(57)【要約】      （修正有）【課題】廃プラスチックから従来の廃プラ油化法や廃プラガス化法に比べて利用価値が高い熱分解生成物を製造する方法を提供する。【解決手段】廃プラスチックを熱分解して熱分解ガスを生成する熱分解工程と、前記生成した熱分解ガスを冷却して熱分解ガス中の油状成分を凝縮し、熱分解油を生成する熱分解油生成工程とを有する廃プラスチックの熱分解方法において、前記熱分解工程の反応温度を６５０℃±２０℃とし、前記熱分解油回収工程で凝縮させる熱分解ガス中の油状成分を引火点６０℃以上の油状成分または引火点７０℃以上の油状成分とすることを特徴とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリエチレンを含有した廃プラスチックを熱分解して熱分解ガスを生成する熱分解工程と、前記生成した熱分解ガスを冷却して熱分解ガス中の油状成分を凝縮し、熱分解油を生成する熱分解油生成工程とを有する廃プラスチックの熱分解方法において、前記熱分解工程の反応温度を６５０℃±２０℃とし、前記熱分解油生成工程で生成した熱分解油を回収することを特徴とする廃プラスチックの熱分解方法。
【請求項２】
前記回収した熱分解油の引火点が６０℃以上となるように回収することを特徴とする請求項１記載の廃プラスチックの熱分解方法。
【請求項３】
前記回収した熱分解油の引火点が７０℃以上で第三石油類となるように回収することを特徴とする請求項１記載の廃プラスチックの熱分解方法。
【請求項４】
前記熱分解工程の方式を外熱ロータリーキルンとし、熱分解工程の反応温度を前記外熱ロータリーキルンの内筒温度で管理することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の廃プラスチックの熱分解方法。
【請求項５】
前記熱分解油生成工程の後段に熱分解ガス中に含まれる常温下で液化する軽質油成分を分離する軽質油分離工程と軽質油分離後の熱分解ガスを精製するガス精製工程とを設け、前記ガス精製工程後の熱分解ガスを回収することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の廃プラスチックの熱分解方法。
【請求項６】
前記廃プラスチックが容器包装リサイクル法で規定される「その他プラスチック製容器包装」であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の廃プラスチックの熱分解方法。
【請求項７】
廃プラスチックを熱分解処理して熱分解ガスを生成する反応温度６５０℃±２０℃に調整可能な熱分解炉と、前記生成した熱分解ガスを冷却して熱分解ガス中に含まれる引火点６０℃以上または引火点７０℃以上の油状成分を凝縮して熱分解油を生成する熱分解油生成装置と、前記熱分解油生成装置後の熱分解ガスを冷却して熱分解ガス中に含まれる常温下で液化する軽質油成分を分離する軽質油分離装置と、軽質油分離後の熱分解ガスを精製するガス精製装置とを備える廃プラスチックの熱分解装置。
【請求項８】
前記熱分解炉が、内筒温度を６５０℃±２０℃に調整可能な外熱ロータリーキルン式熱分解炉であることを特徴とする請求項７記載の廃プラスチックの熱分解装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は廃プラスチックを資源として有効利用するための廃プラスチックの熱分解方法および熱分解装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
廃プラスチックの処理方法は従来単純焼却や埋立てが中心であったが、循環型社会促進が近年の大きな社会的課題となっていることから、廃プラスチックの有効利用技術が強く求められている。そこで、廃プラスチックの有効利用を目的とした廃プラスチック処理方法として、廃プラスチックから油を回収する廃プラ油化法や廃プラスチックから可燃性ガスを回収する廃プラガス化法が提案されている。
