JP4117378B2 - 石膏ボードの処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、石膏ボードの処理方法に関し、更に詳しくは、石膏ボード中の石膏を化学的に変化させずに紙成分のみを効果的にクリーンガス化することを特徴とする石膏ボードの処理方法に関する。

従来から、石膏ボードは建築内装材として多く使用されている。
石膏ボードの使用量は年々着実に増えてきており、その発生する廃棄物の量は、今日では年間に約１５０万トンに達するものとなっている。
この内、約５０万トンは生産時や新築内装工事での端材で、石膏ボードメーカーがリサイクルを行っている。しかし、残りの約１００万トンが改築・解体工事で排出され、ほぼ全量が埋立て処分されている。このような処分された廃棄物も年々増加する傾向にあり、環境保全の観点からも石膏ボードのリサイクルが求められている。

石膏ボードは石膏の他に紙成分を一定の割合で含んでいる。
すなわち、石膏ボードは、石膏を主体とする芯材の表面を石膏ボード用の原紙で被覆した板状の構造となっており、このような石膏ボードでは含まれる原紙の割合が約７〜１０重量％となっている。
石膏ボードは回収してリサイクル石膏ボードやセメント原料への再利用が期待されているが、石膏ボードを粉砕して回収し、リサイクルした石膏ボードとして使用した場合、該石膏ボードを被覆する原紙により、粉体或いはスラリー化物の流動性の低下などの問題が起こる。

ところで石膏ボードを再生する手段として、石膏ボードの紙成分と石膏とを機械的に分離し、石膏を回収する方法（特開平１０−２８６５５３号、特開２０００−２５４５３１号など）及び石膏ボードを焼成して石膏を回収する方法なども提案されている〔例えば特許文献１、２参照〕。
前者では、煩雑な工程を必要とし、また分離した紙の処分が問題になる。後者では、石膏の分解による硫黄酸化物（ＳＯｘ）発生が問題になる。
また、最近は石膏ボードを石膏の分解が起こらない温度で焼成してＳＯｘの発生を抑制し石膏を回収する方法（特開２００２−８６０９８号など）なども提案されている〔例えば特許文献３参照〕。
しかし、紙の資源化は勿論のこと、紙焼成により発生する一酸化炭素、二酸化炭素などの排ガスの問題は依然として残されている。従って、石膏ボード中の紙成分を効果的にクリーンガス化し、再資源化も可能となる石膏ボード処理方法の開発が強く望まれる。

本出願人は、既に二酸化炭素吸収物質の共存下で、石炭や石油、プラスチック、バイオマス等の有機物を効果的にガス化して、二酸化炭素を二酸化炭素吸収物質に吸収させて、主として水素を生成する、クリーンガス化する方法をいくつか提案してきた（特許文献４〜９参照）。
これらの水蒸気ガス化反応により生成したガスの組成は、一酸化炭素、水蒸気、二酸化炭素及び水素を主な成分とするものとなり、各組成ガスは、次の化学平衡式により化学平衡に達する。
ＣＯ＋Ｈ_２Ｏ ⇔ ＣＯ_２＋Ｈ_２ …（１）
その際、各組成ガスの割合は、圧力と温度等の条件により決まる平衡値に留まるため、全体に占める水素の割合はモル数でいう３０％程度にしかならない。

そこで、予め反応場に二酸化炭素吸収物質（例えばＣａＯ）を過剰に共存させて、生成ガス中から二酸化炭素を吸収させて除去することにより、上記化学平衡式（１）を、二酸化炭素と水素を生成する方向（即ち右向き）に反応を積極的に進行させることができる。
そして、この反応により新たに生成された二酸化炭素は、更に二酸化炭素吸収物質と反応して吸収される。
このようにして順次反応が進み、最終的にはガス中の水素の割合を８０％程度にまで向上させることができるのである。
また、本出願人は、水蒸気還元の出発物質をバイオマスに限定することにより、二酸化炭素吸収物質共存下、５００〜８００℃の条件下で圧力３０気圧未満という非常に緩やかな反応条件下で効率よく水蒸気の還元を行うことができ、二酸化炭素をほとんど含まない非常にクリーンなエネルギーである水素に変換することが可能であることを見出し既に出願済である。
尚、バイオマスとは、石炭や石油等の化石燃料を除いた生物由来の有機資源を意味し、森林や農作物、海藻・魚介類、又はこれらを利用した製品、有機性廃棄物などをも含む再生可能な有機資源をいう。

