(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃プラスチック投入口と、溶融プラスチック流出口と、塩化水素流出口と、廃プラスチックを加熱する加熱手段と、廃プラスチックを投入口から流出口まで移送する案内手段とを有する廃プラスチック脱塩化水素処理装置において、該塩化水素流出口が、１つ設けられ、且つその長さが処理装置反応筒の全長の４０％以上であり、廃プラスチックを投入口から流出口まで移送する案内手段のスクリュの全長の６０％以上がニーディングディスクであることを特徴とする廃プラスチック脱塩化水素処理装置を用い、廃プラスチックの滞留時間を１０〜４０分とすることを特徴とする廃プラスチック脱塩化水素処理方法。
【請求項２】
廃プラスチックを投入口から流出口まで移送する案内手段のスクリュが、塩化水素全流出口の長さに対するニーディングディスクの長さが５０％以上のものである請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、塩素系ポリマー含有廃棄プラスチックの熱分解処理時に生ずる塩化水素を効率よく除去し、残留塩素分が少ない溶融プラスチックが得られる廃プラスチック脱塩化水素処理装置及びこれを用いた廃プラスチック脱塩化水素処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
使用済みの廃プラスチックは、従来、埋め立てたり、単純に焼却したりして廃棄・処理していたが、資源の有効利用の観点から近年はケミカルリサイクルとしての油化やサーマルリサイクルとしての燃焼によるエネルギー回収が注目されるようになった。
【０００３】
ところでケミカルリサイクル、サーマルリサイクルは廃プラスチックを高温で処理・燃焼するものであるが、その際に発生する塩化水素により装置の腐食、製品（油）の品質低下、熱や電気エネルギーの回収率低下等の大きな問題が生じていた。このためケミカルリサイクルやサーマルリサイクルを行う際に、前処理として廃プラスチック中のポリ塩化ビニルやポリ塩化ビニリデン等の塩素系ポリマーを熱分解させて溶融プラスチックから塩化水素を系外に除去する、いわゆる脱塩化水素前処理が行われていた。脱塩化水素前処理としては、例えば以下のような技術が知られている。
【０００４】
一端に廃プラスチック投入口を、他端に塩化水素流出口と溶融プラスチック流出口とを備えた反応筒と、前記廃プラスチック投入口と前記塩化水素流出口との間に設置された、廃プラスチックを前記反応筒の外部から加熱するための加熱手段と、前記反応筒内の廃プラスチックを前記一端から前記他端に向かって案内するための案内手段を有する廃プラスチックの熱分解反応装置において、前記他端に設けた溶融プラスチック引き出し口と前記一端に設けられた溶融プラスチック戻し口とを連結する溶融プラスチック戻り流路と、廃プラスチックを前記反応筒の内部から加熱するための内部加熱手段とを更に有することを特徴とする熱分解反応装置（特開平８−１２０２８５号公報）。この装置によれば、廃プラスチックの処理能力が従来法に比べ増大する。
【０００５】
塩素系ポリマーを含むプラスチックを上段の押出機に供給し、シリンダから外部加熱エネルギーとスクリュ回転によるせん断発熱でプラスチックを溶融し、所定の温度まで上昇させて塩素系ポリマーを熱分解させ、脱塩化水素反応を行う方法がある。（W. Michaeli、Degradative extrusion as a pretreating process for chemical recycling of plastics waste, Die Angewandte Makromorekulare chemic, 232(1995), 図１参照）。この技術では、生成した塩化水素は押出機の先端に近い塩化水素流出口から塩化水素を系外に排出除去している。尚図１においてフィルターを通過した脱塩化水素された溶融プラスチックは下断押出機に供給され適当な処理を施されて油として回収される。該技術はスクリュせん断による発熱を有効に利用できるためプラスチックの熱分解効率が良いという利点がある。
【０００６】
溶融ポリマーと発生した塩化水素とを押出機から外部に吐出させ、出口で塩化水素を吸引ポンプにより吸引、除去する方法（特許第２６４８４１２号、工業技術院、（株）フジテック）。該技術はスクリュせん断による発熱を有効に利用できるためプラスチックの熱分解効率が良いという利点がある。しかし、この方式では熱分解で発生した塩化水素の出口は最終の溶融ポリマー出口と同じであるため（図２参照）、脱揮効率が良くない。
