特許 7307066 プラスティック材料の気化装置、ならびにプラスティック材料から炭化水素化合物を取り出す装置および方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-07-03

(45)【発行日】2023-07-11

(54)【発明の名称】プラスティック材料の気化装置、ならびにプラスティック材料から炭化水素化合物を取り出す装置および方法

(51)【国際特許分類】

   C08J 11/12 20060101AFI20230704BHJP

   C10J 1/10 20060101ALI20230704BHJP

【ＦＩ】

C08J11/12 ZAB

C10J1/10

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2020531400

(86)(22)【出願日】2019-07-22

(86)【国際出願番号】 JP2019028647

(87)【国際公開番号】W WO2020017658

(87)【国際公開日】2020-01-23

【審査請求日】2022-06-17

(31)【優先権主張番号】P 2018136987

(32)【優先日】2018-07-20

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(31)【優先権主張番号】P 2019015437

(32)【優先日】2019-01-31

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】516331672

【氏名又は名称】株式会社Ｘ－Ｂｒａｉｎ

(74)【代理人】

【識別番号】110000338

【氏名又は名称】弁理士法人 ＨＡＲＡＫＥＮＺＯ ＷＯＲＬＤ ＰＡＴＥＮＴ ＆ ＴＲＡＤＥＭＡＲＫ

(72)【発明者】

【氏名】鹿内 隆一郎

(72)【発明者】

【氏名】菊池 真道

【審査官】上坊寺 宏枝

(56)【参考文献】

【文献】特開平０７－３０５０７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－２６９８３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０４－０５０９２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１３９２６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０４２５８７６８（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開平０９－０７５６９７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ０８Ｊ １１／１２

Ｃ１０Ｊ １／１０

Ｂ０１Ｆ ２７／９０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

上部において円筒部分を有しており、かつ下部において逆円錐部分もしくは逆円錐台部分を有している容器、当該容器内の上部から下部まで伸びている軸、および当該軸を中心に回転する撹拌翼を備えており、
上記撹拌翼が、上記軸を通る平面に沿って４つ２組として設けられており、各組の撹拌翼のそれぞれは互いに、上記軸を中心にして逆方向に伸びており、当該撹拌翼の一方の組は、当該撹拌翼の他方の組が上記軸に接続されている位置より、当該軸の下側先端に近い位置に接続されており、
上記撹拌翼のうち一方の組および他方の組はそれぞれ、
（ａ）横断面の形状として、前記他方の組が湾曲する凸面および前記一方の組が当該凸面と逆向きの湾曲する凹面を有しており、当該湾曲する凹面は、上記撹拌翼が回転するとき前方を向いている；または
（ｂ）横断面の形状として、半円を有しており、当該一方の組の半円における平面は、上記撹拌翼が回転するとき前方を向いており、当該他方の半円における円弧は容器上部を向いている、
プラスティック材料を気化させる装置。

【請求項2】

上記円筒部分の天面に、逆円錐台形を有している投入口をさらに備えており、抵抗加熱部が、逆円錐台形の軸方向に沿って当該投入口の外側壁面に設けられている、請求項１に記載のプラスティック材料を気化させる装置。

【請求項3】

少なくとも上記逆円錐部分もしくは逆円錐台部分を外部から加熱する炉、および第２の容器に接続されている流路を、さらに備えている、請求項１または２に記載のプラスティック材料を気化させる装置。

【請求項4】

八角形の内面を有している筒状継手、および軸回転によって当該筒状継手に動力を伝える駆動軸をさらに備えており、
上記軸および駆動軸は八角形の柱状であり、上記軸の上側先端は、上記筒状継手の下部から挿入されており、上記駆動軸は、上記筒状継手の上部から挿入されており、上記駆動軸の下側先端は、逆八角錐台を有している、請求項１～３のいずれか１項に記載のプラスティック材料を気化させる装置。

