(57)【要約】      （修正有）【課題】ロータリーキルンを用いた樹脂のガス化、又は油化の技術を実行する際に、ロータリーキルンの回転炉内で生じる気化成分の圧の変動を抑制する技術の提供。【解決手段】外熱式のロータリーキルン１内に樹脂を供給することにより、樹脂から液化成分を生じさせ、液化成分から気化成分を生じさせる。ロータリーキルン１内に樹脂を供給するに先立ってロータリーキルン内に砂を基準高を超えない量供給し、砂を加熱してから樹脂を供給する樹脂の熱分解方法。砂は珪砂である樹脂の熱分解方法。更にロータリーキルン１内に気化成分の圧を測定する圧測定基６２を備え、気化成分排出管１Ａを負圧化して、回転炉１内の気化成分を引く負圧化手段を備え、回転炉１内の気化成分圧が所定の圧を超えた場合、負圧化手段を駆動して、負圧化する、樹脂の熱分解方法。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
横置きされた、略水平の軸周りに回転可能とされた、円筒形で、外側から加熱されるようになっている回転炉と、
前記回転炉へ原料となる樹脂を供給するための前記回転炉の長さ方向の一端側に接続された供給管と、
前記回転炉内で前記樹脂から生じた常温でガス又は油となる気化成分を前記回転炉から排出するための前記回転炉に接続された気化成分排出管と、
前記回転炉に接続された前記回転炉内の固体又は液体の前記回転炉内の高さが所定の高さである基準高を超えた場合にそれらを前記回転炉から排出するための残渣排出管と、
を備えているロータリーキルンを用いて、樹脂のガス化又は油化を実行する樹脂の熱分解方法であって、
前記回転炉内に前記供給管から樹脂を供給する前に、前記回転炉内に、前記基準高を超えない量の砂を供給する、
樹脂の熱分解方法。
【請求項２】
前記砂を珪砂とする、
請求項１記載の樹脂の熱分解方法。
【請求項３】
前記ロータリーキルンが、前記回転炉内の前記気化成分の圧を測定する圧測定器を備えているとともに、前記気化成分排出管を負圧化して前記気化成分排出管を介して前記回転炉内の前記気化成分を引く負圧化手段を備えている場合に実行される方法であって、
前記圧測定器で測定した前記回転炉内の前記気化成分の圧が所定の圧を超えた場合に、前記負圧化手段を駆動させ前記気化成分排出管を負圧化する、
請求項１記載の樹脂の熱分解方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂を熱分解する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
環境に対する意識の高まりに連れ、廃棄物である樹脂を分解して商品的な価値のある物に再生する技術に対する需要が高まっている。商品的な価値のある物には、例えば、樹脂を熱分解して得られるガス、又は油がある。
【０００３】
樹脂を熱分解してガス、油を得るための装置の１つとして外熱式のロータリーキルンが知られている。ロータリーキルンを用い樹脂をガス化又は油化する技術には、タンク型やスクリュー型熱分解装置と比べて、キルン内壁に樹脂が広がり接触して熱分解が進むので、大量の樹脂を処理する際の設備の大型が容易である、分解しにくい異物が入っても、熱分解後にキルン出口から容易に排出されるので閉塞や炭化による操業への障害がないといった利点があるため、他の技術よりも優れている点がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、樹脂のガス化又は油化に外熱式のロータリーキルンを用いるにしても、改良すべき点が存在する。
改良すべき点に先んじて、まず、ロータリーキルンの構造について説明する。
ロータリーキルンは一般的に、その軸が略水平となるように配されるものであり、その軸周りに回転可能とされた円筒形状の回転炉を備えている。かかる回転炉はその外側から加熱されるようになっている。また、回転炉の内部には、適当なタイミングで適当な量だけ、例えば予め破砕された樹脂が供給されるようになっている。回転炉の内部に供給された樹脂は、回転する回転炉の中で熱分解し、常温下においてガスか油となる気化成分にまで分解され、気化成分として回転炉から取出される。
【０００５】
樹脂のガス化又は油化に外熱式のロータリーキルンを用いる場合における課題は、上述した気化成分による回転炉内の内圧の変動が大きくなりがちであると言う点である。それは、詳しい機序は不明であるがおそらく以下のような理由により生じる。
ロータリーキルンの回転炉内に供給された樹脂は、回転炉がその外部から加熱されることもあり、回転炉の内面に接した部分のみを強く加熱される。例えば、破砕されたある樹脂片は、回転炉の内面に接している部分を強く加熱され、回転炉の内面に接していない部分は強く加熱されない。また、樹脂片のうち回転炉の内面に接している部分が無いものは、そのいずれの部分も強く加熱されることがない。樹脂片のうち回転炉の内面に当接していない部分は、回転炉内の気体の比熱が小さいこともあり、回転炉の内面に当接している部分に比して大して加熱されず、その分解も進まない。そのような状態で回転炉が軸回りに回転することにより、樹脂は回転炉の中である程度撹拌される。しかしながら、樹脂片のうち、回転炉の内面に接している部分を有するものは、その回転炉の内面に接している部分で回転炉の内面に付着して容易には撹拌されない。
