特許ウォッチ

公開番号2025111340
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-30
出願番号2024005718
出願日2024-01-17
発明の名称炭化物の製造方法、炭化物製造装置、改質ガスの製造方法、改質ガス製造システム、水素の製造方法及び水素製造システム
出願人有限会社市川事務所,清水建設株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類C01B 32/05 20170101AFI20250723BHJP(無機化学)
要約【課題】プラスチックなどの有機高分子材料の炭化率に優れる炭化物の製造方法及び炭化物の製造システムを提供する。
【解決手段】有機高分子材料とバイオマスとを含む原料を炭化する、炭化物の製造方法。原料を炭化して炭化物を得る炭化設備と、前記炭化設備に有機高分子材料とバイオマスとを含む原料を供給する原料供給設備と、を備える、炭化物製造装置。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
有機高分子材料とバイオマスとを含む原料を炭化する、炭化物の製造方法。
続きを表示（約 800 文字）【請求項２】
前記有機高分子材料の前記バイオマスに対する質量比が０．０１～９９である、請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記炭化物が、水素及び一酸化炭素を含む改質ガスの製造用である、請求項１又は２に記載の製造方法。
【請求項４】
前記バイオマスが、ナトリウム、カリウム、リチウム、セシウム、カルシウム、マグネシウム、ストロンチウム、バリウム、ホウ素、アルミニウム、鉄、チタン、モリブデン及びタングステンからなる群から選択される少なくとも１種の金属元素を含む、請求項３に記載の製造方法。
【請求項５】
前記金属元素の含有量が、前記バイオマス１ｋｇに対して０．０１～１００ｇである、請求項４に記載の製造方法。
【請求項６】
原料を炭化して炭化物を得る炭化設備と、
前記炭化設備に有機高分子材料とバイオマスとを含む原料を供給する原料供給設備と、
を備える、炭化物製造装置。
【請求項７】
前記有機高分子材料の前記バイオマスに対する質量比が０．０１～９９である、請求項６に記載の炭化物製造装置。
【請求項８】
前記炭化物が、水素及び一酸化炭素を含む改質ガスの製造用である、請求項６又は７に記載の炭化物製造装置。
【請求項９】
前記バイオマスが、ナトリウム、カリウム、リチウム、セシウム、カルシウム、マグネシウム、ストロンチウム、バリウム、ホウ素、アルミニウム、鉄、チタン、モリブデン及びタングステンからなる群から選択される少なくとも１種の金属元素を含む、請求項８に記載の炭化物製造装置。
【請求項１０】
前記金属元素の含有量が、前記バイオマス１ｋｇに対して０．０１～１００ｇである、請求項９に記載の炭化物製造装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化物の製造方法、炭化物の製造装置、改質ガスの製造方法、改質ガス製造システム、水素の製造方法及び水素製造システムに関する。
続きを表示（約 4,700 文字）【背景技術】
【０００２】
プラスチック製品の廃棄物（以下、廃プラスチックともいう。）は家庭ゴミや産業廃棄物として大量に排出され、環境問題となっている。特にミクロ破砕された廃プラスチックは海洋生物の生存に重大な環境被害を与えている。このため、廃プラスチックの減容化と資源化技術開発の必要性が高まっている。
これまで、廃プラスチックは一般的に、燃焼燃料として用いられるか、又は廃棄物として埋蔵処理されてきた。また、近年、廃プラスチックを高温で酸素、空気及び水蒸気を用いて熱分解ガス化する技術、及びプラスチックの炭化により炭化物を製造する技術が開発されている（非特許文献１～４参照）。
【０００３】
一方、草木材、稲わら、バガスなどのバイオマス原料や建築木材、綿、紙、生ごみなどの廃棄物バイオマスを直接、高温度域で水蒸気及び酸素や空気と反応させて改質ガスを製造する直接改質ガス製造法、及びバイオマスを炭化し、得られる炭化物を水蒸気と反応させて改質ガスを製造する改質ガス製造技術が開発されている（非特許文献５～８参照）。バイオマスのガス化技術で生成する改質ガスは、一酸化炭素（ＣＯ）、水素、メタン、エチレン、エタン、二酸化炭素（ＣＯ
２
