JP2022055446A - Fuel production method and fuel production system - Google Patents

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剛 伊藤
Takeshi Ito
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Abstract

To provide a fuel production method in which, by lowering the combustion temperature of an object to be treated containing organic substance of high molecule, fuel can be produced from the object to be treated containing organic substance of high molecule by a series of operations.SOLUTION: The fuel production method includes a step in which, when producing fuel from an object to be treated containing substance of high molecule, an oxide semiconductor and transition metal element-containing catalyst is brought into contact with the object to be treated, and, furthermore, a step in which the object to be treated, which is contacted with the oxide semiconductor and transition metal element-containing catalyst, is heated in a hydrogen and oxygen-containing atmosphere.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、高分子の有機物を含む処理対象物から燃料を製造する燃料製造方法、ならびに、この燃料製造方法を適用する、燃料製造システムに関する。 The present invention relates to a fuel production method for producing fuel from a processing object containing a polymer organic substance, and a fuel production system to which this fuel production method is applied.

高分子の有機物を含む廃棄物は、従来から、高温で燃焼させることにより、処理されてきた。
例えば、イオン交換樹脂等の廃樹脂を、１０００℃を超える高温で燃焼させることにより、１／１０以下に減容させることができる。
しかしながら、このような高温で燃焼させた場合、大量のエネルギーを消費し、運転コストが大きくなってしまう問題や、燃焼に伴い発生する不要な物質の処理が必要となる問題があった。 Wastes containing high molecular weight organic substances have traditionally been treated by burning them at high temperatures.
For example, the volume of waste resin such as an ion exchange resin can be reduced to 1/10 or less by burning it at a high temperature exceeding 1000 ° C.
However, when it is burned at such a high temperature, there is a problem that a large amount of energy is consumed and the operating cost becomes large, and there is a problem that it is necessary to treat unnecessary substances generated by the combustion.

また特に、廃樹脂が原子力プラントで使用されたイオン交換樹脂である場合、燃焼する際に飛散する放射性物質を回収する必要がある。そのため、１０００℃を超える高温で燃焼させる処理を行う場合には、オフガス系等の処理設備が大規模化することから、広さが限られた土地で処理を実施することが困難であった。 In particular, when the waste resin is an ion exchange resin used in a nuclear power plant, it is necessary to recover the radioactive substances scattered during combustion. Therefore, in the case of performing the treatment of burning at a high temperature exceeding 1000 ° C., it is difficult to carry out the treatment in a land where the area is limited because the treatment equipment such as an off-gas system becomes large-scale.

そこで、廃樹脂等の高分子有機物を含む廃棄物を処理する際に、従来の１０００℃を超える高温の燃焼温度と比較して、より低い温度で燃焼させて処理する方法が提案されている（例えば、特許文献１～特許文献２等を参照。）。 Therefore, when treating waste containing high molecular weight organic substances such as waste resin, a method has been proposed in which the waste is burned at a lower temperature than the conventional high-temperature combustion temperature exceeding 1000 ° C. (). For example, refer to Patent Document 1 to Patent Document 2, etc.).

例えば、特許文献１では、ポリカーボネート等の有機化合物を、ＴｉＯ２等の半導体粉末に接触させて、６００℃以下の温度で加熱処理する方法が提案されている。
特許文献１に提案されている方法は、ポリカーボネート等の樹脂をＣＯ２まで燃焼させることが可能であり、燃焼温度を十分に低くできる効果を有している。そして、特許文献１では、文中に列挙された多種の有機化合物に適用可能である、としている。 For example, Patent Document 1 proposes a method in which an organic compound such as polycarbonate is brought into contact with a semiconductor powder such as TiO 2 and heat-treated at a temperature of 600 ° C. or lower.
The method proposed in Patent Document 1 can burn a resin such as polycarbonate up to CO 2 , and has an effect of sufficiently lowering the combustion temperature. Further, Patent Document 1 states that it can be applied to various organic compounds listed in the text.

また、高分子の有機物の燃焼時には、ＣＯ２が発生する。
環境への影響の観点から、ＣＯ２排出量の削減が求められており、そのための技術の一つとして、ＣＯ２をメタノールやメタンなどの燃料に転換する技術が提案されている。 In addition, CO 2 is generated when the high molecular weight organic substance is burned.
From the viewpoint of environmental impact, reduction of CO 2 emissions is required, and as one of the technologies for that purpose, a technology for converting CO 2 into a fuel such as methanol or methane has been proposed.

例えば、特許文献２では、一酸化炭素および二酸化炭素と水素を含有したガスを、銅を主成分とする触媒を用いて、５０気圧、２５０℃以下で反応させることでメタノールを合成する方法が提案されている。
特許文献２に提案されている方法によれば、高表面積の銅を主成分とする触媒を用いることにより、７０気圧程度、２５０℃以下の温度で、一酸化炭素および二酸化炭素と水素を含有したガスからメタノールを合成することができる、としている。 For example, Patent Document 2 proposes a method for synthesizing methanol by reacting a gas containing carbon monoxide, carbon dioxide, and hydrogen with a catalyst containing copper as a main component at 50 atm and 250 ° C. or lower. Has been done.
According to the method proposed in Patent Document 2, carbon monoxide, carbon dioxide and hydrogen were contained at a temperature of about 70 atm and 250 ° C. or lower by using a catalyst containing a high surface area of copper as a main component. It is said that methanol can be synthesized from gas.

特開２００５－１３９４４０号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2005-139440 特開平９－２４９５９４号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 9-2495994

しかしながら、使用済みイオン交換樹脂の主成分であるスチレンジビニルベンゼンは、高分子化合物の中ではかなり安定な化合物であり、燃え尽きるためには５００～６００℃の加熱が必要になる。 However, styrene-divinylbenzene, which is the main component of the used ion exchange resin, is a fairly stable compound among the polymer compounds, and heating at 500 to 600 ° C. is required to burn it out.

そして、スチレンジビニルベンゼンに、特許文献１の半導体粉末に接触させる方法を適用しても、燃焼温度を下げる効果があまりないことがわかった。 Then, it was found that even if the method of contacting styrene-divinylbenzene with the semiconductor powder of Patent Document 1 is applied, the effect of lowering the combustion temperature is not so great.

また、特許文献２のように、二酸化炭素からのメタノール合成では、燃料であるメタノールを合成するために、燃料である水素を消費することになる。 Further, as in Patent Document 2, in the synthesis of methanol from carbon dioxide, hydrogen as a fuel is consumed in order to synthesize methanol as a fuel.

上述した問題の解決のために、本発明においては、高分子の有機物を含む処理対象物の燃焼温度を低くして、高分子の有機物を含む処理対象物から一連の操作で燃料を製造することができる、燃料製造方法を提供することを目的とする。また、この燃料製造方法を適用する、燃料製造システムを提供することを目的とする。 In order to solve the above-mentioned problems, in the present invention, the combustion temperature of the object to be treated containing the high molecular weight organic substance is lowered, and the fuel is produced from the object to be treated containing the high molecular weight organic substance by a series of operations. The purpose is to provide a fuel manufacturing method that can be used. It is also an object of the present invention to provide a fuel production system to which this fuel production method is applied.

また、本発明の上記の目的およびその他の目的と本発明の新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面によって明らかにする。 In addition, the above and other purposes of the present invention and novel features of the present invention will be clarified by the description of the present specification and the accompanying drawings.

本発明の燃料製造方法は、高分子の有機物を含む処理対象物から燃料を製造する方法であって、処理対象物に、酸化物半導体および遷移金属元素を含む触媒を接触させる工程を有する。
本発明の燃料製造方法は、さらに、酸化物半導体および前記遷移金属元素を含む前記触媒と接触させた、前記処理対象物を水素および酸素を含む雰囲気中で加熱する工程を有する。 The fuel production method of the present invention is a method for producing fuel from a treatment target containing a high molecular weight organic substance, and includes a step of contacting the treatment target with a catalyst containing an oxide semiconductor and a transition metal element.
The fuel production method of the present invention further comprises a step of heating the object to be treated in contact with the catalyst containing the oxide semiconductor and the transition metal element in an atmosphere containing hydrogen and oxygen.

本発明の燃料製造システムは、高分子の有機物を含む処理対象物から燃料を製造するものである。
本発明の燃料製造システムは、処理対象物を収容する反応槽と、反応槽内を加熱する加熱装置と、反応槽内へ水素および酸素を含む気体を供給する供給部と、を備える。さらに、反応槽は、供給部から供給された水素および酸素を含む気体を、反応槽内に供給する送気口と、反応槽内から処理対象物の反応により生じた排ガスを排出する排気口と、を有する。 The fuel production system of the present invention produces fuel from a processing object containing a high molecular weight organic substance.
The fuel production system of the present invention includes a reaction vessel for accommodating an object to be treated, a heating device for heating the inside of the reaction vessel, and a supply unit for supplying a gas containing hydrogen and oxygen into the reaction vessel. Further, the reaction tank has an air supply port for supplying a gas containing hydrogen and oxygen supplied from the supply unit into the reaction tank and an exhaust port for discharging the exhaust gas generated by the reaction of the object to be treated from the reaction tank. , Have.

