(57)【要約】【課題】突沸によるスラリーの同伴排出への対処に制限されることなく、冷却効率を最適化できるように開閉弁の開度を適切に調整することができるプラスチックの分解装置とそれを用いたプラスチックの分解・回収方法を提供する。【解決手段】プラスチック５０と流体５１とを分解槽２に投入し、分解槽２内の流体５１を亜臨界または超臨界状態にしてプラスチック５０を分解した後、分解槽２に連通する蒸気排出配管２０に設けられた開閉弁２２を開放して蒸気を排出し、これにより分解槽２内の流体５１を冷却するプラスチックの分解装置１であって、分解槽２内に、プラスチック５０および流体５１を収容する有底の分解皿５が上下方向に間隔をおいて複数配置されていることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラスチックと流体とを分解槽に投入し、分解槽内の流体を亜臨界または超臨界状態にしてプラスチックを分解した後、分解槽に連通する蒸気排出配管に設けられた開閉弁を開放して蒸気を排出し、これにより分解槽内の流体を冷却するプラスチックの分解装置であって、分解槽内に、プラスチックおよび流体を収容する有底の分解皿が上下方向に間隔をおいて複数配置されていることを特徴とするプラスチックの分解装置。
【請求項２】
分解槽内の複数の分解皿にプラスチックおよび流体を供給する供給手段を備えることを特徴とする請求項１に記載のプラスチックの分解装置。
【請求項３】
分解槽内の複数の分解皿から分解物を含む液を外部に排出する排出手段を備えることを特徴とする請求項１または２に記載のプラスチックの分解装置。
【請求項４】
請求項１ないし３いずれか一項に記載のプラスチックの分解装置を用いたプラスチックの分解・回収方法であって、分解槽内に配置された複数の分解皿にプラスチックと流体とを投入し、分解皿内の流体を亜臨界または超臨界状態にしてプラスチックを分解した後、複数の分解皿のそれぞれに気液界面が形成された状態で、分解槽に連通する蒸気排出配管に設けられた開閉弁を開放して蒸気を排出し、これにより分解皿内の流体を冷却した後、複数の分解皿のそれぞれから分解物を含む液を外部に排出することを特徴とするプラスチックの分解・回収方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラスチックの分解装置とそれを用いたプラスチックの分解・回収方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
破砕した粉粒状のプラスチックを分解槽内で亜臨界状態の流体により分解する場合、これらの混合物はスラリーとなるが、スラリーを高温高圧で送液するポンプが高価であり、さらに固形物により部品が磨耗するなどポンプの耐久性に問題があることや、分解性能を確保しつつ分解槽に残留した未反応固形物の全量を排出することが困難であることから、連続的に原料を分解槽に供給し、かつ連続的に分解液を分解槽から排出することは難しい。
【０００３】
特に、分解対象のプラスチックがＦＲＰ（ガラス繊維強化プラスチック）である場合、比重の大きいガラス繊維や炭酸カルシウムなどの無機物成分が生じるため、沈降性の高いこれらの成分を排出することが困難になる。
【０００４】
このような点から、ＦＲＰなどのプラスチックの亜臨界状態の流体による分解処理には、回分式の分解槽が用いられている（特許文献１参照）。回分式はバッチ処理であり、分解槽に投入した原料は、バッチの反応後、分解槽からそのまま全量が取り出される。分解処理時における分解槽内は、流体を亜臨界状態にするため高温高圧の状態にあり、分解液を分解槽から取り出すときには分解液を常温まで冷却し、常圧まで減圧する必要がある。
【０００５】
従来、分解処理後に分解液を短時間で冷却するために、亜臨界状態の分解温度からフラッシュ冷却により分解槽内が大気圧以下になるまで分解液温度を低下させ、次いで分解槽からの排出を行っている。すなわち、分解槽に連通する蒸気排出配管に設けられた開閉弁（フラッシュ弁）を開いてフラッシュ蒸気を分解槽外の低圧の系統に放出し、そのときの気化熱により分解槽内の分解液を冷却するようにしている。
【特許文献１】国際公開第２００４／０４１９１７号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、フラッシュ蒸気による温度低下を促進するためには、開閉弁の開度を大きくし、蒸気の発生量を増大させる必要があるが、開閉弁の開度を急激に上げると、気液界面からの蒸気発生が間に合わず、液中から蒸気が発生するいわゆる突沸が起こり、フラッシュ蒸気と共にスラリーが蒸気排出配管に流れ込み、開閉弁から排出される場合がある。このようにスラリーがフラッシュ蒸気に同伴されて蒸気排出配管に流れ込み開閉弁から排出されると、開閉弁の弁体が損傷し、あるいは蒸気排出配管の閉塞を引き起こす可能性があるため、開閉弁の開放操作はスラリーの同伴排出を抑制するように行わなければならず、開閉弁の操作速度には制約があった。
