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【発明の名称】 プラスチック廃棄物の油化処理方法及び装置
【発明者】 【氏名】御手洗 征明

【氏名】村田 勝英

【要約】 【課題】プラスチック廃棄物の熱分解に伴い発生する分解ガスを油化するための、熱効率が優れ、構成が簡単で小型の装置を提供する。

【構成】プラスチック廃棄物を熱分解槽において熱分解し、これにより発生する熱分解生成ガスを冷却して油化して回収する方法および装置において、前記熱分解槽に高周波電流用コイルを配置して誘導加熱し、前記プラスチックを熱分解することを特徴とする油化方法及び装置。油化処理装置には、該熱分解槽内で発生する熱分解生成ガスを油化する冷却塔と、該冷却塔で油化されなかった熱分解生成ガスを焼却する焼却手段とを設け、更に、該焼却手段への該ガスの導入経路に前処理工程で除去し切れなかったハロゲン化合物を固定化するための固定化材を配した脱ハロゲン塔を設ける。生成油を生成油タンクへと導く経路にガスの吹き抜け防止手段を設ける。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
プラスチック廃棄物を熱分解槽において熱分解し、これにより発生する熱分解生成ガスを冷却して油化して回収する方法において、該熱分解槽中のプラスチック廃棄物を高周波誘導加熱により熱分解することを特徴とするプラスチック廃棄物の油化処理方法。
【請求項2】
油化されなかった熱分解生成ガスを焼却する、請求項1記載の油化処理方法。
【請求項3】
油化されなかった熱分解生成ガスを焼却する前に、該熱分解生成ガス中のハロゲン化水素を除去する、請求項1又は2記載の油化処理方法。
【請求項4】
プラスチック廃棄物を収容する熱分解槽と、該熱分解槽内で該プラスチック廃棄物が熱分解されて発生する熱分解生成ガスを冷却して油化する冷却塔とを備えた油化処理装置に於いて、該熱分解槽に高周波電流用コイルを配置したことを特徴とする、プラスチック廃棄物の油化処理装置。
【請求項5】
上記冷却塔で油化されなかった熱分解生成ガスを焼却する焼却手段を備えた請求項4記載の油化処理装置。
【請求項6】
上記焼却手段への該熱分解生成ガスの導入経路に該熱分解生成ガス中のハロゲン化水素を固定するハロゲン固定化材を充填した脱ハロゲン塔を設けたことを特徴とする、請求項5記載の油化処理装置。
【請求項7】
上記ハロゲン化水素が塩化水素或いは臭化水素であることを特徴とする請求項6に記載の油化処理装置。
【請求項8】
上記ハロゲン固定化材が、炭酸カルシウムを水に懸濁させた溶液であることを特徴とする請求項6又は7に記載の油化処理装置。
【請求項9】
油化されて回収される生成油を生成油タンクへと導く経路に、上記熱分解生成ガスの吹き抜け防止手段を設けたことを特徴とする、請求項4ないし8のいずれか1項に記載の油処理装置。
【請求項10】
上記熱分解生成ガスを油化する冷却塔が、冷却管を垂直に配して、冷却されて油化された生成油が生成油タンクに還流されるように配置されたことを特徴とする請求項4ないし9のいずれか1項に記載の油化処理装置。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明は、プラスチック廃棄物を再利用のために熱分解して生成油を回収するプラスチック油化処理方法及び装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来からプラスチック廃棄物の油化処理は行われており、その油化処理の基本は、プラスチック廃棄物を加熱して熱分解し、各種燃料油およびガスを得ることである。
【0003】
