可燃性廃棄物の熱分解処理方法
【課題】 本発明は従来の方法では困難であった、熱分解反応時に吸熱反応を生じる可燃性廃棄物を外熱式熱分解炉で熱分解する場合でも、設備規模を大型化させずに熱分解処理する方法を提供することを目的とする。
【解決手段】 可燃性廃棄物を外熱式熱分解炉で熱分解して熱分解ガスと熱分解チャーを生成する可燃性廃棄物の熱分解処理方法において、二酸化炭素、水蒸気、又は水素の少なくともいずれかのガスと発熱反応を生じる金属又は金属化合物を、前記外熱式熱分解炉内に供給し、当該炉内で前記金属又は金属化合物と前記熱分解ガス中に存在する二酸化炭素、水蒸気、又は水素の少なくともいずれかのガスとを反応させ、発生した反応熱を前記熱分解時の補助熱源として利用する。
【解決手段】 可燃性廃棄物を外熱式熱分解炉で熱分解して熱分解ガスと熱分解チャーを生成する可燃性廃棄物の熱分解処理方法において、二酸化炭素、水蒸気、又は水素の少なくともいずれかのガスと発熱反応を生じる金属又は金属化合物を、前記外熱式熱分解炉内に供給し、当該炉内で前記金属又は金属化合物と前記熱分解ガス中に存在する二酸化炭素、水蒸気、又は水素の少なくともいずれかのガスとを反応させ、発生した反応熱を前記熱分解時の補助熱源として利用する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は可燃性廃棄物を燃料や原料として有効利用するための熱分解処理方法に関するものである。特に、熱分解に外熱式熱分解炉を用いる熱分解処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
産業廃プラ系や一般廃プラ系の可燃性廃棄物処理は、従来、単純焼却や埋立てが中心であったが、循環型社会促進が近年の大きな社会的課題となっており、これら廃プラ系の可燃性廃棄物の有効利用が可能な廃棄物処理技術が求められている。
【０００３】
廃プラ系の可燃性廃棄物の有効利用を目的とした廃棄物処理方法としては、例えば、非特許文献１に記載されているように、可燃性廃棄物を熱分解炉で熱分解処理して廃棄物中の揮発分を熱分解ガスとした後、熱分解ガスを改質炉内に導入し、改質炉内で１０００〜１２００℃程度の高温雰囲気下で熱分解ガス中に含まれる高分子量の有機化合物であるタール成分を部分燃焼反応および水蒸気改質反応させてＣＯ、Ｈ２、Ｃ数１〜４程度の炭化水素等からなる低分子量の改質ガスに変換し、改質ガスを冷却、精製して精製ガスを製造する廃棄物ガス変換法が開発されている。
【０００４】
また、例えば、非特許文献２〜３に記載されているように、可燃性廃棄物を熱分解炉で加熱して熱分解ガスと熱分解残渣とを発生させた後、熱分解ガスを後段で冷却して可燃性ガス成分とタール成分とを分離し、可燃性ガス成分は燃料ガスや化学原料ガスとして利用し、タール成分は燃料油等として利用し、熱分解残渣は炭素質燃料や金属原料等として利用する廃棄物熱分解法が提案されている。
【０００５】
これら廃棄物ガス変換法や廃棄物熱分解法における熱分解炉の方式としては、ロータリーキルン熱分解炉に代表される外熱式熱分解炉、流動床熱分解炉や移動床熱分解炉等に代表される部分燃焼式熱分解炉が挙げられるが、外熱式熱分解炉は、部分燃焼空気や流動化ガスによる熱分解ガスカロリー低下がなく、設備が簡便で安定運転し易い等の特長があることから広く用いられている。
【０００６】
【非特許文献１】「自動車研究」第２３巻、第１２号、Ｐ６６８−６７３（２００１）、６７０頁、図１
【非特許文献２】「日本ゴム協会誌」第５９巻、第１０号、Ｐ５６５−５６７（１９８６）、５６５頁、図１
【非特許文献３】「リサイクル技術研究発表会講演論文集」６ｔｈ、Ｐ８９−９２（１９９８）、９２頁、図４
【非特許文献４】「京都大学院工学研究科１９８６年博士論文」請求記号新制工６６４、登録番号９４８７、８１頁
【非特許文献５】「（社）日本鉄鋼協会白石記念講座」Ｐ８５〜Ｐ９９、９４頁４行目（１９９９）
【非特許文献６】「Technical Information Center講習会テキスト 廃プラスチックの脱塩素処理とリサイクル技術」Ｐ２５〜Ｐ３５、３１頁８行目（２００１年３月３０日開催）
【非特許文献７】「日本化学会編 化学便覧改訂第４版基礎編Ｉ」Ｉ−１３２−１６及びＩ−１３３−２０
【非特許文献８】「まてりあ」第３９巻、第４号、３６５頁（２０００）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、ロータリーキルン熱分解炉に代表される外熱式熱分解炉による熱分解方法の抱える課題として、ポリエチレンなどのような熱分解時の吸熱量が大きな化合物を主要成分とする可燃性廃棄物を熱分解する場合、熱分解炉の処理能力が低下する点があげられる。
【０００８】
処理能力維持のためには、熱分解炉内への投入熱量増加が必要であるが、伝熱性確保のために、通常、外熱式熱分解炉の材質は金属製であるため、機械強度上の問題やＨＣｌ等による高温腐食問題から、外熱温度上昇によって投入熱量を増やすことは困難である。このため、従来技術では、外熱式熱分解炉への投入熱量を増やすためには、炉内の加熱面積を大きくする必要があり、熱分解炉の大型化や基数アップ等の設備規模増大を招くことになる。
【０００９】
そこで、本発明は、熱分解反応時に吸熱反応を生じる可燃性廃棄物を外熱式熱分解炉で熱分解する場合でも、設備規模を大型化させずに熱分解処理するための方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
係る課題を解決するため、本発明の要旨とするところは、以下（１）〜（８）に示す通りである。
【００１１】
（１）可燃性廃棄物を外熱式熱分解炉で熱分解して熱分解ガスと熱分解チャーを生成する可燃性廃棄物の熱分解処理方法において、二酸化炭素、水蒸気、又は水素の少なくともいずれかのガスと発熱反応を生じる金属又は金属化合物を、前記外熱式熱分解炉内に供給し、当該炉内で前記金属又は金属化合物と前記熱分解ガス中に存在する二酸化炭素、水蒸気、又は水素の少なくともいずれかのガスとを反応させ、発生した反応熱を前記熱分解時の補助熱源として利用することを特徴とする可燃性廃棄物の熱分解処理方法。
【００１２】
（２）前記可燃性廃棄物が、熱分解時に吸熱反応を生じる可燃性廃棄物であることを特徴とする前記（１）記載の可燃性廃棄物の熱分解処理方法。
【００１３】
（３）前記外熱式熱分解炉内に、更に、二酸化炭素、水蒸気、及び水素の少なくともいずれか一種類のガスを供給することを特徴とする前記（１）又は（２）記載の可燃性廃棄物の熱分解処理方法。
【００１４】