【請求項5】

請求項１～４のいずれか１項に記載のプラスティック材料を気化させる装置；
１次冷却槽；および
２次冷却槽
を備えており、
（１）上記容器および上記１次冷却槽、ならびに（２）上記１次冷却槽および上記２次冷却槽のそれぞれは、流路によって接続されており、
上記円筒部分の天面に、逆円錐台形を有している投入口をさらに備えており、抵抗加熱部が、逆円錐台形の軸方向に沿って当該投入口の外側壁面に設けられている、
プラスティック材料から炭化水素化合物を取り出す装置。

【請求項6】

上記１次冷却槽は加熱部を備えている、請求項５に記載のプラスティック材料から炭化水素化合物を取り出す装置。

【請求項7】

上記２次冷却槽は冷媒によって冷却されている、請求項５または６に記載のプラスティック材料から炭化水素化合物を取り出す装置。

【請求項8】

請求項５に記載のプラスティック材料から炭化水素化合物を取り出す装置を用いて、プラスティック材料から炭化水素化合物を取り出す方法であって、
プラスティック材料を上記投入口に投入する工程；
上記投入口を加熱することによって、上記プラスティック材料の一部を流動化させる工程；
上記容器において、上記撹拌翼を用いて撹拌しながら、流動化されている上記プラスティック材料を加熱し、当該プラスティック材料に含まれている炭化水素化合物を気化させる工程；
気化されている上記炭化水素化合物を、上記容器より低い温度に維持されている上記１次冷却槽および２次冷却槽に送る工程
を含んでいる、
プラスティック材料から炭化水素化合物を取り出す方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、プラスティック材料の気化装置に関する。

【背景技術】

【0002】

プラスティック材料を構成している複数の炭化水素成分を分離する目的で、プラスティック材料を加熱することによって、当該材料を気化させる装置が知られている。このような装置は、プラスティック材料に伝わる熱量を均等にするために、加熱容器の内部においてプラスティック材料を撹拌する撹拌板を備えていることが一般的である（特許文献１～３）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開平９－９５６７８号公報（１９９７年４月８日公開）

【文献】特開平７－３７６２１号公報（１９９５年４月２６日公開）

【文献】特開平７－７４３３８号公報（１９９５年８月９日公開）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述のような装置における撹拌板の横断面は、一般的に平板状またはＬ字型を有している。平板状の撹拌板は、加熱によって溶融したプラスティック材料を十分に撹拌できず、Ｌ字型の撹拌板は、溶融したプラスティック材料を長くかぎ状の部分に捉え、プラスティック材料から熱を奪ってしまう。

【0005】

本発明の一態様は、溶融したプラスティックを不要に捉えることなく、溶融したプラスティック材料に対して等しく熱を伝えることのできる、プラスティック材料の気化装置を実現することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るプラスティック材料を気化させる装置は、上部において円筒部分を有しており、かつ下部において逆円錐部分もしくは逆円錐台部分を有している容器、当該容器内の上部から下部まで伸びている軸、および当該軸を中心に回転する撹拌翼を備えており、上記撹拌翼が、上記軸を通る平面に沿って４つ２組として設けられており、各組の撹拌翼のそれぞれは互いに、上記軸を中心にして逆方向に伸びており、当該撹拌翼の一方の組は、当該撹拌翼の他方の組が上記軸に接続されている位置より、当該軸の下側先端に近い位置に接続されており、上記撹拌翼のうち一方の組および他方の組はそれぞれ、（ａ）横断面の形状として、湾曲する凸面および当該凸面と逆向きの湾曲する凹面を有しており、当該湾曲する凹面は、上記撹拌翼が回転するとき前方を向いている；または（ｂ）横断面の形状として、半円を有しており、当該一方の組の半円における平面は、上記撹拌翼が回転するとき前方を向いており、当該他方の半円における円弧は容器上部を向いている。

【発明の効果】

【0007】

本発明の一態様によれば、溶融したプラスティックを不要に捉えることなく、溶融したプラスティック材料に対して等しく熱を伝えることのできる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の一実施形態に係る装置の構成を表わす図であり、図１の１０１０は、装置全体の断面を表わし、図１の１０２０は、１０１０における、４つの撹拌翼のＡ－Ａ’断面およびＢ－Ｂ’断面を表わし、図１の１０３０は、投入口３の拡大斜視図である。■補足事項■ 図１に付ける番号を、外国出願用に、形式的に変更致しました。これ以降の説明にも同じ変更を加えております。

