(57)【要約】【課題】管型の熱分解器に滞留する分解残渣等を排出部側に移送する手段の構成を簡単化し運転コストを下げる。【構成】自由回転する細長いスクリュ式の残渣移送手段４を管型の熱分解器２の内部に沿って設ける。残渣移送手段４は熱分解器２内を移動する溶融プラスチックによる移動力で回転駆動され、そのスクリュ羽根１９の回転により分解残渣を排出部６側に移送するため、特別な駆動手段を設ける必要がない。【選択図】        図１
2004256773.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
管型の熱分解器２における一方の端部に設けた入口部５から溶融プラスチックを加圧供給し、他方の端部に設けた排出部６から分解ガスおよび分解残渣を排出するように構成した熱分解装置において、
自由回転する細長いスクリュ式の残渣移送手段４が前記熱分解器２の内部に沿って延長され、該残渣移送手段４は熱分解器２内を移動する溶融プラスチックにより回転駆動されて分解残渣を排出部６側に移送するように構成されていることを特徴とするプラスチックの熱分解装置。
【請求項２】
請求項１において、前記管型の熱分解器２の排出部６に分解残渣を回収する残渣回収部８が連結され、前記残渣移送手段４は軸１８とその外側に設けたスクリュ羽根１９を有し、軸１８の下流側端部のみが回転自在に軸受部２１により支持されていることを特徴とするプラスチックの熱分解装置。
【請求項３】
管型の熱分解器２における一方の端部に設けた入口部５から溶融プラスチックを加圧供給し、他方の端部に設けた排出部６から分解ガスおよび分解残渣を排出する熱分解方法において、自由回転する細長いスクリュ式の残渣移送手段４を前記熱分解器２の内部に沿って設けておき、熱分解器２内を移動する溶融プラスチックにより残渣移送手段４を回転駆動して分解残渣を排出部６側に移送することを特徴とするプラスチックの熱分解方法。
【請求項４】
請求項３において、前記プラスチックとしてポリスチレン系樹脂を用い、その熱分解加熱温度を４００〜８００℃、熱分解圧力を２〜１０ｋＰａの減圧状態としたことを特徴とするプラスチックの熱分解方法。
【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等のプラスチックを熱分解して燃料や化学原料等の資源として回収するための熱分解装置および熱分解方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、工場や一般家庭から廃棄物として排出されるプラスチック類（以下、廃プラスチックという）は酸素不存在下に熱分解され、資源として有用な燃料油やモノマー等の化学原料として回収しリサイクルしている。廃プラスチックには熱分解に適したものと、熱分解が比較的困難なものがある。
【０００３】
熱分解に適した廃プラスチックとしては、ポリエチレン等のオレフィン系プラスチック、或いはポリスチレン、スチレンーブタジ共重合体（ＳＢ樹脂）、スチレンーアクリルーブタジエン共重合体（ＡＢＳ樹脂）などのスチレン系のプラスチック等があり、熱分解が比較的困難な廃プラスチックとしては、ＰＶＣ、ＰＥＴおよびエポキシ樹脂のような熱硬化樹脂等がある。そこで従来から、収集した廃プラスチックから熱分解に適したものだけを選別したもの、或いはそれに脱塩化水素処理したＰＶＣなどを混合したものを原料プラスチックとして熱分解装置に供給している。
【０００４】
一方、熱分解装置を構成する熱分解器には槽型と管型が存在する。槽型の熱分解器は比較的内容積の大きな槽内にプラスチックを投入し、所定時間攪拌しながら熱分解するものである。槽型の熱分解器は反応が遅いので大量のプラスチックをバッチ的に熱分解するのに適しているが、１バッチごとに昇温操作と冷却操作を繰り返すので、その熱効率は比較的低い。
【０００５】
