JP2001062424A - ケミカルリサイクル処理方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 分解生成物に含まれる有機性残滓の完全分解
が可能であり、有価物質の分離・濃縮に必要な熱源とし
て廃熱の利用が可能なケミカルリサイクル処理方法及び
装置の提供を目的とするものである。 【解決手段】 高温、高圧の溶媒７中の高分子物質６を
分解させる反応器２と、該反応器２後の分解生成物から
有価物質８を回収する後処理手段４とを備えるケミカル
リサイクル処理装置１であって、前記後処理手段４から
排出される有機性残滓９を高温、高圧の溶媒中で酸化分
解させる酸化処理手段５を備えるものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、バイオマスやプラ
スチックなどの高分子物質を分解し、資源を回収するケ
ミカルリサイクル処理方法及び装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】高温・高圧、特に超臨界状態の溶媒中で
は加水分解、熱分解、酸化分解などの化学反応が迅速に
進行することを利用してバイオマスやプラスチックなど
の高分子物質を分解し、有価物質を資源として回収する
ケミカルリサイクル処理方法及びその装置が開発されて
いる。

【０００３】かかるケミカルリサイクル処理としては、
プラスチックのモノマー化、バイオマスの分解などへの
適用が進められている。 （１）プラスチックのモノマー化 プラスチックの中でもエーテル結合、エステル結合、酸
アミド結合を有する縮重合系ポリマーは、超臨界溶媒中
での加溶媒分解（加水分解や加アルコール分解など）に
よって、モノマーに分解することができる。またポリウ
レタンは、超臨界水中での加水分解によってポリオール
とジアミンが得られ、ポリオールはポリウレタンの合成
にリサイクルでき、ジアミンはイソシアネート合成プロ
セスに戻すことができる。 （２）バイオマスの分解 セルロース等のバイオマスを亜臨界水又は超臨界水中で
加水分解することで、グルコース、フルクトース、エリ
トロース、グリセルアルデヒドなどを得ることができ
る。またグルコース等のバイオマスは超臨界水中での水
蒸気改質反応などにより完全にガス化することができ
る。 （３）その他、ゴムなどを原料にケミカルリサイクル処
理を施して、油（ガソリン）を得る技術も開発されてい
る。

【０００４】上述のケミカルリサイクル処理方法及びそ
の装置は、高分子物質の溶媒は水やアルコールなどで
あり、安価かつ無害である、熱重合によるチャーの生
成が抑制される、クローズド処理が可能、反応が迅
速である、などの特徴を有する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従前のケミカルリ
サイクル処理方法及び装置にあっては、原料には一般的
に種々の物質が含まれるため、分解生成物にも目的の有
価物質以外に多種多様の物質が含まれる。この分解生成
物の中には利用価値の低い有機性残滓も含まれ、利用価
値の低い有機性残滓は分離し、焼却などによって処分す
る必要がある。しかし、かかる有機性残滓は水等の溶媒
を多く含むため、焼却などの処分は費用が嵩む。

【０００６】また、ケミカルリサイクル処理を達成する
ためには、亜臨界又は超臨界溶媒中での反応による分解
生成物から有価物質を分離・濃縮・精製する必要がある
が、分離・濃縮には一般的に蒸発（蒸留）機が用いられ
ている。この蒸発（蒸留）機にはスチーム等の大量の熱
源を必要とする。

【０００７】本発明は上記ケミカルリサイクル処理にお
けるエネルギー消費の過大さに鑑みてなされたものであ
り、分解生成物に含まれる有機性残滓の完全分解が可能
であり、有価物質の分離・濃縮に必要な熱源として廃熱
の利用が可能なケミカルリサイクル処理方法及び装置の
提供を目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
になされた発明は、高分子物質を高温、高圧の溶媒中で
分解する反応工程と、該反応工程後の分解生成物から有
価物質を回収する後処理工程とを有するケミカルリサイ
クル処理方法であって、前記後処理工程で排出される有
機性残滓を高温、高圧の溶媒中で酸化分解する酸化処理
工程を有することを特徴とするケミカルリサイクル処理
方法である。ここで「有価物質」とは、回収し、再利用
できる物質を意味する。

【０００９】当該ケミカルリサイクル処理方法によれ
ば、酸化処理工程を備えることから、後処理工程で排出
される有機性残滓を高温、高圧の溶媒中で迅速かつ効率
よく分解することができる。そのため、従前のケミカル
リサイクル処理方法に必要であった有機性残滓の焼却な
どの処分を不要にすることができる。

