(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃棄プラスチックを供給側から排出側へ搬送する搬送手段が内蔵された複数の反応器を多段に接続してなる一連とされた折り返しの反応管と、その反応管を加熱するバーナーと及び該反応管を取り囲む断熱部材とを備え、反応管中で廃棄プラスチックを搬送しながら溶融・分解させて、燃料油・燃料ガスの原料となる気化成分を取り出すようにした廃棄プラスチックの分解装置において、
反応管は、断熱部材内側の炉壁面を反応管に沿わせるようにして形成した蛇行加熱炉内で、１つのバーナーによって加熱されるようになっていることを特徴とする廃棄プラスチックの分解装置。
【請求項２】
反応器の上側外面は、断熱材に覆われている請求項１記載の廃棄プラスチックの分解装置。
【請求項３】
蛇行加熱炉の断面積は、他と比較して高温にすべき反応管に対応する部分では小さくされている請求項１又は請求項２に記載の廃棄プラスチックの分解装置。
【請求項４】
高温にすべき部分の反応管を加熱できる補助バーナーが設けられた請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の廃棄プラスチックの分解装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、廃棄プラスチックを分解し、燃料油や燃料ガスなどとして回収するための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、廃棄物処理をいかに行うかということが非常に重要な問題となっている。特に、廃棄プラスチックは、焼却を行うと高温を発し焼却炉を傷めるので、処理の難しい廃棄物としてその処理方法が模索されている。ところで、廃棄プラスチックの多くは、熱処理を行うことにより液相ポリマー化し、更にはポリエチレンやポリスチレンなどのような燃料油や燃料ガスとして回収可能なものである。廃棄物からこれら有用なものを回収できるのは、廃棄物処理の手段として最良であるため、廃棄プラスチックから燃料油や燃料ガスを妥当なコストで回収しうる装置の開発が望まれている。
【０００３】
このような観点より廃棄プラスチックの分解装置に関する様々な研究が行われており、種々の装置が提案されている。その中の一例として、本願発明者が発明し特願平６−３２４８５５号の特許出願に記載したような種類の分解装置がある。それは、廃棄プラスチックを供給側から排出側へ搬送する搬送手段が内蔵された複数の反応器を多段に接続してなる一連とされた折り返しの反応管を備え、そしてその反応管中で廃棄プラスチックを搬送しながら溶融・分解させ、排気プラスチックが溶融して生じた液相ポリマーを更に分解することにより発生する気化成分を燃料油・燃料ガスの原料として取り出すようにした廃棄プラスチックの分解装置である。
【０００４】
このような折り返しの反応管を備えた廃棄プラスチックの処理装置は、移送手段として技術的に確立したスクリューコンベアを用いることにより既知の技術を生かした高効率の分解装置とできるのみならず、分解のために一定の長さが必要な反応管を折り返して多段に配すことによりコンパクトに製造できるという利点を持つ。
【０００５】
しかしながら、この廃棄プラスチックの分解装置にも改良すべき点がないわけではない。即ち、この種の分解装置では、その断熱部材が、折り返しの反応管全体を取り囲むようなほぼ直方体の形状とされた炉壁面を持つようにされるのが一般的であり、大きな炉内空間のため加熱効率を高めるのが難しい。従って、反応管加熱のためのバーナー燃料が大量に必要となり、ランニングコストを下げるのが困難となる。このようなコストの問題は、廃棄プラスチックの燃料油・燃料ガス化技術を商業ベースに乗せるにあたりその妨げとなっている。また、廃棄プラスチックの分解装置の実用化を妨げている理由として、液相ポリマーの分解に際して生じるカーボンの問題がある。このカーボンは、液相ポリマーが分解して生じる気化成分を過加熱することにより発生するものであり、反応管の内側に薄膜層を形成し断熱材として働いて分解装置の操業を妨げるのみならず、該分解装置のランニングコストを増大させる要因にもなる。従って、この分解装置を実用的なものとするには、反応管のどの部分でカーボンが発生するのかを把握し、それを防止するような適切な温度勾配を反応管のそれぞれの部位に与えることが必須であるが、直方体形状とされた炉壁面を持つ分解装置ではそれを達成するのは困難であり、この課題を十分に解決できるようなその他の技術も今のところ知られていない。