樹脂片のうち回転炉の内面に付着しているものは、回転炉の内面に接していない他の樹脂片に対して断熱材として機能する。そのような状態で、回転炉の内面に付着していた樹脂片が分解して溶融して液化成分を生じると、液化成分は更に分解して気化成分を生じる。他方、回転炉の内面に付着していた樹脂が液化成分を生じると、回転炉の内面に付着していなかった樹脂片が液化成分の中に落ち込む。そうすると、回転炉の内面に付着していなかった樹脂片は、気体よりは遥かに比熱の大きな液体である液化成分に接触することによりそれまでより急激に加熱され、その分解が一気に進む。
そのようなことが生じるので、回転炉を用いて樹脂を分解する場合には、樹脂片は、そのすべてが一様な状態で徐々に液化成分を生じ、液化成分から気化成分を生じる、というようにはならない。むしろ、気化成分の発生量は、あるタイミングではかなり多く生じ、また、あるタイミングでは殆ど生じない、という時間による不均衡が生じる。これが、気化成分による回転炉の内圧の変動につながる。
【０００６】
かかる気化成分による回転炉内の内圧の変動が生じると、特に回転炉内の気化成分の圧が大きくなった場合に、回転炉からの意図せぬ気化成分の漏れ出しが生じることがありうる。ロータリーキルンは、上述したように回転炉が回転する構造となっており、回転する回転炉と、回転を行わないその他の部材の間には必ず接続部分（或いは隙間）が存在することになるから、気化成分による回転炉の内圧の変動によって回転炉から気化成分が漏れ出す可能性を完全に否定することはできない。
とはいえ、回転する回転炉と、回転を行わないその他の部材の間は、気化成分の漏れ出しを防止するための適当なシール部材を設けるのが通例である。また、一般的なロータリーキルンは、回転炉内の気化成分の圧を測定する圧測定器を備えており、圧測定器で測定した気化成分の圧が大きくなった場合には気化成分の取出口から、負圧化によって気化成分を引くことで、回転炉内の気化成分の圧が過大とならないようにしている。
しかしながら、回転炉内の気化成分の圧の変動は、上述の如き圧測定器を用いた制御によっても対応できない程度に突発的なことも考えられるし、そのような突発的な回転炉内の気化成分の圧の変動にも対応しようとすると上述のシール部材をより複雑な、或いは高価なものとする必要が生じる。
したがって、気化成分の回転炉からの漏れ出しの原因となる回転炉内の気化成分の圧の変動を抑制することには大きな意味がある。
実際、樹脂のガス化、油化の技術は実験室レベルであれば数十年前から実現できている。他方、かかる技術がなかなか実用されないのは、樹脂のガス化、油化の技術は、それによってガス、油を得るためのコストが、他の手段によって同等のガス、油を得るためのコストよりも低くない限り、経済合理的な観点から少なくとも継続的には用いられることがないからである。つまり、回転炉内の気化成分の圧の変動を抑制することにより、ロータリーキルンの製造コスト、或いはそのランニングコストを抑制することができるのであれば、その意義は非常に大きい。
【０００７】
本願発明は、ロータリーキルンを用いた樹脂のガス化、又は油化の技術を実行する際に、ロータリーキルンの回転炉内で生じる気化成分の圧の変動を抑制する技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以上の課題を解決するために、本願発明者は下記の発明を提案する。
本願発明は、横置きされた、略水平の軸周りに回転可能とされた、円筒形で、外側から加熱されるようになっている回転炉と、前記回転炉へ原料となる樹脂を供給するための前記回転炉の長さ方向の一端側に接続された供給管と、前記回転炉内で前記樹脂から生じた常温でガス又は油となる気化成分を前記回転炉から排出するための前記回転炉に接続された気化成分排出管と、前記回転炉に接続された前記回転炉内の固体又は液体の前記回転炉内の高さが所定の高さである基準高を超えた場合にそれらを前記回転炉から排出するための残渣排出管と、を備えているロータリーキルンを用いて、樹脂のガス化又は油化を実行する樹脂の熱分解方法（以下、単に「熱分解方法」という場合がある。）である。かかるロータリーキルンは、公知或いは周知のものであってもよい。
そして、この樹脂の熱分解方法では、前記回転炉内に前記供給管から樹脂を供給する前に、前記回転炉内に、前記基準高を超えない量の砂を供給する。
