(57)【要約】【課題】  水和反応を利用したポリウレタン廃棄物の分解処理法において、低温度で分解処理ができ、利用価値の高い軽質の低沸点の油化物の収量をより高くすることのできる処理方法を提供する。【解決手段】  破砕あるいは溶融したポリウレタン廃棄物を反応容器に収容し、この容器内で過熱水蒸気と接触させて分解処理する方法において、反応容器の周壁および底壁の外側に加熱装置を取り付け、分解反応空間の温度を均一化できるようにし、ポリウレタン廃棄物をポリウレタンが熱分解される温度より低い温度の低温の過熱水蒸気を使用するとともに反応容器内のポリウレタン廃棄物の加熱雰囲気温度が２５０℃〜３５０℃の範囲で加熱し、反応容器入口の加熱水蒸気の圧力が０．２〜１．０ｋＰａの範囲とする。【選択図】図１
2007070485.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
破砕あるいは溶融したポリウレタン廃棄物を反応容器に収容し、この容器内で過熱水蒸気と接触させて分解処理する方法において、前記過熱水蒸気としてポリウレタンの熱分解温度より低い温度の過熱水蒸気を使用するとともに前記反応容器内のプラスチック類廃棄物を加熱装置により当該廃棄物が熱分解する温度より低い温度で加熱することを特徴とするポリウレタン廃棄物の分解処理方法。
【請求項２】
請求項１に記載の発明において、反応容器の周壁および底壁の外側に加熱装置をとりつけ、ポリウレタンと過熱水蒸気の反応空間が均一温度になるようにしたポリウレタン廃棄物の分解処理方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の発明において、ポリウレタン廃棄物の加熱雰囲気温度は２５０〜３５０℃にすることを特徴とするポリウレタン廃棄物の分解処理方法。
【請求項４】
請求項１から３の何れかに記載の発明において、反応容器入口の過熱水蒸気の圧力が０．２〜１．０ｋＰａであることを特徴とするポリウレタン廃棄物の分解処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ポリウレタンを主として含む廃棄物を分解して、油化物として回収し、燃料油等として再利用できる分解処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、プラスチック類の廃棄物のような高分子材料は、これを分解処理して油化物として回収することが行われている。このプラスチック類の分解方法としては、加熱して分解する熱分解法が多く用いられる。この方法では温度は５００〜６００℃と高く、得られた油も重油以上の分子量の油が大半で、油を燃料としてそのまま利用することは難しい。
別の熱分解方法として、例えば特許文献１に示されるように、プラスチック類に高温の過熱水蒸気を接触させ、分解する方法も知られている。この分解法は、ＮＨＣＯＯのウレタン結合で架橋されたポリウレタンについて示すと次のとおりである。ポリウレタンの分子構造には、Ｃ−Ｃ，Ｃ−Ｎ，Ｃ＝Ｏなどの結合がある。これに水蒸気を接触させると、アルデヒドやケトンへの水の付加反応として知られている水和反応が起こる。これは、例えばカルボニル基の二重結合の炭素側に水のＯＨ-が、酸素側にＨ+が付加する反応であり、生成された物は、１つの炭素に水酸基が２つ結合した形の分子となり、これによってポリウレタンのウレタン結合の架橋などが切断され低分子化される。
【０００３】
前記特許文献１に示された熱分解方法は、過熱水蒸気のみによりプラスチック類を加熱するようにしているので、この方法によれば、６００℃以上の高温の過熱水蒸気を用いることが必要となり、水蒸気発生装置が大掛かりとなるだけでなく、処理装置を高温度に耐える構造とすることが必要となる等の問題がある。
【０００４】