【０００６】
【解決すべき課題】
そこで、本発明は、反応器が複数多段に接続されてなる一連の反応管を備える廃棄プラスチック分解装置を、加熱用バーナーの燃料消費量が少なくても稼動でき、且つ反応管に適切な温度勾配を与えられるように改良することにより、適切なコストで効率よく廃棄プラスチックの燃料油化乃至燃料ガス化を行えるようにすることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の廃棄プラスチックの分解装置では、廃棄プラスチックを供給側から排出側へ搬送する搬送手段が内蔵された複数の反応器を多段に接続してなる一連とされた折り返しの反応管と、その反応管を加熱するバーナーと及び該反応管を取り囲む断熱部材とを備え、反応管中で廃棄プラスチックを搬送しながら溶融・分解させて、燃料油・燃料ガスの原料となる気化成分を取り出すようにした廃棄プラスチックの分解装置を基本とし、その反応管は、断熱部材内側の炉壁面を反応管に沿わせるようにして形成した蛇行加熱炉内で、１つのバーナーによって加熱されるものとなっている。
【０００８】
この廃棄プラスチックの分解装置では、その断熱材内側の炉壁面を反応管に沿わせることにより加熱炉形状を蛇行状としたので、加熱炉内の体積を反応管の体積と実質的に同一といえる程度に抑えることができ、反応管加熱のために炉内を加熱するに当たり必要となる総熱量を少なくすることができる。そして、反応管加熱が効率よく行えるようになったことにより、この廃棄プラスチックの分解装置では、バーナーを１つだけ設けることにより蛇行加熱炉全体を十分に加熱することが可能になる。これにより、廃棄プラスチックの分解を行う際に必要なバーナー燃料を減らすことが可能になり、廃棄プラスチックの燃料油化・ガス化のコストを下げることができる。また、バーナーの数が１つで済めば、この分解装置の製造コストを引き下げることも可能になる。尚、１つだけ必要となるバーナーを、反応器の中で最も高温にする必要のある部分に近接して設ければ、熱効率を最大に上げることが可能である。一般的には、廃棄プラスチックを効率よく溶融させて液相ポリマーにする必要がある廃棄プラスチックの投入口付近に、上記バーナーを設けるのが好ましい。
【０００９】
また、本発明の分解装置では、反応器の上側面を断熱材により覆うようにするのが好ましい。これは、分解反応時におけるカーボンの発生は、液相ポリマーの分解による生じる特定気化成分の過加熱によるという本発明者の知見による構造である。即ち、発生した気化成分は反応器の上側に溜まることになるが、反応器の上側外面を断熱材により覆うことにより、液相ポリマーの十分な加熱と気化成分の過加熱防止とを両立させることが可能となる。従って、この構造によればカーボンの発生を減少させることが可能となる。また、断熱材により反応器の上側面を覆えば、蛇行加熱炉の断面積をより小さくすることが可能となる。従って、熱エネルギーのロスを最小限に抑えた状態で、加熱が必要な部分への十分な熱量供給を行うことができるようになる。
【００１０】
また、本発明の分解装置では、蛇行加熱炉の断面積を他と比較して高温にすべき反応管に対応する部分では小さくすることにより、反応管の部位により所望の温度を与えて任意の温度分布を作ることができる。つまり蛇行加熱炉の断面積を変化させて、その部分を通過するバーナーで加熱された熱風の流速を変化させることにより、熱風が反応管に与える熱量を適宜変化させ、これにより反応管に温度分布を与えることができる。この場合、蛇行加熱炉の断面積を適宜変化させることによってバーナーからかなり離れた部分の反応管温度を、バーナーに近接する部分の温度と同様にすることも可能である。上記のように蛇行加熱炉の断面積を変化させれば、バーナーを１つしか用いずとも、ポリマーの状態に応じて、反応管の部位毎に温度を適切に変化させることが可能になり、気化成分の過加熱によりカーボンが発生したり、気化成分の組成にばらつきが生じるという不具合を解消することができる。尚、この場合における蛇行加熱炉の断面積変化は、蛇行加熱炉自体の太さを変化させたり、蛇行加熱炉に邪魔板を設けたりすることにより、適宜行うことができる。また、この邪魔板を複数設けたり、蛇行加熱炉内で移動自在なものとしたりすることにより、反応管の部位ごとの温度制御をより精密に行うことが可能となる。
