CN101321815A - 废弃塑料材料的油化处理装置及其油化处理方法 - Google Patents

Abstract

一种废弃塑料油化处理装置，其特征是在加热炉内配备花岗岩，既可在更短时间内以更高效率产生油分和碳化残渣成分，又可以得到更优质的油分和碳化残渣成分。

Description

废弃塑料材料的油化处理装置及其油化处理方法

技术领域

本发明涉及将废弃塑料材料投入加热炉内，通过加热进行分解处理使其转换为可以再利用的物质的废弃塑料材料的分解处理技术。

背景技术

以往废弃塑料材料的分解处理是在添加邻苯二甲酸钠或硬脂酸钠等分解促进剂的状态下，通过在500～800℃高温的加热炉中加热废弃塑料材料而进行的。其中，通过这样的加热，废弃塑料材料的聚合物分子被切断，结果是生成液化的油脂成分。而且，分别精制这种油脂成分，可以得到能再利用的精气油等油脂。

这里，在上述500～800℃的高温下分解处理废弃塑料材料的情况下，面临着为保持其温度而增高燃料费用、电热费用成本的问题。因此，本发明人在专利文献1中提案，将投入到加热炉内的废弃塑料材料干蒸加热到250～350℃左右的低温状态而不使其燃烧，分解成组成塑料材料的油脂成分，取出产生的气体用冷却装置冷却还原为油脂类的方法。详细来说，通过在加热炉内铺上长石、云母，而可高效率地在前述低温状态下完成这种油化处理。

专利文献1：日本专利特开2004-168806

发明内容

这里，有关专利文献1用废弃塑料油化处理装置分解废弃塑料材料时(分批式)，如本专利说明书实施例的“实验-4”中所示，单位时间的采油量为73g/小时，与加热炉内不含长石的“实验-5”(仅有耐火水泥)相比虽然显示倍以上的数值，但若考虑实际运转，可以预期在更短的时间内得到更高的油化效率。而且，可期望其分解产物(油分、碳化残渣)，在产业上有更高的利用价值。因此，本发明的目的是提供既可在更短时间内以更高收率产生油分和碳化残渣成分，又可以得到更优质的油分和碳化残渣成分的手段。

本发明(1)，是一种废弃塑料油化处理装置，其特征是具有将废弃塑料材料加热从而进行分解的加热炉，并在该加热炉内配备花岗岩。另外，该装置典型地具有：不仅在周壁外周配备加热器且该加热器外围覆盖绝热材料的加热炉，向加热炉内供给废弃塑料材料的进料器，回收由供给的废弃塑料材料的热分解而在该加热炉内生成的气化气体的气化气体取出管，以及回收由供给的废弃塑料材料的热分解所生成的残渣的残渣排出装置。

本发明(2)，是前述发明(1)的装置，前述花岗石适用于前述加热炉内的内壁。

本发明(3)，是一种废弃塑料油化处理方法，其特征是包含加热废弃塑料材料从而进行分解的工序，在花岗岩存在下实施前述分解工序。

本发明(4)，是一种以废弃塑料材料为原料的制备油分方法，其特征是包含加热废弃塑料材料从而进行分解工序，在花岗岩存在下实施前述分解工序。

本发明(5)，是一种以废弃塑料材料为原料的制造碳化残渣方法，其特征是包含加热废弃塑料材料从而进行分解的工序，在花岗岩存在下实施前述分解工序。

这里，本专利的权利要求及说明书中被称为“花岗岩”的矿物，可以列举出含65％以上的二氧化硅(如65～70％)，主成分为石英和长石，并含其他一种以上的有色矿物(如黑云母或角闪石)的矿物。

通过本发明，可以在更短时间且高效率地分解废弃塑料材料，不仅可以实现迅速的废弃物处理，也可以实现以高收率获得具有产业利用价值的分解产物(油分、碳化残渣)的效果。另外，关于分解产物，例如低温(如150℃)处理的情况中，作为油分，可以得到大量的苯乙烯或乙基苯(苯乙烯的原料)等工业上有用的成分，另外作为碳化残渣(废塑料分解焦炭)，可以大量获得不含硫黄，例如在用于炼铁的情况下，作为不会变为脆铁的优良焦炭源而可利用的成分。

