(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
廃プラスチックを熱分解して分解ガスを生成する熱分解釜、及び熱分解釜で得られた分解ガスを冷却して液化させ、再生油を得る凝縮器を有する廃プラスチック油化処理装置であり、
前記熱分解釜には、溶融廃プラスチックが供給され、
前記熱分解釜内の前記溶融廃プラスチックの液面を制御する液面計測部が設けられ、
前記液面計測部は、複数の温度計を有すると共に、これらの温度計の温度測定部の位置を、高さ方向にそれぞれ異なる位置に配し、各温度計の温度の変化で、前記液面の位置を把握して、前記溶融廃プラスチックの供給を制御することにより、前記熱分解釜内の前記溶融廃プラスチックの液面の位置を所定範囲内となるようにする制御部であり、
前記熱分解釜の上方に、この熱分解釜で得られた分解ガスを還流させる還流塔が設けられ、前記分解ガス内の高沸成分を前記熱分解釜に戻し、
前記凝縮器で得られる再生油の一部を冷却し、前記還流塔、及び前記還流塔と前記凝縮器との間の配管に戻すことを特徴とする廃プラスチック油化処理装置。
【発明を実施するための形態】
【0009】
この発明に係る廃プラスチック油化処理装置は、
図1に示すように、廃プラスチックMを熱分解して分解ガスを生成する熱分解釜11a及び熱分解釜11aで得られた分解ガスを冷却して液化させ、再生油を得る凝縮器12を有する装置である。
【0010】
この発明の処理対象となる廃プラスチックとしては、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリスチレン、ポリアミド等があげられる。
【0011】
具体的な工程としては、
図1に示す工程をあげることができる。まず、処理対象の廃プラスチックMを、洗浄・乾燥工程13で洗浄・乾燥する。これにより、前記廃プラスチックMに付着しているゴミを除くことができると共に、次工程での液化をより容易に行うことができる。この洗浄機としては、((株)カネミヤ製:Bun−Sen)等を上げることができる。また、前記乾燥工程は、熱分解釜11aの廃熱を利用して乾燥を行うことができる。
【0012】
洗浄・乾燥された廃プラスチックMは、液化工程14にて液化されて溶融廃プラスチックが得られる。このときの温度は、対象の廃プラスチックを液化できる温度であればよく、230℃〜260℃程度であれば十分である。この液化工程に用いられる装置としては、一軸押出機や二軸押出機等の押出機等をあげることができる。
【0013】
次に、前記の溶融廃プラスチックは、熱分解釜11aに供給されて熱分解され、分解ガスとなる。この熱分解釜11aは、これを加熱する燃焼炉11bと共に熱分解炉11を構成し、燃焼炉11bにより、熱分解釜11aの温度が調整される。この熱分解釜11aの内部には、溶融廃プラスチックを攪拌する攪拌機(図示せず)が設けられ、これにより、熱分解釜11a内部の温度がほぼ均一になるようにされる。
【0014】
ほぼ大気圧下におけるこの熱分解温度は、370℃以上がよく、380℃以上が好ましい。370℃より低いと、前記溶融廃プラスチックを十分に熱分解することが困難となる場合がある。一方、熱分解温度の上限は、400℃がよく、390℃が好ましい。400℃より高いと、炭化が生じ、前記再生油の収率が悪化するおそれがあると共に、熱分解釜11a内に炭化物が蓄積することとなる。
【0015】
前記熱分解釜11a内の前記溶融廃プラスチックの液面(以下、単に「液面」と称する場合がある。)を制御する液面計測部が設けられる。この液面計測部により、液面の位置を所定範囲内となるようにする制御することが可能となる。このため、前記熱分解釜11a内での前記溶融廃プラスチックにかかる熱量がほぼ一定となり、熱分解反応を安定して行うことが可能となる。
【0016】
前記の液面計測部は、
