(57)【要約】【課題】プラスチックを簡単に分解できる装置を提供する。【解決手段】光触媒粉体とプラスチック片を混在させプラスチック片を光化学反応により分解するためのものであって、第一加熱装置、電磁波照射装置及び第一攪拌具、更に第一酸素導入口を有する反応部、該反応部において使用された光触媒粉体を再生する部分であって、第二加熱装置、第二酸素導入口及び第二攪拌具を有する再生部、使用された光触媒粉体を該反応部から該再生部に移送する第一移送手段、及び再生された光触媒粉体を再度使用するため該再生部から該反応部に移送する第二移送手段とを備えたもの。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光触媒粉体とプラスチック片を混在させプラスチック片を光化学反応により分解するためのものであって、第一加熱装置、電磁波照射装置及び第一攪拌具、更に第一酸素導入口を有する反応部、
該反応部において使用された光触媒粉体を再生する部分であって、第二加熱装置、第二酸素導入口及び第二攪拌具を有する再生部、
使用された光触媒粉体を該反応部から該再生部に移送する第一移送手段、
及び再生された光触媒粉体を再度使用するため該再生部から該反応部に移送する第二移送手段とを備えたことを特徴とするプラスチックの分解装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、プラスチックの分解装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在プラスチックが非常に多く生産されていることは論を待たない。その生産の際に発生する無駄部分は、製造業者が責任を持って処分しなければならない。
また、ゴミとして回収されたプラスチックも、公害の発生しない方法によって処分しなければならない。
【０００３】
従来からプラスチックは、焼却すると有毒ガスが発生したり、不完全燃焼したり問題があった。また、埋め立て方法も、その場所がなくなってきており、環境問題も発生する。
【０００４】
このような状況から、プラスチックは再利用（リサイクル）することが最も好ましいが、それが難しいのである。現在、再利用の方法としては、破砕して再溶融して、繊維化したり、ブロック化するもの、及び溶融炉内にプラスチック廃材を投入するもの等が主流である。
【０００５】
また、これとは別にプラスチックを熱分解して低分子にもどし、それを再使用する方法も考案されている。これはプラスチックを熱分解温度（無酸素での温度、以下同じ）以上に加熱し、高分子の炭素ー炭素結合を分断し、ガソリンやナフサ程度の低分子にするものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、破砕方法ではこの破砕するのが非常に手間であり、クラッシャー等で細かくするのであるが、金属等の異物が混入していると装置の故障につながる。また、この方法であっても、できたものは小さくても数ｍｍ程度の破砕物であり、これをそのまま再溶融して成型することは通常できない。この破砕物をコンクリートと混ぜてブロック化することも行なわれている。しかし、どうしても破砕物が大きく、またプラスチックとセメントとの接着性が悪く、ブロック自体の強度が小さい。よって、従来のブロックと同様に使用できるようなものではない。
【０００７】
また、溶融炉に導入するものでは、その溶融物を通常の成型品にすると、品質が劣り問題である。これは、添加物の問題や、異物の混入が原因と考えられる。また、熱可塑性プラスチックであっても、成型時にある程度架橋している場合がある。このような場合には、バージンと混合して再成型することはできない。
【０００８】
プラスチックを焼却処理する場合、３００〜６００℃の間ではダイオキシンが発生すると言われており、３００℃以下では燃焼しないため、高温で焼却しなければならない。勿論、プラスチックだけではそのような高温で燃焼させることは困難であるため、多量の燃料が必要となり、非常に不経済である。
【０００９】
また、そのような高温で燃焼させれば、ダイオキシンの問題は解決しても多量に燃焼（燃料もプラスチック自身も）させるため、多量の二酸化炭素が発生する。現在、地球温暖化の観点から二酸化炭素を減少させる国策に真っ向から反するものである。
【００１０】