これらのクリーンガス化法は、バイオマスの水蒸気ガス化による水素の製造過程において生成する二酸化炭素を二酸化炭素吸収物質に吸収させて積極的に除去するものであり、最終的な生成ガス中に二酸化炭素をほとんど含まない非常にクリーンな水素エネルギーを作り出すものとして、地球温暖化防止の観点からも注目される。
また、いわゆる有機廃棄物を含むバイオマスを、クリーンなエネルギーである水素に変換し再利用することを可能にする点でも非常に優れた技術である。

しかし、バイオマスの中でも特に石膏ボードについていうと、石膏ボードを高温で水蒸気ガス化した場合、石膏ボードの紙成分のガス化と共に、石膏自体が分解してＳＯｘを生成したり、石膏が硫化カルシウムへ転化後の冷却過程において、Ｈ_２Ｏ、ＣＯ_２共存下で硫化カルシウムが炭酸化することによって硫化水素が生成することが（特開昭６１−６３５０４参照）予想される〔例えば特許文献９参照〕。
従って、石膏ボード中の紙部分のみをクリーンガス化するには新たな石膏ボードの処理法の開発が必要である。

特開平１０−２８６５５３号 特開２０００−２５４５３１号公報 特開２００２−８６０９８号公報 特開２０００−１４３２０２号公報 特開２０００−１５３２５２号公報 特開２００１−１９４０２号公報 特開２００１−３０２２０６号公報 特開昭５４−１７３９９号公報 特開昭６１−６３５０４号公報

本発明は、かかる実状を背景に、上記の問題点を克服するためになされたものである。
すなわち、本発明の目的は、二酸化炭素吸物質共存下で、特に石膏ボードを穏和な条件で水蒸気及び酸素と反応させて、石膏ボードの石膏部分を化学的に変化させずに紙部分のみを主として水素と二酸化炭素にガス化して、生成する二酸化炭素を二酸化炭素吸収物質に吸収させて、クリーンガス化することによって石膏ボードを処理する方法を提供することである。

かくして、本発明者は、このような課題背景に対して鋭意研究を重ねた結果、石膏ボードに含まれるバイオマスである紙成分は、例えば木材等に比べて熱化学的に分解し易く、適量の二酸化炭素吸物質存在下で、石膏ボード中の原紙を圧力３０気圧未満、４００〜７００℃の穏和な条件で水蒸気及び酸素と反応させると、石膏を化学的に変化させず、紙成分を効果的に主に水素と二酸化炭素にガス化できることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成させたものである。

即ち、本発明は、（１）、石膏ボードを二酸化炭素吸収物質の共存下で水蒸気及び酸素と反応させて、その紙成分を水素と二酸化炭素にガス化して、該二酸化炭素を二酸化炭素吸収物質に吸収させる石膏ボード処理方法であって、該石膏ボードの紙成分と水蒸気及び酸素との反応を生ぜしめるための反応場において、圧力３０気圧未満、温度４００℃〜７００℃の条件下で反応させるものにおいて、該反応させる石膏ボードの処理方法に存する。

そして、（２）、前記反応場において、石膏ボード中の炭素のモル数［Ｃ］に対する二酸化炭素吸収物質のモル数〔二酸化炭素吸収物質〕の比、〔二酸化炭素吸収物質〕／［Ｃ］が、１〜５の範囲である上記（１）記載の石膏ボードの処理方法に存する。

そしてまた、（３）、前記二酸化炭素吸収物質は、Ｃａ、Ｍｇ、Ｓｒ，Ｂａ又はＦｅの酸化物又は水酸化物である上記（１）記載の石膏ボードの処理方法に存する。

そしてまた、（４）、前記酸化物又は水酸化物は、Ｃａを含む貝殻類を出発物とする酸化物又は水酸化物である上記（３）記載の石膏ボードの処理方に存する。

そしてまた、（５）、二酸化炭素を吸収して炭酸塩を形成した二酸化炭素吸収物質を反応場から取り出す上記（１）記載の石膏ボードの処理方法に存する。

そしてまた、（６）、二酸化炭素を吸収して炭酸塩を形成した二酸化炭素吸収物質を反応場から取り出し、その後，該炭酸塩を分解して二酸化炭素吸収物質に変え、該二酸化炭素吸収物質を再び反応場に戻す上記（１）記載の石膏ボードの処理方法に存する。

そしてまた、（７）、前記反応場における石膏ボード中の炭素のモル数［Ｃ］に対する水蒸気のモル数［Ｈ_２Ｏ］の比、［Ｈ_２Ｏ］／［Ｃ］が、２以上になるように水蒸気を供給する上記（１）記載の石膏ボードの処理方法に存する。

