JP2001181442A - 熱分解装置および熱分解方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 廃プラスチック、特にポリエチレン等のオレ
フィン系プラスチックを低コストで効率よく熱分解して
ガス成分とする。 【解決手段】 廃プラスチックを供給装置２で溶融し、
連続的に管型熱分解装置３に供給して酸素の不存在下に
熱分解し、さらに未分解プラスチックを槽型熱分解装置
４で酸素の不存在下に熱分解する。そして生成したガス
成分は、凝縮器２５で冷却・凝縮することにより油分と
して回収できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は廃プラスチックなど
のプラスチック類を酸素の不存在下に熱分解して有用成
分を回収するための熱分解装置および熱分解方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】工場や家庭から排出されるプラスチック
類にはポリエチレン、ポリプロピレン等のオレフィン系
プラスチック、ポリスチレン等のスチレン系プラスチッ
ク、ＡＳ樹脂やＡＢＳ樹脂等のアクリル系プラスチック
など種々のものがある。これら廃プラスチックから有用
成分を資源として回収するため、酸素の不存在下に熱分
解し、生成するガス成分を凝縮して油分として回収する
方法が多く採用されている。そして回収された油分は通
常燃料油やプラスチックの原料モノマーとして再利用さ
れる。

【０００３】プラスチックを熱分解するためには通常熱
分解装置が使用されるが、代表的な熱分解装置として管
型熱分解装置と槽型熱分解装置がある。管型熱分解装置
は筒状の反応管とその周囲に配置された加熱部を備えて
おり、加熱された反応管の一端部から供給するプラスチ
ックが反応管内を通過する間に酸素の不存在下に熱分解
され、他端部から分解ガスと未反応物や残渣が排出され
るようになっている。そしてこのような管型熱分解装置
は残渣を他端部からスムーズに排出するため、反応管の
内部に回転スクリューを設けたものと、それを設けず圧
力で排出するタイプがある。後者の回転スクリューを設
けないタイプでは、加熱部と押出部を備えた供給装置で
溶融されたプラスチックを反応管に供給するようになっ
ている。管型熱分解装置はその容積あたりの伝熱面積が
大きく、装置が小型になり連続的な熱分解運転が容易で
ある。しかし反応管内でのプラスチックの滞留時間（熱
分解時間）が短いので、比較的短時間で熱分解されるプ
ラスチックの処理に適している。

【０００４】槽型熱分解装置は底部が円錐形に形成され
た筒状の槽本体とその周囲に配置された加熱部を備え、
上方にプラスチックの投入部と生成するガス成分を排出
するガス排出部、底部に残渣排出部がそれぞれ設けられ
る。そして底部に滞留する残渣は回転するスクレーパで
掻き取られて残渣排出部からスムーズに排出されるよう
になっている。槽型熱分解装置はその容積あたりの伝熱
面積は小さいが、槽本体内でのプラスチックの滞留時間
を長くとれるので、ある程度長い滞留時間を必要とする
場合に適している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】一般に廃プラスチック
を熱分解する場合に問題となるのはコストである。コス
トにはその設備の設置コストと運転コストがあるが、設
置コストは装置の設置面積やスケールアップの程度に依
存し、運転コストは加熱効率や運転方式に依存する。運
転方式にはバッチ運転と連続運転があり、前者のバッチ
運転は熱伝導性の低い大量のプラスチックを加熱して装
置を立ち上げるために時間がかかるという問題がある。
したがってプラスチックを効率よく大量に熱分解するた
めには、できるだけ連続運転をすることが好ましい。大
量のプラスチックを連続的に熱分解する場合において、
熱分解装置の設計上重要な要素はプラスチックの滞留時
間と伝熱面積である。すなわち高分子物質を所望の低分
子物質まで熱分解するのに必要な滞留時間と、その熱分
解のために必要な熱エネルギーを十分に供給することの
できる伝熱面積の確保である。

