(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数種類のプラスチック材料を含む廃プラスチックの組成分析装置において、
廃プラスチックをガスクロマトグラフィーにより測定して複数のピークからなるガスクロマトグラフィー強度を求めるガスクロマトグラフィー測定部と、
プラスチック材料の各々について予めガスクロマトグラフィーにより求めたガスクロマトグラフィー強度のピーク値を、プラスチック材料毎にリテンション時間に対応させて一列に並べて作成されたガスクロマトグラフィー行列を内蔵するとともに、このガスクロマトグラフィー行列の逆行列を、ガスクロマトグラフィー測定部で求めたガスクロマトグラフィー強度に作用させることによって各々のプラスチック材料の含有率ベクトルを求める演算部と、
を備えたことを特徴とする廃プラスチックの組成分析装置。
【請求項２】
ガスクロマトグラフィー測定部は、熱分解ガスクロマトグラフィーにより廃プラスチックを測定することを特徴とする請求項１記載の廃プラスチックの組成分析装置。
【請求項３】
ガスクロマトグラフィー測定部は、質量分析ガスクロマトグラフィーにより廃プラスチックを測定することを特徴とする請求項１記載の廃プラスチックの組成分析装置。
【請求項４】
ガスクロマトグラフィー測定部は、赤外分析により廃プラスチックを測定することを特徴とする請求項１記載の廃プラスチックの組成分析装置。
【請求項５】
ガスクロマトグラフィー測定部の上流側に、廃プラスチックを粉砕して均一化する粉砕部を設けたことを特徴とする請求項１記載の廃プラスチックの組成分析装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は複数種類のプラスチック材料を含む廃プラスチックの組成分析装置に係り、とりわけ迅速かつ確実に廃プラスチックの組成分析を行なうことができる廃プラスチックの組成分析装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より複数種類のプラスチック材料を含む廃プラスチックの組成分析を行なう場合、廃プラスチックを人手により一つ一つ取り出し、概観の差、特徴などにより分別仕分けし、分別したものから代表的な試料を赤外分析してプラスチック材料の含有量を求めていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
人手により廃プラスチックを一つ一つ取り出し、概観の差、特徴などにより分別、仕分けを行う作業は、膨大な時間および人件コストがかかっていた。特に、廃プラスチックがゴミの場合、分割、仕分けを行う作業は悪臭、粉塵の存在する悪環境での作業になるため、従事者に大きなストレスを与えている。また、調査対象の全数に対して、費用が高価で多くの時間を必要とする分析を行うことは実質的に不可能で、一部の対象物しか測定することはできない。さらに廃プラスチックはその表面が汚染されており正確な分析が不可能なため、正確な分析を行なうことはむずかしい。
【０００４】
本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、迅速かつ精度良く廃プラスチックの組成分析を行なうことができる廃プラスチックの組成分析装置を提供することを目的とする。
【０００５】
本発明は、複数種類のプラスチック材料を含む廃プラスチックの組成分析装置において、廃プラスチックをガスクロマトグラフィーにより測定して複数のピークからなるガスクロマトグラフィー強度を求めるガスクロマトグラフィー測定部と、プラスチック材料の各々について予めガスクロマトグラフィーにより求めたガスクロマトグラフィー強度のピーク値を、プラスチック材料毎にリテンション時間に対応させて一列に並べて作成されたガスクロマトグラフィー行列を内蔵するとともに、このガスクロマトグラフィー行列の逆行列を、ガスクロマトグラフィー測定部で求めたガスクロマトグラフィー強度に作用させることによって各々のプラスチック材料の含有率ベクトルを求める演算部と、を備えたことを特徴とする廃プラスチックの組成分析装置である。
