JP2000119440A

JP2000119440A - プラスチック廃棄物の熱分解処理法

Info

Publication number: JP2000119440A
Application number: JP29219198A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Ikematsu; 武司池松; Takeshi Fujisawa; 剛士藤沢
Original assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 1998-10-14
Filing date: 1998-10-14
Publication date: 2000-04-25

Abstract

(57)【要約】【課題】ハロゲン系難燃剤を含むプラスチック廃棄物
を熱分解した場合に分解油にハロゲンがコンタミするこ
とを避けることができるプラスチック廃棄物の熱分解処
理方法を提案すること。【解決手段】ハロゲン系難燃剤を含むプラスチック廃
棄物を無機中和剤の共存下で、熱分解することを特徴と
するプラスチック廃棄物の熱分解処理方法とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はプラスチック廃棄物
の熱分解処理法に関する。特に、プラスチック廃棄物が
ハロゲン系難燃剤を含有する場合の熱分解処理法に関す
る。プラスチックは、例えば家電製品および事務機器の
ハウジングの他、各種用途に広く用いられている。しか
し、一般にプラスチックのみから成る材料は燃焼し易
く、火災対策のため用途によっては難燃剤が混合されて
いる。この難燃剤の代表例のーつとしてハロゲン系難燃
剤がある。

【０００２】本発明は、この様なハロゲン系難燃剤を含
むプラスチック廃棄物を熱分解処理する方法に関するも
のである。

【０００３】

【従来の技術】廃棄されたプラスチックは、各種用途に
使用後、従来は埋め立てあるいは焼却処分されるのが通
常であった。しかし、近年埋め立てする場所の不足ある
いは埋め立て地周辺の環境等が問題視される様になっ
た。また、プラスチック廃棄物を焼却する場合には、そ
の燃焼熱が大きいため焼却炉の温度が上がり、炉の耐久
性が低下を来す。さらには廃ガス、焼却灰処理等の問題
が顕在化するようになった。

【０００４】このため、廃棄されたプラスチックを何ら
かの方法でリサイクルしようとする試みが数多くなされ
ている。この具体的な例としては、マテリアルリサイク
ル（再使用）、ケミカルリサイクル（例えば、廃プラス
チックを熱分解油化し、その分解油を化学原料あるいは
燃料への再使用）およびサーマルリサイクル（例えば、
廃プラスチックの固形燃料としての再使用）する方法等
がある。

【０００５】しかし、これらのリサイクル技術は、それ
ぞれに問題を残している。マテリアルリサイクルする場
合、プラスチック廃棄物は劣化や不純物のコンタミが起
こり、何らかの性能低下は避けられない。そのため、一
般にリサイクルしたプラスチック廃棄物は敷石や公園の
柵、ベンチ、あるいは植木鉢といった、さほどに安全上
の性能が要求されない用途に限定されるのが現状であ
る。

【０００６】サーマルリサイクルの場合は、固形燃料と
して、その焼却熱エネルギーで回収する方法であるが、
しかし、一般にそのエネルギー回収割合は高いものとは
ならない。しかも前述の廃ガス、焼却灰に伴う問題の解
決も必要となる。一方、ケミカルリサイクルにおいて、
熱分解処理して油化された分解油はその組成、性状によ
り化学原料としてのリサイクル、あるいは油燃料として
のリサイクル等に利用でき、この様なプラスチック廃棄
物の熱分解油化法はポリエチレン、ポリプロピレン、ポ
リスチレン等の種々の熱分解性のプラスチック廃棄物で
技術的に公知なものとなっている。例えば、ポリエチレ
ンの熱分解（村田、他：日本化学会誌、１９７３、２４
１４頁）、ポリプロピレンの熱分解（村田、他：日本化
学会誌、１９７５、１９２頁）、ポリスチレンの熱分解
（村田、他：日本化学会誌、１９７５、１２４１頁）が
開示されている。さらにはこれら熱分解油化法の改良技
術として、次の如き方法が提案されている。水素ガスお
よび水添触媒の共存下に熱分解して、ポリスチレン廃棄
物から芳香族炭化水素を回収する方法（特開昭４７−０
３１９３６号公報）、分解油の一部を溶解工程に返送
し、これにポリスチレンを溶解し、熱分解炉に供給して
熱分解する方法（特開昭４９−００２８７８号公報）、
ポリスチレンの熱分解によるスチレンモノマーの連続製
造方法（特開昭４９−０９３３２６号公報）がある。し
かしながら、ハロゲン系難燃剤を含むプラスチック廃棄
物を熱分解した場合、プラスチック廃棄物の熱分解と並
行して、難燃剤の熱分解が起こる。そのためか、分解油
にハロゲンが混入してくるという問題がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】この様にプラスチック
廃棄物の熱分解油化法は既に公知技術である。しかし、
ハロゲン系難燃剤を含むプラスチック廃棄物を熱分解し
た場合、分解油にハロゲンが混入してくるという問題が
ある。例えばブロム系難燃剤を含むプラスチック廃棄物
を熱分解した場合、プラスチック成分の熱分解と並行し
て、難燃剤に起因する臭素ガスや臭化水素ガスが発生す
る。発生した臭素ガスや臭化水素ガスの一部は、プラス
チックの熱分解成分に付加するためか、分解油に臭素が
コンタミする。特に臭素ガスは熱分解物のオレフィン結
合に容易に付加を起こすことが知られている。