附图的简要说明

图1为本油化处理装置(连续式)整体相对于处理方向(图中为从左到右的方向)从侧面看的图(正面图)。

图2为从处理方向的上游看本油化处理装置(连续式)整体的图(相当于图1的左侧面图)。

图3为从处理方向的下游看本油化处理装置(连续式)整体的图(相当于图1的右侧面图)。

图4为相对于处理方向(图中为从左到右的方向)从侧面看本油化处理装置(连续式)整体的图(剖面图)。

图5为本油化处理装置(连续式)加热炉的纵剖面图。

图6为本油化处理装置(连续式)加热炉的横剖面图。

图7为本油化处理装置(分批式)整体的立体图。

图8为显示本油化处理装置(分批式)加热炉内部构造的图。

图9为显示本油化处理装置(分批式)冷却手段的构造的图。

图10为显示在本油化处理装置(分批式)加热炉上面冷却液化时，该液体被导至蓄液部的情况的图。

具体实施方式

首先，参照图1～图6，说明有关本最优方式的油化处理装置(连续式)。如前所述，本油化处理装置的特征是，在加热废弃塑料材料从而进行分解的加热炉内配备花岗岩。因此，以下首先说明该油化处理装置的整体构造，随后说明有关特征部分的构成要素(加热炉)，然后说明剩余的构成要素。另外，在本发明的最优方式中，作为应用于加热炉内壁中“含花岗岩层”(连续式)的例子，只要加热炉内存在花岗岩无论何种方式均可，例如，可以是花岗岩(或含有花岗岩的陶瓷体等)覆盖在加热炉的炉床{或在炉床上等配置的板(例如铁板)上}的方式或、在废弃塑料材料中混有花岗岩的方式。

然后，参照图示详细叙述本油化处理装置(连续式)的整体构造。首先，图1为本油化处理装置整体相对于处理方向(图中为从左到右的方向)从侧面看的图(正面图)。另外，图2为从处理方向的上游看本油化处理装置整体的图(相当于图1的左侧面图)。进而，图3为从处理方向的下游看本油化处理装置整体的图(相当于图1的右侧面图)。如这些图所示，本油化处理装置是由：沿处理方向呈圆筒状的加热炉1、给加热炉1内供给废弃塑料材料的给料器2、给加热炉1内供给钠类催化剂的催化剂给料器3，从投入加热炉1内的废弃塑料材料提取由加热处理分解所产生的气化气体而导入至后述冷却装置5的气化气体取出管4、冷却处理经气化气体取出管4提取的气化气体的冷却装置5、以及排出(收纳)在加热炉1内产生的主要由碳所形成的碳化残渣的残渣排出装置6所构成。然后收纳·固定这些各构成元件于机框F内。

其次，详细说明本发明的特征构成要素、即、加热炉1的构造。首先，参考图4～图6，详细叙述本发明的特征部分，即、形成于加热炉1内面的“含花岗岩层”。该加热炉1的基础构造，是由沿处理方向形成圆筒状的周壁10，以及从前后(轴方向的两端)封闭该周壁10的侧壁11所构成。而且在该圆筒横倒状的加热炉1内面(由周壁10+侧壁11·侧壁11所构成的内壁)的整体或一部分形成含花岗岩层m。这里，该含花岗岩层m只要含有花岗岩，就没有特别的限制，例如可列举出：花岗岩本身的成形体(例如嵌板)、含花岗岩的粉碎物的陶瓷体{例如混合花岗岩粉碎物·耐火水泥·水而烧成的陶瓷体(例如嵌板)}、含花岗岩的粉碎物的可浇铸成型物。更具体的可列举出：将形成板状的天然花岗岩的陶瓷平板粘贴在加热炉内壁面的样式、将粉碎的天然花岗岩与耐火水泥及水混炼，成泥浆状涂在加热炉内壁面的样式(该涂着体是通过加热炉运转的加热而烧成，形成陶瓷体的含花岗岩层)。其中，含花岗岩层虽然可以形成于内面的任何位置，但形成于内壁面比形成于炉床更有效。另外，在该最佳方式中虽例示圆筒状的加热炉，但其他形状的情况，可配合该形状适当地决定含花岗岩层的设置位置。例如，当是上面侧为平坦、周壁在侧剖面为U状的U字管(其一端设置废弃塑料材料的供给口，另一端则设置排出口)的加热炉的情况下，可于上面侧、周壁、供给口侧壁及排除口侧壁的全部或一部分形成含花岗岩层。

