(57)【要約】【課題】突沸が発生することを防止しつつ、短時間で大気圧にまで減圧することができるプラスチックの分解装置を提供する。【解決手段】プラスチック１を超臨界又は亜臨界状態の流体２により分解して分解生成物を取り出すようにしたプラスチックの分解装置に関する。プラスチック１及び流体２を収容して超臨界又は亜臨界状態の流体２でプラスチック１を分解させる分解槽３。分解槽３内の流体２を加熱して超臨界又は亜臨界状態にする加熱手段４。プラスチック１を分解した後、分解生成物を取り出す前に、分解槽３内を超臨界又は亜臨界状態から減圧する開閉弁５。この減圧の際の分解槽３内の圧力を検出する圧力検出手段６。圧力検出手段６で検出された圧力に応じて開閉弁５の開閉を制御する開閉弁制御手段７。これらを備えることを特徴とする。【選択図】図１
2007197576.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラスチックを超臨界又は亜臨界状態の流体により分解して分解生成物を取り出すようにしたプラスチックの分解装置であって、プラスチック及び流体を収容して超臨界又は亜臨界状態の流体でプラスチックを分解させる分解槽と、分解槽内の流体を加熱して超臨界又は亜臨界状態にする加熱手段と、プラスチックを分解した後、分解生成物を取り出す前に、分解槽内を超臨界又は亜臨界状態から減圧する開閉弁と、この減圧の際の分解槽内の圧力を検出する圧力検出手段と、圧力検出手段で検出された圧力に応じて開閉弁の開閉を制御する開閉弁制御手段とを備えて成ることを特徴とするプラスチックの分解装置。
【請求項２】
開閉弁で分解槽内を減圧する際の、分解槽内の温度を検出する温度検出手段を備え、開閉弁制御手段は温度制御手段で検出された温度に応じて開閉弁の開閉を制御するものであることを特徴とする請求項１に記載のプラスチックの分解装置。
【請求項３】
プラスチックと流体とを攪拌混合する前処理槽を備え、前処理槽で攪拌混合されたプラスチックと流体を分解槽に供給するようにしたことを特徴とする請求項１又は２に記載のプラスチックの分解装置。
【請求項４】
プラスチックは最大粒子径を５ｍｍ以下に調整して分解槽に供給されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のプラスチックの分解装置。
【請求項５】
分解槽内でプラスチックを超臨界又は亜臨界状態の流体により分解し、分解槽内から分解生成物を取り出すにあたって、プラスチックを分解した後、分解生成物を取り出す前に、予め設定された圧力−温度曲線に沿うように分解槽内の気体の放出量を制御して、分解槽内を減圧することを特徴とするプラスチックの分解方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分解槽内においてプラスチックを超臨界又は亜臨界状態の流体で分解すると共に分解生成物を取り出して回収するようにしたプラスチックの分解装置及びプラスチックの分解方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
不飽和ポリエステル樹脂やポリエチレンテレフタレート等のポリエステル樹脂を用いたプラスチック製品が大量に使用されている。これらの製品は有機酸と多価アルコールを含む原材料から合成されたプラスチックを含んでいる。そしてこれらのプラスチックのなかでも、ポリエチレンテレフタレート等は熱可塑性樹脂であるのでリサイクルすることが比較的容易であるが、不飽和ポリエステル樹脂は熱硬化性樹脂であるので、不飽和ポリエステル樹脂の硬化物は硬化して三次元構造を形成しており、加熱しても変形せずリサイクルして再利用することが困難である。
【０００３】
そこで、不飽和ポリエステル樹脂などのプラスチックを分解してリサイクルする技術が開発されており、その技術の一つとして、プラスチックを耐圧製の分解槽内で超臨界水や亜臨界水など、超臨界又は亜臨界状態の流体と接触させることによって、プラスチックを加水分解する方法が提案されている。そして分解生成物を分解槽から取り出して回収することによって、再利用することができるものである（特許文献１等参照）。