（４）前記二酸化炭素、水蒸気、又は水素の少なくともいずれかのガスと前記金属又は金属化合物との発熱反応が、前記熱分解時の前記炉内の最大温度以下において不可逆反応であることを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれかに記載の可燃性廃棄物の熱分解処理方法。
【００１５】
（５）前記金属又は金属化合物が、金属カルシウム、金属リチウム、金属チタン、酸化カルシウム、酸化リチウムのうちの１種又は２種以上であることを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれかに記載の可燃性廃棄物の熱解処理方法。
【００１６】
（６）前記金属又は金属化合物が、粒径０．１〜５ｃｍの粒状であることを特徴とする前記（１）〜（５）のいずれかに記載の可燃性廃棄物の熱分解処理方法。
【００１７】
（７）前記生成した熱分解ガスに、酸素含有ガス及び水蒸気を供給して前記熱分解ガスと反応させ、一酸化炭素、水素、二酸化炭素、水蒸気を主成分とする改質ガスを生成し、当該改質ガスの顕熱を用いて、前記金属又は金属化合物と二酸化炭素、水蒸気、水素の少なくともいずれかのガスとの反応により生成する反応生成物を加熱して、元の金属又は金属化合物に再生することを特徴とする前記（１）〜（６）のいずれかに記載の可燃性廃棄物の熱分解処理方法。
【００１８】
（８）前記生成した熱分解チャーに、酸素含有ガスを供給して前記熱分解チャーと反応させ、一酸化炭素、水素、二酸化炭素、又は水蒸気を主成分とするガス化ガス、及びスラグを生成し、当該ガス化ガスの顕熱を用いて、前記固体の金属又は金属化合物と二酸化炭素、水蒸気、又は水素の少なくともいずれかのガスとの反応により生成する反応生成物を加熱して、元の金属又は金属化合物に再生することを特徴とする前記（１）〜（７）のいずれかに記載の可燃性廃棄物の熱分解処理方法。
【発明の効果】
【００１９】
本発明により、熱分解反応時に吸熱反応を生じる可燃性廃棄物を外熱式熱分解炉で熱分解する場合でも、設備規模を大型化させずに処理することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明者は、金属又は金属化合物の種類を選定すれば、廃棄物の熱分解温度条件下で二酸化炭素、水蒸気、水素の少なくともいずれか一種類のガスと発熱反応を生じるものがあることに着眼し、外熱式の熱分解炉内で金属又は金属化合物とこれらガス種を反応させて反応熱を発生させ、それにより発生ガスを昇温し、その顕熱を可燃性廃棄物の加熱に利用する本方法を発明した。
【００２１】
図１は、本発明の可燃性廃棄物の熱分解処理方法を実施するためのプロセスの一例を示すブロック図である。以下に、図１に基づいて本発明の第一の実施形態の一例を示す。
【００２２】
可燃性廃棄物１を、廃棄物供給装置２を用いて外熱式の熱分解炉３（図ではロータリーキルン）内に供給し、二酸化炭素、水蒸気、又は水素の少なくともいずれかのガスと発熱反応を生じる金属又は金属化合物７を、金属又は金属化合物供給装置８を用いて熱分解炉３内に供給する。
【００２３】
熱分解炉３は加熱炉４によって間接加熱され、可燃性廃棄物は熱分解炉内で空気を断った雰囲気下（不可避的侵入空気を除く）で、常温から熱分解温度まで昇温され、乾燥及び熱分解されて、熱分解ガス５と残渣６を生成する。
【００２４】
金属又は金属化合物は、熱分解炉内で二酸化炭素、水蒸気、又は水素の少なくともいずれかのガスと発熱反応を起こし、発生したガスの顕熱を熱分解炉３内での熱分解の補助熱源として利用する。即ち、可燃性廃棄物の加熱の補助として用いる。
【００２５】
発熱反応を起こすガス種である二酸化炭素、水蒸気、水素は、可燃性廃棄物の乾燥及び熱分解時に発生する熱分解ガス中に存在する当該ガスを用いるか、あるいは反応ガス供給装置１０を用いて熱分解炉３内に追加導入する。
【００２６】
可燃性廃棄物の熱分解温度は廃棄物の種類によって異なるが、一般的に４００〜６００℃程度である。
【００２７】
金属又は金属化合物７の種類は、二酸化炭素、水蒸気、又は水素の少なくともいずれかのガスと熱分解が完了する温度まで発熱反応を生じるものであれば特に限定するところはないが、発熱反応が熱分解時の熱分解炉内の最大温度（外熱式熱分解炉の加熱温度に略等しい）以下において不可逆性反応となる金属又は金属化合物を用いることが、熱分解炉操業が容易となるためより好ましい。
【００２８】
言い換えれば、熱分解炉内において、出発物である金属又は金属化合物に戻って吸熱反応を起こさないことが好ましい。
【００２９】
即ち、可燃性廃棄物の熱分解速度は加熱温度と反応時間に依存し、操業条件に応じて熱分解完了時点での炉内雰囲気温度が異なるため、熱分解時の熱分解炉内の最大温度以下で不可逆反応を生じる金属又は金属化合物を選定しておけば、操業制約条件が少なくなり操業がより容易となる。
【００３０】
なお、炉内において固着や融着のトラブルを防止するため、上記の金属又は金属化合物は固体（粒状、粉状を含む）であることが好ましい。
【００３１】
二酸化炭素と発熱反応を生じる金属又は金属化合物の例としては、それぞれ、反応式：ＣａＯ＋ＣＯ２→ＣａＣＯ３＋１８０ｋＪ／ｍｏｌ、Ｌｉ２Ｏ＋ＣＯ２→Ｌｉ２ＣＯ３＋２２２ｋＪ／ｍｏｌで表される酸化カルシウム、酸化リチウムなどが挙げられる。
【００３２】
金属化合物１ｋｇ当たりに換算した発生熱量は、ＣａＯの場合（分子量５６．７）で３ＭＪ／ｋｇ、ＬｉＯ２の場合（分子量４０．９）で５ＭＪ／ｋｇとなり、一方、生産量が多く、一般廃プラの主要成分でもあるポリエチレンを熱分解する場合の吸熱量は、非特許文献４等に記載されているように、１ＭＪ／ｋｇ程度であることから、二酸化炭素と金属化合物との化学反応によって生じる発熱量は、ポリエチレン熱分解時の吸熱量を補うのに有意な熱量に相当する。
【００３３】
また、水蒸気ガスと発熱反応を生じる金属又は金属化合物の例としては、反応式：ＣａＯ＋Ｈ２Ｏ→Ｃａ（ＯＨ）２＋６３ｋＪ／ｍｏｌで表される酸化カルシウムが挙げられる。金属化合物１ｋｇ当たりの発生熱量は、１ＭＪ／ｋｇであり、ポリエチレン熱分解時の吸熱量を補うのに有意な熱量に相当する。
【００３４】
また、水素ガスと発熱反応を生じる金属又は金属化合物の例としては、金属チタン、金属カルシウム、金属リチウム等が挙げられ、例えば、金属チタンの例では、反応式：Ｔｉ＋Ｈ２→ＴｉＨ２＋１４２ｋＪ／ｍｏｌ（金属１ｋｇ当たりの発生熱量は３ＭＪ／ｋｇであり）で表されて、ポリエチレン熱分解時の吸熱量を補うのに有意な熱量に相当する。
【００３５】
金属又は金属化合物７が反応した後に生じた金属化合物は、熱分解チャーと共に残渣６として熱分解炉３から排出される。反応後の金属又は金属化合物７は、工業原料として利用してもよいし、金属又は金属化合物に再生して熱分解炉３内で再度利用してもよい。
【００３６】
