(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周に搬送羽根が設けられ且つ回転可能とされた内筒と、
この内筒の外周との間で反応室を形成するようにして、前記内筒の外部に前記内筒の長手方向にその長手方向が沿うようにして配された外筒と、
前記内筒の内周との間で熱風路を形成するようにして、前記内筒の内部に前記内筒の長手方向にその長手方向が沿うようにして配された、その内側を予備処理室とするコア筒と、
このコア筒の内部に前記コア筒の長手方向にその長手方向が沿うようにして配され且つ回転可能とされた搬送羽根付きの回転軸と、
前記熱風路に熱風を吹き込むことにより、前記予備処理室と前記反応室とを加熱するバーナーと、
前記予備処理室と連通するようにして前記コア筒の一方側に接続されており、そこで加熱による予備処理が行われることにより予備処理物となる廃棄プラスチックを前記予備処理室に供給するフィーダーと、
前記予備処理室と連通するようにして前記コア筒の他方側に接続されているとともに、前記反応室と連通するようにして前記外筒の他方側に接続されており、そこで加熱によって分解・気化される前記予備処理物を前記予備処理室から取出してから前記反応室に供給する移送フィーダーと、
前記反応室と連通するようにして前記外筒に接続されており、前記反応室で前記予備処理物が分解・気化されることによって発生した気化成分を取出す取り出し口と、
を備えており、
前記回転軸は、それが回転することで、前記廃棄プラスチックを、それが備える搬送羽根により前記予備処理室内で前記内筒の一方側から他方側へ搬送するようになっており、
前記内筒は、それが回転することで、前記予備処理物を、それが備える搬送羽根により前記内筒の他方側から一方側に搬送するようになっている、
廃棄プラスチックの連続油化装置。
【請求項２】
外周に搬送羽根が設けられ且つ回転可能とされた内筒と、この内筒の外周との間で反応室を形成するようにして、前記内筒の外部に前記内筒の長手方向にその長手方向が沿うようにして配された外筒と、前記内筒の内周との間で熱風路を形成するようにして、前記内筒の内部に前記内筒の長手方向にその長手方向が沿うようにして配された、その内側を予備処理室とするコア筒と、このコア筒の内部に前記コア筒の長手方向にその長手方向が沿うようにして配され且つ回転可能とされた搬送羽根付きの回転軸と、を備える廃棄プラスチックの連続油化装置にて実行される方法であって、
前記予備処理室と連通するようにして前記コア筒の一方側に接続されており、そこで加熱による予備処理が行われることにより予備処理物となる廃棄プラスチックを前記予備処理室に供給するフィーダーから前記予備処理室に廃棄プラスチックを供給し、
前記熱風路に熱風を吹き込むことにより、前記予備処理室と前記反応室とを加熱し、
コア筒の内部に供給された廃棄プラスチックを回転軸の搬送羽根によりコア筒の一方側から他方側に向けて搬送しつつ、この搬送中の廃棄プラスチックを前記熱風路に吹き込んだ熱風により加熱することにより予備処理を施し、
この予備処理により得られる予備処理物を移送フィーダーにより取出して前記反応室に供給し、
前記予備処理物から生じた液相ポリマーに反応室の底で液深の浅い液層を形成させ、そして内筒の回転に応じて内筒の外周面に前記液層から液相ポリマーを掻き上げることで液相ポリマーに内筒の外周面で薄膜を形成させつつ、前記熱風路に吹き込んだ熱風により加熱することでその液相ポリマーの分解・気化を生じさせ、
分解・気化させた成分を前記反応室と連通するようにして前記外筒に接続された取り出し口から取出すにあたり、
前記予備処理室内では、前記廃棄プラスチックを前記内筒の一方側から他方側へ搬送し、
前記反応室内では、前記廃棄プラスチックを前記内筒の他方側から一方側に搬送する、
廃棄プラスチックの連続油化方法。
【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加熱分解して油化する技術に関し、特に工業用バーナーなどの燃料油としての適性が高い組成の油化物を効率的に得る油化技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
廃棄プラスチックの油化処理については、既に多種多様な考え方や装置形態が提案されている。しかし実用的な稼働を可能としているものが未だないのが実情である。
【０００３】