【特許文献１】国際公開第２００５／０９２９６２号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のようにプラスチックを分解槽内で超臨界又は亜臨界状態の流体によって分解した後、分解生成物を分解槽から取り出すにあたって、分解槽内は流体を超臨界又は亜臨界状態にするため、高温・高圧の状態にあるので、分解槽内を常温にまで冷却する必要があり、また分解生成物を取り出すために分解槽内を常圧にまで減圧する必要がある。
【０００５】
そこで、分解槽に開閉弁を設け、開閉弁を開いて分解槽内から気体を放出させることによって分解槽内を減圧し、分解槽内をこのように減圧して流体を蒸発させることによって潜熱を奪い、自然放冷に比べて冷却時間を短くすることが行なわれている。またこのように開閉弁を開いて分解槽内から気体を放出させることによって、分解槽内を大気圧にまで減圧することもできる。
【０００６】
そしてこのように開閉弁を開いて分解槽内を減圧するにあたって、開閉弁を大きく開いて減圧速度を早くすればするほど、常温にまで冷却する時間や大気圧に戻す時間を短縮することができる。しかしながら、減圧速度を早くすると、分解槽内で突沸が発生し易くなり、突沸によって分解槽内の流体が開閉弁から流出するおそれがあるという問題があった。また逆に、突沸の発生を防止するために減圧速度を遅くすると、常温にまで冷却する時間や大気圧に戻す時間が長くなって生産性に問題を生じるものであった。
【０００７】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、突沸が発生することを防止しつつ、短時間で大気圧にまで減圧することができるプラスチックの分解装置及びプラスチックの分解方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の請求項１に係るプラスチックの分解装置は、プラスチック１を超臨界又は亜臨界状態の流体２により分解して分解生成物を取り出すようにしたプラスチックの分解装置であって、プラスチック１及び流体２を収容して超臨界又は亜臨界状態の流体２でプラスチック１を分解させる分解槽３と、分解槽３内の流体２を加熱して超臨界又は亜臨界状態にする加熱手段４と、プラスチック１を分解した後、分解生成物を取り出す前に、分解槽３内を超臨界又は亜臨界状態から減圧する開閉弁５と、この減圧の際の分解槽３内の圧力を検出する圧力検出手段６と、圧力検出手段６で検出された圧力に応じて開閉弁５の開閉を制御する開閉弁制御手段７とを備えて成ることを特徴とするものである。
【０００９】
また請求項２の発明は、請求項１において、開閉弁５で分解槽３内を減圧する際の、分解槽３内の温度を検出する温度検出手段８を備え、開閉弁制御手段７は温度制御手段８で検出された温度に応じて開閉弁５の開閉を制御するものであることを特徴とするものである。
【００１０】
また請求項３の発明は、請求項１又は２において、プラスチック１と流体２とを攪拌混合する前処理槽９を備え、前処理槽９で攪拌混合されたプラスチック１と流体２を分解槽３に供給するようにしたことを特徴とするものである。
【００１１】
