(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
塩化ビニルを含む廃プラスチックを熱分解槽にて回分で溶融し脱塩化水素処理した後、熱分解するにあたり、
熱分解槽において廃プラスチックを熱分解しうる温度範囲のうちの４００°Ｃまでの低温度で廃プラスチックの熱分解を行わせて廃プラスチックの半部を油化し、その残渣を熱分解槽から抽出し、廃プラスチックを熱分解しうる温度範囲のうちの高温度で残渣の熱分解を行わせて残渣を油化させる一方、
低温度における半熱分解油のうち、次に投入する廃プラスチック投入量の２倍の重量の半熱分解油を熱分解槽内に残留させ、該残留した半熱分解油の保有熱によって次の投入廃プラスチックの溶融及び脱塩化水素に必要な熱量を供給するようにしたことを特徴とする廃プラスチックの熱分解法。
【請求項２】
熱分解槽から抽出された熱分解生成油のうち、軽質油留分を加熱して高温蒸気となし、高温蒸気を熱分解槽のジャケット及び蛇管に流通させることにより、次の投入廃プラスチックの溶融及び脱塩化水素に必要な熱量の不足分を供給するようにした請求項１記載の廃プラスチックの熱分解法。
【請求項３】
熱分解槽から抽出された熱分解生成油のうち、軽質油留分を加熱して高温蒸気となし、その一部を熱分解槽のジャケット及び蛇管に流通させ、残部を熱分解槽内に直接吹き込むことにより、熱分解に必要な熱量を供給するようにした請求項１記載の廃プラスチックの熱分解法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は塩化ビニルを含む廃プラスチックの熱分解法に関し、特に１つの熱分解槽にて溶融、脱塩化水素、熱分解を回分式で行って塩化ビニルを含む廃プラスチックを効率よく油化できるようにした熱分解法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
塩化ビニルを含む混合廃プラスチックを油化する場合、破砕及び異物分別を含む前処理、溶融、脱塩化水素、熱分解及び改質蒸留の各工程を経て処理されるが、これらは連続処理されるのが一般的である。かかる溶融、脱塩化水素及び熱分解に必要な熱は次のような方法にて供給されていた。
１．溶融及び脱塩化水素に必要な熱は押出機と熱媒加熱部を設定し、熱媒油を導入して間接加熱によって供給する。
２．溶融及び熱分解に必要な熱は電気ヒータや燃焼ガスによって槽外壁へ直接加熱することによって供給する。
３．熱分解に必要な熱は一定量の熱分解槽の残油をポンプで熱分解槽から抜き出し、加熱部を経て熱分解槽に循環させ、加熱部にて熱分解に必要な熱量を与えることによって供給する。
４．熱分解生成油のある留分を加熱炉で高温加熱して熱分解槽に直接吹き込むことにより熱を供給する。
【０００３】
また、熱分解残渣を抜き出す場合は次の２法が採用されていた。
１．熱分解残油を高温のまま重力分離槽に導入し、下部に設けたジャケット付円筒竪型槽に定期的に落とし込み、冷却後、系外へ排出する。
２．熱分解槽底部にボールバルブを介してスクリューコンベアを設け、スクリューコンベアの出口にもボールバルブを設置し、スクリューコンベアによって冷却しながら系外へ排出する。
【０００４】
また、熱分解時に生成するコークの前駆体を系外へ排出するために、重力沈降分離や遠心分離法が採用されていた。
【０００５】
ところで、混合廃プラスチックを熱分解する場合、各プラスチックの熱分解速度は温度によって異なり、特に塩化ビニル、ポリスチレン及びポリプロピレンはポリエチレンより低い温度で熱分解するが、混合廃プラスチック全体の処理速度を速くするために、分解に最も時間のかかるポリエチレンの熱分解速度に対応する温度に処理温度の設定を行っている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の廃プラスチックの熱分解法では次のような問題があった。
１．熱媒油によって加熱する方法では、市販の熱媒油の限界温度が約３００°Ｃと低く、廃プラスチックの溶融にしか使用できない一方、脱塩化水素の温度は３００°Ｃ〜３２０°Ｃであり、温度差△Ｔが小さいので、効率的に加熱できず、熱媒油の温度を限界温度以上に上げると、熱劣化し寿命が短くなる。
２．熱分解残油を循環させて加熱する方法では管内コーキングが生じる。