【０００７】
また、押出機等の連続処理装置で脱塩化水素処理を行う場合、従来の連続処理装置は溶融プラスチック流出口近傍に塩化水素流出口が１ケ所又は２ケ所設けられているのが多い（図３参照）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記の如く従来の装置においては、塩化水素は、装置の溶融プラスチック近傍に塩化水素流出口を設けて除去するか、又は装置から吐出後の溶融プラスチックから吸引除去する構造となっている。
【０００９】
しかしながら、従来のこのような装置を用いて脱塩化水素処理を行っても、十分に廃棄プラスチックから塩化水素を除去することに困難であった。
【００１０】
従って本発明の目的は廃プラスチックからの塩化水素除去能に優れた処理装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
斯かる実状において本発明者らは鋭意研究を行った結果、従来の装置でも廃プラスチック中のポリ塩化ビニルやポリ塩化ビニリデン等の塩素系ポリマーを熱分解して塩化水素を発生させることは比較的容易であるが、発生した塩化水素が系外に排出される前に廃プラスチック中の化学物質（無機フィラー、使用済み容器やフィルムに付着した物質や各種添加剤）や各種ポリマーの分解物と反応して高沸点化合物となり、塩化水素流出口からの除去が困難となることを発見した。また、特開平８−１２０２８５号公報の実施例２を詳細に研究した結果、この実施例の原料中の平均塩素含有率は５％であり、脱塩化水素後の最終塩素含有率は、未使用のバージンポリマーの混合品（ペレット形状）を用いた場合は０．１１〜０．２４％であるのに対し、実際の廃プラスチックを用いた場合は０．８％と著しく悪化している。更にW. Michaeli 等の技術では、バージンポリマーを用いた場合の脱塩素率は９８％以上であるのに対し、実際の廃プラスチックを用いた場合には８０％以下と悪化している。この原因も詳細に調べると、上述の高沸点化合物が生じていることが判明した。
そして、本発明者は、このような知見に基づき、塩化水素流出口を、発生した塩化水素が廃プラスチックと反応して除去が困難な高沸点化合物となる以前に除去し得るように設ければ、廃プラスチックから塩化水素を効率よく除去し得ることを見出し本発明を完成した。
【００１２】
すなわち、本発明は、廃プラスチック投入口と、溶融プラスチック流出口と、塩化水素流出口と、廃プラスチックを加熱する加熱手段と、廃プラスチックを投入口から流出口まで移送する案内手段とを有する廃プラスチック脱塩化水素処理装置において、該塩化水素流出口が、１つ設けられ、且つその長さが処理装置反応筒の全長の４０％以上であり、廃プラスチックを投入口から流出口まで移送する案内手段のスクリュの全長の６０％以上がニーディングディスクであることを特徴とする廃プラスチック脱塩化水素処理装置を用い、廃プラスチックの滞留時間を１０〜４０分とすることを特徴とする廃プラスチック脱塩化水素処理方法を提供するものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
廃プラスチック中の塩素系ポリマー（例えばポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン等）を塩化水素として除去するための押出機等の連続処理装置は一般的に、一端に廃プラスチック投入口を他端に溶融プラスチック流出口を設け、更に塩化水素流出口を備えた反応筒と、廃プラスチックを加熱する加熱手段と、該廃プラスチックを該一端から該他端に向かって案内するための案内手段を有する。
【００１４】
加熱手段としては特に限定されないが、例えばヒーターによる加熱が挙げられる。かかる加熱は反応筒の外部から行ってもよく、また熱分解処理装置の内部にヒーターなどを組み込んで行ってもよい。
【００１５】
図３に廃プラスチック脱塩化水素処理装置の一例の断面を模式図で示す。原料となる廃プラスチックは原料供給ホッパー２２から投入され、加熱手段を有する押出機シリンダ２３（反応筒）内の押し出しスクリュ（案内手段）２４により溶融プラスチック流出口である押し出しダイ２６側へ輸送される。かかる連続処理装置において、廃プラスチック中の塩素系ポリマーは一般的に１９０〜２００℃以上に加熱されると徐々に脱塩化水素反応を起こす。例えばポリ塩化ビニルの場合の脱塩化水素の反応は次の一般式（１）に示す通りである。
【００１６】
【化１】
-(CH2-CHCl)n-   →   -(CH=CH)n-   ＋   nHCl   （１）