また請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれかにおいて、プラスチック１は最大粒子径を５ｍｍ以下に調整して分解槽３に供給されることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明の請求項５に係るプラスチックの分解方法は、分解槽３内でプラスチック１を超臨界又は亜臨界状態の流体２により分解し、分解槽３内から分解生成物を取り出すにあたって、プラスチック１を分解した後、分解生成物を取り出す前に、予め設定された圧力−温度曲線に沿うように分解槽３内の気体の放出量を制御して、分解槽３内を減圧することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、開閉弁５を開いて分解槽３内を減圧する際に、分解槽３内の圧力を圧力検出手段６で検出することによって減圧の速度を検知することができるものであり、突沸が発生しない減圧速度で、且つ減圧速度が遅すぎないように、開閉弁５の開閉を開閉弁制御手段７で制御することによって、突沸が発生することを防止しつつ、短時間で大気圧にまで減圧することができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【００１５】
図１は本発明で用いる装置の一例を示すものであり、分解槽３は円筒形で耐圧製に形成してある。この分解槽３の上部に設けた気体回収口１５に回収配管１６の一端が接続してあり、回収配管１６の他端は冷却器１７に接続してある。回収配管１６には開閉弁５が設けてあり、電磁弁などで形成されるこの開閉弁５で気体回収口１５を開閉することができるようにしてある。開閉弁５は全開口面積に対する開口度合い、すなわち開度を連続的に調整することができるようにしてあると共に、この開度の状態に保持することができるようにしてあり、開度の調整によって分解槽３から気体回収口１５を通して放出される気体の量を調整することができるものである。また分解槽３の底部には排出配管１８が接続してあり、排出配管１８には排出用開閉弁１９が設けてある。また分解槽３の上部には分解槽３の上部内の圧力を測定する圧力ゲージなどで形成される圧力検出手段６が設けてあり、さらに分解槽３の上部には安全弁２０が接続してある。
【００１６】
分解槽３の外周の下部にはヒーターなどで形成される加熱手段４が設けてあり、温度センサーなどで形成される温度検出手段８が分解槽３内に差し込んで設けてある。温度検出手段８で分解槽３内の温度を検出しながら、加熱手段４で分解槽３内を加熱することによって、検出される温度に基づいて加熱手段４を制御して最適温度での加熱を行なうことができるものである。また分解槽３には、分解槽３内に投入されるプラスチック１と流体２とを混合する攪拌手段２２が設けてある。攪拌手段２２は下端部に攪拌翼２３を設けた回転軸２４をモータ２５で回転駆動するものとして形成してある。温度検出手段８と、上記の開閉弁５及び圧力検出手段６はそれぞれ、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えて形成される開閉弁制御手段７に電気的に接続してあり、圧力検出手段６によって検出される分解槽３内の圧力や、温度検出手段８によって検出される分解槽３内の温度に応じて、開閉弁５の開閉を開閉弁制御手段７で制御できるようにしてある。
【００１７】
本発明において分解するプラスチック１としては、特に制限されるものではないが、不飽和ポリエステルなどの熱硬化性樹脂を用いることができる。そしてプラスチック１は分解反応がし易くなるように粉砕して粉粒状にし、水などの流体２と共に分解槽３に投入するが、プラスチック１は疎水性であるため水などの流体２と馴染みにくく、しかも粉砕したプラスチック１の粉は空気を噛んでいるために液面に浮き易い。このようにプラスチック１と流体２との混合が不十分であると、プラスチック１の分解の効率が悪くなる。
【００１８】
このために図１の実施の形態では、攪拌装置２７を設けた前処理槽９を分解槽３に供給配管２８を介して接続してある。そしてプラスチック１の粉砕した粉粒体と水等の流体２とを前処理槽９に投入し、攪拌装置２７で十分に攪拌して流体２中にプラスチック１を混合して、流体２中にプラスチック１が馴染んだスラリー状にした後、液送ポンプ２９で供給配管２８を通してプラスチック１と流体２のスラリーを分解槽３に供給するようにしてあり、プラスチック１の分解が効率良く行なわれるようにしてある。
