(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃プラスチックを予め加熱して圧縮する予備圧縮機と、この予備圧縮機にて溶融・圧縮された後の廃プラスチックが供給される反応機とを備え、この反応機で廃プラスチックを加熱して脱塩素処理することにより固形燃料を製造する固形燃料製造装置であって、
前記予備圧縮機は、供給される廃プラスチックを加熱するヒータと、このヒータをプラスチック溶融温度以上に温度制御する温度コントローラとを備え、
前記反応機は、ケーシングと、２軸スクリューと、これらケーシングおよび２軸スクリューのシャフトを加熱するとともに温度制御されたヒータと、前記２軸スクリューの上方に設けられ、廃プラスチックより発生する気体を収集する空間と、この空間内の気体を排出する排気口とを備えることを特徴とする固形燃料製造装置。
【請求項２】
前記反応機の下流端下部には、排出スクリューを備える排出機が設けられ、この排出機の下流端に設けられる排出口には、溶融プラスチックを切断するカッタが設けられる請求項１に記載の固形燃料製造装置。
【請求項３】
前記反応機内に設けられる２軸スクリューの翼の形状が連続翼と切り欠き翼とが交互に配置されている形状である請求項１または２に記載の固形燃料製造装置。
【請求項４】
前記排気口は、塩化水素を吸収させるためのスクラバに連絡されている請求項１乃至３のうちいずれかに記載の固形燃料製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、廃プラスチック中に含まれる塩素を除去して、廃プラスチックを固形燃料化するための固形燃料製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、一般廃棄物のように多種類のプラスチックが混合されている廃プラスチックには、塩化ビニル，塩化ビニリデンが多く含まれており、これを燃焼させ熱利用する際に塩化水素ガスが発生するという問題があるため、廃プラスチックは埋立処理または焼却処理が施されるのが普通である。
【０００３】
しかし、プラスチックは石油から製造されている優れた燃料であるため、近年環境問題の高まりから廃プラスチックの再利用が必要とされている。前記問題とされている塩化ビニル，塩化ビニリデンの塩素は２８０℃〜３３０℃の加熱処理により除去可能であり、プラスチックの脱塩素を行う装置として、通商産業省工業技術院北海道工業開発研究所  前河涌典他４名「５７  プラスチック廃棄物中の塩素の除去技術の開発に関する研究」により、異方向回転式２軸スクリュー熱分解装置（図３）が公表されている。この熱分解装置１０１は、反応筒１０２内部に電気モーター１０３で回転する異方向回転式２軸スクリュー１０４が設けられている。粉砕されたプラスチックは、前記反応筒１０２の上部に設置されたホッパー１０５に投入され、上部の重し１０６の自重による圧力により前記異方向回転式２軸スクリュー１０４に押し込まれる。この異方向回転式２軸スクリュー１０４により、前記廃プラスチックは反応筒１０２中を移動し、この反応筒１０２の外周の加熱ヒータ１０７により熱電対１０８で制御されつつ常温から設定熱分解温度まで段階的に加熱されて、反応筒流出部１０９にてガス成分１１０と融解固定生成物１１１とに分離される。このガス成分１１０は、吸引ポンプ１１２の作用により、ＨＣｌ回収器１１３に回収され、融解固体生成物１１１が固形燃料として再利用される。前記熱分解装置１０１は、内部容積が０．２ｌ、処理量は０．３〜１．３ｋｇ／ｈと少なく、実験レベルの小規模な装置である。また、塩素除去されるプラスチックとして塩化ビニルとポリエチレンを混合した擬似廃プラスチックが用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の熱分解装置１０１を用いて実際に回収された廃プラスチックを処理する場合、前記廃プラスチックは比重が非常に小さく間隙率が大きいため、加熱溶融するまでに長時間を要する。