本発明の燃料製造方法によれば、処理対象物に酸化物半導体および遷移金属元素を含む触媒を接触させ、酸化物半導体および遷移金属元素を含む触媒を接触させた処理対象物を水素および酸素を含む雰囲気中で加熱することにより、高分子の有機物を含む処理対象物から、燃料を製造できる。
そして、従来の高温で燃焼する方法と比較して、高分子の有機物を含む処理対象物の燃焼温度を低くすることができ、かつ、高分子の有機物を含む処理対象物から燃料を製造することができる。 According to the fuel production method of the present invention, a catalyst containing an oxide semiconductor and a transition metal element is brought into contact with the object to be treated, and hydrogen and oxygen are brought into contact with the object to be treated with the catalyst containing the oxide semiconductor and the transition metal element. By heating in the containing atmosphere, fuel can be produced from the object to be treated containing the high molecular weight organic substance.
Then, the combustion temperature of the object to be treated containing the high molecular weight organic substance can be lowered as compared with the conventional method of burning at a high temperature, and the fuel is produced from the object to be treated containing the high molecular weight organic substance. Can be done.

本発明の燃料製造システムによれば、処理対象物を収容する反応槽と、反応槽内を加熱するための加熱装置と、反応槽内へ水素および酸素を含む気体を供給する供給部と、を備え、反応槽は、供給部から供給された水素および酸素を含む気体を反応槽内に供給する送気口を有する。
これにより、反応槽内で、酸化物半導体および遷移金属元素を含む触媒と、処理対象物を接触させて、供給部からの水素および酸素を含む気体を送気口から反応槽内へ供給して、加熱装置により反応槽内を加熱することで、上記の本発明の処理対象物からの燃料製造方法を実施することができる。
また、反応槽は、反応槽内から処理対象物の反応により生じた燃料ガスを排出する排気口を有するので、処理対象物の反応により生じた燃料ガスを、排気口から排出することができる。 According to the fuel production system of the present invention, a reaction vessel for accommodating an object to be treated, a heating device for heating the inside of the reaction vessel, and a supply unit for supplying a gas containing hydrogen and oxygen into the reaction vessel are provided. The reaction vessel has an air supply port that supplies a gas containing hydrogen and oxygen supplied from the supply unit into the reaction vessel.
As a result, in the reaction vessel, the catalyst containing the oxide semiconductor and the transition metal element is brought into contact with the object to be treated, and the gas containing hydrogen and oxygen from the supply unit is supplied into the reaction vessel from the air supply port. By heating the inside of the reaction vessel with a heating device, the above-mentioned method for producing fuel from the object to be treated of the present invention can be carried out.
Further, since the reaction tank has an exhaust port for discharging the fuel gas generated by the reaction of the object to be treated from the inside of the reaction tank, the fuel gas generated by the reaction of the object to be treated can be discharged from the exhaust port.

なお、上述した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。 Issues, configurations and effects other than those described above will be clarified by the following description of the embodiments.

燃料製造方法の第１の実施の形態のフローチャートである。It is a flowchart of 1st Embodiment of a fuel manufacturing method. 図１にフローチャートを示した燃料製造方法を適用した燃料製造システムの一形態の概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of one form of a fuel manufacturing system to which the fuel manufacturing method shown in the flowchart is applied. 燃料製造方法の第２の実施の形態のフローチャートである。It is a flowchart of the 2nd Embodiment of a fuel manufacturing method. 図３にフローチャートを示した燃料製造方法を適用した燃料製造システムの一形態の概略構成図である。FIG. 3 is a schematic configuration diagram of one form of a fuel manufacturing system to which the fuel manufacturing method shown in the flowchart is applied. 燃料製造方法の第３の実施の形態のフローチャートである。It is a flowchart of the 3rd Embodiment of a fuel manufacturing method. 図５にフローチャートを示した燃料製造方法を適用した燃料製造システムの一形態の概略構成図である。FIG. 5 is a schematic configuration diagram of one form of a fuel manufacturing system to which the fuel manufacturing method shown in the flowchart is applied. プラントの排熱を利用した燃料製造システムの一形態の概略構成図である。It is a schematic block diagram of one form of a fuel manufacturing system using waste heat of a plant.

以下、本発明に係る実施の形態および実施例について、文章もしくは図面を用いて説明する。ただし、本発明に示す構造、材料、その他具体的な各種の構成等は、ここで取り上げた実施の形態や実施例に限定されることはなく、要旨を変更しない範囲で適宜組み合わせや改良が可能である。また、本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。 Hereinafter, embodiments and examples according to the present invention will be described with reference to text or drawings. However, the structure, materials, and various other specific configurations shown in the present invention are not limited to the embodiments and examples taken up here, and can be appropriately combined and improved without changing the gist. Is. In addition, elements not directly related to the present invention are not shown.

本発明の燃料製造方法は、高分子の有機物を含む処理対象物から燃料を製造する方法である。
本発明の燃料製造方法は、処理対象物に酸化物半導体と遷移金属元素を含む触媒を接触させる工程を有し、さらに、酸化物半導体と遷移金属元素を含む触媒を接触させた処理対象物を、水素および酸素を含む雰囲気中で加熱する工程を有する。 The fuel production method of the present invention is a method for producing fuel from a processing target containing a high molecular weight organic substance.
The fuel manufacturing method of the present invention includes a step of contacting an oxide semiconductor with a catalyst containing a transition metal element, and further, contacting a treatment target with an oxide semiconductor and a catalyst containing a transition metal element. It has a step of heating in an atmosphere containing hydrogen and oxygen.

本発明の燃料製造システムは、高分子の有機物を含む処理対象物から燃料を製造する処理を行うものである。
本発明の燃料製造システムは、処理対象物を収容する反応槽と、反応槽内を加熱する加熱装置と、反応槽内へ水素および酸素を含む気体を供給する供給部と、生成した燃料を回収する回収装置を備える。さらに、反応槽は、供給部から供給された水素および酸素を含む気体を反応槽内に供給する送気口と、反応槽内から処理対象物の反応により生じた燃料を排出する排気口と、を有する。 The fuel production system of the present invention performs a process of producing fuel from a processing object containing a high molecular weight organic substance.
The fuel production system of the present invention recovers a reaction vessel that houses a processing object, a heating device that heats the inside of the reaction vessel, a supply unit that supplies a gas containing hydrogen and oxygen into the reaction vessel, and the generated fuel. Equipped with a recovery device. Further, the reaction tank has an air supply port for supplying a gas containing hydrogen and oxygen supplied from the supply unit into the reaction tank, and an exhaust port for discharging fuel generated by the reaction of the object to be treated from the reaction tank. Has.

本発明において、対象となる高分子の有機物を含む処理対象物の高分子の有機物としては、イオン交換樹脂、廃プラスチック、廃樹脂等の各種の樹脂や、これら各種の樹脂を含む廃棄物が挙げられる。これにより、イオン交換樹脂、廃プラスチック、廃樹脂を、燃焼して分解して、燃料を製造することができる。
イオン交換樹脂については、水浄化処理用のイオン交換樹脂や原子炉プラント用のイオン交換樹脂に適用することが可能である。
また、イオン交換樹脂と他の樹脂とが混在したもの、等のように、複数の種類の樹脂が混在したものであってもよい。 In the present invention, examples of the polymer organic substance to be treated including the target polymer organic substance include various resins such as ion exchange resins, waste plastics and waste resins, and wastes containing these various resins. Be done. As a result, the ion exchange resin, waste plastic, and waste resin can be burned and decomposed to produce fuel.
The ion exchange resin can be applied to an ion exchange resin for water purification treatment and an ion exchange resin for a reactor plant.
Further, a plurality of types of resins may be mixed, such as a mixture of an ion exchange resin and another resin.

処理対象物において、有機物以外の物質（例えば、高融点の無機物等）は、できる限り少ないことが望ましい。そのため、加熱による燃焼を行う前に、有機物以外の物質を有機物と分離しておくことが望ましい。
しかし、分離ができなかった分を含んだ状態で燃焼の処理を行い、残渣を処分する場合もありうる。 In the object to be treated, it is desirable that the amount of substances other than organic substances (for example, inorganic substances having a high melting point) is as small as possible. Therefore, it is desirable to separate substances other than organic substances from organic substances before burning by heating.
However, it is possible that the residue may be disposed of by performing the combustion treatment in a state containing the portion that could not be separated.

酸化物半導体としては、バンドギャップが２．０ｅＶ以上の酸化物半導体を使用することができる。例えば、ＴｉＯ２，Ｖ２Ｏ５，Ｃｒ２Ｏ３，ＮｉＯ，Ｆｅ２Ｏ３，Ｆｅ３Ｏ４，ＺｎＯ，ＳｒＴｉＯ３等が挙げられ、これらの酸化物半導体から選ばれる１種以上を使用する。酸化物半導体を使用することにより、熱により酸化物半導体内で励起される正孔が十分な酸化力を持ち、高分子を酸化分解できる。さらに、バンドギャップが２．０ｅＶ以上の酸化物半導体を使用することにより、熱により酸化物半導体内で励起される電子が十分な還元力を持ち、遷移金属元素を還元することができる。 As the oxide semiconductor, an oxide semiconductor having a band gap of 2.0 eV or more can be used. For example, TiO 2 , V 2 O 5 , Cr 2 O 3 , NiO, Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 , ZnO, SrTiO 3 , etc. are mentioned, and one or more selected from these oxide semiconductors is used. .. By using an oxide semiconductor, holes excited in the oxide semiconductor by heat have sufficient oxidizing power and can oxidatively decompose a polymer. Further, by using an oxide semiconductor having a band gap of 2.0 eV or more, the electrons excited in the oxide semiconductor by heat have sufficient reducing power, and the transition metal element can be reduced.

