(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃プラスチックを熱分解により気化させて得られた熱分解ガスをホウ素含有珪酸塩触媒に接触させ、触媒反応生成物を回収し、
前記ホウ素含有珪酸塩触媒は、ｘＭＩ２Ｏ・ｙＢ２Ｏ３・ｚＳｉＯ２・ｎＨ２Ｏ（Ｍ：ＮａまたはＫ）をプロトン置換により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】
廃プラスチックを熱分解し気化させる熱分解槽（２）と、熱分解槽内で気化した熱分解ガスをホウ素含有珪酸塩触媒（８ａ）に接触させる触媒反応槽（３）とを備え、
前記ホウ素含有珪酸塩触媒は、ｘＭＩ２Ｏ・ｙＢ２Ｏ３・ｚＳｉＯ２・ｎＨ２Ｏ（Ｍ：ＮａまたはＫ）をプロトン置換により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装置。
【請求項３】
触媒反応槽（３）は、熱分解槽内に設けられていることを特徴とする請求項２記載の廃プラスチック処理装置。
【請求項４】
触媒反応槽（２３）は、熱分解槽外に設けられ、かつ内部温度を任意に設定することができるようにされていることを特徴とする請求項２記載の廃プラスチック処理装置。
【請求項５】
触媒反応槽（３３）は、ホウ素含有珪酸塩触媒（３８ａ）が、熱分解ガスによって流動するようにされていることを特徴とする請求項２〜４のうちいずれか１項記載の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、オレフィンなどの化学原料を回収する方法および装置に関する。
【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、ポリプロピレンなどのポリオレフィン系プラスチック等の廃プラスチックを再利用する試みとしては、廃プラスチックを熱分解させることによって、化学原料として有用なオレフィンなどの炭化水素等の処理物を得る廃プラスチック処理方法がある。
具体的には、廃プラスチックを高温（例えば７００〜１５００℃）下において単純熱分解により油化またはガス化する方法のほか、鉄や白金を担持した活性炭触媒やゼオライト触媒等の触媒の存在下で廃プラスチックを熱分解させる方法がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術では、目的とする炭化水素（オレフィンなど）の収率が低い問題があり、化学原料として利用しうる形態の処理物を得るには、さらなる精製が必要となり、工程が煩雑となり処理コストの点で不満があった。
特に、単純熱分解を採用する場合には、高温の加熱処理が必要となるため、燃料コストが嵩む問題があった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、炭化水素、特にオレフィンの収率が高く、しかも低コストで実施できる廃プラスチック処理方法および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、本発明の廃プラスチック処理方法は、廃プラスチックを熱分解により気化させて得られた熱分解ガスをホウ素含有珪酸塩触媒に接触させ、触媒反応生成物を回収し、前記ホウ素含有珪酸塩触媒は、ｘＭＩ２Ｏ・ｙＢ２Ｏ３・ｚＳｉＯ２・ｎＨ２Ｏ（Ｍ：ＮａまたはＫ）をプロトン置換によりＨ型にしたものであることを特徴とする。
本発明の廃プラスチック処理装置は、廃プラスチックを熱分解し気化させる熱分解槽と、熱分解槽内で気化した熱分解ガスをホウ素含有珪酸塩触媒に接触させる触媒反応槽とを備え、前記ホウ素含有珪酸塩触媒は、ｘＭＩ２Ｏ・ｙＢ２Ｏ３・ｚＳｉＯ２・ｎＨ２Ｏ（Ｍ：ＮａまたはＫ）をプロトン置換によりＨ型にしたものであることを特徴とする。
触媒反応槽は、熱分解槽内に設けることができる。