【０００８】また、一般にハロゲン系難燃剤は無機難燃
剤である三酸化アンチモンと併用する場合が多い。この
場合、臭素ガスや臭化水素ガスの一部は三酸化アンチモ
ンと反応して、三臭化アンチモンもしくはその他の揮発
性アンチモン化合物が生成する。このものも分解油にコ
ンタミすることになり、さらなる問題となる。これらの
ハロゲン化合物の分解油への混入は、分解油の利用時の
極めて大きな障害となる。例えば、分解油を燃料に用い
るとハロゲン化水素等の腐食性ガスが発生し、設備の腐
食問題を起こす。また、その廃ガスは各種のハロゲン化
合物を含むことになり、廃ガスの無害化処理が必要とな
る。さらにはハロゲン付加物は多様な化学構造を有して
おり、そのためか分解油や熱分解残渣は、著しく耐え難
い臭気を有している。このことは、取り扱い作業上およ
び周辺環境上深刻な問題となる。本発明はこのようなプ
ラスチック廃棄物の熱分解処理する際の問題を解決する
ことを課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明はハロゲン系難燃
剤を含むプラスチック廃棄物を無機中和剤共存下に熱分
解することによって、前述の課題、特に分解油にハロゲ
ンがコンタミすることを避けることができることを見い
だし完成したものである。即ち、本発明は下記に示すプ
ラスチック廃棄物の熱分解処理法である。

【００１０】１．ハロゲン系難燃剤を含むプラスチック
廃棄物を無機中和剤の共存下に、熱分解することを特徴
とするプラスチック廃棄物の熱分解処理法。２．無機中和剤がＩＡ、ＩＩＡまたはＩＩＩＢ金属の酸
化物、水酸化物または炭酸塩であることを特徴とする上
記１記載のプラスチック廃棄物の熱分解処理法。３．無機中和剤の使用量が、プラスチック廃棄物に含ま
れるハロゲンの中和に要する化学当量数の０．１〜１０
００倍であることを特徴とする上記１ないし２記載のプ
ラスチック廃棄物の熱分解処理法。

【００１１】本発明のプラスチック廃棄物の熱分解処理
法で処理できるプラスチックは特に限定しない。熱分解
性のプラスチックであればいずれでも構わない。また、
何らの難燃剤も含有しないプラスチック廃棄物、または
非ハロゲン系難燃剤を含むプラスチック廃棄物が混入さ
れていてもよい。良好に処理できるプラスチックはポリ
スチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチル
メタアクリレート等を挙げることができる。特に良好に
処理できるプラスチックはポリスチレンである。またこ
れらのプラスチックを主成分として含む混合物であって
も構わない。

【００１２】ハロゲン系難燃剤は、その化学構造中にハ
ロゲン原子、特に塩素原子あるいは臭素原子を有する有
機化合物である。ハロゲン系難燃剤は含まれるハロゲン
種から臭素系難燃剤と塩素系難燃剤とに分類でき、ハロ
ゲン系難燃剤の代表的例は”西沢仁：増補新版ポリマー
の難燃化（大成社）”６９〜７９頁，（１９９２）に記
載がある。臭素系難燃剤の具体的代表例としてはテトラ
ブロモビスフェノールＡ、デカブロモジフェニルエーテ
ルがある。塩素系難燃剤の具体的代表例としては塩素化
パラフィン、パークロロシクロデカンがある。

【００１３】また、通常リン系難燃剤に分類されるがリ
ン系ハロゲン含有難燃剤も、ハロゲンを含むものは本願
でいうハロゲン系難燃剤の範疇に含む。その代表例は”
西沢仁：増補新版ポリマーの難燃化（大成社）”６４〜
６９頁，（１９９２）に記載がある。リン系ハロゲン含
有難燃剤の具体的代表例としては、トリス（β−クロロ
エチル）ホスフェートがある。

【００１４】また、これらのハロゲン系難燃剤は他の難
燃剤、特に無機難燃剤との組み合わせで用いられる場合
が多い。これらの複合系難燃剤を含むプラスチック廃棄
物でも、ハロゲン系難燃剤に起因する問題点を本発明の
熱分解処理法は同様に改善できる。特にアンチモン酸化
物、最も代表的な三酸化アンチモンとの組み合わせにお
いて、本発明はより有効である。