【０００６】
本発明は、ガスクロマトグラフィー測定部は、熱分解ガスクロマトグラフィーにより廃プラスチックを測定することを特徴とする廃プラスチックの組成分析装置である。
【０００７】
本発明は、ガスクロマトグラフィー測定部は質量分析ガスクロマトグラフィーにより廃プラスチックを測定することを特徴とする廃プラスチックの組成分析装置である。
【０００８】
本発明は、ガスクロマトグラフィー測定部は、赤外分析により廃プラスチックを測定することを特徴とする廃プラスチックの組成分析装置である。
【０００９】
本発明は、ガスクロマトグラフィー測定部の上流側に、廃プラスチックを粉砕して均一化する粉砕部を設けたことを特徴とする廃プラスチックの組成分析装置である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００１１】
まず図８により、本発明による廃プラスチックの組成分析装置の全体について説明する。
【００１２】
廃プラスチックの組成分析装置は複数種類のプラスチック材料、例えばポリ塩化ビニール（ＰＶＣ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリエチレン（ＰＥ）およびポリプロピレン（ＰＰ）を含む廃プラスチックの組成分析を行なうものである。
【００１３】
このような廃プラスチックの組成分析装置１０は、図８に示すように、廃プラスチックをガスクロマトグラフィーにより測定して複数のピークからなるガスクロマトグラフィー強度を求めるガスクロマトグラフィー測定部１２と、ガスクロマトグラフィー測定部１２で求められたガスクロマトグラフィー強度に基づいて各プラスチック材料の含有率ベクトルを求める演算部１３とを備えている。
【００１４】
またガスクロマトグラフィー測定部１２の上流側に、廃プラスチックを粉砕して均一化する粉砕部１１が設けられている。この場合、粉砕部１１において、廃プラスチックを０℃と液体窒素の０．１気圧沸騰温度との間の温度まで冷却し、廃プラスチックを冷凍粉砕することが好ましい。
【００１５】
また、ガスクロマトグラフィー測定部１２の下流側には、演算部１３からの情報に基づいて廃プラスチックを熱分解して油を生成する油化装置１４が設けられている。
【００１６】
この油化装置１４は廃プラスチックを加熱して脱塩する脱塩装置１４ａと、熱分解装置１４ｂと、廃プラスチック中から油を生成する油生成装置１４ｃとを有している。また脱塩装置１４ａには、ＨＣｌ処理装置１４ｄが接続され、油化装置１４は演算部１３で求めた廃プラスチック中の各プラスチック材料の含有率に対応して、熱分解条件を定めるようになっている。
【００１７】
なお、ガスクロマトグラフィー測定部１２は、熱分解ガスクロマトグラフィー、質量分析ガスクロマトグラフィーまたは赤外分析ガスクロマトグラフィーのいずれかにより廃プラスチックを測定してガスクロマトグラフィー強度を求めるようになっている。
【００１８】
次にこのような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。
【００１９】
まず、複数種類のプラスチック材料、例えば、ＰＶＣ、ＰＳ、ＰＥおよびＰＰを含む廃プラスチックが粉砕部１１へ供給され、この粉砕部１１において廃プラスチックは粉砕されて均一化される。
【００２０】
次に廃プラスチックは、ガスクロマトグラフィー測定部１２へ送られ、このガスクロマトグラフィー測定部１２において複数のピークからなるガスクロマトグラフィー強度が求められる。このガスクロマトグラフィー測定部１２からの信号は演算部１３に送られ、この演算部１３において各々のプラスチック材料の含有率ベクトルが求められて、各々のプラスチック材料の含有率が演算される。
【００２１】
次に演算部１３における具体的演算方法について説明する。
【００２２】
はじめに演算部１３における演算方法の基本的原理について述べる。
【００２３】
前提として、廃プラスチック中にＰＶＣ、ＰＳ、ＰＥ、ＰＰの４種類のプラスチック材料が含まれ、これらプラスチック材料の含有率は未知となっている。