【０００３】
廃プラ油化法は、例えば特許文献１〜３に記載されているように、廃プラスチックを反応温度４００℃前後の熱分解炉内に装入して熱分解ガスを生成し、生成した熱分解ガスを後段のゼオライト等の触媒を充填した触媒改質塔に導入して熱分解ガス中の油状成分を触媒塔内で分解して軽質化した後、触媒改質塔通過後の熱分解ガスをガス冷却装置で冷却して熱分解油を凝縮・回収し、回収した熱分解油を特定の沸点留分に分留した後燃料油等に利用する方法である。
【０００４】
一方、廃プラガス化法は、例えば特許文献４〜６に記載されているように、廃プラスチックを反応温度１０００℃〜１５００℃程度の高温のガス化炉内に直接吹き込むか、あるいは廃プラスチックを熱分解炉で一旦熱分解ガス化した後にガス化炉内に吹き込んで、高温のガス化炉内でクラッキング反応、酸素による部分燃焼反応、水蒸気改質反応等を起こさせ、廃プラスチックを一酸化炭素(ＣＯ)、および水素(Ｈ2)を主成分とする可燃性ガスに変換するする方法である。
【非特許文献１】「ボイラ研究」第１７１号、７頁、１４〜１５行目（１９７８）
【特許文献１】特開平６−１２８５６９公報
【特許文献２】特開平３−８６７９０公報
【特許文献３】特開昭５９−１７４６９０公報
【特許文献４】特開平１０−１５６３１４公報
【特許文献５】特開平１０−２８１４３７公報
【特許文献６】特開２００４−６７８９６公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、既存の廃プラ油化法の抱える課題として、既存の廃プラ油化法は容器包装プラスチック(以降、「容リプラ」と記載)を初めとするポリエチレン樹脂を含んだ廃プラスチックを油化すると、冬季等の液温低下時に固化する性質を有する長鎖脂肪族炭化水素類を主成分とした油が生成することが挙げられる。送液ポンプで移送可能な最大粘度は、例えば非特許文献１に記載されているように通常１０００ｍｍ2／ｓ程度(１０００ｃＳｔ程度)であることから、動粘度１０００ｍｍ2／ｓ以下(１０００ｃＳｔ以下)とするためには送液ポンプや送液配管等の油移送設備や廃プラ油の利用先である燃焼設備への加温設備付加が必要となり工業的に実用的でない。そこで、既存の廃プラスチック油化法では前述のように熱分解炉後段に触媒改質塔を設け、熱分解ガス中の長鎖脂肪族炭化水素類を軽質化した後に熱分解油を回収する方法を採用している。しかしながら、触媒改質塔により長鎖脂肪族炭化水素類を軽質化した熱分解油を回収する方法の抱える課題として、生成した熱分解油はガソリン分、灯油分、軽油分等の低沸点油が主成分となるために新たな問題が発生することが挙げられる。即ちガソリンや灯油、軽油を燃料とする燃焼装置は燃料性状に求める品質制約が厳しいため、種々の不純物を含有する廃プラスチックから製造した熱分解油をガソリンや灯油、軽油の代替油として適用するには高精度蒸留や高精度精製等の付加が必要となって設備コストおよび運転コストが大幅に上昇する。また、ガソリン分、灯油分、軽油分は引火点が非常に低いために取扱いが厄介であり、熱分解油の貯留容器や移送設備等の周辺設備も重厚な仕様のものが必要となって設備コストが増大する。従来の廃プラ油化技術が抱えるこれら課題は、廃プラ油化技術が実機プラントとして殆ど普及できていない大きな要因にもなっている。
【０００６】
一方、既存の廃プラガス化法の抱える課題としては、既存の廃プラガス化法で得られる生成ガスは一酸化炭素(ＣＯ)、および水素(Ｈ2)を主成分とするためにガスカロリーが２０００〜２５００ｋｃａｌ／Ｎｍ3程度(８３００〜１０５００ｋＪ／Ｎｍ3程度)と低く、生成ガスを燃料ガスとして使用する場合の利用価値が低いことが挙げられる。
