(57)【要約】【課題】  熱分解と接触分解を同時に行う加熱・接触分解槽による一次加熱処理のみで、軽質油留分に油化したガス状の分解生成物を留出できるようにすると共に、熱分解によって発生したカーボンなどの熱分解残渣物を外部から導入した流動用空気中に含有する少量の酸素との反応で部分的に自己燃焼させながら流動接触分解が行われる廃プラスチックの油化方法及び装置を提供する。【解決手段】  加熱・接触分解槽２内に設けた分解用触媒による触媒流動層６を外部から導入した流動用空気で流動させ、原料投入手段３，４を介して溶融状態で投入した廃プラスチックに接触させると共に、熱分解残渣物に対して流動用空気中に含有する少量の酸素で部分的に自己燃焼させながら流動接触分解を行い、加熱・接触分解槽２から軽質油留分に油化したガス状の分解生成物を生成処理部１Ｂ側へ留出する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱・接触分解槽内に設けた分解用触媒による触媒流動層を外部から導入した流動用空気で流動させ、原料投入手段を介して溶融状態で投入した廃プラスチックに接触させると共に、熱分解残渣物に対して流動用空気中に含有する少量の酸素で部分的に自己燃焼させながら流動接触分解を行い、加熱・接触分解槽から軽質油留分に油化したガス状の分解生成物を留出することを特徴とした廃プラスチックの油化方法。
【請求項２】
廃プラスチックを溶融して供給する原料投入手段及び、熱分解及び触媒との接触分解によって軽質油留分に油化したガス状の分解生成物を留出する加熱・接触分解槽で分解処理部を構成すると共に、留出したガス状の分解生成物を冷却による凝縮で気液分離して炭化水素油を生成する生成処理部を構成し、前記加熱・接触分解槽は外部に加熱手段を内部に多孔性の分散板を設けると共に、分散板上には分解用触媒を充填した触媒流動層を形成し、触媒流動層の上部に設けた排気筒を生成処理部側に連通させ、触媒流動層の下部に設けた給気槽は分解用触媒を流動させる流動用空気を導入する空気供給管路に連通させたことを特徴とした廃プラスチックの油化装置。
【請求項３】
触媒流動層の分解用触媒として、粒子径を０．２〜５．０程度に調製した後に脱水して焼成処理を施した天然ゼオライト粒子を主材として用いる請求項１又は２に記載した廃プラスチックの油化方法又は装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、不要になった熱可塑性のプラスチック類（廃プラスチック）を燃料として再利用するために、廃プラスチックを熱分解及び触媒との接触分解によって油化し、炭化水素油として回収する油化方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の廃プラスチックの油化方法及び装置として、一般的な油化方法では原料となる廃プラスチックを攪拌しながら加熱融解して熱分解させると共に、気化した重質油留分を含む熱分解ガスを留出して触媒を添加して流動接触分解させ、留出した軽質油留分を冷却して凝縮させ、炭化水素油として回収する熱分解法が広く知られている。
【０００３】
また、上記油化方法を実施するための一般的な油化装置として、廃プラスチックの供給手段と、廃プラスチックを熱分解して熱分解ガスを留出する熱分解槽と、熱分解ガスに触媒を添加して流動接触分解（FCC）で軽質油化した接触分解ガスを留出する接触分解槽と、接触分解ガスを冷却で凝縮させて気液分離を行う冷却器と、液化した炭化水素油を貯蔵するタンクなどを備えた構成が採られている。
【０００４】
さらに、これらの油化方法及び装置に関する従来技術として、例えば特許文献１乃至５などを含む数多くの提案がなされ且つ実施されている。
【特許文献１】特公昭６０−１４０６８号公報
【特許文献２】特公昭６３−２８００２号公報
【特許文献３】特公平８−３２８８９号公報
【特許文献４】特許第３１１３８１２号公報
【特許文献５】特開平１０−２３７４６０号公報
【０００５】
