(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃棄プラスチックを分解処理して燃料油又は燃料ガスとして回収するための分解装置において、
中央部に連通部を有するとともに、この連通部に向けて下がり傾斜であるすり鉢状の加熱面を有する反応室を、それぞれの連通部を介して順次連通させるようにして上下方向に多段で備えており、
そして最上段の反応室では、外部から供給される廃棄プラスチックを当該反応室の加熱面で加熱しながら連通部に向けて流下させ、
二段目の反応室では最上段の反応室からその連通部を介して供給される廃棄プラスチック乃至その溶融物を当該反応室の加熱面で加熱しながら連通部に向けて流下させ、
以降同様の処理を最下段の反応室まで繰り返し、この間に廃棄プラスチック乃至その溶融物に脱塩化水素反応と分解反応とを生じさせるようになっているとともに、
二段目以降の反応室には、連通部から加熱面の外縁に向けて下り傾斜である錐体状とされた錐体状部を有する、その錐体状部の頂点を連通部の直下に位置させられた拡散体が設けられており、二段目以降の反応室にその上段の反応室から連通部を介して供給される廃棄プラスチック乃至その溶融物を前記拡散体により加熱面の外周部に拡散的に導くようにされている、
ことを特徴とする分解装置。
【請求項２】
各反応室の間に加熱室を設け、この加熱室から加熱面に熱エネルギーを供給するようにした請求項１に記載の分解装置。
【請求項３】
各反応室の連通部を貫通するようにして回転軸を設け、この回転軸に各反応室の連通部と対応する位置でコンベア翼を設けた請求項１または請求項２に記載の分解装置。
【請求項４】
拡散体を回転軸に接続して設けた請求項３に記載の分解装置。
【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処理して燃料油や燃料ガスなどとして回収するための処理技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
廃棄プラスチックには、ポリエチレンやポリスチレンに代表される、油化やガス化が可能なもの、つまり加熱により溶融して液相ポリマー化し、この液相ポリマーの状態で分解して燃料油や燃料ガスなどとすることが可能なものと、ポリ塩化ビニルやポリエチレンテレフタレートに代表される、油化やガス化の困難なもの、つまり加熱しても液化せずに脱塩化水素反応などを生じるものとがある。そして一般に前者の占める割合が格段に大きい。それ故、廃棄プラスチックを妥当なコストで油化乃至ガス化して燃料油や燃料ガスなどのかたちで回収・再資源化することは廃棄プラスチックの処理方法として最も望ましいと言える。
【０００３】
このようなことから廃棄プラスチックの分解処理に関して、例えば特開昭４９−１１５１５７号公報、特開昭５９−１１１８１５号公報、特開平４−１８０８７８号公報、特開平５−２３７４６７号公報、特開平５−２６３０７９号公報などとして多種多様な技術が提案されている。しかしこれらの技術は未だ本格的な実用化段階に到っていないのが実情である。それには種々の理由がある。例えば分解に際して多量のカーボンを発生させてしまうために分解の制御、特に分解温度の制御を効果的に行なうことができなくなり、望ましい組成の回収物を効率的に生成させることができない、ということもその一つである。また処理効率や加熱効率が不十分なために装置が大型化して装置に多大のコストが掛かり過ぎる、ということもその一つである。
【０００４】