そしてまた、（８）、前記反応場に供給する酸素の濃度が、該反応場における石膏ボード中の炭素のモル数［Ｃ］に対する酸素のモル数［Ｏ_２］の比、［Ｏ_２］／［Ｃ］が、０．５以下である上記（１）記載の石膏ボードの処理方法に存する。

本発明はこの目的に沿ったものであれば、上記１〜８の中から選ばれた２つ以上を組み合わせた構成も当然可能である。

本発明によれば、適量の二酸化炭素吸収物質共存下、石膏ボードを水蒸気及び酸素でガス化を行うと、３０気圧未満という非常に緩やかな反応条件下で効率よく水素と二酸化炭素にガス化を行うことができ、適量の二酸化炭素吸収物質を共存させると二酸化炭素をほとんど含まない非常にクリーンなエネルギーである水素に変換することが可能となる。

以下、図面に基づいて、本発明の石膏ボードの石膏を化学的に変化させずに紙部分のみをクリーンガス化して石膏ボードを処理するのに好適な実施の形態について述べる。
本発明の石膏ボード処理方法は、主として石膏ボード中の紙成分と水蒸気及び酸素との反応を生ぜしめるための反応場の圧力を３０気圧未満という低圧で且つ反応温度４００℃〜７００℃で行うことにより、石膏ボード中の石膏を化学的に変化させずに紙成分のみを主として水素と二酸化炭素に効果的にガス化し、生成する二酸化炭素を二酸化炭素吸収物質に吸収させて、固定することによって、クリーンガス化することが出来ることを見出した点に特徴がある。

このように穏和なガス化条件下で、石膏ボード中の石膏が化学的に変化せずに、紙成分のみが主として水素と二酸化炭素に効果的にガス化できることについて、以下説明する。
先ず、本発明者等の実験では、例えば、コナラ材や杉材等の木材（木質系バイオマス）を加熱すると、全重量のうち７０％程度が揮発するという知見が得られている。
これは、木質系のバイオマスの主成分は、セルロース〔一般式は（Ｃ_６Ｈ_１０Ｏ_５）_ｎ〕、ヘミセルロース及びリグニンで、セルロースはリグニンに守られるような構造になっていて、それらは２００〜５００℃で分解揮発するからと考えられる。
他の種類のバイオマスでも同様な傾向が見られるが、特に、抄紙工程により製造された紙には、より高温で分解する（２８０〜５００℃）リグニンが含まれないので更に分解し易いと考えられる。

紙（化学式ＣｘＨｙＯｚ）は以下のように比較的容易に熱化学的に分解する。
ＣｘＨｙＯｚ→ （ｘ−ｚ）Ｃ＋ｚＣＯ ＋（ｙ／２）Ｈ_２…（２）
そして、更に、
Ｃ＋Ｈ_２Ｏ → Ｈ_２＋ＣＯ …（３）
Ｃ＋ＣＯ_２ → ２ＣＯ …（４）
等の反応を生じて、比較的容易に上記の化学平衡［化学平衡式（１）参照］に達すると考えられている。
本発明では水蒸気と共に酸素を用いることにより、リグニンを含まない紙成分のガス化は低温でも以下のように促進されて、化学平衡に達する。
Ｃ＋Ｏ_２ → ＣＯ_２ …（５）
Ｃ＋１／２Ｏ_２→ ＣＯ …（６）

このように、紙成分は、５００℃以下で分解する揮発分を非常に多く含むという特質を有し、更に熱化学的分解の経路をたどることで、容易に一酸化炭素や水素等に分解・改質される。
そのため、特に紙（紙成分）は木質バイオマスより更に穏和なガス化条件で、上記化学平衡式（１）の化学平衡に容易に達することができるのである。

さて、水蒸気及び酸素によるガス化の出発物質を紙などのバイオマスに限定すれば、４００〜７００℃の温度範囲において反応場の圧力を低圧（即ち３０気圧未満）にしても紙が効率よくガス化され、上記化学平衡式（１）の化学平衡に達し得ることについては、以上のように説明できる。
実際に、紙屑を用いた実験では、反応場の圧力を３気圧から２５気圧まで変化させたところ、６気圧近傍で水蒸気の水素への変換率が最大になり、更に昇圧すると寧ろ変換率が下がるという興味深い結果が得られている。

この結果は、出発物質として紙のようなバイオマスを４００〜７００℃の温度範囲でガス化する場合には、積極的に３０気圧未満の低圧状態にすることが効率的であるということを示唆しているとも考えられる。
石膏ボードの紙部分のガス化は、上記反応式（１）〜（６）等の種々の反応が複合的に進行する複雑な過程であるから確定的な説明は困難であるが、少なくとも次のようなことは言えるであろう。