例えば押出し成形機の機構を応用する技術、つまり押出し成形機の特徴であるスクリューコンベヤのような連続的搬送手段による連続搬送を行ないながら加熱しつつ油化分解を連続的に行なう技術もその一つである。押出し成形機の機構を応用するについては、その機構が高度に完成した技術であることから、コンパクトな装置形態で比較的大きな処理量が可能であり、また連続的な自動処理が可能であるなどの期待が持たれ、世界各国で多数の研究開発が進められて来た。しかしその実用化がなされていないのは上記の通りである。
【０００４】
押出し成形機方式も含めて、従来の油化技術がその実用稼働に至らないのには、分解過程における炭化物（カーボン）の大量発生が大きな要因の一つとなっている。即ちカーボンが多量に発生すると、これが分解反応器の内壁に付着して熱伝導を阻害し、分解反応の安定的な制御が困難となり、そのために望ましい組成の回収物を効率的に得ることが出来ず、また装置のメンテナンスに多大の労力と時間を必要とし、さらに反応過程の危険性が増すので多くの監視要員を必要とすることになる。そしてこの結果、経済性に劣り、実用機としての稼働に結び付けることができなくなる。
【０００５】
また得られる回収物の組成を十分に制御できないということも実用稼働を阻害する要因となっている。即ち、回収物は、工業用バーナーなどの燃料油として適性のある成分構成であることが現実的に最も望ましい。しかるに従来技術にあっては、その回収物がカーボンの混入により低質化を招いたり、逆に過剰分解によりガソリン分の過剰を来たして燃料油としての適性を欠くなど、システムの実用的稼働に不可欠である回収物の付加価値性を高めることが出来ず、実用的なシステムとしての稼働に結び付けることができないのが実情である。
【０００６】
以上のように廃棄プラスチックの油化技術を実用的なシステムとするには、カーボンの発生防止や回収物の組成制御が不可欠である。そしてそのためには、ポリマーの分解やカーボン発生のメカニズムについての正確な知識と、これに基づいた適切な対応が当然に求められるが、従来の技術は、何れもこれらの点に不十分なものがあり、カーボンの発生を有効に防止することができず、また回収物の組成制御を有効に行なうことが出来ていなかったと考えられる。
【０００７】
このような観点から本願発明者は、ポリマーの分解及びカーボンの発生のメカニズムについて、より深く研究分析を行ない、以下のような知見を得た。先ずポリマーの油化分解であるが、これは、廃棄プラスチックの固形ポリマーが溶融して液相ポリマーとなり、それから液相ポリマーがさらに加熱を受けることによりポリマーの高次構造が壊れて低次構造に移り、この状態で初めて分解を生じるようになり、そして分解を生じると分解温度などに応じた種々の分子量分布を持つ気化物が発生し、これを冷却することで一定の組成を持った回収物が得られる、という一連の過程を経て生じる。そして回収物の組成に最も大きく影響するのは液相ポリマーに対する加熱温度の制御乃至分解反応の制御であり、したがって液相ポリマーに対する温度制御乃至分解反応制御が回収物の組成にとって最も重要な要素となる。
【０００８】
次にカーボンの発生は、分解で発生した気化物、特に低分子化の進んだ気化物がさらに過剰の加熱を受ける場合にその殆どが発生する。しかるに、従来の技術は何れも気化物が固形ポリマーや液相ポリマーに閉じ込められたり包み込まれたりして過剰加熱を逃れ得ないような条件で処理を行なっており、このことがカーボンの大量発生の最大の原因となっている。したがって液相ポリマーから生じる気化物を素早く液相ポリマーなどから分離させて過剰加熱に曝される状態をなくしてやることが最も大事なことである。
【０００９】
特に、押出し成形機機構を応用した従来の技術では、スクリューの強力な搬送による圧縮力やせん断力も加熱源として利用するという押出し成形の考え方の延長から、液状化した後にも高密度な状態に圧縮して搬送するようにしており、この結果、気化物が閉じ込められてカーボンの大量発生を招き易くなり、また熱伝導率の低い液相ポリマーに厚い層を形成させることになるので、液相ポリマーの均一な温度制御に困難を来たしてしまい、回収物の組成制御を有効に行なうことが出来ていなかった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上のような知見に基づいてなされたものであり、廃棄プラスチックの油化装置、特に上記のような利点を期待できる押出し成形機機構を応用する連続油化装置について、カーボンの発生を有効に防止し、また望ましい組成の回収物を効率的に得るための分解制御を効果的に行なえるようにすることを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記のような目的を実現するための本発明による連続油化装置は、外周に搬送羽根が設けられ且つ回転可能とされた内筒、この内筒の外周との間で反応室を形成する外筒、前記内筒の内部に設けられるコア筒、及びこのコア筒の内部に設けられる搬送羽根付きの回転軸を備えてなっている。