プラスチック廃棄物は不純物元素を無視できないほど多く含むことがあり、特に一般廃棄物プラスチックには塩素および窒素が多く含まれることがある。このうち塩素は主として塩化ビニル樹脂中に存在し、窒素は主としてABS樹脂中に存在する。プラスチック廃棄物中の塩素の殆どは「塩化水素」となり、ガスとして発生するので、環境を保全するために、塩化水素を除去処理し、大気放出を防ぐ必要がある。また、窒素の一部は毒性のある「シアン化水素」となり、これもガスとして発生するので、環境保全のために除去処理して大気への放出を防ぐことが必要である。この除去処理には、従来は熱分解生成ガスとともに焼却し、次いで水による多段吸収或いはアルカリ性物質(水溶液あるいは固定化材)による固定化が行われており、その焼却処理によりシアン化水素を熱分解して無害な窒素および水に変換し、多段吸収処理或いは固定化処理により塩化水素を塩酸として回収或いは固定化除去している。
【0004】
また、プラスチック廃棄物が臭素系防燃剤を含む場合、多くの臭素が混入しており、臭素は塩素と同じハロゲン族で、その挙動は両者共通する。すなわち、「臭化水素」となり、ガスとして発生する。近年、臭素や臭化水素の有害性が指摘されはじめており、このうち臭素は塩素と同様に処理でき、臭化水素は塩化水素と同様に処理できる。塩化水素および臭化水素を以下では「ハロゲン化水素」という。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
従来からの技術でシアン化水素を熱分解でき、塩化水素を除去することができる。また、臭化水素も除去できるので、ハロゲン全体に対応できている。しかしながら、プラスチック廃棄物の焼却処分時に燃焼生成ガス、同伴窒素ガス及び過剰空気によってガス量が大きく増え、これに伴い多段吸収処理設備あるいは固定化除去設備の規模が大きくなり、設備費が増大し運転費も高価になる。
【0006】
また、プラスチック廃棄物を熱分解し油化する場合、廃プラスチックを加熱融解、熱分解するとき、プラスチック類は熱伝導が悪いため加熱および冷却に時間がかかるので、時間当たりの処理量が減少し、運転費も高くなる。
【0007】
或るプラスチック油化プラントの試運転報告書によれば、前処理されたプラスチック廃棄物(フラフ)800Kg/時、熱分解生成ガス15.9wt%、吸収塔排ガス量(乾き)898ノルマル立方メートル/時となっている。熱分解生成ガスの分子量を30.1(エタンの分子量)と設定すると、熱分解生成ガスは、800×15.9/100=127.2Kg/時、127.2/30.1=4.23Kgモル/時、4.23×22.4×288/273=100ノルマル立方メートル/時となる。熱分解生成ガスは、焼却処分によってガス量を増し、吸収塔で処理される。すなわち、焼却処分によってガス量が898/100=約9倍となっている。この増えたガスに含まれる塩化水素を除去するため、水による多段吸収処理設備を設け、塩化水素を塩酸として回収している。9倍のガス量を処理するため、該処理設備の規模が大きくなり、設備費や運転費が嵩んでいる。
【0008】
出願人は、図1に示したような、プラスチック廃棄物aを収容した2つの熱分解槽b,bから生じる熱分解生成ガスを冷却水dが循環する冷却塔cへ導き、これにより凝縮された生成油を生成油タンクeに溜め、ポンプfにより送り出して回収し、冷却塔cを通過した熱分解生成ガスを焼却炉gで燃料油hと共に焼却して、その排ガスは固定化材を収容した2段の固定化塔i、jを通過して大気中に放出される構成のバッチ式のプラスチック廃棄物の油化処理装置を作製して油化処理を実験した。この装置では、プラスチック廃棄物400Kgに対し、焼却後排ガス量が400ノルマル立方メートルであった。焼却前排ガス量が45ノルマル立方メートルであったので、焼却処分によってガス量が400/45=8.9倍となっている。この増えたガスに含まれる塩化水素を除去するため、ハロゲン固定化材を充填した固定化塔を設けて塩化水素を中和除去処理してみたが、ガス量が9倍にもなっているため、中和除去の効率が悪くなり、固定化塔を大きく構成し固定化材を多く使用することで対処する必要が生じ、設備規模の大型化によって設備費が増大し、また、定期的な固定化材の交換の規模が大きくなることにより運転費も高価になるという不都合が見られた。
【0009】