【０００７】
本発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされたものであり、突沸によるスラリーの同伴排出への対処に制限されることなく、冷却効率を最適化できるように開閉弁の開度を適切に調整することができるプラスチックの分解装置とそれを用いたプラスチックの分解・回収方法を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記の課題を解決するために、以下のことを特徴としている。
【０００９】
第１に、本発明のプラスチックの分解装置は、プラスチックと流体とを分解槽に投入し、分解槽内の流体を亜臨界または超臨界状態にしてプラスチックを分解した後、分解槽に連通する蒸気排出配管に設けられた開閉弁を開放して蒸気を排出し、これにより分解槽内の流体を冷却するプラスチックの分解装置であって、分解槽内に、プラスチックおよび流体を収容する有底の分解皿が上下方向に間隔をおいて複数配置されていることを特徴とする。
【００１０】
第２に、上記第１のプラスチックの分解装置において、分解槽内の複数の分解皿にプラスチックおよび流体を供給する供給手段を備えることを特徴とする。
【００１１】
第３に、上記第１または第２のプラスチックの分解装置において、分解槽内の複数の分解皿から分解物を含む液を外部に排出する排出手段を備えることを特徴とする。
【００１２】
第４に、本発明のプラスチックの分解・回収方法は、上記第１ないし第３のいずれかのプラスチックの分解装置を用い、分解槽内に配置された複数の分解皿にプラスチックと流体とを投入し、分解皿内の流体を亜臨界または超臨界状態にしてプラスチックを分解した後、複数の分解皿のそれぞれに気液界面が形成された状態で、分解槽に連通する蒸気排出配管に設けられた開閉弁を開放して蒸気を排出し、これにより分解皿内の流体を冷却した後、複数の分解皿のそれぞれから分解物を含む液を外部に排出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
上記第１の発明によれば、分解槽内に、プラスチックおよび流体を収容する分解皿を上下方向に間隔をおいて複数配置したので、それぞれの分解皿に気液界面が形成されることで気液界面の面積が全体として増加し、これにより、開閉弁を開放して蒸気を排出し分解槽内の流体を冷却するときに突沸が防止されるので、スラリーがフラッシュ蒸気に同伴されて開閉弁より排出されることが防止される。したがって、スラリーの同伴排出への対処に制限されることなく、冷却効率を最適化できるように開閉弁の開度を適切に調整することができる。
【００１４】
上記第２の発明によれば、分解槽内の複数の分解皿にプラスチックおよび流体を供給する供給手段を設けたので、上記第１の発明の効果に加え、分解槽内のそれぞれの分解皿にプラスチックおよび流体が確実に収容されてそれぞれの分解皿に気液界面が形成され、気液界面の面積が全体として増加し、これにより、開閉弁を開放して蒸気を排出し分解槽内の流体を冷却するときに突沸をより確実に防止することができる。
【００１５】
上記第３の発明によれば、分解槽内の複数の分解皿から分解物を含む液を外部に排出する排出手段を設けたので、上記第１および第２の発明の効果に加え、分解槽内のそれぞれの分解皿に収容されている分解物を含む液の全てを外部に排出して効率良く回収することができる。
【００１６】
上記第４の発明によれば、分解槽内に、プラスチックおよび流体を収容する分解皿を上下方向に間隔をおいて複数配置し、それぞれの分解皿に気液界面が形成されることで気液界面の面積が全体として増加した状態で開閉弁を開放して蒸気を排出し、分解槽内の流体を冷却するようにしたので、気液界面の不足による突沸が防止され、これにより、スラリーがフラッシュ蒸気に同伴されて開閉弁より排出されることが防止される。したがって、スラリーの同伴排出への対処に制限されることなく、冷却効率を最適化できるように開閉弁の開度を適切に調整することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態におけるプラスチックの分解装置の概略構成を示した図である。このプラスチックの分解装置１は、耐圧を有する円筒形の分解槽２を備えており、分解槽２内の流体５１が亜臨界状態になる温度と圧力を維持し、この亜臨界状態の流体５１を反応液として粉粒状のプラスチック５０の分解を行うものである。本実施形態では分解対象のプラスチック５０として不飽和ポリエステル樹脂を含むＦＲＰを用い、流体５１として水を用いている。