これに対して管型の熱分解器は比較的内容積の小さい細長い管により熱分解を行うものである。このような管型の熱分解器は反応が速いの、少量のプラスチックを連続的に熱分解するのに適している。連続的な熱分解を行う場合にはバッチ式の場合のように昇温操作と冷却操作を繰り返す必要がないので、その熱効率は比較的高くなる。そこで近年、管型の熱分解器が特に注目されている。
【０００６】
管型の熱分解器を用いてプラスチックを連続的に熱分解する場合において、一方の端部に設けた入口部から供給される溶融プラスチックは、熱分解器の内部を移動する間に酸素不存在下に周囲から加熱されて次第に熱分解し、他方の端部に設けた排出部から生成した分解ガスと分解残渣が排出する。しかし熱分解を長時間継続すると、管型の熱分解器の内部に排出しきれない分解残渣が次第に滞留する。また熱分解器の内壁面に炭化物によるコーキングなどが次第に付着し、最悪の場合には熱分解器の閉塞事故を起こすこともある。そこで管型の熱交換器にはこの残渣等を排出する手段が必須になる。
【０００７】
管型の熱分解器内に滞留する分解残渣等を排出する手段として、その内部にスクリュ式の残渣移送手段を設けたものが知られている。この残渣排出手段は細長い軸と、その軸の外周部に設けた螺旋状のスクリュ羽根有し、その軸を管型の熱分解器の軸方向に沿って配置し、軸の一方を管型の熱分解器から外側に延長してモータ等の駆動手段に連結することにより構成される。
【０００８】
そして熱分解に際して駆動手段で残渣排出手段の軸を回転駆動することにより、スクリュ羽根が管型の熱分解器のその内壁に付着したコーキング等を掻き取ると共に、掻き取ったコーキング物質と内部に滞留する分解残渣を排出部側に移送して排出する。
【０００９】
一方、管型の熱分解器の内部に特別な残渣排出手段を設けず、外部からの清掃のみにより分解残渣等を排出する方法もある。すなわち熱分解操作を一次中断し、管型の熱分解器の内部に細長いブラシ等を差し込んで機械的にコーキングを掻き取り分解残渣等を排出する方法である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前者のスクリュ式の残渣排出手段を用いて熱分解運転中に分解残渣を移出する方法では、高粘度の溶融プラスチックをスクリュ羽根で攪拌しているので、高出力の駆動手段を必要とし、それに応じて電力消費量も大きくなるという問題がある。さらにスクリュ羽根を設けた軸を管型の熱分解器に貫通して外部へ延長する必要があるので、その貫通部分の高温シール機構が必要になる。
【００１１】
一方、後者のブラシ等による分解残渣等の排出方法では、分解残渣排出操作ごとに熱分解を一次中断する必要があるので、熱分解効率が低下するという問題がある。また手作業になるため排出に手間と時間がかかるという問題もある。
そこで本発明はこれら従来の分解残渣等の排出における問題を解決することを課題とし、そのための新しい熱分解装置および熱分解方法の提供を目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決する本発明に係る熱分解装置は、管型の熱分解器における一方の端部に設けた入口部から溶融プラスチックを加圧供給し、他方の端部に設けた排出部から分解ガスおよび分解残渣を排出するように構成した熱分解装置である。そして本装置は、自由回転する細長いスクリュ式の残渣移送手段を前記熱分解器の内部に沿って延長し、該残渣移送手段は熱分解器内を移動する溶融プラスチックにより回転駆動されて分解残渣を排出部側に移送するように構成されていることを特徴とする（請求項１）。
【００１３】
上記熱分解装置において、前記管型の熱分解器の排出部に残渣を回収する残渣回収部を連結し、前記残渣移送手段は軸部とその外周部に設けたスクリュ羽根を有し、軸の下流側の端部のみを軸受部２１で回転自在に支持することができる（請求項２）。
【００１４】
