(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃プラスチックを溶融させる溶融槽と、
前記溶融槽から供給された廃プラスチック溶融物を熱分解させる反応炉と、
前記反応炉に配設されたガリウム含有珪酸塩触媒を充填した触媒層と、
前記溶融槽および反応炉の内部を加熱するヒータと、
前記溶融槽および反応炉の内部に不活性ガスを導入する導入管と、
前記反応炉内において生成した熱分解生成物を回収するトラップと、
前記トラップに前記反応炉内の熱分解生成物を導く管路と、
前記管路内を冷却する冷媒を貯留する冷媒槽と、
を備え、
Ｔｉｍｅ Ｆａｃｔｏｒ（＝Ｗ／Ｆ、Ｗ：触媒量、Ｆ：プラスチック供給速度）が４〜２０ｇ触媒・ｍｉｎ／ｇプラスチックとなるように設定して前記反応炉内の廃プラスチック溶融物をガリウム含有珪酸塩触媒に接触させ、
前記冷媒によって管路内の生成物を冷却し凝結または凝固させることを特徴とする廃プラスチック処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、都市ゴミ等の廃棄物に含まれるポリエチレン、ポリプロピレン等の廃プラスチックを処理し、プラスチック原料等の化学原料として使用可能な処理物を得る装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、都市ゴミ等の廃棄物に含まれるポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系等の廃プラスチックを再利用する試みとしては、廃プラスチックを加熱処理により熱分解させ、プラスチック原料等の化学原料として使用可能な処理物を得るものがある。
廃プラスチックから上記化学原料を得る方法としては、廃プラスチックの単純熱分解によるものや、廃プラスチックを、鉄や白金を担持した活性炭触媒等の触媒の存在下で加熱処理し、化学原料として有用な芳香族炭化水素を回収するものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術にあっては、高温（例えば７００℃以上）の加熱処理が必要であるため加熱コストが嵩み、しかも目的とする炭化水素の収率が例えば２０〜４０％程度と低い問題があった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、化学原料等として有用な処理物を高収率かつ低コストで得ることができる廃プラスチックの処理装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、廃プラスチックを溶融させる溶融槽と、前記溶融槽から供給された廃プラスチック溶融物を熱分解させる反応炉と、前記反応炉に配設されたガリウム含有珪酸塩触媒を充填した触媒層と、前記溶融槽および反応炉の内部を加熱するヒータと、前記溶融槽および反応炉の内部に不活性ガスを導入する導入管と、前記反応炉内において生成した熱分解生成物を回収するトラップと、前記トラップに前記反応炉内の熱分解生成物を導く管路と、前記管路内を冷却する冷媒を貯留する冷媒槽と、を備え、Ｔｉｍｅ Ｆａｃｔｏｒ（＝Ｗ／Ｆ、Ｗ：触媒量、Ｆ：プラスチック供給速度）が４〜２０ｇ触媒・ｍｉｎ／ｇプラスチックとなるように設定して前記反応炉内の廃プラスチック溶融物をガリウム含有珪酸塩触媒に接触させ、前記冷媒によって管路内の生成物を冷却し凝結または凝固させることによって解決することができる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の廃プラスチック処理方法の一実施形態を実施するために好適に用いられる廃プラスチック処理装置を示すもので、ここに示す処理装置は、廃プラスチックを溶融させる溶融槽１と、溶融槽１から供給された廃プラスチック溶融物を熱分解させる反応炉２と、反応炉２内において生成した熱分解生成物を回収するトラップ３から概略構成されている。
溶融槽１および反応炉２は、これらの内部を加熱するヒータ４、５を備えている。
また、溶融槽１および反応炉２には、これらの内部にヘリウムガスなどの不活性ガスを導入する導入管６、７が接続されている。
【０００６】
反応炉２は、ガリウム含有珪酸塩触媒を充填した触媒層８を備えたものとされている。この触媒としては、ガリウム珪酸塩（ガロ珪酸塩、例えばｘＭI2Ｏ・ｙＧａ2Ｏ3・ｚＳｉＯ2・ｎＨ2Ｏ（Ｍ：Ｎａ、Ｋ等）をイオン交換によりプロトン型にしたもの）のほか、Ｇａ−ＨＺＳＭ−５等を用いることができる。
この触媒は、ガリウム含有珪酸塩を、平均粒径が例えば０．２〜５ｍｍの粒状に成形したものとするのが好ましい。
【０００７】
トラップ３は、反応炉２内の熱分解生成物を導く管路９と、この管路９内を冷却する液体窒素などの冷媒を貯留する冷媒槽１０を備え、この冷媒によって管路９内の生成物を冷却し凝結または凝固させることができるようになっている。
【０００８】
以下、上記処理装置を用いた場合を例として、本発明の廃プラスチック処理方法の一実施形態を説明する。
本発明の廃プラスチック処理方法の対象となる廃棄物としては、都市ごみ、産業廃棄物等に由来する廃プラスチック、例えばポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系プラスチックを主成分とするものを挙げることができる。
【０００９】
本実施形態の処理方法では、まず、適度の粒径に粉砕した廃プラスチックを溶融槽１内に収容し、この廃プラスチックをヒータ４を用いて好ましくは２００〜３５０℃に加熱し、溶融させる。
この際、予めヘリウムガスなどの不活性ガスを導入管６を通して溶融槽１内に導入しておき、不活性ガス雰囲気下で上記廃プラスチックを溶融させるのが好ましい。
【００１０】