因みに、これらの特許文献による従来技術は一般的な油化方法又は油化装置に対し、例えば特許文献１の場合は、触媒を添加した廃プラスチックを予備反応槽内で熱溶融させた後に第１反応槽に送ること、第１反応槽内で劣化した触媒は槽外へ抜き取ることなどに特徴があり、特許文献２の場合は、接触分解する触媒として用いるゼオライトの粒径と重量比及び加熱処理温度を特定したことに特徴がある。
【０００６】
また、特許文献３の場合は、接触分解する触媒として用いるゼオライトの拘束係数及び加熱処理温度を特定したことに特徴があり、特許文献４の場合は、触媒を用いて接触分解による二次熱分解処理をした後に、白金などの金属を触媒とした三次熱分解処理を行うことに特徴があり、特許文献５の場合は、熱処理後に処理槽から取り出した熱分解残渣物から炭化水素油を分離し、処理装置内の熱源として利用することに特徴がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
これらの特許文献１乃至５などを含む従来技術のように、熱分解槽内で重質油留分を含む分解生成物を留出する熱分解処理と、接触分解槽で触媒によって軽質油留分を留出する接触分解処理の２段階に分けた一次及び二次加熱処理によって分解処理を行う場合には、２槽以上の加熱処理槽を必要とするので油化装置を簡略化して小型化及びコストダウンを図ることが困難であると共に、移送管路を介して重質油留分を含む分解生成物を接触分解槽に移送する際に、重質油留分によって移送管路に詰まらせる恐れもあった。
【０００８】
また、熱分解によってカーボンなどの熱分解残渣物が発生して熱分解槽内に堆積するが、この熱分解残渣物中には留出できなかった炭化水素油が含有されているので炭化水素油の回収率を低下させること、熱分解残渣物が熱分解槽の内壁面に付着すると外部加熱による加熱効率を低下させること、廃プラスチックと触媒の攪拌手段に熱分解残渣物が付着して攪拌性能を低下させる恐れがあること、多孔質の触媒に熱分解残渣物が付着して接触分解性能を低下させる恐れがあること、などの改善すべき課題があった。
【０００９】
そこで本発明では、これら従来技術の課題を解決し得る廃プラスチックの油化方法及び装置を提供するものであって、特に熱分解と接触分解を同時に行う加熱・接触分解槽による一次加熱処理のみで、軽質油留分に油化したガス状の分解生成物を留出できるようにすると共に、熱分解によって発生したカーボンなどの熱分解残渣物を外部から導入した流動用空気中に含有する少量の酸素との反応で部分的に自己燃焼させながら流動接触分解が行われるようにすること、などを主たる目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、加熱・接触分解槽内に設けた分解用触媒による触媒流動層を外部から導入した流動用空気で流動させ、原料投入手段を介して溶融状態で投入した廃プラスチックに接触させると共に、熱分解残渣物に対して流動用空気中に含有する少量の酸素で部分的に自己燃焼させながら流動接触分解を行い、加熱・接触分解槽から軽質油留分に油化したガス状の分解生成物を留出する廃プラスチックの油化方法である。（請求項１）
【００１１】
本発明は、廃プラスチックを溶融して供給する原料投入手段及び、熱分解及び触媒との接触分解によって軽質油留分に油化したガス状の分解生成物を留出する加熱・接触分解槽で分解処理部を構成すると共に、留出したガス状の分解生成物を冷却による凝縮で気液分離して炭化水素油を生成する生成処理部を構成し、前記加熱・接触分解槽は外部に加熱手段を内部に多孔性の分散板を設けると共に、分散板上には分解用触媒を充填した触媒流動層を形成し、触媒流動層の上部に設けた排気筒を生成処理部側に連通させ、触媒流動層の下部に設けた給気槽は分解用触媒を流動させる流動用空気を導入する空気供給管路に連通させた廃プラスチックの油化装置である。（請求項２）
【００１２】
請求項１又は２に記載した廃プラスチックの油化方法又は装置において、触媒流動層の分解用触媒として粒子径を０．２〜５．０程度に調製した後に脱水して焼成処理を施した天然ゼオライト粒子を主材として用いる形態を採ることができる。（請求項３）