【００１８】
分解槽２は、その上部に分解槽２内の圧力を検知する圧力検知器１５が設けられており、さらに分解槽２の上部には、安全弁１６が接続されている。分解槽２の外周の下部には、ヒーターや熱媒ジャケットを有する加熱装置１４が設けられており、さらに分解槽２には、分解槽２内に差し込む形態で温度検知器１７が設けられている。温度検知器１７で分解槽２内の温度を検知しながら加熱装置１４で分解槽２内を加熱することにより、検知される温度に基づいて加熱装置１４を制御して最適温度で加熱を行うようにしている。
【００１９】
分解槽２内には、有底の分解皿５が、上下方向に間隔をおいて複数個、好ましくは３個以上配置されている。これらの分解皿５には、プラスチック５０および流体５１が収容され、この状態で分解槽２を密閉して加熱装置１４により加熱を行い、分解皿５に収容された流体５１を亜臨界状態にしてプラスチック５０の分解処理を行う。
【００２０】
分解槽２には、分解皿５に収容されたプラスチック５０と流体５１を混合する攪拌装置１０が設けられている。攪拌装置１０は、分解槽２内を垂下する回転軸１２と、回転軸１２に取り付けられた攪拌翼１３を備えており、分解槽２の上部に設けたモータ１１で回転軸１２を回転駆動することにより、それぞれの分解皿５に収容されたプラスチック５０と流体５１を攪拌混合する。
【００２１】
分解槽２には、原料供給配管４０を介して前処理槽４１が接続されている。前処理槽４１にはプラスチック５０を粉砕した粉粒体と流体５１が投入され、攪拌装置４２により十分に攪拌することによりスラリー状にした後、このスラリーを送液ポンプ４３で原料供給配管４０を通じて分解槽２内に供給するようにしている。
【００２２】
分解槽２内の複数の分解皿５に当該スラリーを供給する供給手段は、分解槽２外の原料供給配管４０および送液ポンプ４３により構成することができるが、その他、供給手段の一部分として、原料供給配管４０と連通しそれぞれの分解皿５に当該スラリーを供給する配管を分解槽２内に設けるようにしてもよい。
【００２３】
分解処理対象のプラスチック５０の粉粒体は、分解皿５内における粉粒体の沈降や、加熱時における分解皿５の内面への粉粒体の固着を防止し、粉粒体の流体５１に対する攪拌混合性を高めて反応効率を向上させる点から、最大粒子径が３０ｍｍ以下になるように粉砕したものであることが好ましい。
【００２４】
分解槽２の上部には、蒸気排出配管２０の一端が接続されており、蒸気排出配管２０の他端は凝縮器２４に接続されている。そして蒸気排出配管２０の途中には、開閉弁２２（フラッシュ弁）が設けられており、分解反応終了後に開閉弁２２を開放することによって、流体５１のフラッシュ蒸気が開閉弁２２から排出されて、分解皿５内の流体５１が気化熱により迅速に冷却される。
【００２５】
開閉弁２２は、全開口面積に対する開口度合い、すなわち開度を連続的に調整し、所望の開度に保持できるようになっている。この開閉弁２２と、分解槽２に設置された圧力検知器１５および温度検知器１７はそれぞれ、ＣＰＵなどを備えた制御装置６０に電気的に接続されており、制御装置６０は、圧力検知器１５により検知される分解槽２内の圧力と、温度検知器１７により検知される分解槽２内の温度に応じて開閉弁２２の開度を調整し、これにより分解槽２から排出される蒸気の量が調整される。
【００２６】
分解槽２には、スラリー排出配管３０が接続されており、スラリー排出配管３０は、分岐してそれぞれの分解皿５に連通している。分解処理後、フラッシュ冷却によって分解皿５内のスラリーを減圧、冷却した後、スラリー排出配管３０の途中に設けられた開閉弁３１を開放することにより、プラスチック５０の分解物を含有するスラリーは、それぞれの分解皿５からスラリー排出配管３０を通じて排出され、スラリー回収槽３２に回収される。
【００２７】
分解槽２内の複数の分解皿５から分解物を含むスラリーを外部に排出する排出手段は、それぞれの分解皿５に連通する分岐したスラリー排出配管３０により構成することができるが、その他、排出手段の一部として、スラリー排出配管３０の途中にスラリー送出用のポンプを設けるようにしてもよい。
【００２８】
