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特開2022-185230プラスチック油化方法、プラスチック油化装置
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  • 特開-プラスチック油化方法、プラスチック油化装置 図1
  • 特開-プラスチック油化方法、プラスチック油化装置 図2
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022185230
(43)【公開日】2022-12-14
(54)【発明の名称】プラスチック油化方法、プラスチック油化装置
(51)【国際特許分類】
   C10G 1/10 20060101AFI20221207BHJP
   B01J 21/12 20060101ALI20221207BHJP
【FI】
C10G1/10
B01J21/12 Z
【審査請求】有
【請求項の数】10
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2021092757
(22)【出願日】2021-06-02
(11)【特許番号】
(45)【特許公報発行日】2021-08-04
(71)【出願人】
【識別番号】512038665
【氏名又は名称】三好 壽幸
(74)【代理人】
【識別番号】100083172
【弁理士】
【氏名又は名称】福井 豊明
(72)【発明者】
【氏名】三好 壽幸
【テーマコード(参考)】
4G169
4H129
【Fターム(参考)】
4G169AA02
4G169AA08
4G169BA03A
4G169BA03B
4G169CA04
4G169CA10
4G169CA15
4G169DA06
4G169EA02X
4G169EA02Y
4G169EA04Y
4H129AA01
4H129BA04
4H129BB03
4H129BB04
4H129BC12
4H129BC13
4H129BC14
4H129BC24
4H129BC34
4H129KA17
4H129KB02
4H129KC09X
4H129KC09Y
4H129NA21
4H129NA43
(57)【要約】
【課題】 熱分解したプラスチックから発生する熱分解ガスを少ないセラミック触媒で効率よく低分子化させる。
【解決手段】 熱分解したプラスチックから発生する熱分解ガスを、触媒槽で、その周囲温度が350~400℃でケイ酸アルミナ触媒に接触させた後にシリカアルミナ触媒に接触させることによって当該熱分解ガスを低分子化する。ケイ酸アルミナ触媒はケイ酸とアルミナの比率は0.8~1.2:1、体積は10~30mm程度の球あるいは楕円球であり、シリカアルミナ触媒はシリカとアルミナの比率は1.4~1.6:1であり、体積は1~10mmの径1mm程度の細長い形状である。
【選択図】 図2
【特許請求の範囲】
【請求項1】
熱分解したプラスチックから発生する熱分解ガスを触媒槽の中で触媒に接触させることによって当該熱分解ガスを低分子化するプラスチックの油化方法であって、
所定温度下で、前記熱分解ガスをケイ酸アルミナ触媒に通過させる一次処理をし、
次いで、上記温度下で、前記一次処理されたシリカアルミナ触媒を通過させる、
ことを特徴とするプラスチックの油化方法。
【請求項2】
前記ケイ酸アルミナ触媒は、重量比でケイ酸:アルミナが0.8~1.2:1であり、体積が10~30mmである請求項1に記載のプラスチックの油化方法。
【請求項3】
前記シリカアルミナ触媒は、重量比でシリカ:アルミナが1.4~1.6:1であり、体積が1~10mmである請求項1に記載のプラスチックの油化方法。
【請求項4】
前記所定温度が前記触媒槽の周囲温度で350~400℃である請求項1に記載のプラスチックの油化方法。
【請求項5】
前記所定温度が前記触媒槽の周囲温度で700~800℃であり、低分子化対象物質がPCBである請求項1に記載のプラスチックの油化方法。
【請求項6】
プラスチックを熱分解することによって熱分解ガスを発生する熱分解槽と、
前記熱分解ガスの流路の上流側に、ケイ酸アルミナ触媒を充填し、下流側にシリカアルミナ触媒を充填した触媒槽と、
前記触媒槽を所定の温度に保持する加熱手段と
を備えたことを特徴とするプラスチック油化装置。