プラスチックを熱分解し、低分子にする方法では、その加熱温度が高い（最低でも６００℃、高いものでは８００℃）ためエネルギー効率が悪い。更に、プラスチック片をその温度にするのも難しい。単に容器に入れて加熱する方法では、空気が多くプラスチックに効率よく熱が伝わらない。そのため、必要以上に加熱することとなりよりエネルギー損失が大きい。加熱のために重油を使用するのであれば、省エネの観点から問題であるばかりでなく、地球温暖化防止の観点からも問題である。
また、プラスチックの種類と、加熱の程度によってはダイオキシンの発生も心配である。
【００１１】
熱効率を良くするため、プラスチック片と加熱した砂を混合することによってプラスチック片を加熱する方法も最近考案されている。これは、前記した加熱の効率は上昇する。しかし、熱分解温度までプラスチック片を加熱することに変わりはなく、根本的な解決にはなっていない。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
以上のような状況に鑑み、本発明者は鋭意研究の結果本発明プラスチックの分解装置を完成させたものであり、その特徴とするところは、光触媒粉体とプラスチック片を混在させプラスチック片を光化学反応により分解するためのものであって、第一加熱装置、電磁波照射装置及び第一攪拌具、更に第一酸素導入口を有する反応部、
該反応部において使用された光触媒粉体を再生する部分であって、第二加熱装置、第二酸素導入口及び第二攪拌具を有する再生部、
使用された光触媒粉体を該反応部から該再生部に移送する第一移送手段、
及び再生された光触媒粉体を再度使用するため該再生部から該反応部に移送する第二移送手段とを備えた点にある。
【００１３】
本発明でいうプラスチックの分解とは、プラスチックが低分子になり、少なくとも反応部においては気体になることをいう。基本的には、熱分解と酸化反応によると考えられる。
【００１４】
光触媒とは、電磁波の照射によって励起され付近の分子を分解、酸化する触媒をいう。その代表的なものがアナターゼ型結晶構造の酸化チタンである。勿論、これに限定するものではない。粉体のサイズは自由であるが、一般には小さい方が効率がよい。５０ｎｍ以下が好ましい。また、比表面積は、３０ｍ２／ｇ以上がよく、効率と耐熱性から３５〜７５ｍ２／ｇがより好適である。
【００１５】
プラスチック片は、プラスチックの小さな塊であるが、裁断、破砕、粉砕したものか製造時から小さいものであるかは問わない。また、そのサイズも小さい方が分解が早いが、分解速度との関係であり特別何ｍｍ以下でなければならないというものではない。しかし、発明者の実験では、現実的なサイズとしては５〜１０ｍｍ以下であった。
プラスチックの種類は問わないが、一般的に熱可塑性の場合には早く、熱硬化性のものは遅くなる。また、架橋構造のものは、架橋の程度によって、分解速度も変わる。
【００１６】
プラスチックを破砕、粉砕する場合、本発明装置の前工程として破砕、粉砕装置を設けてもよいが、本発明装置内に組み入れた構造にしてもよい。構造としては、ホッパーと粉砕機等からなる。勿論、本発明とは直接関係はない。
【００１７】
光触媒粉体とプラスチック片との混合量としては、光触媒１００重量部に対して、プラスチック片が１０〜５０重量部程度が好適である。これは、処理量、プラスチックの種類、プラスチック片のサイズによって異なる。例えば、処理量が少なく、プラスチック自体は熱可塑性で、サイズも１ｍｍ程度の小さなものであるような場合、プラスチック片は相当多量に導入してもよい。
【００１８】
反応部とは、プラスチック片と光触媒が混合されて反応、分解する場所でありここで気体が発生する。この反応部には、第一加熱装置、電磁波照射装置、第一攪拌具、第一酸素導入口を有する。
全体的な構造やプラスチック片の導入方向や光触媒の移動方向等は問わない。例えば、光触媒とプラスチック片が１箇所で混合され分解する構造でも、移動しながら反応する構造でもよい。移動しながら反応するタイプでは、長い直線距離を有するもの、上下に多段になっているもの等自由である。
この反応部を透明材（石英ガラス等）の筒で構成してもよい。このようにすれば、周囲から電磁波が照射でき光照射効率が向上する。
【００１９】
光触媒を充填する厚み（深さ）は、混合効率や電磁波照射装置の数や強さにもよるが、電磁波が届きやすく、混合も容易なように５０ｍｍ程度以下が好適であった。上下多段にするか、長いものにすれば容器の触媒充填容積は十分に確保できる。
【００２０】
