝７：３）とともにミキサーに投入し、よく撹拌混合した後、二軸押出成形機にて造粒（成形）し、転炉ダストを内包する直径４ｍｍΦ×長さ10～20ｍｍの複合造粒物を製造した。使用した二軸押出成形機のダイス径は４ｍｍであり、ダイス温度は１９０℃であった。廃プラスチックの成分は主にポリエチレン、ポリスチレン、ポリプロピレンから成り、混練温度は160℃であった。
　図３に示す流動層式のガス化試験装置を用い、上記のようにして得られた複合造粒物のガス化試験を行った（本発明例）。この試験では、複合造粒物中のプラスチックを６００℃にてガス化し、測定したガス発生量とガス組成からガス低位発熱量(lower heating value)、ガス化率(gasification rate)などを求めた。
　図３において、１０は流動層ガス化炉（１１はその加熱ヒータ）である。この流動層ガス化炉１０では、分散板１００の下方にガス供給管１２を通じて流動ガスが導入され、この流動ガスが分散板１００から吹き出すことで分散板１００の上方に流動層Ａが形成される。ガス化する原料（造粒物）は、保持容器１３０と定量供給用スクリュー１３１等からなる原料供給手段１３を通じて流動層ガス化炉１０の上部から炉内に供給される。流動層ガス化炉１０内のガスは、排出管１４を通じて取り出され、ガス冷却機１５で冷却された後（１８はガストラップ）、マスフローメーター１６でガス流量が連続的に測定され、さらに、ガスクロマトグラフ装置１７(gas chromatography equipment)でガス組成が測定される。流動層Ａが形成される流動層ガス化炉１０の内径は６６ｍｍとした。
　流動媒体としては、触媒と同じ調和平均径１００μｍの転炉ダストを使用した。原料供給手段１３を通じた複合造粒物の供給速度は３００ｇ／ｈとした。また、流動ガスとして、Ｈ２、Ｎ２、ＣＯ２、Ｈ２Ｏの混合ガスを４Ｌ／ｍｉｎ供給した。
　また、比較例として、破砕機で破砕した後、磁選機で金属分を取り除いた廃プラスチックのみを二軸押出成形機にて造粒（成形）し、この廃プラスチック造粒物について、上記と同様のガス化試験を実施した。破砕機で破砕した廃プラスチックおよび廃プラスチック造粒物は、それぞれ上記実施例とほぼ同じ大きさであった。
　本発明例と比較例のガス化試験の結果を表１に示す。本発明例では、相対的に廃プラスチック配合率が小さく、廃プラスチックの供給量が少ないにもかかわらず、ガス化率が大幅に向上し、生成ガス発熱量も非常に高くなった。これは複合造粒物内で分散した触媒によりガス化反応速度が高まるためであると考えられる。また、表１中の廃プラスチック配合率と転炉ダスト配合率は、造粒物中に占めるそれぞれの割合を示している。本発明例においては、添加したＰＶＡの量をゼロと近似して、それぞれの値を示している。
　ガス化率は廃プラスチック中の炭素が生成ガス中へ移行した割合を示し、以下の式で示される。
ガス化率＝（生成ガス中炭素量（kg/h）－流動ガス中炭素量（kg/h））÷廃プラスチック中炭素量（kg/h）×100
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 
　１　破砕機
　２　磁選機
　３　ミキサー
　４　二軸押出成形機
　５　熱分解炉
　６　ガス供給管
　７　排出管
　８a　１次集塵機
　８b　２次集塵機
　９　返送管
　１０　流動層ガス化炉
　１１　加熱ヒータ
　１２　ガス供給管
　１３　原料供給手段
　　１３０　保持容器
　　１３１　定量供給用スクリュー
　１４　排出管
　１５　ガス冷却機
　１６　マスフローメーター
　１７　ガスクロマトグラフ装置
　１８　ガストラップ
　５０　分散板
　５１　風箱部
　５２　抜出部
　１００　分散板
　ｘ　廃プラスチック
　ｙ　触媒
　ｚ　バインダー
　Ａ　流動層

Claims (6)

  1. 　有機物質に有機物質分解触媒を混合し、成形して複合造粒物とし、この複合造粒物を熱分解炉に投入して有機物質を熱分解する有機物質の熱分解方法。
  2. 　有機物質分解触媒が金属系触媒である請求項１に記載の有機物質の熱分解方法。
  3. 　有機物質分解触媒が製鉄所発生ダストである請求項１に記載の有機物質の熱分解方法。
  4. 　製鉄所発生ダストが転炉ダストである請求項３に記載の有機物質の熱分解方法。
  5. 　複合造粒物を流動層式の熱分解炉に投入して有機物質を熱分解する請求項１～４のいずれかに記載の有機物質の熱分解方法。
  6. 　流動層の流動媒体が、有機物質分解触媒と同種の粉粒物である請求項５に記載の有機物質の熱分解方法。
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