【請求項7】
前記ケイ酸アルミナ触媒は、重量比でケイ酸:アルミナが0.8~1.2:1であり、体積が10~30mmである請求項6に記載のプラスチック油化装置。
【請求項8】
前記シリカアルミナ触媒は、重量比でシリカ:アルミナが1.4~1.6:1であり、体積が1~10mmである請求項6に記載のプラスチック油化装置。
【請求項9】
前記所定温度が前記触媒槽の周囲温度で350~400℃である請求項6に記載のプラスチック油化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、プラスチック油化方法とプラスチック油化装置に関し特に、セラミック触媒を用いたプラスチック油化方法とプラスチック油化装置に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、石油の枯渇等のエネルギー問題が顕在化する中、石油等から既に製造されたプラスチックを、再度、石油等へ改質するプラスチック油化技術の開発が重要視されている。
【0003】
従来のプラスチック油化技術として、シリカアルミナ触媒、ゼオライト触媒等の固体酸触媒を使用する技術が知られている。このような固体酸触媒は、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィンを含むプラスチックを効果的に分解・低分子化することが出来るとしている。
【0004】
しかしながら、一般の固体酸触媒を用いる従来の方法では、当該固体酸触媒の触媒活性が十分とは言えないため、プラスチック又はプラスチック溶解状態・熱分解状態から発生する熱分解ガスから低分子化油又は低分子化ガスへ低分子化(油化、分解)する場合の分解速度や分解効率、油化効率が不十分であるという問題があった。
【0005】
当該問題を解決するために、特開平9-302358号公報(特許文献1)では、特定の計算式によって求められた結晶化度が5%以下、シリカとアルミナとの重量比(SiO/Al)が90/10~65/35、酸価が0.4mgKOH/g以下のシリカ・アルミナ触媒を、金属イオン処理した金属イオン処理シリカ・アルミナ触媒の存在下に、プラスチックを接触熱分解して油状物を製造することを特徴とするプラスチックの油化方法が開示されている。当該構成により、プラスチック、特にポリオレフィン及びポリスチレンを含む混合プラスチックであっても、油化を効率よく行うことができるとしている。
【0006】
又、特開2001-152163号公報(特許文献2)では、廃プラスチックスをシリカ・アルミナ触媒の存在下において加熱分解し、軽質油を分離する廃プラスチックスの油化方法において、上記シリカ・アルミナ触媒は、その比重が0.2~0.4の多孔質土からなり、二酸化珪素と酸化アルミニウムとの合計含有量が70重量%以下で、かつ、この二酸化珪素と酸化アルミニウムとの組成比が、重量比で0.7~1.7:1である廃プラスチックスの油化方法が開示されている。当該構成により、園芸用として利用され難い粒度の細かい多孔体の火山性軽石をそのまま利用することができるので、安価な触媒を利用することができるとしている。
【0007】
更に、特開2005-187794号公報(特許文献3)では、平均粒子径が30μm~5mmの範囲にあり、安息角が10~50度の範囲にあり、シリカ、シリカアルミナ・アルミナ等の複合酸化物、ゼオライトおよび/または粘土鉱物の少なくとも1種からなり、ポリエチレン、ポリプロピレン、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、塩化ビニル樹脂から選ばれる少なくとも1種の廃プラスチックを液化しうる触媒作用を有する廃プラスチックの液化用無機酸化物粒子(1)、及び当該液化用無機酸化物粒子(1)を用いた廃プラスチックの液化法が開示されている。当該構成により、流動性に富んだ微粒の無機酸化物粒子を加えて加熱することによって、低い温度で液化するとともに、残渣も少なく、着色、臭気等が低減した燃料油が高収率で得られるとしている。
【0008】
更に、本願発明者は特許5450214号で、シリカとアルミナが所定割合のシリカアルミナ触媒を使用して、300~400℃の雰囲気下でプラスチックの熱分解ガスを低分子化する発明を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0009】
