(57)【要約】【課題】  熱分解油化処理技術を利用したシステムよりも構造が簡素で、大量に安価にスラリー状のプラスチック燃料を製造することができる装置及び方法を提供することである。【解決手段】  プラスチック７を可燃性溶媒に撹拌して混合する混合槽１と、この混合槽１に接続され混合槽１からプラスチック７と可燃性溶媒の混合液６を導入してこの混合液６中のプラスチック７を粉砕する粉砕槽１５と、この粉砕槽１５に接続されプラスチックの平均粒子径が３．０μｍより大きな粒径のプラスチックを含む混合液を粉砕槽１５へ再び導入する一方、平均粒子径が３．０μｍ以下のプラスチックを含む混合液を抽出する選別槽２３とを有するものである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラスチックを可燃性溶媒に撹拌して混合する混合槽と、この混合槽に接続され前記混合槽から前記プラスチックと可燃性溶媒の混合液を導入してこの混合液中の前記プラスチックを粉砕する粉砕槽と、この粉砕槽に接続され前記プラスチックの平均粒子径が３．０μｍより大きな粒径のプラスチックを含む混合液を前記粉砕槽へ再び導入する一方、平均粒子径が３．０μｍ以下のプラスチックを含む混合液を抽出する選別槽とを有することを特徴とするプラスチック燃料製造装置。
【請求項２】
プラスチックを可燃性溶媒に撹拌して混合液を作製する工程と、この工程で作製された混合液中のプラスチックを粉砕して平均粒子径３．０μｍ以下に粉砕する工程とを有することを特徴とするプラスチック燃料製造方法。
【請求項３】
前記混合液におけるプラスチック濃度が５〜６０重量％であることを特徴とする請求項２記載のプラスチック燃料製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラスチック廃棄物などを可燃性溶媒に混合させ、プラスチックを湿式粉砕しながらメカノケミカル現象によるプラスチックの溶解を促進させてスラリー状のプラスチック燃料を製造する装置と製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
国内のプラスチック生産量は、年間約１，４００万トンに達し、それらは数年間プラスチック製品として使用された後には廃棄物として排出される。
地球規模で環境問題が取沙汰される現代においては、そのプラスチック製品の廃棄物をいかに減らしながら、そしてリサイクルするか、循環型の処理方法の開発が強く望まれている。
しかしながら、いわゆる廃プラスチックは、樹脂の種類が多い、形状や形態が多様である、単一製品が少なく複合品が多い、経年変化があるなど欠点も多い。
リサイクルには、大きく分けてプラスチックの再生材料として再利用するマテリアルリサイクルと燃料として再利用するサーマルリサイクルがある。
ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）ボトルは、単独で分別回収されることが多くマテリアルリサイクルが進んでいる好例であるが、その他のプラスチックは、汎用樹脂だけでポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、塩化ビニルの４種類がありそれぞれ特性も異なっている。しかも、再生材料として利用価値が高いのはポリプロプピレンとポリエチレンであり、それ以外のポリスチレンや塩化ビニルなどは利用価値も低いため、利用効率が悪いという課題があった。また、プラスチックとしてポリプロピレンとポリエチレンのみを混合材として利用しても、異物の混入もあって臭いがきつく、製品の仕上がりも悪いというような課題があった。
【０００３】
一方、サーマルリサイクルとしては、製鉄所の高炉やコークス炉に投入され熱分解されて可燃性ガスとなり、コークスの代替として活用されたり、化石燃料発電ボイラーにおける燃料などとして利用されることが多い。複雑なマテリアルリサイクルに比較してコストも安価で利用も進んでいる。
このサーマルリサイクルでは、廃プラスチックを固形化、粉体化、スラリー化などして燃料とする他、代表的な技術として熱分解油化処理技術がある。この熱分解油化処理技術は、石油を原料として石油化学工業でプラスチック製品を製造するのと全く逆のプロセスをたどって、廃プラスチックを加熱分解して石油に戻す技術である。
しかしながら、分解反応時間が長く得られた油についても燃料または化学材料として利用する場合には再処理が必要など課題が多い。
【０００４】
上述のサーマルリサイクルのほか、この熱分解油化処理技術に関しては、特許文献１に示されるような発明も開示されている。