３．熱分解生成油を高温加熱して槽内へ吹き込むことのみによって熱を供給すると、加熱炉が大型となる。
４．電気ヒータや高温燃焼ガスによって槽外壁を直接加熱する方法では槽内壁にコーキングが生成しやすい。
５．特に、回分処理の時に熱媒装置等で各槽や各機器の保熱を行うと、コスト高となる。
【０００７】
また、従来の廃プラスチックの熱分解法では熱分解すべき廃プラスチックがポリエチレン、ポリプロピレン及びポリスチレンのみの場合には残渣は系外に比較的容易に排出できるが、一般廃棄物から分別収集された廃プラスチックには塩化ビニル、熱硬化性樹脂、木くず、ゴム、金属、土石等が混入し、これらを含む廃プラスチックを熱分解した場合には残渣の流動性が乏しく、従来法では系外へ安定に排出できない。
【０００８】
さらに、従来の廃プラスチックの熱分解法では処理速度を向上させるために熱分解温度は高く設定され、特に混合廃プラスチックを熱分解するときは最も分解しにくいポリエチレンの熱分解温度や反応時間に設定しているので、ポリエチレンより分解しやすいプラスチックは早期に分解し気化し、生成した残渣はポリエチレンの反応時間内に高温雰囲気に曝されるので、アスファルト、ピッチ、さらにはコークに変成してしまう。
【０００９】
ここで、Ｎ2 雰囲気において１時間当り３００°Ｃ昇温させた場合における各種プラスチックの熱分解特性を図５に示す。図において、ＰＶＣは塩化ビニル樹脂、ＵＦはユリア樹脂、ＵＲはポリウレタン樹脂、ＰＦはフェノール樹脂、ＰＭＭＡはメタクリル樹脂、ＰＳはポリスチレン樹脂、ＡＢＳはＡＢＳ樹脂、ＰＰはポリプロピレン樹脂、ＰＥはポリエチレン樹脂、ＰＥＴはＰＥＴ樹脂である。
【００１０】
また、熱分解反応により生成するコークの前駆体は早期に濃縮し、系外へ排出することが望ましいが、実際には多くの異物が絡み合い、流動性が低下して排出が困難となるおそれが多分にある。そこで、従来の廃プラスチックの熱分解法では濃縮前の状態で排出することが行われ、熱分解量が少ないので、油化収率が低下する。
【００１１】
また、従来の廃プラスチックの熱分解法では塩化ビニルを含む混合廃プラスチックを連続的に油化する場合に下記の問題があった。
１．脱塩化水素処理は押出機でかつ連続的に行うので、破砕、分別、乾燥等の前処理設備がコスト高となる。
２．原料が廃棄物であるので、各機器や配管等での閉塞が生じやすい。連続法では閉塞が発生した場合の対応が難しく、更に機器数が多くなって複雑となり、高度な運転技術が必要となる。
３．連続的に脱塩化水素を行っているので、ショートパスが発生しやすく、脱塩化水素率が安定せず、結果として製品物性に悪影響を与える。
【００１２】
本発明は、かかる従来の問題点に鑑み、１つの熱分解槽にて溶融、脱塩化水素、熱分解を回分式で行って塩化ビニルを含む廃プラスチックを効率よく油化できるようにした廃プラスチックの熱分解法を提供することを課題とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明に係る廃プラスチックの熱分解方法は、塩化ビニルを含む廃プラスチックを熱分解槽にて回分で溶融し脱塩化水素処理した後、熱分解するにあたり、熱分解槽において廃プラスチックを熱分解しうる温度範囲のうちの４００°Ｃまでの低温度で廃プラスチックの熱分解を行わせて廃プラスチックの半部を油化し、その残渣を熱分解槽から抽出し、廃プラスチックを熱分解しうる温度範囲のうちの高温度で残渣の熱分解を行わせて残渣を油化させる一方、低温度における半熱分解油のうち、廃プラスチック投入量の２倍の重量の半熱分解油を熱分解槽内に残留させ、該残留した半熱分解油の保有熱によって次の投入廃プラスチックの溶融及び脱塩化水素に必要な熱量を供給するようにしたことを特徴とする。
【００１４】
本発明の特徴の１つは廃プラスチック投入量の２倍の重量の半熱分解油を熱分解槽内に残留させ、その保有熱によって次の投入廃プラスチックの溶融及び脱塩化水素に必要な熱量を供給するようにした点にあるが、単に半熱分解油の保有熱によって熱量を供給するようにすると、溶融及び脱塩化水素に必要な熱量が不足する場合もある。かかる場合には図３に示されるように、熱分解槽から抽出された熱分解生成油のうち、軽質油留分を加熱して高温蒸気Ｖとなし、高温蒸気Ｖ１、Ｖ２を熱分解槽１００のジャケット及び蛇管に流通させることにより、次の投入廃プラスチックの溶融及び脱塩化水素に必要な熱量の不足分を供給することができる。