さらに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を処理しようとする場合の問題もある。例えばポリ塩化ビニルは加熱により塩化水素を放出するので、この塩化水素がプラスチックの溶解・分解で得られる生成物に付加してしまうと、その分離が困難であり、その結果、生成物を冷却して得られる最終的な再資源化回収物に塩化水素が含まれることになると回収物の有用性が大幅に低下するなどの問題がある。また塩化水素により油化装置の寿命、特にその主要な要素であり、装置全体のコストに大きな割合を占める反応器の寿命が極端に短くなり、分解処理のコストを大幅にアップさせてしまうという問題もある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上のような事情を背景になされたものであり、廃棄プラスチックの分解処理技術の本格的実用化を阻んでいる種々の要因を効果的に解消させることを可能とする分解装置の提供を目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による廃棄プラスチックの分解装置は、上下方向で多段とした複数の反応室を備えている。各反応室は、中央部に連通部を有し、またこの連通部に向けて下がり傾斜であるすり鉢状の加熱面を有している。そして最上段の反応室では、外部から供給される廃棄プラスチックを当該反応室の加熱面で加熱しながら連通部に向けて流下させ、二段目の反応室では最上段の反応室からその連通部を介して供給される廃棄プラスチック乃至その溶融物を当該反応室の加熱面で加熱しながら連通部に向けて流下させ、以降同様の処理を最下段の反応室まで繰り返す。そしてこの間に廃棄プラスチック乃至その溶融物に脱塩化水素などの反応と分解反応とを生じさせる。
【０００８】
より具体的には、上段側の反応室、例えば最上段の反応室、あるいは最上段の反応室と二段目の反応室でポリ塩化ビニルなどに脱塩化水素などの反応を生じさせるとともに、固形の廃棄プラスチックを溶融させて溶融物つまり液状ポリマーとする。一方下段側の反応室、例えば二段目乃至三段目以降の反応室では、液状ポリマーの分解を生じさせる。そしてこれらの反応過程で発生した塩化水素ガスやポリマーの分解気化物は、それぞれ別経路で各反応室から回収する。
【０００９】
このような本発明による分解装置は、脱塩化水素などのための加熱や液相ポリマーの分解のための加熱を効率的に行なうことができるとともに、液相ポリマーの分解反応を効果的に制御することができる。これには各反応室が有するすり鉢状の加熱面が寄与している。すなわちすり鉢状の加熱面は、廃棄プラスチックを薄い層にした状態で加熱面に直接的に密着させた状態で加熱することができる。それ故、加熱効率が高く、また脱塩化水素などで発生するガスの離脱性にも優れる。またすり鉢状の加熱面は、その上を流下する液相ポリマーに薄膜を形成させ、この薄膜状態で液相ポリマーを加熱する。つまり分解・気化を生じようとする液相ポリマーが薄膜で加熱面と密着的に接することになる。そのためその全体を常に均一な温度に保つことができる。したがって液相ポリマーにおける温度勾配を実質的にそれがない程度に非常に小さくすることができる。また液相ポリマーから生じる気化物（常温程度まで冷却することで燃料油や燃料ガスとなる）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、望ましい品質の油化物や燃料ガスなどを効率的に回収することができる。
【００１０】
また本発明による分解装置は、複数の反応室が上下方向で多段に設けられていることにより、以下のような特徴をもつ。第１に、上記のようにして脱塩化水素反応などとポリマー分解反応とを連続的に生じさせることができ、しかも脱塩化水素などで発生した塩化水素ガスなどがポリマー分解反応で発生した気化物に混入するのを効果的に避けることができる。このためポリ塩化ビニルなどの非溶融性プラスチックが混入しているプラスチック系のゴミ、例えば中小都市で一般的に行なわれている分別によるプラスチック系のゴミなどを効率的に処理することができ、しかも装置構造を比較的コンパクトなものにできる。第２に、装置の設置面積に対する加熱面積の比率を大きくすることができる。つまり装置の設置占有面積当たりの処理効率を高くすることができる。第３に、反応室の段数を必要に応じて増やすこと、つまり要求される処理量に応じて装置規模を拡大することが容易である。第４に、各反応室を分離できるようにする構造が容易であり、脱塩化水素などに働かせるために寿命が短くなる反応室だけを交換することで、装置全体の寿命を長くすることができる。