遷移金属元素としては、Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ、鉄族元素（Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ）、白金族元素（Ｒｕ，Ｒｄ，Ｐｄ，Ｏｓ，Ｉｒ，Ｐｔ）、Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕを使用することができ、これらの遷移金属元素から選ばれる１種以上を使用する。より好ましくは、これらの遷移金属元素のうち、Ｆｅ、白金族、Ｃｕを使用する。
これらの遷移金属元素を使用することにより、これらの遷移金属元素が酸化物半導体内で励起された電子を受け取り、酸化物半導体内での電子と正孔の再結合を抑制し、正孔による高分子の酸化分解を促進することができる。また、電子を受け取って還元された遷移金属は、高分子の分解により生成する一酸化炭素（ＣＯ）や二酸化炭素（ＣＯ）から酸素を奪い、メタノール（ＣＨ３ＯＨ）やメタン（ＣＨ４）の生成を促進する。 As the transition metal element, Ti, V, Cr, Mn, iron group element (Fe, Co, Ni), platinum group element (Ru, Rd, Pd, Os, Ir, Pt), Cu, Ag, Au are used. One or more selected from these transition metal elements can be used. More preferably, among these transition metal elements, Fe, platinum group, and Cu are used.
By using these transition metal elements, these transition metal elements receive the electrons excited in the oxide semiconductor, suppress the recombination of electrons and holes in the oxide semiconductor, and increase the height due to holes. It can promote oxidative decomposition of molecules. In addition, the transition metal that receives electrons and is reduced deprives carbon monoxide (CO) and carbon dioxide (CO) produced by the decomposition of macromolecules of oxygen, and of methanol (CH 3 OH) and methane (CH 4 ). Promote generation.

なお、遷移金属元素の量は、好ましくは、酸化物半導体の量に対して０．０２－５ｗｔ．％、より好ましくは、酸化物半導体の量に対して０．１－１ｗｔ．％とする。 The amount of the transition metal element is preferably 0.02-5 wt. With respect to the amount of the oxide semiconductor. %, More preferably 0.1-1 wt. With respect to the amount of oxide semiconductor. %.

水素を含む雰囲気としては、例えば、水蒸気、水素ガスを用いることができる。
また、酸素を含む雰囲気としては、例えば、水蒸気、酸素ガス、空気を用いることができる。 As the atmosphere containing hydrogen, for example, water vapor or hydrogen gas can be used.
Further, as the atmosphere containing oxygen, for example, water vapor, oxygen gas, or air can be used.

酸化物半導体および遷移金属元素を含む触媒を樹脂に接触させる方法としては、例えば、酸化物半導体および遷移金属元素を含む触媒の粉末を樹脂と混合する方法、酸化物半導体および遷移金属元素を含む触媒の粒子を樹脂と混合する方法、酸化物半導体および遷移金属元素を含む触媒の原料となる溶液を樹脂に添加して加熱により析出させる方法、などが挙げられる。
酸化物半導体と遷移金属元素とは、別々の操作で樹脂と接触させることも可能である。例えば、酸化物半導体の粉末を樹脂と混合した後、遷移金属元素の溶液（水溶液等）を添加し、加熱により析出させることで、酸化物半導体および遷移金属元素を含む触媒を樹脂と接触させる方法が挙げられる。
また、酸化物半導体および遷移金属元素を含む触媒の粉末や粒子を反応槽に入れて樹脂と混合する方法の他に、酸化物半導体および遷移金属元素を含む触媒を反応槽の壁面や攪拌翼に付着させておいて、付着させた酸化物半導体および遷移金属元素を含む触媒を樹脂に接触させる方法が可能である。 Examples of the method of contacting the catalyst containing the oxide semiconductor and the transition metal element with the resin include a method of mixing the powder of the catalyst containing the oxide semiconductor and the transition metal element with the resin, and a catalyst containing the oxide semiconductor and the transition metal element. Examples thereof include a method of mixing the particles of the above with a resin, a method of adding a solution as a raw material of a catalyst containing an oxide semiconductor and a transition metal element to the resin, and precipitating by heating.
The oxide semiconductor and the transition metal element can be brought into contact with the resin by separate operations. For example, a method in which a powder of an oxide semiconductor is mixed with a resin, a solution of a transition metal element (an aqueous solution, etc.) is added, and the mixture is precipitated by heating to bring the oxide semiconductor and a catalyst containing the transition metal element into contact with the resin. Can be mentioned.
In addition to the method of putting powders and particles of a catalyst containing an oxide semiconductor and a transition metal element into a reaction tank and mixing them with a resin, a catalyst containing an oxide semiconductor and a transition metal element is applied to the wall surface of the reaction tank and a stirring blade. A method is possible in which the catalyst containing the adhered oxide semiconductor and the transition metal element is brought into contact with the resin.

ここで、酸化物半導体および遷移金属元素の作用について説明する。 Here, the actions of oxide semiconductors and transition metal elements will be described.

酸化物半導体を加熱すると、酸化物半導体内部に熱励起によって正孔（ｈ＋）と電子（ｅ－）が生じる。
熱励起によって生じたｈ＋は、酸化力が強く、下記の（１）式に示すように、酸化物半導体と接触した高分子有機物を酸化分解する。
高分子有機物＋ｈ＋ →ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ ・・・（１）
この際に、遷移金属元素は、熱励起によって生じたｅ－を受け取ることで、ｈ＋とｅ－の再結合を防ぎ、酸化分解反応を促進する。遷移金属元素Ｍが酸化物ＭＯｎの状態で存在すると、このときの反応は、下記の（２）式で表せる。
ＭＯｎ＋ｅ－ →ＭＯｎ－δ ・・・（２） When the oxide semiconductor is heated, holes (h + ) and electrons (e − ) are generated inside the oxide semiconductor by thermal excitation.
The h + generated by thermal excitation has a strong oxidizing power, and as shown in the following equation (1), oxidatively decomposes the polymer organic substance in contact with the oxide semiconductor.
High molecular weight organic matter + h + → CO 2 + H 2 O ・ ・ ・ (1)
At this time, the transition metal element receives e − generated by thermal excitation to prevent recombination of h + and e − and promotes an oxidative decomposition reaction. When the transition metal element M exists in the state of the oxide MO n , the reaction at this time can be expressed by the following equation (2).
MO n + e- → MO n - δ ... (2)

熱励起によって生じたｅ－を受け取った遷移金属元素の酸化物ＭＯｎ－δは、下記の（３）式に示すように、高分子有機物の酸化分解で生じたＣＯやＣＯ２から酸素を奪い、活性な炭素Ｃを生じさせる。
ＣＯ２ ＋ ＭＯｎ－δ → Ｃ ＋ ＭＯｎ ・・・（３）
活性な炭素Ｃは、下記の（４）式に示すように、水素酸素含有ガスと反応して、ＣＨ３ＯＨ、ＣＨ４を生じる。
Ｃ＋水素酸素含有ガス（Ｈ２Ｏ、Ｈ２、Ｏ２）→ＣＨ３ＯＨ、ＣＨ４ ・・・（４） The oxide MO n-δ of the transition metal element that received e - generated by thermal excitation deprives CO and CO 2 generated by the oxidative decomposition of the high molecular weight organic matter of oxygen as shown in the following equation (3). , Produces active carbon C.
CO 2 + MO n-δ → C + MO n ... (3)
As shown in the following equation (4), the active carbon C reacts with the hydrogen oxygen-containing gas to produce CH 3 OH and CH 4 .
C + hydrogen peroxide-containing gas (H 2 O, H 2 , O 2 ) → CH 3 OH, CH 4 ... (4)

以上のように、酸化物半導体と遷移金属元素を組み合わせることで、酸化分解反応を促進し、処理温度を低下させることができる。
さらに、酸化物半導体と遷移金属元素を組み合わせることにより、高分子の有機物を含む処理対象物から、一連の操作で燃料を製造することができる。
さらに、酸化物半導体と遷移金属元素を組み合わせることにより、酸化物半導体の作用で還元された遷移金属元素が、ＣＯ２から酸素を奪うため、水素ガスなどの還元剤の使用量を削減することができる。 As described above, by combining the oxide semiconductor and the transition metal element, the oxidative decomposition reaction can be promoted and the treatment temperature can be lowered.
Further, by combining an oxide semiconductor and a transition metal element, fuel can be produced by a series of operations from a processing target containing a high molecular weight organic substance.
Furthermore, by combining the oxide semiconductor and the transition metal element, the transition metal element reduced by the action of the oxide semiconductor deprives CO 2 of oxygen, so that the amount of reducing agent such as hydrogen gas can be reduced. can.

処理温度の低下の程度と発熱量は、触媒に用いる酸化物半導体および遷移金属元素の種類や量によって変わるが、高分子の分解による発熱によって、従来よりも低い温度で処理を行うことができる。 The degree of decrease in the treatment temperature and the calorific value vary depending on the type and amount of the oxide semiconductor and the transition metal element used in the catalyst, but the heat generated by the decomposition of the polymer enables the treatment to be performed at a lower temperature than before.

ここで、触媒の種類による反応温度の違いを、表１に示す。 Here, Table 1 shows the difference in reaction temperature depending on the type of catalyst.