【０００７】
そこで本発明は、廃プラスチックから従来の廃プラ油化法や廃プラガス化法に比べて利用価値が高いＡ重油又は第三石油類に相当する０℃の低温度でも移送可能な油を回収する方法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】
本発明者らは廃プラスチックから従来の廃プラ油化法や廃プラガス化法に比べて利用価値が高い生成物を製造する方法について鋭意検討した結果、廃プラスチックを反応温度６５０℃±２０℃に調整した熱分解炉内で熱分解処理して熱分解ガスを生成した後、生成した熱分解ガスを熱分解油生成装置に導入して熱分解ガスを冷却し、熱分解ガス中に含まれる引火点６０℃以上または引火点７０℃以上の油状成分を凝縮させて回収することにより、低温下での動粘度が液温０℃でも１０００ｍｍ2／ｓ以下(１０００ｃＳｔ以下、測定方法ＪＩＳ−Ｋ２２８３)と低く、かつガソリン、灯油、軽油に比べて品質制約が小さくて工業的用途が広いＡ重油相当の性状を持った熱分解油を製造可能であることを見出した。ちなみに、反応温度が６００℃程度或いは７００℃程度の場合には液温０℃での動粘度が２０００ｍｍ2／ｓ以上(２０００ｃＳｔ以上)に急上昇してしまい、従来の廃プラ油化法の課題である低温粘度問題が解決できないことをあわせて見出した。
【０００９】
また、熱分解炉の反応温度が６５０℃程度の場合に低温粘度の低い熱分解油が特異的に生成する原因について調査した結果、１）反応温度６００℃程度までは熱分解油中に未分解の長鎖脂肪族炭化水素類が残存すること、熱分解油中に長鎖脂肪族炭化水素類が少量残存しても低温粘度が阻害されること、２）反応温度が６００℃程度から６５０℃程度に変化すると、長鎖脂肪族炭化水素類の芳香族化反応が急激に進行して長鎖脂肪族炭化水素類が脂肪族側鎖を持ったＡ重油に相当する芳香族炭化水素類に変化し、長鎖脂肪族炭化水素類が消失して低温粘度が改善すること、３）反応温度が６５０℃程度から７００℃程度に変化すると、芳香族炭化水素類の縮合多環化(高分子量化)が急激に進行し、芳香族炭化水素類の高分子量化に伴う低温粘度の上昇が生じることを見出した。
【００１０】
本発明は、係る課題を解決するために提案されたもので、その要旨とするところは以下の（１）〜（８）に示す通りである。
（１）第１の発明は、廃プラスチックを熱分解して熱分解ガスを生成する熱分解工程と、前記生成した熱分解ガスを冷却して熱分解ガス中の油状成分を凝縮し、熱分解油を生成する熱分解油生成工程とを有する廃プラスチックの熱分解方法において、前記熱分解工程の反応温度を６５０℃±２０℃とし、前記熱分解油生成工程で生成した熱分解油を回収することを特徴とする廃プラスチックの熱分解方法である。
（２）第２の発明は、第１の発明において、前記回収した熱分解油の引火点が６０℃以上となるように回収することを特徴とする。
（３）第３の発明は、第１の発明において、前記回収した熱分解油の引火点が７０℃以上で第三石油類となるように回収することを特徴とする。
（４）第４の発明は、前記（１）〜（３）のいずれか１項に記載の方法において、前記熱分解工程の方式を外熱ロータリーキルンとし、熱分解工程の反応温度を前記外熱ロータリーキルンの内筒温度で管理することを特徴とする。
（５）第５の発明は、前記（１）〜（４）のいずれか１項に記載の方法において、熱分解油生成工程の後段に熱分解ガス中に含まれる常温下で液化する軽質油成分を分離する軽質油分離工程と軽質油分離後の熱分解ガスを精製するガス精製工程とを設け、前記ガス精製工程後の熱分解ガスを回収することを特徴とする。
（６）第６の発明は、前記（１）〜（５）のいずれか１項に記載の方法において、前記廃プラスチックが容器包装リサイクル法で規定される「その他プラスチック製容器包装」であることを特徴とする。
