(57)【要約】【課題】低コストで安定して入手可能な材料を用いるにも拘わらず、油化率が十分に高く、しかも使用済みの触媒をセメント原料としてだけでなく、セメント焼成時の燃料としても有効に利用できる廃プラスチックの油化方法を提供すること。【解決手段】本発明の廃プラスチックの油化方法は、反応器１内で３５０℃〜５００℃の温度域に予め加熱した熱媒体としての粒粉状の高炉水砕スラグ７上に破砕した廃プラスチックを原料として投入する工程と、撹拌手段３によって高炉水砕スラグ７中に前記廃プラスチックを混合し、前記廃プラスチックに高炉水砕スラグ７をまぶして、前記廃プラスチックを高炉水砕スラグ７との接触面において高温の高炉水砕スラグ７によって接触分解させガス化させて分解ガスを生成する工程と、前記分解ガスを冷却し分解油を生成する工程と、を備えることを特徴とする方法である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応器内で３５０℃〜５００℃の温度域に予め加熱した熱媒体としての粒粉状の高炉水砕スラグ上に破砕した廃プラスチックを原料として投入する工程と、
撹拌手段によって前記高炉水砕スラグ中に前記廃プラスチックを混合し、前記廃プラスチックに前記高炉水砕スラグをまぶして、前記廃プラスチックを前記高炉水砕スラグとの接触面において高温の前記高炉水砕スラグによって分解させて分解ガスを生成する工程と、
前記分解ガスを冷却し分解油を生成する工程と、
を備えることを特徴とする廃プラスチックの油化方法。
【請求項２】
請求項１に記載の廃プラスチックの油化方法において、
前記高炉水砕スラグの量は、前記廃プラスチック１００質量部に対して、１５質量部以上６０質量部以下である
ことを特徴とする廃プラスチックの油化方法。
【請求項３】
セメント原料であって、
反応器内で３５０℃〜５００℃の温度域に予め加熱した熱媒体としての粒粉状の高炉水砕スラグ上に破砕した廃プラスチックを原料として投入する工程と、
撹拌手段によって前記高炉水砕スラグ中に前記廃プラスチックを混合し、前記廃プラスチックに前記高炉水砕スラグをまぶして、前記廃プラスチックを前記高炉水砕スラグとの接触面において高温の前記高炉水砕スラグによって分解させて分解ガスを生成する工程と、
前記分解ガスを冷却し分解油を生成する工程と、を備える廃プラスチックの油化方法において、触媒として使用される際に副生成する炭素を吸着した使用済み高炉水砕スラグである
ことを特徴とするセメント原料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃プラスチックの油化方法およびセメント原料に関する。
【背景技術】
【０００２】
家電プラスチックリサイクルにおいては、廃プラスチックの再商品化率は高まっている。しかし、選別が困難な混合プラスチックなどの低品質な廃家電プラスチックは、再商品化が困難であり、その処理方法や再利用方法が問題となっている。
一方で、容器包装プラスチックリサイクルにおいては、再商品化だけでなく、ケミカルリサイクルの１つである油化による再利用が進められている。しかし、家電プラスチックリサイクルでは、混合プラスチックなどの油化率（廃プラスチックから得られる油の廃プラスチックに対する比率）が不十分といったことが妨げとなり、油化による再利用はほとんど実施されていない。
そこで、混合プラスチックなどでも十分な油化率を達成できる技術が求められており、例えば、廃プラスチックを高温のＦＣＣ触媒（石油の流動接触分解（ＦＣＣ：ｆｌｕｉｄ ｃａｔａｌｙｔｉｃ  ｃｒａｃｋｉｎｇ）プロセスで用いられる粒粉状に造粒された合成ゼオライト系の固体酸触媒）によって接触分解させガス化させる廃プラスチックの接触分解方法が提案されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１３６５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の廃プラスチックの接触分解方法では、接触分解に用いるＦＣＣ触媒が比較的に高コストであるという問題がある。また、このＦＣＣ触媒は、その再生品であるＦＣＣ廃触媒を含めても、その発生量は年間約３万トンである。これに対し、低品質な廃家電プラスチックは、年間数十万トン発生するので、ＦＣＣ廃触媒が安定して入手できなくなるという事態が生じるおそれもある。
また、特許文献１に記載の廃プラスチックの接触分解方法などでは、接触分解に用いた使用済みの触媒の有効な利用方法までは確立されていない。