また、課題を解決する本発明に係る熱分解方法は、管型の熱分解器における一方の端部に設けた入口部から溶融プラスチックを加圧供給し、他方の端部に設けた排出部から分解ガスおよび分解残渣を排出する熱分解方法である。そして本方法は、自由回転する細長いスクリュ式の残渣移送手段を前記熱分解器の内部に沿って設けておき、前記熱分解器内を移動する溶融プラスチックにより残渣移送手段を回転駆動して分解残渣を排出部側に移送することを特徴とする（請求項３）。
【００１５】
上記熱分解方法において、前記プラスチックとしてポリスチレン系樹脂を使用し、その熱分解加熱温度を４００〜８００℃、熱分解圧力を２〜１０ｋＰａの減圧状態とすることができる（請求項４）。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面により説明する。図１は本発明に係る熱分解装置のプロセスフロー図である。熱分解装置１は細長い管型の熱分解器２（以下、単に熱分解器２という）と、熱分解器２の周囲を覆う細長い加熱部３と、熱分解器２の内部に沿って設けた自由回転する細長いスクリュ式の残渣移送手段４を備えている。
【００１７】
熱交換器２の一方の端部に入口部５が設けられ、他方の端部に排出部６が設けられる。入口部５は配管ａを介して溶融プラスチックの供給装置７に接続され、排出部６は分解残渣を回収する残渣回収部８に連結される。この残渣回収部８の断面図は熱分解器２より大きく構成される。そして残渣回収部８の上部が配管ｂを介して凝縮器９に接続され、下部は開閉弁１０を設けた配管ｃを介して図示しない残渣回収容器等に接続される。なお配管ａ、配管ｃは外側に断熱層を被覆することが望ましい。
【００１８】
熱分解器２は高い伝熱性および耐熱性を有するステンレス系の金属管を直線状に加工して加熱部３内に配置され、通常、その内径は５０〜３００ｍｍ程度、長さは１〜１０ｍ程度とされるが、それら範囲に限らず、処理容量等により最適な範囲を選択することができる。熱分解器２の周囲を覆う加熱部３は、耐熱性および断熱性を有する材料で構築された周壁を有する加熱室１１を備え、その加熱室１１には図示しない加熱ガス発生装置から供給される加熱ガスの入口部１２と、熱分解器２と熱交換した後の加熱ガスを排出する排出部１３が設けられる。なお加熱ガス発生装置は重油や後述する凝縮器９から流出する揮発成分を燃料とするバーナを備え、発生する高温の燃焼ガスを加熱ガスとして加熱部３に供給する。
【００１９】
供給装置７は一般にプラスチックの成型分野で使用されるプラスチック溶融押出機を転用することができる。そして供給装置７は廃プラスチック等のプラスチックを細かく破砕したプラスチック片を溶融部１５に供給するホッパ１４と、ホッパ１４から供給されるプラスチック片を加熱して溶融する溶融部１５と、駆動モータおよび減速機からなる駆動部１５ａと、駆動部１５ａにより溶融部１５内のプラスチックを下流側に移動し、それを配管ａに押し出す押出部１６を備えている。
【００２０】
残渣回収部８は密閉型の槽形状に構成され、その上部に設けた開口部に配管ｂが接続され、その配管ｂの先端部には凝縮器９が接続され、その凝縮器９は熱分解器２から残渣回収部８を経て流出する分解ガスを冷却し、比較的沸点の高いスチレン等の分解モノマーを含む成分を油分として凝縮して配管ｄから図示しない蒸留塔などに供給し、比較的沸点の低い水素、エチレン等のガス成分として配管ｅからガス処理装置へ移送する。なお配管ｅには真空ポンプ等の減圧手段１７が所望により設けられるが、この減圧手段１７を運転することにより、凝縮器９および熱分解器２の内部を減圧状態とすることができる。
【００２１】
次に本発明の特徴部分である残渣移送手段４について説明する。残渣移送手段４は熱分解器２の内壁に付着したコーキング等を除去し、その除去したコーキング物と共に滞留する分解残渣を排出部６側に移送するものである。この残渣移送手段４は細長い軸１８と、その軸１８の外周部に沿って設けた螺旋状のスクリュ羽根１９と、その軸１８の下流側端部のみの残渣回収部８の内側に設けた軸受部２１を備えている。そして軸１８の先端は軸支されず先端がテーパに形成されている。