本願の熱分解方法では、回転炉内に、樹脂を供給する前に、砂を供給することとしている。回転炉内に供給された砂は、樹脂が回転炉内に供給される前に加熱される。つまり、この熱分解方法では、回転炉内に供給される樹脂（破砕された固体である多数の樹脂片）は、回転炉内に存在する加熱された砂の中に供給されることになる。そうすると、各樹脂片は、その周囲にある加熱された砂と接触してその周囲から一様に加熱され、一様に分解が進み、そのそれぞれが液化成分を生じ、更には液化成分から気化成分を生じる。各樹脂片が液化成分を生じ、そして液化成分から気化成分を生じるタイミングは、少なくとも砂がないときに比して均一になる。これにより、本願発明によれば、ロータリーキルンを用いた樹脂のガス化、又は油化の技術を実行する際に、ロータリーキルンの回転炉内で生じる気化成分の圧の変動を抑制することが可能となる。
なお、砂は、上述のように回転炉内に、基準高を超えない量だけ供給する。砂が基準高を超える量であると砂が回転炉から残渣排出管を介して排出されるが、砂を基準高を超えない量とすることにより回転炉の中に所定量の砂を持続的に残せるようにするためである。
【０００９】
本願発明で回転炉内に供給する砂は、例えば珪砂とすることができる。珪砂を用いることで、キルン内に供給された原料に均一かつ速やかに伝熱させられるという効果を得られる。
なお、砂は一般に、砕屑物のうち粒径が２ｍｍ〜１／１６ｍｍのものを指すが、本願発明における砂は、樹脂供給用フィーダーにより砂を供給する時は、フィーダー外套とフィーダー羽根の間の空隙に噛み込まないこと、キルン内で硅砂が固着せず流動性を保つ必要がある。
【００１０】
本願発明における樹脂の熱分解方法は、前記ロータリーキルンが、前記回転炉内の前記気化成分の圧を測定する圧測定器を備えているとともに、前記気化成分排出管を負圧化して前記気化成分排出管を介して前記回転炉内の前記気化成分を引く負圧化手段を備えている場合において実行される方法であってもよい。
その場合、熱分解方法は、前記圧測定器で測定した前記回転炉内の前記気化成分の圧が所定の圧を超えた場合に、前記負圧化手段を駆動させ前記気化成分排出管を負圧化するものであってもよい。これによれば、回転炉内の気化成分による圧の上昇を抑制することができるから、回転炉から予期せぬ気化成分の漏れ出しを防止できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本願発明の一実施形態による熱分解システム全体の概略的な構成を説明するための図。
【図２】図１に示した熱分解システムに含まれるロータリーキルン近辺の構成を示す側断面図。
【図３】図２に示した胴部内の構成を説明するための胴部の長さ方向の中央付近の縦断面図。
【図４】図１に示した熱分解システムに含まれる他のロータリーキルン近辺の構成を示す側断面図。
【図５】試験例による試験結果を示す図。
【図６】試験例による試験結果を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照しつつ、本願発明の好ましい一実施形態について説明する。
【００１３】
図１に、本願発明における樹脂の熱分解方法を実施するために用いられるロータリーキルンを含む熱分解システムの全体構成を概略で図示する。また、図２に同熱分解システムに含まれるロータリーキルンの側断面図を示す。
【００１４】
熱分解システムは、ロータリーキルン１を中心として構成される。ロータリーキルン１には、樹脂が供給される。供給された樹脂はロータリーキルン１で後述するように熱分解され、まず液化成分を生じ、液化成分から気化成分を生じる。気化成分は、常温でガス、油又はそれらの混合物となるものであり、この実施形態では、これには限られないが常温でガスとなるものとされる。
ロータリーキルン１は、気化成分排出管１Ａの一端と接続されており、気化成分は気化成分排出管１Ａを介してロータリーキルン１から排出されるようになっている。気化成分排出管１Ａは最終的には、ガス貯蔵タンク２に接続されている。ガス貯蔵タンク２は気化成分をガスとして貯蔵する公知の容器である。ガス貯蔵タンク２は、これには限られないが、貯蔵された気化成分の量を測定するガスメータを備えており、それによりガス貯蔵タンク２に貯蔵された気化成分の量が把握できるようになっている。
気化成分排出管１Ａの途中には、タール採集器３、コンデンサ４、及びポンプ５が設けられている。
【００１５】
タール採集器３は、ロータリーキルン１から排出された気化成分を気化成分排出管１Ａを介して受け入れ、受け入れた気化成分からタールを採集することで、気化成分からタールを除去するようになっている。タール採集器３は、公知のものであり、より詳細には、（簡単な原理、熱分解ガスとタール（重油や灯軽油相当）の液滴からなる気化成分をワイヤーメッシュやスチールウール等を通過させ、熱分解ガスからタールの液滴を除去する機器によって構成されている。
コンデンサ４は、凝縮器であって、タール採集器３から排出されたタールを除去された気化成分を冷却するものであり、同気化成分に含まれるもののうち、常温で液体とならない比較的分子量の小さな成分を凝縮液化させ、気化成分から除去するものである。例えば、気化成分に含まれていたガソリン相当成分がコンデンサ４で除去される。コンデンサ４は、公知のものであり、より詳細には、（簡単な原理、機能の説明気化成分を熱交換機能のある配管中を通過させ、ガス中のガソリン相当の炭化水素蒸気を冷却凝縮し、液状油分として回収する機器によって構成されている。
