本发明涉及用于高效地对有机物质进行热分解(thermaldecomposition)，得到高热值(highcalorificpower)的气体、油分的方法。
背景技术：
：近年来，能源问题成为一大课题，作为解决能源问题的途径之一，研究了有效地活用废塑料(wasteplastic)、生物质这样的有机物质所具有的热量的方法。然而，关于上述这些有机物质，存在在未处理的状态下热值低，另外由于是固体因此燃烧速度缓慢，并且产生灰分的问题，为了解决该问题，提出了油化(liquefaction)、气化(gasification)等各种技术。例如，专利文献1中公开了下述方法，在回转炉式(rotarykilntype)的反应容器内，将废塑料与流化催化裂化(FluidCatalyticCracking：FCC)催化剂混合，在与FCC催化剂的接触面处使废塑料进行接触分解。根据上述方法，通过使用FCC催化剂，能够在350～500℃这样的低温度将废塑料分解。另外，专利文献2中公开了下述方法，向从冶金炉(metallurgicalfurnace)产生的包含一氧化碳的气体中添加水蒸气，利用通过变换反应(shiftreaction)生成的包含氢、水蒸气、二氧化碳气体的气体而将有机物质分解。根据上述方法，与氢化、氢化分解(hydrogenolysis)、水蒸气改质(steamreforming)、二氧化碳气体改质(carbondioxidereforming)相比，能够抑制重质化(producingheavyproducts)并且在400～800℃以良好的效率进行有机物质的分解/气化。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2010－13657号公报专利文献2：日本特开2012－188641号公报技术实现要素：发明所要解决的问题对于专利文献1所示的方法而言，能够通过使用FCC催化剂于低温度将废塑料分解，并获得高热值的气体、油分，但催化剂与废塑料的接触效率差，为了对此进行改善，通常需要将废塑料进行微粉碎至通过1mm的筛的程度。对于废塑料的微粉碎而言需要花费成本，另外对于特定的树脂种类而言粉碎本身非常困难。另外，关于专利文献2所示的方法，虽然通过使用改质气体能够在低温度将有机物质分解，但由于一般而言以塑料为首的有机物质热导率非常低，对于升温而言需要耗费时间，因此在分解处理量方面存在极限。特别地，在塑料的情况下，若向反应炉内投入过剩的量的原料，则有可能发生熔融状态的塑料彼此融合、反应炉内发生闭塞这样的致命问题。因此，本发明的目的为解决以上这种现有技术的课题，提供一种能够高效地将塑料等有机物质热分解，并获得高热值的气体、油分，且还能对有机物质进行大量处理的热分解方法。用于解决问题的手段本发明人为解决上述问题，认为需要提高利用催化剂(有机物质分解催化剂)进行的有机物质的热分解的效率，并反复进行实验和研究，结果发现，通过将向有机物质中混合催化剂进行成型(form)的物质、即在有机物质中分散催化剂而成的成型物(formedmaterial)(造粒物(agglomeratedmaterial))供于热分解处理，由此能够有效提高有机物质的热分解速度。本发明基于上述发现而做出，其要旨如下所述。[1]有机物质的热分解方法，其中，在有机物质中混合有机物质分解催化剂，并进行成型从而制成复合造粒物，将所述复合造粒物投入热分解炉从而将有机物质热分解。[2]如上述[1]所述的有机物质的热分解方法，其中，有机物质分解催化剂为金属系催化剂。[3]如上述[1]所述的有机物质的热分解方法，其中，有机物质分解催化剂为炼铁厂产生的粉尘。[4]如上述[3]所述的有机物质的热分解方法，其中，炼铁厂产生的粉尘为转炉粉尘。[5]如上述[1]～[4]中任一项所述的有机物质的热分解方法，其中，将复合造粒物投入流化床式热分解炉从而将有机物质热分解。[6]如上述[5]所述的有机物质的热分解方法，其中，流化床的床料为与有机物质分解催化剂同种类的粉粒物。发明效果根据本发明，由于在复合造粒物内有机物质与催化剂(有机物质分解催化剂)接近配置，因此能够最大限度地获得催化剂效果。