【図2】本発明の他の実施形態に係る装置の構成を表わす図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

〔プラスティック材料の気化装置〕
本発明の一実施形態は、プラスティック材料の気化装置である。当該気化装置は、上部において円筒部分を有しており、かつ下部において逆円錐部分もしくは逆円錐台部分を有している容器、当該容器内の上部から下部まで伸びている軸、および当該軸を中心に回転する撹拌翼を備えており、上記撹拌翼が、上記軸を通る平面に沿って４つ２組として設けられており、各組の撹拌翼のそれぞれは互いに、上記軸を中心にして逆方向に伸びており、当該撹拌翼の一方の組は、当該撹拌翼の他方の組が上記軸に接続されている位置より、当該軸の下側先端に近い位置に接続されており、上記撹拌翼のうち一方の組および他方の組はそれぞれ、（ａ）横断面の形状として、湾曲する凸面および当該凸面と逆向きの湾曲する凹面を有しており、当該湾曲する凹面は、上記撹拌翼が回転するとき前方を向いている；または（ｂ）横断面の形状として、半円を有しており、当該一方の組の半円における平面は、上記撹拌翼が回転するとき前方を向いており、当該他方の半円における円弧は容器上部を向いている。

【0010】

上記気化装置の一例（特に上記（ａ）の場合）を、図１を参照して、以下に説明する。図１の１０１０は、装置全体の断面を表わし、図１の１０２０は、１０１０における、４つの撹拌翼のＡ－Ａ’断面およびＢ－Ｂ’断面を表わし、図１の１０３０は、投入口３の拡大斜視図である。

【0011】

気化装置１０は、プラスティック材料を、加熱によって気化させる容器７を備えており、容器７の内部には、八角柱５ａ（軸）および八角柱５ａに接続されている４つの撹拌翼１ａ～ｄが収納されている。容器７の上面には、投入口３が開けられており、容器７の上部壁面には、プラスティック材料の加熱によって発生した気体を、液化装置３０に導く管９が設けられている。八角柱５ａの上端は、八角形の内面を有している継手５ｂに対してその下方から挿入されている。

【0012】

八角形の横断面を有している駆動軸５ｃの下端は、気化装置１０の運転前に、継手５ｂに対して上方から挿入される。図１の１０１０に示すように、駆動軸５ｃの下側先端は、先端に近づくにしたがって横断面積が小さくなる、逆八角錐台（テーパ状）を有している。八角柱５ａおよび駆動軸５ｃの横断面はそれぞれ、ほぼ等しい面積を有している正八角形であり、継手５ｂの内面も正八角形であり、当該横断面よりわずかに大きい面積を有している。したがって、継手５ｂ上部における八角形の開口に部分的に挿入した後に、駆動軸５ｃを徐々に下げると、八角柱５ａおよび駆動軸５ｃの中心が一致し、八角柱５ａおよび駆動軸５ｃを構成する各壁面が揃う。駆動軸５ｃの逆八角錐台が、継手５ｂの内面に対して滑り、かつ回転し、当該逆八角錐台および内面とのずれが、駆動軸５ｃの重量にしたがって修正される。

【0013】

図１では省略されているが、駆動軸５ｃは、モータなどの動力に接続されており、当該動力からの回転エネルギーを、継手５ｂおよび八角柱５ａを介して、各撹拌翼１ａ～ｄに伝える。容器７は、撹拌翼１ａおよびｃが伸びている高さまでが少なくとも、液体炭化水素燃料の燃焼を利用する加熱炉に覆われている。