このため、廃プラスチック中に含まれている異物である紙類が着火したり、水分を含む異物には蒸発潜熱等に熱を奪われて廃プラスチックが十分に昇温せず脱塩素反応を起こさない等の問題点がある。また、前記廃プラスチックは多種類のプラスチックが混合されているため脱塩素反応が遅く、前記熱分解装置１０１では十分な脱塩素処理が行われず、十分な脱塩素処理を行うためには長時間の滞留が必要となり装置が巨大化してしまうという問題点もある。さらに、前記熱分解装置１０１では２軸スクリュー１０４に廃プラスチックをかみ込ませるために、上部重し１０６の自重による圧力で押し込んでいるが、プラスチックはみかけ比重が小さく間隙率が大きいため、実用化に乏しいという問題点がある。
【０００５】
本発明は、このような問題点を解消するために成されたものであり、多種類のプラスチックが混合される廃プラスチックから多大な費用をかけることなく塩素分の少ない良質な固形燃料を得ることができる実用化に適した固形燃料製造装置を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段および作用・効果】
本発明による固形燃料製造装置は前記目的を達成するために、
廃プラスチックを予め加熱して圧縮する予備圧縮機と、この予備圧縮機にて溶融・圧縮された後の廃プラスチックが供給される反応機とを備え、この反応機で廃プラスチックを加熱して脱塩素処理することにより固形燃料を製造する固形燃料製造装置であって、
前記予備圧縮機は、供給される廃プラスチックを加熱するヒータと、このヒータをプラスチック溶融温度以上に温度制御する温度コントローラとを備え、
前記反応機は、ケーシングと、２軸スクリューと、これらケーシングおよび２軸スクリューのシャフトを加熱するとともに温度制御されたヒータと、前記２軸スクリューの上方に設けられ、廃プラスチックより発生する気体を収集する空間と、この空間内の気体を排出する排気口とを備えることを特徴とするものである。
【０００７】
本発明において、反応機に供給される廃プラスチックは予備圧縮機においてそのプラスチックの溶融温度以上に加熱されるとともに圧縮されることにより、減容・溶融される。また、前記廃プラスチックに含まれる着火温度の低い異物、例えば紙等は、前記溶融された廃プラスチック中に練り込まれる。また、廃プラスチック中に含まれる水分は、前記廃プラスチックが加熱される際に蒸発する。
【０００８】
このように、予備圧縮機において減容・溶融され、反応機へ送り込まれる廃プラスチックは水分を含まないため十分に昇温することができ、高効率に脱塩素処理を行うことができる。また、前記紙等は溶融された廃プラスチック中に練り込まれているため、反応機で着火温度以上で加熱しても着火しなくなる。さらに、溶融された廃プラスチックは比重が大きく間隙率が小さいため、熱伝導が良く処理量を大幅に増大させることができる。
また、本発明によれば、前記反応機中２軸スクリューの上方に空間が設けられているので、前記２軸スクリューで撹拌される廃プラスチックから発生する気体が前記空間に確保されるため、前記気体が再び廃プラスチック中に混ざり合うのを防ぐことができる。さらに、前記気体を空間から排出するための排気口が設けられているので、廃プラスチック中の脱塩素率を向上させることができる。
【０００９】
本発明において、ケーシングと２軸スクリューのシャフトの加熱温度は２８０℃以上に制御し、かつ廃プラスチックを２０〜４０分間反応機内に滞留させることが望ましい。前記ケーシングと２軸スクリューのシャフトを加熱するヒータとしては、電気ヒータ，熱風等でもよいが、脱塩素反応には均一な温度制御が必要なため熱媒ヒータにより加熱された熱媒体油を前記ケーシングおよび２軸スクリューのシャフトに流すことにより加熱するものが最適である。また、制御温度は２８０℃以上３３０℃以下が望ましい。このように均一な温度制御が行われている反応機内に予備圧縮機において溶融された廃プラスチックを２０〜４０分間滞留させ、前記２軸スクリューで撹拌する。したがって、前記廃プラスチックは短時間で十分な脱塩素処理を行うことができるため装置が大型にならず、また処理量を増やすことができる。