そこで、本発明は、低コストで安定して入手可能な材料を用いるにも拘わらず、油化率が十分に高く、しかも使用済みの触媒をセメント原料としてだけでなく、セメント焼成時の燃料としても有効に利用できる廃プラスチックの油化方法、およびセメント原料を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題を解決すべく、本発明は、以下のような廃プラスチックの油化方法およびセメント原料を提供するものである。
本発明の廃プラスチックの油化方法は、反応器内で３５０℃〜５００℃の温度域に予め加熱した熱媒体としての粒粉状の高炉水砕スラグ上に破砕した廃プラスチックを原料として投入する工程と、撹拌手段によって前記高炉水砕スラグ中に前記廃プラスチックを混合し、前記廃プラスチックに前記高炉水砕スラグをまぶして、前記廃プラスチックを前記高炉水砕スラグとの接触面において高温の前記高炉水砕スラグによって分解させて分解ガスを生成する工程と、前記分解ガスを冷却し分解油を生成する工程と、を備えることを特徴とする方法である。
本発明によれば、例えば混合プラスチックなどの廃プラスチックであっても、５０質量％以上という十分に高い油化率で油化できる。また、従来方法で用いるＦＣＣ触媒は、その再生品であるＦＣＣ廃触媒を含めても、その発生量が年間数万トンである。これに対し、本発明で用いる高炉水砕スラグは、その発生量が年間数千万トンであるため、安定して入手可能であり、しかも低コストである。さらに、本発明の廃プラスチックの油化方法においては、使用済み高炉水砕スラグをセメント原料としてより有効に利用できる。すなわち、使用済み高炉水砕スラグは、高炉水砕スラグに炭素が吸着し、高カロリー化したものとなっており、セメント原料としての利用価値が使用前の高炉水砕スラグと比較して高まっている。
なお、高炉水砕スラグとは、銑鉄を製造する製銑過程で生成する溶融状態の高炉スラグに加圧水を噴射するなどして水砕し、急激に冷却したものである。
【０００６】
本発明の廃プラスチックの油化方法においては、前記高炉水砕スラグの量は、前記廃プラスチック１００質量部に対して、１５質量部以上６０質量部以下であることが好ましい。
高炉水砕スラグの量が前記範囲内であれば、油化率の更なる向上を図ることができる。
【０００７】
本発明のセメント原料は、反応器内で３５０℃〜５００℃の温度域に予め加熱した熱媒体としての粒粉状の高炉水砕スラグ上に破砕した廃プラスチックを原料として投入する工程と、撹拌手段によって前記高炉水砕スラグ中に前記廃プラスチックを混合し、前記廃プラスチックに前記高炉水砕スラグをまぶして、前記廃プラスチックを前記高炉水砕スラグとの接触面において高温の前記高炉水砕スラグによって分解させて分解ガスを生成する工程と、前記分解ガスを冷却し分解油を生成する工程と、を備える廃プラスチックの油化方法において、触媒として使用される際に副生成する炭素を吸着した使用済み高炉水砕スラグであることを特徴とするものである。
前記本発明の廃プラスチックの油化方法において、触媒として使用した使用済み高炉水砕スラグは、高炉水砕スラグに炭素が吸着し、高カロリー化したものとなっており、セメント原料としての利用価値が使用前の高炉水砕スラグと比較して高まっている。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態に係る廃プラスチックの油化装置を示す模式図。
【図２】実施例１〜６および比較例１における油化率の測定結果を示すグラフ。
【図３】実施例３および比較例１における油化率およびｐＨの測定結果を示すグラフ。
【図４】実施例３および比較例２における生成成分（分解油、ガス分、金属類、残渣）の量の測定結果を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
［廃プラスチックの油化装置］
図１は、本発明の廃プラスチックの油化方法（実施形態）に用いる廃プラスチックの油化装置１００を示す模式図である。
廃プラスチックの油化装置１００は、反応器１と、加熱手段２と、撹拌手段３と、冷却器４と、油分貯留槽５と、分離器６と、を備えている。
【００１０】
反応器１は、例えば円筒状に形成されたものである。反応器１には、加熱手段２および撹拌手段３が設けられている。また、反応器１は、高炉水砕スラグ７などの温度を測定する温度計１１と、キャリアガスを注入するキャリアガス注入口１２と、原料を投入する原料投入口（図示省略）と、生成した分解ガスを吐出する分解ガス吐出口１３と、を備えている。