（７）第７の発明は、廃プラスチックを熱分解処理して熱分解ガスを生成する反応温度６５０℃±２０℃に調整可能な熱分解炉と、前記生成した熱分解ガスを冷却して熱分解ガス中に含まれる引火点６０℃以上または引火点７０℃以上の油状成分を凝縮して熱分解油を生成する熱分解油生成装置と、前記熱分解油生成装置後の熱分解ガスを冷却して熱分解ガス中に含まれる常温下で液化する軽質油成分を分離する軽質油分離装置と、軽質油分離後の熱分解ガスを精製するガス精製装置とを備えることを特徴とする廃プラスチックの熱分解装置である。
（８）第８の発明は、前記（７）に記載の装置において、前記熱分解炉が、内筒温度を６５０℃±２０℃に調整可能な外熱ロータリーキルン式熱分解炉であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明により、廃プラスチックから従来の廃プラ油化法や廃プラガス化法に比べて利用価値が高いＡ重油又は第三石油類に相当する０℃の低温度でも移送可能な油を回収することが可能となる。
さらには、本発明の別の形態によれば、本発明によって廃プラスチックからＬＮＧ代替可能な高カロリーガスを回収することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は第１の実施形態に係る本発明の廃プラスチックの熱分解方法および熱分解装置を実施するための設備構成の一例を示すブロック図である。廃プラスチック１を例えばスクリューフィーダー等の廃棄物供給装置２を用いて反応温度を６５０℃±２０℃に調整した熱分解炉３内に定量供給し、熱分解炉３内で廃プラスチック１を熱分解処理して可燃性ガスおよび油分から構成される熱分解ガス４並びに熱分解残渣５を生成する。
【００１３】
熱分解炉３で発生した熱分解ガス４を熱分解炉３の後段に設けた熱分解油生成装置６に導入して冷却し、熱分解ガス４中に含まれている引火点６０℃以上の油状成分を凝縮させることにより液温０℃でも動粘度が数百ｍｍ2／ｓレベル(数百ｃＳｔレベル)の低粘度で、かつＡ重油相当の性状を持った熱分解油７を生成することができる。ここでＡ重油相当の性状を持った熱分解油とはＪＩＳ規格ＪＩＳ−Ｋ２２０５で規定される液温５０℃での動粘度が２０ｍｍ2／ｓ以下(２０ｃＳｔ以下)で引火点６０℃以上の熱分解油を示す。
【００１４】
また、熱分解油生成装置６で凝縮させる油状成分を引火点７０℃以上の成分とすることにより液温０℃で動粘度数百ｍｍ2／ｓレベル(数百ｃＳｔレベル)の低粘度で、かつＡ重油相当の動粘度(液温５０℃での動粘度２０ｍｍ2／ｓ以下)を有し、より工業的価値の高い第三石油類に類する熱分解油７を得ることが可能である。
【００１５】
尚、熱分解油生成装置６で凝縮させる油状成分を引火点６０℃以上や引火点７０℃以上に調整する方法としては、例えば引火点と沸点は通常１次相関の関係にあることを利用して、回収油の引火点と沸点の関係を予め測定して把握しておき、特定の沸点以上の成分のみを凝縮回収するよう熱分解油生成装置の熱分解ガス冷却温度を調整する等の既存の方法の適用が可能である。
【００１６】
尚、熱分解炉３の反応温度が本発明範囲外の場合は、前述の熱分解油生成装置６で生成する熱分解油７の低温動粘度が送液困難な１０００ｍｍ2／ｓ以上(１０００ｃＳｔ以上)となるため好ましくない。即ち、熱分解炉３の反応温度が６３０℃を下回ると、生成した熱分解油中に長鎖脂肪族炭化水素類が残存して０℃動粘度が１０００ｍｍ2／ｓ以上(１０００ｃＳｔ以上)まで上昇し、一方、反応温度が６７０℃を上回ると熱分解油が縮合多環化(高分子量化)して０℃動粘度が２０００ｍｍ2／ｓ以上(２０００ｃＳｔ以上)に急上昇する。
【００１７】
熱分解炉３内での熱分解ガスの反応時間については、短すぎると長鎖脂肪族炭化水素類の芳香族化反応が十分進行せずに熱分解油の品質の不安定化を招くため、例えば反応時間２０秒間以上程度の十分な時間を確保するのが好ましい。
