JP2001152163A - 廃プラスチックスの油化方法およびこの方法に使用する触媒ならびに油化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 イニシャルコスト、ランニングコストの安い
廃プラスチックの油化方法およびその装置を得る。この
油化方法に使用される触媒を得る。 【解決手段】 二酸化珪素と酸化アルミニウムの合計が
７０重量％以下、かつ、そ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、比重が
０．２〜０．４の多孔質土を触媒として使用する。この
触媒の存在下廃プラスチックを温度３００〜５００℃に
加熱して溶融分解し、発生した分解物を冷却して油分と
ガスとに分離し、分離した油分を回収する。ガスは加熱
源として利用する。加熱分解した残渣は、６００℃以上
の温度に加熱して触媒として再生する。加熱温度は、触
媒の表面が溶融しない７００℃以下とする。触媒には鹿
沼軽石、今市軽石、七本桜軽石等の玄武岩質の火山性軽
石天然土を用いる。最大粒径２ｍｍ以下のものが経済的
である。装置を小型化でき、広い設置場所を必要とせ
ず、イニシャルコストが低い。低価格の触媒を利用で
き、ランニングコストも安価である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、廃プラスチック
スをシリカアルミナ触媒を用いて加熱分解させ、発生し
た分解生成物より油分を分離する油化方法およびその触
媒ならびに油化装置、詳しくは安価なシリカアルミナ触
媒を使用し、比較的少量の廃プラスチックスを再資源化
処理する技術に関する。

【０００２】

【従来技術】廃プラスチックスは、そのほとんどが一般
廃棄物と同様に焼却または埋め立て処理されている。近
年地球環境問題の観点より、その処理方法が見直され、
再資源化する研究がなされている。廃プラスチックス再
資源化する一手段として、触媒を用いて、ポリエチレン
やポリプロピレン、ポリスチレン等の樹脂を加熱分解
し、軽質油として回収する方法が知られている。この方
法においては、図３に示すように、一次反応器内２１
に、上記廃プラスチックスを、触媒として前処理加工さ
れたゼオライトとともに供給、充填する。そして、この
一次反応器２１を加熱炉２４で４３０〜４６０℃に加熱
する。この結果、廃プラスチックスは分解・ガス化さ
れ、二次反応器２２に供給される。この二次反応器２２
には上記ゼオライト触媒が充填されている。ガスはこの
触媒と接触して、低分子化される。低分子化されたガス
は、冷却器２３により冷却され、油分とガスとに分離さ
れる。

【０００３】また、特開平８−２５３７７３号公報に
は、シリカアルミナ触媒の存在下で、廃プラスチックを
加熱分解する方法が記載されている。このシリカアルミ
ナ触媒は、二酸化珪素と酸化アルミニウムの合計量が９
０重量％以上で、しかも上記二酸化珪素と酸化アルミニ
ウムとの組成比が重量基準で０．０５〜５：１である。
この方法においては、廃プラスチックスをシリカアルミ
ナ触媒とともに熱分解槽で、３２０℃に加熱して溶融状
態として、上記触媒を懸濁させる。さらに、これを３８
０℃で加熱分解する。加熱分解された分解生成物は、熱
分解槽より冷却器に導かれ、冷却されて油分とガスとに
分離される。一方、分解残渣は、熱分解槽より抜き出さ
れ、触媒を分離した後、抜き出し油として回収される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記廃プラスチックス
より油分を回収する方法では、いずれも大規模な装置を
必要としていた。しかも、原料とする廃プラスチックス
を必要量だけ分別して収集しなければならず、これが困
難である。さらに、前者のゼオライト触媒を用いる方法
は、加熱分解と、分解生成物をさらに軽質の分解生成物
に再分解する槽を有する２段階方式となっており、その
操作が煩雑である。また、後者の特開平８−２５３７７
３号公報に記載の方法は、同一反応槽で廃プラスチック
スの溶融、分解を行うが、その温度が２段階となってい
る。よって、操作が煩雑であるばかりか、使用する触媒
は、純度が高く、しかも、工業的に所定の物性を有する
ように前処理する必要があり、その価格も高価とならざ
るを得ないといった問題点を有している。