【発明の効果】
【００１３】
本発明による廃プラスチックの油化方法及び油化装置では、加熱・接触分解槽内で分解用触媒と流動接触した廃プラスチックに対して加熱による熱分解処理と触媒との化学反応による接触分解処理が同時に行われ、炭化数の多い重質油留分の炭素鎖を切って軽質油留分に分解する低分子化及び液状化を図ると共に、軽質油留分化したガス状の分解生成物を触媒流動層の上部に設けた排気筒から生成処理部側に留出させることができる。
【００１４】
従って、熱分解による一次加熱処理処理と接触分解による二次加熱処理の２段階に分け行っていた従来技術に比べ、油化装置を簡略化して小型化及びコストダウンが可能であると共に、従来技術のように移送管路を介して重質油留分を含む分解生成物を接触分解槽に移送する必要がないので、重質油留分によって移送管路に詰まらせる恐れもない。
【００１５】
また、触媒流動層を形成する分解用触媒を外部から導入した流動用空気で流動化させると共に、流動用空気中に含有する少量の酸素を熱分解で発生した熱分解残渣物と反応させて部分的に自己燃焼させながら接触分解が行われるので、従来技術のように単なる熱分解のみ場合と比べて、分解速度を約２倍程度に速めて処理能力を高めることが可能であると共に、堆積するカーボンその他の熱分解残渣物を減少させ且つ、自己燃焼を内部加熱源として活用することができる。
【００１６】
すなわち、自己燃焼によって熱分解残渣物を減少させると、熱分解残渣物中に含有されている炭化水素油を留出して回収率を向上することができると共に、熱分解残渣物が加熱・接触分解槽内の各部に付着することで発生する各種の弊害を解消でき、自己燃焼を内部加熱源に活用するとヒータなどの外部加熱手段による加熱を停止しても加熱・接触分解槽内を設定温度に維持できるので、外部加熱手段の負担を軽減して省エネルギーによるコストダウンを図ることができる。
【００１７】
また、熱分解残渣物の減少によって解消される弊害としては、例えば分散板に付着して通気性を低下させること、槽内壁面に付着して外部加熱による加熱効率を低下させること、触媒の攪拌手段などに付着して攪拌性能を低下させること、多孔質の分解用触媒に付着して接触分解性能を低下させること、などである。
【００１８】
さらに、触媒流動層の分解用触媒として粒子径を０．２〜５．０程度に調製した後に脱水して焼成処理を施した天然ゼオライト粒子を主材として用いる形態を採ると、表面積及びポアーサイズを大きくして流動接触を良くし且つ目詰まりを防止することが可能であると共に、摩擦や水分に対して強い構造となって変形や変質の少ない長期間に亘って安定的に使用することが可能となり、触媒粒子に合成ゼオライトなどを用いた比べて効果的に活性化処理を行うことができ、使用済みの分解用触媒はカーボンなどの付着物を除去し、活性を復元させて再使用することも可能である。
【実施例】
【００１９】
本発明による廃プラスチックの油化方法及び装置について、本発明を適用した好適な実施形態を示す図１の油化装置１に基づき詳細に説明すると、原料投入手段を介して溶融状態で供給した油化原料となる廃プラスチックに対して、加熱・接触分解槽内で触媒流動を行って炭化水素油を含有したガス状の分解生成物を留出する分解処理部１Ａと、分解処理部で留出したガス状の分解生成物に対して、冷却による凝縮で気液分離を行って炭化水素油を生成する生成処理部１Ｂによって油化装置１を構成している。
【００２０】
分解処理部１Ａには、筒状容器で形成した加熱・接触分解槽２を設けると共に、加熱・接触分解槽２に対して油化する廃プラスチックを供給するための原料投入手段として、図示の実施例では原料ホッパー３とスクリューフィーダー４を設け、原料ホッパー３には予め所定径に破砕したＰＥ，ＰＰ，ＰＳその他による熱可塑性の廃プラスチックを投入し、投入した廃プラスチックを溶融させるために、スクリューフィーダー４にはヒータやバーナーなどの予熱手段（図示を省略）を設け、設定温度（例えば、２６０〜３００℃程度）に加熱している。
【００２１】