【００１９】
また、分解槽３に供給されたプラスチック１の粉粒体が流体２中を槽下部に沈降して分解反応を受け難くなることを防止したり、また加熱時にプラスチック１の粉粒体が槽内面に固着したりすることを防止するなど、プラスチック１の粉粒体の流体２に対する攪拌混合性を高めて流体２との反応効率を向上させるために、プラスチック１は最大粒子径が５ｍｍ以下になるように粉砕して使用するのが好ましい。プラスチック１の最大粒子径は小さいほど望ましいものであり、粉砕可能であればいくら小さくてもよい。
【００２０】
しかして、不飽和ポリエステルなどのプラスチック１を分解して回収するにあたっては、まずプラスチック１と水等の流体２とを前処理槽９に投入して十分に攪拌し、分解槽３に供給する。このようにプラスチック１と流体２とを分解槽３に供給した後、分解槽３を密閉状態にし、プラスチック１と流体２を攪拌手段２２で攪拌しながら加熱手段４で加熱する。ここで、プラスチック１と流体２の攪拌効果の点から、分解槽３は内周の直径に対する深さの比が０．８〜１．５になるように形成するのが望ましく、また分解槽３の内径に対する攪拌手段２２の攪拌翼２３の直径の比率が０．３〜０．６になるように設定するのが望ましい。攪拌翼２３は分解槽３の容量に応じて多段に形成してもよく、さらに邪魔板を分解槽３の内壁に設けて上下の循環流れを起こして混合を促進するようにしてもよい。
【００２１】
そして、温度検出手段８で分解槽３内の温度を、圧力検出手段６で分解槽３内の圧力を、それぞれ検出しながら加熱手段４による加熱を行ない、検出された温度と圧力に応じて加熱を制御することによって、分解槽３内の流体が超臨界状態又は亜臨界状態になる温度・圧力を維持し、この超臨界状態又は亜臨界状態の流体２を反応触媒としてプラスチック１を分解することができるものである。例えばプラスチック１として不飽和ポリエステル樹脂を、流体２として水を用いる場合、１８０〜２５０℃、１．０〜４．０ＭＰａの温度・圧力に調整し、水を超臨界状態又は亜臨界状態に維持して１〜４時間反応させることによって、不飽和ポリエステル樹脂をエステル交換反応させ、スチレンマレイン酸共重合体や多価アルコールなどのモノマーに加水分解することができるものである。
【００２２】
このように分解槽３内でプラスチック１を超臨界状態又は亜臨界状態の流体２と反応させて分解した後、開閉弁５を開いて分解槽３内の気体を気体回収口１５から放出させ、分解槽３内の圧力を減圧していく。このように分解槽３内を減圧していくことによって、分解槽３内の流体２が気化し、この際の気化潜熱によって流体２の温度が下がるので、分解槽３内の冷却を自然放冷よりも短時間で行なうことができるものである。気化して気体回収口１５から放出された気体は、回収配管１６を通して冷却器１７に送られる。冷却器１７には冷却水などの冷媒が循環させてあり、流体２の蒸気である気体と熱交換することによって、流体２として回収容器３１に回収するようにしてある。
【００２３】
上記のように開閉弁５を開いて分解槽３内を超臨界又は亜臨界状態の高圧（例えば３ＭＰａ）から大気圧にまで減圧するにあたって、減圧の速度が速いと、分解槽３内で流体２が突沸するおそれがある。そこで本発明では、開閉弁５を開いてその開度を開閉弁制御手段７で制御することによって、減圧速度を調整しながら超臨界又は亜臨界状態の高圧から大気圧にまで分解槽３内の圧力を減圧するようにしている。
【００２４】
図２は開閉弁５の開度（＝開閉弁５を全開にしたときの開口面積に対する、開閉弁５を開く面積の割合）を調整して、分解槽３内の圧力を制御するパターンの一例を示すものであり、図２の実施の形態では、圧力検出手段６で検出された分解槽３内の圧力に応じて、開閉弁５の開度を開閉弁制御手段７で制御するようにしてある。
【００２５】