【０００５】

【課題を解決するための手段】そこで、発明者は、廉価
な触媒を用いて、同一槽内で熱分解処理およびその熱分
解物の軽質熱分解物処理を行うとともに、イニシャルコ
ストおよびランニングコストの安い簡単な装置を開発す
べく種々研究した結果、以下に示す油化方法、触媒およ
び油化装置を開発するに至った。請求項１に記載の発明
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
ックスの油化方法である。請求項２に記載の発明は、上
記シリカ・アルミナ触媒が、上記多孔質土の粉末に粘土
を混合して成型した後、６００〜１０００℃で仮焼した
ものである請求項１記載の廃プラスチックスの油化方法
である。請求項３に記載の発明は、上記シリカ・アルミ
ナ触媒は、いったん使用された後、これを６００℃以上
で加熱して再生したものである請求項１または請求項２
記載の廃プラスチックスの油化方法である。

【０００６】請求項４に記載の発明は、廃プラスチック
スを加熱分解し、軽質油を分離する廃プラスチックスの
油化方法において使用される触媒であって、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％以下であり、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に使
用される触媒である。

【０００７】請求項５に記載の発明は、廃プラスチック
に対して２重量％以上のシリカ・アルミナ触媒を供給
し、３００〜５００℃で加熱することにより廃プラスチ
ックをガス化する手段と、このガスを冷却して油分を分
離する手段とを備えた廃プラスチックの油化装置であっ
て、上記ガス化する手段は、廃プラスチックが充填され
る加熱槽を有し、この加熱槽には円環状に成型した複数
個の上記シリカ・アルミナ触媒が所定間隔で装入された
廃プラスチックの油化装置である。請求項６に記載の発
明は、上記油分を分離する手段において分離されたガス
は、ガスの逆流を阻止する逆流防止手段を通過して上記
ガス化する手段に環流される請求項５に記載の廃プラス
チックスの油化装置である。

【０００８】

【発明の実施の態様】この発明では、二酸化珪素と酸化
アルミニウムの合計が７０重量％以下、且つその二酸化
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、比重が０．２〜０．４の多孔質土を触媒と
して使用し、この触媒の存在下廃プラスチックを温度３
００〜５００℃に加熱して溶融分解し、発生した分解物
を冷却して油分とガスとに分離し、分離した油分を回収
するとともに、ガスを加熱源として利用する。加熱分解
した残渣は、分解槽より取り出し、これを６００℃以上
の温度に加熱して触媒として再生し再利用する。この場
合の加熱温度は、触媒の表面が溶融しない温度以下とす
る必要がある。その目安として１０００℃以下、好まし
くは８００℃以下、さらに好ましくは、７００℃以下と
する。

【０００９】この発明に使用する触媒は、組成的にアル
ミノ・シリケート系の触媒であり、プラスチックの熱分
解速度の促進と、この分解生成物を分解して低分子化さ
せる作用を有している。この触媒の性状として、自然状
態（含水分）における触媒を分析した場合の二酸化ケイ
素と酸化アルミニウムの合計量が７０重量％以下であ
り、かつ二酸化ケイ素と酸化アルミニウムの組成比が、
重量比で０．７〜１．７：１であり、その比重が０．２
〜０．４の多孔質土である。このような性状を有するも
のとしては、鹿沼軽石、今市軽石、七本桜軽石等の玄武
岩質の火山性軽石天然土を例示することができる。この
火山性軽石天然土を加工せずに用いるものである。その
粒径は、特に限定されないが、園芸用に使用されている
土の篩下である最大粒径２ｍｍ以下のものを使用するこ
とが可能であり、経済的である。

【００１０】また、この発明に係る触媒として、上記火
山性軽石天然土の粉末に、上記粘土、好ましくはカオリ
ン粘土を混ぜ、水にて混練し、所定の形状に成型する。
例えば、直径５ｍｍ程度の球形、または、図２に示すよ
うに、分解槽の内径と略同一の外形を有するドーナツ状
（円環状）に成型する。この後、この形状を保つ程度に
仮焼、例えば温度６００〜１０００℃で素焼きする。こ
の触媒は、低温度で焼成されるため、ポーラスであり、
廃プラスチックスを溶融したもの、および、分解したガ
ス状のものとの接触面積が大きい上、分解残渣より触媒
を分離するのが容易である。例えば、図２に示すよう
に、廃プラスチックスと粉末状触媒との混合物を分解槽
に詰める際、上記円環板状に成形後仮焼した触媒を中仕
切として使用することができる。この結果、粉末触媒に
より加熱分解された分解生成物と円環状の固形触媒とが
接触し、分解生成物はさらに低分子化される。よって、
粉末状触媒の使用量を低減することができる。この触媒
の焼成温度は、上記火山性軽石天然土の粉末と上記粘土
との混合物を仮焼（素焼き）する際に、表面が溶融しな
い温度以下で仮焼する必要がある。その温度の目安とし
て１０００℃以下、好ましくは、６００〜９００℃を目
安とする。