加熱手段２は、原料投入口（図示省略）から予め投入された粒粉状の高炉水砕スラグ７を３５０℃〜５００℃の温度域に加熱できる。本実施形態においては、加熱手段２として、温度制御の容易な電気加熱方式のヒータを採用している。
撹拌手段３としては、回転翼方式の撹拌機を採用している。反応器１内で高温に加熱された粒粉状の高炉水砕スラグ７上に破砕した廃プラスチックが投入され、撹拌手段３によって高温の高炉水砕スラグ７中に混合され、廃プラスチックに高温の粒粉状の高炉水砕スラグ７がまぶされ、廃プラスチックの表面において高温の高炉水砕スラグ７によって加熱され、分解反応が進行する。
冷却器４は、分解ガスの露点以下に冷却し液化することができるものであれば、特に限定されない。冷却器４としては、水などを冷媒とするものが挙げられる。冷却器４には、廃プラスチックの接触分解によって生成した分解ガスが、反応器１の分解ガス吐出口１３から送出される。分解ガスは、キャリアガスとともに送出され、冷却器４によって液化され、油分（分解油）となる。
油分貯留槽５は、油分（分解油）を貯留し、分解油として回収する。
分離器６は、油分貯留槽５を通過した有機物を回収する。
【００１１】
［廃プラスチックの油化方法］
次に、本実施形態の廃プラスチックの油化方法について説明する。ここでは、上述した廃プラスチックの油化装置１００を用いた廃プラスチックの油化方法を例に挙げて説明する。
本実施形態の廃プラスチックの油化方法は、以下説明する原料投入工程、廃プラスチック分解工程、および分解油生成工程を備える方法である。
【００１２】
原料投入工程においては、反応器１内で３５０℃〜５００℃の温度域に予め加熱した熱媒体としての粒粉状の高炉水砕スラグ７上に破砕した廃プラスチックを原料として投入する。
高炉水砕スラグ７の加熱温度は、３５０℃〜５００℃であることが必要であるが、４００℃〜４８０℃であることが好ましく、４１０℃〜４３０℃であることがより好ましい。加熱温度が前記下限未満では、油分に含まれるワックス分は少なくなる傾向にあるが、分解時間が長くなる傾向にある。他方、加熱温度が前記上限を超えると、分解時間は短くなる傾向にあるが、熱分解をし易くなるために、油分に含まれるワックス分が多くなる傾向にある。また、加熱温度が前記範囲内であれば、油化率を高くできる。
【００１３】
廃プラスチックとしては、都市ゴミや産業廃棄物などが挙げられ、特に限定されない。本実施形態においては、家電プラスチックのように、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレートなどの熱可塑性樹脂を主成分とするものを用いる。
廃プラスチックは、破砕されたものであればよく、形状は制限されない。具体的には、粒粉状、ビーズ状、フレーク状、チップ状、ペレット状などであればよい。
高炉水砕スラグ７の量は、油化率の観点から、廃プラスチック１００質量部に対して、１５質量部以上６０質量部以下であることが好ましく、２０質量部以上５５質量部以下であることがより好ましく、２５質量部以上５０質量部以下であることが更により好ましく、２５質量部以上４０質量部以下であることが特に好ましい。
また、高炉水砕スラグ７の量は、反応器１の内容積に対して２０ｖｏｌ％以上６０ｖｏｌ％以下であることが好ましい。高炉水砕スラグ７の量が前記下限未満では、高炉水砕スラグ７に接触する廃プラスチックの量が減少し、分解処理時間が長くなり処理効率が低下する傾向にあり、他方、前記上限を超えると、頻繁に高炉水砕スラグ７や分解残渣を排出しなければならなくなり、作業が煩雑化する傾向にある。
【００１４】
廃プラスチック分解工程においては、撹拌手段３によって高炉水砕スラグ７中に廃プラスチックを混合し、この廃プラスチックに高炉水砕スラグ７をまぶす。
撹拌手段３における回転翼の回転数は、特に制限されないが、例えば、１０ｒｐｍ〜１０００ｒｐｍであり、好ましくは３０ｒｐｍ〜５００ｒｐｍである  廃プラスチックに高炉水砕スラグ７をまぶしたことにより、この廃プラスチックを高炉水砕スラグ７との接触面において高温の高炉水砕スラグ７によって接触分解させガス化させて分解ガスを生成する。
なお、廃プラスチックは、常圧下で接触分解するのが好ましい。加圧すると廃プラスチックが気化し難くなり炭化し易くなるためである。ただし、廃プラスチックの炭化を防止するため、反応器１内を減圧して廃プラスチックの接触分解温度を低下させてもよい。
【００１５】
分解油生成工程においては、まず、前記廃プラスチック分解工程により生成した分解ガスが、反応器１のキャリアガス注入口１２から注入されたキャリアガスとともに、分解ガス吐出口１３から吐出する。