【特許文献1】特開平9-302358号公報
【特許文献2】特開2001-152163号公報
【特許文献3】特開2005-187794号公報
【特許文献4】特許5450214号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
しかしながら、特許文献1、特許文献2、特許文献3のいずれに記載の技術でも、シリカアルミナ触媒等のセラミック触媒と、被処理物である廃プラスチックを溶解槽中で混合して所定の温度を与えることによって、液化あるいは低分子化するようになっており、連続処理はできないことになる。
【0011】
特許文献4に記載の発明は、溶解槽と分解槽を設け、溶解槽で溶解した廃プラスチックをガス化した熱分解ガスを分解槽に導く構成となっている。この装置によると連続処理ができ、上記3つの先行技術の欠点は改良されたことになる。しかしながら、「1.2リットルの触媒槽に700~800gのシリカアルミナ触媒を充填し、廃プラスチックを処理すると、5~10リットル/時間の油量を得る。」としている(明細書段落0071)ところから、実用レベルの50~100リットル/時間の収量を確保しようとすると、12リットルの触媒槽が必要となり、例えば槽の高さを24cmとすると、径は25~26cm程度必要となり、触媒の量は7~8kgにもなる。この槽の大きさは全体の装置の大きさを支配することになり、触媒の量はコストに跳ね返ることになる。
【0012】
そこで、本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、熱分解したプラスチックから発生する熱分解ガスを、少ない触媒量で効率よく低分子化させることが可能となるプラスチック油化方法、プラスチック油化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0013】
上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は以下に開示するように、ケイ酸アルミナ触媒と、シリカアルミナ触媒を組み合わせたセラミック触媒を用いる。
【0014】
すなわち、分解ガスが導かれた前記触媒槽の、前記熱分解ガスの上流側にケイ酸アルミナ触媒を配置し、下流側にシリカアルミナ触媒を配置して、当該触媒槽の周囲温度を300~400℃に保持下状態で、前記熱分解ガスを上流側から通過させて前記各触媒の配置の順序で、にして接触させる。
【0015】
前記ケイ酸アルミナ触媒は、重量比でケイ酸:アルミナが0.8~1.2:1であり、当該ケイ酸アルミナ触媒の単体の体積は10~30mmである。また前記シリカアルミナ触媒は、重量比でシリカ:アルミナが1.4~1.6:1であり、当該シリカアルミナ触媒の単体の体積が1~10mmである。
【発明の効果】
【0016】
本発明によれば、熱分解槽で液化しガス化したプラスチックの熱分解ガスは、前記ケイ酸アルミナ触媒層を通過すると、以下の中間ガスを得る。前記中間ガスは冷却すると粘度が、本発明で得られる低分子化された液より大きいが、前記触媒槽通過前の熱分解ガスを冷却した液より小さくなる。更にシリカアルミナ触媒を通過すると、炭素数20以下に低分子化される。前記ケイ酸アルミナ触媒で前処理をしておくと、シリカアルミナ触媒のみを使用する場合に比べて触媒量を減らすことができる。
【0017】
また、触媒槽の周囲温度を700~800℃にすることによってPCBの分解もすることができる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
図1】本発明の実施形態に係るプラスチック油化装置の概略図である。
図2】本発明の実施例と比較例とにおける低分子化油の炭素数分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0019】
本発明は、以下に記述するケイ酸アルミナ触媒とシリカアルミナ触媒に、プラスチックの熱分解ガスを、触媒槽の中で、所定温度で、前記の順に接触させることによって、低分子化するものである。
<ケイ酸アルミナ触媒>