この連続油化装置で油化処理を行なうには、コア筒の内部に供給される廃棄プラスチックを回転軸の搬送羽根によりコア筒の一方側から他方側に向けて搬送し、この搬送中の廃棄プラスチックに、内筒の内側からコア筒に供給する加熱エネルギーで加熱することにより脱塩化水素や脱シアンなどの予備処理を施し、この予備処理で得られる予備処理物を前記反応室に供給し、この反応室に供給された予備処理物を、内筒の回転により反応室内で一方側から他方側に向けて搬送しつつ、内筒の内側から反応室に供給する加熱エネルギーで溶融させて液相ポリマーとすると共に、この液相ポリマーに反応室の底で液深の浅い液層を形成させ、そして内筒の回転に応じて内筒の外周面に前記液層から液相ポリマーを掻き上げることで液相ポリマーに内筒の外周面で薄膜を形成させつつ液相ポリマーの分解・気化を生じさせる。
【００１２】
このような本発明による連続油化装置の特徴の一つは、内筒の外周面で液相ポリマーに薄膜を形成させ、この薄膜化した液相ポリマーを内筒の内側からの加熱エネルギーで分解・気化させるよにしたことである。このため、分解・気化を生じようとする液相ポリマーが例えば0.5 ｍｍ以下のような薄膜で加熱源と接することになり、その全体を常に均一な温度に保つことができる。また液相ポリマーから生じる気化物を素早く液相ポリマーから離脱させて気化物が過剰加熱に曝される状態をなくしてやることができ、カーボンの発生を有効に防止することができる。さらに分解・気化のための液相ポリマーに対する加熱効率が格段に高くなり、分解効率を大幅に向上させることができる。この結果、ポリマーの分解反応を効果的に制御することが可能となり、望ましい組成の高品質な油化物を効率的に回収することができる。また装置のメンテナンスについての負担を大幅に軽減できるし、さらに反応過程の監視が実質的に不要となって無人化運転を可能とすることもできる。
【００１３】
本発明による連続油化装置は、上記のような特徴の他に、例えばポリ塩化ビニルやポリアクリロニトリルなどのように加熱により塩化水素やシアンを放出するプラスチックが混ざっている混合廃棄プラスチックの油化処理を脱塩化水素などの予備処理に連続して行なえるという特徴を持つ。特に内筒の内部を利用して予備処理を施す点に特徴がり、このため予備処理と油化処理を連続的に施せる装置でありながら全体が大幅にコンパクト化し、また油化分解用の加熱エネルギーを予備処理に兼用することで大幅に省エネ化を図ることもできる。
【００１４】
【実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について説明する。本実施形態による連続油化装置は、図１に示すように、全体が円筒状で水平状態乃至若干傾斜した状態で設置される反応器１、この反応器１に廃棄プラスチックを供給するフィーダー２、及び反応器１の内部に設けてある後述の予備処理室から反応室に廃棄プラスチックを移すための移送フィーダー３を主な要素とする。
【００１５】
反応器１は、外筒５、内筒６、コア筒７、及び回転軸８を外側から順に同心的に組み合わせた構造とする。外筒５と内筒６の間は所定の間隔を設けて反応室１０とする。この反応室１０は、外筒５と内筒６の間隔を相対的に狭くした溶融ゾーンＭと広くした反応ゾーンＲからなる構造とする。また反応室１０には気化物送出口１１を設け、この気化物送出口１１から気化物を図外の回収装置に送り出せるようにする。また内筒６とコア筒７の間も所定の間隔を設けて熱風路１２とし、図示せぬ加熱バーナーから吹き込ませた高温の熱風を吹き通せるようにする。さらにコア筒７と回転軸８の間も所定の間隔を設けて予備処理室１４とし、この予備処理室１４の始端部をフィーダー２と接続させ、また終端部を移送フィーダー３と接続させる。また予備処理室１４には、そこで脱塩化水素などにより発生するガスを排気するために脱気口１５を設ける。