Figure 2022055446000002
Figure 2022055446000002

表１からわかるように、例えば、ＴｉＯ２とＦｅを含む触媒を用いた場合、２５０℃程度まで処理温度を低下させることができ、ＴｉＯ２やＦｅ２Ｏ３を単独で用いた場合に比べて、反応温度を大幅に低減できる。 As can be seen from Table 1, for example, when a catalyst containing TiO 2 and Fe is used, the treatment temperature can be lowered to about 250 ° C., as compared with the case where TiO 2 and Fe 2 O 3 are used alone. , The reaction temperature can be significantly reduced.

そして、処理温度を低下させることにより、加熱処理を、５００℃以下の温度、好ましくは２００℃～５００℃の範囲内の温度で行うことが可能になる。 Then, by lowering the treatment temperature, the heat treatment can be performed at a temperature of 500 ° C. or lower, preferably a temperature in the range of 200 ° C. to 500 ° C.

本発明の燃料製造方法によれば、高分子の有機物を含む処理対象物に酸化物半導体および遷移金属元素を含む触媒を接触させ、酸化物半導体および遷移金属元素を含む触媒を接触させた処理対象物を、水素および酸素を含む雰囲気中で加熱する。
これにより、高分子の有機物を含む処理対象物の燃焼温度を低くして、高分子の有機物を含む処理対象物から燃料を製造することができる。 According to the fuel production method of the present invention, a treatment target containing a high molecular weight organic substance is brought into contact with a catalyst containing an oxide semiconductor and a transition metal element, and a catalyst containing the oxide semiconductor and the transition metal element is brought into contact with the treatment target. The object is heated in an atmosphere containing hydrogen and oxygen.
As a result, the combustion temperature of the object to be treated containing the high molecular weight organic substance can be lowered, and the fuel can be produced from the object to be treated containing the high molecular weight organic substance.

本発明の燃料製造方法によって、処理温度を、例えば２５０℃程度まで低下できることにより、発電所の排熱などを加熱処理に利用できる。
また、本発明の燃料製造方法では、処理温度を低下できることにより、放射性核種の揮発温度未満での処理温度で、熱分解を達成できる。
ちなみに、放射性核種の揮発温度は、例えば、テクネチウム（Ｔｃ）で約３００℃、セシウム（Ｃｓ）で約５００℃、コバルト（Ｃｏ）で＞１０００℃である。
放射性核種の揮発温度未満の温度で熱分解できるので、特に、廃棄物が原子力プラント用のイオン交換樹脂等の放射性核種を含む樹脂で構成されている場合には、熱分解の際の放射性物質の飛散を抑制することができる。これにより、廃棄物を処理する設備を小型化することが可能になる。 By the fuel manufacturing method of the present invention, the treatment temperature can be lowered to, for example, about 250 ° C., so that the waste heat of the power plant can be used for the heat treatment.
Further, in the fuel production method of the present invention, since the treatment temperature can be lowered, thermal decomposition can be achieved at a treatment temperature lower than the volatilization temperature of the radionuclide.
Incidentally, the volatilization temperature of the radionuclide is, for example, about 300 ° C. for technetium (Tc), about 500 ° C. for cesium (Cs), and> 1000 ° C. for cobalt (Co).
Since it can be thermally decomposed at a temperature lower than the volatilization temperature of the radionuclide, especially when the waste is composed of a resin containing the radionuclide such as an ion exchange resin for a nuclear plant, the radioactive substance during the thermal decomposition Scattering can be suppressed. This makes it possible to reduce the size of equipment for treating waste.

本発明の燃料製造システムによれば、処理対象物を収容する反応槽と、反応槽内を加熱する加熱装置と、反応槽内へ水素および酸素を含む気体を供給する供給部と、を備え、反応槽は、供給部から供給された水素および酸素を含む気体を反応槽内に供給する送気口を有する。
これにより、反応槽内で、酸化物半導体と遷移金属元素を含む触媒と、処理対象物を接触させて、供給部からの水素および酸素を含む気体を送気口から反応槽内へ供給して、加熱装置により反応槽内を加熱することで、本発明の燃料製造方法を実施することができる。
また、反応槽は、反応槽内から燃料ガスを排出する排気口を有するので、処理対象物の反応により発生した燃料ガスを、排気口から排出することができる。 According to the fuel production system of the present invention, a reaction vessel for accommodating an object to be treated, a heating device for heating the inside of the reaction vessel, and a supply unit for supplying a gas containing hydrogen and oxygen into the reaction vessel are provided. The reaction vessel has an air supply port that supplies a gas containing hydrogen and oxygen supplied from the supply unit into the reaction vessel.
As a result, in the reaction vessel, the catalyst containing the oxide semiconductor and the transition metal element is brought into contact with the object to be treated, and the gas containing hydrogen and oxygen from the supply unit is supplied into the reaction vessel from the air supply port. By heating the inside of the reaction vessel with a heating device, the fuel production method of the present invention can be carried out.
Further, since the reaction tank has an exhaust port for discharging the fuel gas from the inside of the reaction tank, the fuel gas generated by the reaction of the object to be treated can be discharged from the exhaust port.

（第１の実施の形態）
燃料製造方法の第１の実施の形態のフローチャートを、図１に示す。 (First Embodiment)
A flowchart of the first embodiment of the fuel manufacturing method is shown in FIG.

図１に示すように、まず、高分子の有機物を含む処理対象物１０１と、酸化物半導体および遷移金属元素を含む触媒１０２を用意する。
触媒１０２に用いる酸化物半導体としては、前述した酸化物半導体（例えば、ＴｉＯ２等）を使用する。
触媒１０２に用いる遷移金属元素としては、前述した遷移金属元素（例えば、鉄等）を含む溶液（水溶液やその他の溶液）を使用する。 As shown in FIG. 1, first, a processing target 101 containing a polymer organic substance and a catalyst 102 containing an oxide semiconductor and a transition metal element are prepared.
As the oxide semiconductor used for the catalyst 102, the above-mentioned oxide semiconductor (for example, TiO 2 or the like) is used.
As the transition metal element used for the catalyst 102, a solution (aqueous solution or other solution) containing the above-mentioned transition metal element (for example, iron or the like) is used.

そして、ステップＳ１において、処理対象物１０１に触媒１０２を供給して、処理対象物１０１と触媒１０２を混合することにより、処理対象物１０１に触媒１０２を接触させる。 Then, in step S1, the catalyst 102 is supplied to the object to be processed 101, and the object to be processed 101 and the catalyst 102 are mixed to bring the catalyst 102 into contact with the object to be processed 101.

次に、ステップＳ２において、触媒１０２と接触させた処理対象物１０１に対して、雰囲気ガス１０３を供給する。
雰囲気ガス１０３としては、前述した水素および酸素を含むガス（例えば、水蒸気と水素と酸素の混合ガス）を使用する。
これにより、触媒１０２と接触させた処理対象物１０１は、雰囲気ガス１０３中におかれる。 Next, in step S2, the atmospheric gas 103 is supplied to the object to be treated 101 that has come into contact with the catalyst 102.
As the atmosphere gas 103, the above-mentioned gas containing hydrogen and oxygen (for example, a mixed gas of water vapor, hydrogen, and oxygen) is used.
As a result, the object to be treated 101 brought into contact with the catalyst 102 is placed in the atmospheric gas 103.

次に、ステップＳ３において、雰囲気ガス１０３中にあり、触媒１０２と接触させた処理対象物１０１に対して、加熱を行う。
これにより、処理対象物１０１が分解されて、固体である残渣１０４と、燃料となる成分（ＣＨ３ＯＨ、ＣＨ４）を含む気体である排ガス１０５に分解される。 Next, in step S3, the object to be treated 101, which is in the atmosphere gas 103 and is in contact with the catalyst 102, is heated.
As a result, the object to be treated 101 is decomposed into a solid residue 104 and an exhaust gas 105 which is a gas containing fuel components (CH 3 OH, CH 4 ).

本実施の形態の燃料製造方法によれば、処理対象物１０１に触媒１０２を接触させて、その後、雰囲気ガス１０３中において処理対象物１０１を加熱する。これにより、高分子の有機物を含む処理対象物の燃焼温度を低くして、高分子の有機物を含む処理対象物から燃料を製造することができる。 According to the fuel production method of the present embodiment, the catalyst 102 is brought into contact with the object to be treated 101, and then the object to be treated 101 is heated in the atmospheric gas 103. As a result, the combustion temperature of the object to be treated containing the high molecular weight organic substance can be lowered, and the fuel can be produced from the object to be treated containing the high molecular weight organic substance.

また、図１にフローチャートを示した燃料製造方法を適用する燃料製造システムの一形態の概略構成図を、図２に示す。 Further, FIG. 2 shows a schematic configuration diagram of one form of a fuel manufacturing system to which the fuel manufacturing method shown in the flowchart is applied.

図２に示す燃料製造システムは、反応槽６と加熱装置４と回収装置８を備え、反応槽６は送気口５と排気口７を有している。
反応槽６は、処理対象物（樹脂等の高分子の有機物を含む）２を収容する。
送気口５は、反応槽６の下面に設けられ、排気口７は、反応槽６の上面に設けられている。 The fuel manufacturing system shown in FIG. 2 includes a reaction tank 6, a heating device 4, and a recovery device 8, and the reaction tank 6 has an air supply port 5 and an exhaust port 7.
The reaction tank 6 houses the object to be treated (including a high molecular weight organic substance such as a resin) 2.
The air supply port 5 is provided on the lower surface of the reaction tank 6, and the exhaust port 7 is provided on the upper surface of the reaction tank 6.