次いで、溶融槽１内にさらに不活性ガスを導入し槽内の圧力を高め、溶融プラスチックを管路１１を通して徐々に反応炉２内に押し出し、触媒層８内のガリウム含有珪酸塩触媒に接触させる。溶融プラスチックを反応炉２内に供給する速度は、３〜１５ｇプラスチック／ｇ触媒・ｈｒとする、すなわちＴｉｍｅ Ｆａｃｔｏｒ（＝Ｗ／Ｆ、Ｗ：触媒量、Ｆ：プラスチック供給速度）が４〜２０ｇ触媒・ｍｉｎ／ｇプラスチックとなるように設定するのが好ましい。
【００１１】
溶融プラスチックを上記触媒に接触させる際には、ヒータ５を用いて反応炉２内の溶融プラスチックを好ましくは３７５〜５５０℃、さらに好ましくは５００〜５５０℃となるよう加熱する。
この温度が３７５℃未満であると、廃プラスチックの熱分解が不十分となり後述する反応生成物中の芳香族炭化水素含有率が低下し、５５０℃を越えると廃プラスチックの熱分解が過剰となり反応生成物中の芳香族炭化水素含有率が低下するため好ましくない。
また、反応炉２内には、予めヘリウムガスなどの不活性ガスを導入管７を通して反応炉２内に導入しておき、反応炉２内を不活性ガス雰囲気としておくのが好ましい。
【００１２】
この加熱処理により、反応炉２内の溶融プラスチックの一部はガリウム含有珪酸塩触媒の存在下で熱分解により低分子化するとともに環化し、プラスチック原料等の化学原料として有用なベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素を主成分とする生成物が得られる。
【００１３】
次いで、反応炉２内で生成した芳香族炭化水素を主成分とする生成物を管路９を通してトラップ３に導入し、この生成物を管路９内で冷却し凝結または凝固させ、これを回収する。
上記廃プラスチックからの芳香族炭化水素の回収率は、通常７０重量％以上となる。
【００１４】
上記廃プラスチック処理方法にあっては、廃プラスチック溶融物をガリウム含有珪酸塩触媒の存在下で熱分解させるので、プラスチック原料等の化学原料として有用なベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素を高い収率で回収することができる。
ガリウム含有珪酸塩触媒を用いることによって上記芳香族炭化水素を高収率で回収することができるのは、ガリウム含有珪酸塩触媒が持つプラスチック分解能と分解物環化能との比率が、上記廃プラスチックを芳香族炭化水素に変化させるために適したものであるためであると考えられる。
また、従来の廃プラスチック処理方法に比べ低温での処理が可能となるため、加熱コスト低減を図ることができる。
【００１５】
【実施例】
以下、具体例を示して本発明の効果を明確化する。
（実施例）
以下に示す実施例では、図１に示す処理装置を用いた。触媒層８に充填するガリウム含有珪酸塩触媒としては、プロトン型ガリウム珪酸塩を平均粒径０．８ｍｍの粒状に成形したものを用いた。
【００１６】
ポリエチレンからなる廃プラスチックを、図１に示す処理装置の溶融槽１内においてヘリウムガス雰囲気下で２７０℃に加熱し溶融させた。
次いで、溶融槽１内の廃プラスチックを、反応炉２内の触媒層８に供給し、ヘリウムガス雰囲気下で上記触媒に接触させた。
この際、上記Ｔｉｍｅ Ｆａｃｔｏｒは９．９ｇ触媒・ｍｉｎ／ｇプラスチックとし、反応炉２内の温度は５２５℃とした。
次いで、得られた反応生成物を液体窒素を用いたトラップ３に導き、ここで凝結または凝固した生成物を回収した。
【００１７】
（比較例１〜３）
触媒層８に充填する触媒として、ガリウム含有珪酸塩触媒に代えて、ゼオライト系触媒（ＮＥケムキャット社製、Ｈ−ＺＳＭ−５）、シリカ・アルミナ系触媒（日揮化学社製、ＳＡ）、鉄担持活性炭（Ｆｅ／Ｃ）を用い、上記実施例で用いたものと同様の廃プラスチックを処理した。
この際、Ｔｉｍｅ Ｆａｃｔｏｒは、それぞれ１２．２、１０．９、１５．４ｇ触媒・ｍｉｎ／ｇプラスチックとし、反応炉２内の温度はいずれも５２５℃とした。
【００１８】
上記実施例および比較例１〜３において回収された生成物の成分分析結果を表１、２に示す。表１には、回収物全体の成分分析結果を示し、表２には室温下で液状となる炭素数５以上の生成物の成分分析結果を示す。
また、図２は、上記実施例および比較例１〜３のそれぞれについて、炭素数５以上の化合物の回収率、芳香族炭化水素の回収率、ベンゼン、トルエン、およびキシレンを合わせた回収率をグラフ化したものである。なお、図中、ＢＴＸとはベンゼン、トルエン、およびキシレンを指す。
なお、表中、Ｃ１ないしＣ１４とは炭素数が各々１ないし１４である化合物を指す。またＣ５〜、Ｃ１４〜とは炭素数が各々５以上、１４以上である化合物を指す。
【００１９】
【表１】
0004103198.tif 000002
【００２０】
【表２】
0004103198.tif 000003
【００２１】
表１、２、および図２より、ガリウム含有珪酸塩触媒を用いることによって、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素を高い収率で回収することができたことがわかる。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の廃プラスチック処理方法にあっては、廃プラスチックを、ガリウム含有珪酸塩触媒の存在下で熱分解させるので、プラスチック原料等の化学原料として有用なベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素を高収率かつ低コストで回収することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の廃プラスチック処理方法の一実施形態を実施するのに好適に用いられる処理装置を示す概略構成図である。
【図２】  試験結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１・・・溶融槽、２・・・反応炉、８・・・触媒層
【図１】
0004103198.tif 000004
【図２】
0004103198.tif 000005