図2に示すように、複数の温度計31を有し、かつ、これらの温度計31の温度測定部の位置を、高さ方向にそれぞれ異なる位置に配した装置である。熱分解釜11a内において、液体の溶融廃プラスチックからなる液相部とその上方の気相部とは、温度に差が生じる。このため、各温度計31の温度を監視し、この温度の変化で、前記液面の位置を把握することが可能となる。そして、前記液面の位置により前記溶融廃プラスチックの供給を制御する、すなわち、前記液面が所定の範囲より下がったら、前記溶融廃プラスチックの供給を増量、逆に、前記液面が所定の範囲より上がったら、前記溶融廃プラスチックの前記熱分解の供給を減量することにより、前記液面の位置を所定範囲内に保持することができる。
【0017】
前記温度計31としては、温度を測定できるものであればよく、熱電対等があげられる。
前記温度計の設置数は、複数、すなわち2つ以上であればよく、3つ以上が、温度変化確認の点で好ましい。また、温度計の設置数の上限は、その目的から5つあれば十分である。
【0018】
以下において、液面計測部の具体例を
図2を用いて説明する。
図2においては、3つの温度計(31a、31b、31c)を用いる。そして、目標とする前記溶融廃プラスチックの液面の位置(以下、「基準面」と称する。)32の位置に、温度計31bの温度測定部を配し、この基準面32の上方に距離aだけ離れた位置に温度計31aの温度測定部を配し、前記基準面32の下方に距離cだけ離れた位置に温度計31cの温度測定部を配する。
【0019】
この熱分解釜11aの内部は、高温状態にある。そして、液相部の温度は、上方の気相部に比べてより温度が高い。このため、前記液面が温度計31aの温度測定部より上方にあるとき、すなわち、全温度計31の温度測定部が前記液相部内に浸かっているとき、各温度計に示される温度は、前記溶融廃プラスチックの温度となる。
【0020】
この状態において、前記溶融廃プラスチックの供給が減量している場合、前記溶融廃プラスチックの熱分解が生じ、ガス化していくので、前記液面は低下していく。そして、温度計31aの温度測定部が前記液面より上方に出て、気相部に移る。このとき、温度計31aが示す温度は、一時的に低下する。これにより、前記液面の位置が温度計31aの温度測定部より下方の位置にあることが把握できる。
【0021】
次いで、前記溶融廃プラスチックの供給の減量を続けると、前記液面はどんどん低下していき、温度計31bの温度測定部が前記液面より上方に出て、気相部に移る。このとき、温度計31bが示す温度は、一時的に低下する。これにより、前記液面の位置が温度計31bの温度測定部、すなわち基準面より下方の位置にあることが把握できる。
【0022】
続いて、前記溶融廃プラスチックの供給の減量を続けると、前記液面はさらに低下していき、温度計31cの温度測定部が前記液面より上方に出て、気相部に移る。このとき、温度計31cが示す温度は、一時的に低下する。これにより、前記液面の位置が温度計31cの温度測定部より下方の位置にあることが把握できる。
【0023】
この状態で前記溶融廃プラスチックの増量を行うと、温度計31cの温度測定部が前記液面より下方となり、液相部に移る。このとき、温度計31cが示す温度は、一時的に上昇する。これにより、前記液面の位置が温度計31cの温度測定部より上方の位置にあることが把握できる。
【0024】
続いて、前記溶融廃プラスチックの増量を続けると、温度計31bの温度測定部が前記液面より下方となり、液相部に移る。このとき、温度計31bが示す温度は、一時的に上昇する。これにより、前記液面の位置が温度計31bの温度測定部、すなわち基準面より上方の位置にあることが把握できる。
【0025】
さらに、前記溶融廃プラスチックの増量を続けると、温度計31aの温度測定部が前記液面より下方となり、液相部に移る。このとき、温度計31aが示す温度は、一時的に上昇する。これにより、前記液面の位置が温度計31aの温度測定部より上方の位置にあることが把握できる。
【0026】