また、我々が既に提案した特許では、樹脂を水和反応により低分子に分解する条件として、樹脂を１００〜２７０℃の温度範囲に加熱し、導入する水蒸気の圧力が元圧で０．００３〜０．１ＭＰａ、温度が１１０〜２７０℃としている。この条件では、樹脂の分解率は８０％近くになるが、ポリウレタンを分解して生成した油は、カルボン酸、カルバミン酸類となり、ほとんどが水溶性の油であり、燃料などとして利用価値の高い軽質の低沸点油を得ることは困難であった。
【特許文献１】特公昭５８−２９８３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この発明は、前記のように従来から知られている水和反応を利用したプラスチック類廃棄物の熱分解処理法の問題点を解消して、低温度で分解処理ができ、利用価値の高い軽質の低沸点油化物の収量をより高くすることのできるポリウレタン廃棄物の分解処理方法を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記の課題を解決するため、この発明は、破砕あるいは溶融したポリウレタン廃棄物を反応容器に収容し、この容器内で過熱水蒸気を接触させて分解処理する方法において、前記過熱水蒸気としてポリウレタンの熱分解温度より低い温度の過熱水蒸気を使用するとともに前記反応容器内のポリウレタン廃棄物を加熱装置により当該廃棄物が分解する温度以下に加熱することを特徴とする。この場合の加熱雰囲気温度は２５０〜３５０℃とするのが好ましい。これ以上の温度ではポリウレタンが熱分解され炭化することにより、カーボンが析出する。これ以下の温度では分解反応がほとんど生じない。
【０００７】
さらに回収した油が燃料として利用できるように低分子に分解する必要がある。水蒸気は、水和反応を生じる役割と、分解した低分子ガスを系外に輸送する役割がある。水蒸気の量が多いとポリウレタンの蒸気圧が下がり高分子ガスが出てくる。また、樹脂のＣ−Ｃ，Ｃ＝Ｏ，Ｃ−Ｎ結合に対する水分子、ＯＨ-，Ｈ+の反応により、もともとの結合が壊れ、そこにまた水分子、ＯＨ-，Ｈ+が結合し、それが感応基となり分子の再結合が生じ高分子化してしまう。また、反応容器内の低分子ガスを容器外へ搬出する際にガス流がうず流となると、ここで再結合が生じる。よって、低分子にするには最適水蒸気量がある。好ましくは、反応容器入口の過熱水蒸気の圧力が０．２〜１．０ｋＰａとするのがよい。
【０００８】
得られた油が燃料として利用できる軽質油であると同時に、均質であることが望ましい。そのためには、水和反応を生じている空間の温度、蒸気量を均一にすることが望ましい。具体的には、反応容器の周壁および底壁の外側に加熱装置を取り付ける。加熱装置としては、電気抵抗加熱装置、電磁誘導加熱装置、熱風加熱装置などが考えられる。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、ポリウレタン廃棄物を過熱水蒸気と接触させた状態で加熱分解する際に、外部から雰囲気が２５０〜３５０℃の範囲の温度で加熱するようにしているので、反応容器温度を低くでき、容器からの熱損失を小さくできる効果がある。そして、この発明においては、低温度でかつ水蒸気の量および圧力を最適にして処理を行うことにより、ポリウレタンの低分子ガス化が可能で、かつ再重合を極力防止できるため残渣および凝縮水中に溶け込む油分の量が減り、油化物の回収量を増大させることができる。
さらに、水蒸気の供給量が少ないから凝縮水の量を抑制でき、水処理付帯設備を軽減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
まず、この発明に用いる分解処理装置の実施例について説明する。
【００１１】
図１はこの発明に用いる分解処理装置の構成を示すブロック構成図である。
【００１２】
図１において、１０は反応容器であり、周壁および底壁の外側に電気的加熱装置１１が設けられている。
【００１３】
反応容器の上部に設けた分解ガス回収口１２に、この分解ガス回収口１２から回収される分解ガスを凝縮して液化物と不凝縮性ガスとに分離して回収する回収装置２０が結合される。この回収装置２０には、回収ガスを冷却して凝縮する凝縮器２１、凝縮液から油分と水分を分離して回収する油水回収器２２および非凝縮ガスを回収し処理するガス回収器２３が含まれる。