また本発明では、触媒反応槽が、熱分解槽外に設けられ、かつ内部温度を任意に設定することができる構成を採用することもできる。
触媒反応槽は、ホウ素含有珪酸塩触媒が熱分解ガスによって流動するように構成することもできる。
【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装置の第１実施形態を示すもので、ここに示す処理装置は、原料供給部１から供給された廃プラスチックを熱分解させる熱分解槽２と、熱分解槽２内で熱分解され気化した熱分解ガスをホウ素含有珪酸塩触媒８ａに接触させる触媒反応槽３と、触媒反応槽３で得られた触媒反応生成物中の高分子成分を分離する還流器４と、還流器４において高分子成分が分離された反応生成物中の低沸点成分を凝縮させ分離する第１および第２コンデンサ５、６とを備えている。
【０００６】
熱分解槽２は、ヒータ２ａを備えており、このヒータ２ａによって、槽内の廃プラスチックを加熱し熱分解させることができるようになっている。
熱分解槽２には攪拌機２ｂが設けられ、槽内の廃プラスチックを攪拌しつつ加熱することができるようになっている。
熱分解槽２には、不活性ガス導入管１４が接続され、熱分解槽２内に窒素、ヘリウムなどの不活性ガスを導入することができるようになっている。
【０００７】
触媒反応槽３は、外筒７内に、ホウ素含有珪酸塩触媒８ａを充填した触媒層８を備えている。
ホウ素含有珪酸塩としては、ホウ素化珪酸塩を用いることができ、特に廃プラスチックの分解効率の点から、ｘＭI2Ｏ・ｙＢ2Ｏ3・ｚＳｉＯ2・ｎＨ2Ｏ（Ｍ：Ｎａ、Ｋ等）をプロトン置換によりＨ型にしたＨ型ホウ素化珪酸塩を用いるのが好ましい。
ホウ素含有珪酸塩としては、ゼオライトＨＺＳＭ−５をイオン交換などによりホウ素化したＢ−ＨＺＳＭ−５を用いることもできる。
ホウ素含有珪酸塩触媒８ａ中の珪素とホウ素の比Ｓｉ／Ｂ（重量比）は、２０〜１２０（好ましくは５０〜１００）とするのが好ましい。
この触媒８ａとしては、ホウ素含有珪酸塩を、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】
触媒反応槽３は、熱分解槽２の内部に配置されており、熱分解され気化した熱分解ガスを、熱分解槽２内で触媒層８のホウ素含有珪酸塩触媒８ａに接触させることができるようになっている。
【０００９】
還流器４には、触媒反応生成物から高沸点成分を凝縮させ、凝縮した高沸点成分を他の成分から分離し経路１０を通して熱分解槽２内に返送することができる構成を採用することができる。
第１および第２コンデンサ５、６は、触媒反応生成物を、冷却水流通経路１２、１３を流通する冷却水により冷却し、低沸点成分を凝縮させることができるようになっている。
【００１０】
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処理対象としては、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含むものを挙げることができる。
【００１１】
本実施形態の処理方法では、まず、好ましくは適度の粒径に粉砕した廃プラスチックを、原料供給部１を通して熱分解槽２内に投入し、この廃プラスチックをヒータ２ａを用いて好ましくは３７５〜６００℃（さらに好ましくは４００〜５７５℃）に加熱し熱分解させる。
この温度が上記範囲未満であると、廃プラスチックの熱分解が不十分となる。また上記温度が上記範囲を越えると、廃プラスチックの熱分解（低分子化）が過剰となり、後述する反応生成物中のオレフィン含有率が低下するため好ましくない。
【００１２】
この加熱処理により、廃プラスチックは、例えば炭素数が４〜２０程度の炭化水素に低分子化されて気化し、熱分解ガスとなる。
なお廃プラスチックを熱分解槽２内に投入する際には、予め窒素ガスなどの不活性ガスを導入管１４を通して熱分解槽２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加熱するのが好ましい。