即ち、先述したバイオマスの熱化学的分解反応［反応式（２）参照］やタールの水蒸気改質反応は、共に、固体のバイオマスからタールや低分子のガス（例えばメタン）が揮発し、生成したタールや低分子のガスは分解或いは改質されて全組成ガスのモル数が増加する反応であるため、高圧下よりは低圧条件下の方が反応は進行し易い。
上記の水素製造実験では、６気圧から昇圧すると水素への変換率が下がることから、圧力を上げると、バイオマス自体の揮発が阻害され、バイオマスの熱化学的分解反応やバイオマスの水蒸気改質反応が進行し難くなるため、水蒸気の水素への変換が阻害されるのではないかと考えられる。

紙を出発物質とすれば、反応が低圧環境下で行われるために、高圧条件下で進行する、
Ｃ＋２Ｈ_２→ ＣＨ_４ …（７）
の反応は殆ど生じない。
以上のように、紙成分は、４００〜７００℃の温度範囲でのガス化では、３０気圧未満でもそれ自身が十分容易にガス化するうえ、寧ろ低圧である方が効率的に熱化学的分解や水蒸気改質反応が進行するため、上記化学平衡式（１）に示す化学平衡に達し易いことが分かった。
尚、例えば、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｐｔ又はＰｄ等を担持したα−アルミナ触媒やＺｒＯ_２等の炭化水素改質触媒を反応場に共存させれば、より容易に紙部分のクリーンガス化を促進させることができる。
また、紙成分のガス化を促進するには高い温度が好ましいが、７００℃以上では共存水素による硫酸カルシウムの硫化カルシウムへの転化及び硫酸カルシウム自身の分解によってＳＯｘの生成が起こり易くなるので、水蒸気及び酸素による反応温度は、４００〜７００℃が好ましく、紙成分の熱分解及び水蒸気改質反応が吸熱反応であるという観点から６００〜７００℃であればより好ましい。

さて、反応場に予め二酸化炭素吸収物質を共存させておけば、上記化学平衡式（４）に示す化学平衡にある生成ガス中の二酸化炭素がこの二酸化炭素吸収物質と反応して減少する。
今、二酸化炭素吸収物質をＸで表せば、この反応は、
Ｘ＋ＣＯ_２ → （ＸＣＯ_２） …（８）
と表すことができる。
因みに、（ＸＣＯ_２）は二酸化炭素吸収物質（Ｘ）がＣＯ_２を吸収して生成した化合物を示し、例えば、二酸化炭素吸収物質がＣａＯであれば、（ＸＣＯ_２）は、
ＣＯ_２＋ＣａＯ → ＣａＣＯ_３ …（９）
の反応で生じるＣａＣＯ３のことを指す。

そして、この反応により生成ガス中から二酸化炭素が減少すると、上記化学平衡式（１）に示す化学平衡は、右方向、即ち二酸化炭素と水素を生成する方向に積極的に反応が進む。
ガス化により二酸化炭素と水素を生成する方向に反応を進めるには、前記反応場において、石膏ボード中の炭素のモル数［Ｃ］に対する二酸化炭素吸収物質のモル数〔二酸化炭素吸収物質〕の比［二酸化炭素吸収物質］／［Ｃ］が、１以上であることが必要である。
このモル比が１より小さくなると、ガス化率が下がり、ＣＯが生成する場合もある。
二酸化炭素吸収物質のモル数の比を増やしていくと、新たに生成された二酸化炭素は、更に二酸化炭素吸収物質と反応して吸収され、このようにして順次反応が進み、最終的にはガス中の水素の割合が向上し、効率よく水素を製造することが可能となるのである。
二酸化炭素吸収物質のモル数の比が小さい場合は生成する二酸化炭素が完全には吸収されないこともある。

そのため、反応場に、生成する二酸化炭素をすべて吸収可能な量の二酸化炭素吸収物質を予め存在させておけば、生成された二酸化炭素を余さず吸収することができ好ましい。
上記反応式（８）に示すように、二酸化炭素吸収物質と二酸化炭素とは、通常、１対１で反応し、二酸化炭素はバイオマス中の炭素原子が酸化されて生成されるから、二酸化炭素をすべて吸収するには、石膏ボード中の炭素のモル数［Ｃ］に対して、反応場に供給する二酸化炭素吸収物質のモル数の比を１以上にすることが必要である。