図１に示すプロセス例では、残渣６から熱分解チャー分離装置１１によって熱分解チャー１３を分離した後の反応後に生じた金属化合物１４を再生装置１２に装入して、元の金属又は金属化合物１５に再生し、熱分解炉３へ供給する。
【００３７】
また、本発明の第二の実施形態は、前述の金属又は金属化合物の形状を粒状物とすることにより、金属又は金属化合物をプラスチックの塊状防止材として利用することを特徴とする。
【００３８】
ポリエチレンやポリプロピレンを初めとしたプラスチック類の多くは、高温になると流動性を呈する熱可塑性プラスチックであるため、外熱式熱分解内で昇温される過程で溶融軟化して塊状物を形成し、外熱式熱分解炉内の伝熱阻害や閉塞トラブルに繋がり易いといった問題点がある。
【００３９】
これを抑制する手段として、例えば、非特許文献５、６に記載されているように、非揮発性の炭化物や無機化合物から成る粒状物をプラスチックの塊状化防止材として外熱式熱分解炉内に新たに添加する方法が提案されているが、前記（６）に係る本発明は、金属又は金属化合物を粒状化することにより塊状化防止材代替としての機能を付加することが可能となる。
【００４０】
金属又は金属化合物の粒度（粒径）は０．１〜５ｃｍの範囲が好ましく、粒度５ｃｍ超では炉内での分散効率が低下して塊状化防止材としての機能を十分発揮しにくくなり、粒度０．１ｃｍ未満まで小さくすると、熱分解ガスと同伴して飛散しやすくなって残渣からの回収効率低下を招く。
【００４１】
上記範囲の粒度とするには、篩い分けすることで可能となるが、粒度範囲内の市販の金属又は金属化合物を購入して使用することもできる。
【００４２】
また、図２〜図３は、本発明の可燃性廃棄物の熱分解処理方法を実施するための別のプロセス例を示すブロック図である。
【００４３】
図２に示すプロセス例では、熱分解炉３から発生した熱分解ガス５を後段に設けた改質炉１６へ導入し、改質炉内で酸素含有ガスおよび水蒸気１７と反応させて一酸化炭素、水素、二酸化炭素、水蒸気、低分子量炭化水素を主成分とし、その他少量成分（ＨＣｌ等の廃棄物の種類により異なるガス）を含む改質ガス１８に変換し、改質ガスを排熱回収装置１９、ガス精製装置２０を通過させてＨＣｌ等の有害ガス成分およびダスト類、ミスト類を除去し精製ガス２１を得る。
【００４４】
酸素含有ガスは、酸素濃度が高い方が、改質炉１６へ導入するガス量が少なくて済み、改質ガス１８の温度上昇に有利であるが、純酸素に近い高濃度の酸素は製造コストが高いので、吸着分離法や深冷分離法等の汎用法で製造可能な酸素含有ガス（８０体積％濃度程度）を用いることが好ましい。酸素含有ガスと水蒸気の比率は、条件に応じて適宜設定すればよい。
【００４５】
図３に示すプロセス例では、熱分解チャー１３をチャー供給装置２２を用いてガス化炉２３に吹込み、ガス化炉２３内に酸素又は酸素富化空気２４を吹込んで高温で部分燃焼させ、熱分解チャー中の可燃分を、一酸化炭素、水素、二酸化炭素、水蒸気を主成分とし、その他少量成分（廃棄物の種類により異なる）を含む低分子量のガス化ガス２５に変換すると共に、熱分解チャー１３中の灰分を溶融してスラグ２６に変換する。
【００４６】
ガス化ガス２５は熱回収装置２７、ガス精製装置２８を通過させて、有害ガス成分及びダスト類、ミスト類を除去し精製ガス２９を得る。酸素富化空気２４は、酸素濃度が高い方が、ガス化炉２３へ吹き込むガス量が少なくて済み、ガス化ガス２５の温度上昇に有利であるが、純酸素に近い高濃度の酸素は製造コストが高いので、吸着分離法や深冷分離法等の汎用法で製造可能な酸素富化空気２４（８０体積％濃度程度）を用いることが好ましい。
【００４７】
本発明の第三の実施形態は、二酸化炭素、水蒸気及び水素の少なくともいずれか一種類のガスと反応後の金属又は金属化合物を、前述の改質ガスやガス化ガスの顕熱を利用して、元の金属又は金属化合物に再生することを特徴とする。
【００４８】
例えば、金属又は金属化合物として酸化カルシウムを用いた場合では、加熱再生に必要な温度は、非特許文献７等に記載されているように、Ｃａ（ＯＨ）２→ＣａＯ再生時で５８０℃以上、ＣａＣＯ３→ＣａＯ再生時で８８０℃以上であり、また、例えば、金属又は金属化合物として金属チタンを用いた場合では、加熱再生に必要な温度は、非特許文献８等に記載されているように、ＴｉＨ２→Ｔｉ再生時で７００℃以上である。
【００４９】
一方、改質炉の所要反応温度は１０００〜１２００℃程度、ガス化炉の所要反応温度は１３００〜１５００℃程度であることから、反応後の金属又は金属化合物の加熱再生に利用可能な温度ポテンシャルを有している。
【００５０】
なお、改質ガス顕熱やガス化ガス顕熱の加熱再生への利用方法には、特に限定するところはなく、改質炉やガス化炉から発生したガス顕熱を一旦熱交換する間接加熱方式や、改質炉やガス化炉から発生したガス顕熱を直接反応後の固体金属又は金属化合物と接触させる直接加熱方式など、一般的に用いられている熱交換方法が適用可能である。
【００５１】
図４に示すプロセス例では、高温の改質ガス１８で加熱再生装置１２中の炭酸化合物又は炭酸化合物１４を直接加熱して固体の金属又は金属化合物１５に再生し、また、図５に示すプロセス例では、高温のガス化ガス２５を一旦高温空気３０に熱交換した後、炭酸化合物又は炭酸化合物１４の固体の金属又は金属化合物１５への再生熱に利用する。
【実施例】
【００５２】
（実施例１）
図４に示すプロセス例を用い、ポリエチレンを主要成分する化学組成がＣ＝７０mass％、Ｈ＝１０mass％、Ｏ＝１０mass％、Ｎ＝０．５mass％、Ｃｌ＝１．５mass％、灰分５mass％、水分３mass％、発熱量約３４ＭＪ／ｋｇであるプラスチック系廃棄物を、廃棄物供給装置２により熱分解炉３に供給し、処理量１００ｔ／日で熱分解処理した。
【００５３】
熱分解炉３には外熱式ロータリーキルンを用い、加熱炉４にはＬＮＧ焚き熱風発生炉を用い、熱分解温度は５００℃とした。熱分解炉３の回転ドラムの寸法は内径２．５ｍ×長さ２５ｍとした。熱分解炉内で発熱反応を起こす金属化合物として粒径範囲０．１〜５ｃｍの粒状酸化カルシウムを選定し、固体の金属又は金属化合物供給装置８により０．７５ｔ／ｈｒ供給した。
【００５４】
酸化カルシウムとの反応ガス種には廃棄物の乾燥及び熱分解によって発生した熱分解ガス５ 約４ｔ／ｈｒ中に含まれる水蒸気約０．１３ｔ／ｈｒ及び二酸化炭素約０．０３ｔ／ｈｒに加え、反応ガス供給装置１０を用いて二酸化炭素を供給した。反応ガス供給装置１０による二酸化炭素供給量は約０．５ｔ／ｈｒとした。
【００５５】
熱分解炉３で発生したタール分を含む熱分解ガス５を、後段の改質炉１６へ送り、改質炉１６で酸素含有ガスである純酸素及び水蒸気１７と反応させて、ＣＯ、ＣＯ２、Ｈ２、Ｈ２Ｏ、ＣＨ４、及び、その他微量ガスから構成される低分子量の改質ガス１８に変換し、改質ガス１８は、排熱回収装置１９により熱交換されて、２００℃までガスクウェンチされた後、ガス精製装置２０であるバグフィルタとアルカリースクラバーで、ダスト除去及び塩酸ガス除去して、発熱量１１ＭＪ／Ｎｍ３の精製ガス２９を１万Ｎｍ３／ｈｒ得た。