【００１０】上記反応工程における高温、高圧の溶媒と
して亜臨界水又は超臨界水を用いるとよい。この亜臨界
水又は超臨界水中では、イオン積が大きいため、水自体
が酸やアルカリの機能を示し、加水分解などの分解反応
を促進することができる。また、超臨界状態の溶媒中で
は、反応が非常に速いだけでなく、温度及び圧力を制御
することによって、イオン的な反応場からラジカル的な
反応場にわたって反応条件を制御できる。

【００１１】また上記反応工程における高温、高圧の溶
媒として亜臨界メタノール又は超臨界メタノールを用い
ることも可能である。このように亜臨界メタノール又は
超臨界メタノールを用いると、ａ）水と同様にプロトン
の電離が促進され、加アルコール反応（アルコリシス）
を促進できる、ｂ）臨界温度、臨界圧力ともに水に比べ
てかなり低く、反応操作や装置設計が容易である等の利
点がある。

【００１２】また上記酸化処理工程における高温、高圧
の溶媒として亜臨界水又は超臨界水を用いるとよい。上
述のように高分子物質にケミカルリサイクル処理を施す
と、分解生成物には有価物質以外の有機性残滓が含まれ
る。一方、亜臨界水酸化又は超臨界水酸化によれば、あ
らゆる有機物でも迅速かつ効率よく分解可能である。そ
のため、上記ケミカルリサイクル処理方法により発生す
る有機性残滓の処理に亜臨界水酸化又は超臨界水酸化処
理を適用することで、有機性残滓の完全な分解・浄化が
可能になる。従って、有機性残滓の焼却などの処分が不
要になり、ケミカルリサイクル処理の特徴の１つである
クローズド処理をより完全なものにすることができる。

【００１３】さらに上記酸化処理工程の廃熱を上記後処
理工程の熱源として用いるとよい。高温、高圧の溶媒中
で有機性残滓を酸化分解する酸化処理工程を経た後の処
理液は、酸化反応の反応熱も加わるため、かなり高温に
なっている。そのため、この酸化処理工程の廃熱を有効
に利用することで、当該ケミカルリサイクル処理方法へ
酸化処理工程を付加するために生じるエネルギーの増加
を低減することができる。

【００１４】また、後処理工程で排出される有機性残滓
に加え、上記反応工程に供給する高分子物質を含む原料
側から生じる有機性残滓をも、上記酸化処理工程で酸化
分解するとよい。ケミカルリサイクル処理の対象である
高分子物質を含む原料は、一般的には廃材であるため、
ケミカルリサイクル処理が可能な高分子物質以外にも多
種多様の物質が含まれている。そのため、ケミカルリサ
イクル処理にそぐわない物質をあらかじめ比重分離、ふ
るい分け等で取り除き、この取り除かれた物質のうち有
機性残滓を酸化処理工程で分解処理することで、廃材の
完全な処理が可能になる。

【００１５】上記課題を解決するためになされた別の発
明は、高温、高圧の溶媒中の高分子物質を分解させる反
応器と、該反応器後の分解生成物から有価物質を回収す
る後処理手段とを備えるケミカルリサイクル処理装置で
あって、前記後処理手段から排出される有機性残滓を高
温、高圧の溶媒中で酸化分解させる酸化処理手段を備え
ることを特徴とするケミカルリサイクル処理装置であ
る。

【００１６】このケミカルリサイクル処理装置によれ
ば、上記ケミカルリサイクル処理方法と同様に、後処理
手段で排出される有機性残滓を高温、高圧の溶媒中で迅
速かつ効率よく分解し、有機性残滓の焼却などの処分を
不要にすることができる。

【００１７】また上記ケミカルリサイクル処理方法と同
様に、上記反応器内及び上記酸化処理手段における高
温、高圧の溶媒として亜臨界水又は超臨界水あるいは亜
臨界メタノール又は超臨界メタノールを用いるとよく、
また上記酸化処理手段の廃熱を上記後処理手段の熱源と
して用いるとよく、さらに上記反応器に供給する高分子
物質を含む原料側から生じる有機性残滓をも上記酸化処
理手段で酸化分解するとよい。

【００１８】ここで「亜臨界」とは、温度及び圧力が臨
界温度及び臨界圧力よりも少し低い領域を意味し、亜臨
界水中での酸化である「亜臨界水酸化」は超臨界水酸化
より効率が低いものであり、湿式酸化ともいう。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、適宜図面を参照しつつ本発
明の実施の形態を詳説する。図１は本発明の一実施形態
に係るケミカルリサイクル処理装置を示す概略構成図で
ある。図１のケミカルリサイクル処理装置１は、反応器
２、供給手段３、後処理手段４、及び酸化処理手段５を
主構成要素とする。