キャリアガスとしては、ヘリウムなどの希ガス、窒素、二酸化炭素などを用いるほか、分解ガスを利用することができる。また、キャリアガスの流量は、反応器１の容量に応じて異なり、特に制限されない。例えば、反応器１の容量が５００ｍＬである場合には、０．０５Ｌ／ｍｉｎ〜０．５Ｌ／ｍｉｎであればよい。
そして、反応器１から吐出した分解ガスを、冷却器４により冷却して、分解油を生成する。その後、生成された分解油を、油分貯留槽５に貯留し、分解油として回収する。一方で、油分貯留槽５を通過した有機物は、分離器６で回収され、それ以外の有機物やキャリアガスは、廃プラスチックの油化装置１００から吐出される。以上のようにして、廃プラスチックを油化できる。
【００１６】
［セメント原料］
次に、本実施形態のセメント原料について説明する。
本実施形態のセメント原料は、上述した廃プラスチックの油化方法において、触媒として使用された使用済み高炉水砕スラグである。
このように触媒として使用された使用済み高炉水砕スラグは、高炉水砕スラグに炭素が吸着し、高カロリー化したものとなっており、セメント焼成時の燃料としての役割を付加されたセメント原料としての利用価値が使用前の高炉水砕スラグと比較して高まっている。
使用済み高炉水砕スラグは、従来からセメントのケイ酸質材料として用いられており、石灰質材料と混合することでセメントを形成できる。
使用済み高炉水砕スラグの平均粒子径は、特に制限されないが、通常０．３ｍｍ以上５ｍｍ以下である。
【００１７】
本実施形態によれば、以下の作用効果が得られる。
（１）本実施形態によれば、例えば混合プラスチックなどの廃プラスチックであっても、５０質量％以上という十分に高い油化率で油化できる。
（２）従来方法で用いるＦＣＣ触媒は、その再生品であるＦＣＣ廃触媒を含めても、その発生量が年間約３万トンである。これに対し、本実施形態で用いる高炉水砕スラグは、その発生量が年間数千万トンであるため、安定して入手可能であり、しかも低コストである。
（３）本実施形態によれば、使用済み高炉水砕スラグをセメント原料として有効に利用できる。すなわち、使用済み高炉水砕スラグは、高炉水砕スラグに炭素が吸着し、高カロリー化したものとなっており、セメント原料としての利用価値が使用前の高炉水砕スラグと比較して高まっている。
【００１８】
［実施形態の変形］
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良などは本発明に含まれるものである。
例えば、前述の実施形態では、反応器として内部撹拌型のものを採用したが、ロータリキルン型（回転ドラム形式）のものを採用してもよい。
【実施例】
【００１９】
次に、本発明を実施例および比較例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定されるものではない。なお、実施例および比較例にて用いた高炉水砕スラグおよびＦＣＣ廃触媒の一般的な組成を下記表１に示す。また、廃プラスチックの試料として、下記の混合プラスチックを用いた。
（混合プラスチックの組成）
ポリプロピレン（ＰＰ）：３８．７質量％
ポリスチレン（ＰＳ）：２１．４質量％
アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）：１９．６質量％
ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）：１０．３質量％
ポリウレタン（ＰＵ）：４．１質量％
金属類：５．９質量％
【００２０】
【表１】
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【００２１】
［実施例１］
図１に示す廃プラスチックの油化装置１００を用いて、粒粉状の高炉水砕スラグ７を原料投入口から５ｇ投入し（混合プラスチック１００質量部に対し６．７質量部）、反応器１内で加熱手段２を作動させて４２０℃に加熱する。その後、この高温の高炉水砕スラグ７中に粒粉状またはフレーク状の混合プラスチックを原料投入口から７５ｇ投入し、撹拌手段３を５００ｒｐｍで回転させ、粒粉状の高炉水砕スラグ７と粒粉状またはフレーク状の混合プラスチックを混合し撹拌し、混合プラスチックに高温の高炉水砕スラグ７をまぶして、分解反応を進行させた。分解反応は、大気圧下に４００℃〜４５０℃で進行するようにした。分解ガスを、Ｎ２ガス（流量：０．２Ｌ／ｍｉｎ）をキャリアガスとして冷却器４（冷却温度：７〜１１℃）に送り、冷却し液化して、油分貯留槽５にて油分（分解油）を採取した。