第一加熱装置とは、反応部を加熱する装置である。加熱の方法は電気ヒーター式や、ガスや石油の火炎式等どのようなものでもよい。赤外線を用いるものや電磁誘導を用いるものでもよい。しかし、温度制御できるものがよい。電気ヒーターが最もよい。加熱温度は、少なくとも５０℃以上であれば何らかの効果はあるが、１００℃〜４００℃が好適である。４００℃以上になると、単なる酸化反応になるためである。
加熱温度は処理するプラスチックの種類によって当然異なるものであり、例えば、低密度ポリエチレンでは１００℃前後、中密度ポリエチレンでは１１５℃前後、高密度ポリエチレンでは１２５℃前後である。また、架橋ポリエチレンでは、２００〜２５０℃程度が好適であった。
【００２１】
電磁波照射装置は、電磁波を照射するものであればよい。例えば、紫外線ランプ、殺菌灯、マイクロ波発生装置等である。照射する電磁波は紫外線、又はそれより波長の短いものがよい。勿論、光触媒の励起との兼ね合いであり、光触媒の励起する波長に合わせる。照射装置の強さは、処理すべきプラスチックの量（種類にもよる）で決まるが、１例を示すと５００ｋｇ／日の処理量なら、４０Ｗの紫外線ランプが２０〜１００本程度である。
この電磁波照射装置、特に発生管は透明材（石英ガラス等）の筒に挿入したものでもよい。このようにすれば、光触媒粉体の中に埋没させたり、舞い上がる位置に載置しても問題はない。
【００２２】
第一攪拌具は、反応部におけるプラスチック片と光触媒との混合装置である。これはどのような構造でもよく、物理的に混合するものであればよい。回転羽根、スクリュータイプ、スクリューコンベアタイプ、単なる棒や板の回転又は前後動タイプ等どのようなものでもよい。
また、後述する酸素導入口と兼ねてもよい。即ち、導入口が下方に設けられ、引き出す空気の力で攪拌するもの等である。
【００２３】
更に、単なる振動装置でもよく、後述する移送装置と兼ねたものでもよい。例えば、櫛歯形状の攪拌部材が搬送方向と直角方向又は同一方向に往復運動するものや、エアー同伴タイプの移送装置と兼ねたもの等である。また、単なる傾斜と振動を組み合わせたものでもよい。
【００２４】
第一酸素導入口は、反応部に酸素を供給するためのもので、単に外部から空気を入れるものであり、単なる開口でもよいし、プラスチック片導入口と兼ねてもよい。また、第一攪拌具に設けた開口でもよい。
【００２５】
再生部とは、光触媒を再生する部分である。ここでいう再生とは、光触媒の周囲に付着したカーボン等を除去することをいう。よって、光触媒がその他の反応、例えば結晶構造の変化や酸化、還元反応をするか否かは問わない。
再生部の全体形状は自由であるが、反応部と同じ形状で上下に積層できるようにしてもよい。
【００２６】
第二加熱装置は、再生部を加熱するためのもので機構や構造は第一加熱装置同様どのようなものでもよい。ここでは、反応部での温度以上に加熱する。この温度上昇により酸化させてカーボン等を酸化除去する。ここでも温度は制御できるようにすることが望ましい。
加熱温度は、少なくとも反応部以上の温度に加熱する。発明者の実験では、３５０〜５５０℃が好適である。これ以上高温では、光触媒が変質することがあるためである。
【００２７】
第二酸素導入口は、再生のための酸素を導入する開口であり、第一酸素導入口と同様のものでよい。第二攪拌具は、光触媒再生時に光触媒を攪拌するものであり、構造等は第一攪拌具と同様のものでよい。これも光触媒の入口と兼ねてもよい。
【００２８】
第一移送手段は、反応部から再生部に光触媒を移送する手段であり、移送できればどのような方式のものでもよい。例えば、コンベアタイプ、中でも粉体が舞い上がらないようにスクリューコンベアタイプが好適である。その他、振動タイプ、エアー同伴タイプ、板材で押出すタイプ等どのようなものでもよい。
【００２９】
第二移送手段も第一移送手段と同様のものでよい。勿論、同じ物である必要はない。
この第一移送手段及び第二移送手段は、更には再生部をすべて兼ねた移送手段１つを設けてもよい。即ち、移送しつつ再生し、再生終了時には反応部に戻るような機構である。
【００３０】
また、再生部にも電磁波照射装置を設けてもよい。これは、反応部に設けたものと同様でよく、特別なものでなくともよい。
【００３１】
