(57)【要約】【課題】油化率が十分に高い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木酢酸鉄液７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によって木酢酸鉄液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を木酢酸鉄液７との接触面において高温の木酢酸鉄液７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。【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木酢酸鉄液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木酢酸鉄液中に前記廃プラスチックを混合し、前記廃プラスチックを前記木酢酸鉄液との接触面において高温の前記木酢酸鉄液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、
前記分解油を中和する工程を、さらに備える
ことを特徴とする廃プラスチックの油化方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の廃プラスチックの油化方法において、
前記木酢酸鉄液の量は、前記廃プラスチック１００質量部に対して、１０質量部以上４０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。
【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。
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。
本発明は、液体触媒を用いた廃プラスチックの油化方法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廃プラスチックの油化装置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木酢酸鉄液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木酢酸鉄液中に前記廃プラスチックを混合して、前記廃プラスチックを前記木酢酸鉄液との接触面において高温の前記木酢酸鉄液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。
なお、木酢酸鉄液とは、木酢液中に鉄を溶解させて得られるものをいう。また、木酢液とは、木材を乾留した際に生じる乾留液の上澄み分のことをいう。木酢液には、木材由来の有機酸（酢酸など）が含まれ弱酸性を示す。木酢液の成分としては、水、木材由来の有機酸（酢酸など）、アルコール類、カルボニル化合物、芳香族化合物（フェノール類やフラン類など）などが挙げられる。また、木酢酸鉄液のｐＨは、通常１．５〜７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、前記分解油を中和する工程を、さらに備えることが好ましい。
分解油を生成する工程で得られる分解油は、木酢酸鉄液に由来する成分を含有するために、酸性になりやすい。分解油が酸性の場合には、再利用する用途によっては、金属の腐食などの問題が発生するおそれがある。この分解油を中和する工程によれば、得られる分解油を用途に依らずに再利用することができる。
【０００７】
本発明の廃プラスチックの油化方法においては、前記木酢酸鉄液の量は、前記廃プラスチック１００質量部に対して、１０質量部以上４０質量部以下であることが好ましい。
木酢酸鉄液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。
【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１〜３における油分の流出時間と流出積算量（質量％）との関係を示すグラフ。
【図３】比較例１における油分の流出時間と流出積算量（質量％）との関係を示すグラフ。
【図４】実施例３および比較例２における油化率およびｐＨの測定結果を示すグラフ。
【図５】木酢酸鉄液の熱重量変化測定（ＴＧＡ）の結果を示すグラフ。
【図６】実施例３および比較例１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、木酢酸鉄液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木酢酸鉄液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木酢酸鉄液７上に破砕した廃プラスチックが投入され、撹拌手段３によって高温の木酢酸鉄液７中に混合され、廃プラスチックの表面において高温の木酢酸鉄液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、分解油生成工程、および中和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木酢酸鉄液７上に破砕した廃プラスチックを原料として投入する。
木酢酸鉄液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。
【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。
木酢酸鉄液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、１０質量部以上４０質量部以下であることが好ましく、１５質量部以上３５質量部以下であることがより好ましく、２０質量部以上２５質量部以下であることが特に好ましい。
また、木酢酸鉄液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。木酢酸鉄液７の量が前記下限未満では、木酢酸鉄液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、頻繁に木酢酸鉄液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によって木酢酸鉄液７中に廃プラスチックを混合する。
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。
廃プラスチックに木酢酸鉄液７を混合したことにより、この廃プラスチックを木酢酸鉄液７との接触面において高温の木酢酸鉄液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ことができるほか、分解ガスを利用することもできる。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】
中和工程においては、分解油生成工程で得られた分解油を中和する。この中和工程は、必須の工程ではないが、再利用の用途によっては、この中和工程が必要となる。
なお、中和方法としては、適宜公知の方法を採用できる。