この状態になったら、前記溶融廃プラスチックの供給を停止する。そして、これらを繰り返すことにより、前記液面は、温度計31aの温度測定部付近と温度計31cの温度測定部付近との間を行き来することとなり、前記液面をこの範囲内に保持することが可能となる。
【0027】
この温度計31aの温度測定部と温度計31cの温度測定部との距離、すなわち、a+c、一般的にいえば、前記基準面から最も上方になる測定対象の温度計の温度測定部と、前記基準面から最も下方になる測定対象の温度計の温度測定部との距離である、測定対象範囲距離は、前記界面のブレの幅として、熱分解反応の効率性に影響を及ぼさない範囲で、設定することができる。
【0028】
この測定対象範囲距離は、具体的には、600mm以下がよく、550mm以下が好ましい。600mmより大きいと、熱分解釜内上部気相温度を測定してしまい温度変化を確認できないという問題点を生じる場合がある。一方、この測定対象範囲距離の下限は、具体的には、300mm以上がよく、200mmが好ましい。200mmより小さいと、攪拌機を使用しているのであまり短い距離だと測定不可能である。また、ある程度距離がないと温度差が明確にならないという問題点を生じる場合がある。
【0029】
なお、
図2においては、奇数本の温度計を用いたが、偶数本の温度計を用いてもよい。偶数本の温度計を用いる場合は、温度測定部の位置が中央になる2本の温度計の温度測定部の間に前記基準面が配されるようにすると、気相部2本の温度計がほぼ同じ値を示し、また液相部の温度計2本も同様なことが起るので、前記基準面がどの位置にあるのかより明確になる。
また、
図2においては、3つの温度計を用いたが、前記液面変動の制御の細かさを考慮して、5つ以下の温度計を用いるのがよく、4つ以下の温度計を用いるのが好ましい。一方、使用する温度計の下限は、2本である。
【0030】
前記熱分解釜11aで得られた分解ガスは、凝縮器12に送られる。そして、ここで液化可能な分解ガスは液化される。次いで、気液分離装置16によって、気液が分離され、気体成分は浄化装置17で浄化されて排気として放出される。
一方、液体成分である再生油Pは、貯液タンク18に貯蓄され、製品として使用される。
【0031】
ところで、前記熱分解釜11aで得られた分解ガスを、凝縮器12に送られる前に、
図3に示すように、還流塔15に送ってもよい。この還流塔15に前記分解ガス11を送ることにより、この分解ガス11は、還流される。これにより、前記分解ガスについてきたワックス分等の高沸成分は、下方の熱分解釜11aに戻される。この還流塔15には、内部で還流が生じる状態、すなわち、前記分解ガスと分解ガスの液化物とが向流する状態が生ずればよく、そのような状態が生じる方法として、還流塔15の高さを、前記した目的を達成できる程度の高さにする方法や、還流塔15の内部の温度が前記分解ガスの液化を可能にし得る程度に還流塔15を冷却する方法等があげられる。また、還流塔15の内部には、必要に応じて、充填材を充填してもよい。充填材を用いることにより、還流塔の高さを低めに設定し、冷却の程度を下げることが可能となる。
【0032】
さらに、
図3に示すように、後述する貯液タンク18に貯蔵される製品たる再生油Pの一部を抜き出し、凝縮器21で冷却した後、これを還流塔15の上部に戻してもよい。このようにすることにより、還流塔15に上がってきた分解ガスを、製品たる再生油Pで直接接触することにより、冷却することが可能となる。戻す再生油Pの量や温度は、再生油の回収量、再生油に含まれる高沸成分の量、目標とする冷却の程度等に応じて、適宜選択される。そして、このようにすることにより、還流塔15内における冷却の効果をより向上させ、高沸成分の分解ガスからの分離をより容易にすることができる。
【0033】