【００５６】
熱分解炉３から排出された残渣６は、熱分解チャー分離装置１１で熱分解チャー１３として０．２５ｔ／ｈｒを分離し、反応後の固体の金属化合物１４であるカルシウム化合物は、改質ガス１８の顕熱を利用して加熱再生装置１２において９００℃まで加熱して酸化カルシウムに再生し、熱分解炉３内で再度使用した。
【００５７】
なお、熱分解炉から排出される残渣６中にはプラスチック系廃棄物の未乾留塊状物は見られず、本発明による粒状物の金属化合物が塊状化防止材として機能することを確認した。
【００５８】
一方、熱分解チャーは純酸素吹きの噴流床式ガス化炉２３へＮ２搬送ガスと共に吹込み反応温度１３００℃でガス化溶融し、可燃分をＣＯ、ＣＯ２、Ｈ２、Ｈ２Ｏ、及び、その他微量ガスから構成されるガス化ガス２５に変換すると共に、灰分をスラグ２６化した。
【００５９】
ガス化ガス２５は、熱回収装置２７により熱交換されて２００℃までガスクウェンチされた後、ガス精製装置２８であるバグフィルタ及びアルカリースクラバーでダスト除去及び塩酸ガス除去して、発熱量１０ＭＪ／Ｎｍ３の精製ガス２９を１００Ｎｍ３／ｈｒ得た。
【００６０】
（比較例１）
比較例１として、熱分解炉３内に発熱反応を起こす金属化合物及び反応ガスを供給せずに実施例１と同じ廃プラスチック系廃棄物を処理量１００ｔ／日で熱分解処理した例を示す。
【００６１】
熱分解炉３及び加熱炉４には、実施例１と同様に、外熱式ロータリーキルン及びＬＮＧ焚き熱風発生炉を用い、熱分解温度は５００℃とした。また、熱分解ガス５は、実施例１と同様に、改質炉１６に導入して改質ガス１８に変換し、熱分解チャー１３は実施例１と同様に噴流床式ガス化炉２３に導入してガス化ガス２５及びスラグ２６を製造した。
【００６２】
プラスチック系廃棄物が熱分解する際の吸熱量は、単位処理量及び単位時間当りで、夫々、１．３ＭＪ／ｋｇ、５０００ＭＪ／ｈｒであり、一方、加熱炉４から外熱式ロータリキルン内への平均熱伝達量は約４０ＭＪ／ｍ２・ｈであったが、発熱反応を起こす固体の金属化合物及び反応ガスを供給しない比較例１は、実施例１に比べロータリキルンの必要加熱面積が約６０ｍ２増加して、熱分解炉の回転ドラム寸法は内径２．５ｍ×長さ３３ｍとなり、設備が大型化した。
【００６３】
また、熱分解炉から排出された残渣中には熱分解が十分完了していない塊状廃ブラスチックが混在していた。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明に係るプロセスの一例を示すブロック図である。
【図２】本発明に係るプロセスの別の一例を示すブロック図である。
【図３】本発明に係るプロセスの別の一例を示すブロック図である。
【図４】本発明に係るプロセスの別の一例を示すブロック図である。
【図５】本発明に係るプロセスの別の一例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００６５】
１ 廃棄物
２ 廃棄物供給装置
３ 熱分解炉
４ 加熱炉
５ 熱分解ガス
６ 残渣
７ 固体の金属又は金属化合物
８ 固体の金属又は金属化合物供給装置
９ 二酸化炭素又は水蒸気又は水素
１０ 反応ガス供給装置
１１ 熱分解チャー分離装置
１２ 加熱再生装置
１３ 熱分解チャー
１４ 反応後の金属化合物
１５ 再生後固体の金属又は金属化合物
１６ 改質炉
１７ 酸素含有ガスおよび水蒸気
１８ 改質ガス
１９ 排熱回収装置
２０ ガス精製装置
２１ 精製ガス
２２ チャー供給装置
２３ ガス化炉
２４ 酸素含有ガス
２５ ガス化ガス
２６ スラグ
２７ 熱回収装置
２８ ガス精製装置
２９ 精製ガス
３０ 高温空気
【技術分野】
【０００１】
本発明は可燃性廃棄物を燃料や原料として有効利用するための熱分解処理方法に関するものである。特に、熱分解に外熱式熱分解炉を用いる熱分解処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
産業廃プラ系や一般廃プラ系の可燃性廃棄物処理は、従来、単純焼却や埋立てが中心であったが、循環型社会促進が近年の大きな社会的課題となっており、これら廃プラ系の可燃性廃棄物の有効利用が可能な廃棄物処理技術が求められている。
【０００３】
廃プラ系の可燃性廃棄物の有効利用を目的とした廃棄物処理方法としては、例えば、非特許文献１に記載されているように、可燃性廃棄物を熱分解炉で熱分解処理して廃棄物中の揮発分を熱分解ガスとした後、熱分解ガスを改質炉内に導入し、改質炉内で１０００〜１２００℃程度の高温雰囲気下で熱分解ガス中に含まれる高分子量の有機化合物であるタール成分を部分燃焼反応および水蒸気改質反応させてＣＯ、Ｈ２、Ｃ数１〜４程度の炭化水素等からなる低分子量の改質ガスに変換し、改質ガスを冷却、精製して精製ガスを製造する廃棄物ガス変換法が開発されている。
【０００４】
また、例えば、非特許文献２〜３に記載されているように、可燃性廃棄物を熱分解炉で加熱して熱分解ガスと熱分解残渣とを発生させた後、熱分解ガスを後段で冷却して可燃性ガス成分とタール成分とを分離し、可燃性ガス成分は燃料ガスや化学原料ガスとして利用し、タール成分は燃料油等として利用し、熱分解残渣は炭素質燃料や金属原料等として利用する廃棄物熱分解法が提案されている。
【０００５】
これら廃棄物ガス変換法や廃棄物熱分解法における熱分解炉の方式としては、ロータリーキルン熱分解炉に代表される外熱式熱分解炉、流動床熱分解炉や移動床熱分解炉等に代表される部分燃焼式熱分解炉が挙げられるが、外熱式熱分解炉は、部分燃焼空気や流動化ガスによる熱分解ガスカロリー低下がなく、設備が簡便で安定運転し易い等の特長があることから広く用いられている。
【０００６】
【非特許文献１】「自動車研究」第２３巻、第１２号、Ｐ６６８−６７３（２００１）、６７０頁、図１
【非特許文献２】「日本ゴム協会誌」第５９巻、第１０号、Ｐ５６５−５６７（１９８６）、５６５頁、図１
【非特許文献３】「リサイクル技術研究発表会講演論文集」６ｔｈ、Ｐ８９−９２（１９９８）、９２頁、図４
【非特許文献４】「京都大学院工学研究科１９８６年博士論文」請求記号新制工６６４、登録番号９４８７、８１頁
【非特許文献５】「（社）日本鉄鋼協会白石記念講座」Ｐ８５〜Ｐ９９、９４頁４行目（１９９９）
【非特許文献６】「Technical Information Center講習会テキスト 廃プラスチックの脱塩素処理とリサイクル技術」Ｐ２５〜Ｐ３５、３１頁８行目（２００１年３月３０日開催）