しかし、二酸化炭素吸収物質を余りに大過剰に供給してしまうと、今度は、逆に水素の生成効率が低下することが分かっている。
その理由としては、ＣＯ_２を吸収することで二酸化炭素吸収物質の体積が膨張し、細孔径が小さくなるため、水蒸気や石膏ボード中の紙成分の熱分解で発生したタールの拡散が抑制されるからと考えられる。
前記反応場において供給する二酸化炭素吸収物質の量は、石膏ボード中の炭素のモル数［Ｃ］に対する二酸化炭素吸収物質のモル数〔二酸化炭素吸収物質〕の比［二酸化炭素吸収物質］／［Ｃ］でいうと、１〜５の範囲であれば好ましく、更に好ましくは１〜４の範囲である。

また、水蒸気ガス化時に硫黄化合物などの有害物質を発生する物質を含有するときは、硫黄酸化物も吸収することができるＣａＯ，Ｃａ（ＯＨ）_２などの二酸化炭素吸収物質を増やすこともできるが、その他に、ＮａＯＨ，Ｎａ_２ＣＯ_３，ＫＯＨ，Ｋ_２ＣＯ_３などのアルカリ金属化合物などの有害物質吸収物質を適量添加することができる。

本発明の石膏ボードを処理するのに加える二酸化炭素吸収物質としては、Ｃａ、Ｍｇ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｆｅの酸化物（ＣａＯ、ＭｇＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、ＦｅＯ、Ｆｅ_２Ｏ_３、Ｆｅ_３Ｏ_４）及び同種金属の水酸化物（Ｃａ（ＯＨ）_２、Ｍｇ（ＯＨ）_２、Ｓｒ（ＯＨ）_２、Ｂａ（ＯＨ）_２、Ｆｅ（ＯＨ）_２、Ｆｅ（ＯＨ）_３）等が好ましく用いられる。
また、本発明者等の実験では、Ｃａ分を含み特徴的な多孔性三次元構造を有する牡蠣やホタテなどの貝殻類のバイオマスを出発物としてそれを酸化物又は水酸化物にして用いても、同様に効果的に二酸化炭素を吸収することが分かった。

これらの二酸化炭素吸収物質は、二酸化炭素を吸収した後は炭酸塩を生成するため、二酸化炭素を地球温暖化ガスとして放出することなく反応場から取り出すことができる利点がある。
また、これらの二酸化炭素吸収物質は、炭酸塩として反応場から取り出した後、更にこの炭酸塩を加熱等により分解して二酸化炭素を除去すると、再び二酸化炭素吸収物質に変換することができ、その結果、反応場に戻して用いることができリサイクルの面から極めて有利である。

さて、以上述べてきた本発明の石膏ボードに含まれる紙成分のクリーンガス化において発生するＣＯ_２を完全に吸収する全反応を１つの反応式で表すならば、紙成分中の炭素（Ｃ）１原子につき、
Ｃ＋２Ｈ_２Ｏ＋Ｘ → （ＸＣＯ_２）＋２Ｈ_２ …（１０）
の化学反応が生じ、水蒸気が水素に還元される（Ｘは二酸化炭素吸収物質）。
正確に言えば、紙にも水素原子や酸素原子が多量に含まれるが、上記反応式（１０）に示すように、反応場におけるバイオマス中の炭素のモル数［Ｃ］に対する水蒸気のモル数［Ｈ_２Ｏ］の比［Ｈ_２Ｏ］／［Ｃ］が、２以上になるように水蒸気を供給すれば、紙成分を余さず反応させることができ、好ましい。

ところで、酸素濃度が低い場合は、ガス化した紙が上記の熱化学的分解反応［反応式（２）参照］や水蒸気改質反応を経た後、尚も、生成物中にタール分（反応条件ではガスであるが、常温常圧では液体に凝縮する分子量の大きな化合物）やチャー（タールが重合した固体、あるいは揮発分が抜けた後の固体）が残ることがある。
そうした場合には、反応場に更に酸素を供給すると好ましい。

このように酸素濃度を増すと、紙成分やそれより生成されるタールやチャー中の炭素をも燃焼させるため、タールやチャーの発生量を低減させることができる。
また、上記反応式（３）の反応（Ｃ＋Ｈ_２Ｏ→Ｈ_２＋ＣＯ）は比較的大きなエンタルピー変化を伴う吸熱反応であるため、上記燃焼により発生した反応熱をこの反応で要求される熱量に充てることができる。
その結果、この反応熱の分だけ反応場の加熱を抑えれば良いことが分かる。
具体的には、加熱する電気炉等にかかる負担を軽減することができ、電力消費量を低減させることが可能となる。