【００２４】
まず、ＰＶＣ、ＰＳ、ＰＥ、ＰＰについてそれぞれを予め熱分解ガスクロマトグラフィーにより測定する。ＰＶＣ、ＰＳ、ＰＥ、ＰＰの各々の測定結果を図１〜図４に示す。図１（ａ）のＰＶＣの測定結果に注目すると、横軸がリテンション時間となり、縦軸がガスクロマトグラフィー強度（ＧＣ強度）となる。図１（ａ）において、リテンション時間Ｔ（ＲＴ）ＰＶＣ１、ＴＰＶＣ２、ＴＰＶＣ３、ＴＰＶＣ４に、ベンゼン、トルエン、ナフタレン、アントラセンのピークが存在する。それぞれのピーク位置でのＧＣ強度が、ＩＰＶＣ１、ＩＰＶＣ２、ＩＰＶＣ３、ＩＰＶＣ４であったとする。
【００２５】
ＰＶＣのＧＣ強度を図１（ｂ）に示す。
【００２６】
ＰＳ、ＰＥ、ＰＰに関しても、予めガスクロマトグラフィー強度を求め、各々の測定結果を各々図２（ａ）（ｂ）、図３（ａ）（ｂ）、図４（ａ）（ｂ）に示す。
【００２７】
図２（ａ）において、リテンション時間ＴＰＳ１，ＴＰＳ２，ＴＰＳ３，ＴＰＳ４に、ベンゼン、トルエン、スチレンモノマー、スチレンダイマーのピークが各々存在する。
【００２８】
また図３（ａ）において、リテンション時間ＴＰＥ１，ＴＰＥ２，ＴＰＥ３，ＴＰＥ４，ＴＰＥ５，ＴＰＥ６に、ｎ−Ｃ５Ｈ１０，ｎ−Ｃ５Ｈ１２，ｎ−Ｃ６Ｈ１２，ｎ−Ｃ６Ｈ１４，ｎ−Ｃ７Ｈ１４，ｎ−Ｃ７Ｈ１６のピークが各々存在する。
【００２９】
さらに図４（ａ）において、リテンション時間ＴＰＰ１，ＴＰＰ２，ＴＰＰ３，ＴＰＰ４，ＴＰＰ５，ＴＰＰ６に、ｉ−Ｃ５Ｈ１０，ｉ−Ｃ５Ｈ１２，ｉ−Ｃ６Ｈ１２，ｉ−Ｃ６Ｈ１４，ｉ−Ｃ７Ｈ１４，ｉ−Ｃ７Ｈ１６，のピークが各々存在する。
【００３０】
図１〜図４に示す各々のプラスチック材料の熱分解ガスクロマトグラフィー測定結果から、少なくとも１つのピークであって他のプラスチック材料には存在しない、もしくは存在しても小さいものをできるだけ１つ以上選びだす。選び出したリテンション時間の異なる独立したピークの数は、特定するプラスチック材料の数から１を減算した数以上である必要がある。本発明の場合は、特定したいプラスチック材料はＰＶＣ、ＰＳ、ＰＥ、ＰＰの４種類なので、少なくてもリテンション時間が異なる３つ以上のピークを選び出す必要がある。
【００３１】
図１（ａ）（ｂ）に示すＰＶＣからリテンション時間ＴＰＶＣ１、ＴＰＶＣ２、ＴＰＶＣ３の３つのピークを選びだし、図２（ａ）（ｂ）に示すＰＳからリテンション時間ＴＰＳ１、ＴＰＳ２、ＴＰＳ３の３つのピークを選びだし、図３（ａ）（ｂ）に示すＰＥからＴＰＥ１、ＴＰＥ２の２つのピークを選びだし、図４（ａ）（ｂ）に示すＰＰからＴＰＰ１、ＴＰＰ２の２つのピークを選びだす。この場合、合計１０ピークを選びだすが、ＴＰＶＣ１とＴＰＳ１、ＴＰＶＣ２とＴＰＳ２はリテンション時間が等しいので、リテンション時間が異なる独立したピークの数は８となる。
【００３２】
このようにして選択した８つのピークについて、リテンション時間の小さい順序で整理したものを図５に示す。図５において、リテンション時間が小さいものから順番にＴ１、Ｔ２、Ｔ３、…、Ｔ８の記号を対応させた。次に、リテンション時間Ｔ１〜Ｔ８におけるＰＶＣ、ＰＳ、ＰＥ、ＰＰのＧＣ強度を読み取り一覧表にまとめる（図６）。
【００３３】
リテンション時間Ｔ１のＰＶＣ、ＰＳ、ＰＥ、ＰＰのＧＣ強度は、Ｉ１ＰＶＣ、Ｉ１ＰＳ、Ｉ１ＰＥ、Ｉ１ＰＰとなる。
【００３４】
図１〜図４に示すＧＣ強度と、図６に示すＧＣ強度との対応例を図７に示す。
【００３５】
次に図６に示すＧＣ強度を行列化すると、
行列“Ａ”＝
【数１】
0003792588.tif 000002
となる。
【００３６】
また、１００％ＰＶＣの含有率ベクトルとして、
ベクトル“Ｅｐｖｃ”＝
【数２】
0003792588.tif 000003
となる。
【００３７】
さらに１００％ＰＳの含有率ベクトルとして、
ベクトル“Ｅｐｓ”＝
【数３】
0003792588.tif 000004
を導入する。
【００３８】
このとき、行列“Ａ”に、ベクトル“Ｅｐｖｃ”、ベクトル“Ｅｐｓ”を作用させると、
【数４】
0003792588.tif 000005
となる。
