(57)【要約】【課題】超臨界状態又は亜臨界状態でのプラスチック成形品等の分解において、分解槽の分解液を効率的に冷却して回収することのできるプラスチックの分解装置を提供する。【解決手段】プラスチックを超臨界状態又は亜臨界状態で流体により分解する分解槽１と、分解槽１に接続され、分解槽１から移送されたプラスチックの分解液２０の気液界面Ｂが分解槽１における分解液２０の気液界面Ａよりも大きな冷却槽１０と、冷却槽１０内を減圧する開閉弁１１とを備え、プラスチックの分解液２０を分解槽１から冷却槽１０に移送した後、開閉弁１１を開放して冷却槽１０における分解液２０の蒸気を外部に放出して冷却槽１０を減圧し、そのときの気化熱で分解液２０を冷却する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラスチックを超臨界状態又は亜臨界状態で流体により分解する分解槽と、分解槽に接続され、分解槽から移送されたプラスチックの分解液の気液界面が分解槽における分解液の気液界面よりも大きな冷却槽と、冷却槽内を減圧する開閉弁とを備え、プラスチックの分解液を分解槽から冷却槽に移送した後、開閉弁を開放して冷却槽における分解液の蒸気を外部に放出して冷却槽を減圧し、そのときの気化熱で分解液を冷却することを特徴とするプラスチックの分解装置。
【請求項２】
分解槽から冷却槽に移送されるプラスチックの分解液が、超臨界状態又は亜臨界状態の液体であ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。
【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に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）に代表されるプラスチック成形品中の無機有価物及び有機有価物を回収して再利用できるようにするために、超臨界又は亜臨界状態の流体で分解する方法（例えば、特許文献１参照）が提案されている。
【０００３】
しかしながら、超臨界又は亜臨界の状態でのプラスチックの分解においては、ＦＲＰからのガラス繊維や炭素繊維等の補強繊維の回収を伴う場合をはじめ、破砕した粒状のプラスチックを含む混合液はスラリー状となるため、連続的に分解槽内に原料を供給し、連続的に分解槽内から分解液を取り出すことは、必ずしも容易ではないという問題がある。その理由は、第１には、スラリー液を高温高圧で送液するポンプが高価であり、固形物による部品の磨耗等の耐久性に問題が生じやすいことであり、第２には、反応性を確保しつつ、分解槽に残留した未反応固形物の全量排出が困難であることによる。特にプラスチックがＦＲＰの場合、比重の重いガラス繊維や炭酸カルシウム等の無機物成分が未反応のまま残り、沈降性の高いこれらの成分を伴う分解液の排出は難しい。
【０００４】
したがって、このような場合には、回分式の分解装置が採用される。回分式の分解装置はバッチ処理であり、投入した原料は１バッチの反応後そのまま全量抜き出される操作となる。反応生成物を含む分解液を分解槽から取り出すにあたっては、分解槽内は液体を超臨界又は亜臨界状態にしているために高温・高圧の状態にあることから、分解槽内を常温にまで冷却する必要がある。また、分解液を取り出すために分解槽内を常圧にまで減圧する必要がある。
【０００５】
しかしながら、常温常圧まで分解液を冷却するには長時間必要であり、１バッチの処理時間を長引かせる主要因となっていた。そこで、冷却時間を短縮するために、従来、超臨界又は亜臨界状態の分解温度からフラッシュ冷却をおこない、分解槽内が大気圧以下になるまで分解液温を低下させ、分解槽からの排出をおこなうことが知られている。フラッシュ冷却とは、分解槽に設けられた開閉弁を開放して分解槽内の気体を分解槽外の低圧の系統に放出して分解槽内を減圧し、分解槽内をこのように減圧して流体を蒸発させ、そのときの気化熱により分解槽内の分解液を冷却するものである。
【０００６】