【００２０】反応器２は、高温・高圧下（例えば、超臨
界状態又は亜臨界状態）で溶媒７中の高分子物質６に反
応を生じさせ、ケミカルリサイクルが可能な所望の有価
物質８に分解するものである。この反応器２内での反応
は、熱分解、加溶媒分解（例えば、加水分解、加アルコ
ール分解）などが中心となる反応であり、酸化剤の存在
下での酸化分解反応が中心の亜臨界水酸化又は超臨界水
酸化とは異なる。この反応器２の種類は、特に限定され
るものでなく、耐高温及び耐高圧用の一般的な反応器を
使用することができるが、高分子物質を連続的に分解処
理することを考慮すると、管型反応器が好適である。

【００２１】供給手段３は、反応器２に被処理液を高温
・高圧にして供給するものであり、この被処理液は溶媒
７中に高分子物質６が混合されたものである。また供給
手段３には、図示していないが、被処理液を貯留するた
めの原料タンク、原料タンク内の被処理液を反応器２に
圧送するための高圧ポンプ、被処理液を所定の温度に加
熱するためのを加熱器などを装備する。

【００２２】高分子物質６は、分子量の大きい化合物で
あり、具体的にはａ）天然の澱粉、セルロース、蛋白
質、ゴムなどのバイオマス、ｂ）人工による合成ゴム、
合成繊維、合成樹脂などのプラスチックなどが挙げられ
る。このうち、ケミカルリサイクルの対象としては、限
られた資源の再利用、廃棄・焼却等による環境破壊の低
減化などを考慮すると、プラスチック、紙等のセルロー
ス、ゴムなどが注目されている。

【００２３】溶媒７は、上記高分子物質６を混ぜるため
のものであり、具体的には、水、アルコール等の有機溶
媒などが用いられる。中でも水は、亜臨界又超臨界状態
ではそれ自体が酸やアルカリの機能を示し、加水分解な
どの分解反応を促進することができること、及び取扱い
の安全性が高いことから、溶媒７として好ましい。

【００２４】上記溶媒７中に高分子物質６が分散された
被処理液の反応器２内での温度及び圧力としては、反応
の迅速性、分解の完全性等を考慮すると、亜臨界又は超
臨界状態が好ましい。

【００２５】後処理手段４は、反応器２から排出される
多種多様の分解生成物から有価物質８を回収するための
ものであり、分離、濃縮、精製等の下位手段からなる。
後処理手段４は、具体的には、溶媒を蒸発させる蒸留装
置、有機溶媒で目的成分を抽出する溶媒抽出装置等から
なる。

【００２６】上記後処理手段４で回収される有価物質８
は、ケミカルリサイクル処理の対象によって異なり、例
えば、高分子物質６がプラスチックの場合はプラスチッ
クを構成するモノマーであり、高分子物質６がバイオマ
スの場合はオリゴ糖、単糖などであり、ゴムの場合は油
（ガソリン）である。

【００２７】酸化処理手段５は、後処理手段４で発生す
る有機性残滓９を酸化分解するものであり、図示してい
ないが有機性残滓９に酸化反応を生じさせる反応器、反
応器に供給する有機性残滓９を高温及び高圧にする加熱
器及び高圧ポンプ、反応器に酸素、空気、過酸化水素等
の酸化剤を供給する酸化剤供給手段などを装備する。こ
の酸化処理手段５における反応器内の有機性残滓９の温
度及び圧力は、亜臨界又は超臨界域にすることが特に好
ましい。亜臨界又は超臨界状態では難分解性の有機物で
も迅速かつ効率よく分解されるので、当該酸化処理手段
５によって種々の有機物を含む有機性残滓９を二酸化炭
素・水１０に完全に分解・浄化することができる。

【００２８】また酸化処理手段５において、供給される
有機性残滓９は高温であり、また排出される二酸化炭素
・水１０は反応熱も加わってさらに高温であることか
ら、廃熱は甚大である。従って、酸化処理手段５の廃熱
を後処理手段４における分離・濃縮の熱源として用い、
廃熱の有効利用を図ることで、当該ケミカルリサイクル
処理装置１に酸化処理手段５を付加したために発生する
エネルギー消費量の増加を低減することができる。