【０００６】前記のように槽型熱分解装置は槽本体の内
容積を大きくすることにより、それに比例してプラスチ
ックの滞留時間も長くできるが、単位容積当たりの伝熱
面積はかえって小さくなる。一方、管型熱分解装置は単
位容積当たりの伝熱面積は大きくできるが、プラスチッ
クの滞留時間が比較的短い。特にポリエチレンやポリプ
ロピレンのようなオレフィン系プラスチックを熱分解す
る場合には、短い滞留時間では熱分解が不十分となり、
分子量が高く常温でワックス状となる物質が多く残留す
るという問題がある。しかし槽型熱分解装置で滞留時間
を長くして熱分解する場合にはこのワックス状物質の問
題は回避できるが、伝熱面積が小さいために反応効率が
管型熱分解装置より低く、装置が大型になりコストアッ
プになるという問題がある。そこで本発明はこのような
問題を解決することを課題とし、そのための熱分解装置
および熱分解方法を提供することを目的とするものであ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明の熱分解
装置は、プラスチックを加熱溶融して定量的に供給する
供給装置と、供給装置から供給される溶融プラスチック
を酸素の不存在下に熱分解する管型熱分解装置と、管型
熱分解装置から排出される未分解プラスチックをさらに
酸素の不存在下に熱分解する槽型熱分解装置を備えてい
ることを特徴とするものである（請求項１）。上記装置
によれば、供給装置で加熱されて溶融したプラスチック
は、伝熱面積の大きい管型熱分解装置に連続的に供給さ
れ、そこを通過する間に急速に熱分解し、炭素数１〜１
００程度の範囲に分布したガス成分、低分子物質となっ
て次の槽型熱分解装置に移動する。さらに熱分解に際し
て生成する残渣も槽型熱分解装置に移動する。槽型熱分
解装置では長い滞留時間をかけて例えば炭素数３０以下
のさらに低分子物質に加熱分解する。この低分子物質は
実質的にガス成分であり、槽型熱分解装置から排出して
凝縮することにより油分として回収される。なお残渣は
槽型熱分解装置の底部から外部に排出することができ
る。

【０００８】上記装置において、管型熱分解装置および
槽型熱分解装置にそれぞれ独立して熱分解温度調整手段
を設けることできる（請求項２）。このような熱分解温
度調整手段により、例えばオレフィン系プラスチックを
熱分解するに際して、管型熱分解装置の熱分解温度を常
温でワックス状となる物質を生成する温度（通常６００
〜８００℃の範囲）で運転し、槽型熱分解装置の熱分解
温度をそのワックス状の物質がそのまま蒸発せずに効率
よく熱分解してより低分子のガス成分になるような温度
（通常４００〜５００℃の範囲）に調整することができ
る。

【０００９】また本発明の熱分解方法は、プラスチック
を加熱溶融して定量的に管型熱分解装置に供給し、管型
熱分解装置で酸素の不存在下に熱分解し、その未分解プ
ラスチックをさらに槽型熱分解装置に供給して酸素の不
存在下に熱分解することを特徴とするものである（請求
項３）。上記方法によれば、溶融プラスチックは、伝熱
面積の大きい管型熱分解装置を通過する間に急速に熱分
解し、炭素数１〜１００程度の範囲に分布したガス成分
および、低分子物質が次の槽型熱分解装置に移動し、さ
らに熱分解に際して生成する残渣も槽型熱分解装置に移
動する。槽型熱分解装置では長い滞留時間をかけて例え
ば炭素数３０以下のさらに低分子物質に加熱分解され
る。なお残渣は槽型熱分解装置の底部から外部に排出で
きる。