フラッシュ冷却による温度低下を促進するには、蒸気の排出口である開閉弁の開度を大きくし、蒸気の分解槽からの排出量を増大させる必要がある。しかし、開閉弁の開度を急激に上げると、液表面からの蒸気の供給が間に合わず、飽和液中に液体が気化する、いわゆる突沸が生じる。分解槽内で突沸が生じると、持ち上げられたスラリーが開閉弁から同伴排出される。スラリーが同伴排出されると、弁体の損傷、配管の詰まり等を引き起こす可能性があるため、突沸を生じさせないような弁操作が必要であった。例えば、所定の分解時間経過後、開閉弁を微開とし、フラッシュ冷却を開始する。分解槽内の液温が低下するにつれて開閉弁開度を大きくし、冷却効率の向上を図っていた。しかし、このような弁操作をおこなっても冷却時間の短縮は充分とはいえず、さらなる冷却効率の向上が望まれているのが実情である。
【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】
【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、超臨界状態又は亜臨界状態でのプラスチック成形品等の分解において、分解槽の分解液を効率的に冷却して回収することのできるプラスチックの分解装置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、プラスチックを超臨界状態又は亜臨界状態で流体により分解する分解槽と、分解槽に接続され、分解槽から移送されたプラスチックの分解液の気液界面が分解槽における分解液の気液界面よりも大きな冷却槽と、冷却槽内を減圧する開閉弁とを備え、プラスチックの分解液を分解槽から冷却槽に移送した後、開閉弁を開放して冷却槽における分解液の蒸気を外部に放出して冷却槽を減圧し、そのときの気化熱で分解液を冷却す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、分解槽から冷却槽に移送されるプラスチックの分解液が、超臨界状態又は亜臨界状態の液体であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
上記第１の発明によれば、分解槽から移送されたプラスチックの分解液の気液界面が分解槽における分解液の気液界面よりも大きな冷却槽であることにより、液表面からの蒸気発生量が増加する。したがって、開閉弁の開度を急激に上げた場合でも、液表面からの蒸気の供給が充分であるため、突沸の心配なくフラッシュ冷却を実施することが可能になり、分解液を効果的に冷却して回収することができる。
【００１２】
上記第２の発明によれば、分解槽から冷却槽に移送されるプラスチックの分解液が超臨界又は亜臨界状態の液体であることにより、上記第１の発明の効果がより一層顕著なものとして実現され、冷却時間を短縮することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は、本発明に係るプラスチックの分解装置の一実施形態を示した概要構成図である。
【００１４】
この実施形態のプラスチックの分解装置は、耐圧性を有する円筒形の分解槽１を備えており、この分解槽１内で超臨界状態又は亜臨界状態の流体にてプラスチック成形品の分解を行っている。
【００１５】
分解槽１の外周にはヒーターや熱媒ジャケット等で形成される加熱手段２が設けられており、温度センサー等で形成される温度検出器３が分解槽１内に差し込んで設けられている。また、分解槽１には内部の圧力を測定する圧力ゲージなどで形成される圧力検出手段４が設けられている。この温度検出器３及び圧力検出手段４で分解槽１の温度、圧力をそれぞれ検出しながら、加熱手段２で分解槽１内を加熱することによって、検出される温度と圧力に基づいて加熱手段２を制御して最適温度での加熱を行うようにしている。
【００１６】