【００１３】
熱分解槽２内で生成した熱分解ガスは、触媒反応槽３内に導入され、触媒反応槽３内を流れつつ、触媒層８を構成するホウ素含有珪酸塩触媒８ａに接触する。
熱分解ガスを上記触媒８ａに接触させる際の温度条件は、３７５〜６００℃（好ましくは５００〜５７５℃）とするのが好ましい。
この温度が上記範囲未満であると、触媒反応が進行しにくくなり反応生成物中のオレフィン含有率が低下し、上記範囲を越えると熱分解ガスの分解が過剰となって反応生成物中のオレフィン含有率が低下するため好ましくない。
【００１４】
熱分解ガスを触媒反応槽３に供給する速度は、３〜３０ｇ熱分解ガス／ｇ触媒・ｈｒ（Ｔｉｍｅ Ｆａｃｔｏｒ（＝Ｗ／Ｆ、Ｗ：触媒量、Ｆ：熱分解ガス供給速度）＝２〜２０ｇ触媒・ｍｉｎ／ｇ熱分解ガス）となるように設定するのが好ましい。
この速度は、４〜１０ｇ熱分解ガス／ｇ触媒・ｈｒ（Ｔｉｍｅ Ｆａｃｔｏｒ＝６〜１５ｇ触媒・ｍｉｎ／ｇ熱分解ガス）となるように設定するのがより好ましい。
【００１５】
触媒反応槽３においては、ホウ素含有珪酸塩触媒８ａの作用により熱分解ガスの一部が分解または再結合することによりオレフィン化する。
これによって、炭素数２〜５の炭化水素（以下、Ｃ２〜Ｃ５炭化水素という）であるオレフィンを多く含む触媒反応生成物が得られる。
【００１６】
次いで、触媒反応槽３を経た触媒反応生成物を経路９を通して還流器４に導入し、ここで触媒反応生成物を冷却することにより触媒反応生成物中の一部を凝縮させ、凝縮物を他の部分から分離し、経路１０を通して熱分解槽２内に返送する。
凝縮物は、触媒反応生成物中に残留した未分解成分である高分子成分を多く含む。この高分子成分は、再び熱分解槽２内において加熱処理され、熱分解される。
【００１７】
次いで、還流器４を経た触媒反応生成物を、経路１１を通して第１コンデンサ５に導入し、ここで冷却水流通経路１２を流通する冷却水により冷却し、この反応生成物中の低沸点成分を凝縮させ、経路１５、油水分離器１６を経て回収経路１７を通して回収する。
【００１８】
次いで、第１コンデンサ５を通過した反応生成物を、経路１８を通して第２コンデンサ６に導入し、ここで冷却水流通経路１３を流通する冷却水により冷却する。第２コンデンサ６では、第１コンデンサ５で凝縮した低沸点成分に比べ沸点が同等または低い成分が凝縮し、経路１９、回収器２０を経て回収経路２１を通して回収される。
【００１９】
次いで、第２コンデンサ６を通過した反応生成物を経路２２を経てドレン３２に導入し、ここで水分などを分離した後、回収経路２４を通して回収する。
回収された反応生成物は、Ｃ２〜Ｃ５炭化水素であるオレフィンを多く含むものとなる。このため、プラスチック原料などの化学原料として利用できる。
【００２０】
上記廃プラスチック処理方法にあっては、熱分解槽２において廃プラスチックを熱分解により気化させ、得られた熱分解ガスを触媒反応槽３に導き、触媒反応槽３内で流通させ、触媒層８を構成するホウ素含有珪酸塩触媒８ａに接触させるので、ホウ素含有珪酸塩触媒８ａの触媒作用により、熱分解ガスはオレフィン化する。
このため、煩雑な精製工程を経ることなく、プラスチック原料などの化学原料として有用なオレフィンを多く含む処理物を回収することができる。
従って、処理工程を簡略化し、処理コストを削減することができる。
また比較的低温（例えば３７５〜６００℃）での処理が可能となるため、加熱コストを低く抑えることができる。
【００２１】
また、上記廃プラスチック処理装置にあっては、廃プラスチックを熱分解させる熱分解槽２と、熱分解槽２内で熱分解され気化した熱分解ガスをホウ素含有珪酸塩触媒８ａに接触させる触媒反応槽３と、触媒反応生成物中の高分子成分を凝縮させ分離する還流器４とを備えているので、廃プラスチックを熱分解槽２で熱分解させた熱分解ガスを、触媒反応槽３において容易かつ効率よくホウ素含有珪酸塩触媒８ａに接触させることができる。