ポンプ５は、気化成分排出管１Ａ内の気体を吸うことにより、ロータリーキルン１から気化成分を引くものである。かかる機能を有するのであれば、ポンプ５は一般的なものでよく、公知又は周知のものであってもよい。
ポンプ５は、ポンプ制御装置６の制御下で駆動するようになっている。ポンプ制御装置６は、ポンプ５を制御するための公知又は周知の装置であって、コンピュータを含んで構成されている。ポンプ制御装置６は、ポンプ５の駆動を開始させるための開始信号と、ポンプ５の駆動を終了させるための終了信号とを生成し、それをケーブルＣ１を介して（もちろん、ポンプ５とポンプ制御装置６とは無線で接続されていても良い。）ポンプ５に送るようになっている。ポンプ５は開始信号を受取ると駆動し、終了信号を受取ると、駆動を終了するようになっている。ポンプ制御装置６は、後述する圧力信号をこれも後述する圧力センサから受け取って開始信号と、終了信号とを生成するが、それら開始信号と終了信号とを生成するための条件については後述する。
【００１６】
ロータリーキルン１は、図２に示したように、ロータリーキルン本体１０を備えている。ロータリーキルン本体１０は、後述する筒状の部材を同軸で連ねて構成されている。
ロータリーキルン本体１０は、横置きされた円筒形の胴部１１を備えている。円筒形であり、その両端は円形の板１２で封止されている。胴部１１の軸は略水平であるが、３％程度であれば傾斜があっても構わない。胴部１１が、本願でいう回転炉を構成する。
板１２のうち図２中左側のものには、円筒形の供給管１３の一端が接続されている。供給管１３の他端には、ドーナツ型のフランジ１３Ａが設けられている。また、板１２のうち図２中右側のものには、円筒形の排出管１４の一端が接続されている。排出管１４の他端には、ドーナツ型のフランジ１４Ａが設けられている。
胴部１１、２枚の板１２、供給管１３、及び排出管１４は一体とされており、また同軸とされている。供給管１３と排出管１４は同径である必要はないが、そのいずれもが胴部１１よりは小径とされている。胴部１１、板１２、供給管１３、排出管１４からなるロータリーキルン本体１０は、耐熱性の高い金属、例えばステンレスでできている。ロータリーキルン本体１０は軸周りに回転できるようになっている。
【００１７】
また、必ずしも必須ではないがこの実施形態のロータリーキルン本体１０の中には、樹脂等を搬送するための、搬送筒を中心とした以下のような構成が設けられている。
胴部１１の中には、搬送筒１５が設けられている。搬送筒１５は複数であり、必ずしもこの限りではないが、この実施形態のロータリーキルン本体１０では４つである。
４つの搬送筒１５は、胴部１１の断面図である図３（Ａ）に示したように、軸を中心として点対称な関係になるように配置される。
搬送筒１５は、両端が開放された円筒である内筒１５Ａと、細い直線上のパイプにより構成された軸材１５Ｂと軸材１５Ｂの周りに設けられたスクリュー１５Ｃとにより構成されている。４つの搬送筒１５の中にそれぞれ設けられているスクリュー１５Ｃのスパイラル面の向きは同じ向きでも構わないが、この実施形態では、隣り合うもの同士のスパイラル面の向きが互いに逆向きとなるようにされている。各搬送筒１５の内筒１５Ａは同じ長さであり、また、胴部１１の長さ方向における位置が同じになるようにその両端が位置決めされている。図２では、２つのスクリュー１５Ｃのスパイラル面の向きが逆になっているところを示している。
なお、搬送筒１５は、４つであるとは限らず、例えば、同断面図の（Ｂ）に示したように２つとすることも可能であり、この場合でも軸を中心とした点対称な関係に配置することができる。搬送筒１５を軸を中心とする点対称な関係に配置した方が良いのは、軸周りのロータリーキルン本体１０の重量が軸を中心として点対称な関係になっていないと、ロータリーキルン本体１０が回転したときに振動が生じるおそれがあるからである。搬送筒１５が２つである場合も、スクリュー１５Ｃのスパイラル面の向きは、同じであっても異なっていてもよい。
【００１８】
搬送筒１５は、図３に示したような侵入防止ブロック１６に嵌めこまれており、侵入防止ブロック１６を介して胴部１１に固定されている。侵入防止ブロック１６は、図２では図示を省略しているが、搬送筒１５と略同じ長さを持ち、図３に示したような断面形状をその長さ方向のすべての部分で持っている。侵入防止ブロック１６は、搬送筒１５の径と略同じ径でありその中に搬送筒１５を挿入して固定できる長孔１６Ａを持っている。
必ずしもこの限りではないが、搬送筒１５は、長孔１６Ａに嵌め込む向きを任意に変更できるようになっている。これにより、スクリュー１５Ｃのスパイラル面の向きを任意に変更できるようになっている。搬送筒１５は、長孔１６Ａに嵌め込まれた状態で、図示を省略の適当な金具（例えばボルト等）によって、侵入防止ブロック１６に着脱ができるようにして固定されるようになっている。
なお、スクリュー１５Ｃのスパイラル面の向きを任意に変更できるようにするには、各搬送筒１５のスクリュー１５Ｃを内筒１５Ａに対して任意の方向で固定できるようにしてもよい。