しかし、その際、酸素をあまり過剰に供給すると、紙成分やそれより生成されるタールやチャー中の炭素を燃焼して二酸化炭素が大量に発生する。
生成した二酸化炭素は、大部分は二酸化炭素吸収物質と反応して吸収されてしまい、水蒸気の水素への還元に何ら寄与しない結果となる。
もっとも、上記反応式（４）によりガス化した紙成分中の炭素と反応して一酸化炭素の生成に使われるものもあるであろう。

反応場に供給する酸素は、水素により石膏の主成分である硫酸カルシウムが硫化カルシウムへの転化を起こさず、紙成分にいわゆる不完全燃焼を起こさせて一酸化炭素を生成する程度の量の酸素を供給すべきである。
そうすれば、石膏を化学的に変化させずに、紙成分のみを効果的にガス化して、一酸化炭素が上記化学平衡式（１）を介して効果的に水蒸気を還元し水素を発生させることができる。
本発明者らの実験によれば、反応場の内部における紙成分中の炭素のモル数［Ｃ］に対する酸素のモル数［Ｏ_２］の比（［Ｏ_２］／［Ｃ］）が、０．５以下になるように供給すれば、紙成分中の水素と二酸化炭素へのガス化は向上することが分かっている。

このことは、実際にこの石膏ボードの処理方法を達成するための処理装置の設計や作業性の点で、非常に重要な意味を持つ。
実験的には、バイオマス等を反応場に供給する際に、不活性なキャリアガス（例えば窒素ガス等）と共に供給する。
しかし、紙成分中の炭素のモル数［Ｃ］に対する酸素のモル数［Ｏ_２］の比（［Ｏ_２］／［Ｃ］）が０．５以下の酸素が混入して支障がないものであれば、バイオマス等をキャリアガスと共に供給するにしても、一旦不活性ガスで置換するという煩瑣な作業を省略することができるからである。

以上、本発明を説明してきたが、本発明は実施形態にのみ限定されるものではなく、その本質を逸脱しない範囲で、他の種々の更なる変形例が可能であることは言うまでもない。

以下、実施例について述べる。
尚、本発明はこれらの実施例（実験例）に限定されるものでないことは言うまでもない。

［実験条件］
石膏ボードの処理は、図１に示すオートクレーブ（インコネル製）有するバッチ式ガス化装置を用いて行った。
石膏ボードのサンプルとしては、「化粧せっこうボード」（吉野石膏株式会社製）を用い、加える二酸化炭素吸収物質としてはＣａ（ＯＨ）_２を用いた。
なお、石膏ボード中のＣａＳＯ_４及び紙の含有率を測定したところ、Ｃａと炭素のモル比（〔Ｃａ〕／〔Ｃ〕）は２．８であった。
石膏ボード処理により得られた生成ガスの組成は、ガスクロマトグラフ及び各成分検知管により測定した。

［実験例１］
バッチ式水蒸気ガス化装置（図１参照）のオートクレーブに、石膏ボードのサンプル０．２ｇ、水０．１ｇを投入した。
このときの石膏ボード中におけるＣａＳＯ_４のＣａ量〔Ｃａ〕の炭素〔Ｃ〕に対するモル比（〔Ｃａ〕／〔Ｃ〕）は２．８、石膏ボード中の炭素〔Ｃ〕に対する水蒸気のモル比（〔Ｈ_２Ｏ〕／〔Ｃ〕）は６であった。
石膏ボード中の炭素〔Ｃ〕に対する酸素のモル比（〔Ｏ_２〕／〔Ｃ〕）を０．４にするようオートクレーブ内に酸素を供給した。
また、二酸化炭素吸収物質を添加する実験として、石膏ボード中の炭素〔Ｃ〕に対する二酸化炭素吸収物質のモル比（〔二酸化炭素吸収物質〕／〔Ｃ〕）が３．１になるように二酸化炭素吸収物質、すなわちＣａ（ＯＨ）_２、を添加した。
このとき石膏ボード中の炭素〔Ｃ〕に対する水蒸気〔Ｈ_２Ｏ〕のモル比（〔Ｈ_２Ｏ〕／〔Ｃ〕）は６、石膏ボード中の炭素〔Ｃ〕に対す酸素〔Ｏ_２〕のモル比〔Ｏ_２〕／〔Ｃ〕は０．４となるように水及び酸素を添加した。
反応条件においては、反応温度６５０℃、反応圧力８気圧で１０分間、石膏ボードの処理を行った。