以下に用いるケイ酸アルミナ触媒の成分構成は、ケイ酸:アルミナ(Al)が重量比で0.8~1.2:1(中央値1:1)である。更に、上記のケイ酸とアルミナの合量を1としたとき、重量比で0.4~0.6の酸化カルシウムが加えられる。これら原料は混錬され、下記焼き上がり体積を勘案した所定体積の球あるいは楕円球状に成形される。この成形原料を所定温度(1200℃前後)に加熱して、体積が10~30mmの球あるいは楕円球状の多孔質のセラミック触媒を得る。尚、酸化カルシウムはケイ酸とアルミナの「つなぎ」の機能を備えている。
前記ケイ酸はケイ酸ナトリウム、ケイ酸アルミニウム、ケイ酸カリウムの少なくとも1種を用いることとし、以下の実施例ではケイ酸アルミニウムを用いている。
当該ケイ酸アルミナ触媒に前記熱分解ガスを接触させると、以下の中間ガスを生成する。すなわち、当該中間ガスを冷却すると、粘度が、本発明で得られる低分子化液より大きいが、前記触媒槽通過前の熱分解ガスを冷却した液より小さくなる。
前記粘度の低下から、中間ガスは元の熱分解ガス(炭素数最大40)より最大炭素数が小さくなっていると推定される。このようにケイ酸アルミナ触媒で前処理をして最大の炭素数を低くしておくと、次段のシリカアルミナ触媒に触れさせたときに効率よく低分子化することができる。ただし、後に説明するように、当該ケイ酸アルミナ触媒のみを使用して、炭素数20以下の低分子化液(ガス)を生成することはできない。
上記においてケイ酸とアルミナの純度は90%以上であることが望ましい。10%以上の不純物が混入すると、混入量に応じて触媒活性が落ち、所期の目的を達成しにくくなる。上記のケイ酸アルミナ触媒の見かけ比重は本発明の目的を阻害しない限り、特に限定はないが、0.5~1.2、気孔率は50~60%であることが望ましい。見かけ比重、気孔率がこの範囲外であると、触媒活性が減衰する。前記ケイ酸アルミナ触媒の気孔径は、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定はないが、例えば、50~150μmである。気孔径がこの範囲であるとケイ酸アルミナ触媒内部に複数の細孔が密集した多孔質セラミックとなるから、当該ケイ酸アルミナ触媒内を通過した熱分解ガスが接触する面積を広げ、熱分解ガスを効率よく次段のシリカアルミナ触媒に渡せることが可能となる。一方、気孔径が50μm未満あるいは150μmを超える場合には、上述した機能が低下する場合があり、好ましくない
前記ケイ酸アルミナ触媒の体積が、10mm未満であると熱分解ガスの通過量を抑えることになり、装置全体の効率を低下することになる。逆に前記ケイ酸アルミナ触媒の体積が、30mm以上であると、当該ケイ酸アルミナ触媒に前記熱分解ガスの触れる時間が短くなり、触媒としての効率を落とすことになる。
【0020】
<シリカアルミナ触媒>
本発明に係るシリカアルミナ触媒の成分構成は、シリカ(SiO):アルミナ(Al)が重量比で1.4~1.6:1(中央値で、1.5:1)である。更に、前記シリカとアルミナの合量を1としたとき重量比で0.4~0.6の酸化カルシウム(CaO)が加えられる。これらシリカ、アルミナ、酸化カルシウムを混錬し、下記の焼き上がり体積を勘案した所定形状に成形され、所定温度(1200℃前後)で加熱して、多孔質のセラミック触媒を得る。尚、酸化カルシウムはシリカとアルミナの「つなぎ」の機能を備えている。
この時の焼き上がり形状は径1mm程度の柱状の多孔質であり、体積は1~10mm(従って長さは0.8~8mm程度)である。
【0021】
シリカとアルミナの比率が上記範囲を外れると、以下に記述する触媒としての活性度が落ち、時間当たりに所期の油量を得ることはできない。この場合もシリカとアルミナの純度は90%以上であることが望ましい。10%以上の不純物が混入すると、混入量に応じて触媒活性が落ち、所期の目的を達成しにくくなる。
【0022】
前記シリカアルミナ触媒の見かけ比重は前記ケイ酸アルミナ触媒の場合と同様0.5~1.2、気孔率50~60%であることが望ましい。見かけ比重、気孔率がこの範囲外であると、触媒活性が減衰する。
【0023】
上記したように、ケイ酸アルミナ触媒で得られた中間ガスは、当該シリカアルミナ触媒に触れると、更に低分子化し、最大炭素数が20以下の最終ガスとなり、これを冷却すると、炭素数が20以下の低分子化液となる。
【0024】