【0014】

図１の１０３０に示すように、プラスティック材料の投入口３は、上部に広い開口を有しており、下部に上部より小さい開口を有している。投入口３の外径は、およそ逆円錐台形である。投入口３の周面には、繰り返し波打っている導電性の抵抗加熱線３ａが、当該逆円錐台形の軸方向に沿って設けられている。抵抗加熱線３ａおよび投入口３の周面は、他の部材によって覆われていない。この例における投入口３では、抵抗加熱線３ａの、過剰な加熱およびそれに伴う脱落を防ぐために、抵抗加熱線３ａは、投入口３の周方向に巻き付けられておらず、抵抗加熱線３ａの放熱を妨げる他の部材によって覆われていない。

【0015】

投入口３の内部は、抵抗加熱線３ａから受け取る熱によって、約３００～４００℃（後述する合成樹脂の融点をわずかに超える温度）に維持されている。投入口３の上部から投入されたプラスティック材料は、投入口３の壁面からの熱を受け取って部分的に溶融する。溶融したプラスティック材料は、当該壁面を伝って投入口３の下部付近に達する。完全に溶融している（低い粘性の）プラスティック材料は、容器７の内部に落下し、部分的に溶融している（高い粘性の）プラスティック材料は、粘性が低くなるまで、当該下部付近に留まる。投入口３の下部に形成されている開口には、バルブなどの開閉部材が取り付けられていない。当該下部付近に留まっている高い粘性のプラスティック材料が、当該開口を塞ぐ役割を果たすためである。したがって、容器７において気化した成分のほとんどは、当該開口から気化装置１０の外部に放出されない。

【0016】

容器７の内部の温度は、上記プラスティック材料の一部を気化させる温度から選択され、容器１１の内部の温度は、容器７において気化された成分の一部を液化させる温度から選択される。一例として、気化装置１０における容器７の内部は、加熱炉からの熱を受け取って４００℃～５００℃に維持されており、液化装置３０における容器１１の内部は、４００℃未満に維持されている。他の例として、気化装置１０における容器７の内部は、加熱炉からの熱を受け取って３５０℃～４５０℃に維持されており、液化装置３０における容器１１の内部は、容器７の内部より低い温度に維持されている。いずれの例でも、容器７において気化した成分のほとんどは、上述のように投入口３から放出されずに、管９を通って容器１１に導かれる。

【0017】

投入口３の下部にある開口から落下した、プラスティック材料は、容器７の逆円錐台部分に溜まり、当該逆円錐台部分を介して、上記加熱炉から熱をさらに受け取る。投入口３の開口から落下したプラスティック材料は、撹拌翼１ａ～１ｄ（特に１ｂおよび１ｄ）にほとんど捉えられない。図１の１０２０に示すように、撹拌翼１ｂおよび１ｄは、容器７の上方から壁面に向いている凸状の曲面を有しているからである。凸状の曲面の上に落下したプラスティック材料は、当該曲面を滑り落ち、容器７の底部に達する。

【0018】

逆円錐台部分に溜まったプラスティック材料は、撹拌翼１ａ～ｄの軸回転によって混合され、逆円錐台部分からほぼ等しく熱を受け取る。撹拌翼１ａ～ｄ（特に１ａおよび１ｃ）の軸回転は、撹拌されているプラスティック材料を、ほとんど捉えない。図１の１０２０に示されるように、撹拌翼１ａおよび１ｃは、上方から壁面に向いている凹状の曲面を有しているからである。例えば、撹拌されているプラスティック材料は、撹拌翼１ａの軸回転（図面における１ａの右への移動）によって、当該曲面上を滑り、当該曲面に持ち上げられ、撹拌翼１ａの後方に移動する。

【0019】

撹拌翼１ａ～ｄの軸回転は、プラスティック材料の撹拌と同時に、固形の混入物（５００℃程度では溶融しない金属など）を、逆円錐台部分にふるい落とすことができる。溶融および気化しない固形物は、溶融しているプラスティック材料よりも容易に撹拌翼１ａ～ｄから滑りおち、次第に沈降していく。

【0020】

以上のように、容器７において均質に撹拌されることによって効率的に気化された成分は、投入口３から外部に放出されることなく、管９を通って液化装置３０の容器１１に達する。