【００２９】なお、本発明のケミカルリサイクル処理装
置は上記実施の形態に限定されるものではなく、例え
ば、上記反応器２に供給する高分子物質６を含む原料側
から発生する有機性残滓をも上記酸化処理手段５で酸化
分解するとよい。また、後処理手段４で回収される溶媒
を供給手段３の溶媒７として再使用することも可能であ
る。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のケミカル
リサイクル処理方法及びその装置によれば、亜臨界水酸
化又は超臨界水酸化処理工程及び手段を備えることか
ら、後処理工程で排出される有機性残滓を高温、高圧の
溶媒中で迅速かつ効率よく分解することができる。その
ため、残滓、廃棄物を出さずに系内で処理ができ、従前
のケミカルリサイクル処理方法及び装置に必要であった
有機性残滓の焼却などの処分を不要にすることができ
る。

【００３１】また、酸化処理工程及び手段における廃熱
をボイラーなどで回収し、後処理工程及び手段における
分離・濃縮に有効に利用することで、当該ケミカルリサ
イクル処理方法及び装置への酸化処理工程及び手段の付
加のための必要エネルギー増加を低減することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係るケミカルリサイクル
処理装置を示す概略構成図である。

【符号の説明】

１ ケミカルリサイクル処理装置 ２ 反応器 ３ 供給手段 ４ 後処理手段 ５ 酸化処理手段 ６ 高分子物質 ７ 溶媒 ８ 有価物質 ９ 有機性残滓 １０ 二酸化炭素、水

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐伯 一丸 兵庫県神戸市須磨区神の谷３−３−８ Ｆターム(参考） 4D004 AA02 AA07 BA03 CA34 CA36 CA39 CC04 CC15

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高分子物質を高温、高圧の溶媒中で分解
   する反応工程と、該反応工程後の分解生成物から有価物
   質を回収する後処理工程とを有するケミカルリサイクル
   処理方法であって、 前記後処理工程で排出される有機性残滓を高温、高圧の
   溶媒中で酸化分解する酸化処理工程を有することを特徴
   とするケミカルリサイクル処理方法。
2. 【請求項２】 上記反応工程における高温、高圧の溶媒
   として亜臨界水又は超臨界水を用いる請求項１に記載の
   ケミカルリサイクル処理方法。
3. 【請求項３】 上記反応工程における高温、高圧の溶媒
   として亜臨界メタノール又は超臨界メタノールを用いる
   請求項１に記載のケミカルリサイクル処理方法。
4. 【請求項４】 上記酸化処理工程における高温、高圧の
   溶媒として亜臨界水又は超臨界水を用いる請求項１、請
   求項２又は請求項３に記載のケミカルリサイクル処理方
   法。
5. 【請求項５】 上記酸化処理工程の廃熱を上記後処理工
   程の熱源として用いる請求項１から請求項４のいずれか
   １項に記載のケミカルリサイクル処理方法。
6. 【請求項６】 上記反応工程に供給する高分子物質を含
   む原料側から生じる有機性残滓をも上記酸化処理工程で
   酸化分解する請求項１から請求項５のいずれか１項に記
   載のケミカルリサイクル処理方法。
7. 【請求項７】 高温、高圧の溶媒中の高分子物質を分解
   させる反応器と、該反応器後の分解生成物から有価物質
   を回収する後処理手段とを備えるケミカルリサイクル処
   理装置であって、 前記後処理手段から排出される有機性残滓を高温、高圧
   の溶媒中で酸化分解させる酸化処理手段を備えることを
   特徴とするケミカルリサイクル処理装置。
8. 【請求項８】 上記反応器内の高温、高圧の溶媒として
   亜臨界水又は超臨界水が用いられている請求項７に記載
   のケミカルリサイクル処理装置。
9. 【請求項９】 上記反応器内の高温、高圧の溶媒として
   亜臨界メタノール又は超臨界メタノールが用いられてい
   る請求項７に記載のケミカルリサイクル処理装置。
10. 【請求項１０】 上記酸化処理手段における高温、高圧
    の溶媒として亜臨界水又は超臨界水が用いられている請
    求項７、請求項８又は請求項９に記載のケミカルリサイ
    クル処理装置。
11. 【請求項１１】 上記酸化処理手段の廃熱が上記後処理
    手段の熱源として用いられている請求項７から請求項１
    ０のいずれか１項に記載のケミカルリサイクル処理装
    置。
12. 【請求項１２】 上記反応器に供給する高分子物質を含
    む原料側から生じる有機性残滓をも上記酸化処理手段で
    酸化分解する請求項７から請求項１１のいずれか１項に
    記載のケミカルリサイクル処理装置。