分解槽１には、分解槽１内に投入されるプラスチック成形品と流体とを混合する攪拌装置５が設けられている。攪拌装置５は、回転軸５１と、回転軸５１に取り付けられた攪拌翼５２を有しており、分解槽１の上部に設けたモータで回転軸５１を回転駆動することにより、分解槽１内のプラスチック成形品と流体を攪拌混合する。本実施形態において分解するプラスチック成形品としては、特に制限されるものではないが、不飽和ポリエステル樹脂成形品等の熱硬化性樹脂成形品を用いることができる。そしてプラスチック成形品は分解反応がし易くなるように粉砕して粉粒状にし、水等の流体と共に分解槽１に投入するが、プラスチック成形品は通常疎水性であるため水等の流体と馴染みにくく、しかも粉砕したプラスチック成形品の粉粒体は空気を噛んでいるために液面に浮き易い。このようにプラスチック成形品と流体との混合が不十分であると、プラスチック成形品の分解の効率が悪くなる。
【００１７】
このために本実施形態では、プラスチック成形品と流体との混合を十分なものとするために、攪拌装置６を備えた前処理槽７が原料供給配管８を介して分解槽１に接続されている。そしてプラスチック成形品の粉粒体と水等の流体とを前処理槽７に投入し、攪拌装置６で十分に攪拌して流体中にプラスチック成形品を混合して、流体中にプラスチック成形品が馴染んだスラリー状にした後、液送ポンプ９で原料供給配管８を通してプラスチック成形品と流体のスラリーを分解槽１に供給するようにしており、プラスチック成形品の分解が効率良くおこなわれるようにしている。
【００１８】
また、分解槽１に供給されたプラスチック成形品の粉粒体が流体中を分解槽１下部に沈降して分解反応が受け難くなることを防止したり、また加熱時にプラスチック成形品の粉粒体が分解槽１内面に固着したりすることを防止するなど、プラスチック成形品の粉粒体の流体に対する攪拌混合性を高めて流体との反応効率を向上させるために、プラスチック成形品は粒径が２〜２０ｍｍ程度、好ましくは最大粒子径が５ｍｍ以下になるように粉砕して使用するのが好ましい。プラスチックの最大粒子径は小さいほど望ましいものであり、粉砕可能であればいくら小さくてもよい。
【００１９】
本実施形態のプラスチックの分解装置は、さらに冷却槽１０と、その上部に開度の調整が可能な開閉弁１１とを備えている。
【００２０】
冷却槽１０は排出用開閉弁１２を備えた排出配管１４を介して分解槽１の底部と接続されている。本実施形態では、冷却槽１０は分解槽１よりも下方の位置に設置されている。これにより、液送ポンプ等の搬送手段を設けなくても、排出用開閉弁１２を開放することでプラスチック成形品の分解液２０を分解槽１から冷却槽１０に移送することができる。冷却槽１０は、分解液２０の気液界面Ｂが分解槽１における分解液２０の気液界面Ａよりも大きくなるように、例えば、分解槽１よりも断面積が大きな円筒形に形成されている。本実施形態では、例えば、分解槽１が外径１２００ｍｍ程度、高さ３０００ｍｍ程度に設定されているのに対して、冷却槽１０が外径２５００ｍｍ程度と分解槽１の外径の倍程度に設定されているが、分解槽１の断面積よりも大きければ特に制限されるものではない。冷却槽１０の高さは特に制限されるものではなく、例えば１５００ｍｍ程度に設定することが考慮される。
【００２１】
冷却槽１０の外周には、図示しないが、分解槽１と同様にヒーターや熱媒ジャケット等で形成される加熱手段が設けられていてもよく、さらに温度検出器及び圧力検出手段が設けられていてもよい。そして分解槽１から冷却槽１０への分解液２０の移送を超臨界状態又は亜臨界状態でおこなう場合には、分解液２０を冷却槽１０に移送する前に、分解槽１と同じく加熱手段によって冷却槽１０内部を高温高圧状態にしておく。
【００２２】
プラスチック成形品の分解液２０を分解槽１から冷却槽１０に移送した後、冷却槽１０の上部に設けられた開閉弁１１を開くと、分解液２０の蒸気が配管１６を通じて冷却槽１０の外部に放出され、冷却槽１０内の圧力が減圧する。このように冷却槽１０内の圧力が減圧すると冷却槽１０内の分解液２０が気化し、その際の気化熱によって分解液２０の温度が下がり、分解液２０が冷却される（フラッシュ冷却）。気化して配管１６に放出された蒸気は、冷却水等の冷媒が循環している凝縮器１７に送られて熱交換され、流体として貯留槽１８に回収されるようになっている。
【００２３】