【００１５】
また、軽質油留分の高温蒸気を熱分解槽のジャケット及び蛇管に流通させて溶融及び脱塩化水素に必要な熱量の不足分を供給するようにしているが、かかるシステムを利用し、熱分解槽から抽出された熱分解生成油のうち、軽質油留分を加熱して高温蒸気となし、その一部Ｖ１、Ｖ２を熱分解槽１００のジャケット及び蛇管に流通させ、残部Ｖ３を熱分解槽１００内に直接吹き込むことにより、熱分解に必要な熱量を供給することができる。
【００１６】
上述のように、熱分解槽にて廃プラスチックを低温度でマイルド熱分解し、その半熱分解油で溶融・脱塩化水素に必要な熱量を供給しているが、マイルド熱分解を採用すると、油化効率が低下する。そこで、マイルド熱分解を行った後の残渣を熱分解槽から抽出し、これに高温のハード熱分解を行うようにすると、油化効率を向上できる。即ち、本発明によればマイルド熱分解とハード熱分解の２段階で廃プラスチックの熱分解を行うようにした廃プラスチックの熱分解法を提供することができる。
【００１７】
本発明に係る廃プラスチックの熱分解方法は、塩化ビニルを含む廃プラスチックを熱分解槽にて回分で溶融及び脱塩化水素処理した後、熱分解することにより廃プラスチックを油化するにあたり、熱分解槽において廃プラスチックを熱分解しうる温度範囲のうちの低温度で廃プラスチックのマイルド熱分解を行わせて廃プラスチックの半部を油化し、その残渣を溶融・脱塩化水素・熱分解槽から抽出し、廃プラスチックを熱分解しうる温度範囲のうちの高温度で残渣のハード熱分解を行わせて残渣を油化させるようにしたことを特徴とする。
【００１８】
ハード熱分解は熱分解槽から残渣を抽出して行うので、ハード熱分解用の設備にて行う必要がある。即ち、ハード熱分解は残渣を砂又はセラミックボールとともにキルン炉又は攪拌機付き槽に導入して行うようにする。ハード熱分解の条件は投入する廃プラスチックの種類によって適宜選択するが、実際に回収される廃プラスチックの種類を考慮すると、ハード熱分解は約４７５℃の温度で、約１時間反応させることにより行うようにすることができる。
【００１９】
本件発明者らが行った槽タイプの回分実験によれば、廃プラスチックは３００°Ｃで溶融し、塩化ビニルは３００°Ｃの熱を約３時間与えることにより９５％の脱塩化水素率が得られ、ポリエチレンを除く主要なプラスチックについての熱分解は約４時間で完了することが確認された。
【００２０】
本発明においては、溶融、脱塩化水素及び熱分解に必要な熱は次の方法で供給する。即ち、溶融・脱塩化水素に必要な熱量については約３８０°Ｃの熱分解残油（半熱分解油）を廃プラスチック投入量の２倍の重量を熱分解槽に残し、残した熱分解残油と廃プラスチックとを混合させることにより熱分解残油の保有熱によって必要な熱を供給する。この熱分解残油の保有熱によって廃プラスチックが短時間で溶融し、脱塩化水素温度の３００°Ｃに達する。熱量が不足する場合には１つの熱分解槽のジャケットと槽内蛇管から熱分解生成油のうち、軽質油を加熱部で高温蒸気とし、これを熱媒として熱量の不足分を供給することができる。その時、気化する塩化水素、水分、軽質炭化水素、フタール酸等は中和又は塩酸回収工程にて処理される。また、廃プラスチック投入は粗形状のまま、図３に示されるようなスライドダンパー１２０等にて行う。
【００２１】
また、熱分解に必要な熱は次の方法で供給する。即ち、熱分解により得られた熱分解生成油のうち、軽質油を高温蒸気とし、一部は槽のジャケット及び槽内の蛇管から与えられ、他は槽内へ直接吹き込むことにより与えることができる。溶融・脱塩化水素・熱分解の各工程は図２に示されるタイムスケジュールに従って行う。
【００２２】
熱分解は一度に行うのでなく、低温度のマイルド熱分解と高温度のハード熱分解（熱分解温度約４７５°Ｃ、反応時間１時間）の２段階に分けて行うのが肝要である。即ち、図４に示されるように、マイルド熱分解は熱分解槽１００にて行い、ハード熱分解はマイルド熱分解から得られる残渣を特殊な機器を設けて行う。特殊な機器とは外熱式の小型キルン炉１４０又は攪拌機付き槽であり、コークを剥離させるために、砂又はセラミックボールと混合させながら加熱することが必要である。なお、小型キルン炉１４０又は攪拌機付き槽には低圧スチーム又は温水のジャケット１４１を設けて加熱する一方、残渣はボールバルブ１４２を介して系外に排出する。