加熱・接触分解槽２には、内部の中段にステンレス金網などによる多孔性の分散板５を設けると共に、分散板５上には廃プラスチックに対して触媒流動酸化反応を行う分解用触媒による触媒流動層６を設け、触媒流動層６の上下に排気筒７と給気槽８を形成させ、加熱・接触分解槽２の略下半部外周には触媒流動層６に対する加熱手段として、外周側を断熱材１０で被覆したヒータ９（又はバーナー）を設け、通電によって加熱・接触分解槽２内を設定温度（例えば、４２０〜５００℃程度）に加熱するが、分解用触媒には天然ゼオライト粒子を主材として用いる。
【００２２】
また、加熱・接触分解槽２にはバルブ１１を開閉して触媒流動層６となる分解用触媒を供給する触媒供給管路１２と、触媒流動による酸化反応で重質油留分を軽質油留分化して留出したガス状の分解生成物を取り出す生成物移送管路１３を排気筒７に連通させて設けると共に、分解用触媒による触媒流動層６を流動させる流動用空気を導入する空気供給管路１４を吸気層８に連通させて設け、バルブ１５を開閉して分散板３上に堆積する熱分解残渣物や劣化した分解用触媒を除去する残渣除去管路１６を触媒流動層６に連通させて設けるようにしている。
【００２３】
生成処理部１Ｂには、生成物移送管路１３から取り出したガス状の分解生成物に対し、循環させた冷却水によって生成物を凝縮させる冷却器１７と、凝縮して気液分離を行った液状の分解生成物を燃料用の炭化水素油として貯蔵する受液槽１８と、凝縮しなかったガス状の分解生成物を受液槽１８の上部側から分離して回収し、揮発性炭化水素ガスとして別途に再利用するか、無害化して大気に放出するガス排出管路１９を設けている。
【００２４】
以上の構成による油化装置１では、加熱・接触分解槽２の分散板３上に設けた触媒流動層６に対し、加熱手段であるヒータ９によって分解用触媒を設定温度に加熱すると共に、空気供給管路１４から導入した流動用空気で分解用触媒を流動化させ触媒流動層６中に、溶融した一定量の廃プラスチックを原料ホッパー３から投入し、流動用空気を介して分解用触媒を廃プラスチックに流動接触して触媒流動酸化反応させると、加熱分解と流動接触分解（加熱・流動接触分解）によって分解生成物として炭化水素ガスを留出できる。
【００２５】
分解処理部１Ａにおける加熱・接触分解槽２は、従来技術では熱分解槽内で含む分解生成物を留出する熱分解処理と、接触分解槽で触媒によって軽質油留分を留出する接触分解処理の２段階に分けた一次及び二次加熱処理を行っていたのを、加熱処理槽と接触分解槽を兼用した機能を有する加熱・接触分解槽２のみの１槽による一次加熱処理で、熱分解と接触分解を同時に行って軽質油留分化したガス状の分解生成物を留出して生成処理部１Ｂ側へ移送することができる。
【００２６】
すなわち、加熱・接触分解槽２に従来技術における加熱処理槽と接触分解槽を兼用した機能を付与させたことによって、予熱して溶融した廃プラスチックを加熱・接触分解槽２に投入すると、加熱による熱分解及び触媒流動層６における分解用触媒との化学反応による接触分解とが同時に行われ、炭化数の多い重質油留分の炭素鎖を切って低分子化及び液状化して軽質油留分に分解し、軽質油留分化したガス状の分解生成物を触媒流動層６の上部に設けた排気筒７に留出させることができる。
【００２７】
特に、触媒流動層６における分解用触媒は加熱によって分解用触媒中のカーボンを部分燃焼させて活性化して流動化を促進することができるので、熱分解のみ場合と比べて分解速度を約２倍程度に速めて処理能力を高め且つ、分解用触媒との接触反応によって分解生成物を軽質油留分までに軟質化することができ、良質な分解生成物を効率良く留出させることができると共に、油化装置１を簡略化して小型化及びコストダウンが可能であり、従来技術のように移送管路を介して重質油留分を含む分解生成物を接触分解槽に移送する必要がないので、重質油留分によって移送管路に詰まらせる恐れもない。
【００２８】
