２０２４年度 ＪＰＥＣフォーラム＜ セッション４ ＞
ケミカルリサイクルによるプラスチック資源循環技術開発

触媒分解反応に及ぼす反応因子の検討

２０２４年５月１４日
一般財団法人カーボンニュートラル燃料技術センター
製造プロセス技術部 プラスチック資源循環研究室
ー禁無断転載・複製 ©JPEC ２０２４ー本日の内容１．製油所機能の活用

２．石油化学原料の最大化を目指して
３．触媒反応の目指す姿
４．廃プラ触媒分解プロセスフロー（概念図）
５．ラボ実験に用いる撹拌翼の選定
６．モックアップ装置を用いた脱色実験

７．触媒反応実験 回転数影響把握
８．まとめ
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１．製油所機能の活用

・ルート1＋ルート2
トータルの、石化収率最大化
・NEDO-PJ目標は、原料プラからの石化収率70％以上
ルート2

ルート1

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２．石油化学原料の最大化を目指して
１．触媒反応を選択
・熱分解反応を選ばない理由
熱分解はランダムな開裂反応を起こす
生成物分布が広くなり、石油化学原料収率が低い・触媒を使用することで均質な活性点で反応を制御する
高選択率で石油化学原料を得る
２．溶媒を使用・局部過熱を避け、均一な加熱を行うため・触媒粉体を均一に分散させるため・反応場制御により、石油化学原料収率を高くする

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３．触媒反応の目指す姿
・トータルでの石油化学原料転換率70%を達成する
・大規模に処理する

１．過分解生成物（メタン等）ミニマム、未分解生成物ミニマムを両立させた反応
石油化学原料（C2～C9留分）+FCC原料の収率最大化
均一加熱、均一分散状態で、触媒反応を行うことで実現
２．大規模処理バッチ式ではなく、連続反応方式を採用連続式撹拌槽型反応器を選択

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４．廃プラ触媒分解プロセスフロー（概念図）

廃プラサイロ

廃プラスチッ
ク

成分分析
センサー

＃1溶融
溶解槽 熱交換器

加熱媒体

溶媒タンク

連続処理プロセス【触媒分解工程】【溶融溶解工程】

ガス成分
分流器#2溶融溶解槽

触媒

#1触媒
分解反応槽

ガス成分
分流器

#2触媒
分解反応槽

【生成物分離工程】
生成物蒸留塔フィーダー
粘性率等のセンサー

軽質留分
石油化学へ固形物等の排出（#2も同様）

固液分離機

対象例

重質留分
（低分解生成物）
製油所
FCC/RFCC装置へ充填材他
触媒

サクションストレーナー

溶融溶解プラ用移送ポンプ【異物除去工程】

大規模処理、高い石化原料収率
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ラボ実験における課題

廃プラサイロ

廃プラスチック

成分分析
センサー＃1溶融溶解槽 熱交換器

加熱媒体

溶媒タンク

連続処理プロセス【触媒分解工程】【溶融溶解工程】

ガス成分分流器#2溶融溶解槽

触媒

#1触媒
分解反応槽

ガス成分分流器

#2触媒
分解反応槽

【生成物分離工程】
生成物蒸留塔フィーダー
粘性率等のセンサー

軽質留分
石油化学へ固形物等の排出（#2も同様）

固液分離機

対象例

重質留分（低分解生成物）
製油所
FCC/RFCC装置へ充填材他
触媒

サクションストレーナー

溶融溶解プラ用移送ポンプ【異物除去工程】

ラボ実験は、溶融溶解と触媒反応をワンポットで行う
粘度変化しても均一分散に対応できる撹拌翼の選定が必要
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５．ラボ実験に用いる撹拌翼の選定
触媒分解反応における影響因子と転化率の相関関係把握【選定条件】①低粘度～高粘度の広い粘度範囲に適用可能②溶液中の触媒粉体の均一分散が可能③大規模スケールでの納入実績が豊富

特殊な大型平板撹拌翼を選定

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５．ラボ実験に用いる撹拌翼の選定

ボトムパドルからの強い吐出流により槽壁に上昇流が発生し槽内全域にわたる全体循環流が形成（出所：住友重機械プロセス機器株式会社カタログ）（https://www.shi-pe.shi.co.jp/products/mixing/maxblendclub/mbabout.html）

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６．モックアップ装置を用いた脱色実験
Case狙い1◇プラスチックが加熱により溶融した高粘度状態を想定

2◇プラスチックの触媒分解後の低粘度状態を想定

モックアップ実験概要◇水及び水飴から成る高、低粘度模擬液を使用し、各種回転数と撹拌動力の関係把握、脱色時間を計測し、適切な撹拌回転数を検討【30L容器で実験】 着色(ヨウ素)

脱色(Na S O )223Copyright © 2024 Japan Petroleum and Carbon Neutral Fuels Energy Center All Rights Reserved .

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６．モックアップ装置を用いた脱色実験
ケース１：高粘度実験結果
0min 246101520 30min

高粘度、低粘度とも100rpmで素早く脱色

50rpm

75
ケース２：低粘度実験結果
1001200sec 5

10 152025 3035 40 45 50sec

50rpm
75100
120

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７．触媒反応実験 回転数影響把握【反応器】 MAXBLEND®翼付き 10ℓオートクレーブ【反応条件】◇原料：プラ（PE:PP:PS=3:3:1混合物）◇溶媒：石油系溶媒 ◇触媒：市販ゼオライト◇仕込み：触媒/プラ比：25wt％、 プラ/溶媒比：20wt%◇温度：400℃、時間：3hr

回転数120rpm以上でプラ転化率75～80%120rpmで十分撹拌できていることを確認

石化原料収率を評価中
分留し、FCC簡易評価

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８．まとめ◇廃プラの石油化学原料化70%、大規模処理を達成するため、反応において、溶媒および触媒を使用することを選択し、高度に制御された均一分散反応場での触媒反応を検討中◇触媒反応は、固体（触媒の粉体）+液体（石油留分に溶融溶解したプラ）の均一分散状態での反応、触媒反応が進行するに従い、高粘度～低粘度に変化することに適応できる、 MAXBLEND®翼を選定◇ラボ実験においては120rpmで十分撹拌できていることを確認◇今後の予定石化収率最大化に向け、高活性触媒を使用し、触媒反応の最適化を検討

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ご清聴ありがとうございました

謝辞：この成果は、国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）の委託業務（JPNP20012）の結果得られたものです。

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