前記シリカアルミナ触媒の気孔径はとくに限定されないが、例えば20~100μmである。気孔径がこの範囲であると前記ケイ酸アルミナ触媒である程度炭素数が低くなった中間ガスに対する触媒活性が活発となる。一方、気孔径が20μm未満あるいは100μmを超える場合には、上述した油化効率が低下する場合があり、好ましくない。
【0025】
前記シリカアルミナ触媒の体積は1.0mm~10mm程度が許容され、シリカアルミナ触媒の形状は、基本的には、直径1.0mm、長さ0.8~8.0mm程度の円柱形状である。体積が小さいので、球状にして下記の触媒槽に充填すると、分解ガスが目詰まりを起こすおそれがあり、円柱状(あるいは角柱状)として、分解バスの通過する隙間を作るようにしている。
当該シリカアルミナ触媒の体積が1.0mm満である場合は、前記処理対象のガスが目詰まりを起こすことになり、好ましくない。逆に10mmを越える場合には、細長い形状であるので個々の触媒間の隙間が大きくなり、ガス化されたプラスチックに十分接触しないので、触媒としての効果が低くなる。
【0026】
<プラスチック>
本発明のケイ酸アルミナ触媒およびシリカアルミナ触媒が接触する熱分解ガスの発生源、即ち、廃プラスチックは、熱分解するプラスチック(従って熱硬化性のプラスチックは対象外)であれば、特に限定されない。例えば、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリスチレン(PS)、エチレン系ワックス状重合体、プロピレン系ワックス状重合体、エチレン-プロピレン共重合ゴム(EPM)、エチレン-プロピレン-非共役ジエン共重合ゴム(EPDM)、スチレン-ブタジエン共重合ゴム(SBR)、ブタジエン-アクリロニトリル共重合体ゴム(NBR)、ポリイソプレンゴム(IR)、ブチルゴム(IIR)、ポリブタジエンゴム(BR)等が挙げられる。これらのプラスチックは、農業用品では、温室フィルム、マルチ用フィルム等の農業用ポリフィルム、結束バンド、ポール、プラスチック容器等を、水産業用品では、魚網、養殖用網、海苔の簾、ロープ、バケツ、浮き、ブイ等の漁具、プラスチック容器等を、食品業用品では、食品トレー、卵、野菜等の包装ラップ、コンビニ袋、菓子袋等を、日用品では、洗剤容器、シャンプー容器、灯油容器、発泡スチロール、家電機器、OA機器、文具、玩具等を回収して使用される。尚、本発明では、熱分解ガスをシリカアルミナ触媒に接触させるため、前記プラスチックには、充填剤、各種添加剤、着色料、メタル層等を含んでいても構わない。
【0027】
また処理対象のプラスチックは出来るだけ小さいもの、必要に応じて、粉砕、細断したもの、又は圧延して薄くしたものが好ましく、プラスチックの大きさは、例えば、2.0~20.0mmが好ましい。
【0028】
<プラスチック油化装置>
上記したケイ酸アルミナ触媒とシリカアルミナ触媒を用いたプラスチック油化装置の実施態様を、図面を参照しながら説明する。
【0029】
図1は、本発明の実施形態に係るプラスチック油化装置の概略図である。
【0030】
熱分解槽2の上方に、開閉可能な投入口21が設けられ、破砕・切断された廃プラスチックが当該熱分解槽2内部に投入される。前記投入口21には、例えばスクリュー軸の回転により一端から他端へプラスチックを搬送する搬送装置(スクリュー型押出装置、図示しない)が設けられ、原料となる廃プラスチックが、投入口21を介して熱分解槽2に、所定の時間、所定の量だけ投入される構成になっている。
【0031】
前記熱分解槽2の底面には、前記投入口21から投入された廃プラスチックを溶解する溶解ヒータ221が配置され、胴部外周面には、前記溶解ヒータ221で溶解したプラスチックをガス化するがガス化ヒータ222が配置される。更に、前記溶解ヒータ221により溶解したプラスチックを攪拌する撹拌羽23が備えられ、所定の回転速度で回転する。
【0032】
また、前記熱分解槽2は、当該熱分解槽2の下方に、溶解又は熱分解出来なかった残渣物(不揮発性の炭素質分、プラスチックに含まれる金属片、無機物、何らかの原因により炭化したプラスチック等)を外部に抜き出しする残渣物排出口26を備え、当該残渣物の抜き出しは、当該残渣物排出口26に取り付けた残渣物開閉バルブ27により調整される。
【0033】