このため、触媒反応（熱分解ガスのオレフィン化反応）の効率を高め、化学原料として有用なオレフィンを多く含む処理物を容易に回収することができる。従って、処理工程を簡略化し、処理コストを削減することができる。
【００２２】
また触媒反応槽３が熱分解槽２内に配置されているので、熱分解槽２において廃プラスチックを熱分解させる際の余熱によって触媒反応槽３内を加熱することができる。このため、触媒反応槽３を独立に加熱することが必要なく、触媒反応槽３用のヒータが不要となり、設備コスト、加熱コストを低く抑えることができる。
【００２３】
図２は、本発明の廃プラスチック処理装置の第２実施形態を示すもので、ここに示す処理装置は、原料供給部１から供給された廃プラスチックを熱分解させる熱分解槽２と、熱分解槽２内で熱分解され気化した熱分解ガスをホウ素含有珪酸塩触媒２８ａに接触させる触媒反応槽２３と、触媒反応槽２３で得られた触媒反応生成物中の高分子成分を分離する還流器４と、還流器４において高分子成分が分離された反応生成物中の低沸点成分を凝縮させ分離するコンデンサ２５とを備えている。
触媒反応槽２３は、外筒２７内に触媒２８ａが充填された触媒層２８を備えている。触媒反応槽２３は、熱分解槽２の外部に設けられており、ヒータ２３ａによって内部温度を任意に設定できるようになっている。
また、触媒反応槽２３には、熱分解ガスを流通させる際に、外筒２７内に充填されたホウ素含有珪酸塩触媒２８ａが外筒２７に対し変位しない固定床方式を採用することができる。
【００２４】
上記装置を用いて廃プラスチックの処理を行うには、熱分解槽２において廃プラスチックを熱分解により気化させ、得られた熱分解ガスを経路２６を通して触媒反応槽２３に導き、ここでホウ素含有珪酸塩触媒２８ａに接触させ、得られた触媒反応生成物を還流器４を経てコンデンサ２５に導き、ここで高沸点成分を凝縮させ回収経路２９を通して回収、除去し、低沸点成分である処理物を回収経路３０を通して回収する。
【００２５】
上記処理装置では、図１に示す第１実施形態の処理装置と同様に、触媒反応効率を高め、化学原料として有用なオレフィンを多く含む処理物を容易に回収することができる。
さらに、本実施形態の処理装置では、触媒反応槽２３が熱分解槽２の外部に設けられ、かつ内部温度を任意に設定できるようになっているので、触媒反応槽２３における触媒反応時の温度条件を任意に設定することができる。このため、触媒反応時の温度条件の最適化により触媒反応効率を高めることができる。
【００２６】
図３は、本発明の廃プラスチック処理装置の第３実施形態を示すもので、ここに示す処理装置では、触媒反応槽３３に、熱分解ガスの流通によって粒状のホウ素含有珪酸塩触媒３８ａが外筒３７内で流動する流動床方式が採用されている。
触媒反応槽３３の後段には、触媒反応槽３３を経た触媒反応生成物とともに槽外に流出した触媒３８ａを分離回収する分離部３４が設けられ、回収した触媒３８ａを経路３５を通して触媒反応槽３３に戻すことができるようになっている。
【００２７】
上記処理装置を用いて廃プラスチックの処理を行うには、熱分解槽２において廃プラスチックを熱分解により気化させ、得られた熱分解ガスを経路３１を通して触媒反応槽３３に導き、ここでホウ素含有珪酸塩触媒３８ａに接触させる。
この際、触媒反応槽３３に導入され外筒３７内を流通する熱分解ガスによって、ホウ素含有珪酸塩触媒３８ａは外筒３７内で流動しつつ熱分解ガスに接触する。
次いで、触媒反応槽３３を経た触媒反応生成物を、還流器４を経てコンデンサ２５に導き、ここで高沸点成分を凝縮させ回収経路２９を通して回収、除去し、低沸点成分である処理物を回収経路３０を通して回収する。