また、送気口５には、水素および酸素を含む気体を供給する供給部３を接続する。供給部３の具体的な構成としては、例えば、水蒸気を発生させる気化器や、ガスボンベ（水素ボンベ、酸素ボンベ等）や、空気を供給するコンプレッサーや、ガスの精製装置等が挙げられる。そして、送気口５は、供給部３から供給された水素および酸素を含む気体を、反応槽６内へ供給する。 Further, a supply unit 3 for supplying a gas containing hydrogen and oxygen is connected to the air supply port 5. Specific configurations of the supply unit 3 include, for example, a vaporizer that generates water vapor, a gas cylinder (hydrogen cylinder, oxygen cylinder, etc.), a compressor that supplies air, a gas purification device, and the like. Then, the air supply port 5 supplies the gas containing hydrogen and oxygen supplied from the supply unit 3 into the reaction tank 6.

加熱装置４は、供給部３から供給された水素および酸素を含む気体を加熱することで、反応槽６内を加熱し、反応槽６内に収容された処理対象物を、雰囲気ガスと反応させて分解させる。 The heating device 4 heats the inside of the reaction tank 6 by heating the gas containing hydrogen and oxygen supplied from the supply unit 3, and causes the object to be treated contained in the reaction tank 6 to react with the atmospheric gas. To disassemble.

そして、図２に示す燃料製造システムでは、以下に説明するようにして、燃料を製造することができる。 Then, in the fuel production system shown in FIG. 2, fuel can be produced as described below.

まず、図２に示すように、反応槽６内に、予め酸化物半導体と遷移金属元素を含む触媒１と、高分子の有機物を含む処理対象物２を収容する。
次に、この状態で、加熱を行う。送気口５から反応槽６内へ水素および酸素を含む気体を供給しながら、この気体を加熱装置４により加熱することで、反応槽６内を加熱する。これにより、処理対象物２が気体と反応して分解され、残渣と、燃料となる成分（ＣＨ３ＯＨ、ＣＨ４）を含む気体である排ガスが発生する。
加熱の際に、処理対象物２の反応により生じた排ガスは、排気口７から排出する。
排気口７から排出された燃料となる成分を含む気体である排ガスは、回収装置８により回収される。
加熱が終了したら、反応槽６内に残る残渣（および触媒１）を除去する。
このようにして、燃料を製造することができる。
次の製造では、反応槽６内に、酸化物半導体と遷移金属元素を含む触媒１と、高分子の有機物を含む処理対象物２を再び収容して、加熱を行う。 First, as shown in FIG. 2, a catalyst 1 containing an oxide semiconductor and a transition metal element and a processing object 2 containing a polymer organic substance are housed in the reaction vessel 6 in advance.
Next, heating is performed in this state. While supplying a gas containing hydrogen and oxygen from the air supply port 5 into the reaction tank 6, the inside of the reaction tank 6 is heated by heating this gas with the heating device 4. As a result, the object 2 to be treated reacts with the gas and is decomposed, and exhaust gas which is a gas containing a residue and a component (CH 3 OH, CH 4 ) as a fuel is generated.
At the time of heating, the exhaust gas generated by the reaction of the object 2 to be treated is discharged from the exhaust port 7.
The exhaust gas, which is a gas containing a fuel component discharged from the exhaust port 7, is recovered by the recovery device 8.
When the heating is completed, the residue (and catalyst 1) remaining in the reaction vessel 6 is removed.
In this way, the fuel can be produced.
In the next production, the catalyst 1 containing the oxide semiconductor and the transition metal element and the processing object 2 containing the organic substance of the polymer are housed again in the reaction vessel 6 and heated.

図２に示す燃料製造システムによれば、反応槽６内に、予め酸化物半導体と遷移金属元素を含む触媒１と、高分子の有機物を含む処理対象物２を収容するので、触媒１と処理対象物２を接触させることができる。
また、送気口５を備えているので、送気口５から水素および酸素を含む気体を供給し、反応槽６内に収容した、処理対象物２と反応させることができる。
また、加熱装置４を備えているので、反応槽６内に収容した、処理対象物２を加熱して、分解することができる。
また、排気口７および回収装置８を備えているので、加熱により発生した排ガスを排気口７から反応槽６の外部に排出し、回収装置８で回収することができる。
そして、反応槽６において、水素および酸素を含む雰囲気下で、酸化物半導体と遷移金属元素を含む触媒１と、高分子の有機物を含む処理対象物２を接触させた状態で、加熱装置４により加熱することにより、高分子の有機物を含む処理対象物の分解温度を低減し、高分子の有機物を含む処理対象物から一連の操作で燃料を製造することができる。 According to the fuel production system shown in FIG. 2, the catalyst 1 containing an oxide semiconductor and a transition metal element and the processing object 2 containing a high molecular weight organic substance are previously housed in the reaction tank 6, so that the catalyst 1 and the treatment are processed. The object 2 can be brought into contact with the object 2.
Further, since the air supply port 5 is provided, a gas containing hydrogen and oxygen can be supplied from the air supply port 5 and reacted with the object 2 to be treated contained in the reaction tank 6.
Further, since the heating device 4 is provided, the object to be treated 2 housed in the reaction tank 6 can be heated and decomposed.
Further, since the exhaust port 7 and the recovery device 8 are provided, the exhaust gas generated by heating can be discharged from the exhaust port 7 to the outside of the reaction tank 6 and recovered by the recovery device 8.
Then, in the reaction vessel 6, in an atmosphere containing hydrogen and oxygen, the catalyst 1 containing the oxide semiconductor and the transition metal element and the processing object 2 containing the organic substance of the polymer are brought into contact with each other by the heating device 4. By heating, the decomposition temperature of the object to be treated containing the high molecular weight organic substance can be reduced, and fuel can be produced from the object to be treated containing the high molecular weight organic substance by a series of operations.

また、図２に示す燃料製造システムでは、反応槽６内に、予め酸化物半導体と遷移金属元素を含む触媒１と、高分子の有機物を含む処理対象物２を収容して、触媒１と処理対象物２を接触させ、送気口５から供給した水素および酸素を含む気体を処理対象物２と反応させる。即ち、反応槽６内において、処理対象物２に触媒１を接触させる工程と、処理対象物２を水素および酸素を含む雰囲気中で加熱する工程とを行う。
このように２つの工程を同一の反応槽６内で行うことにより、２つの工程を別々の槽で行う場合と比較して、所要時間を短縮でき、処理対象物２の輸送の手間と輸送のためのエネルギーを削減できる。 Further, in the fuel production system shown in FIG. 2, a catalyst 1 containing an oxide semiconductor and a transition metal element and a processing object 2 containing a high molecular weight organic substance are previously housed in the reaction tank 6 to be treated with the catalyst 1. The object 2 is brought into contact with the object 2, and the gas containing hydrogen and oxygen supplied from the air supply port 5 is reacted with the object 2 to be treated. That is, in the reaction vessel 6, a step of bringing the catalyst 1 into contact with the object to be treated 2 and a step of heating the object to be treated 2 in an atmosphere containing hydrogen and oxygen are performed.
By performing the two steps in the same reaction tank 6 in this way, the required time can be shortened as compared with the case where the two steps are performed in separate tanks, and the labor and transportation of the object 2 to be processed can be reduced. Energy can be reduced.

（第２の実施の形態）
燃料製造方法の第２の実施の形態のフローチャートを、図３に示す。
図３に示すように、図１に示した第１の実施の形態の燃料製造方法に対して、ステップＳ３の加熱工程で生成した残渣１０４を分離して、触媒１０２を回収している点が異なる。
具体的には、図３に示すように、ステップＳ４の残渣１０４を固体分離する工程を行い、不燃廃棄物１０６と触媒１０７とに分離している。
得られた触媒１０７を回収して、最初に供給した触媒１０２と同様に、処理対象物１０１に供給する。
不燃廃棄物１０６は、処分する。 (Second embodiment)
A flowchart of the second embodiment of the fuel manufacturing method is shown in FIG.
As shown in FIG. 3, in contrast to the fuel production method of the first embodiment shown in FIG. 1, the residue 104 generated in the heating step of step S3 is separated and the catalyst 102 is recovered. different.
Specifically, as shown in FIG. 3, a step of solid-separating the residue 104 in step S4 is performed to separate the non-combustible waste 106 and the catalyst 107.
The obtained catalyst 107 is recovered and supplied to the object to be treated 101 in the same manner as the catalyst 102 initially supplied.
The non-combustible waste 106 is disposed of.

ステップＳ４の残渣１０４を固体分離する工程を行うために、触媒１０２，１０７を粒子で使用する。そして、触媒１０２，１０７の粒子よりも小さい開口を有する篩等を使用して、ステップＳ４の残渣１０４を固体分離する工程を行う。 The catalysts 102, 107 are used as particles to perform the step of solid separation of the residue 104 in step S4. Then, a step of solid-separating the residue 104 in step S4 is performed using a sieve or the like having an opening smaller than the particles of the catalysts 102 and 107.