また、前記熱分解槽2は、当該熱分解槽2の底部の温度を計測する温度センサ28aと内部の温度を計測する温度センサ28bを備え、当該温度センサ28a、28bにより当該熱分解槽2の底部の温度と内部温度が制御装置25により測定、監視される。更に、前記温度センサ28a、28bと前記溶解ヒータ221およびガス化ヒータ222とは、制御装置25に接続され、当該制御装置25に備えられた操作パネル25aを介して、溶解温度、ガス化温度を設定することができるよう構成されている。
【0034】
前記溶解ヒータ221の設定温度(前記温度センサ28aにより計測)は、上述したように、処理対象となるプラスチックの種類に応じて適宜設計変更されるものの、汎用プラスチックが溶解する300度~350℃に設定される。この温度を350℃以上にすると、処理対象物は溶解することなく炭化するので、「ガス化」したプラスチックを処理するとする本願の目的を達成できない。
また、前記ガス化ヒータ222によるガス化温度(前記温度センサ28bにより測定)は350~450℃に制御される。これによって、溶解ヒータ221によって溶解した処理対象物はガス化ヒータ222によってガス状態になり、ガス送出口29を介して次段の改質槽3に送られることになる。尚、前記熱分解槽2の内圧は、本発明の目的を阻害しない限り、特に調整しておらず、自然圧であるが、必要に応じて、内部圧力センサや内圧制御装置を追加しても構わない。
【0035】
前記改質槽3は、外槽31と当該外槽31との間に所定の空間Xを保って配置された内槽である触媒槽32とより構成される。前記外槽31の周囲には触媒ヒータ34が配置され、前記触媒槽32と外槽31との空間Xに温度センサ35が配置される。前記空間Xの温度(触媒槽の周囲温度)は前記コントローラ25によって、350~400℃前後となるように制御され、これによって、前記触媒槽32内の温度が、300~380℃になる。
【0036】
ここで、触媒槽32を加熱するには、当該触媒槽32の外周に直接ヒータを設ける構成も考えられるが、ここでは触媒槽32内の温度を均一にする必要上外槽31と触媒槽32の間に空間Xを保つ構造とし、外槽31の外周から熱を与える構成としている。更に、前記空間Xに高温に耐える油脂を充填して、前記触媒槽32の温度の均一性を更に高めることでもよい。
【0037】
更に、前記触媒槽32の底面と外槽31の底面との間にも空間Yが設けられ、当該空間Yと前記空間Xは仕切り322で仕切られている。前記熱分解槽2のガス送出口29は、触媒槽32の底面と外槽31の底面との間の前記空間Yに設けられた導入口30に連通しており、これによって、前記熱分解槽2で得られた熱分解ガスは、前記触媒槽32に導かれることになる。
前記触媒槽32の下側開口端には有孔の底板が設けられており、前記熱分解ガスが上流から下流に向かって(図面上、下側から上側に向かって)流れるようになっている。当該触媒槽32の最下層(上流側)には径1.5cm程度のガラス玉32aが2~3層が充填され、その下流側に置かれるケイ酸アルミナ触媒32b、シリカアルミナ触媒32cを受けている。
前記ガラス玉層の下流側(図面上、上側)にケイ酸アルミナ触媒32bが前記触媒槽32の全高の1/3程度の高さまで充填される。前記したように、当該ケイ酸アルミナ触媒32bは単体の体積が10~30mmの球あるいは楕円球であり、下流側のシリカアルミナ触媒32cへの熱分解ガス(中間ガス)の拡散を損ねないよう、十分な隙間ができる大きさになっている。
更にその下流側(図面上、上側)の残り2/3の高さにシリカアルミナ触媒32cが充填される。当該シリカアルミナ触媒32cの単体の形状は、前記したように、円柱状(もしくは角柱状)であるので、単体間に隙間が多く形成され、上流側から送られてきた処理対象ガスに対して十分な触媒機能が働く密度になっている。更に、前記シリカアルミナ触媒32cの層の上にケイ酸アルミナ触媒を配置してもよいが、後に説明するように、大きな効果はない。
上記において、仮にシリカアルミナ触媒32cの形状が球であると、熱分解ガスの通過する隙間が小さくなり、十分な速度での低分子化が困難となる。
ここで、実用レベルの50~100リットル/時間の低分子化油を得ようとすると、前記触媒槽32として径15cm、高さ24cm程度(容量4リットル程度)の大きさが必要となる。下記に示す実施例はこの大きさの触媒槽32に、前記ケイ酸アルミナ触媒とシリカアルミナ触媒を充填した状態で実施した。