もっとも搬送筒１５は、溶接などにより侵入防止ブロック１６乃至胴部１１に着脱できないような状態で固定されていても構わない。
なお、搬送筒１５は、後述するように、樹脂等を胴部１１の軸方向に往復させることにより、樹脂の胴部１１に滞留する時間を長くするという機能を有している。樹脂の胴部１１での滞留時間を稼ぐ必要がないのであれば、搬送筒１５は必ずしも必要はない。例えば、円筒である胴部１１の内側面には、搬送筒１５も侵入防止ブロック１６も、もっといえば何も存在しなくても良いし、また、図４に概略的に示したように、胴部１１の軸方向に沿う、胴部１１の内面から所定の高さまで伸びる螺旋状の板であるスクリュー１５Ｘのみが設けられていても良い。
【００１９】
胴部１１内の空間は、搬送筒１５、或いは侵入防止ブロック１６の両側の空間と、搬送筒１５内の空間に分けられる。搬送筒１５の両側の空間のうち、供給管１３側のものが第１空間Ｘであり、排出管１４側のものが第２空間Ｙである。この実施形態では、第１空間Ｘと第２空間Ｙとの間で原料等（後述する。）が循環するが、その場合、原料等は、搬送筒１５の内側を通って第１空間Ｘと第２空間Ｙとの間を行き来する。
なお、侵入防止ブロック１６は、第１空間Ｘと第２空間Ｙとの間を行き来する原料等が必ず搬送筒１５を通るように、言い換えれば、原料等が原料等を搬送する能力のない搬送筒１５の外側に侵入しないようにするためのものであり、侵入防止ブロック１６は、その機能が保証される限り、中実でなく中空であってもよいし、更にいえば、搬送筒１５の両端に相当する位置にそれぞれ取付けられた図３に示した形状の２枚の板であってもよい。
【００２０】
ロータリーキルン本体１０は加熱チャンバー２０に囲まれている。加熱チャンバー２０は、これには限られないが耐熱煉瓦によって構成されている。加熱チャンバー２０内は、加熱可能となっている。この実施形態では、これには限られないが、図示を省略の電熱器が加熱チャンバー２０内に設けられており、それによって、ロータリーキルン本体１０の胴部１１は外部から加熱されるようになっている。もっとも、ロータリーキルン本体１０の加熱方法は電熱器による必要は必ずしもなく、熱風炉から導入された加熱用熱風によりロータリーキルン本体１０がその外部から加熱されるようになっていても構わない。
加熱チャンバー２０からは、上述の供給管１３と排出管１４の他端が突き出ている。
【００２１】
供給管１３の他端は、加熱チャンバー２０の外側にある原料ホッパー３０と接続されている。原料ホッパー３０は、この限りではないがその上部を開閉自在とした直方体の箱であり、その上部を開くことでその内部に原料となる樹脂を供給でき、その内部に原料を貯留できるようになっている。これには限られないが、この実施形態の原料は例えば、ポリプロピレンであり、他の例としては、ＥＶＡ、ナイロン、ＰＥＴ等である。樹脂は、公知或いは周知のように、公知或いは周知の方法で、適当な大きさに予め破砕されている。
原料ホッパー３０の供給管１３に対向する面には孔３１が穿たれており、そこに僅かに供給管１３が挿し込まれている。供給管１３の他端のフランジ１３Ａが孔３１の縁に係止されることにより、供給管１３が孔３１から抜けないようになっている。供給管１３と孔３１は、供給管１３の回転が許容されるようになっており、両者の間は公知の適当な方法でシールされている。もっとも、供給管１３と原料ホッパー３０の接続方法は、供給管１３の回転が許容されるとともにその接続が確実になされ、また両者のシールがなされる限りどのようなものであってもよい。
また、原料ホッパー３０の内部には、そこから供給管１３の内部に亘るスクリューコンベアである原料供給スクリュー３２が設けられている。原料供給スクリュー３２の軸は原料ホッパー３０の外に付き出しており、モータ等によって構成される駆動装置である第１駆動装置３３に接続されている。原料供給スクリュー３２は第１駆動装置３３によって回転させられ、原料ホッパー３０内の原料を、供給管１３を介して胴部１１内の第１空間Ｘに供給するようになっている。
なお、原料ホッパー３０には、後述するように砂が入れられる場合がある。この場合、砂が原料ホッパー３０から供給管１３を介して胴部１１内の第１空間Ｘに供給されることになる。
【００２２】
上述したようにロータリーキルン本体１０は軸周りに回転可能となっている。それを可能とするため、必ずしもこの限りではないがこの実施形態では、供給管１３の途中に、ロータリーキルン本体１０を回転させるための回転機構４０が設けられている。
回転機構４０は供給管１３の周りに供給管１３と同軸で設けられた第１歯車４１と、第１歯車４１と噛み合う第２歯車４２と、第２歯車４２に駆動力を与える例えばモータ等によって構成される駆動装置である第２駆動装置４３とからなる。第２駆動装置４３の駆動力によって第２歯車４２が回転し、それに噛み合う第１歯車４１が回転する。第１歯車４１が回転することにより供給管１３が回転し、それによりロータリーキルン本体１０全体が軸周りに回転することになる。