特許文献１には、高分子系廃棄物の熱分解装置としてフィードパイプと傾斜管をＶ字形に連結してその内部にフィードスクリューと送り上げスクリューを配置して高分子系廃棄物を熱風炉の熱で溶解しながら送り上げスクリューで上方へ移動させてさらに別の熱風炉で加熱して分解ガスを発生させ、さらに別の熱風炉で二次分解させて油化させる技術の開示がある。
特許文献１に開示された技術によれば、構成を簡素かつ小型に、しかも廉価に装置を提供でき運転コストも低いという優れた効果が発揮される。
【特許文献１】特開２０００−１６７７号公報
【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、特許文献１に記載された従来の技術では、小型といえどもフィードパイプと傾斜管、さらにその内部に設置されるフィードスクリューや送り上げスクリューなどが必要である上、３つの熱風炉を設置する必要もあり構造が複雑で装置が高価であるという課題があった。
また、上述のサーマルリサイクルでは分解反応に長時間を要し、大量のプラスチックを短時間に処理するには油化効率が悪いという課題があった。
【０００６】
本発明はかかる従来の事情に対処してなされたものであり、熱分解油化処理技術を利用したシステムよりも構造が簡素で、大量に安価にスラリー状のプラスチック燃料を製造することができる装置及び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】
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明であるプラスチック燃料製造装置は、プラスチックを可燃性溶媒に撹拌して混合する混合槽と、この混合槽に接続され混合槽からプラスチックと可燃性溶媒の混合液を導入してこの混合液中のプラスチックを粉砕する粉砕槽と、この粉砕槽に接続されプラスチックの平均粒子径が３．０μｍより大きな粒径のプラスチックを含む混合液を粉砕槽へ再び導入する一方、平均粒子径が３．０μｍ以下のプラスチックを含む混合液を抽出する選別槽とを有するものである。
【０００８】
上記構成のプラスチック燃料製造装置は、混合槽で可燃性溶媒と撹拌混合されるプラスチックを粉砕槽で粉砕するが、その際にプラスチックに働くせん断応力に伴う塑性変形がメカノケミカル反応を引き起こす。このメカノケミカル反応では、塑性変形によるエネルギー増大がエントロピー増大の効果を越えて自由エネルギーの増大をもたらす。例えば、衝撃応力やせん断応力を受けた固体中においては、化学結合の切断や電子密度分布の変化が起こり、電荷移動に基づく多様な化学反応が局部的に盛んに起こることが知られている。
このような作用を利用して、粉砕槽ではプラスチックの油化を促進させる。粉砕の平均粒子径が３．０μｍ程度になるまで選別槽から粉砕槽へ戻して、平均粒子径が３．０μｍ以下となり、スラリー状の混合液を抽出してプラスチック燃料とするものである。
【０００９】
請求項２の発明であるプラスチック燃料製造方法は、プラスチックを可燃性溶媒に撹拌して混合液を作製する工程と、この工程で作製された混合液中のプラスチックを粉砕して平均粒子径３．０μｍ以下に粉砕する工程とを有するものである。
上記構成のプラスチック燃料製造方法においては、請求項１に記載の発明と同様の作用を有し、プラスチックの粉砕時に生じるメカノケミカル反応を利用してプラスチックの油化を促進する作用を有する。
【００１０】
請求項３の発明であるプラスチック燃料製造方法は、請求項２に記載のプラスチック燃料製造方法において、混合液におけるプラスチック濃度が５〜６０重量％であるものである。
上記構成のプラスチック燃料製造方法においては、請求項２と同様の作用を有する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の請求項１乃至請求項３に記載のプラスチック燃料製造装置及びプラスチック燃料製造方法は、プラスチックを湿式粉砕する際に生じるメカノケミカル現象を利用してプラスチックを粉砕するだけでなく油化を促進させて、簡素な構造や簡単な工程で安価にしかも短時間で大量のスラリー状のプラスチック燃料を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に、本発明に係るプラスチック燃料製造装置の第１の実施の形態を図１に基づき説明する。（特に、請求項１に対応）
図１は、第１の実施の形態に係るプラスチック燃料製造装置の概念図である。
図１において、混合槽１には撹拌機２が備えられており、シャフト５の下端に設けられたプロペラ４がモータ３によって回転し、産業廃棄物の中から回収されたプラスチック７などをアルコール、灯油、軽油、重油などの可燃性溶媒と混合させた混合液６を撹拌している。符号６ａで示すのは混合液６の液面である。