【００１１】
また、本発明の廃棄プラスチックの分解装置では、高温にすべき部分の反応管を加熱するために補助バーナーを設けることもできる。こうすれば、蛇行加熱炉の断面積変化による以上に、反応管の各部分において温度差を生じさせることが出来、より一層カーボン発生を抑えられるようになる。尚、この場合バーナーの数自体は増えることになるが、炉壁内側面の空間体積が小さくされているので、反応管の加熱にあたって必要な総熱量は従来より少なくて済み、複数としたバーナー燃料の総消費量はバーナーが１つのときよりもそれ程増えない。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１を参照して、本発明の実施の形態を説明する。この廃棄プラスチックの分解装置は３個の反応器１ａ、１ｂ、１ｃを備えており、反応器１ａと反応器１ｂ、及び反応器１ｂと反応器１ｃのそれぞれは、接続部２ｄ、２ｅにより接続されている。そしてこれら反応器１ａ、１ｂ、１ｃ及び接続部２ｄ、２ｅが一連となって、反応管３を形成している。この接続部２ｄ、２ｅは、その内部を液相ポリマーが自然流下するようなものでもよく、また液相ポリマーを強制流下させるものでもよい。
【００１３】
各反応器１ａ、１ｂ、１ｃの内部には、搬送手段としてのスクリューコンベア４ａ、４ｂ、４ｃが設けられている。このスクリューコンベア４ａ、４ｂ、４ｃは、それぞれ駆動手段５ａ、５ｂ、５ｃに接続されている。また、各反応器１ａ、１ｂ、１ｃの上方と及び接続部２ｄ、２ｅの側方とにはそれぞれ、ガス抜き口６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅが設けられている。また、反応管３の最も上流部分にあたる最上段の反応器１ａの一端には、供給口７が設けられており、反応管３の最も下流部分にあたる最下段の反応器１ｃの一端には排出口８が設けられている。
【００１４】
また、反応管３の外側には、反応管３の外周面に沿って形成された蛇行加熱炉９をその内側炉壁面として有する断熱部材１０が設けられている。そして断熱部材１０は、各反応器１ａ、１ｂ、１ｃの上面を覆うように形成されている。また、上記供給口７の下側には、反応器１ａ、１ｂ、１ｃに沿って蛇行加熱炉９全体を加熱できるバーナー１１が設けられている。一方、反応器１ｃの下方には、補助バーナー１２が設けられている。また、各反応器１ａ、１ｂ、１ｃに対応する部分の蛇行加熱炉９路壁面には、図中左右方向に移動可能とした邪魔板１３ａ、１３ｂ、１３ｃがそれぞれ設けられている。
【００１５】
次に、この廃棄プラスチック分解装置の動作を説明する。分解すべき廃棄プラスチックは、反応管３の最も上流側に設けられた供給口７から反応器１ａに供給される。供給された廃棄プラスチックは、反応器１ａ内部のスクリューコンベアにより図中左方向へ搬送されながらバーナー１１による加熱によって溶融し、液相ポリマーとなっていく。このバーナー１１は、分解対象のポリマーの性質に合わせて適当な加熱を行えるようなものとする。尚、供給時の廃棄プラスチックの分子量は、概略５０，０００〜１００，０００であるが、溶融過程で一部分解（劣化）して生じた液相ポリマーの分子量は、５，０００〜３０，０００程度である。
【００１６】
この液相ポリマーを更に加熱し分解することにより、冷却によって燃料油・燃料ガスとなる分子量１００〜５００程度の気化成分を生成させる。この液相ポリマーの分解は、主に２段目以降の反応器１ｂ、１ｃで行われるが、最上段の反応器１ａにおいても分解反応は行われる。ここで生成した気化成分は、液相ポリマーから分離されて６ａで示すガス抜き口を通して図外の回収部へ導かれ、そこで冷却され燃料油・燃料ガスとして回収される。