【００１７】
一般に廃プラスチックの反応筒内の滞留時間は３〜５分以上であり、溶融した廃プラスチックの溶融プラスチック流出口における温度は一般に３００〜３５０℃となる場合が多い。このように分解開始温度よりもはるかに高温まで昇温するのは廃プラスチック中の塩素系ポリマーから略１００％脱塩化水素を行うためである。このため反応筒内での塩化水素の発生は、廃プラスチック投入口（一端側）から溶融廃プラスチック流出口（他端側）にかけて徐々に起こることになる。かかる状況下では、例えば図３に示すように塩化水素流出口２５が他端側に一ケ所のみ設けられている場合には、一端側近傍で発生した塩化水素が他端側に輸送されて行く間に廃プラスチック中に存在する化学物質（無機フィラー）、例えば炭酸カルシウム、タルク、砂、食品残さ等あるいはポリマーの分解物などの化学物質と反応して塩化物を形成する。かかる塩化物は高融点、高沸点である場合が多く、気化させて塩化水素流出口から排出することはきわめて困難である。かかる塩化物の沸点を例示すると、塩化カルシウムは１６００℃以上、塩化マグネシウムは１４１２℃、塩化カリウムは１５００℃、塩化ナトリウムは１４１３℃、三塩化チタンは４４０℃以上である。
【００１８】
そこで本発明では熱分解により発生した塩化水素が廃プラスチック中の化学物質（無機フィラー等）と反応して高沸点化合物となる以前に除去すべく、連続処理装置に適宜な塩化水素流出口を設けることとした。以下に本発明の例示をするが、本発明は以下の例示に限定されるものではない。
【００１９】
図４は、塩化水素流出口３５が反応筒３３の一端側と他端側の間の上部の略全体にわたって設けられたものの概略断面図である。この場合全長に対して、塩化水素流出口長さが４０％以上になるように設定されている。このようにすることにより廃プラスチックの加熱効率はやや低下するが、発生した塩化水素を直ちに除去することができる。図４に示す連続処理装置の加熱効率の低下を抑えるよう改良されたものが図５に示すものである。図５の塩化水素流出口４５は、発生した塩化水素を直ちに溶融プラスチック中から除去するために、一端側と他端側の間の上部の略全体にわたって空間を有し、塩化水素を排出させるための面積を図４の場合よりも小さくしている。またこの場合も全長に対して、塩化水素流出口長さが４０％以上になっている。これにより図５の連続処理装置は図４の連続処理装置と比較して、発生した塩化水素を直ちに溶融プラスチックから除去する効果は同等であり、廃プラスチックの加熱効率は優れたものとなる。
【００２０】
このように、装置の塩化水素流出口は１つで、また、この長さの合計は、処理装置の反応筒の全長の４０％以上である。なお、この長さは最終的な流出口の長さをいうのではなく、図５の装置の如く発生した塩化水素の流入口の長さをいう。
【００２１】
また、本発明の装置の廃プラスチックを投入口から流出口まで移送する案内手段は、スクリュの表面更新効果を高め、溶融廃プラスチック中からの塩化水素の系外への除去を容易ならしめるため、及び限られた長さでできるだけ溶融廃プラスチックを充満させ、その部分での滞留時間を長くするために、その部分のスクリュは、ニーディングディスクである。ニーディングディスクはスクリュの全長の６０％以上を占める。
【００２２】
廃プラスチック脱塩化水素は、廃プラスチック投入から溶融プラスチック流出までの滞留時間は非常に重要である。滞留時間は、廃プラスチック中の塩素含有プラスチックを完全に熱分解して、塩化水素とするための十分な時間とすることが好ましい。しかし、通常の押出機で得られる滞留時間は３〜５分であり、この時間では塩素含有プラスチックを完全に熱分解し、塩化水素を発生させることはできない。従って必要滞留時間は１０分以上４０分以下である。最適な時間は設定する熱分解温度により決まる。高温だと１０分側に近くなり、低温だと４０分側に寄る。４０分を超えると脱塩化水素は良くなるが、装置が大型になりコストアップするし、またポリ塩化ビニル以外のポリマーの揮発量が増大し、燃料収率が低下し経済性に問題がでてくる。
【００２３】
この滞留時間を増大させ、かつプラスチック表面更新を増大するためには、塩化水素全流出口の長さに対するミキシングスクリュの長さを５０％以上とすることが好ましく、特に６０％以上とすることが好ましい。このようにすることにより、シリンダの上方が開口した塩化水素流出口部の加熱面積の不足を、スクリュ内部の充満率の大幅な向上でカバーすることができ、一石三鳥の効果がでてくる。発生した塩化水素を直ちに除去することができる。