前記ケイ酸アルミナ触媒の機能は十分に把握できていないが、(1)前記ケイ酸アルミナ触媒32bだけを使用した場合、低炭素化は十分でなく、本発明で低分子化した液の粘度と、前記分解槽2で得られる熱分解ガスをそのまま冷却したときに得られる物質粘度の中間の粘度を呈すること、(2)シリカアルミナ触媒32cの下流側に当該ケイ酸アルミナ触媒32aを配置しても、シリカアルミナ触媒32c単独の場合と差して変わりの状態を呈すること、(3)シリカアルミナ触媒32cのみを使用して本発明で得られる低分子化液と同等の炭素分布の液を得るためには、本発明の2.5~3倍近くの量のシリカアルミナ触媒が必要であること。
以上のことから、ケイ酸アルミナ触媒32aは、熱分解ガスの粘度を低下(従って炭素数の最大値を低下)せしめ、シリカアルミナ触媒32cの上流側に配置されることによって、シリカアルミナ触媒32cの機能を有効に引き出すことができるものと解される。
【0038】
前記触媒槽32の上方には、低分子化ガス放出口36が設けられ、当該低分子化ガス放出口36を介して低分子化ガスを冷却槽4に導入する。
【0039】
尚、前記改質槽3の内圧は、本発明の目的を阻害しない限り、特に調整しておらず、自然圧であるが、前記熱分解槽2と同様に、必要に応じて、内部圧力センサや内圧制御装置を追加しても構わない。
【0040】
前記冷却槽4は、内部に、水等の冷媒が循環されており、当該循環する冷媒内を螺行する螺管42が上述した低分子化導入口41と接続される。これによって低分子化された熱分解ガスは液化し、当該冷却槽4の下方に設けられた液排出口45から、開閉バルブ46を操作することによって抜き出すことができるようになっている。
図1に示すプラスチック油化装置の改質槽3(触媒槽32)は、一槽としているが、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定はなく、触媒槽32の油化能力に応じて、複数の改質槽を直列に接続したり並列に接続したりした多段式の改質槽を構成しても構わない。
【0041】
<実施例、比較例等>
<触媒の調整>
ケイ酸アルミニウムの純度が95%のケイ酸塩と、純度93%のアルミナを重量比で1.5:1を混合し、純度95%の生灰石をケイ酸とアルミナの合量に対して0.5の重量比を混合して混錬して、焼き上がりが体積が10~50mmの球あるいは楕円球になるように成形し、これを焼成炉に投入し、1200℃まで昇温し、自然冷却してケイ酸アルミナ触媒を得た。
同様に、純度96%の市販のシリカ(SiO)と、純度93%の市販のアルミナ(Al)を重量比で1:1を混合し、純度95%の生灰石を前記シリカとアルミナの合量に対して0.5の重量比を混合して混錬し、直径が1.0mm、高さ0.8~8.0mmの円柱状に成形し、これを焼成炉に投入し、1200℃まで昇温し、自然冷却してシリカアルミナ触媒を得た。
【0042】
<熱分解ガスの触媒との油化反応>
前記図1に示したプラスチック油化装置の触媒槽32を、径15cm、高さ24cm(従って容量は4リットル強)の大きさとし、上流側にケイ酸アルミニウム触媒を前記触媒槽31の1/3程度の高さまで充填し、下流側の残りの高さにシリカアルミナ触媒を充填して、プラスチック油化反応を実行した。
当該プラスチック油化装置において、熱分解槽2の溶解ヒータ221の温度を350℃に、ガス化ヒータ222によるガス化温度を400度に設定した。次に、前記のように加熱した熱分解槽2に、種々の種類が混合した廃プラスチック順次を投入し、熱分解槽2の撹拌翼23を所定の速度で回転させながら、廃プラスチックを溶解・熱分解させ、熱分解ガスを発生させた。
発生した熱分解ガスを、前記空間Xの温度(触媒槽の周囲温度)を400℃に設定した改質槽3に導入し、上述のようにケイ酸アルミナ触媒とシリカアルミナ触媒が充填された触媒槽32(当該触媒層の内部温度は380℃以下)を通過させて、低分子化ガスを得、その後、冷却槽により冷却された低分子化液を得た。収量は100リットル/時間であった。もっとも、この収量は熱分解槽2の設定温度、形質槽3の設定温度等の条件で変化するものと考えられる。
【0043】
ここで、本願発明の装置によって得られた低分子化液の炭素数は20以下となり、その分布を図2に符合(a)で示す。特許5450214に記載のシリカアルミナ触媒のみを用いて得られた低分子化液の炭素数の分布(図2符号b)と比較した場合でも遜色はない結果が得られている。尚、図2符号cに、改質槽2を通す前の熱分解ガスを冷却した物質の炭素分布も示している。