【００１０】上記方法において、管型熱分解装置で６０
０〜８００℃の温度により熱分解し、槽型熱分解装置で
４００〜５００℃の温度により熱分解することができる
（請求項４）。このようにすると、例えばオレフィン系
プラスチックを熱分解するに際して、管型熱分解装置に
おいて常温でワックス状となる物質を生成し、さらに槽
型熱分解装置においてそのワックス状の物質がそのまま
蒸発せずに効率よく熱分解して、より低分子のガス成分
を収率よく生成させることができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を図面
により説明する。図１は本発明の熱分解方法を実施する
ためのプロセスフロー図である。熱分解装置１は供給装
置２、管型熱分解装置３および槽型熱分解装置４を備え
ている。供給装置１は図示しないホッパ等の受入れ部か
ら導入するプラスチックを加熱部５で加熱溶融し、スク
リュー等の押出部６から定量的に排出するもので、例え
ばプラスチック押出成形機として常用されている装置を
転用することができる。管型熱分解装置３は内部に回転
スクリューを有せず且つ横方向に直線状に配置された細
長い反応管７と、その周囲を加熱する加熱部８とを備
え、その一端部（上流側端部）７ａが配管ａを介して前
記供給装置２に接続され、他端部（下流側端部）７ｂが
延長されて槽型熱分解装置４に接続される。

【００１２】加熱部８には図示しない燃焼装置からの高
温の燃焼ガスがダクトＤ１により供給され、反応管７と
熱交換して温度低下した燃焼ガスはダクトＤ２から排出
する。管型熱分解装置３の熱分解温度（反応温度）は熱
分解温度調整手段９により調整される。熱分解温度調整
手段９は反応管７の近傍における加熱部８内の温度を検
出する温度検出器１０と、その温度検出器１０の温度検
出値が予め設定された温度と一致するように制御信号を
出力する温度調節器１１と、温度調節器１１からの制御
信号によりダクトＤ１が開閉制御される調整ダンパー１
２により構成される。なお加熱部８は電気加熱式とする
こともできる。その場合には調整ダンパー１２に代えて
サイリスタ装置等の電力調整装置を使用する。

【００１３】槽型熱分解装置４は底部が円錐形に形成さ
れた筒状の槽本体１３とその周囲に配置された加熱部１
４を備え、上方にプラスチックの投入部１５と生成する
ガス成分を排出するガス排出部１６、底部に開閉弁１７
を有する残渣排出部１８が設けられる。そして槽本体１
３の底部に滞留する残渣は、減速モータ等の駆動装置１
９で回転駆動されるスクレーパ２０で掻き取られて残渣
排出部１８からスムーズに排出できるようになってい
る。

【００１４】加熱部１４には図示しない燃焼装置からの
高温の燃焼ガスがダクトＤ３により供給され、槽本体１
３と熱交換して温度低下した燃焼ガスはダクトＤ４から
排出する。槽型熱分解装置４の熱分解温度（反応温度）
は熱分解温度調整手段２１により調整される。熱分解温
度調整手段２１は槽本体１３近傍における加熱部１４内
の温度を検出する温度検出器２２と、その温度検出器２
２の温度検出値が予め設定された温度と一致するように
制御信号を出力する温度調節器２３と、温度調節器２３
からの制御信号によりダクトＤ３が開閉制御される調整
ダンパー２４により構成される。なお加熱部１４も加熱
部８と同様に電気加熱式とすることもできる。槽本体１
３の上部のガス排出部１６から排出するガス成分は、配
管ｂを介して凝縮器２５に導入し、そこで図示しない冷
却配管により供給される冷却水と熱交換して冷却・凝縮
して油分となり、その油分は配管ｃから図示しない回収
タンクに回収される。また未凝縮ガスは配管ｄから図示
しない回収タンクに回収される。なおこの未凝縮ガスは
加熱部８や加熱部１４に燃焼ガスを供給する燃焼装置に
補助燃料として供給することができる。

【００１５】図２は本発明の熱分解装置に他の形式の管
型熱分解装置３を使用した模式的なプロセスフロー図で
あり、図１と同じ部分には同一符号が付されている。こ
の例では複数の直線状の反応管を折り返すように直列に
接続することにより、全体として長い反応管７が構成さ
れている。このような長い反応管７は熱分解するプラス
チックの滞留時間を長くすることができ、しかも折り返
し接続によって装置の設置面積の増大を抑制できる。図
３は本発明の熱分解装置においてさらに他の形式の管型
熱分解装置３を使用した模式的なプロセスフロー図であ
り、図１と同じ部分には同一符号が付されている。この
例では複数の直線状の反応管を並列に接続して、伝熱面
積を増加させながら実質的に反応管７の断面積を大きく
して処理容量を増加させ、かつ設置面積の増大を抑制し
たものである。