その他の構成は、第１の実施の形態と同様であるので、重複説明を省略する。 Since other configurations are the same as those of the first embodiment, duplicate description will be omitted.

本実施の形態の燃料製造方法によれば、第１の実施の形態の燃料製造方法と同様に、処理対象物１０１に触媒１０２を接触させて、水素および酸素を含む雰囲気中で処理対象物１０１を加熱する。これにより、従来の燃焼方法と比較して大幅に低い温度で、処理対象物１０１を燃焼することができ、さらに、高分子の有機物を含む処理対象物１０１から燃料を製造することができる。 According to the fuel manufacturing method of the present embodiment, as in the fuel manufacturing method of the first embodiment, the catalyst 102 is brought into contact with the treatment target 101, and the treatment target 101 is brought into contact with the treatment target 101 in an atmosphere containing hydrogen and oxygen. To heat. As a result, the object to be treated 101 can be burned at a temperature significantly lower than that of the conventional combustion method, and further, fuel can be produced from the object to be treated 101 containing a high molecular weight organic substance.

さらに、本実施の形態の燃料製造方法によれば、ステップＳ４の残渣１０４を固体分離する工程を行い、不燃廃棄物１０６と触媒１０７とに分離し、得られた触媒１０７を回収して、処理対象物１０１に供給する。このように、触媒１０７を回収して再利用するので、触媒１０７の使用量を低減することができる。 Further, according to the fuel production method of the present embodiment, a step of solid-separating the residue 104 of step S4 is performed, the non-combustible waste 106 and the catalyst 107 are separated, and the obtained catalyst 107 is recovered and treated. Supply to the object 101. Since the catalyst 107 is recovered and reused in this way, the amount of the catalyst 107 used can be reduced.

また、図３にフローチャートを示した燃料製造方法を適用した燃料製造システムの一形態の概略構成図を、図４に示す。
図４に示す燃料製造システムは、図２に示した燃料製造システムと比較すると、さらに、撹拌機９、攪拌翼１０、投入口１１と排出口１２が設けられている点が異なる。
攪拌翼１０は、反応槽６内に設けられている。攪拌翼１０は、撹拌機９を動力源とする軸の回転により、触媒１と処理対象物２を攪拌する。
排出口１２は、反応槽６内の下部に設けられており、排出口１２は、触媒１の粒子より小さい開口の篩を備える。この篩によって、触媒１と、処理対象物が分解した不燃廃棄物とを分離することができる。不燃廃棄物は、篩の開口を通過して、排出口１２から排出される。
投入口１１は、反応槽６の上面に設けられている。不燃廃棄物が排出口１２から排出されるので、投入口１１から新たな処理対象物２を追加投入して、また処理対象物２を加熱して分解することができる。 Further, FIG. 4 shows a schematic configuration diagram of one form of a fuel manufacturing system to which the fuel manufacturing method shown in the flowchart is applied.
The fuel manufacturing system shown in FIG. 4 is different from the fuel manufacturing system shown in FIG. 2 in that it is further provided with a stirrer 9, a stirrer blade 10, an input port 11 and an discharge port 12.
The stirring blade 10 is provided in the reaction tank 6. The stirring blade 10 stirs the catalyst 1 and the object to be processed 2 by the rotation of the shaft powered by the stirrer 9.
The discharge port 12 is provided at the lower part in the reaction tank 6, and the discharge port 12 includes a sieve having an opening smaller than the particles of the catalyst 1. By this sieve, the catalyst 1 and the non-combustible waste in which the object to be treated is decomposed can be separated. The non-combustible waste passes through the opening of the sieve and is discharged from the discharge port 12.
The charging port 11 is provided on the upper surface of the reaction tank 6. Since the non-combustible waste is discharged from the discharge port 12, a new treatment target object 2 can be additionally charged from the charging port 11 and the treatment target object 2 can be heated and decomposed.

その他の構成は、図２に示した燃料製造システムと同様であるので、重複説明を省略する。 Since other configurations are the same as those of the fuel manufacturing system shown in FIG. 2, duplicate description will be omitted.

図４に示す燃料製造システムによれば、反応槽６内の下部に、触媒１の粒子より小さい開口を有する篩を備える排出口１２が設けられていることにより、処理対象物２が分解した不燃廃棄物を排出し、不燃廃棄物と触媒１を分離することができる。
また、反応槽６の上面に投入口１１が設けられていることにより、投入口１１から新たな処理対象物２を追加投入することができる。
さらに、反応槽６内に攪拌翼１０が設けられていることにより、攪拌翼１０で攪拌することで、投入口１１から追加投入した処理対象物２と、触媒１との接触を維持することができる。 According to the fuel production system shown in FIG. 4, a discharge port 12 having a sieve having an opening smaller than the particles of the catalyst 1 is provided in the lower part of the reaction tank 6, so that the object to be treated 2 is decomposed and is incombustible. The waste can be discharged and the non-combustible waste and the catalyst 1 can be separated.
Further, since the charging port 11 is provided on the upper surface of the reaction tank 6, a new processing target 2 can be additionally charged from the charging port 11.
Further, since the stirring blade 10 is provided in the reaction tank 6, it is possible to maintain the contact between the processing object 2 additionally charged from the charging port 11 and the catalyst 1 by stirring with the stirring blade 10. can.

図４に示す燃料製造システムによれば、上述したように、処理対象物２を追加投入して、処理対象物２と触媒１との接触を維持することができ、処理対象物２を連続して処理できる。
また、排出口１２の篩によって、触媒１を不燃廃棄物と分離することができ、処理対象物２を連続して処理する間、触媒１を継続して利用できるので、触媒１の使用量を低減することができる。 According to the fuel manufacturing system shown in FIG. 4, as described above, the object to be processed 2 can be additionally charged to maintain the contact between the object 2 to be processed and the catalyst 1, and the object 2 to be processed can be continuously connected. Can be processed.
Further, the catalyst 1 can be separated from the non-combustible waste by the sieve of the discharge port 12, and the catalyst 1 can be continuously used while the treatment target 2 is continuously treated. Therefore, the amount of the catalyst 1 used can be reduced. Can be reduced.

（変形例）
なお、反応槽６において触媒１と処理対象物２を混合し接触させる代わりに、反応槽６の内壁や攪拌翼１０に触媒を付与して、触媒を継続して使用することも可能である。
この触媒を付与する場合には、摩耗等により触媒が減少したら、反応槽６の内壁や攪拌翼１０に触媒を再度付与して補充する。
また、この触媒を付与する構成は、図２の燃料製造システムに適用してバッチ式で処理することも、図４の燃料製造システムに適用して連続式で処理することも可能である。 (Modification example)
Instead of mixing and contacting the catalyst 1 and the object to be treated 2 in the reaction tank 6, it is also possible to apply the catalyst to the inner wall of the reaction tank 6 and the stirring blade 10 and continue to use the catalyst.
When this catalyst is applied, when the catalyst is reduced due to wear or the like, the catalyst is reapplied to the inner wall of the reaction tank 6 and the stirring blade 10 to replenish the catalyst.
Further, the configuration in which the catalyst is applied can be applied to the fuel production system of FIG. 2 for batch processing, or applied to the fuel production system of FIG. 4 for continuous processing.

（第３の実施の形態）
燃料製造方法の第３の実施の形態のフローチャートを、図５に示す。
図５に示すように、図１に示した第１の実施の形態の燃料製造方法に対して、ステップＳ３の加熱工程で生成した排ガス１０５を分離している。
具体的には、図５に示すように、ステップＳ５の排ガス１０５を気体分離する工程を行い、排ガス１０５を燃料ガス（ＣＨ４ＯＨ，ＣＨ４）１０９と非燃料ガス（Ｈ２Ｏ、ＣＯ２、ＳＯｘ、ＮＯｘ）１１０とに分離している。
燃料ガス１０９を回収する際に混入する不純物を低減するため、排ガス１０５中に含まれる非燃料ガス１１０を取り除く。例えば、吸湿材を通してＨ２Ｏを、アルカリトラップを通してＣＯ２、ＳＯｘ、ＮＯｘを取り除くことで、回収する燃料ガス中の非燃料ガス濃度を低減する。 (Third embodiment)
A flowchart of the third embodiment of the fuel manufacturing method is shown in FIG.
As shown in FIG. 5, the exhaust gas 105 generated in the heating step of step S3 is separated from the fuel manufacturing method of the first embodiment shown in FIG.
Specifically, as shown in FIG. 5, a step of gas separation of the exhaust gas 105 in step S5 is performed, and the exhaust gas 105 is separated into a fuel gas (CH 4 OH, CH 4 ) 109 and a non-fuel gas (H 2 O, CO 2 ). , SO x , NO x ) 110.
In order to reduce impurities mixed in when recovering the fuel gas 109, the non-fuel gas 110 contained in the exhaust gas 105 is removed. For example, by removing H 2 O through a moisture absorbing material and CO 2 , SO x , NO x through an alkaline trap, the concentration of non-fuel gas in the recovered fuel gas is reduced.

その他の構成は、第１の実施の形態と同様であるので、重複説明を省略する。 Since other configurations are the same as those of the first embodiment, duplicate description will be omitted.