特許5450214の段落0071に記載のシリカアルミナ触媒槽(1.2リットル)は、収量が5~10リットル/時間に対する容積であるので、前記収量50~100リットルに換算すると、12リットルとなる。それに対して本願では4リットル程度のシリカアルミナ触媒しか使用していない。この要因は、シリカアルミナ触媒の上流に置かれるケイ酸アルミナ触媒に求めることができる。
尚、本願発明によると炭素数が低い領域の低分子化液の収量が少ないのは、シリカアルミナ触媒の割合が少ないことに起因すると考えられる。また、特許5450214ではシリカアルミナ触媒のシリカ:アルミナの重量比を3:1(特許5450214号公報段落0091)としているが、本願のようにケイ酸アルミナ触媒と組み合わせるときは、3:2(1.4~1.6:1)とするのが好ましい。
<PCBの分解>
上記装置で触媒槽の周囲温度を700~800℃に保つことによって、PCBを分解することができる。濃度60ppmのPCBに対して本発明の装置を適用して分解を試みたところ、PCB濃度が0.2ppmの低分子化液を得た。この場合、原液は液状ではあるが、前記溶解ヒータ221の温度を350℃、ガス化ヒータ222によるガス化温度を400℃とすることで十分ガス化することができる。
但し、当該PCBの分解処理では作業中に多量の塩素が放出されることになるので、装置としては、その点を配慮する必要がある。
【産業上の利用可能性】
【0044】
以上のように、本発明に係るケイ酸アルミニウム触媒とシリカアルミナ触媒の組み合わせは、工業、農業、漁業等の様々な分野で使用されるプラスチック油化装置等においても有用であり、熱分解したプラスチックから発生する熱分解ガスを効率よく低分子化させることが可能なシリカアルミナ触媒及びそれを用いたプラスチック油化装置、プラスチック油化方法として有効である。
【符号の説明】
【0045】
1 プラスチック油化装置
2 熱分解槽
3 改質槽
4 冷却槽
32 触媒槽
33 シリカアルミナ触媒
図1
図2
【手続補正書】
【提出日】2021-06-10
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
熱分解したプラスチックから発生する熱分解ガスを触媒槽の中で触媒に接触させることによって当該熱分解ガスを低分子化するプラスチックの油化方法であって、
所定温度下で、前記熱分解ガスをケイ酸アルミナ触媒に接触させる一次処理をし、
次いで、上記温度下で、前記一次処理された熱分解ガスをシリカアルミナ触媒に接触させ、
ることを特徴とするプラスチックの油化方法。
【請求項2】
前記ケイ酸アルミナ触媒は、重量比でケイ酸:アルミナが0.8~1.2:1であり、体積が10~30mmである請求項1に記載のプラスチックの油化方法。
【請求項3】
前記シリカアルミナ触媒は、重量比でシリカ:アルミナが1.4~1.6:1であり、体積が1~10mmである請求項1に記載のプラスチックの油化方法。
【請求項4】
前記所定温度が前記触媒槽の周囲温度で350~400℃である請求項1に記載のプラスチックの油化方法。
【請求項5】
前記所定温度が前記触媒槽の周囲温度で700~800℃であり、低分子化対象物質がPCBである請求項1に記載のプラスチックの油化方法。
【請求項6】
プラスチックを熱分解することによって熱分解ガスを発生する熱分解槽と、
前記熱分解ガスの流路の上流側に、ケイ酸アルミナ触媒を充填し、下流側にシリカアルミナ触媒を充填した触媒槽と、
前記触媒槽を所定の温度に保持する加熱手段と
を備えたことを特徴とするプラスチック油化装置。
【請求項7】
前記ケイ酸アルミナ触媒は、重量比でケイ酸:アルミナが0.8~1.2:1であり、体積が10~30mmである請求項6に記載のプラスチック油化装置。
【請求項8】
前記シリカアルミナ触媒は、重量比でシリカ:アルミナが1.4~1.6:1であり、体積が1~10mmである請求項6に記載のプラスチック油化装置。
【請求項9】
前記所定温度が前記触媒槽の周囲温度で350~400℃である請求項6に記載のプラスチック油化装置。
【請求項10】
前記所定温度が前記触媒槽の周囲温度で700~800℃であり、低分子化対象物質がPCBである請求項6に記載のプラスチック油化装置。