本発明は、プラスチック廃棄物の熱分解に伴い発生するシアン化水素及びハロゲン化水素を除去でき、しかもプラスチック廃棄物を熱分解する際に熱効率が優れ、構成が簡単で小型の油化処理方法及び装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明により、プラスチック廃棄物を熱分解槽において熱分解し、これにより発生する熱分解生成ガスを冷却して油化して回収する方法において、該熱分解槽中のプラスチック廃棄物を高周波誘導加熱により熱分解することを特徴とするプラスチック廃棄物の油化処理方法が提供される。
本発明の方法は、プラスチック廃棄物を収容する熱分解槽と、該熱分解槽内で該プラスチック廃棄物が熱分解されて発生する熱分解生成ガスを冷却して油化する冷却塔とを備えた油化処理装置に於いて、該熱分解槽に高周波電流用コイルを配置したことを特徴とする、プラスチック廃棄物の油化処理装置によって実施することができる。
本発明では、冷却塔で油化されなかった熱分解生成ガスは、焼却手段で焼却するのが好ましい。
また本発明の装置には、上記焼却手段への該熱分解生成ガスの導入経路に該熱分解生成ガス中のハロゲン化水素を固定するハロゲン固定化材を充填した脱ハロゲン塔を設けるのが好ましい。
【発明の効果】
【0011】
プラスチック廃棄物を熱分解し油化する際、熱分解槽を高周波誘導加熱することにより、加熱速度を早くできると同時に、熱分解終了後の残渣取り出しのための冷却も早めることができる。
さらに、本発明の方法によれば、油化されなかったプラスチック廃棄物からの熱分解生成ガスを、その焼却前にハロゲン固定化材に通過させてハロゲン化水素を固定化除去するようにしたので、処理ガス量が増えず、これに伴い固定化塔などの固定化除去設備を小型に構成でき、固定化材の量も少なくなるから設備費と運転費を削減することができ、固定化材の交換、移動も簡単になり短時間で完了できる効果がある。また、消石灰や生石灰の固定化材とシアン化水素は反応せずシアン化水素は固定されて除去されるから、アルカリ性溶液に溶け込んだシアン化水素やシアン化化合物をもう一度液中から除去する必要がなくなり、運転費が削減できる。さらに、焼却処分後のガスは無害で後処理が不要であるから、焼却炉等の焼却設備構造に自由度が生じて焼却処分が容易になり、焼却熱を任意に利用できる。冷却されて回収される生成油を生成油タンクへと戻す経路に、ガス吹き抜け防止手段を設けることでガスが生成油タンクから固定化手段を経ずに通過することを防止でき、ハロゲン化水素の大気放出が防止され焼却処理するときの熱分解生成ガスの品質を安定させることができ、特に生成油タンクにおける生成油の液面が低いときにガスの吹き抜けを防止できて有効であり、固定化塔を比較的上流に設備できるので油化装置全体を単純化でき、設備費を低減できる等の効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【0012】
熱分解槽に配置される高周波電流用コイルは、プラスチック廃棄物を誘導加熱できる限り、いかなる箇所に配置してもよい。ただし、プラスチック廃棄物が該コイルに直接接触しないことが望ましい。例えば、熱分解槽の外周に配置しても、或いは熱分解槽内にプラスチック廃棄物を収容する容器を設け、該容器に高周波電流用コイルを配置してもよい。該コイルを配置する熱分解槽又は容器の材料は、従来高周波誘導加熱に使用されている慣用の材料、例えばステンレス鋼、鉄、が使用できるが、耐塩素性材料SUS316Lなどから成るのが望ましい。
【0013】
熱分解生成ガス中のハロゲン化水素とは、塩化水素或いは臭化水素である。
ハロゲン固定化材には、消石灰、生石灰、炭酸カルシウム等が使用できる。
油化されて回収される生成油を生成油タンクへと導く経路に、熱分解生成ガスの吹き抜け防止手段を設けておくことが好ましい。
【0014】
