(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融した廃プラスチックを、ガリウム含有珪酸塩触媒の存在下で加熱分解させ、得られた分解生成物から水素を回収し、
前記ガリウム含有珪酸塩触媒は、ｘＭI２Ｏ・ｙＧａ２Ｏ３・ｚＳｉＯ２・ｎＨ２Ｏ（Ｍ：ＮａまたはＫ）をイオン交換によりＨ型にしたものであることを特徴とする廃プラスチック処理方法。
【請求項２】
分解生成物から水素を回収するにあたり、分解生成物中の高沸点成分を凝縮または凝固させ、凝縮または凝固しなかった成分を回収する深冷分離法を用いることを特徴とする請求項１記載の廃プラスチック処理方法。
【請求項３】
分解生成物から水素を回収するにあたり、分解生成物を、分解生成物中の高分子量成分を吸着する吸着剤に接触させ、非吸着成分を回収することを特徴とする請求項１記載の廃プラスチック処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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する方法に関する。
【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、燃料や化学原料などとして有用な処理物を得る方法がある。
【０００３】
ところで、近年、幅広い利用が期待されている燃料電池システムでは、水素（Ｈ2）含有ガスと、空気などの酸素（Ｏ2）含有ガスとを用いて発電が行われる。また、石油系炭化水素の改質や石油脱硫にも水素ガス（Ｈ2）が用いられている。このように、多くの分野で水素（Ｈ2）が必要とされているが、水素の製造コストが高く、低コスト化が要望されていた。
このため、安価な廃プラスチックを原料として水素（Ｈ2）を製造することが検討されているが、水素収率が低いため製造コストの面で問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、水素を低コストで得ることができる廃プラスチックの処理方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、溶融した廃プラスチックを、ガリウム含有珪酸塩触媒の存在下で加熱分解させ、得られた分解生成物から水素を回収し、前記ガリウム含有珪酸塩触媒は、ｘＭI２Ｏ・ｙＧａ２Ｏ３・ｚＳｉＯ２・ｎＨ２Ｏ（Ｍ：ＮａまたはＫ）をイオン交換によりＨ型にしたものである廃プラスチック処理方法によって解決することができる。
分解生成物から水素を回収するにあたっては、分解生成物中の高沸点成分を凝縮または凝固させ、凝縮または凝固しなかった成分を回収する深冷分離法を用いることができる。
また分解生成物中の高分子量成分を吸着する吸着剤を用い、分解生成物を該吸着剤に接触させ、この吸着剤に吸着されなかった非吸着成分を回収する方法を用いることもできる。
【０００６】
【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の一部を捕集するコールドトラップ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。
【０００７】
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を備えている。
この触媒としては、ガリウム珪酸塩（ガロ珪酸塩ともいう。例えばｘＭI2Ｏ・ｙＧａ2Ｏ3・ｚＳｉＯ2・ｎＨ2Ｏ（Ｍ：Ｎａ、Ｋ等）をイオン交換によりＨ型にしたもの、すなわちＨ型ガリウム珪酸塩）や、Ｇａ−ＨＺＳＭ−５等を用いることができる。
この触媒としては、特にプラスチック分解効率の点からＨ型ガリウム珪酸塩を用いるのが好ましい。
触媒としては、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を用いるのが好ましい。
【０００８】
コールドトラップ３は、反応炉２内で生成した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内の分解生成物を冷却し、その一部を凝縮または凝固させることができるようになっている。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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分解生成物中の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分解生成物中の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、予め窒素、ヘリウム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。
【００１３】
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される。また一部は環化し芳香族炭化水素となる。
これによって、水素（Ｈ2）、Ｃ１〜Ｃ４炭化水素などの常温でガス状となる生成物と、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などの常温で液状となる生成物が得られる。
ガス状生成物中には、高濃度、例えば５０〜７０ｖｏｌ％の水素（Ｈ2）が含まれる。
【００１４】
次いで、反応炉２内で生成した分解生成物を管路９を通してコールドトラップ３に導入し、この生成物の一部を管路９内で冷却し凝縮または凝固させる。