本発明では、プラスチック片が他の材質（金属や木等）と固着している場合でもよい。プラスチックだけが気体になり離れるため、分離が非常に簡単にできることとなる。残った他の材質（金属等）は、粉体とスクリーニング等によって分けるか、エアーで粉体を飛ばし分離する等すればよい。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下図面に示す実施の形態に基づいて、本発明をより詳細に説明する。
図１は、本発明プラスチック分解装置１の１例を示す概略断面図である。反応部２、再生部３、第一移送手段４及び第二移送手段５から構成されている。反応部２には、プラスチック片導入口６、空気導入口７が設けられている。反応部２の底部には、光触媒粉体８が充填されている。プラスチック片９と光触媒８は第一攪拌具１０によって、攪拌されつつ移送される。また、反応部内の上部には紫外線ランプ１１が多数設けられ紫外線を照射している。
反応部２の底部に第一加熱装置１２が設けられている。ここではガスバーナータイプである。温度はサーモスタット（図示略）によって制御されている。
更に、空気及びプラスチック分解産物が排出される排出口１３が設けられている。
【００３３】
光触媒８は、第一移送手段４によって再生部３に移送される。この例では、第一移送手段４は、スクリューコンベアタイプである。再生部３では、反応部２と同じような第二攪拌手段１４が設けられ、攪拌と移送を行なう。第二加熱装置１５、第二酸素導入口１６、空気排出口１７が反応部と同様設けられている。
ここで再生された光触媒は、バケットコンベア１８等によって反応部２にリターンされる。
【００３４】
図２は、本発明プラスチック分解装置の他の例を示すもので、反応部のみの全体斜視図である。この例では、円盤型の反応部１９が多段に設けられている。図３、図４は、図２のような反応部を用いた例の概略断面図である。図５は最上部の平面図である。
この例では、円盤の中心部分に光触媒粉体とプラスチック片の混在したものを攪拌板２０で攪拌しつつ周囲部の落下ダクト２１に導入する。この時、上部に設けられた電磁波照射装置２２から電磁波を照射し、且つ床面２３下方に設けられた加熱装置２４によって加熱されプラスチック片が分解される。発生した分解物と空気は、上部の排気ダクト２５から排出される。これが多段で行なわれるのである。
【００３５】
このようにして再下段に達した、光触媒はスクリューコンベアタイプの第一移送手段によって移送される。この例では、第一移送手段２６が再生部を兼ねており、移送途中で再生される。よって、第一移送手段２６下方に加熱装置２７が設けられている。この移送手段からバケットコンベア２８に光触媒が移り、上方に移送される。そして反応部の上方に再度投入される。バケットコンベア２８の下方でプラスチック片と混合される。プラスチック片は、ホッパー２９の下方に設けられた破砕機３０によって約２ｍｍ程度にまで破砕される。
【００３６】
【発明の効果】
本発明装置には次のような大きな利点がある。
（１）  プラスチックが簡単に分解できる。
（２）  ランニングコストが比較的安価である。
（３）  自社から廃棄物を出さないというアピールにもなる。
（４）  単なる光触媒法と比較して非常に効果が大きい。
（５）  熱分解法の装置と比較すると、低温でありエネルギーコストがよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明装置の１例を示す断面図である。
【図２】本発明装置の反応部の１例の例を示す断面図である。
【図３】本発明装置の他の例を示す断面図である。
【図４】図３の例の部分拡大図である。
【図５】図３の例の反応部の平面図である。
【符号の説明】
１  本発明プラスチック分解装置
２  反応部
３  再生部
４  第一移送手段
５  第二移送手段
６  プラスチック片導入口
７  空気導入口
８  光触媒粉体
９  プラスチック片
１０  第一攪拌具
１１  紫外線ランプ
１２  第一加熱装置
１３  排出口
１４  第二攪拌手段
１５  第二加熱装置
１６  第二酸素導入口
１７  空気排出口
１８  バケットコンベア
１９  反応部
２０  攪拌板
２１  落下ダクト
２２  電磁波照射装置
２３  床面
２４  加熱装置
２５  排気ダクト
２６  第一移送手段
２７  加熱装置
２８  バケットコンベア
２９  ホッパー
３０  破砕機
【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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