【００２２】
即ち、図２は軸１８の先端部の拡大図であり、図３はその後端部の軸受部の拡大図である。図１および図２に示すように、軸１８の回りを均一に流通し軸１８を熱分解器２の軸線上に位置させる。
軸１８の下流端は軸受２１により支持され、軸１８に加わる軸方向加重を支持する。
【００２３】
残渣移送手段４は、加圧状態で供給され熱分解器２内を移動する溶融プラスチックの移動力もしくは圧送力により自動的に回転駆動され、そのスクリュ羽根１９の押出し作用で残渣を排出部６側に移送するものである。そのため十分な回転駆動力が得られるようにスクリュ羽根の面積、形状および螺旋方向が決定される。
【００２４】
次に上記熱分解装置１によりプラスチックを熱分解する方法を説明する。先ず減圧手段１７を運転して凝縮器９および熱分解器２を減圧状態にすると共に、加熱部３により熱分解器２を周囲から加熱して所望の熱分解温度まで昇温する。熱分解を減圧状態で行うことにより、モノマー回収する場合の副生物発生を抑制でき、熱分解温度が高いほど熱分解効率が高くなる。
【００２５】
例えばスチレン系のプラスチックを熱分解する場合、熱分解器２の内圧を２〜１０ｋＰａ程度、熱分解加熱温度を４００〜８００℃程度とすることが望ましい。なお熱分解温度を高くすると、それ応じて分解残渣やコーキング付着量も多くなるが、本発明による残渣移送手段４により、それらは効率よく熱分解器２から排出部６側に移送して排出できる。
【００２６】
一方、供給装置７を運転して廃プラスチックを加熱溶融し、熱分解器２への溶融プラスチックの供給準備を行う。さらに熱分解器２を含む系統内に窒素等の不活性ガスを供給し、系統内を酸素不存在の状態とする。次に配管ａに設けた開閉弁（図示せず）を開けて溶融プラスチックを熱分解器２の入口部５に供給する。なお溶融プラスチックの圧力は供給装置７の押出部１６の吐出圧により設定できるが、溶融プラスチックの圧力が高いほど、熱分解器２内の移動速度を高めることができ、それによって残渣移送手段４の駆動力も高めることができる。
【００２７】
しかし溶融プラスチックの移動速度をあまり高くすると、溶融プラスチックが熱分解器２内を通過する間に十分な熱分解時間を得ることが難しくなるので、ある範囲内に制限される。実験によれば、例えば直径１００ｍｍ、長さ５ｍの熱分解器２でスチレン系プラスチックを熱分解する場合、前記の温度および圧力範囲において、入口部５における溶融プラスチックの圧力を１〜１０Ｋｇ／ｃｍ２  程度に設定することにより十分な熱分解時間を確保でき、且つ、分解残渣移送手段４を１〜３ｒｐｍ程度の緩やかな速度で回転させてコーキングを十分に除去し、残渣を排出部６側に効率よく移送できることが分かった。
【００２８】
前記のように熱分解器２内を溶融プラスチックが移動すると、その移動力により残渣移送し４が回転駆動し、それによって熱分解器２の内壁に付着したコーキング等が除去され、分解残渣が排出部６側に移送される。その際、残渣移送手段４の軸１８には移送方向側への軸方向応力が加わるが、この応力は残渣回収部８の側壁２５に設けた軸受部２１のスラスト軸受により受け止められる。
【００２９】
残渣移送手段４により排出部６側に移送された分解残渣等は残渣回収部８内に滞留する。熱分解運転を継続すると残渣回収部８内の分解残渣等は次第に蓄積していくので、定期的に開閉弁１０を開けて配管ｃから分解残渣等を外部に排出する。一方、熱分解によって生成した分解ガスは配管ｂを経て凝縮器９に流出し、そこで冷却されて比較的沸点の高いスチレン等の分解モノマーを含む成分が油分として凝縮し、配管ｄから図示しない蒸留塔などに供給される。また比較的沸点の低いガス成分は配管ｅから回収される。
【００３０】