本実施の形態の燃料製造方法によれば、第１の実施の形態の燃料製造方法と同様に、処理対象物１０１に触媒１０２を接触させて、水素および酸素を含む雰囲気中で処理対象物１０１を加熱する。これにより、従来の燃焼方法と比較して大幅に低い温度で、処理対象物１０１を燃焼することができ、さらに、高分子の有機物を含む処理対象物から燃料を製造することができる。
さらに、本実施の形態の減容方法によれば、ステップＳ５の排ガス１０５を気体分離する工程により、生成した排ガス１０５を燃料ガス１０９と非燃料ガス１１０に分離するので、回収する燃料ガスの純度を高めることができる。 According to the fuel manufacturing method of the present embodiment, as in the fuel manufacturing method of the first embodiment, the catalyst 102 is brought into contact with the treatment target 101, and the treatment target 101 is brought into contact with the treatment target 101 in an atmosphere containing hydrogen and oxygen. To heat. As a result, the object to be treated 101 can be burned at a temperature significantly lower than that of the conventional combustion method, and further, fuel can be produced from the object to be treated containing a high molecular weight organic substance.
Further, according to the volume reduction method of the present embodiment, the generated exhaust gas 105 is separated into the fuel gas 109 and the non-fuel gas 110 by the step of gas separating the exhaust gas 105 in step S5, so that the purity of the recovered fuel gas is obtained. Can be enhanced.

また、図５にフローチャートを示した燃料製造方法を適用した燃料製造システムの一形態の概略構成図を、図６に示す。
図６に示す燃料製造システムは、図２に示した燃料製造システムと比較すると、さらに、反応槽６の上面の排気口７に接続されたトラップ１３が設けられている点が異なる。
トラップ１３は、内部に吸湿剤を入れて、排気口７からの排ガスのうち、水蒸気（Ｈ２Ｏ）を吸湿剤と反応させる。これにより、排ガスから水蒸気を除去して外部に排出されない。
また、トラップ１３は、内部にアルカリを入れて、排気口７からの排ガスのうち、酸性ガス（ＣＯ２、ＳＯｘ、ＮＯｘ）をアルカリと反応させる。これにより、酸性ガスが塩や塩の水溶液等に変わるので、気体として外部に排出されない。
必要に応じて、反応した分の吸湿剤やアルカリ化合物をトラップ１３に補充する。 Further, FIG. 6 shows a schematic configuration diagram of one form of a fuel manufacturing system to which the fuel manufacturing method shown in the flowchart is applied.
The fuel manufacturing system shown in FIG. 6 is different from the fuel manufacturing system shown in FIG. 2 in that a trap 13 connected to an exhaust port 7 on the upper surface of the reaction tank 6 is further provided.
The trap 13 puts a hygroscopic agent inside and causes water vapor ( H2O ) of the exhaust gas from the exhaust port 7 to react with the hygroscopic agent. As a result, water vapor is removed from the exhaust gas and is not discharged to the outside.
Further, the trap 13 puts an alkali inside and causes an acid gas (CO 2 , SO x , NO x ) among the exhaust gas from the exhaust port 7 to react with the alkali. As a result, the acid gas is changed to a salt, an aqueous solution of the salt, or the like, so that the acid gas is not discharged to the outside as a gas.
If necessary, the trap 13 is replenished with the reacted hygroscopic agent or alkaline compound.

その他の構成は、図２に示した燃料製造システムと同様であるので、重複説明を省略する。 Since other configurations are the same as those of the fuel manufacturing system shown in FIG. 2, duplicate description will be omitted.

図６に示す燃料製造システムによれば、反応槽６の上面の排気口７に接続されたトラップ１３が設けられていることにより、排気口７からの排ガスのうちの水蒸気や酸性ガスを、気体として外部に排出されないようにできる。 According to the fuel production system shown in FIG. 6, by providing the trap 13 connected to the exhaust port 7 on the upper surface of the reaction tank 6, water vapor and acid gas among the exhaust gas from the exhaust port 7 are gasified. It can be prevented from being discharged to the outside.

（第４の実施の形態）
燃料製造方法の第４の実施の形態では、処理対象物を加熱する工程において排出される排ガスと、処理対象物を加熱する工程において使用する、水素および酸素を含む雰囲気との間で、熱交換を行う。
燃料製造方法の第４の実施の形態について、その製造方法を適用した燃料製造システムの一形態の概略構成図を、図７に示す。
図７に示す燃料製造システムは、プラントの排熱を利用する場合の燃料製造システムの一形態について、概略を示している。
図７に示す燃料製造システムは、図２、図４、図６に示した燃料製造システムと比較すると、さらに熱交換器１４，１５を備えており、さらにプラント１６に接続されている。
プラント１６は、蒸気排出設備１７と高温排気設備１８とを備えている。 (Fourth Embodiment)
In the fourth embodiment of the fuel production method, heat exchange is performed between the exhaust gas discharged in the step of heating the object to be treated and the atmosphere containing hydrogen and oxygen used in the step of heating the object to be treated. I do.
FIG. 7 shows a schematic configuration diagram of an embodiment of a fuel manufacturing system to which the manufacturing method is applied to the fourth embodiment of the fuel manufacturing method.
The fuel manufacturing system shown in FIG. 7 outlines one form of the fuel manufacturing system when the waste heat of the plant is used.
The fuel manufacturing system shown in FIG. 7 further includes heat exchangers 14 and 15 as compared with the fuel manufacturing systems shown in FIGS. 2, 4, and 6, and is further connected to the plant 16.
The plant 16 includes a steam exhaust facility 17 and a high temperature exhaust facility 18.

熱交換器１４は、反応槽６の上面の排気口７に接続され、また、反応槽６の下面の送気口５に接続されている。
熱交換器１４には、図中下側から、水素および酸素を含む気体が供給される。水素および酸素を含む気体は、熱交換器１４を経て、反応槽６の下面の送気口５に供給される。
また、熱交換器１４には、排気口７から排ガスが供給される。排ガスは、熱交換器１４を通り、熱交換器１４から図中右側に排出される。
熱交換器１４において、水素および酸素を含む気体の流路と、排ガスの流路とは、互いのガスが混ざらないように別々の管で構成されているが、排ガスと水素および酸素を含む気体との間で熱交換を行えるように、２つの管の接触面積が大きくなるように構成される。 The heat exchanger 14 is connected to the exhaust port 7 on the upper surface of the reaction tank 6 and is connected to the air supply port 5 on the lower surface of the reaction tank 6.
A gas containing hydrogen and oxygen is supplied to the heat exchanger 14 from the lower side in the figure. The gas containing hydrogen and oxygen is supplied to the air supply port 5 on the lower surface of the reaction tank 6 via the heat exchanger 14.
Further, exhaust gas is supplied to the heat exchanger 14 from the exhaust port 7. The exhaust gas passes through the heat exchanger 14 and is discharged from the heat exchanger 14 to the right side in the figure.
In the heat exchanger 14, the flow path of the gas containing hydrogen and oxygen and the flow path of the exhaust gas are composed of separate pipes so that the gases do not mix with each other. The contact area between the two tubes is configured to be large so that heat can be exchanged with and from.

熱交換器１５は、プラント１６の高温排気装置１８に接続され、また、反応槽６の下面の送気口５に接続されている。
熱交換器１５には、図中下側から、水素および酸素を含む気体が供給される。水素および酸素を含む気体は、熱交換器１５を経て、反応槽６の下面の送気口５に供給される。
また、熱交換器１５には、プラント１６の高温排気装置１８から高温の排気が供給される。高温の排気は、熱交換器１５を通り、熱交換器１５から図中右側に排出される。
熱交換器１５において、水素および酸素を含む気体の流路と、高温の排気の流路とは、互いのガスが混ざらないように別々の管で構成されているが、高温の排気と水素および酸素を含む気体との間で熱交換を行えるように、２つの管の接触面積が大きくなるように構成される。 The heat exchanger 15 is connected to the high temperature exhaust device 18 of the plant 16 and is also connected to the air supply port 5 on the lower surface of the reaction tank 6.
A gas containing hydrogen and oxygen is supplied to the heat exchanger 15 from the lower side in the figure. The gas containing hydrogen and oxygen is supplied to the air supply port 5 on the lower surface of the reaction tank 6 via the heat exchanger 15.
Further, the heat exchanger 15 is supplied with high-temperature exhaust gas from the high-temperature exhaust device 18 of the plant 16. The high-temperature exhaust gas passes through the heat exchanger 15 and is discharged from the heat exchanger 15 to the right side in the figure.
In the heat exchanger 15, the flow path of the gas containing hydrogen and oxygen and the flow path of the high temperature exhaust are composed of separate pipes so that the gases do not mix with each other. The contact area between the two tubes is configured to be large so that heat can be exchanged with the gas containing oxygen.

プラント１６の蒸気排出装置１７は、供給部３と合流して送気口５に接続される。蒸気排出装置１７は、プラント１６で発生した予熱による水蒸気を、水素および酸素を含む気体の一部として供給する。 The steam discharge device 17 of the plant 16 merges with the supply unit 3 and is connected to the air supply port 5. The steam discharge device 17 supplies steam generated by preheating in the plant 16 as a part of a gas containing hydrogen and oxygen.

その他の構成は、図２に示した燃料製造システムと同様であるので、重複説明を省略する。 Since other configurations are the same as those of the fuel manufacturing system shown in FIG. 2, duplicate description will be omitted.