プラスチック７としてはポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレンなどから構成されるいわゆる廃プラスチックが望ましいが、廃プラスチックに限定するものではなくバージン材であってもよい。但し、大型のプラスチックの場合はある程度小さく破砕させておくとよい。なお、塩化ビニルの場合は、熱分解によって有毒な塩化水素ガスを発生させるため使用を避ける方が望ましいが、別途塩化水素ガスの除去装置などを備える場合には用いてもよい。
【００１３】
混合槽１には下流側に吸込配管８を介して破砕カッター付ポンプ９が接続されており、破砕カッター付ポンプ９は混合液６を配管１０、分配弁１１、逆止弁１２を介してタワーミル１５に導入する。逆止弁１２はタワーミル１５からの混合液の逆流を防止するものである。破砕カッター付ポンプ９はその内部に破砕カッターを備えており、混合液６に含まれるプラスチック７を５ｍｍアンダー程度まで細かく破砕することができる。
また、この配管１０には戻り配管１３が分岐されており、混合槽１と破砕カッター付ポンプ９の間を循環させてタワーミル１５へ導入される混合液に含まれるプラスチックの粒径を調整することが可能となっている。
タワーミル１５には、その上部に駆動モータ１６が設置してあり減速機を介してシャフト１７に周設されたスクリュー１８を自在の回転速度で回転させることができる。混合液６は、タワーミル１５の下方から導入され、スクリュー１８の回転によって上方へ運搬される。その際に、混合液に含まれるプラスチックはスクリュー１８や破砕ボール１９によって、破砕カッター付ポンプ９において破砕される粒径よりもさらに小径に粉砕されるのである。符号２０は、細かく粉砕されたプラスチックを含む混合液の液面である。この混合液は循環ポンプ２１によって配管２２を介してセパレータ２３に送出される。
【００１４】
タワーミル１５のスクリュー１８や破砕ボール１９は、プラスチックを粉砕する際に大きな塑性変形のエネルギーを付加し、そのエネルギーによってプラスチックは自由エネルギーを得て、化学結合の切断や電子密度の分布変化が起こり、電荷移動に基づく多様な化学反応が局部的に起こることが知られている。このような現象を前述のとおりメカノケミカル現象というが、このメカノケミカル現象によって塑性変形を生じた箇所で油化が促進されるのである。
従って、プラスチックの微細化と油化が同時に達成され、より好適なスラリー状のプラスチック燃料を製造することができる。
このタワーミル１５におけるプラスチックの微細化は、混合液の状態で実施されるため、微細化において発生する熱エネルギーはすぐに混合液の可燃性溶媒に伝達される。また、前述のとおりプラスチックとして含まれる塩化ビニルは、２００℃〜３００℃で熱分解され塩化水素を発生させるので、この微細化の際に発生する熱エネルギーによって塩化水素に分解される可能性があるので、別途この塩化水素を処理する必要がある。
【００１５】
セパレータ２３は、内部に３．０μｍ以下の粒径を透過するフィルター（図示せず）を備えてタワーミル１５から供給される混合液に含まれるプラスチックをその粒径によって選別し、粒径の大きいものは循環配管３０によって、再度混合槽１へ戻すことができる。混合槽１に戻された混合液は、破砕カッター付ポンプ９及びタワーミル１５によって、再度プラスチックの粉砕処理が施されることになる。
セパレータ２３において混合液に含まれるプラスチックが十分細かな粒径である場合には、フィルターを透過して配管２４、配管２５ａ，２５ｂ及び止め弁２６ａ，２６ｂを介して貯蔵槽２７ａ，２７ｂに導入される。この状態の混合液では、プラスチックが微細化されると同時に油化も進みスラリー状のプラスチック燃料液２８ａ，２８ｂとなっている。符号２９ａ，２９ｂはそれぞれプラスチック燃料液２８ａ，２８ｂの液面を示すものである。
貯蔵槽２７ａ，２７ｂに導入された微細化されたプラスチックを含むスラリー状のプラスチック燃料液２８ａ，２８ｂに塩化水素ガスなど有毒なガスを含む場合には、この貯蔵槽２７ａ，２７ｂにガス除去装置を設置したりあるいはガス送出配管を設けて安全な処理設備や装置へ排出されるようにするとよい。
十分に有毒なガスなど不要な成分を除去した後に、貯蔵槽２７ａ，２７ｂからスラリー状のプラスチック燃料液２８ａ，２８ｂを抽出する作業を行う。貯蔵槽２７ａ，２７ｂには、必要であれば安全確保のための逃がし弁などを設置しておき貯蔵槽２７ａ，２７ｂ内の圧力が上昇した際に自動的に開動作して圧力を逃がすようにしておくとよい。
【００１６】
以上のような構成に係る本実施の形態のプラスチック燃料製造装置においては、まず、混合槽１において可燃性溶媒に破砕した様々な種類が混合した廃プラスチックなどを投入して撹拌混合することで、プラスチックを予め可燃性溶媒になじませて柔らかくしておき、破砕カッター付ポンプ９やタワーミル１５内で細かく粉砕しながらメカノケミカル現象によってプラスチックの油化現象を促進してスラリー状の液体燃料を安価に製造することができる。しかも、プラスチックを完全に油化するのではなく、微細化したままでスラリー状の液体プラスチック燃料を製造するため、歩留まりがよく、時間的にも効率的に製造することが可能である。