この際、コールドトラップ３は、炭化水素（Ｃ１以上）などの高沸点成分が凝縮または凝固し、かつ沸点が低い物質である水素（Ｈ2）が凝縮または凝固しない温度、例えば−１６０℃以下に設定し、生成物中の炭化水素などが捕集され、かつ水素がコールドトラップ３を通過するようにする。
このように、低温下での凝縮または凝固作用を利用して、複数成分からなるガス中の特定成分を分離する方法を深冷分離という。
【００１５】
これによって、分解生成物のうち炭化水素成分などの高沸点成分はトラップ３に捕集され、該生成物のうち水素（Ｈ2）などは、低沸点であるためトラップ３を通過し、管路９出口において回収される。
回収されるガス中には、高濃度、例えば９０ｍｏｌ％以上の水素（Ｈ2）が含まれる。
【００１６】
トラップ３に捕集された炭化水素には、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や、燃料ガスなどとして有用なＣ１〜Ｃ４炭化水素が含まれる。
【００１７】
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、分解生成物から水素（Ｈ2）を回収するので、高い効率で水素を回収することができる。また安価な廃プラスチックを材料とするため材料コストを低く抑えることができる。従って、低コストでの水素（Ｈ2）製造が可能となる。
【００１８】
ガリウム含有珪酸塩触媒を用いることによって水素（Ｈ2）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ことから、分解生成物中の鎖状炭化水素がベンゼン環を形成する際に余剰の水素が単体として生成しやすいためであると考えられる。
【００１９】
回収された水素含有ガスは、高濃度の水素（Ｈ2）を含むものとなるため、燃料電池システム用水素含有ガスとして用いることができる。また石油系炭化水素の改質や石油脱硫などに用いることができる。
【００２０】
また、本発明では、水素含有ガスを回収するのに吸着剤を使用することもできる。
図２は、吸着剤を用いた処理装置を示すもので、ここに示す処理装置は、トラップ３に代えて、吸着剤を充填した吸着筒１２が設けられている点で図１に示す処理装置と異なる。吸着剤としては分解生成物中の高分子量成分、例えば炭化水素を吸着し、かつ水素（Ｈ2）などの低分子量成分を吸着しない吸着剤、例えばモレキュラーシーブスを用いることができる。
この処理装置を用いる場合には、反応炉２からの分解生成物を、吸着筒１２を経て管路９出口に導く。
この処理装置では、反応炉２からの分解生成物がこの吸着筒１２内で吸着剤に接触し、この際、分解生成物のうち炭化水素成分などは吸着剤に吸着する一方、該生成物のうち水素（Ｈ2）などは非吸着成分として吸着筒１２を通過し、その結果、高濃度の水素（Ｈ2）を含む水素含有ガスが管路９出口において回収される。
【００２１】
【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１、２）
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、Ｈ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。
【００２２】
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内において窒素ガス雰囲気下で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、窒素ガス雰囲気下で上記触媒に接触させた。
この際、上記Ｔｉｍｅ Ｆａｃｔｏｒ（Ｗ／Ｆ）、反応炉２内の温度は表１中に示すとおりとした。
次いで、得られた分解生成物を液体窒素を用いたコールドトラップ３に導き、ここで凝縮または凝固した生成物、およびトラップ３を通過したガスを回収した。
【００２３】
（比較例）
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）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。
【００２４】
上記実施例および比較例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には常温でガス状となる成分の分析結果を示す。
【００２５】
【表１】
0004314542.tif 000002
【００２６】
【表２】
0004314542.tif 000003
【００２７】
また、実施例１、２において管路９出口から回収されたガスは、９０ｍｏｌ％以上の水素（Ｈ2）を含むものとなったことが確認された。
【００２８】
以上の結果より、ガリウム含有珪酸塩触媒を用いることによって、水素を高い収率で生成させることができ、高濃度の水素を含むガスを回収することができたことがわかる。
【００２９】
【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、得られた分解生成物中の水素を回収するので、高い効率で水素を生成させることができる。
従って、低コストでの水素製造が可能となる。
【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】   本発明の廃プラスチック処理方法の他の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。
【符号の説明】
１・・・溶融槽、２・・・反応炉、３・・・コールドトラップ、８・・・触媒層、１２・・・吸着筒
【図１】
0004314542.tif 000004
【図２】
0004314542.tif 000005