【００１８】
熱分解炉３の方式としては、特に限定するところはなく、移動層方式や外熱ロータリーキルン方式などの一般的な熱分解炉の方式が適用可能である。尚、熱分解残渣の生成量が少ない廃プラスチックを原料として熱分解処理する際、熱分解炉内で廃プラスチックが溶融軟化して塊状物が発生し易い場合には、塊状物発生抑制のために炭化物や無機化合物等の非揮発性成分を有する添加材を廃プラスチックと共に熱分解炉内に装入するのが好適である。前述の添加剤としては熱分解炉３から発生する熱分解残渣５の一部を利用しても良い。
【００１９】
熱分解炉３の反応温度は通常炉内の熱分解ガス温度とし、熱分解ガス温度は炉内に装入した熱電対により測定するが、第２の実施形態においては、熱分解炉３の方式として外熱ロータリーキルンを用いた場合に、反応温度を外熱ロータリーキルンの内筒温度とすることを特徴とするものである。本発明者らは、廃プラスチックをロータリーキルンで熱分解処理する場合、炉内ガス温度に比べて高温のキルン内筒近傍において熱分解ガスがさらに熱履歴を受けて２次的な反応を生じること、前記キルン内筒近傍での熱分解ガスの２次的な反応の進行程度によって熱分解油生成装置６で回収される熱分解油の性状が支配されることを見出し、反応温度をキルンの内筒温度とする本方法の発明に至った。キルン内筒温度の測定方法としては、例えばキルン内筒の外表面温度を熱電対で測定し、伝熱計算や試運転時等に内表面温度を実測することによってキルン内筒の内表面温度を算出する方法等が考えられる。
【００２０】
従って、ロータリーキルンは、キルン内筒の内表面温度を６５０℃±２０℃に調整可能な制御機能を持つロータリーキルンを用いれば良い。
【００２１】
熱分解油生成装置６の方式としては特に限定するところはなく、冷却媒体を流した２重管等に熱分解ガスを接触させる間接冷却方式の他、生成した熱分解油７を熱分解ガス冷却媒体として利用し、冷却した熱分解油を熱分解ガスと向流接触させる直接冷却方式が適用可能である。
【００２２】
熱分解油生成装置後の熱分解ガス（熱分解油分離後ガス）８は、さらに次工程の軽質油分離装置９で冷却してＢＴＸ(ベンゼン、トルエン、キシレン)類を初めとした常温で液化する軽質油１０を凝縮分離し、軽質油分離後の熱分解ガス（軽質油分離後ガス）１１は、従来技術のガス精製技術と同様のガス精製装置１２で除塵、脱塩化水素等のガス精製処理を行った後製品ガス１３を回収する。製品ガス１３は、炭素数１〜３の炭化水素、および水素を主成分とする低位発熱量１００００ｋｃａｌ／Ｎｍ3前後(４２０００ｋＪ／Ｎｍ3前後)の高カロリーガスであり、ＬＮＧ代替ガスとして利用可能である。
【００２３】
従って、本発明においては、回収油はＡ重油又は第三石油類に相当する油となって複雑な精製工程が不要となり、又生成ガスも従来のガス精製技術により精製可能である。
軽質油分離装置９で分離した軽質油１０は、低位発熱量１００００ｋｃａｌ／ｋｇ前後(４２０００ｋＪ／ｋｇ前後)の高カロリー油であり、熱分解炉３を加熱するための燃料油として利用可能な他、電力や蒸気の製造設備の燃料源等として有効利用可能である。
尚、ポリエチレンを含むプラスチックであればいずれも下記１）〜３）の熱分解油生成挙動を有するため、本発明で適用可能な廃プラスチックの種類としては、容リプラに限らずポリエチレンを含んだ産廃プラについても適用可能である。
１）反応温度６００℃程度までは熱分解油中に低温粘度を阻害する未分解の長鎖脂肪族炭化水素類が残存し、熱分解油中に長鎖脂肪族炭化水素類が少量残存しても低温粘度が阻害。
２）反応温度が６００℃程度から６５０℃程度に変化すると、長鎖脂肪族炭化水素類の芳香族化反応が急激に進行して長鎖脂肪族炭化水素類が脂肪族側鎖を持ったＡ重油に相当する芳香族炭化水素類に変化し、長鎖脂肪族炭化水素類が消失して低温粘度が改善。