冷却槽１０で冷却された分解液２０は、冷却槽１０の底部に接続される排出配管１５を通じて回収槽１９に回収される。ここで、排出配管１５には排出弁１３が設けられており、これを開放することで冷却槽１０の底部から分解液２０が排出されて、回収槽１９に送られる。
【００２４】
以上の構成を備えたプラスチックの分解装置を用いて、次にようにしてプラスチック成形品の分解処理をおこなう。
【００２５】
まずプラスチック成形品と水等の流体とを前処理槽７に投入して十分に攪拌し、分解槽１に供給する。このようにプラスチック成形品と流体とを分解槽１に供給した後、分解槽１を密閉状態にし、プラスチック成形品と流体を攪拌装置５で攪拌しながら加熱手段２で加熱する。
【００２６】
そして、温度検出器３で分解槽１内の温度を、圧力検出手段４で分解槽１内の圧力を、それぞれ検出しながら加熱手段２による加熱をおこない、検出された温度と圧力に応じて加熱を制御することによって、分解槽１内の流体が超臨界状態又は亜臨界状態になる温度・圧力を維持し、この超臨界状態又は亜臨界状態の流体を反応触媒としてプラスチック成形品を分解することができる。例えばプラスチック成形品として不飽和ポリエステル樹脂成形品を用い、流体として水を用いる場合、プラスチック成形品濃度１０〜１５ｗｔ％、分解温度１８０〜２５０℃、圧力１．０〜４．０ＭＰａに調整し、水を超臨界状態又は亜臨界状態に維持して１〜４時間反応させることによって、不飽和ポリエステル樹脂をエステル交換反応させ、スチレンマレイン酸共重合体や多価アルコール等のモノマーに加水分解することができる。
【００２７】
所定の分解時間経過後、排出用開閉弁１２を操作することにより、超臨界状態又は亜臨界状態の分解液２０を排出配管１４を通じて冷却槽１０に移送する。
【００２８】
分解液２０を分解槽１から冷却槽１０に移送した後、冷却槽１０の上部に設けられた開閉弁１１を開いて冷却槽１０内の分解液２０の蒸気を配管１６を通じて放出させ、冷却槽１０内の圧力を減圧していく。このように冷却槽１０内の圧力が減圧すると、上述したように、冷却槽１０内の分解液２０が気化し、その際の気化熱によって分解液２０の温度が下がり、分解液２０が冷却される。本実施形態では、分解槽１よりも断面積が大きな円筒形の冷却槽１０を用いているため、冷却槽１０における分解液２０の気液界面Ｂが分解槽１における分解液２０の気液界面Ａよりも大きく液表面からの蒸気発生量が増加している。このため、従来、分解槽１でおこなっていた分解液２０のフラッシュ冷却に比べて、開閉弁１１の開度を急激に上げた場合でも液表面からの蒸気が充分に供給され、突沸の心配なく効率的にフラッシュ冷却を実施することができる。したがって、より短時間でフラッシュ冷却による分解液２０の温度低下を一層促進することができ、冷却時間の短縮化が図られる。
【００２９】
このようにして冷却槽１０内の分解液２０を冷却し、冷却槽１０内の圧力が常圧またはその付近になった時点で排出弁１３を開放して分解液２０を回収槽１９に回収する。
【００３０】
以上、実施形態に基づいて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い。例えば、分解槽と冷却槽の間に、円筒多管式熱交換器を設け、分解液を分解槽から冷却槽に移送中に分解液温度を低下させることもできる。また、冷却効率促進のために、冷却槽をジャケット構造にして冷却水等の冷媒を冷却槽の外周に供給するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係るプラスチックの分解装置の一実施形態を示した概要構成図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  分解槽
２  加熱手段
３  温度検出器
４  圧力検出手段
１０  冷却槽
１１  開閉弁
１２  排出用開閉弁
１３  排出弁
１４，１５  排出配管
１６  配管
１７  凝縮器
１８  貯留槽
１９  回収槽
２０  分解液
【図１】
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