【００３９】
それぞれ、ＧＣ強度ベクトル“Ｉｐｖｃ”、“ＩＰＳ”として、
“ＩＰＶＣ”＝
【数５】
0003792588.tif 000006
“ＩＰＳ”＝
【数６】
0003792588.tif 000007
を得る。
【００４０】
これは、図１、図２、図６に示すＰＶＣ、ＰＳの熱分解ガスクロマトグラフィーの測定結果に基づいて、選び出したピークのリテンション時間が小さい順番にＧＣ強度を並べたものと等しくなる。
【００４１】
次にＰＶＣとＰＳが５０％づつ含まれる含有率ベクトルとして、
ベクトル“Ｅｍｉｘ１”＝
【数７】
0003792588.tif 000008
を導入する。
【００４２】
行列“Ａ”に、ベクトル“Ｅｍｉｘ１”ベクトルを作用させると、
【数８】
0003792588.tif 000009
となる。
【００４３】
混合されたプラスチックに相互作用が小さいため、熱分解ガスクロマトグラフィーの応答は近似的に濃度に比例していると仮定することができる。すると、式（１０）の値は、ＰＶＣ、ＰＳが５０％づつ混合した場合の熱分解ガスクロマトグラフィーのＧＣ強度に等しい。
【００４４】
行列“Ａ”の逆行列である行列“Ａ−１”を導入すると、
【数９】
0003792588.tif 000010
となる。
【００４５】
式（１１）（１２）に基づいて、ＧＣ強度ベクトル“Ｉｍｉｘ１”から、含有率ベクトル“Ｅｍｉｘ１”を求めることができる。
【００４６】
上記の演算は、一般的に成立する関係式であり、ＧＣ強度ベクトル“Ｉｍｅｓ”から含有率ベクトル“Ｅｍｅｓ”を求めることができる。
【００４７】
すなわち、本発明によれば、演算部１３には予めガスクロマトグラフィーにより求めた各々のプラスチック材料のＧＣ強度ベクトルに基づいて作成した行列“Ａ”が内蔵されている。演算部１３において、この行列“Ａ”の逆行列“Ａ−１”に基づいて、ガスクロマトグラフィー測定部１２において測定された廃プラスチックのＧＣ強度ベクトル“Ｉｍｅｓ”を用いて、廃プラスチックの含有率を以下の式（１３）（１４）により求めることができる。
【００４８】
【数１０】
0003792588.tif 000011
〔実施例〕
次に本発明の具体的実施例について説明する。
【００４９】
実施例１
北海道Ｓ市内から、分別収集した廃プラスチック中の各プラスチック材料、すなわちＰＶＣ、ＰＳ、ＰＥ、ＰＰの含有量を調べた。
【００５０】
廃プラスチックは、パッカー車により市内より容器包装廃プラスチックを回収し集積所に一時保管するが、集積所から廃プラスチックを５００Ｋｇ入手した。
【００５１】
この廃プラスチックを外観から種類別に分け、全ての種類に関して、表示シールや、製造元への連絡、赤外の分析などによりプラスチック材料の種類を明らかにした。分別、重量測定に４人の作業員で３日間の日数を必要とした。種類の特定作業に２人の作業者で２週間の日数を必要とした。（手作業法）
次に、本発明による廃プラスチックの組成分析装置を用いて各プラスチック材料の含有率を求めた。先に手作業で含有量を調べた廃プラスチック５００Ｋｇ全量を粉砕部１１で処理して、数ｍｍ程度の大きさにした。次に粉砕部１１において攪拌後、その中から、１００ｇの試料を３組、採取した。
【００５２】
それぞれの試料を液体窒素により微粉砕し、数１０μｍ程度にした。微粉砕した各試料を攪拌し、その中から各０．５ｇ採集し、熱分解ガスクロマトグラフィー測定部１２で測定した。
【００５３】
次に演算部１３において、ガスクロマトグラフィー測定部１２からのガスクロマトグラフィー強度に基づいて、各プラスチック材料の含有量を求めた。
【００５４】
プラスチック材料の含有量の測定結果を表１に示す。
【００５５】
【表１】
0003792588.tif 000012
表１において、Ｎ＝１，Ｎ＝２，Ｎ＝３は回数を示す。
【００５６】
表１に示すように、手作業法では、延べ４０人日かかったが、本発明によれば３人日で測定が終了した。測定結果は、両者とも、ほぼ同じ数値を示した。
【００５７】