另外，催化剂与有机物质相比，热导率高，因此特别是通过使用金属系催化剂，能够大幅改善有机物质的升温速度。因此，能够提高利用催化剂进行的有机物质的热分解的效率，能够有效提高有机物质的热分解速度，因此，能够对有机物质进行大量处理。另外，对于将复合造粒物投入流化床式(fluidbedtype)的热分解炉从而进行有机物质的热分解的方法而言，由于与有机物质单独相比，复合造粒物比重更大，因此易于下降至流化床下部，能够扩大流化床内的反应区域，因此能够进一步增大有机物质的处理量。附图说明[图1]图1为表示在本发明的方法中，用于获得复合造粒物的制造流程的一个例子的说明图。[图2]图2为表示在本发明的方法中，通过热分解炉进行的热分解处理的一个实施方式的说明图。[图3]图3为表示实施例中使用的气化试验装置的概要的说明图。具体实施方式本发明的有机物质的热分解方法为：在有机物质中混合有机物质分解催化剂(以下，为便于说明，简称为“催化剂”)，并进行成型从而制成复合造粒物，将该复合造粒物投入热分解炉从而将有机物质热分解。在本发明中，由于在复合造粒物内有机物质与催化剂接近配置，两者的接触面积增大，因此能够利用催化剂的作用而将有机物质高效地热分解。另外，由于与有机物质相比，催化剂的热导率更高，因此能够提高有机物质的升温速度。因此，能够提高利用催化剂进行的有机物质的热分解的效率，有效地提高有机物质的热分解速度。在本发明中，对作为热分解的对象的有机物质(固体)没有特别限制，但适合的是高分子量的有机物质，例如可举出塑料(通常，废塑料)、生物质等，并且能够以上述这些中的1种以上或混合物为对象。作为塑料，例如可举出聚烯烃类、PA(polyamide)、热塑性聚酯类、PS(polystyrene)、弹性体类、热固性树脂类、合成橡胶类、发泡苯乙烯等，但不限于此。聚烯烃类包括PE(polyethylene)、PP(polypropylene)。热塑性聚酯类包括PET(polyethyleneterephthalate)。另外，作为生物质，例如可举出下水污泥(sewagesludge)、纸、木材(例如，建筑废木材、包装·运输废木材、伐木材等)等，但不限于此。由于是分散在与有机物质的复合造粒物中，因此催化剂优选为粉粒状。对尺寸没有特别限定，但优选为能够通过0.5mm的筛的程度。作为催化剂，能够使用以FCC催化剂为首的、一般的热分解催化剂，但从热导率的高低程度的观点考虑，优选以Fe、Ni等金属为主成分的催化剂，即金属系催化剂。特别地，在炼铁厂的各工序中产生的粉尘类(炼铁厂产生的粉尘)由于是以铁为主成分、并且价格便宜，因此适合用作本发明方法中的催化剂。作为炼铁厂产生的粉尘的代表例，可举出转炉粉尘，但不限于此。在炼铁厂产生的粉尘之中，转炉粉尘由于铁的成分比率高，且热导率非常高，因此最适合用作本发明方法中的催化剂。所谓转炉粉尘，是指使用转炉进行的炼钢工序中产生的含铁粉尘，作为炼钢工序，例如可举出脱磷工序、脱碳工序、不锈钢的精炼工序等，但不限于此。催化剂相对于有机物质的添加量根据有机物质和催化剂的种类而适当选择即可，但当有机物质为塑料、生物质，催化剂为炼铁厂产生的粉尘(转炉粉尘等)的情况下，优选为有机物质的10～60质量％左右。当催化剂的添加量小于有机物质的10质量％时，由于催化剂与有机物质的接触面积变少，因此本发明的效果变小。另一方面，当催化剂的添加量大于有机物质的60质量％时，有机物质与催化剂的混合物的成型变得困难。有机物质需要为能够均匀地混合催化剂的程度的尺寸，因此，根据需要事先进行破碎处理。然而，由于为能够使催化剂以一定程度均匀地混合的程度的粗细程度即可，因此粉碎至通过50mm左右的筛的程度即可，没有必要进行微粉碎。为了确保成型的复合造粒物的强度，在将有机物质与催化剂混合时，优选添加适量的粘结剂。作为粘结剂，可使用一般使用的有机粘结剂，能够使用PVA(聚乙烯醇)，淀粉等。需要说明的是，当有机物质为塑料时，一般通过加热至120℃以上从而塑料发生软化·熔融，其自身成为粘结剂，因此可以添加或不添加粘结剂。根据成型方法，也能够在不添加粘结剂的情况下，获得适当强度的复合造粒物。