なお、油分貯留槽５を通過した有機物は、分離器６で回収し定量分析し、それ以外の有機物やキャリアガスは、廃プラスチックの油化装置１００から吐出される。吐出されたガスについては、ＧＣ−ＦＩＤ（ガスクロマトグラフ−火炎イオン化検出器）により、沸点の低いメタン、エタンなどの有機物を定量分析する。
【００２２】
［実施例２〜６］
高炉水砕スラグ７の投入量を以下のようにした以外は、実施例１と同様にして、廃プラスチックから油分（分解油）を採取した。なお、油分貯留槽５を通過した有機物についても実施例１と同様の分析を行った。
実施例２：１０ｇ（混合プラスチック１００質量部に対し１３．３質量部）
実施例３：２０ｇ（混合プラスチック１００質量部に対し２６．７質量部）
実施例４：３０ｇ（混合プラスチック１００質量部に対し４０．０質量部）
実施例５：４０ｇ（混合プラスチック１００質量部に対し５３．３質量部）
実施例６：５０ｇ（混合プラスチック１００質量部に対し６６．７質量部）
［比較例１〜２］
高炉水砕スラグ７に代えて、それぞれＦＣＣ廃触媒１０ｇ（比較例１）またはＦＣＣ廃触媒５ｇ（比較例２）を用いた以外は、実施例１と同様にして、廃プラスチックから油分（分解油）を採取した。なお、油分貯留槽５を通過した有機物についても実施例１と同様の分析を行った。
【００２３】
［廃プラスチックの油化方法の評価］
実施例１〜実施例６および比較例１で廃プラスチックの油化を行った場合の油化率の結果を図２に示す。なお、油化率は、下記数式（Ｆ１）により算出できる。
油化率（質量％）＝［分解油の回収量（ｇ）／｛試料の質量（ｇ）−残渣中の金属量（ｇ）｝］×１００  ・・・（Ｆ１）
図２に示すように、高炉水砕スラグを用いて廃プラスチックの油化を行った場合（実施例１〜６）は、ＦＣＣ廃触媒を用いて廃プラスチックの油化を行った場合（比較例１）と同等の油化率を達成できることが確認された。また、実施例３および実施例４の結果から、高炉水砕スラグの量が、混合プラスチック１００質量部に対して、２６．７質量部〜４０質量部の範囲内であれば、油化率が特に優れていることが分かった。
以上のように、高炉水砕スラグがＦＣＣ廃触媒と同様に十分な油化率を達成できる理由は必ずしも定かではないが、本発明者らは以下のように推察する。すなわち、前記表１に示すように、高炉水砕スラグおよびＦＣＣ廃触媒は、それぞれＳｉＯ２およびＡｌ２Ｏ３を主成分として含有している。ＳｉＯ２およびＡｌ２Ｏ３は、石油の接触触媒法で触媒と使用されており、分解と同時に異性化を起こさせて枝状の炭化水素の多い高オクタン価のガソリンを生産できる。これと同様の作用により、廃プラスチックの分解が促進され、流動性の高い油の回収率を向上でき、十分な油化率を達成できるものと本発明者らは推察する。
【００２４】
実施例３および比較例１で得られた分解油のｐＨを測定した。そして、実施例３および比較例１における油化率およびｐＨの測定結果を図３に示す。
図３に示すように、実施例３および比較例１で得られた分解油のｐＨは、それぞれ７．０と８．２５であり、両方ともにほぼ中性を示すことが確認された。また、実施例３および比較例１で得られた分解油の油化率についても、両方ともに６０質量％以上を達成できることが確認された。
【００２５】
実施例３および比較例２で廃プラスチックの油化を行った場合の生成成分（分解油、ガス分、金属類、残渣）の量を測定し、その測定結果を図４に示す。
図４に示すように、高炉水砕スラグを用いている場合（実施例３）には、ガス成分の発生量が５質量％程度と低いことが確認された。これに対し、ＦＣＣ廃触媒を用いている場合（比較例２）には、ガス成分の発生量が２０質量％程度と高くなることが分かった。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明の廃プラスチックの油化方法によれば、廃プラスチックを効率よく油化でき、従来は困難であった廃家電プラスチックも効率よく油化できる。また、触媒として使用した使用済み高炉水砕スラグは、セメント原料としてだけでなく、セメント焼成時の燃料としても有効に利用できる。そのため、本発明の廃プラスチックの油化方法は、家電プラスチックリサイクルの技術として特に有用である。
【符号の説明】
【００２７】
１…反応器
２…加熱手段
３…撹拌手段
４…冷却器
５…油分貯留槽
６…分離器
７…高炉水砕スラグ
１００…廃プラスチックの油化装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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