今回測定した廃プラスチックは、比較的、素性の調べやすい廃プラスチックとなっている。しかし、実際の廃プラスチックは、原型が認めにくいものや、素性の調べにくいもの、汚染され分析も困難なものが多く手作業が全ての場合適法可能とは限らない。
【００５８】
これに対して本発明によれば熱分解ガスクロマトグラフィー分析により、短時間に正確な分析結果が得られた。
【００５９】
実施例２
実施例２は図８に示す本発明の実施の形態に対応している。
【００６０】
廃プラスチックの中に含まれるＰＶＣは加熱すると熱分解して塩化水素ガスを発生する。図８に示すように、脱塩装置１４ａで発生した塩化水素ガスは、塩化水素処理装置（ＨＣｌ処理装置）１４で無害化処理している。
【００６１】
一般に廃プラスチックの中に含まれるＰＶＣの含有量は変動し、廃プラスチックを定量処理すると発生する塩化水素ガスも変動してしまう。
【００６２】
この場合、塩化水素処理装置１４ｄ内に過剰に塩化水素が入りこむと、塩化水素の除外能力が低下する。処理規模に余裕のある大な塩化水素処理装置を導入するとコストも大きくなり経済的でない。
【００６３】
本発明においては、安定した濃度で塩化水素ガスを発生させるために、廃プラスチック中のＰＶＣの含有量に応じて塩化水素処理装置１４ｄにおける処理速度を変動させる。
【００６４】
また、廃プラスチックは、熱分解装置１４ｂにおいて加熱、熱分解して油生成装置１４ｃにおいて油に変換するが、プラスチック材料の種類により熱分解温度、熱分解時の吸熱量が異なる。適切な温度で熱分解しないと、熱分解装置１４ｂの内部圧力が処理中に増加し可燃性の分解ガスの漏出の危険が高い。また適切な温度で熱分解しないと、油生成装置１４ｃ内において生成油の質が品質管理の定格値から外れる。
【００６５】
本発明においては、演算部１３において各プラスチック材料の含有率を求め、その結果を油化装置１４のプロセス条件に反映している。
【００６６】
油化装置１４の運転結果を表２に示す。
【００６７】
表２において、比較例として、各プラスチック材料の含有量を測定することなく油化装置を運転した場合の運転結果を示す。
【００６８】
【表２】
0003792588.tif 000013
表２に示すように、油化装置の運転において、演算部１３で求めた各プラスチック材料の含有量を反映させた本発明の場合、プラスチック材料の含有率を反映させない比較例に比べて、安定した運転結果を得ることができた。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ガスクロマトグラフィー測定部により求めた廃プラスチックのガスクロマトグラフィー強度を用いて、演算部において迅速かつ精度良く廃プラスチック中の各種プラスチック材料の含有率を求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＰＶＣの熱分解ガスクロマトグラフィー測定結果を示す図。
【図２】ＰＳの熱分解ガスクロマトグラフィー測定結果を示す図。
【図３】ＰＥの熱分解ガスクロマトグラフィー測定結果を示す図。
【図４】ＰＰの熱分解ガスクロマトグラフィー測定結果を示す図。
【図５】ガスクロマトグラフィー測定結果のリテンション時間を示す図。
【図６】ガスクロマトグラフィー測定結果のＧＣ強度を示す図。
【図７】ガスクロマトグラフィー測定結果のＧＣ強度の対応関係を示す図。
【図８】本発明による廃プラスチックの組成分析装置を示す概略系統図。
【符号の説明】
１０  廃プラスチックの組成分析装置
１１  粉砕部
１２  ガスクロマトグラフィー測定部
１３  演算部
１４  油化装置
１４ａ  脱塩装置
１４ｂ  熱分解装置
１４ｃ  油生成装置
１４ｄ  ＨＣｌ処理装置
【図１】
0003792588.tif 000014
【図２】
0003792588.tif 000015
【図３】
0003792588.tif 000016
【図４】
0003792588.tif 000017
【図５】
0003792588.tif 000018
【図６】
0003792588.tif 000019
【図７】
0003792588.tif 000020
【図８】
0003792588.tif 000021