すなわち、開閉弁５を全閉（開度０％）から徐々に開いていき、所定の開度まで開いてその開度で所定時間保持し、次にさらに所定の開度まで開いてその開度で所定時間保持するという動作を繰り返して、開閉弁５を全開（開度１００％）にするようにしてある。この開閉弁５の動作は図２の「弁開度」のグラフに示すように、開閉弁５を所定の開度まで連続的に開いていく時間的な区間Ｔ１、Ｔ３…、Ｔｎと、所定の開度に開いた状態に保持する時間的な区間Ｔ２、Ｔ４…、Ｔｎ−１を交互に繰り返すようにしたものであり、開閉弁５を全閉から全開に徐々に開口させることができる。そしてこの開閉弁５の開動作に従って分解槽３内の圧力は、図２の「圧力」のグラフに示すように、開閉弁５を所定の開度まで連続的に開いていく区間Ｔ１、Ｔ３…、Ｔｎでは徐々に減圧し、開閉弁５を所定の開度に開いた状態に保持する区間Ｔ２、Ｔ４…、Ｔｎ−１では、所定の開度での減圧速度に低下する。このように分解槽３内の圧力は、開閉弁５の開動作に従った減圧速度と低い減圧速度の繰り返しで、超臨界又は亜臨界状態の高圧（３ＭＰａ）から大気圧にまで徐々に減圧されるものである。これらの動作は、開閉弁５の開動作時間（秒）、開閉弁５の開速度（％／秒）、開閉弁５を所定開度に保持する時間（秒）によって設定されるものであり、また開閉弁５を所定の開度まで連続的に開く区間Ｔ１、Ｔ３…、Ｔｎでは、開閉弁５の開動作時間（秒）と開閉弁５の開速度（％／秒）とによって開度の制御を行なうことができる。これらの設定値は各区間で異なっていてもよい。
【００２６】
ここで、開閉弁５を所定の開度まで連続的に開く区間Ｔ１、Ｔ３…、Ｔｎにおいて、「圧力」のグラフの傾斜角度で示される減圧度が大きいと突沸が起こるので、各区間において分解槽３内で流体２に突沸が起こるおそれがある減圧速度を試運転等で予め求め、この減圧速度は許容減圧量ΔＰ２として開閉弁制御手段７に登録されている。そして分解槽３内の実際の圧力は圧力検出手段６で検出され、この検出圧力は開閉弁制御手段７に入力されており、この区間Ｔ１、Ｔ３…、Ｔｎにおける減圧速度ΔＰ１は、検出圧力の変化によって求められている。この分解槽３内の減圧速度ΔＰ１が許容減圧量ΔＰ２より大きいと、分解槽３内の流体２に突沸が起こるおそれがあるので、開閉弁制御手段７で区間Ｔ１、Ｔ３…、ＴｎにおけるΔＰ１とΔＰ２が比較演算されており、ΔＰ１＜ΔＰ２であるときには、図２の「弁開度」のグラフのように開閉弁５を開動作させて、図２の「圧力」のグラフのように分解槽３内を減圧する。またΔＰ１≧ΔＰ２となると、その時点で、開閉弁制御手段７からの制御で、開閉弁５の開動作を停止して、分解槽３内で減圧が速い速度で進行するのを抑制し、この時点での開度に開閉弁５を保持する。例えば区間Ｔ３の途中でΔＰ１≧ΔＰ２となると、その時点で区間Ｔ３は終了させて区間Ｔ４へと移行させるように制御するものである。尚、開閉弁５を所定の開度に開いた状態に保持する区間Ｔ２、Ｔ４…、Ｔｎ−１においても減圧速度がΔＰ２よりも大きいときには、開閉弁５を閉止するように制御するのが望ましい。
【００２７】
このように、圧力検出手段６で検出された圧力に応じて開閉弁制御手段７で開閉弁５の開閉を制御することによって、突沸が生じない速度で分解槽３内を減圧するように開閉弁５の開度を調整することができるものであり、また突沸が生じない範囲で分解槽３内をできるだけ速い減圧速度で減圧するように開閉弁５の開度を調整することが可能になるものであり、突沸が発生することを防止しつつ、短時間で分解槽３内を大気圧にまで減圧することができるものである。
【００２８】
図３は開閉弁５の開度を調整して、分解槽３内の圧力を制御するパターンの他の一例を示すものであり、図３の実施の形態では、温度検出手段８で検出された分解槽３内の温度と、圧力検出手段６で検出された分解槽３内の圧力に応じて、開閉弁５の開度を開閉弁制御手段７で制御するようにしてある。
【００２９】