这里，从后述的实施例结果也可以明了，含花岗岩层，优选含有大小约为小石子状的粗粉碎片的花岗岩的样式(实施例的“实验-6”)。该样式的情况，与花岗岩以板状(实施例的“实验-1”)或粉状(实施例的“实验-3”)存在时比较，除单位时间的采油量非常高以外，亦可抑制烧成后的陶瓷板发生裂痕。此外，该粉碎片设置在内壁(特别是受重力影响的壁面)时，用耐火水泥等将粉碎片固定于壁面。另外，配置于不受重力影响的炉床等的位置时，可以全面铺设等、也可是仅配置粉碎片的方式。

其次，说明有关加热炉1内部构造的其他构成要素。另外，前述含花岗岩层以外的构成要素，因不属于本发明的特征，所以即使以下说明的元件的一部分构成，无论是以不同的方式或不存在的方式、或附加其他构成要素的方式，只要具备前述本发明的特征，均属于本发明的范围。

首先，如图1～图3所示，该加热炉1由支架1a固定于机框F。而可旋转地轴架于机框F的旋转轴12，是按左右贯通的方式配备于该加热炉1内腔的轴心部位。进一步如图4所示，在此旋转轴12的周面安装有螺旋状的搅拌器13。而且，该搅拌器13是由安装于旋转轴12一侧的马达M1驱动旋转该旋转轴12而转动的。

其次，为了保持加热炉1内的温度为规定温度，在该加热炉1的外侧，将电热加热器a卷绕在加热炉1的外周面(成为筒状的周壁10)，同时在该被卷绕的电热加热器a的外周，进一步卷绕绝热材料b成多层状。此外，在本最佳方式中，从容易且确实地控制炉内温度的角度虽采用该加热装置，但只要可设定该油化装置内在规定(或规定范围)的处理温度，任何方式皆可(例如，在实施例中使用燃烧装置)。

其次，加料器2是由投入废弃塑料材料的漏斗20、与漏斗20下方出口21连接的输送筒22、轴架于该输送筒22内的螺旋状输送器23，及驱动该输送器23的马达M2所构成。进而，此输送筒22的前端，和与设置于加热炉1一端(图4的左侧)的供给口15连接的导入废弃塑料材料的连接筒24相连接。而且，投入漏斗20内的废弃塑料材料，由于马达M2驱动输送器23的运转，而朝向输送筒22的前端(图4的右侧)压送。而且，被压送到输送筒22前端的废弃塑料材料，通过连接在该前端的连接筒24，从供给口15导入到加热炉1内。这里，对于加料器2，为了防止供给加热炉1内的废弃塑料材料加热分解而产生的气化气体的压力而逆流喷出，在压送废弃塑料材料的输送器23的终端设置有旋转阀状的导出机构25。另外，加料器2的材质或构造等，可适当决定以使处于水洗后的润湿的状态的废弃塑料材料能供应到加热炉1内。

其次，催化剂加料器3，是由投入催化剂的漏斗30、从投入该漏斗30内的催化剂分出规定量的催化剂而进行供给的定量导出机构31，及诱导规定量的催化剂的输送筒32所构成。这里，该输送筒32的下端，与前述加料器2的输送筒22输送方向的中间部位连接。结果便能发挥将来自加料器2的废弃塑料材料及规定量的催化剂以混合状态送进加热炉1内功能。

其次，如图4所示，气化气体取出管4配置在加热炉1的比中央的稍后方。另外，如图5所示，气体取出管4，通过与加热炉1内腔连通的连接口40，配置在相对于加热炉1轴方向的加热炉1的左右上部，同时相对于通过周壁10轴芯位置的上下中心线X约成30度左右角度。结果，集聚在加热炉1的炉内上部的气化气体(由废弃塑料材料产生的气化气体)或水蒸汽等，可有效地引导至后述的冷却装置5。