【００１１】
上記のような分解装置については、各反応室の間に加熱室を設け、この加熱室から各反応室の加熱面に熱エネルギーを供給するようにするのが好ましい。このようにすることで、各反応室の加熱面における加熱温度を個別に制御することができ、連続的に生じさせる脱塩化水素反応やポリマー分解反応の制御が容易となる。
【００１２】
また上記のような分解装置については、各反応室の連通部を貫通するようにして回転軸を設け、この回転軸に各反応室の連通部と対応する位置でコンベア翼を設けるのが好ましい。このようにして設けたコンベア翼は、連通部を通して隣接の反応室に移動する固形ポリマーや液相ポリマーの移動を助けるのに機能し、またこれに伴って連通部のシールにも機能する。この結果、各反応室で発生する塩化水素ガスやポリマーの分解気化物が他の反応室に入り込むのを効果的に防止することができる。
【００１３】
さらに上記のような分解装置については、錐体状部を有する拡散体を二段目以降の反応室に設け、連通部を介して供給される廃棄プラスチック乃至その溶融物を前記拡散体により加熱面の外周部に拡散的に導くようにしするのが好ましい。このようにすることで、すり鉢状の加熱面の全体をより有効に利用することができる。
【００１４】
上記のような拡散体は回転できるようにするとさらに好ましい。そのためには上記の回転軸に拡散体を接続して設けるのが合理的である。
【００１５】
【実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。本発明の一実施形態による分解装置は、図１に示すように、一段目の反応室１、二段目の反応室２、三段目の反応室３、及び四段目の反応室４を上下方向で段重ねにした４段構造であり、これら各反応室の間には加熱室５、６、７、８をサンドイッチ構造にして有する。これら反応室と加熱室とのサンドイッチ構造は、例えば反応室と加熱室とを単位としてユニット化し、このユニットごとに組立て、分解をできるようにする。それには、図２に拡大して示すような重ね構造で各ユニットを重ねるようにする。この重ね構造は、下側のユニットに設けた樋状の支持部Ｓに上側のユニットの下端Ｔを嵌合させる構造である。支持部Ｓは下端Ｔよりも十分に広く形成し、下端Ｔとの隙間には砂Ｐなどをシール材として充填する。このようにすることで、各ユニットにおける熱変形の相違などを吸収することができる。
【００１６】
各反応室は、加熱面１ｆ、２ｆ、３ｆ、４ｆを有している。加熱面はそれぞれ、各反応室の中央部に設けられている連通部１ｈ、２ｈ、３ｈ、４ｈに向けて下がり傾斜であるすり鉢状の形状を持つ。また各反応室にはそれぞれの連通部を通して回転軸１０を貫通させる。この回転軸１０には、各反応室の連通部と対応する位置でスクリュー構造のコンベア翼１１を設ける。コンベア翼１１の外径は連通部の内径程度とする。
【００１７】
一段目の反応室１は、外部から供給される廃棄プラスチックを受け入れるのに機能し、また廃棄プラスチックを加熱面１ｆの上に広げるようにして加熱することで、廃棄プラスチックに含まれる例えば塩化ビニルに脱塩化水素反応を生じさせるのに機能する。そのため反応室１には、廃棄プラスチックの供給部１２と脱塩化水素反応で生じた塩化水素ガスを回収するための回収部１３を設け、また攪拌体１４を設ける。攪拌体１４は、加熱面１ｆの半径程度の長さを持つように形成して回転軸１０に接続したアーム１４ａに攪拌歯１４ｔを櫛歯状に取り付けた構造とする。
【００１８】
この例での二段目以降の各反応室は何れも液相ポリマーの分解反応に機能し、基本的に共通な構造である。すなわち二段目以降の各反応室にはそれぞれ、回転軸１０に接続させた拡散体１５を設ける。拡散体１５は、概略錐体状に形成し、その下面には加熱面上の固形プラスチックや液相ポリマーを掻き混ぜるための攪拌歯１５ｔを櫛歯状に取り付ける。また二段目以降の各反応室には気化物を回収するための回収部１６を設ける。これらの回収部１６は共通の配管（図示を省略）に接続し、図外の回収装置に接続する。さらに二段目以降の各反応室は、その天井が拡散体１５の傾斜面１５ｆと平行になるようにし、そこにブラシ１７を設ける。このブラシ１７は、傾斜面１５ｆへの付着物を掻き取るのに用いる。そしてブラシ１７を働かせる場合には回転軸１０を若干持ち上げることで傾斜面１５ｆをブラシ１７に押接させる。