これまで説明した実施形態では、残渣移送手段４を軸１９とその外側に設けたスクリュ羽根１９で構成したが、場合によっては軸１８を有さず、螺旋状の連続したスクリュ羽根１９だけで残渣移送手段４を構成することもできる。その場合には溶融プラスチックの移動力により、残渣移送手段４の後端部が残渣回収部８の側壁２５に押し付けられ、後端部に摩擦抵抗が発生する恐れがあるので、該部分から短軸を延長し、その延長部分を図３に示す軸受部２１で軸支することが望ましい。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように本発明に係る熱分解装置は、自由回転する細長いスクリュ式の残渣移送手段を管型の熱分解器の内部に沿って延長し、該残渣移送手段は熱分解器内を移動する溶融プラスチックにより回転駆動して分解残渣を排出部側に移送するように構成されていることを特徴とする。
【００３２】
このように構成すると、管型の熱分解器の内壁に付着するコーキング等を効率よく除去できる共に、内部に滞留する分解残渣等を効率よくその排出部側に移送できる。また、従来の残渣移送手段のように高出力の駆動手段を熱分解器の外部に設ける必要がなく、それによって装置構成の簡単化および小型化を達成でき、装置コストおよび電力等の運転コストも低下できる。さらに従来の残渣移送手段のように、スクリュ羽根の軸を管型の熱分解器に貫通して外部へ延長する必要がないので、該貫通部分の高温シール機構が不要になる。
【００３３】
上記熱分解装置において、前記管型の熱分解器の排出部に残渣を回収する残渣回収部を連結し、前記残渣移送手段は軸とその外周部に設けたスクリュ羽根を有し、軸の下流側端部のみを軸受部２１で回転自在に支持することができる。このように構成すると、残渣移送手段で移送した分解残渣等を一時的に貯留し、定期的にもしくは随時に、効率よく分解残渣等を外部に排出できる。また熱分解器より大きな断面を有し比較的強固に構築できる残渣回収部の側壁を利用して残渣移送手段の軸を回転自在に支持できるので、溶融プラスチックの移動によって残渣移送手段に発生する軸方向応力を容易に受けることができる。
【００３４】
さらに本発明に係る熱分解方法は、自由回転する細長いスクリュ式の残渣移送手段を前記熱分解器の内部に沿って設け、熱分解器内を移動する溶融プラスチックにより残渣移送手段を回転駆動して分解残渣を排出部側に移送することを特徴とする。本方法によれば、管型の熱分解器の内壁に付着するコーキング等を効率よく除去できる共に、内部に滞留する分解残渣等を効率よくその排出部側に移送でき、さらに電力等の運転コストも低下できる。
【００３５】
上記熱分解方法において、前記プラスチックとしてポリスチレン系樹脂を使用し、その熱分解加熱温度を４００〜８００℃、熱分解圧力を２〜１０ｋＰａとすることができる。このように構成すると高い熱分解効率が得られると共に副生物の生成を抑制でき、それに伴って増加する分解残渣等は残渣移送手段により効率よく排出部側に移送することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る熱分解装置のプロセスフロー図。
【図２】同装置の残渣移送手段の先端部の拡大図。
【図３】同装置の後端の軸受部の拡大図。
【符号の説明】
１  熱分解装置
２  熱分解器
３  加熱部
４  残渣移送手段
５  入口部
６  排出部
７  供給装置
８  残渣回収部
９  凝縮器
１０  開閉弁
１１  加熱室
１２  入口部
１３  排出部
１４  ホッパ
１５  溶融部
１５ａ  駆動部
１６  押出部
１７  減圧手段
１８  軸
１９  スクリュ羽根
２１  軸受部
２２  フランジ
２３  相フランジ
２５  側壁
ａ〜ｅ  配管
【図１】
2004256773.tif 000003
【図２】
2004256773.tif 000004
【図３】
2004256773.tif 000005