其次，冷却装置5，是由形成气密的冷却箱50、配置在其内部的散热器状的热交换器51、贮存在热交换器51内循环的由冷冻机冷却的冷却水的冷却水箱52、及使冷却水在该冷却水箱52内循环的泵P1所构成。这里，在该冷却箱50内部的前述热交换器51的下方，配备接纳由冷却而凝结油化的油脂成分的托盘状收纳器53。而且，在该收纳器53的底部，通过阀V1而连接，有排出贮存的油脂成分的油排出管54，在油排出量54前端还连接有回收箱t1。此外，在该收纳器53内，由供应加热炉1内的水而产生的气化气体与由气化气体取出管4引到冷却箱50内的水蒸汽而冷却生成的水(氯乙烯的分解和钠类催化剂的反应而产生的NaCl)，也与前述的油化后的油脂成分一起贮存在收纳器53内。水与油脂成分分成两层，而水相滞留在下层。另外该盐水，经收纳器53底面的阀V2通过连接的排水管55，贮存在与其下端连接的盐水箱t2。此外，也可在装置内不分离成两层而将混合液排出再分离成两层。

残渣排出装置6，是由与设置于加热炉1的另一端端部的残渣排出口14相连的排出管61、该残渣排出口14对外部成密闭状态，具有将送到此的残渣强制送出机能的阀档门状残渣取出机构60、以及连接在该送出方向下游的残渣取出瓶62所构成。在此，残渣取出机构60，具有由马达M3(图未显示)驱动，将残渣依次送进残渣取出瓶62内的机能。另外，残渣取出瓶62的外周由水套形成的冷却器63所包围。而前述冷却水箱52内的冷却水，通过泵P2在冷却器63内循环。结果，回收到残渣取出62的碳化残渣既被冷却的同时可保持气密，所以可抑制该残渣与空气接触的状态下因与热的相乘作用而引起粉尘爆发。进而，在回收该残渣的残渣取出瓶62，于其底部设置了为排出被冷却残渣的取出口64。而且，此取出口64也设置关闭自如地阻止从残渣取出瓶62喷出的挡门65。进而，在该取出口64设置了当该挡门65开放时，将冷却的残渣取出至外部的输送器66。

其次，说明有关本最佳方式的油化处理装置(连续式)的使用方法(一例)。首先，将裁断的废弃塑料材料投入漏斗20。此时，经过水洗的废弃塑料材料也可不经去除水分或干燥而以润湿状态投入。另外，在催化剂加料器3中，为了分解废弃塑料材料中含有的氯化乙烯分解时产生的氯化物，投入钠类催化剂(氢氧化钠、碳酸氢钠等)。而且作为导入该漏斗内的废弃塑料材料及钠类催化剂的加热炉的温度，没有特别的限制(优选的上限温度设定在500℃以下)，例如可设定在150～400℃。

其次，参考图7～图10，说明有关其他最佳方式的油化处理装置(分批式)。但与连续式的情况相同的地方仅作简略说明。首先，如图7所示，本油化处理装置是大致由：方形的加热炉101、为了加热加热炉内的燃烧器102、与燃烧器102连接并贯穿加热炉101内部的热传递配管103、为了防止热传递配管103导入至加热炉101之前冷却的保温装置104、贮存冷却水的、与水泵连接的冷却水箱106、设置在加热炉101正下方的蓄液部107、执行加热炉101的温度控制等的操作装置109、及收纳这些部件的框架110所构成，所述冷却水被送到用于将加热炉101内产生的气体冷却并液化的冷却部件(后述)。此外，如图所示，可以在构成上进一步配备冷冻机108，其是用于以冷却气体冷却蓄液部107的。

其次，参照图8，说明有关本最佳方式的加热炉101的构造。在该加热炉101内，如图所示，热传递配管103配置成U字状。这里，于该热传递配管103内，从燃烧器102导入燃烧空气。而且，燃烧空气的热量通过热传递配管103传递到加热炉101内，结果加热了加热炉101内部。予以说明，通过调节燃烧器102的燃烧对加热炉101内的分解温度进行调整。

其次，参照图9，说明有关本最佳方式的冷却机构的构造。这里，图9是加热炉101的部分剖面图。在该加热炉101的上面及两侧面的内部，安装有埋设有冷却水配管112a的冷却器112。而且，此加热炉101，在该冷却器112附近采用双重构造。具体来说，在加热炉101内上方及左右，为了构筑导入所生成的分解气体的空间(分解气体导入空间101b)，设置内部壁101a。而且，关于左右的内部壁101a，设置为了将在加热炉101内所产生的气体导引至前述气体导入空间101b的导入开缝101a-1。在这样的构造下，如图所示，产生的分解气体G通过导入开缝101a-1而被导引至分解气体导入空间101b，这样，分解气体G与冷却器112接触而被冷却液化。而且如图中的箭头所示，该液体L以本身的重量落到下方，贮存在前述蓄液部107内。而且，蓄液部107内也配备同样的冷却器。因此，当分解气体不被液化而导引至蓄液部107时，以同样机制的冷却也可在该蓄液部107进行。此外，作为一例，图10显示了于加热炉101的上面冷却液化时，将该液体导引至蓄液部107的情况。