）などを含む混合ガスである。改質ガスの利用方法としては、ガスエンジン発電、水蒸気改質反応を応用した水素製造などがある（特許文献１～３、非特許文献９参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２００８－８８４３４号公報
特許第５３４２６６４号公報
国際公開第２０２０／１６６６５９号
【非特許文献】
【０００５】
笠岡成光、阪田祐作、三村篤幸、山戸秀夫、「各種プラスチックからの活性炭の製造」、日本化学会誌、１０巻（１９７６）、ｐ１６３１－１６４０
矢ケ崎隆義、木村雄二、佐藤公三、「プラスチック廃棄物の炭化処理による炭化物の特性評価」、環境システム計測制御学会誌、５巻２号（２０００）、ｐ１１９－１２４
服部正、「廃プラの炭材としての利用技術」、電気製鋼、７６巻１号（２００５）、Ｐ２７－３２
加藤健次、野村誠活、福田耕一、植松紘志、近藤博俊、「コークス炉を利用した廃プラスチックの化学原料化技術」、新日鉄技報、３８４巻（２００６）、ｐ６９－７３
市川勝監修、「バイオマスリファイナリー触媒技術の新展開」、シーエムシー出版（２０１１）、ｐｐ７０～７７，ｐｐ９９～１０６
D. Xianwenら, Energy Fuels 14, 2000, 552
I. D. Barnら, Energy Fuels 14, 2000, 889
笹内謙一、「バイオマスの熱分解ガス化による発電利用」、日本燃焼学会誌、４７巻、１３９号（２００５）、３１～３９頁
市川勝、「バイオマス資源を利活用する水素エネルギー技術の新展開」、生活と環境、６１巻１号（２０１６）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のプラスチックの炭化技術では、プラスチックの重量炭化率（炭化物／プラスチック×１００）は高々５～２０％であり、プラスチックの炭化率の改良と炭化物収量の増大が求められる。
加えて、従来の技術では、炭化工程において、水素及び低分子量の炭化水素（メタン、エタン、プロパン等）といった燃料などに利用可能なガスに加え、油性成分及びタールといった副生物が生成する。このため、副生物の処理コストや地域環境への負担低減が求められる。また、前記炭化物の水蒸気改質ガス化及び水素製造工程での改質ガス及び水素製造効率の向上、それによる改質ガス製造及び水素製造操作の省エネルギー化、水素製造コストの低減、並びにＣＯ
２
など地球温暖化要因物質の排出量の低減が求められる。
【０００７】
そこで本発明の目的は、プラスチックなどの有機高分子材料の炭化率に優れる炭化物の製造方法及び炭化物製造装置、並びにこれを用いた改質ガスの製造方法、改質ガス製造システム、水素の製造方法及び水素製造システムの提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は以下の態様を有する。
［１］有機高分子材料とバイオマスとを含む原料を炭化する、炭化物の製造方法。
［２］前記有機高分子材料の前記バイオマスに対する質量比が０．０１～９９である、前記［１］の製造方法。
［３］前記炭化物が、水素及び一酸化炭素を含む改質ガスの製造用である、前記［１］又は［２］の製造方法。
［４］前記バイオマスが、ナトリウム、カリウム、リチウム、セシウム、カルシウム、マグネシウム、ストロンチウム、バリウム、ホウ素、アルミニウム、鉄、チタン、モリブデン及びタングステンからなる群から選択される少なくとも１種の金属元素を含む、前記［３］の製造方法。
［５］前記金属元素の含有量が、前記バイオマス１ｋｇに対して０．０１～１００ｇである、前記［４］の製造方法。
［６］原料を炭化して炭化物を得る炭化設備と、
前記炭化設備に有機高分子材料とバイオマスとを含む原料を供給する原料供給設備と、
を備える、炭化物製造装置。
［７］前記有機高分子材料の前記バイオマスに対する質量比が０．０１～９９である、前記［６］の炭化物製造装置。
［８］前記炭化物が、水素及び一酸化炭素を含む改質ガスの製造用である、前記［６］又は［７］の炭化物製造装置。
［９］前記バイオマスが、ナトリウム、カリウム、リチウム、セシウム、カルシウム、マグネシウム、ストロンチウム、バリウム、ホウ素、アルミニウム、鉄、チタン、モリブデン及びタングステンからなる群から選択される少なくとも１種の金属元素を含む、前記［８］の炭化物製造装置。
［１０］前記金属元素の含有量が、前記バイオマス１ｋｇに対して０．０１～１００ｇである、前記［９］の炭化物製造装置。
［１１］前記［１］～［５］のいずれかの製造方法により炭化物を製造し、