【0021】

液化装置３０は、容器１１、ヒータ１３および管１５、１７を備えている。気化装置１０から容器１１に達した、気化された成分は、部分的に凝結し、液体炭化水素として管１７から取り出される。凝結しなかった成分は、さらなる液化装置（図示せず）に、管１５を介して送られる。また、液体炭化水素を、管１７から取り出さずに、ヒータ１３による加熱によって、ふたたび気化させ、さらなる液化装置に送り出してもよい。この例では、ヒータ１３は、縦向き（容器１１の下部から、上部に向かって）に配置されているが、横向き（容器１１の側面から内部に向かって）に配置され得る。なお、管１７から取り出された液体炭化水素は、気化装置１０の下部を覆う加熱炉における燃焼に利用され得る。

【0022】

プラスティック材料は、合成樹脂（例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）およびポリエチレン（ＰＥ）など）を含んでいる種々の材料である。廃棄物を有効利用できるという観点から、プラスティック材料は、廃棄物から回収された材料であることが好ましい。

【0023】

〔プラスティック材料から炭化水素化合物を取り出す装置〕
本発明における他の実施形態は、プラスティック材料から炭化水素化合物を取り出す装置（以下、取り出し装置）であり、当該取り出し装置は、気化装置（図１に示されている気化装置１０）および２つの冷却槽を備えている。当該冷却槽の一方（１次冷却槽）として、当該取り出し装置では、図１に示されている液化装置３０が利用されている。以下では、図１を用いた説明と重複しない点のみを、本実施形態に係る取り出し装置ついて、図２を参照して説明する。

【0024】

図２に示されているように、取り出し装置１００は、気化装置１０、冷却槽３０（１次冷却槽）および冷却槽５０（２次冷却槽）を備えている。管９は気化装置１０および冷却槽３０を、管１５は冷却槽３０および冷却槽５０を、繋いでいる。冷却槽５０は、取り出し装置１００の運転時には、冷媒（例えば水）によって冷却されている（図示せず）。したがって、取り出し装置１００の運転時に管１７および２１を閉じ、管１９を解放すると、気化装置１０から管９を通って冷却槽３０に達した気体は、さらに管１５を通って冷却槽５０に達する。

【0025】

取り出し装置１００は、大きく分けて２つの運転モードを実行する。運転モードａではヒータ１３を動作させ、運転モードｂではヒータ１３を動作させない。したがって、運転モードｂのみを実行する取り出し装置１００は、ヒータ１３を備えていなくてもよい。

【0026】

運転モードａでは、冷却槽３０は、ヒータ１３からの熱によって、気化装置１０より低く、かつ冷却槽５０より高い温度に維持される。運転モードａでは、気化装置１０（最も高温）から送り出される気体は、冷却槽３０（２番目に高温）および冷却槽５０（最も低温）を経ることによって、段階的に冷却される。気化装置１０から冷却槽３０に達した気体のうち沸点の高い炭化水素が凝集し、冷却槽３０に留まる。冷却槽３０の温度を気化装置１０の温度に近づけるほど、より沸点の高い炭化水素が冷却槽３０を通過し、冷却槽５０に達する。冷却槽５０に達した炭化水素は、その一部が凝集し、残りが管１９を通って取り出し装置１００の外部に取り出される。

【0027】

運転モードｂでは、冷却槽３０は加熱されず、冷却槽３０および５０は冷媒によって冷却される。したがって、運転モードｂにおける冷却槽３０は、運転モードａの冷却槽３０よりはるかに低い温度（例えば冷却槽５０の温度と同程度）に維持される。運転モードｂでは、気化装置１０から冷却槽３０に達した気体は急冷され、沸点の高い炭化水素～相対的に沸点の低い炭化水素が凝集し、冷却槽３０に留まる。冷却槽５０に達した炭化水素は、その一部が凝集し、残りが管１９を通って取り出し装置１００の外部に取り出される。