原料のプラスチックとしては、有害な塩化水素ガスを放出させないために塩化ビニルを除いたものとすることが望ましいが、たとえ塩化ビニルを含むものであっても、熱分解されて発生する塩化水素を除去する設備を備えることで処理が可能であるため、最終的に製造されるスラリー状のプラスチック燃料に影響を与えることがほとんどない。
【００１７】
なお、タワーミル１５では摩擦による発熱があるが、その発熱だけでは温度上昇が不足して油化反応が促進されないような場合には、タワーミル１５の周囲を加熱するためのヒーターを設けてもよい。このような加熱によってより反応を促進することができる。
また、塩化水素ガスなどの除去方法については、前述した塩化水素ガスを除去可能な装置や設備に加えて触媒などを利用してもよい。さらに、本実施の形態においてはタワーミルによってプラスチックを破砕したが、タワーミルに限定するものではなく、プラスチックに対してせん断力によって塑性変形を起こさせ得るものであって細かな粒径に粉砕できるものであればよい。
【００１８】
次に、本実施の形態に係るプラスチック燃料製造方法について図２を参照しながら説明する。（特に、請求項２及び請求項３に対応）
図２は、本発明のプラスチック燃料製造方法の実施の形態を示す工程図である。図２において、ステップＳ１は、プラスチックと可燃性溶媒を混合する工程である。この工程で混合液を作製してプラスチックを可燃性溶媒になじませる。使用されるプラスチックの材質や大きさ等はプラスチック燃料製造装置に係る実施の形態において説明したとおりであるので省略する。
プラスチックの混合液における重量％は、５〜６０％程度であることが好適である。５％よりも重量％が下回るとプラスチックの使用効率が低下してプラスチック再生効率も低下するとともに燃料製造コストも上昇してしまう。また、６０％を超える場合には、燃料中のプラスチック濃度が高すぎて、燃料としての燃焼度が低くなるとともに有臭ガスや有害ガスの発生も多くなるため燃料としての価値が低くなってしまう。
ステップＳ２では、混合液中のプラスチックの破砕を行って混合液中のプラスチックを微細化してスラリー状とする。破砕にはプラスチック燃料製造装置に係る実施の形態において説明したようなタワーミルなどせん断力によって塑性変形を生じさせるものを用いて行うことで、メカノケミカル現象を利用してプラスチックの油化を促進させる。
ステップＳ３は、有害な塩化水素ガスなどの除去を行う工程である。前述のとおり、プラスチックとして塩化ビニルが含まれている場合には、熱分解して塩化水素ガスが発生することが考えられるため除去する。
原料のプラスチックに塩化ビニルが含まれず、塩化水素ガスが発生しないような場合にはこの工程は省略してもよい。
【００１９】
本実施の形態に係るプラスチック燃料製造方法においては、プラスチック燃料製造装置と同様に、プラスチックを細かく粉砕しながらメカノケミカル現象によってプラスチックの油化現象を促進してスラリー状の液体燃料を安価に製造することができる。また、歩留まりがよく効率的に製造することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
産業廃棄物としての排出される多量のプラスチックのリサイクルに利用可能であり、特に、石油発電ボイラー用の燃料の製造装置、製造方法として利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施の形態に係るプラスチック燃料製造装置の概念図である。
【図２】本発明のプラスチック燃料製造方法の実施の形態を示す工程図である。
【符号の説明】
【００２２】
１…混合槽  ２…撹拌機  ３…モータ  ４…プロペラ  ５…シャフト  ６…混合液  ６ａ…液面  ７…プラスチック  ８…吸込配管  ９…破砕カッター付ポンプ  １０…配管  １１…分配弁  １２…逆止弁  １３…戻り配管  １４…分配弁  １５…タワーミル  １６…駆動モータ  １７…シャフト  １８…スクリュー  １９…破砕ボール  ２０…液面  ２１…循環ポンプ  ２２…配管  ２３…セパレータ  ２４…配管  ２５ａ，２５ｂ…配管  ２６ａ，２６ｂ…止め弁  ２７ａ，２７ｂ…貯蔵槽  ２８ａ，２８ｂ…プラスチック燃料液  ２９ａ，２９ｂ…液面  ３０…循環配管
【図１】
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【図２】
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