【非特許文献７】「日本化学会編 化学便覧改訂第４版基礎編Ｉ」Ｉ−１３２−１６及びＩ−１３３−２０
【非特許文献８】「まてりあ」第３９巻、第４号、３６５頁（２０００）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、ロータリーキルン熱分解炉に代表される外熱式熱分解炉による熱分解方法の抱える課題として、ポリエチレンなどのような熱分解時の吸熱量が大きな化合物を主要成分とする可燃性廃棄物を熱分解する場合、熱分解炉の処理能力が低下する点があげられる。
【０００８】
処理能力維持のためには、熱分解炉内への投入熱量増加が必要であるが、伝熱性確保のために、通常、外熱式熱分解炉の材質は金属製であるため、機械強度上の問題やＨＣｌ等による高温腐食問題から、外熱温度上昇によって投入熱量を増やすことは困難である。このため、従来技術では、外熱式熱分解炉への投入熱量を増やすためには、炉内の加熱面積を大きくする必要があり、熱分解炉の大型化や基数アップ等の設備規模増大を招くことになる。
【０００９】
そこで、本発明は、熱分解反応時に吸熱反応を生じる可燃性廃棄物を外熱式熱分解炉で熱分解する場合でも、設備規模を大型化させずに熱分解処理するための方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
係る課題を解決するため、本発明の要旨とするところは、以下（１）〜（８）に示す通りである。
【００１１】
（１）可燃性廃棄物を外熱式熱分解炉で熱分解して熱分解ガスと熱分解チャーを生成する可燃性廃棄物の熱分解処理方法において、二酸化炭素、水蒸気、又は水素の少なくともいずれかのガスと発熱反応を生じる金属又は金属化合物を、前記外熱式熱分解炉内に供給し、当該炉内で前記金属又は金属化合物と前記熱分解ガス中に存在する二酸化炭素、水蒸気、又は水素の少なくともいずれかのガスとを反応させ、発生した反応熱を前記熱分解時の補助熱源として利用することを特徴とする可燃性廃棄物の熱分解処理方法。
【００１２】
（２）前記可燃性廃棄物が、熱分解時に吸熱反応を生じる可燃性廃棄物であることを特徴とする前記（１）記載の可燃性廃棄物の熱分解処理方法。
【００１３】
（３）前記外熱式熱分解炉内に、更に、二酸化炭素、水蒸気、及び水素の少なくともいずれか一種類のガスを供給することを特徴とする前記（１）又は（２）記載の可燃性廃棄物の熱分解処理方法。
【００１４】
（４）前記二酸化炭素、水蒸気、又は水素の少なくともいずれかのガスと前記金属又は金属化合物との発熱反応が、前記熱分解時の前記炉内の最大温度以下において不可逆反応であることを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれかに記載の可燃性廃棄物の熱分解処理方法。
【００１５】
（５）前記金属又は金属化合物が、金属カルシウム、金属リチウム、金属チタン、酸化カルシウム、酸化リチウムのうちの１種又は２種以上であることを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれかに記載の可燃性廃棄物の熱解処理方法。
【００１６】
（６）前記金属又は金属化合物が、粒径０．１〜５ｃｍの粒状であることを特徴とする前記（１）〜（５）のいずれかに記載の可燃性廃棄物の熱分解処理方法。
【００１７】
（７）前記生成した熱分解ガスに、酸素含有ガス及び水蒸気を供給して前記熱分解ガスと反応させ、一酸化炭素、水素、二酸化炭素、水蒸気を主成分とする改質ガスを生成し、当該改質ガスの顕熱を用いて、前記金属又は金属化合物と二酸化炭素、水蒸気、水素の少なくともいずれかのガスとの反応により生成する反応生成物を加熱して、元の金属又は金属化合物に再生することを特徴とする前記（１）〜（６）のいずれかに記載の可燃性廃棄物の熱分解処理方法。
【００１８】
（８）前記生成した熱分解チャーに、酸素含有ガスを供給して前記熱分解チャーと反応させ、一酸化炭素、水素、二酸化炭素、又は水蒸気を主成分とするガス化ガス、及びスラグを生成し、当該ガス化ガスの顕熱を用いて、前記固体の金属又は金属化合物と二酸化炭素、水蒸気、又は水素の少なくともいずれかのガスとの反応により生成する反応生成物を加熱して、元の金属又は金属化合物に再生することを特徴とする前記（１）〜（７）のいずれかに記載の可燃性廃棄物の熱分解処理方法。
【発明の効果】
【００１９】
本発明により、熱分解反応時に吸熱反応を生じる可燃性廃棄物を外熱式熱分解炉で熱分解する場合でも、設備規模を大型化させずに処理することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明者は、金属又は金属化合物の種類を選定すれば、廃棄物の熱分解温度条件下で二酸化炭素、水蒸気、水素の少なくともいずれか一種類のガスと発熱反応を生じるものがあることに着眼し、外熱式の熱分解炉内で金属又は金属化合物とこれらガス種を反応させて反応熱を発生させ、それにより発生ガスを昇温し、その顕熱を可燃性廃棄物の加熱に利用する本方法を発明した。
【００２１】
図１は、本発明の可燃性廃棄物の熱分解処理方法を実施するためのプロセスの一例を示すブロック図である。以下に、図１に基づいて本発明の第一の実施形態の一例を示す。
【００２２】
可燃性廃棄物１を、廃棄物供給装置２を用いて外熱式の熱分解炉３（図ではロータリーキルン）内に供給し、二酸化炭素、水蒸気、又は水素の少なくともいずれかのガスと発熱反応を生じる金属又は金属化合物７を、金属又は金属化合物供給装置８を用いて熱分解炉３内に供給する。
【００２３】
熱分解炉３は加熱炉４によって間接加熱され、可燃性廃棄物は熱分解炉内で空気を断った雰囲気下（不可避的侵入空気を除く）で、常温から熱分解温度まで昇温され、乾燥及び熱分解されて、熱分解ガス５と残渣６を生成する。
【００２４】
金属又は金属化合物は、熱分解炉内で二酸化炭素、水蒸気、又は水素の少なくともいずれかのガスと発熱反応を起こし、発生したガスの顕熱を熱分解炉３内での熱分解の補助熱源として利用する。即ち、可燃性廃棄物の加熱の補助として用いる。
【００２５】
発熱反応を起こすガス種である二酸化炭素、水蒸気、水素は、可燃性廃棄物の乾燥及び熱分解時に発生する熱分解ガス中に存在する当該ガスを用いるか、あるいは反応ガス供給装置１０を用いて熱分解炉３内に追加導入する。
【００２６】
可燃性廃棄物の熱分解温度は廃棄物の種類によって異なるが、一般的に４００〜６００℃程度である。
【００２７】
金属又は金属化合物７の種類は、二酸化炭素、水蒸気、又は水素の少なくともいずれかのガスと熱分解が完了する温度まで発熱反応を生じるものであれば特に限定するところはないが、発熱反応が熱分解時の熱分解炉内の最大温度（外熱式熱分解炉の加熱温度に略等しい）以下において不可逆性反応となる金属又は金属化合物を用いることが、熱分解炉操業が容易となるためより好ましい。