【００１４】
さらに反応容器１０内に水蒸気分散器１３が設置され、これに水蒸気供給装置１４から過熱水蒸気が供給されるようになっている。
【００１５】
反応容器１０に供給された破砕されたポリウレタン廃棄物１は、電気的加熱装置１１により反応容器１０の外側から加熱することにより所定の温度になるまで加熱され、水蒸気分散器１３を介して水蒸気供給装置１４から供給される過熱水蒸気と接触することにより水和反応をともなって分解されてガス化する。
【００１６】
反応容器１０内に発生したポリウレタン廃棄物の分解ガスは、水蒸気とともに反応容器１０の上部の分解ガス回収口１２から回収され凝縮器２１へ送られる。そしてここで冷却されて凝縮し、液化され、油水回収器２２で水分と油分に分離して回収される。非凝縮ガスはガス回収器２３で処理される。
【００１７】
次に、このような分解処理装置を用いてポリウレタン廃棄物を分解処理する際のこの発明による処理方法の実施例について説明する。
【実施例１】
【００１８】
予め適当な大きさに破砕したポリウレタン廃棄物２kgを反応容器１０に投入し、反応容器１０を、電気的加熱装置１１により加熱する。水蒸気供給装置１４から１１０℃程度に過熱された低温の過熱水蒸気を所定の流量で水蒸気分散器１３に供給し、この分散器から反応容器１０の全体にほぼ均等に分散して放出することにより、ポリウレタン廃棄物１に過熱水蒸気を接触させる。これによりポリウレタン廃棄物が分解し、分解ガスを発生する。この分解ガスを回収装置２０に搬送し、ここで冷却凝縮して油化物と凝縮水を回収する。
【００１９】
なお、過熱水蒸気の供給量はこの処理の前にポリウレタンを入れずに加熱水蒸気を反応容器に入れ、得られた凝縮水量を測定してこれに代えた。
【００２０】
このような処理方法において、反応容器１０内への過熱水蒸気の供給量を２９６０ｇ／ｈとし、反応容器内の処理物の加熱雰囲気温度をそれぞれ１４７℃、２４８℃、２９６℃に変えて分解処理し、それぞれの温度での回収した油化物の量を測定した。この時の反応容器の底部温度は、それぞれ１５０℃、２５０℃、３５０℃であった。この油化物の測定結果を図２に示す。
【００２１】
この図２において、縦軸の「油化率（％）」は、被処理物（ポリウレタン廃棄物）の質量（２kg）に対する回収した油化物の質量比率である。
【００２２】
図２から明らかなとおり、ポリウレタン廃棄物は、２５０℃程度から分解を起こすが、３００℃では、油化率（油化物の回収率）が３０％をこえる。また、別の実験ではポリウレタンを３５０℃の空気中で１時間加熱すると、黒色に変色し炭化が生じていた。
【００２３】
したがって、この発明においては、反応容器１０内のポリウレタン廃棄物に１１０℃程度に過熱した低温の過熱水蒸気を接触させた状態で、プラスチック類廃棄物の雰囲気温度が２５０〜３５０℃の範囲となるように加熱するのが良好な加熱温度条件であった。
【００２４】
これにより、被処理物（ポリウレタン廃棄物）の質量比で３０％以上の油化物を回収することができる。またこのように低い温度で分解処理することができるので、分解ガス中の分解された分子の再重合が抑えられ軽質の油化物をより多く得ることができる。
【実施例２】
【００２５】
次にこの発明の処理方法において、過熱水蒸気の供給量と油化物の回収量との関係を調べるために次のような処理を行った。
【００２６】
反応容器１０に処理物として破砕したポリウレタン廃棄物２kgを投入して、処理物の加熱雰囲気温度が２８５〜２９７℃になるように加熱制御し、１１０℃に過熱された過熱水蒸気の供給量を変えた複数の条件でそれぞれ分解処理を行い、それぞれの処理が終了した後に油化物の回収量、残渣物の発生量および凝縮水中に溶け込んだ油分の量を調べた。
【００２７】