回転機構４０の構成は、ロータリーキルン本体１０を回転させられる限り、適宜変更可能である。
【００２３】
排出管１４の他端は、加熱チャンバー２０の外側にある気固分離室５０と接続されている。気固分離室５０は、気密であり、この限りではないが直方体の箱である。気固分離室５０では、排出管１４を介してロータリーキルン本体１０から排出された気化成分と主に残渣である固体とが分離される。この実施形態では、固体は気固分離室５０の下端に落ち、気体は気固分離室５０に接続された気化成分排出管１Ａから外部に排出されるようになっている。気固分離室５０の下端には、残渣を溜める残渣貯留タンク５２が設けられている。残渣貯留タンク５２には、気固分離室５０で分離された固体を外部へ排出するためのスクリューコンベア等の適当な装置が設けられていてもよい。
気化成分排出管１Ａは、外部から負圧により気固分離室５０内の気体を引くようになっていてもよい。
気固分離室５０の排出管１４に対向する面には孔５１が穿たれており、そこに僅かに排出管１４が挿し込まれている。排出管１４の他端のフランジ１４Ａが孔５１の縁に係止されることにより、排出管１４が孔５１から抜けないようになっている。排出管１４と孔５１は、排出管１４の回転が許容されるようになっており、両者の間は公知の適当な方法でシールされている。もっとも、排出管１４と気固分離室５０の接続方法は、排出管１４の回転が許容されるとともに、その接続が確実になされ、また両者のシールがなされる限りどのようなものであってもよい。
【００２４】
また、気固分離室５０を貫くようにして、金属製の筒である連通筒６１が設けられている。連通筒６１の一端は、排出管１４の中を通ってロータリーキルン本体１０の胴部１１の中に至っている。連通筒６１の他端は、気固分離室５０の外側に至っている。連通筒６１の他端には、圧力センサ６２が設けられている。圧力センサ６２は、連通筒６１を介して、胴部１１の中の気化成分の圧を測定するものである。圧力センサ６２は、その時点における胴部１１の中の気化成分の圧を計測し、その時点における胴部１１の中の気化成分の圧を示す圧力信号を生成するようになっている。
圧力信号は、ケーブルＣ２を介して、圧力センサ６２からポンプ制御装置６に送られるようになっている。もちろん、圧力信号の圧力センサ６２からポンプ制御装置６への伝達は、無線で行われるようになっていても構わない。
【００２５】
この実施形態における熱分解システムの使用方法及び動作について説明する。
【００２６】
まず、搬送筒１５が、侵入防止ブロック１６又は胴部１１に着脱できないように固定されている場合はこの限りではないが、ロータリーキルン本体１０の胴部１１に、搬送筒１５を取付ける。具体的には、胴部１１内の侵入防止ブロック１６の長孔１６Ａに搬送筒１５をそれぞれ挿入し、ボルトで止めるなどして搬送筒１５を侵入防止ブロック１６に固定する。搬送筒１５が、その中に含まれるスクリュー１５Ｃのピッチが異なるもの等複数種類準備されているのであれば、適当な搬送筒１５を選択して侵入防止ブロック１６に固定する。搬送筒１５は、それに含まれるスクリュー１５Ｃのスパイラル面の向きがすべて同じになるようにされても構わないが、この実施形態では隣り合う搬送筒１５内のスクリュー１５Ｃのスパイラル面の向きが互いに逆向きになるようにして、搬送筒１５を侵入防止ブロック１６に固定する。
【００２７】
次いで、原料ホッパー３０に砂を充填する。砂は、天然砂、人口砂のいずれでもよい、砂は砕屑物のうち粒径が２ｍｍ〜１／１６ｍｍのものを指すが、この実施形態における砂は、樹脂供給用フィーダーにより砂を供給する時は、フィーダー外套とフィーダー羽根の間の空隙に噛み込まないこと、ロータリーキルン本体１０内で硅砂が固着せず流動性を保つ必要がある。砂は珪砂であってもよく、この実施形態ではそうされている。
次いで、第１駆動装置３３を駆動させるとともに、第２駆動装置４３を駆動させる。
第１駆動装置３３を駆動させることによって、原料供給スクリュー３２が回転し、それにより、原料ホッパー３０内の砂が供給管１３を介して胴部１１内の第１空間Ｘに供給される。
第２駆動装置４３を駆動させると、第２歯車４２が回転し、第２歯車４２に噛み合う第１歯車４１が回転する。第１歯車４１が回転することにより供給管１３が回転し、それによりロータリーキルン本体１０全体が軸周りに回転する。
【００２８】
第１空間Ｘに砂が供給され、第１空間Ｘに溜まった砂がある量を超えると、砂の一部が搬送筒１５に入る。搬送筒１５のうちの２つは、胴部１１が回転することにより、第１空間Ｘから第２空間Ｙの方向へ固体（樹脂、砂等）を搬送する搬送力を持ち、他の２つは第２空間Ｙから第１空間Ｘの方向へ固体を搬送する搬送力を持つ。
第１空間Ｘから第２空間Ｙの方向へ固体を搬送する搬送力を持つ搬送筒１５に入った砂は、搬送筒１５の中で攪拌されながら第２空間Ｙへ向かう。第２空間Ｙから第１空間Ｘの方向へ固体を搬送する搬送力を持つ搬送筒１５に入った砂は搬送筒１５の搬送力により第１空間Ｘの方に押し戻される。