［実験例２］
実験例１と同様の装置と石膏ボードのサンプルを用いて、処理圧力の影響を検討した。
石膏ボードのサンプルと共に、石膏ボード中の炭素〔Ｃ〕に対する二酸化炭素吸収物質のモル比（〔二酸化炭素吸収物質〕／〔Ｃ〕）が３．１、石膏ボード中の炭素〔Ｃ〕に対する水蒸気〔Ｈ_２Ｏ〕のモル比（〔Ｈ_２Ｏ〕／〔Ｃ〕）が６、になるように、二酸化炭素吸収物質すなわちＣａ（ＯＨ）_２、及び水を投入した。
また石膏ボード中の炭素〔Ｃ〕に対す酸素〔Ｏ_２〕のモル比（〔Ｏ_２〕／〔Ｃ〕）が０．４になるように酸素を添加した。
反応条件においては、反応温度６５０℃、反応圧力６気圧で１０分間、石膏ボードの処理を行った。

［実験例３］
実験例１と同様の装置と石膏ボードのサンプルを用い、石膏ボード中の炭素量〔Ｃ〕に対する酸素のモル比（〔Ｏ_２〕／〔Ｃ〕）の影響を調べた。
石膏ボードのサンプルと共に、石膏ボード中の炭素〔Ｃ〕に対する二酸化炭素吸収物質のモル比（〔二酸化炭素吸収物質〕／〔Ｃ〕）が３．１、石膏ボード中の炭素〔Ｃ〕に対する水蒸気〔Ｈ_２Ｏ〕のモル比（〔Ｈ_２Ｏ〕／〔Ｃ〕）が６になるよう、二酸化炭素吸収物質、すなわちＣａ（ＯＨ）_２、及び水を投入した。
また、石膏ボード中の炭素〔Ｃ〕に対す酸素〔Ｏ_２〕のモル比（〔Ｏ_２〕／〔Ｃ〕）が０．１になるよう酸素を添加した。
反応条件においては、反応温度６５０℃、反応圧力６気圧で１０分間、石膏ボードの処理を行った。

［結果］
生成したガス成分は殆どが水素と二酸化炭素であり、少量のメタン（ＣＨ_４）が見られたが、硫黄化合物の生成は認められなかった。

実験例１から、二酸化炭素吸収物質を添加しない場合、生成ガスにＣＯ_２が３０％含まれていた。
一方、適量の二酸化炭素吸収物質を導入すると、生成ガスは９５％以上水素から構成されており、ＣＯ_２の生成は認められなかった。
このことから、石膏ボード中の紙成分を構成している炭素は、新規処理法により二酸化炭素として気相中に放出されることなく二酸化炭素吸収物質に吸収されることがわかった。
ここで炭素基準のガス化率は、二酸化炭素吸収物質を添加しない場合４０％であり、二酸化炭素吸収物質を添加した場合５５％であった。
二酸化炭素吸収物質を添加した場合の水素収率は、理論収率（投入炭素１モルに対して水素２．０５モル）に対して３０％であった。

実験例２の結果、６気圧で石膏ボードの処理を行った場合、炭素基準のガス化率は６０％であり、８気圧で処理した場合より高いガス化率が得られた。
また、このときの水素の収率は２５％であり、８気圧で処理した場合と比較し若干減少した。

実験例３の結果、〔Ｏ_２〕／〔Ｃ〕が０．１の場合、ガス化率は６５％であった。更に、水素収率は４５％であった。
本実施例の結果から、二酸化炭素吸収物質を添加し、低圧で、〔Ｏ_２〕／〔Ｃ〕が低い場合、高いガス化率及び水素収率が得られた。
即ち、反応温度６５０℃では、紙成分のガス化率、水素収率は６気圧、〔Ｏ_２〕／〔Ｃ〕＝０．１近傍で最大となることが分かった。
換言すれば、石膏ボードの新規処理法に関して、二酸化炭素吸収物質を添加し、反応圧力６気圧、〔Ｏ_２〕／〔Ｃ〕＝０．１の条件で石膏ボードを処理することで、処理過程で水素リッチなクリーンなガスが得られ、なおかつ石膏と紙成分の物理的な分離工程は省略することができる。

［比較実験例１］
実験例１と同様の装置と石膏ボードのサンプルを用いて、石膏ボード中の炭素〔Ｃ〕に対する二酸化炭素吸収物質のモル比（〔二酸化炭素吸収物質〕／〔Ｃ〕）が０．３、石膏ボード中の炭素〔Ｃ〕に対する水蒸気〔Ｈ_２Ｏ〕のモル比（〔Ｈ_２Ｏ〕／〔Ｃ〕）が６、石膏ボード中の炭素〔Ｃ〕に対す酸素〔Ｏ_２〕のモル比（〔Ｏ_２〕／〔Ｃ〕）が０．４になるように、二酸化炭素吸収物質すなわちＣａ（ＯＨ）_２、水及び酸素を添加し、反応条件においては、反応温度７００℃、８気圧で１０分間、石膏ボードの処理を行った。

