金属鉄と水素ガスを併産する廃棄物処理法の開発

开发联产金属铁和氢气的废物处理方法

基本信息

批准号：
18760559
负责人：
長谷川将克
金额：
$ 2.3万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2006
资助国家：
日本
起止时间：
2006 至 2007
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18760559/
关键词：
廃棄物処理水素還元鉄環境技術

项目摘要

本研究は、(1)炭素、水素、酸素を含有する廃棄物(廃プラスチック、廃木材、排紙、シュレッダーダスト等)に酸化鉄を混合したものを高温に急速加熱して無害化し、同時に、(2)水素ガスとCOガス(いずれも燃料ガス)と金属鉄を併産し、(3)炭酸ガスを生成しない新しい廃棄物処理法を開発することを目標としている。平成18年度は、(木材+鉄鉱石)混合物、(ポリエチレン+鉄鉱石)混合物を急速加熱すると金属鉄とH_2ガスが発生し、CO_2はほとんど生成しないことを明らかにした。実験結果は、熱力学平衡計算結果とよく一致していた。平成19年度は、処理プロセスの操業温度低下に向けて、有機系廃棄物由来炭素の結晶化度が浸炭に及ぼす影響を明らかにするため、炭素源(木材、ポリエチレン、木材チャー、ポリエチレンチャー、グラファイト)と鉄源(金属鉄、酸化鉄)との混合物を1448Kに急速加熱した。得られた金属鉄について、浸炭に伴う凝固点降下の有無を観察した。混合物組成は、金属鉄とチャー及びグラファイトとの混合物では、Fe:C=95:5(重量比)とした。また金属鉄と木材及びポリエチレンとの混合物では、平成18年度に開発した熱力学平衡計算プログラムに基づき、金属鉄と残存する固体炭素の予想量との重量比がFe:C=95:5になるよう組成を定めた。また、処理反応促進に向け、有機系廃棄物由来炭素の燃焼速度を測定した。木材チャー<ポリエチレンチャー<グラファイトの順に結晶性は高くなり、炭素の結晶化度が高いほど浸炭が進行することが分かった。また、COガスの存在が浸炭を促進させることが分かった。一方、炭素の結晶化度が低いほど、燃焼速度は大きく、燃焼反応の活性化エネルギーが小さくなることが分かった。浸炭と燃焼反応を同時に促進するためには、結晶化度を最適にする有機系廃棄物の混合比があることが示唆された。

本研究的目的是：（1）将与氧化铁混合的含碳、氢、氧废物（废塑料、废木材、废纸、碎纸机粉尘等）快速加热至高温使其无害化，同时当时，目标是（2）联产氢气和二氧化碳气体（均为燃料气体）和金属铁，以及（3）开发一种不产生二氧化碳气体的新废物处理方法。 2006年，我们发现当（木材+铁矿石）或（聚乙烯+铁矿石）的混合物快速加热时，会产生金属铁和H_2气体，但几乎不产生CO_2。实验结果与热力学平衡计算结果吻合较好。 2007 财年，我们研究了将碳源（木材、聚乙烯、木炭、聚乙烯炭、石墨）和铁源（金属铁、氧化铁）快速加热至 1448K。观察所得到的金属铁有无因渗碳而导致的凝固点降低。对于金属铁、炭和石墨的混合物，混合物组成为Fe:C=95:5(重量比)。此外，根据 2006 年开发的热力学平衡计算程序，在金属铁、木材和聚乙烯的混合物中，金属铁与预期剩余固体碳量的重量比为 Fe:C = 95:5。组成如下确定。此外，还测量了有机废物中碳的燃烧速率，以加速处理反应。结果发现，结晶度按照木炭<聚乙烯炭<石墨的顺序增加，并且碳的结晶度越高，渗碳进展得越快。还发现CO气体的存在促进了渗碳。另一方面，发现碳的结晶度越低，燃烧速率越高，燃烧反应的活化能越低。有人建议，为了同时促进渗碳和燃烧反应，有机废物的混合比例应优化结晶度。