【0028】

運転モードａおよびｂでは、冷却槽３０および冷却槽５０の温度が異なるだけでなく、取り出し装置１００の外部に取り出される気体の炭化水素の量および組成が異なる。運転モードａでは、運転モードｂと比べて、気体の炭化水素の量がより多く、より大きい炭素数を有している気体の炭化水素が得られる。逆に、運転モードｂでは、運転モードａと比べて、液体の炭化水素の量がより多く、より大きい炭素数を有している液体の炭化水素が得られる。気化装置１０からの気体は、運転モードａでは低温（冷却槽５０）にさらされる時間が短く、運転モードｂでは低温（冷却槽３０および冷却槽５０）にさらされる時間が長い。

【0029】

運転モードａは、燃焼カロリーの高い（炭素数の大きい）気体の炭化水素を多く得ることができるので、生成された気体を、設置型の燃焼炉（例えばごみの焼却炉および発電用の炉）に供給する用途に適している。運転モードｂは、備蓄および運搬に適した液化の炭化水素を多く得ることができるので、生成された液体を、移動型の燃焼炉（例えば、車両および船舶のエンジン）に供給する用途に適している。

【0030】

運転モードａおよびｂのいずれでも、冷却槽３０は、気化装置１０の容器７より低い温度に設定されている。容器７において気化された成分は、管９を通って、より低温の冷却槽３０に流れ込む。上述の通り、投入口３の下部付近は、高い粘性のプラスティック材料（部分的に溶融している）によって塞がれている。したがって、以下の（１）～（３）によって、取り出し装置１００では、装置内部における流体の流れは、一定の方向および流速に維持される。

【0031】

（１）投入口３から容器７の内部に落下するプラスティック材料と同程度の量のプラスティック材料を、投入口３に連続的に投入する。

【0032】

（２）冷却槽３０を、容器７の内部より低温に維持する。

【0033】

（３）容器７において単位時間ごとに気化される気体に対応する量の生成物（気体および液体）を、管１７、１９および２１から取り出す。

【0034】

図２に示す取り出し装置１００では、冷却槽３０および５０は、同じ容積を有している。特に運転モードａでは、冷却槽３０において凝縮する気体の体積が小さく、冷却槽５０に達する気体の体積が、運転モードｂより大きい。運転モードａを実行するときの冷却槽５０は、相対的に大きな体積の気体を処理可能な容積を有していればよい。

【0035】

〔プラスティック材料から炭化水素化合物を取り出す方法〕
本発明の一実施形態は、プラスティック材料から炭化水素化合物を取り出す方法に関する。当該方法は、上述の取り出し装置（つまり図２に例示されている装置）を用いて実施される。当該方法は、以下の工程を含んでいる。

【0036】

プラスティック材料を投入口３に投入する工程；
投入口３を加熱することによって、上記プラスティック材料の一部を流動化させる工程；
容器７において、撹拌翼１ａ～１ｄを用いて撹拌しながら、流動化されている上記プラスティック材料を加熱し、当該プラスティック材料に含まれている炭化水素化合物を気化させる工程；
気化されている上記炭化水素化合物を、容器７より低い温度に維持されている１次冷却槽（冷却槽３０）および２次冷却槽（冷却槽５０）に送る工程。

【0037】

したがって、上記方法の詳細は、上記〔プラスティック材料の気化装置〕および〔プラスティック材料から炭化水素化合物を取り出す装置〕の記載と重複するので、繰り返さない。

【産業上の利用可能性】

【0038】

本発明は、プラスティック材料（特に廃棄プラスティック）の処理に利用することができる。

【符号の説明】

【0039】

１ａ～ｄ 撹拌翼
３ 投入口
３ａ 抵抗加熱線（抵抗加熱部）
５ 軸
５ａ 八角柱（軸）
５ｂ 継手（筒状継手）
５ｃ 駆動軸
７、１１、４１ 容器
９、１５、１７、１９、２１ 管
１０ 気化装置（プラスティック材料を気化させる装置）
１３ ヒータ
３０ 液化装置、冷却槽（１次冷却槽）
５０ 冷却槽（２次冷却槽）
１００ 取り出し装置（プラスティック材料から炭化水素化合物を取り出す装置）

【図1】

【図2】