【００１１】上記触媒の使用量は、分解する廃プラスチ
ックスの材質、および回収する油の性質により適宜決め
れば良い。特に限定されないが、使用量が上記材料に対
し２重量％未満では、その効率が悪くなる。好ましい使
用量としては、３〜１０重量％である。廃プラスチック
スの分解温度は、３００〜５００℃であり、好ましくは
３８０〜４３０℃である。

【００１２】上記粉末状および粒径状の触媒とも、触媒
の作用が低下した場合、６００℃以上の温度、好ましく
は６００〜７００℃に加熱することにより、容易に触媒
の作用を回復することができる。この触媒の加熱は、家
庭用のガスコンロ等で加熱すれば、容易に再生すること
ができる。好ましくは、図１に示すように加熱分解槽の
加熱炉内のバーナで加熱する触媒再生部を設けておくこ
とが好ましい。この触媒再生は、主として触媒に付着し
た炭素分を燃焼させるので、この燃焼熱を分解槽の熱源
として利用することが可能である。

【００１３】この発明に使用するシステムの１例を、図
１に示す。図において、１は分解槽である。この分解槽
１は、円筒状の本体部２と、この本体部２の両側面を閉
止する蓋部３と、この蓋部３の中心に貫通孔を設け、貫
通孔を貫通して両端にネジ溝が設けられたシャフト４
と、このシャフト４両端のネジ溝に螺入するナット５と
により構成されている。上記本体部２内に、所定量の廃
プラスチックスと触媒との混合物を充填し、両側の蓋３
にシャフト４を挿通させてナット５で締め付ける構成で
ある。この分解槽１を加熱炉６に載置し、加熱炉６内に
設けてある主バーナ７により３００〜５００℃に加熱す
る。この際、加熱炉６内に、皿状の加熱再生部１４を設
ける。加熱再生部１４に載置した使用済みの触媒を、主
バーナ７により加熱することで、同時に、触媒を再生す
ることができる。加熱により、分解槽１内の廃プラスチ
ックスは、溶融分解され、油分と残渣とに分離する。油
分は、さらに触媒により分解され、軽質油、例えばガソ
リン、軽油に分解され、気化される。気化されたガス
は、分解槽１に接続されているパイプ８を介して冷却器
９に導かれ、ここで冷却されて、可燃性ガス分と軽質油
分とに分離される。分離された軽質油分は、タンク１０
内に蓄えられる。可燃性ガスは、容器内に水をはった逆
火防止装置内１１内を通過する際、そのガス中の有害物
質が除去される。そして、可燃性ガスは加熱炉６に送ら
れ、加熱炉６内の補助バーナ１２で燃焼される。分解槽
１内の温度は、熱電対等で計測しても良いが、簡単な感
熱シール等を槽外壁に貼着して計測しても良い。図２に
は、円環状に成形した触媒を使用する場合の一例を示
す。この図においては、円環状の触媒を用いて分解槽１
内をその軸方向に複数領域に仕切り、この仕切った空間
部に粉末状の触媒と廃プラスチックスの混合物を詰め
る。そして、この分解槽１全体を加熱炉６にて加熱し、
主として粉末状触媒により廃プラスチックスの分解を行
う。発生した加熱分解物が排出管８に移動する間に上記
円環状触媒と接触し、さらに加熱分解物の低分子化が行
なわれる。この円環状の触媒は、脱着自在であるので、
加熱分解後に、分解槽より取り出し、上記方法で加熱す
ることにより容易に再生することができる。