図面に基づき本発明の実施の形態をバッチ式のプラスチック廃棄物の油化処理装置につき説明すると、図2に於いて1はプラスチック廃棄物3を収容した熱分解槽であり、高周波誘導加熱コイル2を備え、プラスチック廃棄物3が加熱されて発生する熱分解生成ガスは、生成油タンク5内及びこれに連設されたハロゲン固定化材6を収容した脱ハロゲン塔7を介して、冷却水が循環する冷却塔8へ導かれ、その冷却により凝縮油化された油は配管11を介して生成油タンク5で回収される。ハロゲン固定化材6は水に懸濁させた炭酸カルシウムからなり、これを熱分解生成ガスが通過するとき、ガス中のハロゲン化水素が吸着固定される。
【0015】
冷却塔8により油化されなかった熱分解生成ガスは、焼却手段である焼却炉9へ導入経路15を介して送られ、燃料油10と共に焼却され、該熱分解生成ガス中に含有されるシアン化水素は熱分解して無害な物質として大気中に放出される。
【0016】
冷却塔8から生成油タンク5へ生成油を回収する経路を構成する配管11には、逆U字状のトラップ等で構成した吹き抜け防止手段12を設け、熱分解生成ガスが配管11内を生成油タンク5から冷却塔8へと吹き抜け、脱ハロゲン塔7を迂回してしまうことのないようにし、確実に熱分解生成ガスをハロゲン固定化材6と接触させ、熱分解生成ガスの品質が安定するようにした。また、ガスの吹き抜けが起きないので、ハロゲン固定化材6を熱分解生成ガスの流れの比較的上流に設置でき、設備全体が単純化され、安価に設備を製作できる。13は生成油を回収するポンプである。
【0017】
ハロゲン固定化材6は、焼却炉9で焼却する前に熱分解生成ガスと接触するように配置され、これによりハロゲン化水素を固定するので、焼却炉9で焼却されるガス量が少なくなり、可及的にハロゲン固定化材6の量や脱ハロゲン塔7の大きさを小さくすることができ、定期的なハロゲン固定化材6の交換の費用が安価になる。ハロゲン固定化材6はシアン化水素を燃焼炉9へと通過させ、シアン化水素は燃焼により無害化されるので、従来のように焼却処分によって大幅に増大したガスを水に多段吸収させたりアルカリ性物質に固定させたりする必要がなく、回収液からのシアン化水素の除去作業が不要になって、運転経費が安価になる。
【実施例】
【0018】
図2に示した構成の装置に於いて、熱分解槽1に合計で400Kgのプラスチック廃棄物2を収容し、これを高周波誘導加熱コイル2に電流を通じることにより誘導加熱した。プラスチック廃棄物3の組成は、ポリエチレン50wt%、ポリプロピレン20wt%、ポリスチレン20wt%、ポリ塩化ビニル5wt%、ABS樹脂1wt%、混入不純物4wt%である。熱分解槽1を5時間にわたり誘導加熱することでその内部温度が450℃に達した。この温度上昇の過程において、最初にプラスチック廃棄物3が溶融し、次いで約300℃までの間で塩化水素ガスが発生し、温度上昇の後半で廃棄物3の熱分解が進み、熱分解生成ガスが生成油タンク5および冷却塔8によって生成油とガスに分離された。
【0019】
冷却塔8から生成油を回収する配管11には、配管に高低差を設けてガス吹き抜け防止手段12を構成させ、生成油タンク5からのガスの吹き抜けを防止した。生成油は、生成油タンク5に貯留され、適当なタイミングでポンプ13により排出した。熱分解生成ガスは、生成油タンク5と冷却塔8の中間にある脱ハロゲン塔7のハロゲン固定化材6により処理し、該冷却塔8を通過した熱分解生成ガスは焼却炉9へ導いて焼却処理した。
【0020】
これらの処理で、熱分解生成ガス中の塩化水素ガスが脱ハロゲン塔7において固定化除去され、熱分解槽1の高周波誘導加熱コイル2や焼却炉9の焼却でシアン化水素が無害となるように熱分解される。冷却塔8を通過する排出ガス量(乾き)は、計45ノルマル立方メートルであった。脱ハロゲン塔7のハロゲン固定化材6には、水に懸濁させた炭酸カルシウムを使用し、これを複数回の回分処理の間に定期的に交換、移動した。
【0021】
熱分解による油化処理の終了後、熱分解槽1を2時間冷却した。次いで熱分解槽1を開放し、槽内の残渣を回収した。熱分解生成物のガス処理前の成分は、対原料プラスチック廃棄物で、ガス14wt%、塩化水素2wt%、生成油78wt%、残渣物6wt%で、従来の処理法と同じであった。