第１空間Ｘには次々に（連続的である必要はなく、バッチ的でも良い。）砂が供給されるから、第２空間Ｙに貯まる砂はどんどん増えていく。第２空間Ｙに溜まった砂がある量を超えると、砂の一部が搬送筒１５に入る。第２空間Ｙから第１空間Ｘの方向へ固体を搬送する搬送力を持つ搬送筒１５に入った砂は搬送筒１５の搬送力により、搬送筒１５の中で攪拌されながら第１空間Ｘへ向かう。第１空間Ｘから第２空間Ｙの方向へ固体を搬送する搬送力を持つ搬送筒１５に入った砂等は、第２空間Ｙの方に押し戻される。
このようにして、第１空間Ｘと第２空間Ｙとの間では、搬送筒１５を介して砂等が循環することになり、第１空間Ｘから第２空間Ｙの方向へ固体を搬送する搬送力を持つ搬送筒１５と、第２空間Ｙから第１空間Ｘの方向へ固体を搬送する搬送力を持つ搬送筒１５とは、同じ搬送力を持つようにされている。したがって、第１空間Ｘと第２空間Ｙにおける砂の胴部１１の底からの高さはやがて均衡する。この実施形態におけるロータリーキルン１にあっては、胴部１１内の固体は、胴部１１内でのその高さが排出管１４の下端を超えた場合に、排出管１４から排出されるようになっている。つまり、この実施形態では、排出管１４の下端の位置或いは高さが、本願発明における基準高に相当することになる。基準高を超えるまで胴部１１の中に砂を供給したところで、基準高を超える砂は排出管１４から排出されることになって無駄であるから、砂は、基準高を超えない程度に胴部１１内に供給される。
【００２９】
また、砂が胴部１１へ供給される前、最中、後のいずれのタイミングでも構わないが、加熱チャンバー２０内の、図示を省略の電熱器を起動させる。これにより、胴部１１が外側から加熱される。これには限られないが一般に、胴部１１内の温度は５００℃〜９００℃となるようにする。これにより、砂が加熱される。
【００３０】
次いで、原料ホッパー３０内に、分解のための原料となる樹脂を充填する。樹脂は、上述した通り、既に破砕されている。
このとき、第２駆動装置４３は駆動したままであり、また、加熱チャンバー２０内の電熱器は稼働したままである。
【００３１】
そして、砂の温度が十分に上がったタイミングで、例えば砂の温度が８５０℃に達したら、第１駆動装置３３を駆動させる。これにより、原料供給スクリュー３２が回転し、それにより、原料ホッパー３０内の樹脂が供給管１３を介して胴部１１内の第１空間Ｘに供給される。
このとき、上述したように、第２駆動装置４３は駆動したままであり、また、加熱チャンバー２０内の電熱器は稼働したままである。つまり、ロータリーキルン本体１０全体は軸回りに回転しており、また胴部１１は外側から加熱されており、胴部１１内の温度は５００℃〜９００℃に引き続き保たれている。
【００３２】
上述したように、第１空間Ｘに樹脂が供給されると樹脂は砂の中に落ち込む。また、搬送筒１５の機能によって、樹脂は砂とともに、第１空間Ｘと第２空間Ｙとの間を循環する。
その過程において、樹脂は、加熱した砂と接触する。各樹脂片は、理想的には（樹脂が砂の中にすべて埋もれており、各樹脂片同士が接触していないとすればという条件が充足されれば、理想的な条件となる。）全方向から砂によって均一に加熱され、理想的には一斉に、或いは一様に分解していく。かかる各樹脂片の分解は、少なくとも砂が存在しないときよりは、一斉に、或いは一様に進む。
第１空間Ｘには次々に原料が供給される。原料供給スクリュー３２の存在によって第１空間Ｘに存在する砂、樹脂等が供給管１３を逆流することはないから、第２空間Ｙに溜まった砂、樹脂等のうち排出管１４の高さに至ったものが排出管１４内を押し出されていく。もっとも、樹脂は、排出管１４から極力排出されない程度の速さで第１空間Ｘ内に供給される。
【００３３】
第１空間Ｘ、第２空間Ｙ、搬送筒１５内に砂と共にある樹脂は上述のように加熱される。ここで以下のような反応が生じる。
まず、樹脂は、加熱されることで分解しその分子量が低下する。その過程で樹脂は液化成分を生じ、その後ミスト状となり、気化成分を生じる。また、樹脂の一部は固体の炭化物を生成する。分子量が低下して行くに連れ、樹脂は、常温、常圧でタール分となる分子量を通過し、第１空間Ｘと第２空間Ｙとの間で循環させられながら、より小さな分子量にまで分解されていく。公転運動を行う搬送筒１５の中で原料等は砂とともに非常によく攪拌され、高温に熱せられた砂や炭化物とよく接する。それらの温度は樹脂を分解するのに適した温度であるので、樹脂からは、常温、常圧でも気体となる炭化水素である気化成分を効率よく生じる。
以上の反応を生じさせられるように、搬送筒１５はその長さ、それに含まれるスクリュー１５Ｃの長さ、ピッチ等が設計されている。
【００３４】
気化成分は、第２空間Ｙから排出管１４を通って気固分離室５０に導かれる。
また、原料等に含まれる砂、樹脂、固体の炭化物を含む残渣は、第２空間Ｙに溜まったものの高さが上述した基準高を超え、排出管１４に届くと、上述したように排出管１４内に押し出され気固分離室５０に到達する。
【００３５】
気化成分は、気化成分排出管１Ａから外部に排出される。気化成分排出管１Ａは、タール採集器３に到達する。気化成分には、多くはないもののタールが含まれている。