図７に実施例としての滞留時間と脱塩素度の関係を示す。また図８に実施例としての塩化水素流出口の全長に対するスクリュミキシングの長さを変化させた場合の脱塩素度の関係を示す。これらのデータから滞留時間及び塩化水素流出口長さに対するミキシングスクリュの長さの効果がよく分かる。
【００２４】
本発明の廃プラスチック脱塩化水素処理装置を用いた処理方法の処理条件は、特に限定されないが、熱分解設定温度が３００℃〜４００℃で、滞留時間５分以上、特に１０〜４０分とすることが好ましい。熱分解温度が４００℃を超える場合は、特に処理後の廃棄プラスチックを固形燃料として使用する場合に、廃棄プラスチック中の燃料成分の揮発量が多くなる場合があるため好ましくない。熱分解温度が３００℃未満の場合は、廃棄プラスチックを十分に熱分解できず、材料中に塩素及び塩素化合物が残留するため好ましくない。滞留時間が５分未満の場合には、廃棄プラスチックを十分に熱分解できない場合があるため好ましくない。
【００２５】
なお、塩素あるいは塩素化合物排出口からの塩素あるいは塩素化合物の除去方法には特に制限はなく、例えば減圧などの方法により行うことができる。
【００２６】
【実施例】
次に、実施例を挙げて本発明を更に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００２７】
実施例１
廃プラスチック脱塩化水素処理装置として図４の如く、廃プラスチック投入口と溶融プラスチック流出口との間に、全長の６０％にわたる塩化水素排出口を設けた日本製鋼所製の二軸噛み合い型押出機を用い、廃プラスチックからの脱塩化水素の実験を行った。実験材料、実験材料の塩素含有率、連続処理装置による処理条件、処理後の塩素含有率及び脱塩素率を表１に示す。
【００２８】
比較例１
連続処理装置として、溶融プラスチック流出口近傍に全長の２９％の長さの１ケ所の塩化水素排出口を設けた、日本製鋼所製の二軸同方向回転噛み合い型押出機であるＴＥＸ４４−４９ＡＷを用いて、廃プラスチックからの脱塩化水素の実験を行った。実験材料、実験材料の塩素含有率、連続処理装置による処理条件、処理後の塩素含有率及び脱塩素率を表１に示す。
【００２９】
【表１】
0003905253.tif 000002
【００３０】
表１より、実施例１の連続処理装置を用いた場合は比較例１の連続処理装置を用いた場合と比較して、処理後の塩素含有率、脱塩素率が優れていることが確認された。更に実施例１の連続処理装置を用いた場合は、特開平８−１２０２８５号公報の第二実施例（同公報図６参照）と比較しても優れていることが確認された。
【００３１】
【発明の効果】
本発明の装置によれば、廃プラスチックから塩化水素が良好に除去される。
【図面の簡単な説明】
【図１】廃プラスチック中から熱分解により発生した塩化水素を除去するための従来の連続処理装置の概略図である。
【図２】廃プラスチック中から熱分解により発生した塩化水素を除去するための従来の連続処理装置の概略図である。
【図３】廃プラスチック中から熱分解により発生した塩化水素を除去するための従来の連続処理装置の概略図である。
【図４】本発明の実施形態に係る、廃プラスチック中から熱分解により発生した塩化水素を除去するための、連続処理装置の概略図である。
【図５】本発明の実施形態に係る、廃プラスチック中から熱分解により発生した塩化水素を除去するための、連続処理装置の概略図である。
【図７】熱分解滞留時間と脱塩素率の関係を示す図である。
【図８】全流出口長さに対するミキシングスクリュ長さと脱塩素率との関係を示す図である。
【符号の説明】
１、７、２１、３１、４１ モータ（減速機）
２、１２、２２、３２、４２ 廃プラスチック投入口（原料供給ホッパ）
３、１０、２３、３３、４３ 反応筒（押出機シリンダ）
４、１３、２４、３４、４４ 案内手段（押出機スクリュ）
５、２５、３５、４５ 塩化水素流出口
６、２６、３６、４６ 溶融廃プラスチック流出口（押し出しダイ）
１４ 溶融プラスチック流出口及び塩化水素流出口
８ 加熱部
９ 温度調節器
１１−１，１１−２，１１−３ 熱伝対
１５ 溶融プラスチック
１６ 吸引ポンプ
１７ 塩化水素回収器
【図１】
0003905253.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図７】
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【図８】
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