【0022】
脱ハロゲン塔7で処理するガスは、冷却塔8から排出されるガス量に冷却塔8で回収される生成油を加えたものであり、「排出されるガスを乾燥させる」意味で冷却回収液が少ないので、冷却塔8の排出ガス量45ノルマル立方メートルに極めて近い。これは、従来の方法で固定化塔で処理するガス量が400ノルマル立方メートルであるのに比べ、約9分の1と非常に少ない。そのため、中和除去の効率が良くなり、脱ハロゲン塔7が小さくなり、設備費が安価になる。また、脱ハロゲン塔7が小さいので、定期的なハロゲン固定化材6の交換、移動の規模が小さくなり、運転費が少なくなる。
【0023】
原料プラスチック廃棄物3の組成(重量比)および熱分解生成物のガス処理前の内訳(重量比)、および冷却塔8の排ガス量を次表にまとめた。
<流れ 重量比>プラスチック廃棄物 100 熱分解生成物 100
組成 ポリエチレン 50 内訳 ガス 14
ポリプロピレン 20 塩化水素 2
ポリスチレン 20 生成油 78
ポリ塩化ビニ 5 残渣物 6
ABS樹脂 1
不純物 4
<冷却塔排ガス量(乾き)>45ノルマル立方メートル
【0024】
比較のために図1に示した構成の装置により油化処理を回分処理により行った。#400Kgのプラスチック廃棄物aを熱分解槽bに投入し、これと同時に燃料油を燃焼させて加熱を開始した。該プラスチック廃棄物の組成は、ポリエチレン50wt%、ポリプロピレン20wt%、ポリスチレン20wt%、ポリ塩化ビニル5wt%、ABS樹脂1wt%、混入不純物4wt%であった。5時間の加熱により熱分解槽の内部温度は450℃に達した。この温度上昇の最初に該プラスチック廃棄物が溶融し、次いで約300℃までで塩化水素ガスが発生し、温度上昇の後半で該プラスチック廃棄物の熱分解が進み、熱分解生成ガスは生成油タンクe及び冷却塔cによって生成油と排ガスとに分離された。生成油は生成油タンクeに溜められ、適当なタイミングでポンプにより排出した。排ガスは焼却炉gで焼却され、2基の固定化塔i、jで処理して大気中に放出した。これらの処理において、焼却炉gでシアン化水素が熱分解され、固定化塔i、jで塩化水素ガスが固定化除去されてた。固定化塔i、jの排ガス量(乾き)は、計400ノルマル立方メートルであった。2基の固定化塔には、ハロゲン固定化材として水に懸濁させた合計400Kgの炭酸カルシウムを使用し、複数回の回分処理の間、定期的にハロゲン固定化材を交換、移動した。
【0025】
この熱分解油化処理の終了後、熱分解槽bを4時間冷却し、次いで熱分解槽bを開放して槽内の残渣を回収した。熱分解生成物のガス処理前の内訳(重量比)と固定化塔排ガス量をまとめると次表の通りである。
<流れ 重量比>プラスチック廃棄物 100 熱分解生成物 100
組成 ポリエチレン 50 内訳 ガス 14
ポリプロピレン 20 塩化水素 2
ポリスチレン 20 生成油 78
ポリ塩化ビニル 5 残渣物 6
ABS樹脂 1
不純物 4
<固定化塔排ガス量(乾き)>合計400ノルマル立方メートル
【図面の簡単な説明】
【0026】
【図1】実験用に構成したプラスチック油化処理装置の説明図
【図2】本発明の実施に使用したプラスチック油化装置の説明図
【符号の説明】
【0027】
1 熱分解槽、2高周波誘導加熱コイル、3 プラスチック廃棄物、5 生成油タンク、6 ハロゲン固定化材、7 脱ハロゲン塔、8 冷却塔、9 焼却炉、11 配管(経路)、12 吹き抜け防止手段。
【出願人】 【識別番号】506167904
【氏名又は名称】株式会社 GAIA
【識別番号】506261475
【氏名又は名称】村田 勝英
【出願日】 平成18年7月31日(2006.7.31)
【代理人】 【識別番号】100084308
【弁理士】
【氏名又は名称】岩見谷 周志


【公開番号】 特開2008−31328(P2008−31328A)
【公開日】 平成20年2月14日(2008.2.14)
【出願番号】 特願2006−207399(P2006−207399)