【００１９】
加熱室６、７、８は、それぞれに組み付けたバーナー１９から供給する熱風などにより各反応室の加熱面２ｆ、３ｆ、４ｆを直接的に加熱することができる構造とする。一方、加熱室５は、加熱室６、７、８からの排気を利用して加熱面１ｆを加熱する構造とする。そのために、加熱室６、７、８の排気部２０で回収した熱風を導気管２１で加熱室５に供給するようにする。
【００２０】
このような装置を用いての廃棄プラスチックの処理は以下のようにしてなされる。都市ゴミなどとしての廃棄プラスチックを図外のホッパーなどから供給部１２を通して一段目の反応室１に連続的に供給する。反応室１では攪拌体１４が回転軸１０の回転に伴って回転することで廃棄プラスチックを掻き混ぜながら加熱面１ｆに薄い層にして広げる。加熱面１ｆに広がった廃棄プラスチックは加熱室１３から加熱面１ｆに供給される加熱エネルギーを受けて加熱されつつ加熱面１ｆを連通部１ｈに向けて流下する。この間に廃棄プラスチックは例えば２００〜３００℃程度に加熱され、溶融性のプラスチックは液状ポリマーとなり、一方非融性のプラスチック、例えばポリ塩化ビニルは脱塩化水素反応を生じる。これで生じた塩化水素ガスは回収部１３を介して図外の回収装置へ送り出す。回収装置では塩化水素ガスを例えばアルミニウム屑と反応させて塩化アルミニウムの形態にして回収する。この塩化アルミニウムは、後述の分解反応における高性能な触媒として利用することができる。
【００２１】
一段目の反応室１での処理で生じた液状ポリマーは、コンベア翼１１により強送されて非融性のプラスチックなどの固形物とともに連通部１ｈを介して二段目の反応室２に供給される。二段目の反応室２に供給された液状ポリマーは、回転軸１０とともに回転する拡散体１５の傾斜面１５ｆにより広げられながら加熱面２ｆの外周部に流下する。加熱面２ｆの外周部に流下した液状ポリマーは、攪拌歯１５ｔにより掻き混ぜられながら加熱面上で例えば１ｍｍ以下のような薄い膜状となって加熱面２ｆにより加熱されつつ連通部２ｈに向けて流下する。液状ポリマーの分解のための加熱温度は、触媒を用いない場合であれば、４００〜５００℃程度とし、上記し塩化アルミニウムなどを触媒に用いる場合であれば、３５０℃程度とする。この間に液状ポリマーは徐々に分解して気化物を生成する。生成した気化物は回収部１６を介して図外の回収装置へ送り出す。
【００２２】
二段目の反応室２で分解しきれずに三段目の反応室３に供給される液状ポリマーは、二段目の反応室２での場合と同様に、拡散体１５により広げられながら加熱面３ｆの外周部に流下し、また加熱面上で薄膜となって加熱されつつ連通部３ｈに向けて流下し、この間に分解反応を生じる。そして同様なことが四段目の反応室４でもなされ、四段目の反応室４での処理が完了するまでには液状ポリマーは実質的に全て分解し、気化物となる。一方、液状ポリマーとともに流下して来た固形物や残滓などは排出部２２から外部に排出する。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によると、廃棄プラスチックの分解処理に伴う処理能力の問題、カーボンの多量発生問題、それにポリ塩化ビニルが混ざっている場合の塩化水素の問題などを効果的に解消することができ、廃棄プラスチックの再資源化処理の本格的実用化を大きく前進させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態による分解装置を簡略化して示す断面図。
【図２】ユニットの重ね構造の説明図。
【符号の説明】
1,2,3,4   反応室
1f,2f,3f,4f   加熱面
1h,2h,3h,4h   連通部
5,6,7,8   加熱室
１０  回転軸
１１  コンベア翼
１５  拡散体
【図１】
0003889128.tif 000002
【図２】
0003889128.tif 000003