【００１７】
反応器１ａの図中左端に達した廃棄プラスチック乃至液状ポリマーは、接続部２ｄ内部を流下して中段の反応器１ｂに達する。続けて、廃棄プラスチック乃至液相ポリマーは、反応器１ｂ内部のスクリューコンベア４ｂにより反応器１ｂの内部を図中右端方向へ搬送される。バーナー１１により発生した熱風は、蛇行加熱炉９に沿って送られており、この反応器１ｂをも加熱している。したがって、反応器１ｂ内部を搬送されている液相ポリマーは、更に分解され気化成分を発生させる。このときに発生した気化成分は、ガス抜き口６ｄ、６ｂを通して回収部へと送られる。
【００１８】
反応器１ｂの図中左端に達した液相ポリマーは、接続部２ｄ内部を流下して中段の反応器１ｃに達する。上記の場合と同様に、この液相ポリマーは、スクリューコンベア４ｃにより図中左方向へ搬送されながら分解され、気化成分を発生させる。また、この反応器１ｃ中の邪魔板１３ｃがある部分では、蛇行加熱炉９の断面積が他の部分より小さくされているため、その部分における反応器１ｃ内部の温度は、他の部分の温度より高くなっている。例えば、廃棄プラスチックに一部架橋物が含まれる場合、これを分解するためには廃棄プラスチックの分解に際して一般的に必要な４００℃の温度よりも高い４５０℃〜５００℃の温度が必要となるので、これを最下段の反応器１ｃで分解しようとする場合などには、上記の邪魔板１３ｃを移動させることにより蛇行加熱炉９の断面積を適宜変化させて所望の分解温度を得る。尚、邪魔板１３ａ、１３ｂを適宜移動させることによっても、同様の加熱温度制御が可能になる。また、蛇行加熱炉９の断面積変化によってもなお十分な温度勾配を得ることができない場合には、図で示したように補助バーナー１２を用いて更なる熱量供給を行うことができる。例えば、ポリマーの種類や混合比により吸収される熱量が大きくなっている場合には、補助バーナー１２の使用が有効になる。尚、最下段の反応器１ｃで発生した気化成分は、ガス抜き口６ｅ、６ｃを通して回収部へと導かれる。
【００１９】
廃棄プラスチックに紙、アルミ、あるいは重縮合で重合された他のポリマーなどが付着していた場合、それらは加熱により分解しないため、固形成分となり反応管３の末端部に溜まる。従って、この固形成分を排出口８から取り出す。
【００２０】
【発明の効果】
本発明の廃棄プラスチックの分解装置は、断熱材内側の炉壁面を反応管に沿って蛇行加熱炉として形成したものであるため、断熱材の内部空間を減少させることにより、反応管加熱にあたって必要な総熱量を減少させることができる。また、用いるバーナーが１つだけなのでバーナー燃料に関する装置のランニングコストを引き下げることが可能になる。従って、この廃棄プラスチックの分解装置はランニングコストが非常に低く商業ベースに乗せやすい。また。断熱材により反応器の上部を覆うようにすれば、熱量のロスを更に減少させられると共に、炭素の発生を防止する効果も得られる。更に、本発明の分解装置において、反応管の断面積を部位により適宜変化させることにより、用いるバーナーが１つのみであっても、必要な部位に相応の熱量を与えることが可能になり、反応管の温度をその部位により適宜変化させることができるようになる。これにより、この分解装置はコストパフォーマンスに優れるばかりか、従来から懸案となっていたカーボン生成の問題を高いレベルで解消することができるものになる。また、必要最小限の熱量を供給するような補助バーナーを更に設ければ、反応管のより正確な温度制御を行えるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す断面図。
【符号の説明】
１  反応器
３  反応管
４  スクリューコンベア(搬送手段)
６  ガス抜き口
９  蛇行加熱炉
１０  断熱部材
１１  バーナー
１２  補助バーナー
１３  邪魔板
【図１】
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