【００１０】
本発明において、前記反応機の下流端下部には、排出スクリューを備える排出機が設けられ、この排出機の下流端に設けられる排出口には、溶融プラスチックを切断するカッタが設けられるのが好ましい。このようにすれば、廃プラスチックは、排出スクリューの作用によって排出口まで送られ、この排出口においてカッタで切断・成形される。
また、前記反応機内に設けられる２軸スクリューの翼の形状が連続翼と切り欠き翼とが交互に配置された形状で、送り機能と撹拌機能を備えているのが好ましい。前記２軸スクリューに連続翼のみを有する連続スクリューを用いる場合には、撹拌機能が不足するため廃プラスチックは脱塩素反応が未反応のまま、固形燃料として反応機外へ送り出される。また、前記２軸スクリューに切り欠き翼のみを有するパドルスクリューを用いる場合には、送り機能が不足するため廃プラスチックは反応機内に滞留し、切り欠き翼に付着してしまう等の問題がある。このため、連続翼と切り欠き翼との双方の欠点を補い、撹拌能力と送り能力とを兼ね備えるスクリュー翼を用いることにより、廃プラスチックは十分な撹拌が行われ、固形燃料として反応機外へ送り出される。したがって、脱塩素処理が十分行われた塩素分の少ない良質の固形燃料を製造することができる。
【００１１】
本発明において、前記排気口は、塩化水素を吸収させるためのスクラバに連絡されているのが好ましい。こうすることで、廃プラスチックから排出する気体は、排気口からスクラバに流入し吸収処理される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明による固形燃料製造装置の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１３】
図１に、本発明の一実施例に係る固形燃料製造装置１の全体構成を説明するための模式図が示されている。
【００１４】
本実施例の固形燃料製造装置１は、脱塩素処理を行うための反応機２と、この反応機２に廃プラスチック３を供給する前にその廃プラスチック３を予めプラスチック溶融温度（１８０℃）以上に加熱して、圧縮するための予備圧縮機４とを備えている。
【００１５】
前記予備圧縮機４の上部には廃プラスチック３を投入するための投入口５が設けられており、この予備圧縮機４内には投入された廃プラスチック３を反応機２に送り込むための２軸の連続スクリュー６が設けられている。この連続スクリュー６のシャフト径は前記投入口５から予備圧縮機４の下流下部に設けられている反応機連絡口７にかけて徐々に大きくなっている。（スクリューのピッチを縮めてもよい。）また、前記連続スクリュー６の下流端付近にはダイス板８が設けられている。このダイス板８および予備圧縮機４の外周９には、ヒータ１０が埋め込まれており、プラスチック溶融温度（１８０℃）以上に温度コントローラ１１により温度制御されている。
【００１６】
前記反応機２の上部には、予備圧縮機４と連絡されている反応機連絡口７が設けられており、この反応機２の内部には２軸スクリュー１２が設けられている。この２軸スクリュー１２の翼１３の形状は、図２（ａ）に示されるように連続翼１４（図２（ｂ））と切り欠き翼１５（図２（ｃ））とが交互に配されてなる形状となっている。また、前記２軸スクリュー１２の上方には、廃プラスチックより発生する気体（塩化水素）を収集するための空間１６および前記塩化水素を反応機２外に排気するための排気口１７が設けられている。さらに、反応機２のケーシング１８および前記２軸スクリュー１２のシャフト部には、熱媒ヒータ１９を用いて２８０℃以上に温度制御されている熱媒体油２０が流されている。前記排気口１７は、前記塩化水素を吸収させるためのスクラバ２１に連絡されている。
【００１７】
前記反応機２の下流端下部には、排出機２２が設けられている。この排出機２２には、脱塩素処理が行われている溶融プラスチックを取り出すための排出スクリュー２３が設けられている。前記排出機２２の下流端に設けられている排出口２４には、溶融プラスチックを適当な大きさに切り成形するためのカッタ２５と、溶融プラスチックを冷却するための水槽２６が設けられている。さらに、この水槽２６には、水槽中のプラスチックを取り出すための取出スクリュー２７が設けられている。