図７に示す燃料製造システムによれば、熱交換器１４，１５において、送気口５に供給する雰囲気ガスを、排気口６からの排ガスおよび高温排気設備１８からの高温の排気との熱交換で暖めることができるので、加熱装置４から加えるエネルギーを減らすことができる。
さらに、図７に示す燃料製造システムによれば、蒸気排出設備１７から排出される水蒸気を供給する雰囲気ガスの一部として利用できるので、供給部３で水蒸気を発生させるための用いるエネルギーを減らすことができる。 According to the fuel manufacturing system shown in FIG. 7, in the heat exchangers 14 and 15, the atmospheric gas supplied to the air supply port 5 is exchanged with the exhaust gas from the exhaust port 6 and the high temperature exhaust gas from the high temperature exhaust facility 18. Since it can be heated with, the energy applied from the heating device 4 can be reduced.
Further, according to the fuel production system shown in FIG. 7, since it can be used as a part of the atmospheric gas that supplies the steam discharged from the steam discharge facility 17, the energy used for generating the steam in the supply unit 3 can be reduced. Can be done.

上述した第２の実施の形態から第４の実施の形態までの各実施の形態の構成は、燃料の製造処理や燃料製造システムの動作に問題を生じない限りにおいて、複数の実施の形態の構成を適宜組み合わせることが可能である。 The configuration of each embodiment from the second embodiment to the fourth embodiment described above is the configuration of a plurality of embodiments as long as there is no problem in the fuel manufacturing process or the operation of the fuel manufacturing system. Can be combined as appropriate.

なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上述した各実施の形態は、本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes various modifications. For example, each of the above-described embodiments has been described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and is not necessarily limited to those having all the described configurations.

１ 触媒、２ 処理対象物、３ 供給部、４ 加熱装置、５ 送気口、６ 反応槽、７ 排気口、８ 回収装置、９ 撹拌機、１０ 攪拌翼、１１ 投入口、１２ 排出口、１３ トラップ、１４，１５ 熱交換器、１６ プラント、１７ 蒸気排出設備、１８ 高温排気設備 1 catalyst, 2 object to be treated, 3 supply unit, 4 heating device, 5 air supply port, 6 reaction tank, 7 exhaust port, 8 recovery device, 9 stirrer, 10 stirring blade, 11 input port, 12 discharge port, 13 Trap, 14,15 heat exchanger, 16 plants, 17 steam exhaust equipment, 18 high temperature exhaust equipment

Claims (16)

高分子の有機物を含む処理対象物から燃料を製造する方法であって、
前記処理対象物に、酸化物半導体および遷移金属元素を含む触媒を接触させる工程と、
さらに、前記酸化物半導体および前記遷移金属元素を含む前記触媒と接触させた、前記処理対象物を水素および酸素を含む雰囲気中で加熱する工程を有する
燃料製造方法。 A method of producing fuel from a processing object containing high molecular weight organic substances.
A step of bringing a catalyst containing an oxide semiconductor and a transition metal element into contact with the object to be treated,
Further, a fuel production method comprising a step of heating the object to be treated in contact with the catalyst containing the oxide semiconductor and the transition metal element in an atmosphere containing hydrogen and oxygen. 前記処理対象物として、廃プラスチック、廃樹脂を使用する、請求項１に記載の燃料製造方法。 The fuel manufacturing method according to claim 1, wherein waste plastic and waste resin are used as the object to be treated. 前記酸化物半導体として、バンドギャップが２．０ｅＶ以上の酸化物半導体を使用する、請求項１に記載の燃料製造方法。 The fuel manufacturing method according to claim 1, wherein an oxide semiconductor having a bandgap of 2.0 eV or more is used as the oxide semiconductor. 前記遷移金属元素として、Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｒｕ，Ｒｄ，Ｐｄ，Ｏｓ，Ｉｒ，Ｐｔ，Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕから選ばれる１種以上を使用する、請求項１に記載の燃料製造方法。 Claim 1 which uses one or more selected from Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Ru, Rd, Pd, Os, Ir, Pt, Cu, Ag and Au as the transition metal element. The fuel manufacturing method described in. 前記処理対象物を水素および酸素を含む雰囲気中で加熱する工程を２００℃～５００℃の温度で行う、請求項１に記載の燃料製造方法。 The fuel production method according to claim 1, wherein the step of heating the object to be treated in an atmosphere containing hydrogen and oxygen is performed at a temperature of 200 ° C to 500 ° C. 前記処理対象物を水素および酸素を含む雰囲気中で加熱する工程の後に、さらに、残渣を酸化物半導体および遷移金属元素を含む触媒と不燃廃棄物とに分離する工程を有する請求項１に記載の燃料製造方法。 The first aspect of claim 1, further comprising a step of heating the object to be treated in an atmosphere containing hydrogen and oxygen, followed by a step of separating the residue into a catalyst containing an oxide semiconductor and a transition metal element and non-combustible waste. Fuel manufacturing method. 前記処理対象物を水素および酸素を含む雰囲気中で加熱する工程の後に、さらに、前記加熱する工程により排出される排ガスのうちの燃料ガスを分離する工程を有する請求項１に記載の燃料製造方法。 The fuel production method according to claim 1, further comprising a step of heating the object to be treated in an atmosphere containing hydrogen and oxygen, and then a step of separating the fuel gas from the exhaust gas discharged by the heating step. .. 前記処理対象物を水素および酸素を含む雰囲気中で加熱する工程により排出される排ガスと、前記水素および酸素を含む雰囲気との間で熱交換を行う請求項１に記載の燃料製造方法。 The fuel production method according to claim 1, wherein heat exchange is performed between the exhaust gas discharged by the step of heating the object to be treated in an atmosphere containing hydrogen and oxygen and the atmosphere containing hydrogen and oxygen. 前記処理対象物に、酸化物半導体および遷移金属元素を含む触媒を接触させる工程と、前記処理対象物を水素および酸素を含む雰囲気中で加熱する工程を、同一の反応槽内で行う請求項１に記載の燃料製造方法。 Claim 1 in which a step of bringing a catalyst containing an oxide semiconductor and a transition metal element into contact with the object to be treated and a step of heating the object to be treated in an atmosphere containing hydrogen and oxygen are performed in the same reaction vessel. The fuel manufacturing method described in. 高分子の有機物を含む処理対象物から燃料を製造する、燃料製造システムであって、
前記処理対象物を収容する反応槽と、
前記反応槽内を加熱する加熱装置と、
前記反応槽内へ水素および酸素を含む気体を供給する供給部と、を備え、
前記反応槽は、前記供給部から供給された水素および酸素を含む気体を、前記反応槽内に供給する送気口と、前記反応槽内から前記処理対象物の反応により生じた排ガスを排出する排気口と、を有する
燃料製造システム。 A fuel manufacturing system that manufactures fuel from processed objects containing high molecular weight organic substances.
A reaction tank containing the object to be treated and
A heating device that heats the inside of the reaction vessel and
A supply unit for supplying a gas containing hydrogen and oxygen into the reaction vessel is provided.
The reaction tank discharges the exhaust gas generated by the reaction of the object to be treated from the air supply port for supplying the gas containing hydrogen and oxygen supplied from the supply unit into the reaction tank and the inside of the reaction tank. A fuel manufacturing system with an exhaust port. 前記反応槽が、前記処理対象物を攪拌する攪拌翼を備えた請求項１０に記載の燃料製造システム。 The fuel production system according to claim 10, wherein the reaction vessel is provided with a stirring blade for stirring the object to be processed. 前記反応槽に、前記処理対象物の燃焼による残渣と、酸化物半導体および遷移金属元素を含む触媒とを分離する設備が設けられている請求項１０に記載の燃料製造システム。 The fuel production system according to claim 10, wherein the reaction vessel is provided with equipment for separating a residue from combustion of the object to be treated and a catalyst containing an oxide semiconductor and a transition metal element. 前記反応槽の前記排気口に接続され、内部に吸湿剤およびアルカリの少なくとも一方が収容され、前記反応槽から排出される前記排ガス中の非燃料ガスを処理する、トラップが設けられている請求項１０に記載の燃料製造システム。 Claimed to be provided with a trap which is connected to the exhaust port of the reaction tank, contains at least one of a hygroscopic agent and an alkali, and treats a non-fuel gas in the exhaust gas discharged from the reaction tank. 10. The fuel production system according to 10. 前記反応槽の前記送気口と前記排気口にそれぞれ接続され、前記送気口に供給する前記気体と前記排気口から排出される前記排ガスとを熱交換する、熱交換器が設けられている請求項１０に記載の燃料製造システム。 A heat exchanger is provided that is connected to the air supply port and the exhaust port of the reaction tank, respectively, and exchanges heat between the gas supplied to the air supply port and the exhaust gas discharged from the exhaust port. The fuel manufacturing system according to claim 10. 前記反応槽の前記送気口に接続され、前記送気口に供給する前記気体とプラントから排出される排ガスとを熱交換する、熱交換器が設けられている請求項１０に記載の燃料製造システム。 The fuel production according to claim 10, wherein a heat exchanger is provided which is connected to the air supply port of the reaction tank and exchanges heat between the gas supplied to the air supply port and the exhaust gas discharged from the plant. system. 前記反応槽の前記送気口に供給する前記気体の一部として、プラントから排出される水蒸気を利用する請求項１０に記載の燃料製造システム。 The fuel production system according to claim 10, wherein water vapor discharged from the plant is used as a part of the gas supplied to the air supply port of the reaction tank.
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