この際、触媒反応生成物とともに触媒反応槽３３外に流出した触媒３８ａは、分離部３４で回収し経路３５を通して触媒反応槽３３に戻す。
【００２８】
上記処理装置では、図１に示す第１実施形態の処理装置と同様に、触媒反応効率を高め、化学原料として有用なオレフィンを多く含む処理物を容易に回収することができる。
さらに、本実施形態の処理装置では、触媒反応槽３３に流動床方式が採用されているので、粒状の触媒３８ａを外筒３７内で流動させつつ熱分解ガスに接触させることができる。このため、触媒３８ａのほぼ全表面を熱分解ガスに接触させることができる。従って、熱分解ガスと触媒３８ａとの接触効率を高め、触媒反応効率を向上させることができる。
【００２９】
【実施例】
以下、具体例を示して本発明の効果を明確化する。
（試験例１〜５、７〜９）
図１に示す処理装置を用いて以下に示す処理試験を行った。ホウ素含有珪酸塩触媒８ａとしてはＨ型ホウ素化珪酸塩（Ｓｉ／Ｇａ＝７１）を平均粒径０．８ｍｍの粒状に成形したものを用いた。
低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）またはポリプロピレン（ＰＰ）を、原料供給部１を通して熱分解槽２内に投入し、ヒータ２ａを用いて加熱し熱分解させ、生成した熱分解ガスを、Ｗ／Ｆが６〜１５ｇ触媒・ｍｉｎ／ｇ熱分解ガスとなるように、触媒反応槽３内のホウ素含有珪酸塩触媒８ａに接触させた。
触媒反応槽３を経た触媒反応生成物を、還流器４、第１および第２コンデンサ５、６を経て回収経路２４を通して回収し、回収物の成分分析を行った。
結果を表１〜３に示す。
【００３０】
（試験例６、１０）
ホウ素含有珪酸塩触媒８ａを使用しないこと以外は試験例１に準じて処理試験を行った。
結果を表１〜３に併せて示す。
【００３１】
（比較例１、２）
ポリエチレンを、触媒を使用しないで熱分解して得られた分解物の成分分析結果を表３に併せて示す。
【００３２】
【表１】
0004341162.tif 000002
【００３３】
【表２】
0004341162.tif 000003
【００３４】
【表３】
0004341162.tif 000004
【００３５】
表１〜３より、ホウ素含有珪酸塩触媒８ａを用いる場合には、これを用いない場合に比べ、処理温度が低いにも拘わらず、オレフィンの回収率を高めることができたことがわかる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明の廃プラスチック処理方法では、廃プラスチックを熱分解により気化させて得られた熱分解ガスをホウ素含有珪酸塩触媒に接触させるので、ホウ素含有珪酸塩触媒の触媒作用により、熱分解ガスはオレフィン化する。
このため、煩雑な精製工程を経ることなく、プラスチック原料などの化学原料として有用なオレフィンを多く含む処理物を回収することができる。
従って、処理工程を簡略化し、処理コストを削減することができる。
また比較的低温での処理が可能となるため、加熱コストを低く抑えることができる。
【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第１実施形態を実施するため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第２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３】   本発明の廃プラスチック処理方法の第３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】
２・・・熱分解槽、３、２３、３３・・・触媒反応槽、８ａ、２８ａ、３８ａ・・・ホウ素含有珪酸塩触媒
【図１】
0004341162.tif 000005
【図２】
0004341162.tif 000006
【図３】
0004341162.tif 000007