其次，说明有关本最佳方式的油化处理装置(分批式)的使用方法(一例)。首先，在加热炉101内的规定位置(例如在热传递配管103的上方配置铁板)，载置裁断的废弃塑料材料。此时，经过水洗的废弃塑料材料也可不经除去水分或干燥而以润湿状态投入。另外，在此废弃塑料材料中，混合为了分解废弃塑料材料中含有的氯化乙烯分解所产生的氯化物的钠类催化剂(氢氧化钠、碳酸氢钠等)。而且，对导入这些废弃塑料材料及钠类催化剂的加热炉的温度，没有特别的限制(优选的温度上限设定在500℃以下)，例如设定在120～350℃的范围。

以下，参照实施例更具体地说明本发明。这里，本实施例使用图6等所示的分批式油化处理装置。另外，将裁断的废弃塑料材料载置于配置在热传递配管103上的铁板上。另外，关于花岗岩的使用方法，分别按以下的形式进行，以下的实验-1及-2是将花岗岩板载置于铁板上，实验-3是在铁板上涂布耐火水泥而烧成，实验-6是在铁板上载置花岗岩的粉碎物。

1.实验内容

实验-1(实施例1)：天然花岗岩石板+添加水分

实验-2(实施例2)：天然花岗岩石板(未添加水分)

实验-3(实施例3)：粉状花岗岩与耐火水泥的混合物+添加水分

实验-4(比较例1)：长石(专利文献1)的粉碎物(小石状)+添加水分

实验-5(比较例2)：耐火水泥+添加水分

实验-6(实施例4)：花岗岩的粉碎物(小石状)+添加水分

2.实验条件及实验结果

实验条件及实验结果如表1所示。这里，最值得注意的数据是采油量除以净处理时间的单位时间的采油量及废弃塑料材料未被分解油化而剩余的残渣量。有关该注目点的实验结果整理如下。

(1)使用花岗岩板(实验-1)、粉状花岗岩与耐火水泥混合物(实验-3)、花岗岩粉碎物(实验-6)，并添加水分者，单位时间采油量为100g以上，可稳定进行废弃塑料材料的油化处理。

(2)未实施添加水分的(实验-2)，单位时间的采油量为92g，虽然稍为减少，但水分添加量的影响比较少。

(3)使用长石(实验-4)的，与使用花岗岩时相比，单位时间的采油量虽然少，但如与特别使用与长石形状(破碎品)一致的花岗岩破碎品(实验-6)相比，单位时间的采油量在50％以下。因此，关于废弃塑料材料油化性能，与长石比较可证明花岗岩格外优越。

(4)不使用花岗岩而仅使用耐火水泥的(实验-5)，单位时间的采油量为34g，非常少，而残渣也为未分解的废弃塑料的状态，可知废弃塑料分解油化性能极差。

根据以上结果，可证实花岗岩的废弃塑料油化处理性能非常优越。进而，如采油成分分析结果所示，因为在150℃的低温处理，亦说明可获得有用的成分。

Claims (5)

1.废弃塑料油化处理装置，其特征是具有将废弃塑料材料加热、进行分解的加热炉，在该加热炉内配备有花岗岩。

2.权利要求1中记载的废弃塑料油化处理装置，其特征是将前述花岗岩适用于该加热炉内的内壁。

3.废弃塑料油化处理方法，其特征是包括加热废弃塑料材料、进行分解的工序，在花岗岩存在下实施该分解工序。

4.以废弃塑料材料为原料的制造油分方法，其特征是包括加热废弃塑料材料、进行分解的工序，以废弃塑料材料为原料，在花岗岩存在下实施上述分解工序。

5.以废弃塑料材料为原料制造碳化残渣的方法，其特征是包括加热废弃塑料材料、进行分解的工序，以废弃塑料材料为原料，在花岗岩存在下实施上述分解工序。

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