タール採集器３によりタールが採集され、気化成分からタールが除去される。
タール採集器３を通過した気化成分は、気化成分排出管１Ａを通ってコンデンサ４に至る。気化成分に含まれる気体の分子量は比較的小さいので、液化成分は、基本的に常温、常圧で気体となるものであるが、一部常温、常圧で液体となる分子も含まれている。コンデンサ４では、気化成分を冷却し、常温、常圧で液体となる比較的大きな分子量の分子を液化させて凝集させ、気化成分から除去する。例えば、気化成分に含まれていた重油、軽油成分がコンデンサ４で除去される。
コンデンサ４を通過した気化成分は、気化成分排出管１Ａを通り、ポンプ５を通過し、ガス貯蔵タンク２に至り、ガス貯蔵タンク２に貯蔵される。
【００３６】
上述したように、胴部１１の内部では気化成分が生じる。気化成分は、ある程度均一な量ずつ発生するから、胴部１１内での気化成分の圧はそれ程大きくは変動しない。
とはいえ、胴部１１内での気化成分の圧はある程度変動する。胴部１１内での気化成分の圧は、連通筒６１を通って圧力センサ６２に伝えられており、圧力センサ６２によって常時、測定されている。圧力センサ６２は、常時、胴部１１の中の気化成分の圧を示す圧力信号を生成し、生成した圧力信号をケーブルＣ２を介してポンプ制御装置６に送るようになっている。
圧力信号を受取ったポンプ制御装置６は、以下のようなタイミングで、ポンプ５の駆動を開始させるための開始信号と、ポンプ５の駆動を終了させるための終了信号とを生成する。
この実施形態では、ポンプ制御装置６は、予め定められた基準となる圧である高基準圧よりも圧力信号の示す圧が低かった状態から、圧力信号の示す圧が高基準圧を超えた場合に開始信号を生成する。開始信号は、ポンプ制御装置６からポンプ５へ、ケーブルＣ１を介して送信される。これを受取ったポンプ５は負圧を生じ、気化成分排出管１Ａを介して、胴部１１内の気化成分を引く。それにより、胴部１１内の気化成分の圧は下がるようになっている。
他方、ポンプ制御装置６は、予め定められた基準となる圧であり高基準圧よりも低い圧である低基準圧よりも圧力信号の示す圧が高かった状態から、圧力信号の示す圧が低基準圧を下回った場合に終了信号を生成する。終了信号は、ポンプ制御装置６からポンプ５へ、ケーブルＣ１を介して送信される。これを受取ったポンプ５は負圧を生じさせるのを止める。それにより、気化成分排出管１Ａを介して、胴部１１内の気化成分を強制的に引く処理が終了される。その後、通常は、胴部１１内の気化成分の圧が徐々に上がる。
このように、ポンプ５は、ポンプ制御装置６によってその駆動と駆動の終了とを自動的に制御される。それにより胴部１１内の圧の変動は、ある程度の範囲に収められるようになっている。
なお、上述の終了信号は、圧力信号に依存せずに、例えば、ポンプ制御装置６が開始信号を生成してから所定の時間が経過したら自動的に生成されるようになっていても構わない。ポンプ５によって胴部１１から気化成分を引く時間の長さを適切に設定することにより、これによっても、胴部１１内の圧の変動は、ある程度の範囲に収められるようになる。
【００３７】
［試験例］
ロータリーキルン１（ただし、搬送筒１５を持たない）を有する図１に示したような熱分解システムを用いて、樹脂（ポリプロピレン）を熱分解して気化成分を得た場合におけるロータリーキルン１の胴部１１内の気化成分の圧を測定した。その場合における胴部１１内の気化成分の圧の経時的な変化を図５、図６に示す。
図５は、樹脂の供給速度が比較的遅い（１．１６ ｋｇ／ｈ）場合における胴部１１内の気化成分の圧の経時的な変化を示しており、同（Ａ）は、ロータリーキルン１の胴部１１内に予め砂を供給した場合、同（Ｂ）は、胴部１１内に砂を供給しなかった場合である。砂を供給した図５（Ａ）の場合の方が、胴部１１内の気化成分の圧の変動が小さいことが明らかである。
図６は、樹脂の供給速度が比較的速い（１．９８ ｋｇ／ｈ）場合における胴部１１内の気化成分の圧の経時的な変化を示しており、同（Ａ）は、ロータリーキルン１の胴部１１内に予め砂を供給した場合、同（Ｂ）は、胴部１１内に砂を供給しなかった場合である。砂を供給した図６（Ａ）の場合の方が、胴部１１内の気化成分の圧の変動が小さいことが明らかである。
【符号の説明】
【００３８】
１  ロータリーキルン
１Ａ  気化成分排出管
２  ガス貯蔵タンク
３  タール採集器
４  コンデンサ
５  ポンプ
６  ポンプ制御装置
１０  ロータリーキルン本体
１１  胴部
１３  供給管
１４  排出管
１５  搬送筒
１５Ａ  内筒
１５Ｂ  軸材
１５Ｃ  スクリュー
１６  侵入防止ブロック
２０  加熱チャンバー
３０  原料ホッパー
３２  原料供給スクリュー
４０  回転機構
４１  第１歯車
４２  第２歯車
５０  気固分離室
６１  連通筒
６２  圧力センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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