【００２３】
塩化ビニルと異物（金属・木くず・熱硬化性樹脂・ゴム等）を含む廃プラスチックを熱分解した場合、熱分解残渣は流動性が低下し、系外への排出が困難となるので、次の手法にて機械的に排出させる。
１．図３に示されるように、熱分解槽１００の底部とスクリューコンベア１１０との間にはバルブを設けず、槽底部のノズル径を６Ｂ以上とし、熱分解槽１００とスクリューコンベア１１０とを一体型とする。
２．スクリューコンベア１１０のピッチ及び深さは異物の大きさを考慮して決定し、スクリューの出口側は熱膨張を吸収させるためにフリーとする。スクリュー本体にはジャケット１１３を設け、軽質油の高温蒸気を熱媒として利用して加熱する。
３．スクリューコンベア１１０の出口には径６Ｂ以上のボールバルブ１１２を設け、ボールバルブ１１２の閉塞を防止するために、エアーシリンダにて駆動される押し込み機１１１を取付ける。
４．熱分解残渣の受槽１３０には低圧スチーム又は温水のジャケット１３１を設け、槽底には径６Ｂ以上のボールバルブ１３２を取付け、ボールバルブ１３２の閉塞を防止するため、エアーシリンダにて駆動される押し込み機１３３を設け、温度１５０°Ｃ以下で系外へ排出する。
【００２４】
【作用及び発明の効果】
本発明によれば次の効果が得られる。
１．回分式の効果
(1).前処理（破砕、異物等の分割、乾燥）設備の仕様が緩和される。
(2).原料条件（種類、形状等）が緩和される。
(3).脱塩化水素処理において塩化水素の高い除去率が安定して得られる。
(4).装置がシンプルとなり、運転が特に容易となる。
(5).製品性状に対する信頼性が確保される。
(6).連続式に比べて装置容量は大きくなるが、機器数が少なく、設備費はほとんど同じにできる。
(7).タイムスケジュールを作成することにより熱と製品ロスは最小にできる。
【００２５】
２．熱供給法の効果
(1).１回分当りの溶融・脱塩化水素・熱分解の各時間を大幅に短縮できる。本件発明者らの実験によれば、従来の熱供給法では１回の操作あたり１２時間必要であったのが、９．５時間で済むことが確認された。
(2).廃プラスチックの投入量に対し、２倍の重量の高温半熱分解油を混合するので、溶融物の粘性が迅速に低下し、又熱分解槽でのショートパスがないので、高い脱塩化水素率が安定して得られる。
(3).熱分解槽には温和な方法で熱を供与しているので、コーキングが起こりにくい。
(4).高価な熱媒油と設備が不要にできる。
【００２６】
３．残渣抜き出し法の効果
(1).異物の最も厳しい一般廃棄物から分別された廃プラスチックに対しても十分に対応できる。
(2).前処理設備の仕様及び原料条件を緩和できる。
【００２７】
４．マイルド熱分解及びハード熱分解による効果
(1).未分解油が残渣中に存在しても、後工程で残渣油をハード熱分解するので、油化収率が向上する。
(2).熱分解槽ではマイルド熱分解のみを行うので、コーキングは大幅に抑制できる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示す具体例に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る廃プラスチックの熱分解法の好ましい実施形態を示す。処理原料は一般廃棄物から廃プラスチックを分別収集したものであり、異物としては砂、小石、金属、木くず、熱硬化性樹脂、合成ゴム等が含まれている。この廃プラスチックは公知の前処理装置１０にて破袋、異物分離、乾燥、圧縮梱包される。
【００２９】
熱分解槽１２には廃プラスチックの投入前に約３８０°Ｃの希釈用熱分解残油が原料投入量の２倍の重量残され、熱分解槽１２のジャケット及び蛇管には約４６０°Ｃの熱分解軽質油の高温蒸気が熱媒油として循環されている。
【００３０】
投入原料の溶融及び脱塩化水素に必要な熱量の大部分は熱分解槽１２に残された約３８０°Ｃの熱分解残油の保有熱によって与えられ、不足する熱は熱分解槽１２のジャケット及び蛇管から与えられる。
【００３１】