【００１６】
内筒６は、その外周にスクリューコンベア状の搬送羽根１６を設けると共に、その外周に設けたギア１７、１７を介して駆動手段１８により回転させることができるようにし、反応室１０に後述のようにして供給される廃棄プラスチックやその液相ポリマーを反応室内で矢印Ｘの如く搬送できるようにする。
【００１７】
同様に回転軸８もその外周にスクリューコンベア状の搬送羽根２０を設け、且つ駆動手段２１により回転させることができるようにし、予備処理室１４にフィーダー２から供給される廃棄プラスチックを予備処理室内で矢印Ｙの如く搬送できるようにする。
【００１８】
移送フィーダー３は、予備処理室１４から取り込む廃棄プラスチックを適当な量について貯留しつつ反応室１０に供給できるようにする。そのために取込み用のスクリューコンベア２３と供給用のスクリューコンベア２４、それに所定容量の貯留タンク２５をからなる構造とする。また移送フィーダー３には、その周囲に内筒６の熱風路１２と連通する分岐熱風路１２ｂを設け、移動中の廃棄プラスチックの温度を保てるようにする。
【００１９】
このような連続油化装置による廃棄プラスチックの油化処理は以下のようにして進められる。フィーダー２から予備処理室１４に供給される固形状の廃棄プラスチックは回転軸８の搬送羽根２０により矢印Ｙ方向に連続的に搬送される。そしてこの搬送中に、熱風路１２の高温の熱風からコア筒７を介して供給される加熱エネルギーにより廃棄プラスチックが２５０〜３００℃に加熱され、廃棄プラスチックに混ざっているポリ塩化ビニルやポリアクリロニトリルについて脱塩化水素や脱シアンなどの反応を生じる。これで発生したガスは脱気口１５を通じて外部に排出される。
【００２０】
このように予備処理を受けた予備処理物は、予備処理室１４の終端部に至ると、移送フィーダー３がスクリューコンベア２３で貯留タンク２５に取り込む。その一方で移送フィーダー３はスクリューコンベア２４で貯留タンク２５から予備処理物を定量的に反応室１０に供給する。反応室１０に供給された予備処理物は、内筒６の搬送羽根１６により矢印Ｘ方向に連続的に搬送される。そしてこの搬送中に、熱風路１２の高温の熱風から内筒６を介して供給される加熱エネルギーにより予備処理物が加熱される。反応室１０における加熱温度は溶融ゾーンＭと反応ゾーンＲで異ならせる。それには内筒６の熱伝導率を溶融ゾーンＭに対応する部分と反応ゾーンＲに対応する部分で異ならせる。加熱温度は、廃棄プラスチックの主体が例えばポリスチレンであるかポリエチレンであるかなどによって異なるが、例えば触媒を用いない場合であれば、通常は溶融ゾーンが４００〜５００℃で反応ゾーンが４５０〜６００℃である。
【００２１】
溶融ゾーンＭでは既に予備処理室１４での加熱を受けて軟化している予備処理物が上記のような温度に加熱されることで溶融して液相ポリマーとなる。この液相ポリマーは搬送が進むのにつれて徐々に浅い層をなすようになり、反応ゾーンＲでは、図２に見られるように、反応室１０の底で液深の浅い液層Ｌを形成する状態となる。この状態では内筒６の回転に応じてこれに液相ポリマーが掻き上げられる。そのため液相ポリマーは内筒６の外周面で薄膜Ｆを形成する。そしてこの薄膜Ｆの状態で内筒６を介して熱風路１２の高温の熱風により加熱されて分解・気化する。これにより発生する気化物は、浅い液層Ｌを除いて、反応室１０の全体に充満しつつ、順次気化物送出口１１から送り出される。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によると、カーボンの発生を有効に防止して、分解反応の効果的な制御が可能となり、望ましい組成の高品質な油化物を効率的に回収することができる。またポリ塩化ビニルなどが混ざっている混合廃棄プラスチックについても、効率的に処理を行なえ、同様に望ましい組成の高品質な油化物を効率的に回収することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による連続油化装置を簡略化して示す一部断面を含む側面図。
【図２】図１中の反応器の断面図。
【符号の説明】
５  外筒
６  内筒
７  コア筒
８  回転軸
１０  反応室
１６  搬送羽根
２０  搬送羽根
Ｆ  薄膜
Ｌ  液層
【図１】
0003889124.tif 000002
【図２】
0003889124.tif 000003