【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）本実施形態によれば、中和工程により分解油が中性となっている。そのため、得られる分解油を用途に依らずに再利用することができる。
【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。
【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では、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。また、実施例にて用いた木酢酸鉄液を下記に示す。さらに、比較例にて用いたＦＣＣ廃触媒の一般的な組成を下記表１に示す。
（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％
（木酢酸鉄液）
入手先：株式会社田中直染料店
ｐＨ：６〜７
【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、木酢酸鉄液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。そして、木酢酸鉄液７から放出される水分などを排出する。その後、この高温の木酢酸鉄液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、木酢酸鉄液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。分解油の流出時間（ｍｉｎ）と積算回収量（質量％）の関係を図２に示す。
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２〜３］
木酢酸鉄液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。分解油の流出時間（ｍｉｎ）と積算回収量（質量％）の関係を図２に示す。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）
［比較例１］
木酢酸鉄液７に代えてＦＣＣ廃触媒５ｇを用い、かつ水分などの排出をしなかった以外は、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。分解油の流出時間（ｍｉｎ）と積算回収量（質量％）の関係を図３に示す。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。
［比較例２］
ＦＣＣ廃触媒の投入量を１０ｇとした以外は、比較例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１〜３および比較例１〜２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表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）
【００２４】
【表２】
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【００２５】
表２、図２および図３に示すように、木酢酸鉄液を用いて廃プラスチックの油化を行った場合（実施例１〜３）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１〜２）と比較して油化率が同等以上であることが確認された。また、実施例２および実施例３の結果から、木酢酸鉄液の量が、混合プラスチック１００質量部に対して、１３．３質量部〜２６．７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。
【００２６】
実施例３および比較例２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２における油化率およびｐＨの測定結果を図４に示す。
図４に示すように、実施例３および比較例２で得られた分解油の油化率は、それぞれ７８質量％と６４質量％であり、実施例３で得られた分解油では、油化率が優れている。一方で、実施例３および比較例２で得られた分解油のｐＨは、それぞれ３．４５と８．２５であり、実施例３で得られた分解油では、ｐＨが低くなっていることが分かった。このことから、木酢酸鉄液を用いた場合には、ｐＨを下げる酸性成分である酢酸などが分解油に混入していることが推定される。
【００２７】
そこで、木酢酸鉄液の構成成分の影響を調べるために、熱重量変化測定（ＴＧＡ）を行った。得られた結果を図５に示す。
図５に示すグラフからは、図５中の丸１で示した１４０℃の時点で傾きが変化していることが分かる。これは、図５中の丸１で示した点までで木酢酸鉄液中の水分などが蒸発したものと推定される。つまり、木酢酸鉄液中の水分量は、７０質量％程度であると推定される。また、廃プラスチックの油化方法においては、木酢酸鉄液からの水分などを排出していることから、これらが分解油に混入することはない。さらに、廃プラスチックの油化方法においては、５００℃を超える温度で熱処理がされることはない。よって、分解油に混入する可能性があるのは、図５中の丸２で示した点（５００℃）と丸１で示した点（１４０℃）との間での質量減少率の差分である。この間での質量減少率の差は、約１７質量％である。つまり、木酢酸鉄液の構成成分のうち分解油に混入した成分の量は、多くとも３．４ｇ（木酢酸鉄液２０ｇの約１７質量％）であり、この量は、油化率で換算すると４．７質量％である。してみると、木酢酸鉄液の構成成分の影響を考慮したとしても、実施例３で得られた分解油の実質的な油化率は７３質量％以上であり、比較例２で得られた分解油の油化率である６４質量％と比較して高いことが確認された。
【００２８】
実施例３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６に示す。
図６に示すように、木酢酸鉄液を用いている場合（実施例３）には、ガス成分の発生量が４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１）には、ガス成分の発生量が２０質量％程度と高いことが分かった。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明の廃プラスチックの油化方法によれば、液状の産業廃棄物を触媒として用いることでも廃プラスチックを効率よく油化できる。そのため、本発明の廃プラスチックの油化方法は、特に有用である。
【符号の説明】
【００３０】
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…木酢酸鉄液
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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【図５】
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【図６】
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