【００１５】本発明のプラスチック廃棄物の熱分解処理
法において用いられる無機中和剤は、基本的に難燃剤が
分解して発生する強酸性物質、即ち塩素、塩化水素、臭
素あるいは臭化水素等と反応して、塩を作る無機化合物
である。好ましい無機中和剤は、ＩＡ、ＩＩＡあるいは
ＩＩＩＢ金属の酸化物、水酸化物あるいは炭酸塩であ
る。特に好ましい具体例としては水酸化ナトリウム、水
酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、酸化カ
ルシウム、水酸化カルシウム、炭酸カルシウム、酸化マ
グネシウム、水酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム、
酸化アルミ、水酸化アルミおよび炭酸アルミを挙げるこ
とができる。最も好ましい無機中和剤は酸化カルシウ
ム、水酸化カルシウム、炭酸カルシウムである。

【００１６】無機中和剤の必要使用量は、無機中和剤中
の金属原子の原子価および無機中和剤の分子量、さらに
は熱分解時にプラスチック廃棄物から発生するハロゲン
の量で異なる。即ち、ハロゲン系難燃剤に含まれるハロ
ゲン量、熱分解時にハロゲンガスあるいはハロゲン化水
素へ分解する割合、さらには塩ビ等のハロゲンを含む重
合体が混在する場合は、それからの発生量によっても異
なる。一般に該プラスチック廃棄物に含まれるハロゲン
の中和に要する化学当量数の０．１〜１００倍、好まし
くは０．５〜１０倍、特に好ましくは１〜５倍量であ
る。これより少ないとハロゲンの中和効果が低減し、こ
れより多いと処理コストの増大や熱分解残渣の量が増大
して好ましくない。

【００１７】また無機中和剤の粒径は一般に小さい程好
ましい。これは、ハロゲンの中和反応が粒子表面で起こ
るため、粒子が小さい程表面積が大きくなり、中和反応
が速いためと理解できる。好ましい粒径１０００μm以
下、さらに好ましくは１００μm以下、最も好ましくは
３０μm以下である。無機中和剤のプラスチック廃棄物
への分散は均一であることが好ましい。マクロ的に不均
一であることが好ましくないことは当然である。またミ
クロ的な二次凝集が起こることも、実質的な無機中和剤
の粒径増大と同様な影響を来し、好ましくない。具体的
にはプラスチック廃棄物の加工に用いる押し出し機、混
練り機もしくは同等程度の混合装置で予め分散、混合し
た後、熱分解に処することが好ましい。装置形態や能力
を工夫することによって、無機中和剤の混合と熱分解油
化とを同一装置で並行して進めることもできる。

【００１８】本発明のプラスチック廃棄物の熱分解処理
法において、熱分解は、従来公知のプラスチック廃棄物
熱分解条件もしくは若干高い温度条件で熱分解できる。
含まれる重合体がポリエチレン、ポリプロピレンまたは
ポリスチレンの場合の好ましい熱分解温度は３００〜６
００℃、さらに好ましくは３５０〜５００℃の範囲であ
る。熱分解温度が低いと処理速度が低下し、熱分解温度
が余りに高いと分解油に含まれるハロゲン量が増大し好
ましくない。

【００１９】熱分解時の熱分解槽内部は、基本的に熱分
解ガスが充満する。それ故、熱分解開始前の槽内部のガ
スは空気であっても特に障害とはならない。しかし、熱
分解槽内を予め炭酸ガスや窒素ガス等の不活性ガスで置
換することは、安全上および初期の熱分解物の酸化を防
ぐ上でさらに好ましい。熱分解槽の圧力は常圧であるこ
とが設備上最も容易である。しかし、熱分解槽内の圧を
上げて分解ガスの気化を押さえることは、槽内の液滞留
を増大させて熱分解槽内容物の粘度を下げることにな
る。その結果として攪拌、伝熱を容易にして場合によっ
ては好ましい。また逆に、槽内の圧力を下げることは、
槽内の液や分解ガスの滞留を減少させるためか、熱分解
の副反応を押さえることになる。場合によっては好まし
いものとなる。

【００２０】本発明のプラスチック廃棄物の熱分解処理
法においては、熱分解槽で熱分解されたガスは、熱交換
機で凝縮して粗分解油が得られる。この粗分解油には、
条件により若干のハロゲン化合物が含まれる場合があ
る。それ故、必要により粗分解油を該無機中和剤、その
水溶液あるいは水分散液で洗浄し、ハロゲン成分の除去
を行うことが好ましい。これにより分解油を好ましく利
用できる。洗浄温度は特に限定されない。一般に室温〜
３００℃、さらに好ましくは室温〜２００℃、特に好ま
しくは５０〜１２０℃の範囲で洗浄することができる。