【００１６】次に図１を参照して本発明の熱分解装置に
よりプラスチックを熱分解する方法を説明する。先ず管
型熱分解装置３の反応管７内および槽型熱分解装置４の
槽本体１３内の空気をそれぞれ窒素ガス等の不活性ガス
で置換して酸素の存在しない状態にする。不活性ガスへ
の置換は図示しない不活性ガスボンベを例えば配管ａに
設けた吸入口（図示せず）に接続し内部に注入する。な
お空気は配管ｂを通り凝縮器２５から外部に放出され
る。不活性ガスの置換と共に加熱部８、加熱部１４にそ
れぞれ燃焼ガスを供給し、反応管７の温度を６００〜８
００℃、槽本体１３の温度を４００〜５００℃の温度に
それぞれ昇温する。なおその温度調整は熱分解温度調整
手段９または熱分解温度調整手段２１で自動的に行うこ
とができる。

【００１７】次に供給装置２を運転し、例えば廃プラス
チックを細かく粉砕した小片を供給して加熱溶融する。
次に配管ａに設けた開閉弁（図示せず）を開け、押出部
６から定量的に押し出される溶融プラスチックを反応管
７の一端部７ａからその内部に連続的に供給する。溶融
プラスチックは反応管７を通過する間に６００〜８００
℃の温度で急速に熱分解（例えばオレフィン系プラスチ
ックの場合は炭素数で数百以下に熱分解）し、生成した
ガス成分と未分解の溶融プラスチックや残渣等が２相流
となって反応管７内を流れ、他端部７ｂより排出して槽
本体１３に移動する。そのため反応管７内に残渣は殆ど
残らない。

【００１８】槽本体１３に移動した未分解の溶融プラス
チックは、そこでさらに４００〜５００℃の温度で１〜
１０時間加熱することにより分解（例えばオレフィン系
プラスチックの場合は主に炭素数３０以上のワックス成
分がガス成分に分解）され、生成したガス成分は前記反
応管７からのガス成分と一緒にガス排出部１６から凝縮
器２５に導入する。凝縮器２５で凝縮した油分は配管ｃ
から図示しない回収タンクに回収される。なお残渣はス
クレーパ２０で掻き取られて残渣排出部１８から外部に
排出される。上記操作において、槽型熱分解装置４の槽
本体１３にはガス成分、未分解の溶融プラスチックおよ
び残渣が連続的に移動するが、それらは外部に連続的に
排出されるので、管型熱分解装置３と共に槽型熱分解装
置４も連続運転することができる。

【００１９】本発明の熱分解装置では、例えば１００Ｋ
ｇ／ｈ程度のプラスチックを熱分解する場合、反応管７
の口径を１００ｍｍ、長さを５ｍとし、槽本体１３の内
容積を０．２ｍ³ （直径０．７ｍ，高さ０．６ｍ）程度
とすることが適当である。しかし同様な熱分解処理を槽
型熱分解装置４だけで行う場合は、反応管７の伝熱面積
である１．６ｍ² 分の加熱面積を槽本体１３に加える必
要があり、それだけ大きな槽型熱分解装置４を設置する
ことが必要になる。この傾向は熱分解の処理能力を大き
くするほど顕著になり、例えば処理能力を１０倍にする
には相似形の場合、槽本体１３の加熱部分の面積も１０
倍にする必要があるが、そのときの槽本体１３の内容積
は理論的には１０の３／２乗、すなわち３１倍になって
しまう。滞留時間だけを考慮すると内容積は１０倍で十
分なので、このような内容積の増加は極めて不利であ
り、本発明の有効性は明らかである。上記の実施態様に
おいては、管型熱分解装置３に回転スクリューを有しな
い反応管７を使用しているが、回転スクリューを有する
反応管を使用することもできる。