在将复合造粒物成型时，优选事先向有机物质中添加催化剂和根据需要的粘结剂，用搅拌机等充分混合，由此能够均匀分散催化剂，并且确保成型的复合造粒物的强度。将向有机物质中混合催化剂而成的混合物进行成型的方法是任意的，例如可适用挤出成型(extrusionmolding)、带环状孔塑模成型(ringdiemolding)、型煤成型(briquetteforming)等，但为了提高有机物质与催化剂的均匀混合性，特别优选利用具有利用螺杆等的混炼机构的挤出成型机而进行的成型。此时，进一步优选在塑料的80质量％以上发生软化或熔融的温度进行混炼。作为软化温度，能够使用根据JISK7206(1999)测定的软化点(Vicatsofteningpoint)以上的温度，作为熔融温度能够使用通过JISK7121(1987)中记载的差示扫描量热分析(differentialscanningcalorimetry)而求得的熔点以上的温度。对于成型的复合造粒物的大小没有特别限制，通常优选以平均粒径计为3mm～50mm左右。对于将复合造粒物的平均粒径设为小于3mm而言，由于需要有机物质的微粉碎，因此需要非常大的劳力，另一方面，若复合造粒物的平均粒径(多个粒子的重量平均粒径)大于50mm，则与气体的反应表面积可能减少、气化率可能大大减小。图1表示在有机物质为废塑料的情况下，用于获得复合造粒物的制造流程的一个例子。在该制造流程中，废塑料x用破碎机1破碎，接着用磁选机2将金属成分除去后，投入搅拌机3。向该搅拌机3中进一步投入催化剂y(例如，转炉粉尘)和粘结剂z(例如，PVA水溶液)，将它们与废塑料x搅拌混合。利用双螺杆挤出成型机4(其具有利用螺杆的混炼机构)将该混合物成型，获得复合造粒物(成型物)。关于复合造粒物(有机物质)的热分解方法，可适用所有的一般的热分解方法，例如使专利文献2所示的包含氢、二氧化碳气体及水蒸气的混合气体与复合造粒物(有机物质)接触，在规定的温度将有机物质热分解。另外，也可以是其他方式的热分解方法。对于投入复合造粒物、进行有机物质的热分解的热分解炉的形式也没有特别限制，可利用所有一般的热分解炉，但这其中，优选能够在工业上连续处理的回转窑式、流化床式热分解炉，其中特别优选流化床式热分解炉。在将复合造粒物投入流化床式热分解炉从而进行有机物质的热分解时，由于与有机物质单独相比，复合造粒物比重更大，因此易于下降至流化床下部，能够扩大流化床内的反应区域，因此能够增大有机物质的处理量。另外，在流化床式热分解炉中使用床料(bedmaterial)，但根据复合造粒物中使用的催化剂的种类，通过有机物质的热分解而分离的催化剂(例如，转炉粉尘)也能够发挥床料的作用。因而，在使用这种催化剂时，在操作开始时，若将与催化剂同种类的粉粒物用作床料，则后续可以通过复合造粒物供给床料，因此无需单独供给床料。图2为表示通过上述流化床式热分解炉的热分解处理的一个实施方式的图，5是流化床式热分解炉，A是流化床。在热分解炉5中，通过气体供给管6向分散板50的下侧的风箱部51(windbox)导入流动气体(混合气体)，该流动气体从分散板50吹出，由此在分散板50的上方形成流化床A(其由床料形成)。复合造粒物从热分解炉5的上部向流化床A供给，在该流化床A内，复合造粒物的有机物质发生热分解，从而成为气体生成物。另一方面，从有机物质分离的催化剂成为床料的一部分。包含气体生成物的气体在通过排出管7排出后，用集尘机(旋风分离器(cyclones)等)将在气体中分散的床料、有机物质的灰分进行捕集。在本实施方式中，在排出管7上设置有一次集尘机8a和二次集尘机8b，在一次集尘机8a中主要捕集床料，在二次集尘机8b中主要捕集有机物质的灰分。通过一次集尘机8a而将床料捕集后的气体向二次集尘机8b供给。通过二次集尘机8b而将灰分捕集后的气体向二次集尘机8b的外部排出从而回收。由此，将作为回收对象的高热值的气体回收。以由一次集尘机8a捕集的床料为主体的捕集物可以经由返送管9在热分解炉5内循环。另外，由于从有机物质分离的催化剂成为床料的一部分，从而将体系内的床料量维持为一定，因此根据需要，可从提取部52提取出床料的一部分。