前記の充填材としては、規則充填物であっても、不規則充填物であってもよい。前記規則充填物は、還流の状態を一定に保つことができると共に、圧損をより低減することができるので、好ましい。この規則充填物は、多数の孔を有するものであり、多数の孔を開けた平板体や網状体等を円柱状、塔の形状に加工したものがあげられる。そして、この規則充填物は、その径や高さを還流塔15の径や高さに合わせたものが使用される。このような規則充填物としては、MCパック(マツイマシン(株)製)等があげられる。
【0034】
前記還流塔15において、液体状の高沸成分や液化した分解ガスは、下方の熱分解釜11aに戻され、一方、残った分解ガスは、凝縮器12に送られる。
【0035】
前記凝縮器12での冷却効果が不十分な場合、ガス状態の分解ガスが浄化装置17に行く可能性がある。この状態が生じる可能性がある場合は、
図3に示すように、貯液タンク18に貯蔵される製品たる再生油Pの一部を抜き出し、凝縮器21で冷却した後、これを還流塔15から凝縮器12への配管に戻してもよい。このようにすることにより、凝縮器12に送られる分解ガスが、再生油Pとの直接接触により冷却され、凝縮器12での冷却を補助することができる。戻す再生油Pの量や温度は、再生油の回収量、再生油に含まれる高沸成分の量、目標とする冷却の程度等に応じて、適宜選択される。
【0036】
ところで、高温の分解ガスが凝縮器12内にそのまま入った場合、液化と同時に凝縮器12の熱交換チューブ内面に付着が生じる恐れがある。さらに、場合によっては、高温状態が維持されていると、炭化が生じてしまうこともある。このような場合、凝縮器12内部の洗浄が必要となるが、単なる洗浄では落ちず、削ぎ落としが必要となる場合がある。これに対し、冷却した再生油Pの一部を分岐して凝縮器12への配管にスプレー状で流すことにより、高温ガスと冷却再生油を直接接触させ、分解ガスの温度を低下させることができ、凝縮器12の熱交換チューブ内面に付着や炭化を防止することができる。
【0037】
また、前記凝縮器12での冷却効果が不十分な場合や、回収する再生油Pの成分を調整したい場合は、気液分離装置16から浄化装置17の配管に、第2の凝縮器と第2の気液分離装置を設けてもよい。このようにすると、前記凝縮器12での冷却効果が不十分な場合、再度の冷却が可能となり、より確実に再生油Pの回収が可能となる。
【0038】
また、このようにすると、回収する再生油Pの成分を調整したい場合、凝縮器12と第2の凝縮器の冷却温度を異なる温度とし、凝縮器12の冷却温度をより高めとすることにより、凝縮器12によって液化され、貯液タンク18に回収された再生油は、第2の凝縮器によって液化され、第2の貯液タンクに回収された再生油より沸点のより高い成分を回収することが可能となり、使用目的等に応じた再生油の製造が可能となる。
【0039】
ところで、凝縮器12の冷媒として空気等が用いられるが、この凝縮器12で熱が加えられた空気等の一部を、洗浄・乾燥工程13において、乾燥用の熱風として用いると、熱リサイクルの観点から好ましい。
また、製品たる再生油Pの一部を、燃焼炉11bの燃焼原料の一部として用いると、外部エネルギーの消費を節約でき、装置全体で見ると、省エネルギー化することができる。
【0040】
上記した方法で再生油Pを製造した場合、熱分解釜11aの中には、残渣分が溜まることになる。このため、熱分解釜11aでの廃プラスチックMの熱分解の効率があまり低下しないタイミングで、熱分解釜11aを冷却し、内部の残渣分を、溶融廃プラスチックMと共に取り出すことが必要となる。この場合、自然冷却してもよいが、熱分解釜11aが大きい場合は、冷却に時間がかかることとなり、効率的でない。このような場合、
図4に示すように、熱分解釜11aに、この熱分解釜11aの内部ガスを冷却するための冷却部を連結することが好ましい。
この冷却部は、熱分解釜11aの内部ガスを冷却するための凝縮器22、熱分解釜11aの内部ガスを凝縮器22に送るための導出ライン、及び凝縮器22で冷却された内部ガスを熱分解釜11aに戻す導入ラインを有する。