【００２０】

【発明の効果】以上のように本発明の熱分解装置によれ
ば、必要な伝熱面積と滞留時間の両方を確保しながら、
最適なサイズに設計することが可能になり、そのため廃
プラスチックを大量処理する場合の装置コストおよび運
転コストを大幅に低下させることができる。また本発明
は特にオレフィン系プラスチックの熱分解を高い分解効
率で行うために適している。上記装置において、管型熱
分解装置および槽型熱分解装置にそれぞれ独立して熱分
解温度調整手段を設けることでき、その場合には例えば
オレフィン系プラスチックを熱分解するに際して、管型
熱分解装置の熱分解温度を常温でワックス状となる物質
を生成する温度で運転し、槽型熱分解装置の熱分解温度
をそのワックス状の物質がそのまま蒸発せずに効率よく
熱分解してより低分子のガス成分になるような温度に容
易に調整することができる。

【００２１】また本発明の熱分解方法によれば、溶融プ
ラスチックは、伝熱面積の大きい管型熱分解装置を通過
する間に急速に熱分解し、低分子物質となって次の槽型
熱分解装置に導入され、そこで長い滞留時間をかけてさ
らに低分子物質に加熱分解するので、特に大量のオレフ
ィン系プラスチックを連続的に高効率でガス成分まで熱
分解することができる。上記方法において、管型熱分解
装置で６００〜８００℃の温度により熱分解し、槽型熱
分解装置で４００〜５００℃の温度により熱分解するこ
とができ、その場合には例えばオレフィン系プラスチッ
クを熱分解するに際して、管型熱分解装置において常温
でワックス状となる物質を生成させ、さらに槽型熱分解
装置においてそのワックス状の物質がそのまま蒸発せず
に効率よく熱分解し、より低分子のガス成分を生成する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の熱分解方法を実施するためのプロセス
フロー図。

【図２】本発明の熱分解装置において他の形式の管型熱
分解装置３を使用した模式的なプロセスフロー図。

【図３】本発明の熱分解装置においてさらに他の形式の
管型熱分解装置３を使用した模式的なプロセスフロー
図。

【符号の説明】

１ 熱分解装置 ２ 供給装置 ３ 管型熱分解装置 ４ 槽型熱分解装置 ５ 加熱部 ６ 押出部 ７ 反応管 ７ａ 一端部 ７ｂ 他端部 ８ 加熱部 ９ 熱分解温度調整手段 １０ 温度検出器 １１ 温度調節器 １２ 調整ダンパー １３ 槽本体 １４ 加熱部 １５ 投入部 １６ ガス排出部 １７ 開閉弁 １８ 残渣排出部 １９ 駆動装置 ２０ スクレーパ ２１ 熱分解温度調整手段 ２２ 温度検出器 ２３ 温度調節器 ２４ 調整ダンパー ２５ 凝縮器 ａ〜ｄ 配管 Ｄ１〜Ｄ４ ダクト

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プラスチックを加熱溶融して定量的に供
   給する供給装置２と、供給装置２から供給される溶融プ
   ラスチックを酸素の不存在下に熱分解する管型熱分解装
   置３と、管型熱分解装置３から排出される未分解プラス
   チックをさらに酸素の不存在下に熱分解する槽型熱分解
   装置４を備えていることを特徴とする熱分解装置。
2. 【請求項２】 管型熱分解装置３および槽型熱分解装置
   ４にそれぞれ独立して熱分解温度調整手段９、２１が設
   けられる請求項１に記載の熱分解装置。
3. 【請求項３】 プラスチックを加熱溶融して定量的に管
   型熱分解装置３に供給し、管型熱分解装置３で酸素の不
   存在下に熱分解し、その未分解プラスチックをさらに槽
   型熱分解装置４に供給し、そこで酸素の不存在下に熱分
   解することを特徴とする熱分解方法。
4. 【請求項４】 管型熱分解装置３において６００〜８０
   ０℃の温度で熱分解し、槽型熱分解装置４において４０
   ０〜５００℃の温度で熱分解する請求項３に記載の熱分
   解方法。