【００２８】
言い換えれば、熱分解炉内において、出発物である金属又は金属化合物に戻って吸熱反応を起こさないことが好ましい。
【００２９】
即ち、可燃性廃棄物の熱分解速度は加熱温度と反応時間に依存し、操業条件に応じて熱分解完了時点での炉内雰囲気温度が異なるため、熱分解時の熱分解炉内の最大温度以下で不可逆反応を生じる金属又は金属化合物を選定しておけば、操業制約条件が少なくなり操業がより容易となる。
【００３０】
なお、炉内において固着や融着のトラブルを防止するため、上記の金属又は金属化合物は固体（粒状、粉状を含む）であることが好ましい。
【００３１】
二酸化炭素と発熱反応を生じる金属又は金属化合物の例としては、それぞれ、反応式：ＣａＯ＋ＣＯ２→ＣａＣＯ３＋１８０ｋＪ／ｍｏｌ、Ｌｉ２Ｏ＋ＣＯ２→Ｌｉ２ＣＯ３＋２２２ｋＪ／ｍｏｌで表される酸化カルシウム、酸化リチウムなどが挙げられる。
【００３２】
金属化合物１ｋｇ当たりに換算した発生熱量は、ＣａＯの場合（分子量５６．７）で３ＭＪ／ｋｇ、ＬｉＯ２の場合（分子量４０．９）で５ＭＪ／ｋｇとなり、一方、生産量が多く、一般廃プラの主要成分でもあるポリエチレンを熱分解する場合の吸熱量は、非特許文献４等に記載されているように、１ＭＪ／ｋｇ程度であることから、二酸化炭素と金属化合物との化学反応によって生じる発熱量は、ポリエチレン熱分解時の吸熱量を補うのに有意な熱量に相当する。
【００３３】
また、水蒸気ガスと発熱反応を生じる金属又は金属化合物の例としては、反応式：ＣａＯ＋Ｈ２Ｏ→Ｃａ（ＯＨ）２＋６３ｋＪ／ｍｏｌで表される酸化カルシウムが挙げられる。金属化合物１ｋｇ当たりの発生熱量は、１ＭＪ／ｋｇであり、ポリエチレン熱分解時の吸熱量を補うのに有意な熱量に相当する。
【００３４】
また、水素ガスと発熱反応を生じる金属又は金属化合物の例としては、金属チタン、金属カルシウム、金属リチウム等が挙げられ、例えば、金属チタンの例では、反応式：Ｔｉ＋Ｈ２→ＴｉＨ２＋１４２ｋＪ／ｍｏｌ（金属１ｋｇ当たりの発生熱量は３ＭＪ／ｋｇであり）で表されて、ポリエチレン熱分解時の吸熱量を補うのに有意な熱量に相当する。
【００３５】
金属又は金属化合物７が反応した後に生じた金属化合物は、熱分解チャーと共に残渣６として熱分解炉３から排出される。反応後の金属又は金属化合物７は、工業原料として利用してもよいし、金属又は金属化合物に再生して熱分解炉３内で再度利用してもよい。
【００３６】
図１に示すプロセス例では、残渣６から熱分解チャー分離装置１１によって熱分解チャー１３を分離した後の反応後に生じた金属化合物１４を再生装置１２に装入して、元の金属又は金属化合物１５に再生し、熱分解炉３へ供給する。
【００３７】
また、本発明の第二の実施形態は、前述の金属又は金属化合物の形状を粒状物とすることにより、金属又は金属化合物をプラスチックの塊状防止材として利用することを特徴とする。
【００３８】
ポリエチレンやポリプロピレンを初めとしたプラスチック類の多くは、高温になると流動性を呈する熱可塑性プラスチックであるため、外熱式熱分解内で昇温される過程で溶融軟化して塊状物を形成し、外熱式熱分解炉内の伝熱阻害や閉塞トラブルに繋がり易いといった問題点がある。
【００３９】
これを抑制する手段として、例えば、非特許文献５、６に記載されているように、非揮発性の炭化物や無機化合物から成る粒状物をプラスチックの塊状化防止材として外熱式熱分解炉内に新たに添加する方法が提案されているが、前記（６）に係る本発明は、金属又は金属化合物を粒状化することにより塊状化防止材代替としての機能を付加することが可能となる。
【００４０】
金属又は金属化合物の粒度（粒径）は０．１〜５ｃｍの範囲が好ましく、粒度５ｃｍ超では炉内での分散効率が低下して塊状化防止材としての機能を十分発揮しにくくなり、粒度０．１ｃｍ未満まで小さくすると、熱分解ガスと同伴して飛散しやすくなって残渣からの回収効率低下を招く。
【００４１】
上記範囲の粒度とするには、篩い分けすることで可能となるが、粒度範囲内の市販の金属又は金属化合物を購入して使用することもできる。
【００４２】
また、図２〜図３は、本発明の可燃性廃棄物の熱分解処理方法を実施するための別のプロセス例を示すブロック図である。
【００４３】
図２に示すプロセス例では、熱分解炉３から発生した熱分解ガス５を後段に設けた改質炉１６へ導入し、改質炉内で酸素含有ガスおよび水蒸気１７と反応させて一酸化炭素、水素、二酸化炭素、水蒸気、低分子量炭化水素を主成分とし、その他少量成分（ＨＣｌ等の廃棄物の種類により異なるガス）を含む改質ガス１８に変換し、改質ガスを排熱回収装置１９、ガス精製装置２０を通過させてＨＣｌ等の有害ガス成分およびダスト類、ミスト類を除去し精製ガス２１を得る。
【００４４】
酸素含有ガスは、酸素濃度が高い方が、改質炉１６へ導入するガス量が少なくて済み、改質ガス１８の温度上昇に有利であるが、純酸素に近い高濃度の酸素は製造コストが高いので、吸着分離法や深冷分離法等の汎用法で製造可能な酸素含有ガス（８０体積％濃度程度）を用いることが好ましい。酸素含有ガスと水蒸気の比率は、条件に応じて適宜設定すればよい。
【００４５】
図３に示すプロセス例では、熱分解チャー１３をチャー供給装置２２を用いてガス化炉２３に吹込み、ガス化炉２３内に酸素又は酸素富化空気２４を吹込んで高温で部分燃焼させ、熱分解チャー中の可燃分を、一酸化炭素、水素、二酸化炭素、水蒸気を主成分とし、その他少量成分（廃棄物の種類により異なる）を含む低分子量のガス化ガス２５に変換すると共に、熱分解チャー１３中の灰分を溶融してスラグ２６に変換する。
【００４６】
ガス化ガス２５は熱回収装置２７、ガス精製装置２８を通過させて、有害ガス成分及びダスト類、ミスト類を除去し精製ガス２９を得る。酸素富化空気２４は、酸素濃度が高い方が、ガス化炉２３へ吹き込むガス量が少なくて済み、ガス化ガス２５の温度上昇に有利であるが、純酸素に近い高濃度の酸素は製造コストが高いので、吸着分離法や深冷分離法等の汎用法で製造可能な酸素富化空気２４（８０体積％濃度程度）を用いることが好ましい。
【００４７】
本発明の第三の実施形態は、二酸化炭素、水蒸気及び水素の少なくともいずれか一種類のガスと反応後の金属又は金属化合物を、前述の改質ガスやガス化ガスの顕熱を利用して、元の金属又は金属化合物に再生することを特徴とする。
【００４８】
例えば、金属又は金属化合物として酸化カルシウムを用いた場合では、加熱再生に必要な温度は、非特許文献７等に記載されているように、Ｃａ（ＯＨ）２→ＣａＯ再生時で５８０℃以上、ＣａＣＯ３→ＣａＯ再生時で８８０℃以上であり、また、例えば、金属又は金属化合物として金属チタンを用いた場合では、加熱再生に必要な温度は、非特許文献８等に記載されているように、ＴｉＨ２→Ｔｉ再生時で７００℃以上である。