また、熱分解で発生したカーボンその他の熱分解残渣物が分散板５上に堆積すると、熱分解残渣物に対して外部から導入した流動用空気中に含有する少量の酸素が反応し、特に触媒流動層６の下層側において部分的に自己燃焼しながら流動接触分解が行われるので、熱分解残渣物を減少させることができると共に、この自己燃焼を内部加熱源として活用すると、外部加熱手段であるヒータ９の通電を停止しても加熱・接触分解槽２内を設定温度に維持することが可能であるから、外部加熱手段の負担を軽減して省エネルギーによるコストダウンを図ることができる。
【００２９】
このように、自己燃焼によって熱分解残渣物を減少させると、熱分解残渣物中に含有されている炭化水素油を留出して回収率を向上することができると共に、熱分解残渣物が加熱・接触分解槽２内の各部に付着することによって発生する弊害、例えば分散板５に付着して通気性を低下させること、槽内壁面に付着して外部加熱による加熱効率を低下させること、触媒の攪拌手段などに付着して攪拌性能を低下させること、多孔質の分解用触媒に付着して接触分解性能を低下させること、などを解消することが可能である。
【００３０】
触媒流動層６を構成する分解用触媒は、天然ゼオライトの粒子を主材としているが、必要に応じてやシリカやアルミナなどの無機酸化物類或いは、ニッケルやモリブデンなどの活性金属類を添加することも可能可能であって、特に天然ゼオライトとして加工処理を施した触媒粒子を用いるのが望ましく、例えば天然ゼオライトを破砕・粉砕して粒子径を０．２〜５．０程度に調製した後に脱水して焼成を行う加工処理を施すと、結晶構造を破壊しない状態で細孔径（ポアーサイズ）を大きくし且つ表面が隆起に富んだ多孔質構造にすることができる。
【００３１】
この天然ゼオライトを加工した分解用触媒は、表面積及びポアーサイズを大きくしたことによって、流動接触を良くし且つ目詰まりを防止することが可能であると共に、摩擦や水分に対して強い構造にしたことによって、変形や変質の少ない長期間に亘って安定的に使用することが可能であるから、触媒粒子に合成ゼオライトなどを用いた比べて効果的に活性化処理を行うことができ、使用済みの分解用触媒はカーボンなどの付着物を除去し、活性を復元させて再使用することも可能である。
【００３２】
触媒流動層６における触媒粒子は、流動用空気量や使用する触媒粒子径或いは分散板５上に充填する触媒粒子量などで流動化速度が変化するが、例えば粒子径が０．2〜０．４ｍｍの触媒粒子を用いて流動化させるのに必要な最低流動化速度を１．８ｃｍ／ｓｅｃとした場合に、その4倍の７．２ｃｍ／ｓｅｃ程度の流速で運転することが望ましく、また流動用空気中に含有する酸素量は理論上で約２１％であるが、廃プラスチックを完全燃焼させるのに必要な理論酸素量の約１／２０程度になるように、導入する流動用空気量を制限することが望ましい。
【００３３】
また、自己燃焼した熱分解残渣物の残留分や劣化した分解触媒などの残渣類はバルブ１５を開いて残渣除去管路１６から除去すると共に、除去分に相当する新たな分解触媒はバルブ１１を開いて触媒供給管路１２から補充することが可能であって、加熱・接触分解槽２内の分散板５上には常に活性化した一定量の分解用触媒による触媒流動層６を構成することができるので、安定した流動接触分解が行われ且つ分解生成物の留出速度及び回収率を向上することができ、除去した分解触媒はカーボンなどの付着物を分離除去して活性化させて再利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明による廃プラスチックの油化方法及び装置を適用した実施形態であって、油化装置の概略構成図を示す。
【符号の説明】
【００３５】
１  油化装置
１Ａ  分解処理部
１Ｂ  生成処理部
２  加熱・接触分解槽
３  原料ホッパー
４  スクリューフィーダー
５  分散板
６  触媒流動層
７  排気筒
８  給気槽
９  ヒータ（加熱手段）
１０  断熱材
１１，１５  バルブ
１２  触媒供給管路
１３  生成物移送管路
１４  空気供給管路
１６  残渣除去管路
１７  冷却器
１８  受液槽
１９  ガス排出管路
【図１】
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