进一步，生成气体通过洗涤器(scrubber)进行水洗，从而将未能通过集尘机而分离的微粒子、油分等去除后，能够作为燃料使用。在洗涤器的清洗水中回收的油分在通过油水分离装置而回收后，能够作为燃料使用。作为油水分离装置，可适用过滤式，倾斜板式等方式。实施例按照图1所示的制造流程，按以下方式制造废塑料与主成分为铁等金属的转炉粉尘(催化剂)的复合造粒物。用破碎机将废塑料破碎至约50mm以下后，用磁选机去除金属成分。将该废塑料、废塑料质量的3％比例的5％PVA水溶液(粘结剂)(PVA为废塑料的0.15质量％)、和作为催化剂的调和平均直径约100μm的转炉粉尘(废塑料与转炉粉尘的质量比＝7：3)一起投入搅拌机，在充分搅拌混合后，通过双螺杆挤出成型机进行造粒(成型)，从而制造了内包有转炉粉尘的直径Φ4mm×长度10～20mm的复合造粒物。使用的双螺杆挤出成型机的口模直径为4mm，口模温度为190℃。废塑料的成分主要包含聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯，混炼温度为160℃。使用图3所示的流化床式的气化试验装置，进行以上述方式得到的复合造粒物的气化试验(本发明例)。在该试验中，将复合造粒物中的塑料在600℃气化，由测定的气体产生量和气体组成求出气体低位热值(lowerheatingvalue)、气化率(gasificationrate)等。在图3中，10为流化床气化炉(11为其加热器)。在该流化床气化炉10中，经由气体供给管12向分散板100的下方导入流动气体，该流动气体通过从分散板100吹出从而在分散板100的上方形成流化床A。进行气化的原料(造粒物)通过由保持容器130和定量供给用螺杆131等形成的原料供给手段13从流化床气化炉10的上部向炉内供给。流化床气化炉10内的气体经由排出管14而被取出，在通过气体冷却机15冷却后(18为气阱)，通过质量流量计16连续测定气体流量，进一步通过气相色谱装置17(gaschromatographyequipment)测定气体组成。将流化床A形成的流化床气化炉10的内径设为66mm。作为床料，使用与催化剂相同的调和平均直径100μm的转炉粉尘。经由原料供给手段13的复合造粒物的供给速度为300g/h。另外，作为流动气体，以4L/min供给H2、N2、CO2、H2O的混合气体。另外，作为比较例，在通过破碎机破碎后，通过双螺杆挤出成型机仅对用磁选机去除了金属成分的废塑料进行造粒(成型)，对于该废塑料造粒物，实施与上述同样的气化试验。通过破碎机破碎了的废塑料及废塑料造粒物分别为与上述实施例大致相同的大小。将本发明例和比较例的气化试验的结果示于表1。在本发明例中，相对而言，废塑料配合率小，废塑料的供给量少，但即便如此，也大幅提高了气化率，并且生成气体热值也非常高。据认为，这是由于，借助在复合造粒物内分散的催化剂而气化反应速度变高。另外，表1中的废塑料配合率和转炉粉尘配合率分别表示在造粒物中所占的比例。在本发明例中，将添加的PVA的量近似为零，从而表示各个值。气化率表示废塑料中的碳向生成气体中转移的比例，并由以下的式子表示。气化率＝(生成气体中碳量(kg/h)－流动气体中碳量(kg/h))÷废塑料中碳量(kg/h)×100[表1]本发明例比较例废塑料配合率(质量％)70100转炉粉尘配合率(质量％)300造粒物低位热值(kcal/kg)56608250气化气体低位热值(kcal/Nm3)10301030生成气体低位热值(kcal/Nm3)57603870气化率(％)6241附图标记说明1破碎机2磁选机3搅拌机4双螺杆挤出成型机5热分解炉6气体供给管7排出管8a一次集尘机8b二次集尘机9返送管10流化床气化炉11加热器12气体供给管13原料供给手段130保持容器131定量供给用螺杆14排出管15气体冷却机16质量流量计17气相色谱装置18气阱50分散板51风箱部52提取部100分散板x废塑料y催化剂z粘结剂A流化床当前第1页1 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