３）反応温度が６５０℃程度から７００℃程度に変化すると、芳香族炭化水素類の縮合多環化(高分子量化)が急激に進行し、芳香族炭化水素類の高分子量化に伴う低温粘度が上昇。
【実施例１】
【００２４】
上述した図１に示す設備構成を用いて容リプラを処理規模２００ｔ／日で処理した例を示す。熱分解炉３は発生した軽質油を燃料に使用した熱風発生炉を備えた外熱式ロータリーキルンを用い、熱分解油生成装置６は熱分解ガスを冷却媒体と向流で接触させて油状成分を熱分解油として凝縮させるとともに生成した熱分解油を熱分解ガスの冷却媒体として使用する直接熱交換方式を用い、軽質油分離装置９は冷却水を流した多重管に熱分解ガスを接触させて冷却する間接熱交換方式を用い、ガス精製装置１２は湿式ガス洗浄塔方式を用いた。反応温度を６５０℃±２０℃(６３０℃〜６７０℃)の範囲に調整した熱分解炉３に容リプラを装入して熱分解ガス４と熱分解残渣５を生成し、熱分解ガス４を熱分解油生成装置６に導入して冷却し熱分解油７を約３０ｍ3／日得た。尚、反応温度はキルン内筒の内表面温度とし、反応温度の調整方法としては、キルン内筒の内表面温度と外表面温度の温度差の関係を予め実測して把握し、操業時はキルン内筒の外表面に挿入した熱電対温度を測定してキルン内筒の外表面温度を調整した。具体的には、キルン内筒の外表面温度と内表面温度の温度差は１０℃であったので、キルン内筒の外表面温度６４０℃〜６８０℃となるよう調整した。
【００２５】
生成した熱分解油７は液温０℃での動粘度が約３００ｍｍ2／ｓ(約３００ｃＳｔ)であり冬季でも送液可能な低温粘度の低い油であった。又、熱分解油７の引火点は約８０℃、５０℃動粘度は約１０ｍｍ2／ｓ(約１０ｃＳｔ)となり第３石油類に類するＡ重油相当の性状の油であった。又、ガス精製装置後の製品ガス１３は生成量約８万Ｎｍ3／日、低位発熱量約１２０００ｋｃａｌ／Ｎｍ3(約５００００ｋＪ／Ｎｍ3)であり、ＬＮＧ代替ガスとして利用可能な高カロリーガスが得られた。
【００２６】
（比較例１）
比較例１として熱分解炉３の反応温度を７００±２０℃(６８０℃〜７２０℃)の範囲とし、その他条件は実施例１と同一条件とし、実施例１と同じ性状の容リプラを同一処理量２００ｔ／日で処理した。得られた熱分解油の液温０℃での動粘度は約２３００ｍｍ2／ｓ(約２３００ｃＳｔ)となり、従来技術の課題である低温粘度の低い熱分解油を生成することができなかった。また、５０℃動粘度約３０ｍｍ2／ｓ(約３０ｃＳｔ)、引火点８０℃となり、Ａ重油相当の油性状も未達であった。
【００２７】
（比較例２）
比較例２として熱分解炉３の反応温度を６００℃±２０℃（５８０℃〜６２０℃）の範囲とし、その他条件は実施例１と同一条件とし、実施例１と同じ性状の容リプラを同一処理量２００ｔ／日で処理した。得られた熱分解油は引火点約８０℃、５０℃動粘度約１０ｍｍ2／ｓ(約１０ｃＳｔ)で第３石油類に類するＡ重油相当の性状の油であったが、液温０℃での動粘度は熱分解油が固化して測定不能であり、従来技術の課題である低温粘度の低い熱分解油を生成することができなかった。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１の発明に係る装置の設備例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００２９】
１・・・廃プラスチック
２・・・廃棄物供給装置
３・・・熱分解炉
４・・・熱分解ガス
５・・・熱分解残渣
６・・・熱分解油生成装置
７・・・熱分解油
８・・・熱分解油分離後ガス
９・・・軽質油分離装置
１０・・・軽質油
１１・・・軽質油分離後ガス
１２・・・ガス精製装置
１３・・・製品ガス
【図１】
2008266452.tif 000002