この冷却部を稼働させる場合は、まず、前記燃焼炉11bを一時停止させて、熱分解釜11aの加熱を一時停止する。次いで、熱分解釜11aの内部ガスを前記導出ラインを経由して凝縮器22に送る。そして、凝縮器22で内部ガスを冷却した後、この冷却した内部ガスを前記導入ラインを経由して熱分解釜11aに戻す。
この操作により、熱分解釜11aの内部を強制冷却することができ、冷却時間を短縮できるので好ましい。このとき、熱分解釜11aから凝縮器22への配管で少量の窒素ガス(N
2)を加えて陽圧にすることが好ましい。そのようにすると、凝縮器22での冷却により、その後の配管が負圧となり、空気、特に酸素が浸入するのを防止することができる。酸素が侵入すると、温度が高いため、酸化が生じる恐れがあるからである。
なお、熱分解釜11a内の残渣分は炭化物なので、できるだけ冷却した方が良い。
【0041】
この発明に係る廃プラスチック油化処理装置を用いると、従来、廃棄、燃焼処理されていた廃プラスチックから再生油を得ることができ、新たなエネルギー源を得ることができる。
【実施例】
【0042】
以下、この発明を実施例を用いてより具体的に説明する。
[実施例1]
図1に示すフロー図のうち、熱分解釜11a以降のフローを用いた。そして、熱分解炉11は、
図2に示す熱分解釜11aとして、内容積1リットルの反応釜を用い、燃焼炉11bとしてマントルヒーターを用いた。そして、反応釜上部を含め、マントルヒーターで覆われていない反応釜の部分を断熱材で覆った。
また、温度計は3本用い、基準面に1つの温度計(以下、「中部温度計」と称する。)の温度測定部を配し、基準面から15mm上方に、もう1つの温度計(以下、「上部温度計」と称する。)の温度測定部を配し、基準面から15mm下方に、残りの温度計(以下、「下部温度計」と称する。)の温度測定部を配した。
【0043】
まず、反応釜内に、廃プラスチックとしてポリプロピレンの切りくず750gを投入した。
次いで、マントルヒーターを470℃に設定し、加熱しながら、廃プラスチックを溶融した。このとき、熱分解釜11a内にキャリアガスとして窒素ガスを0.2L/min流した。なお、撹拌機は回転させなかった。
【0044】
ヒーター温度、各温度計の温度は表1に示すように変化した。60分経過時あたりで廃プラスチックが溶解し始め、90分経過時あたりで、廃プラスチックがほぼ溶融した。210分経過時あたりで、全ての温度計の温度が350℃付近、又はそれ以上となったので、廃プラスチックが完全に溶解したと考え、一旦マントルヒーターを切断した。
240分経過後、全ての温度計の温度が平温付近になったので、再度、マントルヒーターを470℃に設定し、加熱を始めた。
【0045】
360分経過後、下部温度計の温度が300℃を越え、中部温度計の温度が300℃となり、420分経過後、上部温度計の温度が300℃を越えた。
そして、480分経過後、上部温度計の温度が344℃を示した後、510分経過後、330℃を示し、14℃の低下が見られた。この段階で、上部温度計は、液相部から離れたと考えられる。
【0046】
次に、510分経過後、中部温度計の温度が368℃を示した後、540分経過後、357℃を示し、11℃の低下が見られた。この段階で、中部温度計は、液相部から離れたと考えられる。
そして、540分経過後、下部温度計の温度が379℃を示した後、570分経過後、367℃を示し、12℃の低下が見られた。この段階で、下部温度計は、液相部から離れたと考えられる。
【0047】
これら以降、各温度計が示す温度は、上昇に転じた。
したがって、各温度計の温度測定部が液相部から気相部に移行するとき、温度が10℃以上低下することが確認された。
そして、この実験で得られた再生油は、ワックス等の高沸成分の含有量が少なく、安定して溶融廃プラスチックの熱分解を行われたことが推察される。
なお、この操作で得られた再生油は、従来と差がなく、また、熱分解釜11aの残渣は、原料重量の2〜3%で、従来と差はなかった。
以下に、時間と温度の変化を表1にまとめて示す。
【0048】
【表1】