油化物の回収量（Ｋ）および残渣物の発生量（Ｚ）はその都度の処理において得られた油化物および残渣物の質量を測定することにより直接求めることが可能であるが、水蒸気が凝縮して得られる凝縮水中にグリコール類として溶け込んだ油分の量（Ｇ）は、直ちには求めることができないので、処理前のポリウレタンの総質量Ｕ（ｇ）から油化物回収量Ｋ（ｇ）と残渣物の量Ｚ（ｇ）の合計質量を（１）式に示すように差し引いて求めた。
【００２８】
Ｇ  ＝  Ｕ−（Ｋ＋Ｚ）                                              （１）
このようにして求めた、油化物、残渣物、凝縮水に溶存する油分の量，および容器入口水蒸気圧力と凝縮水量（過熱水蒸気の供給量）との関係を表１に示す。そしてこれをグラフ化したものを図３に示している。
【００２９】
表１および図３においては、回収した油化物の量を、処理物のポリウレタン廃棄物の質量（２kg）に対する回収した油化物の質量比率で表した油化率、同様に残渣物および溶存油分の量を、それぞれ被処理物のポリウレタン廃棄物の質量（２kg）に対する残渣物の質量比率、凝縮水中に溶存する油分の質量比率で表した残渣率および溶存油分率として示している。したがって、油化率、残渣率および溶存油分率の合計は１００％となる。
【００３０】
【表１】
2007070485.tif 000003
【００３１】
図３における曲線Ａは油化率を、Ｂは残渣率を、そしてＣは溶存油分率をそれぞれ示している。
【００３２】
表１の油化率のデータおよび図３の曲線Ａから明らかなように、凝縮水量が４６０〜１５８０(g/h)において油化率が４０％を超えた。この時の容器入口圧力は、０．２１〜０．７４ｋＰａであった。
【００３３】
残渣率は、凝縮水量が多いほど値が小さく、分解が進んでいる。しかし、溶存油分率は、凝縮水量の小さいところでは２７．５％と小さい値を示すが、凝縮水量の増加とともに増加し、凝縮水量がおよそ６０００g/hのところで４９．５％と大きな値を示し、水溶性油となっていることを示している。
【００３４】
これは、熱分解処理過程における水蒸気の供給量が増大すると高分子ガスが出てくることと、ガス流がうず流になる等による再重合が起こり油の分子が大きくなり、凝縮水中に溶け込む油分が増大し、その分直接油化物として回収する量が減少することに他ならない。
【００３５】
このため、この発明においては、分解処理中に供給する水蒸気の量を抑えて処理を行うことにより、分解ガスの凝縮水中への溶け込み量を抑制できるので、油化物の回収量を増大させることができる。具体的には反応容器入口の水蒸気の圧力を、０．２〜１．０ｋＰａにするのが望ましい。
【００３６】
また、回収した油化物を分析するとその９３質量％以上が沸点２００℃以下の軽質油で、燃料油として利用可能であった。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
この発明は、ポリウレタン廃棄物の分解処理について説明したが、ポリウレタンに限らずその他のプラスチック類廃棄物の分解処理に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】この発明の分解処理方法に用いる処理装置の例を示す構成ブロック図である。
【図２】この発明の実施例２による加熱雰囲気温度と油化物の回収量との関係を示す図である。
【図３】この発明の実施例２による水蒸気の供給量と油化率、残渣率、溶存油分率の関係を示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１：ポリウレタン廃棄物
１０：反応容器
１１：電気的加熱装置
１２：分解ガス回収口
１３：水蒸気分散器
１４：水蒸気供給装置
２０：回収装置
２１：凝縮器
２２：油水回収器
２３：ガス回収器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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