【００１８】
このように構成されている固形燃料製造装置１において、前記予備圧縮機４に廃プラスチック３を投入すると、廃プラスチック３は前記連続スクリュー６の作用により徐々に圧縮されながら、前記外周９に設けられているヒータ１０により溶融される。前記ヒータ１０はプラスチック溶融温度（１８０℃）以上に設定されているため、廃プラスチック中に含まれる水分を蒸発させることができる。また、廃プラスチック中に含まれる異物である紙等は着火することなく、溶融されている廃プラスチック中に練り込まれる。さらに、前記溶融されている廃プラスチックは、ダイス板８において、高負荷熱で急激に減容および溶融される。したがって、予備圧縮機４で溶融・圧縮されている廃プラスチックは、反応機２に供給されて脱塩素処理を行う際に、水分の蒸発潜熱により反応に必要な熱が奪われたり、紙等が着火したりすることなく十分に脱塩素処理を行うことができる。また、ヒータの容量としては１ｔｏｎ／ｈの処理量に対し、３５〜９０ｋｗの熱量が必要である。
【００１９】
次に、予備圧縮機４で、溶融・圧縮された後の廃プラスチックは、反応機連絡口７を通って反応機２に供給される。前記ケーシング１８および２軸スクリュー１２のシャフト部は２８０℃以上に温度制御され、廃プラスチックが加熱される。また、２軸スクリュー１２の翼１３の形状は、連続翼１４と切り欠き翼１５とが交互に配置された形状で、撹拌機能と送り機能とを兼ね備えているため、前記廃プラスチックはこの２軸スクリューによって撹拌され、反応機２内を２０〜４０分間滞留して脱塩素反応を起こす。この廃プラスチックから発生する気体は、前記空間１６に収集され、前記排気口１７から前記スクラバ２１に流入し吸収処理される。したがって、前記のようなスクリュー翼１３を使用することにより、反応機２が大型にならずに十分な脱塩素処理を行うことが可能となる。また、前記空間１６を設けることにより、一度発生した塩化水素が再び廃プラスチック中に混ざり合うことなく排出することができ、脱塩素率を向上させることができる。
【００２０】
前記のように脱塩素処理された廃プラスチックは、反応機２から排出機２２に送られて、前記排出スクリュー２３の作用によって排出口２４まで運ばれ、排出口２４においてカッタ２５で切断および成形されて前記水槽２６で冷却される。次いで、この水槽２６中の廃プラスチックは、取出スクリュー２７により取り出されて固形燃料２８として再利用される。このように、大型な装置を用いることなく、廃プラスチックから十分に塩素の除去された良質の固形燃料２８を製造することができる。
【００２１】
前記連続スクリュー６は廃プラスチックを圧縮するためにシャフト部を徐々に大きくしているが、この連続スクリュー翼のピッチを狭くすることにより廃プラスチックを圧縮してもよい。
【００２２】
前記ケーシング１６および２軸スクリュー１２のシャフト部は熱媒ヒータ１９を用いて温度制御されているが、電気ヒータでも熱風でも良い。しかし、熱媒ヒータ１９は均一な温度制御を行えるため最適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の一実施例に係る固形燃料製造装置を説明するための模式図である。
【図２】図２は、反応機中の２軸スクリューの翼の断面図である。
【図３】図３は、従来の異方向回転式２軸スクリュー熱分解装置を説明するための模式図である。
【符号の説明】
１  固形燃料製造装置
２  反応機
３  廃プラスチック
４  予備圧縮機
１２  ２軸スクリュー（スクリュー）
１３  翼
１４  連続翼
１５  切り欠き翼
１６  空間
１７  排気口
１８  ケーシング
【図１】
0003714743.tif 000002
【図２】
0003714743.tif 000003
【図３】
0003714743.tif 000004