少なくとも前記炭化物と水蒸気との反応を含む改質ガス化を行い、水素及び一酸化炭素を含む改質ガスを得る、改質ガスの製造方法。
［１２］前記改質ガス化が、前記炭化物と二酸化炭素との反応を含む、前記［１１］の製造方法。
［１３］前記原料を炭化する際に生成する炭化物以外の熱分解物を空気燃焼させ、
前記熱分解物の空気燃焼により発生する燃焼ガスの排熱を、前記改質ガス化における熱源として用いる、前記［１１］又は［１２］の製造方法。
［１４］前記［６］～［１０］のいずれかの炭化物製造装置と、
少なくとも炭化物と水蒸気との反応を含む改質ガス化を行い、水素及び一酸化炭素を含む改質ガスを得る改質ガス化設備と、
を備える、改質ガス製造システム。
［１５］前記改質ガス化が、前記炭化物と二酸化炭素との反応を含む、前記［１４］の改質ガス製造システム。
［１６］前記炭化物製造装置で生成する炭化物以外の熱分解物を空気燃焼させる空気燃焼設備と、
前記熱分解物の空気燃焼により発生する燃焼ガスの排熱を前記改質ガス化設備における熱源として利用する排熱利用設備と、
を備える、前記［１４］又は［１５］の改質ガス製造システム。
［１７］前記［１１］～［１３］のいずれかの製造方法により改質ガスを製造し、
前記改質ガス中の一酸化炭素と水蒸気とのシフト反応により、前記改質ガスよりも高濃度に水素及び二酸化炭素を含む混合ガスを得、
前記混合ガスの水素精製処理を行う、水素の製造方法。
［１８］前記原料を炭化する際に生成する炭化物以外の熱分解物を空気燃焼させ、
前記熱分解物の空気燃焼により発生する燃焼ガスの排熱を、前記改質ガス化及び前記シフト反応における熱源として用いる、前記［１７］の製造方法。
［１９］前記シフト反応を水素化触媒の存在下で行う、前記［１７］又は［１８］の製造方法。
［２０］前記水素化触媒が、鉄、ルテニウム、ニッケル、銅、亜鉛、クロム、コバルト、モリブデン、ジルコニア、チタン、セリウム、ランタン及びネオジムから選択される少なくとも１種の元素と、多孔質の酸化物担体とを含む、前記［１９］の製造方法。
［２１］前記水素精製処理が、圧力スイング吸着式ガス分離装置及びガス分離膜式ガス分離装置のいずれか一方又は両方によるガス分離処理を含む、前記［１７］～［２０］のいずれかの製造方法。
［２２］前記ガス分離処理で分離される二酸化炭素を回収し、回収された二酸化炭素を前記改質ガス化に利用する、前記［２１］の製造方法。
［２３］前記［１４］～［１６］のいずれかの改質ガス製造システムと、
シフト反応器を備え、前記改質ガス中の一酸化炭素と水蒸気とのシフト反応により、前記改質ガスよりも高濃度に水素及び二酸化炭素を含む混合ガスを得る混合ガス化設備と、
前記混合ガスの水素精製処理を行う水素精製設備と、
を備える、水素製造システム。
［２４］前記炭化物製造装置の前記炭化設備で生成する炭化物以外の熱分解物を空気燃焼させる空気燃焼設備と、
前記熱分解物の空気燃焼により発生する燃焼ガスの排熱を前記改質ガス化設備及び前記混合ガス化設備における熱源として利用する排熱利用設備と、
を備える、前記［２３］の水素製造システム。
［２５］前記シフト反応器が水素化触媒を含む、前記［２３］又は［２４］の水素製造システム。
［２６］前記水素化触媒が、鉄、ルテニウム、ニッケル、銅、亜鉛、クロム、コバルト、モリブデン、ジルコニア、チタン、セリウム、ランタン及びネオジムから選択される少なくとも１種の元素と、多孔質の酸化物担体とを含む、前記［２５］の水素製造システム。
［２７］前記水素精製設備が、圧力スイング吸着式ガス分離装置及びガス分離膜式ガス分離装置のいずれか一方又は両方のガス分離装置を備える、前記［２３］～［２６］のいずれかの水素製造システム。
［２８］前記改質ガス化設備が、前記ガス分離装置で分離される二酸化炭素を回収し、前記改質ガス化設備に供給する手段を備える、前記［２７］の水素製造システム。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、プラスチックなどの有機高分子材料の炭化率に優れる炭化物の製造方法及び炭化物製造装置、並びにこれを用いた改質ガスの製造方法、改質ガス製造システム、水素の製造方法及び水素製造システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本発明の実施形態に係る水素製造システムの概略図である。
本発明の実施形態に係る水素製造方法のプロセスフロー図である。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許