原料はスライドダンパー１１によって熱分解槽１２に投入されるが、その投入時からバルブ３１は開とし、バルブ３２は閉とする。この状態で熱分解槽１２では投入原料が溶解され、約３００°Ｃで脱塩化水素が行われる。原料の投入後、約３時間保持すると、投入原料は溶融されて脱塩化水素処理される。
【００３２】
塩化水素を含む混合ガスは液中燃焼等の廃ガス処理装置によってダイオキシンを抑制しながら、焼却処理される。３時間経過すると、バルブ３２及びバルブ３３は開とし、バルブ３１は閉とする。
【００３３】
熱分解反応に必要な熱量は熱分解軽質油を加熱炉２８にて約４６０°Ｃに加熱し、その一部を熱分解槽１２内に直接吹き込むとともに、熱分解槽１２のジャケット及び蛇管に流通させることにより与え、熱分解槽１２の温度が約４００°Ｃになるように制御する。
【００３４】
熱分解槽１２の槽内温度が４００°Ｃに達すると、反応時間約１．５時間で、かつ熱分解槽１２の槽レベルが一定値まで低下した時に、第１段階の熱分解（マイルド熱分解）が終了したと判断し、バルブ３３を閉とする。
【００３５】
次に、熱分解槽１２に残った異物を含む流動性の乏しい残油は、スクリューコンベア１３出口に設けたバルブ４２を開とし、かつ押し込み機１４を駆動させながら残渣受槽１５に移送する。残油は残渣受槽１５内にて約１５０°Ｃまで冷却した後、バルブ４３を開にし、押し込み機１６を駆動させて残渣物を系外へ排出する。
【００３６】
廃プラスチックの油収率を向上させる場合には残渣受槽１６に代え、小型外熱式キルン炉又は攪拌機付槽を用い、内壁に成長するコークを剥離させるための砂又はセラミックボールと混合し、温度約４７５°Ｃ、滞留時間約１時間の条件にてハード熱分解を行わせる。気化された熱分解蒸気は蒸留塔１８へ送る。
【００３７】
残渣受槽１５への移送が完了した時点で、熱分解槽１２には次の原料を投入される。
【００３８】
また、熱分解槽１２で熱分解された熱分解生成油は抽出されて蒸留塔１８へ吹き込まれる。蒸留塔１８は塔頂部にクーラ２１、塔底部に加熱用蛇管１９が設けられている。
【００３９】
蒸留塔１８の塔頂温度は通常は塔頂部クーラ２１によって約１５０°Ｃにコントロールされ、熱分解軽質油のみが熱交換器２０及び冷却器２２を経由して凝縮冷却され、軽質油受槽２３に溜められる。また、熱分解生成油のうち、中質油・重質油はそのまま蒸留塔１８の塔底部に溜められる。
【００４０】
熱分解軽質油受槽２３の軽質油はポンプ３９によって熱交換器２０及び熱交換器２６を経て加熱炉２８に送られ、約４６０°Ｃに加熱される。この高温蒸気は上述のように溶融・脱塩化水素及び熱分解に必要な熱量として使用される。
【００４１】
熱分解槽１２や外熱式小型キルン炉等での熱分解が終了すると、バルブ３５を開にし、蒸留塔１８の塔底部蛇管１９に約４６０°Ｃの高温蒸気を流し、蒸留塔１８の塔底部に溜まっている中質重質油の蒸留操作に入る。蒸留塔１８の塔頂温度を変化させることにより、中質油を抜き出し、熱交換器２０と冷却器２２で凝縮冷却した後、バルブ３６を閉に、バルブ３７を開にして、活性白土付きの中質油受槽２４へ送り込んで溜める。以上は蒸留系も回分式としたが、蒸留系を連続式とする事も可能である。
【００４２】
蒸留塔１８の塔底部に残った重質油はポンプ３８によって冷却器２９を経て活性白土付きの重質油受槽３０へ送る。
【００４３】
スライドダンパー１１にて原料を熱分解槽１２に投入する際に、熱分解槽１２の液温が３８０°Ｃ以上ある場合には３８０°Ｃ以下に冷却した後、原料を投入することが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る廃プラスチックの熱分解法の好ましい実施形態を模式的に示す図である。
【図２】  上記実施形態の操作のタイミングチャートを示す図である。
【図３】  課題を解決するめの手段を説明するための図である。
【図４】  課題を解決するめの手段を説明するための図である。
【図５】  発明が解決しようとする課題を説明するための図である。
【符号の説明】
１２        熱分解槽
１３        スクリューコンベア
１４        押し込み機
４２        スクリューコンベア出口のバルブ
【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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