図３において「弁開度」のグラフと、「圧力」の実線のグラフは、図２と同じである。また図３の「圧力」の破線のグラフは分解槽３内の温度から算出される飽和蒸気圧の理論値を示すものである。流体２の飽和蒸気圧は温度だけの関数であり、飽和蒸気圧曲線の相関式に温度を当てはめることによって理論的に求められる。そして、分解槽３内は流体２の飽和蒸気圧で運転されており、分解槽３を密閉状態で自然放置すると徐々に温度が低下するので、温度低下に従って飽和蒸気圧も低下し、分解槽３の内部圧力は飽和蒸気圧に一致しながら低下する。ここで、開閉弁５を開いて分解槽３の内部圧力を強制的に減圧すると、飽和蒸気圧の理論値以下に分解槽３の圧力が下がり、槽内の圧力を飽和蒸気圧に戻すべく流体２が蒸発して突沸が起こる。従って、分解槽３内の温度から求められる飽和蒸気圧の理論値と、分解槽３内の実際の圧力との差が大きいと、開閉弁５を開いて分解槽３内を減圧する減圧速度が速すぎるということであり、分解槽３内の流体２に突沸が発生するおそれがある。
【００３０】
そして分解槽３内の実際の圧力は圧力検出手段６で検出されており、この検出圧力は開閉弁制御手段７に入力され、図３の「圧力」の実線のグラフを得ることができる。また分解槽３内の実際の温度は温度検出手段８で検出されており、この検出温度は開閉弁制御手段７に入力され、この温度での流体２の飽和蒸気圧の理論値で図３の「圧力」の破線のグラフを得ることができる。ここで、開閉弁５を所定の開度まで連続的に開く区間Ｔ１、Ｔ３…、Ｔｎにおいて、圧力検出手段６で検出される分解槽３内の実際の圧力と、温度検出手段８で検出される分解槽３内の温度から求められる飽和蒸気圧の理論値との差ΔＰ４が大きいと、分解槽３内で流体２が突沸を起こすおそれがある。そこで、流体２に突沸が起こるときの、分解槽３内の実際の圧力と温度から求められる飽和蒸気圧の理論値との差ΔＰ４を予め試験運転等で求めておき、このΔＰ４は開閉弁制御手段７に登録してある。そして開閉弁制御手段７で区間Ｔ１、Ｔ３…、ＴｎにおけるΔＰ３とΔＰ４が比較演算されており、ΔＰ３＜ΔＰ４であるときには、図３の「弁開度」のグラフのように開閉弁５を開動作させて、図３の「圧力」の実線のグラフのように分解槽３内を減圧する。またΔＰ３≧ΔＰ４となると、その時点で、開閉弁制御手段７からの制御で、開閉弁５の開動作を停止して、分解槽３内で減圧が進行するのを停止させ、この時点での開度に開閉弁５を保持する。例えば区間Ｔ３の途中でΔＰ３≧ΔＰ４となると、その時点で区間Ｔ３は終了させて区間Ｔ４へと移行させるように制御するものである。
【００３１】
このように、圧力検出手段６で検出された圧力と、温度検出手段８で検出された温度に応じて開閉弁制御手段７で開閉弁５の開閉を制御することによって、突沸が生じない速度で分解槽３内を減圧するように開閉弁５の開度を調整することができるものであり、また突沸が生じない範囲で分解槽３内をできるだけ速い減圧速度で減圧するように開閉弁５の開度を調整することが可能になるものであり、突沸が発生することを防止しつつ、短時間で分解槽３内を大気圧にまで減圧することができるものである。
【００３２】
尚、図２の実施の形態で示したΔＰ１とΔＰ２の差と、図３の実施の形態で示したΔＰ３とΔＰ４の差の、どちらか一方で突沸が発生する可能性が生じた時点で、開閉弁５の開動作を停止するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施の形態の一例を示す概略構成図である。
【図２】同上の開閉弁の開度を調整して、分解槽内の圧力を制御するパターンの一例を示すグラフである。
【図３】同上の開閉弁の開度を調整して、分解槽内の圧力を制御するパターンの他の一例を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３４】
１  プラスチック
２  流体
３  分解槽
４  加熱手段
５  開閉弁
６  圧力検出手段
７  開閉弁制御手段
８  温度検出手段
９  前処理槽
【図１】
2007197576.tif 000003
【図２】
2007197576.tif 000004
【図３】
2007197576.tif 000005