【００４９】
一方、改質炉の所要反応温度は１０００〜１２００℃程度、ガス化炉の所要反応温度は１３００〜１５００℃程度であることから、反応後の金属又は金属化合物の加熱再生に利用可能な温度ポテンシャルを有している。
【００５０】
なお、改質ガス顕熱やガス化ガス顕熱の加熱再生への利用方法には、特に限定するところはなく、改質炉やガス化炉から発生したガス顕熱を一旦熱交換する間接加熱方式や、改質炉やガス化炉から発生したガス顕熱を直接反応後の固体金属又は金属化合物と接触させる直接加熱方式など、一般的に用いられている熱交換方法が適用可能である。
【００５１】
図４に示すプロセス例では、高温の改質ガス１８で加熱再生装置１２中の炭酸化合物又は炭酸化合物１４を直接加熱して固体の金属又は金属化合物１５に再生し、また、図５に示すプロセス例では、高温のガス化ガス２５を一旦高温空気３０に熱交換した後、炭酸化合物又は炭酸化合物１４の固体の金属又は金属化合物１５への再生熱に利用する。
【実施例】
【００５２】
（実施例１）
図４に示すプロセス例を用い、ポリエチレンを主要成分する化学組成がＣ＝７０mass％、Ｈ＝１０mass％、Ｏ＝１０mass％、Ｎ＝０．５mass％、Ｃｌ＝１．５mass％、灰分５mass％、水分３mass％、発熱量約３４ＭＪ／ｋｇであるプラスチック系廃棄物を、廃棄物供給装置２により熱分解炉３に供給し、処理量１００ｔ／日で熱分解処理した。
【００５３】
熱分解炉３には外熱式ロータリーキルンを用い、加熱炉４にはＬＮＧ焚き熱風発生炉を用い、熱分解温度は５００℃とした。熱分解炉３の回転ドラムの寸法は内径２．５ｍ×長さ２５ｍとした。熱分解炉内で発熱反応を起こす金属化合物として粒径範囲０．１〜５ｃｍの粒状酸化カルシウムを選定し、固体の金属又は金属化合物供給装置８により０．７５ｔ／ｈｒ供給した。
【００５４】
酸化カルシウムとの反応ガス種には廃棄物の乾燥及び熱分解によって発生した熱分解ガス５ 約４ｔ／ｈｒ中に含まれる水蒸気約０．１３ｔ／ｈｒ及び二酸化炭素約０．０３ｔ／ｈｒに加え、反応ガス供給装置１０を用いて二酸化炭素を供給した。反応ガス供給装置１０による二酸化炭素供給量は約０．５ｔ／ｈｒとした。
【００５５】
熱分解炉３で発生したタール分を含む熱分解ガス５を、後段の改質炉１６へ送り、改質炉１６で酸素含有ガスである純酸素及び水蒸気１７と反応させて、ＣＯ、ＣＯ２、Ｈ２、Ｈ２Ｏ、ＣＨ４、及び、その他微量ガスから構成される低分子量の改質ガス１８に変換し、改質ガス１８は、排熱回収装置１９により熱交換されて、２００℃までガスクウェンチされた後、ガス精製装置２０であるバグフィルタとアルカリースクラバーで、ダスト除去及び塩酸ガス除去して、発熱量１１ＭＪ／Ｎｍ３の精製ガス２９を１万Ｎｍ３／ｈｒ得た。
【００５６】
熱分解炉３から排出された残渣６は、熱分解チャー分離装置１１で熱分解チャー１３として０．２５ｔ／ｈｒを分離し、反応後の固体の金属化合物１４であるカルシウム化合物は、改質ガス１８の顕熱を利用して加熱再生装置１２において９００℃まで加熱して酸化カルシウムに再生し、熱分解炉３内で再度使用した。
【００５７】
なお、熱分解炉から排出される残渣６中にはプラスチック系廃棄物の未乾留塊状物は見られず、本発明による粒状物の金属化合物が塊状化防止材として機能することを確認した。
【００５８】
一方、熱分解チャーは純酸素吹きの噴流床式ガス化炉２３へＮ２搬送ガスと共に吹込み反応温度１３００℃でガス化溶融し、可燃分をＣＯ、ＣＯ２、Ｈ２、Ｈ２Ｏ、及び、その他微量ガスから構成されるガス化ガス２５に変換すると共に、灰分をスラグ２６化した。
【００５９】
ガス化ガス２５は、熱回収装置２７により熱交換されて２００℃までガスクウェンチされた後、ガス精製装置２８であるバグフィルタ及びアルカリースクラバーでダスト除去及び塩酸ガス除去して、発熱量１０ＭＪ／Ｎｍ３の精製ガス２９を１００Ｎｍ３／ｈｒ得た。
【００６０】
（比較例１）
比較例１として、熱分解炉３内に発熱反応を起こす金属化合物及び反応ガスを供給せずに実施例１と同じ廃プラスチック系廃棄物を処理量１００ｔ／日で熱分解処理した例を示す。
【００６１】
熱分解炉３及び加熱炉４には、実施例１と同様に、外熱式ロータリーキルン及びＬＮＧ焚き熱風発生炉を用い、熱分解温度は５００℃とした。また、熱分解ガス５は、実施例１と同様に、改質炉１６に導入して改質ガス１８に変換し、熱分解チャー１３は実施例１と同様に噴流床式ガス化炉２３に導入してガス化ガス２５及びスラグ２６を製造した。
【００６２】
プラスチック系廃棄物が熱分解する際の吸熱量は、単位処理量及び単位時間当りで、夫々、１．３ＭＪ／ｋｇ、５０００ＭＪ／ｈｒであり、一方、加熱炉４から外熱式ロータリキルン内への平均熱伝達量は約４０ＭＪ／ｍ２・ｈであったが、発熱反応を起こす固体の金属化合物及び反応ガスを供給しない比較例１は、実施例１に比べロータリキルンの必要加熱面積が約６０ｍ２増加して、熱分解炉の回転ドラム寸法は内径２．５ｍ×長さ３３ｍとなり、設備が大型化した。
【００６３】
また、熱分解炉から排出された残渣中には熱分解が十分完了していない塊状廃ブラスチックが混在していた。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明に係るプロセスの一例を示すブロック図である。
【図２】本発明に係るプロセスの別の一例を示すブロック図である。
【図３】本発明に係るプロセスの別の一例を示すブロック図である。
【図４】本発明に係るプロセスの別の一例を示すブロック図である。
【図５】本発明に係るプロセスの別の一例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００６５】
１ 廃棄物
２ 廃棄物供給装置
３ 熱分解炉
４ 加熱炉
５ 熱分解ガス
６ 残渣
７ 固体の金属又は金属化合物
８ 固体の金属又は金属化合物供給装置
９ 二酸化炭素又は水蒸気又は水素
１０ 反応ガス供給装置
１１ 熱分解チャー分離装置
１２ 加熱再生装置
１３ 熱分解チャー
１４ 反応後の金属化合物
１５ 再生後固体の金属又は金属化合物
１６ 改質炉
１７ 酸素含有ガスおよび水蒸気
１８ 改質ガス
１９ 排熱回収装置
２０ ガス精製装置
２１ 精製ガス
２２ チャー供給装置
２３ ガス化炉
２４ 酸素含有ガス
２５ ガス化ガス
２６ スラグ
２７ 熱回収装置
２８ ガス精製装置
２９ 精製ガス
３０ 高温空気