以上の構成を備えたプラスチックの分解装置１を用いて、次のようにしてプラスチック５０の分解および回収を行う。まず、図１に示すように、プラスチック５０と流体５１を前処理槽４１に投入して十分に攪拌混合しておき、このスラリーを送液ポンプ４３で原料供給配管４０を通じて分解槽２に供給し、それぞれの分解皿５に収容する。次いで分解槽２を密閉状態にし、分解皿５内のプラスチック５０と流体５１を攪拌装置１０で攪拌しながら加熱装置１４で加熱する。分解槽２は密閉状態とされているため、分解槽２の内圧は液温の飽和蒸気圧に一致しながら上昇していく。
【００２９】
そして、温度検知器１７で分解槽２内の温度を検知し、圧力検知器１５で分解槽２内の圧力を検知しながら加熱装置１４で加熱を行い、検知された温度と圧力に応じて加熱を制御することにより、分解皿５内の流体５１が亜臨界状態になる温度と圧力を維持し、この流体５１を反応液としてプラスチック５０を分解する。たとえば、プラスチック５０として不飽和ポリエステル樹脂を含むＦＲＰを用い、流体５１として水を用いた本実施形態では、プラスチック濃度１０〜５０質量％、分解温度１８０〜２６０℃に調整し、水を亜臨界状態に維持して３０分〜４時間反応させることにより、不飽和ポリエステル樹脂をエステル交換させ、スチレン−マレイン酸共重合体や多価アルコールなどのモノマーに加水分解することができる。分解処理により、プラスチック５０の８０質量％以上が溶解成分となる。
【００３０】
このように分解槽２内でプラスチック５０を亜臨界状態の流体５１を反応液として分解した後、圧力検知器１５および温度検知器１７からの信号に基づく制御装置６０の制御により、開閉弁２２の開度を調整しながら開閉弁２２を開放し、開閉弁２２から流体５１の蒸気を放出させ、分解槽２内の圧力を減圧していく。これにより、流体５１の気化熱によって分解皿５に収容されている流体５１の温度が下がるので、分解槽２内の冷却を自然放冷よりも短時間で行うことができる。
【００３１】
そして、本実施形態では、それぞれの分解皿５に気液界面が形成されることで気液界面の面積が全体として増加しているので、気液界面の不足による突沸が防止され、これにより、スラリーがフラッシュ蒸気に同伴されて開閉弁２２より排出されることが防止される。したがって、圧力検知器１５により検知される分解槽２内の圧力と、温度検知器１７により検知される分解槽２内の温度に応じた制御装置６０による開閉弁２２の開度の調整操作を、突沸への対処に制限されることなく、分解槽２の冷却効率を最適化するように行うことができる。
【００３２】
開閉弁２２から放出された蒸気は、蒸気排出配管２０を通じて凝縮器２４に送られる。凝縮器２４には冷却水などの冷媒が循環させてあり、当該蒸気は冷却により液化された後、凝縮水回収槽２５に回収される。
【００３３】
このようにして分解皿５内の流体５１を冷却し、分解槽２内の圧力が常圧またはその付近になった時点でスラリー排出配管３０の開閉弁３１を開放し、スラリー排出配管３０を通じてプラスチック５０の分解物を含有するスラリーをそれぞれの分解皿５から排出し、スラリー回収槽３２に回収する。
【００３４】
以上に、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記の実施形態に何ら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において各種の変更が可能である。たとえば、分解対象のプラスチック５０としては、各種の熱硬化性樹脂などを用いることができ、分解反応に用いる流体５１としては、水に他成分を混合したものやアルコールなどを用いてもよい。流体５１による分解反応は、流体５１を超臨界状態にして行うようにしてもよい。
【００３５】
分解槽２内へのプラスチック５０と流体５１の供給は、場合に応じて、前処理槽４１を用いずにプラスチック５０と流体５１を別々に分解槽２内へ供給するようにしてもよい。この場合、分解槽２内の複数の分解皿５にプラスチック５０と流体５１を供給する供給手段は、分解槽２に接続したプラスチック供給配管および流体供給配管と、これらの配管に設けたポンプにより構成することができ、必要であれば、分解槽２内にこれらの配管に連通する配管を設けるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施形態におけるプラスチックの分解装置の概略構成を示した図である。
【符号の説明】
【００３７】
１      プラスチックの分解装置
２      分解槽
５      分解皿
２０      蒸気排出配管
２２      開閉弁
５０      プラスチック
５１      流体
【図１】
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