【００２１】また、条件により粗分解油には比較的分子
量の高い、あるいは沸点の極めて高い成分が含まれる場
合がある。この様な場合、必要により分留塔を通して沸
点等により分留したり、蒸留操作により高沸成分をカッ
トすることができる。この様な分留あるいは蒸留は分解
油の燃料あるいはその他の目的への利用にとって好まし
い場合がある。さらには処理するプラスチック廃棄物が
ポリスチレンの場合、分解油には多量のスチレンモノマ
ーが含まれ、これをモノマーリサイクルすることもでき
る。この場合、分解油からスチレンモノマーを分離、精
製することが必要であるが、この場合も分留、吸着等の
公知の精製操作、手法が利用できる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下に実施例を挙げて本発明を具
体的に説明する。しかし、本発明はこれらの実施例に限
定されるものではない。

【００２３】

【実施例１〜３および比較例１】初めに熱分解油化テス
トするモデルプラスチック廃棄物を準備した。表１の組
成のハロゲン系難燃剤を含むハイインパクトポリスチレ
ンを準備した。また実施例１〜３においては、無機中和
剤として重量平均粒径５０μm未満の酸化カルシウムを
所定の量混合した。酸化カルシウムの混合量を表２に示
す。比較例１は無機中和剤である酸化カルシウムを混合
しなかった。

【００２４】混合にはラボプラストミルを用いて１７０
℃で混合した。混合したプラスチック廃棄物は、直径約
３ｍｍのペレットに加工した後、熱分解実験に使用し
た。次に熱分解実験を実施した。ポリマー投入口、攪拌
器、気化ガス留出口を備えた１００ｍｌの石英フラスコ
を準備する。さらにこれに接続する形で、冷却管および
受器を準備する。フラスコにプラスチック廃棄物３０
ｇを仕込み、装置内を窒素置換した後、窒素ラインを閉
じる。その後、電気ヒーターで徐々に３５０℃まで加熱
し、次いで一定温度に保つ。

【００２５】温度の上昇に伴ってポリマーは軟化し、次
いで分解ガスが徐々に発生する。このガスは水を流した
冷却管で凝縮、液化し、受器に貯まる。一部発生した非
凝縮性のガスは、さらに流れてテフロンバッグに貯ま
る。実験結果を表２に示す。

【００２６】

【実施例４〜７】酸化カルシウムに変えて、実施例４で
は水酸化カルシウム、実施例５では炭酸カルシウム、実
施例６では水酸化マグネシウム、実施例７では水酸化ア
ルミを用い、それ以外は実施例２と同様に実施した。即
ち無機中和剤の添加量２重量部で実施した。実験結果を
表３に示す。

【００２７】

【実施例８〜９】ハロゲン系難燃剤をデカブロモジフェ
ニルエーテルにかえて、実施例８ではテトラブロモビス
フェノールＡ、実施例９では塩素化パラフィン、それぞ
れ１０部含む以外は実施例２と同様に実施した。即ち無
機中和剤の酸化カルシウム添加量２重量部で実施した。
実験結果を表４に示す。

【００２８】

【実施例１０〜１１】ハロゲン系難燃剤を含むプラスチ
ック廃棄物として、実施例１０はポリプロピレン、実施
例１１はポリエチレンを用いて実施した。それ以外は実
施例２と同様に実施した。実験結果を表５に示す。

【００２９】

【表１】

【００３０】

【表２】

【００３１】

【表３】

【００３２】

【表４】

【００３３】

【表５】

【００３４】

【発明の効果】ハロゲン系難燃剤を含むプラスチック廃
棄物を、本発明の熱分解処理法で熱分解すると、コンタ
ミするハロゲン量を顕著に低減できる。このため、その
後のハロゲン除去工程なしに燃料もしくは化学原料とし
て、好適に使用できる。また、設備のハロゲン対策、即
ち酸腐食対策が大幅に緩和する。さらに、臭気が顕著に
改善し、取り扱い性および周辺環境が顕著に改善する。
また、ハロゲン系難燃剤の他に三酸化アンチモンを含む
場合、アンチモン化合物のコンタミを避けることができ
る。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｂ２９Ｋ 105:26

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ハロゲン系難燃剤を含むプラスチック廃
棄物を無機中和剤の共存下に、熱分解することを特徴と
するプラスチック廃棄物の熱分解処理法
【請求項２】無機中和剤がＩＡ、ＩＩＡまたはＩＩＩ
Ｂ金属の酸化物、水酸化物または炭酸塩であることを特
徴とする請求項１記載のプラスチック廃棄物の熱分解処
理法
【請求項３】無機中和剤の使用量が、プラスチック廃
棄物に含まれるハロゲンの中和に要する化学当量数の
０．１〜１０００倍であることを特徴とする請求項１な
いし２記載のプラスチック廃棄物の熱分解処理法