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可燃性廃棄物を外熱式熱分解炉で熱分解して熱分解ガスと熱分解チャーを生成する可燃性廃棄物の熱分解処理方法において、二酸化炭素、水蒸気、又は水素の少なくともいずれかのガスと発熱反応を生じる金属又は金属化合物を、前記外熱式熱分解炉内に供給し、当該炉内で前記金属又は金属化合物と前記熱分解ガス中に存在する二酸化炭素、水蒸気、又は水素の少なくともいずれかのガスとを反応させ、発生した反応熱を前記熱分解時の補助熱源として利用することを特徴とする可燃性廃棄物の熱分解処理方法。
【請求項２】
前記可燃性廃棄物が、熱分解時に吸熱反応を生じる可燃性廃棄物であることを特徴とする請求項１記載の可燃性廃棄物の熱分解処理方法。
【請求項３】
前記外熱式熱分解炉内に、更に、二酸化炭素、水蒸気、及び水素の少なくともいずれか一種類のガスを供給することを特徴とする請求項１又は２記載の可燃性廃棄物の熱分解処理方法。
【請求項４】
前記二酸化炭素、水蒸気、又は水素の少なくともいずれかのガスと前記金属又は金属化合物との発熱反応が、前記熱分解時の前記炉内の最大温度以下において不可逆反応であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の可燃性廃棄物の熱分解処理方法。
【請求項５】
前記金属又は金属化合物が、金属カルシウム、金属リチウム、金属チタン、酸化カルシウム、酸化リチウムのうちの１種又は２種以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の可燃性廃棄物の熱分解処理方法。
【請求項６】
前記金属又は金属化合物が、粒径０．１〜５ｃｍの粒状であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の可燃性廃棄物の熱分解処理方法。
【請求項７】
前記生成した熱分解ガスに、酸素含有ガス及び水蒸気を供給して前記熱分解ガスと反応させ、一酸化炭素、水素、二酸化炭素、水蒸気を主成分とする改質ガスを生成し、当該改質ガスの顕熱を用いて、前記金属又は金属化合物と二酸化炭素、水蒸気、水素の少なくともいずれかのガスとの反応により生成する反応生成物を加熱して、元の金属又は金属化合物に再生することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の可燃性廃棄物の熱分解処理方法。
【請求項８】
前記生成した熱分解チャーに、酸素含有ガスを供給して前記熱分解チャーと反応させ、一酸化炭素、水素、二酸化炭素、又は水蒸気を主成分とするガス化ガス、及びスラグを生成し、当該ガス化ガスの顕熱を用いて、前記固体の金属または金属化合物と二酸化炭素、水蒸気、又は水素の少なくともいずれかのガスとの反応により生成する反応生成物を加熱して、元の金属または金属化合物に再生することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の可燃性廃棄物の熱分解処理方法。
【請求項１】
可燃性廃棄物を外熱式熱分解炉で熱分解して熱分解ガスと熱分解チャーを生成する可燃性廃棄物の熱分解処理方法において、二酸化炭素、水蒸気、又は水素の少なくともいずれかのガスと発熱反応を生じる金属又は金属化合物を、前記外熱式熱分解炉内に供給し、当該炉内で前記金属又は金属化合物と前記熱分解ガス中に存在する二酸化炭素、水蒸気、又は水素の少なくともいずれかのガスとを反応させ、発生した反応熱を前記熱分解時の補助熱源として利用することを特徴とする可燃性廃棄物の熱分解処理方法。
【請求項２】
前記可燃性廃棄物が、熱分解時に吸熱反応を生じる可燃性廃棄物であることを特徴とする請求項１記載の可燃性廃棄物の熱分解処理方法。
【請求項３】
前記外熱式熱分解炉内に、更に、二酸化炭素、水蒸気、及び水素の少なくともいずれか一種類のガスを供給することを特徴とする請求項１又は２記載の可燃性廃棄物の熱分解処理方法。
【請求項４】
前記二酸化炭素、水蒸気、又は水素の少なくともいずれかのガスと前記金属又は金属化合物との発熱反応が、前記熱分解時の前記炉内の最大温度以下において不可逆反応であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の可燃性廃棄物の熱分解処理方法。
【請求項５】
前記金属又は金属化合物が、金属カルシウム、金属リチウム、金属チタン、酸化カルシウム、酸化リチウムのうちの１種又は２種以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の可燃性廃棄物の熱分解処理方法。
【請求項６】
前記金属又は金属化合物が、粒径０．１〜５ｃｍの粒状であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の可燃性廃棄物の熱分解処理方法。
【請求項７】
前記生成した熱分解ガスに、酸素含有ガス及び水蒸気を供給して前記熱分解ガスと反応させ、一酸化炭素、水素、二酸化炭素、水蒸気を主成分とする改質ガスを生成し、当該改質ガスの顕熱を用いて、前記金属又は金属化合物と二酸化炭素、水蒸気、水素の少なくともいずれかのガスとの反応により生成する反応生成物を加熱して、元の金属又は金属化合物に再生することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の可燃性廃棄物の熱分解処理方法。
【請求項８】
前記生成した熱分解チャーに、酸素含有ガスを供給して前記熱分解チャーと反応させ、一酸化炭素、水素、二酸化炭素、又は水蒸気を主成分とするガス化ガス、及びスラグを生成し、当該ガス化ガスの顕熱を用いて、前記固体の金属または金属化合物と二酸化炭素、水蒸気、又は水素の少なくともいずれかのガスとの反応により生成する反応生成物を加熱して、元の金属または金属化合物に再生することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の可燃性廃棄物の熱分解処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００７−２１４５１（Ｐ２００７−２１４５１Ａ）
【公開日】平成１９年２月１日（２００７．２．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２１０９７９（Ｐ２００５−２１０９７９）
【出願日】平成１７年７月２１日（２００５．７．２１）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年２月１日（２００７．２．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年７月２１日（２００５．７．２１）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
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