［比較実験例２］
実験例１と同様な装置と石膏ボードを用いて、石膏ボード中の炭素〔Ｃ〕に対する二酸化炭素吸収物質のモル比（〔二酸化炭素吸収物質〕／〔Ｃ〕）が０．３、石膏ボード中の炭素〔Ｃ〕に対する水蒸気〔Ｈ_２Ｏ〕のモル比（〔Ｈ_２Ｏ〕／〔Ｃ〕）が６になるように、二酸化炭素吸収物質すなわちＣａ（ＯＨ）_２、及び水を添加した。
反応条件においては、反応温度７００℃、反応圧力９気圧で１０分間、石膏ボードの処理を行った。

［結果］
酸素共存の水蒸気ガス化では、二酸化炭素吸収物質存在により、水素と二酸化炭素へクリーンガス化が可能であるが、適量の二酸化炭素吸収物質が存在しないと、ＣＯ_２が完全には固定されず、紙部分のガス化率も顕著には向上しない。
また、二酸化炭素吸収物質の少ないときは、酸素が共存しない水蒸気ガス化において、紙成分のガス化率、水素生成特性は低下し、生成したガス成分は、水素、二酸化炭素の他に、少量のメタンと硫化水素が検出された。
このように石膏ボードの水蒸気ガス化において酸素が共存しないと、７００℃では石膏は化学的に変化して硫酸カルシウムの硫化カルシウムへの転化、炭酸化が起こるものである。

図１は、バッチ式水蒸気ガス化装置を説明する模式図である。

符号の説明

１…オートクレーブ
２…密閉容器
３…ガスバック
４…ガスメータ
５…電気炉

Claims (8)

1. 石膏ボードを二酸化炭素吸収物質の共存下で水蒸気及び酸素と反応させて、その紙成分を水素と二酸化炭素にガス化して、該二酸化炭素を二酸化炭素吸収物質に吸収させる石膏ボード処理方法であって、該石膏ボードの紙成分と水蒸気及び酸素との反応を生ぜしめるための反応場において、圧力３０気圧未満、温度４００℃〜７００℃の条件下で反応させるものにおいて、該反応場に、生成する二酸化炭素を全て吸収可能な量の二酸化炭素吸収物質を存在させることを特徴とする石膏ボードの処理方法。
2. 前記反応場において、石膏ボード中の炭素のモル数［Ｃ］に対する二酸化炭素吸収物質のモル数〔二酸化炭素吸収物質〕の比、〔二酸化炭素吸収物質〕／［Ｃ］が、１〜５の範囲であることを特徴とする、請求項１記載の石膏ボードの処理方法。
3. 前記二酸化炭素吸収物質は、Ｃａ、Ｍｇ、Ｓｒ，Ｂａ又はＦｅの酸化物又は水酸化物であることを特徴とする、請求項１記載の石膏ボードの処理方法。
4. 前記酸化物又は水酸化物は、Ｃａを含む貝殻類を出発物とする酸化物又は水酸化物であることを特徴とする、請求項３記載の石膏ボードの処理方法。
5. 二酸化炭素を吸収して炭酸塩を形成した二酸化炭素吸収物質を反応場から取り出すことを特徴とする、請求項１記載の石膏ボードの処理方法。
6. 二酸化炭素を吸収して炭酸塩を形成した二酸化炭素吸収物質を反応場から取り出し、その後，該炭酸塩を分解して二酸化炭素吸収物質に変え、該二酸化炭素吸収物質を再び反応場に戻すことを特徴とする、請求項１記載の石膏ボードの処理方法。
7. 前記反応場における石膏ボード中の炭素のモル数［Ｃ］に対する水蒸気のモル数［Ｈ_２Ｏ］の比、［Ｈ_２Ｏ］／［Ｃ］が、２以上になるように水蒸気を供給することを特徴とする、請求項１記載の石膏ボードの処理方法。
8. 前記反応場に供給する酸素の濃度が、該反応場における石膏ボード中の炭素のモル数［Ｃ］に対する酸素のモル数［Ｏ_２］の比、［Ｏ_２］／［Ｃ］が、０．５以下であることを特徴とする、請求項１記載の石膏ボードの処理方法。

Images