【００１４】

【実施例】以下、この発明を実施例により詳細に説明す
る。 〔実施例１〕ポリエチレンシート３，５５０ｇと、鹿沼
土からなる粉末触媒１２５ｇとを上記分解槽に充填し
た。粉末触媒は、二酸化珪素と酸化アルミニウムとの合
計値が６１．１％、その組成比（ＳｉＯ_２／Ａｌ
_２Ｏ_３）が１．３、その嵩比重０．３３、最大粒径２ｍ
ｍとする。この分解槽１を含む上記システムについて、
表１に示すバッチ方式で、温度３８０〜４３０℃、圧力
大気圧の条件で連続運転を行い、軽質油を回収した。そ
の結果は、表１に示すとおりである。回取した油分の比
重は、０．８６の灯油相当品であり、その回収率は８２
％であった。この触媒を引き続き使用したところ、回収
率が７０％に低下したので、これを温度６５０℃で、４
０分間加熱した。この触媒を再度使用した結果、回収率
は８１％に回復した。

【００１５】

【表１】

【００１６】〔実施例２〕発泡ポリスチレン１１６０ｇ
と実施例１の触媒５８ｇを用いて、表２に示す通り充填
し、実施例１と同一条件で油分の回収を行った。その結
果は表３に示すとおりである。回収した油の比重は０．
８９、その回収率は８４％であった。

【００１７】

【表２】

【００１８】〔実施例３〕実施例１の鹿沼土を１．２ｍ
ｍの篩で篩分け、その篩下と、市販のカオリン粘土（Ｓ
ｉＯ_２＋Ａｌ_２Ｏ_３：８３．５％、ＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ
_３＝１．２）とを重量比で３：１〜１：１に混合した。
これを水で混練し、φ５〜２ｍｍに成型した後、乾燥
し、温度８００〜９００℃で仮焼した。この触媒３０ｇ
を用いて、発泡ポリスチレン６００ｇから実施例１の条
件で油分の回収を行った。回収した油の比重は０．８
８、回収率は８２％であった。

【００１９】

【発明の効果】この発明の廃プラスチックスより油分を
回収する方法は、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。また、取扱
が困難な微粉分も、粘土と混合して、簡単な装置で仮焼
することによりこの発明の触媒として利用することがで
きる。この発明の油化装置は、装置の構成が簡単であ
り、しかもコンパクト化されているので、少量の廃プラ
スチックスを処理するのに適している。このように全体
の装置を小型化できるので、広い設置場所を必要としな
いので、イニシャルコストが安く、しかも低価格の触媒
を利用できるので、ランニングコストも安価である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の、廃プラスチックスより油分を回収
するシステムの１例を示す模式図である。

【図２】この発明の仮焼した触媒を装填した加熱分解槽
の一態様図である。

【図３】従来の廃プラスチックスより油分を回収するシ
ステムの模式図である。

【符号の説明】

１：分解槽、 ９：冷却器、 ６：加熱炉、 １１：逆火防止装置、 １４：触媒再生部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4F301 CA09 CA25 CA26 CA53 CA61 4G069 AA02 AA08 AA09 AA10 AA11 BA01A BA01B BA01C BA02A BA02B BA02C BA03A BA03B BA03C BA10C BB06A BB06B BB06C CA04 CA10 DA06 EA02Y EA04Y EB18Y FA08 FB29 4H029 CA01 CA09 CA12

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 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。
2. 【請求項２】 上記シリカ・アルミナ触媒が、上記多孔
   質土の粉末に粘土を混合して成型した後、６００〜１０
   ００℃で仮焼したものである請求項１記載の廃プラスチ
   ックスの油化方法。
3. 【請求項３】 上記シリカ・アルミナ触媒は、いったん
   使用された後、これを６００℃以上で加熱して再生した
   ものである請求項１または請求項２記載の廃プラスチッ
   クスの油化方法。
4. 【請求項４】 廃プラスチックスを加熱分解し、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使用さ
   れる触媒であって、 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％以下であり、 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
   に使用される触媒。
5. 【請求項５】 廃プラスチックに対して２重量％以上の
   シリカ・アルミナ触媒を供給し、３００〜５００℃で加
   熱することにより廃プラスチックをガス化する手段と、 このガスを冷却して油分を分離する手段とを備えた廃プ
   ラスチックの油化装置であって、 上記ガス化する手段は、廃プラスチックが充填される加
   熱槽を有し、この加熱槽には円環状に成型した複数個の
   上記シリカ・アルミナ触媒が所定間隔で装入された廃プ
   ラスチックの油化装置。
6. 【請求項６】 上記油分を分離する手段において分離さ
   れたガスは、ガスの逆流を阻止する逆流防止手段を通過
   して上記ガス化する手段に環流される請求項５に記載の
   廃プラスチックスの油化装置。